一种组分可调光电薄膜的制备方法技术

本发明专利技术一种组分可调的光电薄膜的制备方法，按照摩尔比称取Cu、Sb、Bi对应的化合物以及硫源，将上述的化合物溶解在乙二醇中，经抽滤、洗涤、干燥制成铜锑铋硫前驱体粉末；将前驱体粉末溶解在二甲基甲酰胺、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇组成的混合溶液中制得前驱物溶液，在FTO衬底上旋涂；将获得的产品在200‑500℃退火，得到铜锑铋硫预制薄膜；将预制薄膜在300‑700 ℃硫化退火获得光电薄膜。

Method for preparing component adjustable photoelectric film

The invention discloses a preparation method of photoelectric component tunable thin film, according to Cu, Sb, the molar ratio of the corresponding Bi compounds and sulfur source, the compound is dissolved in ethylene glycol, after filtering, washing and drying made of copper antimony bismuth sulfur precursor powder; the precursor powder mixed solution solution consisting of two DMF, polyvinylpyrrolidone and polyethylene glycol in the preparation of precursor solution, spin coated on FTO substrates; will receive products in 200 annealed at 500 C, copper antimony and bismuth sulfur precursor film; prefabricated film obtained in 300 700 photoelectric film temperature vulcanization annealing.

