一種用于太陽能電池的基于納米粒子銅銦硫硒薄膜的制備方法
【專利摘要】一種用于太陽能電池的基于納米粒子銅銦硫硒薄膜的制備方法，采用磁控濺射法，在襯底的一側(cè)沉積鉬金屬層作為背電極，在鉬金屬層背電極上制備銅銦硫吸收層，將銅銦硫吸收層襯底在硒化爐中進行硒化處理，制得銅銦硫硒吸收層；在銅銦硫硒吸收層上依次制備CdS緩沖層、本征氧化鋅高阻層、氧化銦錫薄膜低阻抗層，制得用于太陽能電池的銅銦硫硒薄膜。優(yōu)點是：選用的原料安全環(huán)保，操作方法簡便，不引入其它雜質(zhì)，太陽能電池轉(zhuǎn)換效率高；并且對設(shè)備要求低，能源消耗小，對環(huán)境友好，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】—種用于太陽能電池的基于納米粒子銅銦硫砸薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能電池領(lǐng)域，特別涉及一種用于太陽能電池的基于納米粒子銅銦硫硒薄膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能電池是通過光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。太陽能電池的第三代產(chǎn)品一化合物薄膜太陽能電池有兩個明顯的優(yōu)點:一是光電轉(zhuǎn)換層很薄，只有幾微米；二是薄膜太陽能電池吸收層帶隙可以通過調(diào)整化合物的比例來控制，從而進一步擴大可吸收的太陽光波長范圍。
[0003]銅銦硫硒化合物(CuInSxSe2_x，CISS)具有黃銅礦結(jié)構(gòu)，是一種直接帶隙材料(其帶隙理論上可控制在1.02 eV~1.55 eV范圍內(nèi))，可吸收的太陽光波長范圍較廣，是一種優(yōu)良的太陽能電池吸收層材料。
[0004]目前，制備薄膜銅銦硫硒化合物太陽能電池的方法主要有真空法和非真空法兩大類。由于非真空法與真空法相比具有操作工藝簡單，生產(chǎn)成本低廉，因此成為薄膜太陽能電池研究普遍使用的方法。非真空法制備銅銦硫系列薄膜太陽能電池一般采用肼溶劑法和納米粒子旋涂法。肼溶劑法是以肼胺作為溶劑，該方法制作工藝簡單，對反應(yīng)條件要求較低，但肼胺高昂的價格以及高毒性限制了其工業(yè)化生產(chǎn)；納米粒子旋涂法是采用合適的無機膠狀納米晶墨水用于可伸縮的旋涂工藝，再進一步通過旋涂、印刷等方法制備薄膜太陽能電池。但是該方法在納米晶溶液層中有碳殘留物，從而影響太陽能電池轉(zhuǎn)換效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于太陽能電池的基于納米粒子銅銦硫硒薄膜的制備方法，該方法不易引入其它雜質(zhì)，太陽能電池轉(zhuǎn)換效率高，對環(huán)境友好。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
一種用于太陽能電池的基于納米粒子銅銦硫硒薄膜的制備方法，其具體步驟如下:一種用于太陽能電池的基于納米粒子銅銦硫硒薄膜的制備方法，其具體步驟如下:
1.1、在襯底上制備鑰金屬背電極
用厚度為I mm的鈉鈣玻璃片作為襯底，經(jīng)過清洗后，采用磁控濺射法，在襯底的一側(cè)沉積厚度為I Mm~1.5 Mm的鑰金屬層作為背電極；其中賤射腔的真空度為1.0X 10-3 Pa~1.0X 10-4 Pa，通入純度為99.99 %的氬氣作為反應(yīng)氣體，沉積時氣壓控制在0.5 Pa~2.5Pa，襯底溫度為200 V~300 °C，濺射功率為100 W~200 W ;
