[发明专利]一种CdS/SiO2纳米透明复合薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用CdS/SiO₂共溅射，即以射频溅射获取CdS量子点纳米透明复合薄膜材料，是通过射频磁控共溅射制备CdS/SiO₂（“/”--表示界面）复合薄膜的方法，属于半导体纳米薄膜材料制备技术领域。

背景技术

磁控溅射已成为真空镀膜技术中应用最为广泛、发展最为迅速的技术之一。溅射制备的薄膜具有较好的均匀性、重复性以及良好的台阶覆盖，同时可以精确控制。故对于制造细小尺寸的绝缘膜更为有利。用射频磁控溅射法制取的薄膜具有结构致密、纯度高等优点。

CdS是一种典型的Ⅱ-Ⅵ族半导体，其禁带宽度为2.42 eV，具有较宽的禁带宽度。CdS量子点是则一种重要的半导体纳米粒子，具有良好的光学性能和表面可修饰性，可广泛应用于荧光标记物质光发射器件、激光、生物检测与分析等领域。CdS量子点具有较宽的吸收波长带，较高的发射强度以及较好的光稳定性，不仅可以通过调节自身尺寸来控制发射和吸收波长以满足不同的太阳能电池对光的吸收，而且由于其吸收谱与发射谱重叠较少，有足够的斯托克斯位移以减少光束的重吸收，增加了入射光子数，是一种比较理想的荧光发光材料。但是，由于其材料自身特性，CdS易产生或生成表面态，从而在光激发条件下，使光生载流子容易复合，降低了量子效率；另外，CdS对光响应范围有限，限制了它在光催化领域的应用。

对于在荧光太阳能聚光器中，SiO₂表面具有硅羟基，因而它非常适合用于材料的表面修饰，在纳米复合薄膜材料中，SiO₂具有很高的透射率，很低的散射率，在CdS/SiO₂ 纳米复合薄膜中，起到保护及减少了CdS量子点表面态、提高发光效率。目前大量使用的材料主要是一部分聚合物，如PMMA、PVP或Al₂O₃、CaF₂等一些无机晶体。

传统的提高太阳能电池效率的方式主要是改变电池的材料及结构来匹配太阳光谱，这一方式已获得了显著的发展并有望进一步突破。换个角度来看，在不改变器件材料和结构的情况下，基于频谱转换的概念，将太阳光谱转换成现有器件有较高吸收的频段，在提高电池转换效率的同时，可以有效降低生产成本。引进纳米材料，利用其较高的光化学稳定性，同一激发源激发多色光等优异的光学性质，达到准确频谱转换的目的。CdS量子点纳米透明复合薄膜，作为经济高效的纳米透明复合薄膜，作为在荧光太阳能聚光器下的转换层，此类纳米复合薄膜得到了运用。具有很高的透过率，复合薄膜的光致激发峰值和其吸收峰存在一个Stokes位移能提高光谱转换效率，提高太阳能电池的吸收效率。

目前，CdS量子点纳米透明复合薄膜的制备方法主要是化学水浴法。利用射频磁控溅射法制备CdS/SiO₂纳米复合薄膜的制备方法，无确切的专利报道，且优于化学水浴法。 

发明内容

故本发明的目的是：提供一种采用CdS/SiO₂共溅射法，以射频溅射制备CdS量子点复合材料，共溅射获取CdS/SiO₂制备纳米透明复合薄膜的方法。

本发明中CdS量子点纳米薄膜样品制备采用两步法：首先在高真空磁控溅射设备上用射频磁控溅射法沉积非晶CdS/SiO₂复合薄膜；沉积完的非晶薄膜再在N₂ 中进行退火处理。

首先考虑其靶材设计，为达到提高靶材利用率、膜层沉积速率和过程稳定性，必须对溅射系统进行整体的优化设计，其中靶(阴极)的设计最为关键。靶设计要考虑靶面磁场分布、沉积速率以及靶材利用率，还要考虑导电、导热、磁屏蔽、冷却、密封和绝缘等诸多因素。  

因而，涉及该项技术需具如下工艺过程和步骤：

1、CdS/SiO₂靶材：

靶的设计如图1，采用的是圆形SiO₂靶材（1），即是石英（纯度99.99%）玻璃，在上面用导电胶黏贴相对与圆形SiO₂靶心对称的CdS晶片（2），且晶片都在一个同心圆上，采用晶片数目为4片，也可按情调整；使靶材于一个射频电源上，可同时溅射2种不同的材料，且CdS量子点均匀分布于SiO₂层间，同时可以简单地通过增减CdS晶片（2）数目，调节CdS与SiO₂的占空比；

2、薄膜溅射： 

溅射靶材由上图1、构成，由石英玻璃（纯度99.99%）及CdS晶片（2）组成，见图1。