[發明專利]含銅納米晶及其制備方法

有效

• 申請號: 201280070407.0
• 申請日: 2012-12-24
• 公開（公告）號: CN104136375A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 丁志峰;賈法龍;戴夫·盧夫;米揚英·歐;丹尼爾·瓦卡雷諾;艾米·塔普利
• 申請（專利權）人: 西安大略大學
• 主分類號: C01G3/00
• 分類號: C01G3/00;B01F17/00;C01B17/00;C01B19/00;C01G15/00;C01G19/00;C01G9/00;H01L31/0264;H01L31/0296;H01L31/18
• 代理公司: 北京華睿卓成知識產權代理事務所(普通合伙) 11436
• 代理人: 程淼

技術領域

本發明涉及含有銅和硫的納米顆粒，如CuInS₂和Cu₂ZnSnS₄納米晶，它們的制造方法以及用途，特別是在光伏方面的用途。

背景技術

體相(bulk)CuInS₂具有1.53eV的直接帶隙(direct band gap)，體相Cu₂ZnSnS₄具有1.45-1.51eV的直接帶隙。這些直接帶隙各自與光伏應用所需要的太陽光譜范圍很好地對應。體相Cu₂ZnSnS₄的帶隙大于CuInSe₂的1.05eV，類似于CuInS₂的1.53eV帶隙。

已報道CuInS₂太陽能電池的理論效率28.5％在Cu黃銅礦型太陽能電池中是最高的(S.Siebentritt，Thin Solid Films，403-404(2002)1)。CuInS₂太陽能電池被期望表現出優于Cu(In，Ga)Se太陽能電池的效率。已報道Cu₂ZnSnS₄太陽能電池的理論效率～30％在四元硫族化物(quaternary chalcogenides)太陽能電池中是最高的之一(S.Botti等，Applied Physics Letters，98，241915-8(2011))。

迄今為止，基于硫化物的太陽能電池的效率只達到硒化物的約60％，這導致了持續的努力以提高CuInS₂太陽能電池的效率?；谕ㄟ^真空沉積技術制備的CuInS₂吸收層的太陽能電池達到11.4％的效率(S.Siebentritt，Thin Solid Films，403-404(2002)1)。Cu₂ZnSnS₄太陽能電池被期望表現出優于Cu(In，Ga)Se太陽能電池的效率?；谕ㄟ^真空沉積技術制備的Cu₂ZnSn(S，Se)₄吸收層的太陽能電池達到9.7％的效率(T.Todorov等，Advanced Materials，22，E156-9(2010))。為了努力降低制造成本，已使用其它低成本薄膜沉積方法，如電沉積(S.Pawar等，Electrochimica Acta，55，4057-4061(2010)；S.Nakamura和A.Yamamoto，Solar Energy Materials and Solar Cells，1997，49，415-421)和噴涂沉積(Y.Kishore等，Solar Energy Materials and Solar Cells，93，1230-7(2009)；(Albert Goossens和Joris，H.Nanotechnology，19(2008)424018)。

最近，基于溶液處理的納米顆粒的光伏發電引起了注意，這類納米顆粒具有有利的操縱特性。Li等使用原位納米顆粒合成方法制造了CuInS₂太陽能電池，并獲得高達約4％的效率(Li，L；Coates，N.；Moses，D.J.Am.Chem.Soc.2009，132，22)。納米顆粒油墨具有在涂料用有機溶劑中單分散的優點，但發現幾乎所有報道的納米顆粒都需要通過湮沒(annihilation)重構結晶度和化學計量，其中湮沒是需要在相對高的溫度(經常高至600℃)和含有環境硫和硒(ambient sulfur and selenium)的受控環境中進行的過程。用于納米顆粒穩定分散的封端有機配體被湮沒過程“燒失”，留下不想要的降低顆粒光伏性的殘基(L；Dodabalapur，A.；Barbara，P.F.；Korgel，B.A.J.Am.Chem.Soc.2008，130，16770)。除此之外，制造CuInS2和Cu2ZnSnS4納米晶的現有方法通常對空氣敏感，并且一般使用Schlenk線或等價裝置實施。

概述

本發明人通過無需壓力減至大氣壓以下的方法成功制造了含有銅和硫的納米顆粒，該方法也無需使用保護氣氛以得到對實際應用如光伏器件來說優選的納米晶。有可能將該方法作為“一釜法”合成(“one-pot”synthesis)來實施。