專利名稱：一種太陽能電池薄膜材料的數(shù)字噴印制備工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種薄膜太陽電池光電轉換材料的制備工藝，特別涉及一種太陽能電池薄膜材料的數(shù)字噴印制備工藝。
背景技術：
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(CIGS)薄膜電池因具有成本低(僅為晶體硅太陽電池的1/10)、轉換效率高(目前已達到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，CIGS產(chǎn)品的開發(fā)卻面臨巨大挑戰(zhàn)生產(chǎn)工藝復雜(需要高真空、高溫)，工藝控制困難導致制備的薄膜材料性能差異大、重復性差；此外，由于CIGS在較寬的化學計量比(原子比例)范圍內都能形成有序陷缺化合物，這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CIGS薄膜材料的制備成為難題。目前采用的PVD工藝、磁控濺射工藝、電化學沉積工藝等都是集合了合成與成膜在同一工藝階段完成，成膜過程中即要控制薄膜的成膜質量，又要滿足化學組份配比的精確要求使工藝控制較為困難。

發(fā)明內容
本發(fā)明就是針對上述問題，提供一種有機溶劑合成-數(shù)碼噴印方法，將合成與成膜分開，由合成工藝控制薄膜的化學組成，而由成膜工藝制備成膜質量。
具體過程如下將Cu、In、Ga金屬原料或金屬鹽與硒粉按摩爾比1∶0.5～0.8∶0.2～0.5∶1.8～2.2加入高溫反應釜中，再加入乙二胺等高沸點有機物作為溶劑，混合均勻；上述原料在反應釜中于250℃溫度下反應24小時獲得CuIn(1-x)GaxSe2粉體。產(chǎn)物化學組成由加入原料配比控制；該粉體與溶劑混合，加入抗氧化劑和分散劑等制成噴印墨水，經(jīng)數(shù)碼噴印成膜。成膜厚度和質量由噴印工藝控制；該前驅體薄膜吹干后置入氣氛爐中，在氬氣保護下，升溫至350-450℃熱處理，保溫半小時后隨爐自然冷卻。薄膜晶相由熱處理工藝控制。
與現(xiàn)有PVD等工藝、磁控濺射工藝、電化學工藝等相比，有機溶劑合成-數(shù)碼噴印工藝制備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、大面積薄膜制備容易等優(yōu)點。特別是本發(fā)明將CuIn(1-x)GaxSe2薄膜的材料合成和成膜分開由不同的工藝階段完成，可以實現(xiàn)對精確化學計量比和成膜質量的高標準控制。有利于獲得的高性能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SEM形貌圖。
圖3為本發(fā)明制備的CuIn(1-x)GaxSe2薄膜XRD物相分析圖。
具體實施例方式
實施例1以CuCl2，InCl3，GaCl3，Se粉為原料，按摩爾比1∶0.7∶0.3∶2稱取6.73gCuCl2，7.74gInCl3，2.64gGaCl3，7.89gSe粉，加入高溫反應釜中，加入乙二胺500ml；關閉反應釜，升溫至250℃，保溫24小時，冷卻至室溫；將反應產(chǎn)物與乙二胺分離，經(jīng)3次洗滌，真空干燥獲得CuIn(1-x)GaxSe2粉體備用；取上述CuIn(1-x)GaxSe2粉10g加入150ml醋酸甲酯中，添加分散劑和抗氧化劑制成墨水；噴墨打印到基板上后，用Ar氣吹干，將上述薄膜放入管式爐中，在Ar氣流動保護氣氛下，以10℃每分鐘的升溫速度升溫至450℃并保溫30min，保溫結束后切斷電源，隨爐自然慢冷；冷卻到低于50℃時，關閉Ar氣，開爐取樣。樣品經(jīng)XRD分析為CuIn0.7Ga0.3Se2；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Cu粉，In粒，Ga塊和Se粉為原料，按摩爾比1∶0.7∶0.3∶2稱取3.18gCu粉，4.01g In粒，1.05gGa粒，7.89gSe粉，加入高溫反應釜中，加入乙二胺500ml；關閉反應釜，升溫至250℃，保溫24小時，冷卻至室溫；將反應產(chǎn)物與乙二胺分離，經(jīng)3次洗滌，真空干燥獲得CuIn(1-x)GaxSe2粉體備用；取上述CuIn(1-x)GaxSe2粉10g加入100ml丙烯酸甲酯中，添加分散劑和抗氧化劑制成墨水；噴墨打印到基板上后，用Ar氣吹干，將上述薄膜放入管式爐中，在Ar氣流動保護氣氛下，以10℃每分鐘的升溫速度升溫至450℃并保溫30min，保溫結束后切斷電源，隨爐自然慢冷；冷卻到低于50℃時，關閉Ar氣，開爐取樣。樣品經(jīng)XRD分析為CuIn0.7Ga0.3Se2；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。
權利要求
1.一種太陽能電池薄膜材料的數(shù)字噴印制備工藝，其特征在于具體步驟為將Cu、In、Ga金屬原料或金屬鹽與硒粉按摩爾比1∶0.5～0.8∶0.2～0.5∶1.8～2.2加入乙二胺等有機溶劑中，加入高溫反應釜；上述原料在反應釜中于250℃溫度下反應24小時獲得CuIn(1-x)GaxSe2粉體；該粉體與溶劑混合后加入抗氧化劑和分散劑等制成噴印墨水，經(jīng)數(shù)碼噴印成膜；該前驅體薄膜吹干后置入氣氛爐中，在氬氣保護下，升溫至350-450℃熱處理，保溫半小時后隨爐自然冷卻。
2.根據(jù)權利要求1所述的制備工藝，其特征在于其中產(chǎn)物化學組成由有機溶劑合成工藝控制，成膜厚度和質量由噴印工藝控制，薄膜晶相由熱處理工藝控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽能電池薄膜材料的數(shù)字噴印制備工藝。具體步驟為將Cu、In、Ga金屬原料或金屬鹽與硒粉按比例加入乙二胺等有機溶劑中混合均勻后加入高溫反應釜；上述原料在反應釜中于250℃溫度下反應24小時獲得CuIn
文檔編號H01L31/18GK101017862SQ20071000665
公開日2007年8月15日 申請日期2007年1月22日 優(yōu)先權日2007年1月22日
發(fā)明者龍飛, 鄒正光 申請人:桂林工學院