[发明专利]一种纤锌矿相微纳复合结构的铜银锌锡硫微粒的制备方法

说明书

本发明涉及一种纤锌矿相微纳复合结构的铜银锌锡硫微粒的制备方法，属于光催化及太阳能电池材料技术领域。本发明将铜源、银源、锌源、锡源、硫源溶解在有机混合溶剂中得到前躯体溶液，其中有机混合溶剂为乙二醇和三乙烯四胺的混合溶剂；在搅拌条件下，将前躯体溶液加热至温度为120~140℃反应20~40 min，再加热至温度为180~200℃反应30~60 min，冷却，固液分离，洗涤固体并干燥即得纤锌矿相结构的铜银锌锡硫微粒。本发明所述纤锌矿相结构铜银锌锡硫微粒的制备方法简单，合成温度较低，所用前躯体材料成本低廉，产物结晶性优良，适合批量合成。

技术领域

本发明涉及一种纤锌矿相微纳复合结构的铜银锌锡硫微粒的制备方法，属于光催化及太阳能电池材料技术领域。

背景技术

直接带隙半导体材料铜锌锡硫具有与太阳光谱相匹配的带隙宽度(1.5左右)、较高的光吸收系数(大于10⁴cm^-1)、成分无毒、地壳相对储量丰富等优点，是极具发展潜力的薄膜太阳能电池吸收层材料；铜银锌锡硫主要以锌黄锡矿、黄锡矿和纤维锌矿三种晶型结构存在，相比于锌黄锡矿和黄锡矿结构的铜锌锡硫，纤锌矿结构的铜锌锡硫具有更高的载流子浓度、低的电阻率以及很强的光电响应，因而越来越引起研究者的重视。同时，如果能进一步在铜银锌锡硫微米颗粒的表面获得纳米量级的结构（即获得铜银锌锡硫的微纳复合结构），将使铜银锌锡硫具有更大的表面积，更加有利于产生光散射、增强电子传输，也更适合制备高效率的太阳能电池。

目前关于此类多元光催化半导体材料的制备方法主要包括磁控溅射法，液相法，热蒸发法以及化学浴沉积法等。查找文献Yeh L Y, Cheng K W. Preparation of the Ag–Zn–Sn–S quaternary photoelectrodes using chemical bath deposition forphotoelectrochemical applications[J]. Thin Solid Films, 2014, 558(6):289-293.采用化学浴沉积法制备了银锌锡硫纳米晶，此方法制备温度低，衬底选择性较多，但是化学浴沉积法反应时间慢，需要在真空环境退火，且得到的样品表面粗糙，在衬底沉积的同时，容器壁上也会有大量的沉积薄膜，造成了原材料的大量浪费。文献Solution-phaseSynthesis of Stannite-type Ag2ZnSnS4 Nanoparticles for Application toPhotoelectrode Materials T. Sasamura, T. Osaki, T. Kameyama, T. Shibayama,A. Kudo, S. Kuwabata, and T. Torimoto, Chem. Lett., 41, 1009 (2012).采用液相法和沉积法相结合的方法，合成银锌锡硫纳米晶，此方法需先制备AZT前驱体，并在保护气下高温处理，然后在ITO上多次沉积得到银锌锡硫纳米薄膜，过程非常复杂，而且所得到的样品，纯度较低，杂质多样，且所用溶剂油胺昂贵、毒性强。专利106298995A公开了一种采用旋涂方法制备银掺杂的CZTS前驱体薄膜，经后硒化处理制备的银掺杂铜锌锡硫硒(ACZTSSe)吸收层薄膜，但此反应需在高温环境下反复旋涂且需要持续通入保护气体，使得过程不易控制，不利于实现高效、大规模的制备。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种纤锌矿相微纳复合结构的铜银锌锡硫微粒的制备方法，即以乙二醇和三乙烯四胺为溶剂，采用简单的两步加热法在空气中制备微纳复合结构铜银锌锡硫微粒，其工艺简单，反应条件温和、时间短，环境友好，制备过程直观可控。

一种纤锌矿相微纳复合结构的铜银锌锡硫微粒的制备方法，具体步骤为：

（1）将铜源、银源、锌源、锡源、硫源溶解在有机混合溶剂中得到前驱体溶液，其中有机混合溶剂为乙二醇和三乙烯四胺的混合溶剂；