本發(fā)明涉及一種銅錫硫光吸收層薄膜材料的制備方法，屬于薄膜太陽能電池領域。

背景技術：

近年來，P型半導體Cu₂SnS₃（CTS）由于具有較高的光吸收系數、較適合的光學帶隙（0.92-1.35eV）以及元素地殼含量豐富受到了國內外極大的關注。作為薄膜太陽能電池光吸收層材料，其理論轉換效率可達30%，展現(xiàn)出了極大的商業(yè)應用潛力。目前，制備CTS薄膜的方法大致可分為真空法和溶液法。M.Nakashima等人通過連續(xù)蒸發(fā)Na/Cu/Sn金屬前驅體層，然后在含有硫和錫的氣氛中570 ℃退火制備了轉換效率為4.64%的CTS薄膜太陽能電池。當然，采用真空方法沉積CTS薄膜對設備的要求比較高，生產成本同樣也很高。相比之下，非真空方法對設備的要求較低，成本不高，也廣泛應用于CTS薄膜制備。M. P. Suryawanshi等人通過旋涂含有Cu和Sn元素的水基前驅體溶液形成前驅體薄膜，爾后硫化的方法制備CTS薄膜太陽能電池，轉換效率為1.8%。后硫化過程工藝比較復雜且會導致原材料浪費及環(huán)境污染等問題。因此，開發(fā)一種不涉及后硫化制備高質量CTS薄膜的溶液方法對其在太陽能電池領域的實際應用具有重大意義。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種銅錫硫光吸收層薄膜材料的制備方法。

本發(fā)明采用一步溶液法制備銅錫硫薄膜，所得銅錫硫薄膜材料致密平整無孔洞，相成分單一。

一種銅錫硫光吸收層薄膜材料的制備方法，其特征在于具體步驟為：

1）將0.2~1.0 mol/L金屬銅鹽加入有機溶劑中，攪拌至完全溶解后，加入0.11~0.56 mol/L金屬錫鹽繼續(xù)攪拌至溶解，最后加入1.6~8.0 mol/L的含硫化合物攪拌至完全溶解形成穩(wěn)定的CTS前驅體溶液；

2）將玻璃依次在丙酮、無水乙醇和去離子水中超聲清洗干凈；

3）將前驅體溶液旋涂到玻璃基底上，然后在250 ℃~400 ℃干燥1~10分鐘，反復旋涂沉積；

4）待旋涂完畢后將樣品置于400 ℃~600 ℃退火5分鐘~2小時，升溫速率為10 ~50 ℃/min，自然降溫，在退火過程中，持續(xù)通保護氣體N₂，流量為10~35 mL/min，即可得到CTS薄膜。

所述CTS薄膜的厚度為1.0~2.0 μm。

所述銅鹽、錫鹽為銅和錫的硝酸鹽、硫酸鹽、醋酸鹽或氯化鹽。

所述含硫化合物為硫粉、硫脲、硫代乙酰胺或硫醇。

所述有機溶劑為乙醇、乙二醇甲醚、二甲基亞砜、乙醇胺、乙二醇或水。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有的優(yōu)點：本發(fā)明不經過后硫化過程，無需真空設備，制備周期短，生產成本低，易于控制、操作簡便、便于工業(yè)化生產；所用有機溶劑綠色環(huán)保，對制作環(huán)境的要求低；實驗可重復性和穩(wěn)定性也比較好，在太陽能電池方面有較好的應用價值。

附圖說明

圖1是CTS薄膜的典型表面及截面形貌圖。

圖2是CTS薄膜的帶隙隨硫含量變化關系圖，圖中S/M為前驅體溶液中硫源與金屬的比例。

具體實施方式

實施例1

將0.8 mol/L醋酸銅和0.44 mol/L無水氯化亞錫加入至10 mL二甲基亞砜中，攪拌至完全溶解，然后加入2.48 mol/L硫脲形成透明澄清的CTS前驅體溶液；(2) 利用勻膠機將CTS溶膠前驅體旋涂到清洗干凈的玻璃基底上，然后在加熱板上300 ℃干燥5分鐘，反復旋涂7次；(4)待旋涂完畢后將樣品置于管式爐中580 ℃退火10分鐘，升溫速率為10 ℃/min，在退火過程中，持續(xù)通保護氣體N₂，流量為15 mL/min，即可得到厚度約為1 μm的CTS薄膜。帶隙為1.09 eV，如附圖2所示。

實施例2

將0.8 mol/L醋酸銅和0.44 mol/L無水氯化亞錫加入至10 mL二甲基亞砜中，攪拌至完全溶解，然后加入4.96 mol/L硫脲形成透明澄清的CTS前驅體溶液；(2) 利用勻膠機將CTS溶膠前驅體旋涂到清洗干凈的玻璃基底上，然后在加熱板上300 ℃干燥5分鐘，反復旋涂7次；(4)待旋涂完畢后將樣品置于管式爐中580 ℃退火10分鐘，升溫速率為10 ℃/min，在退火過程中，持續(xù)通保護氣體N₂，流量為15 mL/min，即可得到厚度約為1 μm、晶粒較大的CTS薄膜。帶隙為1.05 eV，如附圖2所示。

實施例3

將0.8 mol/L醋酸銅和0.44 mol/L無水氯化亞錫加入至10 mL二甲基亞砜中，攪拌至完全溶解，然后加入7.44 mol/L硫脲形成透明澄清的CTS前驅體溶液；(2) 利用勻膠機將CTS溶膠前驅體旋涂到清洗干凈的玻璃基底上，然后在加熱板上300 ℃干燥5分鐘，反復旋涂7次；(4)待旋涂完畢后將樣品置于管式爐中580 ℃退火10分鐘，升溫速率為10 ℃/min，在退火過程中，持續(xù)通保護氣體N₂，流量為15 mL/min，即可得到厚度約為1 μm、表面平整且相成分單一的CTS薄膜，如附圖1所示。帶隙為1.02 eV，如附圖2所示。