CN105552171A - 喷涂一步法制备Cu2ZnSnS4极薄太阳光吸收层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能电池。喷涂一步法制备Cu2ZnSnS4极薄太阳光吸收层的方法，包括以下步骤：步骤一，在放置有蒸馏水的烧杯中依次加入CuCl2·2H2O、Zn(CH3COO)2·2H2O、SnCl2·2H2O和硫脲制成前驱体溶液；步骤二，打开排风机，取铝箔纸包裹在加热炉台上；步骤三，将玻璃载玻片放置在加热炉台上；步骤四，设置加热装置对玻璃载玻片进行预热，进行薄膜制备；步骤五，将喷雾装置喷涂在保持恒温的玻璃载玻片上，前驱体溶液在高温条件下瞬间完成蒸发沉淀，即最终形成薄膜样品。本发明有效地降低了制备成本，同时可以保证太阳能电池的转换效率。本发明通过喷涂热解法制备出CZTS极薄吸收层薄膜能够节约一定的成本。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池，具体涉及Cu2ZnSnS4极薄太阳光吸收层的制备。
背景技术
Cu2ZnSnS4(CZTS)薄膜制备方法很多，包括喷涂热解法、蒸发法、溅射法、脉冲激光沉积法、电化学沉积法、Sol-gel法、丝网印刷法等。目前，CZTS薄膜的制备工艺仍以真空技术为主，如:磁控溅射法、热蒸发法等。但真空技术存在生产设备昂贵、能耗高、工艺复杂等缺点，大大增加了制备成本，不利于大规模商业化生产的实现。因此，如何实现CZTS薄膜的简易制备，降低生产成本，成为领域内最重要的研究课题之一。近年来，一种基于CZTS纳米晶的非真空油墨-印刷法，因具备生产设备简单、投资小、材料利用率高，而且可实现对元素化学计量比的控制和高速、大面积生产等优点，而备受业内关注，其核心为用于油墨制备的CZTS纳米晶的合成。目前，CZTS纳米晶的合成方法主要包括:热注入法、溶剂热法及机械化学法等。郭等人采用热注入法制备CZTS纳米晶，并使用该纳米晶成功获得转换效率为7.2％的电池。但热注入法受制于注射物质速率和物质转移量两个因素，不利于实现CZTS纳米晶的简单和规模化制备；而溶剂热法和机械化学法存在合成周期长的缺陷，亦不利于实现高效、快速的制备。
发明内容
本发明的目的在于，提供喷涂一步法制备Cu2ZnSnS4极薄太阳光吸收层的方法，以解决上述问题。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
喷涂一步法制备Cu2ZnSnS4极薄太阳光吸收层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，在放置有蒸馏水的烧杯中依次加入CuCl2·2H2O、Zn(CH3COO)2·2H2O、SnCl2·2H2O和硫脲制成前驱体溶液；
步骤二，打开排风机，取铝箔纸包裹在加热炉台上；
步骤三，清洗玻璃载玻片，将玻璃载玻片放置在加热炉台上；
步骤四，设置加热装置对玻璃载玻片进行预热；
步骤五，清洗喷雾装置，取前驱体溶液于喷雾装置中，将喷雾装置喷涂在保持恒温的玻璃载玻片上，前驱体溶液喷上之后可看到颜色的变化，前驱体溶液在高温条件下瞬间完成蒸发沉淀，即最终形成薄膜样品。
本发明通过使用SnCI2作先驱体时，可以提高结晶性、增强薄膜的导电性和流动性，并能得到适合太阳能电池用的薄膜。本发明有效地降低了制备成本，同时可以保证太阳能电池的转换效率。本发明通过喷涂热解法制备出CZTS薄膜能够节约一定的成本。
所述步骤一中蒸馏水的容量在50ml～70ml之间，依次加入CuCl2·2H2O、Zn(CH3COO)2·2H2O、SnCl2·2H2O和硫脲的同时使用搅拌装置进行搅拌。
