一种铜锡硫光吸收层薄膜材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铜锡硫光吸收层薄膜材料的制备方法，具体步骤为：1）将0.2~1.0mol/L金属铜盐加入有机溶剂中，搅拌至完全溶解后，加入0.11~0.56mol/L金属锡盐继续搅拌至溶解，最后加入1.6~8.0mol/L的含硫化合物搅拌至完全溶解形成稳定的CTS前驱体溶液；2）将玻璃依次在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗干净；3）将前驱体溶液旋涂到玻璃基底上，然后在250℃~400℃干燥1~10分钟，反复旋涂沉积；4）待旋涂完毕后将样品置于400℃~600℃退火5分钟~2小时，升温速率为10~50℃/min，自然降温，在退火过程中，持续通保护气体N2，流量为10~35 mL/min，即可得到CTS薄膜。本发明专利技术采用一步溶液法制备铜锡硫薄膜，所得铜锡硫薄膜材料致密平整无孔洞，相成分单一。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种铜锡硫光吸收层薄膜材料的制备方法，属于薄膜太阳能电池领域。
技术介绍
近年来，P型半导体Cu2SnS3（CTS）由于具有较高的光吸收系数、较适合的光学带隙（0.92-1.35eV）以及元素地壳含量丰富受到了国内外极大的关注。作为薄膜太阳能电池光吸收层材料，其理论转换效率可达30%，展现出了极大的商业应用潜力。目前，制备CTS薄膜的方法大致可分为真空法和溶液法。M.Nakashima等人通过连续蒸发Na/Cu/Sn金属前驱体层，然后在含有硫和锡的气氛中570℃退火制备了转换效率为4.64%的CTS薄膜太阳能电池。当然，采用真空方法沉积CTS薄膜对设备的要求比较高，生产成本同样也很高。相比之下，非真空方法对设备的要求较低，成本不高，也广泛应用于CTS薄膜制备。M.P.Suryawanshi等人通过旋涂含有Cu和Sn元素的水基前驱体溶液形成前驱体薄膜，尔后硫化的方法制备CTS薄膜太阳能电池，转换效率为1.8%。后硫化过程工艺比较复杂且会导致原材料浪费及环境污染等问题。因此，开发一种不涉及后硫化制备高质量CTS薄膜的溶液方法对其在太阳能电池领域的实际应用具有重大意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种铜锡硫光吸收层薄膜材料的制备方法。本专利技术采用一步溶液法制备铜锡硫薄膜，所得铜锡硫薄膜材料致密平整无孔洞，相成分单一。一种铜锡硫光吸收层薄膜材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：1）将0.2~1.0mol/L金属铜盐加入有机溶剂中，搅拌至完全溶解后，加入0.11~0.56mol/L金属锡盐继续搅拌至溶解，最后加入1.6~8.0mol/L的含硫化合物搅拌至完全溶解形成稳定的CTS前驱体溶液；2）将玻璃依次在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗干净；3）将前驱体溶液旋涂到玻璃基底上，然后在250℃~400℃干燥1~10分钟，反复旋涂沉积；4）待旋涂完毕后将样品置于400℃~600℃退火5分钟~2小时，升温速率为10~50℃/min，自然降温，在退火过程中，持续通保护气体N2，流量为10~35mL/min，即可得到CTS薄膜。所述CTS薄膜的厚度为1.0~2.0μm。所述铜盐、锡盐为铜和锡的硝酸盐、硫酸盐、醋酸盐或氯化盐。所述含硫化合物为硫粉、硫脲、硫代乙酰胺或硫醇。所述有机溶剂为乙醇、乙二醇甲醚、二甲基亚砜、乙醇胺、乙二醇或水。本专利技术与现有技术相比具有的优点：本专利技术不经过后硫化过程，无需真空设备，制备周期短，生产成本低，易于控制、操作简便、便于工业化生产；所用有机溶剂绿色环保，对制作环境的要求低；实验可重复性和稳定性也比较好，在太阳能电池方面有较好的应用价值。附图说明图1是CTS薄膜的典型表面及截面形貌图。