[发明专利]一种铜锌锡基粉体的制备方法

说明书

本发明提供了一种铜锌锡基粉体的制备方法，属于光伏材料制备技术领域。本发明以单质为原料制备铜锌锡基粉体，而且采用反应原料一步法室温固相球磨反应制备铜锌锡基粉体，制备的粉体成分均一，无杂相；而且制备过程简单易行、易于控制、节约成本、节能环保；同时避免使用表面活性剂、模板剂和溶剂，提高了产物纯度，也符合材料合成绿色化的要求，适合大规模生产。

技术领域

本发明涉及光伏材料技术领域，尤其涉及一种铜锌锡基粉体的制备方法。

背景技术

光吸收层的吸光效率和光电转换效率是光伏材料进行能量转换的重要影响因素。四元化合物铜锌锡硫Cu₂ZnSnS₄(CZTS)近年来逐渐成为研究热点，其禁带宽度约1.5eV，十分接近于半导体太阳能电池的最佳禁带宽度(1.45 eV)；是一种直接带隙半导体，光吸收系数超过10⁴cm^-1，电池中CZTS薄膜的厚度较薄，仅需1～2μm即可吸收绝大部分的入射太阳光；铜锌锡硫硒 Cu₂ZnSn(S_xSe_1-x)₄(简写为CZTSSe，其中0x1)，是一种直接带隙半导体，具有1.0-1.5eV可调节的禁带宽度；并且光吸收系数高达104cm^-1；CZTS和 CZTSSe均与应用最为广泛的Cu(In，Ga)Se₂(CIGS)具有相似的晶体结构， CZTS中各元素在自然界中含量丰富且无毒，最有希望替代昂贵的CIGS材料，被认为是制备高效薄膜太阳能电池吸收层的材料之一，引起了世界范围内广泛研究。此外，铜锌锡硒(Cu₂ZnSnSe₄，简写CZTSe)不仅具有和CIGS类似的光电性能，更重要的是所含元素无毒且地球上储量丰富，光吸收系数高(10⁴cm^-1)，禁带宽度(Eg≈1eV)与太阳光谱匹配，光学、电学性能优良，因而被认为是太阳能电池吸收层的理想材料之一。

CZTS、CZTSSe和CZTSe的制备方法按照是否需要真空分为真空工艺和非真空工艺。真空工艺主要有蒸发法、溅射法以及脉冲激光沉积法等；非真空工艺包括电化学沉积、喷雾热解法、溶胶-凝胶法以及水热合成法等。

现有的制备方法虽然可以制备出CZTS、CZTSSe或CZTSe，但仍然存在一些不足，如：蒸发法、溅射法以及脉冲激光沉积法等在制备过程中，均需要使用昂贵的真空设备，不利于生产效率的提高和成本的控制。液相法在制备过程中需要使用添加剂、或者有毒的有机溶剂，此外液相法制备过程中产物粒子容易发生团聚，加之CZTS和CZTSSe易分解，所以其粉体较难制备。此外，这些方法工艺复杂，各元素成分难以精确控制，而且制备工艺中往往需使用有毒的硫化氢气体，制备成本高。因此，研发新的可规模化生产，工艺简单，成本低廉又环保的铜锌锡基粉体材料的制备方法是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜锌锡基粉体的制备方法，所述方法简单易行、节约成本、节能环保且可规模化生产。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种铜锌锡基粉体的制备方法，包括以下步骤：

将铜锌锡基粉体对应的原料进行混合，得到混合粉体；

将所述混合粉体进行机械球磨，引发固相反应，真空干燥后，得到铜锌锡基粉体；

所述铜锌锡基粉体对应的原料包括铜粉、锌粉和锡粉，还包括硫粉和/ 或硒粉；

或者，所述铜锌锡基粉体对应的原料同时包括铜粉、锌粉、锡粉、硫粉和锗粉。

优选的，当所述铜锌锡基粉体对应的原料包括铜粉、锌粉和锡粉，还包括硫粉或硒粉时，所述铜粉、锌粉、锡粉和硫粉的摩尔比为2：1：1：4；所述所述铜粉、锌粉、锡粉和硒粉的摩尔比为2：1：1：4。