一种微波水热制备六方片状硫化镉薄膜的方法

摘要

一种微波水热制备六方片状硫化镉薄膜的方法，将硫酸镉与油酸、去离子、正丁胺、硫化钠混合后调节pH值至3.0-11.0得镀膜液；将Si基板放置在水热反应釜中，并浸于镀膜液中；密封水热反应釜，将其放入微波水热反应仪中进行微波水热反应，反应结束后自然冷却到室温，取出Si基板，分别用蒸馏水和无水乙醇清洗后，放入真空干燥箱内干燥即在基板表面获得六方片状硫化镉薄膜。由于本发明将微波法和水热法相结合，所得的硫化镉薄膜结晶良好，形貌完整，可重复性高，且反应周期短、反应温度低，大大降低了能耗，节约了成本，并且操作简单，重复性好，适合大规模生产。

权利要求

1.一种微波水热制备六方片状硫化镉薄膜的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)取0.50-10.00g的分析纯的硫酸镉置于烧杯中，向烧杯中滴加1-5mL的油酸得混合物A；

2)向混合物A中加入去离子水磁力搅拌配制成100mL的透明溶液B；

3)向溶液B中加入1-10mL正丁胺，常温下超声波20min得溶液C；

4)向溶液C中加入2.00-5.00g分析纯的硫化钠，常温下磁力搅拌得溶液D；

5)调节溶液D的pH值至3.0-11.0得镀膜液；

6)清洗基片：将Si基板分别在水中和无水乙醇中超声波震荡后，在体积比为1∶1的

70％的硝酸和30％的双氧水混合的活化液中浸泡活化处理；

7)将上述制备的镀膜液倒入水热反应釜中，填充度控制在50-80％；然后将已经活化处理后的Si基板放置在水热反应釜中，并浸于镀膜液中；密封水热反应釜，将其放入微波水热反应仪中；水热温度控制在120-200℃，压力控制在1.0-4.0MPa，微波功率控制在

200-1000w，反应10min-30min；

8)反应结束后自然冷却到室温，取出Si基板，分别用蒸馏水和无水乙醇清洗后，放入

100℃的真空干燥箱内干燥即在基板表面获得六方片状硫化镉薄膜。

说明书

一种微波水热制备六方片状硫化镉薄膜的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种硫化镉薄膜的制备方法，具体涉及一种微波水热制备六方片状硫化镉薄膜的方法。此方法能够简单快速地制备出均匀结晶性良好的硫化镉薄膜，所制备的硫化镉薄膜由边长约为100nm，厚度约为20-50nm的六方片状硫化镉薄膜。

背景技术

[0002] 硫化镉(CdS)是一种宽带隙半导体材料，带隙宽度约为2.42eV。CdS薄膜是太阳电池中是一种重要的n型窗口材料，与p型材料构成pn结，是太阳能电池的重要组成部分。目前制备硫化镉薄膜的方法有真空镀膜、离子溅射、电沉积、分子束外延、高温热喷涂以及化学沉积等。这些制膜工艺较为成熟，但是需要特殊的设备，复杂的制备工艺以及苛刻的真空高温等条件，使得制备硫化镉薄膜的成本太高，难以实现简单快速的制备纳米薄膜。微波是一种特殊的加热方式，会在空间中产生电场和磁场的变化，使分子运动加剧，从而获得热能，微波法作为一种均匀快速的加热方法，使得合成纳米粒子变得高效，简单而且重复性高，也是一种高效的制备薄膜的方法。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种操作简单，无需保护气氛，且反应时间短，反应温度低，能耗小的微波水热制备六方片状硫化镉薄膜的方法。

[0004] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

[0005] 1)取0.50-10.00g的分析纯的硫酸镉(CdSO4·8/3H2O)置于烧杯中，向烧杯中滴加1-5mL的油酸得混合物A；

[0006] 2)向混合物A中加入去离子水磁力搅拌配制成100mL的透明溶液B；

[0007] 3)向溶液B中加入1-10mL正丁胺(C4H11N)，常温下超声波20min得溶液C；

[0008] 4)向溶液C中加入2.00-5.00g分析纯的硫化钠(NaS)，常温下磁力搅拌得溶液D；

[0009] 5)调节溶液D的pH值至3.0-11.0得镀膜液；

[0010] 6)清洗基片：将Si基板分别在水中和无水乙醇中超声波震荡后，在体积比为1∶1的70％的硝酸和30％的双氧水混合的活化液中浸泡活化处理；

[0011] 7)将上述制备的镀膜液倒入水热反应釜中，填充度控制在50-80％；然后将已经活化处理后的Si基板放置在水热反应釜中，并浸于镀膜液中；密封水热反应釜，将其放入微波水热反应仪中；水热温度控制在120-200℃，压力控制在1.0-4.0MPa，微波功率控制在200-1000w，反应10min-30min；

