[发明专利]一种用于薄膜太阳能电池的铜铟硫硒粉体或薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于薄膜太阳能电池的铜铟硫硒粉体或薄膜的制备方法，属于光电功能材料领域。

背景技术

能源是社会发展的动力，能源技术的革新带动人类社会日益进步。太阳能被认为是未来最有潜力的能源之一，而对于太阳能的利用主要是利用太阳能发电。目前，太阳能电池已经发展到第二代——薄膜太阳能电池，其中的铜铟硒类（CIS、CIGS、CISSe等）薄膜太阳能电池因其光吸收系数高、光电转换效率好、性能稳定、无光致衰减现象、弱光发电性能好、抗辐照能力强等优点而备受各国科研机构及光伏企业的青睐。

铜铟硒类（CIS类）薄膜太阳能电池中，吸收层是影响电池光电转化效率的关键因素，为电池的核心材料。目前，CIS类吸收层的制作方法可分为真空和非真空两类，真空类包括多元共蒸发法、磁控溅射后硒化法、离子束溅射沉积法等方法。专利CN101777604A报道了一种采用离子束溅射沉积法制备薄膜太阳能电池吸收层CuInSe₂薄膜的方法，通过精确调整离子束溅射的参数等，先后溅射Cu、In和Se靶制备三元叠层或三元周期叠层薄膜，在同一高真空环境下，高温退火制备出CuInSe₂薄膜。真空工艺能够制备出光电转换效率较高的电池，所得电池产品具有一定优势，但由于真空设备需要很大的投资，制备条件苛刻、产率不高，成本较高，势必会影响到它的长久应用。

目前，越来越多的研究者把目光投向低成本非真空工艺，如电沉积、丝网印刷法等。非真空工艺虽然没有真空制备技术成熟，但其具有成本低、制备条件温和等优点，使其具有较大的研究开发前景。

专利CN102683497A和专利CN101694854A分别报道了非真空湿化学法制备CuIn(S,Se)₂薄膜的方法，与传统的高真空工艺相比，其工艺简单，成本较低，可操作性强，但后期仍需进行较为复杂的硒化退火处理。

因此需要研究一种新的制备CuIn(S,Se)₂薄膜的非真空工艺来解决上述问题。

发明内容

本发明针对现有技术中的非真空工艺制备CuIn(S,Se)₂薄膜的方法存在制备条件苛刻，热处理工艺复杂等缺陷，目的在于提供一种非真空制备CuIn(S,Se)₂薄膜或粉体的方法，该方法采用的设备简单，原料廉价、生产成本低，工艺流程简单，无污染，易于实现工业化生产；制备出来的CuIn(S,Se)₂薄膜或粉体光吸收特性佳，可以通过对S元素量的调控实现光吸收带的变化；特别是制备的CuIn(S,Se)₂薄膜表面规整，薄膜附着力好、不易脱落，稳定性好。

本发明提供了一种用于薄膜太阳能电池的铜铟硫硒粉体或薄膜的制备方法，该方法是先将氯化铜和氯化铟分散于有机溶剂中，超声分散后得到分散液；在所得分散液中加入硫化钠和硒粉后，搅拌均匀，得到混合液；再将所述混合液转移至反应釜中，定容、密封后，在160～220℃下反应，反应完成后，抽滤，将滤渣先后用去离子水和乙醇洗涤，真空干燥，得到CuIn(S,Se)₂粉体；或者是将所述混合液移至反应釜中，再加入玻璃基底，定容、密封后，在160～220℃下液相沉积，将沉积得到的玻璃基底先后用去离子水和乙醇洗涤，真空干燥，得到CuIn(S,Se)₂薄膜。

上述方法中加入的硫化钠和硒粉中S和Se的摩尔关系满足S/(S+Se)=0.1～0.9。

上述方法中氯化铜和氯化铟与硫化钠和硒粉之间加入量满足理想化学计量比Cu:In:(S+Se)=1～1.05:1:2.

所述的反应时间为12～15h。

所述的液相沉积的时间为12～15h。

所述的有机溶剂为无水乙醇胺、无水乙二胺一种或两种。

所述的超声分散是在功率为200～300W的超声下分散20～60min。

所述的真空干燥是在60～80℃下，真空干燥8～12h。

所述的玻璃基底为光学玻璃、钠钙玻璃、Mo玻璃或ITO透明导电玻璃；所述的玻璃基底规格约为25mm×75mm的玻璃片。

所述的定容是添加无水乙醇胺或无水乙二胺到反应釜中，使反应釜中的混合溶液体积约占反应釜的75～85%。

上述方法中反应后抽滤得到的滤渣先后用去离子水和无水乙醇分别反复洗涤直到洗涤后抽滤的滤液澄清、无明显漂浮物即可。