一种用于太阳能电池的光伏薄膜材料制造技术

本发明专利技术属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种用于太阳能电池的光伏薄膜材料；所述光伏薄膜材料的制备原料包括：纳米尖晶石型粉体、纳米铜铟镓粉体；其制备方法简单，克服了以往各种方法步骤多、后处理困难、产率低等缺点。同时具有光电转化效率高、原材料及生产设备成本低的优点，适宜进行工业化生产。

A photovoltaic thin film material for solar cells

【技术实现步骤摘要】
一种用于太阳能电池的光伏薄膜材料
本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种用于太阳能电池的光伏薄膜材料。
技术介绍
太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。近几年，太阳能电池成为了全球热门的研究课题，业界也普遍认为太阳能电池的发展已经进入了第三代--薄膜太阳能电池。(第一代为单晶硅太阳能电池，第二代为多晶硅、非晶硅等太阳能电池，第三代就是铜铟镓硒CIGS(CIS中掺入Ga)等化合物薄膜太阳能电池以及薄膜Si系太阳能电池。)1953年由Hahn首次合成出CIS。1974年Wagner等人制备出p型的CIS单晶，在CIS单晶上蒸发n型的CdS层，制出第一块CIS太阳能电池，光电转换效率为12％。1981年，Boeing公司采用多元共蒸发沉积技术制备多晶CIS薄膜太阳能电池的效率为9.4％。Acrosolar于1987年提出硒化法制备多晶CIS薄膜的新技术，相对于多元共蒸发方法更简单，成本更低。从20世纪80年代开始，人们发现在CIS中加入Ga元素能够提高禁带宽度，能够更有效地吸收太阳能，获得更高的转换效率。美国再生能源实验室(NREL)专利技术的三步共蒸发能够制出大晶粒尺寸的CIGS薄膜，CIGS结晶质量的改善，加上Ga元素在薄膜中呈特定的梯度分布，使得电池的开路电压与短路电流得到明显提高，制出的电池转换效率从1994年的16.4％，1999年的18.8％，到2008年的19.9％。吸收层CIGS薄膜的质量关系到电池的转换效率，不同的制备工艺往往决定吸收层的各项性质，还关系到生产的成本、大规模生产应用等的要求。CIGS层的制备工艺有很多种，如多元共蒸发法、磁控溅射后硒化法、电沉积法、喷涂转化法等。喷涂转化法容易控制原料和添加剂的用量，能很方便地控制膜的成分、厚度和均匀性，而且充分利用材料、堆积密度高，可以减少贵金属Ga和In的使用量，大幅降低成本。目前来说，CIGS太阳能电池由于具有优异的光电性能，目前已经成为光伏领域的研究热点，但CIGS电池从实验室走向真正的商业化应用还有许多问题亟待解决。也有研究人员对其进行改进，但是改进效果并不好，例如中国专利CN103137720A公开了一种掺稀土元素的光伏薄膜材料，以稀土元素和光伏薄膜材料进行掺杂，获得掺稀土元素的光伏薄膜材料，所述光伏材料为单晶硅、多晶硅、非晶硅、多元化合物、有机聚合物中的一种；该专利申请技术中制备的光伏薄膜材料由于制备方法和材料的缺陷，会造成靶材沉积速率低，侵蚀不均匀，造成靶材利用率低；同时，使得光伏薄膜不均质，电阻大，光电转化效率低。因此，为了更有效的利用太阳能发电，亟需提供一种能够很好地提高光电转化效率并能降低成本同时利于工业化生产的技术。
技术实现思路
为克服以上技术问题，本专利技术提供了一种用于太阳能电池的光伏薄膜材料，克服了以往各种方法步骤多、后处理困难、产率低等缺点。同时具有原材料成本低的优点，适宜进行工业化生产。为实现以上目的，本专利技术提供的技术方案如下：一种用于太阳能电池的光伏薄膜材料，所述光伏薄膜材料的制备原料包括：纳米尖晶石型粉体、纳米铜铟镓粉体；优选地，按照重量份数计，所述光伏薄膜材料的制备原料包括：纳米尖晶石型粉体2-10份、纳米铜铟镓粉体90-120份；优选地，按照重量份数计，所述光伏薄膜材料的制备原料包括：纳米尖晶石型粉体2-5份、纳米铜铟镓粉体100-110份；优选地，所述纳米尖晶石型粉体由MCl2和NCl3制备而成；其中，M＝Mg、Cu、Ni、Zn或Cd中的任一种；N＝Al、Co、Cr或Ga中的任一种；所述光伏薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将MCl2和NCl3混合，溶于醇-水溶液中，调节pH值至8-9，得到复合氢氧化物前躯体；将复合氢氧化物前躯体水洗，加入PEG，在乙醇中回流，干燥后研磨，焙烧，制得纳米尖晶石型粉体A；(2)配制Cu(NO3)2、In(NO3)3和Ga(NO3)3溶液，混合，加入助剂；加热，调节pH值至7.5-10.5；抽滤，用乙醇溶液洗涤；干燥，煅烧，冷却，制得纳米金属氧化物粉末B；(3)将A和B混合，加入分散剂，球磨，添加助剂，超声，制得纳米复合墨水；取基底进行油污处理后，超声，烘干；把纳米复合墨水喷涂到基底表面，待墨水流平后干燥，而制得纳米复合薄膜；(4)高温处理纳米复合薄膜，还原，得到合金薄膜；(5)对合金薄膜进行硒化，制得掺杂尖晶石相的CIGS薄膜。优选地，所述光伏薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：(1)纳米尖晶石型粉体的制备：将MCl2和NCl3按n(M2+)：n(N3+)＝1：2(摩尔比)混合，溶于醇-水溶液中，搅拌加入氨水，调节pH值至8-9，得到复合氢氧化物前躯体；将复合氢氧化物前躯体水洗，加入1-3wt％的PEG，在乙醇中回流，干燥后研磨，焙烧，制得纳米尖晶石型粉体A；(2)纳米铜铟镓(CuInGa)粉体的制备：配制Cu(NO3)2、In(NO3)3和Ga(NO3)3溶液，混合，加入助剂；加热，搅拌，调节pH值至7.5-10.5；抽滤，用乙醇溶液洗涤；干燥，煅烧，冷却，制得纳米金属氧化物粉末B；(3)纳米复合墨水的制备与成膜将A和B混合，加入分散剂，球磨5～10h，加水稀释，添加助剂，超声，制得纳米复合墨水；取基底进行油污处理后，置于去离子水、丙酮中超声，烘干；把复合墨水喷涂到基底表面，待墨水流平后干燥，而制得纳米复合薄膜；(4)纳米复合薄膜还原制备合金薄膜高温处理纳米复合薄膜，用氢气或氢气/氩气混合气还原得到合金薄膜；(5)固态源硒化法制备掺杂尖晶石相的光伏薄膜将合金薄膜置于管式炉中，将Se粉置于合金薄膜一旁，密封管式炉，抽真空30-60min；升温，对合金薄膜进行硒化过程，制得掺杂尖晶石相的CIGS薄膜。优选地，步骤(1)中，所述醇-水溶液为体积浓度为50-75％的乙醇水溶液；优选地，步骤(1)中，所述加入氨水在水浴40-50℃条件下进行；优选地，步骤(1)中，所述PEG的分子量为M＝3000-8000，优选为M＝4000；优选地，步骤(1)中，所述乙醇中回流的时间为1-3h；优选地，步骤(1)中，所述焙烧在马弗炉中进行，焙烧的温度为800-1200℃；焙烧时间为1-4h；优选地，步骤(1)中，所述纳米尖晶石型粉体A的粒径集中分布(体积分数≥70％)在22-41nm；优选地，步骤(2)中，所述pH值为8；优选地，步骤(2)中，所述加热的温度为50-60℃；优选地，步骤(2)中，所述Cu(NO3)2、In(NO3)3和Ga(NO3)3溶液的混合时Cu、In和Ga的摩尔比为1：(0.4-0.9)：(0.2-0.6)；优选地，Cu/(In+Ga)＝1:1；优选地，Cu、In和Ga的摩尔比1：0.7：0.3；优选地，步骤(2)中，所述助剂聚乙烯吡咯烷酮和乙醇本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于太阳能电池的光伏薄膜材料，所述光伏薄膜材料的制备原料包括：纳米尖晶石型粉体、纳米铜铟镓粉体。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于太阳能电池的光伏薄膜材料，所述光伏薄膜材料的制备原料包括：纳米尖晶石型粉体、纳米铜铟镓粉体。


