铜锌锡硫光伏材料、及其制备方法和制备装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及化工领域，具体涉及铜锌锡硫光伏材料、及其制备方法和制备装置，本光伏材料的原料为按重量份数计，18份~35份的铜、5份~30份的锌、5份~30份的锡、25份~45份的硫，制备方法包括：A.按原料所占的重量份数，分别称取铜、锌、锡、硫；B.将称取的铜、锌、锡、硫混合封装，抽真空；C.对处于真空环境下的铜、锌、锡、硫进行加热；D.降温，得到所述铜锌锡硫光伏材料；制备装置包括封装容器、真空容器、加热装置；所述封装容器放于所述真空容器内；所述真空容器放于所述加热装置内。本发明专利技术能够通过熔炼法制备铜锌锡硫光伏材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化工领域，具体涉及铜锌锡硫光伏材料、及其制备方法和制备装置。
技术介绍
能源危机、环境污染已成为人类急需面对和解决的重大问题。许多国家，特别是一些发达国家，都把开发和利用绿色能源作为国策，给予大力支持和鼓励。太阳能不仅是取之不尽、用之不竭的天然能源，而且能量密度大(在赤道附近太阳能密度约为I千瓦/平方米)，便于人类采用；另外，太阳能还是洁净能源，在太阳能电池发电过程中不会产生任何污染。因此，太阳能是人类重点开发的新能源，太阳能电池是利用太阳能发电的有效设备，所以也就成了各国大力研究开发的对象。近年来太阳能电池产业得到了快速发展。铜锌锡硫材料是指由铜(Cu)、锌(Zn)、锡(Sn)、硫(S)四种元素或Cu、Zn、Sn、S、Se五种元素合成的化合物，它们的分子式分别为CuZnxSrvxS2、CuZnxSrvxSSe、CuZnS2，和·CuSnS2,通常简称(写)为CZTS、CZTSS、CZS。CZTS、CZTSS和CZS属于化合物型半导体材料，具有光电转换功能，且转换效率高。主要用作薄膜太阳能电池(第二代太阳能电池)的吸收层材料，因此也被称为光伏材料。单晶硅和多晶硅太阳能电池是第一代太阳能电池，它们的市场占有率大于90% ；薄膜电池是第二代太阳能电池，它们的占有率小于10%，其中硅薄膜电池又占有绝对多数的比例。单晶硅、多晶硅太阳能电池需要消耗大量的高纯硅材料，而生产高纯硅需要消耗大量的能源并造成环境污染。理论上计算，生产I公斤高纯硅，要产生I. 57公斤的二氧化碳，实际生产时产生的二氧化碳要比这个数大得多。生产高纯硅消耗的能量约等于硅电池2 3年的发电量。薄膜太阳能电池消耗的光伏材料少得多,制造成本低,有着广阔的发展前景。但是，硅薄膜太阳能电池转换效率太低Γ7%)，发展前景有限。碲化镉(CdTe)薄膜电池具有较高的转换效率和较低的生产成本，受到较多的关注，目前已进入批量生产阶段，但因含有剧毒的镉(Cd)，废旧电池将会造成严重的环境污染，发展前景不容乐观。因资源有限，碲原料价格一直上涨。铜铟镓硒薄膜太阳能电池是薄膜电池中最有发展潜力的电池。它不仅无毒，对环境没有污染，而且具有更高的转换效率(实验室结果已达到20. 5%)，但是因为铟、镓、硒原料价格比较高，制作成本高。而铜锌锡硫CuZnxSrvxS2原料价格比铟镓硒原料价格低10倍左右，因此，受到世界各国的高度重视，并投入大量人力和财力进行研究开发。但是CuZnS2和CuZnxSrvxS2化合物直接制取非常困难。目前主要采取“硫化”的方法制取CuZnS2和CuZnxSrvxS2化合物薄膜。“硫化”法的具体做法是先把Cu-Zn-Sn熔炼成合金,并制作成可以用于溅射的靶材，然后通过溅射工艺，在钥(Mo)层上面形成Cu-Zn-Sn薄膜，再将S加热蒸发成气体，使S原子沉积在Cu-Zn-Sn层上，并通过原子扩散与Cu-Zn-Sn进行反应生成CuZnxSrvxS2化合物，此过程称为“硫化”。硫化法制备CuZnxSrvxS2化合物薄膜的缺点是I、生产周期长，生产效率低硫化过程一般不少于12小时；2、耗能多S的沸点是444. 6°C, S化的温度高于444. 6V ；3、消耗S多只有部分S蒸汽能够与Cu-Zn-Sn层接触；4、S的蒸汽有剧毒，容易造成安全事故气态的S遇水(包括空气中的水)即形成气态H2S (是一种毒气)；另外，气态S对其他金属具有很强的腐蚀性，容易泄露出S蒸气；5、硫化法制备的CuZnxSrvxS2化合物薄膜中，S的分布不均匀，存在梯度靠近钥(Mo)层处S含量低。由于硫化法制造CZTS薄膜电池成本太高，所以目前CZTS电池发展缓慢。生产CZTS薄膜电池理想的方法是一步溅射法，就是将已经制备好的CZTS材料(靶)通过一次溅射即可制得成份均匀的CZTS薄膜。由于一步溅射法不需要硫化过程，所以与硫化法相比具有明显的优势I、大大缩短了生产周期，减少了生产设备；2、避免了生产过程中的环境污染和潜在的危险；3、提高了电池质量；4、降低了生产成本。目前，多晶硅电池的制造成本约为O.9美元/瓦，消耗能源回收期为2 3年；硒化法制造的CIGS电池(尚未能批量生产)成本估计在I. 2美元/瓦以上，能源回收期为I. 5年左右；一步溅射法制造的CZTS电池成本估计小于O. 7美元/瓦，能源回收期不到I年，而实现一步溅射法生产CZTS薄膜电池的前提条件是必须具有已经制备好的CZTS材料。铜(Cu)、锌(Zn) Ji(Sn)At(S)四种元素的熔点、沸点相差太大，其熔点和沸点分别为表I四种元素的熔点和沸点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜锌锡硫光伏材料，其特征在于，其原料包括：按重量份数计，18份~35份的铜、5份~30份的锌、5份~30份的锡、25份~45份的硫。

【技术特征摘要】
1.一种铜锌锡硫光伏材料，其特征在于，其原料包括按重量份数计，18份 35份的铜、5份 30份的锌、5份 30份的锡、25份 45份的硫。2.如权利要求I所述的铜锌锡硫光伏材料，其特征在于，其原料包括，按重量份数计，22份 32份的铜、8份 27份的锌、8份 27份的锡、28份 41份的硫。3.—种权利要求I或2所述铜锌锡硫光伏材料的制备方法，其特征在于，包括 A.按原料所占的重量份数，分别称取铜、锌、锡、硫； B.将称取的铜、锌、锡、硫混合封装，抽真空； C.对处于真空环境下的铜、锌、锡、硫进行加热； D.降温，得到所述铜锌锡硫光伏材料。4.如权利要求3所述铜锌锡硫光伏材料的制备方法，其特征在于，步骤B中，真空度为I X IO-1Pa^l X IO^3Pa05.如权利要求3所述铜锌锡硫光伏材料的制备方法，其特征在于，步骤C中，加热温度为35(T600°C，加热时间为2 4小时； 和/或， 步骤D中，降温至50°C以下。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：李宗雨，丘立安，
申请(专利权)人：成都先锋材料有限公司，
类型：发明
国别省市：