[發(fā)明專利]銅鋅錫硫硒薄膜太陽(yáng)能電池及其前驅(qū)體溶液制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811458828.6
• 申請(qǐng)日: 2018-11-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109678123A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟慶波;郭林寶;于晴;段碧雯;石將建;李冬梅;羅艷紅;吳會(huì)覺(jué)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院物理研究所
• 主分類號(hào): C01B19/00
• 分類號(hào): C01B19/00;H01L31/032;H01L31/18
• 代理公司: 北京智匯東方知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11391
• 代理人: 康正德;薛峰

本發(fā)明提供了一種銅鋅錫硫硒薄膜太陽(yáng)能電池及其前驅(qū)體溶液制備方法，屬于薄膜太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，其包括：惰性氣氛中，在巰基乙酸水溶液中通入含有氨氣的氣體或加入碳酸銨鹽，加熱攪拌得到澄清水溶液；惰性氣氛中，加入含有銅、鋅和錫三種元素的氧化物或者鹽，攪拌使其溶解，得到前驅(qū)體溶液。本發(fā)明提供的一種銅鋅錫硫硒薄膜太陽(yáng)能電池及其前驅(qū)體溶液制備方法，能夠獲得高質(zhì)量Cu₂ZnSnS_xSe_4?x薄膜及高效率Cu₂ZnSnS_xSe_4?x薄膜太陽(yáng)能電池，具有工藝簡(jiǎn)單、環(huán)境友好、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及薄膜太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種銅鋅錫硫硒薄膜太陽(yáng)能電池及其前驅(qū)體溶液制備方法。

背景技術(shù)

銅鋅錫硫硒(Cu₂ZnSnS_xSe_4-x)是一種新型的薄膜太陽(yáng)能電池吸光層材料。該材料具有光學(xué)帶隙可調(diào)節(jié)(1.0eV～1.5eV),光吸收系數(shù)高(大于10⁴cm^-1)、穩(wěn)定性好、組成元素儲(chǔ)量豐富等優(yōu)點(diǎn)，非常適用于發(fā)展高效、穩(wěn)定、柔性、廉價(jià)的薄膜太陽(yáng)能電池。

Cu₂ZnSnS_xSe_4-x薄膜的制備工藝一般可分為真空法和非真空法兩類。非真空法所需設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，適于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。在非真空制備工藝中，常常需要將銅(Cu)、鋅(Zn)、錫(Sn)和硫(S)四種元素按一定比例配制成前驅(qū)體溶液并通過(guò)旋涂、噴涂或者打印等方式在鉬電極上制成含有四種元素的前驅(qū)體膜。最后，將Cu₂ZnSnS₄前驅(qū)體膜在富含硒(Se)的氮?dú)?N₂)氛圍中高溫退火，使部分硫(S)元素被硒(Se)元素取代而獲得Cu₂ZnSnS_xSe_4-x吸光層薄膜。前驅(qū)體溶液作為電池制備過(guò)程的起點(diǎn)，其性質(zhì)對(duì)Cu₂ZnSnS_xSe_4-x吸光層薄膜質(zhì)量、電池后續(xù)的制備過(guò)程乃至電池性能都有重大影響。

因此，開(kāi)發(fā)工藝簡(jiǎn)單、環(huán)境友好、成本低廉的溶液對(duì)于發(fā)展高效Cu₂ZnSnS_xSe_4-x電池，促進(jìn)其實(shí)際應(yīng)用，具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，提供用于銅鋅錫硫硒薄膜太陽(yáng)能電池的前驅(qū)體溶液制備方法，具有工藝簡(jiǎn)單、環(huán)境友好、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是，提供一種銅鋅錫硫硒薄膜太陽(yáng)能電池，基于上述前驅(qū)體溶液制備獲得高質(zhì)量Cu₂ZnSnS_xSe_4-x薄膜及高效率Cu₂ZnSnS_xSe_4-x薄膜太陽(yáng)能電池。

特別地，本發(fā)明提供了一種用于銅鋅錫硫硒薄膜太陽(yáng)能電池的前驅(qū)體溶液制備方法，包括以下步驟：

S1，在惰性氣氛中用巰基乙酸水溶液與含有氨氣的氣體或加入碳酸銨鹽，加熱攪拌得到澄清水溶液；

S2，在惰性氣氛中加入含有銅、鋅和錫三種元素的氧化物或者鹽，加熱攪拌使其溶解，得到前驅(qū)體溶液。

可選地，S1中，所述含有氨氣的氣體包括純氨氣或氨氣混合氣體。

可選地，S1中，所述氨氣混合氣體為氨氣與惰性氣體的混合氣體；所述惰性氣體包括氮?dú)饣驓鍤狻?/p>

可選地，S1中，所述氨氣混合氣體中氨氣的體積百分比為0～100％，優(yōu)選地，體積百分比范圍是40％～60％。