[發(fā)明專利]一種多形貌FeS2黃鐵礦光電材料的合成方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410265463.0
• 申請(qǐng)日: 2014-06-16
• 公開（公告）號(hào): CN104045117A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁斌霞;朱群志;吳江;李敏;曹嵐
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海電力學(xué)院
• 主分類號(hào): C01G49/12
• 分類號(hào): C01G49/12
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根;馬文峰

技術(shù)領(lǐng)域??????

本發(fā)明專利屬于光電材料的形貌可控制備領(lǐng)域，特別涉及一種多形貌FeS₂黃鐵礦光電材料的合成方法，該方法具有工藝簡單、成本低、操作過程靈活等特點(diǎn)。

背景技術(shù)????

在各種新能源中，太陽能具有清潔、安全等優(yōu)點(diǎn)，太陽能電池是進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的重要形式。目前報(bào)道的制造太陽能電池的半導(dǎo)體材料主要包括Si、GaAs、CdSe、CdTe、CdS、CuInS、CuInSe等，然而高質(zhì)量、低成本、綠色環(huán)保無毒半導(dǎo)體納米晶的大量合成技術(shù)的缺乏，限制了其在相關(guān)領(lǐng)域的研發(fā)和商業(yè)化發(fā)展。而被廣泛研究的硅、鍺半導(dǎo)體單質(zhì)，由于材料的生產(chǎn)成本高，且生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生極大的環(huán)境污染，對(duì)于規(guī)模化生產(chǎn)制造太陽能電池用于民用是幾乎不可能，目前基本都用于航空航天、軍用等重點(diǎn)企業(yè)。因此，尋求低成本、綠色環(huán)保且電池轉(zhuǎn)換效率可與硅媲美的半導(dǎo)體納米粒子是光伏電池能夠取得突破進(jìn)展的發(fā)展道路。

其中，硫化鐵系材料具有原料豐富、毒性小和成本低等優(yōu)勢(shì)，是半導(dǎo)體納米晶未來發(fā)展的重點(diǎn)研究方向，是下一代的新型綠色能源。其中，黃鐵礦型FeS₂具有合適的禁帶寬度，約為0.96?eV，以及具有較高的光吸收系數(shù)（當(dāng)波長小于1μm時(shí)，吸收系數(shù)大于????????????????????????????????????????????????）是晶硅材料最理想的替代產(chǎn)品，供電潛能大。另外，F(xiàn)eS₂黃鐵礦的價(jià)格很低，鐵和硫元素在自然界含量豐富，便于后續(xù)應(yīng)用。

FeS₂黃鐵礦的開發(fā)與應(yīng)用具有低成本、性能好、環(huán)境友好的優(yōu)勢(shì)。但是，目前的FeS₂黃鐵礦的制備，絕大多數(shù)反應(yīng)過程都以昂貴的表面活性劑和復(fù)雜前驅(qū)體為代價(jià)，并且不利于環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的為了解決上述的FeS₂?黃鐵礦制備中，以昂貴的表面活性劑和復(fù)雜前驅(qū)體為代價(jià)，并且不利于環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展等技術(shù)問題而提供一種多形貌FeS₂黃鐵礦光電材料的合成方法，該方法具有工藝簡單、原材料便宜、環(huán)境友好及成本低等特點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案

一種多形貌FeS₂?黃鐵礦光電材料的合成方法，即采用水熱合成法，具體步驟如下：

（1）、將硝酸鐵和L-半胱氨酸按摩爾比1:4-7的比例，將硝酸鐵和L-半胱氨酸?加入反應(yīng)容器；

（2）、反應(yīng)容器中，先加入去離子水進(jìn)行攪拌轉(zhuǎn)變成乳白色懸浮液，再加入乙醇胺進(jìn)行攪拌變?yōu)樗{(lán)紫色溶液;

所述的去離子水和乙醇胺的用量，按硝酸鐵：乙醇胺：去離子水為1mol:?0-36ml?:?4-40ml的比例計(jì)算，其中乙醇胺：去離子水按體積比為0:10-9:1，優(yōu)選為1：9-9：1；

（3）、然后控制溫度180-200℃，優(yōu)選為200℃進(jìn)行反應(yīng)24-48h，使硫粉揮發(fā)，且整個(gè)反應(yīng)處于過硫氣氛中；反應(yīng)結(jié)束，自然冷卻到室溫后，加入乙醇使溶液變成黑色懸浮液，然后利用無水乙醇清洗3-5次后，直到上層清液為無色時(shí)則分離干凈，在空氣下自然干燥，即得多形貌FeS₂?黃鐵礦光電材料。

上述的FeS₂黃鐵礦光電材料的合成方法，在反應(yīng)液轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜前，采用磁力攪拌器進(jìn)行攪拌，保證整個(gè)反應(yīng)溶液的物理和化學(xué)均勻性，為FeS₂的合成提供了良好的形核與生長環(huán)境。

另外，當(dāng)反應(yīng)溫度低于180℃時(shí)，大部分的原材料不能完全轉(zhuǎn)化，反應(yīng)產(chǎn)物中觀察到饅頭峰；當(dāng)反應(yīng)溫度高于200℃時(shí)，由于溫度太高，四氟反應(yīng)內(nèi)襯容易變形，使整個(gè)反應(yīng)過程不穩(wěn)定，并且會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)速度過快，不能觀察到。因此合成溫度范圍以180-200℃為宜。在此范圍內(nèi)，低溫段時(shí)需要相對(duì)延長反應(yīng)時(shí)間，高溫段時(shí)反應(yīng)時(shí)間可適量縮短，都能保證有理想的產(chǎn)品合成。反應(yīng)溫度為200℃，反應(yīng)時(shí)間應(yīng)大于24h，保證反應(yīng)完全；當(dāng)反應(yīng)時(shí)間小于24h后，由于反應(yīng)時(shí)間短，反應(yīng)不充分，反應(yīng)產(chǎn)物中除目標(biāo)產(chǎn)物以外，x射線衍射峰還有少量原料峰；當(dāng)反應(yīng)時(shí)間大于48h，反應(yīng)已經(jīng)很充分，產(chǎn)物衍射峰的結(jié)晶度很高，繼續(xù)延長反應(yīng)時(shí)間并不能改變很多晶體強(qiáng)度和缺陷，因此合成時(shí)間在24-48h為宜。