新的化合物半导体及其用途制造技术

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开内容涉及一种可用于太阳能电池或用作热电材料的新型化合物半导体材料，以及该材料的制备方法和用途。本申请要求在韩国于2011年5月13日提交的韩国专利申请N0.10-2011-0045348,2011 年 5 月 13 日提交的韩国专利申请 N0.10-2011-0045349 和于2011年5月25日提交的韩国专利申请N0.10-2011-0049609和2012年5月11日提交的韩国专利申请N0.10-2012-0050259的优先权，这四个专利申请的全部内容通过引用并入本说明书中。
技术介绍
化合物半导体并非例如硅和锗的单一元素，而是含有两种或更多种复合元素用作半导体的化合物。多种化合物半导体已经获得开发并使用于许多领域中。例如，化合物半导体可以用于利用Peltier效应的热电转换装置、利用光电转换效应的发光装置如发光二极管和激光二极管、太阳能电池等。在这些用途中，热电转换装置可以应用于热电转换发电、热电转换冷却等。此处，在热电转换发电中，利用通过向热电转换装置施加温度差所产生的温差电动势来进行热能向电能的转换。热电转换装置的能量转换效率取决于热电转换材料的性能指标ZT。此处，ZT根据Seebeck系数、电导率、热导率等来确定。更详细而言，ZT与Seebeck系数的平方和电导率成正比，与热导率成反比。因此，为了增强热电转换装置的能量转换效率，需要开发出具有高Seebeck系数、高电导率或低热导率的热电转换材料。同时，太阳能电池由于其无需太阳光线以外的能源而具有环境友好的性质，因此作为未来替代能源正在被积极地研究。太阳能电池通常可以分类为:利用单一硅元素的硅太阳能电池、利用化合物半导体的化合物半导体太阳能电池、以及堆叠有至少两个具有不同带隙能的太阳能电池的串联太阳能电池。在这些太阳能电池中，化合物半导体太阳能电池在吸收太阳光线并产生电子-空穴对的光吸收层中使用化合物半导体，并且特别可以使用II1-V族中的化合物半导体如GaAs、InP、GaAlAs 和 GalnAs，I1-VI 族中的化合物半导体如 CdS、CdTe 和 ZnS，以及由 CuInSe2表示的1-III-VI族中的化合物半导体。上述太阳能电池的光吸收层要求优异的长期电、光稳定性和较高的光电转换效率，并且易于通过改变组成或掺杂而对带隙能或传导率进行控制。另外，例如生产成本和产量的条件也应满足实际应用的需要。然而，许多常规的化合物半导体无法同时满足所有这些条件。
技术实现思路
技术问题本公开内容旨在解决现有技术中的问题，因此，本公开内容的目的在于提供一种新型化合物半导体材料、该化合物半导体材料的制备方法、以及使用该化合物半导体材料的热电转换装置或太阳能电池，所述化合物半导体材料可以以多种方式用于热电转换装置的热电转换材料、太阳能电池等。本公开内容的其它目的和优势将从下面的描述中得到理解，并通过本公开内容的实施方案而变得显而易见。另外，应该理解，本公开内容的目的和优势可以通过所附权利要求书中所限定的组分或其组合而加以实现。技术方案一方面，在对化合物半导体进行反复研究后，本公开内容的专利技术人成功地合成了由化学式I表示的化合物半导体，并发现该化合物可以用于热电转换装置的热电转换材料或太阳能电池的光吸收层。化学式IInxCo4Sb12^zQ' nSez在化学式I中，Q'为选自O和S中的至少一种，0〈x≤(λ 5，0〈n≤2，0≤z〈2。优选地，在化学式I中，0〈x≤0.4。并且优选地，在化学式I中，0〈x < 0.25。并且优选地，在化学式I中，0〈n < I。更优选地，在化学式I中，0〈n < 0.5。并且优选地，在化学式I中，O≤ζ〈1.5。另一方面，本公开内容也提供一种化合物半导体的制备方法，其包括:将In、Co和Sb以及选自0、S以及In、Co和Sb的氧化物中的至少一种进行混合；和热处理所得混合物。优选地，在所述混合步骤中形成的混合物还可以含有Se。