[發明專利]制造光吸收層用的CI(G)S納米顆粒的制造方法及使用其制造的CI(G)S納米顆粒

有效

• 申請號: 201480001912.9
• 申請日: 2014-07-11
• 公開（公告）號: CN104488091B
• 公開（公告）日: 2016-10-26
• 發明（設計）人: 尹泰勛;尹錫喜;尹錫炫
• 申請（專利權）人: LG化學株式會社
• 主分類號: H01L31/032
• 分類號: H01L31/032;H01L31/0749;H01L31/18
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 顧晉偉;冷永華

技術領域

本發明涉及制造光吸收層用的CI(G)S納米顆粒的制造方法及使用其制造的CI(G)S納米顆粒。更特別地，本發明涉及制造形成太陽能電池的光吸收層的CI(G)S納米顆粒的方法以及使用其制造的CI(G)S納米顆粒，所述方法包括：將至少一種第VI族來源和銦(In)鹽溶解在溶劑中以制備第一溶液，所述第VI族來源選自包含硫(S)、硒(Se)或其組合的化合物；使第一溶液反應以形成第一前體顆粒；將銅(Cu)鹽溶解在溶劑中以制備第二溶液；使第二溶液與在其中形成第一前體的第一溶液混合，以制造混合物；以及在通過使混合物反應合成CI(G)S納米顆粒后純化合成的CI(G)S納米顆粒。

背景技術

最近，人們更多地關注環境問題和自然資源枯竭，并因此對太陽能電池作為不造成環境污染的替代能源越來越感興趣。太陽能電池分為硅太陽能電池、薄膜型化合物太陽能電池、疊層型太陽能電池等。在這些太陽能電池中，硅半導體太陽能電池研究得最為廣泛。

然而，因為硅太陽能電池是間接躍遷半導體，其光吸收系數低于直接躍遷半導體的光吸收系數，所以與直接躍遷半導體相比，硅太陽能電池不能有效地吸收光子。因此，硅太陽能電池需要比直接躍遷半導體更寬的空間電荷區。此外，為了防止因載流子壽命延長而在空間電荷區發生的電子與空穴的復合，實質上需要高純度Si，因此需要包括多個步驟的高成本、高水平且復雜的工藝技術以及高真空薄膜工藝。當使用高純度單晶Si時，太陽能電池表現出高效率。然而，這樣的高純度單晶Si的生產成本高，因此，為了降低生產成本，使用表現出低效率的多晶Si或非晶Si。因為這樣的多晶Si或非晶Si具有較低的光電轉換效率，所以在長期使用時，可能發生問題，例如劣化。

因此，為了改進硅太陽能電池的問題，最近研究并開發了薄膜型化合物太陽能電池。

在薄膜型化合物半導體中，Cu(In_1-xGa_x)(Se_yS_1-y)(CI(G)S)是包含于三元化合物中的第I-III-VI族化合物，其直接躍遷型禁帶寬度為1eV以上并且具有高的光吸收系數。此外，Cu(In_1-xGa_x)(Se_yS_1-y)(CI(G)S)是電光學非常穩定的。因此，Cu(In_1-xGa_x)(Se_yS_1-y)(CI(G)S)是用于太陽能電池的光吸收層的理想材料。

CI(G)S基太陽能電池通過形成厚度為幾微米的光吸收層來制造。作為制造光吸收層的方法，有不需要前體的蒸發方法，以及在用前體形成薄膜后通過熱處理形成CI(G)S薄膜的濺射和電沉積方法。此外，最近引入了在非真空下涂布前體材料后進行熱處理的墨涂布方法。通過使用上述方法中的墨涂布方法，可降低工藝成本并且可均勻地制造出大的面積。因此，積極地進行了對墨涂布方法的研究。作為墨涂布方法中的前體，可使用多種化合物或金屬類型，例如金屬硫屬化物、雙金屬性金屬顆粒、金屬鹽、金屬氧化物等。

特別地，當將金屬硫屬化物用作前體時，使Cu-Se化合物與In-Se化合物混合或者合成CuInSe₂顆粒。在顆粒混合時，可產生部分不均勻的涂層。當使用CuInSe₂時，顆粒生長需要較長時間。

同時，因為雙金屬性金屬顆粒是用Cu-In合金合成的，所以可解決部分不均勻性并且由于快速的顆粒生長而減少了反應時間。然而，在硒(Se)或硫(S)氣氛中，可形成具有局部Se或S不足的層。此外，當涂布金屬鹽時，可產生具有高的層密度的涂層，然而由于鹽中包含陰離子而使層破壞或者可形成有機殘留物。

因此，高度需要開發可形成高效光吸收層的前體納米顆粒的技術，所述光吸收層的涂布性質得到改善并從而使其層密度增加。

發明內容

技術問題

因此，進行本發明以解決上述問題和仍有待解決的其它技術問題。

作為多種深入研究和多個實驗的結果，本發明的發明人首先形成了包含銦(In)和第VI族元素并且選擇性地還包含鎵(Ga)的第一前體顆粒，并且隨后證實了，當通過添加銅(Cu)鹽合成CI(G)S納米顆粒時，可自由地控制顆粒組成并且均勻地合成具有預定直徑的球狀顆粒，從而完成了本發明。

技術方案

根據本發明的一個方面，提供了制造CI(G)S納米顆粒的方法，所述CI(G)S納米顆粒形成太陽能電池的光吸收層，所述方法包括：