图2是CTS薄膜的带隙随硫含量变化关系图，图中S/M为前驱体溶液中硫源与金属的比例。具体实施方式实施例1将0.8mol/L醋酸铜和0.44mol/L无水氯化亚锡加入至10mL二甲基亚砜中，搅拌至完全溶解，然后加入2.48mol/L硫脲形成透明澄清的CTS前驱体溶液；(2)利用匀胶机将CTS溶胶前驱体旋涂到清洗干净的玻璃基底上，然后在加热板上300℃干燥5分钟，反复旋涂7次；(4)待旋涂完毕后将样品置于管式炉中580℃退火10分钟，升温速率为10℃/min，在退火过程中，持续通保护气体N2，流量为15mL/min，即可得到厚度约为1μm的CTS薄膜。带隙为1.09eV，如附图2所示。实施例2将0.8mol/L醋酸铜和0.44mol/L无水氯化亚锡加入至10mL二甲基亚砜中，搅拌至完全溶解，然后加入4.96mol/L硫脲形成透明澄清的CTS前驱体溶液；(2)利用匀胶机将CTS溶胶前驱体旋涂到清洗干净的玻璃基底上，然后在加热板上300℃干燥5分钟，反复旋涂7次；(4)待旋涂完毕后将样品置于管式炉中580℃退火10分钟，升温速率为10℃/min，在退火过程中，持续通保护气体N2，流量为15mL/min，即可得到厚度约为1μm、晶粒较大的CTS薄膜。带隙为1.05eV，如附图2所示。实施例3将0.8mol/L醋酸铜和0.44mol/L无水氯化亚锡加入至10mL二甲基亚砜中，搅拌至完全溶解，然后加入7.44mol/L硫脲形成透明澄清的CTS前驱体溶液；(2)利用匀胶机将CTS溶胶前驱体旋涂到清洗干净的玻璃基底上，然后在加热板上300℃干燥5分钟，反复旋涂7次；(4)待旋涂完毕后将样品置于管式炉中580℃退火10分钟，升温速率为10℃/min，在退火过程中，持续通保护气体N2，流量为15mL/min，即可得到厚度约为1μm、表面平整且相成分单一的CTS薄膜，如附图1所示。带隙为1.02eV，如附图2所示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜锡硫光吸收层薄膜材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：1）将0.2~1.0 mol/L金属铜盐加入有机溶剂中，搅拌至完全溶解后，加入0.11~0.56 mol/L金属锡盐继续搅拌至溶解，最后加入1.6~8.0 mol/L的含硫化合物搅拌至完全溶解形成稳定的CTS前驱体溶液；2）将玻璃依次在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗干净；3）将前驱体溶液旋涂到玻璃基底上，然后在250 ℃~400 ℃干燥1~10分钟，反复旋涂沉积；4）待旋涂完毕后将样品置于400 ℃~600 ℃退火5分钟~2小时，升温速率为10 ~50 ℃/min，自然降温，在退火过程中，持续通保护气体N2，流量为10~35 mL/min，即可得到CTS薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种铜锡硫光吸收层薄膜材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：1）将0.2~1.0mol/L金属铜盐加入有机溶剂中，搅拌至完全溶解后，加入0.11~0.56mol/L金属锡盐继续搅拌至溶解，最后加入1.6~8.0mol/L的含硫化合物搅拌至完全溶解形成稳定的CTS前驱体溶液；2）将玻璃依次在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗干净；3）将前驱体溶液旋涂到玻璃基底上，然后在250℃~400℃干燥1~10分钟，反复旋涂沉积；4）待旋涂完毕后将样品置于400℃~600℃退火5分钟~2小时，升温速...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩修训，徐斌，赵雲，李文，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃;62