多元醇溶液化学合成SnS纳米晶及其薄膜

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窄带的Ⅳ-Ⅵ族半导体由于其良好的光电效应被广泛应用于红外-近红外探测器、太阳能电池、继电器等领域中。其中SnS具有直接带隙1.3 eV,间接带隙1.1 eV,对可见光有很好的吸收,吸收系数>104 cm-1,理论光电转换效率为25%,可作为太阳能电池的P层吸收材料。本文以二乙二醇为溶剂,氯化亚锡和硫代乙酰胺为反应的锡源与硫源,加入分散剂及碱性添加剂,研究SnS纳米晶的合成。实验采用回流制备SnS纳米晶,考察了各种工艺参数,如前驱体种类、注入方式、回流温度、回流时间、添加剂等对合成SnS纳米晶的晶型、形貌以及光学性能的影响。结果表明,后注阳离子源的方式可以得到晶粒细小的纳米晶;用硫代乙酰胺做硫源可以调节纳米晶生成过程的反应速率,进而控制产物的大小及形貌;反应时间和反应温度,可以改变纳米晶的尺寸;添加剂的种类以及添加量对产物的晶相有明显的影响。在以三乙醇胺为添加剂的体系中,添加量较少时,生成闪锌矿结构的SnS,为片状形貌;添加量较高时,生成正交结构的SnS,为形貌棒状。回流时间和回流温度对产物的粒径大小及形貌影响不大,而添加剂的量对产物的物相及形貌影响较大。在以氨水为添加剂的体系中,生成的产物及添加剂的影响规律与三乙醇胺添加剂体系类似。水合肼添加剂体系中,主要得到晶粒细小、球状形貌、正交结构的SnS纳米晶,回流温度及回流时间对纳米晶产物的形貌影响较大。通过控制回流温度及时间,可以得到不同尺寸8~13nm的纳米晶。闪锌矿与正交结构的SnS纳米晶在光学性能上有较大的不同,正交结构具有直接带隙1.3 eV,间接带隙1.1 eV,而闪锌矿结构具有直接禁带1.7 eV,但二者均有较好的化学计量比。通过挑选分散性良好的纳米晶配制墨水,进一步用浸渍提拉法制备薄膜。制备的薄膜表面平整致密,但是不稳定,热处理时容易造成化学计量比的偏离及物相发生变化,生成SnS2。
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