一种介孔结构铜铟硫光电薄膜及其制备方法
【专利说明】一种介孔结构铜铟硫光电薄膜及其制备方法
[0001]
技术领域
本发明属于铜铟硫光电薄膜技术领域，具体涉及一种介孔结构铜铟硫光电薄膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002]薄膜太阳电池因其具有质轻、生产成本低、可被制成柔性可卷曲形状、便于大面积连续生产等突出优势，被公认是未来太阳电池发展的主要方向，并已成为国际上研究最多的太阳电池技术之一。铜铟硫光电薄膜这种直接带隙半导体材料具有高的光吸收系数、稳定性好、无光致衰减效应、低毒等优点，成为理想的高性能薄膜太阳能电池的候选材料，引起国内外研究学者的广泛关注。
[0003]目前在制备铜铟硫光电薄膜领域已有的几种方法如下:
上海交通大学的毕恩兵等，将铜源、铟源溶于三乙醇胺、丙酮以及柠檬酸钠溶液中，再加入氨水调节PH，加入摩尔比为2:1硫粉/硫脲的硫源后，再加入水合联氨溶液，最后加入体积比为1:1的水/乙二醇混合溶剂,得到CuInS2前体反应液；将反应液加入反应爸,再插入玻璃片，进行溶剂热原位反应，即可得到具有规则的纳米片阵列薄膜。
[0004]吉林大学的苏星光等，采用氯化铜、氯化铟这种常见金属盐类化合物，以及含有巯基的羧酸如巯基丙酸和巯基丁二酸，在水热条件下合成出了粒子大小在2-4nm，发射波长在近红外区域的铜铟硫(CuInS2)纳米粒子。
[0005]中国科学院过程工程研究所的陈运法等，将铜盐和铟盐溶于一定量水中，加入适量巯基酸，调节PH到一定范围，然后加入硫源，搅拌均匀后将所得溶液转入水热反应釜中，在一定温度进行水热反应；将得到的胶体溶液冷却到室温，通过离心沉降得到铜铟硫半导体纳米粒子。
[0006]浙江大学的汪雷等，采用溶液法利用硼氢化钠还原铜盐和铟盐制备Cu-1n合金纳米颗粒，进而将其溶解在有机溶剂中制备成Cu-1n合金墨水，涂覆在Si片、Mo片或者玻璃等衬底上制备成前驱体薄膜；而后，在含有H2S/Ar混合气氛中烧结成为表面呈纳米棒阵列的CuInS2薄膜。
[0007]北京化工大学的元炯亮等，采用电化学沉积法制备铜铟合金膜，再通过硫化退火的方法得到铜铟硫合金膜。
[0008]拜耳技术服务有限公司的钟海政等，将铜盐、铟盐和烷基硫醇加入到非极性的有机溶剂中，然后在惰性气氛下，加热搅拌、溶解，直至得到深红色的胶体溶液；将得到的胶体溶液冷却到室温，加入极性溶剂，通过离心沉降得到铜铟硫半导体纳米粒子。
【发明内容】
[0009]本发明目的在于提供一种介孔结构铜铟硫光电薄膜及其制备方法，该方法可以将铜铟硫光电薄膜制作成介孔结构。
[0010]本发明采用以下技术方案:
一种制备介孔结构铜铟硫光电薄膜的方法，包括以下步骤:
1)将切好的ITO导电玻璃清洗，得到洁净的ITO基片；
2)称取0.1lmmol碘化亚铜、0.1mmol醋酸铟、0.5mmol硫脲,共同溶于1.2ml甲胺与0.08ml丙酸组成的混合溶液中，配置成铜铟硫前驱体溶液；
3)取0.08ml步骤2)配置好的铜铟硫前驱体溶液，滴到步骤I)清洗后的ITO基片上，而后匀胶，最后将匀胶好的ITO基片放到热台上，氮气环境下退火，ITO基片上得到一层致密的铜铟硫薄膜，基片记为ITO/compact-CuInS2;
4)按步骤2)中的原料用量比例配制铜铟硫前驱体溶液200ml，向其中混入三氧化二铝纳米粒异丙醇悬浊液200ml形成混合液，而后将此混合液磁力搅拌其充分混合；
