[發(fā)明專利]一種中間帶太陽能吸收半導(dǎo)體及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711326419.6
• 申請(qǐng)日: 2017-12-13
• 公開（公告）號(hào): CN108091710B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳平;馬學(xué)亮;張華;王永存
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海電機(jī)學(xué)院
• 主分類號(hào): H01L31/032
• 分類號(hào): H01L31/032;H01L31/04;H01L31/18
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 胡永宏

本發(fā)明公開了一種中間帶太陽能吸收半導(dǎo)體及其制備方法，化學(xué)通式為MgIn_2?xNi_xS₄，式中0<x<2，MgIn₂S₄三元化合物中部分In原子被Ni原子所取代得到MgIn_2?xNi_xS₄，然后按照MgIn_2?xNi_xS₄的化學(xué)計(jì)量比稱取Mg、In、S和Ni原料，真空封裝于石英玻璃管內(nèi)升溫至700?800℃反應(yīng)燒結(jié)，保溫24?48小時(shí)后隨爐冷卻，然后在相同條件下二次反應(yīng)燒結(jié)即得；所得的中間帶太陽能吸收半導(dǎo)體具有多帶隙寬光譜太陽能吸收能力，有望推動(dòng)中間帶半導(dǎo)體材料與高效太陽能電池技術(shù)的發(fā)展。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種中間帶太陽能吸收半導(dǎo)體及其制備方法。

背景技術(shù)

在主流太陽能電池吸收半導(dǎo)體材料如硅(Si)、銅銦鎵硒(CIGS)、碲鎘(CdTe)中，能量小于和超出帶寬光子無法被半導(dǎo)體利用轉(zhuǎn)換成光電流，造成太陽能電池效率受到限制。通過雜質(zhì)能帶工程，在半導(dǎo)體的母體化合物帶隙中引入半滿中間能帶后，電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，另外電子從價(jià)帶激發(fā)到中間帶的空帶以及從中間帶的滿態(tài)激發(fā)到導(dǎo)帶，在這三種激發(fā)過程能隙范圍內(nèi)的光子都能被該中間帶半導(dǎo)體材料吸收，從而更好的利用太陽光譜。正因如此，中間帶光伏電池以其超越傳統(tǒng)電池的超高效率優(yōu)勢(shì)，被視為第三代光伏技術(shù)的可選手段之一。

MgIn₂S₄三元化合物的光學(xué)吸收帶隙為2.28eV，處于高效中間帶太陽能電池吸收半導(dǎo)體材料優(yōu)化值(2.0～2.5eV)范圍內(nèi)；另外，該化合物屬于直接帶隙半導(dǎo)體，其對(duì)可見光理論吸收系數(shù)高達(dá)10⁴～10⁵cm^-1。因此，以MgIn₂S₄作為受主，引入中間能帶后就能吸收利用更多可見光和近紅外光，MgIn₂S₄是一種良好的中間帶半導(dǎo)體母體材料。

從國內(nèi)外研究現(xiàn)狀來看，目前還沒有關(guān)于選擇Ni原子取代MgIn₂S₄陽離子In位來調(diào)控受主半導(dǎo)體光電性能的相關(guān)報(bào)道，具有寬光譜太陽能吸收的中間帶半導(dǎo)體材料種類仍然十分稀少，開發(fā)新的無機(jī)光電功能材料非常必要。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種中間帶太陽能吸收半導(dǎo)體，通過半導(dǎo)體摻雜技術(shù)，利用過渡族原子Ni誘導(dǎo)中間雜質(zhì)能帶的產(chǎn)生，得到一種新型中間帶半導(dǎo)體材料，實(shí)現(xiàn)多能帶寬光譜太陽能吸收，有望推動(dòng)中間帶半導(dǎo)體材料與高效太陽能電池技術(shù)的發(fā)展。

本發(fā)明的目的還在于提供一種中間帶太陽能吸收半導(dǎo)體的制備方法，通過真空固態(tài)燒結(jié)反應(yīng)制得，工藝簡單，易于操作。

本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種中間帶太陽能吸收半導(dǎo)體，所述半導(dǎo)體的化學(xué)通式為MgIn_2-xNi_xS₄，式中0<x<2。

進(jìn)一步地，所述半導(dǎo)體的母體化合物為MgIn₂S₄三元化合物。

進(jìn)一步地，所述的MgIn₂S₄三元化合物中部分In原子被Ni原子所取代得到MgIn_2-xNi_xS₄，式中0<x<2。

進(jìn)一步地，所述的過渡金屬原子Ni優(yōu)化的摻雜濃度不大于5at％。