一种铜锌锡硒光伏材料的制备方法技术

一种铜锌锡硒光伏材料的制备方法，涉及水热化学合成纳米材料工艺技术领域。本发明专利技术采用CuCl2·2H2O、ZnCl2·2H2O、SnCl2·2H2O、SeO2四种固体粉末为原料，以联氨为还原剂，通过反应、加热、洗涤、烘干等步骤制备铜锌锡硒纳米粉末。本发明专利技术所得铜锌锡硒具有纯度高、分散性好、形状和大小均匀，工艺过程安全、过程辅助溶液及产物易处理、无污染等优势，因此该方法具有非常广阔的应用前景。

Method for preparing copper, zinc, tin and selenium photovoltaic material

The invention relates to a method for preparing copper, zinc, tin and selenium photovoltaic materials, which relates to the technical field of hydrothermal synthesis of nanometer materials. The invention adopts CuCl2 - 2H2O, ZnCl2 - 2H2O, four kinds of solid powder SnCl2 - 2H2O and SeO2 as raw materials, using hydrazine as reducing agent, preparation of cztse nano powder by reaction, heating, washing, drying and other steps. The invention of the cztse has high purity, good dispersibility, uniform shape and size, process safety, process and product processing, auxiliary solution easy pollution and other advantages, so this method has very broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种铜锌锡硒光伏材料的制备方法
本专利技术涉及水热化学合成纳米材料工艺
，尤其涉及水热法合成铜锌锡硒光伏材料的制备方法。
技术介绍
纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围1～100nm或由它们作为基本单元构成的材料。纳米材料为凝聚态物理提出了许多新的课题，由于纳米材料尺寸小，量子尺寸效应十分显著，这使得纳米材料体系的光、热、电、磁等物理性质与常规材料不同，出现许多新奇特性；另外纳米材料的另一个重要特点是表面效应。随着尺寸减小，比表面大大增加，导致纳米体系的化学性质与化学平衡体系出现很大差别。纳米合成为发展新型材料提供了新的途径和新的思路。纳米半导体材料为制备性能优越的半导体器件提供了基础。铜锌锡硒（Cu2ZnSnSe4）作为I-Ⅱ-Ⅳ-Ⅵ族半导体化合物，具有合适的带隙宽度和高的光吸收系数，且原料丰富价格低廉，在太阳能电池领域中有着广阔的应用前景。目前制备纳米材料的方法有很多，如物理气相沉积、化学气相沉积、溅射法等气相法和沉淀法、喷雾法、溶胶-凝胶法、辐射化学法等液相法。这些方法有的工艺复杂，反应温度和反应时间长，有的方法反应过程中毒性大、环境污染严重，有的方法所得纳米材料易团聚、分散性差，不易控制纳米材料的形貌和尺寸均匀性，且由于铜锌锡硒中所含有的元素种类较多,有的方法中所采用的具体工艺制备的纳米铜锌锡硒相组成不纯。形状不同影响着纳米材料的比表面积，而且说明晶体生长的取向不同，因而性能会有较大差别；当纯度差时，由于出现的杂相是另一种物质，因而其性能会与单相物质不同，在光学特性、导电性能等方面有较大差异，这些物理性能对半导体材料是十分重要的。与本专利接近的现有技术有：[1]ThomasRath,WernfriedHaas,AndreasPein,etal,Synthesisandcharacterizationofcopperzinctinchalcogenidenanoparticles:Influenceofreactantsonthechemicalcomposition,SolarEnergyMaterials&SolarCells101(2012)87–94.主要报道了用金属盐和S、Se合成CZTS、CZTSe纳米颗粒，并研究了不同反应物对其化学组成的影响。[2]WenlongLiu,MengqiangWu,LidanYan,etal,NoninjectionsynthesisandcharacterizationofCu2ZnSnSe4nanocrystalsintriethanolaminereactionmedia,MaterialsLetters65(2011)2554–2557.主要描述了以三乙醇胺为溶剂合成了单相的接近化学计量比的Cu2ZnSnSe4纳米晶体。[3]HaoWei,WeiGuo,YijingSun,etal,Hot-injectionsynthesisandcharacterizationofquaternaryCu2ZnSnSe4nanocrystals,MaterialsLetters64(2010)1424–1426.