[發明專利]一種納米晶Cu2O薄膜的制備方法

無效

• 申請號: 201210252813.0
• 申請日: 2012-07-14
• 公開（公告）號: CN102864441A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 徐海燕;董金礦;陳琛
• 申請（專利權）人: 安徽建筑工業學院
• 主分類號: C23C18/16
• 分類號: C23C18/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

一種納米晶Cu₂O薄膜的制備方法屬于半導體領域。

技術背景

氧化亞銅(Cu₂O)是最早被發現的半導體材料之一，其價格低廉、材料來源廣泛而得到越來越多人的認可。Cu₂O是能被可見光激發的P型半導體，其禁帶寬度約為1.9～2.2eV。多晶態的Cu₂O穩定性好，可以反復的利用而不容易被氧化成Cu(II)和還原成Cu；其次，Cu₂O無毒性，與環境的相容性好，而且容易獲得。因此其是一種應用潛力很大的半導體材料，在超導體、制氫、太陽能電池和電致變色等方面有潛在的應用。尤其是在太陽能電池上，其理論轉化效率可達到18％。在風能、海洋能、太陽能、地熱能、氫能等新能源中，太陽能占據90％之多的份額，構成新能源產業量的絕對力量，但是至今為止其光電轉換效率較低。據估計，只要達到5％的光電轉換效率，Cu₂O在太陽能電池上的應用就會有較高的經濟效益。

目前制備Cu₂O薄膜的方法主要有陽極氧化法、熱氧化法、濺射法和化學氣相沉積法等，但是這些方法成本較高，對設備及其條件的要求較高，而化學浴沉積法工藝簡單，成本低，適用于各種異形、非導電或不耐高溫襯底的沉積；且在多層膜沉積過程中，不會對襯底上已經沉積的薄膜造成損傷。

發明內容

本發明所要解決的問題是提供一種制備工藝簡單、能耗低、成膜均勻致密的納米晶Cu₂O薄膜制備方法。特別適用于形狀不規則物件的成膜和批量生產。

本發明提供的納米晶Cu₂O薄膜的制備方法，它包括以下步驟：

a)在硫酸銅溶液中依次加入抗壞血酸鈉、檸檬酸三鈉溶液，充分絡合并定容；

b)向定容后的溶液中滴加NaOH溶液調節溶液的pH值并放入襯底；

c)將調整好pH值的溶液在特定溫度下沉積反應一定時間后，取出沖洗干凈后烘干。

所述步驟a)中硫酸銅與檸檬酸三鈉的摩爾濃度比范圍為12∶6～12∶36，硫酸銅與抗壞血酸鈉的摩爾比在1∶4～5∶6范圍內。

所述步驟a)中硫酸銅濃度控制在0.06mol/L～0.30mol/L。

所述步驟b)中調整溶液pH值范圍為7.0～10.0。

所述步驟c)中溶液的溫度范圍控制在50℃～95℃。

所述步驟c)反應時間控制在1.0h～3.0h。

該方法采用區別于其它液相制備Cu₂O薄膜的方法(電化學沉積和溶膠-凝膠法)，不但極大的簡化了制備工藝，而且對反應條件的要求也相對均較低，適合規模化的生產。

采用Bruker?Advance?D8X射線粉末衍射儀(Cu?Kα輻射，2θ＝20-75°)測定所制備材料的結構。采用Sirion200掃描電子顯微鏡觀察所制備材料的表面形貌。采用Shimadzu?UV-3101PC型分光光度計獲得樣品的透過光譜。

由圖1可知，所制備的Cu₂O薄膜為純的立方結構(JCPDS?card?No.05-0667)，其中(200)晶面與(111)晶面衍射峰強度變化明顯，表明所得到的產物結晶取向性的變化；根據謝樂公式算得(111)衍射峰對應的晶粒尺寸大小為：32nm，35nm，44nm，47nm，分別對應的濃度比為12∶8∶6，12∶12∶6，12∶18∶6，12∶24∶6。由圖2可知所得到的產物表面均勻致密，成膜的質量較好；由圖3可知，所得到產物的吸收邊有明顯的紅移現象(459nm～478nm)。

附圖說明

圖1：產物a～f的X射線衍射圖；

圖2：產物的掃描電鏡圖；

圖3：產物的紫外可見透過光譜圖。

具體實施方式

1.按照濃度比12∶8∶6在0.8mol/L的硫酸銅溶液中依次加入配制好的抗壞血酸鈉、檸.檬酸三鈉溶液，攪拌均勻，絡合充分后放入預先清洗活化的襯底，使溶液的體積50ml，調節溶液的pH值為8.8，在80℃的水浴中反應2小時，取出清洗干凈后即可得到Cu₂O薄膜(a)。

2.按照濃度比12∶12∶6在0.8mol/L的硫酸銅溶液中依次加入配制好的抗壞血酸鈉、檸檬酸三鈉溶液，攪拌均勻，絡合充分后放入預先清洗活化的襯底，使溶液的體積50ml，調節溶液的pH值為8.8，在80℃的水浴中反應2小時，取出清洗干凈后即可得到Cu₂O薄膜(b)。