熔盐电解PPT
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熔盐中的浓度
硅膜形成过程
本实验研究的内容 ： 1、找到合适的纳米二氧化硅添加量；
2、在合适的纳米二氧化硅添加量条件下，以石墨片为阴极，制备
硅膜； 3、对获得的硅膜光电性能进行测量，分析硅膜的性能。
实验方法与过程
二氧化硅 电解实验
采用三电极体系，
利用循环伏安法和计 时电位法，研究纳米
电 化 学 测 试 实 验
纳米二氧化硅熔盐电解 制备p-型硅膜的阴极行为
答辩人：金星
目
1 2 3 4
录
选题意义及研究内容 实验方法与过程 实验结果与讨论
结论
选题意义及研究内容
“新能源”是21世纪重要产业。太阳能由于具有清
洁安全、无污染、相对持续、稳定以及能源取之不尽 等优点被认为是最理想的可再生资源。
因相对成本低、性能好，硅在太阳能光伏电池、光电 催化和锂离子电池电极材料等领域得到广泛应用。
氧化硅浓度比较适合。
实验结果与讨论
电沉积实验
添加0.35M纳米二氧化硅后，在800℃下进行恒
电位电解。
-2.5V 5小时 -2.4V
（a）
（b）
实验结果与讨论
光电性能检测（硅膜→水洗→酸洗→光电检测）
样品
氙气光源
光响应电流 密度曲线
实验结果与讨论
光电性能检测
用-2.5V恒电位制得的硅膜试样与商业p-type多晶硅片
选题意义及研究内容
西门子法 熔盐电解
流程长
生产成本高 工艺条件难控制
低成本、ห้องสมุดไป่ตู้
节能、环保 工艺条件简单
中间产物腐蚀性强
二氧化硅原料直接
还原
Si→SiHCl3→Si
SiO2→Si
选题意义及研究内容
2012年，“现代电化学之父”Allen·J.Bard博士课题组发表
了以3N纯度的纳米二氧化硅作原料，石墨作阳极，银薄片作 阴极兼基体，将纳米二氧化硅分散到氯化钙熔盐中850℃直接 电化学还原，在银片上电沉积获得了高纯度、具有光电性能 特征p-型硅膜的研究成果。 然而，银是比较昂贵的金属材料，寻找一种相对廉价的阴极 基体材料也势在必行。因此，本实验提出采用廉价的石墨片 为基体进行p-型硅膜的制备。
结论
0.35M为纳米二氧化硅在熔盐中电解的适合浓度
制备出的硅膜表面为结晶明显的多孔型构造，并
且较致密
制备出的硅膜为p-型，光响应电流密度在相同条 件下较优于商业p-型硅片
性。因此，光照条件下能够测得光电流就能说明半导体是 p型。
实验结果与讨论
熔盐电解过程中，阴极反应是一个较为复杂
的过程。本实验对阴极过程研究会受到熔盐纯度
和纳米二氧化硅添加量的影响，而这对制备纯净、 完整的硅膜也非常重要重要作用。因此要对熔盐 进行预电解处理，来除去熔盐中的杂质。
实验结果与讨论
循环曲线1上，电位从-0.2V向-2.5V扫描过程中，随着电位的更负，
0.1 -1.25 -0.5 0.15 -1.0 -0.45 0.2 -0.75 -0.5 0.25 -0.9 -0.3 0.3 -0.75 -0.3 0.35 -0.6 -0.35 0.4 -1.0 -0.5 0.45 -1.0 -0.5
两者越接近纳米二 氧化硅还原的有效电 流效率越高。因此， 选择0.35M的纳米二
判断在更负的电位处还原电
流为氧的还原所致。
氯化钙 800℃ 预电解（1.0V,0.5h）
实验结果与讨论
电化学测试实验
SiO2 浓度
0.1M
0.15M 0.2M
0.25M 0.3M
0.35M 0.4M
0.5M
实验结果与讨论
SiO2还原电压：-1.25V 氧还原电压：-0.5V
（a）
SiO2:0.1M
SiO2:0.3M
实验结果与讨论
SiO2还原电压：-0.6V 氧还原电压：-0.35V
SiO2:0.35M
实验结果与讨论
SiO2还原电压：-1.0V 氧还原电压：-0.5V
SiO2:0.4M
实验结果与讨论
SiO2还原电压：-1.0V 氧还原电压：-0.5V
SiO2:0.5M
实验结果与讨论
CSiO2/M ESi/V EO/V
（b）
实验结果与讨论
