專利名稱：一種CuInSe₂納米粒子的形貌與尺寸可控制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及CuInSe2納米粒子,具體涉及ー種CuInSe2納米粒子的形貌與尺寸可控制備方法。
背景技術(shù)：
銅銦硒太陽能電池因具有高吸光常數(shù)、高轉(zhuǎn)化效率、低廉造價(jià)和豐富的原材料來源被認(rèn)為是未來最有前途和最有市場競爭力的ー類太陽能電池。在銅銦硒太陽能電池復(fù)雜的結(jié)構(gòu)中，硒化銅銦(CuInSe2)薄膜層是電池的核心材料。傳統(tǒng)制備CuInSe2薄膜層的方法主要有共蒸發(fā)法、濺射法、激光誘導(dǎo)合成法、硒化金屬預(yù)制層法等，這些方法大多需要昂貴的設(shè)備，并且CuInSe2薄膜層的化學(xué)成分難以控制，甚至還需使用毒性試劑H2Se。因此，尋求一條安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、高效的エ藝制備CuInSe2薄膜層是實(shí)現(xiàn)銅銦硒太陽能電池商業(yè)化過程中遇到的難題。首先制備出高純度的CuInSe2納米粒子,再將CuInSe2納米粒子分散到合適的有機(jī)溶劑中，形成“墨水”，然后通過大面積的噴涂來制備CuInSe2薄膜層，這是最近被證明解決以上難題的一條行之有效的途徑。半導(dǎo)體CuInSe2的能帶帶隙與CuInSe2納米粒子的尺寸和形貌有著極為密切的關(guān)系。在目前已知的有關(guān)CuInSe2納米粒子的制備中，還沒有文獻(xiàn)報(bào)道僅通過ー種方法就可以對(duì)CuInSe2納米粒子的尺寸和形貌進(jìn)行調(diào)控,尤其是三角形CuInSe2納米粒子這種獨(dú)特的形貌，至今還未見任何文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是 提供ー種CuInSe2納米粒子的形貌與尺寸可控制備方法。本發(fā)明的發(fā)明思路是，通過ー種簡易的高溫液相法來制備半導(dǎo)體CuInSe2納米粒子，通過控制初始反應(yīng)物濃度、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、添料方式等エ藝條件，可以選擇性地合成出具有不同尺寸和形貌的CuInSe2納米粒子。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
ー種CuInSe2納米粒子的形貌與尺寸可控制備方法，包括以下步驟
(1)將三氯化銦和氯化亞銅溶于油胺溶劑中，加熱并攪拌，配制得到三氯化銦、氯化亞銅的油胺溶液；
(2)將單質(zhì)硒粉加入油胺溶液中，攪拌并加熱升溫，使單質(zhì)硒粉溶解；
(3)將步驟(I)所得到的溶液注射入步驟(2)所得到的溶液中，升溫至19(T290°C，反應(yīng)10 240 min ；
(4)反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物清洗、離心收集，即可得到高純度、具有不同尺寸和形貌的CuInSe2納米粒子。進(jìn)ー步地，所述的步驟(I)與步驟(2)中油胺的體積比為1:6，三氯化銦加入量為
0.1^2 mmol/5mL,三氯化銦、氯化亞銅、單質(zhì)硒粉的摩爾比為1:1:2。
本發(fā)明采用一種簡易的制備方法，選擇性地制備出具有不同尺寸和形貌的CuInSe2納米粒子，采用高溫液相法，以三氯化銦為銦源、氯化亞銅為銅源、單質(zhì)硒粉為硒源、油胺為溶劑、在無表面活性劑輔助下，通過控制初始反應(yīng)物濃度、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、添料方式等エ藝條件，可以選擇性地合成出具有不同尺寸和形貌的CuInSe2納米粒子，制備得到的CuInSe2納米粒子，尺寸和形貌可控，選擇性高、重復(fù)性好，可應(yīng)用于銅銦硒太陽能電池領(lǐng)域。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過控制反應(yīng)條件，一歩就可以選擇性地合成出具有不同尺寸和形貌的CuInSe2納米粒子,尤其是第一次制備出三角形這種獨(dú)特形貌的CuInSe2納米粒子；整個(gè)合成過程成本低、環(huán)境友好、制備エ藝簡單，易于大規(guī)模生產(chǎn)；產(chǎn)物尺寸和形貌可控、重復(fù)性好。


圖1是實(shí)施例1得到的CuInSe2納米粒子的掃描電子顯微鏡(SEM)照片；
圖2是實(shí)施例2得到的CuInSe2納米粒子的掃描電子顯微鏡(SEM)照片；
