[发明专利]沿002方向择优生长的硒化锑光电薄膜的制备方法

说明书

本发明提供了一种沿002方向择优生长的硒化锑光电薄膜的制备方法，包括如下步骤：(a)制备Mo/SLG导电膜：(b)在步骤(a)的基础上制备沿003取向的金属锑膜Sb/Mo/SLG；(c)最后将上述制备的金属锑膜Sb/Mo/SLG放入真空度为1×10^‑4‑9×10^‑4Pa的石英管中并按Se/Sb物质的量比为1.5‑3加入硒，使得锑膜完全转换为Sb₂Se₃；随后将石英管转移至马弗炉中进行焙烧处理，得到沿002方向择优生长的硒化锑光电薄膜。采用本发明的方法制备的硒化锑薄膜沿002方向的载流子具有最高迁移率，从而可以极大提高光电化学产氢效率，在光电化学领域具有广泛的应用潜力。

技术领域

本发明属于光电材料制备领域，具体涉及一种沿002方向择优生长的硒化锑光电薄膜的制备方法。

背景技术

硒化锑(Sb₂Se₃)是一种新型光电材料，它的禁带宽度为1.1-1.2eV，与硅(Si) 类似，但是与硅相比，硒化锑具有很高的吸收系数(硒化锑为10⁵cm^-1，硅为～10³cm^-1)，因此适合作为薄膜光吸收材料。正交相硒化锑结构同时存在共价键与范德华键，是一种典型的二维层状材料。在硒化锑结构中，Sb₄Se₆基本结构单元(以下称ribbon单元)沿着c-轴以共价结合的形式无限延伸，而沿着a-轴和b- 轴方向是由Sb₄Se₆以较弱的范德华键相互连接而成。因此，硒化锑是一种高度各项异性的晶体结构，因而电荷载流子的输运效率也是各向异性的。然而，沿着ribbon方向(c-轴，即002方向)的载流子具有最高迁移率，沿着另外两个轴的输运能力相对较弱，而沿ribbon方向(即002方向)的硒化锑薄膜能够极大的促进光电化学产氢性能。

因此，制备出一种沿002方向择优生长的硒化锑光电薄膜具有十分重要的意义。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种沿002方向择优生长的硒化锑光电薄膜的制备方法，该方法通过利用Sb₂Se₃本身各向异性的生长速率，而Sb(003)有助于进一步抑制Sb₂Se₃薄膜在其它晶向的生长速率，同时在平衡的硒饱和蒸汽压下对Sb₂Se₃薄膜进行烧结处理，这三者的共同诱导作用制备出具有最高载流子迁移率的002方向择优的硒化锑薄膜，从而可以极大的提高光电化学产氢效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种沿002方向择优生长的硒化锑光电薄膜的制备方法，包括如下步骤：

(a)制备Mo/SLG导电膜：

(a1)先后用丙酮、酒精和去离子水超声清洗钠钙玻璃基片，并浸泡在酒精中，使用时用吹风机吹干即可；

(a2)将金属钼靶置于磁控溅射室，所述金属钼靶的纯度为99.99％；

(a3)将步骤(a1)中洁净的钠钙玻璃基片装在衬底托盘上并转移到带金属钼靶的磁控溅射室，抽真空至1×10^-4-9×10^-4Pa，钼靶与钠钙玻璃基片的距离为 3-10cm，衬底温度为250℃-500℃，溅射时衬底以5A/s的速度旋转以保证样品均匀；

(a4)在溅射功率为100-200W时，通过控制氩气的气压来制备双层钼薄膜结构，首先在氩气为2.0-3.5Pa下溅射5-15min获得厚度为350-450nm的第一钼层，然后在氩气为0.15-0.30Pa下溅射10-20min获得厚度为750-850nm的第二钼层；

(b)在步骤(a)的基础上制备沿003取向的金属锑膜Sb/Mo/SLG：