1.2、在鑰金屬背電極上制備銅銦硫吸收層 1.2.1、配制金屬鹽前驅(qū)體溶液
將氫氧化銦、氧化亞銅、二硫化碳和一正丁胺混合并在超聲條件下溶解，抽濾得到濾餅，將濾餅加入到有機溶劑中配制成金屬鹽前驅(qū)體溶液；所述氫氧化銦與氧化亞銅的摩爾比為1:0.5~1:0.9,所述氫氧化銦與一正丁胺的摩爾體積比為1:0.8 mmol/mL~1: 1.5mmol/mL,所述氫氧化銦與二硫化碳摩爾體積比為1: 0.5 mmol/mL~1:1 mmol/mL,所述氫氧化銦與有機溶劑的摩爾體積比為1:0.8 mmol/mL~1:1 mmol/mL ;其中,有機溶劑為甲醇、乙醇或氯仿；
1.2.2、制備CuInS2納米晶
將氫氧化銦、氧化亞銅和一正丁胺混合并在超聲條件下溶解，配制成氫氧化銦摩爾濃度為I mmol/mL、氧化亞銅摩爾濃度為0.5 mmol/mL~0.9 mmol/mL的溶液,加入用一正丁胺、二硫化碳與巰基丙酸按照體積比14:1:1配制的溶液中混合均勻，得到氫氧化銦-氧化亞銅-二硫化碳-巰基丙酸混合溶液；所述氫氧化銦與二硫化碳的摩爾體積比為1:0.1mmol/mL,用溶劑熱法制備CuInS2納米晶；
1.2.3制備銅鋼硫吸收層
將CuInS2納米晶超聲分散于金屬鹽前驅(qū)體溶液中得到均勻的納米晶前驅(qū)體溶液，所述CuInS2納米晶與金屬鹽前驅(qū)體溶液的質(zhì)量體積比為5 mg/mL,采用一步旋涂法在鑰金屬層背電極上制備厚度為I Mm~1.5 Mm銅銦硫吸收層；
1.3、對銅銦硫吸收層進行硒化處理
將制得的銅銦硫吸收層襯底和硒粉封裝在密閉的玻璃試管放入硒化爐中，玻璃試管內(nèi)充氬氣為保護氣體，將硒化爐以10 °C/min~20 °C/min速度升溫，在450 °C~ 550 °〇下對銅銦硫吸收層進行硒化處理45 min~70 min,制得厚度為2 Mm~3 Mm銅銦硫硒吸收層；
1.4、在銅銦硫硒吸收層上制備CdS緩沖層` 將硫酸鎘溶解于去離子水中配制濃度為0.2 mg/mL~0.4 mg/mL的硫酸鎘溶液,加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH值至9~13，加入硫脲，得硫酸鎘-硫脲混合溶液；所述硫脲與硫酸鎘的質(zhì)量比為2:1~3:1 ;將制得的銅銦硫硒吸收層襯底放入硫酸鎘-硫脲混合溶液中，在60°C~80 °C7K浴條件下反應(yīng)10 min~20 min,在銅銦硫硒吸收層上制得厚度為60 nm~100 nm的CdS緩沖層；
1.5、在CdS緩沖層上制備本征氧化鋅高阻層
采用射頻磁控濺射法，以燒結(jié)純度為99.99 %的氧化鋅陶瓷靶為靶材，在CdS緩沖層上制備厚度為50 nm~80 nm的本征氧化鋅高阻層；其中，襯底溫度保持為室溫，射頻磁控濺射的工作壓力為0.1 Pa~I Pa，工作氣體是純度為99.99 %的氬氣，濺射功率為50 W~125 W ；
1.6、在本征氧化鋅高阻層上制備氧化銦錫薄膜低阻抗層
采用真空直流磁控濺射法，以銦錫氧化物為靶材，所述銦錫氧化物中In2O3與SnO2的質(zhì)量比為9:1 ;其中，襯底溫度保持在室溫，工作氣體是純度為99.99 %的氬氣，工作氣壓為
2Pa~3 Pa，濺射功率為50 W~125 W ;在本征氧化鋅高阻層上制備厚度為100 nm~200nm的氧化錫銦薄膜低阻抗層，制得用于太陽能電池的銅銦硫硒薄膜。