【技术实现步骤摘要】
一种组分可调光电薄膜的制备方法
：本专利技术属于材料学领域，涉及一种光伏电池材料，具体来说是一种组分可调的铜锑铋硫光电薄膜的制备方法。
技术介绍
:随着人类社会的发展，如何同时解决能源问题与可持续发展的问题逐渐成为困扰人类社会进步的一大难题。将太阳能转换为电能的光伏技术是创造社会发展与能源需求的最佳能源形式。降低光伏器件成本，提高器件的转换效率一直是太阳电池材料与器件行业关注的焦点和主要的目标。近年来，出现了三种主要的薄膜太阳电池半导体材料：砷化镓(GaAs)材料、铜铟镓硒(CIGS)材料和碲化镉(CdTe)材料。砷化镓(GaAs)材料转化效率虽高，但价格不菲，因而在很大程度上限制了砷化镓(GaAs)电池的普及。铜铟镓硒（CIGS）材料中铟和硒的稀缺、昂贵限制了这类电池的发展。碲化镉(CdTe)带隙为1.5eV，与太阳光谱非常匹配，最适合于光电能量转化，但镉(Cd)元素的毒性和有限的蕴藏量限制了其发展。因此，寻找性能更优的吸收层半导体材料成为一种更具潜力的选择。铜基硫族化合物中Cu3BiS3、Cu3SbS4带隙分别为1.4eV、1.5eV，接近太阳能电池的最优带隙，并且其光吸收系数很高(＞105cm-1)，且具有较高的光电转换效率。Cu3BiS3还可以用来做光伏器件，例如太阳能电池等。Cu3SbS3也是一种重要的半导体材料，广泛地应用于光电、热电设备和光记录媒介等。铜基硫族化合物半导体如：Cu-Bi-S(Cu3BiS3、Cu9BiS6、CuBiS2、Cu4Bi4S9)，Cu-Sb-S(Cu3SbS4、CuSbS2、Cu12Sb4S13)因其廉价、环保、自然储量丰富、良好的光电性能，越来越受到人们的关注。这些化合物广泛应用于太阳电池、晶体管、光探测器及热敏器件等领域。
技术实现思路
：针对现有技术中的上述技术问题，本专利技术提供了一种组分可调的铜锑铋硫光电薄膜的制备方法，所述的这种组分可调的铜锑铋硫光电薄膜的制备方法要解决现有技术中的薄膜太阳电池半导体材料成本高、工艺复杂的技术问题。本专利技术提供了一种组分可调的光电薄膜的制备方法，包括如下步骤：1)按照摩尔比称取Cu、Sb、Bi对应的化合物以及硫源；在各反应物前驱体中，Cu元素、Sb元素、Bi元素、S元素的摩尔比为3:(1-x):x:y，其中0≤x≤1;6≤y≤18。2)将上述的化合物溶解在乙二醇中，经抽滤、洗涤、干燥制成铜锑铋硫前驱体粉末；3)将铜锑铋硫前驱体粉末溶解在二甲基甲酰胺、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇组成的混合溶液中制得前驱物溶液，前驱体粉末和二甲基甲酰胺、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇之间的物料比为0.01-1g：15-60mL：0.30-1.30g：5-20mL，在FTO衬底上以转速1000-3000r/min旋涂10-60s；4)将步骤3）获得的产品在200-500℃退火1-10min，以上步骤重复2-10次，得到铜锑铋硫预制薄膜；5)将预制薄膜在300-700℃硫化退火20-60min获得铜锑铋硫光电薄膜，所述的铜锑铋硫光电薄膜的化学式为Cu3(Sb1-xBix)S3，其中0≤x≤1。进一步的，所述铋对应的化合物为硝酸铋、三氯化铋、乙酰丙酮铋、氧化铋、氯化铋或碳酸铋中任意一种。进一步的，所述铜对应的化合物为硝酸铜、醋酸铜、氯化铜、乙酰丙酮酸铜、或硫酸铜中任意一种。进一步的，所述锑对应的化合物为氯化锑、醋酸锑、三甲基锑、或者三乙基锑中的任意一种。进一步的，所述的硫源为二乙基二硫代氨基甲酸钠、硫代乙醇酸、或者硫脲。本专利技术将Cu、Sb、Bi、S按照计量比共沉淀得到铜锑铋硫前驱体，然后将前驱体溶解在DMF中形成澄清的溶液，制成铜锑铋硫前驱物溶液。然后通过旋涂法，将铜锑铋硫前驱物溶液涂覆在FTO导电玻璃上，经过硫化退火处理，最终得到铜锑铋硫光电薄膜。本专利技术通过简单的旋涂法工艺制备铜基硫化物薄膜，有效减少太阳薄膜吸收层的制作成本和对真空等苛刻制备条件的依赖，提供了一种制造低价高效太阳电池器件的制备方法。本专利技术和已有技术相比，其技术进步是显著的。本专利技术提供工艺简单，制备方便，成本低廉的一种铜锑铋硫光电薄膜的制备方法，制备的铜锑铋硫薄膜具有良好的光吸收及光热效果，在光伏领域具有潜在的应用价值。本专利技术的方法操作简单，反应温度低，元素化学计量比控制精确，所用前驱体材料成本低廉、无毒性，适合工业化生产与应用。附图说明：图1为实施例1制备的光电薄膜的扫描电镜图，从图中可以看出薄膜形貌致密、平整。图2为实施例1合成的铜锑铋硫纳米晶的晶体结构图，可以看出其为正交晶系，晶胞中原子并没有占据在顶点上而是分布在晶胞内。图3为实施例1合成的铜锑铋硫纳米晶的XRD衍射图谱，可以看出结晶性较好，且不含其它杂相。具体实施方式实施例1：称取3mmolCuCl2·2H2O、2mmolBi(NO3)3·5H2O、和9mmol(C2H5)2NCSSNa·3H2O溶解在乙二醇中，经抽滤、洗涤、干燥制成铜锑硫前驱体粉末。