[发明专利]CZTS、CZTSe或CZTSSe型的锌黄锡矿材料

说明书

本发明涉及一种用于生产CZTS、CZTSe或CZTSSe型锌黄锡矿材料的方法，包括以下步骤：a)通过将铜盐和锌盐以期望摩尔比溶解在水中来制备酸性溶液，b)通过溶解碱金属锡酸盐和碱金属碳酸盐或碱金属碳酸氢盐或碱金属氢氧化物或其组合，以及任选的碱金属硒酸盐或碱金属亚硒酸盐或其混合物来制备碱性溶液，c)通过混合酸性和碱性溶液来进行沉淀反应，从而得到沉淀物，d)干燥沉淀物，从而提供锌黄锡矿材料的前体，和e)硫化步骤d的前体以提供锌黄锡矿材料。本发明还涉及一种用于CZTS、CZTSe或CZTSSe型锌黄锡矿材料的前体。

发明领域

本发明的实施方案总的来说涉及一种用于生产CZTS、CZTSe或CZTSSe的锌黄锡矿材料的方法。本发明还涉及用于CZTS、CZTSe或CZTSSe型的锌黄锡矿材料的前体材料。

背景技术

CZTS(铜锌锡硫化物)型、CZTSSe(铜锌锡硒化物硫化物)或CZTSe(铜锌锡硒化物)型的锌黄锡矿材料是半导体材料，其自21世纪后期以来在太阳能电池的应用中受到越来越多的关注。CZTS、CZTSe或CZTSSe型的锌黄锡矿材料提供与CIGS(铜铟镓硒化物)类似的有利的光学和电子性质，使得它们非常适合用作薄膜太阳能电池吸收层。然而，与CIGS材料和其他薄膜如CdTe不同，CZTS、CZTSe或CZTSSe仅由丰富且无毒的元素组成。对于CIGS中的铟和CdTe中的碲的价格和可用性以及对于镉的毒性的顾虑一直是人们寻找可替代的薄膜太阳能电池材料的重要动力。

CZTS、CZTSe或CZTSSe型材料可通过各种真空和非真空技术制备。一些方法涉及危险化学品，例如肼。本发明的一个目的是提供一种用于生产CZTS、CZTSe或CZTSSe型的锌黄锡矿材料的简便、成本有效且易于放大化的方法。

本发明的另一个目的是提供一种无害的生产方法。

此外，本发明的目的是提供一种CZTS、CZTSe或CZTSSe型的锌黄锡矿材料的前体以用于随后的硫化，其中所得的锌黄锡矿材料具有良好的效率值和/或高的纯度。

发明内容

本发明的实施方案总的来说涉及一种用于生产CZTS、CZTSe或CZTSSe型的锌黄锡矿材料的方法。本发明还涉及用于CZTS、CZTSe或CZTSSe型的锌黄锡矿材料的前体材料。

本发明的一个实施方案提供了一种生产CZTS、CZTSe或CZTSSe型的锌黄锡矿材料的方法。该方法包括以下步骤：

a)通过将铜盐和锌盐以期望摩尔比溶解在水中来制备酸性溶液，

b)通过溶解碱金属锡酸盐和碱金属碳酸盐或碱金属碳酸氢盐或碱金属氢氧化物或其组合，以及任选的碱金属硒酸盐或碱金属亚硒酸盐或其混合物来制备碱性溶液，

c)通过混合酸性和碱性溶液来进行沉淀反应，从而得到沉淀物，

d)洗涤和热处理沉淀物，从而提供锌黄锡矿材料的前体，和

e)硫化步骤d)的前体以提供锌黄锡矿材料。

在步骤a)至d)中，通过共沉淀、洗涤和热处理获得锌黄锡矿材料的基本不含硫的前体材料。在随后的步骤e)中，将通过步骤a)至d)获得的前体材料硫化。这种硫化在一个单独步骤中进行的方法获得了这样一种材料，其纯度高于从一开始就引入硫(例如作为金属硫化物，以提供用于沉淀反应的碱性或碱性溶液)所得到的材料。

步骤a)的酸性溶液和步骤b)的碱性溶液通常在蒸馏水或去离子水中制备，并且通过例如用蒸馏水、去矿物质水或去离子水稀释来控制其pH值。在步骤c)期间，沉淀物形成基本上含有预定化学计量的金属组分和任选的硒的溶液。例如通过提供热量以除去过量的洗涤液，例如水，并且可能将前体转化为更适合硫化的形式(例如，通过将碳酸盐分解成氧化物)来进行步骤d)中的热处理。此外，如果需要，可以在步骤d)和步骤e)之间进行其他步骤，例如，过滤。