[发明专利]一种超细纳米晶Cu2ZnSnS4的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种超细纳米晶Cu₂ZnSnS₄的制备方法。 

背景技术

能源问题是制约未来经济社会发展的全球性问题。近年来，作为清洁能源的太阳能发展迅速，越来越受到社会各界的瞩目。目前，太阳能电池主要包括晶体硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池和铜铟镓硒（CuIn_1-xGa_xSe₂）薄膜太阳能电池。但是晶体硅太阳能电池成本高，不利于大规模生产利用。而非晶硅太阳能电池由于转换效率及稳定性不高而使得大面积的光电转换效率难以进一步提高。在过去的几十年，CuIn_1-xGa_xSe₂太阳能电池成为研究的主流。但是CuIn_1-xGa_xSe₂太阳能电池由于含有In和Ga两种稀有元素，最终限制了它的产量化应用。因此需要寻找一种成本低廉、高效的材料是太阳能电池大规模生产的关键。 

铜锌锡硫（Cu₂ZnSnS₄）薄膜太阳能电池作为一种新型的薄膜太阳能电池，其吸收层材料Cu₂ZnSnS₄具有和黄铜矿结构的CuIn_1-xGa_xSe₂相似的晶体结构，吸收系数高达10⁴cm^-1，禁带宽度为1.05-1.5eV，与太阳能电池最佳的禁带宽度相匹配，且其各元素在地球含量丰富，可以大大降低生产成本，因此日益受到人们的广泛关注。 

Cu₂ZnSnS₄的制备方法包括真空沉积和非真空沉积。真空沉积技术不仅需要昂贵的设备，而且对原材料造成极大地浪费。真空方法制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池的最高转换效率仅为8.4%，而目前制备铜锌锡硫效率薄膜太阳能电池的最高转换效率为11.1%，其吸收层薄膜的制备方法为非真空的纳米晶墨水涂覆。 

纳米晶墨水涂覆法是指将制备的纳米晶分散在有机溶剂中，通过旋涂、提拉等方式制备前驱体薄膜，然后在适当的条件下进行后期的热处理。从后期热处理要求来看，纳米晶应具有良好的结晶性、单分 散性及尺度均匀性，才能尽量避免纳米晶的团聚以及气孔的产生，以获得致密的薄膜。但前期纳米晶制备一般都是在高分子有机溶剂中进行，后期的涂膜工艺也需要晶纳米晶先分散到有机高分子溶剂中配制成墨水。这些高分子有机物不可能在低温下完全挥发，在退火热处理过程中，则会发生碳化，薄膜中不可避免的会有残余碳存在，这些残余碳会在晶界处形成大量的缺陷态，充当电子空穴的复合中心，降低载流子寿命；或者阻碍退火时各元素的相互扩散，抑制Cu₂ZnSnS₄晶粒的生长。最终对整个铜锌锡硫薄膜太阳能的光电转换效率产生极大的影响。 

发明内容

本发明目的在于提供一种低碳、低毒、成本低廉的Cu₂ZnSnS₄纳米晶的制备方法。 

本发明的技术方案是： 

一种超细纳米晶Cu₂ZnSnS₄的制备方法，其特征在于，包括如下的步骤： 

（1）前躯体的合成： 

二乙基二硫代氨基甲酸铜(Cu（DDTC)₂)的制备：按照摩尔比2:1分别称取二乙基二硫代氨基甲酸钠（(C₂H₅)₂NCSSNa，简称铜试剂）和CuCl₂，分别用去离子水溶解后将CuCl₂溶液逐滴滴加到(C₂H₅)₂NCSSNa溶液里，常温反应5-20min后用去离子水离心，将所得黑色粉末置于干燥箱中40℃-80℃烘干，即可；