一種具有能帶梯度分布的銅銦鋁硒（CIAS）薄膜的制備方法技術

本發明專利技術適用于光伏新能源材料技術領域，提供了一種具有能帶梯度分布的銅銦鋁硒薄膜的制備方法。該方法包括以下步驟：合成銅銦鋁硫納米顆粒；配制銅銦鋁硫納米晶墨水；銅銦鋁硒前驅體預制膜的制備；銅銦鋁硒薄膜的制備。本發明專利技術工藝簡單，操作方便、成本低廉，能制備大面積均勻膜層，促進太陽能薄膜電池轉換率的提高。

【技術實現步驟摘要】
一種具有能帶梯度分布的銅銦鋁硒（CIAS）薄膜的制備方法
本專利技術屬于光伏太陽電池吸光材料的制備領域，尤其涉及一種具有能帶梯度分布的銅銦鋁硒薄膜的制備方法。
技術介紹
太陽能是一種清潔、環保的可再生新能源。它能夠取代部分化石燃料，成為未來主要能源之一。當前太陽能的利用方式有光熱轉換和光電轉換兩種。其中光熱轉化方式被廣泛應用，而最有應用前景的光電轉化方式，卻由于太陽電池的光吸收層材料及其器件制備成本較高，只能在一些特殊要求的領域得到應用。因此，需要開發一種廉價、高效率的薄膜太陽能電池的制備工藝和技術。目前，銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池是最有應用前景的太陽能電池之一，但是CIGS薄膜太陽能電池光吸收層的制備需要使用大量的In、Ga等稀有金屬，這使得CIGS薄膜電池大規模的推廣應用在原料供應方面受到很大的限制，隨著這些稀有金屬原料的日益消耗，CIGS薄膜電池的成本也將會有所增加。因此，一些研究人員就尋找到一種廉價的、儲量高的金屬Al來取代Ga，制備成銅銦鋁硒薄膜電池。目前銅銦鋁硒薄膜的制備方法主要有磁控濺射法和電沉積法兩種，磁控濺射法需要真空設備，投入成本高，而且金屬Al易被氧化，使得制備的薄膜中會含有或多或少的鋁氧化物。而電沉積法制備的薄膜致密性和附著型都比較差，且電池的轉化效率也較低。
技術實現思路
本專利技術實施例的目的在于提供一種具有能帶梯度分布的銅銦鋁硒(CIAS)薄膜的制備方法，旨在解決現有技術中操作復雜、成本高、純度低、薄膜致密性和附著型差、以及光電轉化率低的問題。本專利技術實施例是這樣實現的，一種具有能帶梯度分布的的銅銦鋁硒薄膜的制備方法，包括以下步驟：將銅源化合物、鋁源化合物、銦源化合物、硫源和油胺混合，合成銅銦鋁硫納米顆粒；將所述銅銦鋁硫納米顆粒分散在有機溶劑中，配制成銅銦鋁硫納米晶墨水；將所述銅銦鋁硫納米墨水涂敷在鍍雙層Mo的基體上，形成銅銦鋁硒前驅體預制膜，其中，所述鍍雙層Mo的基體為分別沉積有純Mo層和摻鋁的Mo層的基體；將所述銅銦鋁硒前驅體預制膜經過硒化、退火處理獲得銅銦鋁硒薄膜。本專利技術所述具有能帶梯度分布的銅銦鋁硒薄膜的制備方法，采用相對廉價的鋁化合物作為原料，解決了原料稀少和金屬鋁易被氧化的問題。此外，本專利技術是一種非真空制膜技術，它不僅改善了薄膜的能帶分布，拓寬薄膜的光吸收范圍，促進薄膜對光的吸收和利用，而且采用摻鋁的Mo層制備具有梯度分布的銅銦鋁硒薄膜，提高了光電轉化效率，同時還大大降低了太陽能電池的制造成本，有利于大面積均勻銅銦鋁硒薄膜的制備。