銅銦鎵硫材料的合成方法、薄膜太陽能電池及其制備方法技術

本發(fā)明專利技術公開了一種銅銦鎵硫材料的合成方法、薄膜太陽能電池及其制備方法，其中，通過調節(jié)水和絡合劑的混合溶液中水與絡合劑的體積比，以獲得具有閃鋅礦結構和/或纖鋅礦結構的銅銦鎵硫材料。本發(fā)明專利技術所提供的方法工藝簡單、成本低廉，且可實現銅銦鎵硫材料組分、物相的精準調控，利于大規(guī)模生產，且可制備獲得具有微納尺度精細粉體的銅銦鎵硫材料。

【技術實現步驟摘要】
銅銦鎵硫材料的合成方法、薄膜太陽能電池及其制備方法
本專利技術涉及光電新能源材料
，尤其涉及銅銦鎵硫材料的合成方法、薄膜太陽能電池及其制備方法。
技術介紹
銅銦鎵硫材料是一種半導體材料，其在薄膜光伏、光電探測等領域具有廣泛的應用前景。隨著市場需求的不斷提升，對于用于薄膜光伏領域的銅銦鎵硫材料的光電性能有了更高的要求，因此，制備晶體結構的物相靈活可控的銅銦鎵硫材料合成方法是對本領域技術研究具有重要意義。目前，已有一些關于物相可控的銅銦鎵硫合成方法的報道，例如，現有技術中公開一種利用硫化銀晶種的誘導催化作用制備纖鋅礦結構銅銦硫的方法。此外，現有技術中一般通過對反應溫度、反應時間、反應前驅體中硫源濃度及反應環(huán)境酸堿度等工藝參數綜合調制，實現纖鋅礦結構和閃鋅礦結構銅銦鎵硫材料物相可控制備的方法。然而，上述方法的工藝步驟復雜、對工藝條件控制精度的要求極高，不利于生產規(guī)模放大與推廣應用。
技術實現思路
為克服目前制備組分、物相可調控的銅銦鎵硫材料工藝及薄膜太陽能電池步驟復雜的問題，本專利技術提供一種新型的銅銦鎵硫材料的合成方法、薄膜太陽能電池及其制備方法。本專利技術為解決上述技術問題，提供一技術方案：一種銅銦鎵硫材料的合成方法，將銅、銦、鎵的化合物鹽溶解于水和絡合劑的混合溶液中形成反應前驅體溶液A；將含硫小分子溶解到絡合劑中，形成反應前驅體溶液B；將反應前驅體溶液A與反應前驅體溶液B混合后反應制備獲得銅銦鎵硫材料；其中，通過調節(jié)水和絡合劑的混合溶液中水與絡合劑的體積比，以獲得具有閃鋅礦結構和/或纖鋅礦結構的銅銦鎵硫材料。在所述水與絡合劑的混合溶液中，當水與絡合劑的體積比為0時，所述銅銦鎵硫材料具有纖鋅礦結構；當水與絡合劑的體積比為大于0且小于或等于0.2時，所述銅銦鎵硫材料具有閃鋅礦與纖鋅礦混合結構；當水與絡合劑的體積比為大于0.2時，所述銅銦鎵硫材料具有閃鋅礦結構。優(yōu)選地，根據化學式Cu1-xIn1-yGa1-zSn中銅、銦、鎵、硫四種元素的化學計量比，按照摩爾比分別稱取所需的銅、銦、鎵的化合物鹽；其中，0≤x≤0.4，0≤y＜1，0＜z＜1，0＜n≤2。優(yōu)選地，所述反應前驅體溶液A中所述含銅、銦、鎵的化合物鹽含量為5％w/v～80％w/v。優(yōu)選地，所述反應前驅體溶液B中含硫小分子的含量為40％w/v～90％w/v。優(yōu)選地，所述反應前驅體溶液A與所述反應前驅體溶液B中各組分混合后分別在20～60℃條件下超聲處理5～20分鐘。優(yōu)選地，將上述反應前驅體溶液A與反應前驅體溶液B分別進行分散處理后混合得到反應前驅體溶液C；將反應前驅體溶液C轉移到高壓釜中密封，加熱至150℃～300℃后，反應5h～36h，待反應完成后冷卻至室溫，得到所需的銅銦鎵硫材料。