專利名稱：一種Sn摻雜Bi₂S₃光學(xué)薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種Sn慘雜Bi2S3材料的制備方法，具體涉及一種Sn摻雜Bi&光學(xué)薄膜的制備方法。
背景技術(shù)：
B:US3是一種重要的半導(dǎo)體材料，其禁帶寬度為1.2 1.7eV， Bi2S3薄膜材料非常適用于太陽能電池的光吸收層。迄今為止，許多研究者運(yùn)用離子液法、熱溶劑法、水熱法、微波水熱法等方法已經(jīng)成功地合成出了不同結(jié)構(gòu)的Bi2S3納米材料如趙榮祥、徐鑄德、李赫和許慧麗等人[趙榮祥，徐鑄德，李赫等.無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)，2007， 5(23): 839-843.]采用硝酸鉍和硫脲為先驅(qū)原料，以離子液為反應(yīng)介質(zhì)，合成了硫化鉍單晶納米棒；Sheng-Cong Liufu， Li-DongChen， QunWang等[Sheng-CongLiufu, Li-DongChen， QunWang， andQinYao.fr"te7 》2007， 7(4): 639-643.]利用水熱處理法在較低
溫度制得了結(jié)晶完整、均勻的納米Bi2S滿膜，得到的硫化鉍晶體為單晶，沿(001)晶面生長；Wen-hui Li[Wen-hui Li.胞terj'a"Ze"e2^. 2008 (62):243 - 245]通過微波水熱法合成了Bi2S3納米線。
到目前為止，電沉積法制備Sn摻雜Bi2S3薄膜的制備還未見報(bào)道。電沉積法在工藝上易通過改變電參數(shù)、電解液成分等條件來控制薄膜的化學(xué)成分、結(jié)晶組織和晶粒大小，無需高真空條件和昂貴的設(shè)備
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種工藝簡單、制備成本低、反應(yīng)周期短的Sn摻雜 Bi2S3光學(xué)薄膜的制備方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
1) 首先將分析純的Bi(N03)z5H20加入蒸餾水中，并將其置于超聲波發(fā) 生器中超聲分散，配制成Br濃度為0.01mol/L 0.5mol/L的透明溶液，所得 溶液記為A;
2) 然后，向A溶液中加入分析純的Na2S203和檸檬酸三鈉，使得混合溶液 中[Bi3+]: [SA2—]:
=1:4 7:1的摩爾比，攪拌下調(diào)節(jié)pH值為4. 3 6. 5， 所得溶液記為B;
3) 將分析純的SnCl2*2H20加入蒸餾水中，配置成Sn2+離子濃度為 1. 25mmol/L的透明溶液，所得溶液記為C;
4) 向B溶液中加入B溶液0. 2% 5%體積分?jǐn)?shù)的C溶液，形成前驅(qū)物溶 液，所得溶液記為D;
5) 將D溶液置于電沉積裝置中，將ITO玻璃基板在乙醇中超聲清洗作為 陰極，采用石墨為陽極，用陰極恒電壓沉積的方式在ITO玻璃基板上制備Sn 摻雜Bi2S3薄膜；沉積電壓為0. 5 10V，沉積時(shí)間為10 30min,沉積結(jié)束后 將所制備的薄膜在空氣中自然晾干，即得到Sn摻雜Bi2S3光學(xué)薄膜。
