熔鹽電解PPT)

1、納米二氧化硅熔鹽電解納米二氧化硅熔鹽電解制備制備p-p-型硅膜的陰極行為型硅膜的陰極行為答辯人：金星答辯人：金星 目目 錄錄選題意義及研究?jī)?nèi)容選題意義及研究?jī)?nèi)容1實(shí)驗(yàn)方法與過(guò)程實(shí)驗(yàn)方法與過(guò)程2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論3結(jié)論結(jié)論4選題意義及研究?jī)?nèi)容選題意義及研究?jī)?nèi)容v “新能源新能源”是是2121世紀(jì)重要產(chǎn)業(yè)。太陽(yáng)能由于具有清世紀(jì)重要產(chǎn)業(yè)。太陽(yáng)能由于具有清潔安全、無(wú)污染、相對(duì)持續(xù)、穩(wěn)定以及能源取之不盡潔安全、無(wú)污染、相對(duì)持續(xù)、穩(wěn)定以及能源取之不盡等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是最理想的可再生資源。等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是最理想的可再生資源。v 因相對(duì)成本低、性能好，硅在太陽(yáng)能光伏電池、光電因相對(duì)成本低、性能好，硅在太陽(yáng)

2、能光伏電池、光電催化和鋰離子電池電極材料等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。催化和鋰離子電池電極材料等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。選題意義及研究?jī)?nèi)容選題意義及研究?jī)?nèi)容西門(mén)子法西門(mén)子法熔鹽電解熔鹽電解流程長(zhǎng)流程長(zhǎng)生產(chǎn)成本高生產(chǎn)成本高工藝條件難控制工藝條件難控制中間產(chǎn)物腐蝕性強(qiáng)中間產(chǎn)物腐蝕性強(qiáng)SiO2Si低成本、低成本、節(jié)能、環(huán)保節(jié)能、環(huán)保工藝條件簡(jiǎn)單工藝條件簡(jiǎn)單二氧化硅原料直接二氧化硅原料直接還原還原SiSiHCl3Si選題意義及研究?jī)?nèi)容選題意義及研究?jī)?nèi)容v 20122012年，年，“現(xiàn)代電化學(xué)之父現(xiàn)代電化學(xué)之父”AllenJ.Bard”AllenJ.Bard博士課題組發(fā)表博士課題組發(fā)表了以了以3N3N純度的納米二氧化硅

3、作原料，石墨作陽(yáng)極，銀薄片作純度的納米二氧化硅作原料，石墨作陽(yáng)極，銀薄片作陰極兼基體，將納米二氧化硅分散到氯化鈣熔鹽中陰極兼基體，將納米二氧化硅分散到氯化鈣熔鹽中850850直接直接電化學(xué)還原，在銀片上電沉積獲得了高純度、具有光電性能電化學(xué)還原，在銀片上電沉積獲得了高純度、具有光電性能特征特征p-p-型硅膜的研究成果。型硅膜的研究成果。 v 然而，銀是比較昂貴的金屬材料，尋找一種相對(duì)廉價(jià)的陰極然而，銀是比較昂貴的金屬材料，尋找一種相對(duì)廉價(jià)的陰極基體材料也勢(shì)在必行。因此，本實(shí)驗(yàn)提出采用廉價(jià)的石墨片基體材料也勢(shì)在必行。因此，本實(shí)驗(yàn)提出采用廉價(jià)的石墨片為基體進(jìn)行為基體進(jìn)行p-p-型硅膜的制備。型硅膜

4、的制備。選題意義及研究?jī)?nèi)容選題意義及研究?jī)?nèi)容納米納米SiO2加入到加入到CaCl2熔鹽中后，熔鹽中后，高溫條件下進(jìn)行布朗運(yùn)動(dòng)。高溫條件下進(jìn)行布朗運(yùn)動(dòng)。碰撞到陰極，在電場(chǎng)的作用下失碰撞到陰極，在電場(chǎng)的作用下失去氧離子被還原。去氧離子被還原。 硅原子形成吸附原子進(jìn)入基體材硅原子形成吸附原子進(jìn)入基體材料晶格或形成新的晶核。料晶格或形成新的晶核。選題意義及研究?jī)?nèi)容選題意義及研究?jī)?nèi)容本實(shí)驗(yàn)研究的內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)研究的內(nèi)容 ：v 1 1、找到合適的納米二氧化硅添加量、找到合適的納米二氧化硅添加量；v 2 2、在合適的納米二氧化硅添加量條件下，以石墨片為陰極，制備、在合適的納米二氧化硅添加量條件下，以石墨片為陰極

