专利名称：一种铜锌锡硫光伏薄膜的制备方法
技术领域：
本发明公开了一种铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4)光伏薄膜的制备方法，用于制备薄膜太阳电池光吸收层的化合物半导体薄膜，属于光电材料新能源技术领域。
背景技术：
太阳能是取之不尽、用之不竭的可再生能源。在太阳能的各种利用方式中，太阳电池是发展最快、最具活力和最受瞩目的领域，可望成为解决日益严重的能源危机和环境污染问题的有效途径。目前广泛使用的太阳电池组件以单晶硅和多晶硅为主，而薄膜太阳电池兼具硅太阳电池高转化效率和廉价的优点，同时是直接带隙材料，光吸收系数高，是一种更为优选的太阳电池材料。在众多薄膜太阳电池中，以具有黄铜矿结构的硫属化合物铜铟镓硒(化学式为CuIni_xGaxSe2，X = 0 1)作为光吸收层的薄膜太阳电池(简称CIGS太阳电池)由于其转化效率最高(已达到20. 3% )、稳定性好、制备简单等特点，最受人们关注，成为研究的热点和重点。然而，铜铟镓硒化合物中的铟、镓和硒是稀散金属，价格昂贵且储量有限，它们在地壳中的丰度见表1。从降低成本、节约资源和保护环境等角度来看，探寻具有廉价与环保特点的新型光吸收层薄膜材料来替代铜铟镓硒已成为摆在我们面前的重要课题。表1几种元素在地壳中的丰度
权利要求
1.一种铜锌锡硫光伏薄膜的制备方法，包括以下步骤第一步铜箔基材表面处理将铜箔基材表面除油、水洗、酸洗；第二步铜箔基材表面沉积金属锌在第一步处理得到的铜箔基材表面沉积金属锌，所述沉积采用化学镀、电镀、溅射、蒸镀、分子束外延、热浸镀方法中的一种；第三步镀锌层的硫锡化热处理将第二步所得的表面沉积有金属锌的铜箔基材置于保护气氛中，加热至200 800°C， 通过载气输入硫源和锡源，对镀锌层进行硫锡化热处理。
2.根据权利要求1所述的一种铜锌锡硫光伏薄膜的制备方法，其特征在于所述铜箔基材表面处理中除油包括碱液除油和除油剂清洗两个步骤，首先将所述铜箔基材置于温度为10 200°C的碱液中浸泡1 300分钟，然后置于温度为10 100°C的除油剂中超声振荡1 300分钟；所述碱液选自氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠或磷酸三钠中的至少一种；所述除油剂选自洗洁精、脱脂剂、乙醇或丙酮中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的一种铜锌锡硫光伏薄膜的制备方法，其特征在于所述水洗是将经过除油后的铜箔基材置于温度为10 100°C的去离子水中超声振荡1 300分钟。
4.根据权利要求3所述的一种铜锌锡硫光伏薄膜的制备方法，其特征在于所述酸洗是将经过水洗的铜箔基材置于温度为10 100°C、浓度为0. 1 3mol/L的酸溶液中超声振荡1 100分钟；所述酸选自盐酸、硫酸、醋酸或硝酸中的至少一种。
5.根据权利要求2 4任意一项所述的一种铜锌锡硫光伏薄膜的制备方法，其特征在于所述超声振荡频率为20k IOOkHz ；功率为50 1200W。
6.根据权利要求4所述的一种铜锌锡硫光伏薄膜的制备方法，其特征在于所述镀锌层的硫锡化热处理的方式选自先硫化后锡化、先锡化后硫化、硫化和锡化同时进行中的一种。
7.根据权利要求6所述的一种铜锌锡硫光伏薄膜的制备方法，其特征在于所述镀锌层的硫锡化热处理的过程中，硫化所采用的硫源为硫化氢、单质硫蒸汽、二硫化锡或硫化锡中的至少一种，时间为0. 1 4h。
8.根据权利要求6所述的一种铜锌锡硫光伏薄膜的制备方法，其特征在于所述镀锌层的硫锡化热处理的过程中，锡化所采用的锡源选自单质锡蒸汽、二硫化锡蒸汽或硫化锡蒸汽中的至少一种，时间为0. 1 4h。
9.根据权利要求6所述的一种铜锌锡硫光伏薄膜的制备方法，其特征在于所述硫化和锡化同时进行时，时间为0. 1 4h。
10.根据权利要求7-9任意一项所述的一种铜锌锡硫光伏薄膜的制备方法，其特征在于所述硫源和锡源通过载气运输，所述载气选自氩气、氮气、氖气中的至少一种，流量为 1 lOOOsccm。
全文摘要
一种铜锌锡硫光伏薄膜的制备方法，包括铜箔基材表面除油、水洗、酸洗处理，铜箔基材表面采用化学镀、电镀、溅射、蒸镀、分子束外延、热浸镀方法中的一种沉积金属锌，镀锌层于保护气氛中的硫锡化热处理。本发明直接在预处理后铜箔基材上沉积金属锌，再进行硫锡化处理以获得铜锌锡硫薄膜。该法具有成本低、工艺流程短、重现性好、易于大规模卷绕式生产以及适合薄膜的成分控制和大面积生长等优点。在铜基底上直接沉积金属锌，铜箔作为太阳电池器件的柔性机械载体，同时也起到了提供铜锌锡硫薄膜中铜源以及作为太阳电池背电极的三重作用。所制备的薄膜具有良好的成分可控性、均匀性，以及优越的结晶质量及性质。
文档编号H01L31/18GK102496656SQ201110435509
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者刘业翔, 刘芳洋, 张坤, 李劼, 杨佳, 苏正华, 贾明, 赖延清, 赵联波, 陈志伟 申请人:中南大学