一种量子点为前驱制备近化学计量CdS薄膜的热蒸发法制造技术

本发明专利技术公开了一种量子点为前驱制备近化学计量CdS薄膜的热蒸发法。把清洗后的衬底放在热蒸发仪真空室的样品架上(Emitech,K950X)。把合适尺寸的前驱体，0.1-0.3g，放在W篮里关闭该室。在室温下，把该室抽成1.0×10-3-1.0×10-5mbar的真空，通过调整穿过W篮的电流来控制蒸发速度。首先，电流从0A缓慢增加到6-10A，然后等待直到W篮变成红色。然后，电流进一步增至13-20A并保持5-10s，最后，降低电流为0A来完成整个蒸发过程。本发明专利技术采用单源热蒸发技术，避免了多元热蒸发技术里对每个蒸发源的复杂控制问题；采用富元素Cd的CdS QDS为前躯体，该制备方法为室温共沉淀法，易操作且产率很高。

【技术实现步骤摘要】
一种量子点为前驱制备近化学计量CdS薄膜的热蒸发法
本专利技术属于材料化学
，尤其涉及一种以富元素镉(Cd)的硫化镉(CdS)量子点为前躯体，在室温衬底上原位制备近化学计量的CdS薄膜的一种热蒸发方法。
技术介绍
随着能源的日益紧缺，新能源的开发与利用已成为人们的研究热点问题。太阳能是一种洁净而取之不竭的新能源。太阳能电池是一种直接应用太阳能的器件。CdS是一种常见的半导体材料，它具有约2.4eV宽的直接带隙。较宽的带隙可允许大部分可见光通过，光电导效应及高的电子亲和力，使得CdS成为光电器件中一种较好的窗口层及过渡层材料。目前，通常使用不同的技术来制备具有较好结晶性及均衡化学计量比的CdS薄膜。这些制备技术主要包括化学浴沉积(CBD)法、喷涂热分解法、化学气相沉积法(CVD)、电化学沉积法、磁控溅射法、物理气相沉积法以及热蒸发法。在这些制备技术中，热蒸发法以及以溶液为基础的方法具有操作便捷，成本低等优点而适用于大规模可重复制备均匀CdS薄膜。在上述两种制备方法中，以溶液为基础的制备技术通常不可避免地引入一些特定的杂质进入薄膜。比如，来自反应溶液的化合物或来自前驱体的含氢或含氧的化合物等。尽管热蒸发技术可以在根本上避免上述杂质，但由于前驱体的组成元素之间具有不同的饱和蒸气压，这就导致通过传统热蒸发技术来获得近化学计量的半导体薄膜还是有一定难度的。例如，CdS化合物中，元素Cd的饱和蒸汽压比元素S的饱和蒸汽压小。因此，在室温衬底下，采用商业CdS粉末作为前驱体来热蒸发制备CdS薄膜，这通常会导致所制备的CdS薄膜缺乏Cd元素。然而，半导体器件的性能往往与薄膜的化学计量密切相关，具有均衡化学计量的CdS薄膜更适合光伏应用。另外，在室温衬底上制备薄膜有很多应用，比如以有机薄膜为衬底制作相应器件时，有机物是不能抵御高温的。此外，当为各种光电器件蒸镀顶端电极时也不宜对已有器件进行加热。为了在室温衬底上热蒸发具有均衡化学计量的CdS薄膜，我们可以采取几个方案。第一，应用闪蒸技术。它是通过将粉状的前驱体输运到热的瓷舟上进行快速蒸发，这就需要一些额外的机械设备来分散前驱体。另一种方案是应用多源共蒸发技术。它是通过调整每个蒸发源的温度，用元素Cd和元素S代替CdS化合物作为前驱体来控制CdS薄膜的化学计量，因此这种蒸发技术需要更多的设备来精确控制各个蒸发源的温度。实际上，在低温衬底上构建富Cd元素CdS化合物作为单源前驱体来蒸发CdS薄膜是最便捷的策略。但要获取富含Cd元素的前驱体，现有的方法需要采用粉状CdS，并且需将CdS粉末在800℃的氢气流里加热，这就又增加了制备过程的复杂度。现有制备方法存在缺陷，需要改进。
