[发明专利]一种常温制备铜锌锡硫纳米晶的化学方法

说明书

本发明提供一种常温制备铜锌锡硫纳米晶的化学方法。包括以下步骤：(1)提供反应中间体溶液：(2)然后在反应中间体溶液中加入含有硫负离子的硫化剂水溶液使金属离子前驱体硫化，反应迅速完成，得到铜锌锡硫材料。其可实现铜锌锡硫半导体材料的低温、绿色大量制备。

技术领域：

该发明技术领域属于材料化学，尤其涉及一种常温制备铜锌锡硫纳米晶的化学方法。

背景技术：

铜锌锡硫是一种新型的多元硫化物半导体光电材料，其光学禁带宽度为1.5eV，与理论最高光电转换效率要求的禁带宽度非常接近。该材料的光吸收系数较大，元素在地壳中丰度高，理论计算表明该材料的理论光电转换效率可以达到32.2％，因此是一种潜在的薄膜太阳能电池材料。

目前，人们已经研究出了多种物理和化学方法进行该材料的大量合成。这些方法主要包括：热注入法、溶剂热法、高温硫化法、热蒸发法、磁控溅射法和电沉积法等。但是这些方法存在着能耗高、后处理复杂等问题。因此，寻找一种操作简单、低能耗、可大量制备、环境友好的方法制备铜锌锡硫纳米晶材料依然是一个巨大的挑战。本发明提供了一种以金属粉末为前驱体，硫负离子为硫化剂的湿化学法实现了铜锌锡硫纳米晶的合成。该法操作简单，产物不需要复杂处理，为铜锌锡硫纳米晶的制备提供了有力的技术支持。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种常温制备铜锌锡硫纳米晶的化学方法，实现铜锌锡硫半导体材料的低温、绿色大量制备。

本发明所采取的技术方案是：

一种常温制备铜锌锡硫纳米晶的化学方法，包括以下步骤：

(1)提供反应中间体溶液：

a：首先按铜锌锡硫(Cu₂ZnSnS₄)中铜、锌、锡的化学计量比称取铜单质、锌单质和锡单质粉末，将铜单质、锌单质和锡单质粉末分别与过量的碘单质共混，充分混合均匀后加入一定量的有机溶剂，获得各金属的中间体溶液；将这三种金属的中间体溶液混合后充分搅拌，获得反应中间体溶液；

或b：按铜锌锡硫(Cu₂ZnSnS₄)中铜、锌、锡的化学计量比称取铜单质、锌单质和锡单质粉末，将其进行混合，然后再与过量的碘单质充分混合，加入一定量的有机溶剂，获得反应中间体溶液；

(2)然后在反应中间体溶液中加入含有硫负离子的硫化剂水溶液使金属离子前驱体硫化，反应迅速完成，得到铜锌锡硫材料。

按上述方案，使用的金属前驱体粉末粒径为200目以上。

按上述方案，使用的碘单质为圆形颗粒状态，直径在2mm以下。

按上述方案，所述有机溶剂为N,N二甲基甲酰胺、N,N二甲基乙酰胺、二甲基亚砜等高沸点溶剂。

按上述方案：步骤(1)的a中：铜单质与有机溶剂的用量比小于0.07g/mL；锌单质与有机溶剂的用量比小于0.04g/mL；锡单质与有机溶剂的用量比小于0.07g/mL。

按上述方案：步骤(1)的b中：铜单质、锌单质和锡单质粉末的总质量与有机溶剂的用量比小于0.06g/mL。

按上述方案，步骤(1)的a中：按摩尔量计，碘单质过量0.01-0.10倍左右。

按上述方案，步骤(1)的b中：按摩尔量计，碘单质过量0.01-0.10倍左右。

按上述方案，步骤(1)的a中：碘单质加入的理论用量以生成CuI，SnI₄和ZnI₂计量。

按上述方案，步骤(1)的b中：碘单质加入的理论用量以Cu₂SnZnI₈计量。