專利名稱：一種低溫機(jī)械合金化制備CZTS(Se)系納米粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低溫機(jī)械合金化制備CZTS(Se)系納米粉體的方法，所制得的CZTS(Se)系納米粉體可用于制備CZTS(Se)塊體材料、薄膜材料和與之相關(guān)的太陽電池吸收層、光電感應(yīng)器件等半導(dǎo)體材料。
背景技術(shù)：
CZTS(Se)系納米粉體可以用于制備CZTS(Se)塊體材料或薄膜太陽能電池吸收層。通常情況下，上述材料需要通過溶劑熱合成法以鹽類為原料經(jīng)化學(xué)合成才能獲得，且合成條件較為苛刻，這種反應(yīng)速率慢且步驟冗繁，在化學(xué)合成過程中容易引進(jìn)雜質(zhì)，產(chǎn)品的產(chǎn)率不高，因此并不適用于工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種低溫機(jī)械合金化制備CZTS(Se)系納米粉體的方法。以單質(zhì)金屬粉和單質(zhì)非金屬粉為原料，加入過程控制劑，控制球料比、球磨轉(zhuǎn)速和球磨時間，低溫機(jī)械合金化制備CZTS(Se)系納米粉體材料。具體步驟如下(I)按摩爾比I. 6 2. 4 I I 4 6稱取單質(zhì)Cu粉、單質(zhì)Zn粉、單質(zhì)Sn粉和單質(zhì)非金屬粉作為原料，稱取磨球作為機(jī)械合金化過程所用研磨介質(zhì)，磨球與原料的質(zhì)量比為20 60 1，量取體積為磨罐容積O. 05 O. 2倍的過程控制劑；(2)將步驟(I)稱量的原料、磨球和過程控制劑一起加入磨罐中，通入氬氣作保護(hù)氣，密封磨罐，將磨罐轉(zhuǎn)移至行星球磨機(jī)中，設(shè)定轉(zhuǎn)速為200 600轉(zhuǎn)/分鐘，球磨5 72小時；(3)將步驟(2)所得產(chǎn)物用蒸餾水和無水乙醇離心洗滌3 4次，將離心洗滌后的產(chǎn)物在真空干燥箱內(nèi)70 90°C下真空干燥7 9小時獲得目標(biāo)粉體材料；所述單質(zhì)非金屬粉為S粉和Se粉中的一種或兩種，S粉和Se粉可以任意比例互換；所述過程控制劑是醇類和胺類的混合液，醇類和胺類的體積比為I 20 I ;所述醇類為無水乙醇、乙二醇、正丁醇、異丁醇、異戊醇、叔戊醇和丙三醇中的一種，所述胺類為乙二胺、異丁胺、二異丙胺、己二胺和三乙胺中的一種；所述原料和化學(xué)試劑純度均為分析純以上純度。與常見的溶劑熱合成CZTS(Se)系納米粉體材料工藝不同，本發(fā)明采用低溫機(jī)械合金化方法制備目標(biāo)粉體，具有以下優(yōu)點(I)采用單質(zhì)粉為原料，反應(yīng)原料易得，制備成本低，反應(yīng)過程沒有副產(chǎn)物，最大程度上避免了雜質(zhì)的引入，同時也有利于合成過程中對產(chǎn)物化學(xué)計量比的精確控制；(2)實現(xiàn)低溫合成CZTS(Se)系納米粉體材料，降低了反應(yīng)能耗的同時，可以避免產(chǎn)物因高溫團(tuán)聚和長大，從而有利于對產(chǎn)物的形貌控制，所制備的粉體粒徑小且分布窄，活性高；(3)工藝簡單，操作簡便，產(chǎn)率高，適用于工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)。


圖I為本發(fā)明制備CZTS(Se)系納米粉體的工藝流程圖。圖2為本發(fā)明實施例I制備的Cu2ZnSnS4粉體的XRD衍射圖譜。圖3為本發(fā)明實施例I制備的Cu2ZnSnS4粉體的SEM形貌圖。圖4為本發(fā)明實施例2制備的Cu2ZnSnS2Se2粉體的XRD衍射圖譜。圖5為本發(fā)明實施例2制備的Cu2ZnSnS2Se2粉體的SEM形貌圖。
