黄铜矿结构中间带太阳能电池吸收层材料及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及黄铜矿结构中间带太阳能电池吸收层材料及其制备方法，所述材料的化学组成为CuAl1-xMxQ2，其中M=Sn、Sb、Ge、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni和Zn中的至少一种，Q=S和/或Se，0<x≤0.1；所述材料通过在黄铜矿结构化合物CuAlQ2中掺入掺杂元素M从而在宽禁带的CuAlQ2的带隙中引入半填充的中间带。本发明通过在黄铜矿结构化合物CuAlQ2的Al位掺杂M元素来调控其能带结构，引入中间带，使得材料的可吸收光谱拓宽，同时不造成开路电压下降，从而得到一种新型的中间带太阳能电池吸收层材料。
【专利说明】黄铜矿结构中间带太阳能电池吸收层材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于太阳能电池【技术领域】，具体涉及一种可用于中间带太阳能电池材料的黄铜矿结构类型的化合物 CuAlhMxQ2 (M=Sn, Sb、Ge、T1、V、Cr、Mn、Fe、Co、N1、Zn ;Q=S、Se)及其制备方法。
【背景技术】
[0002]对于传统的太阳能电池材料，一般只存在相应的导带和价带，而没有中间带，这使得一般的太阳能电池只能吸收太阳能光谱中大于其禁带宽度的高能量光谱，而对于能量低于禁带宽度的光则不能利用，因而限制了太阳能电池的效率。虽然可以通过制备叠层太阳能电池来拓宽可吸收的光谱范围，然而其工艺十分复杂，价格昂贵，难以推广普及。
[0003]1997年Luque等根据细致平衡理论(Detailed Balance)提出了中间带太阳能电池的物理模型。计算结果表明，中间带太阳能电池的效率最高能达到63.1%，高于单节太阳能电池的极限效率40.7%，也高于两节叠层太阳能电池的极限效率55.4%，因而近年来成为第三代太阳能电池的研究热点之一。
[0004]在太阳能电池的能带结构中引入中间带有三种方法:一是利用能带剪裁或量子尺寸效应，利用多量子点产生中间带；二是引入等电子中心，形成高失配合金；三是通过掺入杂质元素形成杂质中间带。通过掺杂形成中间带的方法相比其他方法，实现起来更为简单，容易进行大规模工业生产，有利于降低太阳能电池的生产成本，因而对该领域的探索在太阳能电池技术的发展中具有十分重要的意义。
[0005]CuAlS2曾被作为P型透明导体来进行研究，但在中间带太阳能电池领域尚未进行过探索。
【发明内容】
[0006]面对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种新型中间带太阳能电池吸收层材料及其制备方法。本发明人通过对黄铜矿结构的CuAlS(Se)2进行掺杂不同的元素，并对其制备工艺进行探索，发现掺杂能够有效地拓宽其光谱吸收范围。本发明的构思是:由于CuAlS(Se)2具有宽带隙的能带结构，因而只能吸收能量较大的光子。通过在Al位掺杂Sn、Sb、Ge以及多种过渡金属元素来调控其能带结构，在带隙中加入未填满的中间能带，这样，电子不仅能从价带直接跃迁到导带，也可以吸收能量较小的光子，先跃迁到中间带，再从中间带跃迁到导带，从而使可吸收的光谱范围拓宽，光电流增大，而光电压不变，因而可以提闻电池效率。
[0007]在此，一方面，本发明提供一种黄铜矿结构中间带太阳能电池吸收层材料，所述材料的化学组成为 CuAlhMxQ2，其中 M=Sn、Sb、Ge、T1、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni 和 Zn 中的至少一种，Q=S和/或Se，0〈x ( 0.1 (优选0.02 < X < 0.08);所述材料通过在黄铜矿结构化合物CuAlQ2中掺入掺杂元素M从而在宽禁带的CuAlQ2的带隙中引入半填充的中间带。
[0008]本发明通过在黄铜矿结构化合物CuAlQ2的Al位掺杂Sn、Sb、Ge以及多种过渡金属元素来调控其能带结构，在带隙中加入未填满的中间能带，这样，电子不仅能从价带直接跃迁到导带，也可以吸收能量较小的光子，先跃迁到中间带，再从中间带跃迁到导带，从而使可吸收的光谱范围拓宽，光电流增大，而光电压不变，因而可以提高电池效率。
