[发明专利]控制晶相合成带隙可调的单分散Cu2ZnSn(S1-xSex)4纳米晶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光电材料的制备技术，尤其涉及一种控制晶相合成带隙可调的单分散Cu₂ZnSn(S_1-xSe_x)₄纳米晶的方法。

背景技术

Cu₂ZnSnS₄（简称CZTS）太阳电池材料因其组元在地壳中含量丰富且无毒，光学、电学性能完全满足电池的要求，较之Si、CdTe、Culn_1-xGa_xSe₂等具有明显的推广前景，结合纳米技术的第三代CZTS太阳电池更是有望在未来占据无毒、廉价、高效太阳电池市场的大份额。为了进一步提高CZTS太阳电池的光电效率，通过引入硒元素，获得成分可调的所谓Cu₂ZnSn(S_1-xSe_x)₄（简称CZTSSe）电池材料来优化半导体的带隙、能级位置和缺陷性能是一种重要手段。因此，实现CZTSSe成分连续可调并能做到半导体带隙、晶相、成分、缺陷态可控极为关键。

现有技术中，基于胶体化学的有机溶剂热法是实现上述控制的有效方法，被广泛用于各类纳米材料的合成，且合成的纳米材料容易分散成可涂覆的“墨”，通过旋涂、印刷等在衬底上涂覆，最后热处理成膜，便于纳米器件的低成本、规模化量产。有机溶剂热法合成CZTSSe纳米晶大都采用油胺作为唯一溶剂，起到反应媒介、络合剂和分散剂的作用。

上述现有技术至少存在以下缺点：

油胺的成本昂贵，完全利用油胺制备CZTSSe，产物成本在万元/公斤以上，电池材料成本过高；大量油胺包覆在纳米晶粒表面，影响晶粒在太阳电池应用中的光电性能，一般的溶剂难以彻底清洗去除油胺，除非使用有毒的烷烃（如环己烷、正己烷）和卤代烷烃（如氯代甲烷）等反复清洗，影响环保。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作简单、成本低、环保无污染、可用于大规模生产的控制晶相合成带隙可调的单分散Cu₂ZnSn(S_1-xSe_x)₄纳米晶的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的控制晶相合成带隙可调的单分散Cu₂ZnSn(S_1-xSe_x)₄纳米晶的方法，包括步骤：

前驱物络合：将按计量配比的金属氯化物盐类和单质硫与硒混合于三颈烧瓶内，倒入醇类溶剂和少量油胺，将三颈烧瓶放于磁力搅拌电热套内搅拌、加热，同时通氮气或氩气作为保护气，加热至一定温度进行络合，络合后得到反应前驱液；

溶剂热制备：在搅拌并通入氮气或氩气作为保护气条件下，使上述络合后的反应前驱液升温至一定温度反应一段时间，反应后冷却，向冷却后得到的具有流动性的反应液中加入乙醇后离心分离沉淀得到Cu₂ZnSn(S_1-xSe_x)₄纳米晶晶粒；

清洗：用清洗剂清洗晶粒表面的油胺，得到单分散的不含第二相的Cu₂ZnSn(S_1-xSe_x)₄纳米晶胶体；

真空干燥：对上述得到的所述单分散的不含第二相的Cu₂ZnSn(S_1-xSe_x)₄纳米晶胶体进行真空干燥，即得到单分散的不含第二相的Cu₂ZnSn(S_1-xSe_x)₄纳米晶。