CN102107905A - 一种Cu2ZnSnS4太阳能电池材料的制备方法 - Google Patents

一种Cu2ZnSnS4太阳能电池材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102107905A
CN102107905A CN 201110005497 CN201110005497A CN102107905A CN 102107905 A CN102107905 A CN 102107905A CN 201110005497 CN201110005497 CN 201110005497 CN 201110005497 A CN201110005497 A CN 201110005497A CN 102107905 A CN102107905 A CN 102107905A
Authority
CN
China
Prior art keywords
reaction kettle
znsns
solar cell
preparation
cucl
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN 201110005497
Other languages
English (en)
Other versions
CN102107905B (zh
Inventor
王春瑞
程晨
曹云
方薇
蓝奔月
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Donghua University
Original Assignee
Donghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Donghua University filed Critical Donghua University
Priority to CN201110005497A priority Critical patent/CN102107905B/zh
Publication of CN102107905A publication Critical patent/CN102107905A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102107905B publication Critical patent/CN102107905B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种Cu2ZnSnS4太阳能电池材料的制备方法,包括:(1)将摩尔比为2∶1∶1的CuCl、ZnCl2、SnCl4·5H2O以及过量的硫脲混合,置于反应釜中;(2)向反应釜中加入去离子水,搅拌混合均匀;(3)将反应釜放入干燥箱中升温至195-210℃,保温18-30小时,取出反应釜使其自然冷却至室温;然后过滤清洗后放入真空干燥箱中干燥,最后得到黑色颗粒状产物。本发明的制备方法简单,成本低,重复性好,绿色无污染,适合于工业化生产。

