层状氧硫族化合物复合CdS光电材料及制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种复合光电材料，具体涉及一种层状氧硫族化合物复合CdS光电材料及制备方法和应用，包括如下步骤：S1：清洗导电衬底；S2：在步骤S1得到的清洗后的导电衬底上制备CdS薄膜；S3：配置氧硫族化合物浆料，并旋涂于步骤S2得到的CdS薄膜上并真空退火；S4：在步骤S3得到的复合薄膜上通过丝网印刷银浆作为背电极，得到所述的层状氧硫族化合物复合CdS光电材料，其结构从下到上依次为导电衬底、CdS薄膜、氧硫族化合物薄膜和Ag电极。与现有技术相比，本发明专利技术将层状氧硫族化合物复合CdS制备具有异质结构的薄膜光电材料，由于在异质界面处存在内建电势，可以有效抑制载流子复合，实现光电性能的大幅提升。的大幅提升。的大幅提升。

【技术实现步骤摘要】
层状氧硫族化合物复合CdS光电材料及制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种复合光电材料，具体涉及一种层状氧硫族化合物复合CdS光电材料及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近几十年来，过渡金属硫族化合物(TMDCs)是一类层状材料，基本化学式可写作MX2，其中M代表过渡金属元素，包含Ti、V、Ta、Mo、W、Re等，X表示硫属元素原子S、Se、Te等，因其具有优良的半导体光电属性，带隙性质的可控性(单层为直接带隙，多层为间接带隙)，带隙大小的可调性(从多层MoTe2的1.0eV到单层WS2的2.1eV)，半导体性到金属性的可变性(通过改变堆叠相位)，以及强自旋轨道耦合效应等物理性质，其在超导体、光伏、热电、电池电极、光电探测器等方面的广泛应用而受到极大关注。然而，到目前为止，具有优良光电性能的TMDCs多局限于具有黄铜矿结构和相关衍生物的TMDCs，如CdTe、CuInS2(CIS)、Cu(In
x
Ga1‑
x
)Se2(CIGS)和Cu2ZnSnS4(CZTS)等，但其中所含有的As、Cd等元素的毒性会对环境有很大的危害；In、Ga、Te等元素稀缺，商业化前景不如硅；其他光电材料如WS2/TiO2器件光电流仅为25nA/cm2。因此，TMDCs面临着环境不佳、化学成分缺乏和效率低等诸多挑战。
[0003]近年来，Bi2O2S(Se)、Bi4O4SeCl2等层状氧硫族化合物作为一种特殊的准二维(2D)层状材料被证明具有超高的电子迁移率、合适的光学带隙和可靠的环境稳定性，在高速和低功耗器件中具有巨大的潜力。但是，大多数层状氧硫族化合物的优异性能仅在单层或少层样品中得到报道，导致器件制备成本高、环境稳定性低和不可避免的质量缺陷。
[0004]最近在新型层状氧硫族化合物Bi9O
7.5
S6和FeOCuS块体样品中观察到显著的光电性能，表明其在光电领域的应用前景广阔。而该类材料的块体样品的光电性能仍无法满足实际应用需求，亟需探索适当的方法或技术对其光电性能进行改良。

