[發明專利]一種銅銦硒納米晶的合成方法

無效

• 申請號: 200910112760.0
• 申請日: 2009-11-03
• 公開（公告）號: CN101698472A
• 公開（公告）日: 2010-04-28
• 發明（設計）人: 江智淵;周云
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: C01B19/00
• 分類號: C01B19/00
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所 35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及一種太陽能電池材料，尤其是涉及一種銅銦硒納米晶(記為CuInSe₂)的合成方法。

背景技術

能源是人類社會生存和發展的基礎，當今社會的能源危機已經是刻不容緩的問題。人們在努力尋求新的能量，以解決日益增長的能源需求。太陽能是人類取之不盡，用之不竭的清潔能源。在太陽能的應用中，最廣泛及最有活力的領域是光伏發電，其工作原理就是利用半導體的光生伏特效應將太陽能轉變成可供人類廣泛應用的電能。從1800年發現光伏效應太陽能電池材料也一直在發展。歷經第一代單晶硅和多晶硅太陽能電池，目前也是產業化最廣泛的太陽能電池。第二代太陽能電池是基于薄膜技術的太陽能電池，薄膜技術的應用能較大地降低成本也能大面積進行產業化生產。目前，薄膜太陽能電池主要有非晶硅和多晶硅薄膜電池，碲化鎘以及CuIn(S，Se)₂(CIS)薄膜電池。

CuIn(S，Se)₂太陽能電池是薄膜太陽能電池研究中最具潛力的材料之一，其能量轉換效率、使用壽命以及抗輻射能力均超過非晶和多晶薄膜太陽能電池。塊體CuInSe₂材料的禁帶寬度是1.04ev為最接近太陽能電池材料所需的最佳禁帶寬度。當物質尺寸在納米級時，其一系列的化學物理性質也會隨著改變。所以當將CuInSe₂的尺寸控制在納米大小時，其禁帶寬度也會隨之改變，以表現出更優異的光吸收性質，最終提高太陽能電池材料光電轉換效率達到更有效地利用太陽光。因此近年來合成CuInSe₂納米晶成為CuIn(S，Se)₂薄膜太陽能電池研究領域的一大熱點。目前，合成CuInSe₂納米晶最常用的方法是以油胺為溶劑加入銅銦兩種金屬的鹽以及單質硒在260～280℃下合成(QiJie?Guo，Suk?Jun?Kim，Mahaprasad?Kar，William?N，Shafarman，Robert?W.Birkmire，Eric?A.Stach，Rakesh?Agrawal，and?Hugh?W.Hillhouse，Nano?Letters.2008，8，2982.)。目前，合成純相的CuInSe納米晶的方法普遍存在反應溫度高和反應時間長以及需要高溫溶解單質硒等不足。雖然在最新的研究中有較大改進(Bonil?Koo，Reken?N.Patel，andBrian?A.Korgel，J.Am.Chem.Soc.2009，131，3134)，在這篇文章中報道的合成方法雖然將溫度降低到240℃以及反應時間也縮短，但是該方法采用硒脲作為硒源，不但需要在高溫下溶解硒脲，而且硒脲是劇毒化學藥品。所以在合成CuInSe₂納米晶的研究過程中改進硒源的溶解方法以及優化反應條件是亟需解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種工藝步驟較為簡單的銅銦硒納米晶的合成方法。

本發明包括以下步驟：

1)制備硒溶液：將十二碳硫醇與油胺混合，得混合溶劑，在混合溶劑中加入單質硒，分散，得分散均勻的硒溶液；

2)制備銅鹽和銦鹽的油酸十八烯配合物：將氯化亞銅和氯化銦加入到油酸十八烯混合溶劑中，加熱攪拌，抽真空，使體系的真空度小于-0.1MPa，通入氮氣，在氮氣氛圍下得銅鹽和銦鹽的油酸十八烯配合物，銅鹽和銦鹽的油酸十八烯配合物呈淺咖啡色的透明溶液；

3)將步驟1)中制得的硒溶液注入到步驟2)中的銅鹽和銦鹽的油酸十八烯配合物中，升溫加熱反應，離心，所得沉淀分別用三氯甲烷和乙醇清洗至少1次，即得銅銦硒(CuInSe₂)納米晶。

在步驟1)中，所述十二碳硫醇與油胺的用量，按體積比最好為十二碳硫醇∶油胺＝1∶(1～20)，按摩爾比，單質硒∶十二碳硫醇最好為1∶(1～8)；所述分散最好在室溫下超聲分散10min。

在步驟2)中，所述氯化亞銅與氯化銦的摩爾比最好為1∶(1～4)，所述油酸十八烯混合溶劑中，按體積比，油酸∶十八烯最好為1∶(0.3～4)，所述在氮氣氛圍下的溫度最好為80℃。

在步驟3)中，所述升溫加熱反應最好溫度升至240℃維持加熱反應至少1h。

本發明以氯化亞銅，氯化銦和單質硒為反應物，以油酸與十八烯混合溶劑為反應溶劑，以油胺十二碳硫醇為溶解硒的混合溶劑，在常溫下轉移硒溶液注入溶解了氯化亞銅和氯化銦的油酸十八烯溶液然后在相對較低的溫度240℃下反應1h合成CuInSe₂納米晶。