專(zhuān)利名稱(chēng)：一種微波水熱制備SnS 薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種SnS材料的制備方法，具體涉及一種微波水熱制備SnS薄膜的方法。
背景技術(shù)：
SnS是IV VI族具有層狀斜方晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料，單胞跨越兩層，沿晶體的c 軸堆疊，其光學(xué)直接禁帶寬度Eg = 1. :3eV，接近太陽(yáng)能電池的最佳禁帶寬度1. 5eV ；在理論上其光電轉(zhuǎn)換效率比較高(約25%)；吸收系數(shù)大(α > KT4CnT1),可薄膜化，用作太陽(yáng)能電池材料的耗材少；另外構(gòu)成SnS的Sn元素和S元素地球含量豐富、廉價(jià)、無(wú)毒，有很好的環(huán)境相容性。因此，SnS作為一種具有潛在應(yīng)用前景的新型光電轉(zhuǎn)換材料具有獨(dú)特的優(yōu)越性，作為薄膜太陽(yáng)能電池，由于其成本相對(duì)硅太陽(yáng)能電池來(lái)得低，成為今后太陽(yáng)能電池的發(fā)展方向。目前制備SnS薄膜的方法有電沉積法[Subramanian B, Sanjeeviraja C， Jayachandan M. Materials Chemistry and Physics，71 UOOl) 40-46.]，化學(xué)氣相沉積 [L. S. Price, I. P. Parkin, Τ. G. hibbert, et al. Chem. Vapor D印os. 4 (1998) 222.]，分子束外延[K. W. Nnebesny，G. E. Collins, P. A. Lee, et al. Chem. Mater，3 (1991) 829.]，噴霧熱分解法[A. Ortiz, S. Lopez, Semicond. Sci. iTechnol, 9 (1994) 2130.]，真空熱蒸發(fā)鍍膜法[Abou Shana A, Zeyada H M. Solar Energy Materials and Solar Cells. 24(2003)555-561.], 兩步法[Ramakrishna Reddy K Τ, Purandhara Reddy P. Material Letters, 56(2002) 108-111.]等。這些方法要么對(duì)設(shè)備要求較高，要么原料利用率較低，要么工藝復(fù)雜，重復(fù)性差。為了達(dá)到實(shí)用性大規(guī)模生產(chǎn)的目的，必須開(kāi)發(fā)生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，原料利用率高， 制備周期短的SnS薄膜制備工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種設(shè)備簡(jiǎn)單，易于操作，制備時(shí)間短，成本低，不需要退火處理的微波水熱制備SnS薄膜的方法。按本發(fā)明的制備方法制備出的薄膜均勻，純度較高， 無(wú)可視缺陷，外觀質(zhì)量較高。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是1)將分析純的SnCl2 · 2H20溶解于濃鹽酸中，再加入去離子水配制成Sn2+濃度為 0. 001mol/L 0. 5mol/L 的透明溶液 A ；2)將分析純的(NH4)2S溶液加入去離子水配制成S2_濃度為0. OOlmol/L 1. Omol/ L的淡黃色溶液B ；3)在磁力攪拌下將A溶液滴加到B溶液中形成前驅(qū)物溶液C ；其中Sn27S2_的摩爾比為1 2 5 1 ；4)將溶液C倒入水熱反應(yīng)釜中，填充度控制在30% 80% ；然后將采用濃硝酸活化處理的玻璃基板放入水熱反應(yīng)釜底部，密封水熱反應(yīng)釜，將其放入溫壓雙控微波水熱反