5)取步骤4)的混合液0.08ml滴到步骤3)得到的基片上并匀胶，而后退火，ITO基片上得到掺杂有三氧化二招的铜铟硫光电薄膜，基片记为ITO/compact-CuInS2/hybrid-CuInS2;
6)将步骤5)得到的基片放入氢氧化钠水溶液中浸泡，取出后用去离子水清洗，而后将其放到热台上氮气环境下烘干，即得到具有介孔结构的铜铟硫光电薄膜，基片记为ITO/compact-CuInS2/mesoporous-CuInS2。
[0011]清洗时依次在异丙醇、丙酮、酒精中各超声清洗15分钟。
[0012]步骤3)匀胶时的具体操作是放置到匀胶机上以每分钟6000转匀胶60秒；步骤5)匀胶时的具体操作是放置在匀胶机上以每分钟3000转匀胶60秒。
[0013]步骤3)、5)中的退火是在250°C退火15分钟。
[0014]步骤4)中三氧化二铝纳米粒的平均粒径为50nm，三氧化二铝纳米粒异丙醇悬浊液的浓度为20wt%。
[0015]步骤6)中氢氧化钠水溶液的浓度为0.2mol/L,浸泡时间为30分钟。
[0016]根据以上方法制得的介孔结构铜铟硫光电薄膜。
[0017]本发明制备方法的整个流程操作极其简单，对设备要求很低，选择的中间体三氧化二铝廉价易得，铜铟硫退火成块后掺入的三氧化二铝是均匀分布在其中的，将三氧化二铝用氢氧化钠溶蚀掉以后，剩下的铜铟硫块体自然是窟窟窿窿的，就好比太湖石一样。将其他光电材料的前驱液灌入铜铟硫的孔洞中后退火，可以生成一种体异质结，将铜铟硫光电薄膜做成介孔结构，可以提高相应两种材料的接触面积，有利于激子的分离，这样可以提升光电器件的性能，使其能够应用于铜铟硫-相关的太阳能电池并能改善电池的性能。
【附图说明】
[0018]图1为本发明制得的介孔结构铜铟硫光电薄膜的SEM图；
【具体实施方式】
实施例:
一种制备介孔结构铜铟硫光电薄膜的方法，包括以下步骤:
I)将切好的ITO导电玻璃依次在异丙醇、丙酮、酒精中各超声清洗15分钟，得到洁净的ITO基片；
2)称取0.1lmmol碘化亚铜、0.1mmol醋酸铟、0.5mmol硫脲,共同溶于1.2ml甲胺与0.08ml丙酸组成的混合溶液中，配置成铜铟硫前驱体溶液；
3)取0.08ml步骤2)配置好的铜铟硫前驱体溶液，滴到步骤I)清洗后的ITO基片上，而后放置到匀胶机上以每分钟6000转匀胶60秒，最后将匀胶好的ITO基片放到热台上，氮气环境下在250°C退火15分钟，ITO基片上得到一层致密的铜铟硫薄膜，基片记为ITO/compact_CuInS2;
4)按步骤2)中的原料用量比例配制铜铟硫前驱体溶液200ml，向其中混入浓度20wt%的三氧化二铝纳米粒(平均粒径为50nm)异丙醇悬浊液200ml形成混合液，而后将此混合液磁力搅拌其充分混合；
5)取步骤4)的混合液0.08ml滴到步骤3)得到的基片上，而后放置在匀胶机上以每分钟3000转匀胶60秒，而后在250°C退火15分钟，ITO基片上得到掺杂有三氧化二铝的铜铟硫光电薄膜，基片记为 ITO/compact-CuInS2/hybrid- CuInS2;
6)将步骤5)得到的基片放入0.2mol/L氢氧化钠水溶液中浸泡30分钟，取出后用去离子水清洗，而后将其放到热台上氮气环境下烘干，即得到具有介孔结构的铜铟硫光电薄膜，基片记为 ITO/compact-CuInS2/mesoporous-CuInS2o
