[发明专利]一种制备铜锌锡硫粉体的方法

说明书

技术领域

本发明属于光伏材料技术领域，涉及一种铜锌锡硫粉体材料的制备方法。

背景技术

铜锌锡硫是由地壳中丰度较高元素构成的四元化合物，是用锌元素和锡元素代替了铜铟镓硒中丰度较低的铟元素和镓元素，其禁带宽度约为1.5eV，与半导体太阳能电池吸收层的最佳禁带宽度非常接近，吸收系数可达10⁴cm^-1，不含有毒成分，所以是替代铜铟镓硒太阳能电池吸收层的最佳候选材料。其对环境友好而且廉价，具有广阔的应用前景。

目前，制备铜锌锡硫四元化合物的主要方法有磁控溅射法、脉冲激光沉积法、沉积金属前驱体再经硫化和溶剂热法。磁控溅射法、脉冲激光沉积法、沉积金属前驱体再经硫化，这些方法工艺复杂，产物的化学计量比难以控制，而且还需要使用剧毒的硫化氢气体。溶剂热法价格昂贵，且有机溶剂难以去除，阻碍了薄膜太阳能电池性价比的提高。因此，提出新的可大规模生产，成本低廉，环境友好和无毒的铜锌锡硫材料制备方法是很有意义的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜锌锡硫粉体材料的制备方法，其特点是设备需求低、工艺流程简单、原材料便宜、热处理温度低、适合大规模工业生产等，而且成品为粉体，可以方便的压制成各种规格的块材或靶材。

本发明所提供的一种制备铜锌锡硫粉体的方法，包括以下步骤：

①将硫化亚铜粉、硫化锌粉、锡粉和硫粉混合均匀；

②把混合好的粉末在惰性保护气氛下密封加热；

③等所得样品冷却后，取出研磨得到铜锌锡硫粉体。

所述硫化亚铜粉、硫化锌粉、锡粉和硫粉的纯度均为3N～6N。

所述硫化亚铜粉、硫化锌粉、锡粉和硫粉的摩尔比为：(1～1.1)∶(1～1.1)∶(1～1.1)∶(2.0～2.6)。

所述混合步骤为，在空气气氛下或惰性气体气氛下手工或机械搅拌10～120分钟。

所述密封加热为，以每分钟1～8℃的升温速率加热至450℃～1200℃后保温1～12小时。

与现有技术相比，本发明采用在惰性气体保护下固相反应制备铜锌锡硫粉体，避免了已有技术设备或原料昂贵、工艺复杂、不易于大规模生产、需要使用有毒硫化氢气体等缺点，设备需求低、工艺流程简单、原材料便宜、热处理温度低、适合大规模工业生产等优点。

附图说明

图1为实施例1制备的铜锌锡硫粉体的X射线衍射图谱；

图2为实施例2制备的铜锌锡硫粉体的X射线衍射图谱；

图3为实施例3制备的铜锌锡硫粉体的X射线衍射图谱；

具体实施方式

实施例1

将硫化亚铜粉(4N)、硫化锌粉(4N)、锡粉(4N)和硫粉(5N)按摩尔比1∶1∶1∶2.2混合好(在研钵中手工研磨30分钟，使之混合均匀)。放入石英管中，通入氮气，以每分钟2℃的升温速率加热至450℃后保温3小时，等所得样品冷却后，取出研磨得到铜锌锡硫粉体。材料的X射线衍射图如图1。

实施例2

将硫化亚铜粉(4N)、硫化锌粉(4N)、锡粉(4N)和硫粉(5N)按摩尔比1∶1∶1∶2混合好(在研钵中手工研磨10分钟，使之混合均匀)。放入石英管中，通入高纯氩气，以每分钟4℃的升温速率加热至550℃后保温6小时，等所得样品冷却后，取出研磨得到铜锌锡硫粉体。材料的X射线衍射图如图2。

实施例3

将硫化亚铜粉(4N)、硫化锌粉(4N)、锡粉(4N)和硫粉(5N)按摩尔比1∶1∶1∶2.4混合好(在研钵中手工研磨10分钟，使之混合均匀)。放入石英管中，通入氮气，以每分钟3℃的升温速率加热至500℃后保温12小时，等所得样品冷却后，取出研磨得到铜锌锡硫粉体。材料的X射线衍射图如图3。