本发明属于光伏材料技术领域，具体涉及一种掺杂cdte纳米光伏材料的制备方法。
背景技术：
光伏材料又称太阳电池材料，是指能将太阳能直接转换成电能的材料。只有半导体材料具有这种功能。可做太阳电池材料的材料有单晶硅、多晶硅、非晶硅、gaas、gaalas、inp、cds、cdte等。用于空间的有单晶硅、gaas、inp。用于地面已批量生产的有单晶硅、多晶硅、非晶硅。其他尚处于开发阶段。目前致力于降低材料成本和提高转换效率，使太阳电池的电力价格与火力发电的电力价格竞争，从而为更广泛更大规模应用创造条件。然而，该类材料仍然需要提高光电转化效率，其中，掺杂是目前研究的重点方向。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种掺杂cdte纳米光伏材料的制备方法，本发明制备的掺杂cdte纳米光伏材料采用溶液掺杂的方式稳定的将氯离子与镉离子掺杂至薄膜内，掺杂效果均匀，性能稳定。
本发明的技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种掺杂cdte纳米光伏材料的制备方法，其步骤如下：
步骤1，将碲粉放入无水乙醇中，加入聚乙烯吡咯烷酮，超声搅拌形成分散均匀的悬浊醇液；
步骤2，将氯化镉加入水中，搅拌溶解后缓慢滴加悬浊醇液，直至完全搅拌均匀，减压蒸馏至乙醇完全排除，得到悬浊水溶液；
步骤3，将悬浊水溶液放入反应釜中，然后通入氨气进行循环曝气反应2-5h，自然冷却，得到配位悬浊液；
步骤4，将配位悬浊液进行氯气曝气反应3-5h，然后恒压回流反应5-8h，冷却过滤后得到沉淀物；
步骤5，将沉淀物放入氯化镉甲醇液中，搅拌均匀后喷洒至基材表面，然后进行退火处理3h，冷却后得到掺杂cdte纳米光伏材料。
所述步骤1中的碲粉浓度为20-30mg/l，所述聚乙烯吡咯烷酮的加入量是碲粉摩尔量的5-8%，所述超声搅拌的频率为5-10khz，所述超声搅拌时间为10-30min；该步骤将碲粉溶解至无水乙醇中，并辅以聚乙烯吡咯烷酮作为分散剂，将碲粉均匀分布至溶液中，形成稳定的悬浊醇液。
所述步骤2中的氯化镉加入量是碲粉摩尔量的1.1-1.2倍，所述水的加入量是无水乙醇的0.3-0.5，所述缓慢滴加的速度是4-8ml/min；该步骤采用缓慢滴加的方式将碲粉醇液加入至无水乙醇中，利用乙醇与水的互溶性，保证聚乙烯吡咯烷酮包裹的碲粉分散至水中，形成稳定的水相悬浊溶液。
所述步骤2中的减压蒸馏的温度为80-90℃，所述减压蒸馏的压力为大气压的50-60%，所述减压蒸馏时间为2-3h，所述减压蒸馏的体积是原体积的40-50%，该步骤在减压蒸馏的条件下，将无水乙醇完全蒸发，转化为水溶液，同时保证了碲粉的分散效果。
所述步骤3中的氨气加入量是碲粉摩尔的1.5-1.7倍，所述曝气流速为10-15ml/min，所述曝气反应温度为60-70℃；该步骤将镉离子与铵离子形成配位反应，起到固定镉离子的作用。
所述步骤4中的氯气的通入量是碲粉的1.8-2.2倍，所述氯气曝气反应的温度为60-100℃，所述曝气流速为5-8ml/min，所述恒压回流反应的压力为大气压，所述温度为100-110℃，所述回流采用水冷却；该步骤通过氯气循环曝气反应的方式将碲粉反应，形成稳定的离子状态，并在配位的镉离子反应形成碲化镉，并在水中形成沉淀，该步骤中采用恒压回流的方式能够将氯化氢等易挥发杂质去除，得到较为稳定的碲化镉，并在聚乙烯吡咯烷酮的作用形成良好的分散效果；该步骤中采用较多的氯气作为还原剂，并以曝气作为反应方式，大大提高了碲粉的反应速度与反应深度，确保碲粉的完全反应。
所述氯气曝气反应采用梯度反应，即60-65℃持续反应0.5-1h，80-90℃反应0.5h，100℃反应至结束，采用梯度反应的方式能够将碲粉反应过程进行细致化，通过60-65℃条件下的曝气反应将碲粉转化为碲离子，在80-90℃条件下，曝气反应促进内部溶液的混合效果，大大提高了碲化镉的反应产生，最后的100℃条件下对碲化镉产物形成曝气分散，起到良好的分散效果，同时促使聚乙烯吡咯烷酮的分散效果有效的作用至颗粒表面。
