[發(fā)明專利]Cu2FeSnS4納米晶薄膜的水浴制備方法

有效

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• 申請日: 2012-04-09
• 公開（公告）號: CN102623567A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設計）人: 張彬磊;曹萌;李亮;沈悅;王林軍
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/032
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發(fā)明涉及一種可作為薄膜光伏電池光吸收層的I₂-II-IV-VI₄族半導體納米晶薄膜的制備工藝。具體的說，是涉及一種Cu₂FeSnS₄納米晶薄膜的水浴制備方法。

背景技術

能源問題始終是倍受世界各國關注的一個熱點和難點問題,特別是20世紀50年代以后,歷次石油危機的爆發(fā),對世界經(jīng)濟造成巨大影響。面對化石能源的逐漸枯竭和人類生態(tài)環(huán)境的日益惡化,在能源供應方面走可持續(xù)發(fā)展道路,改變能源消費結構,大力開發(fā)利用高效、清潔的可再生能源已成為世界各國的普遍共識。太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源,地球上的風能、水能、海洋溫差能、波浪能、生物質能及部分潮汐能都是來源于太陽,即使是地球上的化石燃料(如煤、石油、天然氣等)從根本上說也是遠古以來貯存下來的太陽能,所以太陽能的利用范圍非常大。太陽能具有清潔、安全的特點,在開發(fā)與利用過程中沒有廢渣、廢料,不會給環(huán)境造成污染。它資源豐富,無論陸地或海洋、沙漠或草地都可就地取用,既可免費使用,又無需運輸,具有常規(guī)能源無可比擬的優(yōu)點。

目前研究的太陽能電池可以分為：硅太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池、納米晶太陽能電池、有機太陽能電池，其中硅太陽能電池是目前發(fā)展最成熟的，在應用中居主導地位。雖然硅系光伏器件有較高的轉換效率，然而硅電池發(fā)電成本是傳統(tǒng)發(fā)電成本的3倍，而且進一步提高硅材料光伏器件效率和降低成本的難度已經(jīng)越來越大。這促使人們開始尋找廉價、高轉化效率、環(huán)境友好型的新型太陽能光伏電池材料。近來研究的Cu₂FeSnS₄新材料擁有與太陽光譜較匹配的直接帶隙(1.5-2?eV)，同時還具有相對較大的的吸收系數(shù)(可見光區(qū)的吸收系數(shù)不小于10⁴cm^-1)，以Cu₂FeSnS₄作為吸收層的太陽能電池轉換效率已經(jīng)達到7.2%，而其理論效率高達32%，它是極具潛力的新型薄膜光伏電池吸收層材料。制備Cu₂FeSnS₄薄膜的方法分為物理法和化學法。物理法中磁控濺射技術可以制備出高質量的小面積Cu₂FeSnS₄多晶薄膜，所制作的光伏電池轉換效率也較高。然而，高真空環(huán)境的要求使電池的生產(chǎn)投資成本大大增加；真空沉積腔上沉淀的物質造成原料的浪費；在制備大面積Cu₂FeSnS₄薄膜時，該方法難以保證薄膜厚度的均勻性和化學成分的均一性，導致器件性能下降。而采用水浴法制備Cu₂FeSnS₄納米晶薄膜，不需要昂貴的高真空設備，也不需要較高的反應溫度即可得到化學計量比適合的Cu₂FeSnS₄均勻薄膜，材料的利用率非常高，這對于降低電池制作成本、研發(fā)大面積Cu₂FeSnS₄薄膜太陽電池提供了新思路。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種低成本、高質量的Cu₂FeSnS₄納米晶薄膜的制備方法，這一制備方法操作簡單，所用前軀體材料成本低廉，制備的納米晶薄膜均勻致密，可以用做光伏器件的吸收層。

本發(fā)明是一種Cu₂FeSnS₄納米晶薄膜的制備方法，其特征在于具有如下的過程和步驟：

a.???????首先將一定量氯化亞錫，尿素和硫代乙酰胺加入盛有去離子水的燒杯中，然后將用酒精、丙酮、去離子水超聲清洗干凈的玻璃垂直懸于燒杯中；向燒杯中滴加稀鹽酸溶液調節(jié)pH值至5.5~6；升高溫度至80oC在一定攪拌速度下反應一定時間得到SnS薄膜，反應完畢后取出樣品，并用超聲法將樣品清洗干凈。制備SnS薄膜所需各原料的摩爾配比為：?

SnCl₂：CN₂H₄O：C₂H₅NS=1：（1~3）：（1~5）；