[發明專利]一種由鎘粉制備碲化鎘粉體的方法

有效

• 申請號: 201210200072.1
• 申請日: 2012-06-18
• 公開（公告）號: CN102718196A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 鄭雅杰;劉遠;孫召明
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C01B19/04
• 分類號: C01B19/04
• 代理公司: 中南大學專利中心 43200
• 代理人: 胡燕瑜

技術領域?本發明是一種由鎘粉制備碲化鎘粉體的方法，是制備鎘粉后與碲粉混合，在惰性氣氛的保護下制備得到碲化鎘粉體。

背景技術?碲化鎘是直接禁帶半導體，能隙為1.45eV，廣泛應用于紅外光學窗口材料、光電調制器和太陽能電池領域，具有很高的經濟價值。碲化鎘多晶薄膜的光電轉換效率理論值為30%，是一種穩定高效且成本相對低廉的薄膜太陽電池材料。近年來，制備CdTe涂覆液再成膜的非真空低成本制備工藝得到關注，生產精確控制化學組分的超細CdTe粉是采用絲網印刷工藝、涂覆工藝等非真空低成本制備CdTe薄膜的前提。

碲化鎘粉末的生產方法主要有真空合成法和封管法，這類方法通過將碲和鎘混合抽真空后進行化合反應。該法設備復雜且在抽真空過程中容易將原料粉體吸入真空設備，安全性差，難以進行工業化生產。如中國專利02114571.7中公開一種碲化鎘粉末的制備方法，其特點是將鎘粉和碲粉按照物質的量的比進行混合，將混合后的粉末進行研磨、攪拌使其混合均勻后置于真空條件下的坩堝中，其中坩堝外部繞有電阻絲，對坩堝進行加熱使其中的鎘粉和碲粉進行化合反應，即得碲化鎘材料。這種方法采用在坩堝外部直接加熱的方法，能夠提高成品純度，不會對環境和操作人員造成污染和損害。這是一種通過粉末混合投料制備碲化鎘粉末的技術，研磨粉碎得到原料粉末的成本高、且易造成污染；并且外部繞有電阻絲的坩堝置于真空條件下，對設備要求苛刻，且抽真空的過程中粉末原料易流失。

中國專利200710049890.5公開了一種高純碲化鎘的制備方法，其具體方法是將5N碲和5N鎘按摩爾比1:1的配比進行混合，混合料進行粉碎或研磨成粒料，粒徑為8~13μm，裝入石英管中抽真空至1~1.2pa密封，再將密封好的石英管放入碲化鎘合成爐中，加熱至115~125℃進行反應。該法原料為5N碲和5N鎘，制備的高純碲化鎘純度高。但是由于該法在制備粉末原料時需要研磨使其粒徑為8~13μm，研磨成本大，且需要將放入粒料的石英管抽真空后密封，操作復雜且對設備要求高，在抽真空和對石英管密封過程中易將原料帶走造成損失且污染環境。

發明內容?本發明的目的在于克服上述缺點，提供一種操作簡單、成本低廉、低溫反應、產品質量好的碲化鎘粉體的制備方法。

本發明的技術方案是：

將鎘鹽溶液在0~100℃條件下加入堿調節溶液pH值至8.0~12后，經過濾、洗滌、干燥得到的氫氧化鎘粉體置于反應爐中，通入惰性氣體0.5~12h排除空氣后，在250℃~350℃條件下通入氫氣反應1~12h，得到鎘粉；

在含Te（Ⅳ）的溶液中，通入SO₂氣體在溫度為30℃~120℃下反應0.5~12h得到碲粉，其中溶液中Cl^-濃度為0.1~6mol/L。

將制備得到碲粉和鎘粉按照物質的量比1:1~1.2:1均勻混合，放入石英舟內，將石英舟放入高溫管式爐中，管式爐石英管一端連接高純惰性氣體，一端接入尾氣吸收系統，預先通入惰性氣體0.5~2h后開啟加熱系統，升溫速度為80~120℃/h，待溫度達到115~350℃時，反應0.5~12h后關閉加熱系統隨爐降至室溫出料，獲得碲化鎘粉體，轉化率為99.5%。

本發明的優點為：

（1）采用氫氣還原氫氧化鎘粉體的方法制備的鎘粉可以直接用于碲化鎘的合成，不需球磨破碎，避免造成污染；

（2）以碲粉和鎘粉在惰性氣氛保護下直接化合，避免了在抽真空過程中原料的損失和污染；

（3）反應溫度低，在原料的熔點以下，避免了因較大的原料蒸汽壓而造成的物料損失和污染。

具體實施方式

下面結合實例對本發明進一步描述。

實施例1

①?鎘粉的制備：取Cd²⁺濃度為1mol/L的溶液500mL，將鎘鹽溶液加入到1L三頸瓶中，在攪拌下加入5mol/L的氫氧化鈉溶液，反應溫度為室溫，控制pH為10，反應30min后過濾，熱水洗滌3次，干燥得到73g氫氧化鎘粉體置于石英舟內放入高溫管式爐中，通入氮氣30min后將管式爐升溫至310℃，關閉氮氣源開啟氫氣源，反應6h后取出得到粒徑為23μm的鎘粉55.8g。

②?碲粉的制備：取3L含Te（Ⅳ）酸性溶液置于5L三頸瓶中，溶液中Te（Ⅳ）的濃度為24.6g/L，Cl^-濃度為2mol/L。將三頸瓶置于加熱套上攪拌加熱至85℃，通入SO₂氣體進行還原4h，產物經過濾、洗滌、干燥得到粒徑為13μm的碲粉72.8g。