CN101891244B - 一种非注射法高温液相制备Cu2ZnSnS4的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非注射法高温液相制备Cu₂ZnSnS₄的方法，包括：(1)称取摩尔比为2∶1∶1的Cu²⁺、Zn²⁺、Sn²⁺的含硫前驱体，加入有机溶剂，配制成总浓度为0.005-0.2M的混合溶液；(2)将上述溶液在氮气保护下于60-150℃稳定半小时，除水和溶解氧，然后升温到320℃，反应0.5～1小时；加入过量的乙醇，离心分离，乙醇洗涤，即得到Cu₂ZnSnS₄纳米晶。本方法操作比较简单，容易规模化，所使用的各种溶剂均对环境友好，无高毒性物质产生，具有良好的应用前景。

Description

一种非注射法高温液相制备Cu2ZnSnS4的方法

技术领域

本发明属于Cu₂ZnSnS₄吸收层材料的制备领域，特别涉及一种非注射法高温液相制备Cu₂ZnSnS₄的方法。

背景技术

能源是社会发展的动力，对人类物质文明和精神文明的发展都起着决定性作用。但是社会的巨大进步，却加快了煤、石油、天然气等能源急剧枯竭，且随之带来的环境污染也日益加剧。因此“改变能源结构，保护地球”成为全球的呼声，也成了各国能源战略的重点。分解水产生的氢能、太阳能都是最清洁、环保，取之不尽、用之不竭的可再生能源。目前，充分利用太阳能成为各国科技工作者研究的重点，而高效、廉价、稳定的太阳能电池就是其中最重要的一部分。

M.Green于2001年提出的第三代电池，即“绿色、环保、新概念、高效”的太阳电池更是为科技工作者指明了科研的方向。当前太阳能电池主要分为：硅系(单晶硅、多晶硅和非晶硅薄膜)太阳能电池、化合物半导体(Cu₂ZnSnS₄、CuInSe₂、Cu(In，Ga)Se₂、CdTe、GaAs和InP)薄膜太阳能电池、有机太阳能电池和染料敏化纳米晶太阳能电池等。其中，Cu₂ZnSnS₄薄膜太阳能电池以其无毒、绿色环保、光电转换效率较高、制作成本较低，没有性能衰减等优良特性，受到人们的广泛关注。

Cu₂ZnSnS₄作为吸收层材料，是Cu₂ZnSnS₄薄膜太阳能电池的关键部分。它具有10⁴cm^-1的吸收系数，1.5V的禁带宽度，十分符合太阳能电池所要求的条件。而且Cu、Zn、Sn、S四种元素均无毒、地表含量丰富、价格低廉，因此这种吸收材料十分符合第三代电池要求。目前制备Cu₂ZnSnS₄的吸收层材料的方法主要有磁控溅射、脉冲激光沉积、喷雾热解法、电化学沉积法、溶解-旋涂法、高温液相合成纳米晶墨水等方法。其中磁控溅射、脉冲激光沉积、喷雾热解法对设备要求较高，价格昂贵；利用电化学沉积合成的薄膜材料，成分比较难控制；溶解-旋涂法通常会用到有毒的有机溶剂；高温液相合成多是利用注射合成，对于规模化生产比较困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种非注射法高温液相制备Cu₂ZnSnS₄的方法，本方法操作比较简单，容易规模化，所使用的各种溶剂均对环境友好，无高毒性物质产生，具有良好的应用前景。

本发明的一种非注射法高温液相制备Cu₂ZnSnS₄的方法，包括：

(1)称取摩尔比为2∶1∶1的Cu²⁺、Zn²⁺、Sn²⁺的含硫前驱体，加入有机溶剂，配制成总浓度为0.005-0.2M的混合溶液；

(2)将上述溶液在氮气保护下于60-150℃稳定0.5h，除水和溶解氧，然后升温到320℃，反应0.5～1h；加入过量的乙醇，离心分离，乙醇洗涤，即得到Cu₂ZnSnS₄纳米晶。

所述步骤(1)中的Cu²⁺、Zn²⁺、Sn²⁺的含硫前驱体分别为二乙基二硫代氨基甲酸铜、二乙基二硫代氨基甲酸锌、二乙基二硫代氨基甲酸锡。

所述步骤(1)中的有机溶剂选自油胺、油酸、十八烯中的一种或几种的混合物。

本发明中以Cu²⁺、Zn²⁺、Sn²⁺的含硫前驱体为金属源和硫源，采用非注射的方法制备Cu₂ZnSnS₄纳米晶，为Cu₂ZnSnS₄太阳能吸收层材料的制备提供了一种新方法。

