一种由硫酸铜和硝酸镓制备铜铟镓硒光电薄膜的方法技术

技术编号:13582925 阅读:74 留言:0更新日期:2016-08-24 09:22
一种由硫酸铜和硝酸镓制备铜铟镓硒光电薄膜的方法,属于太阳电池用光电薄膜制备技术领域,本发明专利技术通过如下步骤得到,首先清洗玻璃基片,然后将硫酸铜、氯化铟、水合硝酸镓、二氧化硒放入溶剂中,并调整 pH值为4.0~7.0,用旋涂法在玻璃片上得到前驱体薄膜,烘干,放入有水合联氨的可密闭容器,使前驱体薄膜样品不与联氨接触,并将装有样品的密闭容器装入烘箱进行加热和保温处理,最后取出样品进行干燥,得到铜铟镓硒光电薄膜。本发明专利技术不需要高温高真空条件,对仪器设备要求低,生产成本低,生产效率高,易于操作。所得铜铟镓硒光电薄膜有较好的连续性和均匀性,主相为铜铟镓硒相,这种新工艺容易控制目标产物的成分和结构,为制备高性能的铜铟镓硒光电薄膜提供了一种成本低、可实现工业化的生产方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳电池用光电薄膜制备
,尤其涉及一种由硫酸铜和硝酸镓制备铜铟镓硒光电薄膜的方法
技术介绍
进入21世纪以来,能源和环境问题成为人们更加关注的热点,面对能源枯竭以及传统能源带来的环境污染,人们开始逐步寻找可以代替传统化石能源的新型能源新一轮的能源革命正在缓慢拉开序幕。光伏发电具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、维护简便等优点,可以利用太阳能这种清洁、安全和环保的可再生能源,因此近几十年来太阳电池的研究和开发日益受到重视。铜铟镓硒薄膜太阳电池目前可以认为是最有发展前景的薄膜电池之一,其光吸收层由低成本的铜基半导体材料组成,吸光能力远强于晶体硅,在太阳光谱区光吸收深度在微米量级。铜铟镓硒的光吸收系数高达105cm-1,明显高于Si和CdTe等太阳能电池材料,因此非常适合做光吸收材料。此外,铜铟镓硒还有一系列的有点:(1)铜铟镓硒是直接带隙半导体,这可减少对少数载流子扩散的要求;(2)在室温下铜铟镓硒带隙可调,随着镓含量的变化,其带隙可以在1.04~1.67eV范围内连续变化;(3)铜铟镓硒吸收系数很大,转换效率高,性能稳定,薄膜厚度小,约2μm,并且原料的价格较低,大面积制备时价格较低;(4)在较宽成分范围内电阻率都较小;(5)抗辐射能力强,没有光致衰减效应,因而使用寿命长;(6) P型铜铟镓硒材料的晶格结构与电子亲和力都能跟普通的N型窗口材料(如CdS、ZnO)匹配。目前铜铟镓硒的制备方法主要有溶剂热法、喷射热解法(Spray Prolysis)、电喷射法、电沉积、化学沉积法、封闭的化学气相输运法、化学气相沉积、分子束外延、反应溅射法、真空蒸发法、有机金属化学气相沉积法、等。由于铜铟镓硒原料成本低,且其带隙可以随着镓含量而改变,从而提高光电转换效率,因此是一种非常有发展前途的太阳能电池材料,但现有工艺路线复杂、制备成本高,因而同样需要探索低成本的制备工艺。象前面所述方法一样,其它方法也有不同的缺陷。与本专利技术相关的还有如下文献:[1] Yusuke Oda, Masakazu Matsubayashi,Takashi Minemoto, Hideyuki Takakura,Fabrication of Cu(In, Ga)Se2thin film solar cell absorbers from electrodeposited bilayers.Current Applied Physics 10 (2010) 146-149.主要描述了利用电沉积双层制备法,制备铜铟镓硒薄膜,并且对制备的铜铟镓硒薄膜电性能进行了测试表征。[2] GuoWei, Xue Yu-ming, ZhangXiao-feng, Feng Shao-jun, Influence of substrate of deposited precursorlayer on structural properties of CIGS thin films. Journal of Optoelectronics·Laser 10 (2013)1936-1941.主要描述了用三步共蒸发法在玻璃衬底上制备铜铟镓硒薄膜及预制层的衬底温度对铜铟镓硒薄膜结构特性的影响。[3] Li Chunei,Zhuang Da-ming, Zhang Gong,Luan He-xin, Liu Jiang, The influence of selenization temperature on the properties of CuInGaSe2thin film. Chinese Journal of Materials Research.Vol.24 No.4 (2010)358-362.主要描述了用预制硒化法制备铜铟镓硒薄膜,并且通过对薄膜的成分、形貌、结构和电学性能的分析,得到硒化温度对薄膜的影响。[4] Pan Hui-Ping,Bo Lian-Kun, Huang Tai-Wu, Zhang Yi, Yu Tao, Yao Shu-De, Structural analysis of Cu(In1-xGax)Se2multi-layer thin film solar cells.Acta Phys. Sin. Vol. 61, No. 22 (2012) 228801.