[0007]鈉鈣玻璃片清洗時，先將鈉鈣玻璃片用去污粉和洗滌劑按照質(zhì)量體積比為1:1g/mL配制洗漆液加入去離子水中超聲波清洗15 min~20 min,所述洗漆劑與去離子水的體積比為1:10，用去離子水沖洗；再將鈉鈣玻璃片用去離子水超聲波清洗20 min~30 min,隨后去離子水超聲波清洗2次~3次；然后將鈉鈣玻璃片放入無水乙醇中進行超聲波30min?60 min后，用吹風(fēng)機吹干；最后將玻璃片放到紫外臭氧清洗機中進行紫外臭氧清洗30 min ?60 min。
[0008]制備CuInS2納米晶時，將氫氧化銦-氧化亞銅-二硫化碳-巰基丙酸混合溶液在常溫下攪拌2 h?3 h，倒入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，液面達到內(nèi)襯75%，密封后以2 V /min?5 V /min升溫到150 V?200 °C，反應(yīng)1.5 h?2 h ;反應(yīng)完后，自然冷卻到室溫，加入2 mL?3 mL甲醇溶液，產(chǎn)生沉淀物，將沉淀物用無水乙醇反復(fù)洗漆、過濾4次?6次,在50°C?60 °C下真空干燥4 h?12 h,得到CuInS2納米晶。
[0009]本發(fā)明的有益效果:
(1)、選用的原料安全環(huán)保，操作方法簡便，不引入其它雜質(zhì)，太陽能電池轉(zhuǎn)換效率高；并且對設(shè)備要求低，能源消耗小，對環(huán)境友好，適合工業(yè)化生產(chǎn)；
(2)、吸收層的制備是在非真空的環(huán)境中完成的，將分子前體溶液作為銅銦硫納米粒子交聯(lián)劑來制備吸收層，工藝簡單，生產(chǎn)和使用成本較低；
(3)、吸收層采用旋涂法一步成膜，縮短了生產(chǎn)周期，避免了層與層之間位錯的產(chǎn)生，并且可以通過調(diào)整納米晶溶液濃度來控吸收層的厚度；
(4)、硒化后的銅銦硫硒吸收層具有黃銅礦結(jié)構(gòu)，孔隙率較低，通過調(diào)整銅銦硫硒吸收層中硒的含量，可以調(diào)節(jié)帶隙；可以通過調(diào)整硒化溫度和硒化時間，來控制銅銦硫硒吸收層的厚度，從而能最大范圍的吸收太陽光，提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的CuInS2納米粒子XRD圖；
圖2是本發(fā)明的CuInS2薄膜SEM圖；
圖3是本發(fā)明的CuInS2薄膜XRD圖；
圖4是本發(fā)明的CuInSSe薄膜SEM圖；
圖5是本發(fā)明的CuInSSe薄膜截面SEM圖；
圖6是本發(fā)明的CuInSSe薄膜XRD圖；
圖7是本發(fā)明的CuInSSe薄膜透射光譜圖；
圖8是本發(fā)明的CuInSSe薄膜制備太陽能電池的電池效率圖。
【具體實施方式】
[0011]實施例1
1.1、在襯底上制備鑰金屬背電極
用厚度為I mm的載玻片作為襯底，先將載玻片放入用去污粉和洗滌劑(50 mL去離子水中加入5 g去污粉和5 mL洗漆劑)配制的洗漆液中超聲波清洗15 min,用去離子水沖洗；再放入去離子水中超聲波清洗20 min,去離子水超聲波清洗2次；然后將載玻片放入無水乙醇中進行超聲波30 min后，用吹風(fēng)機吹干；最后放到紫外臭氧清洗機中進行紫外臭氧清洗30 min;采用磁控濺射法，在襯底的一側(cè)沉積厚度為I 的鑰金屬層作為背電極；其中，濺射腔的真空度為1.0X 10_3 Pa，以純度為99.99 %的氬氣作為反應(yīng)氣體，沉積時氣壓控制在0.5 Pa，襯底溫度為200 °C，濺射功率為100 W ；
1.2、在鑰金屬背電極上制備銅銦硫吸收層 1.2.1、配制金屬鹽前驅(qū)體溶液
在錐形瓶中加入0.009mol氧化亞銅、0.0l mo I氫氧化銦、8 mL 一正丁胺和5 mL 二硫化碳，混合并在超聲條件下溶解，抽濾得到濾餅；將濾餅加入到10 mL甲醇中，經(jīng)超聲分散均勻后作為金屬鹽前驅(qū)體溶液；