本发明通过搅拌装置能够使加入到蒸馏水中的物质溶解更加充分。
所述搅拌装置是一磁力搅拌器。
本发明通过磁场的同性相斥、异性相吸的原理，使用磁场推动放置在容器中带磁性的搅拌子进行圆周运转，从而达到搅拌液体的目的。
所述CuCl2·2H2O的摩尔质量在0.001mol～0.003mol、所述Zn(CH3COO)2·2H2O的摩尔质量在0.0005mol～0.0007mol、所述SnCl2·2H2O的摩尔质量在0.0005mol～0.0007mol、所述硫脲的摩尔质量在0.0025mol～0.004mol。
本发明通过限制成分的摩尔质量能够使实验所制备的极薄吸收层性能更加优异。
作为一种优选方案，所述CuCl2·2H2O的摩尔质量在0.001mol，所述Zn(CH3COO)2·2H2O的摩尔质量在0.0005mol，所述SnCl2·2H2O的摩尔质量在0.0005mol和所述硫脲的摩尔质量在0.0025mol。
在依次加入CuCl2·2H2O、Zn(CH3COO)2·2H2O、SnCl2·2H2O和硫脲的过程中，所述烧杯内的前驱体溶液颜色由无色透明变为蓝色，逐渐变为绿色，最后加入硫脲后逐渐变为乳白色。
所述步骤三中，所述玻璃载玻片的长度在75mm～80mm、宽度在20mm～30mm，厚度在1mm～1.5mm。本发明喷涂一步法所制备极薄吸收层薄膜的面积较大且保持足够的均匀度，能够节约一定的成本。
作为一种优选方案，所述第一玻璃载玻片的长度在76mm、宽度在25mm，厚度在1.2mm。
在所述步骤三中清洗玻璃载玻片的清洗步骤为：蒸馏水清洗、酒精擦拭、蒸馏水去除残留然后静置干燥。保证玻璃载玻片表面干燥无杂质。
在所述步骤五中，所述喷雾装置的喷涂间隔时间保持在2s～5s以下。若喷涂间隔过短，易将上一次喷涂的还未凝固的前驱体溶液完全冲洗掉，无法实现薄膜的沉淀；若喷涂间隔过长，则结构呈现不好；所以应控制一定的时间间隔，使得沉积的薄膜上表面被后续的喷涂容易清洗掉一些，这样不至于得到很厚的吸收层薄膜，制备极薄吸收层薄膜。
作为一种优选方案，所述喷涂时间间隔保持在2s以下。时间间隔在2s时制备薄膜效果最佳，可使成膜质量更好。
在所述步骤五中，作为一种方案，所述玻璃载玻片的表面温度保持在210℃～225℃之间、所述喷雾装置的喷射强度在2000～8500之间，所述喷雾装置的喷射角度在10°～80°之间。
表面温度为210℃～225℃时，所述喷雾装置的喷射角度在20°～50°的位置出现了较为明显的X射线衍射峰，在制备过程中，硫的含量会以饱和蒸汽的形式蒸发而减少，这可能是导致在第一薄膜样品的XRD谱图中会发现出现代表其他物质的衍射峰的可能。
作为一种优选方案，所述玻璃载玻片的表面温度保持在220℃、所述喷雾装置的喷射强度在2000～8500之间，所述喷雾装置的喷射角度在29.0°、32.5°或47.5°。
表面温度为220℃时，所述喷雾装置的喷射强度在2000～8500之间，所述喷雾装置的喷射角度在29.0°、32.5°和47.5°的位置出现了较为明显的X射线衍射峰但杂质较多。
在所述步骤五中，作为一种方案，所述玻璃载玻片的表面温度保持在230℃～250℃之间、所述喷雾装置的喷射强度在2000～8500之间，所述喷雾装置的喷射角度在10°～80°之间。
表面温度为230℃～250℃时，所述喷雾装置的喷射角度在20℃～60℃的位置出现了较为明显的X射线衍射峰，说明杂质增多，晶体的相纯度提高升高不明显。
