本发明专利技术公开了一种制备金属铟纳米颗粒墨水的制备方法，包括：（１）将氯化铟溶解于多元醇中，加入稳定剂；（２）将含钠还原剂溶解于多元醇溶液中配置成还原剂溶液；（３）将步骤（２）所得的还原剂溶液快速热注入步骤（１）所制备的溶液中进行反应；通过离心、洗涤、干燥，得到金属铟纳米颗粒；（４）将该颗粒溶解于特定溶剂中制备纳米颗粒墨水。本发明专利技术还公开了所述金属铟纳米颗粒墨水在硫铟铜薄膜制备中的应用方法。本发明专利技术反应简单易行，有成本低、产量大等优点，制备的薄膜表面致密平滑，晶粒尺寸较大，薄膜没有明显的杂相。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太阳能应用领域，尤其是一种低成本化学法合成金属铟纳米颗粒并制备成金属铟颗粒墨水，以及利用金属铟纳米颗粒墨水制备硫铟铜薄膜的应用方法。
技术介绍
由于I-III-IV族化合物半导体薄膜(主要是硫铟铜薄膜、硒铟铜薄膜)所具备 的低成本、低毒性等优点，作为新一代薄膜电池材料日益得到了人们的广泛关注。现有的 制备I-III-IV族化合物半导体薄膜方法主要有喷射热解法(Spray Pyrolysis)，化学 气相沉禾只(Chemical Vapor Deposition),分子束夕卜延(Molecular Beam Epitaxy),反应 溅射(Reactive Sputtering)，真空蒸发法(单源、双源、三源)，有机金属化学气相沉积 (MOCVD)，电沉积(Elector D印osition)，化学水浴法(Chemical Bath Deposition)等。为 了降低电池成本，非真空低成本方法日益得到了广泛的关注。但是，为了得到可用于电池制 备的材料，对薄膜的成分控制尤为重要。为了提高电池效率，一般要在薄膜表面形成富铟 层。到现在，主要的补铟手段还是真空方法，不仅加大了成本，而且也与不能实现完全的非 真空方法制备薄膜。为了达到低成本制造的要求，基于纳米颗粒墨水喷涂制备薄膜的方法日益得到了 人们的关注。而其中，金属铟纳米颗粒的制备就显得尤为重要。制备铟颗粒所采用的方法 一般有球磨、电喷等物理方法。但是由于铟颗粒较软易于压平，采用物理法不易得到颗粒尺 寸分布合适、分散性好的纳米铟颗粒。
技术实现思路
本专利技术提供了一种非真空、低成本化学法制备金属铟纳米颗粒并将其用于制备墨 水的方法，以及利用金属铟纳米颗粒墨水制备硫铟铜薄膜的应用方法。一种金属铟纳米颗粒墨水的制备方法，包括如下步骤(1)将氯化铟及多元醇溶剂置于三口烧瓶中，通氩气保护，所用的多元醇溶剂可以 为乙二醇、二缩三乙二醇、三缩四乙二醇或甘油中的一种或多种；将三口烧瓶置于加热套中 加热至80 150°C，磁力搅拌至溶解得到铟多元醇溶液，铟多元醇溶液中氯化铟的浓度为 0. 01 lmmol/ml ；向铟多元醇溶液中加入稳定剂，继续搅拌溶解得到均勻溶液；所加入的 稳定剂可以为占氯化铟多元醇溶液体积百分比0. 25 12%的三乙醇胺，或占氯化铟多元 醇溶液质量百分比0. 25 12%的聚乙烯基吡咯烷酮或聚丙烯酸；继续保温在80 150°C。(2)将含钠还原剂置于多元醇中，多元醇可与步骤(1)相同或不相同，为乙二醇、 二缩三乙二醇、三缩四乙二醇或甘油中的一种或多种；在常温下搅拌溶解15min得到均勻 的还原剂溶液；所述的含钠还原剂的多元醇溶液的浓度为0. 01 0. 5g/ml ；所述的含钠还原剂优选为硼氢化钠。(3)将步骤(2)制备得到的还原剂溶液快速注入到步骤(1)制备得到的溶液中，注入速度为l_8ml/秒，在80 150°C下反应3 30min后结束加热；通过离心、洗涤、干燥，得到金属铟纳米颗粒；(4)按质量比为聚乙烯基吡咯烷酮乙醇=1 200 300配制溶剂，将步骤(3) 得到的金属铟纳米颗粒按质量比为金属铟纳米颗粒溶剂=1 20 30分散在上述配置 好的溶剂中，并超声分散均勻，得到金属铟纳米颗粒墨水。本专利技术利用快速热注入的方法，通过快速形核长大的方法制备了颗粒尺寸较小、 分布较均勻的纳米颗粒；用表面稳定剂对颗粒进行稳定，控制其团聚或沉淀；通过改变不 同溶剂、反应温度及稳定剂的种类，来控制颗粒的生长。本专利技术制备金属铟纳米颗粒墨水的 方法所需的化学试剂、反应条件及设备都不需要苛刻的限制，反应简单易行，有成本低、产 量大等优点。一种将所述的金属铟纳米颗粒墨水应用于制备硫铟铜薄膜的方法，包括以下步 骤(1)化学水浴法制备硫化铜薄膜0. 5 5g硫酸铜溶解在50 500ml去离子水 中，在常温下磁力搅拌混合均勻；加入0. 5 6g螯合剂并混合均勻；加入0. 