铜基硫属半导体纳米材料的液相可控合成与性能研究

以铜基硫属半导体纳米材料包括二元化合物CuS、CuSe、CuTe，三元化合物CuInS2、CuInSe2等为研究对象，以液相反应合成其纳米结构。通过系统研究液相合成中反应体系、反应条件、辅助添加剂等实验因素对晶体生长特性的影响，探索晶体晶的生长机制与合成机理，理解不同实验条件对晶体不同晶面生长特性的影响，从而实现纳米晶可控生长；采用液相合成过程中的同步掺杂、溶液中的离子交换、掺杂元素气氛中的气相退火等多种方式进行掺杂，实现不同导电类型（n型与p型）和不同浓度的可控掺杂，对材料电学性能进行调控；利用光刻等微加工工艺，制备纳米器件，对合成的纳米晶的电输运特性及光电特性进行研究，一方面指导实验的进行，提高纳米晶的可控合成能力；另一方面拓展铜基硫属纳米材料在新型纳米器件中的应用。

铜基硫属化合物是一类重要的半导体材料，由于具有优异的光学、电学等特性，在化学传感器、纳米开关、太阳能电池等领域有着较好的应用前景。本项目中，我们系统研究了铜基硫属化合物（主要是二元化合物CuS和三元化合物CuInS2）的液相可控生长，并进行了电学性能表征，初步开展了基于其的器件应用研究。实验结果表明，液相反应体系中的，无机物离子可以选择性吸附在无机化合物微晶的特定晶面，由于电负性的差异，不同离子的选择性吸附能力各异，将影响该晶面的相对生长速度，从而导致不同形貌微晶的形成；特定表面活性剂分子在不同反应条件下，将形成不同形状的胶束，其与无机物离子形成的表面活性剂-无机物离子对，作为无机物离子反应的模板，也将显著影响产物微晶的形貌。因而，液相合成过程中，合理选择反应体系的无机物离子或表面活性剂分子，可以实现不同形貌无机物微晶的可控生长。. 器件应用方面，我们制备了CuS-ITO肖特基结，测试表明其具有良好的光伏特性，基于柔性PET的肖特基结太阳能电池在弯曲角达到95°时，仍能基本维持性能稳定，这为低成本、环境友好的CuxS基太阳能电池的制备提供了新的思路。. 基于CuInS2的场效应器件表明，有望通过液相反应条件的变化，实现CuInS2微球导电类型（p型，n型）的可控调节，获得与通过传统高真空技术制备的CuInS2薄膜的电学性能相近的CuInS2微球，作为光伏器件的吸收层材料，应用于低耗、高效CuInS2基光伏器件的制备。. 此外，我们通过化学气相沉积法实现了Ⅱ-Ⅵ族半导体化合物（CdS、CdSe、ZnS、ZnSe等）准一维纳米结构的n型可控生长，并成功制备了基于其的场效应晶体管、发光二极管、光电探测器、太阳能电池等高性能纳米器件，为p型铜基硫属化合物（CuxS、CuxSe等）光电性能的研究及器件应用（如异质结的形成、太阳能电池的制备等）积累了丰富的器件基础，并提供了材料保障。. 本项目的开展拓展了铜基硫属化合物纳米结构在新型纳米器件中的应用，后续我们将继续以器件应用为导向，深入研究铜基硫属化合物新型纳米结构（如纳米阵列）的可控生长与基于其的纳米器件的制备。