[發(fā)明專利]一種太陽(yáng)能電池用銅銦硒光伏薄膜、粉體、涂料及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110082010.0
• 申請(qǐng)日: 2011-04-01
• 公開（公告）號(hào): CN102249549A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 段學(xué)臣;蔣波;肖桂英;劉揚(yáng)林;程亞娟;朱協(xié)彬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): C03C17/22
• 分類號(hào): C03C17/22;C01B19/00;C09D7/12;H01L31/18
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專利事務(wù)所 43114
• 代理人: 顏勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽(yáng)能光伏電池技術(shù)領(lǐng)域，提出一種制備太陽(yáng)能電池銅銦硒薄膜的工藝方法以及過(guò)程中得到的粉體和涂料。

背景技術(shù)

尋求利用清潔的可再生能源是當(dāng)今世界的研究熱點(diǎn)之一，太陽(yáng)能發(fā)電對(duì)于充分利用可再生能源、節(jié)約化石燃料資源、改善環(huán)境狀況有著重要的戰(zhàn)略意義。當(dāng)今全球光伏發(fā)電是以晶體硅太陽(yáng)電池為主，約占95％以上，但其成本較高。未來(lái)，在能源價(jià)格不斷上漲的趨勢(shì)下，依靠規(guī)模效益降低晶體硅電池成本基本沒(méi)有多少空間。因此，發(fā)展低成本、新型薄膜太陽(yáng)電池是未來(lái)光伏發(fā)電的必然趨勢(shì)。

I-III-VI族三元黃銅礦型半導(dǎo)體CuInSe₂(CIS)，以其光吸收系數(shù)高(10⁵cm^-1)、禁帶寬度可調(diào)、光電轉(zhuǎn)換效率高、成本低、性能穩(wěn)定、抗輻射穩(wěn)定強(qiáng)好等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為薄膜太陽(yáng)能電池的理想光吸收層材料。目前，高品質(zhì)CIS吸收層的制備通常采用共蒸發(fā)、濺射硒化等真空工藝，但這些工藝存在制備條件苛刻、元素計(jì)量比難控、成本高、大面積制備均勻性差等缺點(diǎn)。而非真空工藝制備CIS吸收層，則因其制備條件友好、成本低、元素計(jì)量比易控、適合大面積制備等優(yōu)點(diǎn)，顯現(xiàn)出重要的研究與開發(fā)意義。

非真空工藝制備CIS薄膜有多種方法。專利CN101150151A報(bào)道了一種超聲波輔助分步電沉積制備CIS薄膜的方法，這種方法利用超聲波輔助有效控制了鍍層雜質(zhì)含量，但是仍存在薄膜雜質(zhì)含量偏高，薄膜不致密，界面結(jié)合不強(qiáng)，工藝重復(fù)性較差等主要缺點(diǎn)。

專利CN1223474A和專利CN101696854A，分別報(bào)道了通過(guò)溶膠-凝膠狀銅銦化合物制得銅銦氧化物薄膜后，再硒化制備CIS薄膜的方法。但是兩者均需采用干燥、退火晶化、硒化等復(fù)雜的熱處理工藝，不利于節(jié)能環(huán)保，而且還存在In的氧化物很難被還原、In高溫易損失等問(wèn)題。

專利CN101077525A和專利CN101114679A，綜合報(bào)道了在利用表面活性劑輔助高能球磨法制備納米CIS粉末的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步運(yùn)用旋涂法制備CIS薄膜的工藝方法。但是該工藝無(wú)法避免球磨制粉的效率低、晶化度不高、易引入雜質(zhì)等缺點(diǎn)。而且旋涂法的成膜均勻性受溶液濃度、旋涂轉(zhuǎn)速等因素的影響，不利于制備大面積薄膜。

因此，需要研究一種制備CIS薄膜的非真空工藝解決上述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決制備條件苛刻，熱處理工藝復(fù)雜，元素計(jì)量比難控，存在雜質(zhì)相等缺陷；提供一種新的制備CIS薄膜的非真空全濕法化學(xué)合成方法，以及過(guò)程得到的粉體和涂料和薄膜。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)的。

一種太陽(yáng)能電池用銅銦硒光伏薄膜的制備方法，包括以下步驟：

1)按化學(xué)計(jì)量比稱取CuCl₂·2H₂O、InCl₃·4H₂O、Se粉與有機(jī)溶劑A混合，超聲分散，加入分散劑，移入反應(yīng)釜密封；將密封反應(yīng)釜置于干燥箱中保溫，冷卻；將反應(yīng)產(chǎn)物洗滌過(guò)濾后，真空干燥，即得CIS納米粉體；

2)稱取CIS粉體混合于有機(jī)溶劑B中，加入改性劑超聲分散；將超聲分散后的混合物轉(zhuǎn)入密封容器中，濕法球磨分散，形成黑色漿料；添加增黏溶膠，充分?jǐn)嚢杈鶆颍纬蒀IS涂料；

3)利用CIS涂料，采用包括旋涂、噴涂、浸漬-提拉或流延的方式制備CIS薄膜。

步驟1)具體如下：

按質(zhì)量比0.6∶1.3∶1～0.9∶1.6∶1稱取CuCl₂·2H₂O、InCl₃·4H₂O、Se粉與有機(jī)溶劑A混合，得到混合液，10～40KHZ超聲分散10～30min，加入占混合液體系總質(zhì)量0.2～4wt％分散劑；移入反應(yīng)釜，有機(jī)溶劑A定容至反應(yīng)釜容積的75～90％，將密封反應(yīng)釜置于干燥箱中150～280℃保溫6～30h，爐冷至室溫；將反應(yīng)產(chǎn)物洗滌過(guò)濾后，真空干燥，即得所需CIS納米粉體。

步驟1)所述的有機(jī)溶劑A包括無(wú)水乙醇、無(wú)水乙二胺或無(wú)水二乙胺。

步驟1)所述的分散劑包括聚乙烯醇、聚乙烯亞胺、甲基戊醇或六偏磷酸鈉。

步驟2)具體如下：