[发明专利]一种具有能带梯度分布的铜铟铝硒（CIAS）薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光伏太阳电池吸光材料的制备领域，尤其涉及一种具有能带梯度分布的铜铟铝硒薄膜的制备方法。

背景技术

太阳能是一种清洁、环保的可再生新能源。它能够取代部分化石燃料，成为未来主要能源之一。当前太阳能的利用方式有光热转换和光电转换两种。其中光热转化方式被广泛应用，而最有应用前景的光电转化方式，却由于太阳电池的光吸收层材料及其器件制备成本较高，只能在一些特殊要求的领域得到应用。因此，需要开发一种廉价、高效率的薄膜太阳能电池的制备工艺和技术。

目前，铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池是最有应用前景的太阳能电池之一，但是CIGS薄膜太阳能电池光吸收层的制备需要使用大量的In、Ga等稀有金属，这使得CIGS薄膜电池大规模的推广应用在原料供应方面受到很大的限制，随着这些稀有金属原料的日益消耗，CIGS薄膜电池的成本也将会有所增加。因此，一些研究人员就寻找到一种廉价的、储量高的金属Al来取代Ga，制备成铜铟铝硒薄膜电池。

目前铜铟铝硒薄膜的制备方法主要有磁控溅射法和电沉积法两种，磁控溅射法需要真空设备，投入成本高，而且金属Al易被氧化，使得制备的薄膜中会含有或多或少的铝氧化物。而电沉积法制备的薄膜致密性和附着型都比较差，且电池的转化效率也较低。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种具有能带梯度分布的铜铟铝硒(CIAS) 薄膜的制备方法，旨在解决现有技术中操作复杂、成本高、纯度低、薄膜致密性和附着型差、以及光电转化率低的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种具有能带梯度分布的的铜铟铝硒薄膜的制备方法，包括以下步骤：

将铜源化合物、铝源化合物、铟源化合物、硫源和油胺混合，合成铜铟铝硫纳米颗粒；

将所述铜铟铝硫纳米颗粒分散在有机溶剂中，配制成铜铟铝硫纳米晶墨水；

将所述铜铟铝硫纳米墨水涂敷在镀双层Mo的基体上，形成铜铟铝硒前驱体预制膜，其中，所述镀双层Mo的基体为分别沉积有纯Mo层和掺铝的Mo层的基体；

将所述铜铟铝硒前驱体预制膜经过硒化、退火处理获得铜铟铝硒薄膜。

本发明所述具有能带梯度分布的铜铟铝硒薄膜的制备方法，采用相对廉价的铝化合物作为原料，解决了原料稀少和金属铝易被氧化的问题。此外，本发明是一种非真空制膜技术，它不仅改善了薄膜的能带分布，拓宽薄膜的光吸收范围，促进薄膜对光的吸收和利用，而且采用掺铝的Mo层制备具有梯度分布的铜铟铝硒薄膜，提高了光电转化效率，同时还大大降低了太阳能电池的制造成本，有利于大面积均匀铜铟铝硒薄膜的制备。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种具有能带梯度分布的铜铟铝硒薄膜的溶液制备方法，包括以下步骤：

S01.合成铜铟铝硫纳米颗粒：将铜源化合物、铝源化合物、铟源化合物、硫源和油胺混合，合成铜铟铝硫纳米颗粒；

S02.配制铜铟铝硫纳米晶墨水：将所述铜铟铝硫纳米颗粒分散在有机溶剂中配制成铜铟铝硫纳米晶墨水；

S03.将所述铜铟铝硫纳米墨水涂敷在镀双层Mo的基体上，形成铜铟铝硒前驱体预制膜，其中，所述镀双层Mo的基体为分别沉积有纯Mo层和掺铝的Mo层的基体；

S04.铜铟铝硒薄膜的制备：将所述铜铟铝硒前驱体预制膜经过硒化、退火处理获得铜铟铝硒薄膜。

具体地，上述步骤S01中，为了能有效溶解铜源化合物、铝源化合物、铟源化合物和硫源，且在合成温度范围内稳定、挥发性小，本发明实施例选用油胺作为合成铜铟铝硫纳米颗粒的溶剂。将铜源化合物、铝源化合物、铟源化合物和硫源与油胺混合的方式不受限制，作为优选实施例，可以是将铜源化合物、铝源化合物、铟源化合物和硫源混合后一起加入到油胺中，也可以是分别将铜源化合物、铝源化合物、铟源化合物和硫源加入到油胺中，其加入次序不受限制。其中，在优选实施例中，该铜源化合物为氯化盐、醋酸盐、乙酰丙酮盐、氧化物中的至少一种；所述铝源化合物为氯化盐、醋酸盐、乙酰丙酮盐、氧化物中的至少一种；所述铟源化合物为氯化盐、醋酸盐、乙酰丙酮盐、氧化物中的至少一种；所述硫源为硫粉、硫化氢、二硫化碳、硫脲中的至少一种。