[发明专利]一种AgGaS2

说明书

本发明涉及一种AgGaS₂基中间带半导体材料及其制备方法，以光电性能优良的AgGaS₂为中间带母体半导体，运用Ⅵ族元素Sn掺杂本征半导体AgGaS₂的Ga位，在本征半导体的带隙中引入一条中间杂质带能有效提高AgGaS₂的光学吸收能力，通过电子态密度分析，引入的杂质带主要由元素Sn‑5s与S‑3p杂化形成。本发明形成一种具有中间能带的新型半导体，具有拓宽吸收光谱的能力，有望应用于高效太阳能电池领域。

技术领域

本发明涉及半导体材料技术领域，具体涉及一种AgGaS₂基中间带半导体材料及其制备方法。

背景技术

半导体科学与技术带动了新材料、新器件、新技术和新的交叉学科的发展创新，并在许多技术领域引起了革命性变革和进步，已经成为与国家经济发展、社会进步以及国防安全密切相关的重要科学技术。

随着能源危机等问题的日益恶化，太阳能、风能等新能源得到越来越广泛的应用。太阳能电池从其诞生以来经历了半个多世纪的发展，为了提高电池的效率，各种新材料新结构被提出来。光伏发电作为洁净的可再生能源，在改变现有能源结构，改善生态环境，以及未来能源中将占据重要地位，已成为世界各国极为关注的领域。太阳能电池源于半导体中的光生伏特效应，实质上是半导体P-N结受到光照时将产生电压或电流。目前应用于太阳能电池的半导体吸光能力有限，只能吸收带隙附近的光子，而不能吸收低于带隙的光子，高于带隙的光子也很难被利用，并不是理想的太阳能电池吸收材料。中间带太阳电池是一种充分利用太阳光谱的高效率新概念太阳电池，其理论极限效率最高能够达到63.2％，高于传统太阳电池的极限效率。因此，为了获得综合性能更好的半导体，使中间带太阳能电池得到广泛应用，寻求具有合适吸收带隙的中间带半导体具有重要意义。

现阶段，可应用于光伏领域的具有中间能带的半导体材料匮乏，AgGaS₂是一种性能优异的红外非线性光学材料，它具有透光波段宽、非线性光学系数大、双折射适宜、色散低等特点，AgGaS₂带隙为2.73eV，非常适合用作高效中间带太阳能吸收半导体的母体材料，然而AgGaS₂基中间带半导体材料的光学吸收能力仍然不能满足高效太阳能电池的使用要求。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种AgGaS₂基中间带半导体材料及其制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种AgGaS₂基中间带半导体材料的制备方法，以AgGaS₂为中间带母体半导体，将元素Sn掺杂在半导体AgGaS₂的Ga位，形成具有中间能带、化学式为 AgGa_1-xSn_xS₂的AgGaS₂基中间带半导体材料，其中，0＜x≤0.05。

一种AgGaS₂基中间带半导体材料的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)将Ag粉、Ga块、S粉和Sn粉按化学计量比真空封装于石英玻璃管中；

(2)将石英玻璃管进行一次烧结，将所得一次烧结样品研磨后重新真空封装于石英玻璃管中；

(3)将石英玻璃管进行二次烧结，将所得二次烧结样品研磨，即得到产品。

优选地，步骤(1)所述的Ag粉、Ga块、S粉和Sn粉的纯度均为5N。

优选地，步骤(2)所述一次烧结的温度为800℃-900℃，烧结时间为60-80小时。

优选地，步骤(3)所述二次烧结的温度为800℃-900℃，烧结时间为60-80小时。