CN111613680A - 铜铟镓硒太阳能电池硫化镉层的制备方法、太阳能电池及铜铟镓硒层上生长硫化镉层的方法 - Google Patents

铜铟镓硒太阳能电池硫化镉层的制备方法、太阳能电池及铜铟镓硒层上生长硫化镉层的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种铜铟镓硒太阳能电池的硫化镉层制备方法、太阳能电池及铜铟镓硒层上生长硫化镉层的方法，所述铜铟镓硒太阳能电池的硫化镉层制备方法包括：预设有铜铟镓硒层的衬底置于酒石酸钾溶液中浸泡，使得酒石酸钾溶液中的至少部分钾离子扩散进铜铟镓硒层中；向酒石酸钾溶液中加入镉盐和碱，充分混合得到混合溶液，混合溶液中含有酒石酸与镉的络合物；加热混合溶液，使得络合物中的镉离子扩散进铜铟镓硒层中，并且使铜铟镓硒层的表面含有至少部分镉离子；以及向混合溶液中加入硫脲，充分反应，在铜铟镓硒层上生长出硫化镉层。采用酒石酸钾代替现有技术中的氨水，使用酒石酸钾制备的硫化镉层质量和稳定性都大大提高了。

Description

铜铟镓硒太阳能电池硫化镉层的制备方法、太阳能电池及铜 铟镓硒层上生长硫化镉层的方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及铜铟镓硒太阳能电池的硫化镉层制备方法、太阳能电池及铜铟镓硒层上生长硫化镉层的方法。
背景技术
铜铟镓硒薄膜太阳能电池以其光电转化效率高，材料用量少，重量轻，可柔性化等特点受到广泛关注，并被认为是很有商业化前景的第二代太阳能电池。一般而言，薄膜太阳能电池由下至上依次包括衬底、背电极、铜铟镓硒吸收层、硫化镉层和上电极。硫化镉层主要起到调节吸收层和窗口层之间晶格匹配、保护吸收层,避免被后道制备工序时所破坏等作用，其厚度为10-100nm。传统化学水浴法制备硫化镉薄膜是利用镉盐和硫脲在氨水溶液中进行络合分解反应，在衬底上产生硫化镉从而得到硫化镉薄膜。该方法所用设备简单，能够实现低温和大面积沉积；但是，在镀膜过程中，氨水含量会发生变化从而影响膜层质量。同时，氨水对人体的眼睛，皮肤和鼻子都有强烈地刺激性与腐蚀性。而且，在制备硫化镉薄膜过程中，不可避免的会发生氨气分子吸附在硫化镉薄膜的表面容易造成针孔，可能导致电池短路。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了铜铟镓硒太阳能电池的硫化镉层制备方法、太阳能电池及铜铟镓硒层上生长硫化镉层的方法。
一种铜铟镓硒太阳能电池的硫化镉层的制备方法，所述硫化镉层的制备方法包括：
将预设有铜铟镓硒层的衬底置于酒石酸钾溶液中浸泡，使得所述酒石酸钾溶液中的至少部分钾离子扩散进所述铜铟镓硒层中；
向所述酒石酸钾溶液中加入镉盐和碱，充分混合得到混合溶液，所述混合溶液中含有酒石酸与镉的络合物；
加热所述混合溶液，使得所述络合物中的镉离子扩散进所述铜铟镓硒层中，并且使所述铜铟镓硒层的表面含有至少部分镉离子；以及
向所述混合溶液中加入硫脲，充分反应，在所述的铜铟镓硒层上生长出硫化镉层。
进一步的，所述将预设有铜铟镓硒层的衬底置于酒石酸钾溶液中浸泡的步骤中：
所述酒石酸钾溶液的浓度为2-4mol/L，所述浸泡的时长为5-6min。
进一步的，所述向所述酒石酸钾溶液中加入镉盐和碱的步骤中：
所述镉盐为浓度为1.5-7mol/L的镉盐溶液；
所述碱的浓度为0.05-0.5mol/L。
进一步的，所述加热所述混合溶液步骤包括：
将所述混合溶液加热至50-60℃并维持1-3min。
进一步的，所述向所述混合溶液中加入硫脲的步骤中：
所述硫脲可以为硫脲晶体或浓度为1-2mol/L的硫脲溶液。
进一步的，所述向所述混合溶液中加入硫脲，充分反应步骤，包括：
加入硫脲后加热至60-85℃并持续5-20min。
