專利名稱：一種制備銅鋅錫硫薄膜太陽能電池吸收層的方法
技術領域：
本發明屬于銅鋅錫硫薄膜太陽能電池吸收層制備技術領域，尤其涉及一種制備銅鋅錫硫薄膜太陽能電池吸收層的方法。
背景技術：
隨著人類社會的不斷發展，人類對石油、煤炭等一次能源的需求逐漸增大，隨著礦物質能源的日益緊缺以及人們環保意識的增強，全球對新能源和可再生能源的需求日益增強。作為一種取之不盡、用之不竭的清潔可再生能源，太陽能是最理想的新能源來源，利用太陽能光伏發電自然而然成為全球新能源研究領域的熱點。目前，對太陽能電池的研究已經進入了第三代的化合物薄膜太陽能電池。對太陽能光電轉換材料的研究主要集中在化合物半導體材料方向，這些化合物半導體材料具有高效、廉價的特點，主要包括有砷化鎵(GaAs)、碲化鎘(CdTe)與硫化鎘(CdS)、銅銦硫與銅銦鎵硒以及銅鋅錫硫等。其中鋅黃錫礦結構的四元化合物半導體材料Cu2ZnSnS4(CZTS)由于具有與太陽光譜非常匹配的禁帶寬度(I. 4 I. 5eV)，超過IO4CnT1的光吸收系數，以及在地殼中含量豐富對環境友好的特點，被認為是最佳的太陽能電池吸收層候選材料。而基于銅鋅錫硫的薄膜太陽能電池以其不斷提高的轉化效率、較低的制備成本、沒有性能衰減和環境友好等優良特性逐漸受到廣泛關注，各個國家和政府均開展了相應的研究。自從銅鋅錫硫出現以來，各國的研究人員對銅鋅錫硫吸收層的制備進行了廣泛而深入的研究，發展了多種銅鋅錫硫半導體材料的制備方法，主要有蒸鍍法、濺射法等物理方法，以及熱注入等化學方法。物理方法的共同點是需要昂貴的大型儀器設備，對反應條件控制較為苛刻(一般需要較高的真空條件)；熱注入法的特點是需要無水無氧條件并且操作繁瑣。現有的銅鋅錫硫半導體材料的制備方法無法滿足大規模生產與商業化的需求。因此，發展一種成本低廉、可大批量生產銅鋅錫硫薄膜的制備方法，對于本領域的發展具有重要意義
發明內容
·本發明提供了一種制備銅鋅錫硫薄膜太陽能電池吸收層的方法，旨在解決現有技術提供的制備銅鋅錫硫吸收層的方法，存在需要昂貴的大型儀器設備，對反應條件控制較為苛刻，操作過程繁瑣復雜，生產及使用成本較高，無法滿足大規模批量生產與商業化需求問題。本發明的目的在于提供一種制備銅鋅錫硫薄膜太陽能電池吸收層的方法，將金屬源及硫源溶解在一定的溶劑中形成金屬鹽前軀體溶液，將金屬鹽前軀體溶液噴涂于特定的襯底上，經退火處理后在襯底上制備銅鋅錫硫薄膜太陽能電池吸收層。進一步，該方法包括以下步驟將銅源、鋅源、錫源、硫源按照物質的量比為2 I I 2 10的比例超聲分散，并溶解于特定的溶劑中，制備金屬鹽前軀體溶液，金屬鹽前軀體溶液的濃度為0.001 O.lmol/L ；將金屬鹽前軀體溶液噴涂于特定的襯底上，經退火處理后在襯底上制備銅鋅錫硫薄膜太陽能電池吸收層，退火溫度為200 500度。進一步，所述金屬源為相應金屬的乙酰丙酮鹽、二硫代氨基甲酸鹽。進一步，所述硫源為硫粉、硫代乙酰胺、硫脲、烷基硫醇。進一步，所述溶劑為二乙烯三胺、三乙烯四胺。進一步，所述襯底為金屬箔片、玻璃、聚酰亞胺膜。進一步，所述金屬箔片采用不銹鋼箔片、鑰箔片、鈦箔片。
進一步，所述銅鋅錫硫薄膜太陽能電池吸收層的厚度通過金屬鹽前軀體溶液的噴涂量來進行控制。本發明提供的制備銅鋅錫硫薄膜太陽能電池吸收層的方法，將金屬源及硫源溶解在一定的溶劑中形成金屬鹽前軀體溶液，將金屬鹽前軀體溶液噴涂于襯底上，經退火處理后在襯底上制備銅鋅錫硫薄膜太陽能電池吸收層，銅鋅錫硫薄膜太陽能電池吸收層的厚度通過金屬鹽前軀體溶液的噴涂量來進行控制，無需昂貴的大型儀器設備，對反應條件控制較低，操作過程簡單，生產及使用成本較低，滿足了大規模批量生產與商業化的需求，實用性強，具有較強的推廣與應用價值。
圖I是本發明實施例提供的制備銅鋅錫硫薄膜太陽能電池吸收層的方法的具體實現流程圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步的詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定發明。本發明的目的在于提供一種制備銅鋅錫硫薄膜太陽能電池吸收層的方法，將金屬源及硫源溶解在一定的溶劑中形成金屬鹽前軀體溶液，將金屬鹽前軀體溶液噴涂于特定的襯底上，經退火處理后在襯底上制備銅鋅錫硫薄膜太陽能電池吸收層。圖I示出了本發明實施例提供的制備銅鋅錫硫薄膜太陽能電池吸收層的方法的具體實現流程。該方法包括以下步驟在步驟SlOl中，將銅源、鋅源、錫源、硫源按照物質的量比為2 : I : I : 2 10的比例超聲分散，并溶解于特定的溶劑中，制備金屬鹽前軀體溶液，金屬鹽前軀體溶液的濃度為 O. 001 O. lmol/L。如果金屬源為乙酰丙酮鹽，則硫源比例需要適當提高，2 : I : I : 4 10。如果金屬源為二硫代氨基甲酸鹽，則硫源比例可以適當降低2 I I 2 10，甚至不添加。