一种Sn掺杂Bi₂S₃光学薄膜的制备方法

专利名称：一种Sn掺杂Bi₂S₃光学薄膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种Sn惨杂Bi2S3材料的制备方法，具体涉及一种Sn掺杂Bi&光学薄膜的制备方法。
背景技术：
B:US3是一种重要的半导体材料，其禁带宽度为1.2 1.7eV， Bi2S3薄膜材料非常适用于太阳能电池的光吸收层。迄今为止，许多研究者运用离子液法、热溶剂法、水热法、微波水热法等方法已经成功地合成出了不同结构的Bi2S3纳米材料如赵荣祥、徐铸德、李赫和许慧丽等人[赵荣祥，徐铸德，李赫等.无机化学学报，2007， 5(23): 839-843.]采用硝酸铋和硫脲为先驱原料，以离子液为反应介质，合成了硫化铋单晶纳米棒；Sheng-Cong Liufu， Li-DongChen， QunWang等[Sheng-CongLiufu, Li-DongChen， QunWang， andQinYao.fr"te7 》2007， 7(4): 639-643.]利用水热处理法在较低
温度制得了结晶完整、均匀的纳米Bi2S满膜，得到的硫化铋晶体为单晶，沿(001)晶面生长；Wen-hui Li[Wen-hui Li.胞terj'a"Ze"e2^. 2008 (62):243 - 245]通过微波水热法合成了Bi2S3纳米线。
到目前为止，电沉积法制备Sn掺杂Bi2S3薄膜的制备还未见报道。电沉积法在工艺上易通过改变电参数、电解液成分等条件来控制薄膜的化学成分、结晶组织和晶粒大小，无需高真空条件和昂贵的设备
发明内容
本发明的目的是提出一种工艺简单、制备成本低、反应周期短的Sn掺杂 Bi2S3光学薄膜的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是
1) 首先将分析纯的Bi(N03)z5H20加入蒸馏水中，并将其置于超声波发 生器中超声分散，配制成Br浓度为0.01mol/L 0.5mol/L的透明溶液，所得 溶液记为A;
2) 然后，向A溶液中加入分析纯的Na2S203和柠檬酸三钠，使得混合溶液 中[Bi3+]: [SA2—]:
=1:4 7:1的摩尔比，搅拌下调节pH值为4. 3 6. 5， 所得溶液记为B;
3) 将分析纯的SnCl2*2H20加入蒸馏水中，配置成Sn2+离子浓度为 1. 25mmol/L的透明溶液，所得溶液记为C;
4) 向B溶液中加入B溶液0. 2% 5%体积分数的C溶液，形成前驱物溶 液，所得溶液记为D;
5) 将D溶液置于电沉积装置中，将ITO玻璃基板在乙醇中超声清洗作为 阴极，采用石墨为阳极，用阴极恒电压沉积的方式在ITO玻璃基板上制备Sn 掺杂Bi2S3薄膜；沉积电压为0. 5 10V，沉积时间为10 30min,沉积结束后 将所制备的薄膜在空气中自然晾干，即得到Sn掺杂Bi2S3光学薄膜。
本发明的有益效果是采用电沉积法制备得到微观形貌均匀的Sn掺杂 Bi2S3光学薄膜。此方法设备简单，操作简便，无需昂贵的真空装置，可低成 本高效的得到Sn掺杂Bi2S3光学薄膜。


图1为本发明实施例1制备的Sn掺杂Bi2S3光学薄膜的X-射线衍射(XRD) 图谱，其中横坐标为衍射角2 e ，单位为度；纵坐标为衍射峰强度，单位为cps(每秒计数)；
图2为本发明实施例1制备的Sn惨杂Bi2S3光学薄膜的原子力显微镜(AFM)照片。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例l:首先将分析纯的Bi(N03)3，5H20加入蒸馏水中，并将其置于超声波发生器中超声分散，配制成Bi3+浓度为0. 0125mol/L的透明溶液，所得溶液记为A;然后，向A溶液中加入分析纯的1^&03和柠檬酸三钠，使得混合溶液中[BH : [S20/—]: [CeH5073—]=1:5:1的摩尔比，搅拌下调节pH值为4. 5,所得溶液记为B;将分析纯的SnCl2，2H20加入蒸馏水中，配置成Sn2+离子浓度为1. 25mmol/L的透明溶液，所得溶液记为C;向B溶液中加入B溶液1%体积分数的C溶液，形成前驱物溶液，所得溶液记为D;将D溶液置于电沉积装置中，将ITO玻璃基板在乙醇中超声清洗作为阴极，采用石墨为阳极，用阴极恒电压沉积的方式在ITO玻璃基板上制备Sn惨杂Bi&薄膜；沉积电压为IV，沉积时间为20min，沉积结束后将所制备的薄膜在空气中自然晾干，即得到Sn掺杂Bi2S3光学薄膜。
