KR101116404B1 - Low Temperature Water-based Preparation Method of CI(G)S(CuInxGa1-xSe2) Nano Particles using Polyelectrolytes - Google Patents

Low Temperature Water-based Preparation Method of CI(G)S(CuInxGa1-xSe2) Nano Particles using Polyelectrolytes Download PDF

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Abstract

본 발명은 박막형 화합물 태양전지의 광 흡수층 물질인 CI(G)S(CuInxGa1-xSe2; 0<x≤1)의 나노입자를 저온 하에서 수계 반응하여 제조하는 방법에 관한 것이다. 자세하게는 구리화합물 및 인듐화합물과, 고분자전해질을 수계반응하여 얻어지는 착물과, 상기 착물에 셀레늄 화합물을 반응하여 CI(G)S 나노입자를 생성하는 단계를 포함하는 저온 수계 CI(G)S 나노입자의 제조방법에 관한 것으로서, 수용액을 기반으로 하는 환경친화적인 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a nanoparticles of CI (G) S (CuIn x Ga 1-x Se 2 ; 0 <x≤1), which is a light absorbing layer material of a thin film compound solar cell, by aqueous reaction under low temperature. Specifically, a low temperature water-based CI (G) S nanoparticle comprising the step of producing a CI (G) S nanoparticle by reacting a copper compound and an indium compound, a complex obtained by an aqueous reaction of a polymer electrolyte, and a selenium compound to the complex. The present invention relates to a method for manufacturing an environment-friendly manufacturing method based on an aqueous solution.

저온공정, CIGS, 고분자전해질, 나노입자, 수계반응 Low temperature process, CIGS, polymer electrolyte, nanoparticles, aqueous reaction

Description

고분자전해질을 이용한 저온 수계 CI(G)S(CuInxGa1?xSe2) 나노입자의 제조방법{Low Temperature Water-based Preparation Method of CI(G)S(CuInxGa1-xSe2) Nano Particles using Polyelectrolytes}Low Temperature Water-based Preparation Method of CI (G) S (CuInxGa1-xSe2) Nano Particles using Polyelectrolytes}

본 발명은 화합물 박막형 태양전지 중 뛰어난 광흡수율과 최적의 광 특성을 갖고 있는 CI(G)S 나노입자를 제조함에 있어서, 고온 및 유해성 용매를 사용하지 않고 고분자전해질을 이용한 저온 수계CI(G)S 제조방법에 관한 것이다.The present invention is a low-temperature aqueous CI (G) S using a polymer electrolyte in the production of CI (G) S nanoparticles having excellent light absorption and optimal optical properties in a compound thin film solar cell without using a high temperature and harmful solvent It relates to a manufacturing method.

CI(G)S는 반도체 중에서 가장 높은 광흡수 계수를 가질 뿐만 아니라, 전기 광학적으로 매우 안정하기 때문에 태양전지의 광흡수층으로 사용하는 매우 우수한 물질로 알려져 있다. CI (G) S is known to be a very good material for use as a light absorption layer of a solar cell because it not only has the highest light absorption coefficient among semiconductors but also is very optically stable.

종래의 CIS(또는 CIGS)의 제조방법으로는 Brian A. Korgel 등이 구리아세테이트(Copper acetate)와 인듐아세테이트(Indium acetate) 그리고 셀레늄분말(selenium powder)을 올레일아민(Oleylamine) 용매를 이용하여 제조하는 방법이 알려져 있다. 그러나 이 방법은 상대적으로 입자를 빠르게 제조 할 수 있지만, 높은 반응온도(240℃)에서 독성이 강한 클로로포름을 이용하여 반응속도 조절을 하여야 하고, 또한 질소분위기의 장갑상자 내에서 행해져야 한다는 문제점이 있다[J. Am. Chem. Soc., 130, 16770-16777, 2008].As a conventional method for producing CIS (or CIGS), Brian A. Korgel et al. Manufacture copper acetate, indium acetate, and selenium powder using an oleylamine solvent. How to do is known. However, this method can produce particles relatively quickly, but there is a problem that the reaction rate should be controlled by using chloroform, which is highly toxic at high reaction temperature (240 ° C), and should also be carried out in a box of nitrogen atmosphere. [J. Am. Chem. Soc., 130, 16770-16777, 2008].

또한 CIGS분말 제조 시 용매열로 마이크로웨이브(Microwave)를 이용한 방식이 보고되어[Inorg. Chem., 42, 7148-7155, (2003)], 용매열로 사용되는 마이크로웨이브가 짧은 시간 내에 순도 높은 물질을 제조한다는 장점은 있으나, 낮은 생산성, 연속식 공정의 어려움, 그리고 많은 에너지 사용으로 인하여 공정단가의 상승을 초래할 수 있다는 단점이 있다.In addition, a method of using microwave as a solvent heat in CIGS powder production has been reported [Inorg. Chem., 42, 7148-7155, (2003)], although microwaves used as solvent heat have the advantage of producing high purity materials in a short time, but due to low productivity, difficulty in continuous processing, and high energy usage. There is a disadvantage that the process cost can be increased.

따라서, 열악한 제조 조건을 개선하고 생산성을 확보하기 위하여 더욱 간단하고 경제적인 제조방법에 대한 필요성이 더욱 증가하고 있다. 특히 CI(G)S의 제조에서 고온의 열을 부가하는 수단 없이 저온에서 전 공정을 수행할 수 있으며, 수계반응을 통한 친환경적인 생산적인 방법에 대한 발명이 향후 CI(G)S 태양전지의 폭넓은 공급을 위해서는 반드시 개발되어야 하는 과제이다.Therefore, there is an increasing need for simpler and more economical manufacturing methods to improve poor manufacturing conditions and to secure productivity. In particular, in the manufacture of CI (G) S, the whole process can be carried out at low temperature without adding high-temperature heat, and the invention of eco-friendly and productive method through aqueous reaction is the future of CI (G) S solar cell. This is a task that must be developed for a wide supply.

