一种室温下原位合成硒化银半导体光电薄膜材料的化学方法技术

本发明专利技术提供一种室温下原位合成硒化银半导体光电薄膜材料的化学方法。本法将单质Se粉溶解在Na2S的水溶液中形成橙黄色溶液，然后将表面溅射有单质银膜的基底材料和上述溶液共置于同一容器中，在7～35℃的温度范围内经过短时间的反应即可在基底表面原位生长出Ag2Se半导体光电薄膜材料。反应物价格低廉，无须进一步纯化，绿色环保，不需要添加任何表面活性剂或其它化学添加剂；室温反应条件温和，几乎无能耗，对导电基底无影响；反应快捷，操作方便，过程可控。本发明专利技术克服了目前Ag2Se半导体薄膜材料制备过程依赖高真空、高能耗、高制作成本、反应物毒性大、成膜过程复杂等缺点，有利于大规模生产和工业应用。

【技术实现步骤摘要】
一种室温下原位合成砸化银半导体光电薄膜材料的化学方法
本专利技术属于材料化学
，尤其涉及一种室温下大面积合成硒化银半导体光电薄膜材料的化学方法。
技术介绍
1-VI族二元化合物Ag2Se是一种具有高载流子浓度(大约为1019cm_3)和高电荷迁移率(yn=1990Cm2/Vs)的η型半导体材料；该材料具有高温稳定相(α相)和低温稳定相(β相)，相变温度135°C，其中高温稳定相具有快离子导体的性质，可以被用作固态电解质，低温稳定相具有较高的塞贝克系数、较高的电导率和较低的晶格热导率，是理想的热电材料；该材料的光谱吸收范围较宽，可以从紫外区延伸至红外区，是潜在的太阳能电池材料。目前，该材料在电气开关器件、太阳能电池器件等方面均有被应用的报道。基于Ag2Se众多重要的物理性质，人们对该材料的合成进行了非常深入的研究，报道了多种Ag2Se薄膜材料的制备方法。2002年，B.Pradeep课题组利用真空热蒸发反应的方法制备了 Ag2Se薄膜材料，采用纯度为5N的银单质和纯度为4N的硒单质为反应物，将两种材料加热蒸发反应，反应物沉积在玻璃基底表面形成Ag2Se薄膜；2005年，ZhengWenFu课题组以单质银和单质硒为原料，利用脉冲激光成膜的方法在不锈钢基底表面制备了一层Ag2Se薄膜，并尝试将所制备的薄膜应用于锂离子电池阳极材料中；2007年，S.J.Pawar 课题组在 Materials Science and Engineering B 上发表题目为 Studieson electrodeposited silver selenide thin film by double exposure holographicinterferometry 的文章，该课题组使用 0.01mol/LAgN03,0.05mol/LEDTA 和 0.005mol/LSe02为反应物，利用电化学沉积的方法在不锈钢基底和FTO导电玻璃基底表面制备了 Ag2Se薄膜，并对所合成薄的的光学性能进行了表征；2012年，Vivek Subramanian课题组在Adv.Mater.杂志上发表题为 Resistance Switching Characteristics of Solid ElectrolyteChalcogenide Ag2Se Nanoparticles for Flexible Nonvolatile Memory Applications的文章，使用AgNO3为银离子源，在N2气保护条件下，将剧毒的H2Se气体通入AgNO3的水溶液中，通过离子反应获得Ag2Se纳米晶体，并将所得的纳米晶体制备成墨水旋涂在柔性基底表面用于电阻随机存储器件的制备及测试。上述方法中都成 功制备出了 Ag2Se半导体薄膜材料，但是制备过程中需要的如真空、高温、大电流、脉冲激光和剧毒硒源等条件均导致了 Ag2Se薄膜材料制备及应用的局限性。本课题组曾于2008年利用溶剂热的方法在单质银箔表面制备出了 Ag2Se树枝状纳米晶薄膜材料，相关工作已获国家专利技术专利(专利号:200710052721.7)，对应的科技论文发表在J.Phys.Chem.C杂志上(112卷,第8期)，具体的合成方法如下所述:取一洁净的20ml容积的聚四氟乙烯反应釜，向其中加入大约占反应釜体积80%的无水乙醇(或甲醇、十二醇)，再加入0.0lg单质Se粉，最后将单质银箔放置到该体系中(银箔尺寸为3cmX0.5cm,厚度0.1mm,纯度3N)。用不锈钢套将聚四氟乙烯反应爸封闭后放置到鼓风干燥箱中的确定位置，在120 180°C的条件下反应3 12小时，所得产物用无水乙醇清洗室温干燥即可。对所得产物进行XRD和SEM表征。所得产物为纳米级的树枝状晶体，大量的树枝状晶体覆盖在基底表面形成Ag2Se薄膜。虽然利用溶剂热的方法可以成功制备出Ag2Se纳米晶半导体光电薄膜材料，但是考虑到溶剂热方法耗能、受容器限制等不足之处，申请人对Ag2Se薄膜材料的低温合成进行了研究，发现了一种可以在室温条件下直接将单质银转变为Ag2Se的化学方法。溅射有单质银的基底材料与溶解于Na2S水溶液的单质硒粉直接在室温(7 35°C )条件下反应一段时间即可在基底表面原位制得Ag2Se半导体光电薄膜材料。该制备过程操作容易、反应迅速、绿色环保，能耗低，使用原料成本低廉，而且该方法具有较好的重现性，可以在基底表面直接原位成膜。Ag2Se薄膜材料具有众多的优异物理性质，具有很好的工业应用前景，因此使用低能耗或者无能耗、反应迅速、生产成本低、绿色环保的方法进行Ag2Se薄膜材料合成可以很好地满足当前社会对节能减排的要求。
