CN102344166B - 一种Cu2ZnSnS4太阳能吸收层材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种Cu2ZnSnS4太阳能吸收层材料的制备方法，包括：(1)将摩尔比为0.5～2∶0.25～1.2∶0.25～1∶1～4的Cu2+、Zn2+、Sn2+的盐和S粉混合，然后加入吡啶溶液，配成0.1～0.4M的混合溶液；(2)通过滚涂将上述混合溶液滚涂在衬底上，待干燥后将衬底于350～370℃煅烧1～3h；(3)将上述经过煅烧的衬底置于氩气保护下，于500～525℃进行硫化处理，在衬底上即得Cu2ZnSnS4纳米晶吸收层。本发明具有所需原材料易得、价格低廉、环境友好、化学性质稳定、操作过程简便等优点，可以大量制备，为Cu2ZnSnS4太阳能吸收层材料的制备提供了一种新方法。

Description

一种Cu2ZnSnS4太阳能吸收层材料的制备方法
技术领域
本发明属于Cu2ZnSnS4薄膜太阳能电池领域，特别涉及一种Cu2ZnSnS4太阳能吸收层材料的制备方法。
背景技术
随着社会对能源的需求以及煤、石油、天然气等不可再生资源的枯竭，人们迫切需要改变现有的能源结构。而寻找清洁可再生的新能源成为当今世界的首选方案。作为地球无限可再生的无污染能源——太阳能，只要能完全吸收20分钟的太阳能，就足够让全球使用一整年。而如何通过简单的方法制备高效、廉价、稳定的太阳能电池成为了科学工作者研究的热点。
当前已经发展的太阳能电池主要有：硅系(单晶硅、多晶硅和非晶硅薄膜)太阳能电池、化合物半导体(Cu2ZnSnS4、CuInSe2、Cu(In，Ga)Se2、CdTe、GaAs和InP)薄膜太阳能电池、有机太阳能电池和染料敏化纳米晶太阳能电池等。其中，Cu2ZnSnS4纳米晶薄膜太阳能电池由于光电转换效率较高、制作成本较低，没有性能衰减等优良特性，受到人们的广泛关注。
但是目前制备Cu2ZnSnS4纳米晶薄膜太阳能电池的方法主要是先合成Cu2ZnSnS4纳米晶墨水然后滚涂成薄膜层，且制备过程中需要用到有毒的有机溶剂，如甲苯、氯仿等。尽管IBM公司的Mitzi博士利用纳米晶前驱体制备了转换效率高达9.6％的Cu2ZnSnS4纳米晶薄膜太阳能电池，但是制备过程中用到的肼不仅高毒，而且极易爆炸。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种Cu2ZnSnS4太阳能吸收层材料的制备方法，该方法具有所需原材料易得、价格低廉、环境友好、化学性质稳定、操作过程简便等优点。
本发明的一种Cu2ZnSnS4太阳能吸收层材料的制备方法，包括：
(1)将摩尔比为0.5～2∶0.25～1.2∶0.25～1∶1～4的Cu2+、Zn2+、Sn2+的盐和S粉混合，然后加入吡啶溶液，配成0.1～0.4M的混合溶液；
(2)通过滚涂将上述混合溶液滚涂在衬底上，待干燥后将衬底于350～370℃煅烧1～3h；
(3)将上述经过煅烧的衬底置于氩气保护下，于500～525℃进行硫化处理，在衬底上即得Cu2ZnSnS4纳米晶吸收层。
所述步骤(1)中的Cu2+盐为乙酰丙酮铜，Zn2+盐为乙酰丙酮锌，Sn2+盐为草酸亚锡。
所述步骤(1)中的Cu2+、Zn2+、Sn2+的盐和S粉摩尔比为0.5∶0.25∶0.25∶1。
所述步骤(1)中的Cu2+、Zn2+、Sn2+的盐和S粉摩尔比为0.5∶0.3∶0.25∶1。
所述步骤(2)中的衬底为玻璃片。
本发明使用的反应设备是马弗炉或真空管式炉。
有益效果
本发明具有所需原材料易得、价格低廉、环境友好、化学性质稳定、操作过程简便等优点，可以大量制备，为Cu2ZnSnS4太阳能吸收层材料的制备提供了一种新方法。
附图说明
图1是本发明中制备的Cu2ZnSnS4太阳能吸收层材料的SEM图片；
图2是本发明中制备的Cu2ZnSnS4太阳能吸收层材料的XRD图谱，线状图为制备的Cu2ZnSnS4的XRD图谱，柱状图为Cu2ZnSnS4的标准XRD图谱。
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
(1)称取0.5mmol乙酰丙酮铜，0.25mmol乙酰丙酮锌，0.25mmol草酸亚锡，1mmol S粉置于样品管中，加入5mL吡啶溶液，搅拌，将各物质溶解；
(2)通过滚涂的方式将吡啶溶液滚涂在玻璃片上，待干燥后将衬底置于370℃高温中煅烧1h；(3)将经过煅烧的衬底置于Ar气的保护下，525℃温度下进行硫化处理，即可在衬底上得到纯的Cu2ZnSnS4纳米晶吸收层。
实施例2
(1)称取0.5mmol乙酰丙酮铜，0.3mmol乙酰丙酮锌，0.25mmol草酸亚锡，1mmol S粉置于样品管中，加入5mL吡啶溶液，搅拌，将各物质溶解；
(2)通过滚涂的方式将吡啶溶液滚涂在玻璃片上，待干燥后将衬底置于350℃高温中煅烧2h；(3)将经过煅烧的衬底置于Ar气的保护下，525℃温度下进行硫化处理，即可在衬底上得到纯的Cu2ZnSnS4纳米晶吸收层。
实施例3
(1)称取2mmol乙酰丙酮铜，1mmol乙酰丙酮锌，1mmol草酸亚锡，4mmol S粉置于样品管中，加入5mL吡啶溶液，搅拌，将各物质溶解；
(2)通过滚涂的方式将吡啶溶液滚涂在玻璃片上，待干燥后将衬底置于370℃高温中煅烧3h；(3)将经过煅烧的衬底置于Ar气的保护下，500℃温度下进行硫化处理，即可在衬底上得到纯的Cu2ZnSnS4纳米晶吸收层。
实施例4
(1)称取2mmol乙酰丙酮铜，1.2mmol乙酰丙酮锌，1mmol草酸亚锡，4mmol S粉置于样品管中，加入5mL吡啶溶液，搅拌，将各物质溶解；
(2)通过滚涂的方式将吡啶溶液滚涂在玻璃片上，待干燥后将衬底置于350℃高温中煅烧1h；(3)将经过煅烧的衬底置于Ar气的保护下，525℃温度下进行硫化处理，即可在衬底上得到纯的Cu2ZnSnS4纳米晶吸收层。

