CN103923515A - 一种可用于制备Cu2ZnSnS4太阳能电池吸收层薄膜的墨水的配制方法 - Google Patents
一种可用于制备Cu2ZnSnS4太阳能电池吸收层薄膜的墨水的配制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103923515A CN103923515A CN201410140917.1A CN201410140917A CN103923515A CN 103923515 A CN103923515 A CN 103923515A CN 201410140917 A CN201410140917 A CN 201410140917A CN 103923515 A CN103923515 A CN 103923515A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ink
- solar cell
- znsns
- preparation
- absorbing layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 229910002475 Cu2ZnSnS4 Inorganic materials 0.000 title 1
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 17
- HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 2-Aminoethan-1-ol Chemical compound NCCO HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 12
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 10
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000010408 film Substances 0.000 claims abstract description 7
- ORTQZVOHEJQUHG-UHFFFAOYSA-L copper(II) chloride Chemical compound Cl[Cu]Cl ORTQZVOHEJQUHG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 6
- YUKQRDCYNOVPGJ-UHFFFAOYSA-N thioacetamide Chemical compound CC(N)=S YUKQRDCYNOVPGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N thioacetamide Natural products CC(N)=O DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 claims abstract description 5
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 10
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 7
- HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J tin(iv) chloride Chemical compound Cl[Sn](Cl)(Cl)Cl HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 4
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 abstract description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 239000011135 tin Substances 0.000 abstract 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 abstract 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 abstract 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 abstract 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000000976 ink Substances 0.000 description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N Hydrazine Chemical compound NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000008204 material by function Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N (2s)-2,6-diaminohexanoic acid;(2s)-2-hydroxybutanedioic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](O)CC(O)=O.NCCCC[C@H](N)C(O)=O NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KTSFMFGEAAANTF-UHFFFAOYSA-N [Cu].[Se].[Se].[In] Chemical compound [Cu].[Se].[Se].[In] KTSFMFGEAAANTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- WILFBXOGIULNAF-UHFFFAOYSA-N copper sulfanylidenetin zinc Chemical compound [Sn]=S.[Zn].[Cu] WILFBXOGIULNAF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OMZSGWSJDCOLKM-UHFFFAOYSA-N copper(II) sulfide Chemical compound [S-2].[Cu+2] OMZSGWSJDCOLKM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229960003280 cupric chloride Drugs 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N hydrazine monohydrate Substances O.NN IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 231100000053 low toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002574 poison Substances 0.000 description 1
- 230000007096 poisonous effect Effects 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Inks, Pencil-Leads, Or Crayons (AREA)
Abstract
本发明公开了一种可用于制备Cu2ZnSnS4太阳能电池吸收层薄膜的墨水的配制方法。该墨水是以二甲基亚砜作为溶剂配制的，墨水中包含铜、锌、锡、硫四种元素，墨水的配制包括如下步骤：首先将一定比例的氯化铜、氯化锌、氯化锡分别溶入二甲基亚砜中；然后将上述三种溶液混合到一起并加入一定量的硫代乙酰胺；最后向上述溶液逐滴滴加乙醇胺，溶液变为黑色时停止滴加，最终配得稳定的墨水。本发明配制的墨水比较稳定，不需要使用昂贵的原材料，可以用于制备Cu2ZnSnS4太阳能电池吸收层薄膜，为发展绿色环保、低成本、高转换效率的Cu2ZnSnS4薄膜太阳能电池技术提供新思路，可促进Cu2ZnSnS4薄膜太阳能电池产业化快速发展。
Description
技术领域
本发明涉及一种可用于制备Cu2ZnSnS4太阳能电池吸收层薄膜的墨水的配制方法，属于功能材料的制备技术领域。
背景技术
目前，太阳能产业化占主导地位的是单晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池和铜铟镓硒（CuIn1-xGaxSe2，简称CIGS）薄膜太阳能电池。但是晶体硅太阳能电池成本高，在搭理推广中受到制约；非晶硅薄膜太阳能电池由于材料固有的亚稳态和多缺陷的特性造成电池稳定性较低，有严重的光致效率衰退效应，大面积光电转换效率难以进一步提高；CIGS则大量使用了两种低丰度元素In（0.049ppm）和Se（0.05ppm）。尤其是稀有元素In，目前每年In的产量只有1200-1300吨，其中一半用于平面显示行业的ITO薄膜，留给CIGS电池的发展空间非常有限，所以CIGS电池的发展空间非常有限。
近年来，新的铜硫系材料铜锌锡硫（Cu2ZnSnS4，简称CZTS）引人注目。锌黄锡矿结构的CZTS与黄铜矿结构的CIGS晶体结构相似，且具有较高的光吸收系数（>104cm-1），禁带宽度约1.50eV，与太阳能电池所需要的最佳禁带宽度相匹配。而且CZTS电池采用的均为丰度较高且绿色环保的元素：Cu（50ppm）、Zn（75ppm）、Sn（2.2ppm）、S（260ppm），从而可以大大降低生产成本，且其中不含有毒成分。可望成为新一代首选的可代替CIGS的光电功能材料。
采用颗粒墨水法制备薄膜是目前非常具有研究价值的一种低成本制备薄膜的方法。这种方法的优点在于成本低，可以进行大面积沉积使用，对衬底类型及几何形状都没有要求，并且对于材料的利用率非常高。此法中墨水起着至关重要的作用，对材料的最终性能起着决定性的作用，目前CZTS薄膜太阳能电池的最高转换效率11%也是由此法达到的，其CZTS吸收层薄膜的制备方法为首先采用前躯体墨水溶液旋涂技术，再经过硒化退火处理。但是该工艺采用有毒且安全性差的肼为溶剂，且在空气中稳定性差，无法大规模应用。这些问题的存在，使得它们在大规模工业化方面具有一定的限制。
因而，有必要开发新的低碳、低毒型溶剂以取代有毒的肼，配制出稳定的墨水进而用于制备CZTS吸收层薄膜，促进其产业化进程。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种低碳、低毒的可用于制备Cu2ZnSnS4太阳能电池吸收层薄膜的墨水的配制方法。为了实现这一目的，本发明采用二甲基亚砜作为溶剂，具体操作步骤如下：
一种可用于制备Cu2ZnSnS4太阳能电池吸收层薄膜的墨水的配制方法，其特征在于,包括以下步骤：
按照Cu:（Zn+Sn）:S摩尔比0.8:1:3称取氯化铜、氯化锌和氯化锡，分别用二甲基亚砜溶解，持续搅拌待完全溶解后将三者混合后，按照Zn:Sn摩尔比1.2：1的比例向混合液中加入硫代乙酰胺30min后，向其中滴加乙醇胺溶液，当颜色变为黑色时停止滴加，即配制成可用于制备Cu2ZnSnS4太阳能电池吸收层薄膜的墨水。
本发明的有益之处在于：选取低碳、低毒的二甲基亚砜作为溶剂，替代高毒性的水合肼溶剂，该方法工艺简单，成本低廉，具有大规模生产的潜力。
附图说明
图1为本发明产物的透射电镜（TEM）照片。
具体实施方式
按照Cu:（Zn+Sn）:S摩尔比0.8:1:3，Zn:Sn摩尔比1.2：1。首先将氯化铜、氯化锌、氯化锡分别溶入3ml二甲基亚砜中，然后将上述三种溶液混合到一起，再将二甲基亚砜的量添加至10ml，室温下充分搅拌5min，再加入硫代乙酰胺，室温下充分搅拌30min，待其完全溶解后，再的逐滴滴加乙醇胺溶液，当溶液的颜色变黑时停止滴加，所得到的黑色溶液即为配制的墨水。
