一种Cu₂ZnSnS₄太阳能吸收层材料的制备方法

专利名称：一种Cu₂ZnSnS₄太阳能吸收层材料的制备方法
技术领域：
本发明属于CuJnSn、薄膜太阳能电池领域，特别涉及一种CuJnSn、太阳能吸收层材料的制备方法。
背景技术：
随着社会对能源的需求以及煤、石油、天然气等不可再生资源的枯竭，人们迫切需要改变现有的能源结构。而寻找清洁可再生的新能源成为当今世界的首选方案。作为地球无限可再生的无污染能源——太阳能，只要能完全吸收20分钟的太阳能，就足够让全球使用一整年。而如何通过简单的方法制备高效、廉价、稳定的太阳能电池成为了科学工作者研究的热点。当前已经发展的太阳能电池主要有娃系(单晶硅、多晶硅和非晶硅薄膜)太阳能电池、化合物半导体(Cu2aiSn、、CuInSi52、Cu(In，Ga)^52、CdTe、GaAs和hP)薄膜太阳能电池、有机太阳能电池和染料敏化纳米晶太阳能电池等。其中，CuJnSn、纳米晶薄膜太阳能电池由于光电转换效率较高、制作成本较低，没有性能衰减等优良特性，受到人们的广泛关注。但是目前制备CuJnSn、纳米晶薄膜太阳能电池的方法主要是先合成Cu2SiSr^4纳米晶墨水然后滚涂成薄膜层，且制备过程中需要用到有毒的有机溶剂，如甲苯、氯仿等。尽管IBM公司的Mitzi博士利用纳米晶前驱体制备了转换效率高达9. 6%的Cu2SiSr^4纳米晶薄膜太阳能电池，但是制备过程中用到的胼不仅高毒，而且极易爆炸。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种CuJnSn、太阳能吸收层材料的制备方法，该方法具有所需原材料易得、价格低廉、环境友好、化学性质稳定、操作过程简便等优
点ο本发明的一种CuJnSn、太阳能吸收层材料的制备方法，包括(1)将摩尔比为 0. 5 2 0.25 1.2 0. 25 1 1 4 的 Cu2+、Si2+、Sn2+的盐和S粉混合，然后加入吡啶溶液，配成0. 1 0. 4M的混合溶液；(2)通过滚涂将上述混合溶液滚涂在衬底上，待干燥后将衬底于350 370°C煅烧 1 汕；(3)将上述经过煅烧的衬底置于氩气保护下，于500 525°C进行硫化处理，在衬底上即得CuJnSn、纳米晶吸收层。所述步骤⑴中的Cu2+盐为乙酰丙酮铜，Zn2+盐为乙酰丙酮锌，Sn2+盐为草酸亚锡。所述步骤(1)中的Cu2+、Si2+、Sn2+的盐和S粉摩尔比为0.5 0.25 0.25 1。所述步骤(1)中的Cu2+、Si2+、Sn2+的盐和S粉摩尔比为0.5 0. 3 0. 25 1。所述步骤O)中的衬底为玻璃片。本发明使用的反应设备是马弗炉或真空管式炉。
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有益效果本发明具有所需原材料易得、价格低廉、环境友好、化学性质稳定、操作过程简便等优点，可以大量制备，为CuJnSn、太阳能吸收层材料的制备提供了一种新方法。


图1是本发明中制备的Cu2SiSr^4太阳能吸收层材料的SEM图片；图2是本发明中制备的CuJnSn、太阳能吸收层材料的XRD图谱，线状图为制备的 Cu2ZnSnS4的XRD图谱，柱状图为CuJnSn、的标准XRD图谱。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1(1)称取0. 5mmol乙酰丙酮铜，0. 25mmol乙酰丙酮锌，0. 25mmol草酸亚锡，Immol S 粉置于样品管中，加入5mL吡啶溶液，搅拌，将各物质溶解；(2)通过滚涂的方式将吡啶溶液滚涂在玻璃片上，待干燥后将衬底置于370°C高温中煅烧Ih ;C3)将经过煅烧的衬底置于Ar气的保护下，525°C温度下进行硫化处理，即可在衬底上得到纯的CuJnSn、纳米晶吸收层。