[发明专利]一种铜银元素比例可调的碘铜银三元化合物薄膜材料及常温原位控制合成方法

说明书

本发明涉及一种铜银元素比例可调的碘铜银三元化合物薄膜材料及其制备方法。碘铜银三元化合物薄膜材料为薄膜状，厚度100‑500nm，所述碘铜银三元化合物分子式为Cu_xAg_1‑xI，其中x＝0.1‑0.9。其制备方法如下：采用磁控溅射方法在基底材料表面溅射一层单质铜，再溅射一层单质银，然后将溅射有铜银的样品置于密封容器中，密封容器中另外放置有碘粒，室温下反应得到碘铜银三元化合物薄膜材料。本发明提供的碘铜银三元化合物薄膜材料为薄膜状，铜银元素比例在1：9‑9：1范围内可调，可调控得到不同光学禁带宽度(2.7‑3.0eV)的膜材料；其在常温条件下采用元素直接反应的方法合成，操作简单，反应迅速，制备过程绿色环保、耗能低。

技术领域

本发明属于无机材料技术领域，具体涉及一种铜银元素比例可调的碘铜银三元化合物薄膜材料及其制备方法。

背景技术

近年来，卤化铅钙钛矿太阳能电池由于其优异的光电性能引起了人们广泛的关注。空穴传输层是卤化铅钙钛矿太阳能电池器件中减少光生电子在正极上复合的关键半导体层。目前该层主要由有机半导体材料制备。由于有机材料的种种缺点，如价格昂贵、电荷迁移率低、有机溶剂使用量大、容易受到环境的影响等，引起了人们对采用无机材料制备该层材料的广泛研究。目前部分无机材料如氧化镍、氧化铜、硫化铜、碘化亚铜、碘化银等已经作为空穴传输材料应用到高性能卤化铅钙钛矿太阳能电池中。

优化卤化铅钙钛矿和无机半导体材料之间的能级关系是提高以无机半导体材料为空穴传输层器件性能的关键。但是目前上述材料很难利用简单、低成本的的化学方法控制能带结构的变化，不能有效地应用到以无机材料为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池器件的研究当中。三元或多元化合物理论上可以进行材料能带结构的调控，如铜铟镓硒(CIGS)，铜锌锡硫(CZTS)等等另外，现有报道中有提到碘铜银三元化合物，但其报道产物多为粉末，不能直接应用到光电器件的制备当中。碘铜银三元化合物理论上有多种铜银原子比，可以通过改变铜银元素比例进而调控材料能带结构。但现有技术报道的调控一般均需较为苛刻的高温、气氛保护的条件下进行。在温和的条件下进行原子比例连续可控的半导体材料的制备研究具有极大的挑战性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种铜银元素比例可调的碘铜银三元化合物薄膜材料及其制备方法。本发明提供的碘铜银三元化合物薄膜材料为薄膜状，铜银元素比例在1：9-9：1范围内可调，可调控得到不同光学禁带宽度(2.7-3.0eV)的碘铜银三元化合物薄膜材料；其在常温条件下采用元素直接反应的方法合成，操作简单，反应迅速，制备过程绿色环保、耗能低。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种铜银元素比例可调的碘铜银三元化合物薄膜材料，为薄膜状，厚度100-500nm，铜、银单质层厚度5～150nm，所述碘铜银三元化合物分子式为Cu_xAg_1-xI，其中x＝0.1-0.9。

按上述方案，上述铜银元素比例可调的碘铜银三元化合物薄膜材料还包括用于负载碘铜银三元化合物的基底材料。

按上述方案，所述基底材料为ITO导电玻璃、FTO导电玻璃、硅片中的一种。

本发明还提供上述铜银元素比例可调的碘铜银三元化合物薄膜材料的制备方法，其步骤如下：在基底材料表面溅射一层单质铜，然后进一步溅射一层单质银，然后将溅射有铜银的样品置于密封容器中于碘蒸汽环境中室温反应至溅射有铜银的样品完全变色得到碘铜银三元化合物薄膜材料。

按上述方案，所述的溅射为直流磁控溅射。

按上述方案，上述制备方法中基底材料表面溅射的单质铜和单质银层的厚度根据需要调控。

按上述方案，密封容器中放置碘粒，作为碘蒸气来源，并且碘粒与溅射有铜银的样品不直接接触。