所述步骤5中氯化镉甲醇溶液的浓度为10-15mg/l，所述搅拌速度为1500-2000r/min，该步骤以氯化镉甲醛溶液作为掺杂溶液，形成有效的分散至沉淀表面，形成较为稳定的悬浊状态。
所述步骤5中的喷洒量为2-4mg/cm2，所述退火温度为400-450℃，所述退火反应采用氮气保护退火反应，所述退火反应采用梯度退火法，即在200-250℃条件下反应1-2h，然后持续在350℃反应，直至反应结束前在400-450℃条件下反应0.5h。该步骤以喷洒作为涂覆方式能够有效的把溶液中的金属离子及掺杂离子留在基材表面，在梯度退火条件下，先将聚乙烯吡咯烷酮等杂质完全氧化，然后在氮气条件下的高温退火下，将氯离子和镉离子掺杂至碲化镉内，形成稳定的掺杂效果，有效的提高了其光电转化效率。
本发明以碲粉作为原料配制悬浊醇液，并与氯化镉的水溶液滴加混合，减压蒸馏后形成悬浊水溶液；然后对悬浊水溶液进行氨气抱起反应和曝气反应，在恒压回流反应条件下得到碲化镉沉淀，最后将碲化镉分散至氯化镉甲醇液中，喷洒在基材上进行退火反应后得到掺杂cdte纳米光伏材料。
综上所述，本发明具有如下有益效果：
本发明制备方法简单可行，实践性和通用性强。本发明制备的掺杂cdte纳米光伏材料采用溶液掺杂的方式稳定的将氯离子与镉离子掺杂至薄膜内，掺杂效果均匀，性能稳定。本发明制备的光伏材料有效的提高了光电传导效率，有效的提高了内部的传导速率。本发明提供的制备方法简单快速，同时其光电转化率能够达到商业化标准。
具体实施方式
实施例1
一种掺杂cdte纳米光伏材料的制备方法，其步骤如下：
步骤1，将碲粉放入无水乙醇中，加入聚乙烯吡咯烷酮，超声搅拌形成分散均匀的悬浊醇液；
步骤2，将氯化镉加入水中，搅拌溶解后缓慢滴加悬浊醇液，直至完全搅拌均匀，减压蒸馏至乙醇完全排除，得到悬浊水溶液；
步骤3，将悬浊水溶液放入反应釜中，然后通入氨气进行循环曝气反应2h，自然冷却，得到配位悬浊液；
步骤4，将配位悬浊液进行氯气曝气反应3h，然后恒压回流反应5h，冷却过滤后得到沉淀物；
步骤5，将沉淀物放入氯化镉甲醇液中，搅拌均匀后喷洒至基材表面，然后进行退火处理3h，冷却后得到掺杂cdte纳米光伏材料。
所述步骤1中的碲粉浓度为20mg/l，所述聚乙烯吡咯烷酮的加入量是碲粉摩尔量的5%，所述超声搅拌的频率为5khz，所述超声搅拌时间为10min。
所述步骤2中的氯化镉加入量是碲粉摩尔量的1.1倍，所述水的加入量是无水乙醇的0.3，所述缓慢滴加的速度是4ml/min。
所述步骤2中的减压蒸馏的温度为80℃，所述减压蒸馏的压力为大气压的50%，所述减压蒸馏时间为2h，所述减压蒸馏的体积是原体积的40%。
所述步骤3中的氨气加入量是碲粉摩尔的1.5倍，所述曝气流速为10ml/min，所述曝气反应温度为60℃。
所述步骤4中的氯气的通入量是碲粉的1.8倍，所述氯气曝气反应的温度为60℃，所述曝气流速为5ml/min，所述恒压回流反应的压力为大气压，所述温度为100℃，所述回流采用水冷却。
所述步骤5中氯化镉甲醇溶液的浓度为10mg/l，所述搅拌速度为1500r/min。
所述步骤5中的喷洒量为2mg/cm2，所述退火温度为400℃，所述退火反应采用氮气保护退火反应，所述退火反应采用梯度退火法，即在200℃条件下反应1h，然后持续在350℃反应，直至反应结束前在400℃条件下反应0.5h。
选择一块fto玻璃，将其清洗干净并进一步干燥，其后向该fto玻璃上使用丝网印刷法印刷一层tio2薄膜层，于500℃下加热25min后得到负载于fto玻璃上的致密层，该致密层厚度为50nm，其后将由实施例1制得的光伏材料溶解旋涂于致密层上，并于80℃下加热10分钟使该光伏材料形成30nm的涂层贴于致密层上形成吸光层，再将对电极浆料通过丝网印刷法印制于该吸光层上，流平后置于80℃烘箱中干燥10min即得到太阳能电池，
进行电池性能测试，实验过程中采用在100mw/cm2太阳能模拟器(newport)am1.5g光照下进行，测得光电转化率为20.11%。在温度20摄氏度、湿度为45%的环境中保持20天后，测试其转化效率为18.8%。