作为一种优选方案，所述玻璃载玻片的表面温度保持在245℃、所述喷雾装置的喷射强度在2000～8500之间，所述喷雾装置的喷射角度在29.0°、32.5°、47.5°或52.5°。
表面温度为245℃时，所述喷雾装置的喷射角度在29.0°、32.5°、47.5°和52.5°的位置出现了较为明显的X射线衍射峰，说明杂质增多，晶体的相纯度提高升高不明显。
在所述步骤五中，作为一种方案，所述玻璃载玻片的表面温度保持在260℃～275℃之间、所述喷雾装置的喷射强度在2000～8500之间，所述喷雾装置的喷射角度在30°～50°之间。
表面温度保持在260℃～275℃之间，喷雾装置的喷射角度在30°～50°中出现了明显的X射线衍射峰。
作为一种优选方案，所述玻璃载玻片的表面温度保持在270℃、所述喷雾装置的喷射强度在2000～8500之间，所述喷雾装置的喷射角度在29.0°或47.5°。
表面温度为270℃时，所述喷雾装置的喷射角度在29.0°和47.5°的位置出现了较为明显的X射线衍射峰，说明杂质增多，晶体的相纯度提高升高不明显，其中29.0°位置衍射峰强度极为明显，其他位置出现衍射峰现象减少，说明杂质项变少，晶体的结晶度也更好。
在所述步骤五中，作为一种方案，所述玻璃载玻片的表面温度保持在280℃～295℃之间、所述喷雾装置的喷射强度在2000～8500之间，所述喷雾装置的喷射角度在30°～50°之间。
表面温度保持在280℃～295℃之间，喷雾装置的喷射角度在30°～50°的位置中出现了明显的X射线衍射峰。
作为一种优选方案，所述玻璃载玻片的表面温度保持在295℃、所述喷雾装置的喷射强度在2000～8500之间，所述喷雾装置的喷射角度在29.0°。
表面温度保持295℃，喷雾装置的喷射角度在29.0°的位置中出现了明显的X射线衍射峰，其他位置也无明显衍射峰出现，杂质项减少、晶体的相纯度提升。
本发明根据不同温度的方案，得出当玻璃载玻片的表面温度为270℃和295℃时，结晶度更好，样品相也更纯。但是270摄氏度温度更低，且衍射主峰极为明显，杂质相不明显，所以初步判断270℃可能是较为优化的温度。
所述喷雾装置内注入10ml～15ml的前驱体溶液，所述喷雾装置与一氮气瓶连接，所述喷雾装置通过一钢瓶速放阀与所述氮气瓶连接，所述氮气瓶上设有一撞针和一钢瓶螺塞。
本发明通过在氮气瓶上设有撞针和钢瓶螺塞，启动钢瓶速放阀，然后撞针迅速前移将钢瓶螺塞击破，氮气瓶内的气体易于进入喷雾装置，与前驱体溶液混合。
所述前驱体溶液优选为10ml。
待玻璃载玻片表面温度稳定在270℃之后，开始进行喷涂工作，前驱体溶液喷上之后可看到颜色的变化，载玻片逐渐变为淡黑色，前驱体溶液在高温条件下瞬间完成蒸发沉淀，即最终形成薄膜，所述薄膜的表面致密性良好，薄膜有很好的整体平整度且厚度小于100纳米。
本发明制备的薄膜样品属于极薄吸收层。
使用X射线能谱分析仪对所述薄膜进行元素分析，所述X射线能谱分析仪激发荧光的信号强度范围在0keV～16keV，经分析所述薄膜上的元素有Cu、Zn、Sn、S、O、C和Cl；
Cu：Zn：Sn：S的比例为1.5～2：0.85～1.32：0.94～1.21:2～5。
作为一种优选方案，Cu：Zn：Sn：S的比例为1.84：1.12：1:2.32。
这个比例接近理论最佳值，以此证明本发明制备的薄膜最适合使用。
使用紫外可见光分度计对所述薄膜进行光学特性分析，所述紫外可见光分度计的光谱范围不超过2500nm，所述薄膜在240nm到2400nm的光谱范围内的吸收系数较大，根据公式Eg＝1240/λ(其中λ为吸收曲线的截止波长，单位为nm)计算其能带宽度，可得所述薄膜的能带宽度约为1.05eV。
