一種硫酸鹽體系兩步法制備銅銦硫光電薄膜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]
本發(fā)明屬于太陽能電池用光電薄膜制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種硫酸鹽體系兩步法制備銅銦硫光電薄膜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源緊缺及消費(fèi)能源帶來的污染已成為國內(nèi)社會發(fā)展中的突出問題，煤炭、石油等為不可再生資源，因此開發(fā)利用清潔可再生能源對保護(hù)環(huán)境、保證經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和構(gòu)筑和諧社會都有重要的意義。光伏發(fā)電具有安全可靠、無噪聲、無污染、制約少、故障率低、維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)，可以利用太陽能這種清潔、安全和環(huán)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(fā)日益受到重視。
[0003]銅銦硫基薄膜太陽能電池目前可以認(rèn)為是最有發(fā)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(yōu)點(diǎn):(1) CuInS2是直接帶隙半導(dǎo)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(yōu)于CuInSe 2(1.04eV)。(3) CuInS2不含任何有毒成分。(4) CuInS2光吸收系數(shù)很大，轉(zhuǎn)換效率高，性能穩(wěn)定，薄膜厚度小，約2 μ m，且硫的價格較低。(5)在CuInS2S礎(chǔ)上摻雜其它元素，如使Ga或A1部分取代In原子，用Se部分取代S，即制備成Cu(Ini xGax) Se2，Cu (1叫xGax) (Se2 ySy)，Cu (lni XA1X) (Se2 XSX)，其晶體結(jié)構(gòu)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?1.6eV。
(6)抗輻射能力強(qiáng)，沒有光致衰減效應(yīng)，因而使用壽命長。(7) P型CIGS材料的晶格結(jié)構(gòu)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(xué)沉積法、化學(xué)沉積法、化學(xué)氣相沉積、分子束外延、反應(yīng)濺射法、真空蒸發(fā)法、濺射合金層后硫化法等。其中，蒸發(fā)法和濺射法技術(shù)比較成熟，光電轉(zhuǎn)換效率高，已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化操作。但是，這兩種方法均需要真空設(shè)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(xiàn)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(xiàn)共沉積，并且發(fā)現(xiàn)在制備CuInS2時薄膜質(zhì)量較差，孔洞多，硫元素較難進(jìn)入薄膜，化學(xué)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(chuàng)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(fā)明相關(guān)的還有如下文獻(xiàn):
[1] 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(xué)沉積法分別制備In2S3和CuS薄膜，后熱處理得到CuInS 2薄膜，并對其性能進(jìn)行了表征。
[0006][2] Zhaomin Hao， 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CuInS2m米晶體，對其晶體結(jié)構(gòu)和光電性能進(jìn)行了研究。
[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, CuInS2nanostructures: Synthesis, characterizat1n, format1n mechanism and solarcell 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(jìn)行了性能表征和形成機(jī)理研究。
[0009][5] Xiaofeng ffu, Yaohan Huang, Qiqi Bai，Qingfei Fan, Guangli Li, XimeiFan, Chaoliang Zhang, Hong Liu, Investigat1n of CuInS2 thin films depositedon FT0 by one-pot solvothermal synthesis, Materials Science in SemiconductorProcessing 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.Shanmugavel, K.Srinivasan, K.R.Murali, Pulse electrodepositedcopper indium sulpho selenide films and their properties, Materials Science inSemiconductor 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(jié)構(gòu)和性會^差異。
[0011][7] Hsiang Chen, Yih-Min Yeh，Chuan Hao Liao, Jian Zhi Chen, Chau-1 eWang ， 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CuInSJ^膜里的CuS相并進(jìn)行了形貌及成分分析。
[0012][8] M.A.Majeed Khan, Sushil Kumar, Mohamad S.AlSalhi，Synthesisand characteristics 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CuInSJ^膜并用FESEM，F(xiàn)ETEM，HRTEM，AFM，XRD等進(jìn)行了表