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明的实质性特点和显著优点，本发明决非仅局限于所陈述的实施例。
1).称取1.0224g氯化铜、0.5571g氯化锌、0.7699g氯化锡。
2).取3个小瓶分别量取3ml二甲基亚砜倒入其中，再将上述称取的氯化物分别溶解于不同的小瓶，持续搅拌待其完全溶解后将其汇入一个小瓶。
3).室温下搅拌5min后，加入硫代乙酰胺1.6904g，充分搅拌使其完全溶解。溶液颜色为黄色。
4).30min后，向其中逐滴滴加乙醇胺溶液，溶液会变为茶色，随着乙醇胺的滴加量增多颜色会逐渐加深，当颜色变为黑色时停止滴加，即配制成可用于制备Cu2ZnSnS4太阳能电池吸收层薄膜的墨水。
由图1可以看出配制的墨水中含有一些小颗粒，其大小约为10纳米左右且分散性很好，这也证明了配制的墨水可以稳定存在，从而可以大规模的生产进而有助于实现产业化。
Claims (1)
1.一种可用于制备Cu2ZnSnS4太阳能电池吸收层薄膜的墨水的配制方法，其特征在于,包括以下步骤：
按照Cu:（Zn+Sn）:S摩尔比0.8:1:3称取氯化铜、氯化锌和氯化锡，分别用二甲基亚砜溶解，持续搅拌待完全溶解后将三者混合后，按照Zn:Sn摩尔比1.2：1的比例向混合液中加入硫代乙酰胺30min后，向其中滴加乙醇胺溶液，当颜色变为黑色时停止滴加，即配制成可用于制备Cu2ZnSnS4太阳能电池吸收层薄膜的墨水。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410140917.1A CN103923515A (zh) | 2014-04-10 | 2014-04-10 | 一种可用于制备Cu2ZnSnS4太阳能电池吸收层薄膜的墨水的配制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410140917.1A CN103923515A (zh) | 2014-04-10 | 2014-04-10 | 一种可用于制备Cu2ZnSnS4太阳能电池吸收层薄膜的墨水的配制方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103923515A true CN103923515A (zh) | 2014-07-16 |
Family
ID=51141922
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410140917.1A Pending CN103923515A (zh) | 2014-04-10 | 2014-04-10 | 一种可用于制备Cu2ZnSnS4太阳能电池吸收层薄膜的墨水的配制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103923515A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105776320A (zh) * | 2014-12-15 | 2016-07-20 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种维生素c包裹的铜锌锡硫纳米颗粒的制备方法及其产品 |
| CN109817733A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-05-28 | 北京铂阳顶荣光伏科技有限公司 | 一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池用吸收层的制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102439096A (zh) * | 2009-05-21 | 2012-05-02 | 纳幕尔杜邦公司 | 制备硫化铜锡和硫化铜锌锡薄膜的方法 |
| WO2012071289A2 (en) * | 2010-11-22 | 2012-05-31 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Semiconductor inks, films and processes for preparing coated substrates and photovoltaic devices |
| CN102593252A (zh) * | 2012-02-23 | 2012-07-18 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池光吸收层的方法 |
| CN103000712A (zh) * | 2011-09-16 | 2013-03-27 | 旺能光电股份有限公司 | 浆料成分及形成此浆料的方法 |
-
2014
- 2014-04-10 CN CN201410140917.1A patent/CN103923515A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102439096A (zh) * | 2009-05-21 | 2012-05-02 | 纳幕尔杜邦公司 | 制备硫化铜锡和硫化铜锌锡薄膜的方法 |
| WO2012071289A2 (en) * | 2010-11-22 | 2012-05-31 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Semiconductor inks, films and processes for preparing coated substrates and photovoltaic devices |
| CN103000712A (zh) * | 2011-09-16 | 2013-03-27 | 旺能光电股份有限公司 | 浆料成分及形成此浆料的方法 |
