专利名称：一种CuInSe<sub>2</sub>纳米粒子的形貌与尺寸可控制备方法
技术领域：
本发明涉及CuInSe2纳米粒子,具体涉及ー种CuInSe2纳米粒子的形貌与尺寸可控制备方法。
背景技术：
铜铟硒太阳能电池因具有高吸光常数、高转化效率、低廉造价和丰富的原材料来源被认为是未来最有前途和最有市场竞争力的ー类太阳能电池。在铜铟硒太阳能电池复杂的结构中，硒化铜铟(CuInSe2)薄膜层是电池的核心材料。传统制备CuInSe2薄膜层的方法主要有共蒸发法、溅射法、激光诱导合成法、硒化金属预制层法等，这些方法大多需要昂贵的设备，并且CuInSe2薄膜层的化学成分难以控制，甚至还需使用毒性试剂H2Se。因此，寻求一条安全、环保、经济、高效的エ艺制备CuInSe2薄膜层是实现铜铟硒太阳能电池商业化过程中遇到的难题。首先制备出高纯度的CuInSe2纳米粒子,再将CuInSe2纳米粒子分散到合适的有机溶剂中，形成“墨水”，然后通过大面积的喷涂来制备CuInSe2薄膜层，这是最近被证明解决以上难题的一条行之有效的途径。半导体CuInSe2的能带带隙与CuInSe2纳米粒子的尺寸和形貌有着极为密切的关系。在目前已知的有关CuInSe2纳米粒子的制备中，还没有文献报道仅通过ー种方法就可以对CuInSe2纳米粒子的尺寸和形貌进行调控,尤其是三角形CuInSe2纳米粒子这种独特的形貌，至今还未见任何文献报道。
发明内容
本发明的目的是 提供ー种CuInSe2纳米粒子的形貌与尺寸可控制备方法。本发明的发明思路是，通过ー种简易的高温液相法来制备半导体CuInSe2纳米粒子，通过控制初始反应物浓度、反应时间、反应温度、添料方式等エ艺条件，可以选择性地合成出具有不同尺寸和形貌的CuInSe2纳米粒子。本发明是通过以下技术方案实现的
ー种CuInSe2纳米粒子的形貌与尺寸可控制备方法，包括以下步骤
(1)将三氯化铟和氯化亚铜溶于油胺溶剂中，加热并搅拌，配制得到三氯化铟、氯化亚铜的油胺溶液；
(2)将单质硒粉加入油胺溶液中，搅拌并加热升温，使单质硒粉溶解；
(3)将步骤(I)所得到的溶液注射入步骤(2)所得到的溶液中，升温至19(T290°C，反应10 240 min ；
(4)反应结束后，将产物清洗、离心收集，即可得到高纯度、具有不同尺寸和形貌的CuInSe2纳米粒子。进ー步地，所述的步骤(I)与步骤(2)中油胺的体积比为1:6，三氯化铟加入量为
0.1^2 mmol/5mL,三氯化铟、氯化亚铜、单质硒粉的摩尔比为1:1:2。
本发明采用一种简易的制备方法，选择性地制备出具有不同尺寸和形貌的CuInSe2纳米粒子，采用高温液相法，以三氯化铟为铟源、氯化亚铜为铜源、单质硒粉为硒源、油胺为溶剂、在无表面活性剂辅助下，通过控制初始反应物浓度、反应时间、反应温度、添料方式等エ艺条件，可以选择性地合成出具有不同尺寸和形貌的CuInSe2纳米粒子，制备得到的CuInSe2纳米粒子，尺寸和形貌可控，选择性高、重复性好，可应用于铜铟硒太阳能电池领域。与现有技术相比，本发明通过控制反应条件，一歩就可以选择性地合成出具有不同尺寸和形貌的CuInSe2纳米粒子,尤其是第一次制备出三角形这种独特形貌的CuInSe2纳米粒子；整个合成过程成本低、环境友好、制备エ艺简单，易于大规模生产；产物尺寸和形貌可控、重复性好。
图1是实施例1得到的CuInSe2纳米粒子的扫描电子显微镜(SEM)照片；
图2是实施例2得到的CuInSe2纳米粒子的扫描电子显微镜(SEM)照片；
图3是实施例3得到的CuInSe2纳米粒子的透射电子显微镜(TEM)照片；
图4是实施例3得到的CuInSe2纳米粒子的X-射线衍射(XRD) 图5是实施例4得到的CuInSe2纳米粒子的透射电子显微镜(TEM)照片；