[0019]具有介孔结构的铜铟硫光电薄膜的SEM图如图1所示，由此图看出本发明制得的铜铟硫光电薄膜具有介孔结构。
【主权项】
1.一种制备介孔结构铜铟硫光电薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)将切好的ITO导电玻璃清洗，得到洁净的ITO基片； 2)称取0.1lmmol碘化亚铜、0.1mmol醋酸铟、0.5mmol硫脲,共同溶于1.2ml甲胺与0.08ml丙酸组成的混合溶液中，配置成铜铟硫前驱体溶液； 3)取0.08ml步骤2)配置好的铜铟硫前驱体溶液，滴到步骤I)清洗后的ITO基片上，而后匀胶，最后将匀胶好的ITO基片放到热台上，氮气环境下退火，ITO基片上得到一层致密的铜铟硫薄膜，基片记为ITO/compact-CuInS2; 4)按步骤2)中的原料用量比例配制铜铟硫前驱体溶液200ml，向其中混入三氧化二铝纳米粒异丙醇悬浊液200ml形成混合液，而后将此混合液磁力搅拌至其充分混合； 5)取步骤4)的混合液0.08ml滴到步骤3)得到的基片上并匀胶，而后退火，ITO基片上得到掺杂有三氧化二招的铜铟硫光电薄膜，基片记为ITO/compact-CuInS2/hybrid-CuInS2; 6)将步骤5)得到的基片放入氢氧化钠水溶液中浸泡，取出后用去离子水清洗，而后将其放到热台上氮气环境下烘干，即得到具有介孔结构的铜铟硫光电薄膜，基片记为ITO/compact-CuInS2/mesoporous-CuInS2。
2.如权利要求1所述的制备介孔结构铜铟硫光电薄膜的方法，其特征在于，步骤I)中清洗时依次在异丙醇、丙酮、酒精中各超声清洗15分钟。
3.如权利要求1所述的制备介孔结构铜铟硫光电薄膜的方法，其特征在于，步骤3)匀胶时的具体操作是放置到匀胶机上以每分钟6000转匀胶60秒；步骤5)匀胶时的具体操作是放置在匀胶机上以每分钟3000转匀胶60秒。
4.如权利要求1所述的制备介孔结构铜铟硫光电薄膜的方法，其特征在于，步骤3)、5)中的退火是在250°C退火15分钟。
5.如权利要求1所述的制备介孔结构铜铟硫光电薄膜的方法，其特征在于，步骤4)中三氧化二铝纳米粒的平均粒径为50nm，三氧化二铝纳米粒异丙醇悬浊液的浓度为20wt%。
6.如权利要求1所述的制备介孔结构铜铟硫光电薄膜的方法，其特征在于，步骤6)中氢氧化钠水溶液的浓度为0.2mol/L,浸泡时间为30分钟。
7.根据权利要求1-6任一项方法制得的介孔结构铜铟硫光电薄膜。
【专利摘要】本发明属于铜铟硫光电薄膜技术领域，具体涉及一种介孔结构铜铟硫光电薄膜及其制备方法。本发明将其他光电材料的前驱液灌入铜铟硫的孔洞中后退火，可以生成一种体异质结，将铜铟硫光电薄膜做成介孔结构，可以提高相应两种材料的接触面积，有利于激子的分离，这样可以提升光电器件的性能，使其能够应用于铜铟硫-相关的太阳能电池并能改善电池的性能。
【IPC分类】H01L31-0264, H01L31-18, H01L31-0352
【公开号】CN104638035
【申请号】CN201510031895
【发明人】陈冲, 黎春喜, 李福民, 翟勇
【申请人】河南大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月22日