一种简易的硫化亚锡微米棒薄膜的合成

一种简易的硫化亚锡微米棒薄膜的合成
杜元宝;韩聪;蔡嫦芳;孟庆哲;孟秀清;吴锋民
【摘要】为了得到高纯度的硫化亚锡薄膜,利用恒电压法成功制备了硫化亚锡微米棒薄膜,并将该薄膜在200℃真空退火1h.结构和形貌分析表明:该薄膜是由2～5
μm的细棒组成,并且优先沿着(101)晶面方向生长.拉曼光谱表明该薄膜具有较高的纯度.%In order to get SnS with high purity, the SnS microrods films were prepared by constant potential cathodic electro-eposition method and annealed at 200℃under vacuum conditions for 1 h. The structure and morphology analysis showed the films were composed of micro-sized rods. The length of the rods was in a range of 2 ~5 micro and preferentially oriented along the (101) plane. Raman spectra indicated that the microrods films had a high purity.
【期刊名称】《浙江师范大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2013(036)001
【总页数】3页(P65-67)
【关键词】微米棒;乙二胺四乙酸(EDTA);恒电压法;温度退火
【作者】杜元宝;韩聪;蔡嫦芳;孟庆哲;孟秀清;吴锋民
【作者单位】浙江师范大学LED芯片研发中心,浙江金华321004;浙江师范大学LED芯片研发中心,浙江金华321004;浙江师范大学LED芯片研发中心,浙江金华321004;浙江师范大学LED芯片研发中心,浙江金华321004;浙江师范大学LED芯片研发中心,浙江金华321004;浙江师范大学LED芯片研发中心,浙江金华321004
【正文语种】中文
【中图分类】O646.54
0 引言
硫化亚锡的直接带隙为1.2～1.5 eV，间接带隙为1.0～1.1 eV，是用来制备太阳
能电池器件吸收层的良好材料.此外，杰出的光电性质及单质S 和Sn 在自然界中
广泛存在且具有环保无毒害等特点，再次表明硫化亚锡在光电领域的显著优势
［1-3］.有文献报道，硫化亚锡的光电转化效率已经达到25%［4］.目前，制备硫化亚锡微米棒薄膜的方法主要有:化学沉积法［5］、电化学沉积法［6］、真空蒸
镀法［7］、喷雾裂解法［8］等.在以上所有方法中，电化学沉积法由于其成本低、环保无毒害、操作简单、容易大面积生产而受到了广泛的关注.
1 实验原理
在沉积SnS 微米棒薄膜的过程中，由于相同浓度的Sn2+析出电位比S2O32－小，S 和Sn 很难按1 ∶1 的比例共沉积，而络合剂乙二胺四乙酸(EDTA)的加入对Sn
的析出有抑制作用，实质上是起到过渡的作用，这样有利于得到高质量的SnS 微
米棒薄膜.实验所用的沉积溶液为:硫酸亚锡、硫代硫酸钠和EDTA 的混合溶液，实验装置为电化学工作站，薄膜的沉积原理如下:
影响SnS 微米棒薄膜的沉积因素很多［9］，比如溶液的pH、离子浓度比、沉积电位、溶液温度、超电位等，因此，只有结合理论的推导和具体的客观实际反复进行实验探索，才能找到最佳的实验参数，这也是电化学沉积的一个不足之处.
本文的研究重点是制备出高纯度的硫化亚锡微米棒薄膜，并且研究硫化亚锡微米棒薄膜的结构和表面形貌及EDTA 对薄膜发光的影响.
2 实验设计
实验采用三电极体系，即以方块电阻为100～150 Ω的ITO 透明导电玻璃为工作
电极，25 mm×25 mm 的Pt 片为阳极，饱和AgCl 溶液作为参比电极.沉积溶液
的温度为30 ℃，为 1～ 3 mmol/L.溶液的pH 值通过添加稀硫酸调节为1.7～1.8.通过循环电压法得到最佳沉积电位为－0.95 V，沉积时间为90 min.整个实验过程在高纯氮气的保护下进行，用于配置溶液的去离子水先通入氮气去除溶解在水中的少量氧气，这是因为硫化亚锡在沉积过程中很容易被氧化.最后将所得薄膜在200 ℃真空中退火1 h.
3 结果与讨论
图1 为硫化亚锡微米棒薄膜的XRD.从图1中峰值的强度和尖锐程度可以看出，该薄膜具有较好的结晶质量.无杂质峰出现，表明单晶硫化亚锡已合成.同时，从生长
机制上看，图1 表明薄膜优先沿着(101)晶面方向生长［10］.
图2 为硫化亚锡微米棒薄膜的表面形貌，可以看出，薄膜是由长度为2～5 μm 的细棒组成，此外，还看到微米棒朝着各个方向，比较凌乱，且彼此交叉在一起，但是显示了较好的表面覆盖率.
图1 硫化亚锡微米棒薄膜的XRD
图2 硫化亚锡微米棒薄膜的表面形貌
图3 为硫化亚锡微米棒薄膜的发射光谱，计算可知薄膜的带边发射能量约为:1.42 eV，和同种材料相比产生了约0.12 eV 的蓝移.光谱主要是由坐落在873 nm 的红外发射峰所组成，接近硫化亚锡的带边发射.同时，发现随着c(EDTA)的提高，峰
值的强度也随着增加，这说明c(EDTA)对硫化亚锡的光学性质有重要的影响.
图4 为硫化亚锡微米棒薄膜的拉曼光谱.图4 表明，硫化亚锡薄膜的拉曼峰位于190 cm－1，属于硫化亚锡的B2g振动模式［11-12］.同之前有关文献对单晶硫
化亚锡拉曼峰的报道相比，该硫化亚锡微米棒薄膜产生了4 cm－1的红移，这可
能是由紧束缚力的原因所致.
图3 硫化亚锡微米棒薄膜的发射光谱
图4 硫化亚锡微米棒薄膜的拉曼光谱
4 结论
通过恒电压法，笔者制备出了高纯度硫化亚锡微米棒薄膜，并分析了它的结构和光学性质，结果表明，薄膜由2～5 μm 长的细棒组成，且优先沿着(101)晶面方向生长.薄膜的带边发射能量约为1.42 eV，和同种材料相比产生大约0.12 eV的蓝移.光谱主要是由坐落在873 nm 的红外发射峰所组成，接近硫化亚锡的带边发射.同时，随着c(EDTA)的增加，发射峰的强度也随之增强，表明c(EDTA)对硫化亚锡的光学性质有重要影响.
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