[发明专利]Cu2FeSnS4纳米晶薄膜的水浴制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可作为薄膜光伏电池光吸收层的I₂-II-IV-VI₄族半导体纳米晶薄膜的制备工艺。具体的说，是涉及一种Cu₂FeSnS₄纳米晶薄膜的水浴制备方法。

背景技术

能源问题始终是倍受世界各国关注的一个热点和难点问题,特别是20世纪50年代以后,历次石油危机的爆发,对世界经济造成巨大影响。面对化石能源的逐渐枯竭和人类生态环境的日益恶化,在能源供应方面走可持续发展道路,改变能源消费结构,大力开发利用高效、清洁的可再生能源已成为世界各国的普遍共识。太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源,地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能、生物质能及部分潮汐能都是来源于太阳,即使是地球上的化石燃料(如煤、石油、天然气等)从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能,所以太阳能的利用范围非常大。太阳能具有清洁、安全的特点,在开发与利用过程中没有废渣、废料,不会给环境造成污染。它资源丰富,无论陆地或海洋、沙漠或草地都可就地取用,既可免费使用,又无需运输,具有常规能源无可比拟的优点。

目前研究的太阳能电池可以分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。虽然硅系光伏器件有较高的转换效率，然而硅电池发电成本是传统发电成本的3倍，而且进一步提高硅材料光伏器件效率和降低成本的难度已经越来越大。这促使人们开始寻找廉价、高转化效率、环境友好型的新型太阳能光伏电池材料。近来研究的Cu₂FeSnS₄新材料拥有与太阳光谱较匹配的直接带隙(1.5-2 eV)，同时还具有相对较大的的吸收系数(可见光区的吸收系数不小于10⁴cm^-1)，以Cu₂FeSnS₄作为吸收层的太阳能电池转换效率已经达到7.2%，而其理论效率高达32%，它是极具潜力的新型薄膜光伏电池吸收层材料。制备Cu₂FeSnS₄薄膜的方法分为物理法和化学法。物理法中磁控溅射技术可以制备出高质量的小面积Cu₂FeSnS₄多晶薄膜，所制作的光伏电池转换效率也较高。然而，高真空环境的要求使电池的生产投资成本大大增加；真空沉积腔上沉淀的物质造成原料的浪费；在制备大面积Cu₂FeSnS₄薄膜时，该方法难以保证薄膜厚度的均匀性和化学成分的均一性，导致器件性能下降。而采用水浴法制备Cu₂FeSnS₄纳米晶薄膜，不需要昂贵的高真空设备，也不需要较高的反应温度即可得到化学计量比适合的Cu₂FeSnS₄均匀薄膜，材料的利用率非常高，这对于降低电池制作成本、研发大面积Cu₂FeSnS₄薄膜太阳电池提供了新思路。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本、高质量的Cu₂FeSnS₄纳米晶薄膜的制备方法，这一制备方法操作简单，所用前躯体材料成本低廉，制备的纳米晶薄膜均匀致密，可以用做光伏器件的吸收层。

本发明是一种Cu₂FeSnS₄纳米晶薄膜的制备方法，其特征在于具有如下的过程和步骤：

a.       首先将一定量氯化亚锡，尿素和硫代乙酰胺加入盛有去离子水的烧杯中，然后将用酒精、丙酮、去离子水超声清洗干净的玻璃垂直悬于烧杯中；向烧杯中滴加稀盐酸溶液调节pH值至5.5~6；升高温度至80oC在一定搅拌速度下反应一定时间得到SnS薄膜，反应完毕后取出样品，并用超声法将样品清洗干净。制备SnS薄膜所需各原料的摩尔配比为： 

SnCl₂：CN₂H₄O：C₂H₅NS=1：（1~3）：（1~5）；