[发明专利]一种铜锌锡硫光电纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铜锌锡硫光电纤维的制备方法，属于光伏材料制备技术领域。

背景技术

光伏材料能产生电流是因为光生伏特效应，即如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的光子能够在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激发，以致产生电子－空穴对。界面层附近的电子和空穴在复合之前，将通过空间电荷的电场作用被相互分离。电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动。通过界面层的电荷分离，将在P区和N区之间产生一个向外的可测试的电压。此时可在硅片的两边加上电极并接入电压表。对晶体硅太阳能电池来说，开路电压的典型数值为0.5～0.6V。通过光照在界面层产生的电子－空穴对越多，电流越大。界面层吸收的光能越多，界面层即电池面积越大，在太阳能电池中形成的电流也越大。

导电高分子材料聚对苯乙烯撑(PPV)由于具有优良的光电性质，是研究最多也是最有希望的光伏材料之一。PPV由于具有价廉、低毒、质轻、可调的光学性能、良好的成膜性能、较高的光电效率和发光性能以及很高的光吸收系数(50Onm)，是最有希望和研究得最多的光电材料，它在光伏材料和发光二极管等领域有很好的应用前景。但是，单纯PPV作为光伏材料存在对太阳光利用率不高、载流子迁移率较低、稳定性不高等缺陷，制约了其实际应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对聚对苯乙烯作为光伏材料对太阳光的利用率不高，载流子迁移率较低、稳定性不高，制约了其实际应用得问题，本发明首先对废弃铜渣进行预处理，经煅烧，碾磨，磁选以及球磨得到球磨混合粉末，再将其与柠檬酸，冰醋酸进行混合后，与聚乙烯醇、乙醇胺进行加热搅拌混合，得到前驱体溶液，最后对其进行静电纺丝，即可得到铜锌锡硫光电纤维。本发明通过将废弃铜渣中铜锡锌氧化物与有机酸混合制备，收集有机酸解液进行制备铜锌锡硫光电纤维，有效的改善铜锌锡硫材料对太阳光的利用率，载流子迁移率高，且稳定性好，扩大了其应用范围。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

（1）收集炼铜厂废弃铜渣，洗净后自然晾干，随后碾磨过筛，制备得50～60目铜渣颗粒，收集铜渣颗粒，将其置于坩埚中，将坩埚移至管式炉中，对其通氧气排除空气，随后在氧气气氛下，加热升温至450～500℃，保温煅烧1～2h；

（2）待保温煅烧完成后，静置冷却至室温，随后继续碾磨并过筛，制备得65～70目氧化铜渣粉末，用磁铁对氧化铜渣粉末进行筛分，磁选完成后，将其置于球磨装置中，以无水乙醇为分散剂，球磨3～5h，随后自然晾干，制备得球磨混合粉末；

（3）按重量份数计，分别称量45～50份质量浓度30%柠檬酸溶液、25～30份冰醋酸和15～20份上述制备的球磨混合粉末置于三口烧瓶中，在45～60℃下水浴加热3～5h，随后过滤并收集滤液，制备得酸化混合液；

（4）按重量份数计，分别称量45～50份上述制备的酸化混合液、5～10份聚乙烯醇、10～15份乙醇胺和20～25份乙二醇甲醚置于三口烧瓶中，在45～60℃下，按1000～1100r/min磁力搅拌1～2h，随后静置冷却至室温，再在65～80℃下旋转蒸发至原体积的1/2，制备得前驱体溶液；

（5）将上述制备的前驱体溶液置于静电纺丝装置注射器中，控制注射泵流量为2～3mL/h，调整接收板收集距离为5～10cm，在电压为9～10kV下静电纺丝，收集静电纺丝纤维，将其置于90～100℃下干燥8～10h，随后静置冷却至室温，即可制备得一种铜锌锡硫光电纤维。

本发明制备的铜锌锡硫光电纤维禁宽度为1.5～1.8eV，光吸收系数为2.1×10⁴cm^-1以上，光电效率为8.5～8.8％，电阻率为4.6～4.9Ω·cm，载流子迁移率达到30.25cm²v^-1s^-1以上。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明制备的铜锌锡硫光电纤维对太阳光的利用率高，光电效率达到8.5～8.8％；

（2）本发明制备的铜锌锡硫光电纤维载流子迁移率高载流子迁移率达到30.25cm²v^-1s^-1以上；

（3）本发明操作步骤简单，所需成本低。

具体实施方式