[发明专利]一种碳量子点负载硫氰酸亚铜光电薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体光电薄膜领域，具体涉及一种碳量子点负载硫氰酸亚铜光电薄膜及其制备方法。

背景技术

硫氰酸亚铜(CuSCN)是一种p型半导体材料，具有宽带隙(3.6eV)能带结构，仅能够吸收波长小于350nm的紫外光，是一种透明的半导体，同时还具有较高的电导率(10^-2～10^-3S.cm^-1)，能够满足光伏电池对固体电解质的电导率要求，因此目前已经作为一种空穴传输材料在太阳能电池、光伏器件等领域受到了关注并得到了广泛证实。CuSCN要在光伏器件上得到应用，前提条件是必须将其沉积到导电基底表面制备成光电薄膜。目前，制备CuSCN薄膜的方法主要有连续离子层吸附反应法、化学浴法、溶液旋涂法和电化学沉积法等。同其它沉积方法相比，电化学沉积方法具有其独特的优点：(1)可在常温下进行；(2)容易大面积试样的镀覆；(3)通过控制电位(或电流)、溶液组成可控制薄膜的组成，通过控制电沉积时的电量可控制膜厚；(4)不需高真空、不使用危险气体等，因此操作更容易、更安全；(5)适合于各种基体材料。研究发现，通过调控电沉积电位、电解液组成和电量大小，可以制备获得具有不同结构形貌和厚度的CuSCN光电薄膜，呈现出不同的光电特性，并在光伏领域具有潜在的应用前景。尽管电沉积制备的CuSCN薄膜具有良好的结构形貌和光电特性，然而其电导率相对于液态电解质而言明显要低很多，载流子迁移率较差，导致以CuSCN薄膜为固态电解质或空穴传输层构建的光伏器件光电转化效率明显不如采用液态电解质的光伏器件，有待进一步提升。因此，如何改性CuSCN薄膜结构并提高其电导率和载流子迁移率具有重要的科研价值和研究意义。

近年来，关于CuSCN薄膜方面的研究主要集中在通过电化学沉积参数来调控薄膜的结构形貌和光电特性，采用半导体复合或负载、掺杂等方式改性CuSCN薄膜的相关研究并不多见。研究发现，碳量子点是一种新型的“零维”碳纳米材料，不仅具有类似于传统量子点的发光性能与小尺寸特性，而且还具有水溶性好、生物毒性低和导电性好的优势，使其在生物成像、生物标记、传感器、光催化等领域受到极大关注。因此，利用碳量子点独特的纳米效应和良好的导电性，通过在CuSCN薄膜表面上负载碳量子点的方式可以大大改善CuSCN薄膜的光电特性，提高薄膜的电导率和载流子迁移率。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳量子点负载硫氰酸亚铜光电薄膜及其制备方法。本发明通过负载碳量子点的方式可以在一定程度上解决目前CuSCN薄膜存在的电导率和载流子迁移率较低等问题，从而提高CuSCN薄膜的光电特性。

本发明的碳量子点负载硫氰酸亚铜光电薄膜，具有比较规则的一维CuSCN纳米棒阵列结构，纳米棒直径约为80～90nm，而且粒径约3～5nm的碳量子点颗粒均匀地分布在纳米棒阵列表面，同时表现出良好的光电特性。

本发明提供了一种碳量子点负载硫氰酸亚铜(CuSCN)光电薄膜的制备方法，其特征在于，是通过电化学沉积法同时实现一维CuSCN纳米棒阵列薄膜和碳量子点在纳米棒阵列薄膜表面的负载，具体技术方案如下：

(1)将1.5～2.0g柠檬酸溶于80～100mL的去离子水，转移至反应釜200～220℃水热反应20～24h，获得无色透明溶液，经过滤、离心后获得分散均一、水溶性良好的碳量子点溶液；

(2)在上述步骤1所得的碳量子点水溶液中，按照一定的摩尔比例(1∶1∶0.25～2)依次加入CuSO₄、乙二胺四乙酸(EDTA)和KSCN，经搅拌溶解后配制成电解液溶液，使得配制的电解液溶液中CuSO₄和EDTA的摩尔浓度均为12mmol/L；

(3)将步骤(2)配制的电解液溶液转移至配有铂丝对电极、甘汞参比电极和清洗干净的FTO或ITO导电玻璃的三电极体系的电化学反应槽中，利用电化学工作站在导电玻璃表面进行电化学沉积，沉积电位为-0.1～-0.4V，沉积电量为20～60mC/cm²；

(4)将步骤(3)反应结束后的导电基底取出，用去离子水冲洗2～3遍，在60℃烘箱烘干后，即可获得碳量子点负载CuSCN光电薄膜。

本发明具有的优点和积极效果是：