本发明专利技术公开了一种ZnS1-xSex半导体薄膜的制备方法，采用化学水浴沉积法，以硫酸锌作为Zn2+源，以硫脲作为S2-源，以硒代硫酸钠溶液作为Se2-源，以氨水作为缓冲剂，以水合肼作为络合剂，配制化学浴反应的前驱物，在衬底上制备粒径分布均匀、致密且附着力较好的ZnS1-xSex薄膜材料；所得到的ZnS1-xSex薄膜材料具有带隙宽度可调的优点，可应用于铜铟镓硒薄膜太阳能电池、激光器、发光二极管等光电子器件领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米材料的制备技术，具体涉及一种ZnShSex半导体薄膜材料的制备方法。可应用于铜铟镓硒薄膜太阳能电池、激光器、发光二极管等光电子器件领域。
技术介绍
硫化锌(ZnS)的禁带宽度为3. 7eV,由于其具有带隙宽，折射率和透光率高等优点，在蓝光LED、电光调制器、荧光器件、太阳能电池等光电子器件领域具有广阔的应用前景。硒化锌(ZnSe)的禁带宽度为2. 7eV，在发光二极管、薄膜晶体管、光电化学电池等领域的应用受到广泛的关注。ZnSh 膜在最近几年成为学界研究的热点，通过调节S元素和Se元素的比例，ZnSh 膜的禁带宽度可以在2. 7eV_3. 7eV之间调节，因此其在蓝光 激光器、太阳能电池等器件中具有很大的应用空间。正是由于ZnShSex薄膜具有无毒环保、制备工艺简单，带隙宽且可调等优势，其有望应用到铜铟镓硒Cu (IrvxGax) Se2，简称CIGS薄膜太阳能电池中，作为电池的缓冲层取代有毒的硫化镉(CdS)半导体材料，开发绿色无镉高效CIGS薄膜太阳电池。目前ZnShSex半导体薄膜的制备方法主要有分子束外延(MBE)、原子层外延、高压溅射、金属有机物化学气相沉积(M0CVD)、热蒸发等方法。本专利采用的化学水浴沉积法是一种制备ZnShSex薄膜有效的方法，其优点是化学水浴法沉积的薄膜能很好地均匀覆盖基底。工艺简单、成本低，不要求真空沉积系统，温度较低。生成的半导体薄膜质量高，均匀致密。易实现大规模生长，具有广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种ZnShSex半导体薄膜材料的制备方法，该方法采用化学水浴沉积法，以硫酸锌(ZnSO4 · 7H20)作为Zn2+源，以硫脲(SC(NH2)2)作为S2_源，以硒代硫酸钠(Na2SeSO3)溶液作为Se2_源，以氨水(NH3 -H2O)作为缓冲剂，以水合肼作为络合剂，配制化学浴反应的前驱物，把清洗干净的衬底沿着烧杯壁竖直浸入溶液中，用铝箔把烧杯口密封后，放入水浴锅中进行恒温反应，制备得到了 ZnShSex半导体薄膜层。通过改变反应前驱物中硫脲和硒代硫酸钠的浓度，改变ZnSl-xSex半导体薄中S和Se的比例,从而调节薄膜的带隙宽度。本专利技术提供的一种ZnShSex半导体薄膜材料的制备方法包括以下具体步骤 (1)Na2SeSO3溶液的制备将5g硒粉、15gNa2S03与160ml去离子水混合，恒温75°C搅拌8h，过滤得到澄清的Na2SeSO3溶液； (2)化学反应前驱物的配制首先量取O.5 mo I/L的ZnSO4 ·7Η20溶液10 ml倒入容积为IOOml的烧杯中，加入质量分数为80%的水合肼5 ml、质量分数为25%的氨水5 7ml ;然后在持续搅拌的情况下加入步骤(I)所配制的Na2SeSO3溶液20 ml，接着将称量好的I 4g的硫脲SC(NH2)2粉末加入溶液中，最后用去离子水将溶液体积调至IOOml ； (3)在衬底上制备半导体薄膜把已经清洗干净的衬底沿着烧杯壁竖直浸入溶液中，用铝箔把烧杯口密封后，放入5(T80°C的水浴锅中进行恒温反应，反应时间为2h ；(4)反应结束后，将样品取出，并用去离子冲洗，以去除吸附在样品表面的胶体颗粒和絮状沉淀物，然后干燥，得到所需的ZnShSex半导体薄膜。上述衬底是玻璃衬底、铜铟镓硒吸收层衬底、硅衬底或者金属衬底。本专利技术的有益效果是 本专利技术采用硫酸锌(ZnSO4 · 7H20)作为Zn2+源，硫脲(SC(NH2)2)作为S2_离子源，硒代硫酸钠(Na2SeSO3)作为3 _源，氨水(NH3 -H2O)作为缓冲剂，以水合肼作为络合剂来配制化学反应前驱物，采用化学水浴沉积法在衬底上制备ZnShSex薄膜。