一种简易的硫化亚锡微米棒薄膜的合成＊

杜元宝，韩 聪，蔡嫦芳，孟庆哲，孟秀清，吴锋民

(浙江师范大学LED 芯片研发中心，浙江 金华 321004)

0 引言

硫化亚锡的直接带隙为1.2～1.5 eV，间接带隙为1.0～1.1 eV，是用来制备太阳能电池器件吸收层的良好材料.此外，杰出的光电性质及单质S 和Sn 在自然界中广泛存在且具有环保无毒害等特点，再次表明硫化亚锡在光电领域的显著优势［1-3］.有文献报道，硫化亚锡的光电转化效率已经达到25%［4］.目前，制备硫化亚锡微米棒薄膜的方法主要有:化学沉积法［5］、电化学沉积法［6］、真空蒸镀法［7］、喷雾裂解法［8］等.在以上所有方法中，电化学沉积法由于其成本低、环保无毒害、操作简单、容易大面积生产而受到了广泛的关注.

1 实验原理

在沉积SnS 微米棒薄膜的过程中，由于相同浓度的Sn2+析出电位比S2O32－小，S 和Sn 很难按1 ∶1 的比例共沉积，而络合剂乙二胺四乙酸(EDTA)的加入对Sn 的析出有抑制作用，实质上是起到过渡的作用，这样有利于得到高质量的SnS 微米棒薄膜.实验所用的沉积溶液为:硫酸亚锡、硫代硫酸钠和EDTA 的混合溶液，实验装置为电化学工作站，薄膜的沉积原理如下:

影响SnS 微米棒薄膜的沉积因素很多［9］，比如溶液的pH、离子浓度比、沉积电位、溶液温度、超电位等，因此，只有结合理论的推导和具体的客观实际反复进行实验探索，才能找到最佳的实验参数，这也是电化学沉积的一个不足之处.

本文的研究重点是制备出高纯度的硫化亚锡微米棒薄膜，并且研究硫化亚锡微米棒薄膜的结构和表面形貌及EDTA 对薄膜发光的影响.

2 实验设计

3 结果与讨论

图1 为硫化亚锡微米棒薄膜的XRD.从图1中峰值的强度和尖锐程度可以看出，该薄膜具有较好的结晶质量.无杂质峰出现，表明单晶硫化亚锡已合成.同时，从生长机制上看，图1 表明薄膜优先沿着(101)晶面方向生长［10］.

图2 为硫化亚锡微米棒薄膜的表面形貌，可以看出，薄膜是由长度为2～5 μm 的细棒组成，此外，还看到微米棒朝着各个方向，比较凌乱，且彼此交叉在一起，但是显示了较好的表面覆盖率.

图1 硫化亚锡微米棒薄膜的XRD

图2 硫化亚锡微米棒薄膜的表面形貌

图3 为硫化亚锡微米棒薄膜的发射光谱，计算可知薄膜的带边发射能量约为:1.42 eV，和同种材料相比产生了约0.12 eV 的蓝移.光谱主要是由坐落在873 nm 的红外发射峰所组成，接近硫化亚锡的带边发射.同时，发现随着c(EDTA)的提高，峰值的强度也随着增加，这说明c(EDTA)对硫化亚锡的光学性质有重要的影响.

图4 为硫化亚锡微米棒薄膜的拉曼光谱.图4 表明，硫化亚锡薄膜的拉曼峰位于190 cm－1，属于硫化亚锡的B2g振动模式［11-12］.同之前有关文献对单晶硫化亚锡拉曼峰的报道相比，该硫化亚锡微米棒薄膜产生了4 cm－1的红移，这可能是由紧束缚力的原因所致.

图3 硫化亚锡微米棒薄膜的发射光谱

图4 硫化亚锡微米棒薄膜的拉曼光谱

4 结论

通过恒电压法，笔者制备出了高纯度硫化亚锡微米棒薄膜，并分析了它的结构和光学性质，结果表明，薄膜由2～5 μm 长的细棒组成，且优先沿着(101)晶面方向生长.薄膜的带边发射能量约为1.42 eV，和同种材料相比产生大约0.12 eV的蓝移.光谱主要是由坐落在873 nm 的红外发射峰所组成，接近硫化亚锡的带边发射.同时，随着c(EDTA)的增加，发射峰的强度也随之增强，表明c(EDTA)对硫化亚锡的光学性质有重要影响.

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