所述薄膜能带大小正是薄膜太阳能电池所需要的，亦符合太阳能电池的制备的条件。
本发明的优点：
1、通过固定喷涂前驱体溶液的容积、喷涂角度、喷涂速率来控制实验成膜属性的一致。
2、X射线衍射仪(XRD)分析得出，CZTS薄膜结晶性随着制备温度的增加而提升。270℃为最优衬底温度，所制备的薄膜结晶度高，杂质少。
3、利用能量色散X射线光谱仪(EDS)对样品薄膜(衬底温度270℃)的元素成分进行分析，发现含有Cu、Zn、Sn、S及少量O、C、Cl，杂质影响不明显，得到薄膜元素比值Cu：Zn：Sn：S的比例为1.84：1.12：1:2.32，金属元素的化学计量比接近理论最佳值。
4、紫外可见光分度计(UV)分析得出薄膜样品(衬底温度270℃)的能带宽度约为1.05eV，且在紫外可见波段的吸收比较强，适合太阳能电池的制备。
5、扫描电子显微镜(SEM)表征薄膜形貌结果表明，以上述浓度配制前驱体溶液每次取10ml喷涂，得到薄膜厚度约为100纳米，属于极薄吸收层，表面的致密性较好，表明实验制备取得了成功。
附图说明
图1为本发明的流程框图；
图2为本发明的X射线衍射仪的图谱；
图3为本发明玻璃载玻片的一种排布结构。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。
参照图1、图2、图3，喷涂一步法制备Cu2ZnSnS4极薄太阳光吸收层的方法，包括以下步骤：步骤一，在放置有蒸馏水的烧杯中依次加入CuCl2·2H2O、Zn(CH3COO)2·2H2O、SnCl2·2H2O和硫脲制成前驱体溶液；步骤二，打开排风机，取铝箔纸包裹在加热炉台上；步骤三，清洗玻璃载玻片，将玻璃载玻片放置在加热炉台上；步骤四，设置加热装置对玻璃载玻片进行预热，进行薄膜制备；步骤五，清洗喷雾装置，取前驱体溶液于喷雾装置中，将喷雾装置喷涂在保持恒温的玻璃载玻片上，前驱体溶液喷上之后可看到颜色的变化，前驱体溶液在高温条件下瞬间完成蒸发沉淀，即最终形成薄膜样品。本发明通过使用SnCI2作先驱体时，可以提高结晶性、增强薄膜的导电性和流动性，并能得到适合太阳能电池用的薄膜。本发明有效地降低了制备成本，同时可以保证太阳能电池的转换效率。本发明通过喷涂热解法制备出CZTS薄膜能够节约一定的成本。步骤一中蒸馏水的容量在50ml～70ml之间，依次加入CuCl2·2H2O、Zn(CH3COO)2·2H2O、SnCl2·2H2O和硫脲的同时使用一搅拌装置进行搅拌。本发明通过搅拌装置能够使加入到蒸馏水中的物质溶解更加充分。搅拌装置是一磁力搅拌器。本发明通过磁场的同性相斥、异性相吸的原理，使用磁场推动放置在容器中带磁性的搅拌子进行圆周运转，从而达到搅拌液体的目的。CuCl2·2H2O的摩尔质量在0.001mol～0.003mol、Zn(CH3COO)2·2H2O的摩尔质量在0.0005mol～0.0007mol、SnCl2·2H2O的摩尔质量在0.0005mol～0.0007mol、硫脲的摩尔质量在0.0025mol～0.004mol。本发明通过限制成分的摩尔质量能够使实验结果更加精确。
