[發明專利]銅銦硫半導體納米粒子的制備方法

無效

• 申請號: 200810101428.X
• 申請日: 2008-03-06
• 公開（公告）號: CN101234779A
• 公開（公告）日: 2008-08-06
• 發明（設計）人: 鐘海政;李永舫
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: C01G15/00
• 分類號: C01G15/00;C01G3/12;C01B17/20
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 李柏

技術領域

本發明涉及銅銦硫半導體納米粒子的制備方法。

技術背景

隨著納米科技的發展，納米材料科學已經成為當前材料科學發展的一個不可或缺的重要領域。從某種意義上來說，納米材料研究的進展勢必把物理、化學、生物等許多學科推向一個新的層次，同時也會給21世紀技術研究帶來新的機遇。隨著能源問題的日益緊迫，太陽能電池作為一種可再生的清潔能源引起了全世界的廣泛關注。將納米材料和技術應用于太陽能電池中有可能能夠大大提高現有的太陽能電池的轉化效率，降低太陽能電池的生產成本，推動新型太陽能電池的開發。在這種情況下，開發可用于太陽能電池的納米材料成為一個新的挑戰。

CuInS₂是I-III-VI2半導體化合物材料，具有黃銅礦結構，禁帶寬度為1.50eV，吸收系數較大，并且CuInS₂不含任何有毒的成分，因此CuInS₂是一種很好的太陽能電池材料。目前基于CuInS₂的薄膜太陽能電池轉換效率已經達到14.4％。但是目前制備這種太陽能電池的主要工藝有化學氣相沉積，磁控濺射，電化學沉積等方法。這些方法對條件的要求比較高，制備工藝復雜，目前的成本比較高。首先合成CuInS₂納米粒子，通過旋涂成膜、然后燒結的工藝將是一個很好解決CuInS₂太陽能電池工業化的路線。此外，通過理論計算得到的CuInS₂半導體的激子半徑為4.1nm，所以預期當CuInS₂的半導體納米粒子的尺寸與其激子半徑相當時會表現出很強的量子限域效應。這些性質使得CuInS₂的半導體納米粒子在聚合物太陽能電池、染料敏化太陽能電池、生物標記、化學檢測中具有潛在的應用。但是由于CuInS₂三元半導體納米粒子的合成制備比較困難，目前只有少數報道。例如美國的S.L.Castro等人通過先制備(Ph₃)₂CuIn(SEt)₄前驅體、然后在十六烷基硫醇中裂解該前驅體，得到了粒徑大小為2～4nm的CuInS₂半導體納米粒子(Castro，S.L.et?al.J.Phys.Chem.B?2004，108，12429)。美國的Nairn等人利用紫外燈光解類似的前驅體也得到了粒徑為2nm左右的CuInS₂半導體納米粒子(Nairn，J.J.et?al.NanoLett.2006，6，1218)。Du?Wenmin等人利用水熱技術制備了粒徑大小在13～17nm的CuInS₂的半導體納米粒子(Du?et?al.Chem.Eur.J.2007，13，8840，8846)。但是目前的制備方法存在幾個缺陷：(1)合成的步驟復雜，大多需要預先合成前驅體，不適合大規模的制備；(2)合成中使用的反應物中涉及有毒物質；(3)合成的納米粒子性能較差，粒徑大小和光學性質不可調。

發明內容

本發明的目的是提供一種簡單的、大規模的制備銅銦硫半導體納米粒子的制備方法。

本發明是采用成本低廉的銅鹽、銦鹽和烷基硫醇作為原料，通過簡單的溶液反應和加熱熱解的方法制備粒徑尺寸可控的三元半導體銅銦硫(CuInS₂)納米粒子。該方法具有制備過程簡單、成本低、無毒、可以大量制備、容易控制等優點。

本發明的銅銦硫半導體納米粒子的制備方法包括以下步驟：

a)將銅鹽、銦鹽和烷基硫醇加入到裝有非極性的高沸點的有機溶劑的反應容器中，然后通入惰性氣體排除容器中的空氣，加熱攪拌、溶解，直至得到深紅色的膠體溶液；

b)將步驟a)得到的膠體溶液冷卻到室溫，加入極性溶劑，通過離心沉降得到銅銦硫半導體納米粒子；可進一步進行清洗、真空干燥得到的銅銦硫半導體納米粒子粉末。

所述的銅銦硫半導體納米粒子的粒徑大小為2～10nm，形貌具有球形、三角形、片狀和/或棒狀等形貌；產率高達90％。

步驟a)所述的銅鹽、銦鹽的摩爾比為1～2∶1～2，烷基硫醇的加入量是摩爾含量相對于銅鹽或銦鹽摩爾含量過量。

步驟a)所述的加熱攪拌的溫度是100℃到350℃之間，時間為10分鐘到30小時之間。

所述的清洗是將得到的銅銦硫半導體納米粒子分散到正己烷、氯仿或甲苯溶劑中，再加入甲醇進行離心沉降，反復進行清洗過程，直至得到所需的銅銦硫半導體納米粒子。