[发明专利]可调禁带宽度的Cu-Sn-Zn-S半导体材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有可调禁带宽度的Cu-Sn-Zn-S半导体新材料及其制备方法，属于无 机材料制备技术领域。

背景技术

随着化石燃料储量的减少，新的可持续能源，如太阳能、水能、风能、潮汐能、生物能 等受到了广泛关注。而地球上的风能、水能、波浪能和生物能以及部分潮汐能都是来源于太 阳，即使是地球上的化石燃料(如煤、石油、天然气等)从根本上说也是远古时期贮存的太 阳能。而且太阳能既是一次能源，又是可再生能源，资源丰富，对环境无任何污染。因而解 决当今能源问题的关键，就是进一步开发利用太阳能。

但是，太阳能的利用还不是很普及，利用太阳能发电还存在成本高、转换效率低的问题， 太阳能电池的应用还主要出于为人造卫星提供能源方面。因而太阳能电池材料的探索以成为 当前电池研究的重点。一般说来，将被选作新一代太阳能电池的材料应满足以下几个要点。 首先，应该是环境友好材料，不含镉、砷等剧毒元素。其次，应该是储量丰富，价格低廉的 材料，或者该材料可由储量丰富，价格低廉的材料通过绿色方法制备。第三，材料带隙应该 可以调节，用以吸收利用不同波长的太阳光，以获得尽可能高的光电转换效率。迄今为止， 一系列新的材料如Cu(In_xGa_1-x)Se₂，Cu_1.0GaxIn_2-xS_3.5，AgInS₂-ZnS固溶体，Cu₂ZnSnS₄等已被报 道。但是到现在为止，同时满足这三个标准的材料还没有被报道。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种禁带宽度可调的Cu-Sn-Zn-S半导体材料及其制 备方法。

一种可调禁带宽度的Cu-Sn-Zn-S半导体材料，其特征在于，通式如下：

(Cu₂Sn)_x/3Zn_1-xS

其中：x为金属元素中Cu和Sn的摩尔百分含量之和，它通过将二价铜盐、二价锡盐和 二价锌盐溶于极性溶剂或非极性溶剂后，再加入硫源混合均匀，经180-280℃下加热后，取 沉淀即得。

该材料不含剧毒元素，有很高的环境友好性；可由储量丰富，价格低廉的原料通过绿色 的方法制备，成本低，重复性好；材料的性质稳定，通过调节组分中铜、锡元素的量，其禁 带宽度可在3.5至0.9电子伏特之间调节。材料的形式可以是纳米颗粒，薄膜，体相材料。

一种可调禁带宽度的Cu-Sn-Zn-S半导体材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：

1)按铜和锡摩尔比为2∶1的比例混合称取二价铜盐和二价锡盐，得混合物A；

2)将步骤1)制得的混合物A与二价锌盐按比例混合，得混合物B；

3)将步骤2)制得的混合物B按0.01-0.1mol/L的比例与极性溶剂或非极性溶剂混合， 得溶液C；

4)将步骤3)制得的溶液C与硫源混合均匀，在180-280℃下加热5-120分钟，取沉淀， 即得。

步骤1)所述的二价铜盐为氯化铜、硝酸铜、乙酸铜、硫酸铜、高氯酸铜中的一种。

步骤1)所述的二价锡盐为氯化亚锡、硫酸亚锡中的一种。

步骤2)所述的二价锌盐为氯化锌、硝酸锌、乙酸锌、硫酸锌、高氯酸锌、磷酸锌中的 一种。

步骤3)所述的极性溶剂为乙醇，乙二醇，丙三醇，三乙胺，三乙醇胺的一种。

步骤3)所述的非极性溶剂为甲苯，正己烷，环己烷，正辛烷，氯仿，四氯甲烷，液体 石蜡中的一种。

步骤4)所述的硫源为硫化钠，硫化氢，硫化钾，硫脲，铜试剂中的一种。

步骤4)所述的长链有机胺为油胺，十六胺，十八胺，二十胺，二十二胺中的一种。

步骤4)所述的混合均匀采用超声分散或搅拌分散。

所述步骤4)中的溶液C与硫源混合时，加入长链有机胺，按每摩尔混合物A加入0.1-10mL 长链有机胺，可制得单分散的可调禁带宽度的Cu-Sn-Zn-S半导体材料的纳米颗粒。