[0009]本发明中，所述材料属四方晶系，空间群为I4-2d，具有变形的闪锌矿超格子结构，在结构中，Qt与两个Cu+和两个Al3+形成四面体配位，M占据Al位。
[0010]本发明中，所述材料相对于黄铜矿结构化合物CuAlQ2吸收光谱在400?1300nm范围内有大幅拓宽。
[0011]另一方面，本发明还提供上述黄铜矿结构中间带太阳能电池吸收层材料的制备方法，包括:以CuAlhMxQ2中各元素的单质、和/或Cu、Al、M的硫化物和/或硒化物为原料按化学组成配比进行配料后混合；
将混合的原料装入石英玻璃管中，经抽真空后封装，在650°C?850°C下进行第一次固相反应，反应时间为24?96小时；以及
开管后进行研磨，经抽真空后封装，在650°C?850°C下进行第二次固相反应，反应时间为24?96小时，即制得所述黄铜矿结构中间带太阳能电池吸收层材料。
[0012]本发明中，CuAlhMxQ2其本体以及掺杂原料均廉价易得，制备工艺简单。
[0013]较佳地,所述抽真空是抽至真空度小于10_2Pa。
[0014]再一方面，本发明还提供一种黄铜矿结构中间带太阳能电池吸收层材料的多晶薄膜的制备方法，包括:
(O多晶粉体的制备:根据上述的方法制备黄铜矿结构中间带太阳能电池吸收层材料的多晶粉体；
(2)多晶块体的制备:将所述多晶粉体通过冷压成型后烧结、热压烧结、或放电等离子烧结制成多晶块体材料；以及
(3)多晶薄膜的制备:将所述多晶块体材料作为靶材，通过磁控溅射或激光脉冲沉积制
得多晶薄膜。
[0015]本发明中，可以在制得上述黄铜矿结构中间带太阳能电池吸收层材料的基础上，继续制备黄铜矿结构中间带太阳能电池吸收层材料的多晶薄膜。制备工艺简单，制得的多晶薄膜质量优异。
[0016]较佳地，冷压成型后的烧结、热压烧结、和放电等离子烧结是在保护气氛下进行。
[0017]又一方面，本发明还提供一种黄铜矿结构中间带太阳能电池吸收层材料的多晶薄膜的制备方法，包括:
(1)非晶粉体的制备:以CuAlhMxQ2中各元素的单质、和/或Cu、Al、M的硫化物和/或硒化物为原料按化学组成配比进行配料后混合，将混合的原料在保护气氛下高能球磨6?10小时，制得CuAlhMxQ2非晶粉体；以及
(2)多晶薄膜的制备:将所述非晶粉体分散于溶剂中制成浆料后涂覆于衬底上并于硫族元素气氛中退火，制得多晶薄膜。
[0018]上述制备方法工艺简单，成本低廉，设备投资少，可控性强，重复性好，易于实现大规模生产。
[0019]较佳地，在原料中，Al粉的纯度为99.99%以上；Cu粉的纯度为99.7%以上；S粉的纯度为99.999%以上。[0020]本发明通过在黄铜矿结构化合物CuAlQ2的Al位掺杂Sn、Sb、Ge以及多种过渡金属元素来调控其能带结构，在带隙中加入未填满的中间能带，这样，电子不仅能从价带直接跃迁到导带，也可以吸收能量较小的光子，先跃迁到中间带，再从中间带跃迁到导带，从而使可吸收的光谱范围拓宽，光电流增大，而光电压不变，因而可以提高电池效率。另外，本发明所提供的太阳能电池材料的化合物CuAVxMxQ2 (M=Sn、Sb、Ge、T1、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni和Zn中的至少一种；Q=S和/或Se ；0<x ^ 0.1)其本体以及掺杂原料均廉价易得，制备工艺简单，材料的吸收光谱拓宽明显，是一种理想的新型中间带太阳能电池吸收层候选材料。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是CuAlS2体系掺入Sn后的能带结构图；
图2是CuAlS2及掺Sn样品粉末在可见光区的吸收光谱；
图3是CuAlS2及掺Sn样品粉末的XRD图谱。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
