CN111312833B - 一种用于太阳能电池的光伏薄膜材料 - Google Patents
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Abstract
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种用于太阳能电池的光伏薄膜材料；所述光伏薄膜材料的制备原料包括：纳米尖晶石型粉体、纳米铜铟镓粉体；其制备方法简单，克服了以往各种方法步骤多、后处理困难、产率低等缺点。同时具有光电转化效率高、原材料及生产设备成本低的优点，适宜进行工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种用于太阳能电池的光伏薄膜材料。
背景技术
太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。近几年，太阳能电池成为了全球热门的研究课题，业界也普遍认为太阳能电池的发展已经进入了第三代--薄膜太阳能电池。(第一代为单晶硅太阳能电池，第二代为多晶硅、非晶硅等太阳能电池，第三代就是铜铟镓硒CIGS(CIS中掺入Ga)等化合物薄膜太阳能电池以及薄膜Si系太阳能电池。)
1953年由Hahn首次合成出CIS。1974年Wagner等人制备出p型的CIS单晶，在CIS单晶上蒸发n型的CdS层，制出第一块CIS太阳能电池，光电转换效率为12％。1981年，Boeing公司采用多元共蒸发沉积技术制备多晶CIS薄膜太阳能电池的效率为9.4％。Acrosolar于1987年提出硒化法制备多晶CIS薄膜的新技术，相对于多元共蒸发方法更简单，成本更低。从20世纪80年代开始，人们发现在CIS中加入Ga元素能够提高禁带宽度，能够更有效地吸收太阳能，获得更高的转换效率。美国再生能源实验室(NREL)发明的三步共蒸发能够制出大晶粒尺寸的CIGS薄膜，CIGS结晶质量的改善，加上Ga元素在薄膜中呈特定的梯度分布，使得电池的开路电压与短路电流得到明显提高，制出的电池转换效率从1994年的16.4％，1999年的18.8％，到2008年的19.9％。
吸收层CIGS薄膜的质量关系到电池的转换效率，不同的制备工艺往往决定吸收层的各项性质，还关系到生产的成本、大规模生产应用等的要求。CIGS层的制备工艺有很多种，如多元共蒸发法、磁控溅射后硒化法、电沉积法、喷涂转化法等。喷涂转化法容易控制原料和添加剂的用量，能很方便地控制膜的成分、厚度和均匀性，而且充分利用材料、堆积密度高，可以减少贵金属Ga和In的使用量，大幅降低成本。
目前来说，CIGS太阳能电池由于具有优异的光电性能，目前已经成为光伏领域的研究热点，但CIGS电池从实验室走向真正的商业化应用还有许多问题亟待解决。
也有研究人员对其进行改进，但是改进效果并不好，例如中国专利CN 103137720A公开了一种掺稀土元素的光伏薄膜材料，以稀土元素和光伏薄膜材料进行掺杂，获得掺稀土元素的光伏薄膜材料，所述光伏材料为单晶硅、多晶硅、非晶硅、多元化合物、有机聚合物中的一种；该专利申请技术中制备的光伏薄膜材料由于制备方法和材料的缺陷，会造成靶材沉积速率低，侵蚀不均匀，造成靶材利用率低；同时，使得光伏薄膜不均质，电阻大，光电转化效率低。因此，为了更有效的利用太阳能发电，亟需提供一种能够很好地提高光电转化效率并能降低成本同时利于工业化生产的技术。
发明内容
为克服以上技术问题，本发明提供了一种用于太阳能电池的光伏薄膜材料，克服了以往各种方法步骤多、后处理困难、产率低等缺点。同时具有原材料成本低的优点，适宜进行工业化生产。
为实现以上目的，本发明提供的技术方案如下：
一种用于太阳能电池的光伏薄膜材料，所述光伏薄膜材料的制备原料包括：纳米尖晶石型粉体、纳米铜铟镓粉体；
