Zeitschrift für Schwermetalltoxizität und -krankheiten Offener Zugang

Abstrakt

Mechanochemisch unterstützte Synthese von Kieserit-Cu2-Znsns4-Nanopulvern für Photovoltaikanwendungen durch Bildung von Kupferlegierungen

Jerzy F Janik

Die mechanochemische Synthese basiert auf Reaktionen, die in Substratmischungen unter hochenergetischen Kugelmahlbedingungen, wie etwa Geschwindigkeiten von Planetenkugelmühlen mit bis zu 900–1000 U/min und der Verwendung extrem harter Mahlkugeln, hervorgerufen werden. Ausgehend von geeigneten Mischungen aller vier Elemente haben wir erfolgreich ein solches Verfahren zur Herstellung von Nanopulvern aus halbleitendem Kesterit Cu2 ZnSnS4 erforscht – ein vielversprechendes Material für die Photovoltaik. Hierin beschrieben wird eine Modifikation des Verfahrens, bei dem zuerst die Cu-, Zn- und Sn-Metallpulver bei 900 U/min nass gemahlen werden, wodurch gut gemischte binäre nanokristalline Kupferlegierungen entstehen, d. h. Cu/Sn (1:1) und Cu/Zn (5:8). Dann wird eine stöchiometrische Menge natürlichen Schwefels S hinzugefügt und die Reaktionsverarbeitung wird für einen vorgegebenen Zeitraum fortgesetzt, um ein sauberes quaternäres Element zu erhalten, das wahrscheinlich als Vorkesterit bezeichnet wird. Es handelt sich um einen kubischen Polytyp mit normalen Kristallgrößen von 8-12 nm (XRD), ist attraktiv (EPR), zeigt keine 65Cu- und 119Sn-MAS-NMR-Spektren und besitzt, wenn auch künstliche, halbleitende Eigenschaften (UV-vis) und ähnelt im Grunde dem halbleitenden tetragonalen Kesterit.