本發(fā)明的有益效果是采用電沉積法制備得到微觀形貌均勻的Sn摻雜 Bi2S3光學(xué)薄膜。此方法設(shè)備簡單，操作簡便，無需昂貴的真空裝置，可低成 本高效的得到Sn摻雜Bi2S3光學(xué)薄膜。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的Sn摻雜Bi2S3光學(xué)薄膜的X-射線衍射(XRD) 圖譜，其中橫坐標(biāo)為衍射角2 e ，單位為度；縱坐標(biāo)為衍射峰強(qiáng)度，單位為cps(每秒計(jì)數(shù))；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的Sn慘雜Bi2S3光學(xué)薄膜的原子力顯微鏡(AFM)照片。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
實(shí)施例l:首先將分析純的Bi(N03)3，5H20加入蒸餾水中，并將其置于超聲波發(fā)生器中超聲分散，配制成Bi3+濃度為0. 0125mol/L的透明溶液，所得溶液記為A;然后，向A溶液中加入分析純的1^&03和檸檬酸三鈉，使得混合溶液中[BH : [S20/—]: [CeH5073—]=1:5:1的摩爾比，攪拌下調(diào)節(jié)pH值為4. 5,所得溶液記為B;將分析純的SnCl2，2H20加入蒸餾水中，配置成Sn2+離子濃度為1. 25mmol/L的透明溶液，所得溶液記為C;向B溶液中加入B溶液1%體積分?jǐn)?shù)的C溶液，形成前驅(qū)物溶液，所得溶液記為D;將D溶液置于電沉積裝置中，將ITO玻璃基板在乙醇中超聲清洗作為陰極，采用石墨為陽極，用陰極恒電壓沉積的方式在ITO玻璃基板上制備Sn慘雜Bi&薄膜；沉積電壓為IV，沉積時(shí)間為20min，沉積結(jié)束后將所制備的薄膜在空氣中自然晾干，即得到Sn摻雜Bi2S3光學(xué)薄膜。
將所得的Sn摻雜Bi&薄膜用日本理學(xué)D/max2000PC X-射線衍射儀分析樣品，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物為JCPDS編號(hào)為29-0252的正交相Bi2SrvxS9 (圖1)。將該樣品用SPA400-SPI3800N型原子力顯微鏡對(duì)薄膜的表面顯微結(jié)構(gòu)(圖2)進(jìn)行觀察，從照片可以看出所制備的薄膜表面呈現(xiàn)均勻的、長簇狀的Bi2Sr^S9晶粒。
實(shí)施例2:首先將分析純的Bi(N03)3，5恥加入蒸餾水中，并 其置于超聲波發(fā)生器中超聲分散，配制成Bi"濃度為0. 02mol/L的透明溶液，所得溶液記為A;然后，向A溶液中加入分析純的Na2SA和檸檬酸三鈉，使得混合溶 液中[Bi31: [S2032—]: [OH5073—]=1:6:1的摩爾比，攪拌下調(diào)節(jié)pH值為5. 5,所得 溶液記為B;將分析純的SnCl"2H20加入蒸餾水中，配置成Sn2+離子濃度為 1. 25mmol/L的透明溶液，所得溶液記為C;向B溶液中加入B溶液0. 2%體積 分?jǐn)?shù)的C溶液，形成前驅(qū)物溶液，所得溶液記為D;將D溶液置于電沉積裝 置中，將ITO玻璃基板在乙醇中超聲清洗作為陰極，采用石墨為陽極，用陰 極恒電壓沉積的方式在ITO玻璃基板上制備Sn摻雜Bi2S3薄膜；沉積電壓為 2V，沉積時(shí)間為10min，沉積結(jié)束后將所制備的薄膜在空氣中自然晾干，即 得到Sn摻雜Bi2S3光學(xué)薄膜。
