本文關鍵詞：有機小分子修飾單層二硫化鉬及其光電性能研究

  更多相關文章： 單層二硫化鉬 光探測器 染料敏化 電荷轉移

【摘要】：自2004年首次剝離獲得單層石墨烯以來,二維半導體材料在近十多年的時間里得到了長足的發(fā)展。以二硫化鉬為首的類石墨烯半導體材料從塊體變?yōu)樯賹由踔羻螌訒r會表現(xiàn)出特殊的光譜學和光電性能。但是受到二硫化鉬自身帶隙和聲子限制載流子遷移率的影響,亟待發(fā)展一些調控二硫化鉬電學、光電性能的方法。本文重點研究二硫化鉬的生長條件,并利用染料敏化修飾化學氣相沉積法(CVD)生長得到的單層二硫化鉬,增強其光電性能,同時還對增強的機理進行深入地研究。本文采用化學氣相沉積的方法可控制備單層的三角形二硫化鉬單晶。實驗中對溫度、時間、載氣流速、反應源的用量、生長距離等條件進行對比研究,發(fā)現(xiàn)在溫度為700 oC,生長時間為25 min,載氣流速為15 sccm,三氧化鉬粉末為40 mg,生長距離為4 cm時生長得到的單層二硫化鉬單晶質量最好、尺寸最大。本文選擇三種具有不同分子結構和吸收光譜的染料:甲基橙、羅丹明6G、亞甲基藍,對生長得到的單層二硫化鉬進行敏化修飾。修飾后發(fā)現(xiàn),在波長為490 nm時,這些染料修飾的二硫化鉬光探測器的光響應度分別達到了3.73 A/W,1.49 A/W,10.87 A/W;并且在一個較寬的波長范圍內,其光響應度都是隨著波長的增加而增加的,增加倍數分別約為8倍、11倍、20倍。在進一步偏壓和功率對其性能影響的測試中發(fā)現(xiàn),敏化后的二硫化鉬光探測器表現(xiàn)出了良好的穩(wěn)定性和線性的增強倍數關系。這些都說明染料在提高二硫化鉬光探測器性能方面起到了非常重要的作用。進一步的實驗研究發(fā)現(xiàn),二硫化鉬和染料之間的電荷轉移機制是導致其光電性能增強的主要原因。為此,本文通過拉曼光譜表征了其電荷轉移的現(xiàn)象,以及場效應光電管測試計算出了三種染料敏化前后的載流子濃度的增強倍數,進一步驗證了之前的設想。最后本文通過對染料吸光系數的表征和平面結構的模擬說明了導致三種染料電荷轉移程度不同的原因。亞甲基藍具有優(yōu)異的平面性,并且該染料分子中的S原子能夠和二硫化鉬中缺陷和邊界處的Mo原子和S原子形成S-Mo、S-S的相互作用,有利于光生載流子從染料上的最低空軌道轉移到二硫化鉬的導帶上,從而使亞甲基藍具有最好的增強效果。本文的研究為有機染料-二硫化鉬高性能光探測器的制備和性能調控提供了新的思路。
【關鍵詞】：單層二硫化鉬 光探測器 染料敏化 電荷轉移
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ136.12
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-29
• 1.1 研究背景及課題的目的和意義9
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀9-27
• 1.2.1 二硫化鉬的結構、性質10-11
• 1.2.2 二硫化鉬的制備方法11-16
• 1.2.3 二硫化鉬器件的應用16-20
• 1.2.4 二硫化鉬的修飾20-27
• 1.3 本論文主要研究內容27-29
• 第2章 實驗材料與方法29-33
• 2.1 實驗所用試劑及儀器29-30
• 2.1.1 實驗試劑29
• 2.1.2 儀器設備29-30
• 2.2 實驗方法30-33
• 2.2.1 拉曼光譜的表征30-31
• 2.2.2 光學顯微鏡的表征31
• 2.2.3 掃描電子顯微鏡的表征31
• 2.2.4 透射電子顯微鏡31-32
• 2.2.5 原子力分析32
• 2.2.6 吸光度測試32
• 2.2.7 光電性能測試32-33
• 第3章 單層二硫化鉬的制備表征和電學性能測試33-45
• 3.1 引言33
• 3.2 單層二硫化鉬的制備33-39
• 3.2.1 溫度對生長單層二硫化鉬的影響34-35
• 3.2.2 時間對生長單層二硫化鉬的影響35-36
• 3.2.3 流量對生長單層二硫化鉬的影響36-37
• 3.2.4 三氧化鉬粉到Si/SiO2襯底的距離對生長單層二硫化鉬的影響37-39
• 3.2.5 三氧化鉬粉用量對生長單層二硫化鉬的影響39
• 3.3 單層二硫化鉬的表征39-42
• 3.4 單層二硫化鉬的電子輸運性能42-43
• 3.4.1 單層二硫化鉬場效應管的構筑42
• 3.4.2 單層二硫化鉬場效應晶體管的性能測試42-43
• 3.5 本章小結43-45
• 第4章 單層二硫化鉬光探測器的敏化增強45-56
• 4.1 引言45
• 4.2 不同染料對單層二硫化鉬光電性能的增強45-55
• 4.2.1 染料敏化單層二硫化鉬光電器件的制備45-46
• 4.2.2 甲基橙對單層二硫化鉬光電性能的增強46-50
• 4.2.3 羅丹明 6G對單層二硫化鉬光探測器增強50-52
• 4.2.4 亞甲基藍對單層二硫化鉬光探測器的增強52-55
• 4.3 本章小結55-56
• 第5章 染料敏化二硫化鉬光探測器增強機理研究56-67
• 5.1 引言56
• 5.2 染料分子在單層二硫化鉬表面的拉曼增強分析56-58
• 5.3 染料修飾單層二硫化鉬的原子力分析58-59
• 5.4 染料分子對單層二硫化鉬光電性能機制研究59-65
• 5.5 本章小結65-67
• 結論67-68
• 參考文獻68-75
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文及申請專利75-77
• 致謝77

