[发明专利]一种太阳能电池用单分散纳米铜锌锡硫的制备方法

说明书

本发明公开了一种太阳能电池用单分散纳米铜锌锡硫的制备方法，包括准备原料：按重量份数计，依次取10‑30份有机铜、10‑30份烷基锌，20‑50份烷基锡，10‑50份醇类溶剂，5‑10份脂肪酸，8‑20份硫脲乙醇溶液；回流反应。本发明所得产品粒径分布窄，具备单分散特性，可有效解决纳米铜锌锡硫粉体制备过程中的团聚问题，且产品中铜锌锡硫可达到分子级别的均匀混合，其制备得到的太阳能电池具有优异的光电转化效率。

技术领域

本发明涉及太阳能电池材料技术领域，具体是一种太阳能电池用单分散纳米铜锌锡硫的制备方法。

背景技术

随着化石燃料的枯竭及其使用过程中所造成的环境污染问题日益严重，新型能源装置的研究和应用成为解决这些问题的重要途径，其中太阳能电池是备受关注的研究对象。随着太阳能电池商业化的发展，如何提高光电转化效率、降低电池成本是目前光伏发电的研究重点。

在众多的太阳能电池材料中，铜铟镓硒(CIGS)由于具有高的光电转化效率(大于20％)和良好的稳定性，而受到各国的重视。但铟、镓元素的稀少导致价格昂贵，大大限制了其广泛应用。铜锌锡硫(CZTS)和铜锌锡硒(CZTSe)太阳能电池是近年来迅速发展的一种太阳能电池。该类半导体材料的禁带宽度(1.0～1.5eV)与太阳光谱很匹配，且具有较大的光吸收系数(大于10-4cm-1)，所含铜、锌、锡等元素在地球中的储量非常丰富。同时，它不含有毒成分，环境友好，不会造成环境污染，已经成为替代铜铟镓硒吸光层的最佳候选材料。这种电池的理论效率高达32.2％，目前电池效率已经超过12％，因此非常有应用潜力。

目前，制备铜锌锡硫光电材料的物理方法包括磁控溅射、热蒸发、原子束溅射等。公开号为CN101452969A的中国发明专利公开了一种使用磁控溅射或热蒸发来制备铜锌锡硫半导体薄膜的方法。然而，对高真空环境的要求和昂贵的沉积设备大大增加了电池的制作成本，沉积在腔体的物质也造成了原料的浪费。同时，在制备大面积薄膜材料时也很难保证薄膜厚度和化学组分的均一性，导致器件性能下降。

化学溶液方法可以克服物理方法的缺点。美国IBM公司的研究小组通过肼为溶剂，将硫化铜、硒化锡、硒化锌等混合溶解先制备肼基浆料，再制备铜锌锡硫硒太阳能电池，效率超过10％。但制备所需的肼为剧毒物质，反应活性高且具有潜在爆炸性。因此很难大规模应用。公开号为CN101659394A的中国发明专利公开了一种以油胺为溶剂，溶解各种金属盐，得到铜锌锡硫纳米颗粒的方法，但是步骤繁琐，耗工耗时，产率低。公开号为CN102585588A的中国发明专利申请公开了一种采用薄膜分散原位沉积技术合成铜锌锡的硫化物作为铜锌锡硫的前驱体；进一步烧结得到铜锌锡硫块体；再进行球磨分散得到分散性好、稳定性高的铜锌锡硫墨水。该方法步骤复杂，耗工耗时，并且使用的有机溶剂会造成环境污染。

发明内容

本发明的目的在于提供一种专利名称，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种太阳能电池用单分散纳米铜锌锡硫的制备方法，具体制备步骤包括：

准备原料：

按重量份数计，依次取10-30份有机铜、10-30份烷基锌，20-50份烷基锡，10-50份醇类溶剂，5-10份脂肪酸，8-20份硫脲乙醇溶液；

回流反应：

将有机铜、烷基锌、烷基锡、醇类溶剂和脂肪酸混合后，于惰性气体保护下，加热回流反应4-6h，过滤，洗涤和干燥，得单分散氧化物前驱体；

将单分散前驱体和硫脲乙醇溶液混合后，微波超声反应，出料，即得太阳能电池用单分散纳米铜锌锡硫。

进一步地，所述具体制备步骤还包括：

在回流反应过程中，加入有机铜、烷基锌和烷基锡总摩尔量2倍的有机胺。