一种三明治状PN结及其精准构筑方法技术

本发明专利技术属于PN结技术领域，本发明专利技术提供了一种三明治状PN结，所述的三明治状PN结是在三层晶胞厚度半导体材料中构筑的。本发明专利技术还提供了一种三明治状PN结的精准构筑方法。本发明专利技术的三明治状PN结均匀整齐，有透明感，尺寸在微米级；本发明专利技术的三明治状PN结厚度与三层晶胞半导体材料的厚度完全吻合；本发明专利技术的构筑方法具有精确可控性，广泛适用于各种半导体材料，对于发挥材料本身性质并进一步提高光电化学性能具有重大意义。

【技术实现步骤摘要】
一种三明治状PN结及其精准构筑方法
本专利技术涉及PN结
,尤其涉及一种三明治状PN结及其精准构筑方法。
技术介绍
利用太阳光将水转化为氢和氧的光电化学(PEC)水分解法，是一种实现可再生能源转化和存储的前景光明的方法。为了实现有效的光电能量转换，至关重要的是设计和制造理想的半导体光电极，以提高可见光的收集率和光激载流子的分离/转移效率，加速析氧动力学。最近，由于具有独特的光电特性，二维(2D)类石墨烯层状材料已发展成为有前途的PEC电极。但是，严重的电荷重组和缓慢的氧释放反应(OER)动力学严重阻碍了二维层状半导体材料的PEC性能。调控尺寸和形态，掺杂和构建PN结是解决上述问题的有效策略。在各种形态材料中，三明治状结构的材料，可以提高太阳光的利用率，缩短电荷载流子的扩散长度，为目标反应物的吸附提供巨大的表面积并暴露出足够多的活性位点以进行表面反应。由于这种结构是由多种不同的半导体构成，因此，理想的异质结的实现不仅取决于其能带排列，而且还受其晶体结构、晶格参数等其它特征的影响，这使其难以在实际应用中实现。但是，单一材料中的同质结在上述方面明显具有优势。此外，这种同质结的连续带弯曲对于载流子分离和电荷转移非常有利。以n型半导体为例，研究者们已广泛尝试了一系列受体掺杂剂以引入P型特性，从而建立PN同质结。尽管取得了一些进展，但是由于缺乏可行的策略和合适的模型，在单个原子级别的2D材料中实现三明治状PN同质结仍然面临着巨大的挑战。因此，进一步探索PN同质结将深化对半导体物理学的理解并推动相关新技术的发展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于为了克服现有技术的不足而提供一种三明治状PN结及其精准构筑方法。本专利技术的三明治状PN结均匀整齐，有透明感，尺寸在微米级；本专利技术的三明治状PN结厚度与三层晶胞半导体材料的厚度完全吻合；本专利技术的构筑方法具有精确可控性，广泛适用于各种半导体材料。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种三明治状PN结，所述的三明治状PN结是在三层晶胞厚度半导体材料中构筑的。作为优选，所述的半导体材料为ZnIn2S4或双元素半导体材料。作为优选，所述的双元素半导体材料为SnS2、TiO2、In2O3、ZnO、Fe2O3、MoS2、ZnS或CdS。本专利技术还提供了一种三明治状PN结的精准构筑方法，包括如下步骤：1)将锡盐、硫源、含铵根离子的物质与溶剂混合，得到反应液；2)将反应液与掺杂氟的SnO2导电玻璃混合后进行反应，得到三层晶胞厚度二硫化锡纳米片阵列；3)将含第五主族元素的物质与三层晶胞厚度二硫化锡纳米片阵列在惰性气氛下进行反应，得到三明治状PN结。作为优选，步骤1)所述锡盐为硫酸锡、草酸锡、氯化锡或锡酸钠，所述硫源为硫脲、硫代乙酰胺或硫代硫酸钠，所述含铵根离子的物质为氨水、硫化铵、硫酸铵、四甲基铵或碳酸氢铵，所述溶剂为水、异丙醇、乙二醇或乙醇。作为优选，步骤2)所述反应的温度为100～200℃，时间为0.5～48h。作为优选，步骤2)所述混合前掺杂氟的SnO2导电玻璃经过超声清洗，所述掺杂氟的SnO2导电玻璃与反应液的体积比为1:1～10，所述反应完成后在真空条件下进行干燥，所述干燥的温度为50～70℃，所述真空度为0.03～0.07MPa。作为优选，步骤3)所述反应的温度为200～600℃，时间为1～240min，所述惰性气体的流量为30～100sccm，所述惰性气体为氩气。作为优选，步骤3)所述含第五主族元素的物质为氨基酸、丙氨酸、氯化铵、氨气、氮气、硝酸铵、碳酸氢铵、红磷、次亚磷酸钠或磷化氢气体。作为优选，步骤3)升温至反应温度的速率为2～10℃/min，当所述含第五主族元素的物质为气体时，所述气体的流量为总流量的1～30％。本专利技术的有益效果包括以下几点：1)本专利技术的三明治状PN结均匀整齐，有透明感，尺寸在微米级。2)本专利技术的三明治状PN结具有精确可控性，对于发挥材料本身性质并进一步提高光电化学性能具有重大意义。附图说明图1为实施例3的三明治状PN结的XRD图，其中，FTO为导电玻璃的XRD图；图2为实施例3的三明治状PN结的SEM图；图3为实施例3的三明治状PN结的TEM及HRTEM图；图4为实施例3的三明治状PN结的AFM图；图5为实施例3的三明治状PN结的EDSmapping图；图6为实施例3的三明治状PN结的莫特肖特基曲线；图7为实施例3的三明治状PN结的原子模型；图8为实施例3的三明治状PN结的示意图；图9为实施例4的三明治状PN结的XRD图；图10为实施例5的三明治状PN结的XRD图；图11为实施例6的三明治状PN结的XRD图；图12为实施例7的三明治状PN结的XRD图；图13为实施例8的三明治状PN结的XRD图；图14为实施例9的三明治状PN结的XRD图；图15为实施例10的三明治状PN结的XRD图；图16为实施例11的三明治状PN结的XRD图。具体实施方式本专利技术提供了一种三明治状PN结，所述的三明治状PN结是在三层晶胞厚度半导体材料中构筑的。本专利技术所述的半导体材料优选为ZnIn2S4或双元素半导体材料，所述的双元素半导体材料优选为SnS2、TiO2、In2O3、ZnO、Fe2O3、MoS2、ZnS或CdS。本专利技术还提供了一种三明治状PN结的精准构筑方法，包括如下步骤：1)将锡盐、硫源、含铵根离子的物质与溶剂混合，得到反应液；2)将反应液与掺杂氟的SnO2导电玻璃混合后进行反应，得到三层晶胞厚度二硫化锡纳米片阵列；3)将含第五主族元素的物质与三层晶胞厚度二硫化锡纳米片阵列在惰性气氛下进行反应，得到三明治状PN结。本专利技术步骤1)所述锡盐优选为硫酸锡、草酸锡、氯化锡或锡酸钠，所述硫源优选为硫脲、硫代乙酰胺或硫代硫酸钠，所述锡盐中锡元素的摩尔量与硫源中硫元素的摩尔量之比优选为1:2；所述含铵根离子的物质优选为氨水、硫化铵、硫酸铵、四甲基铵或碳酸氢铵，所述含铵根离子的物质优选为0.05～20mmol，进一步优选为0.1～10mmol；所述溶剂优选为水、异丙醇、乙二醇或乙醇，所述溶剂的量优选能够充分溶解锡盐、硫源。本专利技术所述的含铵根离子的物质通过提供铵根离子，对纳米片的厚度进行调控。本专利技术步骤2)所述反应的温度优选为100～200℃，进一步优选为120～180℃，更优选为140～160℃；所述反应的时间优选为0.5～48h，进一步优选为5～24h，更优选为10～20h。本专利技术步骤2)所述混合前掺杂氟的SnO2导电玻璃优选经过超声清洗，所述超声清洗的溶剂优选为丙酮、乙醇、去离子水、异丙酮、洗洁精、专业导电玻璃清洗液、浓H2SO4、H2O2和氢氟酸中的一种或几种，进一步优选为丙酮、乙醇和去离子水；所述超声清洗的时间优选为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三明治状PN结，其特征在于，所述的三明治状PN结是在三层晶胞厚度半导体材料中构筑的。/n

