[发明专利]一种核壳结构金属硫硒化物半导体复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种核壳结构金属硫硒化物半导体复合材料的制备方法，所制备的半导体复合材料可被用于太阳能电池、光电传感器等技术领域。

背景技术

In₂S₃/CuSe、In₂Se₃/CuSe、(In，Ga)₂Se₃/CuSe、(In，Ga)₂S₃/CuSe等金属硫硒化物半导体复合材料具有非常高的光吸收系数，抗辐射能力强。可以应用于CI(G)S系列薄膜太阳能电池的开发生产和光电传感器等领域([1]Guillen C，Herrero J.Optical properties of electrochemically deposited CuInSe₂thin films.Sol.Energy Mater.Sol.Cells，199123(1)：31-45.)。通常情况下，金属硫硒化物半导体复合材料的溶剂热合成要在封闭的高温高压环境中长时间保温反应才能完成([2]Y.-GChun，K.-H.Kim，K.-H.Yoon.Synthesis of CuInGaSe2nanoparticles by solvothermal route[J].Thin Solid Films，2005(480-481)：46-49.[3]Yu-Hsiang A.Wang，Changqing Pan，Ningzhong Bao etal.Synthesis of ternary and quaternary CuIn_xGa_1-7xSe₂(0≤x≤1)semiconductor nanocrystals，Solid State Sciences.2009(11)：1961-1964.[4]Chih-Chung Wu，Ching-Yeh Shiau，Delele Worku Ayele，etal.Rapid Microwave-Enhanced Solvothermal Process for Synthesis of CuInSe₂Particles and Its Morphologic Manipulation，Chemistry Materials.2010(22)：4185-4190.)，这种合成方式灵活性较差，高压反应釜封闭后，就不能够对反应中间过程进行干预，且对反应设备的要求较高，成本高。

发明内容

本发明的目的是以金属盐、硫源和(或)硒源为原料，在常压开放体系下采用溶剂热合成核壳结构金属硫硒化物半导体复合材料。

本发明涉及的半导体复合材料的化学组成通式为：M_xA_y/N_zA_w，其中M为Cu、In、Ga中的一种或两种、N为Cu、In、Ga中不同于M的一种，A为Se或S中的一种或两种。x除以y等于0.5～2，z除以w等于0.5～2。M_xA_y和N_zA_w在半导体复合材料中属于两种相，两相通过核壳结构的方式均匀混和形成纳米～亚微米尺度的半导体复合材料。

上述半导体复合材料的制备方法具体步骤为：

按照目标产物的摩尔配比称取金属盐、硫源和/或硒源；将称取的原料磁力搅拌溶于溶剂，溶剂的量为使上述原料完全溶解且溶剂体积不超过反应器容积的2/3，混合均匀后将混合液倒入能加热搅拌的常压开放式反应器，升温至100～160℃后保温0.5～3小时；期间根据目标产物结构多次添加反应物，采用不同的保温温度；所得产物经过蒸馏水和无水乙醇离心洗涤2～3次，然后在70～90℃下的真空干燥箱内干燥7～9小时得目标产物；目标产物的化学组成由加入原料配比控制，其结构由添加原料的顺序和合成温度的控制共同决定；

所述溶剂为乙二胺、乙二醇和水合肼的一种或两种；

所述金属盐为Cu盐、In盐和Ga盐中的两种或3种；

所述硫源为CH₄N₂S；

所述硒源为Se粉或亚硒酸。

本发明成本低、反应装置简单，反应速度快以及反应过程可控性和可干预性强。利用常压开放体系溶剂热合成方法，相比较高压溶剂合成大大降低了对合成设备的要求，并且可以更灵活控制整个反应合成过程从而形成特定结构、特定成份和物相组合的目标产物。