CN105489672A - 一种氯化物体系两步法制备铜铟硒光电薄膜的方法 - Google Patents

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Abstract

一种氯化物体系两步法制备铜铟硒光电薄膜的方法,属于太阳能电池用光电薄膜制备技术领域,本发明通过如下步骤得到,首先清洗二氧化锡导电玻璃基片,然后将C6H5Na3O7·2H2O、CuCl2·2H2O、InCl3、SeO2放入蒸馏水中,用电沉积法在导电玻璃片上得到前驱体薄膜,自然干燥,放入加有水合联氨的管式炉中,使前驱体薄膜样品不与水合联氨接触,其中水合联氨中加有硒粉,在密闭管式炉内加热,使前驱体薄膜硒化,最后取出样品进行干燥,得到铜铟硒光电薄膜。本发明不需要高真空条件,对仪器设备要求低,生产成本低,生产效率高,易于操作。所得铜铟硒光电薄膜有较好的连续性和均匀性,主相为CuInSe2相,可以实现低成本大规模的工业化生产。

Description

一种氯化物体系两步法制备铜铟硒光电薄膜的方法
技术领域
本发明属于太阳能电池用光电薄膜制备技术领域,尤其涉及一种氯化物体系两步法制备铜铟硒光电薄膜的方法。
背景技术
随着社会和经济的发展,能源紧缺及消费能源带来的污染已成为国内社会发展中的突出问题,煤炭、石油等为不可再生资源,因此开发利用清洁可再生能源对保护环境、保证经济可持续发展和构筑和谐社会都有重要的意义。光伏发电具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、维护简便等优点,可以利用太阳能这种清洁、安全和环保的可再生能源,因此近几十年来太阳能电池的研究和开发日益受到重视。
铜铟硒薄膜太阳电池目前可以认为是最有发展前景的薄膜电池,这是因为其吸收层材料CuInSe2具有一系列的优点:(1)在CuInSe2基础上掺杂其它元素,如使Ga或Al部分取代In原子,用S部分取代Se即制备成Cu(In1-xGax)Se2,Cu(In1-xGax)(Se2-ySy),Cu(In1-xAlx)(Se2-xSx),其晶体结构仍然是黄铜矿。改变其中Ga/(Ga+In)等的原子比,可以使其禁带宽度在1.04~1.72eV之间变化,包含高效率吸收太阳光的带隙范围1.4~1.6eV;(2)CuInSe2、Cu(In1-xGax)Se2是直接带隙的半导体材料,对太阳光谱响应特性非常大,它的吸收系数很高,光吸收率高达1~6×105cm-1,因而电池中所需CuInSe2、Cu(In1-xGax)Se2薄膜厚度很小,约2μm,最适于太阳电池薄膜化;(3)化学计量比CuInSe2的光量子效率高;(4)高的光电转换效率;(5)在较宽成分范围内电阻率都较小;(6)抗辐射能力强,没有光致衰减效应,因而使用寿命长;(7)Cu(In1-xGax)Se2系电池容易做成多结系统。在4个结电池中,从光线入射方向按禁带宽度由大到小顺序排列,这时的理论转换效率极限可以超过50%。(8)P型CIGS材料的晶格结构与电子亲和力都能跟普通N型窗口材料(如CdS、ZnO)匹配。
目前处于先进水平的Cu(In1-xGax)Se2光伏吸收材料都是在真空条件下沉积制备的,主要有真空蒸镀法和(铜铟合金膜)溅射—硒化法。CuInSe2基吸收层的生产需要采用沉积合金层的昂贵的真空技术。真空技术中操作复杂难度大,所得薄膜也不均匀。另外含有硒化的工艺中薄膜也不均匀,难以控制各组分的化学计量比,其中H2Se和Se的毒气污染环境和危害操作人员。
与前面所述方法一样,其它方法也有不同的缺陷。与本发明相关的还有如下文献:
[1]M.Valdés,M.Vázquez,A.Goossens,ElectrodepositionofCuInSe2andIn2Se3onflatandnanoporousTiO2substrates,ElectrochimicaActa54(2008)524–529.
主要描述了用电沉积法分别制备In2Se3和CuInSe2薄膜,并对其性能进行了表征。
[2]AmolC.Badgujar,SanjayR.Dhage,ShrikantV.Joshi,Processparameterimpactonpropertiesofsputteredlarge-areaMobilayersforCIGSthinfilmsolarcellapplications,ThinSolidFilms589(2015)79–84.
主要描述了用溅射法制备溅射CIGS,并研究了溅射工艺参数对其性能的影响。
[3]Yin-HsienSu,Tsung-WeiChang,Wen-HsiLee,Bae-HengTseng,CharacterizationofCuInSe2thinfilmsgrownbyphoto-assistedelectrodeposition,ThinSolidFilms535(2013)343–347.
主要描述光辅助电沉积法制备CuInSe2及其光电性能的研究。
[4]ArminE.Zaghi,MarieBuffière,JaseokKoo,GuyBrammertz,MariaBatuk,ChristopheVerbist,JokeHadermann,WooKyoungKim,MarcMeuris,JefPoortmans,JefVleugels,EffectofseleniumcontentofCuInSexalloynanopowderprecursorsonrecrystallizationofprintedCuInSe2absorberlayersduringselenizationheattreatment,ThinSolidFilms582(2015)11–17.
主要描述硒化热处理再结晶对CuInSex中硒含量的影响,并对其进行了性能表征和形成机理研究。
[5]ChaehwanJeong,JinHyeokKim,FabricationofCuInSe2thinfilmsolarcellwithselenizationofdoublelayeredprecursorsfromCu2SeandIn2Se3binary,ThinSolidFilms550(2014)660–664.