5、，制備硅膜硅膜；v 3 3、對(duì)獲得的硅膜光電性能進(jìn)行測(cè)量，分析硅膜的性能。、對(duì)獲得的硅膜光電性能進(jìn)行測(cè)量，分析硅膜的性能。納米二氧化硅在納米二氧化硅在熔鹽中的濃度熔鹽中的濃度硅膜形成過(guò)程硅膜形成過(guò)程實(shí)驗(yàn)方法與過(guò)程實(shí)驗(yàn)方法與過(guò)程 采用三電極體系，利用循環(huán)伏安法和計(jì)時(shí)電位法，研究納米納米二氧化硅在氯化鈣熔二氧化硅在氯化鈣熔鹽中的合適添加量。鹽中的合適添加量。二氧化硅二氧化硅電解實(shí)驗(yàn)電解實(shí)驗(yàn) 采用恒電位法對(duì)采用恒電位法對(duì)二氧化硅進(jìn)行電解二氧化硅進(jìn)行電解沉積制備硅膜，并沉積制備硅膜，并對(duì)硅膜進(jìn)行光電性對(duì)硅膜進(jìn)行光電性能測(cè)試。能測(cè)試。電化學(xué)測(cè)試實(shí)驗(yàn)電化學(xué)測(cè)試實(shí)驗(yàn)電沉積實(shí)驗(yàn)電沉積實(shí)驗(yàn)合適合適添加量添加量實(shí)

6、驗(yàn)方法與過(guò)程實(shí)驗(yàn)方法與過(guò)程vP-P-型半導(dǎo)體測(cè)試型半導(dǎo)體測(cè)試 P P型半導(dǎo)體，也稱(chēng)為空穴型半導(dǎo)體。即空穴濃度遠(yuǎn)大于自型半導(dǎo)體，也稱(chēng)為空穴型半導(dǎo)體。即空穴濃度遠(yuǎn)大于自由電子濃度的雜質(zhì)半導(dǎo)體。主要靠空穴導(dǎo)電。當(dāng)光照射到由電子濃度的雜質(zhì)半導(dǎo)體。主要靠空穴導(dǎo)電。當(dāng)光照射到p-p-型半導(dǎo)體時(shí)，半導(dǎo)體價(jià)帶的電子被激發(fā)到導(dǎo)帶形成自由電子型半導(dǎo)體時(shí)，半導(dǎo)體價(jià)帶的電子被激發(fā)到導(dǎo)帶形成自由電子導(dǎo)電，留下的空位形成空穴進(jìn)一步增強(qiáng)了導(dǎo)電，留下的空位形成空穴進(jìn)一步增強(qiáng)了p-p-型半導(dǎo)體的導(dǎo)電型半導(dǎo)體的導(dǎo)電性。因此，光照條件下能夠測(cè)得光電流就能說(shuō)明半導(dǎo)體是性。因此，光照條件下能夠測(cè)得光電流就能說(shuō)明半導(dǎo)體是p-p-型。型。

7、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 熔鹽電解過(guò)程中，陰極反應(yīng)是一個(gè)較為復(fù)雜的熔鹽電解過(guò)程中，陰極反應(yīng)是一個(gè)較為復(fù)雜的過(guò)程。本實(shí)驗(yàn)對(duì)陰極過(guò)程研究會(huì)受到熔鹽純度和過(guò)程。本實(shí)驗(yàn)對(duì)陰極過(guò)程研究會(huì)受到熔鹽純度和納米二氧化硅添加量的影響，而這對(duì)制備純凈、納米二氧化硅添加量的影響，而這對(duì)制備純凈、完整的硅膜也非常重要重要作用。因此要對(duì)熔鹽完整的硅膜也非常重要重要作用。因此要對(duì)熔鹽進(jìn)行預(yù)電解處理，來(lái)除去熔鹽中的雜質(zhì)。進(jìn)行預(yù)電解處理，來(lái)除去熔鹽中的雜質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 循環(huán)曲線循環(huán)曲線1 1上，電位從上，電位從-0.2V-0.2V向向-2.5V-2.5V掃描過(guò)程中，隨著電位的更負(fù)，掃描過(guò)程中，隨著電位的更負(fù)，電流值有所增大，在電流

