[發明專利]一種用于薄膜太陽能電池的銅銦硫硒粉體或薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201310232391.5
• 申請日: 2013-06-09
• 公開（公告）號: CN103337555A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 段學臣;段文杰;李歷歷;朱奕漪;蔣波;劉梓琪
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 魏娟

技術領域

本發明涉及一種用于薄膜太陽能電池的銅銦硫硒粉體或薄膜的制備方法，屬于光電功能材料領域。

背景技術

能源是社會發展的動力，能源技術的革新帶動人類社會日益進步。太陽能被認為是未來最有潛力的能源之一，而對于太陽能的利用主要是利用太陽能發電。目前，太陽能電池已經發展到第二代——薄膜太陽能電池，其中的銅銦硒類（CIS、CIGS、CISSe等）薄膜太陽能電池因其光吸收系數高、光電轉換效率好、性能穩定、無光致衰減現象、弱光發電性能好、抗輻照能力強等優點而備受各國科研機構及光伏企業的青睞。

銅銦硒類（CIS類）薄膜太陽能電池中，吸收層是影響電池光電轉化效率的關鍵因素，為電池的核心材料。目前，CIS類吸收層的制作方法可分為真空和非真空兩類，真空類包括多元共蒸發法、磁控濺射后硒化法、離子束濺射沉積法等方法。專利CN101777604A報道了一種采用離子束濺射沉積法制備薄膜太陽能電池吸收層CuInSe₂薄膜的方法，通過精確調整離子束濺射的參數等，先后濺射Cu、In和Se靶制備三元疊層或三元周期疊層薄膜，在同一高真空環境下，高溫退火制備出CuInSe₂薄膜。真空工藝能夠制備出光電轉換效率較高的電池，所得電池產品具有一定優勢，但由于真空設備需要很大的投資，制備條件苛刻、產率不高，成本較高，勢必會影響到它的長久應用。

目前，越來越多的研究者把目光投向低成本非真空工藝，如電沉積、絲網印刷法等。非真空工藝雖然沒有真空制備技術成熟，但其具有成本低、制備條件溫和等優點，使其具有較大的研究開發前景。

專利CN102683497A和專利CN101694854A分別報道了非真空濕化學法制備CuIn(S,Se)₂薄膜的方法，與傳統的高真空工藝相比，其工藝簡單，成本較低，可操作性強，但后期仍需進行較為復雜的硒化退火處理。

因此需要研究一種新的制備CuIn(S,Se)₂薄膜的非真空工藝來解決上述問題。

發明內容

本發明針對現有技術中的非真空工藝制備CuIn(S,Se)₂薄膜的方法存在制備條件苛刻，熱處理工藝復雜等缺陷，目的在于提供一種非真空制備CuIn(S,Se)₂薄膜或粉體的方法，該方法采用的設備簡單，原料廉價、生產成本低，工藝流程簡單，無污染，易于實現工業化生產；制備出來的CuIn(S,Se)₂薄膜或粉體光吸收特性佳，可以通過對S元素量的調控實現光吸收帶的變化；特別是制備的CuIn(S,Se)₂薄膜表面規整，薄膜附著力好、不易脫落，穩定性好。

本發明提供了一種用于薄膜太陽能電池的銅銦硫硒粉體或薄膜的制備方法，該方法是先將氯化銅和氯化銦分散于有機溶劑中，超聲分散后得到分散液；在所得分散液中加入硫化鈉和硒粉后，攪拌均勻，得到混合液；再將所述混合液轉移至反應釜中，定容、密封后，在160～220℃下反應，反應完成后，抽濾，將濾渣先后用去離子水和乙醇洗滌，真空干燥，得到CuIn(S,Se)₂粉體；或者是將所述混合液移至反應釜中，再加入玻璃基底，定容、密封后，在160～220℃下液相沉積，將沉積得到的玻璃基底先后用去離子水和乙醇洗滌，真空干燥，得到CuIn(S,Se)₂薄膜。

上述方法中加入的硫化鈉和硒粉中S和Se的摩爾關系滿足S/(S+Se)=0.1～0.9。

上述方法中氯化銅和氯化銦與硫化鈉和硒粉之間加入量滿足理想化學計量比Cu:In:(S+Se)=1～1.05:1:2.

所述的反應時間為12～15h。

所述的液相沉積的時間為12～15h。

所述的有機溶劑為無水乙醇胺、無水乙二胺一種或兩種。

所述的超聲分散是在功率為200～300W的超聲下分散20～60min。

所述的真空干燥是在60～80℃下，真空干燥8～12h。

所述的玻璃基底為光學玻璃、鈉鈣玻璃、Mo玻璃或ITO透明導電玻璃；所述的玻璃基底規格約為25mm×75mm的玻璃片。

所述的定容是添加無水乙醇胺或無水乙二胺到反應釜中，使反應釜中的混合溶液體積約占反應釜的75～85%。

上述方法中反應后抽濾得到的濾渣先后用去離子水和無水乙醇分別反復洗滌直到洗滌后抽濾的濾液澄清、無明顯漂浮物即可。