黄铜矿结构CIS粉末材料及其液相制备方法技术

本发明专利技术公开了一种黄铜矿结构CIS粉末材料及其液相制备方法，该方法采用以有机混合溶剂或有机单一溶剂为载体，在常压下用液相回流法合成CIS粉末(CuInS2粉末或CuInSe2粉末)。该黄铜矿结构CIS粉末材料的液相制备方法反应时间短，所需温度低，操作简便，成本低，适合CIS系粉末的产业化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于粉末及其制备方法领域，涉及一种黄铜矿结构CIS粉末材料及其液相制备方法，该黄铜矿结构CIS粉末材料应用于CIS系薄膜太阳能电池吸收层。
技术介绍
面对着能源问题和与日俱增的化石燃料燃烧所造成的环境污染问题，太阳能电池的开发已成为解决能源和环境问题的重要途径。随着光伏组件的广泛使用，提高电池光电转换效率、降低成本是目前光伏发电的主要问题。本说明书中，CIS系材料指01 或Cdr^e2，属直接带隙半导体材料，禁带宽度与太阳能光谱匹配优良，具有高的光电转化效率及低材料成本等特点，被公认为是很有前景的太阳能吸收层材料之一。钱逸泰院士领导的课题小组在^organic Chemistry, 2000, 39 =2964-2965文章中公开了一种CIS系粉末的制备方法。钱逸泰院士等以Cu(8.4mmol)、In(8. 4mmol), S/ Se (16. 8mmol)单质粉末为原料，乙二胺Q4mL)为溶剂，在高压釜中保持反应48h， 经蒸馏水和乙醇多次清洗、过滤、真空干燥(70°C /他)，得到了 CuhS2ZtiJr^e2纳米棒 (Nanorods) 0钱逸泰院士等人所发表的制作方法，需经过高压釜280°C反应48h，才能得到 CuInS2/CuInSe2纳米棒。此外，值得注意的是，所需的溶剂为高毒性高挥发性的乙二胺，这对操作的安全性和环境造成很大的威胁。另外，在高压釜中反应，不存在搅拌系统，这无疑降低了其反应的速率，这些缺点使得溶剂热法难以成为CIS系粉末量产化的制备手段。另外，Zhang等人在 Crystal Growth & Design，2008，8 :24024405 文章中公开了一种01 空心纳米球(Hollow Nanospheres)的制备方法。其步骤为①经搅拌与加热把十六烷基三甲基溴化铵(5mmol，作表面活性剂)溶于乙二醇GOmL)，得到混合物M1 ；②把硫代乙酰胺/乙二醇(5mL)加入到M1并搅拌得到M2;③把M2加热到80°C时加入In (NO3)3/乙二醇(ImL)，并保持此温度15min得到混合物M3 ；④将M3快速转移到装有冷凝器的三口瓶中搅拌并保持1. 5h ；⑤最后，产物经离心分离、清洗和干燥，得到了粒径为SO-IOOnm的CuhS2 空心纳米球。^iang等人虽然使用此液相方法制得了纯相01 空心纳米球，但是，其制备的过程较为复杂且十六烷基三甲基溴化铵含有剧毒，这无疑也限制了其大规模化的生产。通过上述说明可知，开发出快速、简便、低成本的CIS系粉末量产化工艺已经迫在眉睫。本专利技术正以此为出发点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提出一种黄铜矿结构CIS粉末材料及其液相制备方法，该黄铜矿结构CIS粉末材料的液相制备方法反应时间短，所需温度低，操作简便，成本低，适合CIS系粉末的产业化。本专利技术的技术解决方案如下一种黄铜矿结构CIS粉末材料的液相制备方法，其特征在于，以有机混合溶剂或有机单一溶剂为载体，在常压下用液相回流法合成01 粉末或Cdr^e2粉末。根据权利要求1所述的黄铜矿结构CIS粉末材料的液相制备方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1 该步骤采用步骤a或步骤b 步骤a 称取物质的量的比1 1 2-3的CuCl2 · 2H20，InCl3 · 4H20和S放入到容器中，加入有机混合溶剂或有机单一溶剂，搅拌，得到均勻的混合物；步骤b 称取物质的量的比1 1 2的CuCl2 · 2H20，InCl3 · 4H20和k放入到容器中，加入三乙烯四胺，搅拌，得到均勻的混合物；步骤2 以惰性气体为保护气，对所述的混合物进行搅拌和冷凝回流，把上述容器置于恒温油浴中保持温度为120-200°C反应，自然冷却至室温；步骤3 最后收集冷却后的产品，经洗涤、抽滤后，再经干燥得到黑色粉末；在步骤1中，当采用步骤a时，最终制得的所述黑色粉末为01 粉末，采用步骤 b时，最终制得的所述黑色粉末为Cuhk2粉末。