圖3是實(shí)施例3得到的CuInSe2納米粒子的透射電子顯微鏡(TEM)照片；
圖4是實(shí)施例3得到的CuInSe2納米粒子的X-射線衍射(XRD) 圖5是實(shí)施例4得到的CuInSe2納米粒子的透射電子顯微鏡(TEM)照片；
圖6是實(shí)施例5得到的CuInSe2納米粒子的透射電子顯微鏡(TEM)照片。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
ー種CuInSe2納米粒子的形貌與尺寸可控制備方法，包括以下步驟
(1)將1.5 mmol三氯化銦和1. 5 mmol氯化亞銅加入到5 mL油胺中，加熱并攪拌,使三氯化銦和氯化亞銅溶解，配制得到三氯化銦、氯化亞銅的油胺溶液；
(2)將3mmol單質(zhì)硒粉加入至30 mL油胺中，攪拌并加熱升溫，使單質(zhì)硒粉溶解；
(3)將步驟(I)所得到的溶液注射入步驟(2)所得到的溶液中；
(4)將步驟(3)所得到的溶液升溫至260°C之后，反應(yīng)60min ；
(5)反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物清洗、離心收集，即可得到CuInSe2納米粒子；
(6)將樣品進(jìn)行形貌表征，掃描電子顯微鏡觀測表明所得產(chǎn)物為CuInSe2納米粒子多面體，平均尺寸為200 nm (見圖1)。實(shí)施例2
ー種CuInSe2納米粒子的形貌與尺寸可控制備方法，包括以下步驟
(1)將0.5mmol三氯化銦和0.5 mmol氯化亞銅加入到5 mL油胺中，加熱并攪拌，使三氯化銦和氯化亞銅溶解，配制得到三氯化銦、氯化亞銅的油胺溶液；
(2)將Immol單質(zhì)硒粉加入至30 mL油胺中，攪拌并加熱升溫，使單質(zhì)硒粉溶解；
(3)將步驟(I)所得到的溶液注射入步驟(2)所得到的溶液中；
(4)將步驟(3)所得到的溶液升溫至245°C之后，反應(yīng)180min ；
(5)反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物清洗、離心收集，即可得到CuInSe2納米粒子；
(6)將樣品進(jìn)行形貌表征，掃描電子顯微鏡觀測表明所得產(chǎn)物為CuInSe2納米粒子，平均尺寸為100 nm (見圖2)。實(shí)施例3
ー種CuInSe2納米粒子的形貌與尺寸可控制備方法，包括以下步驟
(1)將0.25 mmol三氯化銦和0. 25 mmol氯化亞銅加入到5 mL油胺中，加熱并攪拌，使三氯化銦和氯化亞銅溶解，配制得到三氯化銦、氯化亞銅的油胺溶液；
(2)將0.5mmol單質(zhì)硒粉加入至30 mL油胺中，攪拌并升溫至200°C以上，使單質(zhì)硒粉溶解；
(3)將步驟(I)所得到的溶液注射入步驟(2)所得到的溶液中，降溫至70°C；
(4)將步驟(3)所得到的溶液再快速升溫至230°C之后，反應(yīng)60min ；
(5)反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物清洗、離心收集，即可得到CuInSe2納米粒子；
(6)將樣品進(jìn)行形貌和相態(tài)表征，透射電子顯微鏡觀測表明所得產(chǎn)物為CuInSe2納米粒子，具有單分散性，無團(tuán)聚，平均尺寸為20 nm (見圖3) ；XRD圖譜表明該CuInSe2納米粒子具有四方黃銅礦結(jié)構(gòu)(見圖4)。實(shí)施例4
ー種CuInSe2納米粒子的形貌與尺寸可控制備方法，包括以下步驟
(1)將0.25 mmol 三氯化銦和0. 25 mmol氯化亞銅加入到5 mL油胺中，加熱并攪拌，使三氯化銦和氯化亞銅溶解，配制得到三氯化銦、氯化亞銅的油胺溶液；
(2)將0.5mmol單質(zhì)硒粉加入至30 mL油胺中，攪拌并升溫至200°C以上，使單質(zhì)硒粉溶解；
(3)將步驟(I)所得到的溶液注射入步驟(2)所得到的溶液中，降溫至70°C；
(4)將步驟(3)所得到的溶液再快速升溫至200°C之后，反應(yīng)60min ；
(5)反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物清洗、離心收集，即可得到CuInSe2納米粒子；
(6)將樣品進(jìn)行形貌表征，透射電子顯微鏡觀測表明所得產(chǎn)物為三角形的CuInSe2納米粒子，具有單分散性，無團(tuán)聚，三角形的CuInSe2納米粒子的邊長為18. 6±0. 7 nm(見圖5)。實(shí)施例5
ー種CuInSe2納米粒子的形貌與尺寸可控制備方法，包括以下步驟
(1)將0.25 mmol三氯化銦和0. 25 mmol氯化亞銅加入到5 mL油胺中，加熱并攪拌，使三氯化銦和氯化亞銅溶解，配制得到三氯化銦、氯化亞銅的油胺溶液；
