专利名称：一种微波法制备铜锌锡硫薄膜的方法
技术领域：
本发明涉及一种微波法制备铜锌锡硫薄膜的方法。在较短的时间范围内，使用乙二醇作为溶剂。属于功能薄膜材料的制备技术领域。
背景技术：
随着石油、煤炭等传统能源的日益消耗，薄膜太阳能电池研究应用已经成为世界各国研究的热点。而作为太阳能电池材料应该具备低成本、高的转换效率和环境友好这些必备的特点。虽然CdTe、CuInGaS2、CuInGaSe2的转换效率已经达到20%，但是由于其存在有毒元素和稀有元素(In.Te.Ga)的日益增加的价格而使其产业化存在着一定的困难，从而导致使用无毒高丰度元素 Cu (50 ppm)、Zn (75 ppm )、Sn (2. 2 ppm )、S (260 ppm )的直接带隙半导体Cu2ZnSnS4 (CZTS)开始引人注目。锌黄锡矿结构的CZTS具有较高的吸收系数(大于IO4 cnT1)，禁带宽度约1.50 eV(与太阳能电池所需要的最佳禁带宽度相匹配)， 为P型半导体。至今为止CZTS的薄膜太阳能电池能量转换效率已经达到10. 1%，但是，基于光子平衡(类似于Shockley和Queisser方法),推导的伏安特性表明,理论极限转换效率可达32. 2%，CZTS薄膜太阳能电池的转换效率有很大的上升空间。
迄今，脉冲激光沉积、化学气相沉积、电沉积、热蒸发、溅射、溶胶凝胶和油墨印刷等真空和非真空的制备技术均被应用于制备CZTS薄膜太阳能电池，但是不论是真空制备技术所需的高真空还是非真空制备所需的繁琐步骤都使得其CZTS薄膜的制备成本比较高。而本文所采用的微波法可以只通过一步而获得CZTS薄膜，其即不需要高真空的条件， 又有简便的优点，除此之外，微波法还具有均匀成核、高产量和比较窄的尺寸分布等优点。发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种相对简单的CZTS太阳能电池薄膜的合成方法。
一种微波法制备铜锌锡硫薄膜的方法，其特征在于步骤如下
I).称取二水氯化铜、氯化锌、五水氯化锡和硫脲或硫代乙酰胺之一，其摩尔比为 2:1:1:8;
2).在不断搅拌条件下，在乙二醇中加入二水氯化铜，持续搅拌溶液，待溶质完全溶解后得到淡绿色溶液A ;
3).向溶液液A中加入氯化锌，持续搅拌，待溶质完全溶解后得到绿色溶液B ；
4).向溶液B中加入五水氯化锡，持续搅拌，得到绿色溶液，之后再加入硫脲或硫代乙酰胺之一，溶液由绿色转变为红棕色后又慢慢变为无色溶液C ；
5).将FTO导电玻璃(掺杂氟的SnO2透明导电玻璃)倾斜置于溶液C中，然后将其置于微波炉，微波工作频率2. 45GHZ，额定输出功率700W微波20min — Ih,之后随炉冷却至室温；
6).取出薄膜 ，依次用乙醇和蒸馏水清洗，即制得铜锌锡硫薄膜。
本发明的有益之处在于采用微波法制备CZTS薄膜，与真空制备方法相比，其不需要高真空等条件，从而降低了成本；而与油墨印刷等非真空制备方法相比，其制备不需要高分子溶剂，从而避免了残余碳的存在对太阳能电池的影响。
图1为实例1所制备的铜锌锡硫薄膜的X射线衍射(XRD)图谱。
图2为实例1所制备的铜锌锡硫薄膜表面的扫描电镜(SEM)照片。
图3为实例1所制备的铜锌锡硫薄膜截面的扫描电镜(SEM)照片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式
，进一步阐明本发明的实质性特点和显著优点，本发明决非仅局限于所陈述的实施例。
以下实施例中，采用德国Bruker公司Advance D_8 X射线粉末衍射仪(Cu K α福射，λ =1. 5406Α)测定所制备粉体的结构；采用Hitachi S-3500N电子显微镜测定所制备粉体的微观形貌。
实例1
1).量取 80ml 乙二醇；
2)称取二水氯化铜、氯化锌、五水氯化锡和硫脲，其中二水氯化铜为0. 1M，铜、锌、 锡、硫摩尔比为2:1:1:8;