实施例2(1)称取0. 5mmol乙酰丙酮铜，0. 3mmol乙酰丙酮锌，0. 25mmol草酸亚锡，Immol S 粉置于样品管中，加入5mL吡啶溶液，搅拌，将各物质溶解；(2)通过滚涂的方式将吡啶溶液滚涂在玻璃片上，待干燥后将衬底置于350°C高温中煅烧2h ； (3)将经过煅烧的衬底置于Ar气的保护下，525°C温度下进行硫化处理，即可在衬底上得到纯的CuJnSn、纳米晶吸收层。实施例3(1)称取2mmol乙酰丙酮铜，Immol乙酰丙酮锌，Immol草酸亚锡，4mmol S粉置于样品管中，加入5mL吡啶溶液，搅拌，将各物质溶解；(2)通过滚涂的方式将吡啶溶液滚涂在玻璃片上，待干燥后将衬底置于370°C高温中煅烧池；(3)将经过煅烧的衬底置于Ar气的保护下，500°C温度下进行硫化处理，即可在衬底上得到纯的CuJnSn、纳米晶吸收层。实施例4(1)称取2mmol乙酰丙酮铜，1. 2mmol乙酰丙酮锌，Immol草酸亚锡，4mmol S粉置于样品管中，加入5mL吡啶溶液，搅拌，将各物质溶解；(2)通过滚涂的方式将吡啶溶液滚涂在玻璃片上，待干燥后将衬底置于350°C高温中煅烧Ih ;C3)将经过煅烧的衬底置于Ar气的保护下，525°C温度下进行硫化处理，即可在衬底上得到纯的CuJnSn、纳米晶吸收层。
权利要求
1.一种CuJnSn、太阳能吸收层材料的制备方法，包括(1)将摩尔比为0.5 2 0.25 1.2 0. 25 1 1 4的Cu2+、Zn2+、Sn2+的盐和 S粉混合，然后加入吡啶溶液，配成0. 1 0. 4M的混合溶液；(2)通过滚涂将上述混合溶液滚涂在衬底上，待干燥后将衬底于350 370°C煅烧1 3h ；(3)将上述经过煅烧的衬底置于氩气保护下，于500 525°C进行硫化处理，在衬底上即得CuJnSn、纳米晶吸收层。
2.根据权利要求1所述的一种CuJnSn、太阳能吸收层材料的制备方法，其特征在于 所述步骤(1)中的Cu2+盐为乙酰丙酮铜，Zn2+盐为乙酰丙酮锌，Sn2+盐为草酸亚锡。
3.根据权利要求1所述的一种CuJnSn、太阳能吸收层材料的制备方法，其特征在于 所述步骤(1)中的Cu2+、Si2+、Sn2+的盐和S粉摩尔比为0.5 0. 25 0. 25 1。
4.根据权利要求1所述的一种CuJnSn、太阳能吸收层材料的制备方法，其特征在于 所述步骤(1)中的Cu2+、Si2+、Sn2+的盐和S粉摩尔比为0.5 0.5 0.25 1。
5.根据权利要求1所述的一种CuJnSn、太阳能吸收层材料的制备方法，其特征在于 所述步骤O)中的衬底为玻璃片。
全文摘要
本发明涉及一种Cu2ZnSnS4太阳能吸收层材料的制备方法，包括(1)将摩尔比为0.5～2∶0.25～1.2∶0.25～1∶1～4的Cu2+、Zn2+、Sn2+的盐和S粉混合，然后加入吡啶溶液，配成0.1～0.4M的混合溶液；(2)通过滚涂将上述混合溶液滚涂在衬底上，待干燥后将衬底于350～370℃煅烧1～3h；(3)将上述经过煅烧的衬底置于氩气保护下，于500～525℃进行硫化处理，在衬底上即得Cu2ZnSnS4纳米晶吸收层。本发明具有所需原材料易得、价格低廉、环境友好、化学性质稳定、操作过程简便等优点，可以大量制备，为Cu2ZnSnS4太阳能吸收层材料的制备提供了一种新方法。
文档编号H01L31/18GK102344166SQ20111018465
公开日2012年2月8日 申请日期2011年7月4日 优先权日2011年7月4日
发明者唐明华, 彭彦玲, 田启威, 胡俊青, 胡向华, 蒋扉然, 陈志钢 申请人:东华大学