[发明专利]新型硫属化合物半导体材料

说明书

所属技术领域

本发明涉及新型硫属化合物半导体材料系列M₃Q₂X₂(M＝Zn，Cd，Hg；Q＝S，Se，Te；X＝Cl，Br，I)。

背景技术

材料、信息和能源三大产业的发展程度已经被公认为是一个国家综合国力强弱的重要标志，其中材料又是信息和能源产业的物质基础。每一种重要新材料的产生都是人类社会发展过程的里程碑。本世纪最重要的研究领域之一就是新材料的研发。半导体材料作为一种重要的高科技材料，在当代能源技术如直流输电和太阳能电池等中起着异常重要的作用。在直流输电中半导体主要应用于长途大功率输电，它有着非常明显的优点：输送同样功率的电造价比较低——因为交流电需要三根输送线，直流电却只需要两根电线，输电线路杆的结构也比输送交流电的简单；输电过程中功耗小，除了电阻损耗外，没有电感、电容形成的阻抗；输电过程中对电磁波的干扰比较小；以及输电过程不受相位同步的限制等等。鉴于上述优点，直流输电已经得到越来越广泛的应用。我国长江三峡电站就是采用直流输电，葛洲坝电站向广东和华东输电也采用了直流50万伏的输电办法。

太阳能光伏发电的核心部件是太阳能电池。阳光照在半导体的p-n结上，形成电子和空穴对，在p-n结电场的作用下，电子由p区流向n区，空穴由n区流向p区，接通电路后就可以产生电流。这就是光伏效应太阳能电池的工作原理。1877年R.E.Day和W.G.Adams研究了硒的光伏效应，并成功制作出第一片硒太阳能电池。这使得人们感到用太阳能直接发电是十分有前景的。但是经过多年的研究后，人们发现这种方式发电的光电转换效率很低(＜1％)。为了能够提高太阳能发电的光电转换效率，100多年来人们做出了持续不懈的努力。1954年的时候光电转换效率已经提高到了10％。1958年，美国卫星Vanguard-1号第一次装上了太阳能电池，并成功地连续运行了8年。人们在以后发射的人造卫星上，几乎都采用了太阳能电池供电。在各国的宇宙探索中，由于太阳能电池使用寿命长、重量轻、不需要燃料供给，奠定了它的无竞争对手的牢固地位。现在各国太阳能电池的研发工作主要是围绕着提高光电转换效率和克服因太阳光辐射而造成的光电性能方面的衰退问题。

目前，太阳能电池材料除了采用已有的单晶硅外，人们还研发了砷化嫁、硫化镉、多晶硅、铜铟硒、碲化镉等太阳能电池材料。但是，一方面由于它的发电成本太高，另一方面由于它的光电转换效率还有待进一步提高，所以直到现在太阳能电池仍然未得到普遍应用。不过随着我国的《可再生能源法》的实施，我国的太阳能光伏发电将得到迅速的发展。据预测在近几年内我国在太阳能光伏电池研究、生产、应用产品的开发方面将形成一个世界级的产业基地，并且在国际太阳能光伏产业领域中会占据比较重要的地位。所以，开发具有高的光电转换效率和低的发电成本的可用于太阳能电池的半导体材料仍然是很有意义的。

为了获得良好的可以用于制造太阳能电池的半导体材料，带隙宽度为1.35eV的化合物是最佳的选择。因为在这个带隙宽度，材料可以充分利用太阳光，有利于提高光电较换效率。例如以下两种材料的光电较换效率就比较高：CuInSe₂的带隙宽度为1.04eV，它的光电较换效率为17％；CdTe的带隙宽度为1.50eV，它的光电较换效率为15.8％。我们的研究工作是通过研究新的化合物半导体，为研究这类光电转换材料提供新的思路，最终获得带隙宽度接近1.35eV的化合物半导体材料。

发明内容

本发明的目的是要合成带隙宽度接近1.35eV的化合物半导体材料。为此，需要选择合适的元素来进行合成反应。