專利名稱：：一種CuInS₂超薄膜的制備方法及制備的CuInS₂超薄膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于太陽(yáng)能吸光材料領(lǐng)域，具體地說，涉及一種CuInS2超薄膜的制備方法及制備的CuInS2超薄膜。
背景技術(shù)：
：目前太陽(yáng)能利用技術(shù)中應(yīng)用最普遍的是直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能加以利用，因此需要制造太陽(yáng)能-電能轉(zhuǎn)換設(shè)備。制造太陽(yáng)能-電能轉(zhuǎn)換設(shè)備的主要原材料是單晶硅和真空條件下制備的薄膜材料，但上述材料價(jià)格昂貴，限制了太陽(yáng)能的大規(guī)模應(yīng)用。因此開發(fā)一種價(jià)格低廉的光電轉(zhuǎn)換材料是大規(guī)模利用太陽(yáng)能的關(guān)鍵。而半導(dǎo)體材料CuInS2，具有禁帶寬度與太陽(yáng)光譜相匹配，光學(xué)吸收系數(shù)高，同時(shí)還具有很高的理論光電轉(zhuǎn)換效率，因此，CuInS2在光電轉(zhuǎn)換方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值，是一種很有潛力的薄膜太陽(yáng)能電池的吸光材料。通過對(duì)CuInS2薄膜的研究發(fā)現(xiàn)，CuInS2薄膜的制備技術(shù)對(duì)薄膜的組成、結(jié)構(gòu)及光電性能等影響很大，進(jìn)而影響薄膜太陽(yáng)能電池的性能。為獲得適于使用的CuInS2薄膜，人們進(jìn)行了大量的研究，并已建立了許多CuInS2薄膜的制備方法，例如化學(xué)氣相沉積法(CVD)、離子層氣相反應(yīng)法、電沉積法、噴霧熱解法、金屬有機(jī)化合物氣相沉積法(MOCVD)、化學(xué)浴沉積(CBD)等，但是上述方法一般都需要苛刻的制備條件，如高真空和/或昂貴的儀器設(shè)備，從而嚴(yán)重地影響了CuInS2薄膜的工業(yè)化應(yīng)用。為了克服上述缺陷，研究出了在溫和條件下制備的薄膜的方法，如連續(xù)離子層吸附與反應(yīng)(SILAR)。但是，采用SILAR法制備CuInS2薄膜時(shí)，其主要步驟是將基片在含有銅離子和1113+混合溶液與含有硫離子的溶液中交替浸泡，然后利用在基片表面上的離子層吸附與反應(yīng)得到CuInS2薄膜。該方法制備條件溫和、所需設(shè)備簡(jiǎn)單，但是所得到的薄膜結(jié)晶性較差，依然不能滿足工業(yè)應(yīng)用的要求。因此，建立一個(gè)在溫和條件下制備高質(zhì)量的CuInS2薄膜的方法對(duì)于CuInS2在太陽(yáng)能電池制造領(lǐng)域中的應(yīng)用具有十分重要的意義。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，提供一種CuInS2超薄膜的制備方法，以在溫和條件下制備高質(zhì)量的CuInS2超薄膜。本發(fā)明還有一個(gè)目的在于，提供一種CuInS2超薄膜。本發(fā)明提供的制備方法，包括以下步驟A)基片表面的3-巰基丙基三甲氧基硅烷修飾；B)將步驟A)中獲得的修飾后的基片依次浸入到含Cu2+、雙硫醇、In"和雙硫醇的乙醇溶液中浸泡；C)重復(fù)步驟B)多次，以制備(—0!2+-雙硫醇-11!3+-雙硫醇-)n多層膜；D)將步驟C)中制備獲得的(-Cu^-雙硫醇-Ir^-雙硫醇-)n多層膜焙燒并自然冷卻至室溫，獲得CuInS2超薄膜。本發(fā)明提供的CuInS2超薄膜，為采用上述方法制備的CuInS2超薄膜。使用本發(fā)明提供的方法制備CuInS2超薄膜，不僅反應(yīng)條件溫和，設(shè)備簡(jiǎn)單，而且獲得的CuInS2納米超薄膜結(jié)晶度高、均勻致密；此外，本發(fā)明的方法可以通過控制交替浸泡的次數(shù)來控制膜的層數(shù)，從而根據(jù)需要控制膜的厚度。圖1是制備CuInS2超薄膜的浸泡過程示意圖。