一种改性Cu2GeS3单粒粉体及其制备方法和应用、单粒太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种改性Cu2GeS3单粒粉体及其制备方法和应用、单粒太阳能电池及其制备方法，属于太阳能电池技术领域。本发明专利技术先采用熔盐法合成Cu2GeS3单粒粉体，后通过对其进行化学侵蚀和退火处理，使得其中的一部分或者多个组分溶解，形成非化学计量的化合物，实现了吸收层材料的组分优化，也优化了吸收层和缓冲层材料之间的带隙匹配，这些提升大大减少了器件的内部复合，降低了载流子在传输过程中的损失，最终取得的了基于Cu2GeS3单粒太阳能电池器件的最优效率3.04％。器件的最优效率3.04％。器件的最优效率3.04％。

【技术实现步骤摘要】
一种改性Cu2GeS3单粒粉体及其制备方法和应用、单粒太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及太阳能电池
，尤其涉及一种改性Cu2GeS3单粒粉体及其制备方法和应用、单粒太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着我国经济快速发展，我国的能源消耗和环境污染问题日益严重。“碳达峰”和“碳中和”的目标，这不仅需要传统工业进行绿色产业转型升级，也迫切需要大力发展和应用可再生能源技术。太阳能具有绿色、广泛、可持续等优点，是目前最具规模化应用的可再生能源。而光伏太阳能电池直接将太阳能转化为电能，是高效利用太阳能的重要方式之一，代表目前最具应用潜力的可再生能源技术之一。
[0003]现有的太阳能电池的制造技术主要包括平面技术和薄膜技术。其中，平面技术使用非常昂贵的大型3D单晶，将具有高度化学纯度和物理完美性的大单晶锯成薄的二维晶片，经过复杂的氧化、扩散和光刻方法，形成具有不同类型导电性的局部区域，但在锯切过程中非常昂贵的单晶材料损失将超过50％。对于薄膜技术，它的成本得到降低，但获得的多晶薄膜固态太阳能电池的电子参数通常比平面太阳能电池技术稍差，导致器件转换效率偏低。单粒(单晶、大颗粒)技术综合了现有薄膜技术和平面技术制造太阳能电池的优势，它不仅可以大面积生产较为简单且廉价的单晶性质的材料，还可以生产具有改进的晶体结构和降低固有缺陷浓度的粉末材料作为太阳能电池的吸收层材料。其次，单粒层太阳能电池制造过程中，吸收层材料的合成和电池的制造是分开进行的，即可以简单地制作无限面积和形状的单粒吸收体。另外，该技术也有利于制造廉价的柔性和轻质太阳能电池，应用在不同形状基板上(包括各种异形车辆或路面)。
[0004]单粒太阳能电池一般由上电极、吸收层、缓冲层、窗口层以及下电极组成。目前，单粒太阳能电池采用的吸收层材料主要为Cu2ZnSnS4单粒粉末，还未见将Cu2GeS3单粒粉体用于制备单体太阳能电池的报道。这是由于采用熔盐法制备Cu2GeS3单粒粉体的过程中，不可避免的会留有一些二元或三元化合物(比如，合成的Cu2GeS3中本身含有CuS、GeS2或者别的组分的三元Cu8GeS6)，影响Cu2GeS3吸收层与缓冲层带隙的匹配，进而影响单粒太阳能电池的效率。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种改性Cu2GeS3单粒粉体及其制备方法和应用、单粒太阳能电池及其制备方法，将本专利技术的改性Cu2GeS3单粒粉体应用到单粒太阳能电池中，获得了高的光电转换效率。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种改性Cu2GeS3单粒粉体的制备方法，包括以下步骤：
[0008]将金属Cu、Ge粉、S粉与熔盐混合，在真空条件下进行熔融反应，得到Cu2GeS3单粒粉
体；所述金属Cu、Ge粉和S粉的摩尔比为2:1:3；所述熔盐为KI和/或LiI；
[0009]将所述Cu2GeS3单粒粉体置于溴
‑
甲醇混合剂中进行第一化学侵蚀，得到第一侵蚀物；
[0010]将所述第一侵蚀物置于KCN水溶液中进行第二化学侵蚀，得到第二侵蚀物；
[0011]将所述第二侵蚀物在真空条件下进行退火处理，得到改性Cu2GeS3单粒粉体；所述退火处理的温度为200～600℃，保温时间为10～120分钟。
[0012]优选的，所述金属Cu、Ge粉和S粉的总质量与熔盐的质量比为1：(0.1～3)。
[0013]优选的，所述熔融反应的温度为500～800℃，保温时间为3～20小时。
[0014]优选的，所述溴
‑
甲醇混合剂中溴的体积含量为0.1～10％；所述第一化学侵蚀的时间为1～15分钟。
[0015]优选的，所述KCN水溶液的质量浓度为1～15％；所述第二化学侵蚀的时间为5～15分钟。
[0016]本专利技术提供了上述方案所述制备方法制备得到的改性Cu2GeS3单粒粉体。
[0017]本专利技术提供了上述方案所述改性Cu2GeS3单粒粉体作为吸收层在单粒太阳能电池中的应用。
