[發(fā)明專利]離子交換法合成銅銦硒納米片的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210348001.6
• 申請日: 2012-09-19
• 公開（公告）號: CN102923763A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 施偉東;劉裴;于帥;范偉強
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: C01G19/00
• 分類號: C01G19/00;B82Y30/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電納米材料合成技術(shù)領(lǐng)域，涉及銅銦硒（CuInSe₂）納米材料的制備方法，尤其涉及一種離子交換法合成銅銦硒納米片的方法。

背景技術(shù)

石油、煤作為重要的化石能源，是不可再生資源。隨著煤和石油等化石燃料的不斷枯竭，大力開發(fā)新能源和可再生能源是人類可持續(xù)發(fā)展的必由之路。太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源，屬于清潔能源，不會產(chǎn)生任何的環(huán)境污染。在太陽能的有效利用當(dāng)中，太陽能光電利用是近些年來發(fā)展最快，最具有前景的研究領(lǐng)域。為了使太陽光得到更加有效的利用，人們研制和開發(fā)了太陽能電池。半個世紀(jì)之前，貝爾實驗室研究人員Chapin?等人用單晶硅制造出了第一塊太陽能電池。此電池作為能量的轉(zhuǎn)換媒介，能量轉(zhuǎn)換效率達到了6%。由于單晶硅的成本比較高，為了能使太陽能電池得到普及，人們不斷探索尋找一種穩(wěn)定、高轉(zhuǎn)化率、低成本的物質(zhì)來替代單晶硅。從實驗室取得的成果分析，減少載流子損失和減少光透射損耗可以在一定程度上大大地提高光電轉(zhuǎn)化效率。例如，砷化鎵(GaAs)太陽能電池的轉(zhuǎn)化率達到了24%，采用堆疊結(jié)構(gòu)制備的雙節(jié)太陽能電池?AlGaAs/GaAs?和?GaInP2/GaAs的轉(zhuǎn)化率分別達到了27.6%和29.5%。

光電太陽能電池的發(fā)展從簡單的IV族材料單晶硅到III-V化合物（GaAs），再到II-VI化合物(CdTe)，之后再到復(fù)雜的I-III-VI₂化合物（CuInSe₂）。銅銦硒（CuInSe₂）簡稱CIS，CIS材料對太陽光有較大的吸收系數(shù)，較低的能帶間隙(1.05eV)，并且有較好的輻射穩(wěn)定性，適于用作太陽光光電轉(zhuǎn)換，被廣泛應(yīng)用于薄膜太陽能電池上；另外，CIS薄膜太陽能電池不存在光致衰退問題。因此，CIS用作高轉(zhuǎn)換效率薄膜太陽能電池材料也引起了人們的注目。CIS作為太陽能電池的半導(dǎo)體材料，具有價格低廉、性能良好和工藝簡單等優(yōu)點，將成為今后發(fā)展太陽能電池的一個重要方向。

目前，CIS電池薄膜的制備方法主要有真空蒸鍍法、硒化法、電沉積法、化學(xué)蒸汽沉積法等，真空蒸鍍法是采用各自的蒸發(fā)源蒸鍍銅、銦和硒；硒化法是使用H₂Se疊層膜硒化，但該法難以得到均勻的CIS，所以要制備出形貌可控的CIS納米材料具有一定的挑戰(zhàn)性。迄今為止，水熱合成CIS納米材料的報道不是很多：Xian課題組用銅鹽、銦鹽和硒單質(zhì)為原料在乙二胺溶液中合成了CIS納米顆粒和納米棒，Guo?和?Koo?課題組用油胺為溶劑分別合成了納米環(huán)和納米顆粒。由于物質(zhì)的形貌決定物質(zhì)的性質(zhì)，所以尋找一種溫和的方法制備出不同形貌的銅銦硒納米材料是很有必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種離子交換法合成銅銦硒（CuInSe₂）二維納米片。

一種離子交換法合成銅銦硒納米片的方法，首先以溴化銦和亞硒酸鈉為反應(yīng)物，以二乙烯三胺(DETA)，水合肼和去離子水為溶劑，在內(nèi)襯為聚四氟乙烯的反應(yīng)釜內(nèi)合成In₂Se₃(DETA)_0.5前驅(qū)物，然后以制得的前驅(qū)物和銅鹽為反應(yīng)物，以乙二醇為溶劑，在反應(yīng)釜內(nèi)經(jīng)溶劑熱反應(yīng)得到銅銦硒（CuInSe₂）納米片。

本發(fā)明中所述的In₂Se₃(DETA)_0.5前驅(qū)物制備步驟包括：將溴化銦和亞硒酸鈉置于反應(yīng)釜中，將二乙烯三胺、水合肼和去離子水混合，攪拌均勻后加入所述反應(yīng)釜內(nèi)充分溶解，反應(yīng)液體積為所述反應(yīng)釜的60%，將所述反應(yīng)釜置于180℃反應(yīng)3d，冷卻至室溫，用無水乙醇洗滌，離心真空干燥得到In₂Se₃(DETA)_0.5前驅(qū)物。

本發(fā)明中所述的溴化銦和亞硒酸鈉的摩爾比為2：3，所述的二乙烯三胺、水合肼和去離子水的體積比為5：2：12，所述的真空干燥溫度為60℃。

本發(fā)明所述的溶劑熱反應(yīng)包括：將上述制得的In₂Se₃(DETA)_0.5前驅(qū)物和銅鹽置于反應(yīng)釜中，加入乙二醇做溶劑攪拌均勻，反應(yīng)液體積為反應(yīng)釜體積的60~80%，于160~180℃反應(yīng)4~8h，冷卻至室溫，用去離子水和無水乙醇洗滌，離心真空干燥得到銅銦硒納米片。