一种氯化物体系制备铜镓碲薄膜的方法技术

一种氯化物体系制备铜镓碲薄膜材料的制备方法，属于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TeO2、CuCl2和GaCl3先后放入溶剂中，配制澄清透明溶液，用旋涂法在玻璃片上得到前驱体薄膜，自然晾干，放入有水合联氨的可密闭容器，使前驱体薄膜样品不与水合联氨接触，将装有前驱体薄膜样品的密闭容器进行加热后取出样品进行干燥，可通过增加反应次数和热处理工艺改善薄膜质量，得到铜镓碲光电薄膜。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。所得铜镓碲光电薄膜有较好的连续性和均匀性，这种新工艺为制备高性能的铜镓碲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】
一种氯化物体系制备铜镓碲薄膜的方法
本专利技术属于太阳能电池用光电薄膜制备
，尤其涉及一种氯化物体系制备铜镓碲薄膜的方法。
技术介绍
众所周知，经济的高速发展必然带来能源消耗量的激增。随着近年来我国社会和经济高速发展，能源紧缺及消费能源带来的污染已成为国内社会发展中的突出问题，因此开发利用清洁能源对保护环境、经济可持续发展和构筑和谐社会都有重要的意义。为了更充分的利用太阳能这种清洁、安全和环保的可再生资源，近年来光电材料的研究和应用日益受到重视。铜镓碲基薄膜太阳电池目前可以认为是最有发展前景的薄膜电池，这是因为其吸收层材料CuGaTe2具有较高的光电转化率等一系列优点。特别是以铜镓碲光电薄膜的制备研究已经取得了较大的进展。目前铜镓碲薄膜的制备方法主要有溶剂热法、喷射热解法、离子烧结法、化学沉积法、反应溅射法、真空蒸发法等。由于原料成本低，因此是一种非常有发展前途的光电薄膜材料，但现有工艺路线复杂、制备成本高，因而需要探索低成本的制备工艺。如前面所述方法一样，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]FahimAhmed,NaohitoTsujii,TakaoMori.MicrostructureanalysisandthermoelectricpropertiesofirondopedCuGaTe2.JournalofMateriomics,2018.主要研究了Fe掺杂对黄铜矿型CuGaTe2结构和热输运性质的影响，采用放电等离子烧结法制备多晶样品CuGa1-xFexTe2（x为0～0.05）。[1]ZhangJian,Qin,Xiaoying;Li,Di;etal.EnhancedthermoelectricperformanceofCuGaTe2byGd-dopingandTeincorporation.Intermetallics,2015.采用熔融法制备了掺杂CuGaTe2，在300～800K的温度范围内研究了它们的热电性能。结果表明，Gd掺杂和Te掺入的协同效应显著提高了CuGaTe2的热电性能。[2]Fujii,Yosuke;Kosuga,Atsuko.High-TemperatureFormationPhasesandCrystalStructureofHot-PressedThermoelectricCuGaTe2withChalcopyrite-typeStructure.JournalofElectronicMaterials,2017.研究了热压CuGaTe2的300～800K的温度相关的形成相和晶体结构，多晶CuGaTe2具有黄铜矿型结构，通过热压固化是作为中温热电材料的潜在候选材料。[4]ManoramaLakhea,S.K.Mahapatrab,NanduB.Chaurea.DevelopmentofCuInTe2thinfilmsolarcellsbyelectrochemicalroutewithlowtemperature(80◦C)heattreatmentprocedure.MaterialsScienceandEngineering,2017.主要研究了连续低温热处理对电沉积制备CuInTe2（CIT）薄膜的性能的影响。[5]LiWeixin,LuoYubo,ZhengYun,etal.EnhancementofthethermoelectricperformanceofCuInTe2viaSnO2insitureplacement.JournalofMaterialsScience-MaterialsinElectronics,2018.采用原位诱导的纳米结构作为提高p型CuInTe2基热电材料热电性能的另一种途径，通过原位取代SnO2和CuInTe2，在SnO2样品中形成分散的氧化铟纳米颗粒。[6]ZhangXiao,YangLei,GuoZenglong,etal.RapidsynthesisofCuInTe2ultrathinnanoplateswithenhancedphotoelectrochemicalproperties.Chemicalcommunications,2017.采用快速胶体合成法合成了超薄单晶CuInTe2二维（2D）纳米板，对其生长机理进行了详细的研究。