[發明專利]三維蜂窩狀CuInS2納米線陣列太陽能吸收材料制備方法

有效

• 申請號: 201510570019.4
• 申請日: 2015-09-09
• 公開（公告）號: CN105084416B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 蘇言杰;李明;張亞非;胡敬
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C01G15/00
• 分類號: C01G15/00;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司31225
• 代理人: 陳亮

技術領域

本發明屬于太陽能應用領域，尤其是涉及一種三維蜂窩狀CuInS₂納米線陣列太陽能吸收材料制備方法。

背景技術

近幾十年來，納米線及其太陽電池的研究無論在科學還是工程研究領域都是熱門話題。較傳統的平面電池，陣列型納米線太能電池具有許多優點：較低的光反射率、極好的光捕獲能力、載流子的徑向分離機制、帶隙調整得到改善、對缺陷的容忍度增加等。三元半導體化合物CuInS₂是一種直接帶隙半導體材料，帶隙為～1.5eV，對太陽光有極好的吸收效果(吸收系數為～10⁵cm^-1)，其理論轉換效率可達25％。因此，CuInS₂納米線太陽能吸收材料在光伏領域具有極大的應用價值。

公開號為CN102951676A的中國專利申請公開的CuInS₂納米線的一步合成制備方法，利用前驅體活性的差異，前驅體硫代氨基甲酸銀在高溫下首先分解形成的硫化銀作為催化劑，乙酰丙酮銅、硫代氨基甲酸銦高溫分解形成的產物溶解在硫化銀催化劑中，達到飽和而析出生長CuInS₂納米線。公開號為CN103233202A的中國專利申請公開的一種利用脈沖激光沉積法制備CuInS₂納米棒的方法，利用脈沖激光轟擊CuInS₂三元陶瓷靶材而在硅襯底上得到CuInS₂納米棒。公開號為CN102394256A的中國專利申請公開的用于太陽電池吸收層的CuInS₂陣列化薄膜的制備方法，將化學法得到的Cu-In合金墨水涂覆在襯底上形成前驅體薄膜，而后在含有H₂S/Ar混合氣氛中燒結成表面呈納米棒陣列的CuInS₂薄膜。此外，隨著石墨烯等二維層狀納米材料研究熱潮的興起，二維CuInS₂納米片陣列的研究也得到廣泛關注。公開號為CN103819099A的中國專利申請公開的類石墨烯結構CuInS₂納米片陣列薄膜的制備，采用水熱法在導電基底上制備得到CuInS₂納米片陣列。

上述制備CuInS₂納米線/棒的方法有各自的優點，但也存在很大的不足。溶液法一步得到的CuInS₂納米線質量較高，產率可達90％以上，但并不是陣列型的結構，限制其應用空間。脈沖激光沉積法工藝簡單，得到的CuInS₂納米棒直線性好且長寬比大，但該方法得到的也并非陣列結構，且需要真空設備而增加制備成本。前驅體膜涂覆燒結法工藝簡單可靠，得到CuInS₂陣列結構的性能較好，但制備過程相對復雜。水熱法制備類石墨烯結構CuInS₂納米片陣列薄膜方法簡單可控，成本較低，且樣品均一，性能較好。該方法采用一價銅鹽、氯化銦、硫粉和硫脲為原料，只能在導電基底上原位生長CuInS₂納米片陣列，無法得到三維陣列狀結構，得到的納米片陣列也難以媲美納米線狀陣列結構的優勢。因此，探索一種低成本、大面積制備既擁有二維片狀結構特征又具有納米線陣列結構優勢的三維陣列狀CuInS₂薄膜具有重要的實際意義。

中國專利CN102557116A公開了一種制備中空太陽能吸收材料CuInS₂的方法，該方法銦源、硫源等為前驅物，以具有特定形貌——氧化亞銅為自犧牲模板和銅源，通過選擇合適的溶劑和表面活性劑、控制一定的反應溫度和反應時間即可制備出CuInS₂中空納米材料。由于該專利選擇氧化亞銅粉末為自犧牲模板，得到的CuInS₂為粉末狀的中空納米材料，難以媲美陣列型結構的優勢，限制其應用空間。此外，該專利采用的方法也無法得到二維層狀結構CuInS₂。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的不足，并結合二維材料的優勢，提供一種以銅的氧化物或硫化物納米線陣列為自犧牲模板制備三維蜂窩狀CuInS₂納米線陣列太陽能吸收材料的制備方法，過程簡單，安全可靠，且成本低廉，在光催化及太陽能光伏電池領域有很好的應用前景。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：