[发明专利]一种层状氧硫族光电材料FeOCuQ及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种层状氧硫族光电材料FeOCuQ及其制备方法。本发明的层状氧硫族光电材料FeOCuQ中，Q为S、Se或S与Se的混合，该体系晶体结构由FeO层和CuQ层间隔排列堆积成反PbO型层状结构，其中FeO层是以Fe为中心原子的FeO4四面体共边连接构成，CuQ由以Cu为中心原子的CuQ4四面体共边连接构成。本发明采用水热法合成了光电材料FeOCuQ，具有高效、低耗、原料来源丰富且工艺简单的特点。本发明制得的FeOCuQ光电材料在模拟太阳光照下表现出明显的光电效应和快速的响应时间，在光电探测以及太阳能电池等领域有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种层状氧硫族光电材料FeOCuQ及其制备方法和应用，属于光电技术领域。

背景技术

在诸多太阳能电池材料中，硫族化合物具有结构种类繁多，载流浓度高、带隙合适、光电性能突出等诸多优点，在薄膜电池领域备受青睐。然而，已发现的光电性能优异的硫族化合物大都局限于黄铜矿及其衍生结构的硫族化合物中(如CdTe、CIS、CIGS和CZTS等)，且考虑到此结构的硫族光电材料具有制造成本高、材料利用率低、环境不相容等缺点，在应用上受到多方限制，并非硅的理想替代材料。与之相比，层状氧硫族化合物具有可调谐的带隙、超高的层内载流子迁移率和可靠的环境稳定性等优势，已成为高速低功耗器件、量子输运器件、超快高敏红外光探测、光电器件等领域的研究热点。虽然理论计算研究表明层状铋氧硫族化合物BiOCuS在光电应用中的理想转换效率高达18.8％，但目前为止该类材料的光电流仍远低于传统硫族光电材料Cu(In_xGa_1～x)Se₂(CIGS)和CdTe，大大限制了它们在光电领域中的进一步应用。如何进一步提高光电转化效率、降低成本，是层状氧硫族光电材料获得实际应用的决定性因素之一。从技术的角度上来说，原料储量丰富、无毒、且无污染是光电材料可以实际运用的重要因素。因此，寻找高效、低耗的新型氧硫族光电材料，对氧硫族光电材料的实际运用和理论研究是十分有意义的。另一方面，常规的固相法通常需要极端的反应条件和较高的成本，溶剂热法则通常需要采用独特的前驱体，其合成工序通常也比较繁琐复杂。因此，寻找更为简便、快捷，无需任何辅助的有机溶剂或危害试剂的水热合成路径，制备高结晶度、高纯度且性能优异的新型多元层状氧硫族半导体材料，并研究其光电性能，无论从基础研究，还是从性能和应用的角度来看，都有着非常重要的意义。

发明内容

本发明解决的技术问题是：如何获得一种高结晶度、高纯度且性能优异的新型多元层状氧硫族半导体材料的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种层状氧硫族光电材料，所述层状氧硫族光电材料的化学组成为FeOCuQ，其中，Q为S、Se或二者的混合。

优选地，所述层状氧硫族光电材料具有FeO层和CuQ层间隔排列的反PbO型层状结构，所述的FeO层是以Fe为中心原子，O为配位原子的FeO₄四面体共边连接而成的二维网络结构；所述的CuQ层是以Cu为中心原子，Q为配位原子的CuQ₄四面体共边连接而成的二维网络结构。

本发明还提供了上述的层状氧硫族光电材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将Fe源和Cu源加入去离子水中混合并搅拌均匀，得到溶液A；

步骤2：向溶液A中加入Q源，再加入固体碱AOH，搅拌混合均匀，得到混合溶液；

步骤3：待步骤2所得混合溶液冷却至室温后，转移至反应釜中反应；

步骤4：反应结束后将产物洗涤、离心后烘干，得到样品；

步骤5：将步骤4所得样品压片后煅烧，得到层状氧硫族光电材料FeOCuQ。

优选地，所述步骤1中的Fe源为可溶性Fe盐，所述Cu源为可溶性Cu盐，所述Fe源和Cu源的摩尔比为1:1；所述溶液A中Fe源和Cu源的浓度为0.02mol/L。