1.2.2、制備CuInS2納米晶
取0.009 mo I氧化亞銅和0.01 mo I氫氧化銦加入到10 mL 一正丁胺中，混合并在超聲條件下溶解，然后加入到14 mL的一正丁胺、I mL 二硫化碳和I mL巰基丙酸混合溶液中，室溫下攪拌2 h，倒入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，液面達到內(nèi)襯75%，密封后以2 °C /min升溫到150 °C，反應(yīng)1.5 h ;反應(yīng)完后，自然冷卻到室溫，加入2 mL甲醇溶液，產(chǎn)生沉淀物，將沉淀物用無水乙醇反復(fù)洗滌、過濾4次，在50°C下真空干燥4 h，得到CuInS2納米晶；其XRD圖如圖1所示，與標(biāo)準(zhǔn)卡片JCPDS 85-1575衍射峰一致，28°、47°和55°的峰位分別對應(yīng)著四方相CuInS2的(112)、(220)和(312)晶面；
1.2.3制備銅鋼硫吸收層
將50 mgCuInS2納米晶超聲分散于10 mL金屬鹽前驅(qū)體溶液中得到均勻的納米晶前驅(qū)體溶液，采用一步旋涂法在鑰金屬層背電極上制備厚度為I Mffl銅銦硫吸收層，其SEM圖如圖2所示、XRD圖如圖3所示；由圖2可以看出，銅銦硫吸收層薄膜比較平整，粒徑比較均勻，表面有溝壑存在；圖3中的Mo特征主要來自背電極Mo ；
1.3、對銅銦硫吸收層進行硒化處理
將制得的銅銦硫吸收層襯底和硒粉封裝在密閉的玻璃試管中放入硒化爐，玻璃試管內(nèi)充氬氣為保護氣體，將硒化爐以10 °C/min速度升溫到450 °C，在450 1:下對銅銦硫吸收層進行硒化處理45 min，制得厚度為2 Mm銅銦硫硒吸收層；其SEM表面、截面圖、XRD圖、薄膜透射光譜圖如圖4、圖5、圖6、圖7所示；由圖4可以看出硒化后的薄膜表面為較大顆粒組成；由圖5可以看出整個吸收層顆粒尺寸較大，說明銅銦硫硒吸收層硒化比較完全；圖6中標(biāo)記的峰位均為銅銦硫硒主要特征峰；由圖7可以看出在可見光波長390 nm?780 nm范圍內(nèi)，可見光的透過率接近于0，說明我們制備的薄膜幾乎可以將可見光全部吸收；
1.4、在銅銦硫硒吸收層上制備CdS緩沖層
將40 mg硫酸鎘溶解于200 mL去離子水中配制濃度為0.2 mg/mL硫酸鎘溶液，加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH值至9,加入80 mg硫脲,得到硫酸鎘-硫脲混合溶液，將制得的銅銦硫硒吸收層襯底放入硫酸鎘-硫脲混合溶液中，在60 °C水浴條件下反應(yīng)10 min,在銅銦硫硒吸收層上制得厚度為60 nm的CdS緩沖層；
1.5、在CdS緩沖層上制備本征氧化鋅高阻層
采用射頻磁控濺射法，以燒結(jié)純度為99.99 %的氧化鋅陶瓷靶為靶材，在CdS緩沖層制備厚度為50 nm的本征氧化鋅高阻層；其中，襯底溫度保持為室溫，射頻磁控濺射的工作壓力為0.1 Pa，工作氣體是純度為99.99 %的氬氣，濺射功率為50 W ；
1.6、在本征氧化鋅高阻層上制備氫氧化銦錫(In2O3 = SnO2)薄膜低阻抗層采用真空直流磁控濺射法，以銦錫氧化物為靶材，所述銦錫氧化物中In2O3與SnO2的質(zhì)量比為9:1，其中，襯底溫度保持在室溫，工作氣體是純度為99.99 %的氬氣，工作氣壓為2Pa，濺射功率為50 W，在本征氧化鋅高阻層上制備厚度為100 nm的氧化錫銦薄膜低阻抗層，制得用于太陽能電池的銅銦硫硒薄膜；1.7、在氫氧化銦錫薄膜低阻抗層上制備鋁電極
