一种硒化铟与铜离子复合技术制备致密织构化铜铟硒薄膜的方法技术

本发明专利技术公开一种硒化铟与铜离子复合技术制备致密织构化铜铟硒薄膜的方法，将制得的In

【技术实现步骤摘要】
一种硒化铟与铜离子复合技术制备致密织构化铜铟硒薄膜的方法
本专利技术属于太阳能电池领域，具体来说，一种制备铜铟硒太阳能电池光吸收层的方法，更加具体地说，涉及到一种以硒化铟纳米片与铜离子复合制备致密织构化铜铟硒薄膜的方法。
技术介绍
随着全球经济飞速增长，能源的消耗也已经达到了前所未有的程度，太阳能电池因此备受瞩目。铜铟镓硒太阳能电池作为当前光转化效率最高的薄膜太阳能电池有着重要的作用和广阔的发展前景。CuInSe2(CIS)基薄膜属于直接带隙半导体材料；具有高的光吸收系数和稳定性；禁带宽度可调，它组成了电池的光吸收层，其结构与组分极大影响了电池效率。高性能的CIS太阳能电池要求吸收层薄膜结构致密，不含有二元杂相，多是由真空法制备而来，其缺点是成本高昂，对设备要求高，难以大规模应用。近年来，基于非真空技术的纳米晶墨水法发展迅速，CIS纳米粒子分散在溶剂中形成胶体墨水，将墨水沉积到基底表面热处理后便可得到CIS薄膜，方法简单、成本低、可大面积制备，但是纳米粒子在热处理过程中长大不明显，颗粒之间的空隙不利于电子的传输从而使器件性能降低。与纳米晶墨水法相比，我们注意到高质量的薄膜往往是通过直接将Cu-Se、In-Se、Ga-Se化合物或金属盐溶解于溶剂中沉积成膜后热处理得到的。原因在于CuSex(x＝1,2)在烧结过程中包晶分解出Se液相，液相烧结促进了晶体生长和薄膜致密化。虽然薄膜质量变好，器件性能提高，但要溶解上述化合物，就难以避免使用毒性较强的溶剂，这增加了生产上的困难。
技术实现思路
r>本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种硒化铟与铜离子复合技术制备致密织构化铜铟硒薄膜的方法，利用薄膜制备中In2Se3纳米片取向排列及烧结过程中CuSex的包晶分解促进薄膜的织构化、致密化，以提高器件性能。本专利技术的技术目的通过下述技术方案予以实现。一种硒化铟与铜离子复合技术制备致密织构化铜铟硒薄膜的方法，按照下步骤进行制备：步骤1，制备混合墨水将In2Se3纳米墨水和铜离子溶液混合制备混合墨水，铜离子(一价铜离子)与In2Se3的摩尔比为(0.5—1)：1；在铜离子溶液中，将CuCl粉末均匀分散在由AMP和乙醇组成的溶液中，AMP和乙醇的体积比1：(3—5)，铜离子浓度为0.4～0.6mol/L在步骤1中，铜离子与In2Se3的摩尔比为(0.8—1)：1。在步骤1中，量取铜离子溶液加入到In2Se3纳米墨水，超声20～30min进行均匀分散，得到混合墨水。在步骤1中，采用传统的热注射法制备硒化铟纳米片，具体步骤详见【Li,Tongfei等"Multi-morphologicalgrowthofnano-structuredIn2Se3byambientpressuretriethyleneglycolbasedsolutionsyntheses."JournalofAlloysandCompounds646(2015):603-611】，其中阳离子前驱液注入温度和回流温度控制在245～255℃，将获得的产物硒化铟纳米片超声分散在无水乙醇中，得到0.03～0.05mol/L的In2Se3纳米墨水待用。在步骤1中，AMP和乙醇的体积比1：(4—5)。步骤2，采用浸渍提拉工艺得到CIS前驱体层将基底以1500～2500μm/s的速度浸入到步骤1得到的混合墨水中静置，再以相同速度将基底提拉出来，待溶剂挥发后，重复进入到混合墨水中反复进行提拉处理，以得到CIS前驱体层；在步骤2中，基底为玻璃基底，对(玻璃)基底进行清洗，分别用盐酸(如1M)、丙酮、蒸馏水以及无水乙醇各超声清洗30～40min，洁净环境中烘干待用。在步骤2中，在每次浸入到混合墨水中后，静置时间为4—6s。在步骤2中，在浸渍提拉过程中，硒化铟纳米片因表面张力作用会在基底上沿平行基底方向取向排列叠层，经重复提拉处理后，如选择反复提拉80～100次，得到CIS前驱体层。步骤3，硒化烧结将经步骤2处理沉积CIS前驱体层的基底置于放有硒粉的坩埚中，并将坩埚置于管式炉中，在惰性保护气体下以10～20℃/min的升温速度自室温20—25摄氏度升至500～550℃并保温处理，得到致密织构化的CIS薄膜。在步骤3中，坩埚为石墨坩埚。在步骤3中，惰性保护气体为氮气、氩气或者氦气。在步骤3中，保温温度为530～550℃，保温时间为30—60min。本专利技术将制得的In2Se3纳米片分散于无水乙醇中得到纳米墨水，为了引入Cu离子，我们采用2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)作为络合剂，通过它与CuCl的络合反应，提高Cu离子的溶解度，而后按照比例将In2Se3纳米墨水和Cu离子溶液混合，形成CIS前驱体均匀墨水。利用浸渍提拉工艺在基底上沉积墨水，墨水中的纳米片在沉积过程取向排列，形成的前驱体层，前驱体层在硒化烧结过程发生反应：铜硒化合物生成后分解出Se液相，液相促进传质，铟硒化合物与铜硒化合物结合为致密黄铜矿结构的铜铟硒。反应基于提拉过程取向排列的纳米片，使得最终得到的CIS薄膜晶面取向明显择优，织构化程度与致密化程度高，可减少光的反射，有利于器件性能提高，同时避免了毒性溶剂的使用，便于大规模安全生产，成本低。附图说明图1为本专利技术实施例1中540℃下硒化烧结得到薄膜的(a)XRD图，(b)拉曼光谱图。图2为本专利技术实施例1中540℃下硒化处理前后得到的薄膜的扫描电镜照片，(a)热处理前薄膜的表面与断面的SEM照片，(b)热处理后薄膜的表面与断面的SEM照片。具体实施方式下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的技术方案。本专利技术制备了In2Se3纳米片与Cu离子的乙醇基混合墨水，其中利用AMP与Cu离子的络合溶解CuCl来引入Cu离子，；沉积得到预制层薄膜后硒化烧结制备出CIS薄膜。此方法具有以下优点：，所得薄膜致密，织构化程度高，利于电子传输。实施例1：(1)制备In2Se3纳米墨水：采用传统的热注射法制备硒化铟纳米片，具体步骤详见【Li,Tongfei等"Multi-morphologicalgrowthofnano-structuredIn2Se3byambientpressuretriethyleneglycolbasedsolutionsyntheses."JournalofAlloysandCompounds646(2015):603-611】，其中阳离子前驱液注入温度和回流温度控制在250℃，将获得的产物超声分散在无水乙醇中，得到0.04mol/L的In2Se3纳米墨水待用；(2)CuCl的AMP-乙醇溶液的制备：将AMP和乙醇按体积比1:5混合，称取一定量CuCl粉末加入到混合溶液中，充分搅拌得到0.5mol/L的铜离子溶液；(3)In2Se3和铜离子溶液混合制备混合墨水：量取一定体积的步骤(2)中得到的铜离子加入步骤(1)中得到的In2Se3纳米墨水，超声本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硒化铟与铜离子复合技术制备致密织构化铜铟硒薄膜的方法，其特征在于，按照下步骤进行制备：/n步骤1，制备混合墨水/n将In

