制備ＣＩＳ化合物和薄層的方法及具有ＣＩＳ化合物薄層的太陽能電池技術(shù)

一種制備ＣＩＳ（Ｃｕ－Ｉｎ－Ｓｅ）化合物的方法，該方法包括：（Ｓ１）制備多數(shù)具有與硒化銅種子顆粒表面的至少一部分物理結(jié)合的硒化銦外層的第一復(fù)合顆粒或者多數(shù)具有與硒化銦種子顆粒表面的至少一部分物理結(jié)合的硒化銅外層的第二復(fù)合顆粒；以及（Ｓ２）通過對選自第一復(fù)合顆粒、第二復(fù)合顆粒及其混合物中的復(fù)合顆粒進行熱處理來制備ＣＩＳ化合物。該方法可以防止硒的損失（其不可避免地需要硒的環(huán)境）并且還改善了ＣＩＳ化合物形成的分散、結(jié)合和反應(yīng)的均勻性。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及一種制備CIS(Cu-In-Se)化合物和薄膜的方法以及具有該CIS化合物薄膜的太陽能電池。
技術(shù)介紹
表示為CuInSe2的CIS(Cu-In-Se)化合物被用于太陽能電池的吸收層(absorption?layer)。為制備采用CuInSe2的吸收層，通常采用在真空中將CuInSe2沉積在基板上的方法以及在非真空中涂覆CuInSe2前體然后在高溫下對其進行熱處理的方法。其中，真空沉積的優(yōu)點在于制備高效的吸收層，但是當(dāng)制備大尺寸的吸收層時該方法顯現(xiàn)出劣化的均勻性并且還需要昂貴的設(shè)備。同時，涂覆前體材料然后在高溫下對它們進行熱處理的方法能夠均勻地制備大尺寸的吸收層，但是該方法顯現(xiàn)出吸收層的低效率。在多種采用前體材料制備吸收層的方法中，將金屬氧化物混合物的漿料涂覆在基板上然后對它們進行熱處理以制備吸收層的方法似乎最適于大規(guī)模生產(chǎn)中的實際用途。該方法可以允許以低成本制備均勻的吸收層。然而，因為金屬氧化物前體對化學(xué)反應(yīng)和熱非常穩(wěn)定，所以難以在最終的吸收層中獲得大晶體，這導(dǎo)致效率降低。此外，第2001-053314號日本公開特許公布披露了一種通過在導(dǎo)電基板上噴涂含Cu和Se粉末以及In的有機金屬鹽的分散溶液然后在非氧化環(huán)境下對其進行熱處理的方法，但是該方法需要進一步改進其生產(chǎn)率。并且，第3589380號日本專利披露了一種通過將基板浸泡入一種溶液中用于形成CuInSe2的技術(shù)，在該溶液中有元素周期表的3B族中的元素的-->鹽(例如，InCl3)、含有6B族中的元素的有機物質(zhì)(例如，CH3CSeNH2)和酸(例如，HCl)，但是該技術(shù)需要進一步改進在反應(yīng)中對CuInSe2本身的利用，并且具有通常反應(yīng)產(chǎn)率較低的缺陷。此外，第6127202號美國專利披露了一種通過在還原環(huán)境和硒氣環(huán)境下使金屬氧化物納米顆粒的混合物反應(yīng)來制備CIGS(Cu-In-Ga-Se)的方法，并且第6268014號美國專利披露了在還原環(huán)境和硒環(huán)境下使金屬氧化物和非氧化物顆粒的混合物反應(yīng)的方法。
技術(shù)實現(xiàn)思路
技術(shù)問題本專利技術(shù)的專利技術(shù)人發(fā)現(xiàn)當(dāng)按照常規(guī)采用前體顆粒制備CIS化合物時會發(fā)生硒的損失，并且采用前體顆粒的常規(guī)CIS化合物制備方法沒有顯現(xiàn)出前體顆粒間的極佳的分散、結(jié)合和反應(yīng)的均勻性。因此，本專利技術(shù)的第一個目的為通過提供一種制備CIS化合物的方法來解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，該方法能夠防止硒的損失并且賦予用于形成CIS化合物的前體顆粒間改進的分散、結(jié)合和反應(yīng)的均勻性。此外，本專利技術(shù)的第二個目的為提供一種制備具有根據(jù)本專利技術(shù)的CIS化合物的CIS化合物薄膜的方法。此外，本專利技術(shù)的第三個目的為提供一種復(fù)合顆粒用作制備根據(jù)本專利技術(shù)的CIS化合物的前體。此外，本專利技術(shù)的第四個目的為提供一種具有根據(jù)本專利技術(shù)的CIS化合物薄膜的太陽能電池。