[发明专利]Cu2ZnSnS4或Cu2CdSnS4纳米晶薄膜的水浴制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可作为薄膜光伏电池光吸收层的I₂-II-IV-VI₄族半导体纳米晶薄膜的制备工艺。具体的说，是涉及一种Cu₂ZnSnS₄或Cu₂CdSnS₄纳米晶薄膜的水浴制备方法。

背景技术

随着全球经济的快速发展，能源缺乏的问题日益凸显，煤炭、石油、天然气等不可再生资源日益减少，能源的缺乏阻碍着各国经济的发展。寻找蕴藏丰富、不会枯竭，安全、干净新能源成为当前人类面临的迫切问题。占地球总能量99%以上的太阳能,具有取之不尽,用之不竭,没有污染的特点,因而成为各国科学家竞相开发和利用的新能源之一。我国是能源消耗大国，每年的煤炭、石油消耗量都居世界前列，人们越来越清楚地认识到能源对于经济发展、城市建设的重要性，而在环境保护呼声越来越高的今天，大力发展利用太阳能将是一个改善我国能源困境的很好途径。 

目前研究和应用最广泛的太阳能电池主要是单晶硅、多晶硅和非晶硅系列光伏电池。虽然这些光伏器件都取得了较高的转换效率，然而硅电池发电成本是传统发电成本的2至3倍，而且进一步提高硅材料光伏器件效率和降低成本的难度已经越来越大，限制了其民用化。这促使人们开始寻找廉价、环境稳定性高、具有良好光伏效应的新型太阳电池材料。近来开发的Cu₂ZnSnS₄和Cu₂CdSnS₄新材料不仅拥有与太阳光谱相匹配的直接带隙(1.0-1.5eV)，也具有大的吸收系数(可见光区的吸收系数大于10⁴cm^-1)，以Cu₂ZnSnS₄作为吸收层的太阳能电池转换效率已经达到7.2%，而理论效率更是高达32%，它是极具潜力的新型薄膜光伏电池吸收层材料。制备Cu₂ZnSnS₄和Cu₂CdSnS₄薄膜的方法分为物理法和化学法，一般是先制备纳米晶再烧结形成纳米晶薄膜，直接成膜的技术目前只有磁控溅射。磁控溅射技术可以制备出高质量的小面积Cu₂ZnSnS₄和Cu₂CdSnS₄多晶薄膜，所制作的光伏电池转换效率也较高。然而，高真空环境的要求使电池的生产投资成本大大增加；真空沉积腔上沉淀的物质造成原料的浪费；在制备大面积Cu₂ZnSnS₄和Cu₂CdSnS₄薄膜时，该方法难以保证薄膜厚度的均匀性和化学成分的均一性，导致器件性能下降。而采用水浴法制备Cu₂ZnSnS₄和Cu₂CdSnS₄纳米晶薄膜，不需要昂贵的高真空设备即可得到化学计量比适合的均匀Cu₂ZnSnS₄和Cu₂CdSnS₄薄膜，材料的利用率非常高，这对于降低电池制作成本非常有益，同时也为研发大面积Cu₂ZnSnS₄和Cu₂CdSnS₄薄膜太阳电池提供了新思路。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本、高质量的Cu₂ZnSnS₄或Cu₂CdSnS₄纳米晶薄膜的制备方法，这一制备方法操作简单，所用前躯体材料成本低廉，制备的纳米晶薄膜均匀致密，可以用做光伏器件的吸收层。

本发明一种Cu₂ZnSnS₄或Cu₂CdSnS₄纳米晶薄膜的制备方法，其特征在于具有如下的过程和步骤：