[發(fā)明專利]用于光電用途的混合的鉍和銅的氧化物和硫化物

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580018047.3
• 申請日: 2015-04-03
• 公開（公告）號: CN106660821B
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發(fā)明（設計）人: T.勒默希埃爾;P.巴布;T.勒巴赫
• 申請（專利權）人: 羅地亞經(jīng)營管理公司;法國國家科學研究中心
• 主分類號: C01G29/00
• 分類號: C01G29/00;H01L31/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 周李軍;楊思捷

本發(fā)明涉及一種包含至少一種具有式Bi_1?xM_xCu_1?y?εM’_yOS_1?zM”_z的化合物的材料、用于生產(chǎn)所述材料的方法以及其作為半導體的用途，如用于光電或光化學用途以及特別地用于提供光電流。本發(fā)明進一步涉及使用所述化合物的光電裝置。

本發(fā)明涉及旨在特別地用于尤其通過光電效應提供光電流的無機半導體化合物的領域。

當今，使用無機化合物的光電技術主要是基于硅技術(大于80％的市場)以及基于“薄層”技術(主要地CdTe和CIGS(銅銦鎵硒)，代表20％的市場)。光電市場的增長看起來是指數(shù)的(在2010年累積40GW，在2011年累積67GW)。

不幸地，這些技術遭受以下缺點：限制了它們滿足這個增長的市場的能力。這些缺點包括從機械和安裝觀點來看關于硅的較差柔性，以及用于“薄層”技術的元素的毒性和稀缺性。具體地，鎘、碲和硒是有毒的。此外，銦和碲是稀有的，這尤其對它們的成本具有影響。

由于這些原因，尋求免除銦、鎘、碲和硒的使用或減少其比例。

已經(jīng)推薦的用于替換CIGS中的銦的一種路線是使用(Zn²⁺，Sn⁴⁺)對來替換它。在這一背景下，尤其已經(jīng)提出了化合物Cu₂ZnSnSe₄(被稱為CZTS)?，F(xiàn)今這種材料被認為是就效力而言對于CIGS的最重大的后繼者，但是具有硒的毒性的缺點。

關于硒和碲，已經(jīng)提出了很少的替代解決方案，并且它們通常證明是不利的。的確已經(jīng)測試了如SnS、FeS₂和Cu₂S的化合物，但是，盡管它們具有有利的本征特性(間隙、傳導率等)，它們并未證明是足夠化學穩(wěn)定的(例如：在與空氣和水份接觸時Cu₂S非常容易地轉化為Cu₂O)。

就本發(fā)明人所知道的，迄今為止沒有公開用于獲得良好的光電效力而沒有與在光電系統(tǒng)中使用的元素的毒性和/或稀缺性相關的問題的令人滿意的解決方案。

確切地說，本發(fā)明的一個目的是提供對于在目前光電技術中使用的那些的替代性無機化合物，這使得可能避免上述問題。

為此，本發(fā)明提出了使用一種新穎的無機材料家族，對于這些無機材料諸位發(fā)明人現(xiàn)在已經(jīng)出人意料地展示了它們被證明具有良好的效力，并且它們具有不需要使用或以非常低的含量使用稀有或有毒的金屬(如上述In、Te或Cd)的優(yōu)點，并且還提供了使用陰離子的可能性，例如減少含量的Se或Te，或者甚至不使用這種類型的陰離子的可能性。

本發(fā)明的主題之一是一種新穎的材料，該新穎的材料包含至少一種具有式(I)的化合物：

Bi_1-xM_xCu_1-y-εM’_yOS_1-zM”_z (I)

其中：

M是選自組(A)的一種元素或多種元素的混合物，該組由Pb、Sn、Hg、Ca、Sr、Ba、Sb、In、Tl、Mg、稀土金屬組成，

M’是選自組(B)的一種元素或多種元素的混合物，該組由Ag、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ga、Mg、Al、Cd組成，

M”是鹵素，

x、y和z是小于1、特別地小于0.6、尤其小于0.5、例如小于0.2的數(shù)字，

其中數(shù)字x、y或z中的至少一個是非零的，并且

0≤ε<0.2。

在它們存在時，元素M、M’和M”通常是分別占據(jù)元素Bi、元素Cu和元素S的位置的取代元素。