CN102931286A - 一种制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层的方法，将金属源及硫源溶解在一定的溶剂中形成金属盐前躯体溶液，将金属盐前躯体溶液喷涂于衬底上，经退火处理后在衬底上制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层，铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层的厚度通过金属盐前躯体溶液的喷涂量来进行控制，无需昂贵的大型仪器设备，对反应条件控制较低，操作过程简单，生产及使用成本较低，满足了大规模批量生产与商业化的需求，实用性强，具有较强的推广与应用价值。

Description

一种制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层的方法
技术领域
本发明属于铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层制备技术领域，尤其涉及一种制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层的方法。
背景技术
随着人类社会的不断发展，人类对石油、煤炭等一次能源的需求逐渐增大，随着矿物质能源的日益紧缺以及人们环保意识的增强，全球对新能源和可再生能源的需求日益增强。作为一种取之不尽、用之不竭的清洁可再生能源，太阳能是最理想的新能源来源，利用太阳能光伏发电自然而然成为全球新能源研究领域的热点。
目前，对太阳能电池的研究已经进入了第三代的化合物薄膜太阳能电池。对太阳能光电转换材料的研究主要集中在化合物半导体材料方向，这些化合物半导体材料具有高效、廉价的特点，主要包括有砷化镓(GaAs)、碲化镉(CdTe)与硫化镉(CdS)、铜铟硫与铜铟镓硒以及铜锌锡硫等。其中锌黄锡矿结构的四元化合物半导体材料Cu2ZnSnS4(CZTS)由于具有与太阳光谱非常匹配的禁带宽度(1.4～1.5eV)，超过104cm-1的光吸收系数，以及在地壳中含量丰富对环境友好的特点，被认为是最佳的太阳能电池吸收层候选材料。而基于铜锌锡硫的薄膜太阳能电池以其不断提高的转化效率、较低的制备成本、没有性能衰减和环境友好等优良特性逐渐受到广泛关注，各个国家和政府均开展了相应的研究。
自从铜锌锡硫出现以来，各国的研究人员对铜锌锡硫吸收层的制备进行了广泛而深入的研究，发展了多种铜锌锡硫半导体材料的制备方法，主要有蒸镀法、溅射法等物理方法，以及热注入等化学方法。物理方法的共同点是需要昂贵的大型仪器设备，对反应条件控制较为苛刻(一般需要较高的真空条件)；热注入法的特点是需要无水无氧条件并且操作繁琐。现有的铜锌锡硫半导体材料的制备方法无法满足大规模生产与商业化的需求。因此，发展一种成本低廉、可大批量生产铜锌锡硫薄膜的制备方法，对于本领域的发展具有重要意义。
发明内容
本发明提供了一种制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层的方法，旨在解决现有技术提供的制备铜锌锡硫吸收层的方法，存在需要昂贵的大型仪器设备，对反应条件控制较为苛刻，操作过程繁琐复杂，生产及使用成本较高，无法满足大规模批量生产与商业化需求问题。
本发明的目的在于提供一种制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层的方法，将金属源及硫源溶解在一定的溶剂中形成金属盐前躯体溶液，将金属盐前躯体溶液喷涂于特定的衬底上，经退火处理后在衬底上制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层。
进一步，该方法包括以下步骤：
将铜源、锌源、锡源、硫源按照物质的量比为2∶1∶1∶2～10的比例超声分散，并溶解于特定的溶剂中，制备金属盐前躯体溶液，金属盐前躯体溶液的浓度为0.001～0.1mol/L；
将金属盐前躯体溶液喷涂于特定的衬底上，经退火处理后在衬底上制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层，退火温度为200～500度。
进一步，所述金属源为相应金属的乙酰丙酮盐、二硫代氨基甲酸盐。
进一步，所述硫源为硫粉、硫代乙酰胺、硫脲、烷基硫醇。
进一步，所述溶剂为二乙烯三胺、三乙烯四胺。
进一步，所述衬底为金属箔片、玻璃、聚酰亚胺膜。
进一步，所述金属箔片采用不锈钢箔片、钼箔片、钛箔片。
进一步，所述铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层的厚度通过金属盐前躯体溶液的喷涂量来进行控制。
本发明提供的制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层的方法，将金属源及硫源溶解在一定的溶剂中形成金属盐前躯体溶液，将金属盐前躯体溶液喷涂于衬底上，经退火处理后在衬底上制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层，铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层的厚度通过金属盐前躯体溶液的喷涂量来进行控制，无需昂贵的大型仪器设备，对反应条件控制较低，操作过程简单，生产及使用成本较低，满足了大规模批量生产与商业化的需求，实用性强，具有较强的推广与应用价值。
附图说明
图1是本发明实施例提供的制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层的方法的具体实现流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。