主要描述了溅射后硒化和共蒸发等方法制备铜铟镓硒太阳能电池薄膜,并且分析了铜铟镓硒的膜层结构。[5] F. Oliva,C. Broussillou, M. Annibaliano,N. Frederich, P.P. Grand, A. Roussy,P. Collot, S. Bodnar ,Formation mechanisms of Cu(In,Ga)Se2 solarcells prepared from electrodeposited precursors. Thin Solid Films 535 (2013)127–132.主要描述了首先通过两步电沉积,然后快速退火的方法制备铜铟镓硒薄膜,及对铜铟镓硒薄膜形成过程中温度对其影响。[6] Guan-Ting Pan, M.-H. Lai, Rei-Cheng Juang, T.-W. Chun, The preparation and characterization of Ga-dopedCuInS2 films with chemical bath deposition.Solar Energy Materials & Solar Cells 94 (2010) 1790–1796.主要描述了用化学浴方法制备的含有Ga层的CuInS2薄膜的特征,及Ga对薄膜的性能的影响。[7] MiaomiaoLi, Fanggao Chang, Chao Li, Cunjun Xia, Tianxing Wang, JihaoWang, Mengbo Sun, CIS and CIGS thin films prepared bymagnetron sputtering. Procedia Engineering 27 (2012)12-19.主要描述了采用共溅射方法制备CIS和CIGS薄膜,分别利用XRD, SEM, EDS 对这一新方法制备的薄膜的微观晶体结构,表面形貌和薄膜成分进行分析。[8] Ying Liu, DeyiKonga, Jiawei Lia, Cong Zhao, Chilai Chen, Juergen Brugger, Preparation ofCu(In,Ga)Se2 Thin Film by Solvothermal and Spin-coating Process. EnergyProcedia 16 (2012) 217 -222.主要描述了溶剂热和旋涂法制备铜铟镓硒薄膜,通过X射线衍射(XRD),拉曼光谱(RS)和扫描电子显微镜(SEM)等方式测试分析了铜铟镓硒的结构。[9] Jiang Liu, DamingZhuang, Hexin Luan, Mingjie Cao, Min Xie, Xiaolong Li, Prepara本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由硫酸铜和硝酸镓制备铜铟镓硒光电薄膜的方法,包括如下顺序的步骤:a.玻璃基片的清洗;b.将1.5~3.0份硫酸铜、1.0~2.0份氯化铟、1.2~2.4份水合硝酸镓、2.0~4.0份二氧化硒放入110~450份的溶剂中,使溶液中的物质均匀混合,并调整pH值至4.0~7.0;c.制作外部均匀涂抹步骤b所述溶液的基片,并烘干,得到前驱体薄膜样品;d.将步骤c所得前驱体薄膜样品置于支架上,放入有水合联氨的可密闭容器,使前驱体薄膜样品不与联氨接触;将装有前驱薄膜样品的密闭容器放入烘箱中,加热至160~220℃之间,保温时间5~20小时,然后冷却到室温取出;e.将步骤d所得物,进行自然干燥,得到铜铟镓硒光电薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种由硫酸铜和硝酸镓制备铜铟镓硒光电薄膜的方法,包括如下顺序的步骤:a.玻璃基片的清洗;b.将1.5~3.0份硫酸铜、1.0~2.0份氯化铟、1.2~2.4份水合硝酸镓、2.0~4.0份二氧化硒放入110~450份的溶剂中,使溶液中的物质均匀混合,并调整pH值至4.0~7.0;c.制作外部均匀涂抹步骤b所述溶液的基片,并烘干,得到前驱体薄膜样品;d.将步骤c所得前驱体薄膜样品置于支架上,放入有水合联氨的可密闭容器,使前驱体薄膜样品不与联氨接触;将装有前驱薄膜样品的密闭容器放入烘箱中,加热至160~220℃之间,保温时间5~20小时,然后冷却到室温取出;e.将步骤d所得物,进行自然干燥,得到铜铟镓硒光电薄膜。2.如权利要求1所述的一种由硫酸铜和硝酸镓制备铜铟镓硒光电薄膜的方法,其特征在于,步骤a所述清洗,是将玻璃基片大小为20m...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘科高徐勇李静吴海洋石磊
申请(专利权)人:山东建筑大学
类型:发明
国别省市:山东;37

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