Description

一种Cu<sub>2</sub>ZnSnS<sub>4</sub>太阳能电池材料的制备方法
技术领域
本发明属Cu2ZnSnS4太阳能电池材料的制备领域,特别是涉及一种Cu2ZnSnS4太阳能电池材料的制备方法。
背景技术
四元化合物Cu2ZnSnS4(CZTS)是一种新兴的太阳能电池材料,它具有锌黄锡矿结构,其禁带宽度为1.51eV,与半导体太阳能电池所要求的最佳禁带宽度(1.5eV)十分接近,并且具有较大的吸收系数(可达104cm-1)。另外,其中所有元素来源都较丰富,该材料是利用在地壳上蕴含量分别为75×10-6和2.2×10-6的锌和锡元素代替了CuInS2中的In(0.049×10-6)元素等,也不含有毒元素如Cd、Se等,对环境污染小,已成为替代铜铟嫁硒太阳电池吸收层的最佳候选材料,被国际上称为下一代最有前途的廉价太阳电池材料之一,有可能成为未来光伏电池的主流产品。
经对现有技术的文献检索发现,从1967年R.Nitsche等在《Journal of Crystal Growth》“Crystal growth of quaternary Cu2ZnSnS4 chaleogenides by iodine vapor transport”以来,专业人员已经开发出原子束溅射、磁控溅射、激光溅射、热蒸发真空镀膜等Cu2ZnSnS4制备方法,其光电转化率从1996年的0.66%提高至2010年的9.6%,在2009年,TeodorK.Todorov等使用铜、锌、锡的硫化物溶于水合肼溶液中制成前驱体,并将浆料沉积在衬底上构成了Cu2ZnSnS4薄膜。这一技术实现了9.6%的最新转换效率。但以上这些方法存在着设备昂贵、不易于大面积沉积以及需使用剧毒化学药剂等缺点。因此,提出一种可大量制备,成本低廉,环境友好,无毒的Cu2ZnSnS4制备方法,对于本技术领域具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种Cu2ZnSnS4太阳能电池材料的制备方法,该方法简单,成本低,适合于工业化生产。
本发明的一种Cu2ZnSnS4太阳能电池材料的制备方法,包括:
(1)将摩尔比为2∶1∶1的CuCl、ZnCl2、SnCl4·5H2O以及过量的硫脲混合,置于反应釜中;
(2)向上述反应釜中加入去离子水,搅拌混合均匀;
(3)将步骤(2)反应釜放入高温干燥箱中升温至195-210℃,保温18-30小时,取出反应釜使其自然冷却至室温;然后过滤清洗后放入真空干燥箱中干燥,最后得到黑色颗粒状产物。
所述步骤(1)中的硫脲与CuCl的摩尔比为2∶1。
所述步骤(2)中的去离子水与CuCl体积摩尔(L/mol)比为3.5-4.0∶1。
有益效果
(1)本发明的制备方法简单易行,绿色无污染,设备要求简单,重复性好,适合工业化大规模生产;
(2)Cu2ZnSnS4中的Zn和Sn元素在地壳中的丰度分别为75ppm和2.2ppm,资源丰富且因不含毒性成分而对环境友好,将替代CIGS从而成为最具发展潜力的低成本、无污染的新型薄膜太阳电池。
附图说明
图1为实施例1合成的太阳能电池材料Cu2ZnSnS4的X射线衍射花样图;
图2为实施例1合成的太阳能电池材料Cu2ZnSnS4的透射电子显微镜照片;
图3为实施例1的太阳能电池材料Cu2ZnSnS4的高倍透射电子显微镜照片;
图4为实施例1的Cu2ZnSnS4太阳能电池材料的X射线能谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
分析纯0.01mol的CuCl、0.005mol的ZnCl2、0.005mol的SnCl4·5H2O、和0.05mol硫脲被加入到50ml的高压釜中,然后倒入35-40ml的去离子水,搅拌大约5分钟,高压釜被密封放入高温炉在200℃下加热24小时,经过水热处理后,高压釜自然冷却到室温,取出沉淀物用去离子水清洗几遍去掉杂质离子,最后在真空干燥箱中80℃干燥6个小时,得到黑色沉淀。经透射电镜观察,为直径为250nm-350nm的团簇状纳米颗粒,高倍透射电镜照片说明了纳米颗粒具有很好的结晶度。
实施例2
分析纯0.01mol的CuCl、0.005mol的ZnCl2、0.005mol的SnCl4·5H2O、和0.05mol硫脲被加入到50ml的高压釜重,然后倒入35-40ml的去离子水,搅拌大约5分钟,高压釜被密封放入高温炉在195℃下加热30小时,经过水热处理后,高压釜自然冷却到室温,取出沉淀物用去离子水清洗几遍去掉杂质离子,最后在真空干燥箱中80℃干燥6个小时,得到黑色沉淀。经透射电镜观察,为直径为250nm-350nm的团簇状纳米颗粒,高倍透射电镜照片说明了纳米颗粒具有很好的结晶度。
实施例3
分析纯0.01mol的CuCl、0.005mol的ZnCl2、0.005mol的SnCl4·5H2O、和0.05mol硫脲被加入到50ml的高压釜重,然后倒入35-40ml的去离子水,搅拌大约5分钟,高压釜被密封放入高温炉在210℃下加热18小时,经过水热处理后,高压釜自然冷却到室温,取出沉淀物用去离子水清洗几遍去掉杂质离子,最后在真空干燥箱中80℃干燥6个小时,得到黑色沉淀。经透射电镜观察,为直径为250nm-350nm的团簇状纳米颗粒,高倍透射电镜照片说明了纳米颗粒具有很好的结晶度。
从图1可以看出所有衍射峰都可以指标为四方相的Cu2ZnSnS4的衍射峰(JCPDS,26-0575)。没有观察到其它二元或三元硫化物的衍射峰或其它杂质。
从图中可以看出,所得的Cu2ZnSnS4材料为直径为250nm-350nm的团簇状纳米颗粒,比较均匀。
图中晶面间距
Figure BDA0000043503700000031
Figure BDA0000043503700000032
分别与Cu2ZnSnS4的(200)和(112)面向对应。
图4是与图3相对应合成Cu2ZnSnS4的X射线能谱图。从图谱中知,Cu、Zn、Sn、S的原子比接近2∶1∶1∶4。氧(O)的峰来源于Cu2ZnSnS4表面吸附的氧。

Claims (3)