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1 周文慧，賀軍輝，李妙貞，，王爾鑒;新型染料敏化體系──熒光素染料碘摀鹽的光譜研究[J];感光科學與光化學;1995年02期

2 凌可慶;吲哚化合物的光化學 Ⅳ.2-苯基吲哚染料敏化光氧化反應機理研究[J];淮北煤師院學報(自然科學版);1993年02期

3 楊振清;曹達鵬;邵長金;盧貴武;;染料敏化太陽能電池中金屬有機配合物染料敏化劑的研究進展[J];材料導報;2011年S2期

4 胡蕓菲;徐剛;梁宗存;;二氧化鈦納米染料敏化電池研究動態(tài)[J];材料科學與工程學報;2006年03期

5 王春陽;李祥;周一浩;林高庭;牛繼南;;二氧化鈦雙粒徑組合對染料敏化電池光電性能的影響研究[J];廣州化工;2013年14期

6 孫世國,徐勇前,時磊,彭孝軍,孫立成;染料敏化納米晶體光電池[J];當代化工;2004年01期

7 何主亮;徐明義;李幸芳;陳炯勛;;納米線/模板共構染料敏化二氧化鈦太陽電池的制備[J];過程工程學報;2006年S2期

8 孔凡太;戴松元;;染料敏化太陽電池研究進展[J];化學進展;2006年11期

9 武國華;孔凡太;翁堅;戴松元;奚小網;張昌能;;有機染料及其在染料敏化太陽電池中的應用[J];化學進展;2011年09期

10 史成武,戴松元,王孔嘉,郭力,潘旭,孔凡太,胡林華;1-甲基-3-己基咪唑碘在染料敏化太陽電池中的應用研究[J];化學學報;2005年13期

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1 陶霞;鄭言貞;趙家興;盧鑫泓;畢世青;;光電功能薄膜及其在染料敏化太陽能的應用研究[A];第十三屆全國太陽能光化學與光催化學術會議學術論文集[C];2012年

2 段彥棟;王敏;劉佳;林原;;摻雜二氧化鈦對染料敏化電池性能的影響[A];第十三屆全國光化學學術討論會論文集[C];2013年

3 高瑞;王立鐸;耿怡;史彥濤;馬蓓蓓;朱益鋒;董豪鵬;邱勇;;4-叔丁基吡啶在染料敏化后的界面修飾方法及機理研究[A];中國化學會第27屆學術年會第12分會場摘要集[C];2010年

4 藍鼎;羅欣蓮;萬發(fā)榮;龍毅;;多層二氧化鈦薄膜的結構及其對染料敏化太陽電池性能的影響[A];21世紀太陽能新技術——2003年中國太陽能學會學術年會論文集[C];2003年

5 孔凡太;戴松元;王孔嘉;;多吡啶釕染料的優(yōu)化設計及其在染料敏化太陽電池中的應用[A];安徽節(jié)能減排博士科技論壇論文集[C];2007年

6 張敬波;林原;肖緒瑞;方世璧;翁羽翔;李學萍;周曉文;;染料敏化納晶電池高分子電解質動力學特性的閃光光解研究[A];2004年全國太陽能光化學與光催化學術會議論文集[C];2004年