进一步的，向所述混合溶液中加入硫脲之后搅拌均匀时溶液中各溶质的浓度分别为：
酒石酸钾：0.05-1.5mol/L；镉盐：0.5-2.5mol/L；硫脲： 0.02-0.5mol/L；碱：0.001-0.1mol/L。
进一步的，向所述混合溶液中加入硫脲之后：
溶液的PH值为8-13。
进一步的，所述碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
进一步的，所述碱为氢氧化钾。
进一步的，所述在所述的铜铟镓硒层上生长出硫化镉层步骤之后还包括：
取出所述衬底；
用去离子水清洗；以及
用高压气体吹干。
基于同一发明思路，本发明还提供了一种太阳能电池，包括用所述的铜铟镓硒太阳能电池的硫化镉层的制备方法制备的硫化镉层。
基于同一发明思路，本发明还提供了一种在铜铟镓硒层上生长硫化镉层的方法，所述硫化镉层的生长方法包括：
将铜铟镓硒层置于酒石酸钾溶液中浸泡，使得所述酒石酸钾溶液中的至少部分钾离子扩散进所述铜铟镓硒层中；
向所述酒石酸钾溶液中加入镉盐和碱，充分混合得到混合溶液，所述混合溶液中含有酒石酸与镉的络合物；
加热所述混合溶液，使得所述络合物中的镉离子扩散进所述铜铟镓硒层中，并且使所述铜铟镓硒层的表面含有至少部分镉离子；以及
向所述混合溶液中加入硫脲，充分反应，在所述的铜铟镓硒层上生长出硫化镉层。
进一步的，所述加热所述混合溶液步骤包括：
将所述混合溶液加热至50-60℃并维持1-3min。
进一步的，向所述混合溶液中加入硫脲之后各溶质的浓度分别为：
酒石酸钾：0.05-1.5mol/L；镉盐：0.5-2.5mol/L；硫脲： 0.02-0.5mol/L；碱：0.001-0.1mol/L。
进一步的，所述向所述混合溶液中加入硫脲，充分反应步骤，包括：
加入硫脲后加热至60-85℃并持续5-20min。
本发明的技术方案与最接近的现有技术相比具有如下优点：
本发明技术方案提供的铜铟镓硒太阳能电池的硫化镉层的制备方法，采用酒石酸钾代替现有技术中的氨水制备预处理溶液，并在后续反应步骤中避免了使用氨水，避免了氨水对人体的伤害，同样避免了氨水分子吸附造成的出现针孔的问题，并且使用酒石酸钾制备硫化镉层的质量和稳定性都大大提高了。
附图说明
图1是本发明提供的铜铟镓硒太阳能电池的硫化镉层的制备方法的流程图；
图2是本发明提供的太阳能电池的剖视图。
其中：1-衬底；2-铜铟镓硒层；3-硫化镉层；4-阻隔层；5-前电极。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
此外，术语“设置”、“连接”、“固定”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合图1和2以及实施例1至6来详细说明本申请。
实施例1
本发明提供了一种铜铟镓硒太阳能电池的硫化镉层的制备方法，所述硫化镉层的制备方法包括：
S1:将预设有铜铟镓硒层2的衬底1置于酒石酸钾溶液中浸泡，使得所述酒石酸钾溶液中的至少部分钾离子扩散进所述铜铟镓硒层2中；
S2:向所述酒石酸钾溶液中加入镉盐和碱，充分混合得到混合溶液，所述混合溶液中含有酒石酸与镉的络合物；
S3:加热所述混合溶液，使得所述络合物中的镉离子扩散进所述铜铟镓硒层2中，并且使所述铜铟镓硒层2的表面含有至少部分镉离子；以及
S4:向所述混合溶液中加入硫脲，充分反应，在所述的铜铟镓硒层 2上生长出硫化镉层3。
步骤S1中采用酒石酸钾对预设铜铟镓硒层2的衬底1进行浸泡，此过程中钾离子扩散进入到铜铟镓硒层2中，不仅利于后续步骤中的镉离子进入铜铟镓硒层2，且能够溶解铜铟镓硒层2表面的碳酸钠等杂质。步骤S2中镉离子与酒石酸根形成络合物，减少了溶液中单独存在的镉离子含量。步骤S3中能够进一步清洗铜铟镓硒层2表面的杂质，且加热能够促进溶液中的镉离子向铜铟镓硒层2中扩散，使铜铟镓硒层2表面含有一定量的镉离子，促使其表面层由弱P型转化为N型，从而形成内置的PN结。