在步驟S102中，將金屬鹽前軀體溶液噴涂于特定的襯底上，經退火處理后在襯底上制備銅鋅錫硫薄膜太陽能電池吸收層，退火溫度為200 500度。對于退火溫度，如果襯底是聚酰亞胺，則退火溫度不能超過250度，如果是金屬箔片和玻璃則最高可達500度。在本發明實施例中，金屬源為相應金屬的乙酰丙酮鹽、二硫代氨基甲酸鹽。在本發明實施例中，硫源為硫粉、硫代乙酰胺、硫脲、烷基硫醇。在本發明實施例中，溶劑為二乙烯三胺、三乙烯四胺。在本發明實施例中，所述襯底為金屬箔片、玻璃、聚酰亞胺膜。在本發明實施例中，金屬箔片采用不銹鋼箔片、鑰箔片、鈦箔片。在本發明實施例中，銅鋅錫硫薄膜太陽能電池吸收層的厚度通過金屬鹽前軀體溶液的噴涂量來進行控制。下面結合附圖及具體實施例對本發明的應用原理作進一步描述。 本發明旨在針對現有技術存在的不足，提供一種銅鋅錫硫薄膜太陽能電池吸收層的制備方法。本發明，反應條件溫和，成本低廉，適用于銅鋅錫硫太陽能電池吸收層的大批量生產，可以彌補現有技術的不足。如圖I所示，本發明是通過以下技術方案實現的將金屬源、硫源超聲分散，并最終溶于特定的溶劑中得到銅鋅錫硫的前軀體溶液。將銅鋅錫硫前軀體溶液涂布于電池基板上，經退火理后得到銅鋅錫硫薄膜太陽能電池的吸收層。本發明中銅鋅錫硫薄膜太陽能電池吸收層的制備方法，包括以下步驟(I)金屬鹽前軀體溶液的制備將銅源、鋅源、錫源、硫源按照物質的量比為2 I I 2 10的比例超聲分散并溶解于特定的溶劑中，金屬鹽濃度為O. 001 O. lmol/L ；(2)銅鋅錫硫吸收層的制備將金屬鹽前軀體溶液噴涂于特定的襯底，經退火處理后在襯底上制備銅鋅錫硫薄膜太陽能電池吸收層，退火溫度為200 500度。本發明實施例提供的制備銅鋅錫硫薄膜太陽能電池吸收層的方法，將金屬源及硫源溶解在一定的溶劑中形成金屬鹽前軀體溶液，將金屬鹽前軀體溶液噴涂于襯底上，經退火處理后在襯底上制備銅鋅錫硫薄膜太陽能電池吸收層，銅鋅錫硫薄膜太陽能電池吸收層的厚度通過金屬鹽前軀體溶液的噴涂量來進行控制，無需昂貴的大型儀器設備，對反應條件控制較低，操作過程簡單，生產及使用成本較低，滿足了大規模批量生產與商業化的需求，實用性強，具有較強的推廣與應用價值。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種制備銅鋅錫硫薄膜太陽能電池吸收層的方法，其特征在于，將金屬源及硫源溶解在溶劑中形成金屬鹽前軀體溶液，將金屬鹽前軀體溶液噴涂于襯底上，經退火處理后在襯底上制備銅鋅錫硫薄膜太陽能電池吸收層。
2.如權利要求I所述的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 將銅源、鋅源、錫源、硫源按照物質的量比為2 I I 2 10的比例超聲分散，并溶解于特定的溶劑中，制備金屬鹽前軀體溶液，金屬鹽前軀體溶液的濃度為O. 001 O. Imol/L ； 將金屬鹽前軀體溶液噴涂于特定的襯底上，經退火處理后在襯底上制備銅鋅錫硫薄膜太陽能電池吸收層，退火溫度為200 500度。
3.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述金屬源為相應金屬的乙酰丙酮鹽、二硫代氨基甲酸鹽。
4.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述硫源為硫粉、硫代乙酰胺、硫脲、烷基硫醇。
5.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述溶劑為二乙烯三胺、三乙烯四胺。
6.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述襯底可采用金屬箔片、玻璃、聚酰亞胺膜。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述金屬箔片采用不銹鋼箔片、鑰箔片、鈦箔片。
8.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述銅鋅錫硫薄膜太陽能電池吸收層的厚度通過金屬鹽前軀體溶液的噴涂量來進行控制。
全文摘要
本發明公開了一種制備銅鋅錫硫薄膜太陽能電池吸收層的方法，將金屬源及硫源溶解在一定的溶劑中形成金屬鹽前軀體溶液，將金屬鹽前軀體溶液噴涂于襯底上，經退火處理后在襯底上制備銅鋅錫硫薄膜太陽能電池吸收層，銅鋅錫硫薄膜太陽能電池吸收層的厚度通過金屬鹽前軀體溶液的噴涂量來進行控制，無需昂貴的大型儀器設備，對反應條件控制較低，操作過程簡單，生產及使用成本較低，滿足了大規模批量生產與商業化的需求，實用性強，具有較強的推廣與應用價值。
文檔編號H01L31/18GK102931286SQ20121046958
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月11日 優先權日2012年11月11日
發明者周文輝, 郭秀春, 武四新, 周正基 申請人:河南大學