[發明專利]一種制備黃鐵礦相二硫化鐵薄膜的方法

有效

• 申請號: 201610077574.8
• 申請日: 2016-02-02
• 公開（公告）號: CN105776888B
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 董偉偉;宋超;王時茂;方曉東;陶汝華;鄧贊紅;邵景珍
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: C03C17/34
• 分類號: C03C17/34
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;孟卜娟

本發明公開了一種制備黃鐵礦相二硫化鐵薄膜的方法，包括利用水熱法或熱注入法獲得黃鐵礦相二硫化鐵粉末；將二硫化鐵粉末和乙基纖維素、松油醇調成漿料；通過絲網印刷法將二硫化鐵漿料刷在玻璃或FTO導電玻璃襯底上；在硫和氮氣/氬氣氣氛下熱處理，獲得黃鐵礦相二硫化鐵薄膜。本發明獲得的黃鐵礦相二硫化鐵薄膜可有效克服硫缺位的問題，可作為太陽電池的光吸收層或對電極使用。

技術領域

本發明涉及光電材料、新能源材料與技術領域，特別是一種黃鐵礦相二硫化鐵薄膜及其制備方法。

背景技術

黃鐵礦相二硫化鐵(FeS₂)具有合適的禁帶寬度(0.95eV)和很大的光吸收系數(α≥5×10⁵，λ＝700nm)，且其組成元素價格低廉，儲量豐富，無毒，在鋰電池和太陽能電池等領域是一種被廣泛研究且極具應用潛力的材料。

目前，國內外已經有多種制備黃鐵礦相二硫化鐵薄膜的方法，如硫化鐵膜法、溶膠凝膠法、電沉積法、水熱法、噴霧法等。現有的制備黃鐵礦相二硫化鐵薄膜的缺點在于：薄膜中普遍存在硫缺位，不易獲得黃鐵礦相二硫化鐵薄膜。

發明內容

本發明正是針對上述現有技術中存在的不足，提供一種黃鐵礦相二硫化鐵薄膜的制備方法，其目的是克服硫缺位現象，獲得黃鐵礦相二硫化鐵薄膜。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：如圖1所示，一種黃鐵礦相二硫化鐵薄膜的制備方法，其特征在于實現步驟如下：

(1)使用水熱法或熱注入法獲得黃鐵礦相二硫化鐵粉末，黃鐵礦相二硫化鐵粉末經清洗、干燥后備用；

(2)將黃鐵礦相二硫化鐵粉末和乙基纖維素、松油醇混合，磁力攪拌均勻，獲得漿料；

(3)將FTO導電玻璃或玻璃襯底依次在丙酮、無水乙醇、去離子水中超聲清洗，吹開備用；

(4)通過絲網印刷法將黃鐵礦相二硫化鐵漿料刷在玻璃或FTO導電玻璃襯底上；

(5)將升華硫粉和絲網印刷的二硫化鐵薄膜進行熱處理，在襯底上獲得黃鐵礦相二硫化鐵薄膜。

所述步驟(1)使用水熱法獲得黃鐵礦相二硫化鐵粉末方法為：將七水硫酸亞鐵和聚乙烯吡咯烷酮加入90-95°的水溶液中，溶解后加入硫脲，將上述溶液倒入聚四氟乙烯內襯中，加入硫粉和適量乙醇至內襯體積的80％，將高壓釜放入烘箱中190-210℃反應4-40小時后冷卻至室溫取出，將黑色粉末使用乙醇，去離子水，二硫化碳洗滌，干燥待用。

所述步驟(1)使用熱注入法獲得黃鐵礦相二硫化鐵粉末方法為：在氮氣保護的三頸瓶中加入油胺和四水氯化亞鐵，110-120℃反應1-1.5小時，獲得溶液A；在另一氮氣保護的容器中將硫粉溶于二苯醚中，70-80℃反應1-1.5小時獲得溶液B；通過針管將B溶液注入A溶液中，210-220℃反應5-24小時后冷卻至室溫。將黑色粉末使用無水乙醇、氯仿洗滌，干燥待用。

所述七水硫酸亞鐵、聚乙烯吡咯烷酮、硫脲和硫粉的摩爾比為1：1.5-2：2-2.5：4-6。

所述四水氯化亞鐵、硫粉的摩爾比為1：5-7，每毫摩爾四水氯化亞鐵使用10毫升油胺溶解，每毫摩爾硫粉用1毫升二苯醚溶解。

所述步驟(1)中水熱法或熱注入法獲得不同形貌黃鐵礦相二硫化鐵粉末時，通過調節反應時間，得到不同顆粒大小的黃鐵礦相二硫化鐵粉末。

所述步驟(2)的黃鐵礦相二硫化鐵粉末、乙基纖維素、松油醇的重量比為1：1：4。

所述步驟(5)熱處理使用升華硫粉純度大于99％，熱處理溫度為400-550℃，在硫和氮氣/氬氣氣氛下熱處理1-3小時。在硫和氮氣/氬氣氣氛下熱處理，可克服二硫化鐵薄膜制備過程中普遍存在硫缺位問題，獲得的黃鐵礦相二硫化鐵薄膜。