将0.8g的铜锑硫前驱体粉末溶解在60mLDMF，0.30gPVP和20mLPEG中制得前驱物溶液，在FTO衬底上以转速1000r/min旋涂10s，然后在250℃退火20min，以上步骤重复4次，得到铜锑硫预制薄膜，最后将预制薄膜在400℃硫化退火6min获得铜锑硫光电薄膜。实施例2：称取5mmolCuCl2·2H2O、0.8mmolSb(CH3COO)3、0.2mmolBi(NO3)3·5H2O和11mmol(C2H5)2NCSSNa·3H2O溶解在乙二醇中，经抽滤、洗涤、干燥制成铜锑铋硫前驱体粉末。将0.1g的铜锑铋硫前驱体粉末溶解在50mLDMF，0.40gPVP和17mLPEG中制得前驱物溶液，在FTO衬底上以转速1500r/min旋涂20s，然后在260℃退火28min，以上步骤重复2次，得到铜锑铋硫预制薄膜，最后将预制薄膜在450℃硫化退火20min获得铜锑铋硫光电薄膜。实施例3：称取7mmolCuCl2·2H2O、0.6mmolSb(CH3COO)3、0.4mmolBi(NO3)3·5H2O和18mmol(C2H5)2NCSSNa·3H2O溶解在乙二醇中，经抽滤、洗涤、干燥制成铜锑铋硫前驱体粉末。将0.2g的铜锑铋硫前驱体粉末溶解在40mLDMF，0.70gPVP和15mLPEG中制得前驱物溶液，在FTO衬底上以转速2000r/min旋涂30s，然后在270℃退火5min，以上步骤重复6次，得到铜锑铋硫预制薄膜，最后将预制薄膜在500℃硫化退火36min获得铜锑铋硫光电薄膜。实施例4：称取9mmolCuCl2·2H2O、0.4mmolSb(CH3COO)3、0.6mmolBi(NO3)3·5H2O和6mmol(C2H5)2NCSSNa·3H2O溶解在乙二醇中，经抽滤、洗涤、干燥制成铜锑铋硫前驱体粉末。将0.4g的铜锑铋硫前驱体粉末溶解在30mLDMF，0.80gPVP和12mLPEG中制得前驱物溶液，在FTO衬底上以转速2500r/min旋涂50s，然后在280℃退火55min，以上步骤重复8次，得到铜锑铋硫预制薄膜，最后将预制薄膜在550℃硫化退火40min获得铜锑铋硫光电薄膜。实施例5：称取11mmolCuCl2·2H2O、0.2mmolSb(CH3COO)3、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组分可调的光电薄膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1）按照摩尔比称取Cu、Sb、Bi对应的化合物以及硫源；在各反应物前驱体中，Cu元素、Sb元素、Bi元素、S元素的摩尔比为3 : (1‑x) : x : y，其中0≤ x ≤1 ; 6 ≤ y ≤ 18；2）将上述的化合物溶解在乙二醇中，经抽滤、洗涤、干燥制成铜锑铋硫前驱体粉末；3）将铜锑铋硫前驱体粉末溶解在二甲基甲酰胺、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇组成的混合溶液中制得前驱物溶液，铜锑铋硫前驱体粉末和二甲基甲酰胺、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇之间的物料比为0.01‑1 g：15‑60 mL：0.30‑1.30 g：5‑20 mL，在FTO衬底上以转速1000‑3000 r/min旋涂10‑60 s；4）将步骤3）获得的产品在200‑500℃退火1‑10 min，以上步骤重复2‑10次，得到铜锑铋硫预制薄膜；5）将铜锑铋硫预制薄膜在300‑700 ℃硫化退火20‑60 min获得铜锑铋硫光电薄膜，所述的铜锑铋硫光电薄膜的化学式为Cu

【技术特征摘要】
1.一种组分可调的光电薄膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1）按照摩尔比称取Cu、Sb、Bi对应的化合物以及硫源；在各反应物前驱体中，Cu元素、Sb元素、Bi元素、S元素的摩尔比为3:(1-x):x:y，其中0≤x≤1;6≤y≤18；2）将上述的化合物溶解在乙二醇中，经抽滤、洗涤、干燥制成铜锑铋硫前驱体粉末；3）将铜锑铋硫前驱体粉末溶解在二甲基甲酰胺、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇组成的混合溶液中制得前驱物溶液，铜锑铋硫前驱体粉末和二甲基甲酰胺、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇之间的物料比为0.01-1g：15-60mL：0.30-1.30g：5-20mL，在FTO衬底上以转速1000-3000r/min旋涂10-60s；4）将步骤3）获得的产品在200-500℃退火1-10min，以上步骤重复2-10次，得到铜锑铋硫预制薄膜；5）将铜锑铋硫预制薄膜在30...

【专利技术属性】
技术研发人员：房永征，郑新峰，刘玉峰，李倩倩，潘彩霞，侯京山，张娜，赵国营，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：上海,31