作为一种优选方案，CuCl2·2H2O的摩尔质量在0.001mol，Zn(CH3COO)2·2H2O的摩尔质量在0.0005mol，SnCl2·2H2O的摩尔质量在0.0005mol和硫脲的摩尔质量在0.0025mol。在依次加入CuCl2·2H2O、Zn(CH3COO)2·2H2O、SnCl2·2H2O和硫脲的过程中，烧杯内的前驱体溶液颜色由无色透明变为蓝色，逐渐变为绿色，最后加入硫脲后逐渐变为乳白色。步骤三中，玻璃载玻片的长度在75mm～80mm、宽度在20mm～30mm，厚度在1mm～1.5mm。本发明喷涂一步法所制备极薄吸收层薄膜的面积较大且保持足够的均匀度，能够节约一定的成本。作为一种优选方案，第一玻璃载玻片的长度在76mm、宽度在25mm，厚度在1.2mm。在步骤三中清洗玻璃载玻片的清洗步骤为：蒸馏水清洗、酒精擦拭、蒸馏水去除残留然后静置干燥。保证玻璃载玻片表面干燥无杂质。在步骤五中，喷雾装置的喷涂时间间隔保持在2s～5s以下。若喷涂间隔过短，易将上一次喷涂的还未凝固的前驱体溶液完全冲洗掉，无法实现薄膜的沉淀；若喷涂间隔过长，则结构呈现不好；所以应控制一定的时间间隔，使得沉积的薄膜上表面被后续的喷涂容易清洗掉一些，这样不至于得到很厚的吸收层薄膜，制备极薄吸收层薄膜。作为一种优选方案，喷涂时间间隔保持在2s以下。时间间隔在2s时制备薄膜效果最佳，可使成膜质量更好。所述玻璃载玻片的晶相结构通过X射线衍射仪(XRD)来表征。在步骤五中，作为一种方案，玻璃载玻片的表面温度保持在210℃～225℃之间、喷雾装置的喷射强度在2000～8500之间，喷雾装置的喷射角度在10°～80°之间。表面温度为210℃～225℃时，喷雾装置的喷射角度在20°～50°的位置出现了较为明显的X射线衍射峰，在制备过程中，硫的含量会以饱和蒸汽的形式蒸发而减少，这可能时导致在第一薄膜样品的XRD谱图中会发现出现代表其他物质的衍射峰的可能。
作为一种优选方案，玻璃载玻片的表面温度保持在220℃、喷雾装置的喷射强度在2000～8500之间，喷雾装置的喷射角度在29.0°、32.5°或47.5°。表面温度为220℃时，喷雾装置的喷射强度在2000～8500之间，喷雾装置的喷射角度在29.0°、32.5°和47.5°的位置出现了较为明显的X射线衍射峰但杂质较多。在步骤五中，作为一种方案，玻璃载玻片的表面温度保持在230℃～250℃之间、喷雾装置的喷射强度在2000～8500之间，喷雾装置的喷射角度在10°～80°之间。表面温度为230℃～250℃时，喷雾装置的喷射角度在20℃～60℃的位置出现了较为明显的X射线衍射峰，说明杂质增多，晶体的相纯度提高升高不明显。作为一种优选方案，玻璃载玻片的表面温度保持在245℃、喷雾装置的喷射强度在2000～8500之间，喷雾装置的喷射角度在29.0°、32.5°、47.5°或52.5°。表面温度为245℃时，喷雾装置的喷射角度在29.0°、32.5°、47.5°和52.5°的位置出现了较为明显的X射线衍射峰，说明杂质增多，晶体的相纯度提高升高不明显。在步骤五中，作为一种方案，玻璃载玻片的表面温度保持在260℃～275℃之间、喷雾装置的喷射强度在2000～8500之间，喷雾装置的喷射角度在30°～50°之间。表面温度保持在260℃～275℃之间，喷雾装置的喷射角度在30°～50°中出现了明显的X射线衍射峰。作为一种优选方案，玻璃载玻片的表面温度保持在270℃、喷雾装置的喷射强度在2000～8500之间，喷雾装置的喷射角度在29.0°或47.5°。
表面温度为270℃时，喷雾装置的喷射角度在29.0°和47.5°的位置出现了较为明显的X射线衍射峰，说明杂质增多，晶体的相纯度提高升高不明显，其中29.0°位置衍射峰强度极为明显，其他位置出现衍射峰现象减少，说明杂质项变少，晶体的结晶度也更好。在步骤五中，作为一种方案，玻璃载玻片的表面温度保持在280℃～295℃之间、喷雾装置的喷射强度在2000～8500之间，喷雾装置的喷射角度在30°～50°之间。表面温度保持在280℃～295℃之间，喷雾装置的喷射角度在30°～50°的位置中出现了明显的X射线衍射峰。