[發明專利]用于太陽電池吸收層的銅銦硫陣列化薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201110362766.0
• 申請日: 2011-11-16
• 公開（公告）號: CN102394256A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 汪雷;盛夏;楊德仁;常蘭濤
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 周麗娟

技術領域

本發明屬于太陽能應用領域，具體涉及一種用于太陽電池吸收層的銅銦硫(CuInS₂)陣列化薄膜的制備方法。

背景技術

目前，I-III-VI族薄膜太陽電池引起了國際光伏界的廣泛關注。作為太陽電池吸收材料，CuInS₂具有光學禁帶匹配、吸收系數高、理論效率高等優點，是一種非常有發展潛力的薄膜太陽電池吸收層材料。但是，由于目前一些高效率的電池采用的制備方法大多都是設備昂貴并且沉積效率較低的真空工藝，從而使薄膜電池的成本與傳統晶硅太陽電池相比也無太大優勢，因此，迫切需要尋找一種采用低成本的生產設備和簡單的工藝制備用于太陽電池吸收層的CuInS₂薄膜的方法。

發明內容

本發明提供了一種用于太陽電池吸收層的銅銦硫(CuInS₂)陣列化薄膜的制備方法，采用低成本的設備和簡單的工藝，制備可以用于太陽電池吸收層的CuInS₂薄膜，并且CuInS₂薄膜表面具有納米棒陣列，可以更好的吸收太陽光，起到減反射的作用。

一種用于太陽電池吸收層的銅銦硫(CuInS₂)陣列化薄膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)將銦鹽、銅鹽、分散劑溶于第一溶劑中，在120-180℃下攪拌至完全溶解形成溶液，其中銦鹽的濃度為0.01-0.12mol/L，銅鹽的濃度為0.01-0.1mol/L；再向其中加入由硼氫化鈉在第二溶劑中溶解形成的溶液，在120-180℃中反應10-30分鐘，經離心分離和清洗后，得到Cu-In合金納米顆粒；

其中，所述銦鹽為氯化銦，所述銅鹽為氯化銅或硫酸銅，所述分散劑為聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone，PVP)；所述第一溶劑為一縮二乙二醇、乙二醇、三縮四乙二醇中至少一種，所述第二溶劑為一縮二乙二醇、乙二醇、三縮四乙二醇中至少一種；所述銦鹽、銅鹽中銦、銅摩爾比為In∶Cu＝1.03-1.15∶1，硼氫化鈉與銦鹽的摩爾比為1.5-10∶1；

(2)將步驟(1)制備的Cu-In合金納米顆粒分散在有機溶劑中配成濃度為0.1-1mol/L的Cu-In合金墨水，然后將所述的Cu-In合金墨水涂覆在襯底上形成Cu-In前驅體薄膜；其中，所述有機溶劑為乙醇溶液、PVP/乙醇溶液、或者乙二醇甲醚/乙二醇/乙醇溶液；

(3)將步驟(2)所制備的Cu-In前驅體薄膜在H₂S/Ar混合氣氛中進行燒結，燒結溫度為450-600℃，保溫10-60分鐘，升溫速率為1-10℃/s，H₂S/Ar混合氣體氣壓為5-30Torr，得到CuInS₂陣列化薄膜。

步驟(2)中，所述襯底為Si片、Mo片或者玻璃。

本發明中，所述銦鹽、銅鹽的用量選擇上，銦鹽、銅鹽中銦、銅摩爾比為In∶Cu＝1.03-1.15∶1，即In略有過量，這樣，既可保證最終產物薄膜表面陣列化，又能避免薄膜中雜相的產生。進一步優選的技術方案中，步驟(1)中，所述銦鹽、銅鹽中銦、銅摩爾比為In∶Cu＝1.1∶1，此時能夠最大程度上實現陣列化表面和避免雜相產生，即在沒有雜相產生的情況下，在薄膜表面能呈現規則度最好的納米棒陣列。

優選的技術方案中，所述有機溶劑為PVP/乙醇溶液，所形成的Cu-In合金墨水涂覆在襯底上更容易流平，并且在干燥過程中中間和邊緣都會兼顧到，不會出現中間聚合的情況。

步驟(3)中，優選所述燒結溫度為550℃，保溫30分鐘，該燒結條件下獲得的CuInS₂結晶度最高。

步驟(3)中，優選所述H₂S/Ar混合氣氛的組成為：以體積百分含量計，H₂S?30％，Ar?70％。

上述方法制備得到的薄膜，經過XRD，SEM，HRTEM，EDX等測試，表明其為結晶性良好的四方相黃銅礦，Cu、In，S原子比例約為1∶1∶2；薄膜表面形成納米棒陣列，納米棒長度大約1μm左右，納米棒直徑為20-40nm，納米棒沿垂直于(112)晶向(其晶面間距為0.32nm)生長，薄膜本身厚度為2.5-3μm。