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상기의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 화합물 박막형 태양전지의 광흡수층 물질인 CuIn(Ga)Se2의 나노입자를 제조함에 있어서 유해한 유기용제 사용 및 고가의 폐기시설비를 필요로 하는 타공정과는 달리 수계용매를 이용하여 낮은 온도에서 반응을 수행함으로써 경제적이고, 환경친화적 방법으로 제조하는 것을 목적으로 한다. 또한, 상대적으로 취급이 용이한 고분자전해질을 이용한 착물 형성반응을 이용하여 CI(G)S 나노입자뿐 만 아니라 치밀한 막 형성의 전구체 물질을 용이하게 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention, unlike the other process that requires the use of harmful organic solvents and expensive waste facility costs in the production of nanoparticles of CuIn (Ga) Se 2 as the light absorption layer material of the compound thin film solar cell. It is an object to produce in an economical and environmentally friendly manner by carrying out the reaction at a low temperature using an aqueous solvent. In addition, an object of the present invention is to provide a method for easily preparing not only CI (G) S nanoparticles but also precursor materials for dense film formation using complex formation reactions using relatively easy polymer electrolytes.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명자들은 수 많은 연구를 수행한 결과, 하기와 같은 저온 수계 CI(G)S(CuInxGa1- xSe2; 0<x≤1)의 제조방법을 제안하게 되었다.In order to achieve the above object, the present inventors have conducted a number of studies, suggesting a method for preparing a low-temperature aqueous CI (G) S (CuIn x Ga 1- x Se 2 ; 0 <x≤1) as follows. It became.

본 발명은 저온 수계CI(G)S 나노입자를 제조하는 방법에 있어서,The present invention is a method for producing a low temperature water-based CI (G) S nanoparticles,

(a) 폴리에틸렌이민, 폴리아크릴산 나트륨염 및 폴리아크릴산 암모늄염으로부터 선택되는 고분자전해질, 구리화합물 및 인듐화합물을 수계 용매하에 반응시켜 구리 및 인듐을 포함한 착물을 형성하는 단계; 및(a) reacting a polyelectrolyte, a copper compound, and an indium compound selected from polyethylenimine, sodium polyacrylate, and ammonium polyacrylate in an aqueous solvent to form a complex including copper and indium; And

(b) 상기 (a) 착물수용액에 셀레늄화합물을 투입하여 저온 하에서 CI(G)S 나노입자를 생성하는 단계;(b) injecting a selenium compound into the complex aqueous solution (a) to produce CI (G) S nanoparticles at low temperature;

를 포함하는 저온 수계CI(G)S 나노입자의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a low-temperature water-based CI (G) S nanoparticle comprising a.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.

본 발명은 저온 수계CI(G)S 나노입자를 제조하는 방법에 있어서, 구리 또는 인듐원소를 포함한 소스 물질을 이용하여 폴리에틸렌이민, 폴리아크릴산 나트륨염 및 폴리아크릴산 암모늄염으로부터 선택되는 고분자전해질을 수용액 상태에서 킬레이트가 포함된 착물을 형성한다. 여기에 셀레늄 또는 셀레늄 화합물과의 최종반응을 통해 저온 수계 CI(G)S(CuInxGa1-xSe2; 0<x≤1) 나노입자의 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a low-temperature aqueous CI (G) S nanoparticles, wherein a polyelectrolyte selected from polyethyleneimine, polyacrylic acid sodium salt and ammonium polyacrylate salt is used in an aqueous solution state using a source material containing copper or indium element. Form a complex containing chelates. Provided herein is a method for preparing low temperature aqueous CI (G) S (CuIn x Ga 1-x Se 2 ; 0 <x ≦ 1 ) nanoparticles through final reaction with selenium or selenium compounds.

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본 발명의 상기 구리 또는 인듐 원소를 포함하는 소스 물질로는 수계 용매에 높은 용해도를 갖는 화합물이면 어떠한 것이든 가능하지만, 바람직하게는 아세트산염, 질산염, 탄산염, 황산염, 염화물, 요오드화물, 브롬화물, 산화물, 수산화물, 과염소산염 등으로부터 선택하여 이용할 수 있으며, 구리화합물 또는 인듐화합물은 각각에 대하여 1종 이상의 화합물을 이용할 수 있다. 또한 인듐화합물에 더 첨가되어지는 갈륨 원소를 포함하는 소스 물질로는 수계용매에 용해도를 갖는 질산염, 황산염, 염화물 등으로부터 선택하여 이용할 수 있다.The source material containing the element of copper or indium of the present invention may be any compound as long as it has a high solubility in an aqueous solvent, but preferably acetate, nitrate, carbonate, sulfate, chloride, iodide, bromide, Oxide, hydroxide, perchlorate, etc. can be selected and used, and a copper compound or an indium compound can use 1 or more types of compounds, respectively. In addition, the source material containing gallium element further added to the indium compound may be selected from nitrates, sulfates, chlorides and the like having solubility in an aqueous solvent.

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본 발명의 상기 셀레늄화합물은 나트륨, 암모늄, 및 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기를 포함하는 셀레늄화합물이거나, 여기에 설페이트(SO3 2 -)를 더 포함하는 셀레늄화합물일 수 있으며, 바람직하게는 나트륨셀레나이드, 암모늄셀레나이드, 알킬셀레나이드(알킬=메틸 또는 에틸), 셀레노아황산나트륨(Na2SeSO3) 등이 좋으며, 가장 바람직하게는 셀레노아황산나트륨이 가장 좋다.The selenium compound of the present invention may be a selenium compound including sodium, ammonium, and a linear or branched alkyl group, or a selenium compound further including sulfate (SO 3 2 ), preferably sodium selenide , Ammonium selenide, alkyl selenide (alkyl = methyl or ethyl), sodium selenite sulfite (Na 2 SeSO 3 ), and the like, and most preferably sodium selenite sulfite.

본 발명의 상기 Na2SeSO3는 제조하여 사용할 수도 있는데, Na2SO3와 셀레늄분말(Selenium power)을 수용액 상에서 혼합하여 80 내지 100℃, 바람직하게는 90 내지 95℃로, 1시간 내지 12시간, 바람직하게는 2시간 내지 4시간 혼합하여 제조된다. Na 2 SeSO 3 of the present invention may be prepared and used, Na 2 SO 3 and selenium powder (Selenium power) by mixing in an aqueous solution at 80 to 100 ℃, preferably 90 to 95 ℃, 1 hour to 12 hours , Preferably it is prepared by mixing for 2 to 4 hours.

