制备ＣＩＳ化合物和薄层的方法及具有ＣＩＳ化合物薄层的太阳能电池技术

一种制备ＣＩＳ（Ｃｕ－Ｉｎ－Ｓｅ）化合物的方法，该方法包括：（Ｓ１）制备多数具有与硒化铜种子颗粒表面的至少一部分物理结合的硒化铟外层的第一复合颗粒或者多数具有与硒化铟种子颗粒表面的至少一部分物理结合的硒化铜外层的第二复合颗粒；以及（Ｓ２）通过对选自第一复合颗粒、第二复合颗粒及其混合物中的复合颗粒进行热处理来制备ＣＩＳ化合物。该方法可以防止硒的损失（其不可避免地需要硒的环境）并且还改善了ＣＩＳ化合物形成的分散、结合和反应的均匀性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种制备CIS(Cu-In-Se)化合物和薄膜的方法以及具有该CIS化合物薄膜的太阳能电池。
技术介绍
表示为CuInSe2的CIS(Cu-In-Se)化合物被用于太阳能电池的吸收层(absorption layer)。为制备采用CuInSe2的吸收层，通常采用在真空中将CuInSe2沉积在基板上的方法以及在非真空中涂覆CuInSe2前体然后在高温下对其进行热处理的方法。其中，真空沉积的优点在于制备高效的吸收层，但是当制备大尺寸的吸收层时该方法显现出劣化的均匀性并且还需要昂贵的设备。同时，涂覆前体材料然后在高温下对它们进行热处理的方法能够均匀地制备大尺寸的吸收层，但是该方法显现出吸收层的低效率。在多种采用前体材料制备吸收层的方法中，将金属氧化物混合物的浆料涂覆在基板上然后对它们进行热处理以制备吸收层的方法似乎最适于大规模生产中的实际用途。该方法可以允许以低成本制备均匀的吸收层。然而，因为金属氧化物前体对化学反应和热非常稳定，所以难以在最终的吸收层中获得大晶体，这导致效率降低。此外，第2001-053314号日本公开特许公布披露了一种通过在导电基板上喷涂含Cu和Se粉末以及In的有机金属盐的分散溶液然后在非氧化环境下对其进行热处理的方法，但是该方法需要进一步改进其生产率。并且，第3589380号日本专利披露了一种通过将基板浸泡入一种溶液中用于形成CuInSe2的技术，在该溶液中有元素周期表的3B族中的元素的-->盐(例如，InCl3)、含有6B族中的元素的有机物质(例如，CH3CSeNH2)和酸(例如，HCl)，但是该技术需要进一步改进在反应中对CuInSe2本身的利用，并且具有通常反应产率较低的缺陷。此外，第6127202号美国专利披露了一种通过在还原环境和硒气环境下使金属氧化物纳米颗粒的混合物反应来制备CIGS(Cu-In-Ga-Se)的方法，并且第6268014号美国专利披露了在还原环境和硒环境下使金属氧化物和非氧化物颗粒的混合物反应的方法。
技术实现思路
技术问题本专利技术的专利技术人发现当按照常规采用前体颗粒制备CIS化合物时会发生硒的损失，并且采用前体颗粒的常规CIS化合物制备方法没有显现出前体颗粒间的极佳的分散、结合和反应的均匀性。因此，本专利技术的第一个目的为通过提供一种制备CIS化合物的方法来解决现有技术中的上述问题，该方法能够防止硒的损失并且赋予用于形成CIS化合物的前体颗粒间改进的分散、结合和反应的均匀性。此外，本专利技术的第二个目的为提供一种制备具有根据本专利技术的CIS化合物的CIS化合物薄膜的方法。此外，本专利技术的第三个目的为提供一种复合颗粒用作制备根据本专利技术的CIS化合物的前体。此外，本专利技术的第四个目的为提供一种具有根据本专利技术的CIS化合物薄膜的太阳能电池。