酸浸黄铜制备铜锌锡硫硒薄膜太阳电池前驱体溶液的方法技术

本发明专利技术公开了一种酸浸黄铜一步法制备铜锌锡硫硒薄膜太阳电池前驱体溶液的方法，该方法通过洗涤、氧化酸浸、蒸发、添加锌盐、锡盐和硫脲这些步骤将铜锌合金制备成铜锌锡硫硒薄膜太阳电池前驱体溶液。本发明专利技术通过酸浸从废旧黄铜直接合成铜锌锡硫硒薄膜太阳电池前驱体溶液，使用有机溶剂取代通常酸浸使用的水溶液，浸出得到的溶液可直接作为铜锌锡硫硒前驱体溶液。流程短，操作简单，可以低成本高效利用再生资源制备铜锌锡硫硒薄膜太阳电池。再生资源制备铜锌锡硫硒薄膜太阳电池。再生资源制备铜锌锡硫硒薄膜太阳电池。

【技术实现步骤摘要】
酸浸黄铜制备铜锌锡硫硒薄膜太阳电池前驱体溶液的方法


[0001]本专利技术涉及薄膜太阳电池领域，尤其涉及一种酸浸黄铜制备铜锌锡硫硒薄膜太阳电池前驱体溶液的方法。

技术介绍

[0002]在世界所有有色金属的消费中，铜位于钢铁和铝之后居第三位。铜是重要的工业原料，经济、科技和社会发展等因素影响着铜的供给量和需求量。黄铜材料，主要成分为铜锌合金，已大量应用于工业生产、日常生活等多个领域，每年废弃黄铜量巨大。传统黄铜材料回收工艺主要为铜、锌材料的分选，通常先将铜形成硫化铜沉淀与锌分离，在将铜、锌离子还原成金属单质，回收流程复杂、回收成本高昂。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在至少解决上述技术问题之一。
[0004]本专利技术的目的在于提供一种从废旧黄铜一步法直接制备铜锌锡硫硒前驱体溶液的方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提出的一种酸浸黄铜制备铜锌锡硫硒薄膜太阳电池前驱体溶液的方法，所述方法包括以下步骤：
[0006]A、洗涤
[0007]用清洁剂超声洗涤黄铜，其中，所述清洁剂包括乙醇、异丙醇、丙酮中的一种或多种；
[0008]B、浸出
[0009]向步骤A洗净后的黄铜中加入盐酸、氧化剂和有机溶剂，保持温度在 20
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40℃并进行搅拌，将搅拌后的物质进行过滤得到滤渣和滤液；其中，固液比为1：10
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20，搅拌转速为200
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400rpm；
[0010]C、蒸发
[0011]将步骤B得到的滤液置于热台上进行搅拌，搅拌转速为200
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400rpm，并加热至80
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120℃，将溶剂蒸发，得到铜锌前驱体溶液和氯化氢气体；
[0012]D、按比例添加锌盐和锡盐
[0013]向步骤C得到的铜锌前驱体溶液中添加锌盐、锡盐和硫源，得到用于制备铜锌锡硫硒薄膜太阳电池的前驱体溶液，其中，根据步骤C得到的铜锌前驱体溶液中铜和锌的含量以及铜锌锡硫硒薄膜太阳电池前驱体溶液中铜、锌、锡的配比值确定锌盐、锡盐和硫源添加量。
[0014]优选地，所述步骤A中，黄铜和清洁剂的固液比为1：10
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30，洗涤时温度为20
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70℃。
[0015]优选地，所述步骤A中的固液比为1：20，超声频率为30kHz，温度为 30
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40℃。
[0016]优选地，所述步骤B中，氧化剂为H2O2，有机溶剂为N,N
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二甲基甲酰胺、乙二醇甲醚、二甲基亚砜中的一种或几种混合。
[0017]优选地，所述步骤B中，盐酸浓度为36％
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38％。
[0018]优选地，所述步骤B中，固液比为1：12，搅拌转速为300rpm，搅拌温度为20
‑
30℃。
[0019]优选地，所述步骤C中，蒸发得到的氯化氢气体循环进入步骤B中再次使用。
[0020]优选地，所述步骤D中，Cu/(Zn+Sn)的摩尔比为0.7
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1.0，Zn/Sn摩尔比为 1.0
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1.3，(Cu+Zn+Sn)/S摩尔比为0.5。
[0021]优选地，所述步骤D中，硫源为硫脲。
[0022]本专利技术的基本思路和技术原理如下：
[0023]黄铜表面可能沾染油渍等污染物，使用乙醇等清洁剂进行超声处理可以去除。黄铜在清洁过程中不会反应或者溶解，没有损耗，超声清洁后的乙醇等清洁剂可以反复使用。
[0024]将清洁后的黄铜进行氧化酸浸，黄铜中的铜锌反应式为：
[0025]Me+2HCl+H2O2＝MeCl2+2H2O
[0026]Me＝Cu、Zn
[0027]传统的黄铜回收方式多为将黄铜浸出在水溶液中，最后蒸发结晶得到产品，而铜锌锡硫硒前驱体溶液的配置需要使用有机溶剂溶解铜盐和锌盐。浓度较稀的盐酸与H2O2不会与有机溶剂反应，黄铜中的主要成分为铜和锌，两种元素的氯化盐可以溶解在有机溶剂，因此可以直接使用有机溶剂进行浸出，完全浸出得到黄色透明溶液。黄铜中微量不溶性杂质可通过过滤去除。