在本发明的一些实施例中，所述步骤S1中：
所述酒石酸钾溶液的浓度为2mol/L，由酒石酸钾固体和去离子水混合制备的溶液；所述浸泡的时长为5min；
在本发明的一些实施例中，所述步骤S2中：
所述镉盐为浓度为1.5-7mol/L的镉盐溶液，所述碱为浓度为 0.05-0.5mol/L的碱液。
在本发明的一些实施例中，所述步骤S2中：充分混合过程中发生下述反应：
Figure BDA0001977934090000071
上式中能够使镉离子、酒石酸根和酒石酸镉三者间保持平衡，若镉离子和/或酒石酸根被消耗减少，则平衡向左移动，若酒石酸镉被消耗而减少，则平衡向右移动。
所述步骤S3中：所述加热所述混合溶液包括：
将所述混合溶液加热至50℃并维持3min。
在本发明的一些实施例中，所述步骤S4中：所述硫脲为硫脲晶体，硫脲晶体可为纯硫脲或者硫脲水合物，加入时应注意逐渐加入且加入过程中要不断搅拌。
在本发明的一些实施例中，所述步骤S4中：所述向所述混合溶液中加入硫脲后通过下述操作使其充分反应：
加入硫脲后加热至60℃并维持20min；
所述步骤S4中发生下述反应:
Figure BDA0001977934090000072
HS-+Cd(C4H4O6)→CdS↓+H++C4H4O6 2-；(3)
反应(3)的反应过程可理解为下述两个反应的结合：HS-+OH-→S2-+ H2O；S2-+Cd(C4H4O6)→CdS+C4H4O6 2-；硫脲在碱性环境下释放出硫离子，硫离子与酒石酸镉反应形成吸附在衬底1的表面的硫化镉层3。由于硫离子和镉离子不断被消耗，因此反应(1)和反应(2)中的平衡都向右移动，以供给于反应(3)源源不断的硫离子和酒石酸镉，从而使硫化镉层3均匀的生长。
在本发明的一些实施例中，所述步骤S4中：
向所述混合溶液中加入硫脲之后各溶质的浓度分别为：
酒石酸钾：0.05mol/L；镉盐：0.5mol/L；硫脲：0.02mol/L；碱：0.001mol/L。
在本发明的一些实施例中，所述步骤S4中：
向所述混合溶液中加入硫脲之后溶液的PH值为8。
所述镉盐可为CdSO4，CdCl2或(CH3COO)2Cd·2H20。
在本发明的一些实施例中，所述碱为氢氧化钾。
在本发明的一些实施例中，所述S4完成后还包括：
取出所述衬底1并依次用去离子水清洗和用高压气体吹干。
制备完成硫化镉层后，后续需要在其上制备阻隔层4和前电极5，阻隔层4优选ZnO阻隔层、前电极5优选AZO/ITO；如图2所示，制备完成的铜铟镓硒太阳能电池包括依次平行分布且连接的衬底1、铜铟镓硒层2、硫化镉层3、阻隔层4和前电极5。
本实施例提供的铜铟镓硒太阳能电池的硫化镉层3的制备方法，按上述步骤、组分和比例制备硫化镉层3，避免了使用氨水，避免了氨水对人体的伤害，同样避免了氨水分子吸附造成的出现针孔的问题，并且使用酒石酸钾制备的硫化镉层3质量和稳定性都大大提高了，制备的硫化镉层3经检查未发现出现针孔。在现有的生产薄膜太阳能电池的过程中，制备完成所述硫化镉层3后，下一步需要在其表面镀铜铟镓硒层2，但是在制备铜铟镓硒层2前，需要在所述硫化镉层3上镀上氟化钾，成本很高，本实施例在制备硫化镉层3的过程中，采用的碱为氢氧化钾，其不仅能够在预处理和反应过程中调节反应液的PH值，且由于其含有钾离子，因此在镀铜铟镓硒层2前省去了镀氟化钾的步骤，精简了步骤，节约了成本，提高了效率。
实施例2
发明提供了一种铜铟镓硒太阳能电池的硫化镉层的制备方法，所述硫化镉层的制备方法包括：
