一种在柔性衬底上印刷涂膜制备铜铟硒硫吸收层的方法
【专利说明】一种在柔性衬底上印刷涂膜制备铜铟砸硫吸收层的方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及光伏太阳电池技术领域，提供了一种在非真空条件下，采用铜铟硫的纳米晶材料在柔性衬底上进行印刷涂膜并制备铜铟镓砸硫薄膜太阳电池吸收层的方法。
[0003]
【背景技术】
[0004]目前太阳能电池技术均以降低成本和提高光电转换效率为研究方向，开发研究廉价、高效、长寿命的太阳电池已成为新世纪光伏领域的重要课题。铜铟镓砸(简称CIGS)薄膜太阳电池因具有高转换效率、稳定度佳、低材料成本等优点而成为世界各国特别是美国、日本及西欧等发达国家竞相研究开发的热点。近年来柔性衬底的铜铟镓砸薄膜电池在材料、工艺及器件性能的实验与理论等方面的研究取得了相当快的进展，特别是吸收层工艺、设备等关键技术的突破，以及转换效率指标的不断创新。目前铜铟镓砸吸收层的沉积通常是在高真空系统下使用溅射镀膜或蒸发镀膜的方式，由于技术发展比较成熟，实验室小面积制备基本能取得较高的光电转换效率和均匀性好的薄膜。但随着电池面积的增大，对制备工艺和真空设备等的要求极为苛刻，需要很大的设备投资，生产成本高，均匀性控制的难度也非常大。
[0005]近几年来非真空沉积技术制备柔性衬底的CIGS太阳能电池的研发已成为欧美发达国家竞相发展的热点，如电沉积、喷涂热解和纳米粉墨印刷等方法。由于此技术避免了造价昂贵的真空设备，大大降低了生产成本，目前许多科研机构，大学和公司积极致力于此方向的研究开发。因此探索新型低成本的非真空化学沉积工艺，在有效控制大面积薄膜的均匀性和制备成本的基础上，提高电池的光电性能和转换效率将是未来光伏领域的重要发展方向。
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【发明内容】
[0007]针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种在非真空条件下，采用铜铟砸硫的纳米晶材料在柔性衬底上进行印刷涂膜并制备铜铟镓砸硫薄膜吸收层的方法。该方法利用线棒印刷方式涂膜制备，避免了制备吸收层时复杂繁琐的高真空工艺，简化了制备流程，降低了生产成本。此外，柔性衬底可实现卷对卷沉积，该发明的印刷方式对于后续卷对卷的沉积吸收层具有重要的借鉴意义。
[0008]为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案如下:一种在柔性衬底上印刷涂膜制备铜铟砸硫吸收层的方法，采用非真空纳米晶印刷涂膜制备铜铟砸硫吸收层，包括以下步骤:
一、柔性衬底上沉积背电极Mo ； 二、以十八烯试剂作为反应介质采用溶液前驱体反应的加热合成方法，制备铜铟硫纳米晶，通过控制升温速率、加热温度等条件，调整并控制铜铟元素比例；
三、将制备的纳米晶材料干燥后溶解于有机试剂，形成纳米晶墨液，利用线棒印刷装置将纳米晶墨液印刷涂覆在带有Mo背电极的柔性衬底上，形成一层厚度均匀的纳米铜铟硫膜层；
四、将薄膜样品放置于真空干燥箱中进行低温退火热处理，经过热处理后的薄膜样品放置于砸化设备中进行砸化反应，铜铟砸硫吸收层制备完成。
[0009]本发明是通过加热合成方法制备出铜铟硫纳米晶材料，配制成纳米粉末溶液后在柔性衬底上采用非真空线棒印刷方法涂覆纳米铜铟硫膜层，经退火处理和砸化反应最终获得铜铟砸硫吸收层。该发明不仅缩短了制备时间，同时简化了工艺步骤，避免了昂贵的高真空设备，成功实现铜铟砸硫薄膜吸收层的制备。该技术具有成本低、工艺重复性好等优点，避免了复杂繁琐的高真空工艺，非常适合未来柔性铜铟镓砸薄膜太阳电池的大规模生产。
【附图说明】
[0010]图1是本发明制备纳米晶铜铜硫材料的工艺不意图；
图2是本发明建立的非真空纳米晶印刷涂膜制备纳米铜铟硫膜层设备工艺示意图；
图3是本发明制得的纳米铜铟硫膜层印刷后的实物图以及退火热处理后膜层表面的电子显微镜照片；
图4是本发明制得的砸化后铜铟砸硫薄膜吸收层的电子显微镜照片。
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【具体实施方式】
[0012]下面结合【附图说明】本发明的优选实施例。
[0013]实施例1 ;
图1给出了本发明制备纳米晶铜铟硫材料的工艺示意图，如图所示，0.08molCuAc、0.16mol In(Ac)l^P 0.20molHSC 12H25按照一定比例加入装有I升Octadecene有机试剂的反应装置中混合，将混合溶液加热至120°C并搅拌；然后加入25 mL油酸，搅拌至完全溶解后，再升温到220 °C，恒温反应I小时，得到纳米晶材料10，且铜铟比例在0.8~1.0。图2给出了本发明建立的非真空纳米晶印刷涂膜制备纳米铜铟硫膜层设备工艺示意图，如图2所示。将干燥后的纳米晶材料10取一定量加入二氯甲苯有机试剂，经过超声振荡使其充分溶解形成纳米晶墨液11。然后用移液器取一定量纳米晶墨液滴涂在镀有Mo的柔性衬底上，利用线棒印刷设备12中的升降轮调整线棒与衬底之间的间距，通过支架在导轨上的单方向移动带动线棒在衬底上移动进行均匀涂覆。然后将薄膜样品进行退火热处理和砸化反应，铜铜砸硫吸收层制备完成。
[0014]根据本发明，该技术的工艺包括如下的步骤:
步骤一、沉积背电极；
在柔性衬底(不锈钢箔或聚酰亚胺)上，采用直流磁控溅射在20?100 μ m厚度的柔性衬底上溅射双层Mo薄膜，Ar气分别控制在1.0Pa和0.25Pa，Mo层总厚度约为0.7?L O μ m0
[0015]步骤一■、制备纳米晶铜铜硫；
在装有I升Octadecene有机试剂的反应装置中依次加入0.08mol的CuAc、0.16mol的In(Ac)JP 0.20mol的HSC 12H25，并混合均匀，将混合溶液加热至120°C并搅拌；然后加入500mL油酸，搅拌至完全溶解后，再升温到220 °C，恒温反应I小时，得到产物纳米晶材料