学计量CdS薄膜的热蒸发法，在室温衬底上，应用富Cd元素的CdS量子点(QDs)为前躯体材料，通过热蒸发法原位制备近化学计量的CdS薄膜。首先，把清洗后的衬底放在热蒸发仪真空室的样品架上(Emitech, K950X)。把合适尺寸的前驱体，0.1-0.3 g，放在W篮里关闭该室。在室温下，把该室抽成1.0X10_3-1.0X10_5mbar的真空，通过调整穿过W篮的电流来控制蒸发速度。首先，电流从O A缓慢增加到6_10A，然后等待直到W篮变成红色。然后，电流进一步增至13-20 A并保持5-10 S，最后，降低电流为O A来完成整个蒸发过程。
[0030]在室温衬底上，应用富Cd元素的CdS量子点(QDs)为前躯体材料，通过热蒸发法原位制备近化学计量的CdS薄膜。把清洗后的衬底放在热蒸发仪真空室的样品架上(Emitech, K950X)。把合适尺寸的前驱体，0.1-0.3 g，放在W篮里关闭该室。在室温下，把该室抽成1.0X10_3-1.0X10_5 mbar的真空，通过调整穿过W篮的电流来控制蒸发速度。首先，电流从O A缓慢增加到6-10 A，然后等待直到W篮变成红色。然后，电流进一步增至13-20 A并保持5-10 S，最后，降低电流为O A来完成整个蒸发过程。
[0031]衬底放于室温的环境里并未进行加热或降温处理。其中，衬底指的是氧化铟锡(ITO)导电玻璃、各种金属泊片或任何所需衬底材料尤其对那些在实验中不耐高温的衬底尤为适用，比如有机物衬底。
[0032]作为热蒸发过程前驱体的富Cd元素的CdS QDs是应用共沉淀法合成的，在室温及电磁搅拌下，将硝酸隔Cd(N03)2.4H20水溶液(75 mL, 0.1 -1 M)不断滴入硫化钠Na2S水溶液(75 mL, 0.1-1 M)中。反应一旦开始，橙色的CdS QDs就立即沉淀出来了。待反应完成后，沉淀的产品用离心机辅助下离心并用去离子(DI)水彻底地冲洗。最后，把沉淀的产品收集到一个离心管，在80-100 °G的温度下干燥4-10 h形成一大块淡黄色固体，随后把淡黄色固体分成许多小块，准备进行随后的热蒸发实验。
[0033]用含有洗洁精的去离子水来初步去除衬底表面上的油渍和灰尘，此过程在超声的辅助下进行10-50分钟后，用去离子水清洗并超声2-20分钟后再换新的去离子水超声清洗2-20分钟，如此循环1-5次，然后，该衬底在氨水(ΝΗ3.Η20)，双氧水(H202)和去离子水的混合溶液中，体积比为1:2:5，加热到80 oC-100 OC煮至没有气泡产生为止，去除一切残留的有机沾污，之后，用去离子水清洗并超声10分钟-30分钟后再换新的去离子水超声清洗10分钟-30分钟，如此循环3-5次，最后，在烘箱中50-100oC干燥3小时-8小时。
[0034]结合图1、图2、图3、图4、图5对本发明做进一步阐释，
图1、实施例中热蒸发法制备CdS薄膜的仪器结构示意图及CdS薄膜、CdS QDS前躯体烘干前及烘干后实物图。
[0035]从样品的实物图1可以看出，我们所制备的CdS薄膜呈黄色透明。而且，胶带的粘贴实验表明该CdS薄膜对ITO衬底展现出极好的吸附特性。
[0036]图2、实施例中制备的CdS薄膜的场发射电子显微镜照片(FE-SEM)插图为该薄膜较高放大倍数的FE-SEM。
[0037]在图2中，致密的CdS薄膜表面均匀地分布着大量CdS纳米棒。从插图中可以进一步看到，该CdS纳米棒的直径约50 nm、长度超过200 nm，它们相互重叠、交叉并紧密堆积。
