CN101780974A - 一种Cu2ZnSnS4半导体材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Cu2ZnSnS4半导体材料的制备方法,利用氯化亚锡、氯化锌、氯化铜的混合溶液和硫化铵溶液作为原料,按照一定配比,先进行溶液共沉淀,再经高压水热处理,分离即得Cu2ZnSnS4半导体材料。通过溶液共沉淀再经高压水热处理来制备Cu2ZnSnS4半导体材料的方法,具有产物化学计量比容易控制可调,制备工艺简单,成本低廉,对环境友好等优点,所得材料可作为吸收层应用于薄膜太阳电池中。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于薄膜太阳电池半导体材料的制备方法,具体是一种Cu2ZnSnS4半导体材料的制备方法。
背景技术
Cu2ZnSnS4不含丰度低的元素Ga、In、Se和有毒元素Cd等,是一种低成本、对环境友好的半导体材料,且其禁带宽度约为1.5eV,与太阳光谱相匹配,吸光系数高达104cm-1,满足化合物薄膜太阳电池的要求,是一种十分重要的薄膜太阳电池吸收层材料。
目前,国内外制备Cu2ZnSnS4半导体薄膜主要有气相沉积金属前驱体法再经硫化、磁控溅射法等方法。日本专利JP2009135316A利用气相沉积金属前驱体再经硫化制备了Cu2ZnSnS4薄膜及相应的n-CdS/p-Cu2ZnSnS4薄膜太阳电池,其光电转化效率达6.9%;Hironori Katagiri等(Thin Solid Films,2007,515:5997-5999)以同样的方法制备了Cu2ZnSnS4薄膜及薄膜太阳电池,获得了5.74%的光电转化效率;俄罗斯专利RU2347299C1利用真空溅射金属前驱体接着经硫化的两步法制备了Cu2ZnSnS4薄膜;中国专利CN101026198A和CN101101939A采用熔炼合金的方法、再经磁控溅射制备了Cu2ZnSnS4薄膜,然而这些制备方法,硫化工艺复杂,产物的化学计量比难控制,制备过程需真空或者气体保护等。
发明内容
本发明提供了一种Cu2ZnSnS4半导体材料的制备方法,化学计量比容易控制可调,制备工艺简单,成本低廉,对环境友好。
本发明的技术方案为:
一种Cu2ZnSnS4半导体材料的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)、将硫化铵溶液和蒸馏水混合均匀,抽滤,得滤液A;将氯化亚锡溶解于浓盐酸中,用水稀释,再加入氯化锌和氯化铜,搅拌均匀,抽滤,得滤液B;将滤液B滴入至滤液A中,然后搅拌20-40min,抽滤得滤饼;所述的氯化亚锡、氯化锌、氯化铜和硫化铵的物质的摩尔量比为1∶0.8-1.2∶1.8-2.2∶4;
(2)、将滤饼与水`混合后于高压釜中加热至140-220℃高压水热处理6-72h,然后冷却至室温,分离得Cu2ZnSnS4半导体材料。
所述的Cu2ZnSnS4半导体材料的制备方法,其特征在于:所述的硫化铵溶液和蒸馏水的重量份比为8∶90-95,硫化铵溶液的含硫量为7-9%。
所述的Cu2ZnSnS4半导体材料的制备方法,其特征在于:所述的分离是将冷却后的混合物蒸发除去蒸馏水得前驱体,然后于65-75℃下真空干燥5-7h。
相对于现有技术的有益效果是利用氯化亚锡、氯化锌、氯化铜、硫化铵溶液等作为原料,通过溶液共沉淀再经高压水热处理制备得Cu2ZnSnS4半导体材料,其具有产物化学计量比容易控制可调,制备工艺简单,成本低廉,对环境友好等优点。
附图说明
图1是本发明通过溶液共沉淀再经高压水热处理180℃、12h和24h后所得Cu2ZnSnS4半导体材料的XRD图。
具体实施方式
Cu2ZnSnS4半导体材料的制备方法:
实施例1
(1)、将8.00g硫化铵溶液(硫含量8%)和92.0g蒸馏水混合均匀,抽滤,得滤液(A);
(2)、将1.12g氯化亚锡溶解于8.00ml浓盐酸,用100.0g蒸馏水稀释,再加入氯化锌0.54g和氯化铜1.87g,搅拌均匀,抽滤,将滤液(B)边磁力搅拌边滴加滤液(A),滴加完毕后,继续搅拌30min,抽滤,并用100mL蒸馏水洗涤两次,得滤饼;
