一種介孔結構銅銦硫光電薄膜及其制備方法
【專利說明】一種介孔結構銅銦硫光電薄膜及其制備方法
[0001]
技術領域
本發明屬于銅銦硫光電薄膜技術領域，具體涉及一種介孔結構銅銦硫光電薄膜及其制備方法。
【背景技術】
[0002]薄膜太陽電池因其具有質輕、生產成本低、可被制成柔性可卷曲形狀、便于大面積連續生產等突出優勢，被公認是未來太陽電池發展的主要方向，并已成為國際上研究最多的太陽電池技術之一。銅銦硫光電薄膜這種直接帶隙半導體材料具有高的光吸收系數、穩定性好、無光致衰減效應、低毒等優點，成為理想的高性能薄膜太陽能電池的候選材料，引起國內外研究學者的廣泛關注。
[0003]目前在制備銅銦硫光電薄膜領域已有的幾種方法如下:
上海交通大學的畢恩兵等，將銅源、銦源溶于三乙醇胺、丙酮以及檸檬酸鈉溶液中，再加入氨水調節PH，加入摩爾比為2:1硫粉/硫脲的硫源后，再加入水合聯氨溶液，最后加入體積比為1:1的水/乙二醇混合溶劑,得到CuInS2前體反應液；將反應液加入反應爸,再插入玻璃片，進行溶劑熱原位反應，即可得到具有規則的納米片陣列薄膜。
[0004]吉林大學的蘇星光等，采用氯化銅、氯化銦這種常見金屬鹽類化合物，以及含有巰基的羧酸如巰基丙酸和巰基丁二酸，在水熱條件下合成出了粒子大小在2-4nm，發射波長在近紅外區域的銅銦硫(CuInS2)納米粒子。
[0005]中國科學院過程工程研究所的陳運法等，將銅鹽和銦鹽溶于一定量水中，加入適量巰基酸，調節PH到一定范圍，然后加入硫源，攪拌均勻后將所得溶液轉入水熱反應釜中，在一定溫度進行水熱反應；將得到的膠體溶液冷卻到室溫，通過離心沉降得到銅銦硫半導體納米粒子。
[0006]浙江大學的汪雷等，采用溶液法利用硼氫化鈉還原銅鹽和銦鹽制備Cu-1n合金納米顆粒，進而將其溶解在有機溶劑中制備成Cu-1n合金墨水，涂覆在Si片、Mo片或者玻璃等襯底上制備成前驅體薄膜；而后，在含有H2S/Ar混合氣氛中燒結成為表面呈納米棒陣列的CuInS2薄膜。
[0007]北京化工大學的元炯亮等，采用電化學沉積法制備銅銦合金膜，再通過硫化退火的方法得到銅銦硫合金膜。
[0008]拜耳技術服務有限公司的鐘海政等，將銅鹽、銦鹽和烷基硫醇加入到非極性的有機溶劑中，然后在惰性氣氛下，加熱攪拌、溶解，直至得到深紅色的膠體溶液；將得到的膠體溶液冷卻到室溫，加入極性溶劑，通過離心沉降得到銅銦硫半導體納米粒子。
【發明內容】
[0009]本發明目的在于提供一種介孔結構銅銦硫光電薄膜及其制備方法，該方法可以將銅銦硫光電薄膜制作成介孔結構。
[0010]本發明采用以下技術方案:
一種制備介孔結構銅銦硫光電薄膜的方法，包括以下步驟:
1)將切好的ITO導電玻璃清洗，得到潔凈的ITO基片；
2)稱取0.1lmmol碘化亞銅、0.1mmol醋酸銦、0.5mmol硫脲,共同溶于1.2ml甲胺與0.08ml丙酸組成的混合溶液中，配置成銅銦硫前驅體溶液；
3)取0.08ml步驟2)配置好的銅銦硫前驅體溶液，滴到步驟I)清洗后的ITO基片上，而后勻膠，最后將勻膠好的ITO基片放到熱臺上，氮氣環境下退火，ITO基片上得到一層致密的銅銦硫薄膜，基片記為ITO/compact-CuInS2;
4)按步驟2)中的原料用量比例配制銅銦硫前驅體溶液200ml，向其中混入三氧化二鋁納米粒異丙醇懸濁液200ml形成混合液，而后將此混合液磁力攪拌其充分混合；
