[發(fā)明專利]一種銅鋅錫硫薄膜及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201610077308.5
• 申請日: 2016-02-03
• 公開（公告）號: CN105552172A
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 常遠(yuǎn)程;朱小寧;沈曉輝;鄧增社
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院有限責(zé)任公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/032;H01L21/368
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及一種薄膜太陽能電池，特別是一種銅鋅錫硫薄膜及其制備方法。

【背景技術(shù)】

近年來，基于四元硫族化合物半導(dǎo)體銅鋅錫硫(CZTS)的薄膜太陽能電池已經(jīng)達(dá)到了光電 轉(zhuǎn)換效率為11.1％的世界記錄，而且這種材料的各組成元素在地殼中的豐度較高、光電性能優(yōu) 良。當(dāng)前對這種化合物半導(dǎo)體的一個(gè)研究熱點(diǎn)是利用它的納米材料，通過非真空工藝，來實(shí)現(xiàn) 大面積的吸收層薄膜的制備，這類方法具有成本低、工藝相對簡單等優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)展可再生能源是當(dāng)今應(yīng)對能源危機(jī)和環(huán)境污染的重要舉措，太陽能取之不盡、用之不竭， 是目前最具潛力的清潔、可再生能源之一。為了實(shí)現(xiàn)降低太陽電池成本的目標(biāo)，美、歐、澳、 日等發(fā)達(dá)國家均把目光投向了具有很大成本優(yōu)勢的薄膜太陽電池上。

其中，銅銦鎵硒(CIGS)太陽能電池在薄膜電池中的轉(zhuǎn)換效率最高，小面積電池的轉(zhuǎn)換效 率已經(jīng)達(dá)到20.3％。但這種薄膜電池需要大量消耗銦，鎵等稀有金屬，隨著產(chǎn)量的上升，與其 他技術(shù)相比，材料成本將成為非常重要的競爭因素。

相比之下，銅鋅錫硫半導(dǎo)體材料以硫替代了銅銦鎵硒中的硒，以鋅和錫替代了稀有金屬銦 和鎵，這些組成元素在地殼中的含量豐富、價(jià)格低廉且低毒。同時(shí)，銅鋅錫硫具有與太陽光譜 十分匹配的直接帶隙(1.4～1.5電子伏特)和超過10⁴cm^-1的吸收系數(shù)。銅鋅錫硫吸收層作為 電池中吸收太陽光的主要部分，其質(zhì)量好壞對于電池器件的性能起到?jīng)Q定性作用。銅鋅錫硫的 制備方法很多，大體可分為真空和非真空兩類，真空法可以實(shí)現(xiàn)精確控制沉積速度從而得到均 勻一致的薄膜，但真空法成本高、工藝過程復(fù)雜且原料利用率低。非真空法由于其廉價(jià)、工藝 簡單、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，成為極具發(fā)展?jié)摿Φ谋∧ぶ苽浞椒āＦ渲校{米顆粒法在非真空方法 中占有重要地位。但一般來說，非真空法制備的薄膜含雜質(zhì)較多。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，在原有銅鋅錫硫薄膜制備的基礎(chǔ)上，提供一種銅鋅錫硫薄 膜及其制備方法，制備過程速度快，對環(huán)境友好,成本低廉。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種銅鋅錫硫薄膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)將銅源、鋅源、錫源分別溶解后混合成混合溶液A；

(2)將混合溶液A加熱至170～210℃，加熱過程中通入氬氣；

(3)混合溶液A加熱后，向其中加入硫源溶液，靜置、冷卻；

(4)將步驟(3)得到的溶液加熱至80～120℃后，加入分散劑分散，靜置分層；

(5)將步驟(4)分層的上層溶液吸出，即得銅鋅錫硫納米顆粒溶液；

(6)以步驟(5)得到的銅鋅錫硫納米顆粒溶液為前驅(qū)體，采用旋涂法制備銅鋅錫硫薄膜。

混合溶液A為硫酸銅溶液、硫酸鋅溶液、硫酸錫溶液的混合溶液，其中，硫酸鋅摩爾濃度 為5～15毫摩爾/升。

所述硫源為硫化鈉；五水硫酸銅晶體、七水硫酸鋅晶體、二水硫酸錫晶體和九水硫化鈉晶 體的摩爾比為(1.8～2.2)：(0.8～1.2)：(0.8～1.2)：(3.7～4.3)。

所述銅源、鋅源、錫源、硫源均溶解在有機(jī)溶劑中，該有機(jī)溶劑為乙二醇、乙醇、甲醇、 丙醇、丁醇、叔丁醇、異丙醇、異戊醇和正丁醇中的任意一種。

溶解銅源、鋅源、錫源、硫源的有機(jī)溶劑相同，所述硫源是逐滴加入到混合溶液A中的。

所述分散劑為分析純純度的正十二烷基硫醇，所加正十二烷基硫醇量為溶解銅源、鋅源、 錫源、硫源的有機(jī)溶劑之和。

旋涂法制備銅鋅錫硫薄膜時(shí)，首先在基片上鍍鉬薄膜，然后在鉬薄膜上制備銅鋅錫硫薄膜。

所述鉬薄膜采用磁控真空濺射法制備。

制備的銅鋅錫硫薄膜最后進(jìn)行退火硫化，退火硫化的溫度為400～500℃，時(shí)間為30～60 分鐘。