作为一种优选方案，玻璃载玻片的表面温度保持在295℃、喷雾装置的喷射强度在2000～8500之间，喷雾装置的喷射角度在29.0°。表面温度保持295℃，喷雾装置的喷射角度在29.0°的位置中出现了明显的X射线衍射峰，其他位置也无明显衍射峰出现，杂质项减少、晶体的相纯度提升。本发明根据不同温度的方案，得出当玻璃载玻片的表面温度为270℃和295℃时，结晶度更好，样品相也更纯。但是270摄氏度温度更低，且衍射主峰极为明显，杂质相不明显，所以初步判断270℃可能是较为优化的温度。喷雾装置内注入10ml～15ml的前驱体溶液，喷雾装置与一氮气瓶连接，喷雾装置通过一钢瓶速放阀与氮气瓶连接，氮气瓶上设有一撞针和一钢瓶螺塞。本发明通过在氮气瓶上设有撞针和钢瓶螺塞，启动钢瓶速放阀，然后撞针迅速前移将钢瓶螺塞击破，氮气瓶内的气体易于进入喷雾装置，与前驱体溶液混合。前驱体溶液优选为10ml。喷雾装置的喷雾角度为喷雾方向与玻璃载玻片喷雾面的夹角。
待玻璃载玻片表面温度稳定在270℃之后，开始进行喷涂工作，前驱体溶液喷上之后可看到颜色的变化，载玻片逐渐变为淡黑色，前驱体溶液在高温条件下瞬间完成蒸发沉淀，即最终形成薄膜，薄膜的表面致密性良好，薄膜有很好的整体平整度且厚度小于100纳米。本发明制备的薄膜样品属于极薄吸收层。使用X射线能谱分析仪对薄膜进行元素分析，X射线能谱分析仪激发荧光的信号强度范围在0keV～16keV，经分析薄膜上的元素有Cu、Zn、Sn、S、O、C和Cl；Cu：Zn：Sn：S的比例为1.5～2：0.85～1.32：0.94～1.21:2～5。作为一种优选方案，Cu：Zn：Sn：S的比例为1.84：1.12：1:2.32。这个比例接近理论最佳值，以此证明本发明制备的薄膜最适合使用。使用紫外可见光分度计对薄膜进行光学特性分析，紫外可见光分度计的光谱范围不超过2500nm，薄膜在240nm到2400nm的光谱范围内的吸收系数较大，根据公式Eg＝1240/λ(其中λ为吸收曲线的截止波长，单位为nm)计算其能带宽度，可得薄膜的能带宽度约为1.05eV。薄膜能带大小正是薄膜太阳能电池所需要的，亦符合太阳能电池的制备的条件。本发明的优点：1、通过固定喷涂前驱体溶液的容积、喷涂角度、喷涂速率来控制实验成膜属性的一致。2、X射线衍射仪(XRD)分析得出，CZTS薄膜结晶性随着制备温度的增加而提升。270℃为最优衬底温度，所制备的薄膜结晶度高，杂质少。3、利用能量色散X射线光谱仪(EDS)对样品薄膜(衬底温度270℃)的元素成分进行分析，发现含有Cu、Zn、Sn、S及少量O、C、Cl，杂质影响不明显，得到薄膜元素比值Cu：Zn：Sn：S的比例为1.84：1.12：1:2.32，金属元素的化学计量比接近理论最佳值。4、紫外可见光分度计(UV)分析得出薄膜样品(衬底温度270℃)的能带宽度约为1.05eV，且在紫外可见波段的吸收比较强，适合太阳能电池的制备。5、扫描电子显微镜(SEM)表征薄膜形貌结果表明，以上述浓度配制前驱体溶液每次取10ml喷涂，得到薄膜厚度约为100纳米，属于极薄吸收层，表面的致密性较好，表明实验制备取得了成功。以四块玻璃载玻片作为衬底，所述四块玻璃载玻片并列排布，另用一块载玻片1如图3摆设遮挡部分衬底作为对比。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.喷涂一步法制备Cu2ZnSnS4极薄太阳光吸收层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，在放置有蒸馏水的烧杯中依次加入CuCl2·2H2O、Zn(CH3COO)2·2H2O、SnCl2·2H2O和硫脲制成前驱体溶液；
