一种高温液相合成Cu₂S八面体纳米晶的方法

专利名称：一种高温液相合成Cu₂S八面体纳米晶的方法
技术领域：
本发明属于太阳能光伏电池材料的制备领域，特别涉及一种高温液相合成Cu2S八 面体纳米晶的方法。
背景技术：
在人类社会可持续发展进程中，能源危机与环境保护是当今两大亟待解决的问 题，改变现有能源结构、发展可持续发展的绿色能源成为了各国研究的重点。在各国政府的 大力扶持和相关鼓励政策的刺激和推动下，太阳能光伏产业得到了迅猛发展，光伏组件的 成本不断降低，应用领域迅速扩大。当前太阳能电池主要分为娃系(单晶硅、多晶硅和非晶硅薄膜)太阳能电池、化 合物半导体(Cu2ZnSnS4、CuInSe2, Cu (In, Ga)Se2, CdTe, GaAs 和 InP)薄膜太阳能电池、有 机太阳能电池和染料敏化纳米晶太阳能电池等。但是这些都还存在一些问题，如有机太阳 能电池的寿命问题、染料敏化电池的漏液、Cd元素的毒性、As和h的价格、以及多元化合物 合成的复杂性等。因此需要开发新的太阳能电池吸收层材料。Cu2S是一种重要的半导体材料和很好的光电材料，禁带宽度为1. 2eV,也是少数 几种易于实现量子尺寸效应的半导体硫化物之一，广泛应用于生物荧光标记、荧光传感器、 催化剂以及太阳能电池等领域。其带宽和太阳能电池最佳带宽1. 5eV非常接近，因此受到 国内外广大光伏科研者的极大兴趣。目前制备Cu2S的吸收层材料的方法主要有喷涂法、蒸 发法等，其中喷涂法对设备要求较高，价格昂贵；蒸发法合成的薄膜材料，成分比较难控制。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高温液相合成Cu2S八面体纳米晶的方法， 该方法工艺简化，对设备要求低，无环境污染，本发明的Cu2S八面体纳米晶，用于太阳能光 伏电池。本发明一种高温液相合成Cu2S八面体纳米晶的方法，包括量取高沸点有机溶剂加入三角烧瓶中，氮气保护，磁力搅拌下缓慢升温至120°C 并恒温20-40min，以除去水和溶解的氧，然后升温到200-360°C，再加入0. 02-lmol/L 二乙 基二硫代氨基甲酸铜前躯体的有机胺溶液(市售)，其与所述高沸点有机溶剂的体积比为 1 4-2.5 1，溶液立即变为黑色，；反应2-60min后，自然冷却至室温，得黑色Cu2S沉淀， 用乙醇洗涤，离心分离，即得到Cu2S纳米晶。上述方法中所述的高沸点有机溶剂为油胺、油酸、十八烯中的一种或几种；本发明中以二乙基二硫代氨基甲酸铜的含硫前驱体为金属和硫源，采用高温液相 合成Cu2SA面体纳米晶。有益效果(1)本发明的方法工艺简化，所需原材料价格低廉，对设备要求低。(2)本发明所使用的各种溶剂均对环境友好，无高毒性物质产生，可用于大规模生产。(3)本发明在高沸点有机物中，注入二乙基二硫代氨基甲酸铜前驱体，高温液相合 成Cu2S八面体纳米晶；本发明的Cu2S八面体纳米晶，可制成“纳米晶墨水”，可用于制备Cu2S 太阳能吸收层材料。