用掩膜遮住氧化錫銦薄膜低阻抗層，利用Al靶材，通過蒸鍍法在氧化錫銦薄膜低阻抗層上制備Al電極，組裝完整結(jié)構(gòu)的銅銦硫硒薄膜太陽能電池；其電池效率如圖8所示。由圖8可知，當(dāng)面積為0.368 cm2時，電池的開路電壓為\。=465 mV,短路電流Jsc=23.46 mA/cm2，填充因子FF=42.8%，轉(zhuǎn)換效率為η=4.68%。
[0012]實施例2
1.1、在襯底上制備鑰金屬背電極
用厚度為I mm的鈉鈣玻璃片作為襯底，先將鈉鈣玻璃片用去污粉和洗滌劑(50 mL去離子水中加入5 g去污粉和5 mL洗滌劑)配制的洗滌液中超聲波清洗20 min，用去離子水沖洗；再將鈉鈣玻璃片用去離子水超聲波清洗30 min，去離子水超聲波清洗3次；然后將鈉鈣玻璃片放入無水乙醇中進行超聲波60 min后，用吹風(fēng)機吹干；最后將玻璃片放到紫外臭氧清洗機中進行紫外臭氧清洗60 min ;采用磁控濺射法，在襯底的一側(cè)沉積厚度為1.5 Mm的鑰金屬層作為背電極；其中，濺射腔的真空度為1.0X 10_4 Pa，通入純度為99.99 %的氬氣作為反應(yīng)氣體，沉積時氣壓控制在2.5 Pa，襯底溫度為300 °C，濺射功率為200 W ；
1.2、在鑰金 屬背電極上制備銅銦硫吸收層 1.2.1、配制金屬鹽前驅(qū)體溶液
在錐形瓶中加入0.007 mol氧化亞銅、0.01 mol氫氧化銦、10 mL 一正丁胺和8 mL 二硫化碳，混合并在超聲條件下溶解，抽濾得到濾餅；將濾餅加入到10 mL乙醇中，經(jīng)超聲分散均勻后作為金屬鹽前驅(qū)體溶液；
1.2.2、制備CuInS2納米晶
取0.007 mol氧化亞銅和0.01 mol氫氧化銦加入10 mL 一正丁胺中，混合并在超聲條件下溶解，然后加入到14 mL的一正丁胺、I mL 二硫化碳和I mL巰基丙酸混合溶液中，室溫下攪拌2.5 h，倒入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，液面達到內(nèi)襯75%，密封后以5 °C/min升溫到200 °〇，反應(yīng)1.5 h ;反應(yīng)完后，自然冷卻到室溫，加入2 mL甲醇溶液，產(chǎn)生沉淀物，將沉淀物用無水乙醇反復(fù)洗滌、過濾4次，在50°C下真空干燥12 h，得到CuInS2納米晶；
1.2.3制備銅鋼硫吸收層
將50 mgCuInS2納米晶超聲分散于10 mL金屬鹽前驅(qū)體溶液中得到均勻的納米晶前驅(qū)體溶液，采用一步旋涂法在鑰金屬層背電極上制備厚度為1.5 Mffl銅銦硫吸收層；
1.3、對銅銦硫吸收層進行硒化處理
將制得的銅銦硫吸收層襯底和硒粉封裝在密閉的玻璃試管中放入硒化爐，玻璃試管內(nèi)充氬氣為保護氣體，將硒化爐以20 °C/min速度升溫到550 °C，在550 1:下對銅銦硫吸收層進行硒化處理70 min,制得厚度為3 Mm銅銦硫硒吸收層；
1.4、在銅銦硫硒吸收層上制備CdS緩沖層
將80 mg硫酸鎘溶解于200 mL去離子水中配制硫酸鎘溶液(濃度為0.4 mg/mL),加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH值至13，加入200 mg硫脲(硫脲與硫酸鎘的質(zhì)量比為2.5:1)，得到硫酸鎘-硫脲混合溶液，將制得的銅銦硫硒吸收層襯底放入硫酸鎘-硫脲混合溶液中，水浴加熱至80 °C，水浴反應(yīng)20 min，在銅銦硫硒吸收層上制得厚度為100 nm的CdS緩沖層；
