[发明专利]一种表面富硫的铜铟镓硒薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光伏新能源材料技术领域，尤其涉及表面富硫的铜铟镓硒薄膜的制备方法。

背景技术

随着工业的发展，人口的增长，煤、石油、天然气等非再生能源被过度消耗，进而导致了能源紧张的局面。因此人们开始重视风能，地热能，朝夕能，太阳能等可再生能源。而其中，太阳能具有蕴含能量大，取之不尽用之不竭，清洁无污染等优点，成为最有应用前景的能源。太阳能的利用形式主要有热能和电能两种，如太阳能热水器，太阳能电池等。

太阳能电池以其用途广泛、携带方便、不受地域限制等优点受到人们的广泛关注。其种类主要包括硅太阳能电池、有机太能电池、染料敏化太阳能电池、量子点太阳能电池、CdTe薄膜太阳能电池、GaAs太阳能电池和铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池等。目前，硅基太阳能电池技术最为成熟，光电转化率最高（约20.4%），占有85%左右的光伏市场份额。但是由于它成本高、工艺复杂、设备昂贵、污染大，随着其原料短缺加剧、价格不断上涨等问题加剧，人们正在寻求一种能替代硅太阳能电池的其他太阳能电池。而有机太能电池，染料敏化太阳能电池，量子点太阳能电池，CdTe薄膜太阳能电池和GaAs薄膜太阳能电池也出现了制作成本高，工艺复杂，光电转化率低等不同层次的缺点，故而没有被广泛应用。铜铟镓硒薄膜太阳能电池因能较好地解决上述问题而备受人们的青睐，成为当今研究课题的热点。

目前，铜铟镓硒薄膜吸收层的制备方法主要有真空和非真空两大类方法，其中真空法包括磁控溅射法和真空共蒸发法，非真空法主要有溶胶凝胶法，电化学沉积法和纳米晶溶液法。真空共蒸发法是目前应用最广泛的一种制备CIGS薄膜方法，它所制备的薄膜纯度较高，表面平整，致密性优良，光电转化率最高，已达到20.3%，但是，该方法要求高真空的仪器设备，投入成本大，耗能多，制备大面积薄膜的均匀性较差，因此难以实现大规模生产。在电化学沉积法制备CIGS薄膜过程中，由于铜、铟、镓、硒各元素的沉积电位很难匹配，而使得薄膜的化学计量比难以控制，且杂相成分高，薄膜致密性、附着性都很差。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种表面富硫的铜铟镓硒薄膜的制备方法，旨在解决现有制备方法复杂、产品化学计量比难于控制、杂相成分高、薄膜致密性及附着性差、薄膜能带宽度窄的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种表面富硫的铜铟镓硒薄膜的备方法，包括以下步骤：

将铜盐、铟盐、镓盐和硒源化合物与油胺混合，合成铜铟镓硒纳米颗粒；

将所述铜铟镓硒纳米颗粒分散在有机溶剂中形成铜铟镓硒纳米晶墨水；

将所述铜铟镓硒纳米墨水在基体上涂膜，形成铜铟镓硒前驱体预制膜，经过退火处理后得到铜铟镓硒薄膜；

在硫源存在的条件下，将所述铜铟镓硒硫薄膜在450-550°C进行硫化处理，得到表面富硫的铜铟镓硒薄膜。

本发明采用非真空溶液法制备表面富硫的铜铟镓硒薄膜，方法简单、设备投入少、成本低、效率高，且避免了大量有毒试剂的使用（如联氨等），符合绿色环保生产的要求和理念，制备得到的产品外表致密平整，改变了铜铟镓硒硫薄膜表面的组成及其能带结构，提高了铜铟镓硒硫薄膜对光的吸收及利用，促进了电池界面性能的提高。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种表面富硫的铜铟镓硒薄膜的制备方法，包括以下步骤：

S01.制备铜铟镓硒纳米颗粒：将铜盐、铟盐、镓盐和硒源化合物与油胺混合，合成铜铟镓硒纳米颗粒；

S02.制备铜铟镓硒纳米晶墨水：将所述铜铟镓硒纳米颗粒分散在有机溶剂中形成铜铟镓硒纳米晶墨水；

S03.制备铜铟镓硒薄膜：将所述铜铟镓硒纳米墨水在基体上涂膜，形成铜铟镓硒前驱体预制膜，经过退火处理后得到铜铟镓硒薄膜；

S04.铜铟镓硒薄膜硫化处理：在硫源存在的条件下，将所述铜铟镓硒硫薄膜在450-550°C进行硫化处理，得到表面富硫的铜铟镓硒薄膜。