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(dǎo)體化合物為光伏電池的關(guān)鍵材料,尤其是CuInS2因其綜合性能優(yōu)異引起了廣泛的關(guān)注。溶劑熱法是合成黃銅礦晶型CuInS2納米晶體最簡(jiǎn)單、易實(shí)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(zhuǎn)化效率和固體收率低等問(wèn)題;另外稀貴金屬In在地球中儲(chǔ)量少、價(jià)格高直接限制了CuInS2的使用,針對(duì)這些不足,本論文進(jìn)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(yīng)器中,研究溶劑、溫度、時(shí)間對(duì)CuInS2納米晶體性能的影響;采用調(diào)節(jié)反應(yīng)體系pH值、添加弱還原劑、表面處理劑來(lái)改善CuInS2納米晶體的分散性能;通過(guò)母液循環(huán)套用來(lái)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(shí)驗(yàn)采用X-射線粉末衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、能譜儀(EDS)、紫外-可見(jiàn)近紅外分光光度計(jì)等多種表征手段對(duì)產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu)、形貌、樣品原子配比及吸光性能等進(jìn)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(yīng)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(duì)收率高,

4、純度高,晶粒較細(xì),樣品中原子配比趨于標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)計(jì)量比,禁帶寬度與太陽(yáng)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(tuán)聚成微球,強(qiáng)酸或強(qiáng)堿體系有利于改善晶體的團(tuán)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(wú)嚴(yán)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(tuán)聚現(xiàn)象,提高其分散性能。

5、弱還原劑的用量對(duì)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(duì)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(tuán)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(qiáng)酸體系、190℃下反應(yīng)12h,可以實(shí)現(xiàn)溶劑循環(huán)套用(至少4