一种全非真空制备铜铟镓硒太阳能电池的方法技术

一种全非真空制备铜铟镓硒太阳能电池的方法，它涉及一种制备铜铟镓硒太阳能电池的方法。本发明专利技术采用全非真空工艺的多层叠加方法制备一体化铜铟镓硒太阳能电池。本发明专利技术的制备过程如下：一、对掺氟二氧化锡导电玻璃(FTO)进行前处理；二、采用溶胶凝胶法制备FTO/ZnO薄膜；三、采用两电极恒电位法制备FTO/ZnO/ZnS薄膜；四、采用油墨法制备FTO/ZnO/ZnS/CIGS薄膜；五、采用丝网印刷法制备FTO/ZnO/ZnS/CIGS倒置太阳能电池。本发明专利技术制备的铜铟镓硒太阳能电池有较大的吸光性，表现出合适的吸光度，而且制备工艺简单、安全，成本低。本发明专利技术适用于薄膜太阳能电池领域。

【技术实现步骤摘要】
一种全非真空制备铜铟镓硒太阳能电池的方法
本专利技术涉及一种制备铜铟镓硒太阳能电池的方法。
技术介绍
溶胶凝胶法是一种可以在低温和温和条件下合成无机化合物或无机材料的重要方法，无需苛刻的反应条件，可以极大地减少成本，并使工艺趋于简单化。其所用的原料被分散到溶剂中而形成的粘度低的溶液，由于经过溶液反应步骤，很容易得到分子水平上的均匀混合，在半导体薄膜太阳能电池方面，能够使得制备的薄膜更加平整，元素分布更加均匀。电沉积是一种成本较低的沉积方法，而且产率很高，在半导体薄膜太阳能电池方面，可以通过工艺控制薄膜的带隙和晶体结构参数等材料特性。非真空油墨涂覆法工艺简单，成本低并且制备速度快，非常适用于大面积薄膜的制备。现有CIGS薄膜吸收层的制备方法大多是溅射法，喷雾热解法，电沉积法等制备方法。其中对于窗口层和缓冲层多采用共蒸发法、溅射法等真空制备方法，成本偏高，并且材料利用率不高。采用全非真空法制备铜铟镓硒太阳能电池可以减少成本，降低制备条件的苛刻程度有利于其大面积成膜，并且一体化的组装使层与层之间的界面接触更好，有利于太阳能电池展现更好的光电性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于得到一种全非真空法制备的CIGS薄膜太阳能电池，通过相应测试了解其界面接触，表面形貌，厚度，元素分析，元素分布等，最终提供了以一种全非真空制备铜铟镓硒太阳能电池的方法。本专利技术的一种全非真空制备铜铟镓硒太阳能电池的方法是按照以下步骤进行的：一、导电玻璃进行前处理对导电玻璃进行前处理，待用；r>二、溶胶凝胶法制备FTO/ZnO薄膜加入二水醋酸锌，加入乙醇溶解，60℃加热搅拌，得到二水醋酸锌-乙醇处理液，待用；接着加入氢氧化钾，加入乙醇溶解，搅拌后，得到氢氧化钾-乙醇处理液，利用滴液漏斗缓慢滴加入二水醋酸锌-乙醇处理液中，完成后冷凝回流2h，得到ZnO预处理液；将ZnO预处理液滴涂于FTO表面，随后在100℃下干燥，重复滴涂与烘干操作五次，得到FTO/ZnO薄膜预产物，然后将FTO/ZnO薄膜预产物在300℃空气中退火处理，得到FTO/ZnO薄膜，待用；三、电沉积法制备FTO/ZnO/ZnS薄膜称取硫酸锌、硫代硫酸钠和柠檬酸钠，加入100mL去离子水溶解，在搅拌的状态下用质量分数为80％的硫酸溶液调节pH，得到ZnS电解液；以步骤二得到的FTO/ZnO薄膜为工作电极，石墨电极为对电极，将两个电极置入ZnS电解液中进行恒压电沉积，得到FTO/ZnO/ZnS预产物，然后将FTO/ZnO/ZnS预产物在氮气气氛中退火处理，得到FTO/ZnO/ZnS薄膜，待用；四、油墨法制备FTO/ZnO/ZnS/CIGS薄膜按一定比例称取铜铟镓硒粉末和聚偏氟乙烯粉末，再加入N-甲基吡咯烷酮混合溶解，室温下搅拌4h，制得CIGS油墨，并将其滴涂于步骤三得到的FTO/ZnO/ZnS薄膜表面，烘干即可得到FTO/ZnO/ZnS/CIGS薄膜；五、丝网印刷法制备FTO/ZnO/ZnS/CIGS倒置太阳能电池取步骤四得到的FTO/ZnO/ZnS/CIGS薄膜，通过丝网印刷的方法在FTO/ZnO/ZnS/CIGS铜铟镓硒层印刷一层导电银胶，即得到FTO/ZnO/ZnS/CIGS倒置太阳能电池，最终完成一种全非真空制备铜铟镓硒太阳能电池的制备。