[发明专利]一种中间带太阳能吸收半导体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种中间带太阳能吸收半导体及其制备方法，化学通式为MgIn_2‑xNi_xS₄，式中0<x<2，MgIn₂S₄三元化合物中部分In原子被Ni原子所取代得到MgIn_2‑xNi_xS₄，然后按照MgIn_2‑xNi_xS₄的化学计量比称取Mg、In、S和Ni原料，真空封装于石英玻璃管内升温至700‑800℃反应烧结，保温24‑48小时后随炉冷却，然后在相同条件下二次反应烧结即得；所得的中间带太阳能吸收半导体具有多带隙宽光谱太阳能吸收能力，有望推动中间带半导体材料与高效太阳能电池技术的发展。

技术领域

本发明属于光电转换半导体材料技术领域，具体涉及一种中间带太阳能吸收半导体及其制备方法。

背景技术

在主流太阳能电池吸收半导体材料如硅(Si)、铜铟镓硒(CIGS)、碲镉(CdTe)中，能量小于和超出带宽光子无法被半导体利用转换成光电流，造成太阳能电池效率受到限制。通过杂质能带工程，在半导体的母体化合物带隙中引入半满中间能带后，电子从价带激发到导带，另外电子从价带激发到中间带的空带以及从中间带的满态激发到导带，在这三种激发过程能隙范围内的光子都能被该中间带半导体材料吸收，从而更好的利用太阳光谱。正因如此，中间带光伏电池以其超越传统电池的超高效率优势，被视为第三代光伏技术的可选手段之一。

MgIn₂S₄三元化合物的光学吸收带隙为2.28eV，处于高效中间带太阳能电池吸收半导体材料优化值(2.0～2.5eV)范围内；另外，该化合物属于直接带隙半导体，其对可见光理论吸收系数高达10⁴～10⁵cm^-1。因此，以MgIn₂S₄作为受主，引入中间能带后就能吸收利用更多可见光和近红外光，MgIn₂S₄是一种良好的中间带半导体母体材料。

从国内外研究现状来看，目前还没有关于选择Ni原子取代MgIn₂S₄阳离子In位来调控受主半导体光电性能的相关报道，具有宽光谱太阳能吸收的中间带半导体材料种类仍然十分稀少，开发新的无机光电功能材料非常必要。

发明内容

为克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种中间带太阳能吸收半导体，通过半导体掺杂技术，利用过渡族原子Ni诱导中间杂质能带的产生，得到一种新型中间带半导体材料，实现多能带宽光谱太阳能吸收，有望推动中间带半导体材料与高效太阳能电池技术的发展。

本发明的目的还在于提供一种中间带太阳能吸收半导体的制备方法，通过真空固态烧结反应制得，工艺简单，易于操作。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种中间带太阳能吸收半导体，所述半导体的化学通式为MgIn_2-xNi_xS₄，式中0<x<2。

进一步地，所述半导体的母体化合物为MgIn₂S₄三元化合物。

进一步地，所述的MgIn₂S₄三元化合物中部分In原子被Ni原子所取代得到MgIn_2-xNi_xS₄，式中0<x<2。

进一步地，所述的过渡金属原子Ni优化的掺杂浓度不大于5at％。