具體實施方式為了使本專利技術要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。本專利技術實施例提供了一種具有能帶梯度分布的銅銦鋁硒薄膜的溶液制備方法，包括以下步驟：S01.合成銅銦鋁硫納米顆粒：將銅源化合物、鋁源化合物、銦源化合物、硫源和油胺混合，合成銅銦鋁硫納米顆粒；S02.配制銅銦鋁硫納米晶墨水：將所述銅銦鋁硫納米顆粒分散在有機溶劑中配制成銅銦鋁硫納米晶墨水；S03.將所述銅銦鋁硫納米墨水涂敷在鍍雙層Mo的基體上，形成銅銦鋁硒前驅體預制膜，其中，所述鍍雙層Mo的基體為分別沉積有純Mo層和摻鋁的Mo層的基體；S04.銅銦鋁硒薄膜的制備：將所述銅銦鋁硒前驅體預制膜經過硒化、退火處理獲得銅銦鋁硒薄膜。具體地，上述步驟S01中，為了能有效溶解銅源化合物、鋁源化合物、銦源化合物和硫源，且在合成溫度范圍內穩定、揮發性小，本專利技術實施例選用油胺作為合成銅銦鋁硫納米顆粒的溶劑。將銅源化合物、鋁源化合物、銦源化合物和硫源與油胺混合的方式不受限制，作為優選實施例，可以是將銅源化合物、鋁源化合物、銦源化合物和硫源混合后一起加入到油胺中，也可以是分別將銅源化合物、鋁源化合物、銦源化合物和硫源加入到油胺中，其加入次序不受限制。其中，在優選實施例中，該銅源化合物為氯化鹽、醋酸鹽、乙酰丙酮鹽、氧化物中的至少一種；所述鋁源化合物為氯化鹽、醋酸鹽、乙酰丙酮鹽、氧化物中的至少一種；所述銦源化合物為氯化鹽、醋酸鹽、乙酰丙酮鹽、氧化物中的至少一種；所述硫源為硫粉、硫化氫、二硫化碳、硫脲中的至少一種。所述銅銦鋁硒薄膜中，各組分的比例對薄膜的能帶結構有一定影響，尤其是銦和鋁的比例對薄膜寬帶結構的影響較大，鋁的含量不同，薄膜材料的能帶寬度不同，一定比例范圍內，鋁含量越大薄膜的能帶寬度越大，但是，當鋁含量太大時，薄膜的性能也會受到影響。經專利技術人反復研究發現，所述銦、鋁元素百分含量比為：0<鋁/(銦+鋁)<40％時，薄膜材料的性能較好，其中，當鋁/(銦+鋁)＝30％時，薄膜的性能最好。作為優選實施例，為了隔絕空氣、避免其他副反應的產生，加入原料后，在裝置中采用通入真空和氮氣氛圍的方式對反應液進行循環洗氣，然后用氮氣充滿反應容器。其中，洗氣次數優選為2次，每次洗氣時間優選為15min。當然，應當理解，其他在在反應條件下安全、且不與產物發生副反應的其他氣體也在本專利技術的保護范圍內。該步驟S01中，作為具體優選實施例，S01中所述銅銦鋁硫納米顆粒的合成溫度優選為180-280℃，反應時間為10-100min。其中，為了合成反應過程中加熱均勻，上述合成反應中加熱方式選用磁力攪拌加熱方式。步驟S01中，S01中合成反應結束后，將反應液冷卻至室溫后，過濾反應液得到固體產物，用有機溶劑清洗1～5次后，獲得潔凈的銅銦鋁硫納米顆粒。作為具體實施例，上述有機溶劑優選為乙醇、異丙醇、己烷或氯仿中的至少一種。其中，上述步驟S02中，為了得到附著力好、雜質殘留量少的銅銦鋁硫納米晶墨水，作為進一步優選實施例，所述有機溶劑為胺類、苯類或烷硫醇類化合物中的至少一種。在該優選實施例中，該有機溶劑同時起到分散劑的作用，使得反應生成的銅銦鋁硫納米顆粒能均勻分散，且能提高銅銦鋁硫納米晶墨水與基體的附著力。