一种碳量子点负载硫氰酸亚铜光电薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术属于半导体光电薄膜领域，具体涉及一种碳量子点负载硫氰酸亚铜(CuSCN)光电薄膜及其制备方法。本发明专利技术提供了一种碳量子点负载CuSCN光电薄膜及其制备方法，其特点在于，该复合薄膜是通过电化学沉积法同时实现CuSCN纳米棒阵列结构的形成和碳量子点的负载，其中纳米棒直径约80～90nm，负载的碳量子点颗粒尺寸约3～5nm；相对于CuSCN光电薄膜，该复合薄膜具有更大的光电流强度和更小的电化学阻抗值，这是由于碳量子点负载后，促进了CuSCN薄膜光生载流子的有效分离和迁移，从而表现出更好的光电特性。本发明专利技术得到的碳量子点负载CuSCN光电薄膜具有良好的光电特性，制备方法简单，工艺条件易调控，有利于CuSCN光电薄膜的结构、性能调制和光伏领域的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种碳量子点负载硫氰酸亚铜光电薄膜及其制备方法
本专利技术属于半导体光电薄膜领域，具体涉及一种碳量子点负载硫氰酸亚铜光电薄膜及其制备方法。
技术介绍
硫氰酸亚铜(CuSCN)是一种p型半导体材料，具有宽带隙(3.6eV)能带结构，仅能够吸收波长小于350nm的紫外光，是一种透明的半导体，同时还具有较高的电导率(10-2～10-3S.cm-1)，能够满足光伏电池对固体电解质的电导率要求，因此目前已经作为一种空穴传输材料在太阳能电池、光伏器件等领域受到了关注并得到了广泛证实。CuSCN要在光伏器件上得到应用，前提条件是必须将其沉积到导电基底表面制备成光电薄膜。目前，制备CuSCN薄膜的方法主要有连续离子层吸附反应法、化学浴法、溶液旋涂法和电化学沉积法等。同其它沉积方法相比，电化学沉积方法具有其独特的优点：(1)可在常温下进行；(2)容易大面积试样的镀覆；(3)通过控制电位(或电流)、溶液组成可控制薄膜的组成，通过控制电沉积时的电量可控制膜厚；(4)不需高真空、不使用危险气体等，因此操作更容易、更安全；(5)适合于各种基体材料。研究发现，通过调控电沉积电位、电解液组成和电量大小，可以制备获得具有不同结构形貌和厚度的CuSCN光电薄膜，呈现出不同的光电特性，并在光伏领域具有潜在的应用前景。尽管电沉积制备的CuSCN薄膜具有良好的结构形貌和光电特性，然而其电导率相对于液态电解质而言明显要低很多，载流子迁移率较差，导致以CuSCN薄膜为固态电解质或空穴传输层构建的光伏器件光电转化效率明显不如采用液态电解质的光伏器件，有待进一步提升。因此，如何改性CuSCN薄膜结构并提高其电导率和载流子迁移率具有重要的科研价值和研究意义。近年来，关于CuSCN薄膜方面的研究主要集中在通过电化学沉积参数来调控薄膜的结构形貌和光电特性，采用半导体复合或负载、掺杂等方式改性CuSCN薄膜的相关研究并不多见。研究发现，碳量子点是一种新型的“零维”碳纳米材料，不仅具有类似于传统量子点的发光性能与小尺寸特性，而且还具有水溶性好、生物毒性低和导电性好的优势，使其在生物成像、生物标记、传感器、光催化等领域受到极大关注。因此，利用碳量子点独特的纳米效应和良好的导电性，通过在CuSCN薄膜表面上负载碳量子点的方式可以大大改善CuSCN薄膜的光电特性，提高薄膜的电导率和载流子迁移率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种碳量子点负载硫氰酸亚铜光电薄膜及其制备方法。本专利技术通过负载碳量子点的方式可以在一定程度上解决目前CuSCN薄膜存在的电导率和载流子迁移率较低等问题，从而提高CuSCN薄膜的光电特性。本专利技术的碳量子点负载硫氰酸亚铜光电薄膜，具有比较规则的一维CuSCN纳米棒阵列结构，纳米棒直径约为80～90nm，而且粒径约3～5nm的碳量子点颗粒均匀地分布在纳米棒阵列表面，同时表现出良好的光电特性。本专利技术提供了一种碳量子点负载硫氰酸亚铜(CuSCN)光电薄膜的制备方法，其特征在于，是通过电化学沉积法同时实现一维CuSCN纳米棒阵列薄膜和碳量子点在纳米棒阵列薄膜表面的负载，具体技术方案如下：(1)将1.5～2.0g柠檬酸溶于80～100mL的去离子水，转移至反应釜200～220℃水热反应20～24h，获得无色透明溶液，经过滤、离心后获得分散均一、水溶性良好的碳量子点溶液；(2)在上述步骤1所得的碳量子点水溶液中，按照一定的摩尔比例(1∶1∶0.25～2)依次加入CuSO4、乙二胺四乙酸(EDTA)和KSCN，经搅拌溶解后配制成电解液溶液，使得配制的电解液溶液中CuSO4和EDTA的摩尔浓度均为12mmol/L；(3)将步骤(2)配制的电解液溶液转移至配有铂丝对电极、甘汞参比电极和清洗干净的FTO或ITO导电玻璃的三电极体系的电化学反应槽中，利用电化学工作站在导电玻璃表面进行电化学沉积，沉积电位为-0.1～-0.4V，沉积电量为20～60mC/cm2；(4)将步骤(3)反应结束后的导电基底取出，用去离子水冲洗2～3遍，在60℃烘箱烘干后，即可获得碳量子点负载CuSCN光电薄膜。