S1:将预设有铜铟镓硒层2的衬底1置于酒石酸钾溶液中浸泡，使得所述酒石酸钾溶液中的至少部分钾离子扩散进所述铜铟镓硒层2中；
S2:向所述酒石酸钾溶液中加入镉盐和碱，充分混合得到混合溶液，所述混合溶液中含有酒石酸与镉的络合物；
S3:加热所述混合溶液，使得所述络合物中的镉离子扩散进所述铜铟镓硒层2中，并且使所述铜铟镓硒层2的表面含有至少部分镉离子；以及
S4:向所述混合溶液中加入硫脲，充分反应，在所述的铜铟镓硒层 2上生长出硫化镉层3。
步骤S1中采用酒石酸钾对预设铜铟镓硒层2的衬底1进行浸泡，此过程中钾离子扩散进入到铜铟镓硒层2中，不仅利于后续步骤中的镉离子进入铜铟镓硒层2，且能够溶解铜铟镓硒层2表面的碳酸钠等杂质。步骤S2中镉离子与酒石酸根形成络合物，减少了溶液中单独存在的镉离子含量。步骤S3中能够进一步清洗铜铟镓硒层2表面的杂质，且加热能够促进镉离子向铜铟镓硒层2中扩散，使铜铟镓硒层2表面含有一定量的镉离子，促使其表面层由弱P型转化为N型，从而形成内置的PN结。
在本发明的一些实施例中，所述步骤S1中：
所述酒石酸钾溶液的浓度为4mol/L，由酒石酸钾固体和去离子水混合制备的溶液，酒石酸钾可选用纯晶体或者晶体的水合物；所述浸泡的时长为6min；
在本发明的一些实施例中，所述步骤S2中：
所述镉盐为浓度为1.5-7mol/L的镉盐溶液，所述碱为浓度为 0.05-0.5mol/L的碱液。
在本发明的一些实施例中，所述步骤S2中：充分混合过程中发生下述反应：
Figure BDA0001977934090000101
上式中能够使镉离子、酒石酸根和酒石酸镉三者间保持平衡，若镉离子和/或酒石酸根被消耗减少，则平衡向左移动，若酒石酸镉被消耗而减少，则平衡向右移动。
所述步骤S3中：所述加热所述混合溶液包括：
将所述混合溶液加热至60℃并维持1min。
在本发明的一些实施例中，所述步骤S4中：所述硫脲为浓度为 2mol/L的硫脲溶液。
在本发明的一些实施例中，所述步骤S4中：所述向所述混合溶液中加入硫脲后通过下述操作使其充分反应：
加入硫脲后加热至85℃并维持5min；
所述步骤S4中发生下述反应:
Figure BDA0001977934090000102
HS-+Cd(C4H4O6)→CdS↓+H++C4H4O6 2-；(3)
反应(3)的反应过程可理解为下述两个反应的结合：HS-+OH-→S2-+ H2O；S2-+Cd(C4H4O6)→CdS+C4H4O6 2-；硫脲在碱性环境下释放出硫离子，硫离子与酒石酸镉反应形成吸附在衬底1的表面的硫化镉层3。由于硫离子和镉离子不断被消耗，因此反应(1)和反应(2)中的平衡都向右移动，以供给于反应(3)源源不断的硫离子和酒石酸镉，从而使硫化镉层3均匀的生长。
在本发明的一些实施例中，所述步骤S4中：
向所述混合溶液中加入硫脲之后各溶质的浓度分别为：
酒石酸钾：1.5mol/L；镉盐：2.5mol/L；硫脲：0.5mol/L；碱： 0.1mol/L。
在本发明的一些实施例中，所述步骤S4中：
向所述混合溶液中加入硫脲之后溶液的PH值为13。
所述镉盐可为CdSO4，CdCl2或(CH3COO)2Cd·2H20。
在本发明的一些实施例中，所述碱为氢氧化钾。
在本发明的一些实施例中，所述S4完成后还包括：
取出所述衬底1并依次用去离子水清洗和用高压气体吹干。
制备完成硫化镉层后，后续需要在其上制备阻隔层4和前电极5，阻隔层4优选ZnO阻隔层、前电极5优选AZO/ITO；如图2所示，铜铟镓硒太阳能电池包括依次平行分布且连接的衬底1、铜铟镓硒层2、硫化镉层3、阻隔层4和前电极5。
