论文总字数：25526字

摘 要

由两种不同的半导体单晶材料组成的结，称为异质结。形成异质结后，两种材料的费米能级之间会有电子和空穴的传输，导致结面处能带偏移。

二维材料如二维过渡金属硫化物性质稳定、具有不同的能带结构，并且能够制备成超薄材料，研究表明，单层二硫化钼材料为直接间隙材料。

由二维材料形成的异质结能够迅速分离载流子、降低复合率，所以在特点上符合太阳能电池的对电极的要求。

本文的主要研究内容如下：

（1）通过脉冲激光沉积技术（PLD）在FTO基底上沉积MoO₃、WO₃，制备FTO-WO₃-MoO₃；

（2）然后通过化学气相沉积技术（CVD）硫化样品，制备FTO-WS₂-MoS₂；

（3）通过SEM、TEM、XRD和Raman对样品进行表征；

（4）调控PLD过程的脉冲（1000、2000和3000）和CVD过程的温度（450℃、500℃和550℃），制备多个样品，通过CV、EIS、Tafel和IV测试电化学性能；

本文的主要研究结果是：

（1）通过PLD和CVD两步处理的方法成功制备了样品；

（2）根据CV分析，1000脉冲时峰电流密度最高，3000脉冲时氧化还原速率接近Pt。550℃时峰电流密度较高，500℃时氧化还原速率较快。

（3）根据Tafel分析，1000脉冲时材料的催化性能与Pt非常接近。550℃时材料的催化性能与Pt非常接近。

（4）根据EIS分析，3000脉冲时对电极的氧化还原催化能力较强。550℃时对电极的氧化还原催化能力较强。

（5）根据IV分析，1000脉冲、3000脉冲和2000脉冲时的光电转化效率分别达到了Pt的78.17%、74.34%和61.36%。550℃、500℃和450℃的光电转化效率分别达到了Pt的77.75%、74.71%和72.36%。

说明PLD-CVD两步法合成的FTO-WS₂-MoS₂异质结材料在一些电化学性能上已经接近Pt,非常具有潜力。

关键词：二维材料异质结，化学气相沉积，脉冲激光沉积，对电极

Abstract

A junction consisting of two different semiconductor monocrystalline materials is called a heterojunction. After the heterojunction is formed, electrons and holes are transferred between the Fermi levels of the two materials, resulting in a band offset at the junction.

Two-dimensional materials such as two-dimensional transition metal sulfides are stable, have different energy band structures, and can be made into ultra-thin materials. Studies have shown that single-layer molybdenum disulfide materials are direct gap materials.

The heterojunction formed by the two-dimensional material can quickly separate carriers and reduce the recombination rate, so it meets the requirements of the solar cell's counter electrode in terms of characteristics.

The main research content of this paper is as follows:

(1) Preparation of FTO-WO₃-MoO₃ by deposition of MoO₃ and WO₃ on FTO substrate by pulsed laser deposition (PLD);

(2) FTO-WS₂-MoS₂ is then prepared by sulfiding the sample by chemical vapor deposition (CVD);

(3) The samples were characterized by SEM, TEM, XRD and Raman.

(4) The temperature (450°C, 500°C, and 550°C) of the pulse (1000, 2000, and 3000) and CVD processes governing the PLD process were used to prepare multiple samples and the electrochemical performance was tested by CV, EIS, Tafel, and IV;

The main findings of this article are:

(1) The sample was successfully prepared by the two-step treatment of PLD and CVD;

(2) According to the CV analysis, the peak current density is the highest at 1000 pulses, and the oxidation-reduction rate is close to Pt at 3000 pulses. The peak current density is higher at 550°C, and the redox rate is faster at 500°C.

(3) According to the Tafel analysis, the catalytic performance of the material at 1000 pulses is very close to that of Pt. The catalytic performance of the material at 550 °C is very close to that of Pt.

(4) According to the EIS analysis, the redox catalytic ability of the counter electrode is strong at 3000 pulses. The 550 °C counter electrode redox catalytic ability.

(5) According to the IV analysis, the photoelectric conversion efficiency at 1000 pulses, 3000 pulses, and 2000 pulses reached 78.17%, 74.34%, and 61.36% of Pt respectively. The photoelectric conversion efficiencies of 550°C, 500°C and 450°C reach 77.75%, 74.71% and 72.36% of Pt respectively.

It shows that the PTO-CVD two-step synthesis of FTO-WS₂-MoS₂ heterojunction materials is close to Pt in some electrochemical properties, which has great potential.

Key words: two-dimensional material heterojunction, chemical vapor deposition, pulsed laser deposition counter electrode

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 异质结 1

1.2.1 半导体异质结构 1

1.2.2 异质结的调控类型 1

1.3 二维材料 1

1.3.1 石墨烯材料 3

1.3.2 过渡金属二硫族化合物 5

1.4 制备二维材料的术方法 1

1.4.1 液相超声法 7

1.4.2 机械剥离法 7

1.4.3 化学气相沉积 7

1.4.4 锂离子插层法 7

1.4.5 水热/溶剂热法 7

1.5 DSSC 1

1.5.1 DSSC的结构 7

1.5.2 DSSC的工作原理 7

1.5.3 DSSC对电极 7

1.6 本论文主要研究内容 1

第二章 二维硫化钼/硫化钨异质结的制备 1

2.1 引言 1

2.2 实验部分 1

2.2.1 药品与仪器 7

2.2.2 光阳极的制备 7

2.2.3 溶液的配制 7

2.2.4 对电极的制备 7

2.2.5 DSSC的组装 7

2.2.6 结构表征 7

2.3 结果与讨论 1

2.3.1 异质结的结构表征 7

2.4 本章小结 1

第三章 异质结的制备参数 1

3.1 引言 1

3.2 实验部分 1

3.2.1 药品与仪器 7

3.2.2 对电极的制备 7

3.2.5 DSSC的组装 7

3.2.6 电化学性能表征 7

3.3 结果与讨论 1

3.3.1 异质结的电化学表征 7

3.4 本章小结 1

第四章 全文总结与展望 1

4.1 全文总结 1

4.2 展望 1

致谢 8

参考文献 9

绪论

引言

近年来，由于经济的迅猛发展和人口数量的急剧增加，人类对于能源问题的解决迫在眉睫，然而地球上存在的石油、煤等矿物资源存在着日渐枯竭的危险，并且由于矿物资源的使用所带来的环境污染问题也越来越严重，所以开发利用新能源是目前的亟待解决的重要问题。

目前，各种新能源产业发展迅速，主要包括太阳能、潮汐能、生物能、风能、水能等，在这些可再生新能源中，太阳能可被认为是用之不尽、取之不竭的能量来源。它必将是人类今后发展最可靠最值得依赖的能源形式。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：25526字