[发明专利]一种铜钡(锶/钙)锡硫(硒)薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种铜钡(锶/钙)锡硫(硒)薄膜的制备方法，该方法是先分别制备含有钡(锶/钙)的溶液和铜锡硫溶液，然后再进一步将两种溶液在稳定剂和成膜剂存在条件下混合得到稳定的前驱体溶液，然后镀膜、预烧得到预制层，最后再经过退火工艺，制备出铜钡(锶/钙)锡硫、铜钡(锶/钙)锡硒或铜钡(锶/钙)锡硫硒薄膜；该方法相对现有的真空镀膜法具有操作简单、反应条件温和、对设备要求低、成本低廉、易于工业化生产的优点，制备的铜钡(锶/钙)锡硫硒薄膜成膜质量佳，颗粒较大，物相纯正，有利于提高薄膜材料的光伏性能。

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池光伏吸收层材料的制备方法，特别涉及一种基于液相法制备铜钡(锶、钙)锡硫、铜钡(锶、钙)锡硒或铜钡(锶、钙)锡硫硒薄膜的方法，属于光伏材料制备领域。

背景技术

能源危机和环境污染两大问题的凸显使太阳电池受到了全世界的关注和重视。目前比较成熟的薄膜太阳电池有CdTe、CIGSe薄膜太阳电池，其光电转换效率已经分别达到了22.1％和22.3％。但是这两种薄膜电池依赖于有毒元素Cd和稀有元素Te、In和Ga，这限制了这两种薄膜电池的可持续以及大规模发展。而由CIGSe衍生的锌黄锡矿结构化合物CZTS受到了广泛地关注。经过研究者们不断地努力，CZTS的光电转换效率由最初的0.66％提升到了12.6％。虽然取得了很大的进步，但是目前开路电压损失过大成为了限制CZTS效率提高的绊脚石。而其开路电压损失远远大于相似结构的CIGS薄膜太阳电池，主要是由于CZTS中的Cu⁺、Zn²⁺和Sn⁴⁺具有相近的离子半径，容易形成反位缺陷。而这些反位缺陷往往都是深能级缺陷，会导致更多的非辐射复合。最近有文献报道，通过以更大半径的IIA族离子(Ba²⁺、Sr²⁺、Ca²⁺)替换Zn²⁺,可以有效地避免这些问题，而且还可以生成有利的浅能级缺陷V_Cu。Cu₂-II-Sn-VI₄(II＝Ba、Sr、Ca，VI＝S、Se)四元化合物的带隙为1.5-2.0eV，吸收系数高达10⁴，所含元素丰度大且无毒无害，被认为是一种非常有发展前景的光伏吸收层材料。

目前以CBTSSe为代表的Cu₂-II-Sn-VI₄(II＝Ba、Sr、Ca，VI＝S、Se)薄膜太阳电池最高效率已达到5.2％，但该材料的制备工艺都是采用共溅射法。该法制备的材料虽然平整、致密，但是设备昂贵、原料利用率低，需要较高的真空度，能源消耗大。

发明内容

基于现有技术中制备CBTSSe的方法存在的不足，本发明的目的是在于提供一种成本低廉、在常温常压、非真空条件下制备Cu₂-II-Sn-VI₄(II＝Ba、Sr、Ca，VI＝S、Se)薄膜太阳电池吸收层的方法，该方法完全克服共溅射法存在的缺陷，可以精确控制薄膜的组成成分，制备工艺简单，适用于工业化生产。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种铜钡(锶/钙)锡硫(硒)薄膜的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)将钡源、锶源、钙源中至少一种在助溶剂作用下溶于溶剂Ⅰ，得到溶液A；

2)将铜源、锡源和硫源溶于溶剂II，得到溶液B；

3)将溶液A和溶液B在稳定剂和成膜剂存在下，混合均匀，得到前驱体溶液；

4)将所述前驱体溶液涂覆在衬底上成膜，预烧，重复数次镀膜和预烧，得到预制层；所述预制层置于含硫和/或硒元素的气氛中退火处理，即得。