CN103923515A - 一种可用于制备Cu2ZnSnS4太阳能电池吸收层薄膜的墨水的配制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可用于制备Cu₂ZnSnS₄太阳能电池吸收层薄膜的墨水的配制方法。该墨水是以二甲基亚砜作为溶剂配制的，墨水中包含铜、锌、锡、硫四种元素，墨水的配制包括如下步骤：首先将一定比例的氯化铜、氯化锌、氯化锡分别溶入二甲基亚砜中；然后将上述三种溶液混合到一起并加入一定量的硫代乙酰胺；最后向上述溶液逐滴滴加乙醇胺，溶液变为黑色时停止滴加，最终配得稳定的墨水。本发明配制的墨水比较稳定，不需要使用昂贵的原材料，可以用于制备Cu₂ZnSnS₄太阳能电池吸收层薄膜，为发展绿色环保、低成本、高转换效率的Cu₂ZnSnS₄薄膜太阳能电池技术提供新思路，可促进Cu₂ZnSnS₄薄膜太阳能电池产业化快速发展。

Description

一种可用于制备Cu2ZnSnS4太阳能电池吸收层薄膜的墨水的配制方法

技术领域

本发明涉及一种可用于制备Cu₂ZnSnS₄太阳能电池吸收层薄膜的墨水的配制方法，属于功能材料的制备技术领域。

背景技术

目前，太阳能产业化占主导地位的是单晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池和铜铟镓硒（CuIn_1-xGa_xSe₂，简称CIGS）薄膜太阳能电池。但是晶体硅太阳能电池成本高，在搭理推广中受到制约；非晶硅薄膜太阳能电池由于材料固有的亚稳态和多缺陷的特性造成电池稳定性较低，有严重的光致效率衰退效应，大面积光电转换效率难以进一步提高；CIGS则大量使用了两种低丰度元素In（0.049ppm）和Se（0.05ppm）。尤其是稀有元素In，目前每年In的产量只有1200-1300吨，其中一半用于平面显示行业的ITO薄膜，留给CIGS电池的发展空间非常有限，所以CIGS电池的发展空间非常有限。

近年来，新的铜硫系材料铜锌锡硫（Cu₂ZnSnS₄，简称CZTS）引人注目。锌黄锡矿结构的CZTS与黄铜矿结构的CIGS晶体结构相似，且具有较高的光吸收系数（>10⁴cm^-1），禁带宽度约1.50eV，与太阳能电池所需要的最佳禁带宽度相匹配。而且CZTS电池采用的均为丰度较高且绿色环保的元素：Cu（50ppm）、Zn（75ppm）、Sn（2.2ppm）、S（260ppm），从而可以大大降低生产成本，且其中不含有毒成分。可望成为新一代首选的可代替CIGS的光电功能材料。

采用颗粒墨水法制备薄膜是目前非常具有研究价值的一种低成本制备薄膜的方法。这种方法的优点在于成本低，可以进行大面积沉积使用，对衬底类型及几何形状都没有要求，并且对于材料的利用率非常高。此法中墨水起着至关重要的作用，对材料的最终性能起着决定性的作用，目前CZTS薄膜太阳能电池的最高转换效率11%也是由此法达到的，其CZTS吸收层薄膜的制备方法为首先采用前躯体墨水溶液旋涂技术，再经过硒化退火处理。但是该工艺采用有毒且安全性差的肼为溶剂，且在空气中稳定性差，无法大规模应用。这些问题的存在，使得它们在大规模工业化方面具有一定的限制。

因而，有必要开发新的低碳、低毒型溶剂以取代有毒的肼，配制出稳定的墨水进而用于制备CZTS吸收层薄膜，促进其产业化进程。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种低碳、低毒的可用于制备Cu₂ZnSnS₄太阳能电池吸收层薄膜的墨水的配制方法。为了实现这一目的，本发明采用二甲基亚砜作为溶剂，具体操作步骤如下：

一种可用于制备Cu₂ZnSnS₄太阳能电池吸收层薄膜的墨水的配制方法，其特征在于,包括以下步骤：

按照Cu:（Zn+Sn）:S摩尔比0.8:1:3称取氯化铜、氯化锌和氯化锡，分别用二甲基亚砜溶解，持续搅拌待完全溶解后将三者混合后，按照Zn:Sn摩尔比1.2：1的比例向混合液中加入硫代乙酰胺30min后，向其中滴加乙醇胺溶液，当颜色变为黑色时停止滴加，即配制成可用于制备Cu₂ZnSnS₄太阳能电池吸收层薄膜的墨水。

本发明的有益之处在于：选取低碳、低毒的二甲基亚砜作为溶剂，替代高毒性的水合肼溶剂，该方法工艺简单，成本低廉，具有大规模生产的潜力。

附图说明

图1为本发明产物的透射电镜（TEM）照片。

具体实施方式

按照Cu:（Zn+Sn）:S摩尔比0.8:1:3，Zn:Sn摩尔比1.2：1。首先将氯化铜、氯化锌、氯化锡分别溶入3ml二甲基亚砜中，然后将上述三种溶液混合到一起，再将二甲基亚砜的量添加至10ml，室温下充分搅拌5min，再加入硫代乙酰胺，室温下充分搅拌30min，待其完全溶解后，再的逐滴滴加乙醇胺溶液，当溶液的颜色变黑时停止滴加，所得到的黑色溶液即为配制的墨水。

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明的实质性特点和显著优点，本发明决非仅局限于所陈述的实施例。

1).称取1.0224g氯化铜、0.5571g氯化锌、0.7699g氯化锡。

2).取3个小瓶分别量取3ml二甲基亚砜倒入其中，再将上述称取的氯化物分别溶解于不同的小瓶，持续搅拌待其完全溶解后将其汇入一个小瓶。

3).室温下搅拌5min后，加入硫代乙酰胺1.6904g，充分搅拌使其完全溶解。溶液颜色为黄色。

4).30min后，向其中逐滴滴加乙醇胺溶液，溶液会变为茶色，随着乙醇胺的滴加量增多颜色会逐渐加深，当颜色变为黑色时停止滴加，即配制成可用于制备Cu₂ZnSnS₄太阳能电池吸收层薄膜的墨水。

由图1可以看出配制的墨水中含有一些小颗粒，其大小约为10纳米左右且分散性很好，这也证明了配制的墨水可以稳定存在，从而可以大规模的生产进而有助于实现产业化。

Claims (1)

1.一种可用于制备Cu₂ZnSnS₄太阳能电池吸收层薄膜的墨水的配制方法，其特征在于,包括以下步骤：

按照Cu:（Zn+Sn）:S摩尔比0.8:1:3称取氯化铜、氯化锌和氯化锡，分别用二甲基亚砜溶解，持续搅拌待完全溶解后将三者混合后，按照Zn:Sn摩尔比1.2：1的比例向混合液中加入硫代乙酰胺30min后，向其中滴加乙醇胺溶液，当颜色变为黑色时停止滴加，即配制成可用于制备Cu₂ZnSnS₄太阳能电池吸收层薄膜的墨水。