CN104818504A - 一种铜铟硫/石墨稀复合薄膜材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料的制备方法，属于光伏材料制备技术领域。其主要特征是：将氯化亚铜、氯化铟和硫粉按比例加入到含有氧化石墨烯的有机溶剂中，采用恒电位一步电沉积法制备铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料，该方法制备的复合薄膜材料的光电转换效率得到了提高。本发明制得的复合薄膜材料不需要在高温下退火处理，方法简单、成本低廉，适合大规模工业化生产。

Description

一种铜铟硫/石墨稀复合薄膜材料的制备方法
技术领域
本发明涉及的半导体/石墨烯复合薄膜材料，属于光伏材料制备技术领域，具体涉及一种铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料的制备方法。
背景技术
铜铟硫是直接带隙半导体材料，禁带宽度约为1.50eV，非常接近太阳能电池材料的最佳禁带宽度1.45eV，且有较高的吸收系数，非常适合做薄膜太阳能电池的光吸收层材料。
铜铟硫薄膜太阳能电池的理论效率达到32%，但目前报道的实际效率远低于理论值，造成光电转换效率低的主要原因是铜铟硫吸收层的光生电子-空穴复合率很高。
石墨烯是由sp 2杂化碳原子键合而成的二维碳材料，具有较高的载流子迁移率和良好的光学透射率。近年来，石墨烯与半导体制成的复合光电极材料在能量转换和光催化领域表现出潜在的应用价值。石墨烯的作用是传递受激发的电子，降低光生电子-空穴的复合率；此外，它还可以拓宽半导体材料的光响应范围。
 半导体/石墨烯复合材料的的制备方法主要有水热法和原位生长法，其中水热法一般需要高温高压条件下进行；原位生长法一般先制备预制膜，再通过煅烧形成半导体/石墨烯复合材料，工艺较复杂、制备周期长，无法满足大规模工业化生产要求。
 本发明以廉价易得且稳定的少层氧化石墨烯为原料，采用恒电位一步电沉积法制备铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料，即在进行恒电位电沉积制备铜铟硫材料的同时，完成对氧化石墨烯的还原，一步得到铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料。该方法比较简单且容易操作，适合大规模工业化生产。
发明内容
本发明提供了一种铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料的制备方法，其特征在于：将氯化亚铜、氯化铟和硫粉按比例加入到含有氧化石墨烯的有机溶液中，制成电沉积溶液；采用恒电位一步电沉积法在导电基底上制备铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料，该方法制备的复合薄膜材料光电转换效率得到了提高。
 所述的铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料的制备方法，步骤如下：
 电沉积溶液的配置：将3mg～15mg的氧化石墨烯放入30ml的有机溶剂中，其中有机溶剂主要有二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、乙二醇单甲醚、乙二醇等，超声分散得到分散体系；再将氯化亚铜、氯化铟和硫粉加入到分散体系中，其中氯化亚铜的浓度为3mmol/L～10mmol/L，氯化铟的浓度为3mmol/L～10mmol/L，保持Cu/In的摩尔比在1:2～2:1之间，Cu/S的摩尔比在1:2～1:6之间。
 铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料的制备：采用导电玻璃或者金属作为导电基底，将清洗好的导电基底放入电沉积溶液中，控制沉积电位相对于饱和甘汞电极为-1.0V～-1.5V，沉积20min～60min，将薄膜取出，干燥。
 退火处理：将干燥的铜铟硫/石墨烯复合薄膜放入管式炉中，用氮气作为载气，在100～200℃下退火15min～60min。
 本发明的特点是：
 在制备过程中氧化石墨烯的还原和复合薄膜材料的生成是一步完成的，即氧化石墨烯还原为石墨烯的同时，铜铟硫生长在石墨烯上面。
 铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料与铜铟硫薄膜材料相比，光电转换效率有很大提高。
 所述制备方法简单、成本低廉，适合大规模工业化生产。
附图说明
 图1是铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料的扫描电子显微镜图。
 图2是铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料的X射线衍射图。
 图3是铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料和铜铟硫薄膜材料的光电流对比图。
 图4是氧化石墨烯浓度为0.1mg/L时的铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料的线性扫描图。
 图5是氧化石墨烯浓度为0.3mg/L时的铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料的线性扫描图。
具体实施方式
 下面结合实施例对本发明做进一步详细的说明，但本发明的技术方案不局限于具体实施方式。
 实施例1
 称取经过微波剥离的氧化石墨烯3mg，分散在30ml二甲基亚砜溶液中，超声分散30min，得到棕色分散溶液；称取0.0149g 氯化亚铜、0.0440g 氯化铟、0.0144g 硫粉溶于上述分散溶液中。
 以铟锡氧化物（ITO）导电玻璃为工作电极，铂网为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，选择沉积电位为-1.3V，沉积时间为30min，温度控制在30℃。
 取出电沉积得到的薄膜，干燥；放入管式炉中，在200℃进行退火处理。待温度降至室温时取出，得到铜铟硫/石墨烯复合薄膜。
 将上述铜铟硫/石墨烯复合薄膜作为工作电极，铂网做辅助电极，饱和甘汞电极做参比电极，在100mW/cm2的光照条件下，在0.1mol/L的硫酸钠电解质溶液中进行光电性能测试，结果如图4所示。
 实施例2
 称取经过微波剥离的氧化石墨烯9mg，分散在30ml二甲基亚砜溶液中，超声分散30min，得到棕色分散溶液；称取0.0149g 氯化亚铜、0.0440g 氯化铟、0.0144g 硫粉溶于上述分散溶液中。
 以铟锡氧化物（ITO）导电玻璃为工作电极，铂网为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，选择沉积电位为-1.3V，沉积时间为30min，温度控制在30℃。
 取出电沉积得到的薄膜，干燥；放入管式炉中，在200℃进行退火处理。待温度降至室温时取出，得到铜铟硫/石墨烯复合薄膜。
将上述铜铟硫/石墨烯复合薄膜作为工作电极，铂网做辅助电极，饱和甘汞电极做参比电极，在100mW/cm2的光照条件下，在0.1mol/L的硫酸钠电解质溶液中进行光电性能测试，结果如图5所示。

Claims (7)

1.一种铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料的制备方法，其特征在于：将氯化亚铜、氯化铟和硫粉按比例加入到含有氧化石墨烯的有机溶剂中，制成电沉积溶液；采用恒电位一步电沉积法在导电基底上制备铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料，该方法制备的复合薄膜材料的光电转换效率得到了提高。
2.根据权利要求1所述的一种铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料的制备方法，其特征在于：电沉积溶液所使用的溶剂为有机溶剂，主要包括二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、乙二醇单甲醚、乙二醇等。
3.根据权利要求1所述的一种铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料的制备方法，其特征在于：氧化石墨烯的浓度为0.1 mg/mL～0.5mg/mL。
4.根据权利要求1所述的一种铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料的制备方法，其特征在于：沉积液中氯化亚铜的浓度为3mmol/L～10mmol/L，氯化铟的浓度为3mmol/L～10mmol/L，并保持Cu/In的摩尔比在1:2～2:1之间。
5.根据权利要求1所述的一种铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料的制备方法，其特征在于：沉积液中Cu/S的摩尔比在1:2～1:6之间。
6.根据权利要求1所述的一种铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料的制备方法，其特征在于：沉积电位相对于饱和甘汞参比电极为-1.0V～-1.5V，沉积时间为20min～60min，沉积温度为20℃～50℃。
7.根据权利要求1所述的一种铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料的制备方法，其特征在于：所述的导电基底为导电玻璃或者金属。
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