一種硫酸鹽體系兩步法制備銅銦硒光電薄膜的方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種硫酸鹽體系兩步法制備銅銦砸光電薄膜的方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于太陽(yáng)能電池用光電薄膜制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種硫酸鹽體系兩步法制備銅銦砸光電薄膜的方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源緊缺及消費(fèi)能源帶來(lái)的污染已成為國(guó)內(nèi)社會(huì)發(fā)展中的突出問(wèn)題，煤炭、石油等為不可再生資源，因此開(kāi)發(fā)利用清潔可再生能源對(duì)保護(hù)環(huán)境、保證經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和構(gòu)筑和諧社會(huì)都有重要的意義。光伏發(fā)電具有安全可靠、無(wú)噪聲、無(wú)污染、制約少、故障率低、維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，可以利用太陽(yáng)能這種清潔、安全和環(huán)保的可再生能源，因此近幾十年來(lái)太陽(yáng)能電池的研究和開(kāi)發(fā)日益受到重視。
[0005]銅銦砸薄膜太陽(yáng)電池目前可以認(rèn)為是最有發(fā)展前景的薄膜電池，這是因?yàn)槠湮諏硬牧螩uInSe2具有一系列的優(yōu)點(diǎn):(I)在CuInSe2基礎(chǔ)上摻雜其它元素，如使Ga或Al部分取代In原子，用S部分取代Se即制備成Cu(Im—xGax)Se2，Cu(Im—xGax) (Se2—ySy)，Cu(Im—XA1X)(Se2-xSx)，其晶體結(jié)構(gòu)仍然是黃銅礦。改變其中Ga/(Ga+In)等的原子比，可以使其禁帶寬度在1.04?1.72eV之間變化，包含高效率吸收太陽(yáng)光的帶隙范圍1.4?1.6eV; (2) CuInSe2^Cu(ImiGax)Se2是直接帶隙的半導(dǎo)體材料，對(duì)太陽(yáng)光譜響應(yīng)特性非常大，它的吸收系數(shù)很高，光吸收率高達(dá)I?6 X 15Cnf1,因而電池中所需CuInSe2、Cu( Im-xGax)Se2薄膜厚度很小，約2μm，最適于太陽(yáng)電池薄膜化；(3)化學(xué)計(jì)量比CuInSe2的光量子效率高；(4)高的光電轉(zhuǎn)換效率；(5)在較寬成分范圍內(nèi)電阻率都較??；(6)抗輻射能力強(qiáng)，沒(méi)有光致衰減效應(yīng)，因而使用壽命長(zhǎng)；(7) Cu(ImiGax)Se2系電池容易做成多結(jié)系統(tǒng)。在4個(gè)結(jié)電池中，從光線入射方向按禁帶寬度由大到小順序排列，這時(shí)的理論轉(zhuǎn)換效率極限可以超過(guò)50%。(8) P型CIGS材料的晶格結(jié)構(gòu)與電子親和力都能跟普通N型窗口材料(如CdS、ZnO)匹配。
[0006]目前處于先進(jìn)水平的Cu(Im-xGax)Se2光伏吸收材料都是在真空條件下沉積制備的，主要有真空蒸鍍法和(銅銦合金膜)濺射一砸化法。CuInSe2基吸收層的生產(chǎn)需要采用沉積合金層的昂貴的真空技術(shù)。真空技術(shù)中操作復(fù)雜難度大，所得薄膜也不均勻。另外含有砸化的工藝中薄膜也不均勻，難以控制各組分的化學(xué)計(jì)量比，其中H2Se和Se的毒氣污染環(huán)境和危害操作人員。
[0007]與前面所述方法一樣，其它方法也有不同的缺陷。與本發(fā)明相關(guān)的還有如下文獻(xiàn):[I] M.Valdes, M.Vazquez, A.Goossens, Electrodeposit1n of CuInSe2 and
In2Se3 on flat and nanoporous T1O2 substrates, Electrochimica Acta 54 (2008)524-529.主要描述了用電沉積法分別制備In2Se3和CuInSe2薄膜，并對(duì)其性能進(jìn)行了表征。
[0008][2] Amol C.Badgujar, Sanjay R.Dhage, Shrikant V.Joshi, Processparameter impact on properties of sputtered large-area Mo bilayers for CIGSthin film solar cell applicat1ns, Thin Solid Films 589 (2015) 79-84.主要描述了用濺射法制備濺射CIGS，并研究了濺射工藝參數(shù)對(duì)其性能的影響。
[0009][3] Yin-Hsien Su, Tsung-ffei Chang, Wen-Hsi Lee，Bae-Heng Tseng,Characterizat1n of CuInSe2 thin films grown by photo-ass i stedelectrodeposit1n, Thin Solid Films 535 (2013) 343-347.主要描述光輔助電沉積法制備CuInSe2及其光電性能的研究。
[0010][4] Armin E.Zaghi， Marie Buffiere， Jaseok Koo， Guy Brammertz， MariaBatukj Christophe Verbist， Joke Hadermann， Woo Kyoung Kimj Marc Meuris， JefPoortmans, Jef Vleugels, Effect of selenium content of CuInSex alloynanopowder precursors on recrystallizat1n of printed CuInSe2 absorber layersduring selenizat1n heat treatment, Thin Solid Films 582 (2015) 11-17.主要描述砸化熱處理再結(jié)晶對(duì)CuInSex中砸含量的影響，并對(duì)其進(jìn)行了性能表征和形成機(jī)理研究。
[0011][5] Chaehwan Jeongj Jin Hyeok Kimj Fabricat1n of CuInSe2 thin filmsolar cell with selenizat1n of double layered precursors from Cu2Se andIn2Se3 binary, Thin Solid Films 550 (2014) 660-664.主要描述了利用Cu2Se和In2Se3兩元砸化法制備CuInSe2。
[0012][6] Mengxi Wang, Sudip K.Batabyal， Hui Min Limj Zhenggang Li， YengMing Lamj Format1n of CuIn(SxSe1-x)2 microcrystals from CuInSe2 nanoparticlesby two step solvothermal method, Journal of Alloys and Compounds 618 (2015)522-526.主要描述了兩步溶劑熱法制備CuInSe2薄膜，并研究了 01111(3\361-\)2和01111362的結(jié)構(gòu)和性能差異。
[0013][7] Jeng-Shin Maj Subrata Das, Che-Yuan Yang, Fuh-Shan Chen, Chung-Hsin Lu， Hydrothermally-assisted selenizat1n of CuInSe2 thin films on copperfoils, Ceramics Internat1nal 40 (2014) 7555-7560.主要描述了采用水熱輔助砸化法制備CuInSe2相并進(jìn)行了形貌及成分分析。
[0014][8] Jaseok Koo， Chae-ffoong Kimj Chaehwan Jeongj Woo Kyoung Kimj Rapidsynthesis of CuInSe2 from sputter-deposited bilayer In2Ses/Cu2Se precursors,Thin Solid Films 582 (2015) 79-84.主要描述了用分別派射法制備Cu2Se和In2Se3，然后兩元砸化制備CuInSe2。
[0015][9] A.Shanmugave I , K.Srini