[发明专利]铜铟镓硫材料的合成方法、薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及光电新能源材料技术领域，尤其涉及铜铟镓硫材料的合成方法、薄膜太阳能电池及其制备方法。

【背景技术】

铜铟镓硫材料是一种半导体材料，其在薄膜光伏、光电探测等领域具有广泛的应用前景。随着市场需求的不断提升，对于用于薄膜光伏领域的铜铟镓硫材料的光电性能有了更高的要求，因此，制备晶体结构的物相灵活可控的铜铟镓硫材料合成方法是对本领域技术研究具有重要意义。

目前，已有一些关于物相可控的铜铟镓硫合成方法的报道，例如，现有技术中公开一种利用硫化银晶种的诱导催化作用制备纤锌矿结构铜铟硫的方法。此外，现有技术中一般通过对反应温度、反应时间、反应前驱体中硫源浓度及反应环境酸碱度等工艺参数综合调制，实现纤锌矿结构和闪锌矿结构铜铟镓硫材料物相可控制备的方法。然而，上述方法的工艺步骤复杂、对工艺条件控制精度的要求极高，不利于生产规模放大与推广应用。

【发明内容】

为克服目前制备组分、物相可调控的铜铟镓硫材料工艺及薄膜太阳能电池步骤复杂的问题，本发明提供一种新型的铜铟镓硫材料的合成方法、薄膜太阳能电池及其制备方法。

本发明为解决上述技术问题，提供一技术方案：一种铜铟镓硫材料的合成方法，将铜、铟、镓的化合物盐溶解于水和络合剂的混合溶液中形成反应前驱体溶液A；将含硫小分子溶解到络合剂中，形成反应前驱体溶液B；将反应前驱体溶液A与反应前驱体溶液B混合后反应制备获得铜铟镓硫材料；其中，通过调节水和络合剂的混合溶液中水与络合剂的体积比，以获得具有闪锌矿结构和/或纤锌矿结构的铜铟镓硫材料。在所述水与络合剂的混合溶液中，当水与络合剂的体积比为0时，所述铜铟镓硫材料具有纤锌矿结构；当水与络合剂的体积比为大于0且小于或等于0.2时，所述铜铟镓硫材料具有闪锌矿与纤锌矿混合结构；当水与络合剂的体积比为大于0.2时，所述铜铟镓硫材料具有闪锌矿结构。

优选地，根据化学式Cu_1-xIn_1-yGa_1-zS_n中铜、铟、镓、硫四种元素的化学计量比，按照摩尔比分别称取所需的铜、铟、镓的化合物盐；其中，0≤x≤0.4，0≤y＜1，0＜z＜1，0＜n≤2。

优选地，所述反应前驱体溶液A中所述含铜、铟、镓的化合物盐含量为5％w/v～80％w/v。

优选地，所述反应前驱体溶液B中含硫小分子的含量为40％w/v～90％w/v。

优选地，所述反应前驱体溶液A与所述反应前驱体溶液B中各组分混合后分别在20～60℃条件下超声处理5～20分钟。

优选地，将上述反应前驱体溶液A与反应前驱体溶液B分别进行分散处理后混合得到反应前驱体溶液C；将反应前驱体溶液C转移到高压釜中密封，加热至150℃～300℃后，反应5h～36h，待反应完成后冷却至室温，得到所需的铜铟镓硫材料。

为解决上述技术问题，本发明进一步提供如下的技术方案，将铜、铟、镓的化合物盐溶解于水和络合剂的混合溶液中形成反应前驱体溶液A；将含硫小分子溶解到络合剂中，形成反应前驱体溶液B；将所述反应前驱体溶液A与所述反应前驱体溶液B混合制备获得铜铟镓硫材料，利用所述铜铟镓硫材料制备薄膜太阳能电池；其中，通过调节水和络合剂的混合溶液中水与络合剂的体积比，以获得具有闪锌矿结构和/或纤锌矿结构的铜铟镓硫材料；在所述水与络合剂的混合溶液中，当水与络合剂的体积比为0时，所述铜铟镓硫材料具有纤锌矿结构；当水与络合剂的体积比为大于0且小于或等于0.2时，所述铜铟镓硫材料具有闪锌矿与纤锌矿混合结构；当水与络合剂的体积比为大于0.2时，所述铜铟镓硫材料具有闪锌矿结构。

为解决上述技术问题，本发明进一步提供如下的技术方案，其包括至少一种铜铟镓硫材料，所述铜铟镓硫材料由反应前驱体溶液A与反应前驱体溶液B混合后反应制备获得，其中，所述反应前驱体溶液A由铜、铟、镓的化合物盐溶解于水和络合剂的混合溶液中形成，所述反应前驱体溶液B由含硫小分子溶解到络合剂中形成；其中，通过调节水和络合剂的混合溶液中水与络合剂的体积比，以获得具有闪锌矿结构和/或纤锌矿结构的铜铟镓硫材料；在所述水与络合剂的混合溶液中，当水与络合剂的体积比为0时，所述铜铟镓硫材料具有纤锌矿结构；当水与络合剂的体积比为大于0且小于或等于0.2时，所述铜铟镓硫材料具有闪锌矿与纤锌矿混合结构；当水与络合剂的体积比为大于0.2时，所述铜铟镓硫材料具有闪锌矿结构。