[0023]本发明的构思是:由于CuAlS(Se)2具有宽带隙的能带结构，因而只能吸收能量较大的光子。我们设法通过在Al位掺杂Sn、Sb、Ge以及多种过渡金属元素来调控其能带结构，在带隙中加入未填满的中间能带，这样，电子不仅能从价带直接跃迁到导带，也可以吸收能量较小的光子，先跃迁到中间带，再从中间带跃迁到导带，从而使可吸收的光谱范围拓宽，光电流增大，而光电压不变，因而可以提高电池效率。另外，本发明所提供的太阳能电池材料的化合物 CuAI1JMxQ2 (M=Sn、Sb、Ge、T1、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni 和 Zn 中的至少一种；Q=S和/或Se ；0<x ( 0.1)其本体以及掺杂原料均廉价易得，制备工艺简单，材料的吸收光谱拓宽明显，是一种理想的新型中间带太阳能电池吸收层候选材料。
[0024]本发明所采用的设计思路简述如下:
(1)CuAlS(Se)2具有宽带隙的能带结构，因而只能吸收能量较大的光子。我们设法通过在Al位掺杂Sn、Sb、Ge以及多种过渡金属元素来调控其能带结构,在带隙中加入未填满的中间能带，这样，电子不仅能从价带直接跃迁到导带，也可以吸收能量较小的光子，跃迁到中间带，再从中间带跃迁到导带，从而使可吸收的光谱范围拓宽，光电流增大，而光电压不变，因而可以提闻电池效率；
(2)CuAlhMxQ2 (M=Sn, Sb、Ge、T1、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni 和 Zn 中的至少一种；Q=S 和 /或Se ；0<x ≤( 0.1)其本体以及掺杂原料均廉价易得，制备工艺简单；
(3)从材料制备的角度，将组成材料的元素单质或用相应的硫族化物通过高温固相反应或高能球磨得到CuAlS(Se)2及其掺杂的粉体，而后通过传统的热压、冷压法或放电等离子体烧结得到多晶块体材料，再以此块体作为靶材,通过磁控溅射、激光脉冲沉积、球磨浆料提拉或旋涂来制备薄膜。
[0025]本发明一方面提供一种黄铜矿结构中间带太阳能电池吸收层材料，所述材料的化学组成为 CuAVxMxQ2，其中 M=Sn、Sb、Ge、T1、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni 和 Zn 中的至少一种，Q=S和/或Se，0〈x≤0.1，优选为0.02≤X≤0.08。[0026]通过在黄铜矿结构化合物CuAlQ2中掺入掺杂元素M从而在宽禁带的CuAlQ2的带隙中引入半填充的中间带。图1示出本发明一个示例中CuAlS2体系掺入Sn后的能带结构图，由图可知，掺入Sn成功地在材料的带隙中引入了中间带。
[0027]由于引入了中间带，因此电子不仅能从价带直接跃迁到导带，也可以吸收能量较小的光子，跃迁到中间带，再从中间带跃迁到导带，从而使可吸收的光谱范围拓宽。图2示出本发明一个不例中CuAlS2及掺Sn样品粉末在可见光区的吸收光谱，由图可知，掺杂Sn后的CuAlS2的吸收光谱具有较好的拓宽，说明通过掺杂有效地引入了中间带，从而使吸收光的范围变大。本发明中，通过掺入掺杂元素M，使得CuAlhMxQ2相对于CuAlQ2吸收光谱在400?1300nm范围内有大幅拓宽。
[0028]本发明中，CuAlhMxQ2晶体仍然保持了 CuAlQ2的黄铜矿结构。CuAlhMxQ2晶体属四方晶系，空间群为I4-2d(N0.122)，可以看成是变形的闪锌矿超格子结构。结构中，Q2_与两个Cu+和两个Al3+形成四面体配位，M占据Al位。图3示出本发明一个示例中CuAlS2及掺Sn样品粉末的XRD图谱，由图可知，掺杂后的产品，其晶体仍然保持了 CuAlS2的黄铜矿的结构，晶体构型未变。
[0029]本发明另一方面提供上述黄铜矿结构中间带太阳能电池吸收层材料的制备方法。在这里，黄铜矿结构中间带太阳能电池吸收层材料是指其多晶粉体材料。作为示例，该制备方法可以包括以下步骤。
[0030](a)配料:以CuAI1JMxQ2中各元素的单质、和/或Cu、Al、M的硫化物和/或硒化物为原料按化学组成配比进行配料后混合。所选用的原料只要一起包含了 CuAlhMxQ2中的所有元素即可，例如可以是CuAlhMxQ2中各元素的单质；也可以是Cu、Al、M中至少一种元素的硫化物和/或硒化物、以及其余各元素的单质。所选用的原料的纯度优选为高纯。在一个示例中，原料中Al粉的纯度为99.99%以上；Cu粉的纯度为99.7%以上；S粉的纯度为99.999% 以上。
