[发明专利]一种多元金属硫族化合物及其制造方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种多元金属硫族化合物及其制造方法，更具体地，是有关于一种应用于制作半导体薄膜太阳能电池的靶材及/或油墨的前驱材料的多元金属硫族化合物及其制造方法，于常压下合成多元金属类硫化合物的纳米粉末时，可采用纯度3N5-5N的纯元素(Cu/In/Ga/Se/S)及/或硒化物及/或硫化物为起始物，所含的一种以上的金属元素可全部选自构成元素的纯元素粉体，及/或，可利用一种以上的金属合金粉末，依原子比例调配，经由液相合成法于常压在无水无氧的条件下进行合成，于高温下螯合反应所生成的多元金属硫族化合物为半导体薄膜太阳能电池的靶材及/或油墨的前驱材料。

背景技术

近年来，铜铟镓硒化合物半导体薄膜太阳能电池(Copper Indium Galliumdiselenide Solar Cell，以下简称CIGS Solar Cell)从1997年University of Maine提出的电池效率约6％发展至今，美国能源研究所(NREL)于2008年发表最佳电池效率达19.9％，具有高效率及可长时间稳定使用的地步，故其应用范围也因此而多样化，并可应用于例如发电厂、建筑建材等。

CIGS太阳能电池(CIGS Solar Cell)是指吸收外部太阳光波长进而产生电流的活性层(Active layer)的组成为Cu(In_1-xGa_x)Se₂。其电池光电效率因已达19.9％的高效率表现而受注目，这种高质量的CIGS(Cu、In、Ga、Se)薄膜，传统上是采用高真空多源共蒸镀铜(Cu)、铟(In)、镓(Ga)及硒(Se)等元素，同时对基板施加高温500℃～600℃产生化学反应化合而成。该蒸镀法的原理，是在同一个真空腔体内，置入铜、铟、镓、硒四种蒸镀源，分别控制其蒸发速率，同时沉积于基板之上，并对基板施加高温进行化合，以形成该CIGS薄膜。然而，这种方法因为材料利用率不够高、膜厚均匀度不够好、混合均匀度不一、基板需要高温加热等问题，造成良率不佳、材料及设备成本增加、生产尺寸无法放大等结果，进而影响其生产性。

除了共蒸镀技术之外，尚有采用单一溅镀靶材铜-铟-镓合金(以下简称CIGalloy)或是采用预镀二元合金的金属前驱物，形成CIG(Cu、In、Ga)薄膜，接着在高温的环境下，通入硒蒸气或硒化氢(H₂Se)气体或硫化氢(H₂S)气体进行硒化或硫化制程，产生CIGS薄膜。然而，硒化或硫化制程是复杂且耗时的工程，不但需要很高的制程温度，也会增加制程成本及降低生产速率，更重要的是使用了剧毒性气体硒化氢，所采用的设备等级提高又增加了设备成本。

又，为了改善材料利用率、提升生产效率及提升生产尺寸，尚有电镀法(Electrodeposition)、化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition)、喷涂法(SprayDeposition)等制程方法发展，然而这些都受限于电池效率不佳、材料利用率不佳或是结晶晶相不佳等因素，影响其生产性。

又，油墨涂布法(Ink-jet printing)可提升材料利用率及生产尺寸，但其仍受限于电池效率低落、薄膜制程须在高温下通入氢气还原并通入硒化氢气体硒化、薄膜结晶晶相不佳或是油墨制造不易、生产条件须高温高压环境下合成或流程繁杂等问题，影响其生产性。

已知的CIGS纳米粉体的合成方法有以下数种：

于非专利文献，1998.Journal of Materials Chemistry 8：2209-11，Carmalt etal.提出的采用金属卤化物及钠金属硫族元素化合物以液相置换合成法(Solution phase metathesis synthesis)，将前驱物置入甲苯中加热回流72小时反应产出。

又，于US Patent No.612740，Schulz et al.提出以碘化亚铜(CuI)、碘化铟(InI₃)及碘化镓(GaI₃)及硒化钠(Na₂Se)溶于吡啶(pyridine)中反应产出。