本专利技术具有的优点和积极效果是：本专利技术提供的碳量子点负载CuSCN光电薄膜制备方法简单易行，容易实现碳量子点在CuSCN光电薄膜表面负载量的调控，有利于CuSCN光电薄膜的结构调制和潜在应用；相对于CuSCN光电薄膜而言，碳量子点负载CuSCN光电薄膜具有更好的光电特性，可以促进CuSCN光电薄膜在光伏领域的应用。附图说明图1是实施例1所制备的碳量子点负载CuSCN光电薄膜的透射电镜(TEM)图；图2是实施例1所制备的(A)CuSCN光电薄膜和(B)碳量子点负载CuSCN(CDots/CuSCN)光电薄膜的扫描电镜(SEM)图图3是实施例1所制备的CuSCN光电薄膜和碳量子点负载CuSCN(CDots/CuSCN)光电薄膜的XRD谱图；图4是实施例1所制备的CuSCN光电薄膜和碳量子点负载CuSCN(CDots/CuSCN)光电薄膜在300W氙灯光照条件下的斩波光电流响应谱图；图5是实施例1所制备的CuSCN光电薄膜和碳量子点负载CuSCN(CDots/CuSCN)光电薄膜在300W氙灯光照条件下的电化学阻抗谱图。具体实施方式下面通过具体的实施例对本专利技术作进一步的详细描述，以下实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。实施例1：将1.50g无水柠檬酸溶于80mL去离子水中，使用磁力搅拌器搅拌10分钟，转移至水热反应釜在220℃条件下水热反应24h，自然冷却后获得无色透明溶液，经过滤、离心，制备获得分散良好的碳量子点水溶液；依次称量0.09g五水合硫酸铜(CuSO4·5H2O)、0.105g乙二胺四乙酸(EDTA)和0.026g硫氰酸钾(KSCN)粉末分别溶解在上述制备获得的碳量子点水溶液中，混合搅拌均匀后使得溶液中CuSO4和EDTA的摩尔浓度均为12mmol/L，KSCN摩尔浓度为3mmol/L，三种物质CuSO4∶EDTA∶KSCN的摩尔比为1∶1∶0.25，所得溶液作为电化学沉积过程的电解液；将上述制备的电解液转移至配有铂丝对电极(铂丝)、甘汞参比电极和清洗干净的FTO导电玻璃的三电极体系电化学反应槽中，在沉积电位为-0.4V、沉积电荷量为40mC/cm2条件下进行电化学沉积；将电沉积结束后的FTO导电玻璃用去离子水冲洗2遍，60℃烘箱干燥后制备获得了碳量子点负载CuSCN光电薄膜。作为对照研究，CuSCN光电薄膜也是在相同条件下通过电化学沉积方法制备获得，只是将去离子水替代了碳量子点水溶液，其他完全一样。将上述制备获得的碳量子点负载CuSCN光电薄膜和CuSCN光电薄膜作为光阳极，与铂丝对电极、甘汞电极参比电极以及电解液为0.5mol/L硫酸钠(Na2SO4)溶液所构建的三电极体系电化学反应槽，在300W氙灯照射下进行斩波光电流响应和电化学阻抗谱图的测试。图1为实施例1所制备的碳量子点负载CuSCN光电薄膜的TEM照片，可以看出电化学沉积制备的CuSCN薄膜为一维纳米棒结构，直径约为80～90nm，在纳米棒表面上比较均匀地分布着很多碳量子点颗粒，这些小颗粒粒径约为3～5nm，证实了碳量子点在CuSCN纳米棒表面的成功负载。图2为实施例1所制备的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳量子点负载硫氰酸亚铜(CuSCN)光电薄膜，其特征在于：该薄膜具有排列规则的一维CuSCN纳米棒阵列结构，碳量子点颗粒均匀地分布在纳米棒阵列表面。

【技术特征摘要】
1.一种碳量子点负载硫氰酸亚铜(CuSCN)光电薄膜，其特征在于：该薄膜具有排列规则的一维CuSCN纳米棒阵列结构，碳量子点颗粒均匀地分布在纳米棒阵列表面。2.根据权利1所述的碳量子点负载硫氰酸亚铜光电薄膜，其特征在于：CuSCN纳米棒直径约为80～90nm，碳量子点颗粒粒径约为3～5nm。3.一种碳量子点负载硫氰酸亚铜光电薄膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)将一定质量的柠檬酸溶于80～100mL的去离子水，转移至反应釜在一定温度下进行水热反应20～24h，获得无色透明溶液，经过滤、离心后获得分散均一、水溶性良好的碳量子点溶液；(2)在上述步骤1所得的碳量子点水溶液中，按照一定的摩尔比例依次加入CuSO4、乙二胺四乙酸(EDTA)和KSCN，经搅拌溶解后配制成电解液溶液；(3)将步骤(2)配制的电解液溶液转移至配有铂丝对电极、甘汞参比电极和清洗干净的FTO或ITO导电玻璃的三电极体系的电化学反应槽中，利...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈达，王方，黄岳祥，秦来顺，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33