[發明專利]一種均勻片狀CuInS2納米晶體的制備方法

無效

• 申請號: 201210418284.7
• 申請日: 2012-10-26
• 公開（公告）號: CN102942212A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發明（設計）人: 高延敏;趙琴;馮清
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: C01G15/00
• 分類號: C01G15/00;B82Y20/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 肖明芳

技術領域

本發明屬于光伏材料領域，涉及一類三元化合物半導體納米粉體的合成方法，具體是涉及一種均勻片狀CuInS₂納米晶體的制備方法。

背景技術

環境污染和能源短缺是當今社會存在的兩大基本問題，開發研究環保型可再生能源成為人類社會急需解決的重要課題。其中太陽能因具有蘊藏量豐富、安全清潔、可再生、不會對環境產生負作用等優點，成為世界各國重點發展的新型能源。因此，尋找性能優良的光吸收材料和制做高轉換效率的太陽能電池迫在眉睫。

銅銦硫（CuInS₂）是一類直接帶隙半導體材料，光吸收系數高達10⁵，禁帶寬度達為1.50eV，接近于太陽光譜能量分布的理想值1.45eV；并且對溫度的變化不敏感，不需要摻雜其他元素就能制備出光電轉換效率高、抗干擾、抗輻射性能穩定、使用壽命較長等優點的光電轉換器件，是一種有望產業化的理想薄膜電池光吸收材料。

目前，制備CuInS₂太陽能電池材料的方法主要有:硫化法、真空多元共蒸發法、磁控濺射法、化學沉積法、電沉積法、噴射熱解法、有機金屬氣相沉積法、熱解法等。以上所報道的方法大多需在高溫(600℃~900℃)和高壓下進行，或是需要成本極高的大型儀器，或者制備過程中產生不符合環保要求的有毒有害物質，從而限制了在實際生產中的推廣及應用。

溶劑熱法是一種廉價、方便、有效的方法，目前，通過溶劑熱法成功制備CuInS₂納米晶體的溶劑主要有：苯甲醚、十六胺、苯、乙二醇等，其中研究最多的是選用乙二醇作溶劑。研究發現，采用溶劑熱法制備所得的納米級晶體均勻性和分散性較差，團聚嚴重，其性能受到嚴重影響。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種具有黃銅礦構型的片狀CuInS₂納米晶體的制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：

一種均勻片狀CuInS₂納米晶體的制備方法，該方法包括如下步驟：

(1)將CuCl₂·2H₂O、InCl₃·4H₂O和CH₄N₂S依次加入有機溶劑中混合，攪拌使之充分溶解，再加入弱還原劑混勻；其中，所述的弱還原劑為草酸、檸檬酸或抗壞血酸；

(2)將步驟(1)得到的混合物轉入壓力釜中密封，恒溫反應12小時，反應結束后自然冷卻至室溫；

(3)將步驟(2)反應后的產物離心、洗滌、干燥后即得。

步驟(1)中，所述CuCl₂·2H₂O、InCl₃·4H₂O和CH₄N₂S中，Cu、In、S元素的摩爾比為1：1：2.5。

步驟(1)中，所述有機溶劑為乙二醇和N,N-二甲基甲酰胺按體積比1：1的混合物。

步驟(1)中，弱還原劑的加入質量為總質量的0.05%～1%。

步驟(2)中，所述的壓力釜為聚四氟乙烯內襯壓力釜，反應物料的填充度為80%。

步驟(2)中，反應溫度為190℃。

步驟(3)中，離心時間為15min，轉速3000r/min。

步驟(3)中，洗滌采用無水乙醇和去離子水分別依次洗滌。

步驟(3)中，干燥溫度為60℃，時間為6h以上。

有益效果：本發明的優點在于：

1）合成方法采用溶劑熱法，和磁控濺射法、真空蒸鍍法、硫化法，電沉積法等相比是一種廉價、方便、有效的方法。

2）通過采用二元混合溶劑代替了傳統單一有機溶劑，并且通過在混合后的反應體系中加入弱還原劑，改善了產物的團聚現象，獲得了均勻納米片狀結構、固體相對收率高、光吸收性能較佳、禁帶寬度適宜的納米光伏材料。

3）采用溶劑熱法合成了一類直接帶隙半導體材料。該類材料光吸收系數高達10⁵數量級，禁帶寬度達到1.48eV，接近太陽能電池理想禁帶寬度1.45eV。

4）本發明制備的CuInS₂納米晶體，Cu、In、S三種元素原子計量比為1：0.96：1.90，趨于標準化學計量比1：1：2。

附圖說明

圖1為弱還原劑改性前后CuInS₂納米晶體X射線衍射（XRD）圖譜。