一种微米级铜锗锌锡硫硒单晶颗粒的制备方法及其单晶颗粒和太阳能电池技术

本发明专利技术公开了一种微米级铜锗锌锡硫硒单晶颗粒的制备方法及其单晶颗粒和太阳能电池；首先按照设计的配方混合反应原料制备前驱体，将前驱体真空封装，一定温度下熔融生成CGZTSSe单晶颗粒；另外以环氧树脂、阿拉伯树胶为大分子材料，把微米级CGZTSSe单晶颗粒嵌入大分子材料中制备单晶颗粒薄膜，再制备各种功能层形成完整的电池。由于单晶颗粒的制备和单晶颗粒吸收层膜的制备过程是分开的，在单晶颗粒制备过程中可以使用高温环境，从而实现对CGZTSSe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明显的优势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体光电材料与器件
，更具体地，涉及一种微米级铜锗锌锡硫硒单晶颗粒的制备方法及其单晶颗粒和太阳能电池。
技术介绍
多元化合物CuInGaSe2（CIGS）薄膜太阳能电池具有较高的转换效率，易于大规模生产，成为了目前最具有发展潜力的太阳能电池材料，目前CIGS电池是世界上光电转换效率最高的薄膜太阳能电池，其最高转换效率已达21.7%。但其组成元素In和Ga在地球上资源缺乏，导致CIGS薄膜电池很难实现太瓦（109kW）级别的大规模应用。铜锌锡硫（CZTS）基薄膜被认为是最有希望取代CIGS薄膜太阳能电池吸收层的新型化合物半导体。目前，CZTS基薄膜太阳能电池的转换效率达到了12.6%，而根据理论模型计算，单结CZTS基薄膜电池的极限转换效率可达30%，两者相差很大，即便与CIGS目前的最高转换效率21.7%相比，也有较大差距。这说明CZTS基薄膜电池效率还具有非常大的提升空间。CZTS基薄膜中载流子的扩散长度偏小，导致材料深处产生的电荷不能被有效收集，器件转换效率难以提升，如果能对CZTS薄膜能带宽度进行有效的调控，将会引导并增强本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微米级铜锗锌锡硫硒单晶颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1. 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、单质硒粉末以及单质锗粉末按一定比例混合，加入助熔剂，研磨混合均匀配制成前驱体；S2. 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；S3. 将密封后的石英反应容器在600～1000℃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CZGTS或CGZTSSe单晶颗粒；S1所述反应原料中铜、锌、锗、锡、硫、硒六种元素的摩尔比为：Cu/(Zn+Ge+Sn)=0.76...

【技术特征摘要】
1.一种微米级铜锗锌锡硫硒单晶颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.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、单质硒粉末以及单质锗粉末按一定比例混合，加入助熔剂，研磨混合均匀配制成前驱体；
S2.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；
S3.将密封后的石英反应容器在600～1000℃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CZGTS或CGZTSSe单晶颗粒；
S1所述反应原料中铜、锌、锗、锡、硫、硒六种元素的摩尔比为：Cu/(Zn+Ge+Sn)=0.76～0.95，Zn/(Ge+Sn)=1.1～1.2，Ge/Sn=0.3～1，(Cu+Zn+Ge+Sn)/(S+Se)=0.8～1.2，Se/S=0.1～0.9。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述助熔剂与反应原料的混合摩尔比为1～10：1。
3.权利要求1至2任一项所述制备方法得到的微米级铜锗锌锡硫硒单晶颗粒。
4.权利要求3所述铜锗锌锡硫硒单晶颗粒在制备太阳能电池方面的应用。

【专利技术属性】
技术研发人员：张军，廖峻，邵乐喜，王磊，莫德云，
申请(专利权)人：岭南师范学院，
类型：发明
国别省市：广东;44