專利名稱：一種銅鋅錫硫光伏薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種銅鋅錫硫(Cu2ZnSnS4)光伏薄膜的制備方法，用于制備薄膜太陽電池光吸收層的化合物半導體薄膜，屬于光電材料新能源技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽能是取之不盡、用之不竭的可再生能源。在太陽能的各種利用方式中，太陽電池是發(fā)展最快、最具活力和最受矚目的領(lǐng)域，可望成為解決日益嚴重的能源危機和環(huán)境污染問題的有效途徑。目前廣泛使用的太陽電池組件以單晶硅和多晶硅為主，而薄膜太陽電池兼具硅太陽電池高轉(zhuǎn)化效率和廉價的優(yōu)點，同時是直接帶隙材料，光吸收系數(shù)高，是一種更為優(yōu)選的太陽電池材料。在眾多薄膜太陽電池中，以具有黃銅礦結(jié)構(gòu)的硫?qū)倩衔镢~銦鎵硒(化學式為CuIni_xGaxSe2，X = 0 1)作為光吸收層的薄膜太陽電池(簡稱CIGS太陽電池)由于其轉(zhuǎn)化效率最高(已達到20. 3% )、穩(wěn)定性好、制備簡單等特點，最受人們關(guān)注，成為研究的熱點和重點。然而，銅銦鎵硒化合物中的銦、鎵和硒是稀散金屬，價格昂貴且儲量有限，它們在地殼中的豐度見表1。從降低成本、節(jié)約資源和保護環(huán)境等角度來看，探尋具有廉價與環(huán)保特點的新型光吸收層薄膜材料來替代銅銦鎵硒已成為擺在我們面前的重要課題。表1幾種元素在地殼中的豐度
權(quán)利要求
1.一種銅鋅錫硫光伏薄膜的制備方法，包括以下步驟第一步銅箔基材表面處理將銅箔基材表面除油、水洗、酸洗；第二步銅箔基材表面沉積金屬鋅在第一步處理得到的銅箔基材表面沉積金屬鋅，所述沉積采用化學鍍、電鍍、濺射、蒸鍍、分子束外延、熱浸鍍方法中的一種；第三步鍍鋅層的硫錫化熱處理將第二步所得的表面沉積有金屬鋅的銅箔基材置于保護氣氛中，加熱至200 800°C， 通過載氣輸入硫源和錫源，對鍍鋅層進行硫錫化熱處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅鋅錫硫光伏薄膜的制備方法，其特征在于所述銅箔基材表面處理中除油包括堿液除油和除油劑清洗兩個步驟，首先將所述銅箔基材置于溫度為10 200°C的堿液中浸泡1 300分鐘，然后置于溫度為10 100°C的除油劑中超聲振蕩1 300分鐘；所述堿液選自氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉或磷酸三鈉中的至少一種；所述除油劑選自洗潔精、脫脂劑、乙醇或丙酮中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種銅鋅錫硫光伏薄膜的制備方法，其特征在于所述水洗是將經(jīng)過除油后的銅箔基材置于溫度為10 100°C的去離子水中超聲振蕩1 300分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種銅鋅錫硫光伏薄膜的制備方法，其特征在于所述酸洗是將經(jīng)過水洗的銅箔基材置于溫度為10 100°C、濃度為0. 1 3mol/L的酸溶液中超聲振蕩1 100分鐘；所述酸選自鹽酸、硫酸、醋酸或硝酸中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2 4任意一項所述的一種銅鋅錫硫光伏薄膜的制備方法，其特征在于所述超聲振蕩頻率為20k IOOkHz ；功率為50 1200W。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種銅鋅錫硫光伏薄膜的制備方法，其特征在于所述鍍鋅層的硫錫化熱處理的方式選自先硫化后錫化、先錫化后硫化、硫化和錫化同時進行中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種銅鋅錫硫光伏薄膜的制備方法，其特征在于所述鍍鋅層的硫錫化熱處理的過程中，硫化所采用的硫源為硫化氫、單質(zhì)硫蒸汽、二硫化錫或硫化錫中的至少一種，時間為0. 1 4h。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種銅鋅錫硫光伏薄膜的制備方法，其特征在于所述鍍鋅層的硫錫化熱處理的過程中，錫化所采用的錫源選自單質(zhì)錫蒸汽、二硫化錫蒸汽或硫化錫蒸汽中的至少一種，時間為0. 1 4h。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種銅鋅錫硫光伏薄膜的制備方法，其特征在于所述硫化和錫化同時進行時，時間為0. 1 4h。
10.根據(jù)權(quán)利要求7-9任意一項所述的一種銅鋅錫硫光伏薄膜的制備方法，其特征在于所述硫源和錫源通過載氣運輸，所述載氣選自氬氣、氮氣、氖氣中的至少一種，流量為 1 lOOOsccm。
全文摘要
一種銅鋅錫硫光伏薄膜的制備方法，包括銅箔基材表面除油、水洗、酸洗處理，銅箔基材表面采用化學鍍、電鍍、濺射、蒸鍍、分子束外延、熱浸鍍方法中的一種沉積金屬鋅，鍍鋅層于保護氣氛中的硫錫化熱處理。本發(fā)明直接在預(yù)處理后銅箔基材上沉積金屬鋅，再進行硫錫化處理以獲得銅鋅錫硫薄膜。該法具有成本低、工藝流程短、重現(xiàn)性好、易于大規(guī)模卷繞式生產(chǎn)以及適合薄膜的成分控制和大面積生長等優(yōu)點。在銅基底上直接沉積金屬鋅，銅箔作為太陽電池器件的柔性機械載體，同時也起到了提供銅鋅錫硫薄膜中銅源以及作為太陽電池背電極的三重作用。所制備的薄膜具有良好的成分可控性、均勻性，以及優(yōu)越的結(jié)晶質(zhì)量及性質(zhì)。
文檔編號H01L31/18GK102496656SQ201110435509
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者劉業(yè)翔, 劉芳洋, 張坤, 李劼, 楊佳, 蘇正華, 賈明, 賴延清, 趙聯(lián)波, 陳志偉 申請人:中南大學