技术实现思路
本申请采用室温合成方法，将溅射有不同厚度银单质基底材料浸泡在Se粉的Na2S水溶液中，经过短时间的反应即可在基底表面原位生长出Ag2Se半导体光电薄膜材料。该方法的反应过程几乎无能耗；使用简单玻璃容器或者其他耐弱碱的容器，在常温常压反应，反应过程不需要添加任何表面活性剂和其它化学添加剂；使用的溶剂为低成本的去离子水；所得产物处理简单(去离子水冲洗，烘干即可)。该种Ag2Se薄膜的制作方法操作简单，有利于低成本大规模生产制作Ag2Se半导体光电薄膜材料，可以实验室大批量制备，具有工业规模化生产前景。本专利技术所要解决的问题是:克服目前制备Ag2Se半导体薄膜材料制备过程中存在的依赖闻真空、闻能耗、闻制作成本、反应物毒性大、成I旲过程复杂等缺点，提供一种室温下低能耗或者无能耗的原位合成硒化银半导体光电薄膜的化学方法，该方法操作简单，制作成本低，具有广阔的工业应用前景。本专利技术对要解决的问题所采取的技术方案是:—种室温下原位合成Ag2Se半导体光电薄膜材料的化学方法,其特征在于:将单质Se粉溶解在Na2S的水溶液中形成橙黄色溶液，然后将表面溅射有一定厚度单质银的基底材料和上述溶液共置于同一容器中，先加入溶液后放入基底材料，并保证这些基底材料浸泡于液面以下，在7 35°C的温度范围内反应，反应时间在1.5min 3h内变化(根据对薄膜厚度要求的实际情况反应不同时间，反应时间越长生成薄膜越厚)，反应完成后即可在基底表面原位制备出Ag2Se半导体光电薄膜材料，所得产物用去离子水洗涤，80°C干燥即可。本专利技术的技术方案中，所使用的溅射方法为直流磁控溅射。本专利技术的技术方案中，所述的容器为玻璃烧杯或者玻璃培养皿、聚四氟乙烯反应釜或其它室温条件下耐弱碱性的容器。本专利技术的技术方案中，使用溶解在Na2S水溶液中的单质Se粉为硒源。本专利技术的技术方案中，所述的基底材料为ITO导电玻璃或者磨砂玻璃。本专利技术的技术方案中，产物组分与反应时间无关。本专利技术的技术方案中，单质Se粉溶解在Na2S的水溶液后形成橙黄色溶液，其中Na2S水溶液浓度范围为0.01 0.lg/mL。本专利技术中所述的室温条件是特指7 35°C范围。本专利技术的优点:1、使用的反应物价格低廉，均为商品化学试剂，无须进一步纯化，且绿色环保。2、室温反应条件温和，对导电基底无影响，反应过程可控，操作方便，反应快捷，几乎无能耗。3、反应装置简单，能够在基底表面直接成膜，克服了真空热蒸发反应、脉冲激光成膜、电化学成膜等制备方法的高真空、高能耗、操作复杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种室温下原位合成Ag2Se半导体光电薄膜材料的化学方法，其特征在于：将单质Se粉溶解在Na2S的水溶液中形成橙黄色溶液，然后将表面溅射有单质银膜的基底材料和上述溶液共置于同一容器中，先加入溶液后放入基底材料，并保证基底材料浸泡于液面以下，在7～35℃的温度范围内反应，反应时间在1.5min～3h内变化，反应完成后即在基底表面原位制备出Ag2Se半导体光电薄膜材料，所得产物用去离子水洗涤，80℃干燥即可。

【技术特征摘要】
1.一种室温下原位合成Ag2Se半导体光电薄膜材料的化学方法，其特征在于:将单质Se粉溶解在Na2S的水溶液中形成橙黄色溶液，然后将表面溅射有单质银膜的基底材料和上述溶液共置于同一容器中，先加入溶液后放入基底材料，并保证基底材料浸泡于液面以下，在7 35°C的温度范围内反应，反应时间在1.5min 3h内变化，反应完成后即在基底表面原位制备出Ag2Se半导体光电薄膜材料，所得产物用去离子水洗涤，80°C干燥即可。2.如权利要求1所述的室温下原位合成Ag2Se半导体光电薄膜材料的化学方法，其特征在于:所使用的溅射方...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑直，王承相，雷岩，魏杰，范丽波，
申请(专利权)人：许昌学院，
类型：发明
国别省市：