본 발명의 상기 (a) 단계의 수계 용매는 물, 알코올, 또는 이들의의 혼합물을 이용하는 것이 바람직하며, 물은 탈이온수(Deionized water)을 사용하는 것이 좋다.Preferably, the aqueous solvent of step (a) of the present invention uses water, alcohol, or a mixture thereof, and water is preferably deionized water.

본 발명의 CI(G)S제조에 사용되는 고분자전해질의 투입량은 [고분자전해질소스(원료) 중량]/{[구리소스(원료) 중량]+[인듐소스(원료) 중량]}로 정의되고, 상기 고분자전해질의 투입양은 구리와 인듐의 중량 합에 대하여 1.0 중량% 내지 80 중량%로 투입하는 것이 바람직하고, 10 중량% 내지 50 중량%로 투입하는 것이 더 바람직하다. 1 중량% 미만을 투입할 경우, 본 발명에서 제안하고 있듯이 구리금속과 인듐금속과의 착체 형성에 필요한 고분자전해질의 양이 부족하여 제조 후 대체적으로 구리화합물 및 인듐화합물로 분리되어 제조되는 경향을 보인다. 또한 80 중량%를 초과하여 과다한 양을 투입하게 되면 착체 형성에 관계하는것 뿐 만 아니라 반응에 직접적으로 참여할 수도 있어 구리 및 인듐과, 셀레늄과의 반응을 방해하여 원하지 않은 화합물로 분리되어 생성될 수 있으며, 또한 반응 후 상대적으로 많은 잔여 고분자를 남김으로써, 제조공정 완료 후, 제거해야 하는 단점을 초래할 수도 있다.The amount of the polymer electrolyte used in the production of CI (G) S of the present invention is defined as [polymer electrolyte source (raw material) weight] / {[copper source (raw material) weight] + [indium source (raw material) weight]}. The amount of the polyelectrolyte added is preferably added in an amount of 1.0 wt% to 80 wt%, more preferably 10 wt% to 50 wt%, based on the total weight of copper and indium. If less than 1% by weight, as suggested by the present invention, the amount of the polymer electrolyte required to form a complex between copper metal and indium metal is insufficient, and after manufacture, it tends to be separated into a copper compound and an indium compound. . In addition, when an excessive amount of more than 80% by weight is not only involved in complex formation, but also directly participates in the reaction, it may be produced by separating copper and indium and selenium into unwanted compounds. In addition, by leaving a relatively large amount of residual polymer after the reaction, it may cause a disadvantage that must be removed after completion of the manufacturing process.

본 발명의 CI(G)S 입자는 투입되는 고분자전해질의 사용량에 따라 생성된 CI(G)S입자의 크기가 달랐으며, 예를 들어, 폴리에틸렌이민(Poly Ethylenimine, PEI)의 고분자전해질을 사용하였을 때, CI(G)S의 평균 입자크기는 5 중량%인 경우 10nm, 10 중량%인 경우 25nm, 30 중량%인 경우 40nm, 50 중량%인 경우 70nm이었다. 또한 폴리아크릴산(Polyacrylic acid; PAA)의 고분자전해질을 사용하였을 경우, CI(G)S의 평균 입자크기는 5 중량%인 경우 10nm, 10 중량%인 경우 20nm, 30 중량%인 경우 40nm, 50 중량%인 경우 60nm이었다.  The CI (G) S particles of the present invention had different sizes of the produced CI (G) S particles depending on the amount of the polymer electrolyte to be used. For example, the poly (Ethylenimine, PEI) polyelectrolyte may be used. In this case, the average particle size of CI (G) S was 10 nm at 5 wt%, 25 nm at 10 wt%, 40 nm at 30 wt%, and 70 nm at 50 wt%. In addition, when the polyelectrolyte of polyacrylic acid (PAA) is used, the average particle size of CI (G) S is 10 nm at 5% by weight, 20nm at 10% by weight, 40nm, 50% at 30% by weight. In the case of% it was 60 nm.

본 발명은 상기 착물이 형성된 용액에 [Cu]:[In]:[Se]의 몰비가 1:1:2가 되도록 셀레늄화합물을 투입하여 CuInSe2 물질을 제조하거나, 상기 인듐아세테이트에 질산갈륨 또는 염화갈륨을 더 첨가하여 CIGS(CuInxGa1 - xSe2; 0<x<1)를 제조할 수 있으며, 저온인 상온 하에서도 제조할 수 있다. 상기 갈륨의 첨가는 인듐과 갈륨의 몰수의 합이 구리의 몰수와 동일하게 한다.In the present invention, a selenium compound is added to a solution in which the complex is formed so that a molar ratio of [Cu]: [In]: [Se] is 1: 1: 2, or CuInSe 2 material is prepared, or gallium nitrate or chloride is added to the indium acetate. CIGS (CuIn x Ga 1 - x Se 2 ; 0 <x <1) may be prepared by further adding gallium, and may be prepared even at a low temperature of room temperature. The addition of gallium causes the sum of the moles of indium and gallium to be equal to the moles of copper.

본 발명의 상기 모든 반응은 0~80℃, 좋게는 상온에서 반응하여 제조하는 것에서 특별히 본 발명의 장점이 더 있다.All of the above reaction of the present invention is particularly advantageous in the present invention in that it is prepared by reacting at 0 ~ 80 ℃, preferably room temperature.

상기 CI(G)S 가 형성된 용액 중 불순물은 증류수를 첨가하여 녹인 후 원심분리를 이용하여 상등액을 분리하는 과정을 2-3회씩 반복하여 제거과정을 수행한 후 원하는 나노입자를 제조한다.Impurities in the solution in which the CI (G) S is formed are dissolved by adding distilled water, followed by removing the supernatant 2-3 times by centrifugation to remove the supernatant, thereby preparing desired nanoparticles.

제조된 생성물의 조성에 대한 정성, 정량분석과 형성된 입자들의 입도 분포를 알아보기 위해 입도분석기(ELS-800, Otsuka, Japan)를 통해 확인하였다.Qualitative, quantitative analysis of the composition of the prepared product and the particle size distribution of the formed particles were confirmed through a particle size analyzer (ELS-800, Otsuka, Japan).