实施例2
一种掺杂cdte纳米光伏材料的制备方法，其步骤如下：
步骤1，将碲粉放入无水乙醇中，加入聚乙烯吡咯烷酮，超声搅拌形成分散均匀的悬浊醇液；
步骤2，将氯化镉加入水中，搅拌溶解后缓慢滴加悬浊醇液，直至完全搅拌均匀，减压蒸馏至乙醇完全排除，得到悬浊水溶液；
步骤3，将悬浊水溶液放入反应釜中，然后通入氨气进行循环曝气反应5h，自然冷却，得到配位悬浊液；
步骤4，将配位悬浊液进行氯气曝气反应5h，然后恒压回流反应8h，冷却过滤后得到沉淀物；
步骤5，将沉淀物放入氯化镉甲醇液中，搅拌均匀后喷洒至基材表面，然后进行退火处理3h，冷却后得到掺杂cdte纳米光伏材料。
所述步骤1中的碲粉浓度为30mg/l，所述聚乙烯吡咯烷酮的加入量是碲粉摩尔量的8%，所述超声搅拌的频率为10khz，所述超声搅拌时间为30min。
所述步骤2中的氯化镉加入量是碲粉摩尔量的1.2倍，所述水的加入量是无水乙醇的0.5，所述缓慢滴加的速度是8ml/min。
所述步骤2中的减压蒸馏的温度为90℃，所述减压蒸馏的压力为大气压的60%，所述减压蒸馏时间为3h，所述减压蒸馏的体积是原体积的50%。
所述步骤3中的氨气加入量是碲粉摩尔的1.7倍，所述曝气流速为15ml/min，所述曝气反应温度为70℃。
所述步骤4中的氯气的通入量是碲粉的2.2倍，所述氯气曝气反应的温度为100℃，所述曝气流速为8ml/min，所述恒压回流反应的压力为大气压，所述温度为110℃，所述回流采用水冷却。
所述步骤5中氯化镉甲醇溶液的浓度为15mg/l，所述搅拌速度为2000r/min。
所述步骤5中的喷洒量为4mg/cm2，所述退火温度为450℃，所述退火反应采用氮气保护退火反应，所述退火反应采用梯度退火法，即在250℃条件下反应2h，然后持续在350℃反应，直至反应结束前在450℃条件下反应0.5h。
选择一块fto玻璃，将其清洗干净并进一步干燥，其后向该fto玻璃上使用丝网印刷法印刷一层tio2薄膜层，于500℃下加热25min后得到负载于fto玻璃上的致密层，该致密层厚度为50nm，其后将由实施例2制得的光伏材料旋涂于致密层上，并于80℃下加热10分钟使该光伏材料形成30nm的涂层贴于致密层上形成吸光层，再将对电极浆料通过丝网印刷法印制于该吸光层上，流平后置于80℃烘箱中干燥10min即得到太阳能电池，
进行电池性能测试，实验过程中采用在100mw/cm2太阳能模拟器(newport)am1.5g光照下进行，测得光电转化率为19.72%。在温度20摄氏度、湿度为45%的环境中保持20天后，测试其转化效率为17.32%。
实施例3
一种掺杂cdte纳米光伏材料的制备方法，其步骤如下：
步骤1，将碲粉放入无水乙醇中，加入聚乙烯吡咯烷酮，超声搅拌形成分散均匀的悬浊醇液；
步骤2，将氯化镉加入水中，搅拌溶解后缓慢滴加悬浊醇液，直至完全搅拌均匀，减压蒸馏至乙醇完全排除，得到悬浊水溶液；
步骤3，将悬浊水溶液放入反应釜中，然后通入氨气进行循环曝气反应3h，自然冷却，得到配位悬浊液；
步骤4，将配位悬浊液进行氯气曝气反应4h，然后恒压回流反应6h，冷却过滤后得到沉淀物；
步骤5，将沉淀物放入氯化镉甲醇液中，搅拌均匀后喷洒至基材表面，然后进行退火处理3h，冷却后得到掺杂cdte纳米光伏材料。
所述步骤1中的碲粉浓度为25mg/l，所述聚乙烯吡咯烷酮的加入量是碲粉摩尔量的6%，所述超声搅拌的频率为7khz，所述超声搅拌时间为20min。
所述步骤2中的氯化镉加入量是碲粉摩尔量的1.1倍，所述水的加入量是无水乙醇的0.4，所述缓慢滴加的速度是6ml/min。
所述步骤2中的减压蒸馏的温度为85℃，所述减压蒸馏的压力为大气压的55%，所述减压蒸馏时间为2h，所述减压蒸馏的体积是原体积的45%。
所述步骤3中的氨气加入量是碲粉摩尔的1.6倍，所述曝气流速为12ml/min，所述曝气反应温度为65℃。
所述步骤4中的氯气的通入量是碲粉的2.0倍，所述氯气曝气反应的温度为80℃，所述曝气流速为6ml/min，所述恒压回流反应的压力为大气压，所述温度为105℃，所述回流采用水冷却。