5)取步驟4)的混合液0.08ml滴到步驟3)得到的基片上并勻膠，而后退火，ITO基片上得到摻雜有三氧化二招的銅銦硫光電薄膜，基片記為ITO/compact-CuInS2/hybrid-CuInS2;
6)將步驟5)得到的基片放入氫氧化鈉水溶液中浸泡，取出后用去離子水清洗，而后將其放到熱臺上氮氣環境下烘干，即得到具有介孔結構的銅銦硫光電薄膜，基片記為ITO/compact-CuInS2/mesoporous-CuInS2。
[0011]清洗時依次在異丙醇、丙酮、酒精中各超聲清洗15分鐘。
[0012]步驟3)勻膠時的具體操作是放置到勻膠機上以每分鐘6000轉勻膠60秒；步驟5)勻膠時的具體操作是放置在勻膠機上以每分鐘3000轉勻膠60秒。
[0013]步驟3)、5)中的退火是在250°C退火15分鐘。
[0014]步驟4)中三氧化二鋁納米粒的平均粒徑為50nm，三氧化二鋁納米粒異丙醇懸濁液的濃度為20wt%。
[0015]步驟6)中氫氧化鈉水溶液的濃度為0.2mol/L,浸泡時間為30分鐘。
[0016]根據以上方法制得的介孔結構銅銦硫光電薄膜。
[0017]本發明制備方法的整個流程操作極其簡單，對設備要求很低，選擇的中間體三氧化二鋁廉價易得，銅銦硫退火成塊后摻入的三氧化二鋁是均勻分布在其中的，將三氧化二鋁用氫氧化鈉溶蝕掉以后，剩下的銅銦硫塊體自然是窟窟窿窿的，就好比太湖石一樣。將其他光電材料的前驅液灌入銅銦硫的孔洞中后退火，可以生成一種體異質結，將銅銦硫光電薄膜做成介孔結構，可以提高相應兩種材料的接觸面積，有利于激子的分離，這樣可以提升光電器件的性能，使其能夠應用于銅銦硫-相關的太陽能電池并能改善電池的性能。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明制得的介孔結構銅銦硫光電薄膜的SEM圖；
【具體實施方式】
實施例:
一種制備介孔結構銅銦硫光電薄膜的方法，包括以下步驟:
I)將切好的ITO導電玻璃依次在異丙醇、丙酮、酒精中各超聲清洗15分鐘，得到潔凈的ITO基片；
2)稱取0.1lmmol碘化亞銅、0.1mmol醋酸銦、0.5mmol硫脲,共同溶于1.2ml甲胺與0.08ml丙酸組成的混合溶液中，配置成銅銦硫前驅體溶液；
3)取0.08ml步驟2)配置好的銅銦硫前驅體溶液，滴到步驟I)清洗后的ITO基片上，而后放置到勻膠機上以每分鐘6000轉勻膠60秒，最后將勻膠好的ITO基片放到熱臺上，氮氣環境下在250°C退火15分鐘，ITO基片上得到一層致密的銅銦硫薄膜，基片記為ITO/compact_CuInS2;
4)按步驟2)中的原料用量比例配制銅銦硫前驅體溶液200ml，向其中混入濃度20wt%的三氧化二鋁納米粒(平均粒徑為50nm)異丙醇懸濁液200ml形成混合液，而后將此混合液磁力攪拌其充分混合；
5)取步驟4)的混合液0.08ml滴到步驟3)得到的基片上，而后放置在勻膠機上以每分鐘3000轉勻膠60秒，而后在250°C退火15分鐘，ITO基片上得到摻雜有三氧化二鋁的銅銦硫光電薄膜，基片記為 ITO/compact-CuInS2/hybrid- CuInS2;
6)將步驟5)得到的基片放入0.2mol/L氫氧化鈉水溶液中浸泡30分鐘，取出后用去離子水清洗，而后將其放到熱臺上氮氣環境下烘干，即得到具有介孔結構的銅銦硫光電薄膜，基片記為 ITO/compact-CuInS2/mesoporous-CuInS2o