图6是实施例5得到的CuInSe2纳米粒子的透射电子显微镜(TEM)照片。
具体实施例方式实施例1
ー种CuInSe2纳米粒子的形貌与尺寸可控制备方法，包括以下步骤
(1)将1.5 mmol三氯化铟和1. 5 mmol氯化亚铜加入到5 mL油胺中，加热并搅拌,使三氯化铟和氯化亚铜溶解，配制得到三氯化铟、氯化亚铜的油胺溶液；
(2)将3mmol单质硒粉加入至30 mL油胺中，搅拌并加热升温，使单质硒粉溶解；
(3)将步骤(I)所得到的溶液注射入步骤(2)所得到的溶液中；
(4)将步骤(3)所得到的溶液升温至260°C之后，反应60min ；
(5)反应结束后，将产物清洗、离心收集，即可得到CuInSe2纳米粒子；
(6)将样品进行形貌表征，扫描电子显微镜观测表明所得产物为CuInSe2纳米粒子多面体，平均尺寸为200 nm (见图1)。实施例2
ー种CuInSe2纳米粒子的形貌与尺寸可控制备方法，包括以下步骤
(1)将0.5mmol三氯化铟和0.5 mmol氯化亚铜加入到5 mL油胺中，加热并搅拌，使三氯化铟和氯化亚铜溶解，配制得到三氯化铟、氯化亚铜的油胺溶液；
(2)将Immol单质硒粉加入至30 mL油胺中，搅拌并加热升温，使单质硒粉溶解；
(3)将步骤(I)所得到的溶液注射入步骤(2)所得到的溶液中；
(4)将步骤(3)所得到的溶液升温至245°C之后，反应180min ；
(5)反应结束后，将产物清洗、离心收集，即可得到CuInSe2纳米粒子；
(6)将样品进行形貌表征，扫描电子显微镜观测表明所得产物为CuInSe2纳米粒子，平均尺寸为100 nm (见图2)。实施例3
ー种CuInSe2纳米粒子的形貌与尺寸可控制备方法，包括以下步骤
(1)将0.25 mmol三氯化铟和0. 25 mmol氯化亚铜加入到5 mL油胺中，加热并搅拌，使三氯化铟和氯化亚铜溶解，配制得到三氯化铟、氯化亚铜的油胺溶液；
(2)将0.5mmol单质硒粉加入至30 mL油胺中，搅拌并升温至200°C以上，使单质硒粉溶解；
(3)将步骤(I)所得到的溶液注射入步骤(2)所得到的溶液中，降温至70°C；
(4)将步骤(3)所得到的溶液再快速升温至230°C之后，反应60min ；
(5)反应结束后，将产物清洗、离心收集，即可得到CuInSe2纳米粒子；
(6)将样品进行形貌和相态表征，透射电子显微镜观测表明所得产物为CuInSe2纳米粒子，具有单分散性，无团聚，平均尺寸为20 nm (见图3) ；XRD图谱表明该CuInSe2纳米粒子具有四方黄铜矿结构(见图4)。实施例4
ー种CuInSe2纳米粒子的形貌与尺寸可控制备方法，包括以下步骤
(1)将0.25 mmol 三氯化铟和0. 25 mmol氯化亚铜加入到5 mL油胺中，加热并搅拌，使三氯化铟和氯化亚铜溶解，配制得到三氯化铟、氯化亚铜的油胺溶液；
(2)将0.5mmol单质硒粉加入至30 mL油胺中，搅拌并升温至200°C以上，使单质硒粉溶解；
(3)将步骤(I)所得到的溶液注射入步骤(2)所得到的溶液中，降温至70°C；
(4)将步骤(3)所得到的溶液再快速升温至200°C之后，反应60min ；
(5)反应结束后，将产物清洗、离心收集，即可得到CuInSe2纳米粒子；
(6)将样品进行形貌表征，透射电子显微镜观测表明所得产物为三角形的CuInSe2纳米粒子，具有单分散性，无团聚，三角形的CuInSe2纳米粒子的边长为18. 6±0. 7 nm(见图5)。实施例5
ー种CuInSe2纳米粒子的形貌与尺寸可控制备方法，包括以下步骤
(1)将0.25 mmol三氯化铟和0. 25 mmol氯化亚铜加入到5 mL油胺中，加热并搅拌，使三氯化铟和氯化亚铜溶解，配制得到三氯化铟、氯化亚铜的油胺溶液；
