[发明专利]一种减小硫化铟半导体光学带隙的方法

说明书

本发明涉及一种减小In₂S₃半导体光学带隙的方法，具体在于以In₂S₃二元硫化物为母体半导体，通过Sn元素掺杂调控其能带，形成化学分子式为In_2‑xSn_xS₃(0.04≤x≤0.2)的半导体。与现有技术相比，本发明通过对In₂S₃半导体掺杂Sn元素，可以大幅度减小In₂S₃半导体材料的禁带宽度，增加其对太阳能光谱的吸收能力，从而扩大In₂S₃半导体材料的利用范围，使其可以直接用作太阳能电池吸收材料，对太阳能电池的发展具有实际意义。

技术领域

本发明涉及光伏半导体领域，尤其是涉及一种减小In₂S₃半导体光学带隙的方法。

背景技术

自21世纪以来，科技发展日新月异，对能源的需求也日益增长，开发新的能源利用方式是当今科学发展的重中之重。由于太阳能具有储量丰富，清洁干净，可以就地开发利用，不存在运输问题等优势，迅速成为新能源开发与利用的焦点。半导体太阳能电池的开发已经成为当下太阳能利用的一种重要途径。其中，开发性能优良的半导体吸收材料是太阳能电池的基础。通过对半导体材料的电子能带结构，光学性质等光电性能进行调控，以期望达到对太阳能源的高效利用。考虑到与太阳光谱的匹配度，禁带宽度在1.0eV～1.5eV的半导体最适合作为太阳能电池的吸收层。例如传统的Si、CdTe，CuInSe₂太阳电池的禁带宽度分别为～1.12eV、～1.5eV、～1.04eV，对太阳能源的利用较为高效。

二元硫族化物A₂B₃(A＝Al,Ga,In；B＝S,Se,Te)由于其合适的禁带宽度，独特的光学和电学特性以及良好的催化性能而受到广泛关注。在这些化合物中，In₂S₃具有非毒，稳定性好，光电特性优良等特点，是一种很重要的半导体材料。但是In₂S₃为中等带隙半导体，禁带宽度为2eV左右，不适合用作太阳能电池吸收层。因此亟需以In₂S₃为研发起点做出一种改进的半导体材料，以满足禁带宽度的要求。

CN201611152892公开了一种纯相In₂S₃半导体薄膜的硫化辅助电沉积制备方法，电解液中含有摩尔比为100：(2.5-10)：(1-10)：(40-100)的氯化锂、氯化铟、亚硫酸钠和硫代硫酸钠，电解液的pH值介于2.5-3.75之间，电解液经搅拌后用电沉积法在氧化铟锡(ITO)玻璃基底上制备出了附着力良好的预沉积薄膜，然后将预沉积薄膜置于硫粉和惰性气氛保护条件下于200-600℃下恒温，得到纯相高结晶性的In₂S₃半导体薄膜。但该种制备方法获得的In₂S₃半导体薄膜还是无法满足禁带宽度在1.0eV～1.5eV的要求，因此无法实现其在半导体材料材料中的应用。

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减小In₂S₃半导体光学带隙的方法。具体来说就是在在母体化合物In₂S₃中掺杂Sn元素，改变其构成组分，减小其禁带宽度，从而有效提升太阳能吸收效率。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种减小In₂S₃半导体光学吸收带隙的方法，通过Sn元素掺杂母体半导体，形成化学分子式为In_2-xSn_xS₃(0.04≤x≤0.2)的半导体，以此减小In₂S₃半导体禁带宽度。