文章主要报道了用热注射法合成Cu2ZnSnSe4纳米晶体,并对其形貌和结构进行了表征。虽然本专利技术与以上技术制备都是制备的纳米级Cu2ZnSnSe4，但是在原料和工艺流程上都有很大的区别，产品在结构、形貌、尺寸上同样有很大的差异。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术的不足，而专利技术了一种铜锌锡硒光伏材料的制备方法。本专利技术采用水热法合成工艺制备铜锌锡硒纳米片，以CuCl2·2H2O、ZnCl2·2H2O、SnCl2·2H2O和SeO2为原料，严格控制原料的化学计量比和浓度，以联氨为还原剂，在较低温度下加热，使原料进行共还原并发生合成反应，并经清洗、过滤和烘干即可得到目标产物。本专利技术的具体制备方法包括如下顺序的步骤：a.将1.6～7.0份CuCl2·2H2O、0.8～2.5份ZnCl2·2H2O、1.0～4.5份SnCl2·2H2O和2.4～8.0份SeO2四种固体粉末均匀混合，再加入为40～50份盐酸和200～800份无水乙醇或者去离子水；b.将上述混合物溶液倒入高压反应釜，再加入40～50份联氨；c.将上述反应罐加热至160～200℃之间，保温时间10～90小时，然后冷却到室温取出；d.将反应后的溶液通过水系微孔滤膜过滤，先后用去离子水和无水乙醇反复洗涤、过滤分离，去除杂质，洗涤至中性为止；e.将上述洗涤后所得物干燥，得到铜锌锡硒粉末。上述步骤a中混合物粉末在去离子水中均匀混合，采用超声波振动并进行搅拌的方式使之溶解更充分。上述步骤b中的联氨的纯度采用85%或80%。上述步骤b中的高压反应釜采用聚四氟乙烯内衬的反应釜。上述步骤e中洗涤后所得物的干燥在50～80℃下烘干。上述步骤e中的干燥采用真空烘箱进行干燥。相分析和形貌分析表明本专利技术所得铜锌锡硒纳米粉末是单相粉体，其粒径约60～100nm，形状和大小均匀。与同类技术相比，本专利技术所得铜锌锡硒纳米粉末纯度高、分散性好、大小均匀，工艺过程安全、过程辅助溶液及产物易处理、无污染等，因此该方法具有非常广阔的应用前景。具体实施方式实施例1将2.455份CuCl2·2H2O、1.000份ZnCl2·2H2O、1.636份SnCl2·2H2O和3.182份SeO2四种固体粉末均匀混合，再加入45.45份的盐酸，乙醇772.65份，采用超声波振动并进行搅拌的方式使之均匀混合。将上述混合物溶液倒入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜，再加入85%的联氨45.455份。将上述反应釜加热至200℃之间，保温时间45小时，然后冷却到室温取出。将反应后的溶液通过水系微孔滤膜过滤，先后用去离子水和无水乙醇反复洗涤、过滤分离，去除杂质，洗涤至中性为止。将上述洗涤后所得物在70℃下的真空烘箱中干燥，得到铜锌锡硒粉末。实施例2将2.455份CuCl2·2H2O、1.000份ZnCl2·2H2O、1.636份SnCl2·2H2O和3.182份SeO2四种固体粉末均匀混合，再加入盐酸45.45份，去离子水772.65份，采用超声波振动并进行搅拌的方式使之均匀混合。将上述混合物溶液倒入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜，再加入85%的联氨45.455份。将上述反应釜加热至200℃之间，保温时间90小时，然后冷却到室温取出。将反应后的溶液通过水系微孔滤膜过滤，先后用去离子水和无水乙醇反复洗涤、过滤分离，去除杂质，洗涤至中性为止。将上述洗涤后所得物在70℃下的真空烘箱干燥，得到铜锌锡硒粉末。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜锌锡硒光伏材料的制备方法，该方法包括如下顺序的步骤：a.将1.6～7.0份CuCl2·2H2O、0.8～2.5份ZnCl2·2H2O、1.0～4.5 份SnCl2·2H2O和2.4～8.0份SeO2 四种固体粉末均匀混合，再加入盐酸，无水乙醇或者去离子水等溶剂均匀混合；b.将上述混合物溶液倒入高压反应釜，再加入40～50份联氨；c.将上述反应釜加热至160～200℃之间，保温时间10～90小时，然后冷却到室温取出；d.将反应后的溶液通过水系微孔滤膜过滤，先后用去离子水和无水乙醇反复洗涤、过滤分离，去除杂质，洗涤至中性为止；e.将上述洗涤后所得物干燥，得到铜锌锡硒粉末。

【技术特征摘要】
1.一种铜锌锡硒光伏材料的制备方法，该方法包括如下顺序的步骤：a.将1.6～7.0份CuCl2·2H2O、0.8～2.5份ZnCl2·2H2O、1.0～4.5份SnCl2·2H2O和2.4～8.0份SeO2四种固体粉末均匀混合，再加入盐酸，无水乙醇或者去离子水等溶剂均匀混合；b.将上述混合物溶液倒入高压反应釜，再加入40～50份联氨；c.将上述反应釜加热至160～200℃之间，保温时间10～90小时，然后冷却到室温取出；d.将反应后的溶液通过水系微孔滤膜过滤，先后用去离子水和无水乙醇反复洗涤...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘科高，许超，刘振国，
申请(专利权)人：济南领飞电气设备有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37