基于溶液法的硒化锑薄膜的制备及性能研究

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1、分类号：TN304.2密级：公开UDC：620编号：201421801004河北工业大学硕士学位论文基于溶液法的硒化锑薄膜的制备及性能研究论文作者：王满敬学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：材料物理与化学指导教师：郝秋艳职称：教授基金资助项目：国家自然科学基金(No.51402085)；河北省自然科学基金(No.E201520295)DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMaterialsPhysicsandChemistryIN

2、VESTIGATIONONPREPAEATIONANDPERFORMANCEOFSb2Se3THINFILMBASEDONSOLUTIONMETHODbyWangManjingSupervisor:Prof.HaoQiuyanMarch2017ThisworkissupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(No.51402085);NatureScienceFoundationofHebeiProvince(No.E2015202295)摘要Sb52Se3材料因其直接带隙

3、、合适的禁带宽度(1.1-1.2eV)、高的光吸收系数(>10cm-1)、物相简单且稳定、低毒和储量丰富等特点，在光电领域有着潜在和巨大的应用前景。然而，由于硒化锑晶体材料的体电阻率较大，限制了其在光电领域的发展。一维Sb2Se3纳米材料及纳米棒薄膜具有高比表面积、高光吸收以及轴向高迁移率等特性，使其在可见光尤其是红光探测方面有着优异的表现。目前，制备一维Sb2Se3纳米材料及纳米棒薄膜的方法大多为水热、溶剂热及气相蒸发工艺，往往存在耗时耗能、安全性差以及需要高真空等缺点。因此，开发出工艺简单且迅速，成本低及环境友好的溶液基工艺制备一

4、维Sb2Se3纳米材料及纳米棒薄膜并研究其光电性能是非常必要的。本论文利用快速、低成本、清洁无害的三乙二醇为溶剂的热注入法制备一维Sb2Se3纳米棒。研究了热注入温度、PVP含量对Sb2Se3纳米棒物相、形貌及尺寸的影响，获得了单晶、尺寸可控的、表面平滑的一维Sb2Se3纳米棒。并分析了热注入温度为210°C时一维Sb2Se3纳米棒薄膜光电探测器的光电性能，在3V偏压，658nm、15.8mW/cm2的光照条件下，光电探测器的光电流达到0.84μA，暗电流达到12nA，光电探测器“开关比”达70，响应时间和衰减时间分别为64ms和68

5、ms。采用操作简单、成本低、重复性高、适合大规模生产的单质前驱液法制备Sb2Se3纳米棒薄膜。利用清洁低毒，溶解能力强的乙二胺和1,2-乙二硫醇的混合溶液溶解Sb、Se、S单质，用旋涂工艺制备Sb2Se3纳米棒薄膜。研究了前驱液浓度对Sb2Se3纳米棒薄膜形貌、物相的影响，研究结果发现当前驱液浓度为0.4mol/L时，Sb2Se3纳米棒薄膜的尺寸均匀性、致密性最优。同时探索了S元素含量对Sb2(Se1-xSx)3纳米棒薄膜物相、形貌及光电探测器的光电性能的影响，得到纯相的Sb2(Se1-xSx)3纳米棒薄膜，并且其禁带宽度的变化范围为

6、1.18eV-1.32eV。当x=0.2时，Sb2(Se1-xSx)3纳米棒薄膜光电探测器在3V偏压，氙灯、70mW/cm2的光照条件下，得到最大光电流2.15μA。响应时间和衰减时间分别为0.495s和0.329s。关键字：Sb2Se3纳米棒薄膜溶液法光电探测器IABSTRACTAntimonyselenide(Sb2Se3)isoneoftheimportantmetalselenidesandhasexcellentcharacteristicssuchashighchemicalstability,lesstoxicity,d

7、irectbandgap(1.0-1.2eV)andhighopticalabsorptioncoefficient(>105cm-1),whichhasagreatapplicationinthephotoelectricfield.However,thevolumeresistivityofantimonyselenideislarger,limitingitsdevelopmentinthephotoelectricfield.One-dimensionalSb2Se3nanomaterialsandnanorodfilmwit

8、hhighspecificsurfacearea,highabsorptionandhighaxialmobility,haveexcellentperformanceinvisiblelight,especiallyt