그리고 결정구조와 배향성을 알아보기 위해 X-ray Diffraction(XRD; D/max-A, Rigaku Japan, CuKα: λ=1.54178Å)을 사용하였다.And X-ray Diffraction (XRD; D / max-A, Rigaku Japan, CuKα: λ = 1.54178 Å) was used to determine the crystal structure and orientation.

본 발명에 따른 제조공정은 유해한 유기용제를 사용함으로써 작업환경의 유해성 유발 및 기타 폐기용제의 처리를 필요로 하는 타 공정과는 달리 모든 공정이 수계상태에서 진행되므로 작업환경의 안정성을 확보할 수 있다는 매우 우수한 장점을 가지고 있다고 할 수 있다The manufacturing process according to the present invention can ensure the stability of the working environment because all processes are carried out in an aqueous state, unlike other processes that require harmful organic solvents and treatment of other waste solvents by using harmful organic solvents. It can be said that it has a very good advantage.

또한, 제조공정 시 취급이 용이하며 상대적으로 환경유해물질을 생산하지 않는 고분자전해질을 이용하여 수계상태의 공정을 진행하므로 별도의 폐기시설이 필요하지 않아서 매우 경제적이며, 환경친화적인 공정이라는 장점을 가지고 있다. In addition, it is easy to handle during the manufacturing process and proceeds in the aqueous state using a polymer electrolyte that does not produce environmentally harmful substances, so it does not need a separate disposal facility, which is very economical and environmentally friendly. have.

본 발명은 낮은 제조반응온도(~25℃)에서 제조되므로 고온을 필요로 하는 종래의 제조방법에 비해 매우 경제적이며, 또한, 부수적인 장치의 증설 없이 batch의 용량을 쉽게 증대시켜 제조를 수행함으로써 높은 생산성을 확보할 수 있다는 장점을 가지고 있다.The present invention is very economical compared to the conventional manufacturing method requiring a high temperature because it is manufactured at a low manufacturing reaction temperature (~ 25 ℃), and by increasing the capacity of the batch without the need for additional equipment to increase the batch It has the advantage of ensuring productivity.

또한, 착물 형성으로 사용되는 고분자전해질의 비와 첨가되는 전구물질의 농도 비를 달리 함으로서 중간착체의 크기를 제어하여 최종적으로 제조되는 CI(G)S의 입자를 나노 크기 차원에서 제어할 수 있다는 장점이 있다.In addition, by controlling the size of the intermediate complex by varying the ratio of the polymer electrolyte used in the complex formation and the concentration ratio of the precursors added, it is possible to control the particles of the finally produced CI (G) S in the nano-size dimension There is this.

이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의거하여 좀 더 상세히 설명하고자 한다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 한정하지는 않는다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the following examples. However, the examples are not intended to limit the invention only.

실시예Example 1 One

우선 초정제수(DI-water)를 50ml 기준으로 하여 준비한 후, 착물 형성을 위한 폴리에틸렌이민(PEI, 40%수용액)를 용해시킨다(50 중량% 경우 40% PEI수용액=1.60g). 10분 정도 교반하여 충분히 용해시킨 후 양이온 원료물질인 구리카보네이트(Copper carbonate) 0.554g(2.5mmol)과 인듐아세테이트(Indium acetate) 0.731g(2.5mmol) 투입한 후 착체 형성을 위해 1시간 동안 반응을 하였다. 상기 용액에 [Cu]:[In]:[Se]의 몰비가 1:1:2가 되도록 Na2SO3 + Se 를 반응시켜 제조한 0.1mol Na2SeSO3 수용액 50ml를 투입하여 다시 1시간 동안 충분히 교반하여 최종적으로 CIS 물질을 제조하였다. 이 모든 공정은 상온(25℃)에서 수행하였다. 반응 후 취득한 용액은 검은색을 띄고 있으며, 구조분석은 X선회절분석기(XRD)를 사용하여 분석하였다. 사용된 샘플은 용액상으로, 그리고 용액을 150℃로 건조 후 사용하였으며, 상기 제조한 CIS용액 중 불순물은 증류수를 첨가하여 녹인 후 원심분리를 이용하여 상등액을 분리하는 과정을 2-3회씩 반복하여 제거하는 과정을 수행한 후 취득된 분말(powder)를 사용하여 분석하였다. First, di-water is prepared on a 50 ml basis, and then dissolved polyethylenimine (PEI, 40% aqueous solution) for complex formation (40% PEI aqueous solution = 1.60 g at 50% by weight). After stirring for about 10 minutes to fully dissolve, 0.554g (2.5mmol) of copper carbonate, which is a cationic raw material, and 0.731g (2.5mmol) of indium acetate were added thereto, followed by reaction for 1 hour to form a complex. It was. Na 2 SO 3 so that the molar ratio of [Cu]: [In]: [Se] in the solution is 1: 1: 2 50 ml of a 0.1 mol Na 2 SeSO 3 aqueous solution prepared by reacting + Se was added thereto, and the mixture was sufficiently stirred for 1 hour to finally prepare a CIS material. All these processes were performed at room temperature (25 ° C). The solution obtained after the reaction was black in color, and the structural analysis was analyzed by X-ray diffractometer (XRD). The sample used was a solution, and the solution was dried at 150 ° C., and the impurities in the prepared CIS solution were dissolved by adding distilled water, followed by centrifugation to separate the supernatant 2-3 times. After the removal process was performed, the obtained powder was analyzed using a powder.

그 결과, 도 1과 같이 2-theta값이 각각 26°, 44°, 52°의 전형적인 CuInSe2(JCPDS-97-004-9933) 피크를 확인할 수 있었다.As a result, as shown in FIG. 1, typical CuInSe 2 (JCPDS-97-004-9933) peaks having 2-theta values of 26 °, 44 °, and 52 °, respectively, were confirmed.