技术方案为了实现上述目的，本专利技术提供了一种制备CIS(Cu-In-Se)化合物的方法，该方法包括：(S1)制备多数具有与硒化铜种子颗粒(seed particle)表面-->的至少一部分物理结合的硒化铟外层的第一复合颗粒或者多数具有与硒化铟种子颗粒表面的至少一部分物理结合的硒化铜外层的第二复合颗粒；以及(S2)通过对选自第一复合颗粒、第二复合颗粒及其混合物中的复合颗粒进行热处理来制备CIS化合物。根据本专利技术的制备方法，用作形成CIS化合物的反应物的硒化铜和硒化铟以一种颗粒形状一起存在，因此可以解决分散和混合的问题并改善了反应物间的反应均匀性，结果以高效率均匀制备了大颗粒的吸收层(large-grained absorption layer)。此外，通过反应物间快速反应，可以防止硒的任何损失，这种损失在常规的CIS化合物制备工作中是常见的。通过将种子颗粒加入到用于形成外层的前体溶液中并通过使它们反应可以形成第一复合颗粒和第二复合颗粒的外层。具体而言，其中，通过将硒化铜种子颗粒加入到用于形成外层的前体溶液中然后通过使它们反应可以形成第一复合颗粒，在该前体溶液中将硝酸铟和亚硒酸溶解在有机溶剂中。硒化铜种子颗粒通常可以采用选自CuSe、Cu2Se及其混合物中的至少一种形成，但不限于此。此外，通过将硒化铟种子颗粒加入到用于形成外层的前体溶液中然后通过使它们反应可以形成第二复合颗粒，但不限于此，在所述前体溶液中将硝酸铜和亚硒酸溶解在有机溶剂中。在本专利技术的另一个实施方式中，还提供了一种制备CIS(Cu-In-Se)化合物薄膜的方法，该方法包括：(S1)制备多数具有与硒化铜种子颗粒表面的至少一部分物理结合的硒化铟外层的第一复合颗粒或者多数具有与硒化铟种子颗粒表面的至少一部分物理结合的硒化铜外层的第二复合颗粒；(S2)在基板上涂覆包含所述复合颗粒的浆料；以及(S3)通过对步骤(S2)制得的材料进行热处理来形成由CIS化合物构成的薄膜。通过将第一或第二复合颗粒与用作粘合剂的乙基纤维素、聚碳酸亚丙酯(polypropylene carbonate)或聚丙二醇在选自水、醇和乙二醇中的溶剂中混-->合可以制备所述浆料，但不限于此。在本专利技术的又一个实施方式中，还提供了一种复合颗粒，其包括硒化铜种子颗粒；以及与硒化铜种子颗粒表面的至少一部分物理结合的硒化铟外层。此外，还提供了一种复合颗粒，其包括硒化铟种子颗粒；以及与硒化铟种子颗粒表面的至少一部分物理结合的硒化铜外层。根据上述方法制备的CIS化合物薄膜可用作太阳能电池的吸收层。附图说明图1为显示一种太阳能电池的示意性剖视图，其中根据专利技术的一个实施方案向该太阳能电池施用了太阳能吸收层；图2和图3为显示根据本专利技术的第一实施方案制备的在RTP(快速热处理)前的复合颗粒的SEM(扫描电子显微镜)照片；图4和图5为显示根据本专利技术的第一实施方案制备的在RTP(快速热处理)后的CIS(Cu-In-Se)化合物晶体的SEM照片；图6为根据本专利技术的第一实施方案制备的CIS化合物的XRD(X-射线衍射)图；图7和图8为显示根据本专利技术的第二实施方案制备的在RTP前的复合颗粒的SEM照片；图9和图10为显示根据本专利技术的第二实施方案制备的在RTP后的CIS化合物晶体的SEM照片；以及图11为根据本专利技术的第二实施方案制备的CIS化合物的XRD图。具体实施方式下文中，将详细说明本专利技术。基于专利技术人可以适当限定术语的概念从而以最佳方式说明他/她自己的专利技术的原则，在本说明书和权利要求书中使-->用的任何术语或词语都不应被解释为通常的或字典的含义，而应被解释为与本专利技术的实质一致的含义或概念。