[發明專利]層狀多元光電硫化物的水熱制備方法

有效

• 申請號: 201410160646.6
• 申請日: 2014-04-21
• 公開（公告）號: CN105016385B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發明（設計）人: 黃富強;劉玉峰;張剛華;馬志敏;謝宜桉;孟莎;王瑛琪
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C01G29/00
• 分類號: C01G29/00;C01G30/00;C01G17/00;C01G19/00;C01G28/00;C01G45/00;C01G33/00;C01G41/00;C01G37/00;C01G49/12;C01G53/11;C01G9/08
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙)31261
• 代理人: 曹芳玲,鄭優麗

技術領域

本發明屬于新型光電化合物材料合成領域，涉及一種層狀多元光電硫化物的水熱制備方法。

背景技術

隨著材料科學的不斷發展，新型多元光電化合物材料已經成為各國科學工作者所關注的重要研究目標。然而，如何通過簡單、經濟和有效的方法獲得具有優異物理性質的多元光電化合物材料是實現這一重要目標的前提。目前，通過不同實驗手段設計合成多元光電化合物材料已經成為人們研究的熱點之一。

在光電化合物材料中，二元光電化合物材料已經被廣泛研究并應用于各個領域。然而，隨著科學的不斷進步這些材料不能夠完全滿足人們的需求。材料的多元化是豐富其性質的自然思路，也符合人類研究和應用新型光電化合物材料的歷史發展規律。循著多元化的這一思路，很自然我們會想到尋找和設計多元光電化合物材料，進一步增加其物理和化學性質的可調性，滿足在特定應用中的要求，因此，人們希望通過材料的多元化來進一步實現二元材料不具備的優異性質以滿足人類的需求。

硫化物是一類重要的半導體化合物，這些化合物廣泛地應用于太陽電池、晶體管、光探測器及熱敏器件等領域。從硫化物作為太陽能電池吸收層的發展過程來看，從二元的Cu₂S到三元的CuInS₂,CuInSe₂乃至最近的四元化合物Cu₂ZnSnS₄，可以發現元素種類的逐漸增多，即多元化合物和合金半導體是發展的方向。不僅太陽能光伏器件如此，其他各類的功能器件也朝著材料多元化的方向發展。原因是多元合金化是設計新材料的重要途徑，由于化學成分和結構自由度的增多，多元合金材料表現出各種豐富，獨特的性質，大大拓寬了應用材料的選擇范圍。

比如特別從三元CuInSe₂變成四元CuIn_xGa_1-xSe₂合金，帶隙可以通過調節Ga和In的相對成分進一步降低，到1.4-1.5eV左右，接近單結太陽能電池吸收層的理想帶隙。然而，自由度增多也意味著性質更加的復雜，因此對多元化合物的性質研究比單元和二元化合物性質研究更加困難。除了CuIn_xGa_1-xSe₂和Cu₂ZnSnS₄等材料具有良好的光電性能外，CuMS₂(M=Sb,Bi)也是一類重要的光電化合物，然而對這類光電化合物的研究卻很少。

硫化物材料可以通過固相燒結和液相法合成。固相燒結過程需要較高的反應溫度，并且對實驗設備的要求較液相法更高。因此，液相法成為硫化物合成的重要方法。在眾多液相合成方法中，水熱法因為制備方法簡單，所需的實驗設備廉價等優點而被廣泛地應用于各種多元硫化物半導體的制備。

發明內容

面對現有技術存在的問題，本發明的目的是提供一種層狀多元光電硫化物的水熱制備方法，以通過簡單方法、廉價的設備獲得質量優異的層狀多元光電硫化物。

在此，本發明提供一種層狀多元光電硫化物的水熱制備方法，所述多元光電硫化物的化學組成為AQ₂MS₃、AQMS₂、AQM₂S₆、A₂QMS₄、A₂Q₂MS₄、A₂Q₂M₂S₆、A₂QM₂S₆、A₃Q₉M₄S₁₂、A₃Q₃M₂S₈、AQMS₃、或A₄Q₆M₃S₁₄，其中，A為Li、Na、K、Rb、Cs中的任意一種；Q為Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Ag、Cd、Sn中的任意一種；M為Sb、Bi、Ge、Sn、As、Mn、Nb、W中的任意一種；

所述制備方法包括：

（1）將化學計量比的Q源和M源與過量的硫源、AOH以及水混合均勻后在水熱釜中于150～250℃水熱反應1～10天；