技术实现思路

[0005]硫化镉(CdS)是一种II
‑
VI族的n型宽带隙半导体，由于其高透射率、高的电子迁移率和低电阻率，常被用作制造超基板型太阳能电池结构的有效窗口层，并且CdS不会受到紫外光照射引起的氧空位诱导的电荷陷阱的影响，已被广泛应用于复合异质结薄膜器件领域中。
[0006]本专利技术的目的就是为了解决上述问题至少其一而提供一种层状氧硫族化合物复合CdS光电材料及制备方法和应用，通过将层状氧硫族化合物复合CdS制备具有异质结构的薄膜光电材料，由于在异质界面处存在内建电势，可以有效地抑制载流子复合，实现了层状氧硫族化合物光电性能的大幅提升。
[0007]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0008]本专利技术第一方面公开了一种层状氧硫族化合物复合CdS光电材料的制备方法，包括如下步骤：
[0009]S1：清洗导电衬底；
[0010]S2：在步骤S1得到的清洗后的导电衬底上制备CdS薄膜；
[0011]S3：配置氧硫族化合物浆料，旋涂于步骤S2得到的CdS薄膜上并真空退火。
[0012]优选地，步骤S1中所述的导电衬底为ITO导电玻璃、FTO导电玻璃或有机导电薄膜。导电衬底为透明导电衬底。
[0013]优选地，步骤S1中所述的清洗为依次采用丙酮、无水乙醇和去离子水进行超声清洗，每次10
‑
15min，并用氮气吹干。
[0014]优选地，步骤S2具体包括如下步骤：
[0015]S21：将硫脲、乙酸和去离子水充分混合得到A溶液；
[0016]S22：将Cd(NO3)2溶液与氨水混合搅拌形成B溶液；
[0017]S23：将导电衬底置于步骤S21得到的A溶液中，升温至指定温度后，将步骤S22得到的B溶液加入A溶液中发生沉积；
[0018]S24：将步骤S23得到的经沉积的导电衬底进行退火，完成步骤S2。
[0019]优选地，步骤S21中硫脲、乙酸和去离子水的用量比为1.903
‑
4.3077g：1
‑
2.3mL：75
‑
169mL。
[0020]优选地，步骤S22中Cd(NO3)2溶液的浓度为0.2
‑
0.3M，Cd(NO3)2溶液与氨水的用量比为0.55
‑
0.83mL：7
‑
16mL。
[0021]优选地，步骤S22中混合搅拌的转速为100
‑
200rpm，时间为5
‑
10min。
[0022]优选地，步骤S23中指定温度为65
‑
90℃。
[0023]优选地，步骤S23中沉积的时间为30
‑
90min。
[0024]优选地，步骤S24中退火为在N2氛围，300
‑
350℃下退火2
‑
3h。
[0025]在CdS薄膜的制备过程中，采用化学浴沉积的方法，其中沉积液的配置、合成过程中所设定的参数是为了能够使整个溶液的温度更好地达到均匀，从而保证CdS在导电衬底上能够均匀的沉积。同时，选用在N2的气氛下对沉积得到的CdS薄膜进行退火处理，这是因为在N2下退火得到的CdS薄膜质量更好，形成的膜更致密并且不会有杂相得生成。
[0026]优选地，步骤S3中所述的氧硫族化合物浆料由氧硫族化合物和异丙醇组成，所述的氧硫族化合物为Bi9O
7.5
S6或FeOCuS，氧硫族化合物的质量浓度为0.3
‑
0.7g/mL异丙醇。
[0027]其中，所述的Bi9O
7.5
S6通过如下步骤制备得到：
[0028]将Bi(NO3)2·
5H2O、SC(NH2)2、KOH以及去离子水按0.01mol：0.01mol：15g：10mL的比例混合并搅拌均匀后，转移至反应釜内衬中放于烘箱中，设置烘箱温度为150℃，反应时间为2
‑
3天。待反应完成后自然冷却至室温，洗涤并烘干所得样品，即得到所述的Bi9O
7.5
S6。
[0029]其中，所述的FeOCuS通过如下步骤制备得到：
[0030]将铁粉、铜粉、SC(NH2)2、KOH、去离子水按0.005mol：0.005mol：0.025mol：10g：10mL的比例混合并搅拌均匀后，转移至反应釜内衬中放于烘箱中，设置烘箱温度为200℃，反应时间为2
‑
3天。待反应完成后自然冷却至室温后，洗涤并烘干所得样品，即得到所述的FeOCuS。
[0031]优选地，步骤S3中所述的旋涂的转速为700
‑
2000rpm，时间为10
‑
30s，浆料旋涂量为40
‑
80μL。通过旋涂可以获得密度较本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种层状氧硫族化合物复合CdS光电材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：清洗导电衬底；S2：在步骤S1得到的清洗后的导电衬底上制备CdS薄膜；S3：配置氧硫族化合物浆料，旋涂于步骤S2得到的CdS薄膜上并真空退火。2.根据权利要求1所述的一种层状氧硫族化合物复合CdS光电材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述的导电衬底为ITO导电玻璃、FTO导电玻璃或有机导电薄膜。3.根据权利要求1所述的一种层状氧硫族化合物复合CdS光电材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述的清洗为依次采用丙酮、无水乙醇和去离子水进行超声清洗，每次10
‑
15min，并用氮气吹干。4.根据权利要求1所述的一种层状氧硫族化合物复合CdS光电材料的制备方法，其特征在于，步骤S2具体包括如下步骤：S21：将硫脲、乙酸和去离子水充分混合得到A溶液；S22：将Cd(NO3)2溶液与氨水混合搅拌形成B溶液；S23：将导电衬底置于步骤S21得到的A溶液中，升温至指定温度后，将步骤S22得到的B溶液加入A溶液中发生沉积；S24：将步骤S23得到的经沉积的导电衬底进行退火，完成步骤S2。5.根据权利要求4所述的一种层状氧硫族化合物复合CdS光电材料的制备方法，其特征在于，包括如下一项或多项：(i)步骤S21中硫脲、乙酸和去离子水的用量比为1.903
‑
4.3077g：1
‑
2.3mL：75
‑
169mL；(ii)步骤S22中Cd(NO3)2溶液的浓度为0.2
‑
0.3M，Cd(NO3)2溶液与氨水的用量比为0.55
‑
0.83mL：7
‑
16mL；(iii)步骤S22中混合搅拌的转速为100
‑
200rpm，时间为5
‑
10min；(iv)步骤S23中指定温度为65
‑
90℃；...

【专利技术属性】
技术研发人员：张刚华，杜维，房永征，侯京山，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：