為解決上述技術問題，本專利技術進一步提供如下的技術方案，將銅、銦、鎵的化合物鹽溶解于水和絡合劑的混合溶液中形成反應前驅體溶液A；將含硫小分子溶解到絡合劑中，形成反應前驅體溶液B；將所述反應前驅體溶液A與所述反應前驅體溶液B混合制備獲得銅銦鎵硫材料，利用所述銅銦鎵硫材料制備薄膜太陽能電池；其中，通過調節(jié)水和絡合劑的混合溶液中水與絡合劑的體積比，以獲得具有閃鋅礦結構和/或纖鋅礦結構的銅銦鎵硫材料；在所述水與絡合劑的混合溶液中，當水與絡合劑的體積比為0時，所述銅銦鎵硫材料具有纖鋅礦結構；當水與絡合劑的體積比為大于0且小于或等于0.2時，所述銅銦鎵硫材料具有閃鋅礦與纖鋅礦混合結構；當水與絡合劑的體積比為大于0.2時，所述銅銦鎵硫材料具有閃鋅礦結構。為解決上述技術問題，本專利技術進一步提供如下的技術方案，其包括至少一種銅銦鎵硫材料，所述銅銦鎵硫材料由反應前驅體溶液A與反應前驅體溶液B混合后反應制備獲得，其中，所述反應前驅體溶液A由銅、銦、鎵的化合物鹽溶解于水和絡合劑的混合溶液中形成，所述反應前驅體溶液B由含硫小分子溶解到絡合劑中形成；其中，通過調節(jié)水和絡合劑的混合溶液中水與絡合劑的體積比，以獲得具有閃鋅礦結構和/或纖鋅礦結構的銅銦鎵硫材料；在所述水與絡合劑的混合溶液中，當水與絡合劑的體積比為0時，所述銅銦鎵硫材料具有纖鋅礦結構；當水與絡合劑的體積比為大于0且小于或等于0.2時，所述銅銦鎵硫材料具有閃鋅礦與纖鋅礦混合結構；當水與絡合劑的體積比為大于0.2時，所述銅銦鎵硫材料具有閃鋅礦結構。優(yōu)選地，所述薄膜太陽能電池包括至少一由所述銅銦鎵硫材料制成的吸收層，所述吸收層上所述銅銦鎵硫材料的粉體的粒徑為30nm～150nm，所述銅銦鎵硫材料粉體的分散度為0.1×108～1.5×108。相對于現有技術，本專利技術所提供的銅銦鎵硫材料的合成方法、薄膜太陽能電池及其制備方法的制備工藝簡單且對于制備所獲得的銅銦鎵硫材料的組分、物相的可控性高，因此可應用于大規(guī)模生產，以提高組分、物相可控的銅銦鎵硫材料制備的可控度。更進一步地，采用上述的制備工藝還可且可制備獲得具有微納尺度精細粉體的銅銦鎵硫材料，以便于通過非真空涂布工藝實現各器件的組裝與制備?！靖綀D說明】圖1為本專利技術具體實施例1制備的銅銦鎵硫材料的X射線衍射圖；圖2為本專利技術具體實施例2制備的銅銦鎵硫材料的X射線衍射圖；圖3為本專利技術具體實施例1制備的銅銦鎵硫材料的掃描電子顯微鏡照片；圖4為本專利技術具體實施例2制備的銅銦鎵硫材料的掃描電子顯微鏡照片。圖5為本專利技術具體實施7與具體實施例8中獲得的銅銦鎵硫材料的(ahV)2-hv曲線?！揪唧w實施方式】為了使本專利技術的目的，技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施實例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。本專利技術第一實施例提供一種銅銦鎵硫材料合成方法，其包括如下的步驟：步驟S1，根據Cu1-xIn1-yGa1-zSn中銅、銦、鎵、硫四種元素的化學計量比稱取含銅化合物鹽、含銦化合物鹽、含鎵化合物鹽及含硫小分子，其中，0≤x≤0.4，0≤y＜1，0＜z＜1，0＜n≤2；步驟S2，將銅鹽、銦、鎵的化合鹽溶解于絡合劑及水的混合溶液中形成反應前驅體溶液A，所述反應前驅體溶液A中化合物鹽含量為5％w/v～80％w/v；步驟S3，將含硫小分子溶解于絡合劑中，形成反應前驅體溶液B，所述反應前驅體溶液B中含硫小分子的含量為40％w/v～90％w/v；步驟S4，將上述反應前驅體溶液A與反應前驅體溶液B分別進行超聲分散完成后混合并進行超聲處理得到反應前驅體溶液C；步驟S5，將反應前驅體溶液C轉移到高壓釜中密封，加熱至150℃～300℃后，反應5h～36h，待反應完成后冷卻至室溫，得到所需的銅銦鎵硫材料。