一种铜铟硒纳米晶材料的制备方法技术

一种铜铟硒纳米晶材料的制备方法，采用溶剂热法在高温下反应，制备具有形状规则、大小均匀、颗粒尺寸在２０纳米左右且结晶性能非常好的铜铟硒纳米颗粒。铜铟硒纳米晶的制备相对于以往的铜铟硒薄膜的制备具有可重复性好、方法相对简单、对环境的污染小及容易控制各原子的化学计量比等优点。由于铜铟硒的禁带宽度约为１．０４ｅＶ，该纳米晶材料既可以通过滴铸或甩膜的方法制备成薄膜作为太阳能电池的吸收层，也可以用来敏化宽禁带的氧化钛或氧化锌等材料，以提高太阳能电池的能量转化效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一类三元化合物半导体纳米晶的合成方法，具体涉及一种铜铟硒纳米 晶材料的制备方法。
技术介绍
太阳能电池是典型的绿色能源，它是解决21世纪能源与环境两个问题的最佳选 择，太阳能产业将是全球21世界最具发展潜力的产业之一。在太阳能电池材料中占有重要 位置的是硅材料和化合物半导体材料，高成本是目前硅晶体和化合物半导体太阳能电池发 展和应用的主要障碍。解决太阳能电池成本的问题，一方面要降低材料以及制作成本，另一 方面必须努力提高光电转换效率。但在实现这些目标过程中，必须探索一些特殊的材料及 特殊制备工艺。在光伏技术发展新的高潮中，由于I-III-VI族化合物半导体铜铟硒材料具有优 良的光电吸收与转换效率(在实验室中铜铟硒薄膜太阳能电池的光电转换效率可达约为 20% )，具有承受标准配比(I，III和VI族成分的比例)变化的能力，具有可改变合金成分 所带来的设计上的灵活性，而且其性能长期稳定，抗辐射能力强，制备的电池不存在光致衰 退，最近几年，引起人们的广泛关注与研究，被一致认为是硅材料的最佳替代者及下一代空 间电源的后选者。大量的研究发现，高质量的铜铟硒薄膜应具有较好的致密性及较大的晶 粒以减少晶界缺陷，且材料的元素化学计量比偏离越小，薄膜的结晶程度、元素组分均勻性 以及光学和电学特性就越好，对电池转换效率的提高也就越有利。目前虽然铜铟镓硒薄膜 太阳能电池的实验室光电转换效率已达到19. 8%。然而铜铟硒纳米晶的研究还处于起步阶 段，目前国际上已有科研人员合成该材料，但器件没有很好的优化，导致能量转化效率较低 (已报道的最高为3. 2% )。考虑到铜铟硒纳米晶比铜铟硒薄膜的可控性和可重复性都强， 而且理论上前者的能量转化效率要比后者要高，铜铟硒纳米晶太阳能电池更适合产业化， 无疑将拥有更加广阔的市场和应用前景。
技术实现思路
本专利技术的内容在于提供一种操作简单，成本低廉、微纳尺寸、化学成分比可控且适 合产业化的铜铟硒纳米晶材料的制备方法。为达到上述目的，本专利技术采用的合成方法如下1)首先，将0.5 1.5毫摩尔的氯 化铜或氯化亚铜、0. 5 1. 5毫摩尔的氯化铟、1 3毫摩尔的硒粉加入到8 12毫升的 油胺中得混合溶液，其中铜铟硒的元素量之比为1 1 2，然后将该混合溶液加热到 60 80°C保温2 3小时，同时通入氮气剧烈搅拌；2)其次，将步骤1)得到的混合溶液加 热到210 240°C，同时通入氮气，并冷凝回流，剧烈搅拌，反应2 4小时；3)然后，向步 骤2)中的溶液中加入10 20毫升乙醇并以5000 8000rpm的速度离心3 5分钟，去 掉上清液得到沉淀；4)向沉淀中加入5 10毫升氯仿和10 20毫升乙醇，并超声使沉淀 全部溶解混合均勻，以5000 8000rpm的速度离心3 5分钟，去掉上清液得到沉淀，再向沉淀中加入5 10毫升氯仿和10 20毫升乙醇重复3遍，其中氯仿乙醇为1 2的体 积比；5)最后，向步骤4)的沉淀中加入5 10毫升氯仿，超声使沉淀全部溶解，以5000 SOOOrpm的速度离心3 5分钟，得到悬浮液，去掉沉淀，该悬浮液即为所需的铜铟硒纳米曰 曰曰ο本专利技术在较低温度下加热搅拌除去反应溶液中的氧气和水分并使反应物均勻充 分的溶解在溶剂中；然后加热到高温，避免从低温到高温这一升温过程太慢而导致副产物 的生成，如硒化铟和硒化铜等。清洗过程用到乙醇和氯仿，乙醇作为沉淀剂，氯仿作为分散 齐U。这种合成方法不仅适应于铜铟硒纳米晶的合成，同样也适应于铜镓硒、铜铟镓硒纳米晶 等三元和四元化合物的合成。附图说明图1是合成的铜铟硒纳米晶的XRD图；图2是合成的铜铟硒纳米晶的TEM图；图3 是合成的铜铟硒纳米晶的UV吸收光谱图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。实施例1 :1)首先，将0. 5毫摩尔的氯化铜、0. 