1.5、在CdS緩沖層上制備本征氧化鋅高阻層 采用射頻磁控濺射法，以燒結(jié)純度為99.99 %的氧化鋅陶瓷靶為靶材，在CdS緩沖層制備厚度為80 nm的本征氧化鋅高阻層；其中，襯底溫度保持為室溫，射頻磁控濺射的工作壓力為I Pa，工作氣體是純度為99.99 %的氬氣，濺射功率為125 W ；
1.6、在本征氧化鋅高阻層上制備氫氧化銦錫(In2O3 = SnO2)薄膜低阻抗層采用真空直流磁控濺射法，以銦錫氧化物為靶材，所述銦錫氧化物中In2O3與SnO2的質(zhì)量比為9:1，其中，襯底溫度保持在室溫，工作氣體是純度為99.99 %的氬氣，工作氣壓為3Pa，濺射功率為125 W，在本征氧化鋅高阻層上制備厚度為200 nm的氧化錫銦薄膜低阻抗層，制得用于太陽能電池的銅銦硫硒薄膜；
1.7、在氫氧化銦錫薄膜低阻抗層上制備鋁電極
用掩膜遮住氧化錫銦薄膜低阻抗層，利用Al靶材，通過蒸鍍法在氧化錫銦薄膜低阻抗層上制備Al電極，組裝完整結(jié)構(gòu)的銅銦硫硒薄膜太陽能電池。經(jīng)測試，電池轉(zhuǎn)換效率為
4.37%。
[0013] 實施例3
1.1、在襯底上制備鑰金屬背電極
用厚度為I mm的鈉鈣玻璃片作為襯底，先將鈉鈣玻璃片用去污粉和洗滌劑(50 mL去離子水中加入5 g去污粉和5 mL洗滌劑)配制的洗滌液中超聲波清洗18 min，用去離子水沖洗；再將鈉鈣玻璃片用去離子水超聲波清洗25 min，去離子水超聲波清洗3次；然后將鈉鈣玻璃片放入無水乙醇中進行超聲波45 min后，用吹風(fēng)機吹干；最后將玻璃片放到紫外臭氧清洗機中進行紫外臭氧清洗45 min ;采用磁控濺射法，在襯底的一側(cè)沉積厚度為1.25 Mm的鑰金屬層作為背電極；其中，濺射腔的真空度為0.5X10_3 Pa，通入純度為99.99 %的氬氣作為反應(yīng)氣體，沉積時氣壓控制在2.0 Pa，襯底加熱至250 °C，濺射功率為150 W ；
1.2、在鑰金屬背電極上制備銅銦硫吸收層 1.2.1、配制金屬鹽前驅(qū)體溶液
在錐形瓶中加入0.005 mol氧化亞銅、0.01 mol氫氧化銦、15 mL 一正丁胺和10 mL 二硫化碳，混合并在超聲條件下溶解，抽濾得到濾餅；將濾餅加入到SmL氯仿中，經(jīng)超聲分散均勻后作為金屬鹽前驅(qū)體溶液；
1.2.2、制備CuInS2納米晶
取0.005 mol氧化亞銅和0.01 mol氫氧化銦加入10 mL 一正丁胺中，混合并在超聲條件下溶解，然后加入到14 mL的正丁胺、I mL 二硫化碳和I mL巰基丙酸混合溶液中，室溫下攪拌3h，倒入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，液面達到內(nèi)襯75%，密封后以
3V /min升溫到180 °C，反應(yīng)2 h ;反應(yīng)完后，自然冷卻到室溫，加入3 mL甲醇溶液，產(chǎn)生沉淀物，將沉淀物用無水乙醇反復(fù)洗滌、過濾6次，在60°C下真空干燥8h，得到CuInS2納米晶;
1.2.3制備銅鋼硫吸收層
將50 mgCuInS2納米晶超聲分散于10 mL金屬鹽前驅(qū)體溶液中得到均勻的納米晶前驅(qū)體溶液，采用一步旋涂法在鑰金屬層背電極上制備厚度為1.2 Mffl銅銦硫吸收層；
1.3、對銅銦硫吸收層進行硒化處理
將制得的銅銦硫吸收層襯底和硒粉封裝在密閉的玻璃試管中放入硒化爐，玻璃試管內(nèi)充氬氣為保護氣體，將硒化爐以15 °C/min速度升溫到500 °C，對銅銦硫吸收層進行硒化處理60 min，制得厚度為2.5 Mm銅銦硫硒吸收層；
1.4、在銅銦硫硒吸收層上制備CdS緩沖層
