铜锌锡硫硒纳米粒子的制备方法技术

一种光电材料技术领域的铜锌锡硫硒纳米粒子的制备方法。包括以下步骤：步骤一，取二价锌盐，二价锡盐，一价或二价铜盐，混合，加入表面活性剂并加热；步骤二，取硫粉、硒粉，混合，加入表面活性剂并加热；步骤三，将步骤二中的溶液注入步骤一的溶液中，升温，纯化产物，得铜锌锡硫硒纳米粒子。本发明专利技术的方法无污染，反应条件温和简单、成本低廉，适于大规模生产，其禁带宽度可随硫硒比例变化而变化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种光电材料
的制备方法，具体是一种铜锌锡硫硒纳米 粒子的制备方法。
技术介绍
铜锌锡硫硒(Cu2ZnSnSxSe4_x，0 < χ < 4,英文缩写为CZTSSe)禁带宽度与半导体太 阳电池所要求的最佳禁带宽度(1.5eV)十分接近，并具有较大的吸收系数(可达IO4CnT1)。 同时，CZTSSe也具有禁带宽度可调的性质，理论计算表明硫硒比例变化可导致其禁带宽度 发生规律性变化。另外，该系材料是利用在地壳上蕴含量较高的锌和锡元素代替了铜铟镓 硫硒(Cu2InGaSxSe4I，英文缩写为CIGSSe)中的In元素，无毒，对环境友好，已成为太阳电池 吸收层的最佳候选材料，被国际上称为下一代最有前途的廉价太阳电池之一，有可能成为 未来光伏电池的主流产品。 经对现有技术的文献检索发现，R. Nitsche等在《Journal of Crystal Growth》 (晶体生长)1967年第1卷第1期第52 53页发表“Crystal growth of quaternary Cu2ZnSnS4chalcogenides by iodine vapor transport"(石典气才目运输法 备单晶体 Cu2ZnSnS4)以来，专业人员已经开发出溅射、热蒸镀等CZTSSe制备方法，但这些方法需要真 空环境，反应条件严苛，难以低温、低成本大面积生产。因此，提出一种可大量制备，成本低 廉，环境友好的CZTSSe纳米粒子制备方法，对于本领域具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种铜锌锡硫硒纳米粒子的制备方 法。本专利技术的方法无污染，反应条件温和简单、成本低廉，适于大规模生产，其禁带宽度可随 硫硒比例变化而变化。本专利技术是通过以下技术方案实现的，包括以下步骤步骤一，取二价锌盐，二价锡盐，一价或二价铜盐，混合，加入表面活性剂并加热。步骤二，取硫粉、硒粉，混合，加入表面活性剂并加热。步骤三，将步骤二中的溶液注入步骤一的溶液中，升温，纯化产物，得铜锌锡硫硒 纳米粒子。步骤一中，所述二价锌盐为乙酰丙酮锌、氯化锌、硫酸锌或醋酸锌。步骤一中，所述锡盐为二氯化锡、醋酸锡、辛酸锡、乙酰丙酮溴化锡或乙酰丙酮氯 化锡。步骤一中，所述铜盐为乙酰丙酮铜、氯化亚铜、氰化亚铜、氯化铜或醋酸铜。步骤一中，所述表面活性剂为油胺、十八烯。步骤一中，二价锌盐二价锡盐一价或二价铜盐=(1 1.2) (1 1.2) (2 2. 2)。该比例为摩尔比。步骤二中，硫粉硒粉=0. 01 100 ；硫粉+硒粉金属=0. 8 3。该比例为摩尔比。。 步骤三中，所述纯化具体为将产物溶于有机溶剂A中，离心，取下层沉淀，再向 沉淀中加入有机溶剂B，离心，取上清液，向上清中加入油胺和有机溶剂A，离心后取下层沉 淀，烘干，得到铜锌锡硫硒纳米粒子。步骤三中，所述有机溶剂A和有机溶剂B各自独立地选自以下物质中的一种甲 醇、乙醇、乙二醇、正戊醇、正丁醇、叔丁醇、二甲苯、正己烷、三氯乙烯、四氯乙烯、氯仿和二 氯甲烷；且有机溶剂A与有机溶剂B不为同一种物质。步骤一、二中，所述表面活性剂的加入量为硫粉、硒粉总量摩尔数的5 50倍。步骤一、二中，所述加热具体为100 300°C加热。步骤三中，所述升温温度具体为300 500°C加热1 24小时。步骤三中，所述铜锌锡硫硒纳米粒子的直径为5 50nm。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果本专利技术首次合成禁带宽度可调的 铜锌锡硫硒纳米粒子，制备方法采用非真空化学合成方法，具有绿色无污染，设备要求简 单，适合工业化大规模生产的优点。