離子液體電沉積制備單質(zhì)硅的研究.pdf

1、離子液體具有良好熱穩(wěn)定性、不揮發(fā)、不燃燒、離子導(dǎo)電性好、電化學(xué)窗口寬等優(yōu)點(diǎn),成為一種新型的電解液。本文選用離子液體1-丁基-3甲基咪唑三氟甲磺酸鹽作為溶劑,四氯化硅作為硅源,添加碳酸丙烯酯配制成電解液[Bmim]OTf-SiCl4-PC。鈦?zhàn)麝帢O,高純石墨作陽(yáng)極進(jìn)行硅的電沉積實(shí)驗(yàn)。
　　 通過(guò)差熱實(shí)驗(yàn)研究電解液[Bmim]OTf-SiCl4-PC的熱穩(wěn)定性。結(jié)果表明:室溫～100℃范圍內(nèi),電解液具有良好的穩(wěn)定性。
　　

2、采用循環(huán)掃描伏安和計(jì)時(shí)電流方法研究電解液體系的電化學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明:離子液體[Bmim]OTf的電化學(xué)窗口約為4.5V；在[Bmim]OTf-SiCl4-PC體系中,硅在鈦電極上的還原電位為-1.55V(vs.Pt)且為不可逆還原過(guò)程。硅離子在鈦電極上的成核過(guò)程是瞬時(shí)成核起主導(dǎo)作用。利用熱力學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算四氯化硅在各個(gè)溫度下的理論分解電壓。40℃時(shí)四氯化硅的理論分解電壓為1.447V,實(shí)驗(yàn)得到反電動(dòng)勢(shì)為1.92V。
　　 研究了硅的

3、電沉積過(guò)程,得到電沉積單質(zhì)硅的最優(yōu)工藝條件,對(duì)沉積產(chǎn)物進(jìn)行SEM及拉曼檢測(cè)。結(jié)果表明:優(yōu)化的工藝條件為t=40℃,i=22 A·m-2,CPC=4.2mol·L-1,在此條件下沉積3h,得到厚度為3μm的非晶硅。
　　 采用HF/6-311+G*和B3YLP/6-311+G*計(jì)算方法,對(duì)真空狀態(tài)下的SiCl4進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,并模擬其振動(dòng)光譜。結(jié)果表明:計(jì)算得到的模擬數(shù)值與實(shí)驗(yàn)數(shù)值吻合較好。將計(jì)算數(shù)值與電解液[Bmim]OTf-Si