Claims (4)

1.一种Cu2ZnSnS4太阳能吸收层材料的制备方法，包括：
（1）将摩尔比为0.5~2:0.25~1.2:0.25~1:1~4的Cu2+、Zn2+、Sn2+的盐和S粉混合，然后加入吡啶溶液，配成0.1~0.4M的混合溶液，其中Cu2+盐为乙酰丙酮铜，Zn2+盐为乙酰丙酮锌，Sn2+盐为草酸亚锡；
（2）通过滚涂将上述混合溶液滚涂在衬底上，待干燥后将衬底于350~370℃煅烧1~3h；
（3）将上述经过煅烧的衬底置于氩气保护下，于500~525℃进行硫化处理，在衬底上即得Cu2ZnSnS4纳米晶吸收层。
2.根据权利要求1所述的一种Cu2ZnSnS4太阳能吸收层材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的Cu2+、Zn2+、Sn2+的盐和S粉摩尔比为0.5:0.25:0.25:1。
3.根据权利要求1所述的一种Cu2ZnSnS4太阳能吸收层材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的Cu2+、Zn2+、Sn2+的盐和S粉摩尔比为0.5:0.3:0.25:1。
4.根据权利要求1所述的一种Cu2ZnSnS4太阳能吸收层材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中的衬底为玻璃片。
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