[发明专利]一种大面积超薄石墨烯/二硫化钼超晶格异质材料

摘要

一种大面积超薄石墨烯/二硫化钼超晶格异质材料，采用层递式转移方法制备的由石墨烯和二硫化钼薄膜构成的多层薄膜，石墨烯的厚度是0.34‑2nm，面积要求是0.25mm2‑1cm2，二硫化钼的厚度是0.65‑3.5nm，面积要求是0.25mm2‑1cm2，采用化学气相沉积方法制备，并利用湿法循环转移直至形成总厚度为3.96‑110nm，形成超晶格异质结构，并将该大面积超薄石墨烯/二硫化钼形成的超晶格异质材料用于二维材料/单晶硅异质太阳能电池中。本发明的优点是：在不增加设备成本的前提下，制备新型超薄二维超晶格材料/单晶硅异质太阳能电池，最终提高了电池的光电转换效率。 1

主权项

1.一种用于二维材料/单晶硅异质太阳能电池的大面积超薄石墨烯/二硫化钼超晶格异质材料的制备方法，该大面积超薄石墨烯/二硫化钼超晶格异质材料的特征在于：采用层递式转移方法制备的由石墨烯和二硫化钼薄膜交替生长的多层薄膜，材料面积达到0.25mm2‑1cm2，二硫化钼的厚度为0.65‑3.5nm，石墨烯的厚度为0.34‑2nm，超晶格异质结的周期设置为4‑20个，每个循环周期的厚度为0.99‑5.5nm，然后利用湿法循环转移直至形成总厚度为3.96‑110nm厚的超晶格异质结构，即为大面积超薄石墨烯/二硫化钼超晶格异质材料；该大面积超薄石墨烯/二硫化钼超晶格异质材料的制备步骤如下：1)大面积石墨烯薄膜的制备以铜箔为石墨烯沉积衬底，先将铜箔放入浓度为5wt％的稀盐酸溶液中，超声5min，然后取出铜箔放在去离子水中超声10min，取出用氮气枪吹干，然后利用PECVD生长大面积石墨烯薄膜，其中沉积温度为300‑750℃，反应气源为甲烷、氢气和氩气的混合气体，混合气体中甲烷占总气体体积流量的20‑50％、氢气占总气体体积流量的1‑15％、其他为氩气，功率为100‑300W，压强为50‑1000Pa，沉积时间为10‑100s，制得石墨烯薄膜，所述PECVD沉积设备型号为13.56MHz‑100MHz；2)大面积二硫化钼薄膜的制备通过CVD方法制备大面积二硫化钼，生长材料选择硫和钼箔，在管式炉中进行钼箔硫化，温度为500‑700℃，氩气的通入流量为50‑100sccm，生长时间为1‑60min，制得二硫化钼薄膜，所述沉积设备为三温区管式炉；3)石墨烯/二硫化钼超晶格异质材料的制备首先将大面积二硫化钼薄膜转移到SiO2衬体上，方法是利用旋涂仪在沉积二硫化钼薄膜的钼箔上旋涂一层均匀的PMMA，旋涂机在150r/min低速下运行5s、再在3000r/min高速下运行1min，然后在80℃下热烘2min，重复以上步骤，完成第二次甩胶和热烘，然后利用浓度为0.5mol/L的FeCl3溶液将底部的钼箔刻蚀掉，形成悬浮在溶液中的二硫化钼薄膜，然后采用捞取的方式将二硫化钼薄膜转移到SiO2衬体上，然后浸泡在丙酮中去胶；采用上述相同的方法，完成石墨烯薄膜的转移，依次转移二硫化钼和石墨烯薄膜后，形成大面积超薄石墨烯/二硫化钼超晶格异质材料。