[0012] 8)反应结束后自然冷却到室温，取出Si基板，分别用蒸馏水和无水乙醇清洗后，放入100℃的真空干燥箱内干燥即在基板表面获得六方片状硫化镉薄膜。

[0013] 由于本发明将微波法和水热法相结合，所得的硫化镉薄膜结晶良好，形貌完整，可重复性高，制备出边长约为100nm，厚度约为20-50nm的六方片状硫化镉薄膜。该方法反应周期短、反应温度低，大大降低了能耗，节约了成本，并且操作简单，重复性好，适合大规模生产。

附图说明

[0014] 图1为实施例1所制备的六方片状硫化镉薄膜的X-射线衍射(XRD)图谱。

[0015] 图2为实施例1所制备的六方片状硫化镉薄膜的场发射扫描电镜(FE-SEM)照片。

具体实施方式

[0016] 下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

[0017] 实施例1：

[0018] 1)取1.50g的分析纯的硫酸镉(CdSO4·8/3H2O)置于烧杯中，向烧杯中滴加2mL的油酸得混合物A；

[0019] 2)向混合物A中加入去离子水磁力搅拌配置成100mL的透明溶液B；

[0020] 3)向溶液B中加入3mL正丁胺(C4H11N)，常温下超声波20min得溶液C；

[0021] 4)向溶液C中加入2.50g分析纯的硫化钠(NaS)，常温下磁力搅拌得溶液D；

[0022] 5)调节溶液D的pH值至4.0得镀膜液；

[0023] 6)清洗基片：将Si基板分别在水中和无水乙醇中超声波震荡20分钟后，在体积比为1∶1的70％的硝酸和30％的双氧水混合的活化液中浸泡活化处理；

[0024] 7)将上述制备的镀膜液倒入水热反应釜中，填充度控制在70％；然后将已经活化处理后的Si基板放置在水热反应釜中，并浸于镀膜液中；密封水热反应釜，将其放入微波水热反应仪中；水热温度控制在150℃，压力控制在2.0MPa，微波功率控制在500w，反应20min；

[0025] 8)反应结束后自然冷却到室温，取出Si基板，分别用蒸馏水和无水乙醇清洗后，放入100℃的真空干燥箱内干燥即在基板表面获得六方片状硫化镉薄膜。

[0026] 将所制备的六方片状硫化镉薄膜用日本理学D/max2000PCX-射线衍射仪分析，可知产物为JCPDS编号为41-1049的六方晶系CdS晶(图1)。将该样品用JSM-6700F场发射扫描电子显微镜下(图2)进行观察，从照片可以看出所制备的CdS薄膜具有规则的六方片状形貌。

[0027] 实施例2：

[0028] 1)取4.00g的分析纯的硫酸镉(CdSO4·8/3H2O)置于烧杯中，向烧杯中滴加3mL的油酸得混合物A；

[0029] 2)向混合物A中加入去离子水磁力搅拌配置成100mL的透明溶液B；

[0030] 3)向溶液B中加入7mL正丁胺(C4H11N)，常温下超声波20min得溶液C；

[0031] 4)向溶液C中加入3.50g分析纯的硫化钠(NaS)，常温下磁力搅拌得溶液D；

[0032] 5)调节溶液D的pH值至6.0得镀膜液；

[0033] 6)清洗基片：将Si基板分别在水中和无水乙醇中超声波震荡20分钟后，在体积比为1∶1的70％的硝酸和30％的双氧水混合的活化液中浸泡活化处理；

[0034] 7)将上述制备的镀膜液倒入水热反应釜中，填充度控制在67％；然后将已经活化处理后的Si基板放置在水热反应釜中，并浸于镀膜液中；密封水热反应釜，将其放入微波水热反应仪中；水热温度控制在180℃，压力控制在3.0MPa，微波功率控制在600w，反应20min；