[0038]图3、实施例中前躯体CdS QDs和相应的CdS薄膜的X射线电子衍射谱(EDX)。
[0039]由EDX结果，在CdS QDs中，元素Cd与S的原子比约为1.13:1，而CdS薄膜内元素Cd和S的原子比则约为1.03:1。由此可见，在CdS薄膜中，元素Cd的含量降低了并与CdS化合物的化学计量比十分接近，达到了我们的预期结果。
[0040]图4、实施例中以CdS薄膜为基搭建的光电化学(PEC)电池结构示意图及瞬态光诱导的载流子传输示意图。
[0041]图5、实施例中制备的CdS薄膜基PEC电池器件及空的ITO导电玻璃衬底的光电流密度随时间变化(1-t)曲线。
[0042]该PEC电池(图5a)和空的ITO玻璃衬底(图5b)的光生电流密度在光照下瞬间升高，停止光照则立即降低，这说明该CdS薄膜及ITO玻璃衬底均具有N型导电特性。不同的是，在CdS薄膜的敏化下，ITO玻璃衬底的光电响应大幅增强，这说明，CdS薄膜对ITO导电玻璃衬底具有很好的敏化作用，是一种有效的光电阳极材料。
[0043]实施例1、准备工作:
(I)配置溶液:75 mL, 0.125 M的硝酸隔Cd(N03) 2.4H20水溶液及硫化钠Na2S水溶液。
[0044](2)清洗衬底:选择氧化铟锡(ITO)导电玻璃作为衬底。首先，用含有洗洁精的去离子水清洗导电ITO/玻璃衬底来初步去除衬底表面上的油渍和灰尘。此过程在超声的辅助下进行30分钟后，用去离子水清洗并超声10分钟后再换新的去离子水超声清洗10分钟，如此循环3次。然后，该衬底在氨水(ΝΗ3.Η20)，双氧水(H202)和去离子水的混合溶液中，体积比为1:2:5，80 oC，煮至没有气泡产生为止去除一切残留的有机沾污。之后，用去离子水清洗并超声10分钟后再换新的去离子水超声清洗10分钟，如此循环3次。最后，在烘箱中80 oC干燥3小时。
[0045]2、反应步骤:
(I)合成 CdS QDs
用共沉淀法合成CdS QDs作为热蒸发过程的前驱体。具体过程如下:在室温及电磁搅拌下，将硝酸隔Cd(N03)2.4H20水溶液(75 mL, 0.125 M)不断滴入硫化钠Na2S水溶液(75 mL, 0.125 M)中。反应一旦开始，橙色的CdS QDs就立即沉淀出来了。待反应完成后，沉淀的产品用离心机辅助下离心并用去离子(DI)水彻底地冲洗。最后，把沉淀的产品收集到一个离心管，在80°C的温度下干燥4 h形成一大块淡黄色固体，随后把淡黄色固体分成许多小块放在钨(W)篮子里进行随后的热蒸发实验。
[0046](2)热蒸发CdS薄膜
把清洁后的ITO玻璃衬底放在真空室的样品架上(Emitech，K950X)。把合适尺寸的前驱体，约0.13 g，放在W篮里关闭该室。为了通过热蒸发法制备CdS薄膜，在室温下，把该室抽成1.0X10_3 mbar的真空，通过调整穿过W篮的电流来控制蒸发速度。首先，电流从OA缓慢增加到6 A，然后等待直到W篮变成红色。然后，电流进一步增至13 A并保持5 S，其次是降低电流为O A来完成整个蒸发过程。
[0047]3、表征及性能研宄:将在ITO导电玻璃原位制备的黄色透明的CdS薄膜取出，对其进行晶体结构(XRD，图1)、表面形貌(FE-SEM，图2)、化学计量(EDX，图3)以及光电化学性能进行表征(PEC电池，图4及瞬态光电流响应，图5)。
[0048]本发明对CdS薄膜基光电器件的开发与研宄具有重要的意义。
[0049]需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【主权项】