1 6g硫代乙 酰胺并混合均勻；将镀钼衬底垂直插入溶液中，在30 90°C的水浴中反应1 IOh得到硫 化铜薄膜，所用的镀钼衬底可选用镀钼玻璃、镀钼不锈钢片或钼箔；所述的螯合剂可以为乙 二胺四乙酸二钠或柠檬酸钠。(2)制备前驱体薄膜根据硫化铜薄膜厚度将金属铟纳米颗粒墨水采用提拉、滴 铸、旋涂、喷墨打印或丝网印刷方法涂覆于步骤(1)得到的硫化铜薄膜上，在80 140°C下 干燥成型，得到前驱体薄膜；(3)将⑵所制得前驱体薄膜置于硫化装置中进行硫化，硫化过程为在惰性气 体保护下先以2 10°C /分钟的升温速率升温到150-400°C，加热排除有机溶剂，再保温 10-100分钟；再以4 15°C /分钟的升温速率升温到450-650°C后，在硫气氛下进行硫化， 硫化时间为30-240分钟；硫气氛采用在150-350°C下熔化升华硫，用氮气吹入硫化炉中进 行硫化，最后得到硫铟铜薄膜。本专利技术所述的应用方法，以金属铟纳米颗粒墨水为基础，以此制备制备前驱体薄 膜，进而对前驱体薄膜硫化制备硫铟铜薄膜。硫铟铜薄膜制备过程中引入的其他杂质元素 很少，而且在制备金属铟纳米颗粒墨水时使用的含钠还原剂中的钠离子对薄膜的烧结有促 进作用；所需的化学试剂、反应条件及设备都不需要苛刻的限制。本专利技术的有益效果在于1)该方法用低成本化学法合成金属铟纳米颗粒，具有颗 粒尺寸分布合适、易于分散、合适涂覆、能大规模生产的特点；2)通过反应条件如溶剂、稳 定剂、注入速度、反应温度等的控制，能对铟颗粒尺寸及分布进行有效控制；3)所制备的金 属铟颗粒墨水能作为制备铟化合物的前驱体颗粒。4)用化学水浴法制备硫化铜薄膜，具有 多孔、均勻且成本低廉的特点；5)硫化不需要特殊设备，用一般加热炉就可以实现很好的 烧结，且毒性较低；得到的薄膜表面致密平滑，烧结后的薄膜晶粒尺寸较大，薄膜没有明显 的杂相；6)作为一种非真空的补铟手段，该方法还可能用来去除表面杂相，得到表面反型 层。附图说明图1为实施例1制得的铟纳米颗粒的透射电镜照片；图2为实施例1制得的铟纳米颗粒的尺寸分布柱状图；图3为实施例1制得的铟纳米颗粒的X射线衍射图；图4为实施例1制得的铟纳米颗粒的扫描电镜照片； 图5为实施例1制得的硫化铜薄膜的表面形貌图；图6为实施例1制得的硫铟铜薄膜的表面形貌图；图7为实施例1制得的硫化铜薄膜的截面形貌图；图8为实施例1制得的硫铟铜薄膜的X射线衍射图；图9为实施例1制得的硫铟铜薄膜所制备的电池的电学特性图；图10为实施例2制得的铟纳米颗粒的透射电镜照片；图11为实施例3制得的铟纳米颗粒的透射电镜照片；图12为实施例4制得的铟纳米颗粒的扫描电镜照片；图13为实施例5制得的铟纳米颗粒的透射电镜照片；图14为实施例6制得的铟纳米颗粒的扫描电镜照片。具体实施例方式实施例1 1.配置金属铟纳米颗粒墨水(1)将lmmol InCl3在140°C下溶解于40ml乙二醇中，在氩气保护下磁力搅拌 30min，保持温度在140°C。在该溶液中加入Iml三乙醇胺作为稳定剂，继续搅拌30min ；(2)将0. 2g NaBH4溶解于8ml三缩四乙二醇中，在常温下搅拌15min得到澄清溶液。(3)将(2)所得到的硼氢化钠的醇溶液快速注入到(1)所得的氯化铟乙二醇溶液 中，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种金属铟纳米颗粒墨水的制备方法，包括如下步骤：（１）将氯化铟及多元醇置于容器中，通氩气保护，夹套加热至８０～１５０℃，磁力搅拌溶解得到氯化铟多元醇溶液，加入稳定剂，继续搅拌溶解得到均匀溶液，继续保温在８０～１５０℃；（２）将含钠还原剂置于多元醇中，在常温下搅拌溶解得到均匀的还原剂溶液；（３）将步骤（２）所制备的还原剂溶液快速注入到步骤（１）所制备的溶液中，注入速度为１－８ｍｌ／秒，在８０～１５０℃下反应３～３０ｍｉｎ后，结束加热；通过离心、洗涤、干燥，得到金属铟纳米颗粒；（４）按质量比为聚乙烯基吡咯烷酮∶乙醇＝１∶２００～３００配制溶剂，将步骤（３）得到的金属铟纳米颗粒按质量比为金属铟纳米颗粒∶溶剂＝１∶２０～３０分散在上述配置好的溶剂中，并超声分散均匀，得到金属铟纳米颗粒墨水。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨德仁，陈官璧，汪雷，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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