[發明專利]一種利用調節pH值電沉積制備富銦CuInSe2薄膜的方法

無效

• 申請號: 201110094279.0
• 申請日: 2011-04-15
• 公開（公告）號: CN102181893A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: 杜祖亮;王信春;王廣君;張興堂
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: C25D5/00
• 分類號: C25D5/00;C25D5/50
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 劉建芳

技術領域

本發明屬于光電材料新能源領域，具體涉及一種利用調節pH值電沉積制備富銦CuInSe₂薄膜的方法，采用該方法制備的富銦CuInSe₂薄膜具有良好的光電性能。

背景技術

CuInSe₂是一種三元Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物，直接帶隙半導體材料，具有高達10⁵?cm^-1?的可見光區吸收系數，該材料適合發展薄膜太陽能電池。另外，它抗輻射能力強、制造成本低和電池性能穩定，因此CuInSe₂薄膜太陽能電池越來越受到人們的重視。

CuInSe₂薄膜太陽能電池吸收層材料的制備方法常用的有三元共蒸發法、濺射法和電沉積法。前兩種方法因需要高真空條件、工藝復雜、設備昂貴成本較高及工藝重復性太低等因素使其應用受到了限制。而電沉積法設備簡單,，因對元素的沉積具有選擇性，所以對原材料純度的要求不像蒸發法、濺射法那樣苛刻,?原材料利用率高，一般在室溫常壓下即可沉積，可實現大面積連續沉積，且薄膜的厚度和顆粒大小易于控制，廢液可以回收利用，因此近些年來電沉積法受到人們的廣泛關注。

目前電沉積法存在的主要問題是薄膜化學計量比的控制比較困難。其中薄膜的銅銦比是決定它光電性能的關鍵因素，在三元共蒸發中及濺射法中都是有意加大銦的沉積量來獲得稍高的銦比例。另外，以往電沉積法制備CuInSe₂薄膜的過程中都是在后續工藝中再通過真空濺射沉積幾十到幾百納米厚的銦、硒元素層來改善銅銦比，以提高薄膜電池的效率，但上述這些方法都脫離不了苛刻的高真空條件。因此，目前急需一種條件溫和、操作簡便、成本低廉的制備富銦CuInSe₂薄膜的方法。

發明內容

本發明目的在于提供一種利用調節pH值電沉積制備富銦CuInSe₂薄膜的方法，該方法條件溫和、操作簡便、成本低廉，制得的薄膜具有良好的光電性能。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種利用調節pH值電沉積制備富銦CuInSe₂薄膜的方法，該方法為：在含有銅、銦、硒離子的電解液中，室溫下先將電解液pH值調至1.0—2.5，然后在陰極基底上電沉積制得銅銦硒預制膜，晾干后，把預制膜放在有固態硒源的真空或惰性氣體氛圍下進行退火處理后，即得銅銦硒薄膜。惰性氣體如氫氣、氮氣、氦氣、氬氣等。

具體的，可以通過使用稀酸液調節電解液pH值，所述稀酸液優選為質量百分數10—20%的硫酸、鹽酸等。

所述電解液中含有6.48—8.88mmol/L的銅離子、90—110mmol/L的銦離子、16—20mmol/L的H₂SeO₃、0.5—1.0mol/L的KCl或NaCl，和0.5—0.75mol/L的檸檬酸鈉，其中銅、銦離子優選分別選自相應的硫酸鹽、氯化物等。

所述電沉積模式為恒電位沉積，沉積電位為-0.5V—-0.7?V，沉積時間為20—40min。

所述退火處理的溫度為450—550℃，退火時間為20—35min，

陰極基底材料以ITO導電玻璃或FTO導電玻璃為佳。

較好的，一種利用調節pH值電沉積制備富銦CuInSe₂薄膜的方法，該方法為：在含有銅、銦、硒離子的電解液中，室溫下先用10—20%的硫酸將電解液pH值調至1.5—2.0，然后在陰極基底上電沉積制得銅銦硒預制膜，晾干后，把預制膜放在有固態硒源的真空或惰性氣體氛圍下于480—520℃退火處理25—35min后，即得銅銦硒薄膜；其中電解液中含有6.48—8.88mmol/L?CuSO₄、45—55mmol/L?In₂(SO4)₃、16—20mmol/L的H₂SeO₃、0.5—1.0mol/L的KCl和0.5—0.75mol/L的檸檬酸鈉；采用恒電位沉積，沉積電位為-0.5V—-0.7?V，沉積時間為20—40min；陰極基底材料為ITO導電玻璃。