[發(fā)明專利]離子液體電沉積銅銦鎵硒CIGS薄膜材料的制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310281942.7
• 申請(qǐng)日: 2013-07-06
• 公開（公告）號(hào): CN103343373A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 安茂忠;姬姍姍;連葉;楊培霞;張錦秋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C25D9/04
• 分類號(hào): C25D9/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種離子液體電沉積合金薄膜材料的制備方法。

背景技術(shù)

CuIn_xGa_1-xSe₂（CIGS）是黃銅礦結(jié)構(gòu)的Ⅰ-?Ⅲ-?Ⅵ₂復(fù)合半導(dǎo)體材料，這種多晶的黃銅礦材料被廣泛用于薄膜光伏系統(tǒng)。為了提高銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池的性能，研究高質(zhì)量的CIGS光吸收層材料是目前最關(guān)鍵的任務(wù)。電沉積過程可以提供高質(zhì)量薄膜，具有較低的成本投入，是多元、高效率的沉積方法，沉積過程溫度較溫和；電沉積應(yīng)用范圍廣泛，沉積鍍層厚度、薄膜組成及結(jié)構(gòu)能夠精確控制，可以在復(fù)雜、多孔表面制備均勻的薄膜，并且電鍍液可重復(fù)利用。作為金屬電沉積的電鍍液，水溶液體系具有一定的局限性：①有限的電化學(xué)窗口；②氣體逸出過程在技術(shù)上很難處理并導(dǎo)致氫脆；③絡(luò)合劑是必要的?；谝陨戏治?，離子液體以其化學(xué)穩(wěn)定性、較寬的電化學(xué)窗口成為合適的選擇，離子液體具有以下特點(diǎn)：①通常無色無嗅、蒸氣壓低（離子液體被認(rèn)為有綠色性的重要依據(jù)）、非揮發(fā)性；②溶解性強(qiáng)、可形成兩相或多相體系；③可設(shè)計(jì)性。由于以上優(yōu)點(diǎn)，離子液體已經(jīng)作為新型電解液體系逐漸成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種采用離子液體1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽（BMI-OTF）作為電解液電沉積CIGS薄膜的方法，解決了采用水溶液體系作為電解液制備CIGS薄膜在薄膜產(chǎn)量和性能重現(xiàn)性方面存在的問題。

本發(fā)明的銅銦鎵硒CIGS薄膜材料由離子液體電沉積制備而成，具體步驟如下：

一、量取15~40ml離子液體1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽（BMIm-OTF）置于密閉電解槽中，然后加入氯化銅、氯化銦、氯化鎵和氯化硒，在30~80℃勻速攪拌2~24?h得到混合液體，所述混合液體中含有5~25mmol/L氯化銅、10~40mmol/L氯化銦、2~7mmol/L氯化鎵和15~55mmol/L氯化硒；

二、采用電沉積的方法，在工作電極的基材上進(jìn)行CIGS薄膜電沉積1~4h，控制電壓為-1.4~-2.2V、溫度為30~80℃。

本方法首次在離子液體1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽（BMI-OTF）體系中通過共沉積方法獲得符合化學(xué)計(jì)量比Cu₁In_xGa_1-xSe₂的沉積層。該方法低成本、可重現(xiàn)制造CIGS薄膜太陽(yáng)能電池吸收層，為電沉積其他新型功能材料提供依據(jù)。所述CIGS薄膜為可將基體表面完整覆蓋的黑色/黑紅色薄膜鍍層；CIGS薄膜微觀上為團(tuán)簇狀菜花樣結(jié)構(gòu)并具有含硒的均勻小球狀物質(zhì)，硒小球粒徑為250nm~1000nm。

本發(fā)明提出了一種低成本、可重現(xiàn)制造形貌優(yōu)良的CIGS薄膜的新方法，材料制備容易、綜合性能優(yōu)良，工藝穩(wěn)定性和重復(fù)性好，且其光電轉(zhuǎn)換效率高。本發(fā)明易于操作，得到了具有不同化學(xué)計(jì)量比的CIGS薄膜，本發(fā)明所得材料禁帶寬度可達(dá)到1.55eV，載流子濃度和霍爾系數(shù)分別為2.741×10²⁰?cm^-3和2.277×10^-2?cm³/C。

附圖說明

圖1為密閉玻璃電解槽結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為電解槽蓋的頂部視圖；

圖3是四元Cu-In-Ga-Se體系的循環(huán)伏安曲線；

圖4是離子液體BMIm-OTF中電沉積CIGS薄膜的微觀形貌圖；

圖5是CIGS薄膜紫外可見吸收光譜；

圖6是導(dǎo)電玻璃上CIGS薄膜的(αhv)²~hν?(eV)?變化曲線(Eg=?1.55?eV)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明，本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉的具體實(shí)施方式，還包括各具體實(shí)施方式之間的任意組合。凡是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。

具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式的CIGS薄膜由離子液體電沉積制備而成，具體步驟如下：

1）準(zhǔn)備如下配比的電鍍液：離子液體1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽（BMIm-OTF）15~40ml，氯化銅5~25mmol/L，氯化銦10~40mmol/L，氯化鎵2~7mmol/L，氯化硒15~55mmol/L。