[发明专利]Cu2CdSnS4或Cu2FeSnS4纳米晶的水热制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可作为薄膜光伏电池光吸收层的I₂-II-IV-VI₄族半导体纳米晶的制备工艺。具体的说，是一种Cu₂CdSnS₄ 或Cu₂FeSnS₄纳米晶的水热制备工艺方法。

背景技术

随着全球经济的快速发展，煤炭、石油、天然气等不可再生资源日益减少，寻找蕴藏丰富、不会枯竭，安全、干净新能源成为当前人类面临的迫切问题。占地球总能量99%以上的太阳能,具有取之不尽,用之不竭,没有污染的特点,因而成为各国科学家竞相开发和利用的新能源之一。

目前研究和应用最广泛的太阳能电池主要是单晶硅、多晶硅和非晶硅系列光伏电池。然而硅电池发电成本是传统发电成本的2至3倍，而且进一步提高硅材料光伏器件效率和降低成本的难度已经越来越大，限制了其民用化。这促使人们开始寻找廉价、环境稳定性高、具有良好光伏效应的新型太阳电池材料。在人们争相研发的各种太阳能电池材料中，CuIn_1-xGa_xSe₂ (CIGS)薄膜因具有较高的光吸收系数(大于10⁵ cm^-1)而成为备受关注的光吸收层材料。然而In，Ga两种元素在地球中的含量很少，成为CIGS薄膜太阳能电池商业化应用的最大障碍。近来开发的Cu₂Cd(Fe)SnS₄新材料不仅拥有与太阳光谱相匹配的直接带隙(1.0-1.5eV)，也具有大的吸收系数(可见光区的吸收系数大于10⁴cm^-1)，它是极具潜力的新型薄膜光伏电池吸收层材料。制备Cu₂CdSnS₄ 和Cu₂FeSnS₄薄膜的主要有磁控溅射、喷涂热解、溶胶-凝胶(Sol-Gel)等方法。其中磁控溅射技术最成熟，可以制备出高质量的小面积Cu₂CdSnS₄ 或者Cu₂FeSnS₄多晶薄膜，所制作的光伏电池转换效率也最高。然而，高真空环境的要求使电池的生产投资成本大大增加；真空沉积腔上沉淀的物质造成原料的浪费；在制备大面积Cu₂CdSnS₄ 或Cu₂FeSnS₄薄膜时，该方法难以保证薄膜厚度的均匀性和化学成分的均一性，导致器件性能下降。而采用水热法制备Cu₂CdSnS₄ 和Cu₂FeSnS₄纳米晶，然后采用旋涂或打印的方法制备薄膜光伏电池吸收层，不需要昂贵的高真空设备即可得到化学计量比可控的Cu₂CdSnS₄ 和Cu₂FeSnS₄薄膜，材料的利用率非常高，这对于降低电池制作成本非常有益，同时也为研发大面积Cu₂CdSnS₄ 和Cu₂FeSnS₄薄膜太阳电池提供了新思路。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本、高质量的Cu₂CdSnS₄ 或Cu₂FeSnS₄纳米晶的制备方法，这一制备方法操作简单，所用前躯体材料成本低廉，制备的纳米晶颗粒分散性好、结晶性较好。

本发明的方法是将反应物前躯体加入高压釜中，然后升高反应温度进行反应得到纳米晶颗粒。

本发明一种Cu₂CdSnS₄ 或Cu₂FeSnS₄纳米晶的制备方法，其特征在于具有如下的过程和步骤：