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水热法合成制备CuInS2纳米材料
点击次数:1572 发布时间:2017-06-19

水热法合成制备CuInS2纳米材料

CuInS2作为太阳电池的光吸收层引起了科学家与企业广泛关注,其优势是原材料损耗小,对温度的变化不敏感、性能稳定、吸收系数高达105cm-1,“经过理论预测,CuInS2类太阳能电池的转换效率在28%-32%,它是zui有希望实现工业化的薄膜型太阳能电池材料。”

目前存在好多制备CuInS2方法,比如磁控溅射法、真空蒸镀法、电沉积法、水热法等。其中溶剂热法因其工艺简单,成本低,污染小等优势逐渐成为研究热点。近年来,大多数研究机构以乙二醇作溶剂成功制备了性能较好的CuInS2纳米晶体,但晶体团聚现象严重。

CuCl22H2O为铜源,InCl34H2O为铟源、DMF、乙二醇、丙三醇、DMF和乙二醇的等体积混合为溶剂,用北京吉泰远成科技有限公司*的水热合成反应釜,在190℃下反应12h合成CuInS2纳米晶体。从实验数据分析发现,不同反应介质对纳米晶体原子配比、晶体物相结构、表面形貌、光吸收性能均有影响,同时PH值对CuInS2纳米晶体物相结构和光吸收性能也有影响。

1.不同反应溶剂合成的CuInS2纳米晶体物相结构不同,有的晶粒细,纯度较高,有的则不然。

2.CuInS2纳米晶体原子配比,是影响其电学性质的主要因素,CuInS2纳米晶体的元素组成偏离化学计量比时会产生点缺陷,但是CuInS2纳米晶体具有本征自掺杂特性,不需要其他元素的掺杂,只需通过调整元素的组成比就可以获得不同的导电类型材料。此外,即使组成严重偏离1:1:2CuInS2纳米晶体仍具有黄铜矿结构,其物理、化学性质不会发生太大改变。所以反应介质对CuInS2纳米晶体原子配比没有影响。

3.CuInS2纳米晶体的表面形貌也受反应介质的影响,不同的溶剂中制备出的晶体团聚现象严重程度是不同的。

4.水热合成反应釜中使用不同反应溶剂对合成CuInS2纳米晶体光吸收性能有影响,选用DMF、乙二醇、丙三醇、DMF与乙二醇等体积混合作溶剂制备的CuInS2纳米晶体在可见光区均有很好的吸收,部分紫外区也有光吸收现象,但因杂质影响,导致形状各异。

5.PH值越低所制得的纳米晶体尺寸越小;随着反应体系PH值的下降,在强酸体系下制备的CuInS2纳米晶体逐渐由团聚的微球变为较为清晰的纳米片组成的微球;不同PH值对合成纳米晶体原子配比无影响,原子配比没有明显的偏离。

6.在强酸体系中制备的CuInS2纳米晶体其禁带宽度与理论值非常接近。同时也满足太阳能电池材料的*禁带宽度(1.45eV)。

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