실시예Example 2 2

초정제수(DI-water)를 50ml 기준으로 하여 준비한 후, 착물 형성을 위한 폴리아크릴산 나트륨염(35%수용액)를 용해시킨다(50 중량%의 경우, 35%수용액 중 PAA 환산 = 1.835g). 10분 정도 교반하여 충분히 용해시킨 후 양이온 원료물질인 구리카보네이트 0.554g(2.5mmol)과 인듐아세테이트(Indium acetate) 0.731g(2.5mmol) 투입한 후 착체 형성을 위해 최소 1시간 동안 반응을 시킨다. After preparing DI water on a 50 ml basis, sodium polyacrylate salt (35% aqueous solution) for complex formation was dissolved (for 50% by weight, PAA equivalent in 1.35 g of 35% aqueous solution). After stirring for about 10 minutes to fully dissolve, 0.554g (2.5mmol) of cation raw material and 0.731g (2.5mmol) of indium acetate are added thereto, followed by reaction for at least 1 hour to form a complex.

다음 단계는 상기 설명된 실시예 1과 동일하게 수행 하였다.The next step was carried out in the same manner as in Example 1 described above.

그 결과, 2-theta값이 각각 26°, 44°, 52°의 전형적인 CuInSe2(JCPDS-97-004-9933)피크를 확인할 수 있었다.As a result, typical CuInSe 2 (JCPDS-97-004-9933) peaks with 2-theta values of 26 °, 44 ° and 52 °, respectively, were confirmed.

실시예Example 3 3

초정제수(DI-water)를 50ml 기준으로 하여 준비한 후, 착물 형성을 위한 폴리아크릴산 암모늄염(35%수용액)를 용해시킨다(50 중량%의 경우, 35%수용액 중 PAA 환산 = 1.835g). 10분 정도 교반하여 충분히 용해시킨 후 양이온 원료물질인 구리카보네이트 0.554g(2.5mmol)과 인듐아세테이트(Indium acetate) 0.731g(2.5mmol) 투입한 후 착체 형성을 위해 최소 1시간 동안 반응을 시킨다. After preparing DI water on a 50 ml basis, poly ammonium salt of polyacrylic acid salt (35% aqueous solution) for complex formation was dissolved (for 50% by weight, PAA equivalent of 1.835 g in 35% aqueous solution). After stirring for about 10 minutes to fully dissolve, 0.554g (2.5mmol) of cation raw material and 0.731g (2.5mmol) of indium acetate are added thereto, followed by reaction for at least 1 hour to form a complex.

다음 단계는 상기 설명된 실시예 1과 동일하게 수행 하였다.The next step was carried out in the same manner as in Example 1 described above.

그 결과, 2-theta값이 각각 26°, 44°, 52°의 전형적인 CuInSe2(JCPDS-97-004-9933)피크를 확인할 수 있었다.As a result, typical CuInSe 2 (JCPDS-97-004-9933) peaks with 2-theta values of 26 °, 44 ° and 52 °, respectively, were confirmed.

실시예Example 4 4

초정제수(DI-water)를 50ml 기준으로 하여 준비한 후, 착물 형성을 위한 폴리에틸렌이민(PEI, 40%수용액)을 각각의 구리금속과 인듐금속의 중량 합에 대하여 다양한 비로 달리하여 용해하였다. 사용한 PEI의 양은 사용된 구리금속과 인듐금속의 중량 합에 대하여 각각 5 중량%, 10 중량%, 30 중량%, 50 중량%로 투입하여 제조하였다. 각각의 실험에 대하여 계면활성제를 10분 정도 교반하여 충분히 용해시킨 후 양이온 원료물질인 구리카보네이트 0.554g과 인듐아세테이트 0.731g을 각각 투입한 후 착체형성을 위해 최소 1시간 동안 반응한다. After preparing the di-water on a 50 ml basis, polyethyleneimine (PEI, 40% aqueous solution) for complex formation was dissolved in various ratios with respect to the sum of the weights of each copper metal and indium metal. The amount of PEI used was prepared by adding 5% by weight, 10% by weight, 30% by weight and 50% by weight relative to the sum of the weights of the copper metal and the indium metal used. For each experiment, the surfactant was stirred for about 10 minutes to completely dissolve, and then 0.554 g of a cationic raw material, copper carbonate, and 0.731 g of indium acetate were added thereto, followed by reaction for at least 1 hour for complex formation.

다음 단계는 상기 설명된 실시예 1과 동일하게 수행 하였다The following steps were performed identically to Example 1 described above

그 결과, 2-theta값이 각각 26°, 44°, 52°의 전형적인 CuInSe2(JCPDS-97-004-9933)피크를 확인할 수 있었다.As a result, typical CuInSe 2 (JCPDS-97-004-9933) peaks with 2-theta values of 26 °, 44 ° and 52 °, respectively, were confirmed.

실시예Example 5 5

초정제수(DI-water)를 50ml 기준으로 하여 준비한 후, 착물 형성을 위한 폴리아크릴산 나트륨염(35%수용액)를 각각의 구리금속과 인듐금속의 몰수에 대하여 다양한 비로 달리하여 용해하였다. 사용한 폴리아크릴산나트륨염의 양은 사용된 구리금속과 인듐금속의 중량합에 대하여 각각 1 중량%, 5 중량%, 10 중량%, 20 중량%, 30 중량%, 50 중량%, 80 중량%로 투입하여 제조하였다. 각각의 실험에 대하여 계면활성제를 10분 정도 교반하여 충분히 용해시킨 후 양이온 원료물질인 구리카보 네이트 0.554g과 인듐아세테이트 0.731g을 각각 투입한 후 착체형성을 위해 최소 1시간 동안 반응한다. After preparing di-water on a 50 ml basis, sodium polyacrylate salt (35% aqueous solution) for complex formation was dissolved in various ratios with respect to the number of moles of copper and indium metal. The amount of sodium polyacrylate salt used was prepared by adding 1% by weight, 5% by weight, 10% by weight, 20% by weight, 30% by weight, 50% by weight, and 80% by weight, based on the total weight of copper metal and indium metal used. It was. For each experiment, the surfactant was stirred for about 10 minutes to fully dissolve, and then 0.554 g of copper carbonate, which is a cationic raw material, and 0.731 g of indium acetate were added thereto, followed by reaction for at least 1 hour for complex formation.

다음 단계는 상기 설명된 실시예 1과 동일하게 수행 하였다The following steps were performed identically to Example 1 described above

그 결과, 2-theta값이 각각 26°, 44°, 52°의 전형적인 CuInSe2(JCPDS-97-004-9933)피크를 확인할 수 있었다.As a result, typical CuInSe 2 (JCPDS-97-004-9933) peaks with 2-theta values of 26 °, 44 ° and 52 °, respectively, were confirmed.

