[发明专利]一种铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料的制备方法，属于光伏材料制备技术领域。其主要特征是：将氯化亚铜、氯化铟和硫粉按比例加入到含有氧化石墨烯的有机溶剂中，采用恒电位一步电沉积法制备铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料，该方法制备的复合薄膜材料的光电转换效率得到了提高。本发明制得的复合薄膜材料不需要在高温下退火处理，方法简单、成本低廉，适合大规模工业化生产。

技术领域

本发明涉及的半导体/石墨烯复合薄膜材料，属于光伏材料制备技术领域，具体涉及一种铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料的制备方法。

背景技术

铜铟硫是直接带隙半导体材料，禁带宽度约为1.50eV，非常接近太阳能电池材料的最佳禁带宽度1.45eV，且有较高的吸收系数，非常适合做薄膜太阳能电池的光吸收层材料。

铜铟硫薄膜太阳能电池的理论效率达到32%，但目前报道的实际效率远低于理论值，造成光电转换效率低的主要原因是铜铟硫吸收层的光生电子-空穴复合率很高。

石墨烯是由sp²杂化碳原子键合而成的二维碳材料，具有较高的载流子迁移率和良好的光学透射率。近年来，石墨烯与半导体制成的复合光电极材料在能量转换和光催化领域表现出潜在的应用价值。石墨烯的作用是传递受激发的电子，降低光生电子-空穴的复合率；此外，它还可以拓宽半导体材料的光响应范围。

半导体/石墨烯复合材料的的制备方法主要有水热法和原位生长法，其中水热法一般需要高温高压条件下进行；原位生长法一般先制备预制膜，再通过煅烧形成半导体/石墨烯复合材料，工艺较复杂、制备周期长，无法满足大规模工业化生产要求。

本发明以廉价易得且稳定的少层氧化石墨烯为原料，采用恒电位一步电沉积法制备铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料，即在进行恒电位电沉积制备铜铟硫材料的同时，完成对氧化石墨烯的还原，一步得到铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料。该方法比较简单且容易操作，适合大规模工业化生产。

发明内容

本发明提供了一种铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料的制备方法，其特征在于：将氯化亚铜、氯化铟和硫粉按比例加入到含有氧化石墨烯的有机溶液中，制成电沉积溶液；采用恒电位一步电沉积法在导电基底上制备铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料，该方法制备的复合薄膜材料光电转换效率得到了提高。

所述的铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料的制备方法，步骤如下：

电沉积溶液的配置：将3mg～15mg的氧化石墨烯放入30ml的有机溶剂中，其中有机溶剂主要有二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、乙二醇单甲醚、乙二醇等，超声分散得到分散体系；再将氯化亚铜、氯化铟和硫粉加入到分散体系中，其中氯化亚铜的浓度为3mmol/L～10mmol/L，氯化铟的浓度为3mmol/L～10mmol/L，保持Cu/In的摩尔比在1:2～2:1之间，Cu/S的摩尔比在1:2～1:6之间。

铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料的制备：采用导电玻璃或者金属作为导电基底，将清洗好的导电基底放入电沉积溶液中，控制沉积电位相对于饱和甘汞电极为-1.0V～-1.5V，沉积20min～60min，将薄膜取出，干燥。

退火处理：将干燥的铜铟硫/石墨烯复合薄膜放入管式炉中，用氮气作为载气，在100～200℃下退火15min～60min。

本发明的特点是：

在制备过程中氧化石墨烯的还原和复合薄膜材料的生成是一步完成的，即氧化石墨烯还原为石墨烯的同时，铜铟硫生长在石墨烯上面。

铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料与铜铟硫薄膜材料相比，光电转换效率有很大提高。

所述制备方法简单、成本低廉，适合大规模工业化生产。

附图说明

图1是铜铟硫/石墨烯复合薄膜材料的扫描电子显微镜图。