[发明专利]层状硫族光电材料及其制备方法

说明书

本发明涉及层状硫族光电材料及其制备方法，A为Na、K、Rb或Cs中的一种或多种；M为Mn、Fe、Co或Ni中的一种或多种；Q为S、Se或S与Se的混合。该材料具有ThCr₂Si₂型层状结构，原子A穿插在相邻的MCuQ₂层之间的空隙中，MCuQ₂层由四配位的M、Cu离子之间通过共边连接方式构成，且Cu和M原子随机分布在四面体的中心。本发明采用水热法和高温固相法合成了这类具有可见光响应的光电材料。与现有技术相比，本发明A₂MCu₃Q₄型层状硫族光电材料在太阳光照下表现出明显的光生电流和快速的光电响应，在信息传输、光电转换以及传感器等领域有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种光电材料，尤其是涉及一种A₂MCu₃Q₄型层状硫族光电材料及其制备方法。

背景技术

光电材料是将太阳能转变为电能的一类能量转换功能材料，由于在信息传输、光电转换以及传感器等领域具有极大的研究与应用前景而备受关注。目前，太阳能光电材料主要有硅、Ⅲ-Ⅴ族化合物、铜铟镓硒(CIGS)硫族化合物、染料敏化、聚合物等几种。硅基光伏电池已规模化生产，但其光电转换机制决定了只有能量超过带隙的光才能产生电流，因而转换效率似乎趋于当前概念和技术手段的极限。要获得更高的转换效率，电池的结构将更为复杂，成本也很昂贵。除硅外，Ⅲ-Ⅴ族化合物(CdTe、GaAs)和硫族光电材料(铜铟镓硒(CIGS)等)的转换效率较高，但考虑到In、Ga、Te等元素的稀缺性，以及As、Cd等元素的毒性，商业化前景不如硅。从技术的角度上来说，原料储量丰富、无毒、且无污染是光电材料可以实际运用的至关重要的因素。然而，到目前为止，已发现的光电性能优异的硫族化合物种类屈指可数，并且大都局限于黄铜矿型硫族化合物中(如：CIGS，Cu₂ZnSnS₄，Cu₂FeSnS₄等)。结构对物质性质的影响是不言而喻的，不同结构的光电材料具有的物理性能不同，并且结构的多样性为理论研究提供了丰富的模型。因此，寻找高效、低耗的新型硫族光电材料，对硫族光电材料的实际运用和理论研究是十分有意义的。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种A₂MCu₃Q₄型层状硫族光电材料及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

A₂MCu₃Q₄型层状硫族光电材料，A为Na、K、Rb或Cs中的一种或多种；M为Mn、Fe、Co或Ni中的一种或多种；Q为S、Se或S与Se的混合。

该材料具有ThCr₂Si₂型层状结构，原子A穿插在相邻的MCuQ₂层之间的空隙中，MCuQ₂层由四配位的M、Cu离子之间通过共边连接方式构成，且Cu和M原子随机分布在四面体的中心。

本发明A₂MCu₃Q₄型层状硫族光电材料在太阳光照射下具有显著的光电响应，为硫族光电材料的理论研究与实际运用提供了一类新的备选材料。

本发明还提供所述A₂MCu₃Q₄型层状硫族光电材料的水热制备方法，包括如下步骤：

1)将含M与Cu的反应原料按照物质的量比1：3加入水中混合并搅拌均匀，得到混合溶液，M为Mn、Fe、Co或Ni中的一种或多种；

2)向步骤1)所得混合溶液中加入Q，Q为S单质、Se单质或S单质与Se单质的混物；