主要描述了利用Cu2Se和In2Se3两元硒化法制备CuInSe2
[6]MengxiWang,SudipK.Batabyal,HuiMinLim,ZhenggangLi,YengMingLam,FormationofCuIn(SxSe1-x)2microcrystalsfromCuInSe2nanoparticlesbytwostepsolvothermalmethod,JournalofAlloysandCompounds618(2015)522–526.
主要描述了两步溶剂热法制备CuInSe2薄膜,并研究了CuIn(SxSe1-x)2和CuInSe2的结构和性能差异。
[7]Jeng-ShinMa,SubrataDas,Che-YuanYang,Fuh-ShanChen,Chung-HsinLu,Hydrothermally-assistedselenizationofCuInSe2thinfilmsoncopperfoils,CeramicsInternational40(2014)7555–7560.
主要描述了采用水热辅助硒化法制备CuInSe2相并进行了形貌及成分分析。
[8]JaseokKoo,Chae-WoongKim,ChaehwanJeong,WooKyoungKim,RapidsynthesisofCuInSe2fromsputter-depositedbilayerIn2Se3/Cu2Seprecursors,ThinSolidFilms582(2015)79–84.
主要描述了用分别溅射法制备Cu2Se和In2Se3,然后两元硒化制备CuInSe2
[9]A.Shanmugavel,K.Srinivasan,K.R.Murali,Pulseelectrodepositedcopperindiumsulphoselenidefilmsandtheirproperties,MaterialsScienceinSemiconductorProcessing16(2013)1665–1671.
主要描述了用脉冲电沉积法制备CuIn(S,Se)2,并对其性能进行了表征。
[10]F.Caballero-Briones,A.Palacios-Padrós,FaustoSanz,CuInSe2filmspreparedbythreesteppulsedelectrodeposition.Depositionmechanisms,opticalandphotoelectrochemicalstudies,ElectrochimicaActa56(2011)9556–9567.
主要描述用三步脉冲电沉积法制备CuInSe2,并对其结构形貌进行了表征。
发明内容
本发明为了解决现有制备CuInSe2薄膜存在的问题,发明了一种氯化物体系两步法制备铜铟硒光电薄膜的方法。
本发明采用电沉积后硒化法制备铜铟硒薄膜,采用二氧化锡导电玻璃为基片,以CuCl2·2H2O、InCl3、SeO2为原料,以C6H5Na3O7·2H2O为络合剂,以蒸馏水为溶剂,按固定摩尔比配制电沉积溶液,先采用晶体管恒电位仪在一定电位和时间下制备前驱体薄膜,以水合联氨为还原剂,在水合联氨中加入硒粉保证硒气氛,在密闭管式炉内加热,使前驱体薄膜硒化并得到目标产物。
本发明的具体制备方法包括如下顺序的步骤:
a.进行二氧化锡导电玻璃基片的清洗,将大小为20mm×20mm的玻璃基片放入体积比丙酮:蒸馏水=5:1的溶液中,超声波清洗30min;再将基片放入乙醇中,超声波清洗30min;再在蒸馏水中将玻璃基片用超声振荡30min;将上述得到的玻璃基片排放在玻璃皿中送入烘箱中,在100℃下烘干供制膜用。
b.将C6H5Na3O7·2H2O、CuCl2·2H2O、InCl3、SeO2放入蒸馏水中,获得均匀稳定的电沉积溶液。具体地说,可以将1.0~2.0份C6H5Na3O7·2H2O、4.5~9.0份CuCl2·2H2O、6.0~12.0份InCl3、6.0~12.0份SeO2放入2700.0~5400.0份的蒸馏水中,使溶液中的物质溶解。
c.将步骤b所述电沉积溶液倒入三电极装置中,以饱和甘汞电极为参比电极,铂电极为辅助电极,二氧化锡导电玻璃为研究电极,采用晶体管恒电位仪在沉积电位为-0.5V下常温沉积薄膜,沉积时间为30min,自然干燥得到前驱体薄膜样品。
d.将步骤c所得前驱体薄膜样品置于支架上,在水合联氨中加入硒粉,前驱体薄膜样品不与水合联氨接触,将前驱体薄膜和水合联氨放入管式炉中。水合联氨放入为40.0~50.0份,硒粉为4.0~8.0份。将管式炉加热至250~400℃之间,保温时间3~9h,然后冷却到室温取出。
e.将步骤d所得物,使其常温自然干燥后,即得到铜铟硒光电薄膜。
本发明不需要高真空条件,对仪器设备要求低,生产成本低,生产效率高,易于操作。所得铜铟硒光电薄膜有较好的连续性和均匀性,主相为CuInSe2相,可以实现低成本大规模的工业化生产。
具体实施方式
实施例1
a.二氧化锡导电玻璃基片的清洗:如前所述进行清洗玻璃基片,基片大小为20mm×20mm。
b.将1.0份C6H5Na3O7·2H2O、4.5份CuCl2·2H2O、6.0份InCl3、6.0份SeO2放入2700.0份的蒸馏水中,使溶液中的物质溶解。
c.将上述电沉积溶液倒入三电极装置中,以饱和甘汞电极为参比电极,铂电极为辅助电极,二氧化锡导电玻璃为研究电极,采用晶体管恒电位仪在沉积电位为-0.5V下常温沉积薄膜,沉积时间为30min,自然干燥得到前驱体薄膜样品。
d.将前驱体薄膜样品置于支架上,在水合联氨中加入硒粉,前驱体薄膜样品不与水合联氨接触,将前驱体薄膜和水合联氨放入管式炉中。水合联氨放入为40.0份,硒粉为4.0份。将管式炉加热至350℃,保温时间6h,然后冷却到室温取出。
e.将步骤d所得物,进行常温自然干燥,得到铜铟硒光电薄膜。