本实施例提供的铜铟镓硒太阳能电池的硫化镉层的制备方法，按上述步骤、组分和比例制备硫化镉层3，避免了使用氨水，避免了氨水对人体的伤害，同样避免了氨水分子吸附造成的出现针孔的问题，并且使用酒石酸钾制备的硫化镉层3质量和稳定性都大大提高了，制备的硫化镉层3经检查未发现出现针孔。在现有的生产薄膜太阳能电池的过程中，制备完成所述硫化镉层3后，下一步需要在其表面镀铜铟镓硒层2，但是在制备铜铟镓硒层2前，需要在所述硫化镉层3上镀上氟化钾，成本很高，本实施例在制备硫化镉层3的过程中，采用的碱为氢氧化钾，其不仅能够在预处理和反应过程中调节反应液的PH值，且由于其含有钾离子，因此在镀铜铟镓硒层2前省去了镀氟化钾的步骤，精简了步骤，节约了成本，提高了效率。
实施例3
发明提供了一种铜铟镓硒太阳能电池的硫化镉层的制备方法，所述硫化镉层的制备方法包括：
S1:将预设有铜铟镓硒层2的衬底1置于酒石酸钾溶液中浸泡，使得所述酒石酸钾溶液中的至少部分钾离子扩散进所述铜铟镓硒层2中；
S2:向所述酒石酸钾溶液中加入镉盐和碱，充分混合得到混合溶液，所述混合溶液中含有酒石酸与镉的络合物；
S3:加热所述混合溶液，使得所述络合物中的镉离子扩散进所述铜铟镓硒层2中，并且使所述铜铟镓硒层2的表面含有至少部分镉离子；以及
S4:向所述混合溶液中加入硫脲，充分反应，在所述的铜铟镓硒层 2上生长出硫化镉层3。
步骤S1中采用酒石酸钾对预设铜铟镓硒层2的衬底1进行浸泡，此过程中钾离子扩散进入到铜铟镓硒层2中，不仅利于后续步骤中的镉离子进入铜铟镓硒层2，且能够溶解铜铟镓硒层2表面的碳酸钠等杂质；步骤S2中镉离子与酒石酸根形成络合物，减少了溶液中单独存在的镉离子含量；步骤S3中能够进一步清洗铜铟镓硒层2表面的杂质，且加热能够促进溶液中的镉离子向铜铟镓硒层2中扩散，使铜铟镓硒层2表面含有一定量的镉离子，促使其表面层由弱P型转化为N型，从而形成内置的PN结。
在本发明的一些实施例中，所述步骤S1中：
所述酒石酸钾溶液的浓度为2.5mol/L，由酒石酸钾固体和去离子水混合制备的常温溶液；所述浸泡的时长为5min；
在本发明的一些实施例中，所述步骤S2中：
所述镉盐为浓度为1.5-7mol/L的镉盐溶液，所述碱为浓度为 0.05-0.5mol/L的碱液。
在本发明的一些实施例中，所述步骤S2中：充分混合过程中发生下述反应：
Figure BDA0001977934090000121
上式中能够使镉离子、酒石酸根和酒石酸镉三者间保持平衡，若镉离子和/或酒石酸根被消耗减少，则平衡向左移动，若酒石酸镉被消耗而减少，则平衡向右移动。
所述步骤S3中：所述加热所述混合溶液包括：
将热所述混合溶液至50℃并维持3min。
在本发明的一些实施例中，所述步骤S4中：所述硫脲为浓度为 1mol/L的硫脲溶液。
在本发明的一些实施例中，所述S4中：所述向所述混合溶液中加入硫脲后通过下述操作使其充分反应：
加入硫脲后加热至60℃并维持20min；
所述步骤S4中发生下述反应:
Figure BDA0001977934090000131
HS-+Cd(C4H4O6)→CdS↓+H++C4H4O6 2-；(3)
反应(3)的反应过程可理解为下述两个反应的结合：HS-+OH-→S2-+ H2O；S2-+Cd(C4H4O6)→CdS+C4H4O6 2-；硫脲在碱性环境下释放出硫离子，硫离子与酒石酸镉反应形成吸附在衬底1的表面的硫化镉层3。由于硫离子和镉离子不断被消耗，因此反应(1)和反应(2)中的平衡都向右移动，以供给于反应(3)源源不断的硫离子和酒石酸镉，从而使硫化镉层3均匀的生长。
在本发明的一些实施例中，所述步骤S4中：
向所述混合溶液中加入硫脲之后各溶质的浓度分别为：
酒石酸钾：0.1mol/L；镉盐：1.0mol/L；硫脲：0.02mol/L；碱： 0.005mol/L。
在本发明的一些实施例中，所述步骤S4中：
向所述混合溶液中加入硫脲之后溶液的PH值为9。