【技术特征摘要】
1.一种硒化铟与铜离子复合技术制备致密织构化铜铟硒薄膜的方法，其特征在于，按照下步骤进行制备：
步骤1，制备混合墨水
将In2Se3纳米墨水和铜离子溶液混合制备混合墨水，铜离子(即一价铜离子)与In2Se3的摩尔比为(0.5—1)：1；在铜离子溶液中，将CuCl粉末均匀分散在由AMP和乙醇组成的溶液中，AMP和乙醇的体积比1：(3—5)，铜离子浓度为0.4～0.6mol/L
步骤2，采用浸渍提拉工艺得到CIS前驱体层
将基底以1500～2500μm/s的速度浸入到步骤1得到的混合墨水中静置，再以相同速度将基底提拉出来，待溶剂挥发后，重复进入到混合墨水中反复进行提拉处理，以得到CIS前驱体层；
步骤3，硒化烧结
将经步骤2处理沉积CIS前驱体层的基底置于放有硒粉的坩埚中，并将坩埚置于管式炉中，在惰性保护气体下以10～20℃/min的升温速度自室温20—25摄氏度升至500～550℃并保温处理，得到致密织构化的CIS薄膜。


2.根据权利要求1所述的一种硒化铟与铜离子复合技术制备致密织构化铜铟硒薄膜的方法，其特征在于，在步骤1中，铜离子与In2Se3的摩尔比为(0.8—1)：1；AMP和乙醇的体积比1：(4—5)。


3.根据权利要求1所述的一种硒化铟与铜离子复合技术制备致密织构化铜铟硒薄膜的方法，其特征在于，在步骤1中，量取铜离子溶液加入到In2Se3纳米墨水，超声20～30min进行均匀分散，得到混合墨水。


4.根据权利要求1所述的一种硒化铟与铜离子复合技术制...

【专利技术属性】
技术研发人员：季惠明，黄雄，郑哲蔚，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12