附图说明图1为实施例1制备的铜锌锡硫硒纳米粒子的X射线衍射图谱；图2为实施例2制备的铜锌锡硫硒纳米粒子的X射线衍射图谱；图3为实施例3制备的铜锌锡硫硒纳米粒子的X射线衍射图谱；图4为实施例4制备的铜锌锡硫硒纳米粒子的X射线衍射图谱；图5为实施例5制备的铜锌锡硫硒纳米粒子的X射线衍射图谱。具体实施例方式以下实例将结合附图对本专利技术作进一步说明。本实施例在以本专利技术技术方案为前 提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。 下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的 条件。实施例1将0. 23mmol乙酰丙酮锌、0. 23mmol 二氯化锡、0. 5mmol乙酰丙酮铜、加入反应管， 加入4. 4mmol油胺，加热至100°C ；0. 03mmol硫粉，2. 85mmol硒粉加入反应管，加入IOmmol 油胺，加热至200°C。硫、硒混合溶液注入至金属盐溶液中，升温至300°C 1小时。将得到的 产物溶于乙醇，8000rpm下离心10分钟，取下层沉淀，加入氯仿，7000rpm下离心5分钟，取 上层清液，加入0. Iml油胺和2. 5ml乙醇，SOOOrpm下离心10分钟后取下层沉淀，蒸干溶剂 后得到铜锌锡硫硒纳米粒子，铜锌锡硫硒纳米粒子的直径为5nm，最终产物的X射线衍射图 如图1。实施例2将0. 3mmol硫酸锌、0. 3mmol醋酸锡、0. 5mmol氰化铜加入反应管，加入40mmol油 胺，加热至200°C ；0. 87mmol硫粉，0. 0088mmol硒粉加入反应管，加入4mmol油胺，加热至 300°C。硫、硒混合溶液注入至金属盐溶液中，升温至300°C 24小时。将得到的产物溶于3. 8ml乙二醇，8000rpm下离心10分钟，取下层沉淀，加入2. 5ml四氯乙烯，7000rpm下离心5分钟，取上层清液，加入0. Iml油胺和2. 5ml乙二醇，8000rpm下离心IOmin后取下层沉 淀，蒸干溶剂后得到铜锌锡硫硒纳米粒子，铜锌锡硫硒纳米粒子的直径为50nm，最终产物的 X射线衍射图，如图2所示。实施例3将0. 25mmol醋酸锌、0. 25mmol乙酰丙酮溴化锡、0. 5mmol氯化亚铜加入反应管，力口 入5mmol油胺和5mmol十八烯，加热至250°C ；0. 5mmol硫粉，0. 5mmol硒粉加入反应管，加入 IOmmol油胺，加热至150°C。硫、硒混合溶液注入至金属盐溶液中，升温至400°C 10小时。 将得到的产物溶于2. 85ml正丁醇，8000rpm下离心10分钟，取下层沉淀，加入2. 5ml三氯 乙烯，7000rpm下离心5分钟，取上层清液，加入0. Iml油胺和2. 5ml正丁醇，8000rpm下离 心10氯化亚铜后取下层沉淀，蒸干溶剂后得到铜锌锡硫硒纳米粒子，所述铜锌锡硫硒纳米 粒子的直径为20nm，最终产物的X射线衍射图，如图3所示。实施例4将0. 23mmol氯化锌、0. 3mmol辛酸锡、0. 5mmol醋酸铜加入反应管，加入2. 5mmol 油胺和2. 5mmol十八烯，加热至150°C ；0. 6mmol硫粉，1. 4mmol硒粉加入反应管，加入15mmol 油胺，加热至120°C。硫、硒混合溶液注入至金属盐溶液中，升温至450°C 4小时。将得到的 产物溶于2. 5ml甲醇，8000rpm下离心10分钟，取下层沉淀，加入2. 5ml正己烷，7000rpm下 离心5分钟，取上层清液，加入0. Iml油胺和2. 5ml甲醇，SOOO本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜锌锡硫硒纳米粒子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，取二价锌盐，二价锡盐，一价或二价铜盐，混合，加入表面活性剂并加热；步骤二，取硫粉、硒粉，混合，加入表面活性剂并加热；步骤三，将步骤二中的溶液注入步骤一的溶液中，升温，纯化产物，得铜锌锡硫硒纳米粒子。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：魏浩，张亚非，苏言杰，陶焘，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]