실시예Example 6 6

우선 초정제수(DI-water)를 50ml 기준으로 하여 준비한 후, 착물 형성을 위한 폴리에틸렌이민(PEI, 40%수용액)을 용해시킨다(50 중량%의 경우 40%수용액 중 PEI 환산 = 1.6g). 10분 정도 교반하여 충분히 용해시킨 후 양이온 원료물질인 구리카보네이트(Copper carbonate) 0.554g과 투입되는 인듐아세테이트(Indium acetate) 그리고 질산갈륨(Gallium nitrate)의 양은 (CI(G)S(CuInxGa1- xSe2; 0<x≤1)을 상기식에 의거하여,각각 x=0.95(인듐: 0.693g, 갈륨:0.0319g), x=0.7(인듐: 0.510g, 갈륨:0.192g), x=0.4(인듐: 0.291g, 갈륨:0.383g)을 투입한 후 착체 형성을 위해 최소 1시간 동안 반응을 시킨다. First, di-water is prepared on the basis of 50 ml, and then polyethylenimine (PEI, 40% aqueous solution) for complex formation is dissolved (50% by weight of PEI = 1.6 g in 40% aqueous solution). After stirring for about 10 minutes, the solution is sufficiently dissolved, and 0.554 g of copper carbonate, a cation raw material, indium acetate and gallium nitrate are added to (CI (G) S (CuIn x Ga 1). - x Se 2; 0 <x≤1 ) on the basis of the above formula, each of x = 0.95 (indium: 0.693g, gallium: 0.0319g), x = 0.7 (indium: 0.510g, gallium: 0.192g), x = 0.4 (indium: 0.291 g, gallium: 0.383 g) was added and allowed to react for at least 1 hour to form a complex.

다음 단계는 상기 설명된 실시예 1과 동일하게 수행 하였다The following steps were performed identically to Example 1 described above

그 결과, theta값이 각각 26°, 44°, 52°의 전형적인 CuInGaSe2(JCPDS-40-1488) 피크를 확인할 수 있었다.As a result, a typical CuInGaSe 2 (JCPDS-40-1488) peak having theta values of 26 °, 44 °, and 52 °, respectively, was confirmed.

실시예Example 7 7

우선 초정제수(DI-water)를 50ml 기준으로 하여 준비한 후, 착물 형성을 위한 폴리에틸렌이민(PEI, 40%수용액)를 용해시킨다(50 중량%의 경우, 40%수용액 중 PEI 환산 = 1.6g). 10분 정도 교반하여 충분히 용해시킨 후 양이온 원료물질인 구리카보네이트(Copper carbonate) 0.554g과 인듐아세테이트(Indium acetate) 0.731g 투입한 후 착체형성을 위해 최소 1시간 이상 반응을 시킨다. 상기 용액에 [Cu]와[In]에 대한 [Se]의 몰비가 1:1, 1:2, 그리고 1:3이 되도록, Na2SO3 + Se 를 반응시켜 Na2SeSO3수용액을 각각 0.5mol(1:1:1경우), 0.1mol(1:1:2경우), 0.15mol(1:1:3경우)로 제조하여 50ml를 각각의 몰비에 맞게 투입하여 1시간 동안 충분히 교반하여 최종적으로 CIS 물질을 제조하였다. 다음 단계는 상기 설명된 실시예 1과 동일하게 수행 하였다First, di-water is prepared on a 50 ml basis, and then dissolved polyethylenimine (PEI, 40% aqueous solution) for complex formation (50% by weight, equivalent to PEI in 40% aqueous solution = 1.6 g). After 10 minutes of stirring, the solution is sufficiently dissolved, 0.554 g of copper carbonate (Copper carbonate) and 0.731 g of indium acetate are added thereto, followed by reaction for at least 1 hour for complex formation. Na 2 SO 3 , so that the molar ratio of [Se] to [Cu] and [In] in the solution is 1: 1, 1: 2, and 1: 3. Reaction of Se to prepare Na 2 SeSO 3 aqueous solution in 0.5 mol (1: 1: 1 case), 0.1 mol (1: 1: 2 case) and 0.15 mol (1: 1: 3 case) To suit the molar ratio of and thoroughly stirred for 1 hour to finally prepare a CIS material. The following steps were performed identically to Example 1 described above

그 결과, 2-theta값이 각각 26°, 44°, 52°의 전형적인 CuInSe2(JCPDS-97-004-9933) 피크를 확인할 수 있었다.As a result, typical CuInSe 2 (JCPDS-97-004-9933) peaks with 2-theta values of 26 °, 44 °, and 52 °, respectively, were confirmed.

실시예Example 8 8

*우선 초정제수(DI-water)를 50ml 기준으로 하여 준비한 후, 착물 형성을 위한 폴리에틸렌이민(PEI, 40%수용액)를 용해시킨다(50 중량%의 경우, 40%수용액 중 PEI 환산 = 1.6g). 10분 정도 교반하여 충분히 용해시킨 후 양이온 원료물질인 구 리카보네이트(Copper carbonate) 0.554g과 인듐아세테이트(Indium acetate) 0.731g 투입한 후 착체형성을 위해 최소 1시간 동안 반응을 시킨다. 상기 용액에 [Cu]와[In]에 대한 [Se]의 몰비가 1:1:2가 되도록 Na2SO3 + Se 를 반응시켜 제조한 0.1mol Na2SeSO3 수용액 50ml를 투입하여 반응 온도를 25℃, 50℃, 그리고 80℃로 각각 달리하여 실험을 수행하여 최종적으로 CIS 물질을 제조하였다. 그 결과, 2-theta값이 각각 26°, 44°, 52°의 전형적인 CuInSe2(JCPDS-97-004-9933) 피크를 확인할 수 있었으며, 반응온도에 따른 입자크기는, 25℃ 상온 반응의 경우 입자 크기가 약 70nm(실시예1과 동일), 50℃와 80℃의 반응 온도의 경우는 100nm 이상의 평균 입자크기를 나타내었다.* First, prepare DI-water on a 50 ml basis, and then dissolve polyethyleneimine (PEI, 40% aqueous solution) for complex formation (for 50% by weight, equivalent to PEI in 40% aqueous solution = 1.6 g). . After 10 minutes of stirring, the solution is sufficiently dissolved, 0.554 g of copper carbonate (Copper carbonate) and 0.731 g of indium acetate are added thereto, followed by reaction for at least 1 hour for complex formation. Na 2 SO 3 in the solution so that the molar ratio of [Se] to [Cu] and [In] is 1: 1: 2. 50 ml of 0.1 mol Na 2 SeSO 3 aqueous solution prepared by reacting + Se was added thereto, and the reaction temperature was changed to 25 ° C., 50 ° C., and 80 ° C., respectively, to finally prepare a CIS material. As a result, it was possible to confirm typical CuInSe 2 (JCPDS-97-004-9933) peaks with 2-theta values of 26 °, 44 °, and 52 °, respectively. When the particle size is about 70 nm (the same as in Example 1), and the reaction temperature of 50 ° C and 80 ° C, the average particle size is 100 nm or more.

