[发明专利]层状多元光电硫化物的水热制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新型光电化合物材料合成领域，涉及一种层状多元光电硫化物的水热制备方法。

背景技术

随着材料科学的不断发展，新型多元光电化合物材料已经成为各国科学工作者所关注的重要研究目标。然而，如何通过简单、经济和有效的方法获得具有优异物理性质的多元光电化合物材料是实现这一重要目标的前提。目前，通过不同实验手段设计合成多元光电化合物材料已经成为人们研究的热点之一。

在光电化合物材料中，二元光电化合物材料已经被广泛研究并应用于各个领域。然而，随着科学的不断进步这些材料不能够完全满足人们的需求。材料的多元化是丰富其性质的自然思路，也符合人类研究和应用新型光电化合物材料的历史发展规律。循着多元化的这一思路，很自然我们会想到寻找和设计多元光电化合物材料，进一步增加其物理和化学性质的可调性，满足在特定应用中的要求，因此，人们希望通过材料的多元化来进一步实现二元材料不具备的优异性质以满足人类的需求。

硫化物是一类重要的半导体化合物，这些化合物广泛地应用于太阳电池、晶体管、光探测器及热敏器件等领域。从硫化物作为太阳能电池吸收层的发展过程来看，从二元的Cu₂S到三元的CuInS₂,CuInSe₂乃至最近的四元化合物Cu₂ZnSnS₄，可以发现元素种类的逐渐增多，即多元化合物和合金半导体是发展的方向。不仅太阳能光伏器件如此，其他各类的功能器件也朝着材料多元化的方向发展。原因是多元合金化是设计新材料的重要途径，由于化学成分和结构自由度的增多，多元合金材料表现出各种丰富，独特的性质，大大拓宽了应用材料的选择范围。

比如特别从三元CuInSe₂变成四元CuIn_xGa_1-xSe₂合金，带隙可以通过调节Ga和In的相对成分进一步降低，到1.4-1.5eV左右，接近单结太阳能电池吸收层的理想带隙。然而，自由度增多也意味着性质更加的复杂，因此对多元化合物的性质研究比单元和二元化合物性质研究更加困难。除了CuIn_xGa_1-xSe₂和Cu₂ZnSnS₄等材料具有良好的光电性能外，CuMS₂(M=Sb,Bi)也是一类重要的光电化合物，然而对这类光电化合物的研究却很少。

硫化物材料可以通过固相烧结和液相法合成。固相烧结过程需要较高的反应温度，并且对实验设备的要求较液相法更高。因此，液相法成为硫化物合成的重要方法。在众多液相合成方法中，水热法因为制备方法简单，所需的实验设备廉价等优点而被广泛地应用于各种多元硫化物半导体的制备。

发明内容

面对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种层状多元光电硫化物的水热制备方法，以通过简单方法、廉价的设备获得质量优异的层状多元光电硫化物。

在此，本发明提供一种层状多元光电硫化物的水热制备方法，所述多元光电硫化物的化学组成为AQ₂MS₃、AQMS₂、AQM₂S₆、A₂QMS₄、A₂Q₂MS₄、A₂Q₂M₂S₆、A₂QM₂S₆、A₃Q₉M₄S₁₂、A₃Q₃M₂S₈、AQMS₃、或A₄Q₆M₃S₁₄，其中，A为Li、Na、K、Rb、Cs中的任意一种；Q为Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Ag、Cd、Sn中的任意一种；M为Sb、Bi、Ge、Sn、As、Mn、Nb、W中的任意一种；

所述制备方法包括：

（1）将化学计量比的Q源和M源与过量的硫源、AOH以及水混合均匀后在水热釜中于150～250℃水热反应1～10天；