[发明专利]纤维锌矿CuInS2纳米盘的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种化合物薄膜太阳能电池吸收层纤维锌矿CuInS₂纳米盘的制备方法。

背景技术

薄膜太阳能电池具有转化效率高、能耗低及稳定性高等特点，符合太阳能电池薄膜化、大面积化、高效化发展趋势，被视为是传统太阳能电池的低成本替代技术。薄膜太阳能电池转化效率高低的关键是吸收层的制备技术，当前用于合成CIGS薄膜太阳能电池吸收层的主要技术：真空蒸发、磁控溅射、电沉积、电子束蒸发、电镀、封闭空间的化学气相输运、化学气相沉积、分子束外延、有机金属化学气相沉积法等都属于真空制备法。真空制备方法虽然可以获得转换效率较高的太阳能电池，然而也存在许多缺陷如：真空设备价格昂贵，材料使用率较低和沉淀速率低等。近几年来，非真空制备工艺因具有低成本、易操作、易实现大面积商业化生产等潜在优势而得到了大量的研究和发展。其中，丝网印刷法是一种非常重要且效率高而成本低的技术：将CuInS₂纳米颗粒制备成印刷浆，然后在玻璃基底上印刷形成吸收层薄膜，最后将其在氮气环境中进行退火以改善吸收层成膜质量。在丝网印刷中，合成高质量的CuInS₂纳米颗粒是非常关键的，因此涌现出来许多合成CuInS₂纳米颗粒的技术，如水热法、热分解法和热注入法。热注入法简单而高效，在纳米合成中逐渐受到了人们的青睐。CuInS₂化合物是一种重要的CIGS化合物，其主要有三种存在形态：黄铜矿结构、闪锌矿和纤维锌矿。纤维锌矿结构在常温下是亚稳态的，很容易就变为黄铜矿结构；此外，纤维锌矿在化学计量比方面表现出很好的灵活性，这一优异的特性可归结于不同的铜原子和铟原子共享一个晶格格位。纤维锌矿这一特殊的结构特点，使得CuInS₂可以在一个较宽的范围内进行费米能级的调节，对高效太阳能电池具有重要意义。因此，在常温下合成稳定的纤维锌矿结构CuInS₂就显得非常重要。而目前常用合成纤维锌矿结构CuInS₂的方法如一锅煮（one-pot）的方法等多采用油胺等物质，而这些方法通常的合成温度都会高于220 ^oC,同时该物质对皮肤具有一定的腐蚀性，会造成严重皮肤灼伤和眼损伤，且对水生生物毒性极大，故该废液不可以直接排放，必须经过处理。

综上所述，如何通过一种简单且可低温实现、安全高效的热注入法制备稳定的纤维锌矿结构的CuInS₂对光伏领域具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纤维锌矿CuInS₂纳米盘的制备方法，以克服现有技术所存在的上述缺点和不足。

本发明提供一种纤维锌矿CuInS₂纳米盘的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A.将CuCl₂·2H₂O和 InCl₃·4H₂O充分溶解于二甘醇获得溶液一，将SC(NH₂)₂充分溶解于二甘醇获得溶液二；

步骤B. 将溶液一在无水无氧环境中加热至180℃，先加入（HOCH₂CH₂）₃N液体 ，再与溶液二混合获得溶液三；

步骤C.溶液三在180℃温度和氮气的保护下进行反应，反应时间为30～240分钟，反应结束后自然冷却至室温获得混合溶液；

步骤D. 将所得混合溶液进行分离干燥，获得纤维锌矿结构CuInS₂纳米盘；

其中，所述CuCl₂.2H₂O物质的量：InCl₃.4H₂O物质的量：SC(NH₂)₂物质的量：(HOCH₂CH₂)₃N体积的比为1mol:1 mol:4 mol:3L。

另外，本发明提供一种纤维锌矿CuInS₂纳米盘的制备方法，还可以具有这样的特征：步骤A中充分溶解的过程中进行磁力搅拌。

另外，本发明提供一种纤维锌矿CuInS₂纳米盘的制备方法，还可以具有这样的特征：步骤B中无水无氧环境是通过交替抽真空和通入氮气实现。