[發明專利]一種銅銀元素比例可調的碘銅銀三元化合物薄膜材料及常溫原位控制合成方法

有效

• 申請號: 201710867656.7
• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN107723661B
• 公開（公告）日: 2020-02-28
• 發明（設計）人: 鄭直;董佩哲;雷巖;賈祖孝;宋皓;陳璐;劉松子
• 申請（專利權）人: 許昌學院
• 主分類號: C23C14/14
• 分類號: C23C14/14;C23C14/16;C23C14/34;C23C14/58;H01L31/032;H01L31/0445
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 喬宇;官群

本發明涉及一種銅銀元素比例可調的碘銅銀三元化合物薄膜材料及其制備方法。碘銅銀三元化合物薄膜材料為薄膜狀，厚度100?500nm，所述碘銅銀三元化合物分子式為Cu_xAg_1?xI，其中x＝0.1?0.9。其制備方法如下：采用磁控濺射方法在基底材料表面濺射一層單質銅，再濺射一層單質銀，然后將濺射有銅銀的樣品置于密封容器中，密封容器中另外放置有碘粒，室溫下反應得到碘銅銀三元化合物薄膜材料。本發明提供的碘銅銀三元化合物薄膜材料為薄膜狀，銅銀元素比例在1：9?9：1范圍內可調，可調控得到不同光學禁帶寬度(2.7?3.0eV)的膜材料；其在常溫條件下采用元素直接反應的方法合成，操作簡單，反應迅速，制備過程綠色環保、耗能低。

技術領域

本發明屬于無機材料技術領域，具體涉及一種銅銀元素比例可調的碘銅銀三元化合物薄膜材料及其制備方法。

背景技術

近年來，鹵化鉛鈣鈦礦太陽能電池由于其優異的光電性能引起了人們廣泛的關注。空穴傳輸層是鹵化鉛鈣鈦礦太陽能電池器件中減少光生電子在正極上復合的關鍵半導體層。目前該層主要由有機半導體材料制備。由于有機材料的種種缺點，如價格昂貴、電荷遷移率低、有機溶劑使用量大、容易受到環境的影響等，引起了人們對采用無機材料制備該層材料的廣泛研究。目前部分無機材料如氧化鎳、氧化銅、硫化銅、碘化亞銅、碘化銀等已經作為空穴傳輸材料應用到高性能鹵化鉛鈣鈦礦太陽能電池中。

優化鹵化鉛鈣鈦礦和無機半導體材料之間的能級關系是提高以無機半導體材料為空穴傳輸層器件性能的關鍵。但是目前上述材料很難利用簡單、低成本的的化學方法控制能帶結構的變化，不能有效地應用到以無機材料為空穴傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池器件的研究當中。三元或多元化合物理論上可以進行材料能帶結構的調控，如銅銦鎵硒(CIGS)，銅鋅錫硫(CZTS)等等另外，現有報道中有提到碘銅銀三元化合物，但其報道產物多為粉末，不能直接應用到光電器件的制備當中。碘銅銀三元化合物理論上有多種銅銀原子比，可以通過改變銅銀元素比例進而調控材料能帶結構。但現有技術報道的調控一般均需較為苛刻的高溫、氣氛保護的條件下進行。在溫和的條件下進行原子比例連續可控的半導體材料的制備研究具有極大的挑戰性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在的上述不足，提供一種銅銀元素比例可調的碘銅銀三元化合物薄膜材料及其制備方法。本發明提供的碘銅銀三元化合物薄膜材料為薄膜狀，銅銀元素比例在1：9-9：1范圍內可調，可調控得到不同光學禁帶寬度(2.7-3.0eV)的碘銅銀三元化合物薄膜材料；其在常溫條件下采用元素直接反應的方法合成，操作簡單，反應迅速，制備過程綠色環保、耗能低。

為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案是：

提供一種銅銀元素比例可調的碘銅銀三元化合物薄膜材料，為薄膜狀，厚度100-500nm，銅、銀單質層厚度5～150nm，所述碘銅銀三元化合物分子式為Cu_xAg_1-xI，其中x＝0.1-0.9。

按上述方案，上述銅銀元素比例可調的碘銅銀三元化合物薄膜材料還包括用于負載碘銅銀三元化合物的基底材料。

按上述方案，所述基底材料為ITO導電玻璃、FTO導電玻璃、硅片中的一種。

本發明還提供上述銅銀元素比例可調的碘銅銀三元化合物薄膜材料的制備方法，其步驟如下：在基底材料表面濺射一層單質銅，然后進一步濺射一層單質銀，然后將濺射有銅銀的樣品置于密封容器中于碘蒸汽環境中室溫反應至濺射有銅銀的樣品完全變色得到碘銅銀三元化合物薄膜材料。

按上述方案，所述的濺射為直流磁控濺射。

按上述方案，上述制備方法中基底材料表面濺射的單質銅和單質銀層的厚度根據需要調控。

按上述方案，密封容器中放置碘粒，作為碘蒸氣來源，并且碘粒與濺射有銅銀的樣品不直接接觸。