[发明专利]CuInSe2类太阳能电池材料的制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及铜铟硒CuInSe₂(简称CIS)类太阳能电池材料的制备工艺。

背景技术

铜铟硒CuInSe₂(简称为CIS)是一种直接带隙化合物半导体材料，具有吸收系数高，稳定性好，p、n型可调等优点。被认为是最具潜力的太阳能电池光吸收层材料之一。美国可再生能源实验室采用多元素共蒸发法制备的CIGS薄膜电池的转化效率已达19.5％。CIS类太阳能电池的结构如图1所示。

常温下CulnSe₂禁带宽度约为1.0eV，一般通过加入Ga或Al代替部分In，加入S代替部分Se，形成Cu(In，Ga，Al)(Se_y，S_1-y)₂增大禁带宽度，提高太阳能电池的转换效率。

CuIn_1-xAl_xSe₂(简称CIAS)一直被视为替代CuIn_1-xGa_xSe₂的宽带隙材料，与CuIn_1-x Ga_xSe₂相比，它需要相对较小的合金浓度就可得到相应的带隙。部分掺入Al可以增加CuInSe₂的禁带宽度，而且Al比较廉价，如果代替In，可以降低太阳能电池的制造成本。

目前，对于CIS类材料的研究主要集中在两个方面：CIS类晶体材料制备；CIS类薄膜材料的制备与研究。由于CIS类晶体材料造价昂贵，因此对CIS类晶体材料的主要是理论研究，如在CIS类晶体结构、能带结构以及各类缺陷对材料光伏特性的影响方面的研究。

发明内容

鉴于现有技术所存在的不足，本发明旨在公开一种简单高效的CuInSe₂类太阳能电池材料的制备工艺，进而降低太阳能电池的制造成本。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

一种CuInSe₂类太阳能电池材料的制备工艺，包括如下工艺过程：

(1)准备单质粉末原料；

(2)通过高能球磨法利用自蔓延反应制备化合物粉末；

(3)通过压力设备将上述化合物粉末制备成压块。

所述步骤(1)中的单质粉末原料包括Cu粉、In颗粒、Se粉，其纯度分别为99.99％，99.999％和99.95％，其粒径分别为5-20μm，50-160μm和1-5μm；

所述步骤(2)中，将Cu，In，Se单质粉末按摩尔比1∶1∶2称量，放入球磨容器中，采用球磨仪器进行高能球磨，球磨时间15-20min后，发生自蔓延反应，反应之后继续球磨30-120min，获得CuInSe₂化合物粉末；

所述步骤(3)中，取上述CuInSe₂化合物粉末1-3g，通过压力设备制成CuInSe₂化合物压块材料，其所需压力为10-25KN，压力保持时间为1-5min，获得直径为10mm的CuInSe₂化合物压块。

本发明的另一个技术解决方案是这样实现的：

所述步骤(1)中的单质粉末原料包括Cu粉、In颗粒、Se粉和Al粉，其纯度分别为质量百分比99.99％，99.999％，99.95％和99.999％，其粒径分别为5-20μm，50-160μm，1-5μm和10-50μm；

所述步骤(2)中，将Cu，In，Al，Se单质粉末按摩尔比1∶(1-x)∶x∶2称量，放入球磨容器中，利用球磨仪器进行高能球磨，球磨时间25-30min后，发生自蔓延反应，反应之后继续球磨30-120min，获得CuIn_1-xAl_xSe₂化合物粉末；其中，x的取值范围为0＜x≤0.3；

所述步骤(3)中，将上述CuIn_1-xAl_xSe₂化合物粉末，通过压力设备制成CuIn_1-xAl_xSe₂化合物压块材料；其所需压力为10-25KN，压力保持时间为1-5min，获得直径为10mm的CuIn_1-xAl_xSe₂化合物压块。