专利名称：一种微波水热制备SnS 薄膜的方法
技术领域：
本发明涉及一种SnS材料的制备方法，具体涉及一种微波水热制备SnS薄膜的方法。
背景技术：
SnS是IV VI族具有层状斜方晶体结构的半导体材料，单胞跨越两层，沿晶体的c 轴堆叠，其光学直接禁带宽度Eg = 1. :3eV，接近太阳能电池的最佳禁带宽度1. 5eV ；在理论上其光电转换效率比较高(约25%)；吸收系数大(α > KT4CnT1),可薄膜化，用作太阳能电池材料的耗材少；另外构成SnS的Sn元素和S元素地球含量丰富、廉价、无毒，有很好的环境相容性。因此，SnS作为一种具有潜在应用前景的新型光电转换材料具有独特的优越性，作为薄膜太阳能电池，由于其成本相对硅太阳能电池来得低，成为今后太阳能电池的发展方向。目前制备SnS薄膜的方法有电沉积法[Subramanian B, Sanjeeviraja C， Jayachandan M. Materials Chemistry and Physics，71 UOOl) 40-46.]，化学气相沉积 [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.]，喷雾热分解法[A. Ortiz, S. Lopez, Semicond. Sci. iTechnol, 9 (1994) 2130.]，真空热蒸发镀膜法[Abou Shana A, Zeyada H M. Solar Energy Materials and Solar Cells. 24(2003)555-561.], 两步法[Ramakrishna Reddy K Τ, Purandhara Reddy P. Material Letters, 56(2002) 108-111.]等。这些方法要么对设备要求较高，要么原料利用率较低，要么工艺复杂，重复性差。为了达到实用性大规模生产的目的，必须开发生产工艺简单，原料利用率高， 制备周期短的SnS薄膜制备工艺。
发明内容
本发明目的在于提供一种设备简单，易于操作，制备时间短，成本低，不需要退火处理的微波水热制备SnS薄膜的方法。按本发明的制备方法制备出的薄膜均勻，纯度较高， 无可视缺陷，外观质量较高。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是1)将分析纯的SnCl2 · 2H20溶解于浓盐酸中，再加入去离子水配制成Sn2+浓度为 0. 001mol/L 0. 5mol/L 的透明溶液 A ；2)将分析纯的(NH4)2S溶液加入去离子水配制成S2_浓度为0. OOlmol/L 1. Omol/ L的淡黄色溶液B ；3)在磁力搅拌下将A溶液滴加到B溶液中形成前驱物溶液C ；其中Sn27S2_的摩尔比为1 2 5 1 ；4)将溶液C倒入水热反应釜中，填充度控制在30% 80% ；然后将采用浓硝酸活化处理的玻璃基板放入水热反应釜底部，密封水热反应釜，将其放入温压双控微波水热反
3应仪中；选择控温模式进行反应，水热温度控制在80°C 150°C，压力小于2. OMPa，反应时间控制在60min 180min，反应结束后自然冷却到室温；5)打开水热反应釜，取出玻璃基板，然后分别采用去离子水和无水乙醇分别洗涤 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终产物SnS薄膜。所述的分析纯的(NH4)2S溶液的S2_浓度彡8%。所述的玻璃基板先放在盛有浓度为35%盐酸的烧杯中超声清洗30分钟，然后用去离子水清洗；再在盛有丙酮的烧杯中超声清洗30分钟，然后用去离子水清洗；接着在盛有乙醇水溶液的烧杯中清洗30分钟，其中乙醇水溶液中乙醇水的体积比例是1 1，然后用去离子水清洗；最后在去离子水中超声清洗30分钟，然后迅速放到恒温干燥箱中烘干。本发明采用微波水热法，快速制备出颗粒大小均勻SnS纳米晶体，由于反应在液相中一次完成，不需要后期处理，且工艺设备简单，反应周期短。
