[發明專利]水溶性SnO2無機半導體納米材料的制備方法與應用

在審

• 申請號: 201810000540.8
• 申請日: 2018-01-05
• 公開（公告）號: CN108163887A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 肖勛文;沈梁鈞;王樂佳
• 申請（專利權）人: 寧波工程學院
• 主分類號: C01G19/02
• 分類號: C01G19/02;B82Y30/00;C03C17/34;H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48;B05D1/00;B05D7/24
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本發明公開了一種水溶性SnO₂無機半導體納米材料制備方法與應用。它的制備方法，包括如下步驟：將SnCl₄·5H₂O溶于水和乙醇的混合溶劑中，并加入8?10％的四甲基氫氧化銨水溶液，然后進行水熱合成反應，并通過丙酮沉淀，即得到水溶性SnO₂無機半導體納米材料。本發明的水溶性SnO₂無機半導體納米材料不僅在水中具有非常優越的分散性，其在三氟乙醇中也具有較優良的分散性，使得其可以在ITO或鈣鈦礦薄膜上通過旋涂法得到SnO₂薄膜；且其制備方法安全、簡單、成本低廉且環境友好。

技術領域

本發明涉及一種水溶性SnO₂無機半導體納米材料的制備方法與應用。

背景技術

無機半導體納米材料在光伏領域中已顯示出了獨特的優勢，這是因為其相較于有機半導體材料來說具有制備簡單、成本低廉、空氣穩定等特點，有利于大規模商業化的應用。如今，TiO₂在鈣鈦礦太陽能電池中仍然是最廣泛使用的一種無機半導體材料。但是，常規使用的TiO₂制膜工藝需要超過450℃的熱處理溫度，這限制了其大規模商業化應用的可能性，同時也不利于去制造可折疊穿戴的鈣鈦礦太陽能電池。

相比于TiO₂，SnO₂具有許多非常優越的性能。其能帶隙超過3.6eV，具有比TiO₂更深的導帶，理論上來說其可以更有效的促進電荷轉移。同時，商業化SnO₂的遷移率可以達到240cm²/(V·s)，是TiO₂的一百倍左右，使得其在概念上更有可能被應用在高性能的電子設備中。目前，有相關文獻報道可以通過水熱反應的方法獲得棱形結構的SnO₂納米材料，并且通過改變反應物四甲基氫氧化銨的含量可以得到不同尺寸的SnO₂。但是，其沒有進一步去探究SnO₂在不同溶劑中的分散能力，這對于直接使用該納米材料制備薄膜是不可或缺的議題。因此，SnO₂納米材料的分散性的問題導致如今最廣泛使用的SnO₂的制膜方法依然是以前驅體熱處理法為主，其雖然相對于TiO₂來說所需要的溫度被大大降低，但是仍然不利于大規模的實際應用。Alex K.-Y.Jen等人報道其用異丙醇分散SnO₂納米顆粒，并且可以得到較平的SnO₂薄膜，但是其并未進一步探究其所合成的SnO₂納米顆粒在其他溶劑中的分散效果。然而，如今最廣泛使用的SnO₂的制膜方法依然是以前驅體熱處理法為主，其雖然相對于TiO₂來說所需要的溫度被大大降低，但是仍然不利于大規模的實際應用。

為了簡化SnO₂薄膜的制備方法，促進其大規模的商業化應用，其中一個建議是通過簡單的化學反應直接合成得到SnO₂納米顆粒，并且使得其在水相或三氟乙醇相中均可以得到較好的分散效果。這是因為直接使用該分散液去制備SnO₂薄膜方法簡單，杜絕了高溫熱處理的過程，從而簡化了制備技術，降低了對設備的要求，減少了生產成本，有益于大規模商業化的應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種水溶性SnO₂無機半導體納米材料的制備方法與應用。本發明所得到的SnO₂納米顆粒晶體尺寸為5～20nm，平均尺寸大約是8nm，具有良好的結晶度，并在水中具有非常高的溶解性，用其在ITO玻璃上所制備的SnO₂薄膜也非常光滑致密；且其具有制備方法安全、簡單、成本低廉以及環境友好等優點。