直接热氧化制备氧化钛薄膜电极的研究Ⅰ. 制备、结构和电化学性质

采用原子力显微镜、 X光衍射仪、电化学阻抗谱等手段对热氧化制备氧化钛膜的结构和电化学性质进行了研究.结果表明,金属钛直接热氧化制备的薄膜为金红石型二氧化钛薄膜;随氧化温度升高和时间延长,薄膜结晶度逐渐增大;随氧化温度升高,二氧化钛平带电位向负方向移动;当温度大于600℃后,二氧化钛结晶致密,电子导电性减小.     

直接热氧化制备氧化然薄膜电极的研究——Ⅰ.制备、结构和电化学性质

采用原子力显微镜、X光衍射仪、电化学阻抗谱等手段对热氧化制备氧化钛膜的结构和电化学性质进行了研究。结果表明,金属钛直接热氧化制备的薄膜为金红石型二氧化钛薄膜;随氧化温度升高和时间延长,薄膜结晶度逐渐增大;随氧化温度升高;二氧化钛平带电位向负方向移动;当温度大于600℃后,二氧化钛结晶致密,电子导电性减小。     

类桑拿法制备的周期性结构Mo金属催化电极及其在电解水制氢中的应用

采用类桑拿法制备了聚苯乙烯微球模板, 结合双层Mo金属结构, 获得了具有周期性结构的Mo金属催化电极. 通控制氧气对聚苯乙烯球的刻蚀时间, 可有效调制Mo金属催化电极的横、纵向尺寸, 从而获得不同的衬底比表面积. 通过原子力显微镜表面形貌测试、电化学线性扫描、塔菲尔测试以及阻抗谱分析表明: 增大刻蚀时间可有效提高Mo金属催化电极的表面粗糙度和比表面积, 进而降低电荷传输电阻和塔菲尔斜率, 促进催化电极/电解液界面处析氢反应的进行. 采用类桑拿法和双层Mo金属结构制备周期性结构的方法简单, 可大面积化, 同时低温磁控溅射法制备的Mo金属催化电极成本低廉, 温度兼容多种太阳电池器件, 具有形成高效一体化光水解制氢器件的潜力.     

多壁碳纳米管/壳聚糖多层膜修饰电极的电化学行为研究

采用新型分散方法制备了多壁碳纳米管/壳聚糖多层膜修饰玻碳电极,研究了在修饰剂总量相同的情况下,不同修饰层数膜电极的循环伏安、计时库仑曲线及电化学阻抗行为,并采用交流阻抗等效电路分析方法,对拟合的阻抗数据进行了解析。结果表明,电极的膜修饰层数的增加,不仅使膜层的缺陷增多,而且使电极的界面阻抗、溶液阻抗和电子转移阻抗明显减小,电极反应逐渐呈Warburg扩散阻抗特征,从而使电极的灵敏度和可逆性得到改善。     

纳米TiO2颗粒/亚微米球多层结构薄膜内电荷传输性能研究

本文主要利用TiO₂亚微米球较强的光散射特性设计了纳米TiO₂颗粒/亚微米球多层结构光阳极, 并借助强度调制光电流谱(intensity-modulated photocurrent spectroscopy)、电化学阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy)和入射单色光光电转化效率(incident photon-to-current conversion efficiency), 研究亚微米球的引入对多层结构薄膜内缺陷态、电子传输时间、电子收集效率和界面电荷转移性能的影响. 强度调制光电流谱反映出亚微米球表面缺陷态少, 但其颗粒间接触不紧密, 导致在接触部位形成了势垒, 阻碍了电子的传输, 导致电子传输时间增长. 电化学阻抗谱结果表明不同多层结构电池界面复合无明显差别, 同时底层采用纳米TiO₂ 透明薄膜结构的电池, 其光利用率要明显高于底层采用亚微米球薄膜结构的电池, TiO₂费米能级电子填充水平也相对增大, 使得电池的光电转换效率得到提升. 多层结构复合薄膜电荷传输和光伏特性的研究, 为高效染料敏化太阳电池光阳极设计提供了实验基础.     

ZnO/P-Si异质结的光电特性研究

利用脉冲激光沉积方法在P-Si(100)衬底上生长ZnO薄膜,制备ZnO/P-Si异质结,研究衬底温度对异质结光电特性的影响.结果表明,在400℃,500℃,550℃和600℃下生长ZnO制备的异质结都有一定的整流特性,反向暗电流随着衬底温度的升高略有增加,在550℃下制备的样品具有最明显的光电效应.ZnO/P-Si异质结对可见光和紫外光呈现出不同的响应性.在可见光照射下,光电流随反向偏压急剧增大,偏压增大到某一值时,光电流增速变小,而在紫外光下,光电流有逐渐增大的趋势.根据ZnO的透射谱认为,可见光和紫外光是异质结不同的耗尽区诱导电子-空穴对产生光电流的.     