技术实现思路
：本专利技术所要克服的问题是在CdS化合物中，因为S元素的蒸汽压比Cd元素的大，在室温衬底上，若以商用的CdS粉末为前躯体，应用传统热蒸发法制备的CdS薄膜往往S元素的含量高而导致薄膜的化学计量比失衡。其中，商用的CdS粉末往往是化学计量比较为平衡的CdS体材料。在本专利技术提供一种简单易行的方法来合成富Cd元素的CdS量子点(QDs)来代替CdS粉末作为前驱体，在室温衬底上热蒸发制备CdS薄膜。另外，CdSQDs聚集成块不需要额外的仪器进行分散，聚集成块的CdSQDs相互作用较弱这将在本质上加速热蒸发进程。这与闪蒸或传统的热蒸发的情况不同，闪蒸或传统的热蒸发需要分散的CdS粉末作为前驱体，而我们所用的前驱体不需要进行分散处理。在本专利技术中，应用CdSQDs为前驱体，通过一种单源热蒸发过程，有效地恢复了所制备的CdS薄膜的化学计量。本专利技术所要解决的问题是：提供一种以富元素Cd的CdSQDS为前躯体，在室温衬底上原位制备近化学计量的CdS薄膜的热蒸发法。本专利技术对要解决的问题所采取的技术方案是：一种量子点为前驱制备近化学计量CdS薄膜的热蒸发法，其特征在于，在室温衬底上，应用富Cd元素的CdS量子点(QDs)为前躯体材料，通过热蒸发法原位制备近化学计量的CdS薄膜。首先，把清洗后的衬底放在热蒸发仪真空室的样品架上(Emitech，K950X)。把合适尺寸的前驱体，0.1-0.3g，放在W篮里关闭该室。在室温下，把该室抽成1.0×10-3-1.0×10-5mbar的真空，通过调整穿过W篮的电流来控制蒸发速度。首先，电流从0A缓慢增加到6-10A，然后等待直到W篮变成红色。然后，电流进一步增至13-20A并保持5-10s，最后，降低电流为0A来完成整个蒸发过程。本专利技术的富元素Cd的CdSQDS为前躯体指的是：(1)CdS量子点的化学计量失衡；(2)以Cd元素的含量居多；(3)该量子点的制备方法为室温共沉淀法，方法简单、低耗、易操作并且产率很高。本专利技术的热蒸发CdS薄膜指的是：(1)采用单源技术；(2)以块体CdSQDS为源替代传统的商用CdS粉末，(3)无需任何分散设备，进一步简化了制备过程，减少制备步骤。本专利技术的室温衬底指的是，衬底放于室温的环境里并未进行加热或降温处理。其中，衬底指的是氧化铟锡(ITO)导电玻璃、各种金属泊片或任何所需衬底材料尤其对那些在实验中不耐高温的衬底尤为适用，比如有机物衬底。本专利技术的作为热蒸发过程前驱体的富Cd元素的CdS量子点是应用共沉淀法合成的，步骤为：在室温及电磁搅拌下，将0.1-1M的Cd(NO3)2·4H2O水溶液75mL不断滴入0.1-1M的Na2S水溶液75mL中，反应一旦开始，橙色的CdS量子点就立即沉淀出来了，待反应完成后，沉淀的产品用离心机辅助下离心并用去离子水彻底地冲洗，最后，把沉淀的产品收集到一个离心管，在80-100℃的温度下干燥4-10h形成一大块淡黄色固体，随后把淡黄色固体分成许多小块，准备进行随后的热蒸发实验。