并且优选地，所述热处理步骤在400°C至800°C下进行。并且优选地，所述热处理步骤包括至少两个热处理阶段。另一方面，本公开内容还提供一种热电转换装置，其包括上述化合物半导体。另一方面，本公开内容还提供一种太阳能电池，其包括上述化合物半导体。有益效果根据本公开内容，提供一种新型化合物半导体材料。一方面，所述新型化合物半导体可以替代常规化合物半导体，或除常规化合物半导体外该新型化合物半导体也可用作另一种材料。此外，在本公开内容的一方面中，由于所述化合物半导体具有良好的热电转换性能，因此其可以用于热电转换装置。特别是，根据本公开内容的化合物半导体由于热导率较低，可以具有增大的ZT值(热电性能指标)。因此，根据本公开内容的化合物半导体可以用作热电转换装置的热电转换材料。另外，在本公开内容的另一方面中，所述化合物半导体可以用于太阳能电池。特别是，本公开内容的化合物半导体可以用作太阳能电池的光吸收层。此外，在本公开内容的另一方面中，所述化合物半导体可以用于选择性透过IR线的IR窗或IR传感器、磁性装置、存储器等。【附图说明】参照附图对实施方案进行下面的描述，将使本公开内容的其它目的和方面变得显而易见，其中:图1为显示了根据本公开内容的实施例和比较例的化合物半导体的热导率值相对于温度变化的曲线图。【具体实施方式】在下文中，将参照附图详细地描述本公开内容的优选实施方案。在进行描述之前，应该理解，在本说明书和所附权利要求书中所使用的术语不应解释为限于普通及字典释义，而应在允许专利技术人定义术语的原则的基础上，基于与本公开内容的技术方面相对应的含义和概念来进行解释。因此，在此处所提出的描述仅为用于举例说明目的的优选实施例，而并非用来限制本公开内容的范围，因此应当理解，在不背离本公开内容的精神和范围的情况下，可以对其做出其它的等效替换和修改。本公开内容提供一种由以下化学式I表示的新型化合物半导体。化学式IInxCo4Sb12^zQ' nSez在化学式I中，Q'为选自O和S中的至少一种。另外，在化学式I 中，0〈x ≤ 0.5，0〈n ≤ 2,0 ≤ z〈2。优选地，在化学式I中，0〈x≤0.4。并且优选地，在化学式I中，0〈x < 0.25。并且优选地，在化学式I中，0〈n < I。更优选地，在化学式I中，0〈n < 0.5。并且优选地，在化学式I中，O≤ζ<1.5。同时，由化学式I表示的化合物半导体可以部分包含第二相，且所述第二相的量可以根据热处理条件而变化。上述化合物半导体可以通过如下方法制备:将InXo和Sb以及选自0、S以及In、Co和Sb的氧化物中的至少一种进行混合；和热处理所得混合物。优选地，在所述混合步骤中形成的混合物还可以含有Se。同时，在上述混合物形成步骤中使用的每种材料可以为粉末的形式，但本公开内容并不局限于这些材料的具体形式。并且优选地，所述热处理步骤可以在真空中或者部分含氢气或不含氢气的气体如Ar、He和N2中进行。此时，热处理温度可以为400°C至800°C。优选地，热处理温度可以为450°C至700°C。更优选地，热处理温度可以为500°C至650°C。同时，所述热处理步骤可以包括至少两个热处理阶段。例如，可以在第一温度下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.13 KR 10-2011-0045349;2011.05.13 KR 10-2011.一种化合物半导体，由以下化学式I表示: 化学式I InxCo4Sb12_n_zQ nSez 其中，在化学式I中，Q'为选自O和S中的至少一种，0〈x ( 0.5，0〈n ^ 2,0 ^ z〈2。2.根据权利要求1所述的化合物半导体，其中，在化学式I中，0〈x< 0.4。3.根据权利要求1所述的化合物半导体，其中，在化学式I中，0〈n< I。4.根据权利要求1所述的化合物半导体，其中，在化学式I中，O&l...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴哲凞，金兑训，
申请(专利权)人：LG化学株式会社，
类型：
国别省市：