1.一种Cu2ZnSnS4太阳能电池材料的制备方法,包括:
(1)将摩尔比为2∶1∶1的CuCl、ZnCl2、SnCl4·5H2O以及过量的硫脲混合,置于反应釜中;
(2)向上述反应釜中加入去离子水,搅拌混合均匀;
(3)将步骤(2)反应釜放入干燥箱中升温至195-210℃,保温18-30小时,取出反应釜使其自然冷却至室温;然后过滤清洗后放入真空干燥箱中干燥,最后得到黑色颗粒状产物。
2.根据权利要求1所述的一种Cu2ZnSnS4太阳能电池材料的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中的硫脲与CuCl的摩尔比为2∶1。
3.根据权利要求1所述的一种Cu2ZnSnS4太阳能电池材料的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中的去离子水与CuCl体积摩尔L/mol比为3.5-4.0∶1。
CN201110005497A 2011-01-12 2011-01-12 一种Cu2ZnSnS4太阳能电池材料的制备方法 Expired - Fee Related CN102107905B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110005497A CN102107905B (zh) 2011-01-12 2011-01-12 一种Cu2ZnSnS4太阳能电池材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110005497A CN102107905B (zh) 2011-01-12 2011-01-12 一种Cu2ZnSnS4太阳能电池材料的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102107905A true CN102107905A (zh) 2011-06-29
CN102107905B CN102107905B (zh) 2012-08-29

Family

ID=44172202

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110005497A Expired - Fee Related CN102107905B (zh) 2011-01-12 2011-01-12 一种Cu2ZnSnS4太阳能电池材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102107905B (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102500293A (zh) * 2011-10-25 2012-06-20 中南大学 锌黄锡矿结构Cu2ZnSnS4粉末材料及其液相制备方法
CN103613119A (zh) * 2013-11-21 2014-03-05 电子科技大学 铜锌锡硫的制备方法以及用途
CN103641178A (zh) * 2013-12-18 2014-03-19 中南大学 黄锡矿结构Cu2FeSnS4粉末材料及其液相制备方法
CN103771495A (zh) * 2013-12-24 2014-05-07 上海交通大学 制备石墨烯-铜锌锡硫纳米晶复合材料的方法
CN104264211A (zh) * 2014-08-27 2015-01-07 南京航空航天大学 单晶亚微米级Cu2ZnSnS4颗粒的高温溶剂热制备方法及应用
CN105226131A (zh) * 2015-08-24 2016-01-06 中国工程物理研究院材料研究所 一种铜锌锡硫吸收层薄膜的化学合成方法
CN105883904A (zh) * 2016-04-01 2016-08-24 合肥工业大学 一种六方纤锌矿结构铜锌锡硫纳米晶的制备方法
CN107381623A (zh) * 2017-06-22 2017-11-24 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种中间带半导体材料及其制备方法和应用
CN114899279A (zh) * 2022-05-11 2022-08-12 中南大学 一种改性铜锌锡硫前驱体溶液及薄膜太阳电池的制备方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103011261B (zh) * 2012-12-02 2014-08-20 桂林理工大学 超声波微波协同作用下溶剂热合成纤锌矿结构CZTS(Se)半导体材料的方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007269589A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Nagaoka Univ Of Technology 硫化物薄膜の作製方法
CN101659394A (zh) * 2009-09-17 2010-03-03 上海交通大学 铜锌锡硫纳米粒子的制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007269589A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Nagaoka Univ Of Technology 硫化物薄膜の作製方法
CN101659394A (zh) * 2009-09-17 2010-03-03 上海交通大学 铜锌锡硫纳米粒子的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《湛江师范学院学报》 20070630 黄景兴等 Cu2 ZnSnS4 薄膜的制备及其光电性质研究 第59-62页 1-3 第28卷, 第3期 2 *

