一种CuIn(S,Se)2薄膜、太阳能电池及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种CuIn(S,Se)2薄膜、太阳能电池及制备方法，属于光伏材料及器件领域。所述方法包括以下步骤：在基底上沉积传输层或缓冲层；制备CuInS2反应前驱物溶液，将所述CuInS2反应前驱物溶液涂布在所述传输层或缓冲层上，干燥后形成前驱物薄膜；将硒粉或硒化氢与所述前驱物薄膜在惰性气体保护下加热进行反应；获得结晶性CuIn(S,Se)2薄膜材料。薄膜材料。薄膜材料。

【技术实现步骤摘要】
一种CuIn(S,Se)2薄膜、太阳能电池及制备方法


[0001]本专利技术涉及光伏材料及器件领域，具体涉及一种CuIn(S,Se)2薄膜、太阳能电池及制备方法。

技术介绍

[0002]CIS(CuInSe2、CuInS2)是直接带隙半导体材料，具有较窄的带隙(1.30
‑
1.50eV)，与太阳电池吸收材料的最佳禁带宽度(1.45eV)较接近，且具有较高的吸光系数(104cm1)和热稳定性，已经成为重要的薄膜太阳能电池光吸收材料。此外，CIS通过硒硫互掺杂可成为CuIn(S,Se)2，其禁带宽度可在1.04～1.7eV范围内调整，同时材料电子性能亦可调控，这就为进一步优化太阳能电池的效率提供了有效途径。目前，高效率的CIS太阳能电池主要基于高温、高真空技术，成本高且易造成组分偏离，严重制约低成本、大面积CIS薄膜太阳能电池的应用。采用溶液法加工制备CIS吸收层材料被认为是一种有效降低成本的途径。
[0003]在现有技术中，文献《12％ Efficiency CuIn(Se,S)2Photovoltaic Device Prepared Using a Hydrazine Solution Process》中，利用水合联氨溶解Cu2S，In2Se3，Se和S制成溶液，在钼基底上多次旋涂成膜并经过550℃热处理得到CuIn(S,Se)2薄膜，制备的太阳能电池的开路电压(V
oc
)、短路电流(J
sc
)、填充因子(FF)和能量转换效率(η)分别达到了0.55V、29.80mA/cm2、73.0％和12.2％。文献《Solution
‑
Processed Low
‑
Bandgap CuIn(S,Se)2Absorbers for High
‑
Efficiency Single
‑
Junction and Monolithic Chalcopyrite
‑
Perovskite Tandem Solar Cells》中，通过配置前驱体溶液，在钼基底上反复旋涂并250℃热处理得到CuIn(S,Se)2纳米颗粒薄膜，然后经过540℃下的硒化处理得到CuIn(S,Se)2薄膜，制备的太阳能电池的开路电压(V
oc
)、短路电流(J
sc
)、填充因子(FF)和能量转换效率(η)分别达到了0.52V、35.07mA/cm2、69.9％和12.63％。然而，上述技术方案须经高温(>540℃)处理过程，造成材料只能在耐高温的不透光金属基底上(Mo)沉积，或者使用易爆且有毒的联氨作为溶剂，这使得制备成本仍然较高，难以满足市场需求。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种CuIn(S,Se)2薄膜、太阳能电池及制备方法。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006]一种薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]在基底上沉积传输层或缓冲层；
[0008]制备CuInS2反应前驱物溶液，将所述CuInS2反应前驱物溶液涂布在所述传输层或缓冲层上，干燥后形成前驱物薄膜；
[0009]将硒粉或硒化氢与所述前驱物薄膜在惰性气体保护下加热；
[0010]获得结晶性CuIn(S,Se)2的薄膜材料。
[0011]另一方面，本专利技术还提出了一种太阳能电池，包括：
[0012]上述制备方法的制得的薄膜材料；
[0013]沉积在所述薄膜材料上的有机空穴传输层；以及
[0014]设置在所述有机空穴传输层上的金属电极。
[0015]本专利技术的有益效果：