實(shí)施例3:首先將分析純的Bi (N03)3 5H20加入蒸餾水中，并將其置于超 聲波發(fā)生器中超聲分散，配制成Bi"濃度為0. 03mol/L的透明溶液，所得溶液 記為A;然后，向A溶液中加入分析純的1^25203和檸檬酸三鈉，使得混合溶 液中[Bi3+]: [S20321 : [CeH5073—]=1:7:1的摩爾比，攪拌下調(diào)節(jié)pH值為6. 5 ，所得 溶液記為B;將分析純的SnCl2 2H20加入蒸餾水中，配置成5,離子濃度為 1. 25mmol/L的透明溶液，所得溶液記為C;向B溶液中加入B溶液0. 8%體積 分?jǐn)?shù)的C溶液，形成前驅(qū)物溶液，所得溶液記為D;將D溶液置于電沉積裝 置中，將ITO玻璃基板在乙醇中超聲清洗作為陰極，采用石墨為陽極，用陰 極恒電壓沉積的方式在ITO玻璃基板上制備Sn摻雜Bi&薄膜；沉積電壓為 3V，沉積時(shí)間為10min，沉積結(jié)束后將所制備的薄膜在空氣中自然晾干，即 得到Sn摻雜Bi2S3光學(xué)薄膜。
實(shí)施例4:首先將分析純的Bi(N03)3，5H20加入蒸餾水中，并將其置于超 聲波發(fā)生器中超聲分散，S己制成Bi3+濃度為0.01mol/L的透明溶液，所得溶液 記為A;然后，向A溶液中加入分析純的1^^203和檸檬酸三鈉，使得混合溶液中[Bi3+]: [SA2—]: [OH5073—]=1:4:1的摩爾比，攪拌下調(diào)節(jié)pH值為4. 3，所得 溶液記為B;將分析純的SnCl"2H20加入蒸餾水中，配置成Sn2+離子濃度為 1. 25咖ol/L的透明溶液，所得溶液記為C;向B溶液中加入B溶液2%體積分 數(shù)的C溶液，形成前驅(qū)物溶液，所得溶液記為D;將D溶液置于電沉積裝置 中，將ITO玻璃基板在乙醇中超聲清洗作為陰極，采用石墨為陽極，用陰極 恒電壓沉積的方式在ITO玻璃基板上制備Sn摻雜Bi2S3薄膜；沉積電壓為 1.5V，沉積時(shí)間為25min，沉積結(jié)束后將所制備的薄膜在空氣中自然晾干， 即得到Sn摻雜Bi2S3光學(xué)薄膜。
實(shí)施例5:首先將分析純的Bi(N03)3，5H20加入蒸餾水中，并將其置于超 聲波發(fā)生器中超聲分散，配制成Bi3+濃度為0.2mol/L的透明溶液，所得溶液 記為A;然后，向A溶液中加入分析純的Na2S203和擰檬酸三鈉，使得混合溶 液中[Bi3+]: [S2032—]: [OH5073—]=1:5:1的摩爾比，攪拌下調(diào)節(jié)pH值為4. 3，所得 溶液記為B;將分析純的SnCl2，2H20加入蒸餾水中，配置成Sn2+離子濃度為 1. 25mmol/L的透明溶液，所得溶液記為C;向B溶液中加入B溶液3%體積分 數(shù)的C溶液，形成前驅(qū)物溶液，所得溶液記為D;將D溶液置于電沉積裝置 中，將ITO玻璃基板在乙醇中超聲清洗作為陰極，采用石墨為陽極，用陰極 恒電壓沉積的方式在ITO玻璃基板上制備Sn摻雜Bi2S3薄膜；沉積電壓為 0.5V，沉積時(shí)間為30min，沉積結(jié)束后將所制備的薄膜在空氣中自然晾千， 即得到Sn摻雜Bi2S3光學(xué)薄膜。
實(shí)施例6:首先將分析純的Bi(N03)^5H20加入蒸餾水中，并將其置于超 聲波發(fā)生器中超聲分散，配制成Bi3+濃度為0. 3mol/L的透明溶液，所得溶液 記為A;然后，向A溶液中加入分析純的Na2S203和擰檬酸三鈉，使得混合溶 液中[Bi3+] [S2032—]: [CeHA3—] =1:7:1的摩爾比，攪拌下調(diào)節(jié)pH值為4.3 ，所得溶液記為B;將分析純的SnCl2，2H20加入蒸餾水中，配置成Sn2+離子濃度為 1. 25imol/L的透明溶液，所得溶液記為C;向B溶液中加入B溶液5%體積分 數(shù)的C溶液，形成前驅(qū)物溶液，所得溶液記為D;將D溶液置于電沉積裝置 中，將ITO玻璃基板在乙醇中超聲清洗作為陰極，采用石墨為陽極，用陰極 恒電壓沉積的方式在ITO玻璃基板上制備Sn摻雜Bi2S3薄膜；沉積電壓為5V， 沉積時(shí)間為15min，沉積結(jié)束后將所制備的薄膜在空氣中自然晾干，即得到 Sn摻雜Bi2S3光學(xué)薄膜。