具體實施例方式實施例I (Cu2ZnSnS4)(I)以單質(zhì)Cu粉、Zn粉、Sn粉、S粉為原料，按摩爾比2 I I 4稱取2. 56克Cu粉，I. 3克Zn粉，2. 37克Sn粉、2. 56克S粉，按照磨球與所稱量原料的質(zhì)量比為60 I稱取527克磨球，用量筒量取25mL過程控制劑(20mL無水乙醇+5mL分析純乙二胺)；(2)將步驟(I)稱量的原料、磨球和過程控制劑一起加入容積為500mL的磨罐中，通入氬氣作保護(hù)氣，密封磨罐，將磨罐轉(zhuǎn)移至行星球磨機(jī)中，設(shè)定轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時間為72小時；(3)將步驟(2)所得產(chǎn)物用蒸餾水和無水乙醇離心洗滌3次，將離心洗滌后的產(chǎn)物在真空干燥箱內(nèi)80°C下真空干燥8小時得目標(biāo)粉體，經(jīng)XRD分析為Cu2ZnSnS4。所述原料和化學(xué)試劑純度均為分析純以上純度。實施例2 (Cu2ZnSnS2Se2)(I)以單質(zhì)Cu粉、Zn粉、Sn粉、S粉、Se粉為原料，按摩爾比2 :1:1:2:2稱取2. 56克Cu粉，I. 3克Zn粉，2. 37克Sn粉，I. 28克S粉，3. 158克Se粉，按照磨球與所稱量原料的質(zhì)量比為20 I稱取214克磨球，用量筒量取IOOmL過程控制劑(75mL無水乙醇+25mL分析純乙二胺)；
(2)將步驟(I)稱量的原料、磨球和過程控制劑一起加入容積為500mL的磨罐中，通入氬氣作保護(hù)氣，密封磨罐，將磨罐轉(zhuǎn)移至行星球磨機(jī)中，設(shè)定轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時間為12小時；(3)將步驟(2)所得產(chǎn)物用蒸餾水和無水乙醇離心洗滌3次，將離心洗滌后的產(chǎn)物在真空干燥箱內(nèi)80°C下真空干燥8小時得目標(biāo)粉體，經(jīng)XRD分析為Cu2ZnSnS2Se2。所述原料和化學(xué)試劑純度均為分析純以上純度。
權(quán)利要求
1.一種低溫機(jī)械合金化制備CZTS (Se)系納米粉體的方法，其特征在于具體步驟如下 (1)按摩爾比I.6 2. 4 I I 4 6稱取單質(zhì)Cu粉、單質(zhì)Zn粉、單質(zhì)Sn粉和單質(zhì)非金屬粉作為原料，稱取磨球作為機(jī)械合金化過程所用研磨介質(zhì)，磨球與原料的質(zhì)量比為20 60 1，量取體積為磨罐容積O. 05 O. 2倍的過程控制劑； (2)將步驟(I)稱量的原料、磨球和過程控制劑一起加入磨罐中，通入氬氣作保護(hù)氣，密封磨罐，將磨罐轉(zhuǎn)移至行星球磨機(jī)中，設(shè)定轉(zhuǎn)速為200 600轉(zhuǎn)/分鐘，球磨5 72小時； (3)將步驟(2)所得產(chǎn)物用蒸餾水和無水乙醇離心洗滌3 4次，將離心洗滌后的產(chǎn)物在真空干燥箱內(nèi)70 90°C下真空干燥7 9小時獲得目標(biāo)粉體材料；所述原料和化學(xué)試劑純度均為分析純以上純度。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述單質(zhì)非金屬粉為S粉和Se粉中的一種或兩種，S粉和Se粉可以任意比例互換。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述過程控制劑是醇類和胺類的混合液，醇類和胺類的體積比為I 20 I ;所述醇類為無水乙醇、乙二醇、正丁醇、異丁醇、異戊醇、叔戊醇和丙三醇中的一種，所述胺類為乙二胺、異丁胺、二異丙胺、己二胺和三乙胺中的一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低溫機(jī)械合金化制備CZTS(Se)系納米粉體的方法。將單質(zhì)Cu粉、Zn粉、Sn粉和S(Se)粉按一定摩爾比加入球磨罐中，以醇類和胺類混合液為過程控制劑，按照額定的球料比、設(shè)定轉(zhuǎn)速和球磨時間進(jìn)行球磨，球磨產(chǎn)物經(jīng)離心洗滌烘干即可得到目標(biāo)產(chǎn)物。所述原料中，單質(zhì)硫粉和硒粉可以任意摩爾比互換；所述過程控制劑是體積比為1～20∶1的醇類和胺類混合液，所述醇類為乙醇、乙二醇、正丁醇、異丁醇、異戊醇、叔戊醇和丙三醇中的一種，所述胺類為乙二胺、異丁胺、二異丙胺、己二胺和三乙胺中的一種。本發(fā)明具有原料易得，產(chǎn)物純，能耗低，產(chǎn)物形貌易控制和工藝簡單等優(yōu)點，適宜工業(yè)生產(chǎn)。
文檔編號B82Y40/00GK102642818SQ20121013754
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月3日
發(fā)明者池上森, 莫淑一, 鄒正光, 鄭國源, 龍飛 申請人:桂林理工大學(xué)