專利名稱：一種微波法制備銅鋅錫硫薄膜的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種微波法制備銅鋅錫硫薄膜的方法。在較短的時間范圍內，使用乙二醇作為溶劑。屬于功能薄膜材料的制備技術領域。
背景技術：
隨著石油、煤炭等傳統(tǒng)能源的日益消耗，薄膜太陽能電池研究應用已經(jīng)成為世界各國研究的熱點。而作為太陽能電池材料應該具備低成本、高的轉換效率和環(huán)境友好這些必備的特點。雖然CdTe、CuInGaS2、CuInGaSe2的轉換效率已經(jīng)達到20%，但是由于其存在有毒元素和稀有元素(In.Te.Ga)的日益增加的價格而使其產(chǎn)業(yè)化存在著一定的困難，從而導致使用無毒高豐度元素 Cu (50 ppm)、Zn (75 ppm )、Sn (2. 2 ppm )、S (260 ppm )的直接帶隙半導體Cu2ZnSnS4 (CZTS)開始引人注目。鋅黃錫礦結構的CZTS具有較高的吸收系數(shù)(大于IO4 cnT1)，禁帶寬度約1.50 eV(與太陽能電池所需要的最佳禁帶寬度相匹配)， 為P型半導體。至今為止CZTS的薄膜太陽能電池能量轉換效率已經(jīng)達到10. 1%，但是，基于光子平衡(類似于Shockley和Queisser方法),推導的伏安特性表明,理論極限轉換效率可達32. 2%，CZTS薄膜太陽能電池的轉換效率有很大的上升空間。
迄今，脈沖激光沉積、化學氣相沉積、電沉積、熱蒸發(fā)、濺射、溶膠凝膠和油墨印刷等真空和非真空的制備技術均被應用于制備CZTS薄膜太陽能電池，但是不論是真空制備技術所需的高真空還是非真空制備所需的繁瑣步驟都使得其CZTS薄膜的制備成本比較高。而本文所采用的微波法可以只通過一步而獲得CZTS薄膜，其即不需要高真空的條件， 又有簡便的優(yōu)點，除此之外，微波法還具有均勻成核、高產(chǎn)量和比較窄的尺寸分布等優(yōu)點。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提出一種相對簡單的CZTS太陽能電池薄膜的合成方法。
一種微波法制備銅鋅錫硫薄膜的方法，其特征在于步驟如下
I).稱取二水氯化銅、氯化鋅、五水氯化錫和硫脲或硫代乙酰胺之一，其摩爾比為 2:1:1:8;
2).在不斷攪拌條件下，在乙二醇中加入二水氯化銅，持續(xù)攪拌溶液，待溶質完全溶解后得到淡綠色溶液A ;
3).向溶液液A中加入氯化鋅，持續(xù)攪拌，待溶質完全溶解后得到綠色溶液B ；
4).向溶液B中加入五水氯化錫，持續(xù)攪拌，得到綠色溶液，之后再加入硫脲或硫代乙酰胺之一，溶液由綠色轉變?yōu)榧t棕色后又慢慢變?yōu)闊o色溶液C ；
5).將FTO導電玻璃(摻雜氟的SnO2透明導電玻璃)傾斜置于溶液C中，然后將其置于微波爐，微波工作頻率2. 45GHZ，額定輸出功率700W微波20min — Ih,之后隨爐冷卻至室溫；
6).取出薄膜 ，依次用乙醇和蒸餾水清洗，即制得銅鋅錫硫薄膜。
本發(fā)明的有益之處在于采用微波法制備CZTS薄膜，與真空制備方法相比，其不需要高真空等條件，從而降低了成本；而與油墨印刷等非真空制備方法相比，其制備不需要高分子溶劑，從而避免了殘余碳的存在對太陽能電池的影響。
圖1為實例1所制備的銅鋅錫硫薄膜的X射線衍射(XRD)圖譜。
圖2為實例1所制備的銅鋅錫硫薄膜表面的掃描電鏡(SEM)照片。
圖3為實例1所制備的銅鋅錫硫薄膜截面的掃描電鏡(SEM)照片。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式
，進一步闡明本發(fā)明的實質性特點和顯著優(yōu)點，本發(fā)明決非僅局限于所陳述的實施例。
以下實施例中，采用德國Bruker公司Advance D_8 X射線粉末衍射儀(Cu K α福射，λ =1. 5406Α)測定所制備粉體的結構；采用Hitachi S-3500N電子顯微鏡測定所制備粉體的微觀形貌。
實例1
1).量取 80ml 乙二醇；
2)稱取二水氯化銅、氯化鋅、五水氯化錫和硫脲，其中二水氯化銅為0. 1M，銅、鋅、 錫、硫摩爾比為2:1:1:8;