1.一种量子点为前驱制备近化学计量CdS薄膜的热蒸发法，其特征在于，在室温衬底上，应用富Cd元素的CdS量子点(QDs)为前躯体材料，通过热蒸发法原位制备近化学计量的CdS薄膜，把清洗后的衬底放在热蒸发仪真空室的样品架上(Emitech，K950X)，把合适尺寸的前驱体，0.1-0.3 g，放在W篮里关闭该室，在室温下，把该室抽成1.0X10_3-1.0X10_5mbar的真空，通过调整穿过W篮的电流来控制蒸发速度，首先，电流从O A缓慢增加到6_10A，然后等待直到W篮变成红色，然后，电流进一步增至13-20 A并保持5-10 S，最后，降低电流为O A来完成整个蒸发过程。2.根据权利要求1所述的一种量子点为前驱制备近化学计量CdS薄膜的热蒸发法，其特征在于，衬底放于室温的环境里并未进行加热或降温处理，其中，衬底指的是氧化铟锡(ITO)导电玻璃、各种金属泊片或任何所需衬底材料尤其对那些在实验中不耐高温的衬底尤为适用，比如有机物衬底。3.根据权利要求1所述的一种量子点为前驱制备近化学计量CdS薄膜的热蒸发法；其特征在于，作为热蒸发过程前驱体的富Cd元素的CdS QDs是应用共沉淀法合成的，在室温及电磁搅拌下，将硝酸隔Cd(N03)2.4Η20水溶液(75 mL, 0.1 -1 Μ)不断滴入硫化钠Na2S水溶液(75 mL, 0.1-1 M)中，反应一旦开始，橙色的CdS QDs就立即沉淀出来了，待反应完成后，沉淀的产品用离心机辅助下离心并用去离子(DI)水彻底地冲洗，最后，把沉淀的产品收集到一个离心管，在80-100 °G的温度下干燥4-10 h形成一大块淡黄色固体，随后把淡黄色固体分成许多小块，准备进行随后的热蒸发实验。4.根据要求I所述的一种量子点为前驱制备近化学计量CdS薄膜的热蒸发法，其特征在于，用含有洗洁精的去离子水来初步去除衬底表面上的油渍和灰尘，此过程在超声的辅助下进行10-50分钟后，用去离子水清洗并超声2-20分钟后再换新的去离子水超声清洗2-20分钟，如此循环1-5次，然后，该衬底在氨水(ΝΗ3.Η20)，双氧水(H202)和去离子水的混合溶液中，体积比为1:2:5，加热到80 oC-100 oC煮至没有气泡产生为止，去除一切残留的有机沾污，之后，用去离子水清洗并超声10分钟-30分钟后再换新的去离子水超声清洗10分钟-30分钟，如此循环3-5次，最后，在烘箱中50-100oC干燥3小时-8小时。
【专利摘要】本发明公开了一种量子点为前驱制备近化学计量CdS薄膜的热蒸发法。把清洗后的衬底放在热蒸发仪真空室的样品架上(Emitech,K950X)。把合适尺寸的前驱体，0.1-0.3 g，放在W篮里关闭该室。在室温下，把该室抽成1.0×10-3-1.0×10-5mbar的真空，通过调整穿过W篮的电流来控制蒸发速度。首先，电流从0A缓慢增加到6-10A，然后等待直到W篮变成红色。然后，电流进一步增至13-20A并保持5-10s，最后，降低电流为0A来完成整个蒸发过程。本发明的优点在于采用单源热蒸发技术，避免了多元热蒸发技术里对每个蒸发源的复杂控制问题；本发明采用富元素Cd的CdS QDS为前躯体，该量子点的制备方法为室温共沉淀法，方法简单、低耗、易操作且产率很高。
【IPC分类】H01L31/18
【公开号】CN104916743
【申请号】CN201510334713
【发明人】范丽波, 王鹏, 赵肖媛, 董新平, 孙刚
【申请人】许昌学院
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月17日