优选地，按照重量份数计，所述光伏薄膜材料的制备原料包括：纳米尖晶石型粉体2-10份、纳米铜铟镓粉体90-120份；
优选地，按照重量份数计，所述光伏薄膜材料的制备原料包括：纳米尖晶石型粉体2-5份、纳米铜铟镓粉体100-110份；
优选地，所述纳米尖晶石型粉体由MCl2和NCl3制备而成；
其中，M＝Mg、Cu、Ni、Zn或Cd中的任一种；
N＝Al、Co、Cr或Ga中的任一种；
所述光伏薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将MCl2和NCl3混合，溶于醇-水溶液中，调节pH值至8-9，得到复合氢氧化物前躯体；将复合氢氧化物前躯体水洗，加入PEG，在乙醇中回流，干燥后研磨，焙烧，制得纳米尖晶石型粉体A；
(2)配制Cu(NO3)2、In(NO3)3和Ga(NO3)3溶液，混合，加入助剂；加热，调节pH值至7.5-10.5；抽滤，用乙醇溶液洗涤；干燥，煅烧，冷却，制得纳米金属氧化物粉末B；
(3)将A和B混合，加入分散剂，球磨，添加助剂，超声，制得纳米复合墨水；
取基底进行油污处理后，超声，烘干；把纳米复合墨水喷涂到基底表面，待墨水流平后干燥，而制得纳米复合薄膜；
(4)高温处理纳米复合薄膜，还原，得到合金薄膜；
(5)对合金薄膜进行硒化，制得掺杂尖晶石相的CIGS薄膜。
优选地，所述光伏薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)纳米尖晶石型粉体的制备：
将MCl2和NCl3按n(M2+)：n(N3+)＝1：2(摩尔比)混合，溶于醇-水溶液中，搅拌加入氨水，调节pH值至8-9，得到复合氢氧化物前躯体；
将复合氢氧化物前躯体水洗，加入1-3wt％的PEG，在乙醇中回流，干燥后研磨，焙烧，制得纳米尖晶石型粉体A；
(2)纳米铜铟镓(CuInGa)粉体的制备：
配制Cu(NO3)2、In(NO3)3和Ga(NO3)3溶液，混合，加入助剂；加热，搅拌，调节pH值至7.5-10.5；抽滤，用乙醇溶液洗涤；干燥，煅烧，冷却，制得纳米金属氧化物粉末B；
(3)纳米复合墨水的制备与成膜
将A和B混合，加入分散剂，球磨5～10h，加水稀释，添加助剂，超声，制得纳米复合墨水；
取基底进行油污处理后，置于去离子水、丙酮中超声，烘干；把复合墨水喷涂到基底表面，待墨水流平后干燥，而制得纳米复合薄膜；
(4)纳米复合薄膜还原制备合金薄膜
高温处理纳米复合薄膜，用氢气或氢气/氩气混合气还原得到合金薄膜；
(5)固态源硒化法制备掺杂尖晶石相的光伏薄膜
将合金薄膜置于管式炉中，将Se粉置于合金薄膜一旁，密封管式炉，抽真空30-60min；升温，对合金薄膜进行硒化过程，制得掺杂尖晶石相的CIGS薄膜。
优选地，步骤(1)中，所述醇-水溶液为体积浓度为50-75％的乙醇水溶液；
优选地，步骤(1)中，所述加入氨水在水浴40-50℃条件下进行；
优选地，步骤(1)中，所述PEG的分子量为M＝3000-8000，优选为M＝4000；
优选地，步骤(1)中，所述乙醇中回流的时间为1-3h；
优选地，步骤(1)中，所述焙烧在马弗炉中进行，焙烧的温度为800-1200℃；焙烧时间为1-4h；
优选地，步骤(1)中，所述纳米尖晶石型粉体A的粒径集中分布(体积分数≥70％)在22-41nm；
优选地，步骤(2)中，所述pH值为8；
优选地，步骤(2)中，所述加热的温度为50-60℃；
优选地，步骤(2)中，所述Cu(NO3)2、In(NO3)3和Ga(NO3)3溶液的混合时Cu、In和Ga的摩尔比为1：(0.4-0.9)：(0.2-0.6)；优选地，Cu/(In+Ga)＝1:1；优选地，Cu、In和Ga的摩尔比1：0.7：0.3；
优选地，步骤(2)中，所述助剂聚乙烯吡咯烷酮和乙醇的混合物；助剂的用量为Cu(NO3)2、In(NO3)3和Ga(NO3)3总质量的1-3％；其中，聚乙烯吡咯烷酮和乙醇的质量比为1-3:1；
