[发明专利]一种黄铜矿结构纳米粒子的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其是指一种黄铜矿结构纳米粒子的制备方法。

背景技术

半导体器件是采用半导体材料制成的设备，通常由硅、锗或砷化镓制成，其导电性介于良导电体与绝缘体之间。常见的半导体器件包括二极管、光伏器件、传感器、固体激光器以及集成电路。光伏器件是一种将光子转化成电流的半导体器件，应用于太阳能电池板上可以将来自太阳的光子转换成电。由于对可再生能源需求的不断增长，光伏器件市场在过去十年以平均每年约25%的速度扩大，而广泛的研究和发展使得光伏材料和器件的成本显著下降，效率显著提高。但是，光伏材料要替代煤等主流能源，其价格还需进一步降低。

目前大多数商业化运用的光伏器件是含有光电二极管的硅基电池，然而，这类硅基光伏器件的性能却受限于硅所固有的物理和化学性质。于是便产生了一种新的光伏器件，它不以硅为基底，而是以光吸收材料（可以是有机或无机材料）为基底。在过去二十年，非晶硅基的光伏器件产量经过稳定的增长，现在已占太阳能市场10%以上，而已预见到大部分的硅基光伏器件市场将最终被非晶硅光伏器件所代替，并且，非晶硅光伏器件因其材料特性和高效发电能力，还将逐步扩大其在太阳能市场的占有率。为了使太阳能发电价格能与目前的化石燃料发电价格竞争，必须进一步研究和优化以光伏材料而非晶硅材料为主的光伏器件。

非晶硅光伏器件可以采用薄膜光敏材料，这种材料可以是多晶硅材料或者是纳米材料。

CIGS薄膜太阳能电池，由Cu（铜）、In（铟）、Ga（镓）、Se（硒）四种元素构成最佳比例的黄铜矿结晶薄膜太阳能电池，是组成电池板的关键技术。由于该产品具有光吸收能力强，发电稳定性好、转化效率高，白天发电时间长、发电量高、生产成本低以及能源回收周期短等诸多优势。多种I-III-VI₂结构的半导体材料（如满足分子式CuIn_xGa_1-xS_ySe_2-y，并且0 小于或等于 x， y小于或等于1，下同）是当前最有潜力的光伏材料，即人们熟知的CIGS薄膜器件，已经比单晶硅设备表现出更高的效率。目前，基于量子点技术（QD）的太阳能电池因其具有取代薄膜设备的潜能而备受关注。采用量子点的主要优势之一是容易改变粒子尺寸，使它们能吸收从可见光到红外线波段的特定波长范围的光。量子点技术的铜铟硒，瓦尼埃-莫特大部分激子半径大约在8nm左右，其带隙为1.45eV，当量子点半径小于8nm，则其带隙将大于1.45eV。另外，如果对光伏器件进行设计，将多种尺寸的纳米粒子设置在多个层级中，那它就可以增加对太阳能的吸收。要制备量子点技术的多层级光伏器件，极为重要的一点是能传导高数量且尺寸精确的量子点的合成方法。其中一种制备量子点的方法是用分子的单源前驱体制备纳米粒子，这些纳米粒子含有一个微粒必需的所有成分。

近年来，也有一些报道说明了通过热解法使单源前驱体分解，以此来形成铜铟硒纳米粒子的合成方法。每个单元前驱分子含有形成铜铟硒半导体材料必所需的元素，它们在分解过程中，提供一个特有的标准来控制产物的化学计量。然而，这些过程需要10至24小时的长期反应（不包括制备单源前驱体的反应时间），而且通常还需在200℃以上的高温环境下反应。

发明内容

为了解决现有纳米粒子的制备方法反应时间过长、反应温度过高、生产效率不高的问题，本发明提出了一种黄铜矿结构纳米粒子的制备方法，可以减少反应时间，降低反应温度，重复性好，更加环保，产量更高，使多种形式的单源前驱体及单源前驱体前共聚物得以有效应用，能更大限度减少产品缺陷，控制成本，表现更高的效率。

本发明所采用的技术方案是：一种黄铜矿结构纳米粒子的制备方法，包括如下步骤：

a. 溶液制备：在一种液体溶剂中加入一种助剂、至少一种硫醇以及至少一种盐类化合物，在隔绝空气且反应温度为80℃的反应容器内，制备得到含有至少一种单源前驱体和至少一种无机盐产物的溶液，所述的助剂为路易斯碱；

b.加热：在步骤a所述的反应容器内将步骤a中得到的溶液加热，加热温度为100-300℃，加热时间为1.5-3小时，使得单源前驱体受热分解生成若干个黄铜矿结构的纳米粒子；

c. 分离：通过离心将纳米粒子与液体溶剂分离，将附着物去除；

d. 干燥。