在制备根据本专利技术的CIS(Cu-In-Se)化合物的方法中，形成了多数具有与硒化铜种子颗粒表面的至少一部分物理结合的硒化铟外层的第一复合颗粒，或者多数具有与硒化铟种子颗粒表面的至少一部分物理结合的硒化铜外层的第二复合颗粒(S1)。此时，作为一个优选的实施例，所述复合颗粒可以具有其中用硒化铟外层包覆硒化铜种子颗粒的核-壳结构，或者具有其中用硒化铜外层包覆硒化铟种子颗粒的核-壳结构。此外，作为另一个优选的实施例，所述复合颗粒可以具有其中形成外层的硒化铟在硒化铜种子颗粒的表面部分生长的树枝晶结构，或者具有其中形成外层的硒化铜在硒化铟种子颗粒的表面部分生长的树枝晶结构。因此，可以减少反应物形成CIS化合物所需的扩散距离，并且可以同时增加反应物间的反应性，因此本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备ＣＩＳ（Ｃｕ－Ｉｎ－Ｓｅ）化合物的方法，该方法包括：　（Ｓ１）制备多数具有与硒化铜种子颗粒表面的至少一部分物理结合的硒化铟外层的第一复合颗粒或者多数具有与硒化铟种子颗粒表面的至少一部分物理结合的硒化铜外层的第二复合颗粒；以及（Ｓ２）通过对选自第一复合颗粒、第二复合颗粒及其混合物中的复合颗粒进行热处理来制备ＣＩＳ化合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】KR 2006-7-24 10-2006-00688141、一种制备CIS(Cu-In-Se)化合物的方法，该方法包括：(S1)制备多数具有与硒化铜种子颗粒表面的至少一部分物理结合的硒化铟外层的第一复合颗粒或者多数具有与硒化铟种子颗粒表面的至少一部分物理结合的硒化铜外层的第二复合颗粒；以及(S2)通过对选自第一复合颗粒、第二复合颗粒及其混合物中的复合颗粒进行热处理来制备CIS化合物。2、根据权利要求1所述的制备CIS化合物的方法，其中，所述第一复合颗粒和第二复合颗粒分别具有核-壳结构，其中各种子颗粒被外层所包覆。3、根据权利要求1所述的制备CIS化合物的方法，其中，所述第一复合颗粒具有其中硒化铟在硒化铜种子颗粒表面部分生长的树枝晶结构，并且所述第二复合颗粒具有其中硒化铜在硒化铟种子颗粒表面部分生长的树枝晶结构。4、根据权利要求1所述的制备CIS化合物的方法，其中，通过将各种子颗粒加入到用于形成外层的前体溶液中然后使它们反应来形成所述第一复合颗粒和第二复合颗粒的各外层。5、根据权利要求4所述的制备CIS化合物的方法，其中，通过将硒化铜种子颗粒加入到用于形成外层的前体溶液中然后使它们反应来形成所述第一复合颗粒，其中在所述前体溶液中将硝酸铟和亚硒酸溶解在有机溶剂中。6、根据权利要求5所述的制备CIS化合物的方法，其中，采用选自CuSe、Cu2Se及其混合物中的至少一种来形成所述硒化铜种子颗粒。7、根据权利要求4所述的制备CIS化合物的方法，其中，通过将硒化铟种子颗粒加入到用于形成外层的前体溶液中然后使它们反应来形成所述第二复合颗粒，其中在所述前体溶液中将硝酸铜和亚硒酸溶解在有机溶剂中。8、根据权利要求5或7所述的制备CIS化合物的方法，其中，所述有机溶剂为选自二甘醇、1，4-丁二醇、聚乙二醇、丙二醇和聚丙二醇中的至少一种或至少两种的混合物。9、一种制备CIS(Cu-In-Se)化合物薄膜的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹锡炫，李京洙，
申请(专利权)人：LG化学株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]