[发明专利]用于光伏吸收剂膜的核-壳纳米粒子

说明书

一种制备CIGS‑型核‑壳纳米粒子的方法产生核‑壳纳米粒子，所述核‑壳纳米粒子可以包含四元或三元金属硫属化物核。所述核可以基本上被二元金属硫属化物壳包围。核‑壳纳米粒子可以经由液相沉积而沉积在PV电池接触(例如，钼电极)上。然后沉积的粒子可以被熔化或熔融成为用于光伏器件中的薄吸收剂膜。

本申请是国际申请日为2014年12月5日、国际申请号为PCT/GB2014/053628、进入中国国家阶段的申请号为201480066247.1且发明名称为“用于光伏吸收剂膜的核-壳纳米粒子”的中国发明申请的分案申请。

相关申请的交叉引用：

本申请要求于2013年12月6日提交的美国临时申请号61/912,916的权益。

关于联邦资助研究或开发的声明：不适用

发明背景

1.发明领域

本发明总体上涉及半导体纳米粒子。更具体地，它涉及制备用于基于铜铟镓联硒化物/二硫化物(CIGS)的薄膜光伏器件的核-壳纳米粒子的方法。

2.对相关技术的描述，包括根据37CFR 1.97和1.98公开的信息

为了获得广泛的接受，光伏电池(PV电池，也已知为太阳能电池或PV器件)一般需要以与使用化石燃料生成的电力的成本可竞争的成本产生电力。太阳能电池应当优选地具有低的材料和制造成本，并结合以增加的光电转换效率。薄膜具有固有地低的材料成本，因为在薄的(～2-4μm)活性层中材料的量很小。因此，已经进行了相当大的努力去开发高效薄膜太阳能电池。在被研究的众多薄材料中，基于黄铜矿的器件(Cu(In和/或Ga)(Se和，任选地S)₂，在本文中统称为CIGS)已经显示极大的希望并且已经受到相当大的关注。基于CIGS材料的光伏器件是高效的，因为CuInS₂(1.5eV)和CuInSe₂(1.1eV)的带隙与太阳光谱匹配良好。

尽管CIGS材料廉价，但用于CIGS薄膜的常规制造方法涉及昂贵的气相或蒸发技术。一种较低成本的解决方案是通过使用液相沉积技术将CIGS组分的粒子沉积到衬底上，然后将所述粒子熔化或熔融成为薄膜来形成薄膜。理想地，纳米粒子聚结形成大晶粒的(large grained)薄膜。可以使用组分金属的氧化物粒子来进行液相沉积，接着用H₂还原，并利用含硒气体(例如，H₂Se)进行反应烧结。备选地，可以使用预制的CIGS粒子进行液相沉积。

CIGS-型粒子(即，CIGS或类似的材料)优选地拥有某些允许它们形成大晶粒的薄膜的特性。例如，纳米粒子优选是小的并且具有与相同材料的较大粒子不同的物理、电子和光学特性。这样的较小粒子一般更紧密地堆积，这促进了粒子在熔化期间的聚结。此外，纳米粒子优选地具有窄的粒度分布。窄的粒度分布促进了均一的熔化温度，这是因为纳米粒子熔点与粒度直接相关。并且均一的熔化产生平坦的且高质量的膜(良好的电气性能)。