MEH-PPV/CdSe纳米复合器件的光电导特性的研究

以CdO和Se粉作为前驱物,在TOPO/TOP有机体系中制备了CdSe纳米晶,将其与聚合物MEH-PPV复合制备了复合光电导器件,研究了它的光电导特性,并将其与单层MEH-PPV光电导器件的特性进行了比较。结果发现纳米复合光电导器件的光电流响应光谱的2个峰的位置基本上与MEH-PPV和CdSe纳米晶的吸收峰的位置相对应,这说明CdSe纳米晶和聚合物MEH-PPV的吸收对光电流都有贡献,主要是由于CdSe纳米晶和MEH-PPV界面处的激子离化和电荷转移造成的。而且复合器件的光电流较单层有所增强,且MEH-PPV器件光谱的响应范围更宽。     

聚合物/TiO2分层光电导型器件的电荷传输特性

研究了聚合物PVK与TiO₂分层光电导器件的电荷传输特性,分别比较了两种器件:器件S₁(ITO/TiO₂/PVK/Al)和器件S₂(ITO/PVK/TiO₂/Al)。实验发现,器件S₁的暗电流远小于器件S₂的暗电流,S₁的正向峰值光电流约是其反向峰值光电流的4倍,而S₂的正向和反向峰值光电流都基本与S₁的反向峰值光电流相近。这是由于PVK/TiO₂界面处有效的电荷转移、恰当的电荷传输层、器件各层间能级匹配及其与电极功函数的匹配影响了光电流的强度大小。由此判断,器件S₁的性能要优于器件S₂。随电压的增大,S₁结构的光电导响应谱在短波区域的拖尾增大,而S₂结构几乎没有拖尾,这可能是两种结构的吸收和陷阱能级的差别造成的。     

单壁碳纳米管薄膜光电器件研究

制备了单壁碳纳米管薄膜光电器件,在偏压和激光器照射条件下可产生净光电流。分别研究了偏置电压、激光功率、照射位置对净光电流的影响。实验表明,激光照射薄膜中点,净光电流随着偏压的增大而增大,随激光功率的增大而趋于饱和,偏压为0.2 V,激光功率为22.7 mW时,净光电流达到0.24 μA;无偏压,激光照射薄膜不同位置时,净光电流值关于器件中心对称分布,照射两端点输出最大光电流,照射中点输出趋于“0”。经分析,在偏压和激光照射薄膜中心位置的条件下,器件因内光电效应可产生净光电流;在无偏压和激光照射的条件下,因光热电效应可产生净光电流,并建立了温度模型,根据单壁碳纳米管的热电势特性推导出了净光电流与光照位置的关系,其符合实验结果;内光电和光热电效应是光电流产生、变化的原因,在偏压和激光照射的一般条件下,净光电流应是两种效应的叠加结果。器件所具有的光电特性使其在光伏器件、光传感器有应用的潜力。     

单壁碳纳米管薄膜光电器件研究

制备了单壁碳纳米管薄膜光电器件, 在偏压和激光器照射条件下可产生净光电流。分别研究了偏置电压、激光功率、照射位置对净光电流的影响。实验表明, 激光照射薄膜中点, 净光电流随着偏压的增大而增大, 随激光功率的增大而趋于饱和, 偏压为0.2 V, 激光功率为22.7 mW时, 净光电流达到0.24 μA;无偏压, 激光照射薄膜不同位置时, 净光电流值关于器件中心对称分布, 照射两端点输出最大光电流, 照射中点输出趋于“0”。经分析, 在偏压和激光照射薄膜中心位置的条件下, 器件因内光电效应可产生净光电流;在无偏压和激光照射的条件下, 因光热电效应可产生净光电流, 并建立了温度模型, 根据单壁碳纳米管的热电势特性推导出了净光电流与光照位置的关系, 其符合实验结果;内光电和光热电效应是光电流产生、变化的原因, 在偏压和激光照射的一般条件下, 净光电流应是两种效应的叠加结果。器件所具有的光电特性使其在光伏器件、光传感器有应用的潜力。     