비교예Comparative example 1 One

초정제수(DI-water)를 50ml 기준으로 하여 양이온 원료물질인 구리카보네이트 0.554g과 인듐아세테이트 0.731g 용해시킨다. 상기 용액에 [Cu]:[In]:[Se]의 몰비가 1:1:2가 되도록 Na2SO3 + Se 를 반응시켜 제조한 0.1mol Na2SeSO3 수용액 50ml를 투입하여 다시 1시간 동안 충분히 교반하여 최종적으로 반응을 종결하였다. 이 모든 공정은 상온(25℃)에서 수행되어졌다. 구조분석은 XRD를 사용하여 분석하였다. 사용된 샘플은 용액상으로, 그리고 용액을 150℃로 건조 후 사용하였으며, 상기 제조한 CIS용액중 불순물은 증류수를 첨가하여 녹인 후 원심분리를 이용하여 상등액을 분리하는 과정을 2-3회씩 반복하여 제거하는 과정을 수행한 후 취득된 분 말(powder)를 사용하여 분석하였다. Based on 50 ml of di-water, 0.554 g of a cationic raw material copper and 0.731 g of indium acetate are dissolved. Na 2 SO 3 so that the molar ratio of [Cu]: [In]: [Se] in the solution is 1: 1: 2 50 ml of a 0.1 mol Na 2 SeSO 3 aqueous solution prepared by reacting + Se was added thereto, and the mixture was further stirred for 1 hour to finally terminate the reaction. All these processes were performed at room temperature (25 ° C). Structural analysis was performed using XRD. The sample used was a solution, and the solution was dried at 150 ° C., and the impurities in the prepared CIS solution were dissolved by adding distilled water, followed by centrifugation to separate the supernatant 2-3 times. After the removal process was carried out using the obtained powder (powder).

그 결과, 도 6과 같이 CI(G)S 단일상 보다는Cu2Se(JCPDS-97-004-3224) 와 In2Se3(JCPDS-00-040-1408)가 분리되어 관찰되었으며, 그리고 Na2SO4(JCPDS-00-022-1399)피크를 확인할 수 있었다.As a result, Cu 2 Se (JCPDS-97-004-3224) and In 2 Se 3 (JCPDS-00-040-1408) were observed separately from the CI (G) S single phase as shown in FIG. 6, and Na 2 A peak of SO 4 (JCPDS-00-022-1399) was found.

비교예Comparative example 2 2

초정제수(DI-water)를 50ml 기준으로 하여 양이온 원료물질인 염화구리(Copper chloride) 0.336g과 염화인듐(Indium chloride) 0.55g 용해시킨다. 상기 용액에 [Cu]:[In]:[Se]의 몰비가 1:1:2가 되도록 Na2SO3+Se를 반응시켜 제조한 0.1mol Na2SeSO3 수용액 50ml를 투입하여 다시 1시간 동안 충분히 교반하여 최종적으로 반응을 종결하였다. Dissolve 0.336g of copper chloride and 0.55g of indium chloride based on 50ml of di-water. 50 ml of an aqueous 0.1 mol Na 2 SeSO 3 solution prepared by reacting Na 2 SO 3 + Se was added to the solution so that the molar ratio of [Cu]: [In]: [Se] was 1: 1: 2. The mixture was stirred sufficiently to finally terminate the reaction.

다음 단계는 상기 설명된 비교예 1과 동일하게 수행하였다The next step was carried out in the same manner as in Comparative Example 1 described above

그 결과 CI(G)S 단일상보다는Cu2Se(JCPDS-97-004-3224) 와 In2Se3(JCPDS-00-040-1408)가 분리되어 관찰되었으며, 그리고 Na2SO4(JCPDS-00-022-1399)피크를 확인할 수 있었다.As a result, Cu 2 Se (JCPDS-97-004-3224) and In 2 Se 3 (JCPDS-00-040-1408) were observed separately from CI (G) S single phase, and Na 2 SO 4 (JCPDS- 00-022-1399) peak was confirmed.

비교예Comparative example 3 3

초정제수(DI-water)를 50ml 기준으로 하여 양이온 원료물질인 구리아세테이 트 0.554g과 인듐아세테이트 0.731g 용해시킨다. 상기 용액에 [Cu]:[In]:[Se]의 몰비가 1:1:2가 되도록 Na2SO3+Se를 반응시켜 제조한 0.1mol Na2SeSO3 수용액 50ml를 투입하여 다시 1시간 동안 충분히 교반하여 최종적으로 반응을 종결하였다. Dissolve 0.554 g of copper acetate and 0.731 g of indium acetate, which are cationic raw materials, based on 50 ml of di-water. 50 ml of an aqueous 0.1 mol Na 2 SeSO 3 solution prepared by reacting Na 2 SO 3 + Se was added to the solution so that the molar ratio of [Cu]: [In]: [Se] was 1: 1: 2. The mixture was stirred sufficiently to finally terminate the reaction.

다음 단계는 상기 설명된 비교예 1과 동일하게 진행 되었다.The next step was carried out in the same manner as in Comparative Example 1 described above.

