[发明专利]一种铜铟镓硫硒纳米晶的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池材料，尤其是涉及一种铜铟镓硫硒纳米晶(记为CuIn_1-xGa_x(S_ySe_1-y)₂)的合成方法。

背景技术

能源是人类社会生存和发展的基础,当今社会的能源危机已经是刻不容缓的问题。人们在努力寻求新的能量,以解决日益增长的能源需求。太阳能是人类取之不尽，用之不竭的清洁能源。在太阳能的应用中，最广泛及最有活力的领域是光伏发电，其工作原理就是利用半导体的光生伏特效应将太阳能转变成可供人类广泛应用的电能。从1800年发现光伏效应太阳能电池材料也一直在发展。历经第一代单晶硅和多晶硅太阳能电池，目前也是产业化最广泛的太阳能电池。第二代太阳能电池是基于薄膜技术的太阳能电池，薄膜技术的应用能较大地降低成本也能大面积进行产业化生产。目前，薄膜太阳能电池主要有非晶硅和多晶硅薄膜电池，碲化镉以及CuInSe₂薄膜电池。

I-III-VI₂半导体纳米晶因为具有优秀的光电属性而成为薄膜太阳能电池研究中最具潜力的材料之一，基于半导体纳米晶或量子点的新型太阳能电池中，以胶态纳米晶为“墨水”来制备光伏层是一个重要的方向。其中，以铜铟镓硒(CIGS)为代表的I-III-VI₂黄铜矿型化合物纳米晶尤其引人注目，成为科学家们研究无机半导体新型太阳能电池的理想体系(Q.J.Guo,S.J.Kim,M.Kar,W.N.Shafarman,R.W.Birkmire,E.A.Stach,R.Agrawal,H.W.Hillhouse.Nano Lett.,2008,8,2982.)：1)I-III-VI₂半导体光电转换效率高，性能稳定、抗辐射能力强，不存在光致衰退问题；2)I-III-VI₂半导体已在薄膜太阳能电池中取得不俗的应用，CIGS薄膜电池实验室最高效率为20.8％，不低于多晶硅薄膜电池的20.4％。成品组件效率已达到13％，是目前薄膜电池中效率最高的电池之一；3)不同I-III-VI₂半导体的带宽变化范围大，如铜铟硒(CuInSe₂)为1.04eV，铜镓硒(CuGaSe₂)为1.68eV，铜镓硫(CuGaS₂)为2.43eV，由于结构的相似还可通过组分改变进一步精细调节带宽，如CuIn_1-xGa_x(S_ySe_1-y)₂(CIGSSe)的禁带宽度可以在0.98-2.40之间进行调节，为不同太阳能电池的设计提供优越条件。另一方面，当物质尺寸在纳米级时，其一系列的化学物理性质也会随着改变。所以当将I-III-VI₂半导体纳米晶的尺寸控制在纳米大小时，其禁带宽度也会随之改变，以表现出更优异的光吸收性质，最终提高太阳能电池材料光电转换效率达到更有效地利用太阳光。所以如何制备出禁带宽度可控的I-III-VI₂半导体纳米晶是一项非常有意义的工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺步骤简单、禁带宽度可调的铜铟镓硫硒纳米晶的合成方法。

所述一种铜铟镓硫硒纳米晶的合成方法，包括以下步骤：

1)将氯化亚铜，氯化铟，氯化鎵，硫粉，硒粉与油胺混合，加入乙二硫醇调控硫元素比例，得混合溶液；

2)将步骤1)所得混合溶液加热搅拌，抽真空，充氮气，在氮气氛围反应，得深棕色溶液；

3)将步骤2)中所得深棕色溶液离心，所得沉淀分别用三氯甲烷和乙醇清洗，即得铜铟镓硫硒纳米晶。

在步骤1)中，按摩尔比，氯化铟∶氯化鎵＝1∶8～8∶1；硒粉∶硫粉含量＝1∶8～8∶1；按硫元素含量摩尔比，乙二硫醇∶硫粉＝1∶15～1∶5。

步骤2)中，所述反应最好是先在130℃下反应1h，随后将温度升高到240℃下反应1.5h。

所述抽真空、充氮气的温度条件最好为80℃，所述抽真空、充氮气最好反复3次。

步骤3)中，所述清洗的次数一般为3次。

与现有技术比较，本发明的突出优点在于：