[发明专利]纳米晶促铜锌锡硫颗粒生长的薄膜制备方法在审

专利信息
申请号: 202211577708.4 申请日: 2022-12-09
公开(公告)号: CN115872439A 公开(公告)日: 2023-03-31
发明(设计)人: 童正夫;刘志锋;韩长存;方黎;柳阳;王文君;谭保华 申请(专利权)人: 湖北工业大学
主分类号: C01G19/00 分类号: C01G19/00
代理公司: 武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 42222 代理人: 齐晨涵
地址: 430068 湖*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 纳米 晶促铜锌锡硫 颗粒 生长 薄膜 制备 方法
【说明书】:

发明公开了一种纳米晶促铜锌锡硫颗粒生长的薄膜制备方法。该方法包括以下步骤:首先,将纳米晶溶于有机溶液A中制备成稳定的乳液B;其次,将乳液B缓慢滴入CZTS的前驱体溶液C中制备成前驱体溶液D;再次,前驱体溶液D进行旋涂制备成CZTS预制层薄膜,然后将其进行退火处理,完成CZTS薄膜的制备。纳米晶作为前驱体溶液C的添加物可以在CZTS预制层薄膜退火过程中充当晶种,促进薄膜中CZTS颗粒的生长。

技术领域

本发明涉及薄膜制备领域,具体涉及一种纳米晶促铜锌锡硫颗粒生长的薄膜制备方法。

背景技术

作为一种绿色无毒的光吸收材料,铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4,CZTS)被广泛的研究,并应用于薄膜太阳电池领域。虽然CZTS薄膜太阳电池器件效率已经突破10%,但相比较于单晶硅以及钙钛矿太阳电池,其器件效率仍然处于较低的水平。限制其器件效率提升的一个重要原因在于多晶CZTS薄膜的晶界过多,无法形成优良的载流子运输通道,致使其载流子寿命仅为几十ns级别,较大的限制了CZTS薄膜太阳电池器件的性能。因此,如何制备大颗粒,少晶界的多晶甚至单晶CZTS薄膜是提升其太阳电池器件性能的关键。本发明中通过在前驱体溶液中添加纳米晶作为后续成膜的晶种,以提高CZTS纳米颗粒的生长。

发明内容

本发明的目的在于针对CZTS薄膜制备工艺的技术不足,提供一种纳米晶促CZTS颗粒生长的薄膜制备方法,以改善CZTS薄膜太阳电池器件的性能。

为实现上述目的,本发明的技术方案如下,本方法包括以下步骤:

S1:将Cu2SnS3纳米颗粒分散于有机溶液A中制备成稳定的乳液B;

S2:将乳液B缓慢滴入CZTS的前驱体溶液C中制备成前驱体溶液D;

S3:将前驱体溶液D进行旋涂制备成CZTS预制层薄膜;

S4:将制备成CZTS预制层薄膜进行退火处理,完成CZTS薄膜的制备。

作为优选地,所述步骤S1中,Cu2SnS3纳米颗粒的尺寸选取为2-10nm,纳米级的颗粒有利于高温条件体之间的相互吞噬融合;步骤S1中,分散Cu2SnS3纳米颗粒的有机溶剂为丙硫醇、戊硫醇、2-丙基硫醇、环戊硫醇或正十二硫醇中的任一种;步骤S1中,分散Cu2SnS3纳米颗粒的乳液B的溶度为10-1000mmol/L。

进一步地,所述步骤S2中,乳液B被缓慢滴入1-10mol/L的CZTS的前驱体溶液中,被分散的Cu2SnS3纳米颗粒占原始CZTS前驱体中物质的比例为1/1000至5/100。

进一步地,所述步骤S3中,制备的前驱体溶液D的旋涂速度为5-15s低转速200-1500rpm,20-60s高转速3000-6000rpm。

进一步地,所述步骤S4中,退火气氛为S蒸气,升温速度为10-30min升温至450℃,30-120min升温至600℃,保温30-60min。

本发明的技术原理如下:

在本发明提供的制备方法中,纳米颗粒在前驱体溶液以及预制层中的分散比例,直接影响到其在预制层的均匀分散程度,进而影响退火过程中CZTS薄膜的成膜质量。该纳米颗粒为CZTS成膜过程中的重要中间产物,一定尺寸的高度分散的Cu2SnS3为CZTS成核提供了大量聚合中心,促进了小尺寸CZTS颗粒的相互融合,利于CZTS颗粒的进一步的长大,从而实现少晶界大颗粒尺寸的CZTS薄膜的制备。

与现有技术相比,本发明的优点及有益效果如下:

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