[发明专利]一种铜锌锡硫光电薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种铜锌锡硫光电薄膜的制备方法。该方法将硫酸铜、硫酸锌、硫酸亚锡和氢氧化钠混合均匀，烧结球磨后得到复合氧化物纳米墨水，将其旋涂在钼基底上得到氧化物预制层薄膜，将氧化物预制层薄膜和硫粉置于管式炉中退火处理，得到铜锌锡硫光电薄膜。本发明的制备方法制备的铜锌锡硫光电薄膜的致密均匀，颗粒粒径约为1μm左右，光吸收系数高，吸收层带隙宽度接近理论值，适宜用于做薄膜太阳能电池；另外，本发明的制备方法成本低，工艺简单。

技术领域

本发明属于薄膜太阳能电池技术领域，具体涉及一种铜锌锡硫光电薄膜的制备方法。

背景技术

铜锌锡硫薄膜材料具有直接带隙(约1.5eV)与太阳辐射匹配性好、光吸收系数高(大于10⁴cm^-1)、稳定性好、无光致衰减效应、原料在地壳中储量大、价格便宜和环境友好等诸多优良特性，是一种较理想的光电转换材料。铜锌锡硫光电薄膜的制备方法较多，如溅射法，电沉积法，溶胶凝胶法，纳米墨水法，溶液法等。与其他制备方法相比，纳米墨水法易实现制备材料的掺杂和改性，不需要真空条件可在不同形状、不同材料的基片上成膜。目前纳米墨水的制备分为纳米晶、纳米溶液墨水和纳米球磨等方法。纳米球磨法是将铜、锌、锡、硫单质或相应金属硫化物和硒化物为原料，加入有机分散剂研磨。这种方法极为简易，但由于研磨后的颗粒，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。

发明内容

针对现有制备技术的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种铜锌锡硫光电薄膜的制备方法，解决了现有的制备方法制备的铜锌锡硫光电薄膜吸收层的颗粒尺寸较大、光吸收系数低的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种铜锌锡硫光电薄膜的制备方法，该方法将硫酸铜溶液、硫酸锌、硫酸亚锡和氢氧化钠按照质量浓度比为2：1：1.5：1的比例进行混合，分离得到复合沉淀；

将复合沉淀烧结得到复合氧化物纳米颗粒，将复合氧化物纳米颗粒、乙醇、甲基纤维素和PVP混合球磨，得到复合氧化物纳米墨水；

将复合氧化物纳米墨水旋涂在钼基底上得到氧化物预制层薄膜，将氧化物预制层薄膜进行硫化退火处理，得到铜锌锡硫光电薄膜。

进一步的，具体包括以下步骤：

步骤1，将硫酸铜、硫酸锌、硫酸亚锡和氢氧化钠按照质量浓度比为2：1：1.5：1进行混合均匀，加入含有PVP的去离子水，在40～55℃下调节pH值为7～11，在该温度下静置1.5～2h，洗涤过滤分离得到复合沉淀；

步骤2，将复合沉淀真空干燥后在480～550℃下烧结0.5～2h，得到复合氧化物颗粒；

步骤3，将复合氧化物颗粒、乙醇、甲基纤维素和PVP混合球磨，得到复合氧化物纳米墨水；

步骤4，在预热后的钼基底上旋涂复合氧化物纳米墨水，旋涂温度为200～300℃，得到氧化物预制层薄膜；

步骤5，将氧化物预制层薄膜与硫粉置于管式炉中在520～600℃下保温时间0.5～1h，得到铜锌锡硫光电薄膜。

进一步的，所述步骤1中，所述的PVP的添加量为去离子水质量的0.1％～2％。

进一步的，所述的步骤1中，硫酸铜的质量浓度为12～60g/L，硫酸锌的质量浓度为8～35g/L，硫酸亚锡的质量浓度为8～40g/L，氢氧化钠的质量浓度为10～35g/L。

进一步的，所述的步骤3中，甲基纤维素的添加量为乙醇质量的0.2％～4％，PVP的添加量为乙醇质量的0.2％～4％；

进一步的，所述的球磨工艺参数为：在400～750r/min下球磨4～8h。