摘要
金属电沉积是通过施加电压（电流）使金属离子在电解槽阴极表面还原、电结晶，最终形成金属层的过程。电沉积具有操作简单、成本低的优点。金属及合金的电沉积常在水溶液体系或离子液体中进行，但水溶液体系存在析氢反应，离子液体存在毒性、难生物降解等问题。低共熔溶剂作为新型电解液体系，具有电化学窗口宽、蒸气压低、容易制备、可生物降解等优点,在金属电沉积领域具有广阔的应用的前景。本文选用氯化胆碱-丙二酸、氯化胆碱-乙二醇两种低共熔溶剂为基础电解液。采用循环伏安法、计时电流法等方法研究了Bi、Sb、Sn、Te、Cd在低共熔溶剂中的电化学还原行为以及形核方式。同时对采用恒电位电沉积法制备出单金属Bi、Sb、Sn、Te、Cd及CdTe、Sn-Sb合金，采用SEM与XRD对电沉积产物进行了表征。此外，对CdTe的光电转化性能进行了研究。采用红外光谱和拉曼光谱分析了电解液的结构，以及Bi3+、Sb3+、Sn2+、Te4+、Cd2+在低共熔溶剂中的存在形式。 研究表明，通过红外光谱分析，这两种低共熔溶剂中存在大量的氢键。拉曼光谱表明，Bi3+、Sb3+、Sn2+、Te4+、Cd2+在低共熔溶剂中分别以[BiCl6]3-、[SbCl4]-、[SnCl3]-、[TeCl6]2-、[CdCl4]2-的配合物形式存在。粘度与电导率研究表明，电解液的粘度与电导率受体系温度与金属离子浓度的影响，可用Arrhenius公式描述。循环伏安表明，Bi3+、Sb3+、Sn2+、Te4+、Cd2+在相应体系中的还原均为受扩散控制的准可逆过程，并且升高温度与增大离子浓度使还原所需的过电位减小。计时电流表明，在343K,Bi、Sb、Sn的还原均为受扩散控制的三维瞬时成核。在353K下，Cd的还原为受扩散控制的三维瞬时成核。在363K下，Te在低电位下的还原为受扩散控制的三维瞬时成核，而在高电位下，逐渐向三维连续成核方向发展。SEM表明，沉积电位和沉积温度对电沉积产物的形貌的影响显著。增大Sb3+浓度使获得的Sn-Sb合金沉积产物的形貌由颗粒状向枝状晶体转变。CdTe薄膜光电化学性能研究表明，CdTe薄膜的光电化学性能良好，对光信号均作出灵敏的光电信号响应，具有良好的周期性与光响应稳定性。Mott-Schottky分析表明，增大Cd2+浓度使电沉积获得的CdTe半导体薄膜导电类型由p型向n型转变。
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