(2)将0.5mmol单质硒粉加入至30 mL油胺中，搅拌并升温至200°C以上，使单质硒粉溶解；
(3)将步骤(I)所得到的溶液注射入步骤(2)所得到的溶液中，降温至70°C；
(4)将步骤(3)所得到的溶液再快速升温至200°C之后，反应20min ；
(5)反应结束后，将产物清洗、离心收集，即可得到CuInSe2纳米粒子；
(6)将样品进行形貌表征，透射电子显微镜观测表明所得产物为CuInSe2纳米粒子，具有单分散性，无团聚，CuInSe2纳米粒子的平均尺寸为10 nm (见图6)。实施例6
ー种CuInSe2纳米粒子的形貌与尺寸可控制备方法，包括以下步骤
(I)将2 mmol三氯化铟和2 mmol氯化亚铜加入到5 mL油胺中，加热并搅拌,使三氯化铟和氯化亚铜溶解，配制得到三氯化铟、氯化亚铜的油胺溶液；(2)将4mmol单质硒粉加入至30 mL油胺中，搅拌并升温至200°C以上，使单质硒粉溶
解；
(3)将步骤(I)所得到的溶液注射入步骤(2)所得到的溶液中，降温至70°C；
(4)将步骤(3)所得到的溶液再快速升温至290°C之后，反应10min ；
(5)反应结束后，将产物清洗、离心收集，即可得到CuInSe2纳米粒子。 实施例7
ー种CuInSe2纳米粒子的形貌与尺寸可控制备方法，包括以下步骤
(1)将Immol三氯化铟和I mmol氯化亚铜加入到5 mL油胺中，加热并搅拌,使三氯化铟和氯化亚铜溶解，配制得到三氯化铟、氯化亚铜的油胺溶液；
(2)将2mmol单质硒粉加入至30 mL油胺中，搅拌并升温至200°C以上，使单质硒粉溶
解；
(3)将步骤(I)所得到的溶液注射入步骤(2)所得到的溶液中，降温至70°C；
(4)将步骤(3)所得到 的溶液再快速升温至190°C之后，反应240min ；
(5)反应结束后，将产物清洗、离心收集，即可得到CuInSe2纳米粒子。
权利要求
1.一种CuInSe2纳米粒子的形貌与尺寸可控制备方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)将三氯化铟和氯化亚铜溶于油胺溶剂中，加热并搅拌，配制得到三氯化铟、氯化亚铜的油胺溶液； (2)将单质硒粉加入油胺溶液中，搅拌并加热升温，使单质硒粉溶解； (3)将步骤(I)所得到的溶液注射入步骤(2)所得到的溶液中，升温至19(T290°C，反应10 240 min ； (4)反应结束后，将产物清洗、离心收集，即可得到高纯度、具有不同尺寸和形貌的CuInSe2纳米粒子。
2.根据权利要求1所述的一种CuInSe2纳米粒子的形貌与尺寸可控制备方法，其特征在于，所述的步骤(I)与步骤(2)中油胺的体积比为1:6，三氯化铟加入量为O. l 2mmol/5mL,三氯化铟、氯化亚铜、单质硒粉的摩尔比为1:1:2。
全文摘要
本发明公开了一种CuInSe2纳米粒子的形貌与尺寸可控制备方法，涉及CuInSe2纳米粒子。包括以下步骤将三氯化铟和氯化亚铜溶于油胺溶剂中，加热并搅拌，配制得到三氯化铟、氯化亚铜的油胺溶液；将单质硒粉加入油胺溶液中，搅拌并加热升温，使单质硒粉溶解；将步骤(1)所得到的溶液注射入步骤(2)所得到的溶液中，升温至190~290℃，反应10~240min；反应结束后，将产物清洗、离心收集，即得。本发明一步就可以选择性地合成出具有不同尺寸和形貌的CuInSe2纳米粒子，成本低，环境友好，易于大规模生产，产物尺寸和形貌可控、重复性好。
文档编号B82Y30/00GK103030118SQ201210573730
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者陈慧玉, 徐春菊, 刘亚青, 赵贵哲, 柳学义 申请人:中北大学