一種在fto襯底上制備銅鋅錫硫半導體薄膜的方法及應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體薄膜制備技術和新能源開發利用的領域，尤其涉及一種基于微波合成技術直接在FT0導電玻璃上制備銅鋅錫硫半導體薄膜的方法及應用。
【背景技術】
[0002]技術詞解釋:
FTO導電玻璃:其為摻雜氟F的Sn02透明導電玻璃(Sn02:F)，簡稱為FTO。
[0003]聚乙稀卩比略燒酮:其英文全稱為polyvinyl pyrrolidone，簡稱PVP。
[0004]對于銅鋅錫硫(Cu2ZnSnS4，簡稱CZTS)薄膜，其具有吸收系數高、禁帶寬度(1.5eV)接近單結太陽電池的理論最佳帯隙值、成本低且不含有毒元素、性能穩定、不會發生光誘導衰變等優點，因此，其被認為是繼銻化鎘薄膜和銅銦鎵砸薄膜之后又一適合作為薄膜太陽電池的吸收層的材料。
[0005]目前，常用的CZTS薄膜制備方法一般可分為真空法和非真空法兩大類，其中，真空法包括有真空蒸發、濺射、脈沖激光沉積等方法，非真空法包括有噴霧熱分解、熱注入法、電化學沉積、溶膠-凝膠、溶劑熱合成和微波合成等方法。而相較于蒸發、濺射等真空制備技術，微波合成技術則具有工藝簡單、成本低、耗能小、能夠實現納米結構的薄膜的可控生長、可直接得到物相均勻、結晶良好、純度較高的產物等優點，因此，其被廣泛使用。但是，目前采用微波合成技術來實現CZTS薄膜的制備時，需要先制備CZTS粉末，然后再把CZTS粉末制備成漿料或者墨水，接著采用旋涂、絲網印刷等方法才能在襯底上制備得出CZTS薄膜，由此可得，目前采用微波合成技術來制備CZTS薄膜的方法仍較為復雜，而且制備得到的CZTS薄膜不夠致密平整。
【發明內容】
[0006]為了解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種在FT0襯底上制備銅鋅錫硫半導體薄膜的方法。
[0007]本發明所采用的技術方案是:一種在FT0襯底上制備銅鋅錫硫半導體薄膜的方法，該方法包括:
A、將溶劑、銅源、鋅源、錫源、硫源以及表面活性劑混合均勻制得反應前驅液；
B、將FT0導電玻璃與反應前驅液充分接觸，在微波條件下充分反應后，在FT0導電玻璃上制備得到銅鋅錫硫半導體薄膜。
[0008]進一步，所述銅源為氯化銅水合物，所述鋅源為氯化鋅，所述錫源為氯化亞錫水合物，所述硫源為硫脲，所述表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮。
[0009]進一步，所述步驟A具體為:在溶劑中依次加入銅源、鋅源以及錫源后，利用磁力攪拌至充分溶解;接著，加入硫源和表面活性劑后，利用磁力攪拌至充分溶解，混合均勻得到反應前驅液。
[0010]進一步，所述銅源、鋅源、錫源、硫源、表面活性劑的用量比為:lmmo 1: (0.4-0.6 )mmol:(0.4-0.6)mmol:(1.2_3)mmol:(0.16-0.5)g0
[0011]進一步，所述步驟B具體為:
將FTO導電玻璃的導電面朝下放入三口燒瓶中，然后將所述的反應前驅液倒入三口燒瓶中，將三口燒瓶放入微波爐中進行恒溫反應，恒溫反應完成后將沉積有銅鋅錫硫半導體薄膜的FT0導電玻璃從三口燒瓶中取出，再分別用無水乙醇和去離子水對FT0導電玻璃進行清洗，再充分干燥即可。
[0012]進一步，所述的充分干燥，具體為:將所述的FT0導電玻璃在溫度為80°C的條件下進行5小時的真空干燥。
[0013]所制備的銅鋅錫硫半導體薄膜在制備染料敏化太陽能電池對電極中的應用。
[0014]所制備的銅鋅錫硫半導體薄膜作為薄膜太陽能電池吸收層的應用。
[0015]負載有銅鋅錫硫半導體薄膜的FT0導電玻璃，其是按照前述的方法所制備的。
[0016]負載有銅鋅錫硫半導體薄膜的FT0導電玻璃在制備薄膜太陽能電池中的應用。
[0017]本發明的有益效果是:本發明的銅鋅錫硫半導體薄膜制備方法具有所需設備和制備工藝簡單、成本低廉且速度快，可直接得到物相均勻、結晶良好、純度較高的銅鋅錫硫半導體薄膜等優點。而且本發明的方法采用了表面活性劑，因此，在FT0導電玻璃上生長得到的銅鋅錫硫半導體薄膜致密平整。
