本發明專利技術描述了用于CIGS膜的基于溶液的沉積的組合物。所述組合物包含溶解或分散在溶劑中以形成墨水的三元、四元或五元硫屬化物納米粒子(即，CIGS納米粒子)和一種以上無機鹽。所述墨水可以通過常規涂布技術沉積在基板上，隨后退火以形成結晶層。可以采用進一步的加工來制備PV裝置。包含所述無機鹽以(i)將CIGS前體墨水的化學計量調整到所需比率，從而調整半導體帶隙，(ii)用添加劑如Sb和/或Na摻雜所述CIGS層以促進晶粒生長，和/或(iii)改變和改進CIGS前體墨水的涂布性質。
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】【專利說明】 專利
本專利技術設及基于銅銅嫁二砸化物/二硫化物-(CIGS)的薄膜光伏裝置。本專利技術還設 及由基于納米粒子的前體墨水(墨或油墨，ink)形成的基于CIGS的裝置。[000^ 背景 對于作為化石燃料的備選的太陽能有強烈的興趣。但是為了在商業上可行，太陽 能電池(也被稱為光伏(PV)電池)必須W與化石燃料相比有競爭力的成本發電。為了有競爭 力，PV電池必須利用低成本材料、制造起來廉價、并且具有中到高的陽光至電的轉化效率。 此外，制造PV電池的所有方面必須是可商業規模化的。 光伏市場目前由基于娃晶片的太陽能電池(第一代太陽能電池)所主導。在那些太 陽能電池中的活性層利用厚度為幾微米至幾百微米的單晶娃晶片。娃是相對差的光吸收 體。單晶娃晶片生產非常昂貴，因為過程包括制造和切片高純度單晶娃錠。該過程是非常浪 費的。出于那些原因，大量開發工作已經聚焦于生產材料成本顯著低于娃的高效率薄膜太 陽能電池。 半導體材料如銅銅嫁二砸化物和二硫化物（Cu(In，Ga)(S，Se)2,在本文中稱為 乂IGS")是強的光吸收劑，并且具有與對于PV應用的最佳光譜范圍相匹配的帶隙。此外，因 為那些材料具有強的吸收系數，所W在太陽能電池中可W使用僅僅幾微米厚的活性層。 對于薄膜PV應用來說，銅銅二砸化物(CuInSes)因為其獨特的結構性質和電學性 質而成為最有前景的候選者之一。其1.OeV的帶隙與太陽光譜良好匹配。CuInSes太陽能電 池可W通過CuInSs膜的砸化（selenisation)制造。在砸化過程期間，Se替代S，并且該取代 產生體積膨脹，運減少了空隙空間并且可再現地導致高品質的、致密的CuInSes吸收層（吸 收劑層，absorber laye;r)。假定S被Se完全替換，基于黃銅礦（四角形的)化InS2(和CuInSesi的晶格參數計算的，所導致的晶格體積膨脹為~ 14.6%。運意味著，通過將CuInSs納米晶體膜在富砸氣氛中退火，該膜可W容易地轉化成主 要是砸化物的材料。因此，可W使用化InS2作為用于CuInSes或化In(S，Se )2吸收層的前體。 對于太陽光吸收材料來說，理論最佳帶隙是在1.2-1.4eV的區域內。通過將嫁結合 到CuIn(S，Se)2納米粒子中，可W操控帶隙，使得在砸化之后，形成具有對于太陽光吸收的 最佳帶隙的加JnyGazSaSeb吸收層。[000引傳統地，使用高成本的氣相或蒸發技術(例如金屬-有機化學氣相沉積(MO-CVD)、 射頻(RF)瓣射和閃蒸)在基板上沉積CIGS膜。盡管運些技術提供高品質膜，但是將它們擴大 規模至更大面積的沉積和更高的工藝生產量是困難且昂貴的。因此，需要比較廉價且更靈 活的制備PV電池中的組件層的方法。 概述 描述了用于CIGS膜的基于溶液的沉積的組合物。該組合物包含溶解或分散在溶劑 中W形成墨水的S元、四元或五元硫屬化物納米粒子（即，CIGS納米粒子)和一種或多種無 機鹽。該墨水可W通過常規涂布技術沉積在基板上，并隨后進行退火W形成結晶層。可W采 用進一步的加工W制造PV裝置。包含無機鹽W (i)將CIGS前體墨水的化學計量 (StoicMome化y)調整到所需比率，從而調整半導體帶隙，（ii)用添加劑如錬（Sb)和/或鋼 (Na)滲雜CIGS層，W促進晶粒生長，和/或（iii)改變和改進CIGS前體墨水的涂布性能。 附圖簡述 圖1顯示了在納米粒子墨水制劑中在SbCl3不存在(A)和存在(B)的情況下制備的 CIGS膜的沈M圖像。