优选地，步骤(2)中，所述煅烧的温度为300-800℃，优选为550℃；
优选地，步骤(3)中，所述分散剂为Orotan 1124或LM-5020；用量为A和B混合质量的1-3％；所述助剂为OP或吐温类乳化剂；用量为A和B混合质量的0.5-2％；
优选地，步骤(4)中，所述高温为400-800℃，优选为500℃。
与现有技术比，本发明的技术优势在于：
(1)本发明由不同种金属单质制备复合氧化物纳米材料克服了以往各种方法步骤多、后处理困难、产率低等缺点；同时具有原材料成本低的优点，适宜进行工业化生产。
(2)本发明提供掺杂尖晶石相的CIGS薄膜均质性强，各金属元素比例好，能够有效提高光电转化率；其中纳米尖晶石型粉体的用量对改性后CIGS薄膜性能具有较大的影响，过多或过少都不利于发挥其较好的光电转化性能。
(3)本发明提供的掺杂尖晶石相的CIGS薄膜有效提高了光谱利用范围，在有限的光照条件下很好地利用了太阳能，增强了太阳能的利用率，提高了太阳能电池的发电效率。
(4)本发明中纳米尖晶石型粉体的制备过程中乙醇水溶液的浓度和PEG的分子量及用量对纳米尖晶石型粉体的粒径分布均具有较大的影响，只有乙醇水溶液的浓度和PEG的分子量及用量在有限的使用范围内，才会使得改性后CIGS薄膜的均质性较好，从而进一步改变光电性能。
(5)本发明中纳米尖晶石型粉体的制备过程中焙烧温度过高则会使得形成的纳米尖晶石型粉体容易结块，温度过低，形成的纳米尖晶石型粉体品质较差，不利于提高改性后CIGS薄膜的光电性能。
具体实施方式
实施例1
一种用于太阳能电池的光伏薄膜材料，按照重量份数计，所述光伏薄膜材料的制备原料包括：纳米尖晶石型粉体5份、纳米铜铟镓粉体100份；
所述光伏薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)纳米尖晶石型粉体的制备：
将MgCl2和AlCl3按1：2摩尔比混合，溶于体积浓度为50％的乙醇水溶液中，搅拌，水浴50℃条件下加入氨水，调节pH值至8，得到复合氢氧化物前躯体；
将复合氢氧化物前躯体水洗，加入2wt％的PEG(M＝4000)，在乙醇中回流2h，干燥后研磨，在马弗炉中进行焙烧，焙烧的温度为1000℃；焙烧时间为2h；制得纳米尖晶石型粉体A；
所述纳米尖晶石型粉体A的粒径集中分布(体积分数≥70％，下同)在24-37nm；
(2)纳米铜铟镓(CuInGa)粉体的制备：
配制Cu(NO3)2、In(NO3)3和Ga(NO3)3溶液，按照Cu、In和Ga的摩尔比1：0.7：0.3混合，加入2％(以Cu(NO3)2、In(NO3)3和Ga(NO3)3总质量计)的聚乙烯吡咯烷酮和乙醇的混合物(聚乙烯吡咯烷酮和乙醇的质量比为2:1；)；加热至50℃，搅拌，调节pH值至8；抽滤，用乙醇溶液洗涤；干燥，550℃煅烧，冷却，制得纳米金属氧化物粉末B；
(3)纳米复合墨水的制备与成膜
将A和B混合，加入2％的Orotan 1124做分散剂，球磨6h，加水稀释，添加1％(以A和B混合质量计)的OP-10做助剂，超声，制得纳米复合墨水；
取基底进行油污处理后，置于去离子水、丙酮中超声，烘干；把复合墨水喷涂到基底表面，待墨水流平后干燥，而制得纳米复合薄膜；
(4)纳米复合薄膜还原制备合金薄膜
500℃下高温处理纳米复合薄膜，以除去有机分散剂及其它助剂，然后置于管式炉中，用氢气还原得到合金薄膜；
(5)固态源硒化法制备掺杂尖晶石相的光伏薄膜
将合金薄膜置于管式炉中，装有过量固体Se粉的刚玉舟置于合金薄膜附近一旁；将管式炉密封，抽真空30min；对合金薄膜进行硒化过程，制得掺杂尖晶石相的CIGS薄膜。
实施例2
一种用于太阳能电池的光伏薄膜材料，按照重量份数计，所述光伏薄膜材料的制备原料包括：纳米尖晶石型粉体2份、纳米铜铟镓粉体110份；