[0031](b)第一次固相反应:混合料装入石英玻璃管，经抽真空(例如小于I(T2Pa)后封装，于650°C?850°C进行固相反应，反应时间为24?96小时，优选为24?48小时。
[0032](c)第二次固相反应:开管后粉体进行研磨，经抽真空(例如小于10_2Pa)后再封装，于650°C?850°C进行固相反应，反应时间为24?96小时，优选为24?48小时，即得到纯相CuAlhMxQ2多晶粉体。
[0033]本发明通过进行两次固相反应，可以得到纯相的黄铜矿结构的CuAlhMxQ2。而且光制备工艺简单，成本低廉，原料利用率高，可控性强，重复性好，易于实现大规模生产。
[0034]本发明再一方面提供黄铜矿结构中间带太阳能电池吸收层材料的多晶薄膜的制备方法。具体地，作为示例，可以包括以下步骤。
[0035](I)多晶粉体的制备:根据上述的黄铜矿结构中间带太阳能电池吸收层材料的制备方法制备黄铜矿结构中间带太阳能电池吸收层材料的多晶粉体，具体可以参见上述步骤
Ca)?(C)。
[0036](2)多晶块体的制备:将制得的多晶粉体进行烧结，制得多晶块体。烧结优选在保护气氛(例如Ar、N2等)下进行。烧结方法例如可以是先冷压成型再烧结、热压烧结、或者放电等离子烧结。在一个示例中，将多晶粉体先在10?30MPa的压力下冷压成型，再于650?950°C烧结制得多晶块体。在另一个示例中，将多晶粉体于650?950°C在10?30MPa的压力下热压烧结制得多晶块体。在又一个示例中，将多晶粉体在700?850°C下以40?60MPa的压力进行放电等离子烧结制得多晶块体。
[0037](3)多晶薄膜的制备:将制得的多晶块体作为靶材，通过制膜工艺在衬底上制备多晶薄膜。所采用的制膜工艺例如可以为磁控溅射或激光脉冲沉积。
[0038]在一个示例中，先采用磁控溅射法制得预制薄膜，再将预制薄膜于硫元素和/或硒元素气氛下退火，即制得多晶薄膜。其中磁控溅射法的工艺参数可以为:功率为80?150W，压力为0.2?0.4Pa，溅射时间I?5小时，所采用的衬底可以根据需要选择，例如为Si/Si02衬底。退火温度可以为500?800°C，退火时间可以为I?5小时。
[0039]在另一个示例中，采用激光脉冲沉积制得多晶薄膜，其制备方法可以参见现有技术(例如中国专利CN100588737C)。
[0040]本发明中，可以在制得黄铜矿结构中间带太阳能电池吸收层材料(多晶粉体)的基础上，继续制备其多晶薄膜。制备工艺简单，制得的多晶薄膜质量优异。
[0041]本发明还提供黄铜矿结构中间带太阳能电池吸收层材料的多晶薄膜的另一种制备方法。具体地，作为示例，可以包括以下步骤。
[0042]( I)非晶粉体的制备:
1-a)配料:参照上述步骤(a)进行配料；
Ι-b)高能球磨:将混合的原料在保护气氛(例如氩气等)下高能球磨6?10小时，制得CuAlhMxQ2非晶粉体。
[0043](2)多晶薄膜的制备:将CuAI1JMxQ2非晶粉体分散于溶剂(例如酒精等)中制成浆料，将制得的浆料涂覆于衬底上并于硫元素和/或硒元素气氛中退火，制得多晶薄膜。其中，采用的涂覆方法例如可以是提拉法或旋涂法。衬底可以根据需要选择。退火温度可以为500?800°C，退火时间可以为I?5小时。
[0044]上述制备方法工艺简单，成本低廉，设备投资少，可控性强，重复性好，易于实现大规模生产。
[0045]<性能评价>
1、多晶粉体的吸收光谱
对本发明所得多晶粉体经充分研磨、制样后在日本东芝公司的U — 3010分光光度仪器测试其吸收光谱。
[0046]2、多晶粉体的XRD图谱
将本发明所得的多晶粉体充分碾磨、制样后在日本Rigaku2000V全自动X射线衍射仪上测试其XRD图谱。
[0047]以在CuAlS2体系掺入Sn为例，其测试结果参见图1?图3。从掺杂体系的能带结构图(图1)中可以看到，掺入Sn成功地在材料的带隙中引入了中间带。吸收光谱测试(图