技術(shù)方案為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供了一種制備CIS(Cu-In-Se)化合物的方法，該方法包括：(S1)制備多數(shù)具有與硒化銅種子顆粒(seed?particle)表面-->的至少一部分物理結(jié)合的硒化銦外層的第一復(fù)合顆粒或者多數(shù)具有與硒化銦種子顆粒表面的至少一部分物理結(jié)合的硒化銅外層的第二復(fù)合顆粒；以及(S2)通過對選自第一復(fù)合顆粒、第二復(fù)合顆粒及其混合物中的復(fù)合顆粒進行熱處理來制備CIS化合物。根據(jù)本專利技術(shù)的制備方法，用作形成CIS化合物的反應(yīng)物的硒化銅和硒化銦以一種顆粒形狀一起存在，因此可以解決分散和混合的問題并改善了反應(yīng)物間的反應(yīng)均勻性，結(jié)果以高效率均勻制備了大顆粒的吸收層(large-grained?absorption?layer)。此外，通過反應(yīng)物間快速反應(yīng)，可以防止硒的任何損失，這種損失在常規(guī)的CIS化合物制備工作中是常見的。通過將種子顆粒加入到用于形成外層的前體溶液中并通過使它們反應(yīng)可以形成第一復(fù)合顆粒和第二復(fù)合顆粒的外層。具體而言，其中，通過將硒化銅種子顆粒加入到用于形成外層的前體溶液中然后通過使它們反應(yīng)可以形成第一復(fù)合顆粒，在該前體溶液中將硝酸銦和亞硒酸溶解在有機溶劑中。硒化銅種子顆粒通常可以采用選自CuSe、Cu2Se及其混合物中的至少一種形成，但不限于此。此外，通過將硒化銦種子顆粒加入到用于形成外層的前體溶液中然后通過使它們反應(yīng)可以形成第二復(fù)合顆粒，但不限于此，在所述前體溶液中將硝酸銅和亞硒酸溶解在有機溶劑中。在本專利技術(shù)的另一個實施方式中，還提供了一種制備CIS(Cu-In-Se)化合物薄膜的方法，該方法包括：(S1)制備多數(shù)具有與硒化銅種子顆粒表面的至少一部分物理結(jié)合的硒化銦外層的第一復(fù)合顆粒或者多數(shù)具有與硒化銦種子顆粒表面的至少一部分物理結(jié)合的硒化銅外層的第二復(fù)合顆粒；(S2)在基板上涂覆包含所述復(fù)合顆粒的漿料；以及(S3)通過對步驟(S2)制得的材料進行熱處理來形成由CIS化合物構(gòu)成的薄膜。通過將第一或第二復(fù)合顆粒與用作粘合劑的乙基纖維素、聚碳酸亞丙酯(polypropylene?carbonate)或聚丙二醇在選自水、醇和乙二醇中的溶劑中混-->合可以制備所述漿料，但不限于此。在本專利技術(shù)的又一個實施方式中，還提供了一種復(fù)合顆粒，其包括硒化銅種子顆粒；以及與硒化銅種子顆粒表面的至少一部分物理結(jié)合的硒化銦外層。此外，還提供了一種復(fù)合顆粒，其包括硒化銦種子顆粒；以及與硒化銦種子顆粒表面的至少一部分物理結(jié)合的硒化銅外層。根據(jù)上述方法制備的CIS化合物薄膜可用作太陽能電池的吸收層。附圖說明圖1為顯示一種太陽能電池的示意性剖視圖，其中根據(jù)專利技術(shù)的一個實施方案向該太陽能電池施用了太陽能吸收層；圖2和圖3為顯示根據(jù)本專利技術(shù)的第一實施方案制備的在RTP(快速熱處理)前的復(fù)合顆粒的SEM(掃描電子顯微鏡)照片；圖4和圖5為顯示根據(jù)本專利技術(shù)的第一實施方案制備的在RTP(快速熱處理)后的CIS(Cu-In-Se)化合物晶體的SEM照片；圖6為根據(jù)本專利技術(shù)的第一實施方案制備的CIS化合物的XRD(X-射線衍射)圖；圖7和圖8為顯示根據(jù)本專利技術(shù)的第二實施方案制備的在RTP前的復(fù)合顆粒的SEM照片；圖9和圖10為顯示根據(jù)本專利技術(shù)的第二實施方案制備的在RTP后的CIS化合物晶體的SEM照片；以及圖11為根據(jù)本專利技術(shù)的第二實施方案制備的CIS化合物的XRD圖。具體實施方式下文中，將詳細(xì)說明本專利技術(shù)。基于專利技術(shù)人可以適當(dāng)限定術(shù)語的概念從而以最佳方式說明他/她自己的專利技術(shù)的原則，在本說明書和權(quán)利要求書中使-->用的任何術(shù)語或詞語都不應(yīng)被解釋為通常的或字典的含義，而應(yīng)被解釋為與本專利技術(shù)的實質(zhì)一致的含義或概念。在制備根據(jù)本專利技術(shù)的CIS(Cu-In-Se)化合物的方法中，形成了多數(shù)具有與硒化銅種子顆粒表面的至少一部分物理結(jié)合的硒化銦外層的第一復(fù)合顆粒，或者多數(shù)具有與硒化銦種子顆粒表面的至少一部分物理結(jié)合的硒化銅外層的第二復(fù)合顆粒(S1)。