專利名稱：一類新型iib-via-viia族化合物半導(dǎo)體材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新型化合物半導(dǎo)體材料系列Cd4(QO3)2X4(H2O) (Q = S，Se, Te ；X = Cl， Br,I)。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體不僅在計算機和通信方面發(fā)揮著越來越大的作用，而且在現(xiàn)代能源技術(shù) (如，直流輸電，太陽能電池，等等)中也起著巨大的、無法替代的作用。半導(dǎo)體在直流輸電中主要用于長距離大功率輸電，它具有顯著的優(yōu)點輸送同樣 功率時，它的造價低，交流需要三根線，直流只要兩根線，線路桿的結(jié)構(gòu)比交流電的簡單；輸 電過程中功率損耗小，沒有電容、電感形成的阻抗，只有電阻損耗；對電磁波的干擾??；不 受相位同步的限制；等等。由于上述優(yōu)點，直流輸電獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。如，我國葛 洲壩電站向華東和廣東輸電就采用了直流50萬伏的輸電，長江三峽也采用直流輸電。人們早就發(fā)現(xiàn)了硒的光敏現(xiàn)象并用硒做出太陽能電池，經(jīng)光照可以產(chǎn)生電流，這 個結(jié)果使人們感到用太陽能直接發(fā)電是十分誘人的。但經(jīng)過多年的研究，人們發(fā)現(xiàn)這種方 式發(fā)電的光電轉(zhuǎn)換效率不超過1%。為提高太陽能直接發(fā)電的光電轉(zhuǎn)換效率，人們做出不懈 的努力。到了 1954年，光電轉(zhuǎn)換效率提高到了 10%。1958年3月，美國的Vanguard-I號 衛(wèi)星第一次裝上太陽能電池，并連續(xù)運行8年。在以后發(fā)射的人造天體上，幾乎都裝設(shè)太陽 能電池。太陽能電池重量輕、使用壽命長、不需燃料供給，在宇宙開發(fā)中贏得了它的無競爭 對手的牢固地位。太陽能電池本身也獲得很大的發(fā)展，研究開發(fā)工作主要圍繞著提高電池 光電轉(zhuǎn)換效率和克服因輻照造成的光電性能的衰退方面?，F(xiàn)在，除已有的硅單晶太陽能電池外，人們還研究開發(fā)了多晶硅、硫化鎘、碲化鎘、 砷化嫁、硒銦銅等太陽能電池。但直到目前太陽能電池仍然未得到普遍應(yīng)用，一方面是由于 它的光電轉(zhuǎn)換效率還有待進一步提高，另一方面是由于它的發(fā)電成本太高。為此，開發(fā)具有 高的光電轉(zhuǎn)換效率和低的發(fā)電成本的可用于太陽能電池的半導(dǎo)體材料仍然是很有意義的。為充分利用太陽能，提高光電較換效率，帶隙寬度為1.35eV的化合物是最佳選 擇。以下兩種化合物的光電較換效率較高CUInSe2(CIS)的光電較換效率為17%，它的帶 隙寬度為1. 04eV ；CdTe (II-VI)的光電較換效率為15. 8%，它的帶隙寬度為1. 50eV。我們 的工作是通過研究新的組成和結(jié)構(gòu)的化合物，為研究這類光電轉(zhuǎn)換材料提供新的思路，以 合成帶隙寬度接近1. 35eV的化合物。近一段時期以來，對半導(dǎo)體材料的研究進展很快，人們合成了很多半導(dǎo)體材料，這 些半導(dǎo)體材料具有各不相同的帶隙寬度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要找到一種帶隙寬度具有較大的可“剪裁”性的半導(dǎo)體材料。為 此，需要選擇合適的元素來合成一類新的化合物半導(dǎo)體。我們選擇了 VIA族元素Se，VIIA族元素Cl和IIB族的Cd，用固相反應(yīng)法，合成出新型半導(dǎo)體材料化合物Cd4(SeO3)2Cl4(H2O)。由于周期表中同一族元素具有相類似的性質(zhì)， 因此，可選擇S或Te元素替代Se，Br或I替代Cl元素，按反應(yīng)式中各反應(yīng)物的摩爾比準(zhǔn)確 稱取相應(yīng)質(zhì)量的反應(yīng)物，在一定溫度范圍下反應(yīng)一段時間，可以得到異質(zhì)同晶的系列化合 物 Cd4 (QO3)2X4(H2O) (Q = S，Se，Te ；X = Cl，Br，I)，如 Cd4 (SO3)2C14 (H2O), Cd4 (SeO3)2Br4 (H2O), Cd4(TeO3)2I4(H2O)等。