3).在不断搅拌条件下，加入氯化铜，持续搅拌溶液，待溶质完全溶解后得到淡绿色溶液A ；
4).向溶液A中加入氯化锌，持续搅拌，待溶质完全溶解后得到绿色溶液B ；
5).向溶液B中加入五水氯化锡，持续搅拌，得到绿色溶液，之后再加入硫脲，溶液由绿色变为红棕色后又慢慢变为无色透明溶液C ；
6).将1cm*1cm的FTO导电玻璃(掺杂氟的SnO2透明导电玻璃)倾斜置于溶液C 中，然后将其置于微波炉(微波工作频率2. 45GHZ，额定输出功率700W)低火微波lh，之后随炉冷却至室温；
7).取出薄膜，依次用乙醇和蒸馏水清洗，即制得铜锌锡硫薄膜。
图1的XRD图谱显示的2 θ =28. 6° ,47. 5°和56. 3°三个主要衍射峰，分别对应于CZTS晶体(112)、(220)和(312)晶面[JCPDS 26-0575]，这表明样品为四方晶型的 CZTS晶体颗粒。
由图2的SEM照片可以观察到，铜锌锡硫薄膜表面较为平整，薄膜是由500nm左右的微球平铺而成。
图3为铜锌锡硫薄膜的截面SEM照片，由图3可以观察到其截面厚度为500nm左右，其结果与图2—致。
实例2
I).量取 80ml 乙二醇；
2).称取二水氯化铜、氯化锌、五水氯化锡和硫代乙酰胺，其中二水氯化铜为 0. 1M，铜、锌、锡、硫摩尔比为2:1:1:8 ;
3).在不断搅拌条件下，加入二水氯化铜，持续搅拌溶液，待溶质完全溶解后得到淡绿色溶液A ；
4).向溶液A中加入氯化锌，持续搅拌，待溶质完全溶解后得到绿色溶液B ；
5).向溶液B中加入五水氯化亚锡，持续搅拌，得到绿色溶液C，之后再加入硫代乙酰胺；
6).搅拌均匀后，将lcm*lcm的FTO导电玻璃(掺杂氟的SnO2透明导电玻璃)倾斜置于溶液中，然后将其置于微波炉(微波工作频率2. 45GHZ，额定输出功率700W)低火微波 lh，之后随炉冷却至室温；
7).取出薄膜，依次用乙醇和蒸馏水清洗，即制得铜锌锡硫薄膜。
实例2是在实例I的基 础之上将硫源由硫脲改为硫代乙酰胺，由于硫源不同，其形貌会有一定的差别。
权利要求
1.一种微波法制备铜锌锡硫薄膜的方法，其特征在于步骤如下 1).称取ニ水氯化铜、氯化锌、五水氯化锡和硫脲或硫代こ酰胺之一，其摩尔比为2:1:1:8; 2).在不断搅拌条件下，在こニ醇中加入ニ水氯化铜，持续搅拌溶液，待溶质完全溶解后得到淡緑色溶液A ; 3).向溶液液A中加入氯化锌，持续搅拌，待溶质完全溶解后得到绿色溶液B； 4).向溶液B中加入五水氯化锡，持续搅拌，得到緑色溶液，之后再加入硫脲或硫代こ酰胺之一，溶液由緑色转变为红棕色后又慢慢变为无色溶液C ； 5).将FTO导电玻璃倾斜置于溶液C中，然后将其置于微波炉，微波工作频率2.45GHZ，额定输出功率700W微波20min — lh，之后随炉冷却至室温； 6).取出薄膜，依次用こ醇和蒸馏水清洗，即制得铜锌锡硫薄膜。
全文摘要
一种微波法制备铜锌锡硫薄膜的方法属于功能薄膜材料的制备技术领域。本发明在较短的范围内，使用乙二醇作为溶剂，其制备方法简单，降低了成本。本发明步骤称取二水氯化铜、氯化锌、五水氯化锡和硫脲或硫代乙酰胺之一，其摩尔比为2:1:1:8;在乙二醇中依次加入二水氯化铜、氯化锌、五水氯化锡和硫脲或硫代乙酰胺之一，持续搅拌溶液，搅拌均匀后，将FTO导电玻璃倾斜置于溶液中,然后将其置于微波炉(微波工作频率2.45GHZ，额定输出功率700W)低火微波1h，之后随炉冷却至室温；取出薄膜，依次用乙醇和蒸馏水清洗，即制得铜锌锡硫薄膜。该方法工艺简单，成本低廉，具有大规模生产的潜力。
文档编号C03C17/22GK103050575SQ20121054660
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月15日 优先权日2012年12月15日
发明者刘晶冰, 张美娟, 汪浩, 侯育冬, 朱满康, 王如志, 张铭, 宋雪梅, 严辉 申请人:北京工业大学