[发明专利]纳米晶促铜锌锡硫颗粒生长的薄膜制备方法

说明书

本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：