图1是本发明实施例1所制备的SnS薄膜的X-射线衍射(XRD)图谱。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。实施例1:1)将分析纯的SnCl2 · 2H20溶解于浓盐酸中，再加入去离子水配制成Sn2+浓度为 0. 001mol/L的透明溶液A ；2)将分析纯的S2—浓度彡8%的(NH4)2S溶液加入去离子水配制成S2—浓度为 0. OOlmol/L的淡黄色溶液B;3)在磁力搅拌下将A溶液滴加到B溶液中形成前驱物溶液C ；其中Sn27S2_的摩尔比为1:1;4)先将玻璃基板放在盛有浓度为35%盐酸的烧杯中超声清洗30分钟，然后用去离子水清洗；再在盛有丙酮的烧杯中超声清洗30分钟，然后用去离子水清洗；接着在盛有乙醇水溶液的烧杯中清洗30分钟，其中乙醇水溶液中乙醇水的体积比例是1 1，然后用去离子水清洗；最后在去离子水中超声清洗30分钟，然后迅速放到恒温干燥箱中烘干，将烘干后的玻璃基板用浓硝酸活化处理；5)将溶液C倒入水热反应釜中，填充度控制在35% ；然后将活化后玻璃基板放入水热反应釜底部，密封水热反应釜，将其放入温压双控微波水热反应仪中；选择控温模式进行反应，水热温度控制在90°C，压力小于2. OMPa,反应时间控制在60min，反应结束后自然冷却到室温；6)打开水热反应釜，取出玻璃基板，然后分别采用去离子水和无水乙醇分别洗涤 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终产物SnS薄膜。将所得的SnS薄膜用日本理学D/maX2000PC X_射线衍射仪进行分析，发现产物为正交晶型(图1)，在2 θ为30. 478°，31. 579° ,31.903°，39. 059°处衍射峰，对应SnS的晶面为(101)、(111)、(040)、(131)。
实施例2 1)将分析纯的SnCl2 · 2H20溶解于浓盐酸中，再加入去离子水配制成Sn2+浓度为 0. 05mol/L的透明溶液A ；2)将分析纯的S2_浓度彡8%的(NH4)2S溶液加入去离子水配制成S2_浓度为 0. 15mol/L的淡黄色溶液B ；3)在磁力搅拌下将A溶液滴加到B溶液中形成前驱物溶液C ；其中Sn27S2_的摩尔比为1:3;4)先将玻璃基板放在盛有浓度为35%盐酸的烧杯中超声清洗30分钟，然后用去离子水清洗；再在盛有丙酮的烧杯中超声清洗30分钟，然后用去离子水清洗；接着在盛有乙醇水溶液的烧杯中清洗30分钟，其中乙醇水溶液中乙醇水的体积比例是1 1，然后用去离子水清洗；最后在去离子水中超声清洗30分钟，然后迅速放到恒温干燥箱中烘干，将烘干后的玻璃基板用浓硝酸活化处理；5)将溶液C倒入水热反应釜中，填充度控制在60% ；然后将活化后玻璃基板放入水热反应釜底部，密封水热反应釜，将其放入温压双控微波水热反应仪中；选择控温模式进行反应，水热温度控制在120°C，压力小于2. OMPa,反应时间控制在80min，反应结束后自然冷却到室温；6)打开水热反应釜，取出玻璃基板，然后分别采用去离子水和无水乙醇分别洗涤 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终产物SnS薄膜。实施例3 1)将分析纯的SnCl2 · 2H20溶解于浓盐酸中，再加入去离子水配制成Sn2+浓度为 0. 