本专利技术包含以下有益效果：本专利技术采用溶胶凝胶法将ZnO涂覆在基底FTO上；在FTO/ZnO薄膜表面电沉积一层ZnS薄膜；ZnS沉积成膜后，在其表面涂覆一层CIGS油墨；最后利用导电银胶对其进行外引流。通过全非真空工艺制备一体化CIGS薄膜太阳能电池，本专利技术一种全非真空制备的铜铟镓硒太阳能电池表现出大的吸光度，并且光学带隙值达到1.81eV，为获得光电转换效率高、制备成本低廉的薄膜太阳能电池提供了新途径。本专利技术采用全非真空工艺制备的CIGS薄膜太阳能电池，每层皆通过全非真空工艺实现，完成度良好，并且各界面接触良好，能够与后面的性能测试相参照。薄膜基本保存最上层CIGS薄膜的特性，而光在透过吸收层的同时还要透过窗口层和缓冲层，使带隙值有所改变，因此具有大的吸光度。其次，本专利技术所制备的太阳能电池为倒置的太阳能电池，拥有较高的开路电压(0.90V)和短路电流密度(1.05mA·cm-2)，因其无简单太阳能电池中间液相电解液的干扰，使吸收层与缓冲层之间能够拥有更好的P-N结结构。本专利技术采用的溶胶凝胶法制备ZnO薄膜，其机理具体如下：KOH首先分解成K+和OH-，然后二水醋酸锌脱水得到醋酸锌和2分子水，接着醋酸锌与KOH分解出的OH-发生反应产生氢氧化锌和醋酸根离子，最后氢氧化锌脱水得到氧化锌。恒电位电沉积法在FTO/ZnO薄膜上沉积ZnS薄膜的机理，具体如下：S2O32-在酸性条件下即在H+的作用下分解出S单质，然后分解出的S单质扩散到阴极上得电子被还原成S2-，最终极板周围的Zn2+和分解下来的S2-发生化合反应得到ZnS沉积在FTO/ZnO薄膜上。附图说明图1为一种全非真空制备铜铟镓硒太阳能电池的方法中FTO/ZnO/ZnS/CIGS薄膜ZnS/CIGS界面的SEM图(872×)。图2为一种全非真空制备铜铟镓硒太阳能电池的方法中FTO/ZnO/ZnS/CIGS薄膜ZnS/CIGS界面的SEM图(5000×)。图3为一种全非真空制备铜铟镓硒太阳能电池的方法中FTO/ZnO/ZnS/CIGS薄膜ZnS/CIGS界面的EDS能谱与mapping分析图。图4为一种全非真空制备铜铟镓硒太阳能电池的方法中一体化FTO/ZnO/ZnS/CIGS薄膜断面的SEM图。图5为一种全非真空制备铜铟镓硒太阳能电池的方法中FTO/ZnO/ZnS/CIGS薄膜的吸光度图谱。图6为一种全非真空制备铜铟镓硒太阳能电池的方法中FTO/ZnO/ZnS/CIGS薄膜的光学带隙估算图。图7为一种全非真空制备铜铟镓硒太阳能电池的方法中FTO/ZnO/ZnS/CIGS薄膜的Mott-Schottky测试图。图8为一种全非真空制备铜铟镓硒太阳能电池的方法中CIGS倒置太阳能电池的光电转化效率图。具体实施方式下面进行最佳的实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术的保护范围并不仅限于以下实施例。具体实施方式一：本实施方式的一种全非真空制备铜铟镓硒太阳能电池的方法是按照以下步骤进行的：一、导电玻璃进行前处理对导电玻璃进行前处理，待用；二、溶胶凝胶法制备FTO/ZnO薄膜加入二水醋酸锌，加入乙醇溶解，60℃加热搅拌，得到二水醋酸锌-乙醇处理液，待用；接着加入氢氧化钾，加入乙醇溶解，搅拌后，得到氢氧化钾-乙醇处理液，利用滴液漏斗缓慢滴加入二水醋酸锌-乙醇处理液中，完成后冷凝回流2h，得到ZnO预处理液；将ZnO预处理液滴涂于FTO表面，随后在100℃下干燥，重复滴涂与烘干操作五本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全非真空制备铜铟镓硒太阳能电池的方法，其特征在于：首先对掺氟二氧化锡导电玻璃(FTO)进行前处理，接着采用溶胶凝胶法制备FTO/ZnO薄膜，然后将其作为载体，通过两电极恒电位法将ZnS沉积在ZnO表面，再通过油墨法将铜铟镓硒（CIGS）涂覆在ZnS表面，最后采用丝网印刷法得到全非真空一体化组装的FTO/ZnO/ZnS/CIGS倒置太阳能电池，具体步骤如下：/n一、导电玻璃进行前处理/n对导电玻璃进行前处理，待用；/n二、溶胶凝胶法制备FTO/ZnO薄膜/n加入二水醋酸锌，加入乙醇溶解，60 ℃加热搅拌，得到二水醋酸锌-乙醇处理液，待用；接着加入氢氧化钾，加入乙醇溶解，搅拌后，得到氢氧化钾-乙醇处理液，利用滴液漏斗缓慢将其滴加入二水醋酸锌-乙醇处理液中，完成后冷凝回流2 h，得到ZnO预处理液；将ZnO预处理液滴涂于FTO表面，随后在100 ℃下干燥，重复滴涂与烘干操作五次，得到FTO/ZnO薄膜预产物，然后将FTO/ZnO薄膜预产物在300 ℃空气中退火处理，得到FTO/ZnO薄膜，待用；/n三、电沉积法制备FTO/ZnO/ZnS薄膜/n称取硫酸锌、硫代硫酸钠和柠檬酸钠，加入100 mL去离子水溶解，在搅拌的状态下用质量分数为80 %的硫酸溶液调节pH，得到ZnS电解液；以步骤二得到的FTO/ZnO薄膜为工作电极，石墨电极为对电极，将两个电极置入ZnS电解液中进行恒压电沉积，得到FTO/ZnO/ZnS预产物，然后将FTO/ZnO/ZnS预产物在氮气气氛中退火处理，得到FTO/ZnO/ZnS薄膜，待用；/n四、油墨法制备FTO/ZnO/ZnS/CIGS薄膜/n按一定比例称取铜铟镓硒粉末和聚偏氟乙烯粉末，再加入N-甲基吡咯烷酮混合溶解，室温下搅拌4 h，制得CIGS油墨，并将其滴涂于步骤三得到的FTO/ZnO/ZnS薄膜表面，烘干即可得到FTO/ZnO/ZnS/CIGS薄膜；/n五、丝网印刷法制备FTO/ZnO/ZnS/CIGS倒置太阳能电池/n取步骤四得到的FTO/ZnO/ZnS/CIGS薄膜，通过丝网印刷的方法在FTO/ZnO/ZnS/CIGS铜铟镓硒层印刷一层导电银胶，即可得到FTO/ZnO/ZnS/CIGS倒置太阳能电池，最终完成一种全非真空制备铜铟镓硒太阳能电池的制备。/n...

【技术特征摘要】
1.一种全非真空制备铜铟镓硒太阳能电池的方法，其特征在于：首先对掺氟二氧化锡导电玻璃(FTO)进行前处理，接着采用溶胶凝胶法制备FTO/ZnO薄膜，然后将其作为载体，通过两电极恒电位法将ZnS沉积在ZnO表面，再通过油墨法将铜铟镓硒（CIGS）涂覆在ZnS表面，最后采用丝网印刷法得到全非真空一体化组装的FTO/ZnO/ZnS/CIGS倒置太阳能电池，具体步骤如下：
一、导电玻璃进行前处理
对导电玻璃进行前处理，待用；
二、溶胶凝胶法制备FTO/ZnO薄膜
加入二水醋酸锌，加入乙醇溶解，60℃加热搅拌，得到二水醋酸锌-乙醇处理液，待用；接着加入氢氧化钾，加入乙醇溶解，搅拌后，得到氢氧化钾-乙醇处理液，利用滴液漏斗缓慢将其滴加入二水醋酸锌-乙醇处理液中，完成后冷凝回流2h，得到ZnO预处理液；将ZnO预处理液滴涂于FTO表面，随后在100℃下干燥，重复滴涂与烘干操作五次，得到FTO/ZnO薄膜预产物，然后将FTO/ZnO薄膜预产物在300℃空气中退火处理，得到FTO/ZnO薄膜，待用；
三、电沉积法制备FTO/ZnO/ZnS薄膜
称取硫酸锌、硫代硫酸钠和柠檬酸钠，加入100mL去离子水溶解，在搅拌的状态下用质量分数为80%的硫酸溶液调节pH，得到ZnS电解液；以步骤二得到的FTO/ZnO薄膜为工作电极，石墨电极为对电极，将两个电极置入ZnS电解液中进行恒压电沉积，得到FTO/ZnO/ZnS预产物，然后将FTO/ZnO/ZnS预产物在氮气气氛中退火处理，得到FTO/ZnO/ZnS薄膜，待用；
四、油墨法制备FTO/ZnO/ZnS/CIGS薄膜
按一定比例称取铜铟镓硒粉末和聚偏氟乙烯粉末，再加入N-甲基吡咯烷酮混合溶解，室温下搅拌4h，制得CIGS油墨，并将其滴涂于步骤三得到的FTO/ZnO/ZnS薄膜表面，烘干即可得到FTO...

【专利技术属性】
技术研发人员：李丽波，崔文俊，翟墨，杜金田，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23