一种制备CuInS2薄膜的方法技术

本发明专利技术公开的制备ＣｕＩｎＳ↓［２］薄膜的方法，采用的是化学镀的方法，步骤如下：先采用化学镀方法在清洗干净的Ｍｏ、Ｔｉ、Ｆｅ或Ｐｄ活性金属衬底上沉积Ｃｕ薄膜，然后采用化学镀方法沉积Ｉｎ薄膜，得到Ｃｕ－Ｉｎ前驱体，再将制备好的Ｃｕ－Ｉｎ前驱体，在含有硫的氩气或氮气等保护气氛下，于３００－７００℃处理３０－１８０分钟，或者先在５０－１６０℃处理１０－５０分钟，再在３００－７００℃处理３０－１８０分钟，得到ＣｕＩｎＳ↓［２］薄膜。本发明专利技术制备工艺简单。采用该方法无需真空设备，成本比溅射法和共蒸发法低廉得多；也无需用电，成本甚至比电镀法还要低；而制备的薄膜表面致密均匀，孔隙很少，完全满足作为太阳电池的吸收层的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于太阳电池吸收层的CuInS2薄膜的制备方法。
技术介绍
人类进入21世纪，对能源的需求不断增加。当今支撑世界经济发展的能源 主要是不可再生的化石能源，即煤炭、石油和天然气。据专家们估计，在世界 常规能源中，目前己探明的石油或天然气储量将在大约50-100年内开采完，煤炭 资源虽然相对较丰富，但在未来同样面临短缺的危机。此外，这些能源在使用 中容易对环境造成污染，并由此引发出酸雨、臭氧层破坏、温室效应等严重的 生态问题。随着人类经济的发展，能源问题已经成为世界各国面临的首要问题。因此， 清洁的可再生能源的研究和开发是国际学术界关注的重点。太阳能是一种取之 不尽，用之不竭的无污染洁净能源。作为环保的、可再生能源的太阳能，从20 世纪50年代就开始了研究，其应用逐渐广泛。70年代的石油危机让太阳能电池 的应用被提上了研究日程。目前，太阳能电池主要有单晶Si，多晶硅，非晶 Si， GaAs， CdS， CdTe， CuInS2等类型。CuInS2薄膜太阳能电池具有很多优点。首先，CuInS2吸收系数很大，禁带 宽度接近太阳能电池的最佳禁带宽度(1.45eV)。其次，它是直接带隙半导体， 发光效率高。第三，CuInS2可以做成很薄的膜，节约成本。并且CuInS2可以由 于不同的缺陷类型呈现出p型或者n型的半导体性质，这使得它易于制成同质 结。而且，CuInS2同质结太阳能电池的理论转换率最高可达32X，这个数值在 同类光伏器件中是最高的，进一步地，CuInS2电池具有优良的抗辐照性能。基 于以上优点，CuInS2是目前很有发展前途的一种太阳能电池半导体材料。目前制备CuInS2薄膜的方法主要有溅射法、共蒸发法、电镀法、喷涂法、 化学水浴法等。溅射法和共蒸发法制备的薄膜质量较好，但由于目前采用的设 备昂贵及真空工艺，从而使CuInS2薄膜电池在成本上也无太大优势；电镀法、 喷涂法和化学水浴法采用的设备简单，成本较低，但是制备的薄膜质量也很低， 无法制备高质量的电池。所以，如何制备质量较高、成本低廉的CuInS2薄膜成 为太阳能界的一个技术难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了获得质量较好的CuInS2薄膜，同时降低CuInS2薄膜太阳电池生产成本，而提供一种制备QiInS2薄膜的方法。本专利技术制备CuInS2薄膜的方法，采用的是化学镀的方法，具体步骤如下1) 采用化学镀方法在清洗干净的Mo、 Ti、 Fe或Pd活性金属衬底上沉积 Cu薄膜，化学镀Cu的溶液配方为铜盐0.001-5mol/l，络合剂0.001-5 mol/l， 还原剂0.001-5 mol/l，并调节溶液的pH值至碱性；2) 采用化学镀方法在步骤l)制备的薄膜上沉积In薄膜，得到Cu-In前驱体， 化学镀in的溶液配方为In盐0.001-5mol/l;络合剂0.001-5 mol/1;还原剂0.001-5 mol/l，并调节溶液的pH值至碱性；3) 将制备好的Cu-In前驱体，在含有硫的氩气或氮气等保护气氛下，于 300-700。C处理30-180分钟，或者先在50-16(TC处理10-50分钟，再在300-700 'C处理30-180分钟，得到CuInS2薄膜。上述化学镀铜和化学镀In所用的络合剂为EDTA、乙二胺四乙酸二钠、酒 石酸钾钠、柠檬酸钠、三乙醇胺、铵盐、甘油和苹果酸中的一种或几种。上述化学镀铜和化学镀In所用的还原剂是甲醛、次磷酸二氢钠或硼氢化钠。本专利技术中所说的铜盐可以是氯化铜、硝酸铜或者硫酸铜。所说的In盐可以 为氯化铟、硝酸铟或硫酸铟。CuInS2薄膜的厚度由化学镀沉积时间决定。