| CN102593252A (zh) * | 2012-02-23 | 2012-07-18 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池光吸收层的方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| YUXIU SUN ET AL.: "Novel non-hydrazine solution processing of earth-abundant Cu2ZnSn(S,Se)4 absorbers for thin-film solar cells", 《JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A》 * |
| YUXIU SUN ET AL.: "Novel non-hydrazine solution processing of earth-abundant Cu2ZnSn(S,Se)4 absorbers for thin-film solar cells", 《JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A》, vol. 1, no. 23, 26 March 2013 (2013-03-26), pages 6880 - 6887 * |
| 张美娟等: "Cu2ZnSnS4纳米晶微球的制备及表征", 《无机化学学报》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105776320A (zh) * | 2014-12-15 | 2016-07-20 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种维生素c包裹的铜锌锡硫纳米颗粒的制备方法及其产品 |
| CN105776320B (zh) * | 2014-12-15 | 2017-11-24 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种维生素c包裹的铜锌锡硫纳米颗粒的制备方法及其产品 |
| CN109817733A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-05-28 | 北京铂阳顶荣光伏科技有限公司 | 一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池用吸收层的制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105669045B (zh) | 一种Cu2ZnSnS4/石墨烯复合半导体薄膜的制备方法及其应用 | |
| WO2012023519A1 (ja) | 化合物半導体薄膜作製用インク、そのインクを用いて得た化合物半導体薄膜、その化合物半導体薄膜を備える太陽電池、およびその太陽電池の製造方法 | |
| Ou et al. | Boosting the stability and efficiency of Cs2AgBiBr6 perovskite solar cells via Zn doping | |
| CN105514276A (zh) | 一种介孔状钙钛矿光伏材料及其制备方法 | |
| TWI421214B (zh) | Ibiiiavia族非晶相化合物及應用於薄膜太陽能電池之ibiiiavia族非晶相前驅物的製造方法 | |
| CN103560165A (zh) | 一种硫醇基墨水制备Cu2ZnSn(S,Se)4太阳能电池吸收层薄膜的方法 | |
| CN103426971A (zh) | 铜锌锡硫太阳电池薄膜的溶胶-凝胶制备方法 | |
| CN103346201A (zh) | 掺锗的铜锌锡硫硒薄膜制备方法、薄膜及太阳能电池 | |
| CN103318851B (zh) | 铜铟镓硫硒太阳能电池、薄膜吸收层及其制备方法 | |
| CN103887373B (zh) | 非真空法制备梯度带隙cigs太阳能电池光吸收层的生产工艺 | |
| CN107093639A (zh) | 一种铜锌锡硫薄膜的硒化方法 | |
| CN103923515A (zh) | 一种可用于制备Cu2ZnSnS4太阳能电池吸收层薄膜的墨水的配制方法 | |
| CN105118883B (zh) | 一种低镉cigs基薄膜太阳能电池及其制备方法 | |
| CN102344166B (zh) | 一种Cu2ZnSnS4太阳能吸收层材料的制备方法 | |
| CN102815676B (zh) | 制备非化学计量Cu-In-Se系化合物纳米晶的多元醇溶液化学合成方法 | |
| CN103928569A (zh) | 一种以二甲基亚砜为溶剂的墨水制备Cu2ZnSnS4薄膜的方法 | |
| CN103668361B (zh) | 一种用于光伏发电系统的光伏电池的铜铟锌硒薄膜的制备方法 | |
| Luo et al. | Recent Progress on Cu2BaSn (SxSe1–x) 4: From Material to Solar Cell Applications | |
| CN106057973A (zh) | 一种氧化物纳米颗粒制备太阳能电池吸收层cts薄膜的方法 | |
| CN102585588B (zh) | 铜锌锡硫墨水的制备方法 | |
| CN103896326A (zh) | 一种铜锌锡硫半导体材料的制备方法 | |
| CN105152228A (zh) | 一种多元硫化物半导体纳米材料的可控制备方法 | |
| CN111489958B (zh) | 一种低温油墨法制备的铜铟镓硒吸收层 | |
| CN102074614B (zh) | 铜铟镓硒太阳能电池的溶胶凝胶溶液的制造方法 | |
| JP5782672B2 (ja) | 化合物半導体薄膜作製用インク、そのインクを用いて得た化合物半導体薄膜、その化合物半導体薄膜を備える太陽電池、及びその太陽電池の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140716 |