3應(yīng)儀中；選擇控溫模式進(jìn)行反應(yīng)，水熱溫度控制在80°C 150°C，壓力小于2. OMPa，反應(yīng)時(shí)間控制在60min 180min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫；5)打開(kāi)水熱反應(yīng)釜，取出玻璃基板，然后分別采用去離子水和無(wú)水乙醇分別洗滌 1 3次，于真空干燥箱中在40°C 70°C下干燥IOmin 60min，即在玻璃基板上得到最終產(chǎn)物SnS薄膜。所述的分析純的(NH4)2S溶液的S2_濃度彡8%。所述的玻璃基板先放在盛有濃度為35%鹽酸的燒杯中超聲清洗30分鐘，然后用去離子水清洗；再在盛有丙酮的燒杯中超聲清洗30分鐘，然后用去離子水清洗；接著在盛有乙醇水溶液的燒杯中清洗30分鐘，其中乙醇水溶液中乙醇水的體積比例是1 1，然后用去離子水清洗；最后在去離子水中超聲清洗30分鐘，然后迅速放到恒溫干燥箱中烘干。本發(fā)明采用微波水熱法，快速制備出顆粒大小均勻SnS納米晶體，由于反應(yīng)在液相中一次完成，不需要后期處理，且工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，反應(yīng)周期短。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1所制備的SnS薄膜的X-射線(xiàn)衍射(XRD)圖譜。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1:1)將分析純的SnCl2 · 2H20溶解于濃鹽酸中，再加入去離子水配制成Sn2+濃度為 0. 001mol/L的透明溶液A ；2)將分析純的S2—濃度彡8%的(NH4)2S溶液加入去離子水配制成S2—濃度為 0. OOlmol/L的淡黃色溶液B;3)在磁力攪拌下將A溶液滴加到B溶液中形成前驅(qū)物溶液C ；其中Sn27S2_的摩爾比為1:1;4)先將玻璃基板放在盛有濃度為35%鹽酸的燒杯中超聲清洗30分鐘，然后用去離子水清洗；再在盛有丙酮的燒杯中超聲清洗30分鐘，然后用去離子水清洗；接著在盛有乙醇水溶液的燒杯中清洗30分鐘，其中乙醇水溶液中乙醇水的體積比例是1 1，然后用去離子水清洗；最后在去離子水中超聲清洗30分鐘，然后迅速放到恒溫干燥箱中烘干，將烘干后的玻璃基板用濃硝酸活化處理；5)將溶液C倒入水熱反應(yīng)釜中，填充度控制在35% ；然后將活化后玻璃基板放入水熱反應(yīng)釜底部，密封水熱反應(yīng)釜，將其放入溫壓雙控微波水熱反應(yīng)儀中；選擇控溫模式進(jìn)行反應(yīng)，水熱溫度控制在90°C，壓力小于2. OMPa,反應(yīng)時(shí)間控制在60min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫；6)打開(kāi)水熱反應(yīng)釜，取出玻璃基板，然后分別采用去離子水和無(wú)水乙醇分別洗滌 1 3次，于真空干燥箱中在50°C下干燥30min，即在玻璃基板上得到最終產(chǎn)物SnS薄膜。將所得的SnS薄膜用日本理學(xué)D/maX2000PC X_射線(xiàn)衍射儀進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物為正交晶型(圖1)，在2 θ為30. 478°，31. 579° ,31.903°，39. 059°處衍射峰，對(duì)應(yīng)SnS的晶面為(101)、(111)、(040)、(131)。
實(shí)施例2 1)將分析純的SnCl2 · 2H20溶解于濃鹽酸中，再加入去離子水配制成Sn2+濃度為 0. 05mol/L的透明溶液A ；2)將分析純的S2_濃度彡8%的(NH4)2S溶液加入去離子水配制成S2_濃度為 0. 15mol/L的淡黃色溶液B ；3)在磁力攪拌下將A溶液滴加到B溶液中形成前驅(qū)物溶液C ；其中Sn27S2_的摩爾比為1:3;4)先將玻璃基板放在盛有濃度為35%鹽酸的燒杯中超聲清洗30分鐘，然后用去離子水清洗；再在盛有丙酮的燒杯中超聲清洗30分鐘，然后用去離子水清洗；接著在盛有乙醇水溶液的燒杯中清洗30分鐘，其中乙醇水溶液中乙醇水的體積比例是1 1，然后用去離子水清洗；最后在去離子水中超聲清洗30分鐘，然后迅速放到恒溫干燥箱中烘干，將烘干后的玻璃基板用濃硝酸活化處理；5)將溶液C倒入水熱反應(yīng)釜中，填充度控制在60% ；然后將活化后玻璃基板放入水熱反應(yīng)釜底部，密封水熱反應(yīng)釜，將其放入溫壓雙控微波水熱反應(yīng)儀中；選擇控溫模式進(jìn)行反應(yīng)，水熱溫度控制在120°C，壓力小于2. OMPa,反應(yīng)時(shí)間控制在80min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫；6)打開(kāi)水熱反應(yīng)釜，取出玻璃基板，然后分別采用去離子水和無(wú)水乙醇分別洗滌 1 3次，于真空干燥箱中在60°C下干燥20min，即在玻璃基板上得到最終產(chǎn)物SnS薄膜。實(shí)施例3 1)將分析純的SnCl2 · 2H20溶解于濃鹽酸中，再加入去離子水配制成Sn2+濃度為 0. 