在Sb存在下，在CIGS吸收層（101)中可W觀察到更大的晶粒。 圖2顯示了在納米粒子墨水制劑中在SbCl3不存在(A、C)和存在(B、D)的情況下制 備的CIGS膜的X射線衍射(XRD)圖。還顯示了來自JCPDS數據庫的對于CuInSes納米粒子的參 照圖。 圖3顯示了在納米粒子墨水制劑中在SbCl3不存在(A)和存在(B)的情況下制備的 CIGS膜的沈M圖像。在訊滲雜存在下，CIGS吸收層(301)顯示大約400nm的晶粒尺寸。[001引圖4顯示了由包含GaCl3和CuInS2納米粒子的納米粒子墨水制備的CIGS膜的邸D圖。 還顯示了來自JCPDS數據庫的對于化InSe2和CuGaSes納米粒子的參照圖。 圖5顯示了 20x放大的用在沒有GaCl3的情況下制備的納米粒子墨水涂布的膜的顯 微圖像(A)，和50X放大數的用包含GaCl3的納米粒子墨水制備的膜的顯微圖像(B)。 圖6比較了在前體墨水中在Ga不存在(對照，虛線)和存在(實線）下制備的化In(S， Se)2膜的外量子效率（相對于波長）。在Ga存在下在較短波長（較高能量）處的吸收開始 (abso巧tion onset)是由于Ga結合到CuIn(S，Se)2吸收層中所致的半導體帶隙變寬的指 /J、- O[001引描述 在本文中，描述了沉積基于CIGS的膜和隨后加工W形成PV裝置的方法。術語 乂IGS"在本文中應當理解為描述CuwInxGai-xSeyS2-y形式的任何材料，其中0.1 < W < 2;0 < X < 1并且0含y含2"w、x和y的值是近似值;換言之，所述材料不需要是化學計量的。 所述方法包括形成=元、四元或五元硫屬化物納米粒子和一種或多種無機鹽（其 被溶解或分散W形成墨水)的溶液或分散體。所述墨水通過常規涂布技術沉積在基板上，并 隨后熱處理W首先除去一種或多種溶劑和將納米粒子帽化(包覆或加帽，capping)的配體， 并隨后形成結晶層。所述結晶層可W充當用于PV裝置的吸收劑。 使用納米粒子來形成CIGS膜的主要優勢之一是可W將納米粒子分散在介質中，W 形成可W W類似于印刷報紙的方式印刷在基板上的墨水或漿料。納米粒子墨水或漿料可W 使用低成本印刷技術如旋涂、狹縫涂布和刮刀涂布沉積。印刷可W替代太陽能電池制造的 標準傳統真空沉積方法，因為印刷過程，特別是當在漉至漉加工框架中實施時能夠實現高 得多的生產量。 在本文中描述的用于印刷過程的納米粒子優選直徑為約2至約IOnm,具有低烙點 和窄尺寸分布。納米粒子可W在納米粒子的表面上結合揮發性帽化劑(包覆劑或加帽劑， capping agent)，其促進納米粒子分散到墨水介質中，并且還可W促進墨水的印刷性能。理 想地，帽化劑可W在膜烘烤過程期間容易地除去。帽化配體的實例包括揮發性有機分子，如 C4-C16控，其可W通常經由-OH、-細或-SeH鍵被吸收至納米粒子的表面。換言之，醇、硫醇和 砸醇是合適帽化劑的實例。 與基于納米粒子的CIGS沉積方式相關的挑戰之一是在熱處理后得到大的晶粒。為 大約膜厚度的晶粒尺寸是所需的，因為晶粒間界充當電子-空穴復合中屯、。已經報道了元素 滲雜劑如鋼 W 增 強CIGS膜的晶粒尺寸。 在通過瓣射Cu-In-Ga前體隨后砸化制備的CIGS膜中，化滲雜增強晶體生長，但是 也導致不期望的CuInSes和CuGaSes的相偏析。相反，本文描述的基于納米粒子的方式，其中 四元相在納米粒子中是固有的，使得能夠在沒有相偏析的情況下實現Na增強的晶粒生長。 Mitzi和同事研究了將Sb結合到使用基于阱溶液的沉積方式形成的CIGS裝置中。 使用在阱中的S本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種組合物，所述組合物包含：溶劑，具有式CuwInxGa1?xSeyS2?y的納米粒子群，其中0.1≤w≤2、0≤x≤1并且0≤y≤2，和無機鹽。
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉祖剛，卡里·艾倫，
申請(專利權)人：納米技術有限公司，
類型：發明
國別省市：英國;GB
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