[发明专利]一种铜锌镓硒四元半导体合金及其制备方法

说明书

本发明的目的在于提供一种铜锌镓硒四元半导体合金及其制备方法，所述铜锌镓硒四元半导体合金其元素组成的原子比为：铜：0.8‑1，镓：0.7‑1，锌：0‑0.3，硒：2‑2.5，其中锌的摩尔份数不能等于0。通过对该铜锌镓硒四元半导体合金的物相、半导体物理参数分析，测试结果显示铜锌镓硒四元半导体合金是物相均一的黄铜矿半导体合金，为P型半导体。

技术领域

本发明属于合金领域，特别提供一种铜锌镓硒四元半导体合金及其制备方法。

背景技术

太阳能等可再生能源技术代表了清洁能源的发展方向，作为最具可持续发展理想特征的太阳能电池将进入人类能源结构并成为基础能源的重要组成部分，大力开发和使用太阳能是人类解决未来替代能源问题、可再生循环利用资源问题和生态环境问题的必然选择。目前，太阳能电池还主要是硅基太阳能电池占绝对优势。晶体硅电池价格和生产过程中的高耗能、高污染是其致命缺陷。此外，由于晶体硅是间接带隙半导体，吸光系数低，因此晶体硅，包括单晶硅和多晶硅太阳能电池吸光层的厚度通常在200～ 300微米之间，这与无机薄膜太阳能电池厚度(1～2微米)相比，半导体材料的使用量相差了100倍以上。

无机薄膜太阳能电池因为半导体材料用料少和光电转换效率高成为当前太阳能电池领域的一个研究热点。薄膜太阳能电池中，碲化镉(CdTe)，铜铟镓硒(CIGS)和非晶硅是三个最有应用前景的半导体材料。虽然铜铟镓硒薄膜电池具有高的转换效率，但是该电池的吸光层薄膜中含有金属铟，而铟在世界属于稀缺资源，全球预估铟储量仅5万吨，其中可开采的占50％。目前由于未发现独立的铟矿，只能通过工业提纯废锌、废锡的方法生产、回收金属铟，回收率约为50-60％，虽然回收率较高，但是真正能得到的铟也只有1.5-1.6万吨。由于铟在工业领域具有合金的维生素这一美誉，因此被广泛应用于焊料、合金轴承、钢铁、有色金属的防腐装饰件、塑料金属化等方面。近年来由于民众对于电子产品需求量逐渐加大，光电子领域对于金属铟的消耗也日益增大，因此可以预见在不久的将来，金属铟可能会出现资源紧张的局面。由于铟属于稀缺资源，因此价格较高，所以含铟产品的成本也居高不下，导致产品在市场上难以拥有较高的占有率。因此寻找代替铜铟镓硒薄膜太阳能电池中金属元素铟成为亟待解决的难题。

作为丰产元素的金属锌在这一方面表现出了较大优势。我国是锌储量大国，目前锌的存储量为9384万吨，居世界第4位，含有丰富的锌资源。锌的价格是铟的价格二十分之一左右，从价格和存储量的对比来看，锌具有绝对的优势。因此在薄膜太阳能电池上使用锌代替铟制备铜锌镓硒吸光层具有较强可行性。

本发明采用真空熔炼的手段制备出一种铜锌镓硒四元半导体合金，对其进行物相分析，得到了物相均一、黄铜矿结构的铜锌镓硒四元半导体合金，制备的该合金为P型半导体材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜锌镓硒四元半导体合金及其制备方法，制备所得的铜锌镓硒四元半导体合金显示了P型半导体性质。

本发明具体提供了一种铜锌镓硒四元半导体合金，其特征在于，所述铜锌镓硒四元半导体合金其元素组成的原子比为：

铜：0.8-1

镓：0.7-1

锌：0-0.3

硒：2-2.5

其中锌的摩尔份数不能等于0。

优选为：

铜：0.8-0.9

镓：0.7-0.8

锌：0.1-0.3

硒：2-2.5。

对该铜锌镓硒四元半导体合金进行了物相、半导体物理参数分析，相关测试结果显示铜锌镓硒四元半导体合金是物相均一的黄铜矿半导体合金，为P型半导体。