[0028]浸出液为酸性，有机溶剂比如N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)的沸点为153℃，高于盐酸和水的沸点，通过蒸发使溶液中的盐酸和水挥发，回收利用再次进入酸浸环节，将氯化氢和水完全蒸发后，最终得到的产物为铜和锌的氯化盐的溶液。铜和锌的氯化盐的水溶液为蓝绿色，溶解在有机溶剂中为黄色，以获得黄色透明溶液为判断依据，确定蒸发的终点。
[0029]有机溶剂对金属盐有良好的溶解性，可以在上一步得到的溶液中继续添加金属盐。按照前驱体溶液所需的锌盐、锡盐和硫源比例，称量一定量的锌盐、锡盐和硫源，溶解在上一步得到的溶液中，得到铜锌锡硫硒薄膜太阳电池前驱体溶液。
[0030]本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0031]直接使用废旧黄铜为原料，根据前驱体中金属元素的比例添加锌盐与锡盐得到铜锌锡硫硒薄膜太阳电池前驱体溶液，通过简单可靠的方法回收再利用黄铜废料，并且降低了制备铜锌锡硫硒前驱体的成本。使用有机溶剂一步法溶解得到前驱体溶液，无需复杂的铜锌分离、重结晶和再溶解过程，中间产物可以循环使用，有效地缩短流程，降低能耗，减少了废气、废水和废渣的产生。
附图说明
[0032]图1为本专利技术酸浸黄铜制备铜锌锡硫硒薄膜太阳电池前驱体溶液的工艺流程图。
具体实施方式
[0033]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步阐述，并不因此将本专利技术限制在所述的实施例范围之中。
[0034]实施例1
[0035]以10g黄铜为原料，其中铜的质量为6.4g，锌的质量为3.6g。
[0036]A、洗涤
[0037]将10g黄铜加入100ml乙醇中，在20℃的条件下，以30kHz的频率超声二十分钟，过滤，除去表面污渍。
[0038]B、氧化酸浸
[0039]将洗净的黄铜投入110ml N,N
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二甲基甲酰胺中，加入10ml浓度为36％的 HCl，开始搅拌，一边搅拌一边加入8ml H2O2，随后在20℃的温度下以300rpm 的转速敞口搅拌。黄铜被完全溶解生成铜离子和锌离子。将得到的溶液使用有机滤头过滤，除去不溶性杂质。
[0040]C、蒸发
[0041]将步骤B得到的滤液放置在110℃的热台上搅拌加热，使溶液中的水和盐酸蒸发。蒸发得到的盐酸可循环进入步骤B中再次使用。盐酸和水完全蒸发时溶液会从绿色变为黄色。
[0042]D、按比例添加锌盐和锡盐
[0043]步骤C得到的溶液为氯化铜和氯化锌的N,N
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二甲基甲酰胺溶液，根据 Cu/Zn＝64：36的质量比，计算得到Cu/Zn的摩尔比为1.83，往溶液中加入3.33g 醋酸锌和11.07g氯化亚锡，搅拌溶液，完全溶解后溶液呈绿色，继续往溶液中加入34本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种酸浸黄铜制备铜锌锡硫硒薄膜太阳电池前驱体溶液的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：A、洗涤用清洁剂超声洗涤黄铜，其中，所述清洁剂包括乙醇、异丙醇、丙酮中的一种或多种；B、浸出向步骤A洗净后的黄铜中加入盐酸、氧化剂和有机溶剂，保持温度在20
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40℃并进行搅拌，将搅拌后的物质进行过滤得到滤渣和滤液；其中，固液比为1：10
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20，搅拌转速为200
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400rpm；C、蒸发将步骤B得到的滤液置于热台上进行搅拌，搅拌转速为200
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400rpm，并加热至80
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120℃，将溶剂蒸发，得到铜锌前驱体溶液和氯化氢气体；D、按比例添加锌盐和锡盐向步骤C得到的铜锌前驱体溶液中添加锌盐、锡盐和硫源，得到用于制备铜锌锡硫硒薄膜太阳电池的前驱体溶液，其中，根据步骤C得到的铜锌前驱体溶液中铜和锌的含量以及铜锌锡硫硒薄膜太阳电池前驱体溶液中铜、锌、锡的配比值确定锌盐、锡盐和硫源添加量。2.如权利要求1所述的酸浸黄铜制备铜锌锡硫硒薄膜太阳电池前驱体溶液的方法，其特征在于，所述步骤A中，黄铜和清洁剂的固液比为1：10
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30，洗涤时温度为20
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70℃。3.如权利要求2所述的酸浸黄铜制备铜锌锡硫硒薄膜太阳电池前驱体溶液的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘芳洋，潘逸宁，陈望献，张宗良，蒋良兴，贾明，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：