在本專利技術中，上述步驟S1-S3之間的先后順序不受限制，其中，所述反應前驅體溶液A與所述反應前驅體溶液B可同時制備，或先制備所述反應前驅體溶液B后，再制備所述反應前驅體溶液A。在本實施例中，上述絡合劑與水的混合溶液中，水與絡合劑的體積比可表示為：0≤V(水):V(絡合劑)≤1。在本專利技術中，通過調節(jié)水和絡合劑的混合溶液中水與絡合劑的體積比，以獲得具有閃鋅礦結構和/或纖鋅礦結構的銅銦鎵硫材料。其中，所述銅、銦、鎵的化合物鹽包括含銅化合物鹽、含銦化合物鹽及含鎵化合物鹽。具體地，當V(水)：V(絡合劑)＝0時，即溶液全部為絡合劑，所得產物為纖鋅礦結構的銅銦鎵硫材料；當0＜V(水本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種銅銦鎵硫材料的合成方法，其特征在于：將銅、銦、鎵的化合物鹽溶解于水和絡合劑的混合溶液中形成反應前驅體溶液A；將含硫小分子溶解到絡合劑中，形成反應前驅體溶液B；將反應前驅體溶液A與反應前驅體溶液B混合后反應制備獲得銅銦鎵硫材料；其中，通過調節(jié)水和絡合劑的混合溶液中水與絡合劑的體積比，以獲得具有閃鋅礦結構和/或纖鋅礦結構的銅銦鎵硫材料。

【技術特征摘要】
1.一種銅銦鎵硫材料的合成方法，其特征在于：將銅、銦、鎵的化合物鹽溶解于水和絡合劑的混合溶液中形成反應前驅體溶液A；將含硫小分子溶解到絡合劑中，形成反應前驅體溶液B；將反應前驅體溶液A與反應前驅體溶液B混合后反應制備獲得銅銦鎵硫材料；其中，通過調節(jié)水和絡合劑的混合溶液中水與絡合劑的體積比，以獲得具有閃鋅礦結構和/或纖鋅礦結構的銅銦鎵硫材料；在所述水與絡合劑的混合溶液中，當水與絡合劑的體積比為0時，所述銅銦鎵硫材料具有纖鋅礦結構；當水與絡合劑的體積比為大于0且小于或等于0.2時，所述銅銦鎵硫材料具有閃鋅礦與纖鋅礦混合結構；當水與絡合劑的體積比為大于0.2時，所述銅銦鎵硫材料具有閃鋅礦結構。2.如權利要求1中所述銅銦鎵硫材料的合成方法，其特征在于：根據化學式Cu1-xIn1-yGa1-zSn中銅、銦、鎵、硫四種元素的化學計量比，按照摩爾比分別稱取所需的銅、銦、鎵的化合物鹽；其中，0≤x≤0.4，0≤y＜1，0＜z＜1，0＜n≤2。3.如權利要求1中所述銅銦鎵硫材料的合成方法，其特征在于：所述反應前驅體溶液A中所述含銅、銦、鎵的化合物鹽含量為5％w/v～80％w/v。4.如權利要求1中所述銅銦鎵硫材料的合成方法，其特征在于：所述反應前驅體溶液B中含硫小分子的含量為40％w/v～90％w/v。5.如權利要求1中所述銅銦鎵硫材料的合成方法，其特征在于：所述反應前驅體溶液A與所述反應前驅體溶液B中各組分混合后分別在20～60℃條件下超聲處理5～20分鐘。6.如權利要求1-5中任一項所述銅銦鎵硫材料的合成方法，其特征在于：將上述反應前驅體溶液A與反應前驅體溶液B分別進行分散處理后混合得到反應前驅體溶液C；將反應前驅體溶液C轉移到高壓釜中密封，加熱至150℃～300℃后，反應5h～36h，待反應完成后冷卻至室溫，得...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：張曉琨，高詩光，向勇，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發(fā)明
國別省市：四川;51