步骤二，打开排风机，取铝箔纸包裹在加热炉台上；
步骤三，清洗玻璃载玻片，将玻璃载玻片放置在加热炉台上；
步骤四，设置加热装置对玻璃载玻片进行预热；
步骤五，清洗喷雾装置，取前驱体溶液于喷雾装置中，将喷雾装置喷涂在保持恒温的玻璃载玻片上，前驱体溶液喷上之后可看到颜色的变化，前驱体溶液在高温条件下瞬间完成蒸发沉淀，即最终形成薄膜样品。
2.根据权利要求1所述的喷涂一步法制备Cu2ZnSnS4极薄太阳光吸收层的方法，其特征在于：所述步骤一中蒸馏水的容量在50ml～70ml之间，依次加入CuCl2·2H2O、Zn(CH3COO)2·2H2O、SnCl2·2H2O和硫脲的同时使用搅拌装置进行搅拌；
所述搅拌装置是一磁力搅拌器。
3.根据权利要求2所述的喷涂一步法制备Cu2ZnSnS4极薄太阳光吸收层的方法，其特征在于：所述CuCl2·2H2O的摩尔质量在0.001mol～0.003mol、所述Zn(CH3COO)2·2H2O的摩尔质量在0.0005mol～0.0007mol、所述SnCl2·2H2O的摩尔质量在0.0005mol～0.0007mol、所述硫脲的摩尔质量在0.0025mol～0.004mol。
4.根据权利要求2所述的喷涂一步法制备Cu2ZnSnS4极薄太阳光吸收层的方法，其特征在于：在依次加入CuCl2·2H2O、Zn(CH3COO)2·2H2O、SnCl2·2H2O和硫脲的过程中，所述烧杯内的前驱体溶液颜色由无色透明变为蓝色，逐渐变为绿色，最后加入硫脲后逐渐变为乳白色。
5.根据权利要求1所述的喷涂一步法制备Cu2ZnSnS4极薄太阳光吸收层的方法，其特征在于：所述步骤三中，所述玻璃载玻片的长度在75mm～80mm、宽度在20mm～30mm，厚度在1mm～1.5mm；
在所述步骤三中清洗玻璃载玻片的清洗步骤为：蒸馏水清洗、酒精擦拭、蒸馏水去除残留然后静置干燥。
6.根据权利要求1所述的喷涂一步法制备Cu2ZnSnS4极薄太阳光吸收层的方法，其特征在于：在所述步骤五中，所述玻璃载玻片的表面温度保持在210℃～225℃之间、所述喷雾装置的喷射强度在2000～8500之间，所述喷雾装置的喷射角度在10°～80°之间。
7.根据权利要求1所述的喷涂一步法制备Cu2ZnSnS4极薄太阳光吸收层的方法，其特征在于：所述玻璃载玻片的表面温度保持在270℃、所述喷雾装置的喷射强度在2000～8500之间，所述喷雾装置的喷射角度在29.0°或47.5°。
8.根据权利要求1所述的喷涂一步法制备Cu2ZnSnS4极薄太阳光吸收层的方法，其特征在于：所述喷雾装置内注入10ml～15ml的前驱体溶液，所述喷雾装置与一氮气瓶连接，所述喷雾装置通过一钢瓶速放阀与所述氮气瓶连接，所述氮气瓶上设有一撞针和一钢瓶螺塞。
9.根据权利要求1所述的喷涂一步法制备Cu2ZnSnS4极薄太阳光吸收层的方法，其特征在于：待玻璃载玻片表面温度稳定在270℃之后，开始进行喷涂工作，前驱体溶液喷上之后可看到颜色的变化，载玻片逐渐变为淡黑色，前驱体溶液在高温条件下瞬间完成蒸发沉淀，即最终形成薄膜，所述薄膜的表面致密性良好，薄膜有很好的整体平整度且厚度小于100纳米。
10.根据权利要求9所述的喷涂一步法制备Cu2ZnSnS4极薄太阳光吸收层的方法，其特征在于：所述薄膜上的元素Cu：Zn：Sn：S的比例为1.84：1.12：1:2.32。
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