[發(fā)明專利]一種銅鋅錫硫硒(CZTSSe)薄膜的制備工藝

在審

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• 申請日: 2014-11-06
• 公開（公告）號: CN105576076A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發(fā)明（設計）人: 陳玉梅
• 申請（專利權）人: 陳玉梅
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明是涉及一種銅鋅錫硫硒(CZTSSe)薄膜的制備工藝。

背景技術

太陽能作為一種高效的能源，具有照射普遍，儲量巨大，使用時間長久的特點，從而成為未來能源的最佳選擇。在太陽能的有效利用中，由CZTSSe材料制備的太陽能電池以其理論轉換效率高、成本低廉并且具有抗干擾、耐輻射能力強等優(yōu)點而受到各國光伏研究人員的廣泛關注。

Cu_２ZnSnS_４(CZTS）為Ⅰ_２－Ⅱ－Ⅳ－Ⅵ₄族直接帶隙。半導體材料，有鋅黃錫礦（kesterite）和黃錫礦（stannite）兩種晶體結構。CZTS材料的禁帶寬度為1.45ev，與太陽能電池所要求的最佳禁帶寬度相匹配，且具有較高的光學吸收系數(shù)(α＞104/cm），因此作為太陽能電池的P型吸收層薄膜需要的厚度較小（約2μm）。此外，該材料中的各元素在地殼中的儲量豐富、無毒，環(huán)境友好，從而成為太陽能電池的最佳候選材料之一。

2010年QijieGuo等人采用納米墨汁涂覆法制備了全域轉化效率為7.2％的CZTSSe太陽能電池。Todorov研究組以肼為溶劑制得了CZTS納米顆粒，并通過旋涂法獲得了效率為9.6%CZTSSe太陽能電池。2012年ByunghaShin等人采用熱蒸發(fā)技術制備的CZTSe太陽電池也達到了8.9％的效率。目前，TeodorK.Todorov等人制備的CZTSSe太陽能電池其效率已經(jīng)達11.1％。而根據(jù)Shockley－QueisserDE理論計算，CZTS太陽能電池的理論轉換效率可以達到32.2％。但現(xiàn)在仍然存在薄膜組成成分的配比不易優(yōu)化、結構不易控制和工藝重復性低等問題，由之制造的太陽能電池轉換率仍不理想，較之理論轉換效率還有很大的提升空間。目前高效的薄膜電池所用的吸收層幾乎都是采用真空技術制備的，這需要精密昂貴的大型設備，使薄膜太陽電池的成本居高不下，而且實現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)困難也較大。由于CZTS由多種元素組成，對元素配比精準度要求較高，而且多元晶格、多層界面結構、缺陷以及雜質等問題的存在增加了制備的難度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明就是針對上述問題，彌補現(xiàn)有技術的不足，提出一種銅鋅錫硫硒(CZTSSe)薄膜的制備工藝；本發(fā)明薄膜在500℃的硒化退火溫度下能夠形成具有單一鋅黃錫礦結構、結晶程度較好的薄膜；而且具有貧銅的成分，隨著溫度的升高，Se元素含量增加最后趨于平穩(wěn)，而S元素含量先減少后有增加趨勢。

為實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案。

本發(fā)明一種銅鋅錫硫硒(CZTSSe)薄膜的制備工藝，具體包括如下步驟：

（1）先在反應容器中充入一定的惰性氣體，使反應容器保持一定的氣壓，然后開始升溫；

（2）在280℃下反應1h，之后經(jīng)離心洗滌，將納米顆粒從反應溶液中分離出來，在惰性環(huán)境下，烘干，分別得到兩種不同條件下的納米顆粒；

（3）將制得的CZTS納米晶粒溶于一定量的己硫醇中制成納米漿溶液，采用滴涂的方法在鈉鈣玻璃襯底上制得CZTS薄膜，并進行硒化退火處理得到CZTSSe薄膜。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟（2）中的烘干時間為2h。

作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述步驟（3）中的硒化退火處理是分別在溫度為350℃、400℃、450℃、500℃、550℃下進行的。

另外，本發(fā)明以銅、鋅、錫的乙酰丙酮物、硫及油胺為初始原料，將銅、鋅、錫的乙酰丙酮物、硫按照非化學計量比（1.275mmol乙酰丙酮銅、0.9mmol乙酰丙酮鋅、0.525mmol氯化亞錫和4.5mmol硫，即Cu∶Zn∶Sn∶S＝2.4∶1.8∶1∶8.5）和化學計量比（1.5mmol乙酰丙酮銅、0.75mmol乙酰丙酮鋅、0.75mmol氯化亞錫和3mmol硫，即Cu∶Zn∶Sn∶S＝2∶1∶1∶4）混合加入高溫高壓釜中，并加入適量的油胺，在惰性氣體Ar的保護下，一直通入惰性氣體，對反應進行保護，隔絕氧氣的影響。

本發(fā)明的有益效果是。