[发明专利]用Se纳米晶制作CIS吸收层的方法

说明书

技术领域

本发明涉属于材料合成领域，具体涉及一种用Se纳米晶制作CIS太阳能电池吸收层的方法。

背景技术

环境污染和能源衰竭等问题与全球经济发展之间的矛盾日益突出，加上人类对可再生能源的不断需求，这样就促使人们致力于开发新的能源。太阳能作为一种可再生能源有着其它能源不可比拟的优势，因此，合理利用好太阳能将是人类解决能源问题的长期发展战略，太阳能电池的开发已成为解决能源和环境问题的重要途径。随着光伏组件的广泛使用，提高太阳能电池的转换率、降低成本是目前光伏发电的主要问题。

CIS系材料指的是CuInS₂、CuInSe₂、CuIn(S，Se)₂，均属于直接带隙半导体材料，禁带宽度与太阳光谱匹配良好，具有转化率高和稳定性好等特点，被公认为很有潜力的太阳能吸收层材料之一。

Hugh W.Hillhouse，Qijie Guo小组在Nano Letters,2009.vol.9，No.3060-3065期刊上公开了一种制作CuInS₂纳米晶和制作CIS吸收膜层的方法：使用油胺作为溶剂，Cu.、In盐、S元素作为反应物，Schlenk line合成CIS纳米晶；Se蒸汽中热处理吸收膜层，其电池转化率约为5%左右。近年来，使用油胺、乙二胺、二乙撑三胺等有机物作为溶剂合成出CIS纳米晶的文献不在少数，但由于合成过程中，需要在Se蒸汽中进行热处理，反应温度高、设备要求高、产率低等缺点限制了其广泛应用。

为了降低反应温度，降低对设备的要求，降低生产成本，大规模获得CIS原料，本发明提出了一种新的用Se纳米晶制作CIS吸收层的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种操作简单、成本低廉、可大规模生产的用Se纳米晶制作CIS太阳能电池吸收层的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：用Se纳米晶制作CIS吸收层的方法，包括如下步骤：

a、合成CIS纳米晶（即含Cu、In和S元素的纳米晶）：将CuCl₂和InCl₃置于容器中，加入去离子水搅拌溶解，搅拌过程中滴入MAA，混合均匀后加入Na₂S水溶液，然后加热、保温、冷却、离心提纯制得棕红色CIS纳米晶；

合成含Cu和S元素的纳米晶：将CuCl₂置于容器中，加入去离子水搅拌溶解，搅拌过程中滴入MAA，混合均匀后加入Na₂S水溶液，然后加热、保温、冷却、离心提纯制得棕黄色含Cu和S元素的纳米晶；

合成含In和S元素的纳米晶：将InCl₃置于容器中，加入去离子水搅拌溶解，搅拌过程中滴入MAA，混合均匀后加入Na₂S水溶液，然后加热、保温、冷却、离心提纯制得黄色含In和S元素的纳米晶；

合成Se纳米晶：将SeO₂和阿拉伯树胶溶于去离子水中，再加入抗坏血酸溶液，沉淀除去上清液制得红色Se纳米晶；

b、配置成膜原料：根据配置成膜原料的需要，选择步骤a制得的CIS纳米晶、含Cu和S元素的纳米晶、含In和S元素的纳米晶中的至少一种与Se纳米晶混合，制得含Cu、In、S和Se纳米晶的成膜原料；

c、热处理制得CIS吸收层：将步骤b制得的成膜原料涂在经过亲水处理的FTO玻璃基片上，低温烘干定型，然后在惰性气体保护下高温热处理使纳米晶重结晶，制得致密的CIS吸收层。

所述阿拉伯树胶是一种多糖，它的作用是将还原出的Se迅速的包裹起来，以防它们团聚，形成分散效果好的Se纳米晶。

所述抗坏血酸是维生素C。

所述MAA是指硫代乙醇酸。

其中，上述方法步骤c中，所述低温烘干是指在150℃温度下除去成膜原料中易挥发的溶剂。

其中，上述方法步骤c中，所述高温热处理采用的温度为500℃。

其中，上述方法合成CIS纳米晶步骤中，CuCl₂、InCl₃和Na₂S的配比为：Cu、In、S的物质的量之比为1︰1︰2。

其中，上述方法合成含Cu和S元素的纳米晶步骤中，CuCl₂和Na₂S的配比为：Cu、S的物质的量之比为1︰1。