[发明专利]碱金属四元纳米材料

说明书

本公开涉及制造碱金属四元结晶纳米材料。碱金属四元结晶纳米材料具有通式A(I₂‑II‑IV‑VI₄)；并且其中I为钠(Na)或锂(Li)，II和IV为Zn或Sn，并且VI为硫属元素，选自包括：硫(S)、硒(Se)和碲(Te)的组。碱金属四元结晶纳米材料的晶相可为原始混合Cu‑Au状结构(PMCA)并且可具有空间群：P42m。纳米材料可适用于提供太阳能电池。还提供制造方法。

技术领域

本公开涉及制造碱金属四元结晶纳米材料。

背景技术

在非洲和发展中国家的背景下，在未连接到正规电网的农村地区和非正规住区提供持续可靠的电力供应仍然是一个持续的挑战。特别是，提供照明通常是一项重大挑战。

在许多情况下，由于缺乏适当的基础设施，必须使用蜡烛和煤油灯。这呈现安全和健康风险。需要创新和具有成本效益的解决方案来改善这个问题。

基于太阳能的电力解决方案已被广泛研究，以便提供更多的电力接入和持续的电力供应。尤其重要的是能够提供尺寸相对小的太阳能电池板，所述太阳能电池板有效并且负担的起制造，使得在使用中它可很容易地运输到偏远地区并且提供可靠的电力供应。近年来，已研究薄膜光伏来提供效率高的太阳能解决方案。

特别地，四元材料已示出前景，包括具有通式I₂-II-IV-VI₄的基于锌黄锡矿的结构。基于锌黄锡矿的薄膜太阳能电池的效率已至多达12.6％，但一直停滞不前。

现有的基于锌黄锡矿的薄膜太阳能电池的主要技术问题是开路电压(V_oc)不足。V_oc不足是晶体结构中存在许多缺陷和/或无序。这些对吸收体的电子能带结构有影响，因此导致太阳能转换效率有限。尽管已经合成了其它四元材料，但已经示出保留基于锌黄锡矿的结构是有利的，并且优于其它结构，例如基于黄锡矿的结构。

典型地，已经关注锌黄锡矿中的过渡金属，典型地是含铜的锌黄锡矿，诸如Cu₂ZnSnSe₄(CZTSe)。过渡金属化学是非常特殊的，并且为了避免基于锌黄锡矿的结构变成另一种晶体形式，锌黄锡矿现有技术的变体仅包括用其它金属的最小掺杂以便改进所描述的极限低效率。然而，过量掺杂有空间群变化的风险，这将对效率产生负面影响。锌黄锡矿属于空间群，具有在使用时有利于其物理化学特性的特殊堆积排列。现有技术教导远离改变锌黄锡矿晶相，因为已示出特定晶相提供使用效率。

此外，已知的四元材料生产合成方法使用苛刻的合成条件，难以复制，并且一旦合成就不能压实以符合需要基于溶液的合成技术的四元太阳能电池的制作方法。

需要用于太阳能或可持续能源经济的新型创新纳米材料。还需要不那么苛刻、更具成本效益和更省时的合成方法。

发明内容

根据本公开的第一方面，提供了一种具有通式A的碱金属四元结晶纳米材料

其中式A为I₂-II-IV-VI₄；

并且其中I可为钠(Na)或锂(Li)

并且其中II和IV可为过渡金属；

并且其中VI可为硫属元素，其包括硫(S)、硒(Se)或碲(Te)；

并且其中结晶纳米材料的晶相可不为锌黄锡矿和/或黄锡矿。

碱金属四元结晶纳米材料，其中纳米材料的晶相可为原始混合Cu-Au状结构(PMCA)(具有空间群：)。