將60 mg硫酸鎘溶解于200 mL去離子水中配制濃度為0.3 mg/mL的硫酸鎘溶液,加入氨水調(diào)節(jié)溶液PH值至10，加入180 mg硫脲，得到硫酸鎘-硫脲混合溶液，將制得的銅銦硫硒吸收層襯底放入硫酸鎘-硫脲混合溶液中，在70 °C水浴條件下反應(yīng)15 min,在銅銦硫硒吸收層上制得厚度為80 nm的CdS緩沖層；
1.5、在CdS緩沖層上制備本征氧化鋅高阻層
采用射頻磁控濺射法，以燒結(jié)純度為99.99 %的氧化鋅陶瓷靶為靶材，在CdS緩沖層制備厚度為70 nm的本征氧化鋅高阻層；其中，襯底溫度保持為室溫，射頻磁控濺射的工作壓力為0.5 Pa，工作氣體是純度為99.99 %的氬氣，濺射功率為100 W ；
1.6、在本征氧化鋅高阻層上制備氫氧化銦錫(In2O3 = SnO2)薄膜低阻抗層采用真空直流磁控濺射法，以銦錫氧化物為靶材，所述銦錫氧化物中In2O3與SnO2的質(zhì)量比為9: 1，其中，襯底溫度保持在室溫，工作氣體是純度為99.99%的氬氣，工作氣壓為2.5Pa，濺射功率為100 W，在本征氧化鋅高阻層上制備厚度為150 nm的氧化錫銦薄膜低阻抗層，制得用于太陽能電池的銅銦硫硒薄膜；
1.7、在氫氧化銦錫薄膜低阻抗層上制備鋁電極
用掩膜遮住氧化錫銦薄膜低阻抗層，利用Al靶材，通過蒸鍍法在氧化錫銦薄膜低阻抗層上制備Al電極，組裝完整結(jié)構(gòu)的銅銦硫硒薄膜太陽能電池。經(jīng)測試，其電池轉(zhuǎn)換效率為
4.28%ο
【權(quán)利要求】
1.一種用于太陽能電池的基于納米粒子銅銦硫硒薄膜的制備方法，其特征是:具體步驟如下: . 1.1、在襯底上制備鑰金屬背電極 用厚度為I mm的鈉鈣玻璃片作為襯底，經(jīng)過清洗后，采用磁控濺射法，在襯底的一側(cè)沉積厚度為I Mm~1.5 Mm的鑰金屬層作為背電極；其中賤射腔的真空度為1.0X 10-3 Pa~1.0X 10_4 Pa，通入純度為99.99 %的氬氣作為反應(yīng)氣體，沉積時氣壓控制在0.5 Pa~2.5Pa，襯底溫度為200 V~300 °C，濺射功率為100 W~200 W ; . 1.2、在鑰金屬背電極上制備銅銦硫吸收層 . 1.2.1、配制金屬鹽前驅(qū)體溶液 將氫氧化銦、氧化亞銅、二硫化碳和一正丁胺混合并在超聲條件下溶解，抽濾得到濾餅，將濾餅加入到有機溶劑中配制成金屬鹽前驅(qū)體溶液；所述氫氧化銦與氧化亞銅的摩爾比為1:0.5~1:0.9,所述氫氧化銦與一正丁胺的摩爾體積比為1:0.8 mmol/mL~1: 1.5mmol/mL,所述氫氧化銦與二硫化碳摩爾體積比為1:0.5 mmol/mL~1:1 mmol/mL,所述氫氧化銦與有機溶劑的摩爾體積比為1:0.8 mmol/mL~1:1 mmol/mL ;其中,有機溶劑為甲醇、乙醇或氯仿； . 1.2.2、制備CuInS2納米晶 將氫氧化銦、氧化亞銅和一正丁胺混合并在超聲條件下溶解，配制成氫氧化銦摩爾濃度為I mmol/mL、氧化亞銅摩爾濃度為0.5 mmol/mL~0.9 mmol/mL的溶液,加入用一正丁胺、二硫化碳與巰基丙酸按照體積比14:1:1配制的溶液中混合均勻，得到氫氧化銦-氧化亞銅-二硫化碳-巰基丙酸混合溶液；所述氫氧化銦與二硫化碳的摩爾體積比為1:0.1mmol/mL,用溶劑熱法制備CuInS2納米晶；. 1.2.3制備銅鋼硫吸收層 將CuInS2納米晶超聲分散于金屬鹽前驅(qū)體溶液中得到均勻的納米晶前驅(qū)體溶液，所述CuInS2納米晶與金屬鹽前驅(qū)體溶液的質(zhì)量體積比為5 mg/mL,采用一步旋涂法在鑰金屬層背電極上制備厚度為I Mm~1.5 Mm銅銦硫吸收層； . 