5毫摩尔的氯化铟、1毫摩尔的硒粉 加入到10毫升的油胺中得混合溶液，然后将该混合溶液加热到60°C保温3小时，同时通入 氮气剧烈搅拌；2)其次，将步骤1)得到的混合溶液加热到240°C，同时通入氮气，并冷凝回 流，剧烈搅拌，反应4小时；3)然后，向步骤2)中的溶液中加入10毫升乙醇并以5000rpm的 速度离心5分钟，去掉上清液得到沉淀；4)向沉淀中加入5毫升氯仿和10毫升乙醇，并超 声使沉淀全部溶解混合均勻，以5000rpm的速度离心5分钟，去掉上清液得到沉淀，再向沉 淀中加入5毫升氯仿和10毫升乙醇重复3遍；5)最后，向步骤4)的沉淀中加入5毫升氯 仿，超声使沉淀全部溶解，以5000rpm的速度离心5分钟，得到悬浮液，去掉沉淀，该悬浮液 即为所需的铜铟硒纳米晶。实施例2 1)首先，将1毫摩尔的氯化亚铜、1毫摩尔的氯化铟、2毫摩尔的硒粉加 入到12毫升的油胺中得混合溶液，然后将该混合溶液加热到80°C保温2小时，同时通入氮 气剧烈搅拌；2)其次，将步骤1)得到的混合溶液加热到210°C，同时通入氮气，并冷凝回流， 剧烈搅拌，反应4小时；3)然后，向步骤2)中的溶液中加入15毫升乙醇并以6000rpm的速 度离心4分钟，去掉上清液得到沉淀；4)向沉淀中加入10毫升氯仿和20毫升乙醇，并超声 使沉淀全部溶解混合均勻，以6000rpm的速度离心4分钟，去掉上清液得到沉淀，再向沉淀 中加入10毫升氯仿和20毫升乙醇重复3遍；5)最后，向步骤4)的沉淀中加入10毫升氯 仿，超声使沉淀全部溶解，以6000rpm的速度离心4分钟，得到悬浮液，去掉沉淀，该悬浮液 即为所需的铜铟硒纳米晶。实施例3 1)首先，将1. 5毫摩尔的氯化铜、1. 5毫摩尔的氯化铟、3毫摩尔的硒粉 加入到8毫升的油胺中得混合溶液，然后将该混合溶液加热到65°C保温2. 5小时，同时通 入氮气剧烈搅拌；2)其次，将步骤1)得到的混合溶液加热到230°C，同时通入氮气，并冷凝 回流，剧烈搅拌，反应2小时；3)然后，向步骤2)中的溶液中加入20毫升乙醇并以SOOOrpm 的速度离心3分钟，去掉上清液得到沉淀；4)向沉淀中加入8毫升氯仿和16毫升乙醇，并超声使沉淀全部溶解混合均勻，以SOOOrpm的速度离心3分钟，去掉上清液得到沉淀，再向 沉淀中加入8毫升氯仿和16毫升乙醇重复3遍；5)最后，向步骤4)的沉淀中加入8毫升 氯仿，超声使沉淀全部溶解，以SOOOrpm的速度离心3分钟，得到悬浮液，去掉沉淀，该悬浮 液即为所需的铜铟硒纳米晶。实施例4 1)首先，将1. 2毫摩尔的氯化铜、1. 2毫摩尔的氯化铟、2.4毫摩尔的硒 粉加入到11毫升的油胺中得混合溶液，然后将该混合溶液加热到70°c保温3小时，同时通 入氮气剧烈搅拌；2)其次，将步骤1)得到的混合溶液加热到220°C，同时通入氮气，并冷凝 回流，剧烈搅拌，反应4小时；3)然后，向步骤2)中的溶液中加入12毫升乙醇并以7500rpm 的速度离心4分钟，去掉上清液得到沉淀；4)向沉淀中加入6毫升氯仿和12毫升乙醇，并 超声使沉淀全部溶解混合均勻，以7500rpm的速度离心4分钟，去掉上清液得到沉淀，再向 沉淀中加入6毫升氯仿和12毫升乙醇重复3遍；5)最后，向步骤4)的沉淀中加入6毫升 氯仿，超声使沉淀全部溶解，以7500rpm的速度离心4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜铟硒纳米晶材料的制备方法，其特征在于：１）首先，将０．５～１．５毫摩尔的氯化铜或氯化亚铜、０．５～１．５毫摩尔的氯化铟、１～３毫摩尔的硒粉加入到８～１２毫升的油胺中得混合溶液，其中铜∶铟∶硒的元素量之比为１∶１∶２，然后将该混合溶液加热到６０～８０℃保温２～３小时，同时通入氮气剧烈搅拌；２）其次，将步骤１）得到的混合溶液加热到２１０～２４０℃，同时通入氮气，并冷凝回流，剧烈搅拌，反应２～４小时；３）然后，向步骤２）中的溶液中加入１０～２０毫升乙醇并以５０００～８０００ｒｐｍ的速度离心３～５分钟，去掉上清液得到沉淀；４）向沉淀中加入５～１０毫升氯仿和１０～２０毫升乙醇，并超声使沉淀全部溶解混合均匀，以５０００～８０００ｒｐｍ的速度离心３～５分钟，去掉上清液得到沉淀，再向沉淀中加入５～１０毫升氯仿和１０～２０毫升乙醇重复３遍，其中氯仿∶乙醇为１∶２的体积比；５）最后，向步骤４）的沉淀中加入５～１０毫升氯仿，超声使沉淀全部溶解，以５０００～８０００ｒｐｍ的速度离心３～５分钟，得到悬浮液，去掉沉淀，该悬浮液即为所需的铜铟硒纳米晶。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：阙文修，申凤宇，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]