一種簡易的硫化亞錫微米棒薄膜的合成＊

杜元寶，韓 聰，蔡嫦芳，孟慶哲，孟秀清，吳鋒民

(浙江師范大學(xué)LED 芯片研發(fā)中心，浙江 金華 321004)

0 引言

硫化亞錫的直接帶隙為1.2～1.5 eV，間接帶隙為1.0～1.1 eV，是用來制備太陽能電池器件吸收層的良好材料.此外，杰出的光電性質(zhì)及單質(zhì)S 和Sn 在自然界中廣泛存在且具有環(huán)保無毒害等特點，再次表明硫化亞錫在光電領(lǐng)域的顯著優(yōu)勢［1-3］.有文獻(xiàn)報道，硫化亞錫的光電轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)達(dá)到25%［4］.目前，制備硫化亞錫微米棒薄膜的方法主要有:化學(xué)沉積法［5］、電化學(xué)沉積法［6］、真空蒸鍍法［7］、噴霧裂解法［8］等.在以上所有方法中，電化學(xué)沉積法由于其成本低、環(huán)保無毒害、操作簡單、容易大面積生產(chǎn)而受到了廣泛的關(guān)注.

1 實驗原理

在沉積SnS 微米棒薄膜的過程中，由于相同濃度的Sn2+析出電位比S2O32－小，S 和Sn 很難按1 ∶1 的比例共沉積，而絡(luò)合劑乙二胺四乙酸(EDTA)的加入對Sn 的析出有抑制作用，實質(zhì)上是起到過渡的作用，這樣有利于得到高質(zhì)量的SnS 微米棒薄膜.實驗所用的沉積溶液為:硫酸亞錫、硫代硫酸鈉和EDTA 的混合溶液，實驗裝置為電化學(xué)工作站，薄膜的沉積原理如下:

影響SnS 微米棒薄膜的沉積因素很多［9］，比如溶液的pH、離子濃度比、沉積電位、溶液溫度、超電位等，因此，只有結(jié)合理論的推導(dǎo)和具體的客觀實際反復(fù)進(jìn)行實驗探索，才能找到最佳的實驗參數(shù)，這也是電化學(xué)沉積的一個不足之處.

本文的研究重點是制備出高純度的硫化亞錫微米棒薄膜，并且研究硫化亞錫微米棒薄膜的結(jié)構(gòu)和表面形貌及EDTA 對薄膜發(fā)光的影響.

2 實驗設(shè)計

3 結(jié)果與討論

圖1 為硫化亞錫微米棒薄膜的XRD.從圖1中峰值的強度和尖銳程度可以看出，該薄膜具有較好的結(jié)晶質(zhì)量.無雜質(zhì)峰出現(xiàn)，表明單晶硫化亞錫已合成.同時，從生長機制上看，圖1 表明薄膜優(yōu)先沿著(101)晶面方向生長［10］.

圖2 為硫化亞錫微米棒薄膜的表面形貌，可以看出，薄膜是由長度為2～5 μm 的細(xì)棒組成，此外，還看到微米棒朝著各個方向，比較凌亂，且彼此交叉在一起，但是顯示了較好的表面覆蓋率.

圖1 硫化亞錫微米棒薄膜的XRD

圖2 硫化亞錫微米棒薄膜的表面形貌

圖3 為硫化亞錫微米棒薄膜的發(fā)射光譜，計算可知薄膜的帶邊發(fā)射能量約為:1.42 eV，和同種材料相比產(chǎn)生了約0.12 eV 的藍(lán)移.光譜主要是由坐落在873 nm 的紅外發(fā)射峰所組成，接近硫化亞錫的帶邊發(fā)射.同時，發(fā)現(xiàn)隨著c(EDTA)的提高，峰值的強度也隨著增加，這說明c(EDTA)對硫化亞錫的光學(xué)性質(zhì)有重要的影響.

圖4 為硫化亞錫微米棒薄膜的拉曼光譜.圖4 表明，硫化亞錫薄膜的拉曼峰位于190 cm－1，屬于硫化亞錫的B2g振動模式［11-12］.同之前有關(guān)文獻(xiàn)對單晶硫化亞錫拉曼峰的報道相比，該硫化亞錫微米棒薄膜產(chǎn)生了4 cm－1的紅移，這可能是由緊束縛力的原因所致.

圖3 硫化亞錫微米棒薄膜的發(fā)射光譜

圖4 硫化亞錫微米棒薄膜的拉曼光譜

4 結(jié)論

通過恒電壓法，筆者制備出了高純度硫化亞錫微米棒薄膜，并分析了它的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)，結(jié)果表明，薄膜由2～5 μm 長的細(xì)棒組成，且優(yōu)先沿著(101)晶面方向生長.薄膜的帶邊發(fā)射能量約為1.42 eV，和同種材料相比產(chǎn)生大約0.12 eV的藍(lán)移.光譜主要是由坐落在873 nm 的紅外發(fā)射峰所組成，接近硫化亞錫的帶邊發(fā)射.同時，隨著c(EDTA)的增加，發(fā)射峰的強度也隨之增強，表明c(EDTA)對硫化亞錫的光學(xué)性質(zhì)有重要影響.

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