[发明专利]镓配方油墨及其制备和使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及镓配方油墨，还涉及镓配方油墨的制备方法，还涉及使用所述镓配方油墨在基材上沉积第1b族/镓/(任选的铟)/第6a族材料的方法。

背景技术

在过去二十年间，人们已经广泛研究了第1b族/第3b族/第6a族材料的薄膜制造在很多潜在领域的应用，包括例如开关装置、光生伏打装置、非线性光学装置、离子电池装置和高密度相变数据存储装置。

第1b族/第3a族/第6a族材料的一个非常有前途的应用是用于制造光伏电池，用来将太阳光转化为电能。具体来说，制造基于第1b-3a-6a族的混合金属硫属化物材料(包括例如二硒化铜铟(CuInSe₂)，二硒化铜镓(CuGaSe₂)和二硒化铜铟镓(CuIn_1-xGa_xSe₂))的光伏电池受到人们的关注，因为这些器件具有很高的太阳能-电能转化效率。有时候，人们通常将第1b-3a-6a族混合金属硫属化物半导体通称为CIGS材料。常规的CIGS太阳能电池包括背面电极(例如钼层)、CIGS吸收子层、CdS结配偶子层(junction partner layer)、任选的透明缓冲层(例如氧化锌)、以及透明导电氧化物层电极(例如铝掺杂的ZnO_x，氧化铟锡，SnO₂)；其中将钼层沉积在基材上，CIGS吸收子层介于钼层和CdS结配偶子层之间，所述CdS结配偶子层介于CIGS吸收子层和透明导电氧化物层电极之间。

影响第1b族/3a族/6a族材料沉积膜的广泛应用的一个难题是廉价的制造技术的开发。用来沉积第1b族/3a族/6a族材料的常规方法通常包括使用基于真空的方法，包括例如真空蒸发、溅射和化学气相沉积(例如金属-有机化学气相沉积)。这些沉积技术具有低生产力能力和高成本。为了促进以高生产能力廉价地大规模生产结合了第1b族/3a族/6a族材料沉积的应用的体系，人们希望能够提供基于液体的沉积技术。

Schulz等人在美国专利第6,126,740号中公开了用来液体沉积半导体前体的方法。Schulz等人公开了一种包含金属硫属化物纳米颗粒和挥发性包封剂的胶体悬浮液，所述胶体悬浮液通过以下方式制备：使得金属盐与硫属化物盐在有机溶剂中反应，使得金属硫属化物沉淀出来，回收该金属硫属化物沉淀物，然后在非水性有机溶剂中将所述金属硫属化物沉淀物与挥发性包封剂混合起来。Schulz等人还公开了可以将所述胶体悬浮液喷雾沉积在基材上，形成半导体前体膜。Schulz等人公开了特别优选用于胶体悬浮液及其应用方法的金属是铜、铟、镓和镉。

Mitzi等人在“高效溶液沉积的薄膜光伏器件(A High-Efficiency Solution-Deposited Thin-Film Photovoltaic Device)”Advanced Materials，第20卷，第3657-62页(2008)中揭示了一种用来沉积硒、制造CIGS材料的液体沉积法(″Mitzi I″)。Mitzi I揭示了使用包含肼等的硒油墨作为液体媒介，用来在制备薄膜CIGS层的制备工艺中沉积硒。但是，肼是一种高毒性的易爆材料。因此，Mitzi I的方法在大规模制造含硒的半导体器件的领域中，其可用性受到限制。

作为Mitzi I中描述的含肼的硒油墨的替代的方法，Mitzi等人在使用高移动性旋涂硫属化物半导体的低压晶体管(Low-Voltage Transistor Employing a High-Mobility Spin-Coated Chalcogenide Semiconductor)，Advanced Materials第17卷，第1285-89页(2005)中描述了另一种方法(″Mitzi II″)。Mitzi II揭示了使用肼鎓前体材料沉积硒化铟，用来形成薄膜晶体管的硒化铟通道。Mitzi II还揭示了除了SnS_2-xSe_x，GeSe₂和In₂Se₃体系以外，其这种肼鎓法可以类似地扩展到其它的硫属化物。