[發明專利]一種可用于制備Cu2ZnSnS4太陽能電池吸收層薄膜的墨水的配制方法

無效

• 申請號: 201410140917.1
• 申請日: 2014-04-10
• 公開（公告）號: CN103923515A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 汪浩;王先明;劉晶冰;嚴輝;朱滿康;王波
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C09D11/00
• 分類號: C09D11/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明涉及一種可用于制備Cu₂ZnSnS₄太陽能電池吸收層薄膜的墨水的配制方法，屬于功能材料的制備技術領域。

背景技術

目前，太陽能產業化占主導地位的是單晶硅太陽能電池、非晶硅太陽能電池和銅銦鎵硒（CuIn_1-xGa_xSe₂，簡稱CIGS）薄膜太陽能電池。但是晶體硅太陽能電池成本高，在搭理推廣中受到制約；非晶硅薄膜太陽能電池由于材料固有的亞穩態和多缺陷的特性造成電池穩定性較低，有嚴重的光致效率衰退效應，大面積光電轉換效率難以進一步提高；CIGS則大量使用了兩種低豐度元素In（0.049ppm）和Se（0.05ppm）。尤其是稀有元素In，目前每年In的產量只有1200-1300噸，其中一半用于平面顯示行業的ITO薄膜，留給CIGS電池的發展空間非常有限，所以CIGS電池的發展空間非常有限。

近年來，新的銅硫系材料銅鋅錫硫（Cu₂ZnSnS₄，簡稱CZTS）引人注目。鋅黃錫礦結構的CZTS與黃銅礦結構的CIGS晶體結構相似，且具有較高的光吸收系數（>10⁴cm^-1），禁帶寬度約1.50eV，與太陽能電池所需要的最佳禁帶寬度相匹配。而且CZTS電池采用的均為豐度較高且綠色環保的元素：Cu（50ppm）、Zn（75ppm）、Sn（2.2ppm）、S（260ppm），從而可以大大降低生產成本，且其中不含有毒成分。可望成為新一代首選的可代替CIGS的光電功能材料。

采用顆粒墨水法制備薄膜是目前非常具有研究價值的一種低成本制備薄膜的方法。這種方法的優點在于成本低，可以進行大面積沉積使用，對襯底類型及幾何形狀都沒有要求，并且對于材料的利用率非常高。此法中墨水起著至關重要的作用，對材料的最終性能起著決定性的作用，目前CZTS薄膜太陽能電池的最高轉換效率11%也是由此法達到的，其CZTS吸收層薄膜的制備方法為首先采用前軀體墨水溶液旋涂技術，再經過硒化退火處理。但是該工藝采用有毒且安全性差的肼為溶劑，且在空氣中穩定性差，無法大規模應用。這些問題的存在，使得它們在大規模工業化方面具有一定的限制。

因而，有必要開發新的低碳、低毒型溶劑以取代有毒的肼，配制出穩定的墨水進而用于制備CZTS吸收層薄膜，促進其產業化進程。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提出一種低碳、低毒的可用于制備Cu₂ZnSnS₄太陽能電池吸收層薄膜的墨水的配制方法。為了實現這一目的，本發明采用二甲基亞砜作為溶劑，具體操作步驟如下：

一種可用于制備Cu₂ZnSnS₄太陽能電池吸收層薄膜的墨水的配制方法，其特征在于,包括以下步驟：

按照Cu:（Zn+Sn）:S摩爾比0.8:1:3稱取氯化銅、氯化鋅和氯化錫，分別用二甲基亞砜溶解，持續攪拌待完全溶解后將三者混合后，按照Zn:Sn摩爾比1.2：1的比例向混合液中加入硫代乙酰胺30min后，向其中滴加乙醇胺溶液，當顏色變為黑色時停止滴加，即配制成可用于制備Cu₂ZnSnS₄太陽能電池吸收層薄膜的墨水。

本發明的有益之處在于：選取低碳、低毒的二甲基亞砜作為溶劑，替代高毒性的水合肼溶劑，該方法工藝簡單，成本低廉，具有大規模生產的潛力。

附圖說明

圖1為本發明產物的透射電鏡（TEM）照片。

具體實施方式

按照Cu:（Zn+Sn）:S摩爾比0.8:1:3，Zn:Sn摩爾比1.2：1。首先將氯化銅、氯化鋅、氯化錫分別溶入3ml二甲基亞砜中，然后將上述三種溶液混合到一起，再將二甲基亞砜的量添加至10ml，室溫下充分攪拌5min，再加入硫代乙酰胺，室溫下充分攪拌30min，待其完全溶解后，再的逐滴滴加乙醇胺溶液，當溶液的顏色變黑時停止滴加，所得到的黑色溶液即為配制的墨水。

下面結合附圖和具體實施方式，進一步闡明本發明的實質性特點和顯著優點，本發明決非僅局限于所陳述的實施例。

1).稱取1.0224g氯化銅、0.5571g氯化鋅、0.7699g氯化錫。

2).取3個小瓶分別量取3ml二甲基亞砜倒入其中，再將上述稱取的氯化物分別溶解于不同的小瓶，持續攪拌待其完全溶解后將其匯入一個小瓶。