所述光伏薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)纳米尖晶石型粉体的制备：
将CuCl2和CrCl3按1：2摩尔比混合，溶于体积浓度为75％的乙醇水溶液中，搅拌，水浴40℃条件下加入氨水，调节pH值至9，得到复合氢氧化物前躯体；
将复合氢氧化物前躯体水洗，加入1wt％的PEG(M＝3000)，在乙醇中回流1h，干燥后研磨，在马弗炉中进行焙烧，焙烧的温度为800℃；焙烧时间为4h；制得纳米尖晶石型粉体A；
所述纳米尖晶石型粉体A的粒径集中分布在22-39nm；
(2)纳米铜铟镓(CuInGa)粉体的制备：
配制Cu(NO3)2、In(NO3)3和Ga(NO3)3溶液，按照Cu、In和Ga的摩尔比为1：0.4：0.6；混合，加入1％(以Cu(NO3)2、In(NO3)3和Ga(NO3)3总质量计)的聚乙烯吡咯烷酮和乙醇的混合物(聚乙烯吡咯烷酮和乙醇的质量比为1:1)；加热至60℃，搅拌，调节pH值至7.5；抽滤，用乙醇溶液洗涤；干燥，300℃煅烧，冷却，制得纳米金属氧化物粉末B；
(3)纳米复合墨水的制备与成膜
将A和B混合，加入1％(以A和B混合质量计)的LM-5020做分散剂，球磨5h，加水稀释，添加2％(以A和B混合质量计)的吐温类-20做助剂，超声，制得纳米复合墨水；
取基底进行油污处理后，置于去离子水、丙酮中超声，烘干；把复合墨水喷涂到基底表面，待墨水流平后干燥，而制得纳米复合薄膜；
(4)纳米复合薄膜还原制备合金薄膜
400℃下高温处理纳米复合薄膜，以除去有机分散剂及其它助剂，然后置于管式炉中，用氢气/氩气混合气还原得到合金薄膜；
(5)固态源硒化法制备掺杂尖晶石相的光伏薄膜
将合金薄膜置于管式炉中，装有过量固体Se粉的刚玉舟置于合金薄膜附近一旁；将管式炉密封，抽真空60min；对合金薄膜进行硒化过程，制得掺杂尖晶石相的CIGS薄膜。
实施例3
一种用于太阳能电池的光伏薄膜材料，按照重量份数计，所述光伏薄膜材料的制备原料包括：纳米尖晶石型粉体2份、纳米铜铟镓粉体90份；
所述光伏薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)纳米尖晶石型粉体的制备：
将NiCl2和CoCl3按1：2摩尔比混合，溶于体积浓度为60％的乙醇水溶液中，搅拌，水浴45℃条件下加入氨水，调节pH值至8，得到复合氢氧化物前躯体；
将复合氢氧化物前躯体水洗，加入3wt％的PEG(M＝8000)，在乙醇中回流3h，干燥后研磨，在马弗炉中进行焙烧，焙烧的温度为1200℃；焙烧时间为1h；制得纳米尖晶石型粉体A；所述纳米尖晶石型粉体A的粒径集中分布在24-38nm；
(2)纳米铜铟镓(CuInGa)粉体的制备：
配制Cu(NO3)2、In(NO3)3和Ga(NO3)3溶液，按照Cu、In和Ga的摩尔比为1：0.8：0.2；混合，加入3％(以Cu(NO3)2、In(NO3)3和Ga(NO3)3总质量计)的聚乙烯吡咯烷酮和乙醇的混合物(聚乙烯吡咯烷酮和乙醇的质量比为3:1)；加热至50℃，搅拌，调节pH值至10.5；抽滤，用乙醇溶液洗涤；干燥，800℃煅烧，冷却，制得纳米金属氧化物粉末B；
(3)纳米复合墨水的制备与成膜
将A和B混合，加入3％(以A和B混合质量计)的LM-5020做分散剂，球磨10h，加水稀释，添加0.5％(以A和B混合质量计)的吐温-80，超声，制得纳米复合墨水；
取基底进行油污处理后，置于去离子水、丙酮中超声，烘干；把复合墨水喷涂到基底表面，待墨水流平后干燥，而制得纳米复合薄膜；
(4)纳米复合薄膜还原制备合金薄膜
800℃下高温处理纳米复合薄膜，以除去有机分散剂及其它助剂，然后置于管式炉中，用氢气还原得到合金薄膜；
(5)固态源硒化法制备掺杂尖晶石相的光伏薄膜
