[发明专利]一种湿化学法制备CuInS2薄膜的方法

说明书

技术领域    

本发明属于光电材料新能源领域，具体涉及一种湿化学法制备铜铟硫薄膜的方法。

背景技术

随着能源危机的爆发，可再生能源成为人们未来发展的焦点。光伏发电一直被认为是解决未来人类能源的首选。太阳能是一种清洁、持续的可再生能源，太阳能电池在光伏产业中占有较大比重。相对于晶体硅，薄膜太阳能电池在成本和技术方面具有很大的优势，将会是未来研究和发展的重点。CuInS₂材料的禁带宽度为1.55eV，与理想太阳能光谱相接近，并且其自身不添加别的元素就可以调节自身禁带宽度，同时对温度变化不敏感，这会简化薄膜的制备技术难度。由于CuInS₂薄膜电池具有较高的转换效率和较低的成本，其将成为未来光伏产业发展的热点。

CuInS₂薄膜制备方法很多，目前研究最多的是：共蒸发法、电沉积法和溅射法。其中，共蒸发方法技术简单，能够生成质量较好的膜，电池效率较高；但是蒸发法无法实现大面积成膜，重复性低，原材料的利用率低，相对于贵重金属来讲浪费大，不利于降低成本。电沉积方法可以实现元素的精确控制，但对基底要求较高，不能在柔性衬底上来实现膜的生成。溅射法能够制备出均匀、致密、与基底结合牢固的膜，其缺点是真空度高、技术复杂，原材料利用率也不高，不利于大面积薄膜制备，同时对于不规则和柔性衬底成膜困难。这些缺点的存在，使得它们在大规模工业化方面具有一定的限制。

发明内容

针对上述问题，本发明目的在于提供一种湿化学法制备CuInS₂薄膜的方法，该方法利用溶液中铟离子、铜离子和硫离子的自然化学沉积来制膜，条件温和、操作简便、成本低廉，制得的薄膜具有良好的光电性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种湿化学法制备CuInS₂薄膜的方法，该方法为：在含有铟、硫离子的溶液a中利用湿化学法在基底上沉积成膜；然后将膜放在含有铜、硫离子的溶液b中沉积得到预制复合薄膜；再将预制复合薄膜放在有固态硫源的真空、氮气或氩气气氛下进行退火处理，最终生成铜铟硫薄膜，其中沉积过程在常温常压条件下进行。

一般的，在溶液a中的沉积时间为72－144h，在溶液b中的沉积时间为1－5h。

其中，铟、铜离子分别选自相应的硫酸盐、硝酸盐或氯化物，硫离子选自硫化钠或硫代乙酰胺。

所述退火处理的温度为350—500℃，退火时间为20—90min。

具体的，预制复合薄膜放在有固态硫源的真空、氮气或氩气气氛下以10 ℃/min的速率升温至400—500 ℃。

所述基底材料优选为ITO导电玻璃、FTO导电玻璃、金属Mo、镀Mo的钠钙玻璃、不锈钢或普通载玻片等。

沉积反应在聚四氟乙烯槽内进行，反应过程中将槽置于干燥容器中。

具体的，一种湿化学法制备CuInS₂薄膜的方法：在含有铟、硫离子的溶液a中利用湿化学法在基底上沉积72－144h成膜；然后将膜放在含有铜、硫离子的溶液b中沉积1－5h得到预制复合薄膜；再将预制复合薄膜放在有固态硫源的真空、氮气或氩气气氛下以10 ℃/min的速率升温至350—500 ℃退火处理20—60min，最终生成铜铟硫薄膜，其中沉积过程在常温常压条件下进行，铟、铜离子分别选自相应的硫酸盐、硝酸盐或氯化物，硫离子选自硫化钠或硫代乙酰胺。

本发明湿化学沉积法主要利用以下的反应原理：

In³⁺+S^2-= In₂S₃                          （1-1）

Cu²⁺+S^2-=Cu_XS                 （1-2）

 Cu_XS+ In₂S₃+S= CuInS₂            （1-3）