氧化锌/氧化亚铜异质结的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种氧化锌/氧化亚铜异质结的制备方法,该方法首先将ZnO晶种附着在基片上，实现了n型ZnO材料和基片的牢固结合；再将附着有ZnO材料的基片放入锌氨络离子溶液中，利用水热法依靠ZnO晶种生长成形为ZnO纳米棒阵列；之后，通过选择适宜的溶剂，使得ZnO纳米棒阵列表面可以适宜溶解，从而更容易实现p型Cu2O材料在ZnO纳米棒阵列上的结合生长，保证了n-ZnO/p-Cu2O异质结的稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种异质结的制备方法，具体涉及一种，属于化学

技术介绍
随着光伏产业的快速发展，传统的硅基材料已不能满足人们的需求，因此，新的半导体光电材料及其器件的商业需求日益迫切。ZnO是一种具有宽带隙(3.37eV)和高激子束缚能(60meV)的半导体材料，在紫外激光器、太阳能电池、传感器、光催化等方面具有广泛的应用前景。但是由于ZnO不能吸收可见光，并且很难获得ρ型的&10，因此大大限制了 ZnO器件的制备和应用。为了解决这些问题，现有技术中常采用宽带隙ZnO半导体与窄带隙半导体材料复合构成复合材料或异质结，从而可以充分利用太阳光中的紫外和可见光部分，大大提高了太阳光的利用率，另一方面可以减少电子空穴的复合，从而提高器件的光电转换效率。在这些常用的窄带隙半导体材料中，Cu2O半导体材料在可见光区具有优良的光学吸收性能，而且其导带能级比ZnO的导带能级更负，因此当光激发Cu2O时产生的光生电子能有效地转移到SiO的导带从而实现光生电子空穴的有效分离；同时，Cu2O作为天然的ρ型半导体，很适合与η型ZnO构成异质结。目前主要是磁控溅射、电化学沉积方法。其中，磁控溅射是指使用真空磁控溅射装置、利用溅射成膜腔内的真空，将氧化锌以及氧化亚铜依次分别溅射到基片上，从而形成氧化锌/氧化亚铜异质结；由于该方法中必须使用磁控溅射设备，而磁控溅射设备造价昂贵，加之在制备时需要始终维持溅射成膜腔的较高的真空度，从而加大了氧化锌/氧化亚铜纳米异质结的制造成本。对于电化学沉积法而言，参见中国专利文献CN101577228A中公开的制备方法，该制备方法用于制备三维结构的异质结器件，其包括如下步骤首先，在基体上生长取向η型氧化锌纳米棒阵列薄膜，将生长有氧化锌纳米棒阵列薄膜的基体放入P型半导体如氧化亚铜溶液中，将氧化亚铜从未被活化的溶液中电化学沉积在氧化锌纳米棒表面，再对溶液进行活化，将P型半导体氧化亚铜自下而上充分填充到纳米棒阵列的空隙中。该方法包括氧化锌基体的形成、未活化P型半导体溶液的电化学沉积以及活化后P型半导体溶液的进一步补充填充，加之沉积时间一般较长，所以电化学沉积制备氧化锌/氧化亚铜纳米异质结的时间较长，制备效率低，且由于电化学沉积法对诸如沉积电位、溶液PH值等试验参数的要求比较苛刻，从而导致反应的重复性差。水热法又称液相法，属液相化学的范畴，是指在特制的密闭反应器(高压釜)内，以配制反应剂的水溶液作为反应体系，通过对反应体系加热，在反应体系中产生一个高温高压的环境，进行材料制备的有效方法。由于水热法相对于前述方法具有成本低廉、制备效率高的特性，目前已经被用于异质结物质的制备中。诸如中国专利文献CN101708471A公开一种氧化锌/氧化亚铜纳米异质结光催化材料的制备方法，首先需要进行基片的准备，之后要对真空磁控溅射装置的溅射成膜腔进行抽真空处理，向真空镀膜室内通入氩气和氧气，利用磁控溅射在基片上沉积氧化亚铜薄膜层，最后将沉积有氧化亚铜薄膜层的基片放入装有醋酸锌和四氮六甲基胺混合溶液的烧杯中，保温、冷却、干燥得到氧化锌/氧化亚铜纳米异质结；该技术是利用磁控溅射法和水热法结合制备氧化锌/氧化亚铜纳米异质结的。η型/p型异质结对其稳定性的要求很高，为了使其具有良好的稳定性，必须满足如下两个条件第一、附着在基片上的材料层和基片之间具有良好的结合性；第二、附着在基片上的材料层和表层之间的良好结合性，也就是η型/p型材料之间的良好结合性。