[發明專利]一種摻雜稀土元素的光伏薄膜材料

有效

• 申請號: 201310047954.3
• 申請日: 2013-02-06
• 公開（公告）號: CN103137720A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 劉盼;周文平;班士良
• 申請（專利權）人: 內蒙古大學
• 主分類號: H01L31/0296
• 分類號: H01L31/0296;H01L31/032
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 楊立

技術領域

本發明涉及一種摻雜稀土元素的光伏薄膜材料。

背景技術

世界經濟的現代化，得益于化石能源，如石油、天然氣與煤炭的廣泛的投入應用。因而它是建筑在化石能源基礎之上的一種經濟。然而，由于這一經濟的資源載體將在21世紀上半葉迅速地接近枯竭。因此開發和利用新的能源迫在眉睫。

太陽能電池是通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉化成電能的裝置。1839年，光生伏特效應第一次由法國物理學家A.E.Becquerel發現。1883年第一塊太陽能電池由Charles.Fritts制備成功。Charles用鍺半導體上覆上一層極薄的金層形成半導體金屬結，器件只有1%的效率。1946年Russell.Ohl申請了現代太陽能電池的制造專利。到了1950年代，隨著半導體物性的逐漸了解，以及加工技術的進步，1954年當美國的貝爾實驗室在用半導體做實驗發現在硅中摻入一定量的雜質后對光更加敏感這一現象后，第一個太陽能電池1954年在貝爾實驗室誕生。太陽能電池技術的時代終于到來。

太陽能電池根據所用材料的不同，太陽能電池還可分為：硅太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池、納米晶太陽能電池、有機太陽能電池、塑料太陽能電池等。

第VI主族元素(X=O,S,Se,Te)與過渡族金屬(A=Cu,Zn,Cd)構成的化合物是良好的半導體材料，并已經應用于光伏薄膜材料(如CdTe等)，同時為了提高光電轉換效率，摻入第III主族元素(Z=Al,Ga,In,Ta)，構成新型的光伏薄膜材料(如ZnAlO[AZO]，CuInGaSe₂[CIGS]，CuInSe2等)。目前市場上具有規模生產的太陽能電池平均效率約在15%左右的新型太陽能電池為CdTe和CIGS（copper?indium?gallium?selenide）電池。因此該類材料具有廣闊的應用前景和巨大的商業潛在價值。

然而，該類材料仍然需要提高光電轉化效率，降低制備材料的成本，例如CuInGaSe[CIGS]中的銦和鎵在地球儲備含量中非常稀少，如果進行大規模生產，勢必會顯著影響其生產結構、成本和價格以及整個產業鏈可持續發展的周期等。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種摻雜稀土元素的光伏薄膜材料，還能，本發明制備的光伏薄膜材料具有磁學和半導體性質，成本低，光電轉化率高，能夠持續大規模生產，用于太陽能電池等眾多領域。

本發明提供一種摻雜稀土元素的光伏薄膜材料，以稀土元素和光伏薄膜材料進行摻雜，獲得摻稀土元素的光伏薄膜材料，所述光伏材料為單晶硅、多晶硅、非晶硅、多元化合物、有機聚合物中的一種。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

進一步，向第六主族元素X與過渡族金屬A構成的化合物中摻雜稀土元素R，即得摻稀土元素的光伏薄膜材料。

進一步，所述第六主族元素與過渡族金屬構成的氧化物與稀土氧化物混合，燒制形成陶瓷靶材，利用分子束外延或磁控濺射的方法生長摻稀土元素A-R-O單晶、多晶或非晶的光伏薄膜材料。

進一步，所述第六主族元素與過渡族金屬構成的硫化物粉末與稀土硫化物粉末混合，燒制形成陶瓷靶材，利用分子束外延或磁控濺射的方法生長摻稀土元素A-R-S單晶、多晶或非晶的光伏薄膜材料。

進一步，所述第六主族元素與過渡族金屬構成的硒化物高純靶材與稀土金屬靶材利用分子束外延或磁控濺射共濺射的方法生長摻稀土元素A-R-Se單晶、多晶或非晶的光伏薄膜材料。

進一步，所述第六主族元素與過渡族金屬構成的銻化物高純靶材與稀土金屬靶材利用分子束外延或磁控濺射共濺射的方法生長摻稀土元素A-R-Te單晶、多晶或非晶的光伏薄膜材料。

進一步，所述第六主族元素與過渡族金屬構成的銻化物高純靶材、高純Ga靶材以及稀土金屬靶材利用分子束外延或磁控濺射共濺射的方法生長摻稀土元素A-R-Ga-Te單晶、多晶或非晶的光伏薄膜材料，

進一步，所述第六主族元素與過渡族金屬構成的硒化物高純靶材、高純Ga靶材以及稀土金屬靶材利用分子束外延或磁控濺射共濺射的方法生長摻稀土元素A-R-Ga-Se單晶、多晶或非晶的光伏薄膜材料。

進一步，所述稀土元素單質和多晶硅原料及雜質放入石英坩堝內，高溫燒制，得到摻雜稀土元素的單晶硅光伏薄膜材料。