[发明专利]一种三明治状PN结及其精准构筑方法

说明书

本发明属于PN结技术领域，本发明提供了一种三明治状PN结，所述的三明治状PN结是在三层晶胞厚度半导体材料中构筑的。本发明还提供了一种三明治状PN结的精准构筑方法。本发明的三明治状PN结均匀整齐，有透明感，尺寸在微米级；本发明的三明治状PN结厚度与三层晶胞半导体材料的厚度完全吻合；本发明的构筑方法具有精确可控性，广泛适用于各种半导体材料，对于发挥材料本身性质并进一步提高光电化学性能具有重大意义。

技术领域

本发明涉及PN结技术领域,尤其涉及一种三明治状PN结及其精准构筑方法。

背景技术

利用太阳光将水转化为氢和氧的光电化学(PEC)水分解法，是一种实现可再生能源转化和存储的前景光明的方法。为了实现有效的光电能量转换，至关重要的是设计和制造理想的半导体光电极，以提高可见光的收集率和光激载流子的分离/转移效率，加速析氧动力学。最近，由于具有独特的光电特性，二维(2D)类石墨烯层状材料已发展成为有前途的PEC电极。但是，严重的电荷重组和缓慢的氧释放反应(OER)动力学严重阻碍了二维层状半导体材料的PEC性能。

调控尺寸和形态，掺杂和构建PN结是解决上述问题的有效策略。在各种形态材料中，三明治状结构的材料，可以提高太阳光的利用率，缩短电荷载流子的扩散长度，为目标反应物的吸附提供巨大的表面积并暴露出足够多的活性位点以进行表面反应。由于这种结构是由多种不同的半导体构成，因此，理想的异质结的实现不仅取决于其能带排列，而且还受其晶体结构、晶格参数等其它特征的影响，这使其难以在实际应用中实现。但是，单一材料中的同质结在上述方面明显具有优势。此外，这种同质结的连续带弯曲对于载流子分离和电荷转移非常有利。

以n型半导体为例，研究者们已广泛尝试了一系列受体掺杂剂以引入P型特性，从而建立PN同质结。尽管取得了一些进展，但是由于缺乏可行的策略和合适的模型，在单个原子级别的2D材料中实现三明治状PN同质结仍然面临着巨大的挑战。因此，进一步探索PN同质结将深化对半导体物理学的理解并推动相关新技术的发展。

发明内容

本发明的目的在于为了克服现有技术的不足而提供一种三明治状PN结及其精准构筑方法。本发明的三明治状PN结均匀整齐，有透明感，尺寸在微米级；本发明的三明治状PN结厚度与三层晶胞半导体材料的厚度完全吻合；本发明的构筑方法具有精确可控性，广泛适用于各种半导体材料。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种三明治状PN结，所述的三明治状PN结是在三层晶胞厚度半导体材料中构筑的。

作为优选，所述的半导体材料为ZnIn₂S₄或双元素半导体材料。

作为优选，所述的双元素半导体材料为SnS₂、TiO₂、In₂O₃、ZnO、Fe₂O₃、MoS₂、ZnS或CdS。

本发明还提供了一种三明治状PN结的精准构筑方法，包括如下步骤：

1)将锡盐、硫源、含铵根离子的物质与溶剂混合，得到反应液；

2)将反应液与掺杂氟的SnO₂导电玻璃混合后进行反应，得到三层晶胞厚度二硫化锡纳米片阵列；

3)将含第五主族元素的物质与三层晶胞厚度二硫化锡纳米片阵列在惰性气氛下进行反应，得到三明治状PN结。

作为优选，步骤1)所述锡盐为硫酸锡、草酸锡、氯化锡或锡酸钠，所述硫源为硫脲、硫代乙酰胺或硫代硫酸钠，所述含铵根离子的物质为氨水、硫化铵、硫酸铵、四甲基铵或碳酸氢铵，所述溶剂为水、异丙醇、乙二醇或乙醇。

作为优选，步骤2)所述反应的温度为100～200℃，时间为0.5～48h。