3).在不斷攪拌條件下，加入氯化銅，持續(xù)攪拌溶液，待溶質完全溶解后得到淡綠色溶液A ；
4).向溶液A中加入氯化鋅，持續(xù)攪拌，待溶質完全溶解后得到綠色溶液B ；
5).向溶液B中加入五水氯化錫，持續(xù)攪拌，得到綠色溶液，之后再加入硫脲，溶液由綠色變?yōu)榧t棕色后又慢慢變?yōu)闊o色透明溶液C ；
6).將1cm*1cm的FTO導電玻璃(摻雜氟的SnO2透明導電玻璃)傾斜置于溶液C 中，然后將其置于微波爐(微波工作頻率2. 45GHZ，額定輸出功率700W)低火微波lh，之后隨爐冷卻至室溫；
7).取出薄膜，依次用乙醇和蒸餾水清洗，即制得銅鋅錫硫薄膜。
圖1的XRD圖譜顯示的2 θ =28. 6° ,47. 5°和56. 3°三個主要衍射峰，分別對應于CZTS晶體(112)、(220)和(312)晶面[JCPDS 26-0575]，這表明樣品為四方晶型的 CZTS晶體顆粒。
由圖2的SEM照片可以觀察到，銅鋅錫硫薄膜表面較為平整，薄膜是由500nm左右的微球平鋪而成。
圖3為銅鋅錫硫薄膜的截面SEM照片，由圖3可以觀察到其截面厚度為500nm左右，其結果與圖2—致。
實例2
I).量取 80ml 乙二醇；
2).稱取二水氯化銅、氯化鋅、五水氯化錫和硫代乙酰胺，其中二水氯化銅為 0. 1M，銅、鋅、錫、硫摩爾比為2:1:1:8 ;
3).在不斷攪拌條件下，加入二水氯化銅，持續(xù)攪拌溶液，待溶質完全溶解后得到淡綠色溶液A ；
4).向溶液A中加入氯化鋅，持續(xù)攪拌，待溶質完全溶解后得到綠色溶液B ；
5).向溶液B中加入五水氯化亞錫，持續(xù)攪拌，得到綠色溶液C，之后再加入硫代乙酰胺；
6).攪拌均勻后，將lcm*lcm的FTO導電玻璃(摻雜氟的SnO2透明導電玻璃)傾斜置于溶液中，然后將其置于微波爐(微波工作頻率2. 45GHZ，額定輸出功率700W)低火微波 lh，之后隨爐冷卻至室溫；
7).取出薄膜，依次用乙醇和蒸餾水清洗，即制得銅鋅錫硫薄膜。
實例2是在實例I的基 礎之上將硫源由硫脲改為硫代乙酰胺，由于硫源不同，其形貌會有一定的差別。
權利要求
1.一種微波法制備銅鋅錫硫薄膜的方法，其特征在于步驟如下 1).稱取ニ水氯化銅、氯化鋅、五水氯化錫和硫脲或硫代こ酰胺之一，其摩爾比為2:1:1:8; 2).在不斷攪拌條件下，在こニ醇中加入ニ水氯化銅，持續(xù)攪拌溶液，待溶質完全溶解后得到淡緑色溶液A ; 3).向溶液液A中加入氯化鋅，持續(xù)攪拌，待溶質完全溶解后得到綠色溶液B； 4).向溶液B中加入五水氯化錫，持續(xù)攪拌，得到緑色溶液，之后再加入硫脲或硫代こ酰胺之一，溶液由緑色轉變?yōu)榧t棕色后又慢慢變?yōu)闊o色溶液C ； 5).將FTO導電玻璃傾斜置于溶液C中，然后將其置于微波爐，微波工作頻率2.45GHZ，額定輸出功率700W微波20min — lh，之后隨爐冷卻至室溫； 6).取出薄膜，依次用こ醇和蒸餾水清洗，即制得銅鋅錫硫薄膜。
全文摘要
一種微波法制備銅鋅錫硫薄膜的方法屬于功能薄膜材料的制備技術領域。本發(fā)明在較短的范圍內，使用乙二醇作為溶劑，其制備方法簡單，降低了成本。本發(fā)明步驟稱取二水氯化銅、氯化鋅、五水氯化錫和硫脲或硫代乙酰胺之一，其摩爾比為2:1:1:8;在乙二醇中依次加入二水氯化銅、氯化鋅、五水氯化錫和硫脲或硫代乙酰胺之一，持續(xù)攪拌溶液，攪拌均勻后，將FTO導電玻璃傾斜置于溶液中,然后將其置于微波爐(微波工作頻率2.45GHZ，額定輸出功率700W)低火微波1h，之后隨爐冷卻至室溫；取出薄膜，依次用乙醇和蒸餾水清洗，即制得銅鋅錫硫薄膜。該方法工藝簡單，成本低廉，具有大規(guī)模生產(chǎn)的潛力。
文檔編號C03C17/22GK103050575SQ20121054660
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月15日 優(yōu)先權日2012年12月15日
發(fā)明者劉晶冰, 張美娟, 汪浩, 侯育冬, 朱滿康, 王如志, 張銘, 宋雪梅, 嚴輝 申請人:北京工業(yè)大學