一種硝酸鹽體系兩步法制備銅銦硫光電薄膜的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于太陽能電池用光電薄膜制備技術領域，尤其涉及一種硝酸鹽體系兩步法制備銅銦硫光電薄膜的方法。
【背景技術】
[0002]隨著社會和經濟的發展，能源緊缺及消費能源帶來的污染已成為國內社會發展中的突出問題，煤炭、石油等為不可再生資源，因此開發利用清潔可再生能源對保護環境、保證經濟可持續發展和構筑和諧社會都有重要的意義。光伏發電具有安全可靠、無噪聲、無污染、制約少、故障率低、維護簡便等優點，可以利用太陽能這種清潔、安全和環保的可再生能源，因此近幾十年來太陽能電池的研究和開發日益受到重視。
[0003]銅銦硫基薄膜太陽能電池目前可以認為是最有發展前景的薄膜電池之一，這是因為其吸收層材料CuInS2具有一系列的優點:(I) CuInS2是直接帶隙半導體。(2)在室溫下CuInS2的禁帶寬度為1.50eV，是太陽能電池中要求的最佳能隙，這方面優于CuInSe2(1.(MeV)t3(S)CuInS2不含任何有毒成分。(4) CuInS2光吸收系數很大，轉換效率高，性能穩定，薄膜厚度小，約2μπι，且硫的價格較低。(5)在CuInS2基礎上摻雜其它元素，如使Ga或Al部分取代In原子，用Se部分取代S，即制備成Cu( Im—xGax)Se2，Cu(Im—xGax) (Se2-ySy)，Cu(Im-xAlx)(Se2—XSX)，其晶體結構仍然是黃銅礦。改變其中Ga/(Ga+In)等的原子比，可以使其禁帶寬度在1.04?1.72 eV之間變化，包含高效率吸收太陽光的帶隙范圍1.4?1.6^。(6)抗輻射能力強，沒有光致衰減效應，因而使用壽命長。(7) P型CIGS材料的晶格結構與電子親和力都能跟普通的N型窗口材料(如CdS、ZnO)匹配。
[0004]目前CuInS2的制備方法主要有溶劑熱法、噴射熱解法、電化學沉積法、化學沉積法、化學氣相沉積、分子束外延、反應濺射法、真空蒸發法、濺射合金層后硫化法等。其中，蒸發法和濺射法技術比較成熟，光電轉換效率高，已實現產業化操作。但是，這兩種方法均需要真空設備，制備成本比較高，而且不能沉積大面積的太陽能薄膜，原材料的利用率較低。電沉積成本低，易實現大面積沉積薄膜，同時也存在一些問題，比如Cu、In、S三種元素電位值相差較大，很難實現共沉積，并且發現在制備CuInS2時薄膜質量較差，孔洞多，硫元素較難進入薄膜，化學成分難以控制等問題，很難直接得到純相。因此選擇合適的電沉積工藝制備均一致密的純相CuInS2薄膜成為具有創新性的重要課題。
[0005]如前面所述方法一樣，其它方法也有不同的缺陷。與本發明相關的還有如下文獻:[I] S.Lugo, 1.Lopez, Y.Pena, M.Calixto, T.Hernandez, S.Messina, D.Avellaneda, Characterizat1n of CuInS2 thin films prepared by chemical bathdeposit1n and their implementat1n in a solar cell, Thin Solid Films 569
(2014)76-80.主要描述了用化學沉積法分別制備In2S3和CuS薄膜，后熱處理得到CuInS2薄膜，并對其性能進行了表征。
[0006][2] Zhaomin Haoj Yong Cui， Gang Wang, Colloidal synthesis of wurtziteCuInS2 nanocrystals and their photovoltaic applicat1n, Materials Letters 146
(2015)77-80.主要描述了用膠體合成法制備纖鋅礦CuInS2納米晶體，對其晶體結構和光電性能進行了研究D
[0007][3] S.Mostafa Hosseinpour-Mashkani， Masoud Salavat1-Niasari， FatemehMohandes，K.Venkateswara-Rao，CuInS2 nanoparticles: Microwave-assistedsynthesis, characterizat1n, and photovoltaic measurements, Materials Sciencein Semiconductor Processing 16 (2013) 390-402.主要描述微波輔助法制備CuInS2納米顆粒及其光電性能的研究。
[0008][4] S.M.Hosseinpour-Mashkani, M.Salavat1-Niasari, F.Mohandes，CuInS2 nanostructures: Synthesis, characterizat1n, format1n mechanism andsolar cell applicat1ns, Journal of Industrial and Engineering Chemistry 20(2014) 3800-3807.主要描述微波輔助法制備黃銅礦CuInS2納米顆粒，并對其進行了性能表征和形成機理研究。
[0009][5] Xiaofeng Wu, Yaohan Huang, Qiqi Bai，Qingfei Fan, Guangli Li，Ximei Fan, Chaoliang Zhang, Hong Liuj Investigat1n of CuInS2 thin filmsdeposited on FTO by one-pot solvothermal synthesis, Materials Science inSemiconductor Processing 37 (2015) 250-258.主要描述了溶劑熱合成法制備的CuInS2薄膜的性能。
[0010][6] A.Shanmugave I , K.Srinivasan , K.R.Murali , Pulseelectrodeposited copper indium sulpho selenide films and their properties,Materials Science in Semiconductor Processing 16 (2013) 1665-1671.主要描述了脈沖電沉積法制備CuIn(S，Se)2薄膜，并研究了不同硫含量時的結構和性會^差異。
[0011][7] Hsiang Chen, Yih-Min Yeh，Chuan Hao Liao, Jian Zhi Chen, Chau-1eWang ， Removal of CuS phases from electrodeposited CuInS2 films， CeramicsInternat1nal 40 (2014) 67-72.主要描述了采用兩步熱處理去除電沉積制備的CuInS2薄膜里的CuS相并進行了形貌及成分分析。
[0012][8] M.A.Majeed Khan, Sushil Kumar, Mohamad S.AlSalhi，Synthesis andcharacteristics of spray deposited CuInS2 nanocrystals thin films forphotovoltaic applicat1ns, Materials Research Bulletin 48 (2013) 4277-4282.主要描述用濺射沉積法制備CuInS2薄膜并用FESEM，FETEM，HRTEM，AFM，XRD等進行了表征。
[0013][9] D.Abdelkader， N.Khemir