一种硝酸盐体系两步法制备铜铟硫光电薄膜的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于太阳能电池用光电薄膜制备技术领域，尤其涉及一种硝酸盐体系两步法制备铜铟硫光电薄膜的方法。
【背景技术】
[0002]随着社会和经济的发展，能源紧缺及消费能源带来的污染已成为国内社会发展中的突出问题，煤炭、石油等为不可再生资源，因此开发利用清洁可再生能源对保护环境、保证经济可持续发展和构筑和谐社会都有重要的意义。光伏发电具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、维护简便等优点，可以利用太阳能这种清洁、安全和环保的可再生能源，因此近几十年来太阳能电池的研究和开发日益受到重视。
[0003]铜铟硫基薄膜太阳能电池目前可以认为是最有发展前景的薄膜电池之一，这是因为其吸收层材料CuInS2具有一系列的优点:(I) CuInS2是直接带隙半导体。(2)在室温下CuInS2的禁带宽度为1.50eV，是太阳能电池中要求的最佳能隙，这方面优于CuInSe2(1.(MeV)t3(S)CuInS2不含任何有毒成分。(4) CuInS2光吸收系数很大，转换效率高，性能稳定，薄膜厚度小，约2μπι，且硫的价格较低。(5)在CuInS2基础上掺杂其它元素，如使Ga或Al部分取代In原子，用Se部分取代S，即制备成Cu( Im—xGax)Se2，Cu(Im—xGax) (Se2-ySy)，Cu(Im-xAlx)(Se2—XSX)，其晶体结构仍然是黄铜矿。改变其中Ga/(Ga+In)等的原子比，可以使其禁带宽度在1.04?1.72 eV之间变化，包含高效率吸收太阳光的带隙范围1.4?1.6^。(6)抗辐射能力强，没有光致衰减效应，因而使用寿命长。(7) P型CIGS材料的晶格结构与电子亲和力都能跟普通的N型窗口材料(如CdS、ZnO)匹配。
[0004]目前CuInS2的制备方法主要有溶剂热法、喷射热解法、电化学沉积法、化学沉积法、化学气相沉积、分子束外延、反应溅射法、真空蒸发法、溅射合金层后硫化法等。其中，蒸发法和溅射法技术比较成熟，光电转换效率高，已实现产业化操作。但是，这两种方法均需要真空设备，制备成本比较高，而且不能沉积大面积的太阳能薄膜，原材料的利用率较低。电沉积成本低，易实现大面积沉积薄膜，同时也存在一些问题，比如Cu、In、S三种元素电位值相差较大，很难实现共沉积，并且发现在制备CuInS2时薄膜质量较差，孔洞多，硫元素较难进入薄膜，化学成分难以控制等问题，很难直接得到纯相。因此选择合适的电沉积工艺制备均一致密的纯相CuInS2薄膜成为具有创新性的重要课题。
[0005]如前面所述方法一样，其它方法也有不同的缺陷。与本发明相关的还有如下文献:[I] S.Lugo, 1.Lopez, Y.Pena, M.Calixto, T.Hernandez, S.Messina, D.Avellaneda, Characterizat1n of CuInS2 thin films prepared by chemical bathdeposit1n and their implementat1n in a solar cell, Thin Solid Films 569
(2014)76-80.主要描述了用化学沉积法分别制备In2S3和CuS薄膜，后热处理得到CuInS2薄膜，并对其性能进行了表征。
[0006][2] Zhaomin Haoj Yong Cui， Gang Wang, Colloidal synthesis of wurtziteCuInS2 nanocrystals and their photovoltaic applicat1n, Materials Letters 146
(2015)77-80.主要描述了用胶体合成法制备纤锌矿CuInS2纳米晶体，对其晶体结构和光电性能进行了研究D
[0007][3] S.Mostafa Hosseinpour-Mashkani， Masoud Salavat1-Niasari， FatemehMohandes，K.Venkateswara-Rao，CuInS2 nanoparticles: Microwave-assistedsynthesis, characterizat1n, and photovoltaic measurements, Materials Sciencein Semiconductor Processing 16 (2013) 390-402.主要描述微波辅助法制备CuInS2纳米颗粒及其光电性能的研究。
[0008][4] S.M.Hosseinpour-Mashkani, M.Salavat1-Niasari, F.Mohandes，CuInS2 nanostructures: Synthesis, characterizat1n, format1n mechanism andsolar cell applicat1ns, Journal of Industrial and Engineering Chemistry 20(2014) 3800-3807.主要描述微波辅助法制备黄铜矿CuInS2纳米颗粒，并对其进行了性能表征和形成机理研究。
[0009][5] Xiaofeng Wu, Yaohan Huang, Qiqi Bai，Qingfei Fan, Guangli Li，Ximei Fan, Chaoliang Zhang, Hong Liuj Investigat1n of CuInS2 thin filmsdeposited on FTO by one-pot solvothermal synthesis, Materials Science inSemiconductor Processing 37 (2015) 250-258.主要描述了溶剂热合成法制备的CuInS2薄膜的性能。
[0010][6] A.Shanmugave I , K.Srinivasan , K.R.Murali , Pulseelectrodeposited copper indium sulpho selenide films and their properties,Materials Science in Semiconductor Processing 16 (2013) 1665-1671.主要描述了脉冲电沉积法制备CuIn(S，Se)2薄膜，并研究了不同硫含量时的结构和性會^差异。
[0011][7] Hsiang Chen, Yih-Min Yeh，Chuan Hao Liao, Jian Zhi Chen, Chau-1eWang ， Removal of CuS phases from electrodeposited CuInS2 films， CeramicsInternat1nal 40 (2014) 67-72.主要描述了采用两步热处理去除电沉积制备的CuInS2薄膜里的CuS相并进行了形貌及成分分析。
[0012][8] M.A.Majeed Khan, Sushil Kumar, Mohamad S.AlSalhi，Synthesis andcharacteristics of spray deposited CuInS2 nanocrystals thin films forphotovoltaic applicat1ns, Materials Research Bulletin 48 (2013) 4277-4282.主要描述用溅射沉积法制备CuInS2薄膜并用FESEM，FETEM，HRTEM，AFM，XRD等进行了表征。
[0013][9] D.Abdelkader， N.Khemir