[發(fā)明專利]一種催化制備銅銦碲納米線的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410308861.6
• 申請(qǐng)日: 2014-07-01
• 公開（公告）號(hào): CN104057101A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳銘;劉培培;杜江
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 揚(yáng)州大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F9/24
• 分類號(hào): B22F9/24;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 揚(yáng)州市錦江專利事務(wù)所 32106
• 代理人: 江平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新一代薄膜太陽能電池材料生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及制備銅銦碲納米線的方法。

背景技術(shù)

一維半導(dǎo)體納米線的制備方法主要分為氣相法和液相法，其中氣相法需要較為昂貴的儀器設(shè)備，操作過程較為復(fù)雜，對(duì)原料浪費(fèi)較為嚴(yán)重，不能有效地控制多組分的化學(xué)計(jì)量比，合成出的納米線產(chǎn)量有限，這些都限制了材料制備的實(shí)際應(yīng)用。與氣相法相比，尤其是Solution-Liquid-Solid（SLS）方法具有儀器設(shè)備便宜，操作過程簡(jiǎn)便，可以有效的控制多組分材料的化學(xué)計(jì)量比，可以大批量的生產(chǎn)高質(zhì)量的納米線，滿足商品化需要。SLS方法的原理是以低熔點(diǎn)的金屬納米粒子為催化劑（如：錫，鉍），在高溫下金屬納米粒子聚集為液態(tài)液滴，這些液滴將作為納米線生長(zhǎng)的液態(tài)核心。反應(yīng)前驅(qū)體會(huì)不斷的溶入液態(tài)液滴，當(dāng)達(dá)到過飽和時(shí)，半導(dǎo)體晶枝就會(huì)從液滴中析出，在液滴的約束下，形成一維納米線結(jié)構(gòu)。同時(shí)液滴中前驅(qū)體濃度欠飽和，前驅(qū)體會(huì)溶入液滴中，提供晶枝繼續(xù)生長(zhǎng)，這樣形成的納米線可達(dá)到10微米。

銅銦硒（CuInSe₂, CIS）是一種Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體，具有黃銅礦、閃鋅礦兩個(gè)同素異形的晶體結(jié)構(gòu)。銅銦硒薄膜太陽能電池材料具有近似最佳的光學(xué)能隙，吸收率（吸收與入射光通量之比）高( 10⁵cm^–1)，抗輻射能力強(qiáng)和長(zhǎng)期穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。其能隙還可以通過 Ga 和 Al 部分取代 In，或 S 部分取代 Se 進(jìn)行調(diào)節(jié)。銅銦硒薄膜太陽能電池屬于技術(shù)集成度很高的化合物半導(dǎo)體光伏器件，由在玻璃或廉價(jià)的襯底上沉積多層薄膜而構(gòu)成。薄膜總厚度約2～3μm，具有高轉(zhuǎn)換效率、低成本、無衰退等綜合性能。德國、美國和日本已經(jīng)完成了銅銦硒薄膜太陽能電池中試開發(fā)，開始進(jìn)入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化技術(shù)攻關(guān)。日本昭和石油公司創(chuàng)下了這種CIS 系薄膜太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的最高世界記錄。面積為864cm²的轉(zhuǎn)換效率為14.3%，面積為3560cm²的轉(zhuǎn)換效率為13.4%。

銅銦碲（CuInTe₂, CIT）也是一種Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體，其禁帶寬度為1.02eV，與CIS接近，具有很好的吸光性能，是一種潛在的薄膜太陽能電池材料。已有報(bào)道通過微波輻射法、溶劑熱法等合成了銅銦碲納米粒子，但有關(guān)銅銦碲納米線的制備方法尚未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種薄膜太陽能電池材料-銅銦碲納米線的催化制備方法。

本發(fā)明包括以下步驟：

1）制備鉍納米粒子的甲苯溶液：

將雙（三甲基硅基）氨基鉍的四氫呋喃溶液和雙（三甲基硅基）氨基鈉的四氫呋喃溶液混合，形成含有鉍前驅(qū)體的混合溶液；

在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將聚乙烯吡咯烷酮-十六烷嵌段共聚物和二苯醚混合，磁力攪拌并加熱到180℃，形成反應(yīng)體系；

將含有鉍前驅(qū)體的混合溶液注入反應(yīng)體系中，經(jīng)反應(yīng)30分鐘后，冷卻到室溫，再加入甲醇后離心，用甲苯和甲醇分散和離心處理，將離心出的固相分散在甲苯中，形成鉍納米粒子的甲苯溶液；

2）制備含有乙酸銦、乙酸亞銅和碲的前驅(qū)體溶液：

在氮?dú)獗Ｗo(hù)下將碲粉溶解于三辛基膦中，形成碲含量為0.5～1 mol/L的碲的三辛基膦溶液；

本發(fā)明選用三辛基膦作為溶劑有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1. 三辛基膦是一個(gè)高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑，本發(fā)明需要較高的反應(yīng)溫度，三辛基膦可以滿足需要；2. 三辛基膦可以很好的溶解各種前驅(qū)體；3. 三辛基膦具有一定的還原性，可以保護(hù)反應(yīng)物不被氧化。

無氧條件下，將乙酸銦、乙酸亞銅、油酸和三辛基膦混合后，加入碲的三辛基膦溶液，形成含有乙酸銦、乙酸亞銅和碲的前驅(qū)體溶液；

3）制備銅銦碲納米線：

在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將三辛基膦加熱到360～370℃，保溫條件下，加入鉍納米粒子的甲苯溶液，再滴加含有乙酸銦、乙酸亞銅和碲的前驅(qū)體溶液，待反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)冷卻再注入甲苯，然后離心，取固相用甲苯離心洗滌后真空干燥，即得銅銦碲納米線。

根據(jù)反應(yīng)原理，反應(yīng)溫度必須高于金屬鉍的熔點(diǎn)，也就是273.1℃以上，鉍納米粒子在反應(yīng)體系中為液相，前驅(qū)體會(huì)溶于鉍納米粒子中，過飽和后長(zhǎng)出晶枝線。但是對(duì)于銅銦碲納米線的合成，在低于360℃時(shí)，由于其高的反應(yīng)活性，銅銦碲會(huì)自動(dòng)成核，形成納米球狀銅銦碲。如溫度高于370℃時(shí)，三辛基膦開始回流。因此本發(fā)明在步驟3）中先三辛基膦加熱到360～370℃，并在保溫條件下，加入鉍納米粒子的甲苯溶液。