一種多孔矽/dpp光電複合材料的製備方法
2023-05-27 18:43:06 1
專利名稱：一種多孔矽/dpp光電複合材料的製備方法
技術領域：
本發明涉及光電複合材料技術領域，尤其涉及一種多孔矽/DPP光電 複合材料的製備方法。
背景技術：
自從1990年Canham ( Appl. Phys. Lett., 1990， 57:1046 )發現了室溫 下多孔矽(PS)的強可見光致發光以後，多孔矽的研究激起了研究者的巨 大興趣，時至今日，多孔珪被認為在光電集成(Mater. Res. Soc. Symp. Proe. 2004， 818: 397， Phys. Status Solid B 2004, 241: 2767 )、傳感器(Science 2002， 298: 1759)以及光伏器件(Thin Solid Films 2005, 487: 170)等領域有應用 的潛力。
多孔矽具有獨特的微孔結構，巨大的比表面積，很強的吸附能力，使 其可以成為有機分子很好的載體。利用多孔矽鑲嵌有機物，改變多孔矽的 光電性能，是一個值得探討的問題。以多孔矽作為模板，向其內添加有機 物，這在當今世界已有研究(Appl. Phys. Lett., 2001， 78: 4154， J. Appl. Phys" 2000, 88: 419， Appl. Phys. Lett.， 1993: 2655 )。
成熟的矽工藝以及矽載體優良的光、熱與化學穩定性，都為多孔矽與 有機物複合提供了優越的條件。目前，對多孔矽/有機物的研究大多集中在 發光上，有關多孔石i/有機物複合材料光伏性能的研究則很少。多孔矽作為 光伏材料，具有比表面積大的特點，能夠增加有機材料和無機材料的接觸 面積，提高載流子的擴散能力，這些特點都利於製備光伏器件。
在當前的有機/無機複合光伏器件研究中， 一般都是選用p型有機半 導體與n型無機半導體進行複合，這是因為n型有機半導體的載流子遷移 率普遍低於p型有機半導體的載流子遷移率。N, N，-苯基-3, 4， 9, 10-芘四 羧基二醯亞胺(DPP )是一種n型有機半導體，其電子遷移率高達0.017 cm2 /(V's) (Chem, Mater., 2007, 19:816)，可以與常用的p型有機半導體酞菁
和噻吩
(Adv. Mater" 2002, 14: 99)的空穴遷移率相媲美。 發明內容本發明提供了一種工藝簡單、對設備要求較低的多孔矽/DPP光電復 合材料的製備方法。一種多孔矽/DPP光電複合材料的製備方法，包括以下步驟(1) 將單晶矽片洗淨去油汙，並在丙酮、乙醇和去離子水中分別進 行超聲處理，烘乾，單晶矽片為硼摻雜的p型單晶矽片，電阻率為7.0-7.8 Dcm。如果使用 電阻率更低的矽片，則得到的多孔矽形貌不好控制；如果使用電阻率更高 的矽片，則反應速度太慢，影響材料製備的效率。超聲處理時間為10-15分鐘，保證除去單晶矽表面的灰塵和油脂等 雜質。(2) 將烘千的單晶矽片用氫氟酸清洗除去表面的Si02,在處理後的 單晶矽片背面濺射一層金膜。氫氟酸濃度為5~10%，既可以去除Si02，又不致使單晶矽表面遭到 破壞。金膜厚度為30~50nm,保證單晶矽與電極形成良好的歐姆接觸。(3) 在通電條件下，將覆有金膜的單晶矽片作為陽極，鉑片作為陰 極，置入電解液中進行電化學腐蝕。通電電流密度為5~10mA/cm2,電解液為氫氟酸和乙醇的混合溶液， 其中氫氟酸的質量分數為20-25%;電化學腐蝕時間為10~60min。(4) 在通電條件下，將腐蝕後的單晶矽片作為陰極，鉑片作為陽極， 置入含三氟乙酸的DPP飽和溶液中進行電化學沉積，真空乾燥沉積了 DPP 的單晶矽片，製得成品。所述的DPP #>和溶液的溶劑為N，N-二甲基甲醯胺(DMF)。 上述方法中的含三氟乙酸的DPP飽和溶液可通過如下方法製備(1) 將3， 4， 9， 10-芘四羧基二酐(PTDA )、苯胺、無水醋酸鋅加入到 喹啉中，混合均勻後於N2中在180 185。C下反應，反應完全後冷卻過濾， 得到初產物；(2) 將初產物用NaOH溶液煮洗至洗滌液無明顯綠色為止，再用去離子水洗至中性，最後用無水乙醇洗滌三次，烘乾得紅褐色固體；(3) 將紅褐色固體真空升華，凝固得暗紅色針狀結晶產物，即是純 淨的DPP。(4) 將過量DPP溶於DMF中，然後滴入的三氟乙酸，即得到含三 氟乙酸的DPP的DMF飽和溶液通電電流密度為10 ~ 12 mA/cm2,電化學沉積時間為15 ~ 30 min。 真空乾燥溫度為110~ 120 。C,時間為3 5h。本發明充分利用了多孔矽的多孔結構以及比表面積大的優點，以它為 模板，通過電化學沉積的方法，向多孔矽中鑲嵌一種擁有較高電子遷移率 的有機半導體材料DPP,來實現兩者的複合，該複合方法工藝簡單，對設 備要求較低；另外由於多孔矽與DPP能級結構匹配，因此兩者複合後， 可望能提高體系光生激子的電荷分離效率，具有在光伏器件領域獲得應用 的潛力。
