[发明专利]水热法结合脉冲电沉积制备宽禁带ZnS薄膜材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料技术领域，特别涉及一种水热法结合脉冲电沉积制备宽禁带ZnS薄膜材料的方法。 

背景技术

ZnS是一种II-VI族化合物直接带隙半导体材料，禁带宽度为3.6～3.8eV，具有良好的光电性能，广泛应用于光学和光电器件中，如薄膜电致发光显示器件、发光二极管、紫外光探测器件、太阳能电池等，其中作为铜铟硒基薄膜太阳电池的n型窗口层，以其优良的光电转换效率和无毒、环保价值替代CdS薄膜。目前，已经有许多技术用来制备ZnS薄膜及其它各种硫化物薄膜，比如水热法、真空蒸发、磁控溅射、化学气相沉积、溶胶喷射沉积、脉冲电沉积等。在这些方法中，水热法具有工艺简单，生产成本低，制备出的纳米粒子形状规则、纯度高、晶型好且可控制等优点，是一种很有前景的ZnS薄膜制备方法。本方法首先在ITO导电玻璃上脉冲电沉积ZnS纳米晶种，再利用水热法在其上生长出了有序的分散性好的ZnS薄膜材料。利用水热法结合脉冲电沉积制备宽禁带ZnS薄膜材料的方法未见报道。 

发明内容

本发明的目的是提供一种水热法结合脉冲电沉积制备宽禁带ZnS薄膜材料的方法。 

具体步骤为： 

(1)电解溶液组成为：每100mL溶液含0.001mol氯化锌、0.002mol五水合硫代硫酸钠、0.001～0.002mol二水合柠檬酸三钠及20～40mL二甲基亚砜，用质量百分比浓度为98％的浓硫酸调pH至2.5～4；采用两电极体系，铂电极作为阳极，ITO导电玻璃为阴极，保持恒电压2.0V，水浴温度52℃，脉冲电沉积30分钟～60分钟，得到ZnS纳米晶种。 

(2)水热液组成为：每100mL溶液含0.001～0.003mol六水合硝酸锌、0.003～0.009mol硫脲及0.001～0.0025mol5-磺基水杨酸，用移液管量取15mL上述水热液置于高压釜中，将沉积有步骤(1)ZnS纳米晶种导电玻璃衬底垂直置于釜中，从室温开始缓慢升温至200℃，反应12小时，待反应完成后取出自然冷却，洗净烘干，得到宽禁带ZnS薄膜材料。 

本方法制备的ZnS纳米薄膜表面平整致密，与基体粘合力强。ZnS纳米薄膜 材料荧光发射光谱表明，样品在469nm处有明显的发射峰，发蓝光；从紫外透过率可以推算出此ZnS的禁带宽度在5.5ev左右。 

附图说明

图1为本发明实施例1制得的ZnS薄膜材料荧光发射光谱图。 

图2为本发明实施例1制得的ZnS纳米薄膜材料扫描电镜图。 

图3为本发明实施例2制得的ZnS纳米薄膜材料扫描电镜图。 

具体实施方式

实施例1： 

(1)ITO的预处理：切割ITO导电玻璃尺寸大小为1cm×3cm，并进行清洁处理，将其依次在双氧水、氨水和去离子水的混合液以及无水乙醇中超声各10分钟，后置于无水乙醇中待用。 

(2)电解溶液组成为：每100mL溶液含0.001mol氯化锌、0.002mol五水合硫代硫酸钠、0.001mol二水合柠檬酸三钠及30mL二甲基亚砜，用质量百分比浓度为98％的浓硫酸调pH至3；采用两电极体系，铂电极作为阳极，步骤(1)所得的ITO导电玻璃为阴极，保持恒电压2.0V，水浴温度52℃，脉冲电沉积60分钟，得到ZnS纳米晶种。 

(3)水热液组成为：每100mL溶液含0.003mol六水合硝酸锌、0.009mol硫脲及0.002mol 5-磺基水杨酸，用移液管量取15mL上述水热液置于高压釜中，将沉积有步骤(2)ZnS纳米晶种导电玻璃衬底垂直置于釜中，从室温开始缓慢升温至200℃，反应12小时，待反应完成后取出自然冷却，洗净烘干，得到宽禁带ZnS薄膜材料。 

从ZnS薄膜材料荧光发射光谱(如图1)可以看出，在469nm处有明显的发射峰，发蓝光；从紫外透过率可以推算出此ZnS的禁带宽度在4.5ev左右。 

如图2所示为所得样品的扫描电镜图片，可以明显看出是呈条状。 

实施例2： 

除5-磺基水杨酸为0.002mol外，其他条件同实施例1。如图3所示为所得ZnS薄膜材料的扫描电镜图片，可以明显看出是呈粗条状。