Способ получения высокочистого диселенида меди и индия cuinse 2

Изобретение относится к способам синтеза диселенида меди и индия CuInSe₂ и может быть использовано в электронной технике и создании солнечных элементов для преобразования солнечной энергии, обладающих низкими оптическими потерями и высоким КПД. Сущность изобретения: способ получения CuInSe₂ включает загрузку шихты в реакционную камеру, вакуумирование, герметизацию и нагревание. В качестве шихты используют CuInSe_х, где 4≤х≤8, ее нагрев ведут до Т_max=1000°С до полного разложения на кристаллический CuInSe₂ и стеклообразный Se с последующим осаждением последнего в холодном конце камеры, температуру которого поддерживают при T_min<25°C. Предложенный способ простой, дешевый и экологически чистый. Способ позволяет получить высокочистый CuInSe₂ с содержанием примесей ≤1·10^-4 мас.%. CuInSe₂ можно получить как в виде тонких пленок, так и порошкообразным и монолитным. 1 ил.

 

Изобретение относится к области препаративной химии и может быть использовано в электронной технике и при создании солнечных элементов для преобразования солнечной энергии.

Известен способ получения CuInSe₂, заключающийся в выращивании кристаллов CuInSe₂ путем селенизации сплава CuIn под контролем давления насыщенных паров селена от 5 до 25 Torr (Hiroaki Matsushita, Yukio Tojo, Takeo Takizawa. Schottky properties of CuInSe₂ single crystals grown by the horizontal Bridgman method with controlling Se vapor pressure // Journal of Physics and Chemistry of Solids, том 64, 2003 г., с.1825-1829).

Этот способ получения CuInSe₂ многоступенчатый, трудоемкий, дорогостоящий и малопроизводительный.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения CuInSe₂, включающий прямое сплавление высокоочищенных компонентов в кварцевых ампулах, вакуумированных до ˜10^-3 Па при температуре 1380±10 К с последующим гомогенизационным отжигом при 920±10 К в течение 200 часов (E.I.Rogacheva, T.V.Tavrina. Nonstoichiometry of CuInSe₂ and method of controlled atomic defects // Journal of Physics and Chemistry of Solids, том 64, 2003 г., с.1911-1915).

В этом способе используют дорогостоящие высокочистые химические реактивы, однако, способ не позволяет избавиться от примесей соединений водорода и кислорода, являющихся одним из основных источников примесной электропроводности и оптических потерь.

Задачей изобретения является получение высокочистого CuInSe₂, обладающего низкими оптическими потерями и оптимальными электрическими свойствами.

Предложен способ получения высокочистого диселенида меди и индия CuInSe₂, включающий загрузку шихты в реакционную камеру, вакуумирование, герметизацию и нагревание, в котором в качестве шихты используют CuInSe_x, где 4≤х≤8, ее нагрев ведут до T_max=1000°С до полного разложения на кристаллический CuInSe₂ и стеклообразный Se с последующим осаждением последнего в холодном конце камеры, температуру которого поддерживают при Т_min≤25°С.

Нагревание CuInSe_x, где 4≤х≤8, до 1000°С обеспечивает полное разложение CuInSe_x на кристаллический CuInSe₂ и стеклообразный Se. Стеклообразующий селен поглощает все примеси. В стеклообразующем селене имеется достаточное число оборванных связей для насыщения химических связей примесей. Поэтому примесям, независимо от их химической природы, энергетически выгоднее находиться в стеклообразующем селене, чем в кристаллическом CuInSe₂. В результате кристаллический CuInSe₂ получается высокочистым. За счет удаления примесей полученное соединение обладает вышеуказанными свойствами.

Нагревание выше температуры 1000°С нецелесообразно, так как уже при этой температуре полностью протекает реакция разложения CuInSe_x, где 4≤х≤8, на кристаллический высокочистый CuInSe₂ и стеклообразный селен с примесями. Нагревание ниже температуры 1000°С не обеспечивает полного разложения CuInSe_x на CuInSe₂ и Se. Поддержание конца камеры при температуре T_min≤25°С обеспечивает отделение легколетучих примесей вместе с селеном.

Примеры:

Для получения CuInSe₂ в качестве шихты использовали 10 г CuInSe₄, шихту нагревали до температуры T_max=1005°С. Температуру конца камеры поддерживали T_min=20°С. При этом получали CuInSe₂ чистотой 99,986 мас.%. Выход CuInSe₂ составил 95%.

Для получения CuInSe₂ в качестве шихты использовали 10 г CuInSe₆, шихту нагревали до температуры T_max=1000°С. Температуру конца камеры поддерживали T_min=15°С. При этом получали CuInSe₂ чистотой 99,999 мас.%. Выход CuInSe₂ составил 96%.

В приложении на чертеже (а), б) приведены рентгенограммы сплава CuInSe₆ и соединения CuInSe₂. Рентгенограммы снимали на дифрактометре ДРОН-2 с Cu_Kα - излучением. Рентгенограммы представляют зависимость распределения интенсивности рассеяния образцом излучения (дифракционные максимумы) от угла дифракции. По наличию дифракционных максимумов на определенных углах дифракции проводили идентификацию фазового состава. На чертеже а) представлена рентгенограмма для CuInSe₆. В сплаве идентифицированы две фазы: Se и CuInSe₂.

После нагрева шихты до 1000°С избыточный Se осаждается в холодном конце камеры, забирая в себя все примеси. Рентгенограмма полученного высокочистого кристаллического CuInSe₂ представлена на чертеже 1б).

Для получения CuInSe₂ в качестве шихты использовали 10 г CuInSe₈, шихту нагревали до температуры T_max=1010°С. Температуру конца камеры поддерживали T_min=25°С. При этом получали CuInSe₂ чистотой 99,999 мас.%. Выход CuInSe₂ составил 92%.

Способ позволяет получить высокочистый CuInSe₂ с содержанием примесей ≤1·10^-4 мас.%.

Предложенный способ простой, дешевый и экологически чистый. CuInSe₂ можно получить как в виде тонких пленок, так и порошкообразным и монолитным.

Тонкие пленки на базе CuInSe₂ находят широкое применение для изготовления солнечных батарей, обладающих низкими оптическими потерями и высоким КПД.

Способ получения диселенида меди и индия CuInSe₂, включающий загрузку шихты в реакционную камеру, вакуумирование, герметизацию и нагревание, отличающийся тем, что в качестве шихты используют CuInSe_x, где 4≤х≤8, ее нагрев ведут до Т_max=1000°C до полного разложения на кристаллический CuInSe₂ и стеклообразный Se с последующим осаждением последнего в холодном конце камеры, температуру которого поддерживают при T_min=≤25°C.