有益效果

本方法操作比较简单，容易规模化，所需原材料易得，成本低廉，对设备要求低，所使用的各种溶剂均对环境友好，无高毒性物质产生，所制得的纳米晶用于太阳能光伏电池。

附图说明

图1为本发明中制备的Cu₂ZnSnS₄太阳能吸收层材料的TEM图片；

图2为本发明中制备的Cu₂ZnSnS₄太阳能吸收层材料的XRD图谱，线状图为制备的Cu₂ZnSnS₄的XRD图谱，柱状图为Cu₂ZnSnS₄的标准XRD图谱。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

称取0.5mmol Cu²⁺(二乙基二硫代氨基甲酸铜，下同)、0.25mmol Zn²⁺(二乙基二硫代氨基甲酸锌，下同)、0.25mmol Sn²⁺(二乙基二硫代氨基甲酸锡，下同)前驱体放入圆底烧瓶中，加入5mL油胺，5mL油酸，10mL十八烯的混合溶液，氮气保护，120℃稳定半小时，除水和溶解氧，然后升温到320℃，反应半小时，加入过量的乙醇，离心分离，乙醇洗涤，即得到Cu₂ZnSnS₄纳米晶。

实施例2

纳米晶的合成：称取0.25mmol Cu²⁺、0.125mmol Zn²⁺、0.125mmol Sn²⁺前驱体放入圆底烧瓶中，加入5mL油胺，5mL油酸，10mL十八烯的混合溶液，氮气保护，120℃稳定半小时，除水和溶解氧，然后升温到320℃，反应半小时，加入过量的乙醇，离心分离，乙醇洗涤，即得到Cu₂ZnSnS₄纳米晶。

实施例3

纳米晶的合成：称取0.5mmol Cu²⁺、0.25mmol Zn²⁺、0.25mmol Sn²⁺前驱体放入圆底烧瓶中，加入10mL油胺，10mL十八烯的混合溶液，氮气保护，120℃稳定半小时，除水和溶解氧，然后升温到320℃，反应半小时，加入过量的乙醇，离心分离，乙醇洗涤，即得到Cu₂ZnSnS₄纳米晶。

实施例4

纳米晶的合成：称取0.5mmol Cu²⁺、0.25mmol Zn²⁺、0.25mmol Sn²⁺前驱体放入圆底烧瓶中，加入20mL油胺，氮气保护，120℃稳定半小时，除水和溶解氧，然后升温到320℃，反应半小时，加入过量的乙醇，离心分离，乙醇洗涤，即得到Cu₂ZnSnS₄纳米晶。

实施例5

纳米晶的合成：称取0.5mmol Cu²⁺、0.25mmol Zn²⁺、0.25mmol Sn²⁺前驱体放入圆底烧瓶中，加入20mL油胺，氮气保护，120℃稳定半小时，除水和溶解氧，然后升温到280℃，反应1小时，加入过量的乙醇，离心分离，乙醇洗涤，即得到Cu₂ZnSnS₄纳米晶。

实施例6

纳米晶的合成：称取0.5mmol Cu²⁺、0.25mmol Zn²⁺、0.25mmol Sn²⁺前驱体放入圆底烧瓶中，加入20mL油胺，氮气保护，120℃稳定半小时，除水和溶解氧，然后升温到300℃，反应半小时，加入过量的乙醇，离心分离，乙醇洗涤，即得到Cu₂ZnSnS₄纳米晶。

Claims (1)

1.一种非注射法高温液相制备Cu₂ZnSnS₄的方法，包括：

(1)称取摩尔比为2∶1∶1的Cu²⁺、Zn²⁺、Sn²⁺的含硫前驱体，加入有机溶剂，配制成总浓度为0.005-0.2M的混合溶液；其中Cu²⁺、Zn²⁺、Sn²⁺的含硫前驱体分别为二乙基二硫代氨基甲酸铜、二乙基二硫代氨基甲酸锌、二乙基二硫代氨基甲酸锡；有机溶剂选自油胺、油酸、十八烯中的一种或几种的混合物；

(2)将上述溶液在氮气保护下于60-150℃稳定0.5h，除水和溶解氧，然后升温到320℃，反应0.5～1h；加入过量的乙醇，离心分离，乙醇洗涤，即得到Cu₂ZnSnS₄纳米晶。

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