[發明專利]噴涂一步法制備Cu2ZnSnS4極薄太陽光吸收層的方法

有效

• 申請號: 201610071437.3
• 申請日: 2016-02-01
• 公開（公告）號: CN105552171B
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發明（設計）人: 竇曉鳴;陳勤妙;丁聰;陳進;倪一
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/032;H01L21/368
• 代理公司: 上海三和萬國知識產權代理事務所(普通合伙)31230
• 代理人: 陳偉勇

技術領域

本發明涉及太陽能電池，具體涉及Cu₂ZnSnS₄極薄太陽光吸收層的制備。

背景技術

Cu₂ZnSnS₄(CZTS)薄膜制備方法很多，包括噴涂熱解法、蒸發法、濺射法、脈沖激光沉積法、電化學沉積法、Sol-gel法、絲網印刷法等。目前，CZTS薄膜的制備工藝仍以真空技術為主，如:磁控濺射法、熱蒸發法等。但真空技術存在生產設備昂貴、能耗高、工藝復雜等缺點，大大增加了制備成本，不利于大規模商業化生產的實現。因此，如何實現CZTS薄膜的簡易制備，降低生產成本，成為領域內最重要的研究課題之一。近年來，一種基于CZTS納米晶的非真空油墨-印刷法，因具備生產設備簡單、投資小、材料利用率高，而且可實現對元素化學計量比的控制和高速、大面積生產等優點，而備受業內關注，其核心為用于油墨制備的CZTS納米晶的合成。目前，CZTS納米晶的合成方法主要包括:熱注入法、溶劑熱法及機械化學法等。郭等人采用熱注入法制備CZTS納米晶，并使用該納米晶成功獲得轉換效率為7.2％的電池。但熱注入法受制于注射物質速率和物質轉移量兩個因素，不利于實現CZTS納米晶的簡單和規模化制備；而溶劑熱法和機械化學法存在合成周期長的缺陷，亦不利于實現高效、快速的制備。

發明內容

本發明的目的在于，提供噴涂一步法制備Cu₂ZnSnS₄極薄太陽光吸收層的方法，以解決上述問題。

本發明所解決的技術問題可以采用以下技術方案來實現：

噴涂一步法制備Cu₂ZnSnS₄極薄太陽光吸收層的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，在放置有蒸餾水的燒杯中依次加入CuCl₂·2H₂O、Zn(CH₃COO)₂·2H₂O、SnCl₂·2H₂O和硫脲制成前驅體溶液；

步驟二，打開排風機，取鋁箔紙包裹在加熱爐臺上；

步驟三，清洗玻璃載玻片，將玻璃載玻片放置在加熱爐臺上；

步驟四，設置加熱裝置對玻璃載玻片進行預熱；

步驟五，清洗噴霧裝置，取前驅體溶液于噴霧裝置中，將噴霧裝置噴涂在保持恒溫的玻璃載玻片上，前驅體溶液噴上之后可看到顏色的變化，前驅體溶液在高溫條件下瞬間完成蒸發沉淀，即最終形成薄膜樣品。

本發明通過使用SnCI₂作先驅體時，可以提高結晶性、增強薄膜的導電性和流動性，并能得到適合太陽能電池用的薄膜。本發明有效地降低了制備成本，同時可以保證太陽能電池的轉換效率。本發明通過噴涂熱解法制備出CZTS薄膜能夠節約一定的成本。

所述步驟一中蒸餾水的容量在50ml～70ml之間，依次加入CuCl₂·2H₂O、Zn(CH₃COO)₂·2H₂O、SnCl₂·2H₂O和硫脲的同時使用攪拌裝置進行攪拌。

本發明通過攪拌裝置能夠使加入到蒸餾水中的物質溶解更加充分。

所述攪拌裝置是一磁力攪拌器。

本發明通過磁場的同性相斥、異性相吸的原理，使用磁場推動放置在容器中帶磁性的攪拌子進行圓周運轉，從而達到攪拌液體的目的。

所述CuCl₂·2H₂O的摩爾質量在0.001mol～0.003mol、所述Zn(CH₃COO)₂·2H₂O的摩爾質量在0.0005mol～0.0007mol、所述SnCl₂·2H₂O的摩爾質量在0.0005mol～0.0007mol、所述硫脲的摩爾質量在0.0025mol～0.004mol。

本發明通過限制成分的摩爾質量能夠使實驗所制備的極薄吸收層性能更加優異。