Ag/Nd0.7Sr0.3MnO3陶瓷界面电输运性质研究

用渗银和银胶接触两种方法分别在多晶Nd_0.7Sr_0.3MnO₃陶瓷样品上制作电极,用两线和四线模式对两种接触界面的直、交流特性进行测量.结果发现:渗银电极与陶瓷样品之间具有很好的欧姆接触特性,两线、四线模式下的电阻测量值相近,并且没有电脉冲诱导电阻转变(EPIR)效应;而用银胶接触作电极时,V-I曲线表现出关于原点对称的非线性特征,并出现稳定的室温EPIR效应.两种不同方法制备的电极在交流电场下的输运也有很大差异:渗银电极阻抗 关键词： 界面 接触电阻 EPIR效应 钙钛矿结构锰氧化物     

纳米TiO_2∶Zn薄膜电极紫外光电特性研究

采用sol-gel法制备了Zn2 掺杂的锐钛矿相纳米TiO2薄膜电极.通过光电流作用谱和电流-电位(I-U)曲线研究了掺杂不同浓度Zn2 的TiO2薄膜电极的光电特性.由光电流作用谱可知,Zn2 的掺杂可显著影响薄膜电极的光电流大小,且掺杂的最佳浓度与薄膜晶粒尺度有关.在320nm单色光照射下,掺杂浓度(摩尔浓度)为0.1%的薄膜电极光电流最大,与未掺杂的本征薄膜电极相比增幅达40%.I-U曲线表明,光照下,随电极电位由正到负逐渐降低,不同掺杂浓度的TiO2薄膜电极中均出现了阳极电流向阴极电流转换的现象,且Zn2 掺杂浓度可影响电极阳极电流的初始电位.另外,无光照的暗态下,各薄膜在负电位区域观察到了相似的随电位降低而迅速增大的阴极暗电流.     

用光电脉冲法测量高速摄影机快门的开启时间

本文描述以光电脉冲的原理,构成测量快门开启时间的装置。装置由一个光源、一个光栏、两个聚光镜和一个光电倍增管组成,所有元器件均安装在一个屏蔽的暗箱中。当快门开启时,通过光栏的光通量随快门开启孔径的增大而增大,同时光电倍增管产生的光电流也随着增大。快门全开启时,光通量达最大,光电倍增管产生的光电流脉冲也达最大此。光电流脉冲在检测电阻上形成电压脉冲,用快速脉冲示波器测量此电压脉冲幅度的上升时间,即为被检测快门开启时间的度量。     

纳米TiO2∶Zn薄膜电极紫外光电特性研究

采用sol-gel法制备了Zn2+掺杂的锐钛矿相纳米TiO2薄膜电极.通过光电流作用谱和电流-电位（I-U）曲线研〖WTBZ〗究了掺杂不同浓度Zn2+的TiO2薄膜电极的光电特性.由光电流作用谱可知，Zn2+的掺杂可显著影响薄膜电极的光电流大小，且掺杂的最佳浓度与薄膜晶粒尺度有关.在320nm单色光照射下，掺杂浓度（摩尔浓度）为0.1％的薄膜电极光电流最大，与未掺杂的本征薄膜电极相比增幅达40％.I-U曲线表明，光照下，随电极电位由正到负逐渐降低，不同掺杂浓度的TiO2薄膜电极中均出现了阳极电流向阴极电流转换的现象，且Zn2+掺杂浓度可影响电极阳极电流的初始电位.另外，无光照的暗态下，各薄膜在负电位区域观察到了相似的随电位降低而迅速增大的阴极暗电流.     

钽在无水乙醇中的腐蚀

采用动电位极化、循环伏安、交流阻抗和扫描电镜等技术研究了钽在四乙基氯化铵(TEA)乙醇溶液中的腐蚀行为．在循环伏安曲线的扫描初期,电极表面因存在一薄层氧化物膜而使得电流密度缓慢增 加．后来钝化膜因受到氯离子的攻击而被击穿,即点蚀．扫描电镜图很好地显示出蚀孔的生长过程．点蚀电位随着TEA浓度的增加而下降,随着水含量的增加而上升．在所研究的温度范围内,电化学反应的活化能为36 kJ/mol．所有电极电位下的交流阻抗图谱都包含两个时间常数,钝化膜电阻和电荷传递电阻均随电极电位的增加而下降．     

掺钴氧化钛电极的制备、表征及其光电性能

采用溶胶 凝胶法在纯钛片上制备了掺Co氧化钛薄膜光电极 ,运用扫描电子显微镜 (SEM )、X射线衍射 (XRD)等分析手段对其进行表征 ,并对其结构和性能的相互关系进行了研究 .结果表明 ,掺 5 %Co ,5 0 0℃热处理的TiO2 电极具有最大的可见光响应 .过量的Co掺入将析出新相CoTiO3 ,并促使TiO2 由锐钛矿型转变为金红石型 ,使电极光电效应减低 .而高温处理的掺钴TiO2 也将析出CoTiO3 ,对电极光电性能有阻碍作用     