[0035] 8)反应结束后自然冷却到室温，取出Si基板，分别用蒸馏水和无水乙醇清洗后，放入100℃的真空干燥箱内干燥即在基板表面获得六方片状硫化镉薄膜。

[0036] 实施例3：

[0037] 1)取5.00g的分析纯的硫酸镉(CdSO4·8/3H2O)置于烧杯中，向烧杯中滴加4mL的油酸得混合物A；

[0038] 2)向混合物A中加入去离子水磁力搅拌配置成100mL的透明溶液B；

[0039] 3)向溶液B中加入5mL正丁胺(C4H11N)，常温下超声波20min得溶液C；

[0040] 4)向溶液C中加入4.50g分析纯的硫化钠(NaS)，常温下磁力搅拌得溶液D；

[0041] 5)调节溶液D的pH值至8.0得镀膜液；

[0042] 6)清洗基片：将Si基板分别在水中和无水乙醇中超声波震荡20分钟后，在体积比为1∶1的70％的硝酸和30％的双氧水混合的活化液中浸泡活化处理；

[0043] 7)将上述制备的镀膜液倒入水热反应釜中，填充度控制在60％；然后将已经活化处理后的Si基板放置在水热反应釜中，并浸于镀膜液中；密封水热反应釜，将其放入微波水热反应仪中；水热温度控制在120℃，压力控制在4.0MPa，微波功率控制在1000w，反应30min；

[0044] 8)反应结束后自然冷却到室温，取出Si基板，分别用蒸馏水和无水乙醇清洗后，放入100℃的真空干燥箱内干燥即在基板表面获得六方片状硫化镉薄膜。

[0045] 实施例4：

[0046] 1)取0.50g的分析纯的硫酸镉(CdSO4·8/3H2O)置于烧杯中，向烧杯中滴加1L的油酸得混合物A；

[0047] 2)向混合物A中加入去离子水磁力搅拌配置成100mL的透明溶液B；

[0048] 3)向溶液B中加入1mL正丁胺(C4H11N)，常温下超声波20min得溶液C；

[0049] 4)向溶液C中加入2.00g分析纯的硫化钠(NaS)，常温下磁力搅拌得溶液D；

[0050] 5)调节溶液D的pH值至3.0得镀膜液；

[0051] 6)清洗基片：将Si基板分别在水中和无水乙醇中超声波震荡20分钟后，在体积比为1∶1的70％的硝酸和30％的双氧水混合的活化液中浸泡活化处理；

[0052] 7)将上述制备的镀膜液倒入水热反应釜中，填充度控制在50％；然后将已经活化处理后的Si基板放置在水热反应釜中，并浸于镀膜液中；密封水热反应釜，将其放入微波水热反应仪中；水热温度控制在200℃，压力控制在1.0MPa，微波功率控制在200w，反应10min；

[0053] 8)反应结束后自然冷却到室温，取出Si基板，分别用蒸馏水和无水乙醇清洗后，放入100℃的真空干燥箱内干燥即在基板表面获得六方片状硫化镉薄膜。

[0054] 实施例5：

[0055] 1)取10.00g的分析纯的硫酸镉(CdSO4·8/3H2O)置于烧杯中，向烧杯中滴加5mL的油酸得混合物A；

[0056] 2)向混合物A中加入去离子水磁力搅拌配置成100mL的透明溶液B；

[0057] 3)向溶液B中加入10mL正丁胺(C4H11N)，常温下超声波20min得溶液C；

[0058] 4)向溶液C中加入5.00g分析纯的硫化钠(NaS)，常温下磁力搅拌得溶液D；

[0059] 5)调节溶液D的pH值至11.0得镀膜液；

[0060] 6)清洗基片：将Si基板分别在水中和无水乙醇中超声波震荡20分钟后，在体积比为1∶1的70％的硝酸和30％的双氧水混合的活化液中浸泡活化处理；

[0061] 7)将上述制备的镀膜液倒入水热反应釜中，填充度控制在80％；然后将已经活化处理后的Si基板放置在水热反应釜中，并浸于镀膜液中；密封水热反应釜，将其放入微波水热反应仪中；水热温度控制在160℃，压力控制在2.0MPa，微波功率控制在400w，反应15min；

[0062] 8)反应结束后自然冷却到室温，取出Si基板，分别用蒸馏水和无水乙醇清洗后，放入100℃的真空干燥箱内干燥即在基板表面获得六方片状硫化镉薄膜。

[0063] 本发明的的有益效果体现在：

[0064] 1)此方法制得的六方片状硫化镉晶，形貌完整，大小均匀，并且通过控制反应温度和时间可以控制其边长和厚度。

[0065] 2)这种方法制备的六方片状硫化镉晶反应周期短，能耗低。

[0066] 3)这种方法，操作方便，原料易得，制备成本较低。