[0018]另外，對于通過本發明的方法所制備得到的銅鋅錫硫半導體薄膜，其可以直接用作染料敏化太陽能電池的對電極，這樣則能代替傳統的Pt對電極，降低染料敏化太陽能電池的成本，有利于產業化生產；而且其也可以直接用來制備CZTS薄膜太陽能電池，S卩FT0導電玻璃可直接作為電池的背電極，制備得到的CZTS薄膜作為CZTS薄膜太陽能電池的吸收層，然后在吸收層上面直接制備緩沖層、窗口層和上電極，從而制備成CZTS薄膜太陽能電池，這樣不僅能夠簡化CZTS薄膜太陽能電池的制作工序，而且還能大大降低CZTS薄膜太陽能電池的制作投入成本。
【附圖說明】
[0019]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步說明:
圖1是本發明一種在FT0襯底上制備銅鋅錫硫半導體薄膜的方法的步驟流程圖；
圖2是由本發明方法制備得到的銅鋅錫硫半導體薄膜的表面SEM圖像；
圖3是由本發明方法制備得到的銅鋅錫硫半導體薄膜的XRD圖；
圖4是由本發明方法制備得到的銅鋅錫硫半導體薄膜的拉曼光譜；
圖5是由本發明方法制備得到的銅鋅錫硫半導體薄膜的高分辨TEM圖像；
圖6是由本發明方法制備得到的銅鋅錫硫半導體薄膜的紫外-可見光透射光譜。
【具體實施方式】
[0020]如圖1所示，一種在FT0襯底上制備銅鋅錫硫半導體薄膜的方法，該方法包括:
A、將溶劑、銅源、鋅源、錫源、硫源以及表面活性劑混合均勻制得反應前驅液；
B、將FT0導電玻璃與反應前驅液充分接觸，在微波條件下充分反應后，在FT0導電玻璃上制備得到銅鋅錫硫半導體薄膜。而根據這一方法所制備得到的銅鋅錫硫半導體薄膜，其表面SEM圖像、XRD圖、拉曼光譜、高分辨TEM圖像以及紫外-可見光透射光譜依次如圖2-圖6所示。
[0021]進一步作為優選的實施方式，所述銅源為氯化銅水合物(CuC12.2H20)，所述鋅源為氯化鋅(ZnCl2)，所述錫源為氯化亞錫水合物(SnCl2.2H20)，所述硫源為硫脲(CS(NH2)2，簡稱Tu)，所述表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。所述的溶劑優選為乙二醇((CH2OH)2)。
[0022]進一步作為優選的實施方式，所述步驟A具體為:在溶劑中依次加入銅源、鋅源以及錫源后，利用磁力攪拌至充分溶解;接著，加入硫源和表面活性劑后，利用磁力攪拌至充分溶解，混合均勻得到反應前驅液。
[0023]進一步作為優選的實施方式，所述銅源、鋅源、錫源、硫源、表面活性劑的用量比為:lmmol:(0.4-0.6)mmol:(0.4-0.6)mmol:(1.2_3)mmol:(0.16-0.5)g0
[0024]優選地，所述銅源、鋅源、錫源、硫源、表面活性劑的用量比為:4mmo 1: 2mmo 1:2mmο1:(5_ll)mmol:(0.64-1.92)g0
[0025]進一步作為優選的實施方式，所述步驟B具體為:
將FT0導電玻璃的導電面朝下放入三口燒瓶中，然后將所述的反應前驅液倒入三口燒瓶中，將三口燒瓶放入微波爐中進行恒溫反應，恒溫反應完成后將沉積有銅鋅錫硫半導體薄膜的FT0導電玻璃從三口燒瓶中取出，再分別用無水乙醇和去離子水對FT0導電玻璃進行清洗，再充分干燥即可。
[0026]其中，將三口燒瓶放入微波爐中進行恒溫反應時，其設定條件優選為:反應溫度為180°C_200°C，微波爐功率為700W-900W，反應時間為40-60 min。
[0027]進一步作為優選的實施方式，所述的充分干燥，具體為:將所述的FTO導電玻璃在溫度為80°C的條件下進行5小時的真空干燥。
[0028]所制備的銅鋅錫硫半導體薄膜在制備染料敏化太陽能電池對電極中的應用。
[0029]所制備的銅鋅錫硫半導體薄膜作為薄膜太陽能電池吸收層的應用。
[0030]負載有銅鋅錫硫半導體薄膜的FT0導電玻璃，其是按照前述的方法所制備的。
[0031 ]負載有銅鋅錫硫半導體薄膜的FT0導電玻璃在制備薄膜太陽能電池中的應用。
[0032]本發明第一具體實施例
一種在FT0襯底上制備銅鋅錫硫半導體薄膜的方法，其具體包括:
S10UFT0導電玻璃清洗步驟:將FT0導電玻璃依次放入丙酮、無水乙醇和去離子水中各超聲清洗10 min,然后烘干；
5102、在50ml的乙二醇中依次加入4mmol氯化銅水合物、2mmol氯化鋅以及2mmol氯化亞錫水合物后，利用磁力攪拌至充分溶解;接著，加入5mmol硫脲和0.64g PVP后，利用磁力攪拌至充分溶解