具體實施方式
含三氟乙酸的DPP飽和溶液的製備(1 )將0.98 g ( 2.5 mmol) PTDA、 1.37 ml ( 10 mmol)苯胺、0.5 g 無水醋酸鋅加入到10ml喹啉中，混合均勻後在N2保護下於185。C反應8 個小時，冷卻過濾得到初產物；(2) 將初產物先用5。/。NaOH溶液煮洗至洗滌液無明顯綠色，然後用 去離子水洗至中性，最後用無水乙醇洗滌三次，烘乾得紅褐色固體；(3) 將紅褐色固體真空升華，凝固得暗紅色針狀結晶產物，即是純 淨的DPP,產率為78.2%。(4) 將過量DPP溶於N，N-二曱基曱醯胺(DMF)中，形成懸濁液， 然後滴入0.1mol/L的三氟乙酸0.5 ml,即得到含三氟乙酸的DPP飽和溶 液，其溶劑為N,N-二曱基曱醯胺。多孔矽/DPP光電複合材料的製備 實施例1l.將硼摻雜的p型(111)的單晶矽片洗淨去油汙，並在丙酮、乙醇和 去離子水中分別進行超聲處理IO分鐘，烘乾；2. 將烘乾的單晶矽片用10%的氬氟酸處理除去表面的Si02,在處理後 的單晶矽片背面賊射一層厚度為50nrn的金膜；3. 在通電條件下，將覆有金膜的單晶矽片作為陽極，鉑片作為陰極， 置入氫氟酸和乙醇的混合溶液(HF的質量百分含量為20%)中進行電化學 腐蝕10分鐘，其中通電電流密度為5mA/cm2;4. 在通電條件下，將腐蝕後的單晶矽片作為陰極，柏片作為陽極，置 入含三氟乙酸的DPP飽和溶液中進行電化學沉積15 min， 在110 。C的真 空乾燥箱中烘烤沉積了 DPP的單晶矽片3h,製得成品。其中通電電流密 度為10mA/cm2。實施例21. 將硼摻雜的p型(111)的單晶矽片洗淨去油汙，並在丙酮、乙醇和 去離子水中分別進行超聲處理IO分鐘，烘乾；2. 將烘乾的單晶矽片用10%的氬氟酸處理除去表面的Si02，在處理後 的單晶矽片背面濺射一層厚度為50nrn的金膜；3. 在通電條件下，將覆有金膜的單晶矽片作為陽極，鉑片作為陰極， 置入氫氟酸和乙醇的混合溶液(HF的質量百分含量為20%)中進行電化學 腐蝕60分鐘，其中通電電流密度為5 mA/cm2;4. 在通電條件下，將腐蝕後的單晶矽片作為陰極，鉑片作為陽極，置 入含三氟乙酸的DPP飽和溶液中進行電化學沉積15 min, 在110 。C的真 空乾燥箱中烘烤沉積了 DPP的單晶矽片3h，製得成品。其中通電電流密 度為10mA/cm2。實施例31. 將硼摻雜的p型(111)的單晶矽片洗淨去油汙，並在丙酮、乙醇和 去離子水中分別進行超聲處理IO分鐘，烘乾；2. 將烘乾的單晶矽片用10%的氫氟酸處理除去表面的Si02，在處理後 的單晶矽片背面濺射一層厚度為30nrn的金膜；3. 在通電條件下，將覆有金膜的單晶矽片作為陽極，柏片作為陰極， 置入氫氟酸和乙醇的混合溶液(HF的質量百分含量為25%)中進行電化學 腐蝕10分鐘，其中通電電流密度為10 mA/cm2;4.在通電條件下，將腐蝕後的單晶矽片作為陰極，鉑片作為陽極，置 入含三氟乙酸的DPP飽和溶液中進行電化學沉積15 min,在110 。C的真 空乾燥箱中烘烤沉積了 DPP的單晶矽片3h,製得成品。其中通電電流密 度為10mA/cm2。實施例41. 將硼摻雜的p型(111)的單晶矽片洗淨去油汙，並在丙酮、乙醇和 去離子水中分別進行超聲處理IO分鐘，烘乾；2. 將烘乾的單晶矽片用10%的氫氟酸處理除去表面的Si02,在處理後 的單晶矽片背面濺射一層厚度為30nrn的金膜；3. 在通電條件下，將覆有金膜的單晶矽片作為陽極，鉑片作為陰極， 置入氫氟酸和乙醇的混合溶液(HF的質量百分含量為25%)中進行電化學 腐蝕60分鐘，其中通電電流密度為10 mA/cm2;4. 在通電條件下，將腐蝕後的單晶矽片作為陰極，鉑片作為陽極，置 入含三氟乙酸的DPP飽和溶液中進行電化學沉積30 min， 在110 。C的真 空乾燥箱中烘烤沉積了 DPP的單晶矽片5h,製得成品。其中通電電流密 度為10mA/cm2。實施例51. 