圖2是實(shí)施例15制備獲得的CuInS2超薄膜的X-射線衍射圖。圖3是本發(fā)明的方法獲得的CuInS2超薄膜的掃描電鏡圖，其中，圖3a為CuInS2超薄膜的表面的電鏡掃描圖，圖3b為CuInS2超薄膜的截面的電鏡掃描圖。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。應(yīng)理解，以下實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而非用于限定本發(fā)明的范圍。發(fā)明人在對(duì)CuInS2超薄膜的制備進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，將經(jīng)MPS修飾的基片(玻璃、石英或單晶硅基片)依次浸入到含有012+、雙硫醇、1113+和雙硫醇的乙醇溶液中(其中，其中，012+為銅的氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽、醋酸鹽等，Ir^+為氯化銦、硫酸銦、硝酸銦、醋酸銦，雙硫醇為己二硫醇或丙二硫醇)，并多次重復(fù)上述浸泡步驟，以制備出(-Cu2+-雙硫醇-In3+-雙硫醇-)n多層膜，然后經(jīng)焙燒即可得到相應(yīng)的CuInS2超薄膜，具體過程如實(shí)施例所示，其中，浸泡過程如圖l所示。實(shí)施例15、CuInS2超薄膜制備1、基片預(yù)處理將基片置于5012(TC的鉻酸洗液中浸泡1545min，以將基片清洗干凈，然后用雙蒸水淋洗數(shù)次，以完全去除鉻酸洗液，然后干燥，具體處理?xiàng)l件如表l所示。表l、基片類型及預(yù)處理?xiàng)l件<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>2、基片表面3-巰基丙基三甲氧基硅烷(MPS)修飾將經(jīng)鉻酸洗液預(yù)處理的基片，在9015(TC下，于MPS的甲苯溶液中(5mmol.U1)回流16小時(shí)，然后分別用甲苯和乙醇淋洗數(shù)次，再用N2氣流將清洗過的基片吹干，即得到表面修飾MPS的基片，具體修飾條件如表2所示。表2、基片表面MPS修飾條件<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>3、(-012+-雙硫醇-1113+-雙硫醇-)n多層膜制備將MPS修飾的基片依次浸入到Cu2+、雙硫醇、In3+、和雙硫醇的乙醇溶液中，浸泡時(shí)間30s5min。每次基片從浸泡液中取出后，均先用乙醇將基片淋洗干凈，再用N2將其吹干。重復(fù)以上步驟n次，制備出n層的(-0!2+-雙硫醇-1!13+-雙硫醇一)n多層膜，具體制備條件如表3和表4所示。表3、Cu2+、1113+和雙硫醇<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>4、CuInS2超薄膜制備然后，將步驟13制備獲得的(-Cu2+-雙硫醇-Ir^-雙硫醇-)n多層膜置于管式爐中，在N2氣氛下，于23045(TC焙燒18小時(shí)后，自然冷卻至室溫，即得到CuInS2超薄膜，具體制備條件如表5所示。表5、CuInS2超薄膜制備條件<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實(shí)施例6、CuInS2超薄膜的性能檢測(cè)將實(shí)施例15中獲得的CuInS2超薄膜進(jìn)行X-射線衍射檢測(cè)，衍射圖譜如圖2所示。由圖2的X-射線衍射圖譜可見，獲得的CuInS2超薄膜均出現(xiàn)尖銳的衍射峰，顯示獲得的CuInS2超薄膜具有很好的結(jié)晶度。同時(shí)對(duì)獲得的CuInS2超薄膜進(jìn)行電鏡掃描，電鏡掃描結(jié)果如圖3所示。根據(jù)圖3的結(jié)果，獲得的CuInS2超薄膜十分致密沒有孔洞、表面光滑、均勻地覆蓋在基片上，厚度控制在200nm左右，表明利用該技術(shù)可以制備致密、均勻的CuInS2超薄膜。