[發(fā)明專利]一種用于太陽(yáng)能電池的基于納米粒子銅銦硫硒薄膜的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310733812.2
• 申請(qǐng)日: 2013-12-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103700725A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王月;王春杰;李超;張研研;陸曉東;張鳳霞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 渤海大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/18
• 分類號(hào): H01L31/18
• 代理公司: 錦州遼西專利事務(wù)所 21225
• 代理人: 李輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，特別涉及一種用于太陽(yáng)能電池的基于納米粒子銅銦硫硒薄膜的制備方法。

背景技術(shù)

太陽(yáng)能電池是通過(guò)光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。太陽(yáng)能電池的第三代產(chǎn)品－化合物薄膜太陽(yáng)能電池有兩個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)：一是光電轉(zhuǎn)換層很薄，只有幾微米；二是薄膜太陽(yáng)能電池吸收層帶隙可以通過(guò)調(diào)整化合物的比例來(lái)控制，從而進(jìn)一步擴(kuò)大可吸收的太陽(yáng)光波長(zhǎng)范圍。

銅銦硫硒化合物（CuInS_xSe_2-x，CISS）具有黃銅礦結(jié)構(gòu)，是一種直接帶隙材料（其帶隙理論上可控制在1.02?eV～1.55?eV范圍內(nèi)），可吸收的太陽(yáng)光波長(zhǎng)范圍較廣，是一種優(yōu)良的太陽(yáng)能電池吸收層材料。

目前，制備薄膜銅銦硫硒化合物太陽(yáng)能電池的方法主要有真空法和非真空法兩大類。由于非真空法與真空法相比具有操作工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低廉，因此成為薄膜太陽(yáng)能電池研究普遍使用的方法。非真空法制備銅銦硫系列薄膜太陽(yáng)能電池一般采用肼溶劑法和納米粒子旋涂法。肼溶劑法是以肼胺作為溶劑，該方法制作工藝簡(jiǎn)單，對(duì)反應(yīng)條件要求較低，但肼胺高昂的價(jià)格以及高毒性限制了其工業(yè)化生產(chǎn)；納米粒子旋涂法是采用合適的無(wú)機(jī)膠狀納米晶墨水用于可伸縮的旋涂工藝，再進(jìn)一步通過(guò)旋涂、印刷等方法制備薄膜太陽(yáng)能電池。但是該方法在納米晶溶液層中有碳?xì)埩粑铮瑥亩绊懱?yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于太陽(yáng)能電池的基于納米粒子銅銦硫硒薄膜的制備方法，該方法不易引入其它雜質(zhì)，太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率高，對(duì)環(huán)境友好。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種用于太陽(yáng)能電池的基于納米粒子銅銦硫硒薄膜的制備方法，其具體步驟如下：

一種用于太陽(yáng)能電池的基于納米粒子銅銦硫硒薄膜的制備方法，其具體步驟如下：

1.1、在襯底上制備鉬金屬背電極

用厚度為1?mm的鈉鈣玻璃片作為襯底，經(jīng)過(guò)清洗后，采用磁控濺射法，在襯底的一側(cè)沉積厚度為1?μm～1.5?μm的鉬金屬層作為背電極；其中，濺射腔的真空度為1.0×10^-3?Pa～1.0×10^-4?Pa，通入純度為99.99?%的氬氣作為反應(yīng)氣體，沉積時(shí)氣壓控制在0.5?Pa～2.5?Pa，襯底溫度為200?℃～300?℃，濺射功率為100?W～200?W；

1.2、在鉬金屬背電極上制備銅銦硫吸收層

1.2.1、配制金屬鹽前驅(qū)體溶液

將氫氧化銦、氧化亞銅、二硫化碳和一正丁胺混合并在超聲條件下溶解，抽濾得到濾餅，將濾餅加入到有機(jī)溶劑中配制成金屬鹽前驅(qū)體溶液；所述氫氧化銦與氧化亞銅的摩爾比為1:0.5～1:0.9，所述氫氧化銦與一正丁胺的摩爾體積比為1:0.8?mmol/mL～1:1.5?mmol/mL，所述氫氧化銦與二硫化碳摩爾體積比為1:0.5?mmol/mL～1:1?mmol/mL，所述氫氧化銦與有機(jī)溶劑的摩爾體積比為1:0.8?mmol/mL～1:1?mmol/mL；其中，有機(jī)溶劑為甲醇、乙醇或氯仿；

1.2.2、制備CuInS₂納米晶

將氫氧化銦、氧化亞銅和一正丁胺混合并在超聲條件下溶解，配制成氫氧化銦摩爾濃度為1?mmol/mL、氧化亞銅摩爾濃度為0.5?mmol/mL～0.9?mmol/mL的溶液，加入用一正丁胺、二硫化碳與巰基丙酸按照體積比14:1:1配制的溶液中混合均勻，得到氫氧化銦-氧化亞銅-二硫化碳-巰基丙酸混合溶液；所述氫氧化銦與二硫化碳的摩爾體積比為1:0.1?mmol/mL，用溶劑熱法制備CuInS₂納米晶；

1.2.3制備銅銦硫吸收層

將CuInS₂納米晶超聲分散于金屬鹽前驅(qū)體溶液中得到均勻的納米晶前驅(qū)體溶液，所述CuInS₂納米晶與金屬鹽前驅(qū)體溶液的質(zhì)量體積比為5?mg/mL，采用一步旋涂法在鉬金屬層背電極上制備厚度為1?μm～1.5?μm銅銦硫吸收層；

1.3、對(duì)銅銦硫吸收層進(jìn)行硒化處理

將制得的銅銦硫吸收層襯底和硒粉封裝在密閉的玻璃試管放入硒化爐中，玻璃試管內(nèi)充氬氣為保護(hù)氣體，將硒化爐以10?℃/min～20?℃/min速度升溫，在450?℃～550?℃下對(duì)銅銦硫吸收層進(jìn)行硒化處理45?min～70?min，制得厚度為2?μm～3?μm銅銦硫硒吸收層；

1.4、在銅銦硫硒吸收層上制備CdS緩沖層