CN102386337B - 一种p-n结柔性太阳电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及P-N结柔性太阳电池的制备方法，包括步骤：a．将CuCl2.2H2O,InCl3.4H2O,CH4N2S硫脲，放入酒精中，转移至高压釜中，反应温度为120-180℃，反应时间为6-12h，将产物CuInS2洗涤烘干；其中四水合氯化铟：氯化亚铜：硫脲的摩尔比为1:1:2~1:2:6；b．将P25制备成油胶，用提拉机均匀制备于金属丝网上；在100-500℃下烧结；时间为80-180min；c．将CuInS2均匀分散在PVDF或PVDF-HFP吡咯烷酮溶液中；d．将步骤c所得均匀分布在步骤b所制得的金属丝网上，90-140℃下干燥，制备得到光电极。本方法工艺简单，成本低廉，可制备大面积太阳电池。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型P-N结柔性太阳电池的制备方法，属于新技术领域。
背景技术
随着日趋紧迫的能源危机和越来越严重的环境污染问题，清洁、可再生能源受到各国政府的关注和青睐。其中太阳能这种不改变地球燃料平衡的能源，有着取之不尽，又容易实现小型化的优点，尤其受到人们的重视，太阳能利用也将是新世纪经济发展中最具决定性影响的技术领域之一。追求低成本、高光电转换效率、长期寿命是太阳能电池是领域追求的目标。
铜铟硫基薄膜太阳电池被誉为最有前途的太阳电池之一，主要是其性能优越，存在以下优点：CuInS2是直接带隙材料，其带隙宽度为1.50ev，相较于CuInSe2的1.04ev，性能更优，有可能产生更高的开路电压。CuInS2不含有有毒成分，选择合适的制备方法，制备过程中对环境的影响较小。作为P型材料，电子亲和力好，可以和其他N型材料结合，形成P-N结电池。同时CuInS2的抗辐射能力较好，光之衰减较弱，使用寿命长。另一方面，传统的太阳电池多使用刚性基板，刚性基板对于大功率的太阳电池是必须的，但是其重量较大，形状可调节幅度较小。而柔性基本形状可调，弯曲度大，重量较小。柔性太阳电池是未来的一个重要发展方向。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种简便的制备柔性P-N结柔性太阳电池的方法，该方法简便易行，可在较低的温度下进行，并可实现大面积制备。
本发明的目的还在有效提高P-N结太阳电池寿命，使用Ti丝网，可使电池寿命有效提高。
本发明的技术方案是：一种P-N结柔性太阳电池的制备方法，包括如下顺序的步骤：
a．将CuCl2.2H2O, InCl3.4H2O, CH4N2S(硫脲)，溶入酒精中，转移至高压釜中，反应温度为120-180℃，反应时间为6-12h，将产物CuInS2洗涤烘干；
b．将P25制备成油胶，用提拉机均匀制备于金属丝网上。在100-500℃下烧结；时间为80-180min；
c．将步骤a制备得到的CuInS2均匀分散在PVDF或聚（偏氟乙烯－六氟丙烯）(PVDF-HFP)的吡咯烷酮溶液中，或者分散在PEDOT:PSS中；
d．将步骤c所得产物均匀分布在步骤b所制得的丝网上，在真空条件下，90-140℃下干燥，制备得到光电极。
金属丝网为不锈钢丝网、钛丝网或钨丝网，依次用酒精和丙酮清洗，干燥。将TiO2或ZnO分散于酒精，松油醇和乙基纤维素的混合溶液中，然后用细胞超声粉碎机超声60min，制备得到油胶。
步骤b所述的不锈钢丝网，钛丝网和钨丝网。
步骤c所述的PVDF的吡咯烷酮溶液，PVDF-HFP的吡咯烷酮溶液或PEDOT:PSS。
步骤d所述的真空条件，干燥温度为80-150℃，干燥时间为8-30min。
将P25制备成油胶，用提拉机均匀涂布在不锈钢丝网上，然后烧结；烧结过程中采取10°C/min升温法；温度范围为125～500°C，其中在325，375，450，500°C分别保温15min。
本发明的有益效果是：与传统的制备方法相比本发明具有以下明显优点：
（1）CuInS2的溶剂热方法只用到了廉价的酒精作为溶剂，同时过程中避免使用高温，成本大幅度降低。
（2）该过程中只涉及到溶解、过滤、搅拌等常规单元操作，一般实验室均可操作。同时相比较共蒸发方法，无需昂贵的高真空设备，易于实现工业化生产。
（3）使用钛丝网不但效率有提升，电池的寿命和稳定性均有所提升。
附图说明
图1是CuInS2的XRD图。
图2是CuInS2的扫描电镜（SEM）图。
图3是CuInS2结合PVDF涂敷在在不锈钢丝网上的扫描电镜(SEM)图。
图4是CuInS2结合PVDF-HFP涂敷在不锈钢丝网上的扫描电镜（SEM）图。
图5是CuInS2结合PEDOT:PSS涂敷在不锈钢丝网上的扫描电镜（SEM）图。
图6是CuInS2结合PVDF作为光电极时的I-V曲线图。
图7是CuInS2结合PVDF-HFP作为光电极时的I-V曲线图。
图8是CuInS2结合PEDOT:PSS作为光电极时的I-V曲线图
图9是CuInS2结合PEDOT:PSS在Ti丝网上制备成光电极时的I-V曲线图。
图10是CuInS2结合PEDOT:PSS在Ti丝网上制备成光电极时放置一段时间以后的I-V曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
