本发明专利技术涉及一种湿化学法制备CuInS2薄膜的方法，该方法为：在含有铟、硫离子的溶液a中利用湿化学法在基底上沉积成膜；然后将膜放在含有铜、硫离子的溶液b中沉积得到预制复合薄膜；再将预制复合薄膜放在有固态硫源的真空、氮气或氩气气氛下进行退火处理后得到铜铟硫薄膜，其中沉积过程在常温常压条件下进行。该方法工艺简单，成本低廉，原料利用率高，可重复性好，易于实现大面积连续生产，制得的薄膜具有良好的光电性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电材料新能源领域，具体涉及一种湿化学法制备铜铟硫薄膜的方法。
技术介绍
随着能源危机的爆发，可再生能源成为人们未来发展的焦点。光伏发电一直被认为是解决未来人类能源的首选。太阳能是一种清洁、持续的可再生能源，太阳能电池在光伏产业中占有较大比重。相对于晶体娃，薄膜太阳能电池在成本和技术方面具有很大的优势， 将会是未来研究和发展的重点。01 材料的禁带宽度为1.5MV，与理想太阳能光谱相接近，并且其自身不添加别的元素就可以调节自身禁带宽度，同时对温度变化不敏感，这会简化薄膜的制备技术难度。由于01 薄膜电池具有较高的转换效率和较低的成本，其将成为未来光伏产业发展的热点。CuInS2薄膜制备方法很多，目前研究最多的是共蒸发法、电沉积法和溅射法。其中，共蒸发方法技术简单，能够生成质量较好的膜，电池效率较高；但是蒸发法无法实现大面积成膜，重复性低，原材料的利用率低，相对于贵重金属来讲浪费大，不利于降低成本。电沉积方法可以实现元素的精确控制，但对基底要求较高，不能在柔性衬底上来实现膜的生成。溅射法能够制备出均勻、致密、与基底结合牢固的膜，其缺点是真空度高、技术复杂，原材料利用率也不高，不利于大面积薄膜制备，同时对于不规则和柔性衬底成膜困难。这些缺点的存在，使得它们在大规模工业化方面具有一定的限制。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术目的在于提供一种湿化学法制备01 薄膜的方法，该方法利用溶液中铟离子、铜离子和硫离子的自然化学沉积来制膜，条件温和、操作简便、成本低廉，制得的薄膜具有良好的光电性能。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案一种湿化学法制备01 薄膜的方法，该方法为在含有铟、硫离子的溶液a中利用湿化学法在基底上沉积成膜；然后将膜放在含有铜、硫离子的溶液b中沉积得到预制复合薄膜；再将预制复合薄膜放在有固态硫源的真空、氮气或氩气气氛下进行退火处理，最终生成铜铟硫薄膜，其中沉积过程在常温常压条件下进行。一般的，在溶液a中的沉积时间为72 — 144h，在溶液b中的沉积时间为1 一 5h。其中，铟、铜离子分别选自相应的硫酸盐、硝酸盐或氯化物，硫离子选自硫化钠或硫代乙酰胺。所述退火处理的温度为350— 500°C，退火时间为20— 90min。具体的，预制复合薄膜放在有固态硫源的真空、氮气或氩气气氛下以10 0C /min 的速率升温至400— 500 °C。所述基底材料优选为ITO导电玻璃、FTO导电玻璃、金属Mo、镀Mo的钠钙玻璃、不锈钢或普通载玻片等。沉积反应在聚四氟乙烯槽内进行，反应过程中将槽置于干燥容器中。具体的，一种湿化学法制备01 薄膜的方法在含有铟、硫离子的溶液a中利用湿化学法在基底上沉积72 - 144h成膜；然后将膜放在含有铜、硫离子的溶液b中沉积1 一证得到预制复合薄膜；再将预制复合薄膜放在有固态硫源的真空、氮气或氩气气氛下以10 0C /min的速率升温至350—500 ！退火处理20—60min，最终生成铜铟硫薄膜，其中沉积过程在常温常压条件下进行，铟、铜离子分别选自相应的硫酸盐、硝酸盐或氯化物，硫离子选自硫化钠或硫代乙酰胺。本专利技术湿化学沉积法主要利用以下的反应原理 In3++^= Ιηβ3(1-1)CtT+纩=Cuβ(1-2)CuliS+ In2S^S= CuInS2(1-3)所述溶液a中含有铟离子和硫离子主要涉及反应1-1，即和S2—形成硫化铟沉淀； 所述溶液b中含有铜离子和硫离子主要涉及反应1-2，即Cu2+和S2_形成硫化铜沉淀；预制复合薄膜在有固态硫源中的退火处理主要涉及反应1-3。