[发明专利]一种AgBiS2

说明书

本发明涉及一种AgBiS₂薄膜及其制备方法和应用，该制备方法包括以下步骤：按Ag：Bi＝1:1～3的摩尔比向水中加入可溶性银盐和可溶性铋盐，并加入硫摩尔量不低于Ag和Bi之和的可溶性硫代硫酸盐，混匀后，加酸调节pH值＝3，得到前驱体溶液；所述前驱体溶液中，可溶性硫代硫酸盐的阳离子，可溶性银盐、可溶性铋盐以及酸的阴离子均不参与沉积反应；将衬底置于前驱体溶液中，80℃±5℃静置沉积至少30分钟，取出衬底；将衬底在80～300℃的空气中退火，得到附着有AgBiS₂薄膜的衬底。该制备方法具有操作简单、反应条件温和、成本低廉、对设备与环境要求低等优点，制备出的AgBiS₂薄膜质量高、光学和电学性能好，光伏性能良好、探测性能良好，在光电领域具有极大的应用潜力。

技术领域

本发明涉及光电器件吸光层材料制造技术领域，尤其涉及一种AgBiS₂薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

AgBiS₂是一种无毒、储量丰富的材料，具有合适的禁带宽度(～1.1eV)和高的紫外-近红外吸收系数(约10⁵cm^-1)，是光电子领域最有前途的材料之一。基于AgBiS₂材料的太阳能电池表现出了超高的稳定性，取得了超过6.4％的光电转化效率，在光伏领域表现出了极大的应用潜力。然而，高效的光电器件都是基于AgBiS₂量子点实现的。量子点的合成步骤复杂，表面配体调控等系列工程对材料及器件的性能具有较大的影响。纳米级晶粒大小的AgBiS₂很难沉积得到足够厚度、晶粒大的薄膜，限制了其在光电器件方面的应用。因此，发展简单的AgBiS₂薄膜制备技术是必要的。

目前，AgBiS₂薄膜大多采用传统的分子前驱体、溶胶-凝胶和胶体纳米晶等溶液法，前驱体制备AgBiS₂薄膜的方法由于存在热分解反应，导致AgBiS₂薄膜质量降低，容易出现孔洞；胶体纳米晶制备AgBiS₂薄膜的方法工艺复杂，需要惰性气体保护、多次离心清洗表面配体等复杂操作。

化学浴沉积(CBD)方法中离子直接吸附在衬底上形成薄膜，其他残留物则留在溶液中，因此薄膜中杂质少，且操作简单。然而，化学浴沉积法制备AgBiS₂薄膜的过程中Ag₂S和Bi₂S₃沉积速率难以保持平衡，导致AgBiS₂薄膜中掺杂有Ag₂S或Bi₂S₃等杂相，结晶性差，甚至是非晶态沉积。由于薄膜中的任何孔洞和不均匀性都可能导致器件完全或部分短路进而影响器件性能，所以目前并无化学浴沉积法制备物相单一、质量高以及光电器件性能优异的AgBiS₂薄膜的报道。

发明内容

针对现有技术无法通过化学浴沉积法制备物相单一、质量高及光电器件性能优异的AgBiS₂薄膜的问题，本发明通过调节前驱体化学成分组成、化学环境、薄膜沉积时间以及退火温度，利用化学浴沉积法在低温条件下制备出了高纯度、大晶粒、高质量的AgBiS₂薄膜，能够满足太阳能电池和光电探测器(可见光与X射线)的需求，在AgBiS₂薄膜制备方面表现出了极大的应用潜力。

本发明提供的技术方案具体如下：

第一方面，本发明提供一种制备AgBiS₂薄膜的方法，包括以下步骤：

按Ag：Bi＝1:1～3的摩尔比向水中加入可溶性银盐和可溶性铋盐，并加入硫摩尔量不低于Ag和Bi之和的可溶性硫代硫酸盐，混匀后，加酸调节pH值＝3，得到前驱体溶液；所述前驱体溶液中，可溶性硫代硫酸盐的阳离子，可溶性银盐、可溶性铋盐以及酸的阴离子均不参与沉积反应；