[发明专利]喷涂一步法制备Cu2ZnSnS4极薄太阳光吸收层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池，具体涉及Cu₂ZnSnS₄极薄太阳光吸收层的制备。

背景技术

Cu₂ZnSnS₄(CZTS)薄膜制备方法很多，包括喷涂热解法、蒸发法、溅射法、脉冲激光沉积法、电化学沉积法、Sol-gel法、丝网印刷法等。目前，CZTS薄膜的制备工艺仍以真空技术为主，如:磁控溅射法、热蒸发法等。但真空技术存在生产设备昂贵、能耗高、工艺复杂等缺点，大大增加了制备成本，不利于大规模商业化生产的实现。因此，如何实现CZTS薄膜的简易制备，降低生产成本，成为领域内最重要的研究课题之一。近年来，一种基于CZTS纳米晶的非真空油墨-印刷法，因具备生产设备简单、投资小、材料利用率高，而且可实现对元素化学计量比的控制和高速、大面积生产等优点，而备受业内关注，其核心为用于油墨制备的CZTS纳米晶的合成。目前，CZTS纳米晶的合成方法主要包括:热注入法、溶剂热法及机械化学法等。郭等人采用热注入法制备CZTS纳米晶，并使用该纳米晶成功获得转换效率为7.2％的电池。但热注入法受制于注射物质速率和物质转移量两个因素，不利于实现CZTS纳米晶的简单和规模化制备；而溶剂热法和机械化学法存在合成周期长的缺陷，亦不利于实现高效、快速的制备。

发明内容

本发明的目的在于，提供喷涂一步法制备Cu₂ZnSnS₄极薄太阳光吸收层的方法，以解决上述问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

喷涂一步法制备Cu₂ZnSnS₄极薄太阳光吸收层的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，在放置有蒸馏水的烧杯中依次加入CuCl₂·2H₂O、Zn(CH₃COO)₂·2H₂O、SnCl₂·2H₂O和硫脲制成前驱体溶液；

步骤二，打开排风机，取铝箔纸包裹在加热炉台上；

步骤三，清洗玻璃载玻片，将玻璃载玻片放置在加热炉台上；

步骤四，设置加热装置对玻璃载玻片进行预热；

步骤五，清洗喷雾装置，取前驱体溶液于喷雾装置中，将喷雾装置喷涂在保持恒温的玻璃载玻片上，前驱体溶液喷上之后可看到颜色的变化，前驱体溶液在高温条件下瞬间完成蒸发沉淀，即最终形成薄膜样品。

本发明通过使用SnCI₂作先驱体时，可以提高结晶性、增强薄膜的导电性和流动性，并能得到适合太阳能电池用的薄膜。本发明有效地降低了制备成本，同时可以保证太阳能电池的转换效率。本发明通过喷涂热解法制备出CZTS薄膜能够节约一定的成本。

所述步骤一中蒸馏水的容量在50ml～70ml之间，依次加入CuCl₂·2H₂O、Zn(CH₃COO)₂·2H₂O、SnCl₂·2H₂O和硫脲的同时使用搅拌装置进行搅拌。

本发明通过搅拌装置能够使加入到蒸馏水中的物质溶解更加充分。

所述搅拌装置是一磁力搅拌器。

本发明通过磁场的同性相斥、异性相吸的原理，使用磁场推动放置在容器中带磁性的搅拌子进行圆周运转，从而达到搅拌液体的目的。

所述CuCl₂·2H₂O的摩尔质量在0.001mol～0.003mol、所述Zn(CH₃COO)₂·2H₂O的摩尔质量在0.0005mol～0.0007mol、所述SnCl₂·2H₂O的摩尔质量在0.0005mol～0.0007mol、所述硫脲的摩尔质量在0.0025mol～0.004mol。

本发明通过限制成分的摩尔质量能够使实验所制备的极薄吸收层性能更加优异。