针对反应1-1和1-2，其主要利用两种离子的共沉淀原理，因此，沉积反应过程中对离子的浓度要求不高，只要两种离子可生成相应的金属硫化物沉淀即可，离子浓度的大小只是影响沉积所得的膜厚度，而不会影响膜的成分。即当溶液中各离子浓度发生改变时，得到的前驱薄膜成分不会发生改变。铜铟离子浓度比小于1，是为了弥补铟的低活性。在本专利技术方法中，试验所用的溶液a中含铟离子 0. 5 — 1 mol/L、硫离子 0. 25 - 0. 5 mol/L ；溶液 b 中含铜离子 0. 25 - 0. 5 mol/L、硫离子 0.25 — 0.5 mol/L。配制含铜、铟或硫离子的溶液时，使用三次去离子水(即蒸馏三次的水)，而且要使含有相应离子的固体溶解完全。本专利技术方法在含有铟、硫离子的溶液a中利用湿化学法在基底上沉积^j3膜；以膜为基底，再在含有铜、硫离子的溶液b中沉积Cu2S膜，获得h2S3/Cu2S复合薄膜作为预制膜；然后将得到的预制膜放在有固态硫粉的真空、氮气或氩气气氛下进行退火处理，最后得到CuIr^2薄膜。该方法工艺简单，成本低廉，设备投资少，原料利用率高，可重复性好， 易于实现大面积连续生产、可在不同形貌基底上进行薄膜的制备。和现有技术相比，本专利技术优点该方法在常温常压下沉积，解决了现有制备方法中存在重复性低、生产设备昂贵、工艺复杂，成本高的问题，提供了一种技术简单、成本低、效率高的在溶液环境中采用湿化学法制备01 薄膜的方法。利用该种方法可以较充分控制薄膜的均勻度和成分，并且能在不同的基底上进行膜制备；采用此方法制得的CdM2薄膜表面平整致密(见图1和图7)，具有良好的光电分离特性(见图5)，为工业化制备01 薄膜摸索了一种新方法。附图说明图1为实施例1、2、3、4中得到的铜铟硫薄膜的SEM图，a为实施例4，b为实施例 3，c为实施例2，d为实施例1，其中a、b和c是放大1000倍；d放大1500倍，标尺IOMm ；图2为实施例1、2、3、4得到的铜铟硫薄膜的XRD图3为实施例1、2、3、4得到的铜铟硫薄膜的EDS图，a为实施例1，b为实施例2，c为实施例3，d为实施例4，EDS图反映薄膜的结晶性能，用以佐证XRD图； 图4为实施例1中得到的铜铟硫薄膜的TEM (a)、HRTEM (b, c)、ED (d)图； 图5为实施例1、2、3、4得到的铜铟硫薄膜的吸收光谱图，a为实施例1，b为实施例 2，c为实施例3，d为实施例4;图6为实施例5中得到的铜铟硫薄膜的XRD图，其放大1500倍，标尺IOMm ； 图7为实施例5中得到的铜铟硫薄膜的SEM图。具体实施例方式以下通过实施例对本专利技术进行详细说明，但本专利技术的保护范围不限于此。实施例1一种湿化学法制备CuhS薄膜的方法，该方法为在含有0. 25 mol/L In2(S04)3>0. 25 mol/L的硫代乙酰胺的溶液a中利用湿化学法在ITO导电玻璃基底上沉积7 成膜(可以将溶液a放入聚四氟乙烯槽内，将槽置于干燥容器中进行沉积反应)；然后将膜放在含有0. 25 mol/L CuS04、0. 25mol/L硫代乙酰胺的溶液b中沉积池得到预制复合薄膜；再将预制复合薄膜放在有固态硫粉的氮气气氛下以10 °C/min的速率升温至500 ！退火处理30min，得到表面平整致密的01 薄膜(见图1中d，由图可看出，薄膜由颗粒密排而成，大小相对均勻约O. 5Mm，其它性能表征见图2至5)，其中沉积过程在常温常压条件下进行。实施例2将退火处理温度由500 °C更换为450 °C，其他制备条件同实施例1。得到的01 薄膜表面平整，具体表征结果见图本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种湿化学法制备ＣｕＩｎＳ２薄膜的方法，其特征在于：在含有铟、硫离子的溶液ａ中利用湿化学法在基底上沉积成膜；然后将膜放在含有铜、硫离子的溶液ｂ中沉积得到预制复合薄膜；再将预制复合薄膜放在有固态硫源的真空、氮气或氩气气氛下进行退火处理，最终生成铜铟硫薄膜，其中沉积过程在常温常压条件下进行。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杜祖亮，黄灿领，胡彬彬，张兴堂，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：41
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。