所述镉盐可为CdSO4，CdCl2或(CH3COO)2Cd·2H20。
在本发明的一些实施例中，所述碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
在本发明的一些实施例中，所述碱为氢氧化钠。
在本发明的一些实施例中，所述S4完成后还包括：
取出所述衬底1并依次用去离子水清洗和用高压气体吹干。
制备完成硫化镉层后，后续需要在其上制备阻隔层4和前电极5，阻隔层4优选ZnO阻隔层、前电极5优选AZO/ITO；如图2所示，铜铟镓硒太阳能电池包括依次平行分布且连接的衬底1、铜铟镓硒层2、硫化镉层3、阻隔层4和前电极5。
本实施例提供的铜铟镓硒太阳能电池的硫化镉层3的制备方法，按上述步骤、组分和比例制备硫化镉层3，避免了使用氨水，避免了氨水对人体的伤害，同样避免了氨水分子吸附造成的出现针孔的问题，并且使用酒石酸钾制备的硫化镉层3质量和稳定性都大大提高了，制备的硫化镉层3经检查未发现出现针孔。
实施例4
本实施例提供一种铜铟镓硒太阳能电池的硫化镉层的制备方法，其与实施例1至3的实施原理相同，其通过公开实现本发明所述方法的更多技术细节，以更清楚的表述本发明的具体实现过程。需要说明的是，本实施例是一种较佳的实施例，其公开的内容并不用于唯一限定本发明的实施过程。
具体工艺过程详述如下：
(1)配置各种物料溶液
酒石酸钾溶液：取配置溶液的容器，如烧杯，向其中加入酒石酸钾固体0.175mol，然后加入50ml的去离子水，搅拌、摇匀，制得 3.5mol/L的酒石酸钾溶液；
镉盐溶液：取配置溶液的容器，如烧杯，向其中加入CdSO4，CdCl2或(CH3COO)2Cd·2H20固体0.56mol，然后加入80ml的去离子水，搅拌、摇匀，制得7mol/L的镉盐溶液；
碱液：取配置溶液的容器，如烧杯，向其中加入氢氧化钾固体 0.0015mol，然后加入5ml的去离子水，搅拌、摇匀，制得0.3mol/L 的碱液；
硫脲溶液：取配置溶液的容器，如烧杯，向其中加入硫脲晶体 0.05mol，然后加入50ml的去离子水，搅拌、摇匀，制得1mol/L的硫脲溶液；
(2)常温预处理
将2cm×2cm的预设铜铟镓硒层2的衬底1置于步骤(1)中配置的酒石酸钾溶液中浸泡6分钟，放入衬底1时最好垂直放入，这样可以避免后续生产硫化镉层3时有大颗粒的硫化镉沉积在衬底1表面，从而提高硫化镉颗粒均匀性与致密性，浸泡的6分钟即完成了衬底1的常温处理。
这一步骤中采用酒石酸钾对预设铜铟镓硒层2的衬底1进行浸泡，此过程中钾离子扩散进入到铜铟镓硒层2中，不仅利于后续步骤中的镉离子进入铜铟镓硒层2，且能够溶解铜铟镓硒层2表面的碳酸钠等杂质。具体地，在充分混合过程中发生下述反应：
Figure BDA0001977934090000151
上式中能够使镉离子、酒石酸根和酒石酸镉三者间保持平衡，若镉离子和/或酒石酸根被消耗减少，则平衡向左移动，若酒石酸镉被消耗而减少，则平衡向右移动。
(3)高温预处理
将步骤(1)中配置的镉盐溶液和碱液加入到步骤(2)中浸泡着衬底1的溶液中，再向其中加入115ml的去离子水，之后充分混合均匀制得预处理溶液，通过碱液将溶液的PH值调节至12，然后加热所述预处理溶液至55℃，并在55℃下维持2分钟，这就完成了衬底1的高温预处理。
这一步骤中加入镉盐溶液和碱液后镉离子与酒石酸根形成络合物，减少了溶液中单独存在的镉离子含量；而加热后能够进一步清洗铜铟镓硒层2表面的杂质，且加热能够促进溶液中的镉离子向铜铟镓硒层2中扩散，使铜铟镓硒层2表面含有一定量的镉离子，促使其表面层由弱P型转化为N型，从而形成内置的PN结，而且在现有的生产薄膜太阳能电池的过程中，制备完成所述硫化镉层3后，下一步需要在其表面镀铜铟镓硒层2，但是在制备铜铟镓硒层2前，需要在所述硫化镉层3上镀上氟化钾，成本很高，本实施例在制备硫化镉层3的过程中，采用的碱为氢氧化钾，其不仅能够在预处理和反应过程中调节反应液的PH值，且由于其含有钾离子，因此在镀铜铟镓硒层2前省去了镀氟化钾的步骤，精简了步骤，节约了成本，提高了效率。
