[发明专利]一种吸光层薄膜、其制备方法和铜基薄膜太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池的技术领域，尤其涉及一种吸光层薄膜、其制备方法和铜基薄膜太阳能电池。

背景技术

太阳能电池是利用光电效应或光化学效应把太阳能转换为电能的装置。目前开发的太阳能电池种类很多，包括硅基类薄膜太阳能电池、无机薄膜太阳能电池、有机类薄膜太阳能电池和染料敏化薄膜太阳能电池等，其中，无机薄膜太阳能电池具有半导体材料用料少和光电转换效率高的优点，成为太阳能电池领域的一个热点。无机薄膜太阳能电池中的铜基薄膜太阳能电池具有光电转化率高的优点，吸引了人们广泛关注，目前小面积的铜基薄膜光电转换效率已经超过20％。

以低成本制备铜基薄膜太阳能电池的液相法成为了现有技术研究的热点。液相法主要包括纳米晶溶液法、溶胶凝胶法和分子前体溶液法。由于纳米晶的制备过程繁琐、产率低、纳米晶表面的有机配体难以除去等缺点，纳米晶溶液法没有得到广泛应用。由于使用金属氯化物、硝酸盐等前体，需要加入有机表面活性剂防止薄膜裂缝的产生，制备得到的薄膜含有大量的氯和碳等杂质元素，溶胶凝胶法也没有得到推广。分子前体溶液法制备得到的铜基薄膜太阳能电池，只有以无水肼作为溶剂时，光电转换率高达10％～15％。因此，以无水肼作为溶剂制备铜基薄膜太阳能电池的分子前体溶液法备受关注。

IBM公司将Cu₂S、In₂Se₃、金属Ga和硒粉溶解于无水肼中，然后旋涂加热分解，得到吸光层薄膜；再将所述吸光层薄膜制备成铜镓铟硒薄膜太阳能电池。经测试，铜镓铟硒薄膜太阳能电池的光电转换效率达到13.6％。然而，无水肼的毒性极大、不稳定、易爆炸。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种吸光层薄膜、其制备方法和铜基薄膜太阳能电池，本发明提供的制备方法避免了采用毒性大、不稳定和易爆炸的无水肼为溶剂制备吸光层薄膜。

本发明提供了一种吸光层薄膜的制备方法，包括以下步骤：

将巯基化合物、胺类化合物和前体混合进行反应，得到前体反应溶液；

所述前体包括第一前体和第二前体；

所述第一前体为铜前体；

所述第二前体包括铝前体、镓前体、铟前体、锌前体、锡前体和铁前体中的一种或多种；

将所述前体反应溶液在基底上成膜，对基底进行加热，得到吸光层预制膜；

将所述吸光层预制膜进行硒化反应和/或硫化反应，得到吸光层薄膜。

优选地，所述巯基化合物包括巯基乙酸、巯基乙酸铵、巯基乙胺、巯基丙酸、己硫醇、丁硫醇、丙硫醇、乙硫醇、硫代乙酸和乙二硫醇中的一种或多种。

优选地，所述胺类化合物包括C1～C10的伯胺、乙醇胺、乙二胺和氨水中的一种或多种。

优选地，所述巯基化合物、胺类化合物和前体在溶剂中混合进行反应；

所述溶剂包括水、C1～C4的醇类化合物、四氢呋喃、酰胺类化合物、氯仿、甲苯、氯苯、丙酮、乙醚、乙二醇甲醚、乙酸乙酯和二甲基亚砜中的一种或多种。

优选地，所述前体还包括第三前体；

所述第三前体包括硫前体和/或硒前体。

优选地，所述铜前体包括铜单质、氧化铜、氧化亚铜、氢氧化铜、碳酸铜、草酸铜、氯化铜、氯化亚铜、硝酸铜、乙酸铜、甲酸铜和乙酰丙酮铜中的一种或多种。

优选地，所述第二前体包括铝单质、氧化铝、氢氧化铝、乙酸铝、乙酰丙酮铝、三氯化铝、硝酸铝、甲酸铝、镓单质、氧化镓、氢氧化镓、乙酸镓、乙酰丙酮镓、氯化镓、硝酸镓、甲酸镓、铟单质、氧化铟、氢氧化铟、乙酸铟、乙酰丙酮铟、氯化铟、硝酸铟、甲酸铟、锌单质、氧化锌、氢氧化锌、乙酸锌、乙酰丙酮锌、氯化锌、硝酸锌、甲酸锌、锡单质、氧化锡、二硫化锡、氢氧化锡、乙酸锡、乙酰丙酮锡、氯化锡、硝酸锡、甲酸锡、铁单质、氧化铁、氧化亚铁、氢氧化铁、氢氧化亚铁、乙酸铁、乙酸亚铁、乙酰丙酮铁、乙酰丙酮亚铁、氯化铁、氯化亚铁、硝酸铁、硝酸亚铁和甲酸铁中的一种或多种。

优选地，所述加热的温度为100℃～700℃；

所述加热的时间大于等于0.5min。

优选地，所述硒化反应的温度为350℃～600℃，所述硒化反应的时间为0.1h～1.5h；

所述硫化反应的温度为350℃～600℃，所述硫化反应的时间为0.1h～1.5h。

本发明提供了一种上述技术方案所述制备方法得到的吸光层薄膜，所述吸光层薄膜的厚度为1.0μm～5.0μm。