[7]NtholengN.,MojelaB.,GqobaS,etal.ColloidalsynthesisofpureCuInTe2crystallitesbasedontheHSABtheory.NewJournalofChemistry,2016.利用胶体法广泛用于合成三元和四元硫化铜和硒化物，研究了这些纳米结构的形成途径和结晶机理。[8]Li,Shuai;Guo,Yong-Quan.StructuresandPhotoelectricPropertiesofCeandCoDopedCuInTe2Semiconductor.2ndAnnualInternationalConferenceonAdvancedMaterialEngineering(AME),2016.主要研究了采用真空电弧熔炼法成功合成了CuIn1-xCeCeCOyTe2的样品，对Ce和Co掺杂CuInTe2的结构和光电性能进行了研究。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有制备技术的不足，专利技术了一种与现有制备方法完全不同的铜镓碲薄膜材料的制备工艺。本专利技术采用旋涂-化学共还原法制备铜镓碲薄膜材料，采用玻璃片或硅片为基片，以CuCl2、GaCl3和TeO2为原料，以盐酸为溶剂，先在盐酸中添加TeO2，待其反应完全后再加入CuCl2和GaCl3，使其充分反应。先以旋涂法制备一定厚度的铜镓碲前驱体薄膜，以水合联氨为还原剂，在密闭容器内在较低温度下加热，使前驱体薄膜还原并发生合成反应，可通过增加反应次数和反应后热处理改善所制备薄膜质量，得到目标产物。本专利技术的具体制备方法包括如下顺序的步骤：a.进行基片的清洗，本实验选择玻璃片或硅片作为基片，首先将玻璃片或硅片切至20mm×20mm×2mm大小作为薄膜基片，然后用去离子水清洗2~3次，随后经过稀硫酸煮沸30~40min、水浴加热40~50min、去离子水超声清洗20min，这三个重要清洗步骤后，用双氧水浸泡保存备用即可。b.将CuCl2、GaCl3和TeO2放入溶剂中，使溶液中的物质均匀混合。具体地说，可以先将2.0～5.0份TeO2放入30～120份的溶剂中，其中溶剂为盐酸。待其完全反应后，将1.0～3.0份CuCl2、1.0～3.0份GaCl3放入，使溶液中的物质均匀混合。c.制作外部均匀涂布步骤b所述溶液的基片，并烘干，得到前驱体薄膜样品。可以将上述溶液滴到放置在匀胶机上的基片上，再启动匀胶机以200～3500转/分旋转一定时间，使滴上的溶液涂布均匀后，并对基片进行自然晾干后，再次重复滴上前述溶液和旋涂后再自然晾干，如此重复2～8次，于是在基片上得到了一定厚度的前驱体薄膜样品。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。水合联氨放入量为30.0～45.0份。将上述装有前驱体薄膜样品的密闭容本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氯化物体系制备铜镓碲薄膜的方法，包括如下顺序的步骤：玻璃基片或硅基片的清洗；先将2.0～5.0份TeO2放入30～120份的溶剂中，待其完全反应后，将1.0～3.0份CuCl2、1.0～3.0份GaCl3放入，使溶液中的物质均匀混合；制作表面均匀涂布步骤b所述溶液的基片，自然晾干，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；水合联氨放入量为30.0～45.0份；将上述装有前驱体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10～60小时，然后冷却到室温取出；e. 取出自然干燥后，重复b、c和d步骤2~6次，以增加所制备薄膜的厚度；f. 将步骤e所得物，使其常温自然干燥后，增加热处理工艺，在管式加热炉中加热至200~400℃，保温5~15小时，即得到铜镓碲光电薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种氯化物体系制备铜镓碲薄膜的方法，包括如下顺序的步骤：玻璃基片或硅基片的清洗；先将2.0～5.0份TeO2放入30～120份的溶剂中，待其完全反应后，将1.0～3.0份CuCl2、1.0～3.0份GaCl3放入，使溶液中的物质均匀混合；制作表面均匀涂布步骤b所述溶液的基片，自然晾干，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；水合联氨放入量为30.0～45.0份；将上述装有前驱体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10～60小时，然后冷却到室温取出；e.取出自然干燥后，重复b、c和d步骤2~6次，以增加所制备薄膜的厚度；f.将步骤e所得物，使其常温自然干燥后，增加热处理工艺，在管式加热炉中加热至200~400℃，保温5~15小时，即得到铜镓碲光电薄膜。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘科高，李静，许超，赵忠新，刘宏，
申请(专利权)人：山东建筑大学，
类型：发明
国别省市：山东,37