[發明專利]一種硫釩銅礦結構的多晶體材料及其應用

無效

• 申請號: 201010508505.0
• 申請日: 2010-10-15
• 公開（公告）號: CN102031565A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: 萬松明;呂憲順;苗鳳秀;鄧贊紅;顧桂新;張慶禮;殷紹唐
• 申請（專利權）人: 中國科學院安徽光學精密機械研究所
• 主分類號: C30B29/46
• 分類號: C30B29/46;C30B28/02;H01L31/0264;H01L31/0368;H01L31/18
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發明涉及無機非金屬材料技術領域，具體涉及一種硫釩銅礦結構的多晶體材料及其應用。

背景技術

當今人類面臨著實現經濟和社會可持續發展的重大挑戰，在有限資源和環境保護的雙重制約下發展經濟已成為全球熱點問題。太陽能是儲量無限、普遍存在的最清潔的能源，它的開發利用是解決能源問題和環境問題最重要的措施之一。利用半導體材料的光伏效應把太陽能轉化為電能是太陽能開發的重要手段之一。專家預計，到本世紀30-50年代，光伏發電將超過核電，達到世界總發電量的15-20％，成為人類的基礎能源之一。近年來，世界各主要發達國家紛紛制定了龐大的光伏發電發展計劃，使太陽能光電成為全球發展最快的能源形式。隨著我國經濟的快速發展，能源短缺和環境保護問題日益突出，低成本高效率地利用太陽能對我國的經濟和社會發展尤為重要。我國是太陽能資源豐富的國家之一，全國總面積2/3以上地區年日照時數大于2000小時。現階段我國的光伏電源系統主要應用于農村電氣化、交通、通信、石油、氣象、國防等方面，對邊遠地區的社會、經濟和文化發展已經起到了十分重要的作用。

太陽能電池主要包括：硅基、CuInSe₂基、GaAs基、CdTe基、染料敏化電池和有機太陽能電池。其中硅基光伏電池組件是目前應用最廣的太陽能光伏電池組件，具有光電轉換效率高、使用壽命長的優點，但是其制作成本高，難以達到大面積推廣的成本要求。CuInSe₂是另外一種研究較多的光伏電池材料，但是由于In是地殼中的稀缺元素(有些國家已將其列為戰略儲備物資)，不但價格比較昂貴，而且有持續上漲的趨勢，必將導致電池的生產成本的進一步增加；同時CuInSe₂在濕熱環境中也不夠穩定。包含GaAs的疊層電池具有光電轉化效率高的特點，但也存在生產成本高、生產和回收過程中的污染等問題。CdTe基電池具有制作簡單，光電轉換效率較高的優點，但也存在Cd的污染和Te元素稀缺等缺點。染料敏化電池和有機光伏電池雖然具有制作成本低，易于規模化生產，能量反饋時間短等特點，但是目前染料敏化電池的穩定性還比較差、工作溫度范圍也有限；有機光伏電池也存在光電轉化效率較低、使用壽命較短等缺點。以上這些問題都制約了太陽能光伏電池的大面積推廣和應用。

降低成本、提高轉化效率、延長電池的使用壽命一直是太陽能光伏發電技術廣泛應用的基礎。為此，一方面需要在原有的光伏電池基礎之上進行技術改造和設計新型結構的電池；另一方面也需要不斷探索生產成本低、轉化效率高、無污染的新型電池材料。無機薄膜電池具有材料用量少、制作簡單、壽命長、發電效率高的優點，是未來光伏電池發展的重要方向。在無機薄膜電池中，吸收層材料是決定整個電池性能的關鍵。

發明內容

本發明的目的是提供一種硫釩銅礦結構的多晶體材料及其應用，并提供多晶體的粉體和薄膜的制備方法。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為：

一種硫釩銅礦結構的多晶體材料，其特征在于：其分子式為Cu₃MX₄，其中M＝V、Nb、Ta，X＝S、Se、Te。

所述的一種硫釩銅礦結構的多晶體材料，其特征在于：分子結構為立方晶系，屬于空間群，硫釩銅礦結構。

所述的一種硫釩銅礦結構的多晶體材料，其特征在于：為P型半導體材料，能帶間隙在1.0eV～3.0eV之間。

所述的一種硫釩銅礦結構的多晶體材料，其特征在于：其為粉末狀或薄膜狀。

所述的一種硫釩銅礦結構的多晶體材料，其特征在于：作為太陽能光伏電池的吸收層。

種硫釩銅礦結構的多晶體的粉體的制備方法，其特征在于：采用真空固相合成法制備：按照化學計量比稱取銅粉、釩粉和硫粉，將所述銅粉、釩粉和硫粉放入玻璃管中，并將玻璃管抽真空密封；將抽真空密封后的玻璃管置于電阻爐中，以350～550℃的溫度恒溫加熱，加熱時間為1天，得到中間產物，所述中間產物包含未反應的原料和硫釩銅礦結構多晶粉體；加熱后將玻璃管中的中間產物取出并研磨均勻后，再次放入玻璃管中，對玻璃管再次抽真空密封后，置于電阻爐中，以350～550℃的溫度恒溫加熱6天，獲得硫釩銅礦結構的化合物多晶體的粉體。