实施例1
将四水合氯化铟、氯化亚铜和硫脲加入酒精溶液中，分散均匀；然后在120~180℃下反应，最后依次离心分离、洗涤、干燥，得到纳米尺寸的CuInS2；其中四水合氯化铟：氯化亚铜：硫脲的的摩尔比为1:1:2~1:2:6，反应时间为6~12小时。作为优选方案，所述四水合氯化铟：氯化亚铜：硫脲的摩尔比为1:1:2, 反应时间为8±1小时。
（1）分别称量CuCl，InCl3.4H2O, 硫脲0.099, 0.293, 0.304g，均匀分散在40ml酒精中，然后转移至50ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，升温至150°C，反应8小时，反应完随炉冷却。
(2)将产物离心分离，并用蒸馏水洗涤，然后在60°C下干燥6~24h，得到黑色CuInS2固体粉末。在CuCl，InCl3.4H2O, 不变的条件下，硫脲可以添加到0.5g，反应时间7、9、11小时，在这些条件下同，得到的结果并无显著区别。
（3）将不锈钢丝网依次用酒精和丙酮清洗，干燥。将TiO2 （P25）分散于酒精，松油醇和乙基纤维素的混合溶液中，然后用细胞超声粉碎机超声60min，制备得到油胶。用提拉机匀速提拉，使得P25油胶均匀涂布在不锈钢丝网上，然后烧结。烧结过程中采取10°C/min升温法。温度范围为125～500°C，其中在325，375，450，500°C分别保温15min。
也可以将ZnO制备成油胶，涂刷在钛丝网上，在125~500℃下烧结10-70min，然后将CuInS2均匀分散在PVDF或PVDF-HFP的吡咯烷酮溶液或PEDOT:PSS溶液中，涂刷在附有一层ZnO的不锈钢丝网（钛丝网）上，在80~150℃下干燥10分钟，即可制备得到P-N结柔性太阳电池。
（4）将1gPVDF溶解在4g吡咯烷酮中，制备成20%的溶液。然后将步骤（2）中制备的CuInS2称量0.1~0.2g，均匀分散在PVDF的吡咯烷酮溶液中。
（5）用提拉机将步骤（4）制备的CuInS2分散液均匀涂布于步骤（3）处理过的不锈钢丝网上，然后隔绝空气，在110°C下保温5min。即可制备得到光电极。
采用XRD，扫描电子显微镜（SEM），对步骤 (2) 制得的产品进行分析，其中图1是步骤（2）产品的XRD图，结果表明产品是CuInS2。图（2）是CuInS2的扫描电子显微镜图。
采用扫描电子显微镜（SEM）对电极表面进行分析。图3是CuInS2结合PVDF涂敷在在不锈钢丝网上的扫描电镜(SEM)图。
将光电极和铂对电极组成电池，用太阳能模拟器（经标定，模拟太阳光为AM1.5, 0.1W/cm2）测试电池的光电转换效率，测试面积为0.132cm2。图6是CuInS2结合PVDF作为光电极时的I-V曲线图。
实施例2
步骤与实例1基本相同，不同之处在于： 将PVDF替换为PVDF-HFP。
制得的电极产品与实施例1基本一致，光电极的扫描电镜图如图5所示，电极的孔隙率较大。图7是CuInS2结合PVDF-HFP作为光电极时的I-V曲线图。
实施例3
步骤与实例1基本相同，不同之处在于：将CuInS2分散在PEDOT:PSS中，步骤（5）中的温度为140°C，保温时间为10min。
光电极的扫描电镜图如图6所示。图8是CuInS2结合PEDOT:PSS作为光电极时的I-V曲线图。
实施例4
步骤与实例1基本相同，不同之处在于：将不锈钢丝网替换为Ti丝网。其中图10是CuInS2结合PEDOT:PSS在Ti丝网上制备成光电极时放置一段时间以后的I-V曲线图。
Claims (4)
1.一种P-N结柔性太阳电池的制备方法，其特征是包括如下步骤：
a.将CuCl2.2H2O,、InCl3.4H2O、硫脲，放入酒精中，转移至高压釜中，反应温度为120-180℃，反应时间为6-12h，将产物CuInS2洗涤烘干；其中四水合氯化铟：氯化亚铜：硫脲的的摩尔比为1:1:2～1:2:6；
b.将P25制备成油胶，用提拉机均匀制备于金属丝网上；在100-500℃下烧结；时间为80-180min；
c.将步骤a制备得到的CuInS2均匀分散在PVDF或聚偏氟乙烯－六氟丙烯的吡咯烷酮溶液中，或者分散在PEDOT:PSS中；
d.将步骤c所得均匀分布在步骤b所制得的金属丝网上，在真空条件下，90-140℃下干燥，制备得到光电极。
2.按权利要求1所述的P-N结柔性太阳电池的制备方法，其特征在于：步骤b所述的金属丝网为不锈钢丝网、钛丝网或钨丝网。
3.按权利要求1所述的P-N结柔性太阳电池的制备方法，其特征在于将P25制备成油胶，用提拉机均匀涂布在不锈钢丝网上，然后烧结；烧结过程中采取10°C/min升温法；温度范围为125～500°C，其中在325，375，450，500°C分别保温15min。
4.按权利要求1所述的P-N结柔性太阳电池的制备方法，其特征在于将步骤c中将1gPVDF溶解在4g吡咯烷酮中，制备成20%的溶液；然后将制备的CuInS2称量0.1～0.2g，均匀分散在PVDF的吡咯烷酮溶液中。
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