2mol/L的透明溶液A;2)将分析纯的S2_浓度彡8%的(NH4)2S溶液加入去离子水配制成S2_浓度为 0. lmol/L的淡黄色溶液B ；3)在磁力搅拌下将A溶液滴加到B溶液中形成前驱物溶液C ；其中Sn27S2_的摩尔比为2:1;4)先将玻璃基板放在盛有浓度为35%盐酸的烧杯中超声清洗30分钟，然后用去离子水清洗；再在盛有丙酮的烧杯中超声清洗30分钟，然后用去离子水清洗；接着在盛有乙醇水溶液的烧杯中清洗30分钟，其中乙醇水溶液中乙醇水的体积比例是1 1，然后用去离子水清洗；最后在去离子水中超声清洗30分钟，然后迅速放到恒温干燥箱中烘干，将烘干后的玻璃基板用浓硝酸活化处理；5)将溶液C倒入水热反应釜中，填充度控制在70% ；然后将活化后玻璃基板放入水热反应釜底部，密封水热反应釜，将其放入温压双控微波水热反应仪中；选择控温模式进行反应，水热温度控制在140°C，压力小于2. OMPa，反应时间控制在lOOmin，反应结束后自然冷却到室温；6)打开水热反应釜，取出玻璃基板，然后分别采用去离子水和无水乙醇分别洗涤 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终产物SnS薄膜。实施例4 1)将分析纯的SnCl2 · 2H20溶解于浓盐酸中，再加入去离子水配制成Sn2+浓度为 0. 5mol/L的透明溶液A;
2)将分析纯的S2_浓度彡8%的(NH4)2S溶液加入去离子水配制成S2_浓度为 0. lmol/L的淡黄色溶液B ；3)在磁力搅拌下将A溶液滴加到B溶液中形成前驱物溶液C ；其中Sn27S2_的摩尔比为5:1;4)先将玻璃基板放在盛有浓度为35%盐酸的烧杯中超声清洗30分钟，然后用去离子水清洗；再在盛有丙酮的烧杯中超声清洗30分钟，然后用去离子水清洗；接着在盛有乙醇水溶液的烧杯中清洗30分钟，其中乙醇水溶液中乙醇水的体积比例是1 1，然后用去离子水清洗；最后在去离子水中超声清洗30分钟，然后迅速放到恒温干燥箱中烘干，将烘干后的玻璃基板用浓硝酸活化处理；5)将溶液C倒入水热反应釜中，填充度控制在45% ；然后将活化后玻璃基板放入水热反应釜底部，密封水热反应釜，将其放入温压双控微波水热反应仪中；选择控温模式进行反应，水热温度控制在150°C，压力小于2. OMPa，反应时间控制在120min，反应结束后自然冷却到室温；6)打开水热反应釜，取出玻璃基板，然后分别采用去离子水和无水乙醇分别洗涤 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终产物SnS薄膜。实施例5 1)将分析纯的SnCl2 · 2H20溶解于浓盐酸中，再加入去离子水配制成Sn2+浓度为
0.25mol/L的透明溶液A ；2)将分析纯的S2—浓度彡8%的(NH4)2S溶液加入去离子水配制成S2—浓度为
1.Omol/L的淡黄色溶液B ；3)在磁力搅拌下将A溶液滴加到B溶液中形成前驱物溶液C ；其中Sn27S2_的摩尔比为1:4;4)先将玻璃基板放在盛有浓度为35%盐酸的烧杯中超声清洗30分钟，然后用去离子水清洗；再在盛有丙酮的烧杯中超声清洗30分钟，然后用去离子水清洗；接着在盛有乙醇水溶液的烧杯中清洗30分钟，其中乙醇水溶液中乙醇水的体积比例是1 1，然后用去离子水清洗；最后在去离子水中超声清洗30分钟，然后迅速放到恒温干燥箱中烘干，将烘干后的玻璃基板用浓硝酸活化处理；5)将溶液C倒入水热反应釜中，填充度控制在80% ；然后将活化后玻璃基板放入水热反应釜底部，密封水热反应釜，将其放入温压双控微波水热反应仪中；选择控温模式进行反应，水热温度控制在130°C，压力小于2. OMPa，反应时间控制在150min，反应结束后自然冷却到室温；6)打开水热反应釜，取出玻璃基板，然后分别采用去离子水和无水乙醇分别洗涤 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终产物SnS薄膜。实施例6 1)将分析纯的SnCl2 · 2H20溶解于浓盐酸中，再加入去离子水配制成Sn2+浓度为
