專利名稱：一種非注射法高溫液相制備Cu₂ZnSnS₄的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于Cu2ZnSnS4K收層材料的制備領(lǐng)域，特別涉及一種非注射法高溫液相 制備Cu2ZnSnS4的方法。
背景技術(shù)：
能源是社會發(fā)展的動力，對人類物質(zhì)文明和精神文明的發(fā)展都起著決定性作用。 但是社會的巨大進步，卻加快了煤、石油、天然氣等能源急劇枯竭，且隨之帶來的環(huán)境污染 也日益加劇。因此“改變能源結(jié)構(gòu)，保護地球”成為全球的呼聲，也成了各國能源戰(zhàn)略的重 點。分解水產(chǎn)生的氫能、太陽能都是最清潔、環(huán)保，取之不盡、用之不竭的可再生能源。目前， 充分利用太陽能成為各國科技工作者研究的重點，而高效、廉價、穩(wěn)定的太陽能電池就是其 中最重要的一部分。M. Green于2001年提出的第三代電池，即“綠色、環(huán)保、新概念、高效”的太陽電池 更是為科技工作者指明了科研的方向。當(dāng)前太陽能電池主要分為硅系(單晶硅、多晶硅和 非晶硅薄膜)太陽能電池、化合物半導(dǎo)體(Cu2ZnSnS4、CuInSe2、Cu(In，Ga)Se2、CdTe、GaAs和 InP)薄膜太陽能電池、有機太陽能電池和染料敏化納米晶太陽能電池等。其中，Cu2ZnSnS4 薄膜太陽能電池以其無毒、綠色環(huán)保、光電轉(zhuǎn)換效率較高、制作成本較低，沒有性能衰減等 優(yōu)良特性，受到人們的廣泛關(guān)注。Cu2ZnSnS4作為吸收層材料，是Cu2ZnSnS4薄膜太陽能電池的關(guān)鍵部分。它具有 IO4CnT1的吸收系數(shù)，1. 5V的禁帶寬度，十分符合太陽能電池所要求的條件。而且CU、Zn、Sn、 S四種元素均無毒、地表含量豐富、價格低廉，因此這種吸收材料十分符合第三代電池要求。 目前制備Cu2ZnSnS4的吸收層材料的方法主要有磁控濺射、脈沖激光沉積、噴霧熱解法、電 化學(xué)沉積法、溶解_旋涂法、高溫液相合成納米晶墨水等方法。其中磁控濺射、脈沖激光沉 積、噴霧熱解法對設(shè)備要求較高，價格昂貴；利用電化學(xué)沉積合成的薄膜材料，成分比較難 控制；溶解_旋涂法通常會用到有毒的有機溶劑；高溫液相合成多是利用注射合成，對于規(guī) ?；a(chǎn)比較困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種非注射法高溫液相制備Cu2ZnSnS4的方 法，本方法操作比較簡單，容易規(guī)?；?，所使用的各種溶劑均對環(huán)境友好，無高毒性物質(zhì)產(chǎn) 生，具有良好的應(yīng)用前景。本發(fā)明的一種非注射法高溫液相制備Cu2ZnSnS4的方法，包括(1)稱取摩爾比為2 1 1的Cu2+、Zn2+、Sn2+的含硫前驅(qū)體，加入有機溶劑，配制 成總濃度為0. 005-0. 2M的混合溶液；(2)將上述溶液在氮氣保護下于60-150°C穩(wěn)定0. 5h，除水和溶解氧，然后升溫到 320°C，反應(yīng)0. 5 Ih ；加入過量的乙醇，離心分離，乙醇洗滌，即得到Cu2ZnSnS4納米晶。所述步驟⑴中的Cu2+、Zn2+、Sn2+的含硫前驅(qū)體分別為二乙基二硫代氨基甲酸銅、二乙基二硫代氨基甲酸鋅、二乙基二硫代氨基甲酸錫。所述步驟(1)中的有機溶劑選自油胺、油酸、十八烯中的一種或幾種的混合物。本發(fā)明中以Cu2+、Zn2+、Sn2+的含硫前驅(qū)體為金屬源和硫源，采用非注射的方法制備 Cu2ZnSnS4納米晶，為Cu2ZnSnS4太陽能吸收層材料的制備提供了一種新方法。有益效果本方法操作比較簡單，容易規(guī)?；柙牧弦椎?，成本低廉，對設(shè)備要求低，所 使用的各種溶劑均對環(huán)境友好，無高毒性物質(zhì)產(chǎn)生，所制得的納米晶用于太陽能光伏電池。


