溶劑熱法合成CuInS2納米晶體及工藝優(yōu)化.pdf

1、I-III-VI2型半導體化合物為光伏電池的關鍵材料,尤其是CuInS2因其綜合性能優(yōu)異引起了廣泛的關注。溶劑熱法是合成黃銅礦晶型CuInS2納米晶體最簡單、易實施的方法之一。目前大多數(shù)研究者采用單一溶劑體系,所制備的納米晶存在顆粒大,分散性差,光電轉化效率和固體收率低等問題;另外稀貴金屬In在地球中儲量少、價格高直接限制了CuInS2的使用,針對這些不足,本論文進行了探索,其具體內(nèi)容如下:
　　本文采用溶劑熱法合成CuInS2納

2、米晶體,合成原料為CuCl2·2H2O、InCl3·4H2O、CH4N2S,溶劑分別為乙二醇、丙三醇、二甲基亞砜(DMSO)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)及上述溶劑的混合體系,在高壓釜反應器中,研究溶劑、溫度、時間對CuInS2納米晶體性能的影響;采用調(diào)節(jié)反應體系pH值、添加弱還原劑、表面處理劑來改善CuInS2納米晶體的分散性能;通過母液循環(huán)套用來降低溶劑使用成本;并嘗試采用Al/Fe摻雜部分替代希貴金屬銦制備CuInxM1-xS2

3、四元化合物,力圖為制備性能較佳的CuInS2納米材料提供參照。實驗采用X-射線粉末衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、能譜儀(EDS)、紫外-可見近紅外分光光度計等多種表征手段對產(chǎn)物的晶體結構、形貌、樣品原子配比及吸光性能等進行了表征。研究表明:
　　以乙二醇與DMF等體積混合作溶劑替代傳統(tǒng)的單一溶劑(如乙二醇),在190℃-210℃條件下,反應12-18h,可以制得具有單一黃銅礦晶型的CuInS2納米晶體。且樣品固體相對收率高,

4、純度高,晶粒較細,樣品中原子配比趨于標準化學計量比,禁帶寬度與太陽能電池材料所需要的最佳禁帶寬度值相符。
　　混合溶劑中制備的樣品以納米片團聚成微球,強酸或強堿體系有利于改善晶體的團聚現(xiàn)象,制備出納米片自組裝花狀微球,或是納米小顆粒;該條件下制備的CuInS2納米晶體晶型趨于完善,原子配比無嚴重偏離,光吸收性能佳。
　　添加弱還原劑(草酸、檸檬酸、抗壞血酸)均能在一定程度上改善CuInS2納米晶體的團聚現(xiàn)象,提高其分散性能。

5、弱還原劑的用量對樣品形貌影響不大,但影響樣品的收率。使用少量弱還原劑(總質(zhì)量0.05％)即可制備性能較佳的CuInS2納米晶體。其中添加檸檬酸和草酸制備的樣品光吸收性能相對較好。
　　少量(總質(zhì)量0.1%)偶聯(lián)劑KH570與表面活性劑PVB、PVP有助于改善CuInS2納米晶體的團聚現(xiàn)象。其中KH570、PVP的改性效果佳。
　　以乙二醇/DMF等體積混合作溶劑,在強酸體系、190℃下反應12h,可以實現(xiàn)溶劑循環(huán)套用(至少4