科创中国
光伏材料及其制备方法
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2023-05-09 12:07:05
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：天津市滨海新区| 宋学姮 | 2023-05-17 13:09:19
本发明提供一种光伏材料及其制备方法。一种光伏材料，分子式为Cu(Al1‑y,Xy)Se2，其中X为第IV主族元素、Ti、V或者Fe，y＝0.03～0.25；所述光伏材料为类似CuAlSe2的正交晶系黄铜矿型结构，其中X元素替代部分Al原子的晶格位置。上述材料可以同时吸收近红外和可见波段的太阳光。使用该新型材料作为吸收层制作光伏器件时，既可以具有宽禁带半导体的高电压特性，也具有窄禁带材料的高电流特性，从而使得光伏器件具有更高转化效率。
一种光伏材料的制备方法，其特征在于，所述光伏材料的分子式为Cu(Al1-y,Xy)Se2，其中X为Si，0.1＜y≤0.25，具体包括以下步骤：采用共蒸镀法分别加热蒸发或者用电子束蒸发铜、铝、硒及X元素的靶材，在衬底的表面沉积制备所述光伏材料，所述光伏材料为类似CuAlSe2的正交晶系黄铜矿型结构，其中X元素替代部分Al原子的晶格位置，所述铜、铝、硒的靶材的加热温度由以下步骤确定：采用共蒸镀法分别同时加热铜、铝、硒的靶材，在衬底表面沉积生成正交晶系黄铜矿型结构的CuAlSe2材料，并且该CuAlSe2材料的摩尔比组成为Cu:Al:Se＝1.0:(0.9～1.1):2.0。
太阳能电池是利用太阳能最有效、最广泛的一种方式，低成本和高效率一直都是 太阳能电池技术发展的动力和目标。以单晶硅为代表的第一代太阳能电池和以非晶硅薄膜 为代表的第二代太阳能电池都无法同时满足高效率和低成本的要求。目前，以叠层太阳能 电池和中间带太阳能电池等为代表的第三代太阳能电池能很好地解决高效率和低成本的 冲突问题。
传统的太阳能电池材料，吸收太阳能光谱中大于电池材料禁带宽度的高能量光 谱，对低于其禁带宽度的低能量光子无法利用，限制了太阳能电池的效率。
中国科学院深圳先进技术研究院提升了粤港地区及我国先进制造业和现代服务业的自主创新能力，推动我国自主知识产权新工业的建立，成为国际一流的工业研究院。 深圳先进院目前已初步构建了以科研为主的集科研、教育、产业、资本为一体的微型协同创新生态系统，由九个研究平台，国科大深圳先进技术学院，多个特色产业育成基地、多支产业发展基金、多个具有独立法人资质的新型专业科研机构等组成。开展先进技术研究，促进科技发展。信息、电子、通讯技术研究新材料、新能源技术研究高性能计算、自动化、精密机械研究生物医学与医疗仪器研究相关学历教育、博士后培养与学术交流。
本发明提供一种光伏材料Cu (Ah-y，Xy) Se2，其中X为第IV主族元素、Ti、V或者Fe，该 光伏材料通过共价键结合，有一定的离子键成分，具有正方晶系黄铜矿型结构。与CuAlSe2 材料相比，该CiKAl^X^Ses材料实际上是由X元素取代部分A1元素形成深能级，该深能级 差不多处于禁带中央，将禁带宽度2.70eV分裂为两个部分，从而产生了杂质中间带;这样能 够同时充分吸收和利用对应于带隙为2.7eV以及子带隙的能带宽度的光子。本发明不使用 昂贵稀少的金属In，成本较低。
技术合作
以上所述实施例仅表达了本发明的一种或几种实施方式，其描述较为具体和详 细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技 术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发 明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
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