半導體薄膜的制備及其光催化和光電性能研究.pdf

1、隨著能源枯竭和能源大量使用帶來的環境問題日益嚴峻，尋找新型清潔能源已經成為全球熱點問題，太陽能的利用代表著未來能源發展的主要途徑。從1839年至今，光電轉化研究已取得了一系列重要進展，不僅奠定了堅實的理論基礎，而且在應用方面也取得了重大突破。光催化和染料敏化太陽能電池始于上世紀70年代和90年代，其基本原理是光子激發半導體禁帶產生光生電子和空穴，從而產生氧化還原物種或光致電流。
　　本論文著重研制新型可見光響應半導體薄膜材料、研究

2、半導體薄膜材料形貌結構與光學吸收的內在聯系、探究半導體薄膜材料光學吸收與光電轉化效率的關系以及考察石墨烯對半導體薄膜電子轉移效率的影響，具體研究內容分為以下四個方面:
　　(1)采用TiF4乙醇溶液浸漬涂布在玻璃基底表面，由揮發誘導自組裝制備介孔薄膜TiOF2可見光催化劑。通過濃度和溫度調變對薄膜進行優化，結合能譜、紅外、核磁等表征，探索薄膜形成機理。該薄膜具有較高結晶度，同時與玻璃基底具有化學鍵鍵合作用，從而導致良好的結合穩定度

3、，在降解染料廢水羅丹明B中顯示高可見光催化活性和良好的使用壽命。薄膜同時也可以拓展到其它硅系的載體，并表現了良好的成膜性能和潛在應用功能。
　　(2)采用鈦片、四氟化鈦和叔丁醇溶劑在160℃條件下發生溶劑熱反應，制備出具有光增強吸收作用的TiO2光子晶體薄膜。通過調變反應時間、TiF4及HF酸含量，控制并優化光子晶體薄膜的生長，促進對光的選擇性增強吸收。分別考察其在不同可控光區光源照射下，光催化降解染料廢水中羅丹明B和亞甲基藍的性

4、能，發現光增強吸收作用顯著提高光催化活性，結合相關表征，對其內在關系進行了探索。
　　(3)采用乙醇、丙三醇和乙醚混合溶劑，以硫酸氧鈦為鈦源，控制反應時間來制備具有球型、核殼型和空殼型TiO2納米球，并將之應用于染料敏化太陽能電池的散射層，考察了不同結構散射層對光的利用效率及光電轉化效率的影響，發現空腔結構TiO2納米球散射層能夠顯著提高光的利用率，結合多種表征手段，證明光的多次反射有利于提高了光的利用率，進而提高了光電轉換效率。

5、
　　(4)將石墨作為雙烯體，馬來酸酣作為親二烯體，采用微波輔助加熱狄爾斯-可爾德反應剝離石墨制備羧基功能化的石墨烯溶液，考察了溫度與配體濃度對石墨烯結構的影響，確定最佳條件為溫度180℃，石墨與馬來酸酣的質量比為1:1.5。將石墨烯進行低溫真空加熱，發生狄爾斯-可爾德反應逆反應，可以恢復石墨烯的導電性能，使石墨烯的薄膜方塊電阻降低一個數量級，并利用功能化的石墨烯的羧基作為石墨烯與半導體薄膜TiO2的橋梁，提高染料敏化太陽能電池電