[发明专利]铜锌锡硫薄膜太阳能电池的前驱体溶液及其制备方法与应用有效
申请号: | 202010410931.4 | 申请日: | 2020-05-15 |
公开(公告)号: | CN111554760B | 公开(公告)日: | 2022-06-17 |
发明(设计)人: | 辛颢;张一凡;龚元才;牛传友;邱瑞蝉 | 申请(专利权)人: | 南京邮电大学 |
主分类号: | H01L31/032 | 分类号: | H01L31/032;H01L31/0445;H01L31/072;H01L31/18;C23C14/08;C23C14/18;C23C14/24;C23C14/35;C23C18/12 |
代理公司: | 南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙) 32249 | 代理人: | 王路 |
地址: | 210000 江苏*** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 铜锌锡硫 薄膜 太阳能电池 前驱 溶液 及其 制备 方法 应用 | ||
1.一种铜锌锡硫太阳能电池的前驱体溶液,其特征在于:以二甲基亚砜DMSO或N,N-二甲基甲酰胺DMF为溶剂,前驱体化合物为溶质配制;所述前驱体化合物由金属配合物、金属盐和硫脲组成,其中,所述金属配合物为铜盐与硫脲或硫脲衍生物形成的铜配合物、锡盐与DMF或DMSO形成的锡配合物,金属盐为二价锌盐;将以上前驱体化合物溶解在DMSO或DMF溶剂中得到稳定、澄清透明的前驱体溶液;
所述铜配合物为铜盐与硫脲或硫脲的衍生物形成的配合物,包括:卤素铜盐与硫脲形成的配合物Cu(Tu)3X,其中X为包括F、Cl、Br、I在内的卤族元素,所形成的铜配合物,包括:Cu(Tu)3Cl,[Cu2(Tu)6]Cl2·2H2O,Cu(Tu)3Br;还包括卤素铜盐与硫脲衍生物形成的配合物:Cu(DMTu)3Br,Cu(TMTu)3Cl,[Cu(ETu)2Br]2,其中DMTu为N,N-二甲基硫脲,TMTU为四甲基硫脲,ETu为乙撑硫脲;还包括硝酸铜盐与硫脲形成的配合物Cu4(Tu)10(NO3)·Tu·3H2O;
所述锡配合物选自Sn(X)yCl4,Sn(X)yF4,Sn(X)yBr4,Sn(X)yI4,Sn(X)y(CH3COO)4中的一种或多种,X选自DMSO、DMF、乙醇、N-甲基吡咯烷酮中的一种,y为大于零的自然数;
制备前驱体溶液的具体方法为,以DMSO或DMF为溶剂,将铜配合物、锡配合物、锌盐和硫脲直接溶解在溶剂中得到澄清透明的前驱体溶液。
2.根据权利要求1所述的铜锌锡硫太阳能电池的前驱体溶液,其特征在于:所述锌盐为二价锌的化合物,包括但不限于卤素锌盐、乙酸锌、硝酸锌、硫酸锌。
3.根据权利要求1所述的铜锌锡硫太阳能电池的前驱体溶液,其特征在于:所述前驱体溶液中,硫脲物质的量:铜元素的物质的量不大于1。
4.根据权利要求1所述的铜锌锡硫太阳能电池的前驱体溶液,其特征在于:所述前驱体化合物中:
铜元素的物质的量:锡元素的物质的量为(1.5~2.5):1;
锌元素物质的量:锡元素的物质的量为(0.9~1.5):1;
硫元素物质的量:铜、锡与锌元素物质的量之和为(1.0~6.0):1。
5.根据权利要求1所述的铜锌锡硫太阳能电池的前驱体溶液,其特征在于:所述前驱体溶液中:
铜元素在溶液中浓度为0.05mol/L~5mol/L;
锡元素在溶液中浓度为0.05mol/L~5mol/L;
锌元素在溶液中浓度为0.05mol/L~5mol/L;
硫元素在溶液中浓度为0.15mol/L~5mol/L。
6.根据权利要求1所述的铜锌锡硫太阳能电池的前驱体溶液,其特征在于:铜配合物、锡配合物的制备方法为:
合成铜配合物:将硫脲溶解在去离子水中,待硫脲完全溶解后将铜盐加入溶液中,所加入的硫脲与铜盐的物质的量之比为3:1,反应过程溶液温度为70摄氏度;溶解后,将溶液过滤,静置,缓慢冷却,目标产物铜配合物晶体从溶液中析出,取出上述晶体产物并烘干;
合成锡配合物:取四价锡盐于圆底烧瓶中,密封瓶口,取有机化合物溶剂DMF或DMSO注入瓶中,其中溶剂中有机化合物与锡盐物质的量之比为2~20;锡盐与DMF或DMSO溶剂反应生成大量白色沉淀,用乙醇将沉淀清洗干净,烘干即得相应目标产物锡配合物。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种铜锌锡硫太阳能电池的前驱体溶液应用于制备铜锌锡硫太阳能电池,其特征在于:铜锌锡硫太阳能电池的制备方法包括以下步骤:
(1)将制备获得的前驱体溶液旋涂在钼玻璃上,加热退火生成铜锌锡硫前驱体薄膜;
(2)将所述前驱体薄膜在Se的气氛中加热进行硒化反应,以Se原子部分或者全部取代S原子生成铜锌锡硫Se薄膜材料;
(3)将硒化反应后的铜锌锡硫Se膜取出并用超纯水浸泡后置于含有氨水、硫酸镉和硫脲溶液的水夹套烧杯中,在加热情况下进行反应,在铜锌锡硫Se膜表面沉积一层CdS;
(4)通过磁控溅射技术在步骤(3)的样品表面依次溅射ZnO和ITO作为窗口层;
(5)通过热蒸镀方法在步骤(4)获得的样品表面蒸镀金属Ni和Al作为阴极。
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