[0016](1)在核心材料方面，通过用低温溶液法加工，实现了CuIn(S,Se)2薄膜的可控原位生长，可以通过调整硒粉量、加热温度和通入惰性气体流量等参数来控制CuIn(S,Se)2薄膜中的S/Se比例，进而调控CuIn(S,Se)2薄膜的理化性质(光吸收、载流子输运及能带结构等)。与现有技术相比，本专利技术的制备方法更易实现低成本，大面积制备。
[0017](2)在电池结构方面，通过与TiO2/CdS复合电子传输薄膜和Spiro
‑
OMeTAD空穴传输薄膜相结合，制备了CuIn(S,Se)2基平板型异质结薄膜太阳能电池。调整CuIn(S,Se)2光吸收性能可以实现太阳能电池在300
‑
1000nm宽光谱范围内对太阳光子的吸收，使用CdS薄膜的空间位置效应使光生载流子在空间上得到充分的分离，而TiO2纳米结构致密薄膜使得太阳电池具有高效的电子选择性传输通道。此外，使用了ITO或FTO导电玻璃作为基底/电极，对入射太阳光利用率较高。电池关键材料和电池器件的制备方法简便，对设备要求低，适合大规模制备，在高性能光伏材料和太阳电池器件等领域具有很大的应用价值。
附图说明
[0018]下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使
[0020]用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，
[0021]还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1是本专利技术中的CuIn(S,Se)2薄膜太阳能电池的结构示意图；
[0023]图2是本专利技术所述的气相辅助化学过程示意图；
[0024]图3是本专利技术所述的CuIn(S,Se)2薄膜的XRD表征结果；
[0025]图4是本专利技术所述的CuIn(S,Se)2薄膜的SEM表征结果；
[0026]图5是本专利技术所述的CuIn(S,Se)2薄膜太阳能电池的J
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V性能表征结果图；
[0027]图6是本专利技术所述的CuIn(S,Se)2薄膜太阳能电池的IPCE表征结果图。
[0028]图中数字标注说明如下：(1)玻璃基底、(2)FTO电极、(3)TiO2薄膜、(4)CdS薄膜、(5)CuIn(S,Se)2薄膜、(6)Spiro
‑
OMeTAD薄膜、(7)金电极。
具体实施方式
[0029]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]本专利技术的一些示例中，公开了一种CuIn(S,Se)2薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0031]室温下将InCl3·
4H2O溶于N,N
‑
二甲基甲酰胺中，搅拌0.5
‑
1.5小时，然后加入CuI，继续搅拌0.5
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在基底上沉积传输层或缓冲层；制备CuInS2反应前驱物溶液，将所述CuInS2反应前驱物溶液涂布在所述传输层或缓冲层上，干燥后形成前驱物薄膜；将硒粉或硒化氢与所述前驱物薄膜在惰性气体保护下加热，所述前驱物薄膜结晶并与受热升华的气态硒或硒化氢进行硒化反应；获得结晶性CuIn(S,Se)2薄膜材料。2.根据权利要求1所述的薄膜材料的制备方法，其特征在于，所述的制备CuInS2反应前驱物溶液包括以下步骤：InCl3·
4H2O溶于N,N
‑
二甲基甲酰胺中搅拌，加入CuI，继续搅拌，再加入硫脲，搅拌得到所述CuInS2反应前驱物溶液。3.根据权利要求1所述的薄膜材料的制备方法，其特征在于，所述的将硒粉或硒化氢与所述前驱物薄膜在惰性气体保护下加热进行反应的步骤中，通过吹入所述惰性气体，将所述的受热升华的气态硒或硒化氢吹送到所述前驱物薄膜处。4.根据权利要求2所述的薄...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈王伟，
申请(专利权)人：陈王伟，
类型：发明
国别省市：