[發明專利]鋅黃錫礦結構Cu₂ZnSnS₄粉末材料及其液相制備方法無效

申請號：	201110327411.8	申請日：	2011-10-25
公開（公告）號：	CN102500293A	公開（公告）日：	2012-06-20
發明（設計）人：	周繼承;游亮	申請（專利權）人：	中南大學
主分類號：	B01J13/02	分類號：	B01J13/02;C01G19/00;H01L31/18
代理公司：	長沙市融智專利事務所 43114	代理人：	袁靖
地址：	410083 湖南***	國省代碼：	湖南;43
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摘要：
搜索關鍵詞：	錫礦結構 cu sub znsns 粉末材料及其制備方法
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【說明書】：

技術領域

本發明屬于太陽光伏電池用原材料制備方法領域，涉及一種鋅黃錫礦結構Cu₂ZnSnS₄粉末材料及其液相制備方法，該鋅黃錫礦結構Cu₂ZnSnS₄粉末應用于CZTS薄膜太陽能電池吸收層。

背景技術

面對著能源問題和與日俱增的化石燃料燃燒所造成的環境污染問題，太陽能電池的開發已成為解決能源和環境問題的重要途徑。隨著光伏組件的廣泛使用，提高電池光電轉換效率、降低成本是目前光伏發電的主要問題。

在眾多的太陽能電池中，CuIn_xGa_1-xS(Se)₂(CIGS)薄膜太陽能電池因具有高的光電轉換效率和良好的穩定性而受到了廣泛重視。然而由于In、Ga元素的稀少導致價格昂貴，而且Se元素具有毒性，這些都限制了CIGS薄膜太陽能電池的發展。銅鋅錫硫(Cu₂ZnSnS₄，英文縮寫為CZTS)具有鋅黃錫礦結構，是近年來迅速發展起來的一種太陽電池吸收層材料。其禁帶寬度與半導體太陽電池所要求的最佳禁帶寬度(1.5eV)十分接近，并且具有較大的吸收系數(可達10⁴cm^-1)，銅鋅錫硫中的元素銅、鋅、錫、硫地球儲量均非常豐富。另外，它不會對環境造成任何污染，不含有毒成分，已成為替代銅銦鎵硒太陽電池吸收層的最佳候選材料。目前Cu₂ZnSnS₄薄膜光伏器件的能量轉化效率已經達到了6.77％，其理論值高達32.2％，因此它具有廣大的研究空間。

對于制造Cu₂ZnSnS₄太陽能電池，首先也是關鍵的一步是合成高質量的Cu₂ZnSnS₄納米晶，然而到目前為止，Cu₂ZnSnS₄納米晶制備方面的報道還很少。因此，提出一種可以大量制備，成本低廉，環境友好的Cu₂ZnSnS₄納米晶體的制備方法，對于本領域具有重要意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提出一種新的鋅黃錫礦結構Cu₂ZnSnS₄粉末材料及其液相制備方法，該鋅黃錫礦結構銅鋅錫硫粉末材料的液相制備方法綠色無污染，反應時間短，所需溫度低，操作簡便，成本低廉，適合Cu₂ZnSnS₄粉末的大規模生產。

本發明是通過以下技術方案實現的。

一種鋅黃錫礦結構Cu₂ZnSnS₄粉末材料的液相制備方法，包括以下步驟：

1)：將原料CuCl₂·2H₂O、ZnCl₂、SnCl₄·5H₂O、硫粉按摩爾比稱取后放入圓底三口燒瓶中混合，然后加入有機溶劑三乙烯四胺溶液，放置3-5分鐘，得到均勻的磚紅色的溶液；

2)：將上述圓底三口燒瓶通入氮氣做保護氣，置于恒溫油浴中加熱至120-240℃，并保持0.5-12小時，隨后自然冷卻至室溫；

3)：最后收集冷卻后的產品，使用無水乙醇和蒸餾水依次洗滌，然后過濾，干燥，得到黑色粉末。

當步驟1)中稱取0.01-0.04mmolCuCl₂·2H₂O，0.005-0.02mmolZnCl₂，0.005-0.02mmolSnCl₄·5H₂O，0.02-0.08mmol硫粉時，有機溶劑三乙烯四胺溶液的用量為20-80ml。

步驟1)中CuCl₂·2H₂O、ZnCl₂、SnCl₄·5H₂O、硫粉的摩爾比優選為2∶(1-1.5)∶(1-1.5)∶(4-5)。

步驟3)中，最后收集冷卻后的產品，依次使用無水乙醇和蒸餾水各洗滌3-5次，然后過濾，置于干燥箱中以40-80℃干燥6-10h，得到黑色粉末。

本發明的鋅黃錫礦結構Cu₂ZnSnS₄粉末材料是由上述方法制備而成的。