[发明专利]一种铜锌锡硒纳米粉末的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及水热化学合成纳米材料工艺技术领域，尤其涉及水热法合成铜锌锡硒纳米粉末的制备方法。

背景技术

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围1～100nm或由它们作为基本单元构成的材料。纳米材料为凝聚态物理提出了许多新的课题，由于纳米材料尺寸小，量子尺寸效应十分显著，这使得纳米材料体系的光、热、电、磁等物理性质与常规材料不同，出现许多新奇特性；另外纳米材料的另一个重要特点是表面效应。随着尺寸减小，比表面大大增加，导致纳米体系的化学性质与化学平衡体系出现很大差别。纳米合成为发展新型材料提供了新的途径和新的思路。纳米半导体材料为制备性能优越的半导体器件提供了基础。铜锌锡硒(Cu₂ZnSnSe₄)作为I-II-IV-VI族半导体化合物，具有合适的带隙宽度和高的光吸收系数，且原料丰富价格低廉，在太阳能电池领域中有着广阔的应用前景。

目前制备纳米材料的方法有很多，如物理气相沉积、化学气相沉积、溅射法等气相法和沉淀法、喷雾法、溶胶-凝胶法、辐射化学法等液相法。这些方法有的工艺复杂，反应温度和反应时间长，有的方法反应过程中毒性大、环境污染严重，有的方法所得纳米材料易团聚、分散性差，不易控制纳米材料的形貌和尺寸均匀性，且由于铜锌锡硒中所含有的元素种类较多，有的方法中所采用的具体工艺制备的纳米铜锌锡硒相组成不纯。形状不同影响着纳米材料的比表面积，而且说明晶体生长的取向不同，因而性能会有较大差别；当纯度差时，由于出现的杂相是另一种物质，因而其性能会与单相物质不同，在光学特性、导电性能等方面有较大差异，这些物理性能对半导体材料是十分重要的。

与本专利接近的现有技术有：

[1]Thomas Rath，Wernfried Haas，Andreas Pein，et al，Synthesis and characterization of copper zinc tin chalcogenide nanoparticles：Influence of reactants on the chemical composition，Solar Energy Materials &Solar Cells 101(2012)87-94.

主要报道了用金属盐和S、Se合成CZTS、CZTSe纳米颗粒，并研究了不同反应物对其化学组成的影响。

[2]Wenlong Liu，Mengqiang Wu，Lidan Yan，et al，Noninjection synthesis and characterization of Cu₂ZnSnSe₄nanocrystals in triethanolamine reaction media，Materials Letters 65(2011)2554-2557.

主要描述了以三乙醇胺为溶剂合成了单相的接近化学计量比的Cu₂ZnSnSe₄纳米晶体。

[3]Hao Wei，Wei Guo，Yijing Sun，et al，Hot-injection synthesis and characterization of quaternary Cu₂ZnSnSe₄ nanocrystals，Materials Letters 64(2010)1424-1426.

文章主要报道了用热注射法合成Cu₂ZnSnSe₄纳米晶体，并对其形貌和结构进行了表征。

虽然本发明与以上技术制备都是制备的纳米级Cu₂ZnSnSe₄，但是在原料和工艺流程上都有很大的区别，产品在结构、形貌、尺寸上同样有很大的差异。

发明内容

本发明为了解决现有技术的不足，而发明了一种铜锌锡硒纳米粉末的制备方法。

本发明采用水热法合成工艺制备铜锌锡硒纳米片，以CuCl₂·2H₂O、ZnCl₂·2H₂O、SnCl₂·2H₂O和SeO₂为原料，严格控制原料的化学计量比和浓度，以联氨为还原剂，在较低温度下加热，使原料进行共还原并发生合成反应，并经清洗、过滤和烘干即可得到目标产物。