[发明专利]制造光吸收层用的CI(G)S纳米颗粒的制造方法及使用其制造的CI(G)S纳米颗粒

说明书

技术领域

本发明涉及制造光吸收层用的CI(G)S纳米颗粒的制造方法及使用其制造的CI(G)S纳米颗粒。更特别地，本发明涉及制造形成太阳能电池的光吸收层的CI(G)S纳米颗粒的方法以及使用其制造的CI(G)S纳米颗粒，所述方法包括：将至少一种第VI族来源和铟(In)盐溶解在溶剂中以制备第一溶液，所述第VI族来源选自包含硫(S)、硒(Se)或其组合的化合物；使第一溶液反应以形成第一前体颗粒；将铜(Cu)盐溶解在溶剂中以制备第二溶液；使第二溶液与在其中形成第一前体的第一溶液混合，以制造混合物；以及在通过使混合物反应合成CI(G)S纳米颗粒后纯化合成的CI(G)S纳米颗粒。

背景技术

最近，人们更多地关注环境问题和自然资源枯竭，并因此对太阳能电池作为不造成环境污染的替代能源越来越感兴趣。太阳能电池分为硅太阳能电池、薄膜型化合物太阳能电池、叠层型太阳能电池等。在这些太阳能电池中，硅半导体太阳能电池研究得最为广泛。

然而，因为硅太阳能电池是间接跃迁半导体，其光吸收系数低于直接跃迁半导体的光吸收系数，所以与直接跃迁半导体相比，硅太阳能电池不能有效地吸收光子。因此，硅太阳能电池需要比直接跃迁半导体更宽的空间电荷区。此外，为了防止因载流子寿命延长而在空间电荷区发生的电子与空穴的复合，实质上需要高纯度Si，因此需要包括多个步骤的高成本、高水平且复杂的工艺技术以及高真空薄膜工艺。当使用高纯度单晶Si时，太阳能电池表现出高效率。然而，这样的高纯度单晶Si的生产成本高，因此，为了降低生产成本，使用表现出低效率的多晶Si或非晶Si。因为这样的多晶Si或非晶Si具有较低的光电转换效率，所以在长期使用时，可能发生问题，例如劣化。

因此，为了改进硅太阳能电池的问题，最近研究并开发了薄膜型化合物太阳能电池。

在薄膜型化合物半导体中，Cu(In_1-xGa_x)(Se_yS_1-y)(CI(G)S)是包含于三元化合物中的第I-III-VI族化合物，其直接跃迁型禁带宽度为1eV以上并且具有高的光吸收系数。此外，Cu(In_1-xGa_x)(Se_yS_1-y)(CI(G)S)是电光学非常稳定的。因此，Cu(In_1-xGa_x)(Se_yS_1-y)(CI(G)S)是用于太阳能电池的光吸收层的理想材料。

CI(G)S基太阳能电池通过形成厚度为几微米的光吸收层来制造。作为制造光吸收层的方法，有不需要前体的蒸发方法，以及在用前体形成薄膜后通过热处理形成CI(G)S薄膜的溅射和电沉积方法。此外，最近引入了在非真空下涂布前体材料后进行热处理的墨涂布方法。通过使用上述方法中的墨涂布方法，可降低工艺成本并且可均匀地制造出大的面积。因此，积极地进行了对墨涂布方法的研究。作为墨涂布方法中的前体，可使用多种化合物或金属类型，例如金属硫属化物、双金属性金属颗粒、金属盐、金属氧化物等。

特别地，当将金属硫属化物用作前体时，使Cu-Se化合物与In-Se化合物混合或者合成CuInSe₂颗粒。在颗粒混合时，可产生部分不均匀的涂层。当使用CuInSe₂时，颗粒生长需要较长时间。

同时，因为双金属性金属颗粒是用Cu-In合金合成的，所以可解决部分不均匀性并且由于快速的颗粒生长而减少了反应时间。然而，在硒(Se)或硫(S)气氛中，可形成具有局部Se或S不足的层。此外，当涂布金属盐时，可产生具有高的层密度的涂层，然而由于盐中包含阴离子而使层破坏或者可形成有机残留物。

因此，高度需要开发可形成高效光吸收层的前体纳米颗粒的技术，所述光吸收层的涂布性质得到改善并从而使其层密度增加。

发明内容

技术问题

因此，进行本发明以解决上述问题和仍有待解决的其它技术问题。

作为多种深入研究和多个实验的结果，本发明的发明人首先形成了包含铟(In)和第VI族元素并且选择性地还包含镓(Ga)的第一前体颗粒，并且随后证实了，当通过添加铜(Cu)盐合成CI(G)S纳米颗粒时，可自由地控制颗粒组成并且均匀地合成具有预定直径的球状颗粒，从而完成了本发明。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供了制造CI(G)S纳米颗粒的方法，所述CI(G)S纳米颗粒形成太阳能电池的光吸收层，所述方法包括：