[发明专利]CuInSe2纳米材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及CuInSe₂纳米材料及其制备方法与应用。 

背景技术

人口激增、环境污染、能源短缺是现代世界的三大社会问题，人口的增加导致对能源更大的需求，对能源的开发利用过程中难免产生环境污染等社会问题，所以要根本解决现代世界的三大社会问题，首先要解决的是能源问题。煤、石油、天然气是当今世界上最重要的化石燃料，但是这些燃料不仅来源有限而且在开发和利用的过程不可避免的会带来一些环境问题，所以开发新型可再生能源成为解决能源问题的必由之路。太阳能是一种取之不尽，用之不竭，无污染的可再生能源，如何利用太阳能成为了当今一大研究课题。在太阳能的有效利用中，光伏发电是近些年来发展最快、最具活力的研究领域。高的光电转换效率和低的生产成本是太阳能光电工业和研究界始终追求的目标，为了达到这个目标，利用高效率低成本的光电转换材料是非常重要的。 

多晶半导体的研究是为了研制一种高效率、稳定性好、低成本的新材料，作为太阳电池半导体材料必须具有合适的禁带宽度，能有效地吸收太阳光，并可以形成在太阳能转换中控制光电子形成的异质结。CulnSe₂是一种最具发展前景的太阳能电池光吸收材料，CulnSe₂是直接带隙半导体材料，带隙为1.04eV，而且可以通过掺杂Ga形成Cu(In，Ga)Se₂(CIGS)连续调整其带隙宽度(1.04-1.67eV)，适合于太阳光的光电转换要求；它具有非常高的光吸收系数(达10⁵cm^-1)，且性能稳定，不存在光致衰退效应，因此受到光伏界广泛关注。 

由于铜源和铟源的反应活性有较大差异，并且常作为硒源的单质硒在一般溶解中的溶解性极差，所以制备高质量的纳米CuInSe₂材料具有极大的难度。因此，目前研究的焦点大都集中制备高结晶度，单分散的纳米CuInSe₂材料。纳米CuInSe₂材料的制备方法主要是溶液法，使用的铜源主要是氯化亚铜、氯化铜，铟源主要是氯化铟，硒源主要是单质硒。目前的制备方法要么使用昂贵的仪器，要么利用难于制备的前驱物，再或者制备的CuInSe₂材料具有较大的粒径分布，因此在实际应用中受到极大的限制。 

发明内容

本发明的目的是提供一种CuInSe₂纳米材料及其制备方法与应用。

本发明提供的制备CuInSe₂纳米材料的方法，包括下述步骤： 

1)将含铜化合物、含硒化合物及油胺于反应装置a中混匀，将含铟化合物及油胺于反应装置b中混匀，将所述反应装置a和反应装置b分两步加热升温，在所述加热升温步骤的同时，用惰性气体排除所述反应装置a和反应装置b中的氧气和水； 

2)将所述反应装置b冷却至60-160℃，将所述反应装置a继续升温至130-280℃后，将所述反应装置b中的含铟化合物及油胺加入到所述反应装置a中进行反应，反应完毕用有机溶剂洗涤，得到所述CuInSe₂纳米材料。 

上述方法的步骤1)中，所述含铜化合物选自油酸铜、氯化铜、氯化亚铜和醋酸铜中的至少一种，优选油酸铜，所述含硒化合物选自二苯基二硒醚、硒脲和单质硒中的至少一种，优选二苯基二硒醚，所述含铟化合物选自氯化铟、油酸铟和醋酸铟中的至少一种，优选氯化铟；所述惰性气体选自氮气、氩气、氦气和二氧化碳中的至少一种；油胺为反应溶剂，其用量以完全溶解反应物即可。所述含铜化合物中的铜元素、所述含铟化合物中的铟元素与所述含硒化合物中的硒元素的摩尔比为1∶1∶2。所述分两步加热升温步骤中，升温速率为1-50℃/min，具体可为10-25℃/min、10-15℃/min或15-25℃/min，第一步加热升温步骤的终温优选为60℃，第二步加热升温的终温为60-160℃，具体可为130-140℃、130-150℃或140-150℃，每一步的保温时间均为0.5-3小时，具体可为0.5-1小时、0.5-2小时或1-2小时；所述用惰性气体排除步骤中，时间为1-6小时，具体为1-2小时、1-4小时或2-4小时。