SiO2还原电压：-1.25V 氧还原电压：-0.45V
SiO2:0.15M
实验结果与讨论
SiO2还原电压：-0.75V 氧还原电压：-0.5V
SiO2:0.2M
实验结果与讨论
SiO2还原电压：-0.9V 氧还原电压：-0.3V
SiO2:0.25M
实验结果与讨论
SiO2还原电压：-0.75V 氧还原电压：-0.3V
选题意义及研究内容
纳米SiO2加入到CaCl2熔盐中后， 高温条件下进行布朗运动。 碰撞到阴极，在电场的作用下失 去氧离子被还原。 硅原子形成吸附原子进入基体材 料晶格或形成新的晶核。
阴极：SiO2+4e-→Si+O2阳极：2O2- + C→CO2+ 4e-
实验原理
选题意义及研究内容
纳米二氧化硅在
电流值有所增大，在-1.0V、-1.75V和-2.2V左右处出现了还原电流峰。
800℃ 氯化钙熔盐
实验结果与讨论
曲线1可见，电位从-0.2V向-1.5V扫描过程中，在-0.2V- -0.5V 直接电流有所增加，在-0.5V后电流曲线基本保持水平。
电位在-0.5V-0.5V有两
个还原电流峰出现，根据热 力学原理、实际的情况可以
进行比较。
蓝色-制得的p型硅膜
红色-商业p型硅膜
实验结果与讨论
SEM检测
-2.5V条件下制得的硅膜厚 度平均在10μ m左右，相对 致密
-2.4V条件下制得的硅膜厚 度平均在22μ m左右，相对 疏松
实验结果与讨论
SEM检测
1200倍
2400倍
由图可见，硅膜表面为结晶明显的多孔型构造。
光照到样品表面后，由于多孔的原因，光反射率 低，吸收率高，造成了上述现象
采用恒电位法对 二氧化硅进行电解
二氧化硅在氯化钙熔
盐中的合适添加量。 合适 添加量
沉积制备硅膜，并
对硅膜进行光电性 能测试。
电 沉 积 实 验
实验方法与过程
P-型半导体测试 P 型半导体，也称为空穴型半导体。即空穴浓度远大于自
由电子浓度的杂质半导体。主要靠空穴导电。当光照射到 p型半导体时，半导体价带的电子被激发到导带形成自由电子 导电，留下的空位形成空穴进一步增强了 p- 型半导体的导电
硅膜形成过程
本实验研究的内容 ： 1、找到合适的纳米二氧化硅添加量；
2、在合适的纳米二氧化硅添加量条件下，以石墨片为阴极，制备
硅膜； 3、对获得的硅膜光电性能进行测量，分析硅膜的性能。
实验方法与过程
二氧化硅 电解实验
采用三电极体系，
利用循环伏安法和计 时电位法，研究纳米
电 化 学 测 试 实 验
纳米二氧化硅熔盐电解 制备p-型硅膜的阴极行为
答辩人：金星
目
1 2 3 4
录
选题意义及研究内容 实验方法与过程 实验结果与讨论
结论
选题意义及研究内容
“新能源”是21世纪重要产业。太阳能由于具有清
洁安全、无污染、相对持续、稳定以及能源取之不尽 等优点被认为是最理想的可再生资源。
因相对成本低、性能好，硅在太阳能光伏电池、光电 催化和锂离子电池电极材料等领域得到广泛应用。
氧化硅浓度比较适合。
实验结果与讨论
电沉积实验
添加0.35M纳米二氧化硅后，在800℃下进行恒
电位电解。
-2.5V 5小时 -2.4V
（a）
（b）
实验结果与讨论
光电性能检测（硅膜→水洗→酸洗→光电检测）
样品
氙气光源
光响应电流 密度曲线
实验结果与讨论
光电性能检测
用-2.5V恒电位制得的硅膜试样与商业p-type多晶硅片
选题意义及研究内容
西门子法 熔盐电解
流程长
生产成本高 工艺条件难控制
低成本、ห้องสมุดไป่ตู้
节能、环保 工艺条件简单
中间产物腐蚀性强
二氧化硅原料直接
还原
Si→SiHCl3→Si
SiO2→Si
选题意义及研究内容
2012年，“现代电化学之父”Allen·J.Bard博士课题组发表
了以3N纯度的纳米二氧化硅作原料，石墨作阳极，银薄片作 阴极兼基体，将纳米二氧化硅分散到氯化钙熔盐中850℃直接 电化学还原，在银片上电沉积获得了高纯度、具有光电性能 特征p-型硅膜的研究成果。 然而，银是比较昂贵的金属材料，寻找一种相对廉价的阴极 基体材料也势在必行。因此，本实验提出采用廉价的石墨片 为基体进行p-型硅膜的制备。
