[发明专利]一种Cu基半导体材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种Cu基半导体材料，其特征在于，Cu基半导体材料的成分为Cu₃Nb_1‑xMo_xS₄，其中0＜x≤0.1为原子百分比，所述的Cu基半导体材料为三元混合硫化物。与现有技术相比，本发明提出以性能优良的高透明的p型材料Cu₃NbS₄作为基底材料，通过过渡元素Mo掺杂调控其电子能带结构，从而达到增强其光学吸收的目的。由实验测得光学吸收谱发现，本征半导体的只能吸收部分光子，掺入Mo后光学吸收都明显增强。光学增强的原因正是因为掺杂引入的杂质带使电子多了一条跃迁路径，从而吸收新的光子。本发明大大改善Cu₃NbS₄半导体材料的光学吸收，使其在光伏领域有更好的应用前景。

技术领域

本发明涉及半导体材料领域，尤其是涉及一种Cu基半导体材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来随着人们对环境的重视，对新能源的需要变得越来越迫切，太阳能成为新型能源被广泛利用。现今，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，尤其是能源危机及传统能源对环境污染程度日趋严重，更加快了人类对太阳能探索的步伐。开发清洁环保能源成为人类面临的重大问题，研究太阳能电池因此也成为21世纪科学研究的重要领域之一。

目前半导体的应用领域十分广阔，在太阳能电池方面最为突出，这就要求半导体材料有较强的光学吸收。而传统的半导体材料只能吸收带隙附近的光子，很难再提高它的光学吸收，其大规模普及与应用受到一定程度的限制。目前现有的这种技术很难满足市场的需要。

现阶段，太阳能电池吸收层光学吸收效率比较低，主要原因是传统的半导体材料(如Cu₃NbS₄材料)只能吸收带隙附近的光子，而一些低于带隙能量的光子不能被半导体吸收，高于带隙的光子很难被利用。杂质带半导体材料的匮乏与制备技术还不够成熟，这一系列的问题导致杂质带半导体发展受阻。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种Cu基半导体材料及其制备方法和应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

为了获得这种杂质半导体，母体材料的选取与合适的掺杂元素选择至关重要。Cu₃NbS₄是一种黄铜矿基p型透明导电化合物，具有吸光能力强、可见光响应范围大等特点，因此非常适合作为基底材料。通过系统的实验与理论研究，发现用Mo这种过渡元素掺杂Cu₃NbS₄母体，使其代替Nb位能得到一种光学性质较强的半导体材料。基于这种特点，本发明获得了一种改进Cu₃NbS₄光学吸收的方法，来解决传统半导体光学吸收较低的问题。

Cu₃NbS₄是一种高导电﹑高透明的p型化合物，本身具有很好的光学吸收能力。本发明运用过渡元素Mo掺杂本证半导体Cu₃NbS₄，从而在母体带隙中形成新的杂质中间能带，通过实验和理论计算的分析发现能有效提高Cu₃NbS₄的光学吸收能力。

本发明中Cu基半导体材料的成分为Cu₃Nb_1-xMo_xS₄，其中0＜x≤0.1为原子百分比，所述的Cu基半导体材料为三元混合硫化物。

进一步地，所述的Cu基半导体材料的成分为Cu₃Nb_0.9Mo_0.1S₄。

进一步地，所述的Cu基半导体材料的太阳能吸收能力与Mo的原子百分比呈正比。