[发明专利]微波法一步合成硫化铜锌锡量子点的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型太阳能电池材料的制备方法，尤其涉及一种硫化铜锌锡量子点的制备方法，属于半导体纳米材料和太阳能电池技术领域。

背景技术

太阳能电池发展中，薄膜电池从一开始就以低成本成为人们关注的热点，目前国际上大规模生产的薄膜电池主要有硅基薄膜太阳能电池、铜铟镓硒太阳能电池（CIGS）、碲化镉（CdTe）薄膜电池。硫化铜锌锡(CZTS)作为一种新型的太阳能电池材料目前成为新的研究热点。

CZTS良好的光电转化性能为其成为良好的太阳能薄膜材料奠定了良好的基础，CZTS的光电转化性能已经由1996年地0.66%提高到了2010年的7.6%。硫化铜锌锡薄膜以其环境友好的特性、地壳丰度较高以及光电转化效率较高的性能必将成为良好的光电转化材料。但是由于CZTS由四种元素组成，对元素的配比要求精准度比较严格，而且多元晶格、多层界面结构、缺陷以及杂质问题的存在加大了制备的难度。

目前常见的CZTS的制备方法一般分为两步：首先制备至少含有三种元素的金属前驱体，然后硫化，以达到最佳配比的四元化合物。主要方法有真空热蒸发法、电子束蒸发法、溅射法、喷雾热解法、电沉积法以及分子束外延法。也可以采用溶液法进行制备。但是，目前仍需要简单、低成本的方法来制备高品质的硫化铜锌锡纳米材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微波法一步合成硫化铜锌锡（CZTS）量子点的方法，选择微波水热方法，在螯合剂（稳定剂）和形貌控制剂存在的条件下形成Sn^II 、Cu^II和Zn^II盐混合溶液，再加入硫源，一步反应得到硫化铜锌锡量子点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种微波法一步合成硫化铜锌锡（CZTS）量子点的方法，其特征在于，将Sn^II盐溶解在稳定剂的水溶液中，防止Sn^II水解；然后再加入的Cu^II和Zn^II盐并溶解，之后加入巯基化合物，调节混合溶液的pH值，再加入硫源水溶液，搅拌均匀后在微波的作用下水热反应；反应结束后，将反应产物冷却、洗涤、干燥即可得到硫化铜锌锡量子点。

所述的方法具体包括下列步骤：

步骤1. 将Sn^II盐溶解在稳定剂的水溶液中，其中稳定剂含量为0.16 ~ 0.64 mmol/L，Sn^II盐的浓度为1 ~ 4 mmol/L；

步骤2. 在上述溶液中加入Cu^II和Zn^II盐，其浓度分别为2 ~ 8 mmol/L和1 ~ 4 mmol/L，之后加入巯基化合物；

步骤3. 调节混合溶液的pH值为8.0 ~ 11.0，加入硫源水溶液，充分混合均匀；

步骤4. 将步骤3得到的溶液转移至微波水热反应器中，微波加热反应，反应温度150°C ~ 180°C，反应时间15 ~ 60 min，反应产物冷却至室温后，离心、洗涤，干燥后得硫化铜锌锡量子点。

所述的Sn^II盐为SnCl₂、Na₂SnCl₄、SnSO₄或SnF₂， Cu^II盐为CuCl₂、CuSO₄、Cu(CH₃COO)₂或Cu(NO₃)₂，Zn^II盐为ZnCl₂、ZnSO₄、Zn(CH₃COO)₂或Zn(NO₃)₂. 

所述的混合溶液中，总的金属盐的浓度为4 ~ 16 mmol/L，优选为4 mmol/L。

所述的Sn^II盐、Zn^II、Cu^II盐的摩尔比为1:1:2。

所述的总的金属离子（M²⁺）和硫源中S元素的物质的量之比为1:1-1:2.5。