电沉积SnS薄膜的织构调控及其热电性能的研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:krizy
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热电材料作为一种非常有潜力的能量转换装置,可将废热转化为电能。由于SnS在室温下具有特殊的正交晶体结构,使其在择优的晶体取向上可能获得优异的热电性能。本文采用成本低、可批量制备以及工艺可控的电沉积方法,恒电位制备了纯相SnS薄膜,探索了制备过程中的电沉积参数、镀液条件以及共沉积机理,同时在不改变薄膜成分的前提下,通过加入表面活性剂制得不同织构的SnS,研究了不同织构的SnS薄膜的热电性能。研究表明,在K4P2O7·3H2O的作用下,S的析出电位正移,容易实现与Sn的共沉积。得到优化的电沉积溶液配方为90mM的K4P2O7·3H2O、30mM的SnCl2·2H2O以及100mM的Na2S2O3·5H2O,在水浴温度为30℃、沉积电位-1.0V、退火温度200℃、沉积时间2Omin的条件下制备了纯相n型SnS薄膜。通过加入表面活性剂十二烷基磺酸钠(SDS)制得了沿着(001)晶面具有择优取向的SnS薄膜,当SDS浓度为0.03g/L时,薄膜成分和结构不发生变化,其(001)晶面的织构系数为1.59;在加入0.03g/L的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)时,SnS沿着(100)晶面的择优生长,其织构系数可高达4.14;在加入0.03g/L的尿素时,并且薄膜沿着(010)晶面的择优生长,XRD衍射结果表明沿着(010)晶面的织构系数达2.01。因此,通过加入不同表面活性剂控制了薄膜织构,具有(100)织构SnS薄膜的热电性能低于无织构SnS薄膜的热电性能,而(001)以及(010)织构的SnS薄膜的热电性能高于无织构SnS薄膜的热电性能,在(010)织构的SnS薄膜具有最低的ρ以及最高的PF,分别为9.372×10-4ohm·m和2.619×104W·m-1·K-2,其电导率是无织构的8.24倍,PF是无织构的8.13倍。可大幅度提高SnS热电转换效率,使这种薄膜在热电转换领域具有良好的应用前景.
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