硫化物

硫化物

硫屬化物材料由至少一種硫屬陰離子(群組 16 元素)組成,尤其是硫化物、硒化物和碲化物(紅色標示)。過渡金屬硫屬化物由一種鍵合硫屬化物(S、Se、Te)的過渡金屬(d 區元素)所組成。此類材料展現了獨特的材料屬性,為共價鍵並展現半導體屬性。

過渡金屬二硫屬化物 (TMD) 包含形成金屬二硫化物 (MS2)、金屬二硒化物 (MSe2) 或金屬二碲化物 (MTe2) 的金屬。週期表標示為綠色的部分是最近特別引人關注的 TMD 材料研究。

應用

原子層沉積 (ALD) 技術可用來直接或透過在原子層沉積 (ALD) 後運用硫化退火來沉積薄膜硫屬化物材料。原子層沉積 (ALD) 技術提供獨特的能力,可以在三維特性下一致地沉積薄膜,並展現準確的材料構成和可控制的薄膜厚度。

近年來光伏 (PV)、光子、催化和節能應用的過渡金屬硫屬化物材料特別受到矚目,尤其是硫化物硫屬材料。

沉積於 CNT 平台的硫屬化物薄膜之範例

  • ZnS – Zn(1-x)OxS – CoS
  • In2S3 – PbS – Sb2S3
  • Cu2S – Cu2ZnSnS4

單接合效率極限

原子層沉積 (ALD) 硫化物吸收劑

參考資料:Dasgupta, N. P., et al., Accounts Chem Res 48, 341–348 (2015)。

硫化物光伏 (PV)

原子層沉積 (ALD) 技術可用來沉積薄膜硫屬化物材料。

光伏 (PV) 應用的硫化物材料已在探索吸收材料時充分發掘,其帶隙能量更適合實現高效率(在 1-1.6 eV 時可達 31 – 34% 的效率)。四元薄膜可使用原子層沉積 (ALD) 技術(包含銅-鋅-錫-硫 (CZTS))來沉積。原子層沉積 (ALD) 所沉積的材料也可用於加工緩衝器/主發光體材料(In2S3、ZnS、CdS 和 Zn(O,S))。

能量儲存

許多人對原子層沉積 (ALD) 所沉積的材料進行研究,尤其是針對能量儲存和電池應用的效能提升程度。

  • Cu2S / 奈米碳管 (CNT) 陰極 @260 mA h g-1
  • Li2S @ 800 mA h g-1

光子學

硫化物材料也常用於光子和太陽能應用層面。
TFEL 顯示器專用的 ZnS(第一個原子層沉積 (ALD) 的工業應用)


Cu2S / SnS2 / ZnS 三層沉積於矽溝槽晶圓上
參考資料:Thimsen et al. , Chemistry of Materials, 24(16), 3188–3196 (2012)

2D 硫化物

二維二硫屬化物因其獨特的材料屬性已廣受研究,包含帶隙半傳導屬性、光激發螢光和吸光度,而薄膜厚度已縮減至單層厚度。原子層沉積 (ALD) 提供直接實現一分子層厚薄膜的方法。研究特別針對開發兩步驟製程,運用原子層沉積 (ALD) 和硫化退火,或是過渡金屬二硫屬化物 (TMD) 材料的直接生長方法。
TFEL 顯示器專用的 ZnS(第一個原子層沉積 (ALD) 的工業應用)

參考資料 - 在 Veeco CNT 原子層沉積 (ALD) 平台上完成的最新出版品

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