本发明的目的在于提供一种制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层的方法，将金属源及硫源溶解在一定的溶剂中形成金属盐前躯体溶液，将金属盐前躯体溶液喷涂于特定的衬底上，经退火处理后在衬底上制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层。
图1示出了本发明实施例提供的制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层的方法的具体实现流程。
该方法包括以下步骤：
在步骤S101中，将铜源、锌源、锡源、硫源按照物质的量比为2∶1∶1∶2～10的比例超声分散，并溶解于特定的溶剂中，制备金属盐前躯体溶液，金属盐前躯体溶液的浓度为0.001～0.1mol/L。
如果金属源为乙酰丙酮盐，则硫源比例需要适当提高，2∶1∶1∶4～10。如果金属源为二硫代氨基甲酸盐，则硫源比例可以适当降低2∶1∶1∶2～10，甚至不添加。
在步骤S102中，将金属盐前躯体溶液喷涂于特定的衬底上，经退火处理后在衬底上制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层，退火温度为200～500度。
对于退火温度，如果衬底是聚酰亚胺，则退火温度不能超过250度，如果是金属箔片和玻璃则最高可达500度。
在本发明实施例中，金属源为相应金属的乙酰丙酮盐、二硫代氨基甲酸盐。
在本发明实施例中，硫源为硫粉、硫代乙酰胺、硫脲、烷基硫醇。
在本发明实施例中，溶剂为二乙烯三胺、三乙烯四胺。
在本发明实施例中，所述衬底为金属箔片、玻璃、聚酰亚胺膜。
在本发明实施例中，金属箔片采用不锈钢箔片、钼箔片、钛箔片。
在本发明实施例中，铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层的厚度通过金属盐前躯体溶液的喷涂量来进行控制。
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
本发明旨在针对现有技术存在的不足，提供一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层的制备方法。本发明，反应条件温和，成本低廉，适用于铜锌锡硫太阳能电池吸收层的大批量生产，可以弥补现有技术的不足。
如图1所示，本发明是通过以下技术方案实现的：
将金属源、硫源超声分散，并最终溶于特定的溶剂中得到铜锌锡硫的前躯体溶液。将铜锌锡硫前躯体溶液涂布于电池基板上，经退火理后得到铜锌锡硫薄膜太阳能电池的吸收层。
本发明中铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层的制备方法，包括以下步骤：
(1)金属盐前躯体溶液的制备：
将铜源、锌源、锡源、硫源按照物质的量比为2∶1∶1∶2～10的比例超声分散并溶解于特定的溶剂中，金属盐浓度为0.001～0.1mol/L；
(2)铜锌锡硫吸收层的制备：
将金属盐前躯体溶液喷涂于特定的衬底，经退火处理后在衬底上制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层，退火温度为200～500度。
本发明实施例提供的制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层的方法，将金属源及硫源溶解在一定的溶剂中形成金属盐前躯体溶液，将金属盐前躯体溶液喷涂于衬底上，经退火处理后在衬底上制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层，铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层的厚度通过金属盐前躯体溶液的喷涂量来进行控制，无需昂贵的大型仪器设备，对反应条件控制较低，操作过程简单，生产及使用成本较低，满足了大规模批量生产与商业化的需求，实用性强，具有较强的推广与应用价值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层的方法，其特征在于，将金属源及硫源溶解在溶剂中形成金属盐前躯体溶液，将金属盐前躯体溶液喷涂于衬底上，经退火处理后在衬底上制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
将铜源、锌源、锡源、硫源按照物质的量比为2∶1∶1∶2～10的比例超声分散，并溶解于特定的溶剂中，制备金属盐前躯体溶液，金属盐前躯体溶液的浓度为0.001～0.1mol/L；
将金属盐前躯体溶液喷涂于特定的衬底上，经退火处理后在衬底上制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层，退火温度为200～500度。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属源为相应金属的乙酰丙酮盐、二硫代氨基甲酸盐。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硫源为硫粉、硫代乙酰胺、硫脲、烷基硫醇。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶剂为二乙烯三胺、三乙烯四胺。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底可采用金属箔片、玻璃、聚酰亚胺膜。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述金属箔片采用不锈钢箔片、钼箔片、钛箔片。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层的厚度通过金属盐前躯体溶液的喷涂量来进行控制。
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