将所得的Sn掺杂Bi&薄膜用日本理学D/max2000PC X-射线衍射仪分析样品，发现产物为JCPDS编号为29-0252的正交相Bi2SrvxS9 (图1)。将该样品用SPA400-SPI3800N型原子力显微镜对薄膜的表面显微结构(图2)进行观察，从照片可以看出所制备的薄膜表面呈现均匀的、长簇状的Bi2Sr^S9晶粒。
实施例2:首先将分析纯的Bi(N03)3，5恥加入蒸馏水中，并 其置于超声波发生器中超声分散，配制成Bi"浓度为0. 02mol/L的透明溶液，所得溶液记为A;然后，向A溶液中加入分析纯的Na2SA和柠檬酸三钠，使得混合溶 液中[Bi31: [S2032—]: [OH5073—]=1:6:1的摩尔比，搅拌下调节pH值为5. 5,所得 溶液记为B;将分析纯的SnCl"2H20加入蒸馏水中，配置成Sn2+离子浓度为 1. 25mmol/L的透明溶液，所得溶液记为C;向B溶液中加入B溶液0. 2%体积 分数的C溶液，形成前驱物溶液，所得溶液记为D;将D溶液置于电沉积装 置中，将ITO玻璃基板在乙醇中超声清洗作为阴极，采用石墨为阳极，用阴 极恒电压沉积的方式在ITO玻璃基板上制备Sn掺杂Bi2S3薄膜；沉积电压为 2V，沉积时间为10min，沉积结束后将所制备的薄膜在空气中自然晾干，即 得到Sn掺杂Bi2S3光学薄膜。
实施例3:首先将分析纯的Bi (N03)3 5H20加入蒸馏水中，并将其置于超 声波发生器中超声分散，配制成Bi"浓度为0. 03mol/L的透明溶液，所得溶液 记为A;然后，向A溶液中加入分析纯的1^25203和柠檬酸三钠，使得混合溶 液中[Bi3+]: [S20321 : [CeH5073—]=1:7:1的摩尔比，搅拌下调节pH值为6. 5 ，所得 溶液记为B;将分析纯的SnCl2 2H20加入蒸馏水中，配置成5,离子浓度为 1. 25mmol/L的透明溶液，所得溶液记为C;向B溶液中加入B溶液0. 8%体积 分数的C溶液，形成前驱物溶液，所得溶液记为D;将D溶液置于电沉积装 置中，将ITO玻璃基板在乙醇中超声清洗作为阴极，采用石墨为阳极，用阴 极恒电压沉积的方式在ITO玻璃基板上制备Sn掺杂Bi&薄膜；沉积电压为 3V，沉积时间为10min，沉积结束后将所制备的薄膜在空气中自然晾干，即 得到Sn掺杂Bi2S3光学薄膜。
实施例4:首先将分析纯的Bi(N03)3，5H20加入蒸馏水中，并将其置于超 声波发生器中超声分散，S己制成Bi3+浓度为0.01mol/L的透明溶液，所得溶液 记为A;然后，向A溶液中加入分析纯的1^^203和柠檬酸三钠，使得混合溶液中[Bi3+]: [SA2—]: [OH5073—]=1:4:1的摩尔比，搅拌下调节pH值为4. 3，所得 溶液记为B;将分析纯的SnCl"2H20加入蒸馏水中，配置成Sn2+离子浓度为 1. 25咖ol/L的透明溶液，所得溶液记为C;向B溶液中加入B溶液2%体积分 数的C溶液，形成前驱物溶液，所得溶液记为D;将D溶液置于电沉积装置 中，将ITO玻璃基板在乙醇中超声清洗作为阴极，采用石墨为阳极，用阴极 恒电压沉积的方式在ITO玻璃基板上制备Sn掺杂Bi2S3薄膜；沉积电压为 1.5V，沉积时间为25min，沉积结束后将所制备的薄膜在空气中自然晾干， 即得到Sn掺杂Bi2S3光学薄膜。
实施例5:首先将分析纯的Bi(N03)3，5H20加入蒸馏水中，并将其置于超 声波发生器中超声分散，配制成Bi3+浓度为0.2mol/L的透明溶液，所得溶液 记为A;然后，向A溶液中加入分析纯的Na2S203和拧檬酸三钠，使得混合溶 液中[Bi3+]: [S2032—]: [OH5073—]=1:5:1的摩尔比，搅拌下调节pH值为4. 3，所得 溶液记为B;将分析纯的SnCl2，2H20加入蒸馏水中，配置成Sn2+离子浓度为 1. 25mmol/L的透明溶液，所得溶液记为C;向B溶液中加入B溶液3%体积分 数的C溶液，形成前驱物溶液，所得溶液记为D;将D溶液置于电沉积装置 中，将ITO玻璃基板在乙醇中超声清洗作为阴极，采用石墨为阳极，用阴极 恒电压沉积的方式在ITO玻璃基板上制备Sn掺杂Bi2S3薄膜；沉积电压为 0.5V，沉积时间为30min，沉积结束后将所制备的薄膜在空气中自然晾千， 即得到Sn掺杂Bi2S3光学薄膜。