[0019]具有介孔結構的銅銦硫光電薄膜的SEM圖如圖1所示，由此圖看出本發明制得的銅銦硫光電薄膜具有介孔結構。
【主權項】
1.一種制備介孔結構銅銦硫光電薄膜的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將切好的ITO導電玻璃清洗，得到潔凈的ITO基片； 2)稱取0.1lmmol碘化亞銅、0.1mmol醋酸銦、0.5mmol硫脲,共同溶于1.2ml甲胺與0.08ml丙酸組成的混合溶液中，配置成銅銦硫前驅體溶液； 3)取0.08ml步驟2)配置好的銅銦硫前驅體溶液，滴到步驟I)清洗后的ITO基片上，而后勻膠，最后將勻膠好的ITO基片放到熱臺上，氮氣環境下退火，ITO基片上得到一層致密的銅銦硫薄膜，基片記為ITO/compact-CuInS2; 4)按步驟2)中的原料用量比例配制銅銦硫前驅體溶液200ml，向其中混入三氧化二鋁納米粒異丙醇懸濁液200ml形成混合液，而后將此混合液磁力攪拌至其充分混合； 5)取步驟4)的混合液0.08ml滴到步驟3)得到的基片上并勻膠，而后退火，ITO基片上得到摻雜有三氧化二招的銅銦硫光電薄膜，基片記為ITO/compact-CuInS2/hybrid-CuInS2; 6)將步驟5)得到的基片放入氫氧化鈉水溶液中浸泡，取出后用去離子水清洗，而后將其放到熱臺上氮氣環境下烘干，即得到具有介孔結構的銅銦硫光電薄膜，基片記為ITO/compact-CuInS2/mesoporous-CuInS2。
2.如權利要求1所述的制備介孔結構銅銦硫光電薄膜的方法，其特征在于，步驟I)中清洗時依次在異丙醇、丙酮、酒精中各超聲清洗15分鐘。
3.如權利要求1所述的制備介孔結構銅銦硫光電薄膜的方法，其特征在于，步驟3)勻膠時的具體操作是放置到勻膠機上以每分鐘6000轉勻膠60秒；步驟5)勻膠時的具體操作是放置在勻膠機上以每分鐘3000轉勻膠60秒。
4.如權利要求1所述的制備介孔結構銅銦硫光電薄膜的方法，其特征在于，步驟3)、5)中的退火是在250°C退火15分鐘。
5.如權利要求1所述的制備介孔結構銅銦硫光電薄膜的方法，其特征在于，步驟4)中三氧化二鋁納米粒的平均粒徑為50nm，三氧化二鋁納米粒異丙醇懸濁液的濃度為20wt%。
6.如權利要求1所述的制備介孔結構銅銦硫光電薄膜的方法，其特征在于，步驟6)中氫氧化鈉水溶液的濃度為0.2mol/L,浸泡時間為30分鐘。
7.根據權利要求1-6任一項方法制得的介孔結構銅銦硫光電薄膜。
【專利摘要】本發明屬于銅銦硫光電薄膜技術領域，具體涉及一種介孔結構銅銦硫光電薄膜及其制備方法。本發明將其他光電材料的前驅液灌入銅銦硫的孔洞中后退火，可以生成一種體異質結，將銅銦硫光電薄膜做成介孔結構，可以提高相應兩種材料的接觸面積，有利于激子的分離，這樣可以提升光電器件的性能，使其能夠應用于銅銦硫-相關的太陽能電池并能改善電池的性能。
【IPC分類】H01L31-0264, H01L31-18, H01L31-0352
【公開號】CN104638035
【申請號】CN201510031895
【發明人】陳沖, 黎春喜, 李福民, 翟勇
【申請人】河南大學
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年1月22日