[发明专利]一种铜基吸光层薄膜及其制备方法、铜基薄膜太阳能电池

说明书

本发明提供了一种铜基吸光层薄膜及其制备方法、铜基薄膜太阳能电池。该制备方法包括如下步骤：将金属单质、二硫醚化合物、硫醇化合物、氨/有机胺类化合物和溶剂混合并进行反应，获得金属‑硫醇盐配位化合物的前驱体溶液；将所述前驱体溶液在一基底上成膜，在预设温度下进行加热退火处理，获得吸光层前驱体薄膜；将所述吸光层前驱体薄膜进行硒化和/或硫化处理，获得铜基吸光层薄膜。根据本发明的方案，用来制备铜基吸光层薄膜的方法简单，避免了采用毒性大、不稳定和易爆炸的无水肼为溶剂，且基于该方法制备获得的铜基薄膜太阳能电池的光电转换效率为5‑16％。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种铜基吸光层薄膜的制备方法、铜基吸光层薄膜以及铜基薄膜太阳能电池。

背景技术

随着能源和环境问题日趋严峻，将太阳能转换成电能的太阳能电池成为各国科学界研究的热点和产业界开发的重点。铜基薄膜太阳能电池以其高稳定性、具有抗干扰、耐辐射能力强而受到各国光伏研究人员的广泛关注。铜基薄膜太阳能电池吸收层决定着太阳能电池的性能，因此，研究吸收层具有至关重要的意义。

目前，铜基薄膜的制备方法大致可以分为真空法和非真空法。真空法主要包括蒸发法和溅射法。而非真空的溶液法，如旋涂法、喷涂和狭缝印刷等，因其操作简便、制备成本低廉等优点而得到了快速发展。发展新型铜基吸光层薄膜制备方法对于提高铜基薄膜质量和相应的电池效率乃至促进其大规模应用是非常重要的。

发明内容

本发明的一个目的提供一种避免采用毒性大、不稳定和易爆炸的无水肼为溶剂来制备铜基吸光层薄膜的方法。

本发明的另一个目的是提供一种基于上述制备方法获得的铜基吸光层薄膜和铜基薄膜太阳能电池。

特别地，本发明提供了一种铜基吸光层薄膜的制备方法，包括如下步骤：

将金属单质、二硫醚化合物、硫醇化合物、氨/有机胺类化合物和溶剂混合并进行反应，获得金属-硫醇盐配位化合物的前驱体溶液；

将所述前驱体溶液在一基底上成膜，在预设温度下进行加热退火处理，获得吸光层前驱体薄膜；

将所述吸光层前驱体薄膜进行硒化和/或硫化处理，获得铜基吸光层薄膜。

可选地，所述金属单质包括铜单质；

所述金属单质还包括锌、锡、铟、镓、锗、铁、锰以及铝中的一种或多种。

可选地，所述二硫醚化合物选自二硫代二乙醇酸、3,3′-二硫代二丙酸、2,2′-二硫代二丙酸、4,4′-二硫代二丁酸、L-胱氨酸、2,2′-二硫二乙醇、胱胺、胱胺二盐酸盐、二甲基二硫醚、二乙基二硫醚、二丙基二硫醚、二丁基二硫醚、4,4'-联硫基二吡啶以及2,2'-联硫基二吡啶中的一种或多种。

可选地，所述硫醇类化合物选自巯基乙酸、3-巯基丙酸、2-巯基丙酸、4-巯基丁酸、L-半胱氨酸、巯基乙醇、半胱胺、半胱胺盐酸盐、甲硫醇、乙硫醇、丙硫醇、丁硫醇、4-巯基吡啶以及2-巯基吡啶中的一种或多种。

可选地，所述氨/有机胺类化合物选自氨水、氨气、C1-C10的伯胺、乙醇胺、乙二胺以及三乙醇胺中的一种或多种。

可选地，所述溶剂选自水、C1-C4的醇类化合物、四氢呋喃、酰胺类化合物、二甲基亚砜、丙酮、乙醚、乙二醇甲醚以及乙酸乙酯中的一种或多种。

可选地，所述吸光层前驱体薄膜制备预设温度为250-550℃；

可选地，所述吸光层前驱体薄膜制备加热退火处理的加热时间为0.5-10min。

可选地，将所述吸光层前驱体薄膜进行硒化或硫化处理的步骤中，所述硒化处理的反应温度为300-650℃，所述硒化处理的反应时间为6-120min；