[0018]本专利技术提供了一种单粒太阳能电池，由上电极、吸收层、缓冲层、窗口层和下电极组成；所述上电极为银电极；所述吸收层由权利要求6所述的改性Cu2GeS3单粒粉体组成；所述缓冲层由CdS组成；所述窗口层由ZnO组成；所述下电极为石墨电极。
[0019]本专利技术提供了上述方案所述单粒太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0020]将改性Cu2GeS3单粒粉体置于CdS前驱体溶液中，进行化学浴沉积，得到包覆CdS膜层的缓冲材料；
[0021]将所述包覆CdS膜层的缓冲材料的一部分插入带有柔性基底的环氧树脂聚合物中，形成单粒膜层；所述单粒膜层包括吸收层和缓冲层；
[0022]采用磁控溅射在所述单粒膜层表面沉积ZnO，形成窗口层；
[0023]在所述窗口层表面铺上银浆，形成上电极；
[0024]去除所述柔性基底，打磨被所述柔性基底覆盖的单粒膜层的表面直至暴露出改性Cu2GeS3单粒粉体，在暴露出来的改性Cu2GeS3单粒粉体表面铺上石墨作为下电极，得到单粒太阳能电池。
[0025]优选的，所述改性Cu2GeS3单粒粉体进入环氧树脂聚合物的深度与改性Cu2GeS3单粒粉体的直径比为(0.1～0.8)：1。
[0026]本专利技术提供了一种改性Cu2GeS3单粒粉体的制备方法，包括以下步骤：
[0027]将金属Cu、Ge粉、S粉与熔盐混合，在真空条件下进行熔融反应，得到Cu2GeS3单粒粉体；所述金属Cu、Ge粉和S粉的摩尔比为2:1:3；所述熔盐为KI和/或LiI；将所述Cu2GeS3单粒粉体置于溴
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甲醇混合剂中进行第一化学侵蚀，得到第一侵蚀物；将所述第一侵蚀物置于KCN水溶液中进行第二化学侵蚀，得到第二侵蚀物；将所述第二侵蚀物在真空条件下进行退火处理，得到改性Cu2GeS3单粒粉体；所述退火处理的温度为200～600℃，保温时间为10～120分钟。
[0028]本专利技术先采用熔盐法合成Cu2GeS3单粒粉体，后通过对其进行化学侵蚀和退火处理，使得其中的一部分或者多个组分溶解，形成非化学计量的化合物，实现了吸收层材料的
组分优化，也优化了吸收层和缓冲层材料之间的带隙匹配，这些提升大大减少了器件的内部复合，降低了载流子在传输过程中的损失，最终取得的了基于Cu2GeS3单粒太阳能电池器件的最优效率3.04％。
[0029]本专利技术利用改性Cu2GeS3单晶粉末作为单粒太阳能电池的吸收层材料，可以对器件进行大面积制备，同时可以使用任何基底，可以在柔性基底或者粗糙度较大的基底上进行制备。
附图说明
[0030]图1为本专利技术改性Cu2GeS3单粒粉体的制备过程示意图；
[0031]图2为本专利技术单粒太阳能电池的结构示意图；
[0032]图3为对比例1～4制备的电池器件的J
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性Cu2GeS3单粒粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将金属Cu、Ge粉、S粉与熔盐混合，在真空条件下进行熔融反应，得到Cu2GeS3单粒粉体；所述金属Cu、Ge粉和S粉的摩尔比为2:1:3；所述熔盐为KI和/或LiI；将所述Cu2GeS3单粒粉体置于溴
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甲醇混合剂中进行第一化学侵蚀，得到第一侵蚀物；将所述第一侵蚀物置于KCN水溶液中进行第二化学侵蚀，得到第二侵蚀物；将所述第二侵蚀物在真空条件下进行退火处理，得到改性Cu2GeS3单粒粉体；所述退火处理的温度为200～600℃，保温时间为10～120分钟。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属Cu、Ge粉和S粉的总质量与熔盐的质量比为1：(0.1～3)。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述熔融反应的温度为500～800℃，保温时间为3～20小时。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溴
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甲醇混合剂中溴的体积含量为0.1～10％；所述第一化学侵蚀的时间为1～15分钟。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述KCN水溶液的质量浓度为1～15％；所述第二化学侵蚀的时间为5～15分钟。6.权利要求1～5任一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓锋，李卫彬，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：