钼硫硒的制备及其光电性能的研究

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光电转换是众多技术应用的核心。其中光电探测器是一种实现光信号到电信号的转换的仪器,由其产生的电信号很容易被标准电子学处理。二维纳米材料由于其独特的层状结构和优异的物理和化学性质,成为了科学界的宠儿。目前已有许多相关的研究报道,这些研究涉及到了电容、催化、锂离子电池等众多领域。在这其中过渡金属二硫族化合物由于其可调的本征带隙、强的光-物相互作用和高的载流子迁移率,在光探测应用中引起了广泛的关注。然而,研究表明,二元过渡金属二硫族化物极易出现大量的硫族元素的空位缺陷,并产生局域的深能级缺陷态。这些局域的深能级缺陷态一方面作为散射中心,阻碍了载流子的传输。另一方面,它还是光生电子-空穴对的有效复合中心,增加了电子和空穴的复合几率。因此,含有此类缺陷的二元过渡金属硫族化物的光电探测器具有响应率低、响应时间长等特点。科研工作者们已经研究出许多方法解决这一问题,其中合金化就是其中的一种。理论研究表明,通过引入双硫族元素形成三元的过渡金属二硫族合金在热力学上比二元过渡金属二硫族化合物更稳定,可以有效地抑制其合成过程中形成的二元副产物。本文在熟练掌握水热法合成二元过渡金属二硫族化合物MoS2的基础上,通过改良合成工艺,成功地获得三元过渡金属二硫族合金MoS2(1-x)Se2x(x=0,0.5,1),并对其光电探测性能进行了研究。同时也研究了以Mo SSe材料为光敏材料所构筑的柔性光电探测器的性能。具体研究内容如下所示:一、采用一种简单、便捷的水热法合成了Mo S2(1-x)Se2x(x=0,0.5,1)纳米结构。利用SEM和XRD表征材料的微观形貌和结构。通过吉时利测试系统研究了Mo S2(1-x)Se2x(x=0,0.5,1)材料的光电探测性能,发现Mo SSe样品具有比Mo S2和Mo Se2更高的光电流,这说明合金化是一种可以有效分离光生电子-空穴的方法。同时发现Mo SSe材料制备的器件具有较宽的光谱响应(可见光范围),同时该器件在功率密度为1.75 m W/mm2的660 nm激光辐照下的光电流和相应的响应度分别为12.6μA和1.753 m A/W。二、用Mo SSe材料和ITO/PET基底构筑了一个柔性的光电探测器,然后使用吉时利测试系统研究了该光电探测器的性能。发现在3.48 m W/mm2的光功率密度下器件的光响应度可以达到3.69 m A/W,同时在柔性测试中发现即使将器件经过一系列弯曲再返回初始状态时器件的性能也没有发生明显的衰减。这些结果都表明了这项工作为开发低成本的柔性光电探测器提供了一种可行的方法。
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