[发明专利]一种水相合成铜锌锡硒纳米颗粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水相合成铜锌锡硒纳米颗粒的制备方法，属于无机纳米材料制备技术领域。

背景技术

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。解决当今能源问题的关键，就是如何进一步开发利用太阳能。太阳能电池是太阳能利用的重点之一。近年来，铜锌锡硫(CZTS)和铜锌锡硒(CZTSe)半导体材料因为元素储量丰富，不含镉、砷等剧毒元素，受到广泛关注，已经成为薄膜太阳能电池的新兴材料。

使用分散的纳米颗粒墨水是一种制作太阳能电池新型工艺。分散在有机相中的CZTSe纳米颗粒已被广泛报道。中国专利文件CN101700873A(200910310115.X)公开了一种铜锌锡硒纳米粒子的制备方法，该方法选用油胺做溶剂，将二价锌盐、二价或四价锡盐、一价或二价铜盐以及硒粉以(1～2.2)∶(1～1.2)∶(2～2.2)∶(4～8.8)的摩尔比加入油胺，热处理后得到铜锌锡硒纳米粒子。中国专利文件CN101885071A(201010185891.4)公开了一种铜锌锡硒纳米粉末材料的制备方法，该方法选用沸点不低于180℃的烷基醇胺作溶剂，按照Cu∶Zn∶Sn＝2∶1∶1的摩尔比制备Cu、Zn和Sn的烷基醇胺溶液(体系A)，同时制备Se的烷基醇胺溶液(体系B)，然后按照Se∶Cu＝2∶1的摩尔比混合体系A和体系B，在惰性气体保护条件下搅拌、加热回流反应得到铜锌锡硒纳米粉体材料。但以上方法制备的纳米颗粒大量使用高沸点有机溶剂和保护剂，在热处理时容易碳化难以除去，易形成复合中心，该方法制备的铜锌锡硒(CZTSe)作为半导体材料应用时在很大程度上限制了太阳能电池的转化效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种水相合成铜锌锡硒纳米颗粒的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种水相合成铜锌锡硒纳米颗粒的制备方法，步骤如下：

1)将铜盐、锌盐、锡盐按(1～2)∶(0.5～5)∶(0.5～1)的摩尔比溶于水中，配成0.05～0.15mol/L的溶液，再加入金属盐总摩尔数1～20倍的保护剂，搅拌下用碱调PH至12～13，得溶液A。

2)步骤1)制得的溶液A中加入0.01-1mol/L硒代亚硫酸钠水溶液，溶液A与0.01-1mol/L硒代亚硫酸钠水溶液的体积比1∶(1～4)，搅拌下回流0.5-24小时。

3)步骤2)反应结束后，冷却至室温，然后离心分离，所得沉淀用乙醇或丙酮清洗3-5次，清洗后的沉淀物即为制得的铜锌锡硒纳米颗粒，该铜锌锡硒纳米颗粒能够重新分散在水或乙二醇中。

步骤1)中所述的“配成0.05～0.15mol/L的溶液”，其中的mol是指金属盐的总摩尔数。

优选的，一种水相合成铜锌锡硒纳米颗粒的制备方法，步骤如下：

1)将铜盐、锌盐、锡盐按(1～2)∶(1～4)∶(0.5～1)的摩尔比溶于水中，配成0.1mol/L的溶液，再加入金属盐总摩尔数1～20倍的保护剂，搅拌下用碱调PH至12～13，得溶液A。

2)在步骤1)制得的溶液A中加入体积比1∶1的0.1mol/L硒代亚硫酸钠水溶液，在搅拌下回流2-10小时。

3)步骤2)反应结束后，冷却至室温，然后离心分离，所得沉淀用乙醇或丙酮清洗3-5次，清洗后的沉淀物即为制得的铜锌锡硒纳米颗粒，该铜锌锡硒纳米颗粒能够重新分散在水或乙二醇中。

所述步骤1)所述的铜盐为氯化铜、硝酸铜、乙酸铜、硫酸铜、高氯酸铜中的一种。

所述步骤1)所述的锡盐为氯化亚锡、硫酸亚锡、四氯化锡中的一种。

所述步骤1)所述的锌盐为氯化锌、硝酸锌、乙酸锌、硫酸锌、高氯酸锌、磷酸锌中的一种。

所述步骤1)所述的保护剂为巯基乙酸，巯基丙酸，巯基丁二酸，二巯丁二酸中的一种或几种混合。

所述步骤1)所述的碱为氨水，氢氧化钠，氢氧化钾，乙二胺，三乙胺中的一种或几种混合。

进一步优选的，一种水相合成铜锌锡硒纳米颗粒的制备方法，步骤如下：

1)称取4毫摩尔氯化铜、3毫摩尔氯化锌、3毫摩尔氯化锡，溶于100毫升水中，加入10毫摩尔巯基丁二酸，用氢氧化钠调节PH至13，搅拌使其分散，得溶液A。

2)在步骤1)制得的溶液A中加入100毫升0.1mol/L硒代亚硫酸钠水溶液，在搅拌下回流10小时。

3)步骤2)反应结束后，冷却至室温，然后离心分离，所得沉淀用乙醇清洗3次，清洗后的沉淀物即为制得的铜锌锡硒纳米颗粒，该铜锌锡硒纳米颗粒能够重新分散在水或乙二醇中。

另一种优选方案如下：