【技术特征摘要】
1.一种三明治状PN结，其特征在于，所述的三明治状PN结是在三层晶胞厚度半导体材料中构筑的。


2.根据权利要求1所述的三明治状PN结，其特征在于，所述的半导体材料为ZnIn2S4或双元素半导体材料。


3.根据权利要求1或2所述的三明治状PN结，其特征在于，所述的双元素半导体材料为SnS2、TiO2、In2O3、ZnO、Fe2O3、MoS2、ZnS或CdS。


4.权利要求1～3任意一项所述的三明治状PN结的精准构筑方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将锡盐、硫源、含铵根离子的物质与溶剂混合，得到反应液；
2)将反应液与掺杂氟的SnO2导电玻璃混合后进行反应，得到三层晶胞厚度二硫化锡纳米片阵列；
3)将含第五主族元素的物质与三层晶胞厚度二硫化锡纳米片阵列在惰性气氛下进行反应，得到三明治状PN结。


5.根据权利要求4所述的构筑方法，其特征在于，步骤1)所述锡盐为硫酸锡、草酸锡、氯化锡或锡酸钠，所述硫源为硫脲、硫代乙酰胺或硫代硫酸钠，所述含铵根离子的物质为氨水、硫化铵、硫酸铵、四甲基铵或碳酸氢铵，所述溶剂为水、异...

【专利技术属性】
技术研发人员：王煜，张慧娟，吴俣，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50