2.如权利要求1所述的光伏薄膜材料，其特征在于，按照重量份数计，所述光伏薄膜材料的制备原料包括：纳米尖晶石型粉体2-10份、纳米铜铟镓粉体90-120份。


3.如权利要求1所述的光伏薄膜材料，其特征在于，所述纳米尖晶石型粉体由MCl2和NCl3制备而成；其中，M＝Mg、Cu、Ni、Zn或Cd中的任一种；N＝Al、Co、Cr或Ga中的任一种。


4.如权利要求3所述的光伏薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将MCl2和NCl3混合，溶于醇-水溶液中，调节pH值至8-9，得到复合氢氧化物前躯体；将复合氢氧化物前躯体水洗，加入PEG，在乙醇中回流，干燥后研磨，焙烧，制得纳米尖晶石型粉体A；
(2)配制Cu(NO3)2、In(NO3)3和Ga(NO3)3溶液，混合，加入助剂；加热，调节pH值至7.5-10.5；抽滤，用乙醇溶液洗涤；干燥，煅烧，冷却，制得纳米金属氧化物粉末B；
(3)将A和B混合，加入分散剂，球磨，添加助剂，超声，制得纳米复合墨水；
取基底进行油污处理后，超声，烘干；把纳米复合墨水喷涂到基底表面，待墨水流平后干燥，而制得纳米复合薄膜；
(4)高温处理纳米复合薄膜，还原，得到合金薄膜；
(5)对合金薄膜进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵明，戴国清，佘金荣，
申请(专利权)人：莆田市威特电子有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35