0.5mol/L的透明溶液A;2)将分析纯的S2_浓度彡8%的(NH4)2S溶液加入去离子水配制成S2_浓度为
1.0mol/L的淡黄色溶液B ；3)在磁力搅拌下将A溶液滴加到B溶液中形成前驱物溶液C ；
其中Sn2+/S2_的摩尔比为1:2;4)先将玻璃基板放在盛有浓度为35%盐酸的烧杯中超声清洗30分钟，然后用去离子水清洗；再在盛有丙酮的烧杯中超声清洗30分钟，然后用去离子水清洗；接着在盛有乙醇水溶液的烧杯中清洗30分钟，其中乙醇水溶液中乙醇水的体积比例是1 1，然后用去离子水清洗；最后在去离子水中超声清洗30分钟，然后迅速放到恒温干燥箱中烘干，将烘干后的玻璃基板用浓硝酸活化处理；5)将溶液C倒入水热反应釜中，填充度控制在30% ；然后将活化后玻璃基板放入水热反应釜底部，密封水热反应釜，将其放入温压双控微波水热反应仪中；选择控温模式进行反应，水热温度控制在80°C，压力小于2. OMPa,反应时间控制在180min，反应结束后自然冷却到室温；6)打开水热反应釜，取出玻璃基板，然后分别采用去离子水和无水乙醇分别洗涤 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终产物SnS薄膜。
权利要求
1.一种微波水热制备SnS薄膜的方法，其特征在于1)将分析纯的SnCl2· 2H20溶解于浓盐酸中，再加入去离子水配制成Sn2+浓度为 0. 001mol/L 0. 5mol/L 的透明溶液 A ；2)将分析纯的(NH4)2S溶液加入去离子水配制成S2_浓度为0.OOlmol/L 1. 0mol/L 的淡黄色溶液B;3)在磁力搅拌下将A溶液滴加到B溶液中形成前驱物溶液C；其中Sn2+/S2-的摩尔比为1 2 5 1;4)将溶液C倒入水热反应釜中，填充度控制在30% 80%；然后将采用浓硝酸活化处理的玻璃基板放入水热反应釜底部，密封水热反应釜，将其放入温压双控微波水热反应仪中；选择控温模式进行反应，水热温度控制在80°C 150°C，压力小于2. OMPa，反应时间控制在60min 180min，反应结束后自然冷却到室温；5)打开水热反应釜，取出玻璃基板，然后分别采用去离子水和无水乙醇分别洗涤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终产物 ^iS薄膜。
2.根据权利要求1所述的微波水热制备SnS薄膜的方法，其特征在于所述的分析纯的(NH4) 2S溶液的S2-浓度彡8 %。
3.根据权利要求1所述的微波水热制备SnS薄膜的方法，其特征在于所述的玻璃基板先放在盛有浓度为35%盐酸的烧杯中超声清洗30分钟，然后用去离子水清洗；再在盛有丙酮的烧杯中超声清洗30分钟，然后用去离子水清洗；接着在盛有乙醇水溶液的烧杯中清洗30分钟，其中乙醇水溶液中乙醇水的体积比例是1 1，然后用去离子水清洗；最后在去离子水中超声清洗30分钟，然后迅速放到恒温干燥箱中烘干。
全文摘要
一种微波水热制备SnS薄膜的方法，将分SnCl2·2H2O溶解于浓盐酸中，再加入去离子水得溶液A；将(NH4)2S溶液加入去离子水得溶液B；在磁力搅拌下将A溶液滴加到B溶液中形成前驱物溶液C；将溶液C倒入水热反应釜中，然后将采用浓硝酸活化处理的玻璃基板放入水热反应釜底部，将其放入温压双控微波水热反应仪中进行水热反应，反应结束后自然冷却到室温；然后分别采用去离子水和无水乙醇分别洗涤玻璃基板，于真空干燥箱中干燥即在玻璃基板上得到最终产物SnS薄膜。本发明采用微波水热法，快速制备出颗粒大小均匀SnS纳米晶体，由于反应在液相中一次完成，不需要后期处理，且工艺设备简单，反应周期短。
文档编号C30B29/46GK102392306SQ20111037595
公开日2012年3月28日 申请日期2011年11月23日 优先权日2011年11月23日
发明者张培培, 曹丽云, 黄剑锋, 齐慧 申请人:陕西科技大学