[發(fā)明專利]銅基納米太陽能電池材料的制備方法無效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201210535909.8 | 申請日： | 2012-12-12 |
| 公開（公告）號： | CN103112885A | 公開（公告）日： | 2013-05-22 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 暴寧鐘;邱新民;高凌;沈麗明 | 申請（專利權(quán)）人： | 南京工業(yè)大學(xué) |
| 主分類號： | C01G15/00 | 分類號： | C01G15/00;B82Y30/00 |
| 代理公司： | 南京天華專利代理有限責(zé)任公司 32218 | 代理人： | 徐冬濤;袁正英 |
| 地址： | 210009 江*** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 納米 太陽能電池 材料 制備 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種銅基納米太陽能電池材料的制備方法，屬于新型能源材料領(lǐng)域，特別涉及采用高溫有機溶劑熱解法，以金屬化合物作為前驅(qū)體制備高質(zhì)量單分散納米晶的方法。
背景技術(shù)
太陽能是取之不盡，用之不竭的清潔能源，是替代傳統(tǒng)不可持續(xù)的化石能源的終極能源。太陽能電池是一種基于光伏效應(yīng)的可再生太陽能發(fā)電方式，發(fā)電過程中不會產(chǎn)生二氧化碳等溫室氣體，是一種環(huán)保的發(fā)電方式。當(dāng)前，已經(jīng)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)單晶硅和多晶硅太陽能電池由于硅吸收系數(shù)低，故要求一定的厚度，且在生產(chǎn)和使用過程中會增加材料，成本較高。另外，用于制造硅太陽能電池的硅材料生產(chǎn)硅的過程能耗高，污染嚴(yán)重，而且硅太陽能電池所產(chǎn)出的電能尚不夠補償生產(chǎn)硅的所消耗的電能，因此發(fā)展硅太陽能電池，從長遠角度考慮不是一種清潔可持續(xù)能源補償方式。
薄膜太陽能電池是一種經(jīng)濟、環(huán)保、節(jié)能、高效的太陽能電池，具有生產(chǎn)成本低、能耗小、高轉(zhuǎn)化效率等優(yōu)點。傳統(tǒng)的碲化鎘薄膜太陽能電池可引起重金屬污染的嚴(yán)重環(huán)境問題，從而限制了它們的發(fā)展。銅基太陽能電池具有地球豐度高、毒性低、高吸收系數(shù)和適宜的帶隙等優(yōu)點，可以用于發(fā)展低成本的多元化合物類薄膜太陽能電池。多元化合物化學(xué)式主要為ABQ2，主要包括Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2（I=Cu,Ag；Ⅲ=In,Al,Ge;Ⅵ=S,Se,Te），其中Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2系列半導(dǎo)體化合物的帶隙為0.8~3.5eV。本專利主要關(guān)注銅基的CuIn(S,Se)2[CIS(Se)]、CuInxGa1-x(S,Se)2(0≤x≤1)[CIGS(Se)]、CuFe(S,Se)2[CFS(Se)]、Cu2FeSn(S,Se)4[CFTS(Se)]、Cu2CoSn(S,Se)4[CCTS(Se)]、Cu2ZnSn(S,Se)4[CZTS(Se)]等納米材料的制備。
CuIn(S,Se)2是一種三元Ⅰ-Ⅱ-Ⅵ2族的化合物半導(dǎo)體，具有黃銅礦(Chalcopyrite)、纖鋅礦(Wurtzite)和閃鋅礦(Zinc?Blende)三種晶體結(jié)構(gòu)，其室溫下帶隙大約為1.53eV,是陸地上光伏電池最優(yōu)的禁帶寬度值。理論預(yù)測的CuInS2太陽能電池的效率高達26%，然而直到今天，文獻報道的CuInS2薄膜太陽能電池效率僅接近于12%。“綠色化學(xué)”的發(fā)展要求使用無毒的材料，而硒化物的是具有很高毒性的材料。作為光伏材料，CuInS2具有吸收系數(shù)大、制造成本低和毒性低等優(yōu)點，因此CuInS2是非常具有吸引力的材料。
CuInxGa1-x(S,Se)2(0≤x≤1)[CIGS(Se)]是最具有前景的太陽能薄膜吸收材料，具有高吸收系數(shù)、成本低和耐用性強等優(yōu)點。CIGS(Se)材料還有一個優(yōu)點，即通過改變鎵的摻雜濃度，可以調(diào)節(jié)CIGS寬度禁度在1.07到1.7eV之間。目前據(jù)報道，多晶CuIn1-xGaxSe2的薄膜太陽能電池的效率最高可達18.8%。但是銦和鎵元素地球豐度低，價格貴，使得電池制造成本高。
CuFeS2屬于Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2系列的硫族化合物，具有黃銅礦結(jié)構(gòu)。CuFeS2是自然界中廣泛存在的三元硫化物，許多礦產(chǎn)品中包含CuFeS2，是自然界中煉銅的主要來源。三價的磁性的鐵原子替代了Ⅲ的原子，但是d-型導(dǎo)帶使得其帶隙的急劇下降到0.5~0.6eV。CuFeS2也是一種反鐵磁性的半導(dǎo)體材料，可以用于自旋電子方面的應(yīng)用。黃銅礦的CuFeS2具有四方的結(jié)構(gòu)，鐵和銅離子與硫形成四個配位鍵。
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