[發(fā)明專利]硫銦銅納米粉末的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710014810.2
• 申請日: 2007-06-21
• 公開（公告）號: CN101081703A
• 公開（公告）日: 2007-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂孟凱;張愛玉;周媛媛;邱子鳳;馬謙
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: C01G1/12
• 分類號: C01G1/12;C01G3/12;C01G15/00
• 代理公司: 濟南圣達專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 王書剛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及硫銦銅納米粉末的制備方法，屬于無機材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背影技術(shù)

硫銦銅CuInS₂(CIS)具有黃銅礦結(jié)構(gòu)，禁帶寬度1.55eV，是一種優(yōu)秀的光伏材料。眾所周知，能源問題是當(dāng)今世界的重大問題之一，為了有效應(yīng)對全球范圍內(nèi)的能源危機和環(huán)境危機，世界各國正致力于推廣綠色可再生太陽能源的光伏應(yīng)用。作為光伏材料，硫銦銅具有以下優(yōu)點：①禁帶寬度接近太陽能電池材料的最佳禁帶寬度(1.4eV)；②吸收系數(shù)較大；③CuInS₂為直接能隙半導(dǎo)體，這可減少對少數(shù)載流子擴散的要求；④與CuInSe₂相比，CuInS₂不含任何有毒的成分，且成本較低。

太陽能電池的最高理論熱力學(xué)轉(zhuǎn)換效率為31％，近期的理論研究表明采用無機半導(dǎo)體納米顆粒的量子點太陽能電池可以突破這一極限。此外，與染料單分子層相比，無機半導(dǎo)體量子點具有更長的載流子壽命并可實現(xiàn)更高的吸收強度和更寬的吸收范圍。最近提出的以量子點取代有機染料的量子點敏化太陽能電池就是基于這一考慮。該電池需要顆粒小、結(jié)晶性好、能量匹配合適的半導(dǎo)體納米顆粒，而硫銦銅正是一種很好的可選材料。

目前，硫銦銅薄膜的制備技術(shù)相對成熟，常采用蒸發(fā)，濺射，分子束外延及電沉積等一些對設(shè)備和條件要求較高的方法；而其納米顆粒粉末的制備還有待研究。有文獻(2004年9月出版的《物理化學(xué)》雜志B第108期中的論文《膠質(zhì)CuInS₂納米顆粒的分子單源前驅(qū)體合成及表征》)報道過用單源前驅(qū)體法合成硫銦銅納米顆粒，其需要首先合成有機單分子前驅(qū)體，有機合成存在產(chǎn)率問題，且步驟繁瑣，周期較長，成本較高，對合成條件的要求也比較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有硫銦銅納米顆粒制備方法存在的工藝過程繁瑣，成本高以及過程需精確控制等問題，提供一種工藝簡單的硫銦銅納米粉末的制備方法，該方法條件溫和易控制，無需昂貴的設(shè)備，周期短，易操作，制得的納米粉末粒度分布均勻。

本發(fā)明的硫銦銅納米粉末的制備方法包括以下步驟：

(1)將摩爾比為1∶(2～9)∶1的銦鹽、硫代乙酰胺及銅鹽分別溶解在乙二醇中，使三種物質(zhì)分別在三種溶液中完全溶解；

(2)將制得的三種溶液依次混合在一起，在沸騰的條件下回流0.5～4小時，得到黑色沉淀物；三種溶液的混合可以是在均預(yù)熱至80℃的條件下進行。

(3)將所得沉淀物分離、洗滌、干燥，即得到平均粒度分布均勻的硫銦銅納米粉末；

為提高產(chǎn)物的結(jié)晶性，同時使顆粒進一步長大，將上述制得的硫銦銅粉末按以下兩種方法之一進行后續(xù)處理：

A.將制得的硫銦銅粉末分散到乙二醇中，沸騰狀態(tài)下進行回流，自然冷卻后將沉淀分離、清洗、干燥。

B.將制得的硫銦銅粉末在真空、氮氣、硫或者氮氣加硫氣氛保護下熱處理，升溫至260--510℃，保溫20-60分鐘。

此外，第(2)步中在混合溶液回流前加入表面活性劑，可以提高晶粒結(jié)晶性，同時可得到不同形態(tài)的硫銦銅納米結(jié)構(gòu)，如納米空心球。

本發(fā)明以硫代乙酰胺作為硫源，以金屬無機鹽作為銅源和銦源，采用多元醇溶液回流法，制備工藝簡單、安全，反應(yīng)條件要求不苛刻，略微差異不影響合成結(jié)果，具有較強的可操作性和可重復(fù)性；采用本發(fā)明制備的硫銦銅納米粉末粒徑較小，顆粒尺寸分布均勻，容易分散在酒精、水等溶劑中，有利于進一步制備器件使用；通過控制反應(yīng)條件還可以很好的控制合成的硫銦銅顆粒大小；此外，合成的硫銦銅納米粉在乙二醇中再回流以及在真空或其他非氧化氣氛保護下進行熱處理，結(jié)晶性均可大大提高，晶粒尺寸也可增加。

具體實施方式

實施例1

稱取0.242克硝酸銅(Cu(NO₃)₂·3H₂O)、0.382克硝酸銦(In(NO₃)₃·4.5H₂O)和0.376克硫代乙酰胺(TAA)分別溶于4毫升、4毫升和10毫升乙二醇中；三種溶液均預(yù)熱至80℃；先將硝酸銦溶液與TAA溶液混合攪拌，混合溶液仍保持80℃至溶液變黃，然后將硝酸銅溶液倒入，攪拌得黑色溶液；將該黑色混合溶液轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中加熱至沸騰狀態(tài)，回流1.5小時，停止加熱后將三口瓶放入冷水中強制冷卻；將所得沉淀物離心分離，依次用丙酮、乙醇離心清洗；在60℃真空烘干即可得平均粒徑小于10nm的硫銦銅納米晶粉末。

實施例2