2mol/L的透明溶液A;2)將分析純的S2_濃度彡8%的(NH4)2S溶液加入去離子水配制成S2_濃度為 0. lmol/L的淡黃色溶液B ；3)在磁力攪拌下將A溶液滴加到B溶液中形成前驅(qū)物溶液C ；其中Sn27S2_的摩爾比為2:1;4)先將玻璃基板放在盛有濃度為35%鹽酸的燒杯中超聲清洗30分鐘，然后用去離子水清洗；再在盛有丙酮的燒杯中超聲清洗30分鐘，然后用去離子水清洗；接著在盛有乙醇水溶液的燒杯中清洗30分鐘，其中乙醇水溶液中乙醇水的體積比例是1 1，然后用去離子水清洗；最后在去離子水中超聲清洗30分鐘，然后迅速放到恒溫干燥箱中烘干，將烘干后的玻璃基板用濃硝酸活化處理；5)將溶液C倒入水熱反應(yīng)釜中，填充度控制在70% ；然后將活化后玻璃基板放入水熱反應(yīng)釜底部，密封水熱反應(yīng)釜，將其放入溫壓雙控微波水熱反應(yīng)儀中；選擇控溫模式進(jìn)行反應(yīng)，水熱溫度控制在140°C，壓力小于2. OMPa，反應(yīng)時(shí)間控制在lOOmin，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫；6)打開(kāi)水熱反應(yīng)釜，取出玻璃基板，然后分別采用去離子水和無(wú)水乙醇分別洗滌 1 3次，于真空干燥箱中在40°C下干燥60min，即在玻璃基板上得到最終產(chǎn)物SnS薄膜。實(shí)施例4 1)將分析純的SnCl2 · 2H20溶解于濃鹽酸中，再加入去離子水配制成Sn2+濃度為 0. 5mol/L的透明溶液A;
2)將分析純的S2_濃度彡8%的(NH4)2S溶液加入去離子水配制成S2_濃度為 0. lmol/L的淡黃色溶液B ；3)在磁力攪拌下將A溶液滴加到B溶液中形成前驅(qū)物溶液C ；其中Sn27S2_的摩爾比為5:1;4)先將玻璃基板放在盛有濃度為35%鹽酸的燒杯中超聲清洗30分鐘，然后用去離子水清洗；再在盛有丙酮的燒杯中超聲清洗30分鐘，然后用去離子水清洗；接著在盛有乙醇水溶液的燒杯中清洗30分鐘，其中乙醇水溶液中乙醇水的體積比例是1 1，然后用去離子水清洗；最后在去離子水中超聲清洗30分鐘，然后迅速放到恒溫干燥箱中烘干，將烘干后的玻璃基板用濃硝酸活化處理；5)將溶液C倒入水熱反應(yīng)釜中，填充度控制在45% ；然后將活化后玻璃基板放入水熱反應(yīng)釜底部，密封水熱反應(yīng)釜，將其放入溫壓雙控微波水熱反應(yīng)儀中；選擇控溫模式進(jìn)行反應(yīng)，水熱溫度控制在150°C，壓力小于2. OMPa，反應(yīng)時(shí)間控制在120min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫；6)打開(kāi)水熱反應(yīng)釜，取出玻璃基板，然后分別采用去離子水和無(wú)水乙醇分別洗滌 1 3次，于真空干燥箱中在55°C下干燥40min，即在玻璃基板上得到最終產(chǎn)物SnS薄膜。實(shí)施例5 1)將分析純的SnCl2 · 2H20溶解于濃鹽酸中，再加入去離子水配制成Sn2+濃度為
0.25mol/L的透明溶液A ；2)將分析純的S2—濃度彡8%的(NH4)2S溶液加入去離子水配制成S2—濃度為
1.Omol/L的淡黃色溶液B ；3)在磁力攪拌下將A溶液滴加到B溶液中形成前驅(qū)物溶液C ；其中Sn27S2_的摩爾比為1:4;4)先將玻璃基板放在盛有濃度為35%鹽酸的燒杯中超聲清洗30分鐘，然后用去離子水清洗；再在盛有丙酮的燒杯中超聲清洗30分鐘，然后用去離子水清洗；接著在盛有乙醇水溶液的燒杯中清洗30分鐘，其中乙醇水溶液中乙醇水的體積比例是1 1，然后用去離子水清洗；最后在去離子水中超聲清洗30分鐘，然后迅速放到恒溫干燥箱中烘干，將烘干后的玻璃基板用濃硝酸活化處理；5)將溶液C倒入水熱反應(yīng)釜中，填充度控制在80% ；然后將活化后玻璃基板放入水熱反應(yīng)釜底部，密封水熱反應(yīng)釜，將其放入溫壓雙控微波水熱反應(yīng)儀中；選擇控溫模式進(jìn)行反應(yīng)，水熱溫度控制在130°C，壓力小于2. OMPa，反應(yīng)時(shí)間控制在150min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫；6)打開(kāi)水熱反應(yīng)釜，取出玻璃基板，然后分別采用去離子水和無(wú)水乙醇分別洗滌 1 3次，于真空干燥箱中在60°C下干燥30min，即在玻璃基板上得到最終產(chǎn)物SnS薄膜。實(shí)施例6 1)將分析純的SnCl2 · 2H20溶解于濃鹽酸中，再加入去離子水配制成Sn2+濃度為
0.5mol/L的透明溶液A;2)將分析純的S2_濃度彡8%的(NH4)2S溶液加入去離子水配制成S2_濃度為
