[發明專利]纖鋅礦結構Cu2CdSnS4納米線的溶劑熱制備方法

有效

• 申請號: 201410173339.1
• 申請日: 2014-04-28
• 公開（公告）號: CN104085917A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發明（設計）人: 曹萌;李超;張彬磊;王林軍;沈萍
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C01G19/00
• 分類號: C01G19/00;B82Y30/00;B82Y40/00;H01L31/032
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及一種可作為薄膜光伏電池光吸收層的I₂-II-IV-VI₄族半導體納米線的制備工藝。具體的說，是涉及一種纖鋅礦結構Cu₂CdSnS₄納米線的溶劑熱制備方法。屬于光伏電池材料技術領域。

背景技術

在經濟高速發展的今天，隨著不可再生能源的日益減少，以及環境問題的日益加劇，新能源和可再生能源成為人們研究的熱點。眾所周知，目前全球主要依賴的能源是石油、煤炭和天然氣等各種常規的能源，但是這些能源有限且為不可再生能源，根據已有數據統計，石油還能開采40年左右，煤炭還能開采200年左右，隨著石油、天然氣等優質能源的逐步枯竭，另外，使用這些常規能源所造成的環境污染以及氣候惡化等問題給人類的生存和發展同樣帶來了巨大的危脅，所以，對新能源和可再生能源的開發利用已經迫在眉睫。新能源主要包括太陽能、風能、水能、潮汐能、地熱能等，其中，由于太陽能具有分布廣泛、廉價、對環境無污染、取之不盡，用之不竭等優點，而被人們認為是未來能源的的最佳選擇。

太陽能的轉換利用包括采暖、采光、熱水供應、發電、水質凈化以及空調制冷等能量轉換過程，其中以太陽能光熱轉換和光電轉換主要形式。由于光熱發電需要接受太陽光高的直接輻射，所以光熱發電受到了地域的限制。而光伏發電是根據光生伏打效應原理，利用太陽電池將太陽光能直接轉化為電能，它可以分布在地球上任何有陽光的地方，所以不會受到地域的限制。光伏發電作為一種清潔的可再生能源，雖然它具有性能穩定、維護簡單、資源永不枯竭、對環境友好等特點，但是其發電成本高和制備工藝中存在環境污染等問題，限制了太陽能光伏發電的大規模應用。

目前太陽能電池按材料主要分為：硅太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、有機化合物太陽能電池、敏化納米晶太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池。其中硅系列的太陽能電池工藝發展最為成熟，其電池轉換效率比較高。但是由于成本高，大幅度降低其成本很困難，地球上含量有限，這些成為進一步提高硅系列太陽能電池效率的瓶頸。而具有較高的光電轉換效率、制備工藝簡單、成本低的薄膜太陽能電池將會有更廣闊的發展前景。纖鋅礦結構Cu₂CdSnS₄作為一種新材料，具有較高的吸收系數(可見光區的吸收系數不小于10⁴cm^-1)，禁帶寬度1.37eV，與太陽能電池所需要的最佳禁帶寬度相匹配，而且元素在地殼中含量豐富，從而可以大大降低生產成本，是一種綠色、廉價、安全、適合大規模生產的薄膜太陽能電池吸收層材料。目前纖鋅礦結構Cu₂CdSnS₄納米晶的制備方法主要是化學法（熱注入和溶劑熱），該方法不需要昂貴的設備，通過溶劑熱法制備出化學計量比合適的纖鋅礦結構Cu₂CdSnS₄納米線，制備出的纖鋅礦結構Cu₂CdSnS₄納米線可以分散在有機溶劑中制成納米墨水，再使用旋涂、手術刀等方法涂在襯底上制成薄膜電池，該方法工藝簡單，大大降低了生產成本，可以試用于工業生產。

發明內容

本發明的目的是提供一種低成本、高質量的纖鋅礦結構Cu₂CdSnS₄納米線的制備方法，這一制備方法操作簡單，所用前軀體材料成本低廉，制備的納米線，可以用做光伏器件的吸收層。

本發明是一種纖鋅礦結構Cu₂CdSnS₄納米線的制備方法，其特征在于具有如下的過程和步驟：

a.???????首先將一定量的乙酸鎘和L-半胱氨酸加入到盛有一定量去離子水的燒杯中，攪拌使混合物完全溶解，得到均勻的澄清溶液；在室溫下，向燒杯中滴加一定量的無水乙二胺（En），持續攪拌十分鐘，將最終得到的溶液轉移入50mL不銹鋼反應釜中；將反應溫度升高至180℃反應24h；將高壓釜移出加熱裝置使反應物冷卻至室溫；分別加入無水乙醇和去離子水作為清洗劑，并以8000轉/分鐘的速度離心4分鐘，重復多次直至上層離心溶液澄清；收集下層沉底物，放入干燥箱中60℃干燥5?h，即得到CdS納米線；

制備過程中所述的乙酸鎘和L-半胱氨酸的摩爾配比為：