CuGaS2超薄膜的制备及性能+文献综述(3)
目前，常用于制备I-III-VI2族半导体薄膜的方法主要分为以下几大类：(1)、化学气相沉积[4]；(2)、离子层气相反应[5]；(3)、电沉积[6]；(4)、喷雾热解[7]；(5)、金属有机化学气相沉积[8]；(6)、溅射沉积[10]等。然而，上述的这些实验方法大多数都是需要非常昂贵的特殊实验装置以及严苛的实验条件。所以，为了能够避开这些问题，学者们又开发出了其他新的实验方法，如连续层吸附反应法[10]和化学浴沉积法[11]，但由于一些原因，这两种方法所制得的薄膜，结晶性往往较差，满足不了应用的要求。
而在之前的研究中，已有学者通过层层自组装技术加上热处理，在固体的基板上组装二元半导体硫化物薄膜，如CdS薄膜和HgS薄膜[12-13]等。因此，我们猜测，也许可以通过这样的方法来制备CuGaS2超薄膜。
另外，层层自组装技术可以组装高度有序的多层结构，这样也就意着可以通过静电相互作用、分子间作用力以及氢键等，来构筑二文阵列和三文网络结构。然后通过煅烧处理，这种高度有序的层状结构更有利于得到结晶性较好的薄膜。
而CuGaS2，作为I-III-VI2三元硫化物铜基材料中具有代表性的一员，在绿光区的光发射装置中，具有潜在的应用前景，这是由于三元硫化物铜基材料具有宽广的能带间隙，同时在红外发射的产生和探测中也有着广阔的应用前景。设计并合成出CuGaS2纳米材料是对其应用研究、结构、特性的基础和前提。这一性质同时也肯定了CuGaS2材料的开发价值和利用价值。
1.2 CuGaS2的性质
对于I-III-VI2族半导体纳米材料，大致可以分为具有特定形貌的纳米材料和纳米薄膜两大类。对于这些材料的合成方法是多种多样的。不同的合成方法对于产物物相、形貌、尺寸甚至性能，都可能会产生很大的影响。因此，选择恰当的制备路线对高质量I-III-VI2族半导体纳米材料的获得是至关重要的。
而CuGaS2[14]是三元硫属化合物半导体家族中具有代表性的一员，直接带隙为~2.4 eV。作为p型半导体，CuGaS2纳米材料了已经被广泛的应用于可见-紫外发光设备[15]、薄膜太阳能电池[16]、光电准换器件[17]、非线性光学设备和检测器[18]以及光催化[19]等领域。
考虑到CuGaS2[20]的性质，尤其是光学性质[21]，因而可以在光电器件、非线性光学器件、激光二极管方面起到非常重要的作用，并能够进行广泛的应用；而CuGaS2材料在太阳能领域也是一种非常好的选择，与其他材料相比，其吸收度比其他材料要高出很多，并且光电转化率也非常可观，因此在太阳能领域，人们对CuGaS2超薄膜进行不断研究，近年来此材料也被广泛应用。
CuGaS2超薄膜的用途非常广泛，尤其在集成电路和大规模集成电路。CuGaS2超薄膜之所以有如此广泛的用途，是因为它的内部电子可以做多样化运动。它的性质密切依赖于杂质、光照、压力等因素。
该类的半导体[21]材料与其他薄膜太阳电池材料相比，比其它薄膜太阳电池材料具有更高的吸收系数，因此，这提高了光伏电池的光电流进，从另一个角度讲也是加强光伏电池的光电转换效率。如果在铜基材料本征禁带宽度中间，引入新的、被电子部分占据的能带，那么就可以进一步吸收能量小于本征禁带宽度的光子，从而能够提高这类材料的光吸收能力，这也是一种非常有效的方法。对于体块材料通常采用杂质掺杂[22]的方法获得中间能级，这类相关研究都还处于初步探索阶段，不论在理论上还是实验上，都是如此。
1.3 CuGaS2的制备方法
早在上个世纪七十年代，科学研究者们就开始研究I-III-VI2族半导体纳米材料的结构及光电性质。研究结果表明，在太阳能电池、纳米技术等诸多领域中，I-III-VI2族半导体纳米材料都具有广泛的应用前景。因而，对于I-III-VI2族半导体纳米材料的研究一直是人们的研究焦点之一。其中，有关I-III-VI2族半导体纳米薄膜的研究更是引人关注。目前，关于I-III-VI2族半导体纳米薄膜的制备方法主要有如下几种：硫化法、电沉积法、化学沉积法、喷雾法、热解法等。其中，电沉积法因方法简单、可靠且经济实用而被广泛采用。电沉积法的优点在于可以通过简单的调节反应参数(沉积电势等)和电解液的组成，即可得到大面积的高质量薄膜。此外，它还具有设备成本较低、可低温制备以及形貌、组分、薄膜厚度可控等一系列优点。