[发明专利]一种用于太阳能电池光吸收层的铜锑硒薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池光吸收材料的制备领域，具体地说是一种用于太阳能电池光吸收层的铜锑硒薄膜的制备方法。

背景技术

铜锑硒薄膜太阳能电池是近几年来出现的一种新型的化合物薄膜太阳能电池。其中，铜锑硒薄膜作为光吸收层是太阳能电池中最核心的一层。因此，该薄膜的制备工艺也是该类型太阳能电池的最核心的技术。通常状况下，铜锑硒薄膜可以根据铜锑硒三种元素的原子比例的不同呈现出不同的结构，主要有CuSbSe₂、Cu₃SbSe₄、Cu₃SbSe₃、CuSbSe₄、Cu₁₂Sb₄Se₁₃等。其中化学结构为CuSbSe₂和Cu₃SbSe₄的光学带隙分别为为1.1-1.2eV和1.7-1.8eV，其光吸收系数为10⁵cm^-1，是比较理想的太阳能电池的光吸收材料。

目前，已报道的文献中铜锑硒薄膜光吸收层的制备方法主要有两种：真空法和溶液法。如山东大学陶绪堂等人采用真空蒸发法沉积铜锑硒薄膜，该方法由于在真空环境中生长薄膜，结晶性较高，但是极易产生二元杂相，很难获得纯相的硫铜锑矿结构的铜锑硒（CuSbSe₂）薄膜。又如美国国家可再生能源实验室（NREL）报道硫铜锑矿（Chalcostibite）的铜锑硒（CuSbSe₂）薄膜的制备方法，具体为通过一个硒化铜（Cu₂Se）和两个硒化锑（Sb₂Se₃）靶共同溅射制备。但是，该制备方法中硒化锑的比例对最终生成的铜锑硒薄膜的结构会有很大影响，存在硒化锑缺失导致最终生成的铜锑硒薄膜的结构为Cu₃SbSe₃，硒化锑过量对导致最终薄膜中有硒化锑的杂相存在，而且成本相对较高。此外，行业内也有一些研发人员采用溶液法来制备，如华中科技大学的唐江等人采用联铵作为溶剂，溶解铜、锑、硒等单质元素，制备成铜锑硒等元素组成的前驱体溶液，并采用旋涂的方法制备出铜锑硒光吸收层薄膜。该方法虽然步骤简单，易于操作，但是该方法用到大量的联铵，而联铵属于剧毒物质，对人类和环境都存在较大危害。由此可见，进一步研究更为理想的铜锑硒薄膜的光吸收层的制备方法对太阳能电池的发展具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的就是提供一种用于太阳能电池光吸收层的铜锑硒薄膜的制备方法，以解决现有溶液法制备铜锑硒薄膜必须使用大量剧毒物质，对操作人员以及环境存在较大危害的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种用于太阳能电池光吸收层的铜锑硒薄膜的制备方法，包括以下步骤：

（a）按预制铜锑硒薄膜的铜锑硒化合物的摩尔比组成称取含有铜源、锑源和硒源的化合物原料，混合后再加入到由硫醇和胺组成的二元混合溶剂中，搅拌，完全溶解，得前驱体溶液；所述硫醇和胺的体积比为1:7-9；所述铜锑硒化合物与二元混合溶剂的摩尔体积比为0.3-0.45mmol:10mL；

（b）在所述前驱体溶液中加入醇类有机溶剂，搅拌均匀，涂抹于电极基板上，干燥，涂抹第二层，干燥；采用相同的涂抹方法涂抹、干燥多次，在电极基板上沉积了前驱体薄膜；所述前驱体溶液与醇类有机溶剂的体积比为5-10:12-20；

（c）将沉积有前驱体薄膜的电极基板置于惰性气体或含硒源的气氛中，在300-450℃下加热10-60 min，即得。

本发明提供的制备方法中步骤（a）所述的铜锑硒化合物为CuSbSe₂、Cu₃SbSe₄、Cu₃SbSe₃、CuSbSe₄、Cu₁₂Sb₄Se₁₃。

本发明提供的制备方法中步骤（a）中含有铜源的化合物为铜粉、硒化亚铜、硒化铜粉末中的至少一种；含有锑源的化合物为锑粉、硒化锑粉末中的至少一种；含有硒源的化合物为硒化亚铜、硒化锑粉末、硒粉中的至少一种。

本发明提供的制备方法中步骤（a）称取含有铜源、锑源和硒源的化合物原料时，可称取过量的含有硒源的化合物，这可避免在制备过程中即使有硒元素的损耗也不影响产品质量。