[发明专利]一种吸光层薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池的技术领域，尤其涉及一种铜基薄膜太阳能电池吸光层的制备方法。

背景技术

无机薄膜太阳能电池由于具有半导体材料用料少和光电转换效率高的优点，成为太阳能电池领域的一个热点。在无机薄膜太阳能电池中，铜基半导体薄膜太阳能电池，例如铜铟镓硒和铜锌锡硒，具有非常高的光电转换效率，目前小面积的效率已经超过20%，从而吸引了人们广泛的关注。铜基薄膜太阳能电池主要通过真空共沉积和磁控预溅射金属预制层加后硒化的方法制备，但是此种方法需要昂贵的真空设备。

针对铜基薄膜太阳能电池制作成本高的问题，液相法制备高效的铜基薄膜太阳能电池有着非常诱人的前景。液相法制备薄膜太阳能电池不需要在真空环境下进行，且能大面积成膜以及材料的利用率高，因此能大幅度降低薄膜太阳能电池的制作成本。

目前，液相法制备铜基薄膜太阳能电池，主要包括分子前体溶液法、纳米晶溶液法以及溶胶凝胶法。由于纳米晶的制备过程繁琐、产率低、纳米晶表面的有机配体难以除去等缺点，纳米晶溶液法制备的铜基薄膜太阳能电池的效率一直不高。溶胶凝胶法由于使用金属氯化物、硝酸盐等前体，需要加入有机表面活性剂防止薄膜裂缝的产生，最后制备的薄膜不可避免的含有大量的氯和碳等杂质元素，导致这类电池的效率一直在5%左右徘徊。分子前体溶液法目前只有无水肼作为溶剂取得了成功，将硫化物、硒化物等化合物溶于无水肼中，然后旋涂加热，即得到吸光层薄膜，将吸光层薄膜用于制备薄膜太阳能电池，电池的效率可以达到10~13%。例如，IBM公司使用无水肼作为溶剂，把Cu₂S、In₂Se₃、金属Ga、硒粉溶解到无水肼中，然后旋涂加热分解，制备铜镓铟硒薄膜太阳能电池，其光电转换效率已经达到13.6%。然而，无水肼作为一种火箭推进剂，毒性极大、不稳定、易爆炸，因此采用无水肼作为溶剂制备吸光层薄膜这种方法很难实现大规模的应用。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种适用性广的吸光层薄膜的制备方法。

有鉴于此，本发明公开了一种吸光层薄膜的制备方法，包括：

将二硫化碳、第一胺类化合物、第一溶剂与前体物质混合，反应，得到第一前体溶液，所述前体物质包括铜源化合物，所述第一胺类化合物为伯胺和仲胺中的一种或两种，所述第一溶剂为水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、四氢呋喃、N，N二甲基甲酰胺、N，N二甲基乙酰胺、氯仿、甲苯、氯苯、丙酮、乙醚、乙酸乙酯或二甲基亚砜；

将所述第一前体溶液在基底上成膜，将成膜后的基底加热，得到半导体薄膜；

将所述半导体薄膜硒化或硫化，得到吸光层薄膜。

优选的，所述铜源化合物为氧化铜、氧化亚铜、氢氧化铜、碱式碳酸铜、碳酸铜、甲酸铜、乙酸铜、草酸铜和乙酰丙酮铜中的一种或多种。

优选的，所述前体物质还包括第一前体物质，所述第一前体物质为氢氧化铟、乙酰丙酮铟、甲酸铟、乙酸铟、氧化铟、氧化锌、乙酰丙酮锌、乙酸锌、碳酸锌、草酸锌、碱式碳酸锌、氧化亚锡、乙酸亚锡、草酸亚锡、氧化亚锰、氧化亚钴、氧化亚镍、氢氧化铁、乙酰丙酮铁、氧化镉、氢氧化镉、碳酸镉、三氧化二锑、乙酰丙酮镓、甲酸镓、乙酸镓、硝酸镓、硝酸铝、硫酸铝和硼酸中的一种或多种。

优选的，所述前体物质还包括第二前体物质，所述第二前体物质为硒粉和硫粉中的一种或两种。

优选的，所述第一胺类化合物为乙醇胺、甲胺、乙胺、丙胺、丁胺、己胺、辛胺、二甲胺、二乙胺、二丙胺、二丁胺、甲基己基胺、吡咯和四氢吡咯中的一种或多种。

优选的，得到吸光层薄膜之后还包括：

将二硫化碳、第二胺类化合物、第二溶剂与第三前体物质混合，反应后得到第二前体溶液，所述第二胺类化合物为伯胺和仲胺中的一种或两种，所述第二溶剂为水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、四氢呋喃、N，N二甲基甲酰胺、N，N二甲基乙酰胺、氯仿、甲苯、氯苯、丙酮、乙醚、乙酸乙酯或二甲基亚砜，所述第三前体物质为氢氧化铟、乙酰丙酮铟、甲酸铟、乙酸铟、氧化铟、氧化锌、乙酰丙酮锌、乙酸锌、碳酸锌、草酸锌、碱式碳酸锌、氧化亚锡、乙酸亚锡、草酸亚锡、氧化亚锰、氧化亚钴、氧化亚镍、氢氧化铁、乙酰丙酮铁、氧化镉、氢氧化镉、碳酸镉、三氧化二锑、乙酰丙酮镓、甲酸镓、乙酸镓、硝酸镓、硝酸铝、硫酸铝和硼酸中的一种或多种；

将所述第二前体溶液在所述吸光层薄膜表面成膜，将表面成膜的吸光层薄膜加热，得到缓冲层薄膜。