[发明专利]用于制造太阳能电池之光吸收层的墨组合物及使用其制造薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造太阳能电池之光吸收层的墨组合物及使用其制造薄膜的方法。更特别地，本发明涉及一种用于制造太阳能电池之光吸收层的墨组合物及使用其制造薄膜的方法，所述墨组合物包含核-壳结构纳米颗粒；及双金属或金属间的金属纳米颗粒，或金属硫属化物纳米颗粒。

背景技术

自其发展初期以来，太阳能电池使用在高成本下形成的光吸收层及作为半导体材料的硅(Si)制造。为更经济地制造商业上可行的太阳能电池，已经开发了利用廉价光吸收材料(例如(二)硒硫化铜铟镓(CIGS)或Cu(In，Ga)(S，Se)₂)的薄膜太阳能电池结构。这类CIGS基太阳能电池一般包含背电极层、n型结部件及p型光吸收层。含有这类CIGS层的太阳能电池的光电转换效率大于19％。然而，虽然CIGS基薄膜太阳能电池具有潜能，但In的供给不足及其成本是利用CIGS基光吸收层的薄膜太阳能电池在商业上广泛应用的主要障碍。因此，对使用不含In元素或使用低成本的普遍存在元素的太阳能电池的开发存在迫切需要。

因此，作为该CIGS基光吸收层的替代品，含有极廉价元素铜(Cu)、锌(Zn)、锡(Sn)、硫(S)或硒(Se)的CZTS(Cu₂ZnSn(S，Se)₄)基太阳能电池近来受到了关注。CZTS的直接能隙为约1.0eV至约1.5eV，吸收系数为10⁴cm^-1以上，其储量相对较高，而且CZTS使用了廉价的Sn与Zn。

1996年首次报告了CZTS异质结PV电池，但CZTS基太阳能电池的进展落后于CIGS基太阳能电池，CZTS基太阳能电池的光电效率为10％或更低，比CIGS基太阳能电池低得多。CZTS薄膜通过下列方法制造：溅镀法、复合溅镀法、脉冲激光沉积法、喷雾热解法、电沉积/热处理硫化法、电子束处理法、Cu/Zn/Sn/热处理硫化法、及溶胶-凝胶法。

在制造方法方面，WO2007-134843公开了通过真空溅镀及在S或Se气氛下热处理所得材料来同时或顺序堆叠Cu、Zn及Sn，由此形成CZTS层的方法。一些论文(Phys，Stat.Sol.C.2006，3，2844./Prog.Photovolt：Res.Appl.2011；19：93-96)公开了通过同时真空蒸镀法在基底上同时沉积Cu、Zn、Sn、S或Se，由此形成CZTS层的方法。然而，上述相关技术的有利之处在于，沉积在受到相对良好受控的状态下进行，但不利之处在于，由于使用了高价设备而使制造成本高昂。

同时，PCT/US/2010-035792公开了对基底上的含有CZTS/Se纳米颗粒的墨进行热处理来形成薄膜。关于形成CZTS前驱体颗粒的方法，期刊J.Am.Chem.Soc.，2009，131，11672公开了通过热注射法在高温下将含有Cu、Sn与Zn前驱体的溶液及含有S或Se的溶液混合，由此形成CZTS纳米颗粒。此外，US2011-0097496公开了通过将Cu、Zn、Sn盐与过量的S或Se一起溶解在肼中来制备用于形成CZTS层的前驱体，使用该前驱体通过后续工艺中的热处理及硒化作用形成CZTS层的方法。然而，热注射法具有与稳定性相关的问题。此外，含有含过量S或Se的硫属化合物的肼是一种高毒性、高反应性、高爆炸性的溶剂，所以使用肼的溶液工艺会带来高风险。此外，肼很难处理，因而在制造工艺上存在困难。

因此，对于利用比现有CZTS层制造方法更低价且更安全的制造方法、含有高效率光吸收层、并且对氧化作用稳定的薄膜太阳能电池的技术开发存在高度需求。

发明内容

[技术问题]

因此，进行本发明以解决上述问题及其它有待解决的技术问题。

作为多种深入研究及各种实验的结果，本发明的发明人证实，当使用包括含有含铜(Cu)硫属化物的核和含有含锌(Zn)硫属化物的壳的核-壳结构纳米颗粒与含锡(Sn)的双金属或金属间化合物的金属纳米颗粒，或含锡(Sn)硫属化物纳米颗粒一起制造光吸收层时，由于低价且安全的制造工艺可以提高生产率，而且由于生长出高密度且对氧化作用稳定的用于CZTS基太阳能电池的光吸收层，可以改善光电效率，从而完成本发明。

[技术解决方案]

根据本发明的一个方面，提供了一种用于制造太阳能电池之光吸收层的墨组合物，其包含分散于溶剂中的核-壳结构纳米颗粒；和含锡(Sn)的双金属或金属间化合物的金属纳米颗粒，或含锡(Sn)硫属化物纳米颗粒，所述核-壳结构纳米颗粒包括含有含铜(Cu)硫属化物的核和含有含锌(Zn)硫属化物的壳。