[發(fā)明專利]一種制備銅銦鎵硒太陽能電池光吸收層的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210000913.4
• 申請日: 2012-01-04
• 公開（公告）號(hào): CN102569514A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉英;孔德義;尤暉;趙聰;陳池來;林新華;高理升;王煥欽;李加偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): H01L31/18
• 分類號(hào): H01L31/18
• 代理公司: 合肥天明專利事務(wù)所 34115
• 代理人: 奚華保

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新能源領(lǐng)域中薄膜太陽能電池的制備方法，特別涉及太陽能電池中銅銦鎵硒光吸收層的制備方法。

背景技術(shù)

能源短缺與環(huán)境污染問題是21世紀(jì)面臨的重大問題。發(fā)展清潔環(huán)保新能源取代傳統(tǒng)化石能源成為解決這些問題的有效科學(xué)途徑之一。其中太陽能作為一種取之不盡、用之不竭且環(huán)保無污染的可再生能源無處不在，從而使太陽能光伏發(fā)電成為發(fā)展新能源的重要組成部分。目前市場技術(shù)發(fā)展最為成熟的硅太陽能電池，由于其制備過程中高污染、高能耗、高成本、材料利用率低等特點(diǎn)，從而限制其發(fā)展成為最理想的太陽能材料。因此，發(fā)展低成本和高效率的新型薄膜太陽能電池成為勢在必行的趨勢。

在薄膜太陽能電池中，銅銦鎵硒（CuInGaSe₂,?簡寫CIGS）薄膜太陽能電池由于具有可調(diào)節(jié)寬帶隙、吸收系數(shù)高（>10⁴?cm^-1）、轉(zhuǎn)換效率高、材料成本低及性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)前光伏發(fā)電研究中最佳的太陽能材料之一。CIGS太陽能電池光吸收層的制備方法包括真空制備方法和非真空制備方法。其中真空沉積方法技術(shù)發(fā)展較為成熟，其轉(zhuǎn)換效率已超過20%。但是，采用常用的真空沉積方法，如真空蒸發(fā)或?yàn)R射/硒化方法，都有生產(chǎn)工藝復(fù)雜，真空設(shè)備價(jià)格高昂，且在制備過程中材料組成成分難于精確掌控等缺點(diǎn)，使得大規(guī)模、大面積生產(chǎn)高性能的CIGS薄膜太陽能電池成為難題。相比之下，非真空制備方法具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、操作簡易、生產(chǎn)效率高，可大面積均勻成膜和規(guī)模化生產(chǎn)等技術(shù)優(yōu)勢，成為CIGS電池研究的新方向。

IBM公司采用溶液法以肼（NH₂NH₂）作為溶劑制備CIGS溶液后旋涂成膜并熱處理法制備CIGS太陽電池（《Thin?Solid?Films》?2009,??No.?517,?2158–2162）轉(zhuǎn)換效率超過10%，但NH₂NH₂是一種揮發(fā)性極強(qiáng)的劇毒溶劑，從而限制了該種方法的大規(guī)模推廣。Kvapur等(《Thin?Solid?Films》2003,?No.?431–432,?53–57)采用金屬氧化物為前驅(qū)體，經(jīng)氫氣還原后在硫化氫（H₂Se）中硒化制備CIGS太陽能的電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到13.6%，但H₂Se是一種價(jià)格昂貴劇毒的揮發(fā)氣體，有極其嚴(yán)格的保存和使用的操作流程要求，嚴(yán)重影響了CIGS的規(guī)模化生產(chǎn)。另外還可以采用有機(jī)液相溶劑熱法制備CIGS納米粒子然后成膜并硒化的方法制備CIGS太陽能電池器件，該種方法中CIGS納米粒子制備需要高壓反應(yīng)釜(《Thin?Solid?Films》2005,?No.?480?–481,?46–49)或者Schlenk的復(fù)雜反應(yīng)裝置(《Journal?of?the?American?Chemical?Society》2008,?Vol.?130,?No.?49,?16770–16777)，設(shè)備復(fù)雜、高溫高壓難于控制，從而限制了該種方法用于大規(guī)模生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種制備CIGS薄膜太陽能電池光吸收層的非真空制備方法。本方法不僅設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、操作簡易、生產(chǎn)效率高，而且有利于環(huán)保及大面積生產(chǎn)。

本發(fā)明的目的通過以下方式實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明的制備銅銦鎵硒太陽能電池光吸收層的方法，包括先制備CIGS納米粒子，然后形成漿料并涂敷于襯底上，再經(jīng)后續(xù)處理制備CIGS薄膜，其特征在于，其制備過程是：

（1）制備銅銦鎵硒納米粒子：先將金屬銅、銦、鎵的硒化物或金屬銅、銦、鎵和硒單質(zhì)按照化學(xué)計(jì)量比混合攪拌均勻，然后球磨，得到粒徑為10nm-10000nm的銅銦鎵硒納米粒子；所述化學(xué)計(jì)量比是Cu:In:Ga:Se原子的摩爾比為0.9-1：?0-1：?0-1：2?（即Cu_xIn_(1-y)Ga_ySe₂?(0.9≤x≤1,?0≤y≤1)）；