7 魯建峰;崔金;曹昆;徐曉寶;白杰;李志鴻;王鳴魁;;近紅外吸收卟啉染料的合成及其在染料敏化太陽電池中的應用[A];中國化學會第28屆學術年會第10分會場摘要集[C];2012年

8 于哲勛;李可心;李冬梅;羅艷紅;孟慶波;;相轉變電解質的性能及其在染料敏化太陽電池中的應用[A];中國化學會第26屆學術年會納米化學分會場論文集[C];2008年

9 彭天右;張曉虎;喻麗娟;李仁杰;;染料敏化半導體的光譜拓展及其光催化制氫性能[A];中國化學會第29屆學術年會摘要集——第23分會：電催化與潔凈能源電化學轉化[C];2014年

10 張哲;葛偉杰;周保學;蔡俊;蔡偉民;;染料敏化納米二氧化鈦薄膜太陽能電池中的電荷復合[A];第二屆全國環(huán)境化學學術報告會論文集[C];2004年

中國重要報紙全文數據庫 前10條

1 劉霞;固態(tài)染料敏化電池轉化率達到15%[N];科技日報;2013年

2 本報記者 焦旭;染料敏化電池讓“太陽能”走進室內[N];中國能源報;2012年

3 汪攜;染料敏化太陽電池研究獲進展[N];中國化工報;2009年

4 本報駐堪培拉記者 張川杜;讓環(huán)保能源占領市場[N];光明日報;2001年

5 華文;染料敏化太陽電池產業(yè)化項目被列入國家“863”計劃[N];中國有色金屬報;2009年

6 林青海;國家支持染料敏化太陽電池開發(fā)[N];中國化工報;2009年

7 辛華;“人造樹葉”能發(fā)電又環(huán)保[N];江蘇科技報;2009年

8 本報記者 吳紅梅;“人造樹葉”既能發(fā)電又環(huán)保[N];新華日報;2009年

9 記者 方佛平 通訊員 程艷;“陽光電源”成科學島“景觀”[N];安徽日報;2004年

10 本報記者　陳敬農 通訊員　程艷;“樓頂電站”面向未來商業(yè)化[N];科技日報;2006年

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1 徐俊英;石墨相C_3N_4及層狀氧化物的染料敏化光催化制氫性能研究[D];南昌大學;2015年

2 丁欣;基于釕催化劑的染料敏化光解水分子器件研究[D];大連理工大學;2015年

3 孫柱柱;染料敏化太陽電池中鈷電對及染料再生機理的理論研究[D];北京理工大學;2015年

4 張曉;染料敏化太陽能電池中電解質的研究和染料的量子設計[D];復旦大學;2007年

5 韓宏偉;染料敏化二氧化鈦納米晶薄膜太陽電池研究[D];武漢大學;2005年

6 牛海紅;染料敏化太陽電池電極材料的研究[D];蘭州大學;2014年

7 潘凱;染料敏化TiO_2納米晶多孔膜光電化學池的性質研究[D];吉林大學;2006年

8 張雪華;新型有機染料的設計、合成及其在染料敏化太陽電池和化學敏感器中的應用研究[D];中國科學院研究生院（理化技術研究所）;2007年

9 沈潔;染料敏化太陽電池硫化物電極材料和柔性技術研究[D];華東師范大學;2014年

10 阿里;氧化鋅及其鋁摻雜納米顆粒的制備及在染料敏化納米晶太陽能電池中的應用[D];華中師范大學;2007年

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1 張千;含羰基衍生物的芳香化合物的設計合成與光電性能研究[D];復旦大學;2014年

2 韓冬梅;染料敏化ZnO與TiO_2水分解產氫對比研究及在降解甲醛中應用[D];吉林大學;2016年

3 陳經闊;基于多層復合薄膜電極的染料敏化太陽電池制備及其性能研究[D];河南理工大學;2015年

4 黃彥民;有機小分子修飾單層二硫化鉬及其光電性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2016年

5 谷笛;用于太陽能制氫的染料敏化光電系統(tǒng)的研究[D];大慶石油學院;2008年

6 羅敏;染料敏化電池光子晶體電極的制備[D];華中科技大學;2013年

7 高培峰;染料敏化電池陽極制備及敏化工藝優(yōu)化研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

8 趙南;納米TiO_2薄膜的制備及其染料敏化的研究[D];燕山大學;2012年

9 趙麗佳;柔性染料敏化電池的制備、結構及功能特性研究[D];沈陽建筑大學;2012年

10 熊衍;二氧化鈦納米管的可控生長和電流微結構調制及其在染料敏化電池中的應用[D];上海交通大學;2013年

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