(4)镀膜
向步骤(3)中完成了高温预处理的溶液中加入步骤(1)中配置的硫脲溶液，搅拌均匀，然后加热至70℃，并在70℃下维持15分钟；加入碱液后的一系列操作并没有影响溶液的PH值，此时溶液的PH值还是12；
加热时所述衬底1表面发生下述反应:
Figure BDA0001977934090000161
HS-+Cd(C4H4O6)→CdS↓+H++C4H4O6 2-；(3)
反应(3)的反应过程可理解为下述两个反应的结合：HS-+OH-→S2-+ H2O；S2-+Cd(C4H4O6)→CdS+C4H4O6 2-；硫脲在碱性环境下释放出硫离子，硫离子与酒石酸镉反应形成吸附在衬底1的表面的硫化镉层3，由于硫离子和镉离子不断被消耗，因此反应(1)和反应(2)中的平衡都向右移动，以供给于反应(3)源源不断的硫离子和酒石酸镉，从而使硫化镉层3均匀的生长。
(5)后处理
取出所述衬底1并依次用去离子水清洗和用高压气体吹干。
制备完成硫化镉层3后，后续需要在其上制备阻隔层4和前电极5，阻隔层4优选ZnO阻隔层、前电极5优选AZO/ITO；如图2所示，制备完成的铜铟镓硒太阳能电池包括依次平行分布且连接的衬底1、铜铟镓硒层2、硫化镉层3、阻隔层4和前电极5。
本实施例提供的太阳能电池的硫化镉层3的制备方法，按上述步骤、组分和比例制备硫化镉层3，避免了使用氨水，避免了氨水对人体的伤害，同样避免了氨水分子吸附造成的出现针孔的问题，并且使用酒石酸钾制备的硫化镉层3质量和稳定性都大大提高了，制备的硫化镉层3经检查未发现出现针孔。
实施例5
基于同一发明思路，本发明还提供了一种太阳能电池，包括用所述的太阳能电池的硫化镉层的制备方法制备的硫化镉层。
实施例6
基于同一发明思路，本发明还提供了一种在铜铟镓硒层上生长硫化镉层的方法，所述硫化镉层的生长方法包括：
将铜铟镓硒层置于酒石酸钾溶液中浸泡，使得所述酒石酸钾溶液中的至少部分钾离子扩散进所述铜铟镓硒层中；
向所述酒石酸钾溶液中加入镉盐和碱，充分混合得到混合溶液，所述混合溶液中含有酒石酸与镉的络合物；
加热所述混合溶液，使得所述络合物中的镉离子扩散进所述铜铟镓硒层中，并且使所述铜铟镓硒层的表面含有至少部分镉离子；以及
向所述混合溶液中加入硫脲，充分反应，在所述的铜铟镓硒层上生长出硫化镉层。
进一步的，所述加热所述混合溶液步骤包括：
将所述混合溶液加热至50-60℃并维持1-3min。
进一步的，向所述混合溶液中加入硫脲之后各溶质的浓度分别为：
酒石酸钾：0.05-1.5mol/L；镉盐：0.5-2.5mol/L；硫脲： 0.02-0.5mol/L；碱：0.001-0.1mol/L。
进一步的，所述向所述混合溶液中加入硫脲，充分反应步骤，包括：
加入硫脲后加热至60-85℃并持续5-20min。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (15)

1.一种铜铟镓硒太阳能电池的硫化镉层的制备方法，其特征在于，所述硫化镉层的制备方法包括：
将预设有铜铟镓硒层(2)的衬底(1)置于酒石酸钾溶液中浸泡，使得所述酒石酸钾溶液中的至少部分钾离子扩散进所述铜铟镓硒层(2)中；
向所述酒石酸钾溶液中加入镉盐和碱，充分混合得到混合溶液，所述混合溶液中含有酒石酸与镉的络合物；
加热所述混合溶液，使得所述络合物中的镉离子扩散进所述铜铟镓硒层(2)中，并且使所述铜铟镓硒层(2)的表面含有至少部分镉离子；以及