實(shí)施例7:首先將分析純的Bi(N03)3.5H20加入蒸餾水中，并將其置于超 聲波發(fā)生器中超聲分散，配制成Bi"濃度為0. 5mol/L的透明溶液，所得溶液 記為A;然后，向A溶液中加入分析純的Na2SA和檸檬酸三鈉，使得混合溶 液中[Bi3+]:[S2032—]:[CeH50廣]4: 4:1的摩爾比，攪拌下調(diào)節(jié)pH值為4. 3，所 得溶液記為B;將分析純的SnC1^2H20加入蒸餾水中，配置成Sn2+離子濃度 為1. 25ramol/L的透明溶液，所得溶液記為C;向B溶液中加入B溶液1. 5% 體積分?jǐn)?shù)的C溶液，形成前驅(qū)物溶液，所得溶液記為D;將D溶液置于電沉 積裝置中，將ITO玻璃基板在乙醇中超聲清洗作為陰極，采用石墨為陽極， 用陰極恒電壓沉積的方式在ITO玻璃基板上制備Sn摻雜Bi&薄膜；沉積電 壓為4V，沉積時(shí)間為26min，沉積結(jié)束后將所制備的薄膜在空氣中自然晾干， 即得到Sn摻雜Bi2S3光學(xué)薄膜。
權(quán)利要求
1、一種Sn摻雜Bi2S3光學(xué)薄膜的制備方法，其特征在于1)首先將分析純的Bi(NO3)3·5H2O加入蒸餾水中，并將其置于超聲波發(fā)生器中超聲分散，配制成Bi3+濃度為0.01mol/L～0.5mol/L的透明溶液，所得溶液記為A；2)然后，向A溶液中加入分析純的Na2S2O3和檸檬酸三鈉，使得混合溶液中[Bi3+]∶[S2O32-]∶[C6H5O73-]＝1∶4～7∶1的摩爾比，攪拌下調(diào)節(jié)pH值為4.3～6.5，所得溶液記為B；3)將分析純的SnCl2·2H2O加入蒸餾水中，配置成Sn2+離子濃度為1.25mmol/L的透明溶液，所得溶液記為C；4)向B溶液中加入B溶液0.2％～5％體積分?jǐn)?shù)的C溶液，形成前驅(qū)物溶液，所得溶液記為D；5)將D溶液置于電沉積裝置中，將ITO玻璃基板在乙醇中超聲清洗作為陰極，采用石墨為陽極，用陰極恒電壓沉積的方式在ITO玻璃基板上制備Sn摻雜Bi2S3薄膜；沉積電壓為0.5～10V，沉積時(shí)間為10～30min，沉積結(jié)束后將所制備的薄膜在空氣中自然晾干，即得到Sn摻雜Bi2S3光學(xué)薄膜。
全文摘要
一種Sn摻雜Bi₂S₃光學(xué)薄膜的制備方法，將分析純的Bi(NO₃)₃·5H₂O加入蒸餾水中所得溶液記為A；向A溶液中加入分析純的Na₂S₂O₃和檸檬酸三鈉所得溶液記為B；將分析純的SnCl₂·2H₂O加入蒸餾水中所得溶液記為C；向B溶液中加入C溶液，所得溶液記為D；將D溶液置于電沉積裝置中，將ITO玻璃基板在乙醇中超聲清洗作為陰極，采用石墨為陽極，用陰極恒電壓沉積的方式在ITO玻璃基板上制備Sn摻雜Bi₂S₃薄膜；沉積結(jié)束后將所制備的薄膜在空氣中自然晾干，即得到Sn摻雜Bi₂S₃光學(xué)薄膜。本發(fā)明采用電沉積法制備得到微觀形貌均勻的Sn摻雜Bi₂S₃光學(xué)薄膜。此方法設(shè)備簡單，操作簡便，無需昂貴的真空裝置，可低成本高效的得到Sn摻雜Bi₂S₃光學(xué)薄膜。
文檔編號(hào)C30B30/02GK101643939SQ20091002349
公開日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2009年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月4日
發(fā)明者吳建鵬, 曹麗云, 輝 朱, 艷 王, 黃劍鋒 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)