硫酸铋制备硒化铋热电薄膜

背景技术

热电转换技术是一种新式且环境友好的能源转换技术，其中热电材料又叫温差电材料，能使热能与电能进行直接的相互转化，方便能源的转换与储存。化石能源为主导的能源利用导致温室效应和臭氧层破坏等问题愈发严重，热电材料作为一种能源转换材料可缓解这两大问题。热电材料可以将工农业中产生的废热废气以及太阳光辐射产生的热量转换为电能，即利用温差发电，也可以利用温差制冷代替氟利昂并减少其对臭氧层的破坏。

Bi2Se3属于V2-VI3族，为窄禁带半导体，禁带宽度约为0.24eV。Bi2Te3也具有良好的热电性能，但是由于全球碲矿储量有限，并且正在减少，面临枯竭的危险，Bi2Se3与Bi2Te3相比具有更宽的温度使用范围，并且其性能的温度值通常在室温下，同时砸矿比碲矿储量丰富，因此，近年来用Bi2Se3取代Bi2Te3的研究逐渐成为热点。

Bi2Se3薄膜的制备方法主要有化学气相沉积、连续离子层吸附反应法、脉冲激光沉积、电沉积法等。其中电沉积法成本低，可操作性强，易实现产业化，电沉积法制备Bi2Se3薄膜具有研究意义。

发明内容

本发明为了解决现有制备砸化铋热电薄膜存在的问题，发明了 一种用硫酸铋制备砸化铋热电薄膜的方法。

本发明采用电沉积后热处理制备砸化铋薄膜，采用二氧化锡导电玻璃为基片，以Bi2(SO4)3，SeO2为原料，以稀硝酸为溶剂，按固定摩尔比配制电沉积溶液，先采用晶体管恒电位仪在一定电位和时间下制备前驱体薄膜，以水合联氨为还原剂，在密闭管式炉内加热，使前驱体薄膜热处理后得到目标产物。

本发明的具体制备方法包括如下顺序的步骤:

a.进行二氧化锡导电玻璃基片的清洗，将大小为20mmX 20mm的玻璃片放入体积比丙酮:蒸馏水=5: 1的溶液中，超声波清洗30min;再将基片放入乙醇中，超声波清洗30min;再在蒸馏水中将玻璃基片用超声振荡30min;将上述得到的玻璃基片排放在玻璃皿中送入烘箱中，在100°C下烘干供制膜用。

b.将Bi2(SO4)3、SeO2放入稀硝酸中，获得均匀稳定的电沉积溶液。具体地说，可以将5.0〜10.0份Bi2(SO4)3、1.0〜2.0份SeO2放入1800.0〜3600.0份稀硝酸中，使溶液中的物质溶解。

c.将步骤b所述电沉积溶液倒入三电极装置中，以饱和甘汞电极为参比电极，铂电极为辅助电极，二氧化锡导电玻璃为研究电极，采用晶体管恒电位仪在沉积电位为-0.4V下常温沉积薄膜，沉积时间为20min，自然干燥得到前驱体薄膜样品。

d.将步骤c所得前驱体薄膜样品置于支架上，将前驱体薄膜和水合联氨放入管式炉中，前驱体薄膜样品不与水合联氨接触，水合联氨放入为40.0〜50.0份。将管式炉加热至250〜400°C之间，保温时间1〜3h，然后冷却到室温取出。

e.将步骤d所得物，使其常温自然干燥后，即得到砸化铋热电薄膜。

本发明不需要高真空条件，对仪器设备要求低，生产成本低，生产效率高，易于操作。所得砸化铋热电薄膜有较好的连续性和均匀性，主相为Bi2Se3相，可以实现低成本大规模的工业化生产。

具体实施方式

a.二氧化锡导电玻璃基片的清洗:如前所述进行清洗玻璃基片，基片大小为20mm X20mm。

b.将5.0份Bi2(SO4)3、1.0份SeO2放入1800.0份稀硝酸中，使溶液中的物质溶解。

c.将上述电沉积溶液倒入三电极装置中，以饱和甘汞电极为参比电极，铂电极为辅助电极，二氧化锡导电玻璃为研究电极，采用晶体管恒电位仪在沉积电位为-0.4V下常温沉积薄膜，沉积时间为20min，自然干燥得到前驱体薄膜样品。

d.将步骤c所得前驱体薄膜样品置于支架上，将前驱体薄膜和水合联氨放入管式炉中，前驱体薄膜样品不与水合联氨接触，水合联氨放入为40.0份。将管式炉加热至350°C，保温时间2h，然后冷却到室温取出。

e.将步骤d所得物，进行常温自然干燥，得到砸化铋热电薄膜。