2)表明掺杂Sn后的CuAlS2的吸收光谱具有较好的拓宽，其相对于CuAlS2，其吸收光谱在400?1300nm范围内有大幅拓宽，说明通过掺杂有效地引入了中间带，从而使吸收光的范围变大。而XRD图谱(图3)表明，掺杂后的样品，其晶体仍然保持了 CuAlS2的黄铜矿的结构，晶体构型未变。
[0048]本发明通过在黄铜矿结构化合物CuAlQ2的Al位掺杂Sn、Sb、Ge以及多种过渡金属元素来调控其能带结构，在带隙中加入未填满的中间能带，这样，电子不仅能从价带直接跃迁到导带，也可以吸收能量较小的光子，先跃迁到中间带，再从中间带跃迁到导带，从而使可吸收的光谱范围拓宽，光电流增大，而光电压不变，因而可以提高电池效率。另外，本发明所提供的太阳能电池材料的化合物CuAl1JMxQ2 (M=Sn、Sb、Ge、T1、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni和Zn中的至少一种；Q=S和/或Se ；0<x ^ 0.1)其本体以及掺杂原料均廉价易得，制备工艺简单，材料的吸收光谱拓宽明显，是一种理想的新型中间带太阳能电池吸收层候选材料。而且本发明还提供了 CuAlhMxQ2多晶薄膜的制备方法，可以应用于薄膜太阳能电池吸收层的制备。
[0049]下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的时间、温度、压力等工艺参数也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
[0050]实施例1
采用Al粉、Cu粉、Sn粉以及S粉按CuAlhSnxS2 (x=0, 0.02，0.04，0.08)的化学计量比称量并装入玻璃管，抽真空(小于10_2Pa)后用氢氧火焰熔封，接着将样品升温至650°C进行固相反应，反应时间为24h。开管后粉体进行研磨再封装，进行第二次固相反应，反应温度850°C，反应时间24h，再次开管后碾磨，得到粉体样品。图1示出CuAlS2体系掺入Sn后的能带结构图，由图可知，掺入Sn成功地在材料的带隙中引入了中间带。图2示出CuAlS2及掺Sn样品粉末在可见光区的吸收光谱，由图可知，掺杂Sn后的CuAlS2的吸收光谱具有较好的拓宽，说明通过掺杂有效地引入了中间带，从而使吸收光的范围变大。图3示出CuAlS2及掺Sn样品粉末的XRD图谱，由图可知，掺杂后的样品，其晶体仍然保持了 CuAlS2的黄铜矿的结构，晶体构型未变。
[0051]实施例2
采用Al粉、Cu粉、Sb粉以及S粉按CuAVxSbxS2 (x=0, 0.02，0.04，0.08)的化学计量比称量并装入玻璃管，抽真空(小于I(T2Pa)后用氢氧火焰熔封，接着将样品升温至700°C进行固相反应，反应时间为24h。开管后粉体进行研磨再封装，进行第二次固相反应，反应温度850°C，反应时间24h，再次开管后碾磨，得到粉体样品。
[0052]实施例3
采用自制或购买的Cu2S与Al粉、Sn粉以及S粉按CuAlhSnxS2 (x=0, 0.02，0.04，0.08)的化学计量比称量并装入玻璃管，抽真空(<10_2Pa)后用氢氧火焰熔封，接着将样品升温至650°C进行固相反应，反应时间为24h。开管后粉体进行研磨再封装，进行第二次固相反应，反应温度850°C，反应时间24h，再次开管后碾磨，得到粉体样品。
[0053]实施例4
采用Al粉、Cu粉、Ge粉及S粉按CuAlhGexS2 (x=0, 0.02，0.04，0.08)的化学计量比称量并装入玻璃管，抽真空(小于I(T2Pa)后用氢氧火焰熔封，接着将样品升温至800°C进行固相反应，反应时间为24h。开管后进行研磨，得到粉体样品。在20MPa的压力下将粉体冷压成型，并置于700°C下烧结，得到多晶块体。
[0054]实施例5
采用Al粉、Cu粉、V粉以及S粉按CuAl1-JxS2 (x=0, 0.02，0.04，0.08)的化学计量比称量并装入玻璃管，抽真空(小于I(T2Pa)后用氢氧火焰熔封，接着将样品升温至850°C进行固相反应，反应时间为24h。开管后进行研磨，得到粉体样品。在800°C、20MPa的压力下对粉体进行热压烧结，得到多晶块体。
[0055]实施例6
