[发明专利]一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池用吸收层的制备方法

说明书

本发明涉及太阳能电池制备领域，涉及一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池用吸收层的制备方法，包括如下步骤：利用前驱溶液制备出前驱薄膜，前驱溶液为金属盐化合物及硫化剂溶解在有机溶剂中制成，金属盐化合物包括可溶性铜盐、可溶性锌盐以及可溶性锡盐，有机溶剂包括二甲基亚砜和乙二醇；对前驱薄膜进行退火，得到镀覆于衬底上的吸收层。本发明采用的有机溶剂为二甲基亚砜和乙二醇，通过将金属盐化合物溶解其中，使得金属盐化合物能以离子态存在，从而形成稳定的离子溶液，以该离子溶液作为前驱溶液，保证了前驱溶液的环境稳定性，从而可以防止前驱溶液在应用到非真空液相工艺时堵塞设备而造成设备损坏，进而使得前驱溶液可以大规模应用于非真空液相工艺。

技术领域

本发明涉及太阳能电池制备领域，具体涉及一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池用吸收层的制备方法。

背景技术

太阳能电池是一种通过光电效应或光化学效应直接把光能转化为电能的装置，目前太阳能电池主要有晶体硅型和薄膜型两大类型。

薄膜太阳能电池的基本结构由衬底、背电极层、吸收层、缓冲层、窗口层、减反层、电极层组成，典型的薄膜太阳能电池的结构为：衬底/Mo/吸收层/CdS/ZnO/ZAO/MgF₂，其中，吸收层由铜锌锡硫(CZTS)化合物半导体制成的，称为CZTS薄膜太阳能电池。

目前较为成熟的制备吸收层的方法是溅射后硒化法和共蒸发法，但是这两种方法都需要较高的真空条件，运行和设备维护成本较高，且原材料利用率不高，故目前为了降低制作成本，可使用溶液法制备吸收层，利用非真空液相工艺制备前驱薄膜，再经过干燥退火处理得到所需化合物薄膜。

但是现有技术中，前驱溶液的制备方法通常较为复杂，为了得到高效率的器件通常会使用多种有机混合溶剂，而且含有有毒溶剂阱(联氨)，对环境不友好，且得到的前驱液通常为纳米颗粒或金属离子络合物胶体溶液，环境稳定性不高，容易堵塞设备，难以大规模应用于打印/印刷/喷涂等非真空液相工艺。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的前驱溶液为纳米颗粒悬浮液或胶体溶液，环境稳定性不高，难以大规模应用于打印/印刷/喷涂等非真空液相工艺的缺陷，从而提供一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池用吸收层的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池用吸收层的制备方法，包括如下步骤：

利用前驱溶液通过非真空液相工艺制备出前驱薄膜，所述前驱溶液为金属盐化合物及硫化剂溶解在有机溶剂中制成，所述金属盐化合物包括可溶性铜盐、可溶性锌盐以及可溶性锡盐，所述有机溶剂包括二甲基亚砜和乙二醇；

对所述前驱薄膜进行退火，得到镀覆于衬底上的吸收层。

进一步的，所述有机溶剂中二甲基亚砜和乙二醇的体积比为(8～9)：(2～1)。

进一步的，所述前驱溶液中铜离子的摩尔浓度为0.01-0.02mol/L，锌离子的摩尔浓度为0.006-0.012mol/L，锡离子的摩尔浓度为0.006-0.012mol/L。

进一步的，所述前驱溶液中硫化剂的摩尔浓度为0.02-0.04mol/L。

进一步的，所述退火的温度为500-600℃，时间为25-30min。

进一步的，所述可溶性铜盐包括硝酸铜、硫酸铜、氯化铜以及醋酸铜中的至少一种；

所述可溶性锌盐包括硝酸锌、硫酸锌、氯化锌以及醋酸锌中的至少一种；

所述可溶性锡盐包括硝酸锡、硫酸锡、氯化锡以及醋酸锡中的至少一种。

进一步的，所述硫化剂包括硫脲、二硫化碳、硫代乙酰胺或硫单质中的至少一种。