[發(fā)明專利]一種低溫下原位合成片狀硫化銀納米晶光電薄膜的化學(xué)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010111402.0
• 申請日: 2010-02-08
• 公開（公告）號: CN101786650A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭直;李大鵬;雷巖;賈會敏;法文君;李品將;趙紅曉;楊風(fēng)嶺
• 申請（專利權(quán)）人: 許昌學(xué)院;鄭直
• 主分類號: C01G5/00
• 分類號: C01G5/00;B82B3/00;H01L31/032
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張安國

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低溫下原位合成片狀硫化銀納米晶組成 的大面積光電薄膜的化學(xué)方法。

背景技術(shù)

硫化銀(Ag₂S)是一種窄禁帶寬度直接半導(dǎo)體，它擁有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和突出的限制 性光學(xué)特性(optical?limiting?properties)。其限制性光學(xué)特性表現(xiàn)為經(jīng)納秒激光脈沖作用下在 波長532nm處響應(yīng)，其數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出富勒烯C₆₀和鋁酞菁氯化物。Ag₂S晶體廣泛應(yīng)用于各 種光學(xué)和電子器件的制造，例如光伏電池、光導(dǎo)體、紅外IR探測器以及超離子導(dǎo)體等。在 最近的研究中，有人發(fā)現(xiàn)了Ag₂S還可作為固態(tài)記憶體(solid?state?memory)器件，用于電學(xué) 方面的實(shí)驗(yàn)研究。Ag₂S擁有三種晶體結(jié)構(gòu)，單斜α-Ag₂S(在178℃以下穩(wěn)定存在)，體心立 方β-Ag₂S(178～600℃穩(wěn)定存在)，面心立方γ-Ag₂S(600℃以上穩(wěn)定存在)。其中，α-Ag₂S 是窄禁帶寬度直接型半導(dǎo)體，室溫環(huán)境下的帶隙能(Band?gap)大約為1eV。

目前制備Ag₂S晶體的方法已有多種，但絕大多數(shù)方法使用了銀鹽作反應(yīng)物，在高溫 的條件下合成出了Ag₂S晶體。要想獲得特殊形貌的晶體往往需要使用各種表面活性劑。 而表面活性劑的引入對實(shí)驗(yàn)后處理操作提出了更高的要求，并且加大了制備成本。新加坡 國立大學(xué)Wee?Shong?Chin課題組使用巰基苯酸銀Ag(SCOPh)作前驅(qū)物，首先將其溶于三辛 基磷(TOP)，然后將其注入到80～120℃溫度的熱胺(hexadecylamine)溶液中經(jīng)熱分解反應(yīng) 得到Ag₂S納米晶；清華大學(xué)李亞棟課題組將硝酸銀(AgNO₃)溶于熱的十八胺溶劑形成銀胺 化合物，隨后加入硫粉形成Ag₂S晶核，在120℃進(jìn)一步使其生長成Ag₂S納米線；復(fù)旦大 學(xué)趙東元院士使用室溫液相合成法合成了Ag₂S納米棒，所用反應(yīng)物為硝酸銀、硫脲和 NaOH，但得到的產(chǎn)物并非薄膜形態(tài)的Ag₂S晶體；清華大學(xué)張新榮課題組使用硝酸銀作銀 源，無水乙醇作溶劑，L-半胱氨酸作添加劑，在180℃的溶劑熱反應(yīng)條件下反應(yīng)10小時(shí)， 制備出了Ag₂S納米球。北京大學(xué)齊立民教授使用聚丙烯酸(PAA)作模板制備了前驅(qū)物草酸 銀(Ag₂C₂O₄)納米纖維束，然后使用該纖維束與硫代乙酰胺(TAA)在乙醇溶液中反應(yīng)生成 Ag₂S納米纖維束。荷蘭Ruitenbeek課題組使用濺射技術(shù)在潔凈的Si(100)表面鍍上了一層 厚度為240nm，面積為5×5mm²的Ag薄膜，隨后使用升華硫?qū)⑵湓?×10^-6mbar，523K的 真空加熱條件下硫化Ag層外表面形成Ag₂S晶體薄膜，但其Ag₂S表面形貌沒有輪廓分明 的晶體外觀。

雖然以上這些方法制備出了各種形貌的Ag₂S晶體材料，但高溫水熱方法的使用限制 了產(chǎn)品的尺寸，并且增加了能耗；硝酸銀、氫氧化鈉和表面活性劑的使用為后續(xù)的提純操 作帶來了不便，需要反復(fù)洗滌才能洗去Ag₂S晶體表面吸附的雜質(zhì)離子；有毒的胺類化合 物溶劑的使用、高價(jià)位含銀化合物作銀源，以及聚合物模板等的引入，雖然能夠控制生成 Ag₂S晶體的形貌，也產(chǎn)生了環(huán)境污染等諸多問題。另外，絕大多數(shù)產(chǎn)物為粉末狀A(yù)g₂S晶 體，當(dāng)用在光電薄膜材料的時(shí)候，往往需要進(jìn)一步成膜。