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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??；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）,。