由于 η型氧化锌的生长适应性很强，而ρ型氧化亚铜材料的生长适应性则较弱；制备η型氧化锌 /P型氧化亚铜异质结时，考虑到附着在基片上的材料层和表层之间的结合性，通常需要首先将生长适应性很强的氧化锌先附着在基片上，但这样做的缺点也很明显由于P型氧化亚铜材料生长适应性较弱，将其附着到氧化锌上时，则无法实现η型/P型材料之间的良好结合，影响了 η型/p型异质结的稳定性。为了解决上述技术问题，那么就只能考虑先将ρ 型氧化亚铜材料附着到基片上，然后再将生长适应性强的η型氧化锌附着到P型氧化亚铜材料上，从而保证η型/p型异质结的稳定性。目前，现有技术中诸如CN101708471A中的技术，为了实现ρ型氧化亚铜材料附着在基片上时和基片的紧密结合，通常是利用制备成本较高且技术精密度较高的诸如磁控溅射的技术将其沉积在基材上，然后将生长适应性强的η型氧化锌生长在P型材料上；但是在上述技术中，由于P型氧化亚铜是以薄膜的形式附着在基片上的，所以在将η型氧化锌附着在P型氧化亚铜上时，其制备得到的异质结属于平面异质结，η型材料和P型材料之间的结合接触面积较小，无法充分利用氧化锌比表面积大的优点，不能有效减少电子和空穴的复合，从而影响了异质结的光性能。综上所述，目前还没有利用水热法首先在基材上生长η型氧化锌纳米棒，再在氧化锌纳米棒上侧面填充和表面生长P型材料从而形成三维异质结的技术。
技术实现思路
本专利技术所要解决的第一个技术问题是现有技术中的异质结制备方法普遍存在制造成本高、重复性较差的问题，且无法实现在η型氧化锌上牢固结合ρ型材料，进而提供一种制造成本低廉、异质结稳定性强的。本专利技术同时解决的第二个技术问题是现有技术中的异质结由于首先附着在基片上的P型材料是薄膜，再在薄膜上附着Π型材料，得到的是平面异质结，无法充分利用氧化锌比表面积大的优点，也不能有效减少电子和空穴的复合，从而对提高异质结的光性能造成了很大影响，进而提供一种可有效减少电子和空穴复合、具有良好光性能的三维氧化锌/ 氧化亚铜异质结的制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的 一种，其包括如下步骤(1)分别配制锌氨络离子溶液和铜氨络离子溶液待用；(2)将清洁基片依次放入所述锌氨络离子溶液和去离子水中分别进行静置至少20s，重复上述过程至少3次，得到吸附有锌氨络离子的基片；(3)在20(T40(TC下，对所述吸附有锌氨络离子的基片加热至少0.5h，在所述基片上成形氧化锌纳米晶种；(4)将成形有氧化锌纳米晶种的基片放入所述锌氨络离子溶液中，并将该溶液置于温度为6(T90°C的环境中进行反应，在20(T40(TC下，对经冷却后的基片加热至少0.证，得到成形有氧化锌纳米棒的基片；(5)将成形有氧化锌纳米棒的基片放入添加有铜氨络离子溶液的密封容器中，加热所述密封容器的温度至160°C 200°C，反应至少0.釙，冷却至室温后即可。所述基片经丙酮、乙醇洗涤，再经去离子水超声清洗30分钟，利用氮气吹干形成清洁的基片待用；所述基片为FTO玻璃。所述FTO玻璃即导电玻璃，为掺杂氟的SnO2导电玻璃。所述可溶性锌盐为氯化锌，所述可溶性铜盐溶液为醋酸铜。向可溶性锌盐溶液中滴加氨水，得到锌氨络离子溶液；向可溶性铜盐溶液中滴加醇胺溶液，得到铜氨络离子溶液。在所述步骤(3)中，在350°C下，空气气氛中对所述吸附有锌氨络离子的基片加热 lh。在所述步骤(4)中，将锌氨络离子溶液置于温度为6(T90°C的水浴中，反应广池。在所述步骤(4)中，加热温度为350°C，空气气氛中对所述基片加热lh。在所述步骤(4)中，在反应至少Ih之后将所述基片取出冷却至室温。所述醇胺溶液为三乙醇胺。所述密封容器的加热温度为16(T18(TC，反应时间为lh。在所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：贾伟，张竹霞，许并社，党随虎，董海亮，梁建，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：