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102500293B (zh) * 2011-10-25 2013-09-18 中南大学 锌黄锡矿结构Cu2ZnSnS4粉末材料及其液相制备方法
CN102500293A (zh) * 2011-10-25 2012-06-20 中南大学 锌黄锡矿结构Cu2ZnSnS4粉末材料及其液相制备方法
CN103613119B (zh) * 2013-11-21 2015-07-29 电子科技大学 铜锌锡硫的制备方法以及用途
CN103613119A (zh) * 2013-11-21 2014-03-05 电子科技大学 铜锌锡硫的制备方法以及用途
CN103641178A (zh) * 2013-12-18 2014-03-19 中南大学 黄锡矿结构Cu2FeSnS4粉末材料及其液相制备方法
CN103641178B (zh) * 2013-12-18 2015-11-25 中南大学 黄锡矿结构Cu2FeSnS4粉末材料及其液相制备方法
CN103771495A (zh) * 2013-12-24 2014-05-07 上海交通大学 制备石墨烯-铜锌锡硫纳米晶复合材料的方法
CN103771495B (zh) * 2013-12-24 2015-08-19 上海交通大学 制备石墨烯‐铜锌锡硫纳米晶复合材料的方法
CN104264211A (zh) * 2014-08-27 2015-01-07 南京航空航天大学 单晶亚微米级Cu2ZnSnS4颗粒的高温溶剂热制备方法及应用
CN105226131A (zh) * 2015-08-24 2016-01-06 中国工程物理研究院材料研究所 一种铜锌锡硫吸收层薄膜的化学合成方法
CN105883904A (zh) * 2016-04-01 2016-08-24 合肥工业大学 一种六方纤锌矿结构铜锌锡硫纳米晶的制备方法
CN105883904B (zh) * 2016-04-01 2017-06-06 合肥工业大学 一种六方纤锌矿结构铜锌锡硫纳米晶的制备方法
CN107381623A (zh) * 2017-06-22 2017-11-24 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种中间带半导体材料及其制备方法和应用
CN107381623B (zh) * 2017-06-22 2019-06-11 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种中间带半导体材料及其制备方法和应用
CN114899279A (zh) * 2022-05-11 2022-08-12 中南大学 一种改性铜锌锡硫前驱体溶液及薄膜太阳电池的制备方法
CN114899279B (zh) * 2022-05-11 2023-11-10 中南大学 一种改性铜锌锡硫前驱体溶液及薄膜太阳电池的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102107905B (zh) 2012-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102107905B (zh) 一种Cu2ZnSnS4太阳能电池材料的制备方法
Vidyasagar et al. Recent advances in synthesis and properties of hybrid halide perovskites for photovoltaics
Kahraman et al. Effects of the sulfurization temperature on sol gel-processed Cu2ZnSnS4 thin films
Li et al. Bismuth chalcogenide iodides Bi 13 S 18 I 2 and BiSI: Solvothermal synthesis, photoelectric behavior, and photovoltaic performance
Ghosh et al. Solution-processed Cd free kesterite Cu2ZnSnS4 thin film solar cells with vertically aligned ZnO nanorod arrays
CN102034898A (zh) 一种太阳电池用铜铟硫光电薄膜材料的制备方法
CN106783541B (zh) 一种硒化亚锗多晶薄膜和含有该薄膜的太阳能电池及其制备方法
CN111554760B (zh) 铜锌锡硫薄膜太阳能电池的前驱体溶液及其制备方法与应用
CN106917068A (zh) 基于磁控溅射和后硒化制备太阳能电池吸收层Sb2Se3薄膜的方法
TWI421214B (zh) Ibiiiavia族非晶相化合物及應用於薄膜太陽能電池之ibiiiavia族非晶相前驅物的製造方法
Ma et al. Fabrication of Cu2ZnSn (S, Se) 4 (CZTSSe) absorber films based on solid-phase synthesis and blade coating processes
CN108461556A (zh) 制备高效czts太阳能电池的前驱体溶液及其电池制备与应用
CN113372012A (zh) 一种掺杂金属元素提高无机无铅CsSnI3钙钛矿稳定性的方法
CN103346215A (zh) 一种均相溶液法制备铜锌锡硫太阳能电池吸收层薄膜的方法
Pawar et al. Hydrothermal growth of Sb2S3 thin films on molybdenum for solar cell applications: Effect of post-deposition annealing
CN104465810B (zh) 具有上转换层的铜锌锡硫硒类薄膜太阳能电池的制备方法
CN102618853A (zh) 一种铜锌锡硒薄膜的制备方法
CN107134507B (zh) 具有梯度成分太阳能电池吸收层铜铟硫硒薄膜的制备方法
CN106531845B (zh) 化学水浴制备太阳能电池吸收层CuInS2薄膜的方法
Wang et al. Low-cost TiO2/Sb2 (S, Se) 3 heterojunction thin film solar cell fabricated by sol-gel and chemical bath deposition
CN103408065B (zh) 一种超细纳米晶Cu2ZnSnS4的制备方法
CN106098814A (zh) 一种氧化物纳米颗粒制备太阳能电池吸收层CTSSe薄膜的方法
CN106057973A (zh) 一种氧化物纳米颗粒制备太阳能电池吸收层cts薄膜的方法
CN105197985A (zh) 溶剂热法一步合成超长纤锌矿结构Cu2ZnSnS4纳米棒的制备方法
CN102139862B (zh) 铜铟硒纳米片的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120829

Termination date: 20150112

EXPY Termination of patent right or utility model