一种纳米晶Cu₂O薄膜的制备方法

专利名称：一种纳米晶Cu₂O薄膜的制备方法
技术领域：
ー种纳米晶Cu2O薄膜的制备方法属于半导体领域。
背景技术：
氧化亚铜(Cu2O)是最早被发现的半导体材料之一，其价格低廉、材料来源广泛而得到越来越多人的认可。Cu2O是能被可见光激发的P型半导体，其禁带宽度约为I. 9
2.2eV。多晶态的Cu2O稳定性好，可以反复的利用而不容易被氧化成Cu(II)和还原成Cu ；其次，Cu2O无毒性，与环境的相容性好，而且容易获得。因此其是一种应用潜カ很大的半导体材料，在超导体、制氢、太阳能电池和电致变色等方面有潜在的应用。尤其是在太阳能电 池上，其理论转化效率可达到18%。在风能、海洋能、太阳能、地热能、氢能等新能源中，太阳能占据90%之多的份额，构成新能源产业量的绝对力量，但是至今为止其光电转换效率较低。据估计，只要达到5%的光电转换效率，Cu2O在太阳能电池上的应用就会有较高的经济效益。目前制备Cu2O薄膜的方法主要有阳极氧化法、热氧化法、溅射法和化学气相沉积法等，但是这些方法成本较高，对设备及其条件的要求较高，而化学浴沉积法エ艺简単，成本低，适用于各种异形、非导电或不耐高温衬底的沉积；且在多层膜沉积过程中，不会对衬底上已经沉积的薄膜造成损伤。

发明内容
本发明所要解决的问题是提供ー种制备エ艺简单、能耗低、成膜均匀致密的纳米晶Cu2O薄膜制备方法。特别适用于形状不规则物件的成膜和批量生产。本发明提供的纳米晶Cu2O薄膜的制备方法，它包括以下步骤a)在硫酸铜溶液中依次加入抗坏血酸钠、柠檬酸三钠溶液，充分络合并定容；b)向定容后的溶液中滴加NaOH溶液调节溶液的pH值并放入衬底；c)将调整好pH值的溶液在特定温度下沉积反应一定时间后，取出冲洗干净后烘干。所述步骤a)中硫酸铜与柠檬酸三钠的摩尔浓度比范围为12 : 6 12 : 36，硫酸铜与抗坏血酸钠的摩尔比在I:4 5:6范围内。所述步骤a)中硫酸铜浓度控制在O. 06mol/L O. 30mol/L。所述步骤b)中调整溶液pH值范围为7. O 10. O。所述步骤c)中溶液的温度范围控制在50°C 95°C。所述步骤c)反应时间控制在I. Oh 3. Oh。该方法采用区别于其它液相制备Cu2O薄膜的方法(电化学沉积和溶胶-凝胶法)，不但极大的简化了制备エ艺，而且对反应条件的要求也相对均较低，适合规模化的生产。采用Bruker Advance D8X 射线粉末衍射仪(Cu K α 福射，λ = 1.5406Α，2 Θ =20-75° )測定所制备材料的结构。采用Sirion200扫描电子显微镜观察所制备材料的表面形貌。采用Shimadzu UV-3101PC型分光光度计获得样品的透过光谱。由图I可知，所制备的Cu2O薄膜为纯的立方结构(JCPDS card No. 05-0667)，其中(200)晶面与(111)晶面衍射峰强度变化明显，表明所得到的产物结晶取向性的变化；根据谢乐公式算得(111)衍射峰对应的晶粒尺寸大小为32nm,35nm,44nm,47nm,分别对应的浓度比为12 8 6,12 12 6,12 18 : 6，12 : 24 : 6。由图2可知所得到的产物表面均匀致密，成膜的质量较好；由图3可知，所得到产物的吸收边有明显的红移现象(459nm 478nm)。