所述步骤5中氯化镉甲醇溶液的浓度为13mg/l，所述搅拌速度为1800r/min。
所述步骤5中的喷洒量为3mg/cm2，所述退火温度为430℃，所述退火反应采用氮气保护退火反应，所述退火反应采用梯度退火法，即在230℃条件下反应2h，然后持续在350℃反应，直至反应结束前在430℃条件下反应0.5h。
选择一块fto玻璃，将其清洗干净并进一步干燥，其后向该fto玻璃上使用丝网印刷法印刷一层tio2薄膜层，于500℃下加热25min后得到负载于fto玻璃上的致密层，该致密层厚度为50nm，其后将由实施例3制得的光伏材料溶解旋涂于致密层上，并于80℃下加热10分钟使该光伏材料形成30nm的涂层贴于致密层上形成吸光层，再将对电极浆料通过丝网印刷法印制于该吸光层上，流平后置于80℃烘箱中干燥10min即得到太阳能电池，
进行电池性能测试，实验过程中采用在100mw/cm2太阳能模拟器(newport)am1.5g光照下进行，测得光电转化率为20.41%。在温度20摄氏度、湿度为45%的环境中保持20天后，测试其转化效率为19.12%。
实施例4
一种掺杂cdte纳米光伏材料的制备方法，其步骤如下：
步骤1，将碲粉放入无水乙醇中，加入聚乙烯吡咯烷酮，超声搅拌形成分散均匀的悬浊醇液；
步骤2，将氯化镉加入水中，搅拌溶解后缓慢滴加悬浊醇液，直至完全搅拌均匀，减压蒸馏至乙醇完全排除，得到悬浊水溶液；
步骤3，将悬浊水溶液放入反应釜中，然后通入氨气进行循环曝气反应4h，自然冷却，得到配位悬浊液；
步骤4，将配位悬浊液进行氯气曝气反应4h，然后恒压回流反应7h，冷却过滤后得到沉淀物；
步骤5，将沉淀物放入氯化镉甲醇液中，搅拌均匀后喷洒至基材表面，然后进行退火处理3h，冷却后得到掺杂cdte纳米光伏材料。
所述步骤1中的碲粉浓度为28mg/l，所述聚乙烯吡咯烷酮的加入量是碲粉摩尔量的7%，所述超声搅拌的频率为8khz，所述超声搅拌时间为25min。
所述步骤2中的氯化镉加入量是碲粉摩尔量的1.2倍，所述水的加入量是无水乙醇的0.4，所述缓慢滴加的速度是7ml/min。
所述步骤2中的减压蒸馏的温度为86℃，所述减压蒸馏的压力为大气压的57%，所述减压蒸馏时间为3h，所述减压蒸馏的体积是原体积的45%。
所述步骤3中的氨气加入量是碲粉摩尔的1.6倍，所述曝气流速为14ml/min，所述曝气反应温度为65℃。
所述步骤4中的氯气的通入量是碲粉的2.1倍，所述曝气流速为7ml/min，所述恒压回流反应的压力为大气压，所述温度为108℃，所述回流采用水冷却。
所述氯气曝气反应采用梯度反应，即63℃持续反应0.7h，85℃反应0.5h，100℃反应至结束。
所述步骤5中氯化镉甲醇溶液的浓度为14mg/l，所述搅拌速度为1700r/min。
所述步骤5中的喷洒量为3mg/cm2，所述退火温度为440℃，所述退火反应采用氮气保护退火反应，所述退火反应采用梯度退火法，即在220℃条件下反应2h，然后持续在350℃反应，直至反应结束前在440℃条件下反应0.5h。
选择一块fto玻璃，将其清洗干净并进一步干燥，其后向该fto玻璃上使用丝网印刷法印刷一层tio2薄膜层，于500℃下加热25min后得到负载于fto玻璃上的致密层，该致密层厚度为50nm，其后将由实施例4制得的光伏材料溶解旋涂于致密层上，并于80℃下加热10分钟使该光伏材料形成30nm的涂层贴于致密层上形成吸光层，再将对电极浆料通过丝网印刷法印制于该吸光层上，流平后置于80℃烘箱中干燥10min即得到太阳能电池，
进行电池性能测试，实验过程中采用在100mw/cm2太阳能模拟器(newport)am1.5g光照下进行，测得光电转化率为22.37%。在温度20摄氏度、湿度为45%的环境中保持20天后，测试其转化效率为20.07%。
以上所述仅为本发明的一实施例，并不限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。