本专利技术的衬底的清洁方法，用含有洗洁精的去离子水来初步去除衬底表面上的油渍和灰尘，此过程在超声的辅助下进行10-50分钟后，用去离子水清洗并超声2-20分钟后再换新的去离子水超声清洗2-20分钟，如此循环1-5次，然后，该衬底在氨水(NH3·H2O)，双氧水(H2O2)和去离子水的混合溶液中，体积比为1∶2∶5，加热到80℃-100℃煮至没有气泡产生为止，去除一切残留的有机沾污，之后，用去离子水清洗并超声10分钟-30分钟后再换新的去离子水超声清洗10分钟-30分钟，如此循环3-5次，最后，在烘箱中50-100℃干燥3小时-8小时。本专利技术的有益效果：1、本专利技术采用单源热蒸发技术，避免了多元热蒸发技术里对每个蒸发源的复杂控制问题。2、本专利技术采用富元素Cd的CdSQDS为前躯体，该量子点的制备方法为室温共沉淀法，方法简单、低耗、易操作并且产率很高。并且，CdSQDs聚集成块而块内CdSQDs之间相互作用较弱有利于快速热蒸发但却不需要额外的仪器进行分散，因此，进一步简化了制备过程，减少制备步骤。3、本专利技术在室温ITO玻璃衬底上进行热蒸发，可以应用到很多种场合，比如以有机物为衬底或蒸镀器件端电极等。本专利技术对开展CdS薄膜基光电器件的研究具有重要的意义。附图说明图1、实施例中热蒸发法制备CdS薄膜的仪器结构示意图及CdS薄膜、CdSQDS前躯体烘干前及烘干后实物图。从样品的实物图1可以看出，我们所制备的CdS薄膜呈黄色透明。而且，胶带的粘贴实验本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种量子点为前驱制备近化学计量CdS薄膜的热蒸发法,其特征在于，在室温衬底上，应用富Cd元素的CdS量子点（QDs）为前躯体材料，通过热蒸发法原位制备近化学计量的CdS薄膜，把清洗后的衬底放在热蒸发仪真空室的样品架上(Emitech, K950X)，把合适尺寸的前驱体， 0.1‑0.3 g，放在 W篮里关闭该室，在室温下，把该室抽成1.0×10‑3‑1.0×10‑5 mbar的真空，通过调整穿过W篮的电流来控制蒸发速度；首先，电流从0 A缓慢增加到6‑10 A，然后等待直到 W篮变成红色，然后，电流进一步增至13‑20 A并保持 5‑10 s，最后，降低电流为 0 A 来完成整个蒸发过程。

【技术特征摘要】
1.一种量子点为前驱制备近化学计量CdS薄膜的热蒸发法,其特征在于，在室温衬底上，应用富Cd元素的CdS量子点为前躯体材料，通过热蒸发法原位制备近化学计量的CdS薄膜，步骤为：把清洗后的衬底放在热蒸发仪真空室的样品架上，把合适尺寸的前驱体，0.1-0.3g，放在W篮里关闭该室，在室温下，把该室抽成1.0×10-3-1.0×10-5mbar的真空，通过调整穿过W篮的电流来控制蒸发速度，首先，电流从0A缓慢增加到6-10A，然后等待直到W篮变成红色，然后，电流进一步增至13-20A并保持5-10s，最后，降低电流为0A来完成整个蒸发过程。2.权利要求1所述的热蒸发法，其特征在于，衬底放于室温的环境里并未进行加热或降温处理，其中，衬底指的是氧化铟锡导电玻璃、各种金属泊片或有机物衬底。3.根据权利要求1所述的热蒸发法，其特征在于：作为热蒸发过程前驱体的富Cd元素的CdS量子点是应用共沉淀法合成的，步骤为：在室温及电磁搅拌下，将0.1-1M的Cd(NO3)2·4H2O水溶液75mL不断...

【专利技术属性】
技术研发人员：范丽波，陈静，王安梅，陈素华，张振华，申子官，
申请(专利权)人：许昌学院，
类型：发明
国别省市：河南;41