[發明專利]一種水熱合成制備太陽能吸收層材料Cu₂ZnSnS₄的方法無效

申請號：	201010174921.1	申請日：	2010-05-14
公開（公告）號：	CN101844797A	公開（公告）日：	2010-09-29
發明（設計）人：	胡俊青;田啟威;宋岳林;陳志鋼;唐明華	申請（專利權）人：	東華大學
主分類號：	C01G19/00	分類號：	C01G19/00
代理公司：	上海泰能知識產權代理事務所 31233	代理人：	黃志達;謝文凱
地址：	201620 上海市***	國省代碼：	上海;31
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種合成制備太陽能吸收材料 cu sub znsns 方法
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【說明書】：

技術領域

本發明屬于Cu₂ZnSnS₄薄膜太陽能電池制備領域，特別涉及一種水熱合成制備太陽能吸收層材料Cu₂ZnSnS₄的方法。

背景技術

社會的巨大進步，對能源需求的大幅度提高，導致了煤、石油、天然氣等能源急劇枯竭，且環境污染也日益加劇，人們迫切需要尋找清潔可再生的新能源。作為地球無限可再生的無污染能源——太陽能的應用日益引起人們的關注。目前，高效、廉價、穩定的太陽能電池成為了科學工作者研究的熱點。

當前太陽能電池主要分為：硅系(單晶硅、多晶硅和非晶硅薄膜)太陽能電池、化合物半導體(Cu₂ZnSnS₄CuInSe₂、Cu(In，Ga)Se₂、CdTe、GaAs和InP)薄膜太陽能電池、有機太陽能電池和染料敏化納米晶太陽能電池等。其中，Cu₂ZnSnS₄薄膜太陽能電池由于光電轉換效率較高、制作成本較低，沒有性能衰減等優良特性，受到人們的廣泛關注。

Cu₂ZnSnS₄作為吸收層材料，是Cu₂ZnSnS₄薄膜太陽能電池的關鍵部分。目前制備Cu₂ZnSnS₄的吸收層材料的方法主要有磁控濺射、脈沖激光沉積、噴霧熱解法、電化學沉積法、溶解-旋涂法、高溫液相合成納米晶墨水等方法。其中磁控濺射、脈沖激光沉積、噴霧熱解法對設備要求較高，價格昂貴；利用電化學沉積合成的薄膜材料，成分比較難控制；溶解-旋涂法通常會用到有毒的有機溶劑；高溫液相合成多是利用注射合成，對于規模化生產比較困難。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種水熱合成制備太陽能吸收層材料Cu2ZnSnS4的方法，本發明的制備方法對設備要求低，操作比較簡單，成分比較容易控制，而且可以規模化生產，為制備高效廉價的太陽能電池提供了良好的應用前景。

本發明的一種水熱合成制備太陽能吸收層材料Cu₂ZnSnS₄的方法，包括：

(1)稱取摩爾比為2∶1∶1的Cu²⁺、Zn²⁺、Sn²⁺的鹽放入圓底燒瓶中，然后加入乙二醇，配成0.01-0.5M的溶液A(該濃度指溶液中Cu²⁺鹽、Zn²⁺鹽及Sn²⁺鹽總物質的量與乙二醇的體積之比)，室溫，攪拌溶解，其中溶液A的濃度為Cu²⁺、Zn²⁺、Sn²⁺總物質的量與乙二醇體積的比值；

(2)稱取Cu²⁺、Zn²⁺、Sn²⁺物質的量之和1-5倍的Na₂S固體，加入乙二醇，同樣配成0.01-0.5M的溶液B，超聲溶解；

(3)攪拌條件下，將A與B按體積比1∶1混合，轉移至高壓反應釜中，反應時間為1-48小時，溫度為100-240℃，離心分離，即得到Cu₂ZnSnS₄納米球。

所述步驟(1)中Cu²⁺為其相應的鹽(如CuCl₂·2H₂O)；

所述步驟(1)中Zn²⁺為其相應的鹽(如ZnSO₄.7H₂O)；

所述步驟(1)中Sn²⁺為其相應的鹽(如SnCl₂.2H₂O)；

所述步驟(1)中溶液A的濃度為0.1-0.2M；

所述步驟(2)中溶液B的濃度為0.2-0.5M。

本發明發展了一種水熱的方法制備Cu₂ZnSnS₄作為吸收層材料，水熱合成法對設備要求比較低，操作比較簡單，容易規模化，所使用的各種溶劑均對環境友好，無高毒性物質產生。