圖1為本發(fā)明中制備的Cu2ZnSnS4太陽能吸收層材料的TEM圖片；圖2為本發(fā)明中制備的Cu2ZnSnS4太陽能吸收層材料的XRD圖譜，線狀圖為制備的 Cu2ZnSnS4的XRD圖譜，柱狀圖為Cu2ZnSnS4的標(biāo)準(zhǔn)XRD圖譜。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定 的范圍。實施例1稱取0. 5mmol Cu2+( 二乙基二硫代氨基甲酸銅，下同)、0. 25mmol Zn2+( 二乙基二 硫代氨基甲酸鋅，下同)、0.25mmol Sn2+( 二乙基二硫代氨基甲酸錫，下同)前驅(qū)體放入圓底 燒瓶中，加入5mL油胺，5mL油酸，IOmL十八烯的混合溶液，氮氣保護，120°C穩(wěn)定半小時，除 水和溶解氧，然后升溫到320°C，反應(yīng)半小時，加入過量的乙醇，離心分離，乙醇洗滌，即得到 Cu2ZnSnS4 納米晶。實施例2納米晶的合成稱取0. 25mmol Cu2\0. 125mmol Zn2+、0. 125mmol Sn2+前驅(qū)體放入 圓底燒瓶中，加入5mL油胺，5mL油酸，IOmL十八烯的混合溶液，氮氣保護，120°C穩(wěn)定半小 時，除水和溶解氧，然后升溫到320°C，反應(yīng)半小時，加入過量的乙醇，離心分離，乙醇洗滌， 即得到Cu2ZnSnS4納米晶。實施例3納米晶的合成稱取0. 5mmol Cu2+、0. 25mmol Zn2+、0. 25mmol Sn2+ 前驅(qū)體放入 圓底燒瓶中，加入IOmL油胺，IOmL十八烯的混合溶液，氮氣保護，120°C穩(wěn)定半小時，除水 和溶解氧，然后升溫到320°C，反應(yīng)半小時，加入過量的乙醇，離心分離，乙醇洗滌，即得到 Cu2ZnSnS4 納米晶。實施例4納米晶的合成稱取0. 5mmol Cu2\0. 25mmol Zn2+、0. 25mmol Sn2+前驅(qū)體放入圓底 燒瓶中，加入20mL油胺，氮氣保護，120°C穩(wěn)定半小時，除水和溶解氧，然后升溫到320°C，反 應(yīng)半小時，加入過量的乙醇，離心分離，乙醇洗滌，即得到Cu2ZnSnS4納米晶。實施例5
納米晶的合成稱取0. 5mmol Cu2\0. 25mmol Zn2+、0. 25mmol Sn2+前驅(qū)體放入圓底 燒瓶中，加入20mL油胺，氮氣保護，120°C穩(wěn)定半小時，除水和溶解氧，然后升溫到280°C，反 應(yīng)1小時，加入過量的乙醇，離心分離，乙醇洗滌，即得到Cu2ZnSnS4納米晶。實施例6納米晶的合成稱取0. 5mmol Cu2\0. 25mmol Zn2+、0. 25mmol Sn2+前驅(qū)體放入圓底 燒瓶中，加入20mL油胺，氮氣保護，120°C穩(wěn)定半小時，除水和溶解氧，然后升溫到300°C，反 應(yīng)半小時，加入過量的乙醇，離心分離，乙醇洗滌，即得到Cu2ZnSnS4納米晶。
權(quán)利要求
一種非注射法高溫液相制備Cu2ZnSnS4的方法，包括(1)稱取摩爾比為2∶1∶1的Cu2+、Zn2+、Sn2+的含硫前驅(qū)體，加入有機溶劑，配制成總濃度為0.005 0.2M的混合溶液；(2)將上述溶液在氮氣保護下于60 150℃穩(wěn)定0.5h，除水和溶解氧，然后升溫到320℃，反應(yīng)0.5～1h；加入過量的乙醇，離心分離，乙醇洗滌，即得到Cu2ZnSnS4納米晶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非注射法高溫液相制備Cu2ZnSnS4的方法，其特征在于 所述步驟⑴中的Cu2+、Zn2+、Sn2+的含硫前驅(qū)體分別為二乙基二硫代氨基甲酸銅、二乙基二 硫代氨基甲酸鋅、二乙基二硫代氨基甲酸錫。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非注射法高溫液相制備Cu2ZnSnS4的方法，其特征在于 所述步驟(1)中的有機溶劑選自油胺、油酸、十八烯中的一種或幾種的混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非注射法高溫液相制備Cu2ZnSnS4的方法，包括(1)稱取摩爾比為2∶1∶1的Cu2+、Zn2+、Sn2+的含硫前驅(qū)體，加入有機溶劑，配制成總濃度為0.005-0.2M的混合溶液；(2)將上述溶液在氮氣保護下于60-150℃穩(wěn)定半小時，除水和溶解氧，然后升溫到320℃，反應(yīng)0.5～1小時；加入過量的乙醇，離心分離，乙醇洗滌，即得到Cu2ZnSnS4納米晶。本方法操作比較簡單，容易規(guī)?；褂玫母鞣N溶劑均對環(huán)境友好，無高毒性物質(zhì)產(chǎn)生，具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號C01G19/00GK101891244SQ20101021662
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月1日
發(fā)明者吳江紅, 宋岳林, 田啟威, 胡俊青, 蔣扉然, 鄒儒佳, 陳志鋼, 馬冠香 申請人:東華大學(xué)