图I :产物a f 的X射线衍射图；图2 :产物的扫描电镜图；图3 :产物的紫外可见透过光谱图。
具体实施例方式I.按照浓度比12 8 6在O. 8mol/L的硫酸铜溶液中依次加入配制好的抗坏血酸钠、柠.檬酸三钠溶液，搅拌均匀，络合充分后放入预先清洗活化的衬底，使溶液的体积50ml，调节溶液的pH值为8. 8，在80°C的水浴中反应2小时，取出清洗干净后即可得到Cu2O薄膜(a)。2.按照浓度比12 12 6在O. 8mol/L的硫酸铜溶液中依次加入配制好的抗坏血酸钠、柠檬酸三钠溶液，搅拌均匀，络合充分后放入预先清洗活化的衬底，使溶液的体积50ml，调节溶液的pH值为8. 8，在80°C的水浴中反应2小时，取出清洗干净后即可得到Cu2O薄膜(b)。3.按照浓度比12 16 6在O. 8mol/L的硫酸铜溶液中依次加入配制好的抗坏血酸钠、柠檬酸三钠溶液，搅拌均匀，络合充分后放入预先清洗活化的衬底，使溶液的体积50ml，调节溶液的pH值为8. 8，在80°C的水浴中反应2小时，取出清洗干净后即可得到Cu2O薄膜(c)。4.按照浓度比12 18 6在O. 8mol/L的硫酸铜溶液中依次加入配制好的抗坏血酸钠、柠檬酸三钠溶液，搅拌均匀，络合充分后放入预先清洗活化的衬底，使溶液的体积50ml，调节溶液的pH值为8. 8，在80°C的水浴中反应2小时，取出清洗干净后即可得到Cu2O
薄膜⑷。5.按照浓度比12 24 6在O. 8mol/L的硫酸铜溶液中依次加入配制好的抗坏血酸钠、柠檬酸三钠溶液，搅拌均匀，络合充分后放入预先清洗活化的衬底，使溶液的体积50ml，调节溶液的pH值为8. 8，在80°C的水浴中反应2小时，取出清洗干净后即可得到Cu2O薄膜(e)。6.按照浓度比12 36 6在O. 8mol/L的硫酸铜溶液中依次加入配制好的抗坏血酸钠、柠檬酸三钠溶液，搅拌均匀，络合充分后放入预先清洗活化的衬底，使溶液的体积50ml，调节溶液的pH值为8. 8，在80°C的水浴中反应2小时，取出清洗干净后即可得到Cu2O
薄膜⑴。
权利要求
1.ー种化学浴沉积纳米晶Cu2O薄膜的制备方法，包括以下步骤 a)在硫酸铜溶液中依次加入抗坏血酸钠、柠檬酸三钠溶液，充分络合并定容； b)向定容后的溶液中滴加NaOH溶液调节溶液的pH值并放入衬底； c)将调整好pH值的溶液在特定温度下恒温反应一定时间后，取出冲洗干净后烘干。
2.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a)中硫酸铜与柠檬酸三钠的摩尔浓度比范围为12 8 12 36，硫酸铜与抗坏血酸钠的摩尔浓度比在I : 4 5 6范围内。
3.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a)中硫酸铜浓度控制在O. 06mol/L O. 30mol/L。
4.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，所述步骤b)中调整溶液pH值范围为7.O 10. O。
5.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，所述步骤c)中溶液的温度范围控制在 50°C 95°C。
6.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，所述步骤c)反应时间控制在I.Oh 3.Oh。
全文摘要
“一种纳米晶Cu2O薄膜的制备方法”属于半导体领域。现有方法一般对设备要求较高，需要比较复杂的程序，而最终难以控制成本，这会严重影响Cu2O薄膜的应用范围。本发明提供的纳米晶Cu2O薄膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤分别按照硫酸铜与柠檬酸三钠的摩尔浓度比范围为12∶8～12∶36，硫酸铜与抗坏血酸钠的摩尔范围为1∶3～5∶6，将抗坏血酸钠、柠檬酸三钠溶液依次加入硫酸铜溶液中，使充分络合；调节溶液pH值至7.0～10.0；置于50℃～95℃水浴温度中反应1.0h～3.0h；反应结束后经冲洗、烘干后，即得所需产物。该方法采用相对于阳极氧化法、热氧化法、溅射法和化学气相沉积法等方法更加简易的化学浴沉积方法，大大简化了制备工艺，而且所得产物均匀致密。
文档编号C23C18/16GK102864441SQ20121025281
公开日2013年1月9日 申请日期2012年7月14日 优先权日2012年7月14日
发明者徐海燕, 董金矿, 陈琛 申请人:安徽建筑工业学院