[发明专利]一种用于太阳能电池的基于纳米粒子铜铟硫硒薄膜的制备方法

摘要

一种用于太阳能电池的基于纳米粒子铜铟硫硒薄膜的制备方法，采用磁控溅射法，在衬底的一侧沉积钼金属层作为背电极，在钼金属层背电极上制备铜铟硫吸收层，将铜铟硫吸收层衬底在硒化炉中进行硒化处理，制得铜铟硫硒吸收层；在铜铟硫硒吸收层上依次制备CdS缓冲层、本征氧化锌高阻层、氧化铟锡薄膜低阻抗层，制得用于太阳能电池的铜铟硫硒薄膜。优点是：选用的原料安全环保，操作方法简便，不引入其它杂质，太阳能电池转换效率高；并且对设备要求低，能源消耗小，对环境友好，适合工业化生产。

主权项

一种用于太阳能电池的基于纳米粒子铜铟硫硒薄膜的制备方法，其特征是：具体步骤如下：1.1、在衬底上制备钼金属背电极用厚度为1 mm的钠钙玻璃片作为衬底，经过清洗后，采用磁控溅射法，在衬底的一侧沉积厚度为1 µm～1.5 µm的钼金属层作为背电极；其中，溅射腔的真空度为1.0×10‑3 Pa～1.0×10‑4 Pa，通入纯度为99.99 %的氩气作为反应气体，沉积时气压控制在0.5 Pa～2.5 Pa，衬底温度为200 ℃～300 ℃，溅射功率为100 W～200 W；1.2、在钼金属背电极上制备铜铟硫吸收层1.2.1、配制金属盐前驱体溶液将氢氧化铟、氧化亚铜、二硫化碳和一正丁胺混合并在超声条件下溶解，抽滤得到滤饼，将滤饼加入到有机溶剂中配制成金属盐前驱体溶液；所述氢氧化铟与氧化亚铜的摩尔比为1:0.5～1:0.9，所述氢氧化铟与一正丁胺的摩尔体积比为1:0.8 mmol/mL～1:1.5 mmol/mL，所述氢氧化铟与二硫化碳摩尔体积比为1:0.5 mmol/mL～1:1 mmol/mL，所述氢氧化铟与有机溶剂的摩尔体积比为1:0.8 mmol/mL～1:1 mmol/mL；其中，有机溶剂为甲醇、乙醇或氯仿；1.2.2、制备CuInS2纳米晶将氢氧化铟、氧化亚铜和一正丁胺混合并在超声条件下溶解，配制成氢氧化铟摩尔浓度为1 mmol/mL、氧化亚铜摩尔浓度为0.5 mmol/mL～0.9 mmol/mL的溶液，加入用一正丁胺、二硫化碳与巯基丙酸按照体积比14:1:1配制的溶液中混合均匀，得到氢氧化铟‑氧化亚铜‑二硫化碳‑巯基丙酸混合溶液；所述氢氧化铟与二硫化碳的摩尔体积比为1:0.1 mmol/mL，用溶剂热法制备CuInS2纳米晶；1.2.3制备铜铟硫吸收层将CuInS2纳米晶超声分散于金属盐前驱体溶液中得到均匀的纳米晶前驱体溶液，所述CuInS2纳米晶与金属盐前驱体溶液的质量体积比为5 mg/mL，采用一步旋涂法在钼金属层背电极上制备厚度为1 µm～1.5 µm铜铟硫吸收层；1.3、对铜铟硫吸收层进行硒化处理将制得的铜铟硫吸收层衬底和硒粉封装在密闭的玻璃试管中放入硒化炉，玻璃试管内充氩气为保护气体，将硒化炉以10 ℃/min～20 ℃/min速度升温，在450 ℃～550 ℃下对铜铟硫吸收层进行硒化处理45 min～70 min，制得厚度为2 µm～3 µm铜铟硫硒吸收层；1.4、在铜铟硫硒吸收层上制备CdS缓冲层将硫酸镉溶解于去离子水中配制浓度为0.2 mg/mL～0.4 mg/mL的硫酸镉溶液，加入氨水调节溶液pH值至9～13，加入硫脲，得硫酸镉‑硫脲混合溶液；所述硫脲与硫酸镉的质量比为2:1～3:1；将制得的铜铟硫硒吸收层衬底放入硫酸镉‑硫脲混合溶液中，在60 ℃～80 ℃水浴条件下反应10 min～20 min，在铜铟硫硒吸收层上制得厚度为60 nm～100 nm的CdS缓冲层；1.5、在CdS缓冲层上制备本征氧化锌高阻层采用射频磁控溅射法，以烧结纯度为99.99 %的氧化锌陶瓷靶为靶材，在CdS缓冲层上制备厚度为50 nm～80 nm的本征氧化锌高阻层；其中，衬底温度保持为室温，射频磁控溅射的工作压力为0.1 Pa～1 Pa，工作气体是纯度为99.99 %的氩气，溅射功率为50 W～125 W；1.6、在本征氧化锌高阻层上制备氧化铟锡薄膜低阻抗层采用真空直流磁控溅射法，以铟锡氧化物为靶材，所述铟锡氧化物中In2O3与 SnO2的质量比为9:1；其中，衬底温度保持在室温，工作气体是纯度为99.99 %的氩气，工作气压为2 Pa～3 Pa，溅射功率为50 W～125 W；在本征氧化锌高阻层上制备厚度为100 nm～200 nm的氧化锡铟薄膜低阻抗层，制得用于太阳能电池的铜铟硫硒薄膜。