[发明专利]一种铜锌锡硫纳米颗粒材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及铜锌锡硫纳米粉末材料的制备方法。

背景技术

光伏太阳能由于其绿色、环保、轻便、用之不竭等无法替代的特点被业界认为是未来理想的能源。其中，Cu₂ZnSnS₄(简称CZTS)薄膜太阳能电池被业界认为是一种非常有前景的光伏材料。

相较于其他类型的太阳能电池，CZTS薄膜太阳能电池具有以下优势：第一、可见光吸收系数高，可高达10⁵cm^-1数量级。第二、电池器件非常的薄，消耗的材料很少，薄膜太阳能电池的整个器件厚度只有几个微米，所以非常适合在特殊环境下使用。第三、制备工艺相对简单，制造成本与能量偿还时间远远的低于硅基太阳能电池。第四、CZTS电池的稳定性比较好，基本不会衰减。第五、CZTS不含有毒元素及贵金属，被誉为是未来理想的太阳能电池。

CZTS太阳能的制备方法主要有蒸发法、溅射法和纳米颗粒法等，如Wang K等人（Wang K,Gunawan O,Todorov T,Shin B,Chey SJ,Bojarczuk NA,Mitzi D,Guha S.2010.Applied PhysicsLetters,97:143508）通过蒸发各组分，再经过热处理，制备得到了转化效率为6.8%的CZTS太阳能电池。Katagiri H等（Katagiri H,Jimbo K,Yamada S,Kamimura T,Maw WS,Fukano T,ItoT,Motohiro T.2008.Applied Physics Express,1:041201）通过Cu,SnS,and ZnS三靶共溅射的方式成功制备了效率为6.7%的CZTS电池。周珊珊等（周珊珊，谭瑞琴，宋伟杰，许炜，沈祥，戴世勋，徐铁峰，聂秋华.一种制备铜锌锡硫太阳能电池吸收层薄膜的方法[P].中国发明专利，CN103165748A.2013-06-19）用Cu-Zn-Sn合金作为靶材进行单靶溅射，合金预热后退火制备得到CZTS薄膜。但以上蒸发法和溅射法，在制备过程当中都面临仪器昂贵、不易大批量生产等不足之处。董立峰等（董立峰，隋静，曹磊.一种铜锌锡硫薄膜的水热合成制备方法[P].中国发明专利，CN103194739A.2009-07-10）用金属盐溶液调节pH加入硫源水热的方法制备CZTS颗粒，但是颗粒均一性较差。利用以上方法制备得到的CZTS颗粒都存在结晶性和颗粒均一性较差的问题。

发明内容

针对现有铜锌锡硫（CZTS）纳米颗粒材料制备技术中普遍存在的结晶性较差、反应时间较长的技术问题，本发明提供一种效率更高的铜锌锡硫纳米颗粒材料的制备方法，该方法所制备的铜锌锡硫纳米颗粒具有结晶性好、粒径分布更加均匀。

本发明采取的技术方案为：

一种铜锌锡硫纳米颗粒材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将能溶于乙二胺的铜盐化合物和锑盐化合物以及单质硫粉超声溶解于乙二胺中，得到反应体系A，其中铜、锑和硫的摩尔比为Cu:Sb:S=2:[0.1～0.3]:4；

步骤2：将锌与锡的水溶性化合物溶于水中，得到反应体系B；

步骤3：将体系Ａ与习题Ｂ超声混合，得到体系Ｃ，所述体系Ｃ中铜、锌、锡和硫的摩尔比为Cu:Zn:Sn:S=2:1:1:4；

步骤4：将体系Ｃ密封后加热到200℃，然后保温反应7～24小时；

步骤5：反应完毕后，冷却至室温，取下层黑色粉末经离心、洗涤，得到铜锌锡硒纳米颗粒。

需要说明的是：

1、步骤1中步骤1中所述铜盐化合物和锑盐化合物为盐酸盐、硫酸盐、硝酸盐、醋酸盐或乙酰丙酮盐。

2、步骤2中所述锌与锡的水溶性化合物为硫酸盐、硝酸盐或盐酸盐。

3、步骤2中选用的Zn化合物、Sn化合物硫酸盐、硝酸盐或盐酸盐。

4、步骤5中取下层黑色粉末经离心、洗涤时，采用水、乙醇、丙酮、氯仿或正己烷为洗涤剂。