Claims (4)

1.一种氯化物体系两步法制备铜铟硒光电薄膜的方法,包括如下顺序的步骤:
a.二氧化锡导电玻璃基片的清洗;
b.将1.0~2.0份C6H5Na3O7·2H2O、4.5~9.0份CuCl2·2H2O、6.0~12.0份InCl3、6.0~12.0份SeO2放入2700.0~5400.0份的蒸馏水中,使溶液中的物质溶解;
c.采用电沉积法将步骤b所述溶液在导电玻璃片上沉积得到前驱体薄膜,自然干燥,得到前驱体薄膜样品;
d.将步骤c所得前驱体薄膜样品置于支架上,在水合联氨中加入硒粉,前驱体薄膜样品不与水合联氨接触,将前驱体薄膜和水合联氨放入管式炉中;将管式炉加热至250~400℃之间,保温时间3~9h,然后冷却到室温取出;
e.将步骤d所得物,自然干燥,得到铜铟硒光电薄膜。
2.如权利要求1所述的一种氯化物体系两步法制备铜铟硒光电薄膜的方法,其特征在于,步骤a所述清洗,是将导电玻璃基片大小为20mm×20mm,放入体积比丙酮:蒸馏水=5:1的溶液中,超声波清洗30min;再将基片放入乙醇中,超声波清洗30min;再在蒸馏水中将玻璃基片用超声振荡30min;将上述得到的玻璃基片排放在玻璃皿中送入烘箱中,在100℃下烘干供制膜用。
3.如权利要求1所述的一种氯化物体系两步法制备铜铟硒光电薄膜的方法,其特征在于,步骤c所述,是将溶液加入三电极装置中,以饱和甘汞电极为参比电极,铂电极为辅助电极,二氧化锡导电玻璃为研究电极,采用晶体管恒电位仪在沉积电位为-0.5V下常温沉积薄膜,沉积时间为30min,自然干燥得到前驱体薄膜样品。
4.如权利要求1所述的一种氯化物体系两步法制备铜铟硒光电薄膜的方法,其特征在于,步骤d所述管式炉内放入40.0~50.0份水合联氨、4.0~8.0份硒粉。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105895717A (zh) * 2016-06-15 2016-08-24 山东建筑大学 一种由氯化铜和硝酸镓制备铜铟镓硒光电薄膜的方法
CN108878557A (zh) * 2018-07-01 2018-11-23 山东建筑大学 一种用氯化物制备铜铁硒光电薄膜的方法
CN108878556A (zh) * 2018-07-01 2018-11-23 山东建筑大学 一种用硒粉辅助制备铜铁硒光电薄膜的方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04324647A (ja) * 1991-04-24 1992-11-13 Dowa Mining Co Ltd CuInSe2薄膜の製法
CN102034898A (zh) * 2010-10-20 2011-04-27 山东建筑大学 一种太阳电池用铜铟硫光电薄膜材料的制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04324647A (ja) * 1991-04-24 1992-11-13 Dowa Mining Co Ltd CuInSe2薄膜の製法
CN102034898A (zh) * 2010-10-20 2011-04-27 山东建筑大学 一种太阳电池用铜铟硫光电薄膜材料的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
石璐丹: "电沉积制备硫族电池薄膜及其性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105895717A (zh) * 2016-06-15 2016-08-24 山东建筑大学 一种由氯化铜和硝酸镓制备铜铟镓硒光电薄膜的方法
CN108878557A (zh) * 2018-07-01 2018-11-23 山东建筑大学 一种用氯化物制备铜铁硒光电薄膜的方法
CN108878556A (zh) * 2018-07-01 2018-11-23 山东建筑大学 一种用硒粉辅助制备铜铁硒光电薄膜的方法

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