專利名稱：水熱法結合脈沖電沉積制備寬禁帶ZnS薄膜材料的方法
技術領域：
本發明屬于半導體材料技術領域，特別涉及一種水熱法結合脈沖電沉積制備寬禁帶ZnS薄膜材料的方法。
背景技術：
ZnS是一種II-VI族化合物直接帶隙半導體材料，禁帶寬度為3. 6 3. 8eV,具有良好的光電性能，廣泛應用于光學和光電器件中，如薄膜電致發光顯示器件、發光二極管、紫外光探測器件、太陽能電池等，其中作為銅銦硒基薄膜太陽電池的n型窗口層，以其優良的光電轉換效率和無毒、環保價值替代CdS薄膜。目前，已經有許多技術用來制備ZnS薄膜及其它各種硫化物薄膜，比如水熱法、真空蒸發、磁控濺射、化學氣相沉積、溶膠噴射沉積、脈沖電沉積等。在這些方法中，水熱法具有工藝簡單，生產成本低，制備出的納米粒子形狀規則、純度高、晶型好且可控制等優點，是一種很有前景的ZnS薄膜制備方法。本方法首先在ITO導電玻璃上脈沖電沉積ZnS納米晶種，再利用水熱法在其上生長出了有序的分散性好的ZnS薄膜材料。利用水熱法結合脈沖電沉積制備寬禁帶ZnS薄膜材料的方法未見報道。
發明內容
本發明的目的是提供一種水熱法結合脈沖電沉積制備寬禁帶ZnS薄膜材料的方法。具體步驟為(I)電解溶液組成為每IOOmL溶液含0. OOlmol氯化鋅、0. 002mol五水合硫代硫酸鈉、0. 001 0. 002mol 二水合檸檬酸三鈉及20 40mL 二甲基亞砜，用質量百分比濃度為98 %的濃硫酸調pH至2. 5 4 ;采用兩電極體系，鉬電極作為陽極，ITO導電玻璃為陰極，保持恒電壓2. 0V，水浴溫度52°C，脈沖電沉積30分鐘 60分鐘，得到ZnS納米晶種。(2)水熱液組成為每IOOmL溶液含0. 001 0. 003mol六水合硝酸鋅、0. 003
0.009mol硫脲及0. 001 0. 0025mol5_磺基水楊酸，用移液管量取15mL上述水熱液置于高壓釜中，將沉積有步驟(I)ZnS納米晶種導電玻璃襯底垂直置于釜中，從室溫開始緩慢升溫至200°C，反應12小時，待反應完成后取出自然冷卻，洗凈烘干，得到寬禁帶ZnS薄膜材料。本方法制備的ZnS納米薄膜表面平整致密，與基體粘合力強。ZnS納米薄膜材料熒光發射光譜表明，樣品在469nm處有明顯的發射峰，發藍光；從紫外透過率可以推算出此 ZnS的禁帶寬度在5. 5ev左右。
圖I為本發明實施例I制得的ZnS薄膜材料熒光發射光譜圖。圖2為本發明實施例I制得的ZnS納米薄膜材料掃描電鏡圖。圖3為本發明實施例2制得的ZnS納米薄膜材料掃描電鏡圖。
具體實施例方式實施例I (I) ITO的預處理切割ITO導電玻璃尺寸大小為IcmX 3cm，并進行清潔處理，將其依次在雙氧水、氨水和去離子水的混合液以及無水乙醇中超聲各10分鐘，后置于無水乙醇中待用。(2)電解溶液組成為每IOOmL溶液含0. OOlmol氯化鋅、0. 002mol五水合硫代硫酸鈉、0. OOlmol 二水合檸檬酸三鈉及30mL 二甲基亞砜，用質量百分比濃度為98%的濃硫酸調PH至3;采用兩電極體系，鉬電極作為陽極，步驟⑴所得的ITO導電玻璃為陰極，保持恒電壓2. 0V,水浴溫度52°C，脈沖電沉積60分鐘，得到ZnS納米晶種。(3)水熱液組成為每IOOmL溶液含0. 003mol六水合硝酸鋅、0. 009mol硫脲及
0.002mol 5-磺基水楊酸，用移液管量取15mL上述水熱液置于高壓釜中，將沉積有步驟(2)ZnS納米晶種導電玻璃襯底垂直置于釜中，從室溫開始緩慢升溫至200°C，反應12小時，待反應完成后取出自然冷卻，洗凈烘干，得到寬禁帶ZnS薄膜材料。從ZnS薄膜材料熒光發射光譜(如圖I)可以看出，在469nm處有明顯的發射峰，發藍光；從紫外透過率可以推算出此ZnS的禁帶寬度在4. 5ev左右。如圖2所示為所得樣品的掃描電鏡圖片，可以明顯看出是呈條狀。實施例2:除5-磺基水楊酸為0.002mol外，其他條件同實施例I。如圖3所示為所得ZnS薄膜材料的掃描電鏡圖片，可以明顯看出是呈粗條狀。
權利要求
1.一種水熱法結合脈沖電沉積制備寬禁帶ZnS薄膜材料的方法，包括ITO的預處理，其特征在于具體步驟為 (1)電解溶液組成為每IOOmL溶液含0.OOlmol氯化鋅、0. 002mol五水合硫代硫酸鈉、0. 001 0. 002mol 二水合檸檬酸三鈉及20 40mL 二甲基亞砜，用質量百分比濃度為98%的濃硫酸調pH至2. 5 4 ;采用兩電極體系，鉬電極作為陽極，ITO導電玻璃為陰極，保持恒電壓2. 0V，水浴溫度52°C，脈沖電沉積30分鐘 60分鐘，得到ZnS納米晶種； (2)水熱液組成為每IOOmL溶液含0.001 0.003mol六水合硝酸鋅、0.003 0. 009mol硫脲及0. 001 0. 0025mol 5-磺基水楊酸，用移液管量取15mL上述水熱液置于高壓釜中，將沉積有步驟(I)ZnS納米晶種導電玻璃襯底垂直置于釜中，從室溫開始緩慢升溫至200°C，反應12小時，待反應完成后取出自然冷卻，洗凈烘干，得到寬禁帶ZnS薄膜材料。
全文摘要
本發明公開了一種水熱法結合脈沖電沉積制備寬禁帶ZnS納米薄膜材料的方法。依次包括如下步驟(1)ITO導電玻璃的準備和預處理；(2)脈沖電沉積在導電玻璃上制備ZnS納米晶種；(3)水熱法在沉積有ZnS納米晶種導電玻璃上制備ZnS納米薄膜材料。本方法制備的ZnS納米薄膜表面平整致密，與基體粘合力強。ZnS納米薄膜材料熒光發射光譜表明，樣品在469nm處有明顯的發射峰，發藍光；從紫外透過率可以推算出此ZnS的禁帶寬度在5.5ev左右。
文檔編號C25D5/18GK102618917SQ20121008100
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月22日 優先權日2012年3月22日
發明者劉崢, 劉潔, 周英智 申請人:桂林理工大學