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水熱法合成制備CuInS2納米材料
水熱法合成制備CuInS2納米材料
CuInS2作為太陽電池的光吸收層引起了科學(xué)家與企業(yè)廣泛關(guān)注，其優(yōu)勢是原材料損耗小，對溫度的變化不敏感、性能穩(wěn)定、吸收系數(shù)高達(dá)105cm-1，“經(jīng)過理論預(yù)測，CuInS2類太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率在28%-32%，它是zui有希望實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的薄膜型太陽能電池材料。”
目前存在好多制備CuInS2方法，比如磁控濺射法、真空蒸鍍法、電沉積法、水熱法等。其中溶劑熱法因其工藝簡單，成本低，污染小等優(yōu)勢逐漸成為研究熱點(diǎn)。近年來，大多數(shù)研究機(jī)構(gòu)以乙二醇作溶劑成功制備了性能較好的CuInS2納米晶體，但晶體團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重。
以CuCl2•2H2O為銅源，InCl3•4H2O為銦源、DMF、乙二醇、丙三醇、DMF和乙二醇的等體積混合為溶劑，用北京吉泰遠(yuǎn)成科技有限公司*的水熱合成反應(yīng)釜，在190℃下反應(yīng)12h合成CuInS2納米晶體。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，不同反應(yīng)介質(zhì)對納米晶體原子配比、晶體物相結(jié)構(gòu)、表面形貌、光吸收性能均有影響，同時(shí)PH值對CuInS2納米晶體物相結(jié)構(gòu)和光吸收性能也有影響。
1.不同反應(yīng)溶劑合成的CuInS2納米晶體物相結(jié)構(gòu)不同，有的晶粒細(xì)，純度較高，有的則不然。
2.CuInS2納米晶體原子配比，是影響其電學(xué)性質(zhì)的主要因素，CuInS2納米晶體的元素組成偏離化學(xué)計(jì)量比時(shí)會(huì)產(chǎn)生點(diǎn)缺陷，但是CuInS2納米晶體具有本征自摻雜特性，不需要其他元素的摻雜，只需通過調(diào)整元素的組成比就可以獲得不同的導(dǎo)電類型材料。此外，即使組成嚴(yán)重偏離1:1:2，CuInS2納米晶體仍具有黃銅礦結(jié)構(gòu)，其物理、化學(xué)性質(zhì)不會(huì)發(fā)生太大改變。所以反應(yīng)介質(zhì)對CuInS2納米晶體原子配比沒有影響。
3.CuInS2納米晶體的表面形貌也受反應(yīng)介質(zhì)的影響，不同的溶劑中制備出的晶體團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重程度是不同的。
4.水熱合成反應(yīng)釜中使用不同反應(yīng)溶劑對合成CuInS2納米晶體光吸收性能有影響，選用DMF、乙二醇、丙三醇、DMF與乙二醇等體積混合作溶劑制備的CuInS2納米晶體在可見光區(qū)均有很好的吸收，部分紫外區(qū)也有光吸收現(xiàn)象，但因雜質(zhì)影響，導(dǎo)致形狀各異。
5.PH值越低所制得的納米晶體尺寸越小；隨著反應(yīng)體系PH值的下降，在強(qiáng)酸體系下制備的CuInS2納米晶體逐漸由團(tuán)聚的微球變?yōu)檩^為清晰的納米片組成的微球；不同PH值對合成納米晶體原子配比無影響，原子配比沒有明顯的偏離。
6.在強(qiáng)酸體系中制備的CuInS2納米晶體其禁帶寬度與理論值非常接近。同時(shí)也滿足太陽能電池材料的*禁帶寬度（1.45eV）。