技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及光伏薄膜材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種非真空工藝制備的銅銦鎵硒多層薄膜及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著能源危機(jī)的日益嚴(yán)重，可再生能源的利用越來(lái)越備受關(guān)注。太陽(yáng)能由于清潔、無(wú)污染且取之不盡用之不竭，已成為最具潛力的新型能源。太陽(yáng)能電池，作為太陽(yáng)能一種有效的利用手段，成為太陽(yáng)能技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。而薄膜太陽(yáng)能電池，由于成本和環(huán)保優(yōu)勢(shì)已成為未來(lái)國(guó)際光伏產(chǎn)業(yè)的必然趨勢(shì)。

在過(guò)去的幾十年里，銅銦鎵硒（CuIn_1-xGa_xSe₂，簡(jiǎn)稱CIGS）薄膜由于效率高、無(wú)衰退、抗輻射、壽命長(zhǎng)、成本低廉等特點(diǎn)，一直受到光伏研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)的重視和產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)，其光電轉(zhuǎn)化效率為所有已知薄膜太陽(yáng)能電池中最高。目前，美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室在玻璃襯底上利用共蒸發(fā)三步工藝制備出最高光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到19.9%的電池。此外，CIGS小面積電池效率也創(chuàng)造了新的記錄，達(dá)到了20.1%，與當(dāng)前的主流產(chǎn)品多晶硅薄膜電池的轉(zhuǎn)化效率相差無(wú)幾。CIGS薄膜電池的光電轉(zhuǎn)化效率獲得不斷提高的原因有很多，其中，制備具有梯度分布的能帶結(jié)構(gòu)的CIGS薄膜電池可以有效的改善電池的光電轉(zhuǎn)化效率，這是因?yàn)樘荻饶軒Мa(chǎn)生的電勢(shì)差將光生載流子驅(qū)離高復(fù)合區(qū)，從而提高短路電流。研究表明，具有單梯度能帶分布的CIGS薄膜電池的效率比均勻的CIGS薄膜電池的效率要高1～2%；而具有雙梯度能帶分布的CIGS薄膜電池的效率能提高3%左右。

雖然采用共蒸發(fā)三步工藝來(lái)制備CIGS薄膜電池具有很大的優(yōu)勢(shì)，但是該工藝屬于真空鍍膜方法，其要求昂貴的真空設(shè)備，造就了高昂的制備成本，不利于CIGS薄膜電池的市場(chǎng)化，且該工藝由于受到真空腔空間的限制，不適合于CIGS薄膜電池的大規(guī)模連續(xù)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。此外，真空方法制備CIGS薄膜的成核溫度較高，不適合在柔性基板特別是聚合物基板上進(jìn)行CIGS薄膜電池的制備。相對(duì)而言，非真空方法是在開(kāi)放的環(huán)境中進(jìn)行，具有設(shè)備和工藝要求簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，還可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)式的卷對(duì)卷（roll-to-roll）制程生產(chǎn)，是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)CIGS薄膜的一種較佳方法。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N銅銦鎵硒多層薄膜及其制備方法。

根據(jù)本申請(qǐng)的第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N銅銦鎵硒多層薄膜的制備方法，包括：

配制步驟：配制包含不同Ga/(In+Ga)比例的銅銦鎵硒前驅(qū)溶膠，0.2≤x≤0.4；

涂覆步驟：非真空條件下，按照在從襯底到遠(yuǎn)離襯底的方向上Ga/(In+Ga)比例為先遞減后遞增的方式，將所述銅銦鎵硒前驅(qū)溶膠逐層涂覆到襯底上，得到銅銦鎵硒前驅(qū)薄膜；

生成步驟：對(duì)所述涂覆步驟最終得到的銅銦鎵硒前驅(qū)薄膜進(jìn)行熱處理，冷卻后即制成銅銦鎵硒多層薄膜。

一種實(shí)施例中，所述配制步驟包括：

將CuSe納米顆粒和(In_1-xGa_x)₂Se₃納米顆粒分別均勻分散在分散劑中，根據(jù)需要的化學(xué)計(jì)量比進(jìn)行混合，得到具有不同Ga/(In+Ga)比例的銅銦鎵硒前驅(qū)溶膠。

另一種實(shí)施例中，所述銅銦鎵硒前驅(qū)溶膠中Cu離子濃度控制在0.2摩爾/升～1摩爾/升；所述分散劑選自甲醇、乙醇、環(huán)己烷、甲苯、二甲苯和己硫醇中的任一種；所述CuSe納米顆粒和(In_1-xGa_x)₂Se₃納米顆粒的粒徑小于等于50納米。

另一種實(shí)施例中，在所述涂覆步驟中，每進(jìn)行一層涂覆后，對(duì)涂覆得到的銅銦鎵硒前驅(qū)薄膜進(jìn)行烘干；

所述涂覆步驟中使用旋轉(zhuǎn)涂膜法進(jìn)行涂覆，其中，旋涂機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在100轉(zhuǎn)/分鐘～6000轉(zhuǎn)/分鐘，涂膜時(shí)間為30秒～2分鐘；或者，所述涂覆步驟中使用浸漬提拉法進(jìn)行涂覆，其中，提拉機(jī)的速率控制在0.2厘米/分鐘～5厘米/分鐘，浸泡時(shí)間控制在1分鐘～4分鐘。

另一種實(shí)施例中，所述生成步驟具體包括：

燒結(jié)子步驟，將所述涂覆步驟最終得到的銅銦鎵硒前驅(qū)薄膜放到氣氛退火爐中，將所述氣氛退火爐以預(yù)定升溫速率升溫到預(yù)定最高溫度，并在所述預(yù)定最高溫度下保溫預(yù)定時(shí)間；

冷卻子步驟，將熱處理后的銅銦鎵硒前驅(qū)薄膜隨爐冷卻到室溫，即制成銅銦鎵硒多層薄膜。

其中，所述預(yù)定升溫速率為10℃/s～100℃/s，所述預(yù)定最高溫度為450℃～650℃，所述預(yù)定時(shí)間為0.5小時(shí)～3小時(shí)。