化学水浴沉积过程中是在络合剂和缓冲剂作用下，溶液缓慢释放Zn2+、S2_和Se2_离子，在衬底上生成ZnShSex半导体薄膜。化学水浴法制备薄膜时，通过调节反应溶液的PH值、沉积温度、沉积时间、反应溶液配比等因素可以方便的控制反应速度和成膜的质量、光学和电学特性等。本专利技术还具有以下效果 (I)制备工艺简单、成本低廉，可实现在低温和常压条件下大面积生产。(2)生产工艺环保，将其应用于铜铟镓硒薄膜太阳能电池中取代有毒的CdS缓冲层，可以使太阳能电池的生产更环保经济。(3)通过调节S元素和Se元素的比例，ZnSpxSex带隙宽度可以在2. 7eV 3. 7eV之间变化，带隙可调性使得它能适合于更多的应用场合。(4)制备得到ZnShSex半导体薄膜与衬底结合好，可对衬底实现既薄又无针孔的覆盖，且薄膜具有较宽的能隙和良好的透光性。附图说明图I.按照实例I的溶液配比制备的ZnShSex半导体薄膜的SEM图像。图2.按照实例2的溶液配比制备的ZnShSex半导体薄膜的SEM图像。图3.按照实例3的溶液配比制备的ZnShSex半导体薄膜的SEM图像。图4.按照实例4的溶液配比制备的ZnShSex半导体薄膜的SEM图像。图5.按照实例5的溶液配比制备的ZnShSex半导体薄膜的SEM图像。图6化学水浴法制备的ZnShSex半导体薄膜的XRD图。图7化学水浴法制备的ZnShSex半导体薄膜的光学带隙。图8化学水浴法制备的ZnShSex半导体薄膜的透射光谱。具体实施例方式实例I 首先将IOml O. 5mol/L的ZnSO4溶液倒入容积为IOOml的烧杯，并加入5ml质量分数为80%水合肼和5ml质量分数为25%的氨水，然后在持续搅拌的情况下加入20ml浓度为2mol/L的Na2SeSO3溶液，再往烧杯中加入I. 52g SC (NH2) 2，最后用去离子水将溶液体积调至100ml，所配制的溶液SC(NH2)2的浓度为O. 2M。将干净清洁的玻璃衬底竖直放置于烧杯内壁，将烧杯置于水浴锅70°C恒温反应2h。反应结束后，把样品取出，并用去离子水冲洗，然后干燥得到ZnShSex半导体薄膜。用X射线能量色散谱(EDS)测试分析得出此工艺下制备得到的ZnShSex半导体薄膜中S/Se原子比为21:79。实例2首先将IOml O. 5mol/L的ZnSO4溶液倒入容积为IOOml的烧杯，并加入5ml质量分数为80%水合肼和5ml质量分数为25%的氨水，然后在持续搅拌的情况下加入20ml浓度为2mol/L的Na2SeSO3溶液，再往烧杯中加入I. 9 g SC (NH2) 2，最后用去离子水将溶液体积调至100ml，所配制的溶液SC(NH2)2的浓度为O. 25M。将干净清洁的玻璃衬底竖直放置于烧杯内壁，将烧杯置于水浴锅70°C恒温反应2h。反应结束后，把样品取出，并用去离子水冲洗，然后干燥得到ZnShSex半导体薄膜。用X射线能量色散谱(EDS)测试分析得出此工艺下制备得到的ZnShSex半导体薄膜中S/Se原子比为24. 5:75. 5。实例3 首先将IOml O. 5mol/L的ZnSO4溶液倒入容积为IOOml的烧杯，并加入5ml质量分数为80%水合肼和5ml质量分数为25%的氨水，然后在持续搅拌的情况下加入20ml浓度为2mol/L的Na2SeSO3溶液，再往烧杯中加入2. 28 g SC (NH2) 2，最后用去离子水将溶液体积调至100ml，所配制的溶液SC(NH2)2本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种ZnS1？xSex半导体薄膜的制备方法，其特征在于：采用化学水浴沉积法，以硫酸锌作为Zn2+源，以硫脲作为S2？源，以硒代硫酸钠溶液作为Se2？源，以氨水作为缓冲剂，以水合肼作为络合剂，配制化学浴反应的前驱物，把清洗干净的衬底沿着烧杯壁竖直浸入溶液中，用铝箔把烧杯口密封后，放入水浴锅中进行恒温反应，制备得到了ZnS1？xSex半导体薄膜层。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊，刘军，魏爱香，庄米雪，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：
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