[發明專利]一種微波合成銅鋅錫硫納米顆粒的方法

無效

• 申請號: 201210054442.5
• 申請日: 2012-03-05
• 公開（公告）號: CN102583510A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 沈鴻烈;王威
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: C01G19/00
• 分類號: C01G19/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 李紀昌

技術領域

本發明涉及的是一種納米光電技術領域的材質及其制備方法，具體涉及一種銅鋅錫硫納米顆粒的合成方法。

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背景技術

全球性的能源短缺、環境污染、氣候變暖正日益嚴重地困擾著人類社會。尋求綠色替代能源，實現可持續發展，已成為世界各國共同面臨的課題。從長遠來看，可再生能源將是未來人類的主要能源來源。在新發展的可再生能源的利用中，太陽電池最具潛力。

由于全球硅材料的短缺和高昂的制備成本，薄膜太陽電池引起了人們的廣泛關注，已成為科技工作者的研究重心。薄膜太陽電池分為硅基薄膜太陽電池和化合物薄膜太陽電池，作為化合物薄膜電池的代表，CIGS(銅銦稼硒)薄膜太陽電池取得了長足的發展。截止到2010年底其最高轉換效率已經達到了20.3%，但是其組成元素Se的毒性和In、Ga的高昂成本卻嚴重制約著CIGS的發展。為了尋找一種無毒廉價且高效的太陽電池材料，人們經過了不懈的努力和探索。

Cu₂ZnSnS_4?(以下簡稱為CZTS)是一類鋅黃錫礦結構(kesterite)化合物半導體，其結構與黃銅礦結構的CIGS類似，可看成是用Zn、Sn和S分別代替CIGS中的In、Ga、Se。由于In和Ga為貴金屬，而Se又有一定的毒性，因此CZTS相比CIGS在成本及環境友好方面具有比較大的優勢。CZTS薄膜的光學帶隙接近1.5eV，與太陽光譜的響應較好,?非常適合用作太陽電池中的光吸收層。CZTS的光吸收系數較大(可見光波段吸收系數10⁴cm^-1-10⁵cm^-1)，只需要1μm厚度即可完全吸收太陽光，適合制備薄膜太陽電池，此外CZTS的組成元素地球上儲量均較豐富且無毒。因此，CZTS作為一種太陽電池吸收層材料近年來逐漸受到人們的重視，目前以CZTS為吸收層的太陽電池轉換效率達到6.8%，而用一部分Se取代Cu₂ZnSnS₄中的S的Cu₂ZnSn(S,Se)₄（CZTSSe）電池效率可達到9.6%。因此這種新型太陽電池有著很好的應用前景和巨大的商業價值。

目前制備Cu₂ZnSnS₄太陽吸收材料的方法主要有濺射、蒸發等真空工藝與電化學沉積、旋涂等非真空工藝。與真空制備工藝相比，非真空工藝無需昂貴的真空設備，因此在成本上更具優勢。而制備Cu₂ZnSnS₄納米顆粒主要是采用溶劑熱法，此方法制備材料所需反應時間較長，能耗較高。微波合成法制備CZTS納米顆粒只需要5-30min，極大縮短了材料的制備周期，而且能耗低，制備過程無毒、無污染，產量大。

發明內容

本發明提出一種銅鋅錫硫納米顆粒的合成方法，該方法無需真空設備，降低生產成本，制備周期短，適合工業化大規模生產，制備銅鋅錫硫納米顆粒所用的材料都是無毒、無污染且廉價的，這極度降低了太陽電池的生產成本，具有良好的應用前景。

本發明所涉及的Cu₂ZnSnS₄納米顆粒的制備方法是通過以下技術方案實現的，具體包括以下幾個步驟：

一種銅鋅錫硫納米顆粒的合成方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1).?首先是溶液的配制；將銅鹽、錫鹽、鋅鹽以及硫源加入到有機溶劑中，用磁力攪拌器攪拌均勻使其充分溶解得到澄清溶液。其中所述的二價銅鹽濃度為0.03?M-0.06?M，二價錫鹽濃度為0.02?M-0.05?M，二價鋅鹽濃度為0.02?M-0.05?M；硫離子的濃度為0.05?M-0.1?M；

(2).將步驟(1)獲得的溶液放入到微波爐中；微波功率為100-800W，微波時間為5-30min，獲得Cu₂ZnSnS₄納米顆粒溶液；

(3).將步驟(2)到得的納米顆粒用離心機從溶液中分離出來，離心速度為6000?r/min，時間為10min，再用超純水和乙醇多次清洗，最終得到Cu₂ZnSnS₄納米顆粒。

其中步驟(1)所述二價銅鹽為氯化銅、硫酸銅、硝酸銅或乙酸銅中的一種或其組合。

步驟(1)所述的二價鋅鹽為氯化鋅、硫酸鋅、硝酸鋅或乙酸鋅中的一種或其組合。

步驟(1)中所述的二價錫鹽為二氯化錫、醋酸錫、辛酸錫、乙酰丙酮溴化錫或乙酰丙酮氯化錫中的一種或其組合。