[发明专利]一种掺杂稀土元素的光伏薄膜材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种掺杂稀土元素的光伏薄膜材料。

背景技术

世界经济的现代化，得益于化石能源，如石油、天然气与煤炭的广泛的投入应用。因而它是建筑在化石能源基础之上的一种经济。然而，由于这一经济的资源载体将在21世纪上半叶迅速地接近枯竭。因此开发和利用新的能源迫在眉睫。

太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。1839年，光生伏特效应第一次由法国物理学家A.E.Becquerel发现。1883年第一块太阳能电池由Charles.Fritts制备成功。Charles用锗半导体上覆上一层极薄的金层形成半导体金属结，器件只有1%的效率。1946年Russell.Ohl申请了现代太阳能电池的制造专利。到了1950年代，随着半导体物性的逐渐了解，以及加工技术的进步，1954年当美国的贝尔实验室在用半导体做实验发现在硅中掺入一定量的杂质后对光更加敏感这一现象后，第一个太阳能电池1954年在贝尔实验室诞生。太阳能电池技术的时代终于到来。

太阳能电池根据所用材料的不同，太阳能电池还可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池、塑料太阳能电池等。

第VI主族元素(X=O,S,Se,Te)与过渡族金属(A=Cu,Zn,Cd)构成的化合物是良好的半导体材料，并已经应用于光伏薄膜材料(如CdTe等)，同时为了提高光电转换效率，掺入第III主族元素(Z=Al,Ga,In,Ta)，构成新型的光伏薄膜材料(如ZnAlO[AZO]，CuInGaSe₂[CIGS]，CuInSe2等)。目前市场上具有规模生产的太阳能电池平均效率约在15%左右的新型太阳能电池为CdTe和CIGS（copper indium gallium selenide）电池。因此该类材料具有广阔的应用前景和巨大的商业潜在价值。

然而，该类材料仍然需要提高光电转化效率，降低制备材料的成本，例如CuInGaSe[CIGS]中的铟和镓在地球储备含量中非常稀少，如果进行大规模生产，势必会显著影响其生产结构、成本和价格以及整个产业链可持续发展的周期等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种掺杂稀土元素的光伏薄膜材料，还能，本发明制备的光伏薄膜材料具有磁学和半导体性质，成本低，光电转化率高，能够持续大规模生产，用于太阳能电池等众多领域。

本发明提供一种掺杂稀土元素的光伏薄膜材料，以稀土元素和光伏薄膜材料进行掺杂，获得掺稀土元素的光伏薄膜材料，所述光伏材料为单晶硅、多晶硅、非晶硅、多元化合物、有机聚合物中的一种。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，向第六主族元素X与过渡族金属A构成的化合物中掺杂稀土元素R，即得掺稀土元素的光伏薄膜材料。

进一步，所述第六主族元素与过渡族金属构成的氧化物与稀土氧化物混合，烧制形成陶瓷靶材，利用分子束外延或磁控溅射的方法生长掺稀土元素A-R-O单晶、多晶或非晶的光伏薄膜材料。

进一步，所述第六主族元素与过渡族金属构成的硫化物粉末与稀土硫化物粉末混合，烧制形成陶瓷靶材，利用分子束外延或磁控溅射的方法生长掺稀土元素A-R-S单晶、多晶或非晶的光伏薄膜材料。

进一步，所述第六主族元素与过渡族金属构成的硒化物高纯靶材与稀土金属靶材利用分子束外延或磁控溅射共溅射的方法生长掺稀土元素A-R-Se单晶、多晶或非晶的光伏薄膜材料。

进一步，所述第六主族元素与过渡族金属构成的锑化物高纯靶材与稀土金属靶材利用分子束外延或磁控溅射共溅射的方法生长掺稀土元素A-R-Te单晶、多晶或非晶的光伏薄膜材料。

进一步，所述第六主族元素与过渡族金属构成的锑化物高纯靶材、高纯Ga靶材以及稀土金属靶材利用分子束外延或磁控溅射共溅射的方法生长掺稀土元素A-R-Ga-Te单晶、多晶或非晶的光伏薄膜材料，

进一步，所述第六主族元素与过渡族金属构成的硒化物高纯靶材、高纯Ga靶材以及稀土金属靶材利用分子束外延或磁控溅射共溅射的方法生长掺稀土元素A-R-Ga-Se单晶、多晶或非晶的光伏薄膜材料。

进一步，所述稀土元素单质和多晶硅原料及杂质放入石英坩埚内，高温烧制，得到掺杂稀土元素的单晶硅光伏薄膜材料。