[发明专利]一种制备氧化铜掺杂二氧化钛梯度薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体金属氧化物薄膜的制备及应用领域，涉及掺杂二氧化钛薄膜的制备，特别是一种氧化铜掺杂二氧化钛梯度薄膜的制备方法。

背景技术

二氧化钛(TiO₂)是一种新型的无机功能材料，其表现出优异的光催化活性、光电特性、热导性能和化学稳定性等物理化学特性，广泛应用于太阳能电池、催化剂、传感器、化妆品、功能陶瓷、油漆涂层和生物医学等领域。随着人们对TiO₂认识的不断深入，其应用也不断得到拓展。但TiO₂在实际应用中也存在一些缺陷：(1)TiO₂光吸收仅局限于波长较短的紫外光区，对太阳光的吸收尚达不到照射到地面太阳光谱的5％，限制了对太阳能的利用；(2)光生载流子(h+，e-)很易重新复合，降低了光电转换效率，从而影响了光催化的效率。如何提高TiO₂在可见光范围的光谱响应、光催化量子效率、光电转换效率及光催化反应速度是TiO₂半导体光电性能研究的中心问题，也是TiO₂实用化过程中必须解决的关键问题。

TiO₂性能的改善主要是提高其光生电子-空穴对的产额，同时抑制电子-空穴对的重新复合。为了提高TiO₂的光电性能，人们采用各种手段对TiO₂进行改性，包括半导体表面修饰、表面螯合或衍生、贵金属沉积、表面敏化、金属离子掺杂、非金属掺杂和半导体材料复合等。

其中半导体复合是提高TiO₂光电性能的有效手段，其本质上是一种颗粒对另一种颗粒的修饰。复合方式包括简单的组合、掺杂、多层结构和异相组合等。近年来关于TiO₂半导体复合体系的研究主要有TiO₂-金属硫化物(TiO₂-CdS、TiO₂-PbS、TiO₂-CdSe等)和TiO₂-属氧化物(TiO₂-CeO₂、TiO₂-Fe₂O₃、TiO₂-WO₃等)。二元复合半导体中两种不同的能级差别可增强电荷分离、抑制电子与空穴的复合，扩展光致激发波长范围，提高光子利用率，从而显示出比单一半导体具有更好的稳定性，其光电性能的提高归因于不同能级半导体之间光生载流子的运输与分离。

另一方面，功能梯度材料一直是新材料研究的热点之一，III-V族混合半导体合金系统的禁带宽度是其组成的函数，而且，禁带宽度梯度化的III-V族混合半导体构成的异质结的电运输性能比突变异质结好。在氧化物半导体方面，Mishrna等人(Chem.Phys.，1992，163，401)所进行的理论和实验研究显示Ti_1-xPb_xO₂固溶体的禁带宽度随其组成x的不同而变化。Zhao等人(Thin SolidFilms.1999，340，125)研究了半导体氧化物Ti_1-xV_xO₂固溶体薄膜的光电性能，虽然VO₂的禁带宽度较小(为0.62eV)，但是，VO₂是亚稳态晶相，对制备工艺要求苛刻，不利于工业化大规模生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种制备氧化铜掺杂二氧化钛梯度薄膜的方法，其目的在于拓宽TiO₂在可见光的光响应范围，从而改善其作为电极的光电特性和化学稳定性。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种制备氧化铜掺杂二氧化钛梯度薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)制备不同Cu/Ti摩尔比的溶胶