1.3、對銅銦硫吸收層進行硒化處理 將制得的銅銦硫吸收層襯底和硒粉封裝在密閉的玻璃試管中放入硒化爐，玻璃試管內(nèi)充氬氣為保護氣體，將硒化爐以10 °C/min~20 °C/min速度升溫，在450 °C~ 550 °〇下對銅銦硫吸收層進行硒化處理45 min~70 min,制得厚度為2 Mm~3 Mm銅銦硫硒吸收層； . 1.4、在銅銦硫硒吸收層上制備CdS緩沖層 將硫酸鎘溶解于去離子水中配制濃度為0.2 mg/mL~0.4 mg/mL的硫酸鎘溶液,加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH值至9~13，加入硫脲，得硫酸鎘-硫脲混合溶液；所述硫脲與硫酸鎘的質(zhì)量比為2:1~3:1 ;將制得的銅銦硫硒吸收層襯底放入硫酸鎘-硫脲混合溶液中，在60°C~80 °C7K浴條件下反應(yīng)10 min~20 min,在銅銦硫硒吸收層上制得厚度為60 nm~100 nm的CdS緩沖層；. 1.5、在CdS緩沖層上制備本征氧化鋅高阻層 采用射頻磁控濺射法，以燒結(jié)純度為99.99 %的氧化鋅陶瓷靶為靶材，在CdS緩沖層上制備厚度為50 nm~80 nm的本征氧化鋅高阻層；其中，襯底溫度保持為室溫，射頻磁控濺射的工作壓力為0.1 Pa~I Pa，工作氣體是純度為99.99 %的氬氣，濺射功率為50 W~`125 W ； ` 1.6、在本征氧化鋅高阻層上制備氧化銦錫薄膜低阻抗層 采用真空直流磁控濺射法，以銦錫氧化物為靶材，所述銦錫氧化物中In2O3與SnO2的質(zhì)量比為9:1 ;其中，襯底溫度保持在室溫，工作氣體是純度為99.99 %的氬氣，工作氣壓為`2 Pa~3 Pa，濺射功率為50 W~125 W ;在本征氧化鋅高阻層上制備厚度為100 nm~200nm的氧化錫銦薄膜低阻抗層，制得用于太陽能電池的銅銦硫硒薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太陽能電池的基于納米粒子銅銦硫硒薄膜的制備方法，其特征是:鈉鈣玻璃片清洗時，先將鈉鈣玻璃片用去污粉和洗滌劑按照質(zhì)量體積比為`1: lg/mL配制洗漆液加入去離子水中超聲波清洗15 min~20 min,所述洗漆劑與去離子水的體積比為1:10，用去離子水沖洗；再將鈉鈣玻璃片用去離子水超聲波清洗20 min~30min,去離子水超聲波清洗2次~3次；然后將鈉鈣玻璃片放入乙醇溶液中進行超聲波30min~60 min后，用吹風(fēng)機吹干；最后將玻璃片放到紫外臭氧清洗機中進行紫外臭氧清洗`30 min ~60 min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太陽能電池的基于納米粒子銅銦硫硒薄膜的制備方法，其特征是:制備CuInS2納米晶時，將氫氧化銦-氧化亞銅-二硫化碳-巰基丙酸混合溶液在常溫下攪拌2 h~3 h，倒入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，液面達到內(nèi)襯75%，密封后以2 V /min~5 V /min升溫到150 V~200 °C，反應(yīng)1.5 h~2 h ;反應(yīng)完后，自然冷卻到室溫，加入2 mL~3 mL甲醇溶液，產(chǎn)生沉淀物，將沉淀物用無水乙醇反復(fù)洗漆、過濾4次~6次,在50°C~60 °C下真`空`干燥4 h~12 h,得到CuInS2納米晶。
【文檔編號】H01L31/18GK103700725SQ201310733812
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】王月, 王春杰, 李超, 張研研, 陸曉東, 張鳳霞 申請人:渤海大學(xué)