[发明专利]基于薄铜片衬底的柔性CuInS2太阳能电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能光伏电池的制备领域，特别涉及一种基于薄铜片衬底的柔性CuInS₂太阳能电池的制备方法。

背景技术

面临严峻的能源形势和生态环境的恶化，改变现有能源结构、发展可持续发展的绿色能源已成为世界各国极为关注的课题。太阳能因其无枯竭危险、能源质量高、不受地域限制等优势，被认为是最有潜力的新型绿色能源。据统计，尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的二十二亿分之一，但已高达173000TW。只要能完全吸收20分钟的太阳能，就足够让全球使用一整年。因此，开发高效、廉价、环保的太阳能电池成为人类日益关注的问题。

目前已经发展的太阳能电池主要有：硅系(单晶硅、多晶硅和非晶硅)太阳能电池、染料敏化纳米晶太阳能电池、化合物半导体(CuInS₂、CuInSe₂、Cu(In，Ga)Se₂、Cu₂ZnSnS₄、CdTe和GaAs)薄膜太阳能电池和有机太阳能电池等，它们大都构建在硬质衬底上(多为玻璃衬底)，而现在许多地面光伏建筑物具有曲面造型或光伏电站需要可以移动换位，这就要求太阳能电池具有柔性、重量轻、可折叠性、不怕摔碰，易于安装在弧度大的建筑物表面等特点。

同时，CuInS₂作为薄膜太阳能电池的关键部分，其禁带宽度为1.5eV，接近太阳能电池材料所需的最佳禁带宽度值(1.4eV)，非常适合用作太阳能电池的吸收层材料。其制备方法主要有磁控溅射、脉冲激光沉积、喷雾热解法、共蒸发法、电化学沉积法、溶解-旋涂法、高温液相合成纳米晶墨水等方法。其中磁控溅射、脉冲激光沉积对设备要求较高，价格昂贵；喷雾热解法制备的薄膜与衬底结合力差；利用共蒸发法或电化学沉积合成的薄膜材料，配比、均匀性难控制；溶解-旋涂法通常会用到有毒的有机溶剂；高温液相合成多是利用注射合成，对于规模化生产比较困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于薄铜片衬底的柔性CuInS₂太阳能电池的制备方法，该方法的工艺简单，对设备要求比较低，且所用的溶剂均对环境友好；本发明的柔性CuInS₂太阳能电池基于柔性超薄衬底，有一定的弯曲度，应用前景广阔。

本发明的一种基于薄铜片衬底的柔性CuInS₂太阳能电池的制备方法，包括：

(1)铜铟硫薄膜材料的制备：称取摩尔比为1∶1的铜盐、三价铟盐溶入乙二醇中，配成Cu²⁺、In³⁺浓度均为0.01-0.5M的铜铟盐的乙二醇溶液；将硫代乙酰胺固体溶于乙二醇中，超声溶解，配成0.01-0.5M的乙二醇溶液，然后搅拌条件下，再加入上述的铜铟盐的乙二醇溶液得混合溶液，接着将所述的混合溶液转移至水热反应釜中，并加入铜片，于100-240℃反应1-48小时，反应结束后，将生长有鱼骨状CuInS₂的铜片取出，依次用蒸馏水和乙醇冲洗，制得柔性CuInS₂薄片；

(2)在上述的柔性CuInS₂薄片上采用化学浴沉积法制备硫化镉缓冲层，然后再磁控溅射氧化锌以及铟锡金属氧化物(ITO)，即得。

上述步骤(1)中所述的铜盐、三价铟盐均为乙二醇可溶性盐。

上述步骤(1)中所述的铜盐为氯化铜、CuSO₄·5H₂O或硝酸铜；三价铟盐为InCl₃·4H₂O或硫酸铟。

上述步骤(1)中所加入的硫代乙酰胺的物质的量为Cu²⁺、In³⁺金属离子物质的量之和的1-5倍。

上述步骤(1)中所用的铜片为为2cm×2cm的厚度为0.1cm的柔性铜片。

上述步骤(1)中所用的铜片在使用前进行预处理，预处理过程为：先将铜片表面用砂纸打磨，然后再放入质量浓度为20％的盐酸中浸泡1min-1h以去除铜片表面的氧化物，取出铜片，水洗后再将其浸入有机溶剂中超声5min-3h，烘干即可；其中水洗为用去离子水洗涤，有机溶剂可选用乙醇、丙酮或乙醚。