结论
0.35M为纳米二氧化硅在熔盐中电解的适合浓度
制备出的硅膜表面为结晶明显的多孔型构造，并
且较致密
制备出的硅膜为p-型，光响应电流密度在相同条 件下较优于商业p-型硅片
性。因此，光照条件下能够测得光电流就能说明半导体是 p型。
实验结果与讨论
熔盐电解过程中，阴极反应是一个较为复杂
的过程。本实验对阴极过程研究会受到熔盐纯度
和纳米二氧化硅添加量的影响，而这对制备纯净、 完整的硅膜也非常重要重要作用。因此要对熔盐 进行预电解处理，来除去熔盐中的杂质。
实验结果与讨论
循环曲线1上，电位从-0.2V向-2.5V扫描过程中，随着电位的更负，
0.1 -1.25 -0.5 0.15 -1.0 -0.45 0.2 -0.75 -0.5 0.25 -0.9 -0.3 0.3 -0.75 -0.3 0.35 -0.6 -0.35 0.4 -1.0 -0.5 0.45 -1.0 -0.5
两者越接近纳米二 氧化硅还原的有效电 流效率越高。因此， 选择0.35M的纳米二
判断在更负的电位处还原电
流为氧的还原所致。
氯化钙 800℃ 预电解（1.0V,0.5h）
实验结果与讨论
电化学测试实验
SiO2 浓度
0.1M
0.15M 0.2M
0.25M 0.3M
0.35M 0.4M
0.5M
实验结果与讨论
SiO2还原电压：-1.25V 氧还原电压：-0.5V
（a）
SiO2:0.1M
SiO2:0.3M
实验结果与讨论
SiO2还原电压：-0.6V 氧还原电压：-0.35V
SiO2:0.35M
实验结果与讨论
SiO2还原电压：-1.0V 氧还原电压：-0.5V
SiO2:0.4M
实验结果与讨论
SiO2还原电压：-1.0V 氧还原电压：-0.5V
SiO2:0.5M
实验结果与讨论
CSiO2/M ESi/V EO/V
（b）
实验结果与讨论
SiO2还原电压：-1.25V 氧还原电压：-0.45V
SiO2:0.15M
实验结果与讨论
SiO2还原电压：-0.75V 氧还原电压：-0.5V
SiO2:0.2M
实验结果与讨论
SiO2还原电压：-0.9V 氧还原电压：-0.3V
SiO2:0.25M
实验结果与讨论
SiO2还原电压：-0.75V 氧还原电压：-0.3V
选题意义及研究内容
纳米SiO2加入到CaCl2熔盐中后， 高温条件下进行布朗运动。 碰撞到阴极，在电场的作用下失 去氧离子被还原。 硅原子形成吸附原子进入基体材 料晶格或形成新的晶核。
阴极：SiO2+4e-→Si+O2阳极：2O2- + C→CO2+ 4e-
实验原理
选题意义及研究内容
纳米二氧化硅在
电流值有所增大，在-1.0V、-1.75V和-2.2V左右处出现了还原电流峰。
800℃ 氯化钙熔盐
实验结果与讨论
曲线1可见，电位从-0.2V向-1.5V扫描过程中，在-0.2V- -0.5V 直接电流有所增加，在-0.5V后电流曲线基本保持水平。
电位在-0.5V-0.5V有两
个还原电流峰出现，根据热 力学原理、实际的情况可以
进行比较。
蓝色-制得的p型硅膜
红色-商业p型硅膜
实验结果与讨论
SEM检测
-2.5V条件下制得的硅膜厚 度平均在10μ m左右，相对 致密
-2.4V条件下制得的硅膜厚 度平均在22μ m左右，相对 疏松
实验结果与讨论
SEM检测
1200倍
2400倍
由图可见，硅膜表面为结晶明显的多孔型构造。
光照到样品表面后，由于多孔的原因，光反射率 低，吸收率高，造成了上述现象
采用恒电位法对 二氧化硅进行电解
二氧化硅在氯化钙熔
盐中的合适添加量。 合适 添加量
沉积制备硅膜，并
对硅膜进行光电性 能测试。
电 沉 积 实 验
实验方法与过程
P-型半导体测试 P 型半导体，也称为空穴型半导体。即空穴浓度远大于自
由电子浓度的杂质半导体。主要靠空穴导电。当光照射到 p型半导体时，半导体价带的电子被激发到导带形成自由电子 导电，留下的空位形成空穴进一步增强了 p- 型半导体的导电