同時由于同族元素的差異，使得該系列半導(dǎo)體材料的帶隙寬度存在差 異，因此，通過調(diào)整材料的組份可以得到不同帶隙寬度的半導(dǎo)體材料以滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域 的需求。新型半導(dǎo)體材料化合物Cd4(SeO3)2Cl4(H2O) (Q = S，Se，Te ；X = Cl，Br，I)具有如 下優(yōu)點此化合物的制備簡單易行，反應(yīng)過程不引入雜質(zhì)，只要使用足夠純的試劑，就無須 提純；可以在相對溫和的條件下制備，無須復(fù)雜的設(shè)備；可以直接獲得單晶體，無須進一步 生長單晶。
具體實施例方式實施實例1，關(guān)于半導(dǎo)體材料化合物Cd4(SeO3)2Cl4(H2O)的合成和單晶體生長半導(dǎo)體材料化合物Cd4(SeO3)2Cl4(H2O)的合成和單晶體生長是采用固相反應(yīng)法同 時完成的?；瘜W(xué)反應(yīng)式為4CdCl2+2Se+3H20+202— Cd4 (SeO3) 2C14 (H2O) +4HC1所用化學(xué)試劑及生產(chǎn)廠家為CdCl2 May&Baker (England) 純度彡 99.95%Se粉 四川半導(dǎo)體材料廠 純度彡99. 999%三種試劑的投料量為CdCl24mmol 0. 732gSe 粉 2mmol 0. 158g先按反應(yīng)式中各反應(yīng)物的摩爾比準(zhǔn)確稱取相應(yīng)質(zhì)量的反應(yīng)物，放入研缽中研磨均 勻，然后將研磨好的混合物壓片，裝入玻璃管內(nèi)。將玻璃管抽到接近真空然后用火焰封閉玻 璃管。把封好的玻璃管放入馬福爐，用溫度控制儀控制溫度，由室溫6h內(nèi)升溫至200°C，在 200°C恒溫24小時，再6h內(nèi)升溫至300°C，在300°C恒溫144小時，再33h內(nèi)降溫至100°C， 再5h內(nèi)降至35°C，然后關(guān)掉電源。從馬福爐中取出玻璃管，打開，可得到無色塊狀晶體(產(chǎn) 率> 60% )，最大可達1. 2mmXl. ImmXO. 8mm經(jīng)單晶結(jié)構(gòu)測定，化合物Cd4(SeO3)2Cl4(H2O) 的空間群69)，其單胞參數(shù)為 a = 15. 5165 A, b = 17. 5090 A, c = 7. 3318 Α, α =β = Y = 90°，Ζ = 8，單胞體積V = 1991. 9⑵Α3。紫外-可見光譜測試表明，化合物 Cd4(SeO3)2Cl4(H2O)的禁帶寬度約為 1.6eV。
權(quán)利要求
新型化合物半導(dǎo)體材料，其特征是該化合物半導(dǎo)體材料的通式為Cd4(QO3)2X4(H2O)(Q＝S，Se，Te；X＝Cl，Br，I)。
2.該化合物半導(dǎo)體材料的特征是分子式為Cd4(SeO3)2Cl4(H2O)，空間群為 Fmmm (No. 69)，其單胞參數(shù)為 a = 15. 5165 A, b = 17. 5090 A, c = 7. 3318 Α, α = β = y =90°，Z = 8，單胞體積 V = 1991.9(2) A3。
3.該化合物半導(dǎo)體材料制備方法，其特征是用固相反應(yīng)法，用CdX2，Q粉和少量蒸餾 水，接近真空密封后加熱反應(yīng)合成并同時制備單晶體。
4.該化合物半導(dǎo)體材料的用途，其特征是該材料用于直流輸電。
5.該化合物半導(dǎo)體材料的用途，其特征是該材料用于太陽能電池。
全文摘要
新型半導(dǎo)體材料涉及新型半導(dǎo)體材料系列Cd4(SeO3)2Cl4(H2O)(Q＝S，Se，Te；X＝Cl，Br，I)。本材料采用固相反應(yīng)法制備，用CdX2和Q粉，接近真空密封后加熱反應(yīng)合成并同時制備單晶體。該晶體用于直流輸電和太陽能電池。
文檔編號C30B1/10GK101935881SQ20091015102
公開日2011年1月5日 申請日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者陳文通 申請人:陳文通