[发明专利]一种CdSe纳米晶半导体薄膜的制备方法

说明书

技术领域    

本发明属于无机纳米半导体材料制备技术领域，具体涉及一种CdSe纳米晶半导体薄膜的制备方法。

背景技术

开发洁净新能源已成为全球关注的问题，太阳能是极具潜力的洁净能源，近几年来纳米半导体光电化学太阳电池成为本领域的研究热点。                                                －族的CdSe纳米晶半导体材料由于其独特的性能而被广泛地应用于光学、电学和光电器件的制造，其纳米结构所具有的特性近年来更是备受瞩目。其中CdSe纳米晶具有与太阳光谱中可见光波段相适宜的带宽，被用于制作异质结太阳能电池和光电化学电池。

在纳米半导体材料中，TiO₂与CdSe备受关注，纳米TiO₂具有很强的光活性，但由于其禁带宽度大，只有能量大于3.2 eV的紫外线才能激发光响应；CdSe纳米晶具有比TiO₂更窄的禁带宽度，比TiO₂更负的导带位置，具有与太阳光谱中可见光波段相适宜的带宽，与TiO₂进行不同程度的复合，不仅可以扩展其对可见光的响应范围，促使光生载流子发生分离，而且近来人们发现一个大于禁带宽度能量的光子可以激发窄禁带半导体产生两个以上激子，这样便大大提高了光量子产率。而在所有的半导体纳米晶中，CdSe 纳米晶之所以能在近十多年来引起人们最为广泛的兴趣，主要是因为其窄的荧光峰随尺寸的改变可覆盖整个可见光范围，从而通过调节CdSe纳米晶的尺寸，可以得到不同颜色的荧光。同时，CdSe 纳米晶具有较大的激子Bohr半径，使其具有强的量子限域效应，与块体材料相比，纳米CdSe的吸收带蓝移，更有利于在半导体光学和电学等方面获得一些新奇特性，当纳米CdSe与TiO₂复合后光吸收谱加宽，提高了对可见光的响应，可提高太阳电池的光电转化效率。

目前，CdSe薄膜的制备方法主要有电化学沉积、化学浴沉积(CBD)、化学气相沉积(CVD)、真空蒸发、分子束外延(MBE)、高温热解、离子层吸附和反应(SILAR)等。在这些制备工艺技术中，化学浴沉积法具有以下优点：(1)工艺简单有效、设备简单、成本最低，不要求真空系统沉积，温度较低；(2)生成的半导体薄膜质量高、均匀致密、稳定性好；(3)极易掺杂，在化学水浴中掺杂后可以改变薄膜光学性能；(4)易实现大规模生长，具有广阔的应用前景。

发明内容  

本发明的目的是提供一种CdSe纳米晶半导体薄膜的制备方法，该方法采用化学浴沉积法，以氯化镉（CdCl₂·H₂O）或硝酸镉（Cd(NO₃)₂·4H₂O）溶液提供Cd²⁺离子源；以硒代硫酸钠（Na₂SeSO₃）溶液提供Se^2-离子源，以氨水（NH₃·H₂O）作为缓冲剂，分别以三乙醇胺(C₂H₅O)₃N），柠檬酸钠 (C₆N₅O₇Na₃·2H₂O)、水合肼(H₄N₂·H₂O)中的一种作为络合剂，配制化学反应前驱物，把清洗干净的玻璃衬底沿着烧杯壁竖直浸入溶液中，用铝箔把烧杯口密封后，放入水浴锅中进行恒温反应，制备CdSe纳米晶半导体薄膜。

本发明提供的一种CdSe纳米晶半导体薄膜的制备方法包括以下具体步骤：

（1）硒代硫酸钠（Na₂SeSO₃）溶液的制备：将15g无水亚硫酸钠(Na₂SO₃)、5g硒粉和160ml去离子水加入到容积为250ml的锥形瓶中，将该混合物在70℃下，用恒温磁力搅拌器连续搅拌加热6h，使绝大部分硒粉溶解；然后用滤纸过滤掉少量未溶解的硒粉和杂质，得到浓度约为2mol/L的澄清的硒代硫酸钠溶液；