專利名稱：一種太陽能電池薄膜材料的電化學(xué)沉積制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜電陽電池光電轉(zhuǎn)換材料，特別是一種CuIn(1-x)GaxSe2太陽能電池薄膜材料的電化學(xué)沉積制備工藝。
背景技術(shù)：
太陽能在環(huán)境保護、可持續(xù)性發(fā)展等方面具有無可替代的優(yōu)勢。近年來，直接帶隙材料薄膜太陽電池的開發(fā)成為新的研究熱點，薄膜太陽電池只需幾微米厚就能實現(xiàn)高效率的光電轉(zhuǎn)換，是降低成本及提高光子循環(huán)的理想器件。在薄膜太陽電池研究中，CuIn(1-x)GaxSe2薄膜電池因具有成本低(僅為晶體硅太陽電池的1/10)、轉(zhuǎn)換效率高(目前已達(dá)到19.3％)、穩(wěn)定性好等特點而與成為最有希望的薄膜光伏器件之一。然而，CuIn(1-x)GaxSe2產(chǎn)品的開發(fā)卻面臨巨大挑戰(zhàn)生產(chǎn)工藝復(fù)雜(需要高真空、高溫)，工藝控制困難導(dǎo)致制備的薄膜材料性能差異大、重復(fù)性差；此外，由于CuIn(1-x)GaxSe2在較寬的化學(xué)計量比(原子比例)范圍內(nèi)都能形成有序陷缺化合物，這雖然有利于初步物相的形成，但卻非常不利于物相精確計量比的控制。綜上原因，大面積高性能CuIn(1-x)GaxSe2薄膜材料的制備成為難題。目前采用最多的物理氣相沉積法在CuIn(1-x)GaxSe2薄膜生長機理研究方面有突出的優(yōu)勢，對薄膜的化學(xué)計量比控制也相對直接，但在物理氣相沉積法蒸發(fā)沉積過程中，伴隨著反蒸發(fā)過程同時發(fā)生，當(dāng)基板面積增大時，反蒸發(fā)作用使各組份的均勻性控制變得非常困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述問題，提供一種CuIn(1-x)GaxSe2太陽能電池薄膜材料的電化學(xué)沉積制備工藝。
具體過程如下將Cu、In、Ga金屬鹽和亞硒酸分別按元素摩爾濃度為0.01mol/L～0.02mol/L，0.02mol/L～0.03mol/L，0.02mol/L～0.04mol/L，0.01mol/L～0.04mol/L溶于醇類或砜類有機試劑中，并滴加稀硝酸調(diào)節(jié)PH值至1.5～4，獲得電解質(zhì)溶液；將經(jīng)超聲清洗的鉬片或不銹鋼片作為工作電極，大面積鉑鈦網(wǎng)作為輔助電極，甘汞飽和電極為參比電極；恒電位沉積獲得CuIn(1-x)GaxSe2前驅(qū)體薄膜前驅(qū)體；該前驅(qū)體薄膜經(jīng)沖洗，吹干后置入氣氛爐中，在氬氣保護下，升溫至350-450℃熱處理，保溫30分鐘后隨爐自然冷卻；冷卻到低于50℃時，關(guān)閉氬氣，開爐取樣，制得CuIn(1-x)GaxSe2太陽能電池薄膜材料。
與現(xiàn)有物理氣相沉積法等工藝相比，電化學(xué)制備CuIn(1-x)GaxSe2太陽能電池薄膜具有原料利用率高、成本低、工藝控制容易等優(yōu)點。特別是本發(fā)明以醇類、砜類等有機試劑代替水為電解質(zhì)溶劑，避免了在較負(fù)電位下電沉積過程中氫析出對CuIn(1-x)GaxSe2合金元素共沉積的影響，更有利于獲得符合化學(xué)計量比的高性能CuIn(1-x)GaxSe2太陽電池薄膜材料。


圖1為本發(fā)明制備工藝流程圖。
圖2為本發(fā)明制備的CuIn(1-x)GaxSe2薄膜XRD物相分析。
圖3為本發(fā)明制備的CuIn(1-x)GaxSe2薄膜SEM照片。