将合金薄膜置于管式炉中，装有过量固体Se粉的刚玉舟置于合金薄膜附近一旁；将管式炉密封，抽真空40min；对合金薄膜进行硒化过程，制得掺杂尖晶石相的CIGS薄膜。
实施例4
一种用于太阳能电池的光伏薄膜材料，按照重量份数计，所述光伏薄膜材料的制备原料包括：纳米尖晶石型粉体10份、纳米铜铟镓粉体120份；
所述光伏薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)纳米尖晶石型粉体的制备：
将ZnCl2和GaCl3按1：2摩尔比混合，溶于体积浓度为50％的乙醇水溶液中，搅拌，水浴50℃条件下加入氨水，调节pH值至9，得到复合氢氧化物前躯体；
将复合氢氧化物前躯体水洗，加入3wt％的PEG(M＝5000)，在乙醇中回流1h，干燥后研磨，在马弗炉中进行焙烧，焙烧的温度为1200℃；焙烧时间为1h；制得纳米尖晶石型粉体A；所述纳米尖晶石型粉体A的粒径集中分布在22-41nm；
(2)纳米铜铟镓(CuInGa)粉体的制备：
配制Cu(NO3)2、In(NO3)3和Ga(NO3)3溶液，按照Cu、In和Ga的摩尔比为1：0.9：0.2混合，加入2％的(以Cu(NO3)2、In(NO3)3和Ga(NO3)3总质量计)聚乙烯吡咯烷酮和乙醇的混合物(聚乙烯吡咯烷酮和乙醇的质量比为1:1；)；加热至60℃，搅拌，调节pH值至9；抽滤，用乙醇溶液洗涤；干燥，600℃下煅烧，冷却，制得纳米金属氧化物粉末B；
(3)纳米复合墨水的制备与成膜
将A和B混合，加入1％(以A和B混合质量计)的Orotan 1124做分散剂，球磨5h，加水稀释，添加2％(以A和B混合质量计)的OP-10做助剂，超声，制得纳米复合墨水；
取基底进行油污处理后，置于去离子水、丙酮中超声，烘干；把复合墨水喷涂到基底表面，待墨水流平后干燥，而制得纳米复合薄膜；
(4)纳米复合薄膜还原制备合金薄膜
600℃下高温处理纳米复合薄膜，以除去有机分散剂及其它助剂，然后置于管式炉中，用氢气/氩气混合气还原得到合金薄膜；
(5)固态源硒化法制备掺杂尖晶石相的光伏薄膜
将合金薄膜置于管式炉中，装有过量固体Se粉的刚玉舟置于合金薄膜附近一旁；将管式炉密封，抽真空30min；对合金薄膜进行硒化过程，制得掺杂尖晶石相的CIGS薄膜。
对比例1
与实施例1相比，纳米尖晶石型粉体的添加量不同；
一种用于太阳能电池的光伏薄膜材料，按照重量份数计，所述光伏薄膜材料的制备原料包括：纳米尖晶石型粉体15份、纳米铜铟镓粉体90份；
所述光伏薄膜材料的制备方法，步骤同实施例1。
对比例2
与实施例1相比，纳米尖晶石型粉体的制备过程中乙醇水溶液浓度不同。
一种用于太阳能电池的光伏薄膜材料，按照重量份数计，所述光伏薄膜材料的制备原料同实施例1；
所述光伏薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)纳米尖晶石型粉体的制备：
将MgCl2和AlCl3按1：2摩尔比混合，溶于体积浓度为30％的乙醇水溶液中，搅拌，水浴50℃条件下加入氨水，调节pH值至8，得到复合氢氧化物前躯体；
将复合氢氧化物前躯体水洗，加入2wt％的PEG(M＝4000)，在乙醇中回流2h，干燥后研磨，在马弗炉中进行焙烧，焙烧的温度为1000℃；焙烧时间为2h；制得纳米尖晶石型粉体A；所述纳米尖晶石型粉体A的粒径不均一，集中分布在19-327nm；
(2)-(5)制备过程同实施例1。
对比例3
与实施例1相比，纳米尖晶石型粉体的制备过程中焙烧的温度不同。
一种用于太阳能电池的光伏薄膜材料，按照重量份数计，所述光伏薄膜材料的制备原料包括：纳米尖晶石型粉体5份、纳米铜铟镓粉体100份；
所述光伏薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)纳米尖晶石型粉体的制备：