作為具體實施例，胺類優選吡啶、丁胺、戊胺、己胺、2-乙基丁胺中的至少一種，苯類優選甲苯、二甲苯、苯、乙苯、丙苯中的至少一種，烷硫醇優選己硫醇、二甲苯、苯、乙苯、丙苯中的至少一種。該S02步驟中，所述銅銦鋁硫納米晶墨水的濃度對薄膜的厚度有直接的影響，單層薄膜的厚度與墨水的濃度成正比關系，濃度越大，單層薄膜的厚度越大。作為優選實施例，為了得到厚度合適、分布均勻的單層銅銦鋁硫薄膜，所述銅銦鋁硫納米晶墨水的濃度為10-300mg/mL。上述步驟S03中，所述銅銦鋁硒前驅體預制膜預制膜通過采用物理方法將銅銦鋁硫納米晶墨水涂敷在鍍雙層Mo的石英玻璃基體上制備而成，制備得到的銅銦鋁硒納米晶前驅體預制膜厚度為800-3000nm。采用非真空的物理方法，不需要昂貴的設備，減少了投資成本，且操作簡單，便于大規模工業生產。所述物理方法優選為刮涂法、旋涂法、提拉法、滴涂法、絲網印刷法中的一種。當然，應當理解，本領域內其他能用于銅銦鋁硒納米晶前驅體預制膜涂膜的物理方法都在本專利技術的保護范圍內。其中，作為具體優選實施例，上述鍍雙層Mo的石英玻璃基體為分別采用濺射法和共濺射法在石英基體上沉積純Mo層和摻鋁的Mo層的雙層Mo石英玻璃基體。作為具體優選實施例，鍍Mo石英玻璃基體的制備方法為：選用石英玻璃作為基板，將基體裁剪成邊長為1本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有能帶梯度分布的銅銦鋁硒薄膜的制備方法，包括以下步驟：將銅源化合物、鋁源化合物、銦源化合物、硫源和油胺混合，合成銅銦鋁硫納米顆粒；將所述銅銦鋁硫納米顆粒分散在有機溶劑中，配制成銅銦鋁硫納米晶墨水；將所述銅銦鋁硫納米墨水涂敷在鍍雙層Mo的基體上，形成銅銦鋁硒前驅體預制膜，其中，所述鍍雙層Mo的基體為分別沉積有純Mo層和摻鋁的Mo層的基體；將所述銅銦鋁硒前驅體預制膜經過硒化、退火處理獲得銅銦鋁硒薄膜。

【技術特征摘要】
1.一種具有能帶梯度分布的銅銦鋁硒薄膜的制備方法，包括以下步驟：將銅源化合物、鋁源化合物、銦源化合物、硫源和油胺混合，合成銅銦鋁硫納米顆粒，其中，鋁、銦元素摩爾百分含量比為：0<鋁/(銦+鋁)<40％，所述銅銦鋁硫納米顆粒的合成溫度為180-280℃；將所述銅銦鋁硫納米顆粒分散在有機溶劑中，配制成銅銦鋁硫納米晶墨水；將所述銅銦鋁硫納米晶墨水涂敷在鍍雙層Mo的基體上，形成銅銦鋁硒前驅體預制膜，其中，所述鍍雙層Mo的基體為依次沉積有純Mo層和摻鋁的Mo層的基體；將所述銅銦鋁硒前驅體預制膜經過硒化、退火處理獲得銅銦鋁硒薄膜。2.根據權利要求1所述的具有能帶梯度分布的銅銦鋁硒薄膜的制備方法，其特征在于：銅銦鋁硒前驅體預制膜的制備過程中，所述鍍雙層Mo的基體中，摻鋁Mo層中鋁的摩爾百分含量為0.5-15％。3.根據權利要求1或2所述的具有能帶梯度分布的銅銦鋁硒薄膜的制備方法，其特征在于：銅銦鋁硒前驅體預制膜的制備過程中，所述鍍雙層Mo的基體中，摻鋁Mo層厚度為20-500nm。4....

【專利技術屬性】
技術研發人員：徐東，徐永清，楊杰，
申請(專利權)人：深圳市亞太興實業有限公司，
類型：發明
國別省市：