將硼摻雜的p型(111)的單晶矽片洗淨去油汙，並在丙酮、乙醇和 去離子水中分別進行超聲處理15分鐘，烘乾；2. 將烘乾的單晶矽片用10%的氫氟酸處理除去表面的Si02,在處理後 的單晶矽片背面賊射一層厚度為50 nm的金膜；3. 在通電條件下，將覆有金膜的單晶矽片作為陽極，鉑片作為陰極， 置入氫氟酸和乙醇的混合溶液(HF的質量百分含量為25%)中進行電化學 腐蝕30分鐘，其中通電電流密度為10mA/cm2;4. 在通電條件下，將腐蝕後的單晶矽片作為陰極，鉑片作為陽極，置 入含三氟乙酸的DPP飽和溶液中進行電化學沉積30 min,在120 。C的真 空千燥箱中烘烤沉積了 DPP的單晶矽片3h，製得成品。其中通電電流密 度為12mA/cm2。實施例61. 將硼摻雜的p型(111)的單晶矽片洗淨去油汙，並在丙酮、乙醇和 去離子水中分別進行超聲處理15分鐘，烘乾；2. 將烘千的單晶矽片用10%的氫氟酸處理除去表面的Si02,在處理後 的單晶矽片背面濺射一層厚度為50nrn的金膜；3. 在通電條件下，將覆有金膜的單晶矽片作為陽極，鉑片作為陰極， 置入氬氟酸和乙醇的混合溶液(HF的質量百分含量為25%)中進行電化學 腐蝕60分鐘，其中通電電流密度為10 mA/cm2;4. 在通電條件下，將腐蝕後的單晶矽片作為陰極，鉑片作為陽極，置 入含三氟乙酸的DPP飽和溶液中進行電化學沉積30 min,在120 。C的真 空乾燥箱中烘烤沉積了 DPP的單晶矽片5h,製得成品。其中通電電流密 度為12mA/cm2。
權利要求
1.一種多孔矽/DPP光電複合材料的製備方法，包括以下步驟(1)將單晶矽片洗淨去油汙，並在丙酮、乙醇和去離子水中分別進行超聲處理，烘乾；(2)將烘乾的單晶矽片用氫氟酸清洗除去表面的SiO2，在清洗後的單晶矽片背面濺射一層金膜；(3)在通電條件下，將覆有金膜的單晶矽片作為陽極，鉑片作為陰極，置入電解液中進行電化學腐蝕；(4)在通電條件下，將腐蝕後的單晶矽片作為陰極，鉑片作為陽極，置入含三氟乙酸的DPP飽和溶液中進行電化學沉積，真空乾燥沉積了DPP的單晶矽片，製得成品。
2. 根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於所述的單晶矽片為 硼摻雜的p型單晶矽片。
3. 根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於所述的步驟(3 )中 的通電電流密度為5 ~ 10 mA/cm2，電化學腐蝕時間為10 ~ 60min。
4. 根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於所述的步驟(3 )中 的電解液為氫氟酸和乙醇的混合溶液，其中氫氟酸的質量分數為20-25 %。
5. 根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於所述的步驟(4)中 的通電電流密度為10~12mA/cm2,電化學沉積時間為15 30min。
6. 根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於所述的步驟(4)中 真空乾燥溫度為110~ 120°C,時間為3 5h。
7. 根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於所述的步驟(4)中 DPP飽和溶液的溶劑為N，N-二曱基曱醯胺。
全文摘要
本發明公開了一種多孔矽/DPP光電複合材料的製備方法，包括以下步驟將單晶矽片洗淨去油汙，並在丙酮、乙醇和去離子水中分別進行超聲處理，烘乾；將烘乾的單晶矽片用氫氟酸清洗除去表面的SiO2，在處理後的單晶矽片背面濺射一層金膜；在通電條件下，將覆有金膜的單晶矽片作為陽極，鉑片作為陰極，置入電解液中進行電化學腐蝕；在通電條件下，將腐蝕後的單晶矽片作為陰極，鉑片作為陽極，置入含三氟乙酸的DPP飽和溶液中進行電化學沉積，真空乾燥沉積了DPP的單晶矽片。本發明的製備方法工藝簡單，另外多孔矽與DPP能級結構匹配，因此多孔矽/DPP光電複合材料具有在光伏器件領域獲得應用的潛力。
文檔編號H01L51/48GK101276881SQ200810062319
公開日2008年10月1日 申請日期2008年5月8日 優先權日2008年5月8日
發明者楠 劉, 剛 吳, 施敏敏, 楊立功, 茫 汪, 陳紅徵 申請人:浙江大學