根據(jù)上述結(jié)果，使用本發(fā)明的方法制備CuInS2超薄膜，不僅反應(yīng)條件溫和，設(shè)備簡(jiǎn)單，而且獲得的CuInS2納米超薄膜結(jié)晶度高、均勻致密；此外，本發(fā)明的方法可以通過控制交替浸泡的次數(shù)來控制膜的層數(shù)，從而根據(jù)需要控制膜的厚度。權(quán)利要求1、一種CuInS2超薄膜的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟A)基片表面的3-巰基丙基三甲氧基硅烷修飾；B)將修飾后的基片依次浸入到含Cu2+、雙硫醇、In3+和雙硫醇的乙醇溶液中浸泡；C)重復(fù)步驟B)多次，獲得(-Cu2+-雙硫醇-In3+-雙硫醇-)n多層膜；D)將獲得的(-Cu2+-雙硫醇-In3+-雙硫醇-)n多層膜焙燒并自然冷卻至室溫，獲得CuInS2超薄膜。2、如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述基片為玻璃、石英或單晶硅基片。3、如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述3-巰基丙基三甲氧基硅烷修飾為在含3-巰基丙基三甲氧基硅烷的甲苯溶液中回流。4、如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述回流為于9015(TC回流16小時(shí)。5、如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述含C^+的乙醇溶液為含氯化銅、硫酸銅、硝酸銅和/或醋酸銅的乙醇溶液，所述012+濃度為0.010.1mol/L。6、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述含1113+的乙醇溶液為含氯化銦、硫酸銦、硝酸銦、醋酸銦的乙醇溶液，所述In"的乙醇溶液中In"濃度為0.010.1mol/L。7、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述雙硫醇為己二硫醇或丙二硫醇，所述雙硫醇濃度為0.010.5mol/L。8、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟B)中的浸泡時(shí)間均為30s5min。9、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述焙燒為于23045(TC焙燒18小時(shí)。10、如權(quán)利要求19中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述步驟A前還包括基片預(yù)處理的步驟。11、如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述基片預(yù)處理步驟是將基片置于50120。C的鉻酸洗液中浸泡1545min。12、如權(quán)利要求111中任一項(xiàng)所述的方法制備的CuInS2超薄膜。全文摘要本發(fā)明提供了一種CuInS₂超薄膜的制備方法和一種CuInS₂薄膜。本發(fā)明提供的方法包括A)基片表面的3-巰基丙基三甲氧基硅烷修飾；B)將修飾后的基片依次浸入到含Cu²⁺、雙硫醇、In³⁺和雙硫醇的乙醇溶液中浸泡；C)重復(fù)步驟B)多次，制備(-Cu²⁺-雙硫醇-In³⁺-雙硫醇-)_n多層膜；D)將(-Cu²⁺-雙硫醇-In³⁺-雙硫醇-)_n多層膜焙燒并冷卻至室溫。本發(fā)明提供的CuInS₂薄膜采用上述方法制備。使用本發(fā)明提供的方法制備CuInS₂超薄膜，不僅反應(yīng)條件溫和，設(shè)備簡(jiǎn)單，而且獲得的CuInS₂納米超薄膜結(jié)晶度高、均勻致密；此外，本發(fā)明的方法可以通過控制交替浸泡的次數(shù)來控制膜的層數(shù)，從而根據(jù)需要控制膜的厚度。文檔編號(hào)C03C17/22GK101546791SQ20091005026公開日2009年9月30日申請(qǐng)日期2009年4月29日優(yōu)先權(quán)日2009年4月29日發(fā)明者康詩(shī)釗,帥穆申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)