[发明专利]一种改性铜锌锡硫前驱体溶液及薄膜太阳电池的制备方法在审

申请号：	202210509980.2	申请日：	2022-05-11
公开（公告）号：	CN114899279A	公开（公告）日：	2022-08-12
发明（设计）人：	刘芳洋;赵祥云;潘逸宁;张宗良;蒋良兴;贾明	申请（专利权）人：	中南大学
主分类号：	H01L31/18	分类号：	H01L31/18;H01L31/032;H01L31/0445
代理公司：	长沙智勤知识产权代理事务所(普通合伙) 43254	代理人：	曾芳琴
地址：	410083 湖南***	国省代码：	湖南;43
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摘要：
搜索关键词：	一种改性铜锌锡硫前驱溶液薄膜太阳电池制备方法
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【说明书】：

本发明公开了一种改性铜锌锡硫前驱体溶液及薄膜太阳电池的制备方法。铜锌锡硫前驱体溶液使用乙二醇甲醚溶剂体系，引入生活中最常见的水改变前驱体溶液中金属的配位状态，从而影响前驱体溶液的溶胶粒径和其在高温下的失重速率进而达到对前驱体溶液改性的目的。基于所述改性后的前驱体溶液制备预制层，对所述预制层进行硫属气氛退火处理形成吸收层薄膜，在所述吸收层薄膜上顺序沉积缓冲层，窗口层，顶电极，进而可以把改性铜锌锡硫前驱体溶液应用到铜锌锡硫基薄膜太阳电池制备上。本发明所用的方法简单，可操作性强，调节效果显著，为大规模制备低成本且高效的铜锌锡硫基薄膜太阳电池奠定了良好的基础。

技术领域

本发明涉及微纳光电材料领域和半导体光电材料与器件技术领域，更具体地，涉及一种改性铜锌锡硫前驱体溶液的制备方法及其在铜锌锡硫基薄膜太阳电池制备上的应用。

背景技术

铜锌锡硫基(铜锌锡硫、铜锌锡硒、铜锌锡硫硒)材料的组成元素环保、储量丰富，光吸收系数高，带隙在1.0-1.5eV可调，是最具发展前景的太阳电池光吸收层材料之一。同时，铜锌锡硫基太阳电池基于柔性和轻质化的特质可以应用到传统硅基太阳电池无法应用到的领域，可与传统硅基太阳电池互补一同绘制构建光伏发电的未来宏图。

铜锌锡硫基光吸收层作为铜锌锡硫基薄膜太阳电池的主要功能层，其形貌、组分、结晶质量等对于器件性能的影响至关重要。目前，世界效率13％的铜锌锡硫基薄膜太阳电池是基于溶液法制备而成的。溶液法具有操作简单，成本低廉，可大面积制备的优点，被广泛研究。对于溶液法制备铜锌锡硫基薄膜太阳电池的方法而言，前驱体溶液的状态，包括溶胶粒径、金属的配位状态、热重特性等，对于光吸收层质量的影响颇为关键。因此，通过溶液化学的策略调控前驱体溶液的状态就显得尤为重要。

目前最常用的调控改性前驱体溶液的方法是引入其他元素(Ag，Cd，Ge等)，这无疑会影响铜锌锡硫基材料的物相纯度，增大引入杂质元素的可能性，需要进一步的改进。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的缺陷，提供一种不改变前驱体溶液中元素种类的基础上改性铜锌锡硫前驱体溶液的方法。

本发明提供的改性铜锌锡硫前驱体溶液的制备方法包括以下步骤：

A、按摩尔配比称取铜盐、锌盐、锡盐和硫脲于容器中，在称量期间向容器加入改性溶剂；其中，称量顺序为锌盐或锡盐、铜盐、硫脲；铜盐、锌盐、锡盐中金属的价态均为+2；所述改性溶剂为水，且所述改性溶剂的添加节点为锌盐或锡盐称量后；

B、向步骤A的容器中加入乙二醇甲醚溶剂，加热搅拌配置成前驱体母液；

C、按照稀释比例使用乙二醇甲醚溶剂将前驱体母液稀释成目标前驱体溶液。

优选地，所述步骤A中，铜盐、锌盐、锡盐均为相应的氯化物和/或醋酸物。

优选地，所述步骤A中，Cu/(Zn+Sn)的摩尔比是0.65-0.85，Zn/Sn的摩尔比是1.1-1.3。

优选地，所述步骤A中，称量药品时气氛中的空气湿度在10％-60％。

优选地，所述步骤A中，加入水之后等待锌盐或锡盐的水解时间为10min以内。

优选地，步骤A中添加的水和步骤B中加入的乙二醇甲醚溶剂的摩尔比为大于0％且小于等于5％。