此時，作為一個優(yōu)選的實施例，所述復(fù)合顆粒可以具有其中用硒化銦外層包覆硒化銅種子顆粒的核-殼結(jié)構(gòu)，或者具有其中用硒化銅外層包覆硒化銦種子顆粒的核-殼結(jié)構(gòu)。此外，作為另一個優(yōu)選的實施例，所述復(fù)合顆粒可以具有其中形成外層的硒化銦在硒化銅種子顆粒的表面部分生長的樹枝晶結(jié)構(gòu)，或者具有其中形成外層的硒化銅在硒化銦種子顆粒的表面部分生長的樹枝晶結(jié)構(gòu)。因此，可以減少反應(yīng)物形成CIS化合物所需的擴散距離，并且可以同時增加反應(yīng)物間的反應(yīng)性，因此本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種制備ＣＩＳ（Ｃｕ－Ｉｎ－Ｓｅ）化合物的方法，該方法包括：　（Ｓ１）制備多數(shù)具有與硒化銅種子顆粒表面的至少一部分物理結(jié)合的硒化銦外層的第一復(fù)合顆粒或者多數(shù)具有與硒化銦種子顆粒表面的至少一部分物理結(jié)合的硒化銅外層的第二復(fù)合顆粒；以及（Ｓ２）通過對選自第一復(fù)合顆粒、第二復(fù)合顆粒及其混合物中的復(fù)合顆粒進行熱處理來制備ＣＩＳ化合物。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】KR 2006-7-24 10-2006-00688141、一種制備CIS(Cu-In-Se)化合物的方法，該方法包括：(S1)制備多數(shù)具有與硒化銅種子顆粒表面的至少一部分物理結(jié)合的硒化銦外層的第一復(fù)合顆粒或者多數(shù)具有與硒化銦種子顆粒表面的至少一部分物理結(jié)合的硒化銅外層的第二復(fù)合顆粒；以及(S2)通過對選自第一復(fù)合顆粒、第二復(fù)合顆粒及其混合物中的復(fù)合顆粒進行熱處理來制備CIS化合物。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備CIS化合物的方法，其中，所述第一復(fù)合顆粒和第二復(fù)合顆粒分別具有核-殼結(jié)構(gòu)，其中各種子顆粒被外層所包覆。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備CIS化合物的方法，其中，所述第一復(fù)合顆粒具有其中硒化銦在硒化銅種子顆粒表面部分生長的樹枝晶結(jié)構(gòu)，并且所述第二復(fù)合顆粒具有其中硒化銅在硒化銦種子顆粒表面部分生長的樹枝晶結(jié)構(gòu)。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備CIS化合物的方法，其中，通過將各種子顆粒加入到用于形成外層的前體溶液中然后使它們反應(yīng)來形成所述第一復(fù)合顆粒和第二復(fù)合顆粒的各外層。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備CIS化合物的方法，其中，通過將硒化銅種子顆粒加入到用于形成外層的前體溶液中然后使它們反應(yīng)來形成所述第一復(fù)合顆粒，其中在所述前體溶液中將硝酸銦和亞硒酸溶解在有機溶劑中。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備CIS化合物的方法，其中，采用選自CuSe、Cu2Se及其混合物中的至少一種來形成所述硒化銅種子顆粒。7、根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備CIS化合物的方法，其中，通過將硒化銦種子顆粒加入到用于形成外層的前體溶液中然后使它們反應(yīng)來形成所述第二復(fù)合顆粒，其中在所述前體溶液中將硝酸銅和亞硒酸溶解在有機溶劑中。8、根據(jù)權(quán)利要求5或7所述的制備CIS化合物的方法，其中，所述有機溶劑為選自二甘醇、1，4-丁二醇、聚乙二醇、丙二醇和聚丙二醇中的至少一種或至少兩種的混合物。9、一種制備CIS(Cu-In-Se)化合物薄膜的方...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：尹錫炫，李京洙，
申請(專利權(quán))人：LG化學(xué)株式會社，
類型：發(fā)明
國別省市：KR[韓國]