[发明专利]一种铜锌锡硫/硒墨水及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜太阳能电池技术领域，具体涉及一种用于制备铜锌锡硫/硒薄膜太阳能电池吸收层的墨水及其制备方法。

背景技术

铜锌锡硫/硒具有较高的光吸收系数和合适的直接光学带隙，其组成元素来源丰富且环境友好，是一种极具潜力的新型薄膜太阳能电池吸收层材料，其制备技术也越来越受关注。采用低成本、安全无毒或低毒的原料配制出铜锌锡硫/硒墨水，再结合简单的工艺大面积制备性能良好的铜锌锡硫/硒薄膜是今后薄膜太阳能电池技术发展的主要趋势。

目前铜锌锡硫/硒墨水的制备可采用铜、锌、锡、硫单质或相应金属硫化物和硒化物为原料，加入有机分散剂并充分研磨后得到铜锌锡硫/硒浆料墨水。这种方法极为简易，但由于是研磨后的颗粒，颗粒尺寸较大，导致墨水中的元素分布不均，薄膜易形成其它杂相，不利于薄膜性能的提高。

为了提高元素分布的均匀性，需要采用联氨作为溶剂溶解金属硫化物获得分子级水平分散性溶液墨水，但联氨属于易燃易爆剧毒物质，给铜锌锡硫/硒薄膜的大面积安全制备带来了障碍。为了克服这个障碍，各种复杂有机物被用作溶剂以取代联氨，但由于金属源溶解性的限制，当前非联氨溶液法制备铜锌锡硫/硒墨水的金属源大多被局限于金属氯化物或醋酸盐，这些金属源中包含的氯离子或酸根杂质离子不易分解去除，而杂质离子的残留不利于薄膜性能的提高。本发明针对现有方法的不足，提出一种用于制备铜锌锡硫/硒薄膜太阳能电池吸收层的墨水及其配制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜锌锡硫/硒墨水及其制备方法，本发明所述墨水由金属源溶液与非金属源溶液制备而成，其中金属源溶液由铜源溶液、锌源溶液和锡源溶液三种源溶液组成，非金属源溶液由硫源溶液和硒源溶液中的一种以上源溶液组成；

本发明以金属氢氧化物或碱式碳酸盐为金属源，单乙醇胺或单乙醇胺水溶液为溶剂，配以合适的硫源或硒源制备铜锌锡硫/硒墨水。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

（1）以浓度为7~10mol/L的单乙醇胺水溶液为溶剂，分别将铜源、锌源和锡源溶解于所述溶剂中，得到铜源溶液、锌源溶液和锡源溶液，将铜源溶液、锌源溶液和锡源溶液混合后进行热处理，得到铜锌锡源溶液，即金属源溶液；所述热处理的温度为100~150℃，时间为30~50分钟；

（2）以单乙醇胺或浓度为7~10mol/L的单乙醇胺水溶液为溶剂，将非金属源溶解于所述溶剂中得到非金属源溶液；

（3）将金属源溶液和非金属源溶液混合并充分反应得到铜锌锡硫/硒墨水。 

上述方法中，所述墨水中的金属源由金属氢氧化物或碱式碳酸盐提供，所述铜源为氢氧化铜或碱式碳酸铜，锌源为氢氧化锌或碱式碳酸锌，锡源为氢氧化锡，其中氢氧化锡也称作锡酸。

上述方法中，所述墨水中非金属源包括硫源和硒源中的一种以上，所述硫源包括硫单质、硫脲、硫代乙酰胺、硫化铵、硫醇或二甲基亚砜中的任意一种；所述硒源为硒单质或硒醇。

上述方法中，当非金属源溶液为硫源溶液时，硫源溶液由硫源溶解于单乙醇胺中得到，对于含水的硫源，需要对硫源溶液进行热处理蒸去水分；当非金属源溶液为硒源溶液时，硒源溶液由硒单质和四甲基氢氧化铵共溶于单乙醇胺水溶液中并进行热处理后得到，或由硒醇溶解于单乙醇胺中并进行热处理后得到；当非金属源溶液为硫硒源溶液时，硫硒源溶液由硒单质直接溶解于上述硫源溶液中得到，或由硒醇溶解于上述硫源溶液中并进行热处理后得到；所述热处理的温度为90~100℃，时间为30~40分钟。

上述方法中，步骤（3）中，当铜锌锡源溶液与硫源溶液混合并充分反应后得到铜锌锡硫墨水，当铜锌锡源溶液与硒源溶液混合并充分反应后得到铜锌锡硒墨水，当铜锌锡源溶液与硫硒源溶液混合并充分反应后得到铜锌锡硫硒墨水。

与现有技术相比，本发明的优势在于： 

（1）所配制的墨水采用了金属氢氧化物或碱式碳酸盐为金属源。与金属氯化物或醋酸盐等金属源不同，本发明提出的金属源不含难以分解去除的氯离子和酸根杂质离子，使得所发明的墨水更适合于铜锌锡硫/硒薄膜的制备。

（2）所配制的墨水采用了单乙醇胺或单乙醇胺水溶液为溶剂。较之于联氨的易燃易爆剧毒的危险性，单乙醇胺特性温和低毒安全，有利于墨水的大批量生产。作为墨水的单一溶剂，单乙醇胺与硫源、硒源兼容性好，且低温易分解，使所发明的墨水具有绿色环保低成本的突出优点。

附图说明

    图1为实施例1的X射线衍射图谱。

具体实施方式