将MgCl2和AlCl3按1：2摩尔比混合，溶于体积浓度为50％的乙醇水溶液中，搅拌，水浴50℃条件下加入氨水，调节pH值至8，得到复合氢氧化物前躯体；
将复合氢氧化物前躯体水洗，加入2wt％的PEG(M＝4000)，在乙醇中回流2h，干燥后研磨，在马弗炉中进行焙烧，焙烧的温度为500℃；焙烧时间为2h；制得纳米尖晶石型粉体A；所述纳米尖晶石型粉体A的粒径不均匀，集中52-459nm；
(2)-(5)的制备过程同实施例1。
对比例4
与实施例1相比，纳米尖晶石型粉体的制备过程中PEG分子量不同。
一种用于太阳能电池的光伏薄膜材料，按照重量份数计，所述光伏薄膜材料的制备原料包括：纳米尖晶石型粉体5份、纳米铜铟镓粉体100份；
所述光伏薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)纳米尖晶石型粉体的制备：
将MgCl2和AlCl3按1：2摩尔比混合，溶于体积浓度为50％的乙醇水溶液中，搅拌，水浴50℃条件下加入氨水，调节pH值至8，得到复合氢氧化物前躯体；
将复合氢氧化物前躯体水洗，加入2wt％的PEG(M＝4000)，在乙醇中回流2h，干燥后研磨，在马弗炉中进行焙烧，焙烧的温度为1000℃；焙烧时间为2h；制得纳米尖晶石型粉体A；所述纳米尖晶石型粉体A的粒径不均匀，出现较多团聚体；
(2)-(5)制备过程同实施例1。
对比例5
与实施例1相比，纳米尖晶石型粉体的制备过程中PEG用量不同。
一种用于太阳能电池的光伏薄膜材料，按照重量份数计，所述光伏薄膜材料的制备原料包括：纳米尖晶石型粉体5份、纳米铜铟镓粉体100份；
所述光伏薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)纳米尖晶石型粉体的制备：
将MgCl2和AlCl3按1：2摩尔比混合，溶于体积浓度为50％的乙醇水溶液中，搅拌，水浴50℃条件下加入氨水，调节pH值至8，得到复合氢氧化物前躯体；
将复合氢氧化物前躯体水洗，加入5wt％的PEG(M＝4000；)，在乙醇中回流2h，干燥后研磨，在马弗炉中进行焙烧，焙烧的温度为1000℃；焙烧时间为2h；制得纳米尖晶石型粉体A；所述纳米尖晶石型粉体A的粒径不均匀，出现较多团聚体；
(2)-(5)制备过程同实施例1。
效果例-光伏薄膜材料的性能测试：
(1)光电转换效率的检测：采用《GBT34160-2017地面用光伏组件光电转换效率检测方法》对实施例1-4及对比例1-5制备的光伏薄膜材料进行光电转换效率的检测；结果见表1；
(2)采用利用Hitachi U-4100型紫外-可见/近红外分光光度计对实施例1-4及对比例1-5制备的光伏薄膜材料进行有效光谱区进行检测；结果见表1；
表1光伏薄膜材料的性能测试结果
由此可知，本发明提供的光伏薄膜材料具有较好的光电转化效率，有效提高了光谱利用范围；同时，掺杂材料纳米尖晶石型粉体的用量，分散溶剂乙醇水溶液的浓度以及焙烧温度等参数的选择对其性能具有较大的影响。
上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种用于太阳能电池的光伏薄膜材料，所述光伏薄膜材料的制备原料包括：纳米尖晶石型粉体、纳米铜铟镓粉体；
所述的光伏薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将MCl2和NCl3混合，溶于醇-水溶液中，调节pH值至8-9，得到复合氢氧化物前躯体；将复合氢氧化物前躯体水洗，加入PEG，在乙醇中回流，干燥后研磨，焙烧，制得纳米尖晶石型粉体A；
(2)配制Cu(NO3)2、In(NO3)3和Ga(NO3)3溶液，混合，加入助剂；加热，调节pH值至7.5-10.5；抽滤，用乙醇溶液洗涤；干燥，煅烧，冷却，制得纳米金属氧化物粉末B；
