[发明专利]一种单晶颗粒薄膜及其无衬底柔性太阳能电池的制备方法

摘要

本发明公开了一种单晶颗粒薄膜及其无衬底柔性太阳能电池的制备方法；以有机高分子材料作为粘结剂，把微米级CZTS、CZTSSe单晶颗粒混在粘结剂中，利用涂覆法制备单晶颗粒薄膜，再通过机械研磨和等离子体刻蚀去除两面的粘结剂漏出单晶颗粒，制备缓冲层、窗口层、电极等功能层从而形成完整的电池结构。由于单晶颗粒的制备、筛选、清洗、钝化过程和单晶颗粒吸收层的制备过程是分开的，在单晶颗粒制备和优化过程中可以使用严苛的高温环境，从而实现对CZTS或CZTSSe的组分进行有效的控制，而无需考虑吸收层制备条件对衬底、窗口层、缓冲层等的影响，该方法在材料与能源利用率和工业化生产方面具有显著优势。

主权项

一种单晶颗粒薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1. 利用提拉法在衬底上制备一层阿拉伯树胶薄膜；S2. 选取75～97μm的单晶颗粒，并与胶黏剂混匀，之后加入分散剂；所述单晶颗粒与胶黏剂的体积比为1：1.5～2，所述分散剂的加入量是单晶颗粒与胶黏剂混合物质量总和的0.1～1%；S3. 将单晶颗粒、胶黏剂和分散剂的混合物涂覆于阿拉伯树胶薄膜上，经固化、研磨露出单晶颗粒表面后清洗干燥即得单晶颗粒薄膜；S2所述胶黏剂选自环氧树脂、聚氨酯胶、硅橡胶；S2所述单晶颗粒为铜锌锡硫单晶颗粒或者铜锌锡硫硒单晶颗粒；其中，所述铜锌锡硫单晶颗粒的制备方法是：（1）将反应原料单质铜粉末/CuS粉末、单质锌粉末/ZnS粉末、单质锡粉末/SnS粉末、单质硫粉末或CuS粉末、ZnS粉末、SnS粉末混合，加入助熔剂、铜锌锡硫纳米颗粒研磨混合均匀配制成前驱体；所述反应原料中铜、锌、锡、硫四种元素的摩尔比为：Cu/(Zn+Sn)=0.76～0.95，Zn/Sn=1.1～1.2，(Cu+Zn+Sn)/S=1；（2）将前驱体装入石英反应容器中，抽真空或通入惰性气体后利用高温氢氧焰密封石英反应容器；（3）将密封后的石英反应容器在750～1000℃下保持48～120h，对石英反应容器快速降温至室温，取出石英反应容器中的样品，洗涤、干燥后即得铜锌锡硫单晶颗粒；所述铜锌锡硫硒单晶颗粒的制备方法是：（1）将反应原料单质铜粉末/CuS粉末、单质锌粉末/ZnS粉末、单质锡粉末/SnS粉末、单质硫粉末、单质硒粉末或CuS粉末、ZnS粉末、SnS粉末、Se粉末混合，加入助熔剂、铜锌锡硫纳米颗粒研磨混合均匀配制成前驱体；所述反应原料中铜、锌、锡、硫、硒五种元素的摩尔比为：Cu/(Zn+Sn)=0.76～0.95，Zn/Sn=1.1～1.2，(Cu+Zn+Sn)/(S+Se)=0.8～1，Se/S=0.1～0.9；（2）将前驱体装入石英反应容器中，抽真空或通入惰性气体后密封石英反应容器；（3）将密封后的石英反应容器在750～1000℃下保持48～120h，对石英反应容器快速降温至室温，取出石英反应容器中的样品，洗涤、干燥后即得铜锌锡硫硒单晶颗粒；所述铜锌锡硫纳米颗粒的制备方法为：（1）将氯化锌、氯化亚锡、氯化铜按1：1：2的摩尔比溶于水中搅拌得澄清溶液A；（2）溶液B为0.1～0.3M的硫脲溶液，所述溶液A与溶液B的体积比为2.5～3.5：1.5～2.5，将溶液B在搅拌下缓缓加入到溶液A中，得到浑浊溶液，之后再搅拌得混合溶液；（3）将混合溶液置于高压反应釜中170～190℃反应15～18h，冷却至室温后经洗涤、离心、干燥后得到铜锌锡硫纳米颗粒。