向所述混合溶液中加入硫脲，充分反应，在所述的铜铟镓硒层(2)上生长出硫化镉层(3)。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述将预设有铜铟镓硒层(2)的衬底(1)置于酒石酸钾溶液中浸泡的步骤中：
所述酒石酸钾溶液的浓度为2-4mol/L，所述浸泡的时长为5-6min。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述向所述酒石酸钾溶液中加入镉盐和碱的步骤中：
所述镉盐为浓度为1.5-7mol/L；
所述碱的浓度为0.05-0.5mol/L。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述加热所述混合溶液步骤包括：
将所述混合溶液加热至50-60℃并维持1-3min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述向所述混合溶液中加入硫脲步骤中：
所述硫脲为硫脲晶体或浓度为1-2mol/L的硫脲溶液。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述向所述混合溶液中加入硫脲，充分反应步骤，包括：
加入硫脲后加热至60-85℃并持续5-20min。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，向所述混合溶液中加入硫脲之后各溶质的浓度分别为：
酒石酸钾：0.05-1.5mol/L；镉盐：0.5-2.5mol/L；硫脲：0.02-0.5mol/L；碱：0.001-0.1mol/L。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，向所述混合溶液中加入硫脲之后：
溶液的PH值为8-13。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述的铜铟镓硒层(2)上生长出硫化镉层(3)步骤之后，还包括：
取出所述衬底；
用去离子水清洗；以及
用高压气体吹干。
11.一种太阳能电池，其特征在于，包括用权利要求1至10任一项所述的铜铟镓硒太阳能电池的硫化镉层的制备方法制备的硫化镉层。
12.一种在铜铟镓硒层上生长硫化镉层的方法，其特征在于，所述硫化镉层的生长方法包括：
将铜铟镓硒层(2)置于酒石酸钾溶液中浸泡，使得所述酒石酸钾溶液中的至少部分钾离子扩散进所述铜铟镓硒层(2)中；
向所述酒石酸钾溶液中加入镉盐和碱，充分混合得到混合溶液，所述混合溶液中含有酒石酸与镉的络合物；
加热所述混合溶液，使得所述络合物中的镉离子扩散进所述铜铟镓硒层(2)中，并且使所述铜铟镓硒层(2)的表面含有至少部分镉离子；以及
向所述混合溶液中加入硫脲，充分反应，在所述的铜铟镓硒层(2)上生长出硫化镉层(3)。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述加热所述混合溶液步骤包括：
将所述混合溶液加热至50-60℃并维持1-3min。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，向所述混合溶液中加入硫脲之后各溶质的浓度分别为：
酒石酸钾：0.05-1.5mol/L；镉盐：0.5-2.5mol/L；硫脲：0.02-0.5mol/L；碱：0.001-0.1mol/L。
15.根据权利要求12所述一种在铜铟镓硒层上生长硫化镉层的方法，其特征在于，所述向所述混合溶液中加入硫脲，充分反应步骤，包括：
加入硫脲后加热至60-85℃并持续5-20min。
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