圖4為本發(fā)明制備的CuIn(1-x)GaxSe2薄膜EDAX分析。
具體實施例方式
實施例1以CuCl2，InCl3，GaCl3，H2SeO3為原料，按比例0.012mol/LCuCl2，0.025mol/LInCl3，0.025mol/LGaCl3，0.025mol/LH2SeO3，乙醇為溶劑配制電沉積溶液(電解質(zhì)溶液)，待溶液中的物質(zhì)完全溶解后滴加稀硝酸至PH＝1.5，通入氬氣30分鐘；采用三電極系統(tǒng)，以上述方法制得的溶液為電沉積溶液，鉑網(wǎng)為陽極，鉬片為陰極，甘汞飽和電極為參比電極，沉積電壓為-5.5V(VS.SCE)，沉積時間為10分鐘，最后用氬氣吹干獲得CuIn1-xGaxSe2前驅(qū)體薄膜；將上述薄膜放入管式爐中，在氬氣保護氣氛下，以10℃每分鐘的升溫速度升溫至450℃并保溫30分鐘，保溫結(jié)束后切斷電源，隨爐自然慢冷；冷卻到低于50℃時，關(guān)閉氬氣，開爐取樣。樣品經(jīng)XRD分析為CuIn1-xGaxSe2；經(jīng)SEM分析，薄膜表面平整、無裂紋，晶型發(fā)育好，粒徑分布較為均勻。
實施例2以CuCl2，InCl3，GaCl3，H2SeO3為原料，按比例0.012mol/LCuCl2，0.020mol/LInCl3，0.020mol/LGaCl3，0.025mol/LH2SeO3，二甲基亞砜為溶劑配制電沉積溶液(電解質(zhì)溶液)，待溶液中的物質(zhì)完全溶解后滴加稀硝酸至PH＝2，通入氬氣30分鐘；采用三電極系統(tǒng)，以上述方法制得的溶液為電沉積溶液，鉑網(wǎng)為陽極，不銹鋼片為陰極，甘汞飽和電極為參比電極，沉積電壓為-5.5V(VS.SCE)，沉積時間為10分鐘，最后用氬氣吹干獲得CuIn1-xGaxSe2前驅(qū)體薄膜；將上述薄膜放入管式爐中，在氬氣保護氣氛下，以10℃每分鐘的升溫速度升溫至450℃并保溫30分鐘，保溫結(jié)束后切斷電源，隨爐自然慢冷；冷卻到低于50℃時，關(guān)閉氬氣，開爐取樣。樣品經(jīng)XRD分析為CuIn1-xGaxSe2；經(jīng)SEM分析，薄膜表面平整、無裂紋，晶型發(fā)育好，粒徑分布較為均勻。
權(quán)利要求
1.一種太陽能電池薄膜材料的電化學(xué)沉積制備工藝，其特征在于將Cu、In、Ga金屬鹽和亞硒酸分別按元素摩爾濃度為0.01mol/L～0.02mol/L，0.02mol/L～0.03mol/L，0.02mol/L～0.04mol/L，0.01mol/L～0.04mol/L溶于醇類或砜類有機試劑中，并滴加稀硝酸調(diào)節(jié)PH值至1.5～4獲得電解質(zhì)溶液；將經(jīng)超聲清洗的鉬片或不銹鋼片作為工作電極，大面積鉑鈦網(wǎng)作為輔助電極，甘汞飽和電極為參比電極；恒電位沉積獲得CuIn(1-x)GaxSe2前驅(qū)體薄膜前驅(qū)體；該前驅(qū)體薄膜經(jīng)沖洗，吹干后置入氣氛爐中，在氬氣保護下，升溫至350～450℃熱處理，保溫30分鐘后隨爐自然冷卻；冷卻到低于50℃時，關(guān)閉氬氣，開爐取樣，制得CuIn(1-x)GaxSe2太陽能電池薄膜材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種CuIn
文檔編號H01L31/18GK1844478SQ200610059319
公開日2006年10月11日 申請日期2006年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月2日
發(fā)明者龍飛, 鄒正光, 李建軍 申請人:桂林工學(xué)院