[發明專利]黃錫礦結構Cu2FeSnS4粉末材料及其液相制備方法

有效

• 申請號: 201310693429.9
• 申請日: 2013-12-18
• 公開（公告）號: CN103641178A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 周繼承;葉支斌;王云云;劉涵堅
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C01G49/10
• 分類號: C01G49/10;H01L31/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于太陽光伏電池用原材料制備方法領域，涉及一種黃錫礦結構Cu₂FeSnS₄粉末材料及其液相制備方法，該黃錫礦結構Cu₂FeSnS₄粉末材料應用于CFTS薄膜太陽能電池吸收層。

背景技術

面對著能源問題和與日俱增的化石燃料燃燒所造成的環境污染問題，太陽能電池的開發已成為解決能源和環境問題的重要途徑。隨著光伏組件的廣泛使用，提高電池光電轉換效率、降低成本是目前光伏發電的主要問題。

在眾多的太陽能電池中，CuIn_1-xGa_xSe(CIGS)和CdTe薄膜太陽電池由于具有高效率、性能穩定等優點，受到廣泛關注，并且在薄膜電池商品化進程中處于領先地位。但是，由于In、Ga、Te為稀有元素，Se、Cd有毒，其商業化產量受到了限制。銅鐵錫硫(Cu₂FeSnS₄，英文縮寫為CFTS)具有黃錫礦結構，是近年來發展起來的一種太陽電池吸收層材料。其禁帶寬度與半導體太陽電池所要求的最佳禁帶寬度(1.5eV)十分接近，并且具有較大的吸收系數(可達10⁴cm^-1)，銅鐵錫硫中的元素銅、鐵、錫、硫地球儲量均非常豐富。另外，它不會對環境造成任何污染，不含有毒成分，已成為替代銅銦鎵硒太陽電池吸收層的最佳候選材料之一。

對于制造Cu₂FeSnS₄太陽能電池，首先也是關鍵的一步是合成高質量的Cu₂FeSnS₄，然而到目前為止，Cu₂FeSnS₄制備方面的報道還很少。因此，提出一種可以大量制備，成本低廉，環境友好的Cu₂FeSnS₄的制備方法，對于本領域具有重要意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提出一種新的黃錫礦結構Cu₂FeSnS₄粉末的液相制備方法，該黃錫礦結構銅鐵錫硫粉末材料的液相制備方法綠色無污染，反應時間短，所需溫度低，操作簡便，成本低廉，適合Cu₂FeSnS₄粉末的大規模生產。

為了解決上述技術問題，發明是通過以下技術方案實現的。

一種黃錫礦結構Cu₂FeSnS₄粉末的液相制備方法，以有機混合溶劑或有機單一溶劑為載體，在常壓下用液相回流法合成Cu₂FeSnS₄粉末。

包括以下步驟：

1)將原料CuCl₂·2H₂O、FeCl₃·6H₂O、SnCl₄·5H₂O、硫脲按摩爾比稱取后放入圓底三口燒瓶中混合，然后加入混合有機溶劑或單一有機溶劑；

2)將上述圓底三口燒瓶通入氮氣做保護氣，置于恒溫油浴中加熱至200-250℃，并保持0.5-12小時，隨后自然冷卻至室溫；

3)最后收集冷卻后的產品，使用無水乙醇和蒸餾水依次洗滌，然后過濾，干燥，得到黑色粉末。

所述的步驟1)中加入的有機混合溶劑優選為乙二醇-三乙烯四胺，其中乙二醇與三乙烯四胺的體積比為0.5-1：1，有機單一溶劑優選為三乙烯四胺。

當步驟1)中稱取2-10mmolCuCl₂·2H₂O，1-5mmolFeCl₃·6H₂O，1-5mmolSnCl₄·5H₂O，4-20mmol硫脲時，有機混合溶劑或有機單一溶劑的用量為20-80ml。

步驟1)中CuCl₂·2H₂O、FeCl₃·6H2O、SnCl₄·5H₂O、硫脲的摩爾比優選為2：(1-1.5)：(1-1.5)：(4-5)。

步驟3)中，最后收集冷卻后的產品，依次使用無水乙醇和蒸餾水各洗滌5-7次，然后過濾，置于干燥箱中以40-80℃干燥2-10h，得到黑色粉末。