[发明专利]一种CuInS2纳米晶材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电材料及其制备技术，具体为一种CuInS₂纳米晶材料的制备方法。

背景技术

半导体三元硫属化合物I-III-VI₂ （I = Cu, Ag; III = Ga, In; VI = S, Se, Te）由于在光电材料、生物标记和光催化等方面的广泛应用而受到人们的关注。作为一种典型的三元化合物，CuInS₂半导体受到了广泛的研究，因为它作为一种很好的光电材料具有很多优势，例如CuInS₂为直接带隙半导体材料，禁带宽度为1.53 eV，接近太阳能电池材料所需的最佳禁带宽度值（1.45 eV），且禁带宽度对温度的变化不敏感。CuInS₂材料的吸收系数高达10⁵ cm^-1数量级，以其作为太阳能电池的光吸收层，厚度仅需1~2 μm。CuInS₂可制得高质量的p型和n型薄膜，易于制成同质结，通过理论计算预测，CuInS₂太阳能电池的转换效率在28% ~ 32%，这在所有光伏器件中是最高的，非常适合作为太阳能电池的光吸收材料。 

目前，对于CuInS₂纳米晶的制备主要包括以下几种方法：单源前躯体法、水热或溶剂热法等。例如，Hepp等通过在200~250℃热分解单源前驱体(PPh₃)₂CuIn(SEt)₄得到2~4 nm左右大小的CuInS₂，所得到的纳米晶溶胶在室温下观察到了块体材料很难发现的荧光效应（S. L. Castro, S. G. Bailey, R. P. Raffaelle, et al. Chem. Mater., 2003, 15(16): 3142-3147）。M. G. Norton等通过紫外辐射[(TOP)₂CuIn(SR)₄] (TOP )(octyl)₃P; R = n-Pr (1), t-Bu (2))有机物得到了大约2 nm左右的CuInS₂纳米颗粒（J. J. Nairn, P. J. Shapiro, B. Twamley, et al. Nano Lett., 2006, 6(6): 1218-1223）。Xie和Qian等分别用水热和溶剂热法合成了CuInS₂纳米棒和13~17 nm左右的纳米晶(Y. Jiang, Y. Wu, X. Mo, et al. Inorg. Chem., 2000, 39(14): 2964-2965 ; W. M. Du, X. F. Qian, J. Yin, et al. Chem. Eur. J., 2007, 13(31): 8840-8846)。另外，通过使用注射法，Peng等在非配位溶剂十八烯中使用普遍的，化学稳定的反应物获得了2~20 nm左右的单分散的CuInS₂纳米晶，通过引进配位剂，可以调控纳米晶的Cu，In，S的原子比(R. G. Xie, M. Rutherford, X. G. Peng J. Am. Chem. Soc., 2009, 131(15): 5691-5697)。然而，采用上述方法制备的纳米晶材料存在一定的不足之处：合成步骤较为繁琐，成本较高，不适宜大规模制备，合成的纳米颗粒分散性较差，尺寸可控性不好，这在一定程度上均阻碍了CuInS₂纳米晶在太阳能电池中的实用进程。

因此，本课题组通过一步化学法合成了尺寸可控的三元硫属化合物CuInS₂纳米晶材料，其分散性较好，且可用于大规模生产，这对于其在太阳能电池领域的实际应用将具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种CuInS₂纳米晶材料的制备方法，即采用一步化学法制备三元硫属化合物CuInS₂纳米晶，并实现了其尺寸可控，该方法操作简单、重复性好、反应条件温和、无环境污染且制品纯度高，大大降低了生产成本，适于大规模工业化生产。

本发明的技术方案：

一种CuInS₂纳米晶材料的制备方法，所述CuInS₂纳米晶材料是一种单分散的、粒径大小为2~10nm的CuInS₂纳米晶，其制备方法包括以下步骤：