冷凝回流就是在反应容器上安装冷凝回流管，使挥发的气体经逆向的冷却水冷却，使其气态恢复为液态，从而回流到反应容器中。目的1，有效防止溶剂的挥发，增加溶剂的利用率；2，有效的降低反应容器中的压强。所述的步骤a中的有机混合溶剂为三乙烯四胺-乙二醇或乙二胺-乙二醇，其中三乙烯四胺与乙二醇的体积比为0.5-1 1，乙二胺与乙二醇的体积比为0.5-1 1，有机单一溶剂为三乙烯四胺；溶剂的使用量占该容器总容量的40-90%。惰性气体是选自下列惰性气体中的至少一种队、He或Ar ；容器为两口瓶或三口瓶。只要适合安装回流装置和搅拌装置，容器可为其他容器。恒温油浴中反应时间为0. 5_12h。所述的干燥过程为在干燥箱中以40_80°C干燥6-10h。步骤a和步骤b中的搅拌为磁力搅拌或机械搅拌，搅拌时间为5-15min ；所述的洗涤为采用无水乙醇和去离子水洗涤。磁力搅拌就是将液体放入容器中后同时将搅拌子放入液体，当底座产生磁场后带动搅拌子成圆周循环运动。只要能够使反应物均勻分散在溶剂中并使反应快速进行，其他的搅拌方式也行，如机械搅拌。只要能够使反应物均勻分散在溶剂中并使反应快速进行，其他的搅拌方式也可以，如机械搅拌。—种黄铜矿结构CIS粉末材料，采用前述的黄铜矿结构CIS粉末材料的液相制备方法制得。有益效果本专利技术的优势有以下几个方面(1)原料选用较廉价的金属卤化物和有机溶剂，避免了直接使用昂贵的高纯Cu、 ^单质元素粉末，成本较低；(2)反应条件温和反应时间短，温度低，无毒副作用，对环境污染较小。适合CIS系粉末的大规模生产；(3)所得粉末粒子尺寸小，形貌均勻，且其带隙宽度与太阳能吸收材料最佳带隙宽度相匹配，适合用作涂覆原料或靶材来制备太阳能吸收层薄膜材料。附图说明图1是实施例1制得的CuhS2粉末的XRD能谱图(用于说明粉末的晶相)；图2是实施例2制得的CuhS2粉末的XRD能谱图；图3是实施例2制得的CuhS2粉末的SEM能谱图；图4是实施例2制得的CuhS2粉末的UV-vis能谱图；图5是实施例3制得的(MnSe2粉末的XRD能谱图；图6是实施例4制得的CuhSe2粉末的XRD能谱图。具体实施例方式以下将结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明实施例1(1)称取 5mmol CuCl2 · 2H20,5mmol InC13 · 4H20 和 10_15mmol S 放入到三口瓶中，加入30mL三乙烯四胺，磁力搅拌5分钟，得到均勻的混合物；(2)以氮气为保护气，采用磁力搅拌和冷凝回流，把上述三口瓶置于恒温油浴中保持温度为120-200°C反应0. 5-12h，自然冷却至室温；(3)最后收集冷却后的产品，经无水乙醇和去离子水反复洗涤、抽滤后，在干燥箱内(600C )干燥6-10h得到黑色粉末。(4)材料鉴定经XRD测试，表明了产物为黄铜矿结构CuhS2，见图1。实施例2本专利技术CIS系粉末的制备方法的一个实施例2与实施例1相同，其不同之处在于， 在(1)步骤中加入的三乙烯四胺替换为三乙烯四胺-乙二醇(0.5-1 1，ν/ν)；材料鉴定为(a)经XRD测试，表明了产物为黄铜矿结构CuhS2，见图2。(b)经SEM测试，表明产物为形貌均勻的微米颗粒状CuhS2本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种黄铜矿结构ＣＩＳ粉末材料的液相制备方法，其特征在于，以有机混合溶剂或有机单一溶剂为载体，在常压下用液相回流法合成ＣｕＩｎＳ２粉末或ＣｕＩｎＳｅ２粉末。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周继承，李绍文，巩小亮，黄迪辉，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：43