(2)將0.5mmol單質(zhì)硒粉加入至30 mL油胺中，攪拌并升溫至200°C以上，使單質(zhì)硒粉溶解；
(3)將步驟(I)所得到的溶液注射入步驟(2)所得到的溶液中，降溫至70°C；
(4)將步驟(3)所得到的溶液再快速升溫至200°C之后，反應(yīng)20min ；
(5)反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物清洗、離心收集，即可得到CuInSe2納米粒子；
(6)將樣品進(jìn)行形貌表征，透射電子顯微鏡觀測表明所得產(chǎn)物為CuInSe2納米粒子，具有單分散性，無團(tuán)聚，CuInSe2納米粒子的平均尺寸為10 nm (見圖6)。實(shí)施例6
ー種CuInSe2納米粒子的形貌與尺寸可控制備方法，包括以下步驟
(I)將2 mmol三氯化銦和2 mmol氯化亞銅加入到5 mL油胺中，加熱并攪拌,使三氯化銦和氯化亞銅溶解，配制得到三氯化銦、氯化亞銅的油胺溶液；(2)將4mmol單質(zhì)硒粉加入至30 mL油胺中，攪拌并升溫至200°C以上，使單質(zhì)硒粉溶
解；
(3)將步驟(I)所得到的溶液注射入步驟(2)所得到的溶液中，降溫至70°C；
(4)將步驟(3)所得到的溶液再快速升溫至290°C之后，反應(yīng)10min ；
(5)反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物清洗、離心收集，即可得到CuInSe2納米粒子。 實(shí)施例7
ー種CuInSe2納米粒子的形貌與尺寸可控制備方法，包括以下步驟
(1)將Immol三氯化銦和I mmol氯化亞銅加入到5 mL油胺中，加熱并攪拌,使三氯化銦和氯化亞銅溶解，配制得到三氯化銦、氯化亞銅的油胺溶液；
(2)將2mmol單質(zhì)硒粉加入至30 mL油胺中，攪拌并升溫至200°C以上，使單質(zhì)硒粉溶
解；
(3)將步驟(I)所得到的溶液注射入步驟(2)所得到的溶液中，降溫至70°C；
(4)將步驟(3)所得到 的溶液再快速升溫至190°C之后，反應(yīng)240min ；
(5)反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物清洗、離心收集，即可得到CuInSe2納米粒子。
權(quán)利要求
1.一種CuInSe2納米粒子的形貌與尺寸可控制備方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)將三氯化銦和氯化亞銅溶于油胺溶劑中，加熱并攪拌，配制得到三氯化銦、氯化亞銅的油胺溶液； (2)將單質(zhì)硒粉加入油胺溶液中，攪拌并加熱升溫，使單質(zhì)硒粉溶解； (3)將步驟(I)所得到的溶液注射入步驟(2)所得到的溶液中，升溫至19(T290°C，反應(yīng)10 240 min ； (4)反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物清洗、離心收集，即可得到高純度、具有不同尺寸和形貌的CuInSe2納米粒子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CuInSe2納米粒子的形貌與尺寸可控制備方法，其特征在于，所述的步驟(I)與步驟(2)中油胺的體積比為1:6，三氯化銦加入量為O. l 2mmol/5mL,三氯化銦、氯化亞銅、單質(zhì)硒粉的摩爾比為1:1:2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種CuInSe2納米粒子的形貌與尺寸可控制備方法，涉及CuInSe2納米粒子。包括以下步驟將三氯化銦和氯化亞銅溶于油胺溶劑中，加熱并攪拌，配制得到三氯化銦、氯化亞銅的油胺溶液；將單質(zhì)硒粉加入油胺溶液中，攪拌并加熱升溫，使單質(zhì)硒粉溶解；將步驟(1)所得到的溶液注射入步驟(2)所得到的溶液中，升溫至190~290℃，反應(yīng)10~240min；反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物清洗、離心收集，即得。本發(fā)明一步就可以選擇性地合成出具有不同尺寸和形貌的CuInSe2納米粒子，成本低，環(huán)境友好，易于大規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)物尺寸和形貌可控、重復(fù)性好。
文檔編號(hào)B82Y30/00GK103030118SQ201210573730
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者陳慧玉, 徐春菊, 劉亞青, 趙貴哲, 柳學(xué)義 申請(qǐng)人:中北大學(xué)