[发明专利]新的化合物半导体及其用途

说明书

技术领域

本公开内容涉及一种可用于太阳能电池或用作热电材料的新型化合物半导体材料，以及该材料的制备方法和用途。

本申请要求在韩国于2011年5月13日提交的韩国专利申请No.10-2011-0045348、于2011年5月13日提交的韩国专利申请No.10-2011-0045349、于2011年5月25日提交的韩国专利申请No.10-2011-0049609和于2012年5月11日提交的韩国专利申请No.10-2012-0050256的优先权，这些申请的全部内容通过引用并入本说明书中。

背景技术

化合物半导体并非例如硅和锗的单一元素，而是含有两种或更多种复合元素用作半导体的化合物。多种化合物半导体已经被开发出并使用于许多领域中。例如，化合物半导体可以用于利用Peltier效应的热电转换装置、利用光电转换效应的发光装置(如发光二极管和激光二极管)或者太阳能电池等。

在这些用途中，热电转换装置可以应用于热电转换发电或热电转换冷却等。此处，在热电转换发电中，利用向热电转换装置施加温度差所产生的温差电动势来进行热能向电能的转换。

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。此处，ZT根据Seebeck系数、电导率、热导率等来确定。更详细而言，ZT与Seebeck系数的平方和电导率成正比，与热导率成反比。因此，为了增强热电转换装置的能量转换效率，需要开发出具有高Seebeck系数、高电导率或低热导率的热电转换材料。

同时，太阳能电池由于其无需太阳光线以外的能源而具有环境友好的性质，因此作为未来替代能源正在被积极地研究。太阳能电池通常可以分类为：利用单一硅元素的硅太阳能电池，利用化合物半导体的化合物半导体太阳能电池，以及堆叠有至少两个具有不同带隙能的太阳能电池的串联太阳能电池。

在这些太阳能电池中，化合物半导体太阳能电池在吸收太阳光线并产生电子-空穴对的光吸收层中使用化合物半导体，并且特别可以使用III-V族中的化合物半导体如GaAs、InP、GaAlAs和GaInAs，II-VI族中的化合物半导体如CdS、CdTe和ZnS，以及由CuInSe₂表示的I-III-VI族中的化合物半导体。

太阳能电池的光吸收层要求优异的长期电、光稳定性和较高的光电转换效率，并且易于通过改变组成或掺杂而对带隙能或传导率进行控制。另外，例如生产成本和产量的条件也应满足实际应用的需要。然而，许多常规的化合物半导体无法同时满足所有这些条件。

发明内容

技术问题

本公开内容旨在解决现有技术中的问题，因此，本公开内容的目的在于提供一种新型化合物半导体材料、该化合物半导体材料的制备方法以及使用该化合物半导体材料的热电转换装置或太阳能电池，所述化合物半导体材料可以以多种方式用于热电转换装置的热电转换材料、太阳能电池等。

本公开内容的其它目的和优势将从下面的描述中得到理解，并通过本公开内容的实施方案而变得显而易见。另外，应该理解，本公开内容的目的和优势可以通过所附权利要求书中限定的组分或其组合而加以实现。

技术方案

一方面，在对化合物半导体进行反复研究后，本公开内容的发明人成功地合成了由化学式1表示的化合物半导体，并发现该化合物可以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_xM_yCo_4-m-aA_mSb_12-n-z-bX_nQ′_z

在化学式1中，M为选自Ca、Sr、Ba、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zn、Ag、Cd、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的至少一种；A为选自Fe、Ni、Ru、Rh、Pd、Ir和Pt中的至少一种；X为选自Si、Ga、Ge和Sn中的至少一种；Q′为选自O、S和Se中的至少一种；0<x<1；0<y<1；0≤m≤1；0≤n<9；0<z≤2；0≤a≤1；0<b≤3；0<n+z+b<12。

优选地，在化学式1中，0<x≤0.25。

还优选地，在化学式1中，0<x+y≤1。

还优选地，在化学式1中，0<n+z<9。