[发明专利]一种双掺杂镧-氧化亚铜/镧-三氧化二铁异质结的制备方法

说明书

本发明公开了一种双掺杂镧‑氧化亚铜/镧‑三氧化二铁异质结的制备方法。(1)将九水合硝酸铁、草酸钠和六水合硝酸镧溶于20mL pH为5.10～5.90的去离子水中，倒入反应釜，插入FTO后于烘箱中反应6～10h，冷却，洗净后烘干，得到镧‑三氧化二铁/FTO。(2)将三水合醋酸钠、CTAB、一水合醋酸铜、六水合硝酸镧溶于85mL pH为5.10～5.90去离子水中。以镧‑三氧化二铁/FTO作为阴极，Pt片作为阳极，在直流电压下沉积，即得到双掺杂镧‑氧化亚铜/镧‑三氧化二铁异质结。本发明对原料及仪器要求不高、工艺简单、周期较短，产品的光电性能稳定。

技术领域

本发明涉及一种双掺杂镧-氧化亚铜/镧-三氧化二铁异质结的制备方法。

背景技术

氧化亚铜(Cu₂O)是一种禁带宽度为2.0～2.3eV的p型直接带隙半导体材料，其光电转换的理论效率可达到20％。Cu₂O具有原料丰富、环保无毒、易合成且光吸收系数高等特点，使Cu₂O纳米半导体材料在太阳能电池、制氢、光催化、气敏元件、生物传感器、船舶防污涂料、锂离子电池等许多领域都有着广泛的应用。但由于Cu₂O的空穴与电子容易复合使其实际光电转换效率远低于理论光电转换效率，大大降低了其实际利用价值。Fe₂O₃是一种具有多种晶形的金属化合物，其中α-Fe₂O₃是一种禁带宽度为2.0～2.2eV的间接带隙n型半导体，其禁带宽度接近于太阳光谱的峰值波长(1.95～2.25eV)，理论可见光吸收率为30％。α-Fe₂O₃具有储量丰富、环保、无毒、耐热、耐腐蚀、价格低等优点，广泛应用于光催化、光化学电池等领域。然而，在实际应用中，由于α-Fe₂O₃的导电性差、空穴传输距离短等缺点，使其光电转换性能不如预期，应用受到限制。

对制备方法进行优化、元素掺杂和形成异质结等措施是克服Cu₂O和Fe₂O₃的上述缺陷的有效方法。本发明采用水热法制备镧掺杂三氧化二铁(La-Fe₂O₃)薄膜，再在La-Fe₂O₃表面采用电沉积法沉积镧掺杂氧化亚铜(La-Cu₂O)薄膜，获得双掺杂镧-氧化亚铜/镧-三氧化二铁(La-Cu₂O/La-Fe₂O₃)异质结，其光电压值可达0.2923V。该制备工艺具有反应条件温和，设备简单、条件稳定，制备周期较短等特点，有望在光电转换领域得到应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用水热法制备La-Fe₂O₃薄膜，再在La-Fe₂O₃表面采用电沉积法沉积La-Cu₂O薄膜，得到双掺杂La-Cu₂O/La-Fe₂O₃异质结。

具体步骤为：

(1)称取0.0848～0.1980g Fe(NO₃)₃·9H₂O、0.0844～0.1970g Na₂C₂O₄和0.0009～0.0043g La(NO₃)₃·6H₂O逐一溶于少量去离子水中并将它们混合，用0.50mol/L的NaOH溶液调节混合液pH为5.10～5.90，配成20mL的混合溶液，并转移至聚四氟乙烯反应釜中。将经过水、丙酮、酒精和蒸馏水超声处理过的FTO放入反应釜中，并置于170℃的烘箱里6～10h，然后取出静置冷却，最后将得到FTO用蒸馏水反复冲洗并烘干，即可在FTO基底上获得La-Fe₂O₃/FTO薄膜。