[發明專利]一種薄膜太陽能電池緩沖層材料的制備方法

有效

• 申請號: 201611151153.1
• 申請日: 2016-12-14
• 公開（公告）號: CN106684176B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 朱燕艷;方澤波;潘小杰
• 申請（專利權）人: 上海電力學院
• 主分類號: H01L31/0256
• 分類號: H01L31/0256;H01L31/0264;H01L31/18
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司31225
• 代理人: 王小榮

技術領域

本發明屬于太陽能電池技術領域，涉及一種薄膜太陽能電池緩沖層材料的制備方法。

背景技術

太陽能是一種取之不盡、用之不竭的能量來源，太陽能電池提供了一種以最小的環境影響來產生電力的光電轉換裝置，具有環境友好、無污染等特點，已經受到人們越來越多的關注。目前太陽能電池組件研究的主要方向為高光電轉換效率、低成本、耐用、易安裝、輕質化以及避免造成其他環境問題等，而薄膜太陽能電池因其光吸收層用料少，僅需幾個微米就可以將太陽能有效地轉換為電能，因而具有廣闊的發展前景。

薄膜太陽能電池的工作原理主要為：太陽光經透明電極入射后，依次經過減反射膜、窗口層、緩沖層到達吸收層，在吸收層被吸收后產生光生載流子。其中，緩沖層的主要作用是：(1)結構過渡緩沖，降低帶隙的不連續性，緩沖晶格不匹配問題，減少晶格失配度；(2)由于緩沖層透光性較好，光通過緩沖層后損失較少；(3)保護吸收層，避免在濺射氧化鋅窗口層時對吸收層造成損害。目前，薄膜太陽能電池緩沖層材料主要為硫化鎘(CdS)半導體材料，以CdS半導體材料作為緩沖層的銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池的效率最高可達到19.9％。但由于CdS半導體材料中含有高污染性金屬鎘，在薄膜太陽能電池生產過程中，對于含鎘廢水的處理以及報廢電池中鎘的回收較為困難，因而會對環境造成嚴重污染；另一方面，CdS薄膜的禁帶寬度只有2.4eV，不利于CIGS/CdS薄膜太陽能電池對太陽光短波波段的響應，制約了CIGS薄膜太陽能電池的大規模生產和應用。因此，開發出不含鎘且有利于批量生產的新型綠色緩沖層材料來代替CdS，是CIGS薄膜太陽能電池發展的必然趨勢。

目前，ZnS、In₂S₃、ZnSe、SnO₂、ZnIn₂Se₄等作為CdS的替代物，正在不斷被研究開發，之后將會應用于CIGS薄膜太陽電池的緩沖層材料中，以生產出綠色、無鎘、高效CIGS薄膜太陽能電池。其中，ZnS具有無毒環保的優勢，且其禁帶寬度(3.74eV)比CdS(2.4eV)大很多，不僅可以提高薄膜太陽能電池的短路電流，還有利于增強薄膜太陽能電池短波區的光譜響應，減小電子親和勢，提高開路電壓，因而具有廣闊的應用前景，使ZnS成為理想的CdS替代物。

目前，制備ZnS緩沖層材料的方法主要包括真空蒸發法、磁控濺射法、分子束外延法和電沉積法。通過真空蒸發法制備的薄膜太陽能電池的效率比較高，但是該方法對設備要求比較高，原料利用率低且蒸發過程不易控制，重復性較差，難以實現工業化大規模生產；磁控濺射法和分子束外延法能較精確地調節各元素的比例，制備的緩沖層材料質量好、均勻性高、重復性好、轉化效率高，但存在制備工藝復雜、設備要求高、生產效率低、生產成本高的問題，難以大規模生產實施；而電沉積法設備簡單，可以實現連續大面積低溫多組分沉積，但是由于電沉積時沉積電勢過負，很容易發生析氫反應，使沉積的薄膜孔洞多、不均勻，緩沖層材料組分偏離化學計量比，產品質量差，嚴重阻礙薄膜太陽能電池的轉化效率。因此，有必要開發出一種新的ZnS緩沖層材料的制備方法，以解決現有方法存在的問題。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種制備條件溫和且產品性能好的薄膜太陽能電池緩沖層材料的制備方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種薄膜太陽能電池緩沖層材料的制備方法，該方法具體包括以下步驟：

(1)按照以下組分及重量份含量進行備料：有機鋅鹽20-25份、硫代有機物23-29份、引發劑2-5份、催化劑0.5-1.3份、溶劑35-50份、石墨烯9-13份、助劑1-3份、分散劑1-4份；

(2)將有機鋅鹽及硫代有機物混合后，攪拌2-5h；

(3)分別加入引發劑、催化劑及溶劑，并通入氨氣循環曝氣3-8h，得到反應液；

(4)將反應液加熱至105-110℃后，攪拌0.5-1.5h，之后在2-8℃下沉降18-24h，經超聲處理后得到沉降液；

(5)將石墨烯、助劑及分散劑分別加入至沉降液中并攪拌均勻，得到混合液；

(6)對混合液進行密封加熱2-3h，之后進行減壓蒸餾，即得到所述的薄膜太陽能電池緩沖層材料。

本發明制備過程在反應釜中進行。

所述的有機鋅鹽包括醋酸鋅、二乙基鋅或二苯基鋅中的一種或多種。

所述的硫代有機物包括硫代乙酸、三硫代碳酸乙烯酯或二乙基二硫代氨基甲酸中的一種或多種。