[发明专利]新型化合物半导体及其应用

说明书

相关专利申请的交叉引用

本申请要求2011年5月13日提交的韩国申请No.10-2011-0045348、2011年5月13日提交的韩国申请No.10-2011-0045349、2011年5月25日提交的韩国申请No.10-2011-0049609和2012年5月11日提交的韩国申请No.10-2012-0050260的优先权，这些申请的全部内容通过引用的方式并入本申请中。

技术领域

本发明涉及一种可用于太阳能电池或者可作为热电材料的新型化合物半导体，及其制备方法和应用。

背景技术

化合物半导体不是诸如硅和锗的单一元素，而是含有两种或更多种复合元素、可用作半导体的化合物。现已发展出各种各样的化合物半导体并且应用于多个领域。例如，化合物半导体可应用于使用珀尔帖效应（Peltier effect）热电转换装置、使用光电转换效应的诸如发光二极管和激光二极管的发光装置、太阳能电池等等。

其中，热电转换装置可应用于热电转换生成、热电转换冷却等等。这里，在热电转换生成过程中，通过向热电转换装置施加温度差产生热电动势用于将热能转换为电能。

热电转换装置的能量转换效率取决于热电转换材料的性能指标ZT。这里，ZT是根据塞贝克系数、电导率、热导率等确定的。更具体地讲，ZT与塞贝克系数和电导率的平方成正比，与热导率成反比。因此，为了提高热电转换装置的能量转换效率，需要开发一种具有高塞贝克系数、高电导率、或低热导率的热电转换材料。

同时，由于太阳能电池不需要太阳光线以外的其他能源，因而是一种环保材料，因此被积极地研究作为一种未来的可替代能源。太阳能电池一般分为使用单一硅元素的硅太阳能电池、使用化合物半导体材料的化合物半导体太阳能电池、以及其中堆叠有至少两个具有不同带隙能量的太阳能电池的串接太阳能电池。

其中，化合物半导体太阳能电池在光吸收层中使用吸收太阳光线并产生电子-空穴对的化合物半导体材料，并且可以具体地使用例如GaAs、InP、GaAlAs和GaInAs等III-V族的化合物半导体材料，例如CdS、CdTe和ZnS等II-VI族的化合物半导体材料，以及以CuInSe₂为代表的I-III-VI族的化合物半导体材料。

所述太阳能电池的光吸收层需要出色的长期电气稳定性和长期光稳定性、高光电转换效率，以及通过改变或掺杂成分而易于控制的带隙能量或电导率。此外，如生产成本和成品率等条件也应该满足实际应用。然而，许多常规的化合物半导体无法一次性满足所有的这些条件。

发明内容

技术问题

本发明旨在解决现有技术的问题，因此，本发明的目的是：提供一种能够以多种方式用于热电转换装置、太阳能电池等的热电转换材料的新型化合物半导体，及其制备方法，以及使用所述化合物半导体的热电转换装置或太阳能电池。

从以下描述可以理解本发明的其他目的和优点，并且本发明的其他目的和优点通过本发明的实施例将变得显而易见。此外，可以理解的是，本发明的目的和优点可以通过所附权利要求书中的部件或它们的组合来实现。

技术方案

一方面，经过反复研究化合物半导体，本发明的发明人已经成功地合成了一种由化学式1表示的化合物半导体，并且发现，这种化合物可被用于热电转换装置的热电转换材料或太阳能电池的光吸收层。

化学式1

In_xCo_4-aSb_12-zQ_z

在化学式1中，Q是选自由以下各项组成的组的至少一种：O、S、Se和Te，0<x≤0.5，0<a≤1，并且0≤z≤4。

优选地，在化学式1中，Q是Te。

还优选地，在化学式1中，0<x≤0.4。

更优选地，在化学式1中，0<x≤0.25。

还优选地，在化学式1中，0<a≤0.5。

还优选地，在化学式1中，0<z≤4。

更优选地，在化学式1中，0<z≤2.5。

最优选地，在化学式1中，0<z≤1.5。

另一方面，本发明还提供一种由化学式1表示的化合物半导体的制备方法，所述方法包括：混合In、Co和Sb；并且对混合步骤中形成的混合物进行热处理。

优选地，在混合步骤中形成的混合物进一步包含选自O、S、Se、Te及其氧化物组成的组合中的至少一个。