[發(fā)明專利]可調(diào)禁帶寬度的Cu-Sn-Zn-S半導體材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010121968.1
• 申請日: 2010-03-11
• 公開（公告）號: CN101792175A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 占金華;代鵬程
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學
• 主分類號: C01G19/00
• 分類號: C01G19/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 趙會祥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有可調(diào)禁帶寬度的Cu-Sn-Zn-S半導體新材料及其制備方法，屬于無 機材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著化石燃料儲量的減少，新的可持續(xù)能源，如太陽能、水能、風能、潮汐能、生物能 等受到了廣泛關(guān)注。而地球上的風能、水能、波浪能和生物能以及部分潮汐能都是來源于太 陽，即使是地球上的化石燃料(如煤、石油、天然氣等)從根本上說也是遠古時期貯存的太 陽能。而且太陽能既是一次能源，又是可再生能源，資源豐富，對環(huán)境無任何污染。因而解 決當今能源問題的關(guān)鍵，就是進一步開發(fā)利用太陽能。

但是，太陽能的利用還不是很普及，利用太陽能發(fā)電還存在成本高、轉(zhuǎn)換效率低的問題， 太陽能電池的應(yīng)用還主要出于為人造衛(wèi)星提供能源方面。因而太陽能電池材料的探索以成為 當前電池研究的重點。一般說來，將被選作新一代太陽能電池的材料應(yīng)滿足以下幾個要點。 首先，應(yīng)該是環(huán)境友好材料，不含鎘、砷等劇毒元素。其次，應(yīng)該是儲量豐富，價格低廉的 材料，或者該材料可由儲量豐富，價格低廉的材料通過綠色方法制備。第三，材料帶隙應(yīng)該 可以調(diào)節(jié)，用以吸收利用不同波長的太陽光，以獲得盡可能高的光電轉(zhuǎn)換效率。迄今為止， 一系列新的材料如Cu(In_xGa_1-x)Se₂，Cu_1.0GaxIn_2-xS_3.5，AgInS₂-ZnS固溶體，Cu₂ZnSnS₄等已被報 道。但是到現(xiàn)在為止，同時滿足這三個標準的材料還沒有被報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種禁帶寬度可調(diào)的Cu-Sn-Zn-S半導體材料及其制 備方法。

一種可調(diào)禁帶寬度的Cu-Sn-Zn-S半導體材料，其特征在于，通式如下：

(Cu₂Sn)_x/3Zn_1-xS

其中：x為金屬元素中Cu和Sn的摩爾百分含量之和，它通過將二價銅鹽、二價錫鹽和 二價鋅鹽溶于極性溶劑或非極性溶劑后，再加入硫源混合均勻，經(jīng)180-280℃下加熱后，取 沉淀即得。

該材料不含劇毒元素，有很高的環(huán)境友好性；可由儲量豐富，價格低廉的原料通過綠色 的方法制備，成本低，重復性好；材料的性質(zhì)穩(wěn)定，通過調(diào)節(jié)組分中銅、錫元素的量，其禁 帶寬度可在3.5至0.9電子伏特之間調(diào)節(jié)。材料的形式可以是納米顆粒，薄膜，體相材料。

一種可調(diào)禁帶寬度的Cu-Sn-Zn-S半導體材料的制備方法，其特征在于，步驟如下：

1)按銅和錫摩爾比為2∶1的比例混合稱取二價銅鹽和二價錫鹽，得混合物A；

2)將步驟1)制得的混合物A與二價鋅鹽按比例混合，得混合物B；

3)將步驟2)制得的混合物B按0.01-0.1mol/L的比例與極性溶劑或非極性溶劑混合， 得溶液C；

4)將步驟3)制得的溶液C與硫源混合均勻，在180-280℃下加熱5-120分鐘，取沉淀， 即得。

步驟1)所述的二價銅鹽為氯化銅、硝酸銅、乙酸銅、硫酸銅、高氯酸銅中的一種。

步驟1)所述的二價錫鹽為氯化亞錫、硫酸亞錫中的一種。

步驟2)所述的二價鋅鹽為氯化鋅、硝酸鋅、乙酸鋅、硫酸鋅、高氯酸鋅、磷酸鋅中的 一種。

步驟3)所述的極性溶劑為乙醇，乙二醇，丙三醇，三乙胺，三乙醇胺的一種。

步驟3)所述的非極性溶劑為甲苯，正己烷，環(huán)己烷，正辛烷，氯仿，四氯甲烷，液體 石蠟中的一種。

步驟4)所述的硫源為硫化鈉，硫化氫，硫化鉀，硫脲，銅試劑中的一種。

步驟4)所述的長鏈有機胺為油胺，十六胺，十八胺，二十胺，二十二胺中的一種。

步驟4)所述的混合均勻采用超聲分散或攪拌分散。

所述步驟4)中的溶液C與硫源混合時，加入長鏈有機胺，按每摩爾混合物A加入0.1-10mL 長鏈有機胺，可制得單分散的可調(diào)禁帶寬度的Cu-Sn-Zn-S半導體材料的納米顆粒。