采用Al/TaN叠层电极提高Si基Ge PIN光电探测器的性能

金属与Ge材料接触由于存在强烈的费米钉扎效应, 导致金属电极与n型Ge接触引入较大的接触电阻, 限制了Si基Ge探测器响应带宽. 本文报道了在SOI衬底上外延Ge单晶薄膜并制备了不同台面尺度的Ge PIN光电探测器. 对比了电极分别为金属Al和Al/TaN叠层的具有相同器件结构的SOI基Ge PIN光电探测器的暗电流、响应度以及响应带宽等参数. 发现在Al与Ge之间增加一薄层TaN可有效减小n型Ge的接触电阻, 将台面直径为24 μ的探测器在1.55 μ的波 长和-1 V偏压下的3 dB响应带宽提高了4倍. 同时, 器件暗电流减小一个数量级, 而响应度提高了2倍. 结果表明, 采用TaN薄层制作金属与Ge接触电极, 可有效钝化金属与Ge界面, 减轻费米钉扎效应, 降低金属与n-Ge接触的势垒高度, 因而减小接触电阻和界面复合电流, 提高探测器的光电性能.     

La0．85Sr0．015MnO3—δ／Fe异质结构的瞬间光电导研究

采用磁控溅射的方法在Si基片上制备了La0.85Sr0.015MnO3-δ/Fe异质结构,对所制备结构中La0.85Sr0.015MnO3-δ薄膜的输运及光诱导特性进行了分析,表明薄膜在整个测量的温度区间内呈现金属一半导体相变,相变温度为130K.在低温金属相,磁场作用导致电阻减小,而高温半导体相则使电阻增大;激光辐照导致样品电阻减小,并产生瞬间光电导效应,即随着激光的关闭电阻瞬间恢复到原值,其相对变化值随着温度的降低而增大,并在温度为80K时达到极大值约1660%,分析认为该瞬态光电导效应可能与薄膜本身的氧缺陷有关.     

纳米成核点辅助结晶对钙钛矿光电探测器性能的影响

有机无机杂化钙钛矿材料因具有可调节的带隙宽度、优异的载流子传输性能、可低温溶液法制备等优点,近年来在光电器件的应用研究上受到了广泛的关注.对于平面光电导型探测器,电荷在两电极之间需横穿钙钛矿层,由于钙钛矿晶体的形成能较低,在晶界和薄膜表面易产生缺陷,光生载流子被缺陷阻挡而加剧激子的非辐射复合,造成器件光电性能下降.本文通过在钙钛矿界面层下方引入微量的氧化石墨烯纳米片作为钙钛矿晶体的有效成核点,使得钙钛矿晶体可依附于氧化石墨烯形核,降低钙钛矿晶体成核势垒的同时与钙钛矿形成铅-氧键,最终获得晶体颗粒增大、晶界数量减少、薄膜致密的钙钛矿层.由于氧化石墨烯在玻璃基底上的含量极低,大片玻璃基底裸露并与钙钛矿直接接触,因此钙钛矿层应视为制备在玻璃基底上.在氧化石墨烯纳米片的影响下钙钛矿与玻璃基底的接触更为紧密,有效降低界面间的激子非辐射复合概率,提高了界面间电荷传输性能.最终,在氧化石墨烯纳米片最优制备参数的影响下,钙钛矿光电探测器光电流相比空白对照器件提高了1个数量级,在3 V偏压下的开关电流比为5.22×10³,并且最优的光电探测器的光响应速度明显提高,上升时间为9.6 ...     

退火对ZnO薄膜晶体结构和ZnO/p-Si异质结光电性质的影响

采用脉冲激光沉积方法在p-Si(100)衬底卜牛长ZnO薄膜,分别在500℃、600℃和700℃下真空退火,采用X射线衍射仪研究了退火对ZnO薄膜品体结构的影响,并测量了ZnO的面电阻和ZnO/p-Si异质结的、I-V特性曲线.研究表明,随着退火温度的升高,ZnO的(002)衍射峰强度逐渐增大,半峰全宽不断减小,同时薄膜内应力减小,ZnO晶粒尺寸变大.表明高温退火有助于ZnO薄膜结晶质量的提高.在没有光照的条件下,异质结的漏电流随退火温度的增加而增大;用650 nm光照射样品时,600℃退火的样品表现出最明显的光电效应,而过高的退火温度会破坏ZnO/p-Si异质结的界面结构,使其光电流变小.所以,要得到性能良好的光电器件,应选取适当的退火温度.