[发明专利]一种聚苯胺与II-VI族半导体复合光电转换薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚合物与半导体纳米粒子复合薄膜制备领域，特别涉及一种具有光电转换性能的聚苯胺与II-VI族半导体纳米粒子的复合光电转换薄膜及其制备方法。 

背景技术

II-VI族半导体纳米粒子(量子点)由于其半径小于或接近于激子玻尔半径,具有特有的量子尺寸效应和表面效应,表现出不同于块体半导体的光、电和光电转换特性，使其在高效太阳能电池、量子点激光器、生物标签以及发光二极管等领域具有极大的研发吸引力和应用前景。但是半导体纳米粒子易团聚，不易加工成型，使得它们在实际中往往不能直接拿来应用，而通常要以一定的形式复合到其他基底中。 

聚合物具有分子量大、易于结构设计、制备简单、成膜性好等特点，可以作为纳米粒子的载体，与II-VI族半导体纳米粒子形成一种有机/无机复合材料。这种复合材料不仅可以稳定纳米粒子，抑制其团聚，提高其可加工性，更重要的是如果我们引入的聚合物具有功能性，如聚苯胺（PANI）这种具有出色的电学、光学、光电学性质的导电聚合物，还可以利用PANI与纳米粒子之间的相互作用来增强纳米粒子的功能或实现纳米粒子与PANI之间功能的集成。已有文献报道用PANI对CdS进行表面修饰，不仅提高了光生电荷空穴分离的效率而且抑制了CdS的光腐蚀，从而大大增强了其光催化性能。将PANI与CdS复合制备成具有p-n异质节的纳米阵列，可以用做新型的蓝光检测器。这类PANI/II-VI族半导体复合材料结合了不同组分的优异性质于一体，并显示出了母体材料所不具备的新性质。 

常用的PANI/II-VI族半导体纳米粒子复合方法，目前主要有四种：a)单体与纳米粒子复合后原位聚合法，b)含Zn、Cd的金属前驱体引入聚合物后原位制备纳米粒子法，c)将半导体纳米粒子与聚合物在溶液中混合后挥发出溶剂制膜法，d)采用电化学或利用静电相互作用组装法。 

水滑石类插层材料（Layered Double Hydroxides，简写为LDHs）是一种阴离子型层状材料，剥离后的LDHs主体层板带有一定的正电荷，可以与一些客体分子通过静电作用、氢键等弱的相互作用力层层自组装制备成薄膜。 

发明内容

本发明首次采用牺牲水滑石模板法制备了聚苯胺与II-VI族半导体复合光电转换薄膜，并探究该薄膜的光电转换性能。 

本发明是将组装法与原位制备纳米粒子的方法相结合，首先采用层层自组装技术将聚苯 胺与剥离的水滑石纳米片自组装制备成（PANI/LDHs）n薄膜，再将其原位硫化或硒化制备成聚苯胺与II-VI族半导体复合光电转换薄膜。 

本发明的具体步骤如下： 

1)制备层间阴离子为NO₃^-或者Cl^-，层板二价、三价金属阳离子摩尔比M²⁺/M³⁺=2.0-4.0的水滑石前体；所述的二价金属阳离子M²⁺为Zn²⁺，或者Zn²⁺和Cd²⁺，或者Zn²⁺和Cu²⁺；所述的三价金属阳离子M³⁺为Al³⁺、Cr³⁺、Ga³⁺、In³⁺、Co³⁺、Fe³⁺、La³⁺和V³⁺中的一种或两种； 

2)将步骤1)制备的水滑石前体加入甲酰胺溶剂里进行剥离，加入量为0.5-2g/L，搅拌速度为3000-5000r/min，反应36-72小时后离心，弃去沉淀物，得到澄清透明胶体溶液A； 

3)将预处理过的石英片、硅片或者ITO导电玻璃先浸入浓度为0.2-1.0g/L的聚苯胺的N-甲基吡咯烷酮溶液中5-15min，然后吹干，再浸入到胶体溶液A中5-15min，然后吹干； 

4)重复步骤3)2-80次，得到聚苯胺与水滑石多层复合薄膜，然后原位硫化或硒化得到聚苯胺与II-VI族半导体复合光电转换薄膜。