[發(fā)明專利]CZTS/Se前體油墨及用于制備CZTS/Se薄膜和基于CZTS/Se的光伏電池的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080052101.3
• 申請日: 2010-05-21
• 公開（公告）號: CN102668021A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發(fā)明（設計）人: 曹炎炎
• 申請（專利權）人: E·I·內穆爾杜邦公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/368
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 朱黎明

相關申請的交叉引用

本專利申請根據35U.S.C.119(e)，要求2009年11月25日提交的美國臨時申請61/264362的優(yōu)先權，該臨時申請作為本文的一部分全文并入本文中。

發(fā)明領域

本發(fā)明涉及可用作銅鋅錫硫屬元素化物前體油墨的涂覆的二元和三元硫屬元素化物納米顆粒組合物。此外，本發(fā)明提供用于制造銅鋅錫硫屬元素化物薄膜及摻入了此類薄膜的光伏電池的方法。

發(fā)明背景

薄膜光伏電池通常利用諸如CdTe或銅銦鎵硫化物/硒化物（CIGS）的半導體作為能量吸收材料。由于銦的可獲得性有限，正在尋求CIGS的可供選擇的替代方案。鋅黃錫礦（Cu₂ZnSnS₄或“CZTS”）擁有1.5eV的帶隙能量和大的吸收系數（大約10⁴cm^-1），使得它有希望成為CIGS的替代物。此外，CZTS僅僅包含無毒且豐富的元素。

當前制備CZTS薄膜的技術（例如熱蒸發(fā)、濺射、混合濺射、脈沖激光沉積和電子束蒸發(fā)）需要復雜的設備，因此趨于昂貴。電化學沉積工藝成本較低，但是組成的不均勻性和/或二次相的存在阻礙該方法生成高質量的CZTS薄膜。CZTS薄膜也可通過溶液噴霧熱解制得，所述溶液包含金屬鹽和作為硫源的硫脲，所述金屬鹽通常為CuCl、ZnCl₂、SnCl₄。該方法趨于制得具有較差形態(tài)、密度和晶粒尺寸的薄膜。光化學沉積也顯示生成p-型CZTS薄膜。然而，產品的組成不易控制，并且難以避免生成雜質如氫氧化物。可制備季化CZTS前體粉末并將其通過標準印刷技術沉積在基底上。隨后在氮和硫氣氛中的退火導致CZTS薄膜的形成。然而，難以控制CZTS粉末中元素的摩爾比，這將限制CZTS薄膜的最終性能。

也已公開了由未涂覆的二元和三元硫化物形成鋅黃錫礦。

然而，仍需要一種能夠以低成本提供高質量CZTS薄膜的方法。

附圖簡述

圖1示出了如實施例20所述由在富硫氣氛中退火的旋涂Cu₂SnS₃和ZnS前體形成的CZTS的X射線衍射圖案。

圖2示出了如實施例26所述而制備的太陽能電池的J-V曲線。

圖3示出了如實施例27所述而制備的太陽能電池的J-V曲線。

圖4示出了如實施例28所述而制備的太陽能電池的J-V曲線。

發(fā)明詳述

本發(fā)明的一個方面提供可用作銅鋅錫硫屬元素化物前體油墨的納米顆粒組合物。所述納米顆粒組合物包括二元和/或三元硫屬元素化物的混合物。

本發(fā)明的另一方面提供包括基底和涂層的涂覆的基底，所述涂層包括含有二元和/或三元硫屬元素化物的混合物的一個或多個層。

本發(fā)明的另一方面提供了利用銅鋅硫屬元素化物前體油墨制造銅鋅錫硫屬元素化物薄膜的方法。銅鋅錫硫屬元素化物薄膜可用作薄膜光伏電池的吸收器。

本發(fā)明的另一方面提供了利用CZTS、CZTSe或CZTS/Se前體油墨制備薄膜光伏電池的方法。

除非另外特定指明，本文術語“太陽能電池”和“光伏電池”是同義的。這些術語涉及使用半導體將可見光能和近可見光能轉化成可用電能的裝置。

如本文所用，術語“硫屬元素”是指第16族元素，而術語“金屬硫屬元素化物”或“硫屬元素化物”是指包含金屬和第16族元素的物質。合適的第16族元素包括硫和硒。