그 결과 CI(G)S 단일상 보다는Cu2Se(JCPDS-97-004-3224) 와 In2Se3(JCPDS-00-040-1408)가 분리되어 관찰되었으며, 그리고 Na2SO4(JCPDS-00-022-1399)피크를 확인할 수 있었다.As a result, Cu 2 Se (JCPDS-97-004-3224) and In 2 Se 3 (JCPDS-00-040-1408) were observed separately from CI (G) S single phase, and Na 2 SO 4 (JCPDS- 00-022-1399) peak was confirmed.

비교예Comparative example 4( 4( 몰비변화Molar ratio change ))

실시예 6과 동일하게 진행 하였으며. 상기 용액에 [Cu]와[In]에 대한 [Se]의 몰비가 1:4가 되도록, Na2SO3 + Se 를 반응시켜 0.2mol Na2SeSO3수용액을 제조하여 50ml를 몰비에 맞게 투입하여 1시간 동안 충분히 교반하여 최종적으로 CIS 물질을 제조하였다. 다음 단계는 상기 설명된 실시예 6과 동일하게 수행 하였다It proceeded in the same manner as in Example 6. Na 2 SO 3 , so that the molar ratio of [Se] to [Cu] and [In] in the solution is 1: 4. To react with + Se to prepare a 0.2mol Na 2 SeSO 3 aqueous solution, 50ml was added to the molar ratio and sufficiently stirred for 1 hour to finally prepare a CIS material. The next step was performed in the same manner as in Example 6 described above.

그 결과 CI(G)S 단일상 보다는Cu2Se(JCPDS-97-004-3224)와 In2Se3(JCPDS-00-040-1408)가 분리되어 관찰되었으며, 그리고 Na2SO4(JCPDS-00-022-1399)피크를 확인할 수 있었다.As a result, Cu 2 Se (JCPDS-97-004-3224) and In 2 Se 3 (JCPDS-00-040-1408) were observed separately from CI (G) S single phase, and Na 2 SO 4 (JCPDS- 00-022-1399) peak was confirmed.

도 1은 실시예 1에서 제조된 CIS입자의 XRD 결정성 data 이다.1 is XRD crystallinity data of CIS particles prepared in Example 1. FIG.

도 2는 실시예 2에서 제조된 CIS입자의 XRD 결정성 data 이다.Figure 2 is XRD crystallinity data of the CIS particles prepared in Example 2.

도 3은 비교예 1에서 제조된 입자의 XRD 결정성 data 이다.3 is XRD crystallinity data of particles prepared in Comparative Example 1. FIG.

Claims (10)

(a) 폴리에틸렌이민, 폴리아크릴산 나트륨염 및 폴리아크릴산 암모늄염으로부터 선택되는 고분자전해질, 구리화합물 및 인듐화합물을 수계 용매하에 반응시켜 구리 및 인듐을 포함한 착물을 형성하는 단계; 및 (a) reacting a polyelectrolyte, a copper compound, and an indium compound selected from polyethylenimine, sodium polyacrylate, and ammonium polyacrylate in an aqueous solvent to form a complex including copper and indium; And (b) 상기 (a) 착물수용액에 셀레늄화합물을 투입하여 0 내지 80℃에서 CI(G)S 나노입자를 생성하는 단계;(b) adding a selenium compound to the complex aqueous solution (a) to produce CI (G) S nanoparticles at 0 to 80 ° C .; 를 포함하는 수계CI(G)S 나노입자의 제조방법.Method for producing a water-based CI (G) S nanoparticles comprising a. 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 고분자전해질은 구리화합물 및 인듐화합물의 합에 대하여, 1.0 내지 80중량%로 투입되는 것을 특징으로 하는 수계 CI(G)S 나노입자의 제조방법.The polymer electrolyte is a method of producing a water-based CI (G) S nanoparticles, characterized in that added to 1.0 to 80% by weight relative to the sum of the copper compound and the indium compound. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (a) 단계의 수계 용매는 물, 알코올, 또는 이들의 혼합물을 이용하는 수계 CI(G)S 나노입자의 제조방법.The aqueous solvent of step (a) is water, alcohol, or a method for producing the aqueous CI (G) S nanoparticles using a mixture thereof. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (b) 단계의 셀레늄화합물은 셀레노아황산나트륨(Na2SeSO3), 알킬셀레나이드(알킬=메틸 또는 에틸), 나트륨셀레나이드 및 암모늄셀레나이드로부터 선택되는 수계 CI(G)S 나노입자의 제조방법.The selenium compound of step (b) is the preparation of aqueous CI (G) S nanoparticles selected from sodium selenite sulfite (Na 2 SeSO 3 ), alkyl selenide (alkyl = methyl or ethyl), sodium selenide and ammonium selenide Way. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 셀레늄화합물은 셀레노아황산나트륨인 것을 특징으로 하는 수계 CI(G)S 나노입자의 제조방법.The selenium compound is a method for producing aqueous CI (G) S nanoparticles, characterized in that sodium selenium sulfite. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (a) 단계의 구리화합물 및 인듐화합물은 구리 또는 인듐을 포함하는 아세트산염, 질산염, 탄산염, 황산염, 염화물, 요오드화물, 브롬화물, 산화물, 수산화물 및 과염소산염으로부터 선택되는 1종 이상인 수계 CI(G)S 나노입자의 제조방법.The copper compound and the indium compound of step (a) are at least one aqueous CI selected from acetate, nitrate, carbonate, sulfate, chloride, iodide, bromide, oxide, hydroxide and perchlorate containing copper or indium ( G) Method of producing S nanoparticles. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 구리화합물, 인듐화합물 및 셀레늄화합물은 금속환산으로 구리, 인듐, 및 셀레늄의 몰비가 1:1:2 이 되도록 공급하는 것을 특징으로 하는 수계 CI(G)S 나노입자의 제조방법.The copper compound, the indium compound and the selenium compound is a method of producing a water-based CI (G) S nanoparticles, characterized in that the metal is supplied so that the molar ratio of copper, indium, and selenium 1: 1: 2. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 (a) 단계에서 구리 1몰에 대하여 인듐과 갈륨이 x:1-x (0<x<1)가 되도록 갈륨을 더 투입하는 것을 포함하는 수계 CI(G)S 나노입자의 제조방법.Method for producing a water-based CI (G) S nanoparticles comprising the step of adding a further gallium so that indium and gallium is x: 1-x (0 <x <1) with respect to 1 mole of copper in the step (a). 삭제delete
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