[发明专利]ZnSe纳米晶的制备方法、ZnSe纳米晶及ZnSe缓冲层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料及薄膜太阳电池的缓冲层的制备，特别是涉及一种ZnSe纳米晶的制备方法、ZnSe纳米晶及ZnSe缓冲层的制备方法。

背景技术

半导体纳米材料因其独特的光电特性而具有广阔的应用前景，如ZnSe，其是一种重要的金属硒化物，目前ZnSe纳米晶的液相法制备一般都需使用三正辛基膦(TOP)或三辛基氧膦(TOPO)等有机膦化物，但是TOP和TOPO为剧毒物质、性质不稳定易氧化且价格昂贵，并且受其他条件的限制，现有的制备方法制得的ZnSe纳米晶质量较低，不利于ZnSe纳米晶的应用。

在薄膜太阳电池如CIGS薄膜太阳电池中，缓冲层位于吸收层和窗口层之间，对电池的转换效率有非常重要的影响作用。目前，无论是实验室还是工业化生产的CIGS薄膜太阳电池大都使用CdS缓冲层。但是众所周知，镉为重金属有毒元素，隔污染问题极大的限制了CIGS太阳电池的大规模发展。另外，CdS的禁带宽度为2.4eV，带隙偏窄，对短波的吸收和光电转换响应有一定影响。因此，开发无镉的CIGS薄膜太阳电池以及无镉缓冲层的研发成为一研究热点。硒化锌是目前最有希望代替硫化镉的缓冲层材料之一，其禁带宽度为2.7eV左右，比硫化镉略宽，与CIGS吸收层和ZnO窗口层晶格匹配性好，更重要的是硒化锌不存在环境污染。

发明内容

为了弥补上述现有技术的不足，本发明提出一种ZnSe纳米晶的制备方法、ZnSe纳米晶及ZnSe缓冲层的制备方法。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种ZnSe纳米晶的制备方法，包括如下步骤：

S1、制备硒前驱体溶液：将油胺、硒单质和还原剂配成反应溶液，加热反应制得所述硒前驱体溶液；在所述反应溶液中，所述硒前驱体溶液的浓度为0.25-1.5mol/L，所述还原剂与所述硒单质的摩尔比≥1:1，所述还原剂为二甲基胺硼烷或硼氢化钠；

S2、配制锌前驱体溶液：将锌源分散在反应溶剂中配得所述锌前驱体溶液，所述锌源和所述硒单质的摩尔比为1:1～1:1.5，所述反应溶剂为油胺或者为十八烯与硬脂肪酸的混合溶剂；

S3、制备ZnSe纳米晶：在无水无氧体系下，将步骤S2中的所述锌前驱体溶液加热到150-350℃，再将步骤S1中所述的硒前驱体溶液注射到所述锌前驱体溶液中，反应时间至少10min，得到所述ZnSe纳米晶。

优选地，在所述步骤S3之前，还包括将步骤S1中的所述硒前驱体溶液降温至70-100℃的步骤。

优选地，步骤S2中的所述锌源为乙酰丙酮锌、硝酸锌、氯化锌、硫酸锌、醋酸锌、油酸锌和二乙基锌中的一种。

优选地，在步骤S1中，所述还原剂为二甲基胺硼烷，所述加热反应的温度是130-150℃。

优选地，在步骤S2中的所述十八烯与硬脂肪酸的混合溶剂中，所述十八烯的体积与所述硬脂肪酸的物质的量之比为8-12mL:2-5mmol。

优选地，在所述步骤S3之后，还包括S4：用有机溶剂对所述ZnSe纳米晶进行洗涤，所述有机溶剂选自甲苯、氯仿、正己烷、甲醇、乙醇和异丙醇中的至少一种。

优选地，所述有机溶剂是甲苯和乙醇的混合溶剂，甲苯与乙醇的体积比为1:2。

一种由上述的制备方法制得的ZnSe纳米晶，所述ZnSe纳米晶为闪锌矿结构，粒径分布在5-150nm之间。

一种ZnSe缓冲层的制备方法，包括如下步骤：

(1)将上述的ZnSe纳米晶的制备方法制备得到的所述ZnSe纳米晶按固液比为100-500mg/mL分散在有机溶剂中配制成均一、稳定的ZnSe纳米晶墨水；

(2)将所述ZnSe纳米晶墨水涂覆在薄膜太阳电池的吸收层上制得ZnSe缓冲层，所述ZnSe缓冲层的厚度为50-100nm。

优选地，所述步骤(1)中的固液比为150-250mg/mL。

本发明与现有技术对比的有益效果是：本发明的制备方法不采用有机膦试剂，制备工艺简单，制得的ZnSe纳米晶质量较高，通过本发明的方法制备得到的ZnSe纳米晶为闪锌矿结构，粒径分布在5-150nm之间，成分符合化学计量比。本发明通过ZnSe纳米晶采用纳米晶墨水涂覆法，可制得稳定性好、高质量的多晶半导体薄膜(硒化锌薄膜)，该硒化锌薄膜可以替代CdS缓冲层作为薄膜太阳电池的缓冲层使用，避免了镉污染，高质量的ZnSe缓冲层致密、无空洞和裂痕，可以保证薄膜太阳电池(如铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳电池)的转化效率。

附图说明