实施例6:首先将分析纯的Bi(N03)^5H20加入蒸馏水中，并将其置于超 声波发生器中超声分散，配制成Bi3+浓度为0. 3mol/L的透明溶液，所得溶液 记为A;然后，向A溶液中加入分析纯的Na2S203和拧檬酸三钠，使得混合溶 液中[Bi3+] [S2032—]: [CeHA3—] =1:7:1的摩尔比，搅拌下调节pH值为4.3 ，所得溶液记为B;将分析纯的SnCl2，2H20加入蒸馏水中，配置成Sn2+离子浓度为 1. 25imol/L的透明溶液，所得溶液记为C;向B溶液中加入B溶液5%体积分 数的C溶液，形成前驱物溶液，所得溶液记为D;将D溶液置于电沉积装置 中，将ITO玻璃基板在乙醇中超声清洗作为阴极，采用石墨为阳极，用阴极 恒电压沉积的方式在ITO玻璃基板上制备Sn掺杂Bi2S3薄膜；沉积电压为5V， 沉积时间为15min，沉积结束后将所制备的薄膜在空气中自然晾干，即得到 Sn掺杂Bi2S3光学薄膜。
实施例7:首先将分析纯的Bi(N03)3.5H20加入蒸馏水中，并将其置于超 声波发生器中超声分散，配制成Bi"浓度为0. 5mol/L的透明溶液，所得溶液 记为A;然后，向A溶液中加入分析纯的Na2SA和柠檬酸三钠，使得混合溶 液中[Bi3+]:[S2032—]:[CeH50广]4: 4:1的摩尔比，搅拌下调节pH值为4. 3，所 得溶液记为B;将分析纯的SnC1^2H20加入蒸馏水中，配置成Sn2+离子浓度 为1. 25ramol/L的透明溶液，所得溶液记为C;向B溶液中加入B溶液1. 5% 体积分数的C溶液，形成前驱物溶液，所得溶液记为D;将D溶液置于电沉 积装置中，将ITO玻璃基板在乙醇中超声清洗作为阴极，采用石墨为阳极， 用阴极恒电压沉积的方式在ITO玻璃基板上制备Sn掺杂Bi&薄膜；沉积电 压为4V，沉积时间为26min，沉积结束后将所制备的薄膜在空气中自然晾干， 即得到Sn掺杂Bi2S3光学薄膜。
权利要求
1、一种Sn掺杂Bi2S3光学薄膜的制备方法，其特征在于1)首先将分析纯的Bi(NO3)3·5H2O加入蒸馏水中，并将其置于超声波发生器中超声分散，配制成Bi3+浓度为0.01mol/L～0.5mol/L的透明溶液，所得溶液记为A；2)然后，向A溶液中加入分析纯的Na2S2O3和柠檬酸三钠，使得混合溶液中[Bi3+]∶[S2O32-]∶[C6H5O73-]＝1∶4～7∶1的摩尔比，搅拌下调节pH值为4.3～6.5，所得溶液记为B；3)将分析纯的SnCl2·2H2O加入蒸馏水中，配置成Sn2+离子浓度为1.25mmol/L的透明溶液，所得溶液记为C；4)向B溶液中加入B溶液0.2％～5％体积分数的C溶液，形成前驱物溶液，所得溶液记为D；5)将D溶液置于电沉积装置中，将ITO玻璃基板在乙醇中超声清洗作为阴极，采用石墨为阳极，用阴极恒电压沉积的方式在ITO玻璃基板上制备Sn掺杂Bi2S3薄膜；沉积电压为0.5～10V，沉积时间为10～30min，沉积结束后将所制备的薄膜在空气中自然晾干，即得到Sn掺杂Bi2S3光学薄膜。
全文摘要
一种Sn掺杂Bi₂S₃光学薄膜的制备方法，将分析纯的Bi(NO₃)₃·5H₂O加入蒸馏水中所得溶液记为A；向A溶液中加入分析纯的Na₂S₂O₃和柠檬酸三钠所得溶液记为B；将分析纯的SnCl₂·2H₂O加入蒸馏水中所得溶液记为C；向B溶液中加入C溶液，所得溶液记为D；将D溶液置于电沉积装置中，将ITO玻璃基板在乙醇中超声清洗作为阴极，采用石墨为阳极，用阴极恒电压沉积的方式在ITO玻璃基板上制备Sn掺杂Bi₂S₃薄膜；沉积结束后将所制备的薄膜在空气中自然晾干，即得到Sn掺杂Bi₂S₃光学薄膜。本发明采用电沉积法制备得到微观形貌均匀的Sn掺杂Bi₂S₃光学薄膜。此方法设备简单，操作简便，无需昂贵的真空装置，可低成本高效的得到Sn掺杂Bi₂S₃光学薄膜。
文档编号C30B30/02GK101643939SQ20091002349
公开日2010年2月10日 申请日期2009年8月4日 优先权日2009年8月4日
发明者吴建鹏, 曹丽云, 辉 朱, 艳 王, 黄剑锋 申请人:陕西科技大学