(3)、将滤饼与25.0g蒸馏水混合后转移至高压釜,于220℃保温72h。冷却至室温,将所得混合物旋转蒸发(85℃,0.09MPa)以除去蒸馏水,得粗产品,于70℃真空干燥6h,得Cu2ZnSnS4半导体材料。
实施例2
将1.12g氯化亚锡溶解于8.00ml浓盐酸,用100.0g蒸馏水稀释,再加入氯化锌0.82g和氯化铜1.87g,搅拌均匀,抽滤,将滤液(B)边磁力搅拌边滴加滤液(A),滴加完毕后,继续搅拌30min,抽滤,并用100mL蒸馏水洗涤两次,得滤饼;其它同实施例1。
实施例3:
将1.12g氯化亚锡溶解于8.00ml浓盐酸,用100.0g蒸馏水稀释,再加入氯化锌0.68g和氯化铜1.87g,搅拌均匀,抽滤,将滤液(B)边磁力搅拌边滴加滤液(A),滴加完毕后,继续搅拌30min,抽滤,并用100mL蒸馏水洗涤两次,得滤饼;其它同实施例1。
实施例4:
将1.12g氯化亚锡溶解于8.00ml浓盐酸,用100.0g蒸馏水稀释,再加入氯化锌0.68g和氯化铜1.53g,搅拌均匀,抽滤,将滤液(B)边磁力搅拌边滴加滤液(A),滴加完毕后,继续搅拌30min,抽滤,并用100mL蒸馏水洗涤两次,得滤饼;其它同实施例1。
实施例5:
将1.12g氯化亚锡溶解于8.00ml浓盐酸,用100.0g蒸馏水稀释,再加入氯化锌0.68g和氯化铜1.70g,搅拌均匀,抽滤,将滤液(B)边磁力搅拌边滴加滤液(A),滴加完毕后,继续搅拌30min,抽滤,并用100mL蒸馏水洗涤两次,得滤饼;其它同实施例1。
实施例6:
将滤饼与25.0g蒸馏水混合后转移至高压釜,于140℃保温72h。冷却至室温,将所得混合物旋转蒸发(85℃,0.09MPa)以除去蒸馏水,得粗产品,于70℃真空干燥6h,得Cu2ZnSnS4半导体材料。其它同实施例5。
实施例7:
将滤饼与25.0g蒸馏水混合后转移至高压釜,于180℃保温72h。冷却至室温,将所得混合物旋转蒸发(85℃,0.09MPa)以除去蒸馏水,得粗产品,于70℃真空干燥6h,得Cu2ZnSnS4半导体材料。其它同实施例5。
实施例8:
将滤饼与25.0g蒸馏水混合后转移至高压釜,于180℃保温36h。冷却至室温,将所得混合物旋转蒸发(85℃,0.09MPa)以除去蒸馏水,得粗产品,于70℃真空干燥6h,得Cu2ZnSnS4半导体材料。其它同实施例7。
实施例9:
将滤饼与25.0g蒸馏水混合后转移至高压釜,于180℃保温6h。冷却至室温,将所得混合物旋转蒸发(85℃,0.09MPa)以除去蒸馏水,得粗产品,于70℃真空干燥6h,得Cu2ZnSnS4半导体材料。其它同实施例7。
实施例10:
将滤饼与25.0g蒸馏水混合后转移至高压釜,于180℃保温12h。冷却至室温,将所得混合物旋转蒸发(85℃,0.09MPa)以除去蒸馏水,得粗产品,于70℃真空干燥6h,得Cu2ZnSnS4半导体材料。其它同实施例7。
Claims (3)
1.一种Cu2ZnSnS4半导体材料的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)、将硫化铵溶液和蒸馏水混合均匀,抽滤,得滤液A;将氯化亚锡溶解于浓盐酸中,用水稀释,再加入氯化锌和氯化铜,搅拌均匀,抽滤,得滤液B;将滤液B滴入至滤液A中,然后搅拌20-40 min,抽滤得滤饼;所述的氯化亚锡、氯化锌、氯化铜和硫化铵的物质的摩尔量比为1∶0.8-1.2∶1.8-2.2∶4;
(2)、将滤饼与水混合后于高压釜中加热至140-220℃高压水热处理6-72h,然后冷却至室温,分离得Cu2ZnSnS4半导体材料。
2.根据权利要求1所述的Cu2ZnSnS4半导体材料的制备方法,其特征在于:所述的硫化铵溶液和蒸馏水的重量份比为8∶90-95,硫化铵溶液的含硫量为7-9%。
3.根据权利要求1所述的Cu2ZnSnS4半导体材料的制备方法,其特征在于:所述的分离是将冷却后的混合物蒸发除去蒸馏水得前驱体,然后于65-75℃下真空干燥5-7h。
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