(3)将A和B混合，加入分散剂，球磨，添加助剂，超声，制得纳米复合墨水；
取基底进行油污处理后，超声，烘干；把纳米复合墨水喷涂到基底表面，待墨水流平后干燥，而制得纳米复合薄膜；
(4)高温处理纳米复合薄膜，还原，得到合金薄膜；
(5)对合金薄膜进行硒化，制得掺杂尖晶石相的CIGS薄膜；
步骤(2)中，所述助剂是聚乙烯吡咯烷酮和乙醇的混合物；
步骤(3)中，所述助剂为OP或吐温类乳化剂；
其中，M＝Mg、Cu、Ni、Zn或Cd中的任一种；N＝Al、Co、Cr或Ga中的任一种。
2.如权利要求1所述的光伏薄膜材料，其特征在于，按照重量份数计，所述光伏薄膜材料的制备原料包括：纳米尖晶石型粉体2-10份、纳米铜铟镓粉体90-120份。
3.一种制备如权利要求1所述的用于太阳能电池的光伏薄膜材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将MCl2和NCl3混合，溶于醇-水溶液中，调节pH值至8-9，得到复合氢氧化物前躯体；将复合氢氧化物前躯体水洗，加入PEG，在乙醇中回流，干燥后研磨，焙烧，制得纳米尖晶石型粉体A；
(2)配制Cu(NO3)2、In(NO3)3和Ga(NO3)3溶液，混合，加入助剂；加热，调节pH值至7.5-10.5；抽滤，用乙醇溶液洗涤；干燥，煅烧，冷却，制得纳米金属氧化物粉末B；
(3)将A和B混合，加入分散剂，球磨，添加助剂，超声，制得纳米复合墨水；
取基底进行油污处理后，超声，烘干；把纳米复合墨水喷涂到基底表面，待墨水流平后干燥，而制得纳米复合薄膜；
(4)高温处理纳米复合薄膜，还原，得到合金薄膜；
(5)对合金薄膜进行硒化，制得掺杂尖晶石相的CIGS薄膜；
步骤(2)中，所述助剂是聚乙烯吡咯烷酮和乙醇的混合物；
步骤(3)中，所述助剂为OP或吐温类乳化剂。
4.如权利要求3所述的光伏薄膜材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述PEG的分子量为M＝3000-8000。
5.如权利要求3所述的光伏薄膜材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述PEG的分子量为M＝4000。
6.如权利要求3所述的光伏薄膜材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述焙烧在马弗炉中进行，焙烧的温度为800-1200℃；焙烧时间为1-4h。
7.如权利要求3所述的光伏薄膜材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述纳米尖晶石型粉体A的粒径集中分布在22-41nm。
8.如权利要求3所述的光伏薄膜材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述Cu(NO3)2、In(NO3)3和Ga(NO3)3溶液混合时Cu、In和Ga的摩尔比为1：0.4-0.9：0.2-0.6。
9.如权利要求3所述的光伏薄膜材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，助剂的用量为Cu(NO3)2、In(NO3)3和Ga(NO3)3总质量的1-3％；其中，聚乙烯吡咯烷酮和乙醇的质量比为1-3:1。
10.如权利要求3所述的光伏薄膜材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述分散剂为Orotan 1124或LM-5020；用量为A和B混合质量的1-3％；所述助剂的用量为A和B混合质量的0.5-2％。
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