1.0mol/L的淡黃色溶液B ；3)在磁力攪拌下將A溶液滴加到B溶液中形成前驅(qū)物溶液C ；
其中Sn2+/S2_的摩爾比為1:2;4)先將玻璃基板放在盛有濃度為35%鹽酸的燒杯中超聲清洗30分鐘，然后用去離子水清洗；再在盛有丙酮的燒杯中超聲清洗30分鐘，然后用去離子水清洗；接著在盛有乙醇水溶液的燒杯中清洗30分鐘，其中乙醇水溶液中乙醇水的體積比例是1 1，然后用去離子水清洗；最后在去離子水中超聲清洗30分鐘，然后迅速放到恒溫干燥箱中烘干，將烘干后的玻璃基板用濃硝酸活化處理；5)將溶液C倒入水熱反應(yīng)釜中，填充度控制在30% ；然后將活化后玻璃基板放入水熱反應(yīng)釜底部，密封水熱反應(yīng)釜，將其放入溫壓雙控微波水熱反應(yīng)儀中；選擇控溫模式進(jìn)行反應(yīng)，水熱溫度控制在80°C，壓力小于2. OMPa,反應(yīng)時(shí)間控制在180min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫；6)打開(kāi)水熱反應(yīng)釜，取出玻璃基板，然后分別采用去離子水和無(wú)水乙醇分別洗滌 1 3次，于真空干燥箱中在70°C下干燥lOmin，即在玻璃基板上得到最終產(chǎn)物SnS薄膜。
權(quán)利要求
1.一種微波水熱制備SnS薄膜的方法，其特征在于1)將分析純的SnCl2· 2H20溶解于濃鹽酸中，再加入去離子水配制成Sn2+濃度為 0. 001mol/L 0. 5mol/L 的透明溶液 A ；2)將分析純的(NH4)2S溶液加入去離子水配制成S2_濃度為0.OOlmol/L 1. 0mol/L 的淡黃色溶液B;3)在磁力攪拌下將A溶液滴加到B溶液中形成前驅(qū)物溶液C；其中Sn2+/S2-的摩爾比為1 2 5 1;4)將溶液C倒入水熱反應(yīng)釜中，填充度控制在30% 80%；然后將采用濃硝酸活化處理的玻璃基板放入水熱反應(yīng)釜底部，密封水熱反應(yīng)釜，將其放入溫壓雙控微波水熱反應(yīng)儀中；選擇控溫模式進(jìn)行反應(yīng)，水熱溫度控制在80°C 150°C，壓力小于2. OMPa，反應(yīng)時(shí)間控制在60min 180min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫；5)打開(kāi)水熱反應(yīng)釜，取出玻璃基板，然后分別采用去離子水和無(wú)水乙醇分別洗滌1 3次，于真空干燥箱中在40°C 70°C下干燥IOmin 60min，即在玻璃基板上得到最終產(chǎn)物 ^iS薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波水熱制備SnS薄膜的方法，其特征在于所述的分析純的(NH4) 2S溶液的S2-濃度彡8 %。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波水熱制備SnS薄膜的方法，其特征在于所述的玻璃基板先放在盛有濃度為35%鹽酸的燒杯中超聲清洗30分鐘，然后用去離子水清洗；再在盛有丙酮的燒杯中超聲清洗30分鐘，然后用去離子水清洗；接著在盛有乙醇水溶液的燒杯中清洗30分鐘，其中乙醇水溶液中乙醇水的體積比例是1 1，然后用去離子水清洗；最后在去離子水中超聲清洗30分鐘，然后迅速放到恒溫干燥箱中烘干。
全文摘要
一種微波水熱制備SnS薄膜的方法，將分SnCl2·2H2O溶解于濃鹽酸中，再加入去離子水得溶液A；將(NH4)2S溶液加入去離子水得溶液B；在磁力攪拌下將A溶液滴加到B溶液中形成前驅(qū)物溶液C；將溶液C倒入水熱反應(yīng)釜中，然后將采用濃硝酸活化處理的玻璃基板放入水熱反應(yīng)釜底部，將其放入溫壓雙控微波水熱反應(yīng)儀中進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫；然后分別采用去離子水和無(wú)水乙醇分別洗滌玻璃基板，于真空干燥箱中干燥即在玻璃基板上得到最終產(chǎn)物SnS薄膜。本發(fā)明采用微波水熱法，快速制備出顆粒大小均勻SnS納米晶體，由于反應(yīng)在液相中一次完成，不需要后期處理，且工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，反應(yīng)周期短。
文檔編號(hào)C30B29/46GK102392306SQ20111037595
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者張培培, 曹麗云, 黃劍鋒, 齊慧 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)