一种铜锌锡硫纳米晶的溶剂热合成方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102674435A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102674435A(43)申请公布日2012.09.19(21)申请号201210144130.3(22)申请日2012.05.10(71)申请人北京工业大学地址100124北京市朝阳区平乐园100号(72)发明人汪浩宗恺孙玉绣高志华刘晶冰朱满康严辉(74)专利代理机构北京思海天达知识产权代理有限公司11203代理人刘萍(51)Int.Cl.C01G19/00(2006.01)B82Y40/00(2011.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书33页页附图附图44页(54)发明名称一种铜锌锡硫纳米晶的溶剂热合成方法(57)摘要一种铜锌锡硫纳米晶的溶剂热合成方法属于功能纳米材料的制备技术领域。本发明在较低的温度范围内，使用吡啶作为溶剂，可以克服以往铜锌锡硫纳米晶合成过程中碳，氧元素的引入。本发明步骤：称取一定量的氯化铜、氯化锌、氯化亚锡和硫代乙酰胺，其摩尔比为2:1:1:5;在吡啶中依次加入氯化铜、氯化锌、氯化亚锡和硫代乙酰胺，持续搅拌溶液，搅拌均匀后，将溶液移入密闭反应釜中；放在130-140℃的烘箱中加热15h-20h，之后随炉冷却至室温；取出粉体，依次用乙醇和蒸馏水离心；之后在真空烘箱中烘干；即制得铜锌锡硫纳米晶。该方法工艺简单，无氧低碳，成本低廉，具有大规模生产的潜力。CN10267435ACN102674435A权利要求书1/1页1.一种铜锌锡硫纳米晶的溶剂热合成方法，其特征在于步骤如下：1).称取氯化铜、氯化锌、氯化亚锡和硫代乙酰胺，其摩尔比为2:1:1:5;2).在不断搅拌条件下，在吡啶中加入氯化铜，持续搅拌溶液，待溶质完全溶解后得到深蓝色悬浮液A；3).向悬浮液A中加入氯化锌，持续搅拌，待溶质完全溶解后得到浅蓝色悬浮液B；4).向悬浮液B中加入氯化亚锡，持续搅拌，得到绿色悬浮溶液C，之后再加入硫代乙酰胺；5).搅拌均匀后，将溶液移入密闭反应釜中；放在130-140℃的烘箱中加热15h-20h，之后随炉冷却至室温；6).取出粉体，依次用乙醇和蒸馏水离心；之后在真空烘箱中烘干；即制得铜锌锡硫纳米晶。2.根据权利要求1所述的一种铜锌锡硫纳米晶的溶剂热合成方法，步骤5)中在140℃的烘箱中加热干15h。2CN102674435A说明书1/3页一种铜锌锡硫纳米晶的溶剂热合成方法技术领域[0001]本发明涉及一种铜锌锡硫纳米晶的溶剂热合成方法。在较低的温度范围内，使用吡啶作为溶剂，可以克服以往铜锌锡硫纳米晶合成过程中碳，氧元素的引入。属于功能纳米材料的制备技术领域。背景技术[0002]目前，太阳能产业化占主导地位的是单晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池和铜铟镓硒（CuIn1-xGaxSe2，简称CIGS）薄膜太阳能电池。但是晶体硅太阳能电池成本高，在搭理推广中受到制约；非晶硅薄膜太阳能电池由于材料固有的亚稳态和多缺陷的特性造成电池稳定性较低，有严重的光致效率衰退效应，大面积光电转换效率难以进一步提高；CIGS则大量使用了两种低丰度元素In（0.049ppm）和Se（0.05ppm）。尤其是稀有元素In，目前每年In的产量只有1200-1300吨，其中一半用于平面显示行业的ITO薄膜，留给CIGS电池的发展空间非常有限，所以CIGS电池的发展空间非常有限。[0003]近年来，新的铜硫系材料铜锌锡硫（Cu2ZnSnS4，简称CZTS）引人注目。锌黄锡矿结构的CZTS与黄铜矿结构的CIGS晶体结构相似，且具有较高的光吸收系数（>104cm-1），禁带宽度约1.50eV，与太阳能电池所需要的最佳禁带宽度相匹配。而且CZTS电池采用的均为丰度较高且绿色环保的元素：Cu（50ppm）、Zn（75ppm）、Sn（2.2ppm）、S（260ppm），从而可以大大降低生产成本，且其中不含有毒成分。可望成为新一代首选的可代替CIGS的光电功能材料。[0004]溶剂热合成反应是指几种组分在溶剂热条件下直接化合或经过中间态发生的化学反应。但是前期纳米晶制备一般都是在高分子有机溶剂（如油胺、油酸等）中进行，后期的涂膜工艺也需要先将纳米晶分散在高分子的有机溶剂和有机粘合剂中配制成墨水。这些高分子有机物不可能在低温下完全挥发，而在退火热处理过程中（>500℃，无氧条件下），则肯定会发生碳化现象，薄膜中不可避免的会有残余碳存在。这些残余碳会在晶界处形成大量的缺陷态，充当电子空穴的复合中心，降低载流子寿命；或者阻碍退火时各元素的相互扩散，抑制CZTS晶粒的生长。而油酸等高分子有机物不仅会引入碳，同时还不可避免的引入了氧，大量引入氧原子不仅会取代晶格中硫原子的位置，产生晶格畸变，而且会生成大量的氧空位。同残余碳的作用相同，氧可以充当电子空穴的复合中