p型CuSCN无机空穴传输层材料的结构设计与改性及其光电化学性质研究

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P型CuSCN无机半导体材料具有合适的能级位置、优异的化学稳定性、高的空穴迁移率、低成本等优点,在太阳能电池、光电探测器、发光二极管和场效应晶体管等器件上具有极大的应用潜力。作为空穴传输层材料,如何进一步提高电荷传输特性是目前的难点。本文采用电化学沉积法和旋涂法制备了p型CuSCN基异质结薄膜,获得了具有良好的光电化学性质的空穴传输材料,进而促进其在太阳能电池和光电化学领域的应用。内容主要包括:(1)通过先电化学沉积法制备出CuSCN薄膜,再采用简单的强碱处理工艺原位生长了分层的Cu2O/CuSCN异质结薄膜,成功地获得了同时具有快速电荷转移和低电荷复合两种重要因素的Cu2O/CuSCN材料。此外,还可以通过改变强碱处理时间来控制异质结的形貌结构和电荷传输性能。与纯CuSCN相比,形成的Cu2O/CuSCN异质结可以促进能带弯曲,加速电荷分离,减少电荷重组,光电流提升17倍,载流子传输速率提高了1.24倍。(2)通过先合成CuS QDs,再用一步电沉积法制备CuS QDs/CuSCN异质结薄膜。相比于CuSCN薄膜,可以极大提高样品的光电流响应以及载流子寿命和载流子传输特性。PEC等测试证实其薄膜光电化学性能具有显著提高,这主要是因为异质结结构的构建很大程度上促进了光生电子和空穴的有效分离,并降低了光生载流子的复合,从而实现快速转移空穴的效果。载流子传输速率提高了1.23倍,载流子寿命提高3.7倍。(3)通过超声剥离法将购买的黑磷剥离成三层的二维磷烯(BP)材料,并通过旋涂法成功制备了BP/CuSCN异质结材料,达到了加速电荷分离,减少电荷复合的目的,EIS、电荷提取和IMPS等测试也很好地验证了这一点。光电流大小提高了50倍,载流子传输速率提高了2.5倍。
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