本专利技术的有益效果在于本专利技术首次提出采用化学镀(也叫无电镀)制备CuInS2薄膜，该方法在Mo、 Ti、 Fe或Pd活性金属衬底上首先分别沉积Cu、 In薄膜得到Cu-In前驱体，然 后热处理得到CuInS2薄膜，制备工艺简单。采用该方法无需真空设备，成本比 溅射法和共蒸发法低廉得多；也无需用电，成本甚至比电镀法还要低；而制备 的薄膜表面致密均匀，孔隙很少，完全满足作为太阳电池的吸收层的要求。 附图说明图1是CuInS2薄膜的XRD图2是CuInS2薄膜的SEM图3是CuInS2薄膜的能谱图。 具体实施例方式以下结合实施例进一步说明本专利技术。 实施例1首先采用化学镀的方法，在清洗干净的Mo衬底上沉积Cu薄膜15分钟， 化学镀铜的溶液配方如下硫酸铜0.02mol/l;柠檬酸钠0.02mol/l;甲醛0.1 mol/1,采用碱性试剂将溶液pH值调节至11 。采用化学镀的方法，在已经沉积Cu薄膜的衬底上，沉积In薄膜，时间是 5分钟，得到Cu-In前驱体。化学镀In溶液的配方如下氯化铟0.01mol/l; EDTA 0.01mol/l;硼氢化钠0.05 mol/l，采用碱性试剂将溶液pH值调节至11 。将制备好的Cu-In前驱体，在含有硫的氮气气氛保护下，先在15(TC热处理 20分钟。然后在50(TC热处理60分钟，得到厚度1.27nm的CuInS2薄膜。薄膜 的XRD图，如图1所示，SEM图如图2所示，由图可见制备的薄膜结晶度高， 表面均匀致密，平均晶粒尺寸lpm以上，经能谱测定(见图3)， Cu、 In， S原 子比例为1.03: 1: 2.02，完全满足作为太阳电池的吸收层的要求。实施例2首先采用化学镀的方法，在清洗干净的Mo衬底上沉积Cu薄膜10分钟，， 化学镀铜的溶液配方如下氯化铜0.02mol/l; EDTA 0.02 mol/l;次磷酸二氢钠 0.1 mo1/1，采用碱性试剂将溶液pH值调节至11 。然后采用化学镀的方法，在已沉积Cu薄膜的衬底上，沉积In薄膜，时间 是5分钟，得到Cu-In前驱体，化学镀In的溶液配方如下硫酸铟0.01mol/l; 柠檬酸钠0.01mol/l;次磷酸二氢钠0.05 mo1/1，采用碱性试剂将溶液pH值调节 至12。将制备好的Oi-In前驱体在含有硫的氩气气氛保护下，在温度45(TC热处理 90分钟，得到厚度1.25pm的CuInS2薄膜。经过XRD测试和SEM观察，发现 制备的薄膜结晶度高，薄膜表面均匀致密，平均晶粒尺寸l^irn以上，经能谱测 定，Cu、 In， S原子比例为1.01: 1: 2.06，完全满足作为太阳电池的吸收层的 要求。实施例3首先采用化学镀的方法，在清洗干净的Ti衬底上沉积Cu薄膜20分钟，化 学镀铜的溶液配方如下硫酸铜0.001mol/l; EDTA，甘油，苹果酸各0.001 mol/l; 甲醛0.001 mo1/1，采用碱性试剂将溶液pH值调节至ll。采用化学镀的方法，在已经沉积Cu薄膜的衬底上，沉积In薄膜，时间是 15分钟，得到Cu-In前驱体。化学镀In溶液的配方如下硝酸铟O.OOlmol/1;乙 二胺四乙酸二钠，酒石酸钾钠，柠檬酸钠各O.OOlmol/1;硼氢化钠0.001 mol/l， 采用碱性试剂将溶液pH值调节至11 。将制备好的Cu-In前驱体，在含有硫的氮气气氛保护下，先在50'C热处理 30分钟。然后在30(TC热处理90分钟，得到厚度1.01^im的CuInS2薄膜。经过XRD测试和SEM观察，发现制备的薄膜结晶度高，薄膜表面均匀致密，平本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备ＣｕＩｎＳ↓［２］薄膜的方法，其步骤如下：　１）采用化学镀方法在清洗干净的Ｍｏ、Ｔｉ、Ｆｅ或Ｐｄ活性金属衬底上沉积Ｃｕ薄膜，化学镀Ｃｕ的溶液配方为：铜盐０．００１－５ｍｏｌ／ｌ，络合剂０．００１－５ｍｏｌ／ｌ，还原剂０．００１－５ｍｏｌ／ｌ，并调节溶液的ｐＨ值至碱性；　２）采用化学镀方法在步骤１）制备的薄膜上沉积Ｉｎ薄膜，得到Ｃｕ－Ｉｎ前驱体，化学镀Ｉｎ的溶液配方为：Ｉｎ盐０．００１－５ｍｏｌ／ｌ；络合剂０．００１－５ｍｏｌ／ｌ；还原剂０．００１－５ｍｏｌ／ｌ，并调节溶液的ｐＨ值至碱性；　３）将制备好的Ｃｕ－Ｉｎ前驱体，在含有硫的氩气或氮气等保护气氛下，于３００－７００℃处理３０－１８０分钟，或者先在５０－１６０℃处理１０－５０分钟，再在３００－７００℃处理３０－１８０分钟，得到ＣｕＩｎＳ↓［２］薄膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨德仁，崔方明，汪雷，盛夏，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]