图1.是本发明中制备的Cu2S八面体纳米晶的TEM图片。图2.是本发明中制备的Cu2S八面体纳米晶的XRD图谱，线状图为制备的Cu2S的 XRD图谱，柱状图为立方相Cu2S的XRD标准图谱(JCPDS卡片号码53-0522)。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。实施例1量取IOmL油胺放入圆底烧瓶中，氮气保护，磁力搅拌下缓慢升温至120°C，并在 120°C稳定20min，除去水和溶解的氧，然后升温到200°C，向其中注入含0. 05mol/L 二乙基 二硫代氨基甲酸铜前躯体的油胺溶液5mL，溶液立即变为黑色；反应30min后，自然冷却至 室温，将所得的黑色Cu2S沉淀用乙醇洗涤，离心分离，即得到Cu2S纳米晶。实施例2量取15mL油酸放入圆底烧瓶中，氮气保护，磁力搅拌下缓慢升温至120°C，并在 120°C稳定半个小时，除去水和溶解的氧，然后升温到^0°C，向其中注入0. lmol/L 二乙基 二硫代氨基甲酸铜前躯体的有机胺溶液10mL，溶液立即变为黑色；反应aiiin后，自然冷却 至室温，将所得的黑色Cu2S沉淀用过量的乙醇洗涤，离心分离，即得到Cu2S纳米晶。实施例3量取20mL十八烯放入圆底烧瓶中，磁力搅拌下缓慢升温至120°C，氮气保护，并在 120°C稳定40min，除去水和溶解的氧，然后升温到320°C，向其中注入含0. 15mol/L 二乙基 二硫代氨基甲酸铜前躯体的油胺溶液10mL，溶液立即变为黑色；反应60min后，自然冷却至 室温，将所得的黑色Cu2S沉淀用过量的乙醇洗涤，离心分离，即得到Cu2S纳米晶。实施例4量取15mL油胺放入圆底烧瓶中，磁力搅拌下缓慢升温至120°C，氮气保护，并在 120°C稳定半个小时，除去水和溶解的氧，然后升温到360°C，向其中注入含0. anol/L 二乙 基二硫代氨基甲酸铜前躯体的油胺溶液15mL，溶液立即变为黑色；反应20min后，自然冷却 至室温，将所得的黑色Cu2S沉淀用过量的乙醇洗涤，离心分离，即得到Cu2S纳米晶。实施例5量取油酸5mL，油胺5mL，十八烯5mL放入圆底烧瓶中，磁力搅拌下缓慢升温至 120°C，氮气保护，并在120°C稳定半个小时，除去水和溶解的氧，然后升温到320°C，向其中 注入含1. Omol/L 二乙基二硫代氨基甲酸铜前躯体的油胺溶液25mL，溶液立即变为黑色，反应IOmin后，自然冷却至室温，将所得的黑色Cu2S沉淀用过量的乙醇洗涤，离心分离，即得 到01#纳米晶。
权利要求
1.一种液相合成Cu2S八面体纳米晶的方法，包括量取有机溶剂加入三角烧瓶中，氮气保护，磁力搅拌下缓慢升温至120°C并恒温 20-40min，然后升温到200-360°C，再加入与所述有机溶剂的体积比为1 4-2.5 1，浓度 为0. 02-lmol/L 二乙基二硫代氨基甲酸铜前躯体的有机胺溶液，反应2-60min后，自然冷却 至室温，得黑色Cu2S沉淀，用乙醇洗涤，离心分离，即得到Cu2S纳米晶。
2.根据权利要求1所述的一种液相合成Cu2S八面体纳米晶的方法，其特征在于该方 法中所述的有机溶剂为油胺、油酸、十八烯中的一种或几种。
全文摘要
本发明涉及一种高温液相合成Cu2S八面体纳米晶的方法，包括将高沸点有机溶剂，氮气保护下，缓慢升温至120摄氏度并恒温半小时，随后升温至前躯体的分解温度，待温度稳定后，注入二乙基二硫代氨基甲酸铜前驱体的有机胺溶液，反应结束后，离心即可得到Cu2S。本发明的方法操作比较简单，对设备要求低，使用的各种溶剂均对环境友好，无高毒性物质产生；产物可制成“纳米晶墨水”，容易规模化。
文档编号C01G3/12GK102126743SQ20111009154
公开日2011年7月20日 申请日期2011年4月12日 优先权日2011年4月12日
发明者唐明华, 宋琳琳, 田启威, 胡俊青, 胡向华, 蒋扉然, 陈志钢 申请人:东华大学