采用 Al 粉、Cu 粉、Sn 粉及 Se 粉按 CuAl1^xSnxSe2 (x=0, 0.02，0.04，0.08)的化学计量比称量并装入玻璃管，抽真空(小于10_2Pa)后用氢氧火焰熔封，然后升温至650°C进行固相反应，反应时间为24h。开管后粉体进行研磨再封装，升温至850°C进行第二次固相反应，时间为24h。将所得到的纯相粉体，在700— 850°C下以40~60MPa的压力进行放电等离子烧结，制成多晶块体材料。
[0056]实施例7
采用Al粉、Cu粉、V粉以及S粉按CuAl1-JxS2 (x=0, 0.02，0.04，0.08)的化学组成进行配料，在充满氩气的手套箱中将原料装入高能球磨罐，并放入高能球磨机中球磨8h，得到非晶粉体。
[0057]实施例8
将实施例4中得到的多晶块体作 为靶材，通过激光脉冲沉积的方法，在Si/Si02衬底上，600°C下沉积lh，得到多晶薄膜。
[0058]实施例9
将实施例5中得到的多晶块体作为靶材，通过磁控溅射得到预制薄膜，其中功率为100W，压力为0.3Pa，衬底为Si/Si02，溅射时间2h。然后在H2S的气氛下，将预制膜于700°C退火lh，得到多晶薄膜。
[0059]实施例10
将实施例7中得到的非晶粉体分散在酒精中，转速7000rpm下旋涂得到预制膜。然后在H2S的气氛下，将预制膜于750°C退火lh，得到多晶薄膜。
[0060]产业应用性:本发明通过在CuAlS(Se)2中的Al位掺入一定量的元素M，引入中间带，使得材料的可吸收光谱拓宽，同时不造成开路电压下降，从而得到一种新型的中间带太阳能电池吸收层材料，可以应用于太阳能电池领域等。
【权利要求】
1.一种黄铜矿结构中间带太阳能电池吸收层材料，其特征在于，所述材料的化学组成为 CuAlhMxQ2，其中 M=Sn、Sb、Ge、T1、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni 和 Zn 中的至少一种，Q= S 和 / 或Se，0〈x ( 0.1 ;所述材料通过在黄铜矿结构化合物CuAlQ2中掺入掺杂元素M从而在宽禁带的CuAlQ2的带隙中引入半填充的中间带。
2.根据权利要求1所述的黄铜矿结构中间带太阳能电池吸收层材料，其特征在于，所述材料属四方晶系，空间群为I4-2d，具有变形的闪锌矿超格子结构，在结构中，Q2_与两个Cu+和两个Al3+形成四面体配位，M占据Al位。
3.根据权利要求1或2所述的黄铜矿结构中间带太阳能电池吸收层材料，其特征在于，所述材料相对于黄铜矿结构化合物CuAlQ2吸收光谱在400~1300 nm范围内有大幅拓宽。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的黄铜矿结构中间带太阳能电池吸收层材料，其特征在于，0.02≤X≤0.08。
5.一种权利要求1至4中任一项所述的黄铜矿结构中间带太阳能电池吸收层材料的制备方法，其特征在于，包括: 以CuAlhMxQ2中各元素的单质、和/或Cu、Al、M的硫化物和/或硒化物为原料按化学组成配比进行配料后混合； 将混合的原料装入石英玻璃管中，经抽真空后封装，在650°C~850°C下进行第一次固相反应，反应时间为24~96小时；以及 开管后进行研磨，经抽真空后封装，在650°C~850°C下进行第二次固相反应，反应时间为24~96小时，即制得所述黄铜矿结构中间带太阳能电池吸收层材料。
6.根据权利要 求5所述的制备方法，其特征在于，所述抽真空是抽至真空度小于10_2Pa。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，在原料中，Al粉的纯度为99.99%以上；Cu粉的纯度为99.7%以上；S粉的纯度为99.999%以上。
【文档编号】H01L31/032GK103633165SQ201310617976
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2013年11月27日
【发明者】黄富强, 郭晨光, 杨重寅, 王耀明 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所