[发明专利]植物酚酸辅助水热合成CTS三元化合物的方法

说明书

本发明涉及一种植物酚酸辅助水热合成CTS三元化合物的方法，属于无机非金属光电材料制备领域。一种植物酚酸辅助水热合成CTS三元化合物的方法，其特征在于：按目标化合物中Cu原子与Sn原子的摩尔比，将铜和锡的原盐溶于植物酚酸溶液，后于溶液中加入硫脲，得原料溶液；将原料溶液于反应釜中进行水热反应，其中，水热反应条件为：180～220℃反应至少12小时，分离，洗涤，干燥，既得。本发明方法所得产物结晶度好，产物收率高。而且，排除使用有机溶剂以及表面活性剂等化工试剂，原料和溶剂无毒，绿色环保有利于生态。

技术领域

本发明涉及一种植物酚酸辅助水热合成CTS三元化合物的方法，属于无机非金属光电材料制备领域。

背景技术

Ⅰ－Ⅱ－Ⅳ族铜-锡-硫三元化合物CTS(Cu₃SnS₄，Cu₂SnS₃)是一类重要的半导体光电材料。CTS三元化合物的吸收系数高，光学带隙覆盖最佳太阳光谱带隙而且带隙可调整，是优良的太阳能电池材料。特别是三种元素Cu、Sn、S资源丰度高、无毒性，因此有望替代CdTe和CuInGaSSe₂等有毒或含有昂贵稀缺元素的材料，用于太阳能电池的吸收层材料。

目前，制备CTS材料的主要技术包括共溅射、激光脉冲沉积等物理方法以及喷雾热解、热注射以及溶剂热等化学法。其中化学法由于成本低，无需复杂合成装置、工艺步骤简单等优势，是批量制造生产的合理选择。尤其是溶剂热目前是制备CTS纳米粉末的主要手段。例如，胡塞梅等[无机化学学报，(2010年7月，Vol 26，No 7，1189-1194)]利用乙二醇为溶剂合成Cu₃SnS₄花状微球。Chen等[J.Mater,Chem,A,1(2013)4316-4323]报道利用N，N-二甲基甲酰胺为溶剂成功合成了三维层状Cu₃SnS₄花球。Chen等[J.Cryst.Growth,256(2003)368-376]用乙二胺为溶剂合成Cu₃SnS₄和Cu₂SnS₃纳米颗粒。Xiong等[Inorg.Chem,41(2002)2953-2959]提出以无水乙醇为溶剂合成一维Cu₃SnS₄纳米棒。Li等[Journal of SolidState Chemistry,153(2000)170-173]报道了利用无水乙二胺为溶剂热合成Cu₂SnS₃纳米颗粒。Liang等[J.Mater.Sci.Technol.,29(3)(2013)231-236]用乙二醇为溶剂合成立方晶系Cu₂SnS₃花状纳米结构。同样，中国发明专利[申请号CN 2016107866122.7]公开了一种溶剂热反应制备Cu₂SnS₃纳米材料的方法。目前，以水热技术合成CTS的报道还很少。Zhang等[Solid State Ionics,269(2015)62-66]报道用水热法合成CTS，在使用EDTA-Na表面活性剂后得到三斜晶系CTS纳米颗粒。Li等[Materials Letters,125(2014)167–170]用两步水热法得到Cu₂SnS₃@ZnS的核－壳结构纳米颗粒，再结合二次加热得到Cu₂ZnSnS₄材料。

综上所述，现有的制备CTS三元化合物的方法中，物理法的装置复杂、昂贵，成本高；化学法中普遍使用有毒性的溶剂和化学原料，对环境生态造成不利影响。另外往往合成的CTS化合物结晶相不单一，存在杂质。为提高结晶度和相纯度需要提高温度、二次处理等繁复的工艺合成路线。

发明内容