8、值有所增大，在-1.0V-1.0V、-1.75V-1.75V和和-2.2V-2.2V左右處出現(xiàn)了還原電流峰。左右處出現(xiàn)了還原電流峰。800 800 氯化鈣熔鹽氯化鈣熔鹽實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 曲線曲線1 1可見(jiàn)，電位從可見(jiàn)，電位從-0.2V-0.2V向向-1.5V-1.5V掃描過(guò)程中，在掃描過(guò)程中，在-0.2V- -0.5V-0.2V- -0.5V直接電流有所增加，在直接電流有所增加，在-0.5V-0.5V后電流曲線基本保持水平。后電流曲線基本保持水平。氯化鈣氯化鈣 800 預(yù)電解（預(yù)電解（1.0V,0.5h） 電位在電位在-0.5V-0.5V-0.5V-0.5V有兩有兩個(gè)還原電流峰出現(xiàn)，根據(jù)熱個(gè)還原

9、電流峰出現(xiàn)，根據(jù)熱力學(xué)原理、實(shí)際的情況可以力學(xué)原理、實(shí)際的情況可以判斷在更負(fù)的電位處還原電判斷在更負(fù)的電位處還原電流為氧的還原所致流為氧的還原所致。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論v 電化學(xué)測(cè)試實(shí)驗(yàn)電化學(xué)測(cè)試實(shí)驗(yàn) 0.1M0.15M0.2M0.25M0.3M0.35M0.4M0.5MSiO2濃度實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論SiOSiO2 2還原電壓：還原電壓：-1.25V-1.25V氧還原電壓：氧還原電壓：-0.5V-0.5V（a）（b）SiO2:0.1M實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論SiO2:0.15MS SiOiO2 2還原電壓：還原電壓：-1.25V-1.25V氧還原電壓：氧還原電壓：-0.45V-0.45V實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論SiO2:0

10、.2MS SiOiO2 2還原電壓：還原電壓：-0.75V-0.75V氧還原電壓：氧還原電壓：-0.5V-0.5V實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論SiO2:0.25MS SiOiO2 2還原電壓：還原電壓：-0.9V-0.9V氧還原電壓：氧還原電壓：-0.3V-0.3V實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論SiO2:0.3MS SiOiO2 2還原電壓：還原電壓：-0.75V-0.75V氧還原電壓：氧還原電壓：-0.3V-0.3V實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論SiO2:0.35MS SiOiO2 2還原電壓：還原電壓：-0.6V-0.6V氧還原電壓：氧還原電壓：-0.35V-0.35V實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論SiO2:0.4MS SiOiO2 2還原電壓：還原

11、電壓：-1.0V-1.0V氧還原電壓：氧還原電壓：-0.5V-0.5V實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論SiO2:0.5MS SiOiO2 2還原電壓：還原電壓：-1.0V-1.0V氧還原電壓：氧還原電壓：-0.5V-0.5V實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論CSiO2/M0.10.150.20.250.30.350.40.45ESi/V-1.25-1.0-0.75-0.9-0.75-0.6-1.0-1.0EO/V-0.5-0.45-0.5-0.3-0.3-0.35-0.5-0.5 兩者越接近納米二兩者越接近納米二氧化硅還原的有效電氧化硅還原的有效電流效率越高。因此，流效率越高。因此，選擇選擇0.35M0.35M的納米

12、二的納米二氧化硅濃度比較適合。氧化硅濃度比較適合。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論v 電沉積實(shí)驗(yàn)電沉積實(shí)驗(yàn) 添加添加0.35M納米二氧化硅后，在納米二氧化硅后，在800下進(jìn)行恒下進(jìn)行恒電位電解。電位電解。 -2.5V-2.4V5小時(shí)（a）（b）實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論v 光電性能檢測(cè)（硅膜光電性能檢測(cè)（硅膜水洗水洗酸洗酸洗光電檢測(cè)）光電檢測(cè)） 樣品樣品氙氣光源氙氣光源光響應(yīng)電流光響應(yīng)電流密度曲線密度曲線實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論v 光電性能檢測(cè)光電性能檢測(cè) 用用-2.5V-2.5V恒電位制得的硅膜試樣與商業(yè)恒電位制得的硅膜試樣與商業(yè)p-typep-type多晶硅片多晶硅片進(jìn)行比較。進(jìn)行比較。藍(lán)色藍(lán)色- -制得的制得的p p型硅膜型硅膜 紅色紅色- -商業(yè)商業(yè)p p型硅膜型硅膜實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論v SEM檢測(cè)檢測(cè) -2.5V-2.5V條件下制得的硅膜厚條件下制得的硅膜厚度平均在度平均在10m10m左右，相對(duì)左右，相對(duì)致密致密-2.4V-2.4V條件下制得的硅膜厚條件下制得的硅膜厚度平均在度平均在22m22m左右，相對(duì)左右，相對(duì)疏松疏松實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論v SEM檢測(cè)檢測(cè) 1200倍倍2400倍倍由圖可見(jiàn)，硅膜表面為結(jié)晶明顯的多孔型構(gòu)造