用于 CAIGAS 含铝光伏装置的聚合前体 技术领域 本发明涉及用于制备半导体和光电材料以及包括薄膜和能带隙材料的装置的化 合物和组合物。本发明提供一系列化合物、 组合物、 材料和方法， 其最终涉及光伏应用及其 它半导体材料， 以及用于能量转换的装置和系统， 包括太阳能电池。具体而言， 本发明涉及 用于制备包含 (Cu， Ag)(In， Ga， Al)(S， Se) 或 CAIGAS 材料的半导体材料的新颖的方法、 化 合物和材料。
背景技术 发展光伏装置例如太阳能电池对提供可再生能源及其它许多用途极为重要。 随着 人口的增加， 对能源的需求持续上升。 在许多地区， 太阳能电池可能是满足能源需求的唯一 方法。来自照射在地球上的太阳光的总能量为每小时约 4×1020 焦耳。据估计， 每小时的总 太阳能量可供全世界使用一整年。因此， 将需要数十亿平方米的有效太阳能电池。
光伏装置是由多种方法制成的， 其中在基板上产生数层半导体材料。使用数层附 加材料以保护光伏半导体层以及将电能传导出装置外。因此， 光电或太阳能电池产品的可 用性通常受限于光伏层的性质和质量。
例如， 制造太阳能电池产品的一种方法涉及在基板上沉积一层薄的、 光吸收性的、 固体的材料， 被称为 “CIGS” 的铜铟镓二硒。具有薄膜 CIGS 层的太阳能电池能够低效至中 效地转换光能至电能。通过在相对高温下加工含 CIGS 所需原子的数种元素源可制造 CIGS 层。通常， CIGS 材料很复杂， 具有许多可能的固相。
CIGS 元素源必须单独地或以混合物的形式在基板上形成或沉积成薄的、 均匀的 层。例如， 能够以共沉积或多步沉积法进行 CIGS 源的沉积。这些方法的困难包括 ： CIGS 层 缺乏均匀性， 例如不同固相的外观、 不良晶粒、 空隙、 裂隙以及层中的其它缺陷。
例 如， 用 于 太 阳 能 电 池 的 一 些 方 法 已 公 开 于 美 国 专 利 第 5,441,897 号、 第 5,976,614 号、 第 6,518,086 号、 第 5,436,204 号、 第 5,981,868 号、 第 7,179,677 号、 第 7,259,322 号、 美国专利公开第 2009/0280598 号和 PCT 国际专利申请公开第 WO2008057119 号和第 WO2008063190 号。
一个重大的问题是通常无法精确地控制层内金属原子的化学计量比。 许多半导体 和光电的应用高度依赖于材料内某些金属原子的比例。若不直接控制这些化学计量比， 则 制造半导体和光电材料的方法通常更低效而且更不易成功获得期望的组成和性质。例如， 目前仍无已知分子能在不需其它化合物的情况下单独被用来容易地制备光伏层， 并由该光 伏层制成具有任意化学计量比的 CIGS 材料。长久以来， 亟需能实现此目标的化合物或组合 物。
更困难的是， 必须将基板加热至高温以完成该薄膜。由于层的快速化学或物理转 变， 这将导致不期望的缺陷。高温也限制了可用的基板的性质。例如， 期望将薄膜光伏层制 造在柔性基板上， 所述柔性基板例如可被形成为卷状而用于加工或设置在建筑物或室外构 造上的聚合物或塑料。聚合物基板可能无法承受半导体层加工所需的高温。在柔性基板上
制造薄膜光伏层是提供再生太阳能源及开发新一代光电产品的重要目标。
此外， 由于涉及化学过程， 因此用于大规模制造 CIGS 以及相关薄膜太阳能电池的 方法会很困难。一般而言， 由于在基板上形成具有适当的质量的吸收剂层和形成制造有效 的太阳能电池及提供导电性所需的其它层中涉及的许多化学和物理参数难以控制， 因此太 阳能电池的大规模方法会是无法预测的。
亟需制造用于光伏层 ( 特别是用于太阳能电池装置和其它产品的薄膜层 ) 的材料 的化合物、 组合物和方法。 发明内容 本发明提供用于制备半导体和材料以及光电装置和光伏层的化合物、 组合物、 材 料和方法。 其中， 本公开内容提供用于制造半导体并将其用于例如光伏层、 太阳能电池和其 它用途的前体分子和组合物。具体而言， 本发明涵盖可用于薄膜太阳能电池及其它用途的 含有元素铜、 银、 铟、 镓、 铝、 硒及硫的组合 ( 包括 (Cu， Ag)(In， Ga， Al)(S， Se) 或 CAIGAS) 的 化合物及组合物。
在一些实施方式中， 本发明包括用于制备半导体、 光电装置及光伏层的聚合前体 化合物及组合物。
本公开内容的化合物及组合物是稳定的并且有利地允许控制产物材料中原子的 化学计量。
本发明的各种实施方式中， 利用本文所述的聚合前体化合物可制备化学和物理上 均匀的半导体层。
在进一步的实施方式中， 可于相对低温操作的方法中用本公开内容的化合物和组 合物制备太阳能电池和其它产品。
本公开内容的聚合前体化合物和组合物可增强太阳能电池制造的可加工性以及 在相对低温下在包括聚合物的各种基板上加工的能力。
本发明的化合物、 组合物和材料在制造光伏层以及其它半导体和装置方面的优 点， 不论半导体或装置的形态或结构， 都可一般性地获得。
本发明包括具有重复单元 {MB(ER)(ER)} 和 {MA(ER)(ER)} 的化合物， 其中各 MA 为 Cu 或 Ag， 各 MB 为 In、 Ga 或 Al， 各 E 为 S、 Se 或 Te， 且各 R 于每次出现时独立地选自烷基、 芳基、 杂芳基、 烯基、 酰氨基、 甲硅烷基以及无机及有机配体。本公开内容的化合物可为 CAIGAS、 AIGAS 或 CIGAS 的前体化合物。
本公开内容的化合物可具有实验式 (Cu1-xAgx)u(In1-y-tGayAlt)v((S1-zSez)R)w， 其中 x 为 0 至 1， y 为 0 至 1， t 为 0 至 1， y 加 t 的和为 0 至 1， z 为 0 至 1， u 为 0.5 至 1.5， v 为 0.5 至 1.5， w 为 2 至 6， 且 R 代表数目为 w 的独立选自烷基、 芳基、 杂芳基、 烯基、 酰氨基、 甲硅烷 基以及无机及有机配体的 R 基团。本公开内容的化合物可缺乏或富含第 11 族原子。
在某些方面， 本发明的化合物可为无机聚合物或配位聚合物， 其可为直链、 支链、 环状或任何上述的混合物。本发明的化合物在低于约 100℃的温度下可为油状。
在某些实施方式中， 本发明的化合物可具有三个或更多个重复单元 {MB(ER) (ER)}， 或者三个或更多个重复单元 {MA(ER)(ER)}。在另外的方面， 化合物可具有式 (AB)n， A B 其中 A 为重复单元 {M (ER)(ER)}， B 为重复单元 {M (ER)(ER)}， n 为一或更高， 或 n 为二或
更高， 或 n 为三或更高， 且 R 于每次出现时独立选自烷基、 芳基、 杂芳基、 烯基、 酰氨基、 甲硅 烷基以及无机及有机配体。化合物可为交替共聚物、 嵌段共聚物或无规共聚物。
本发明的实施方式可进一步提供含有一种或多种聚合前体化合物以及一种或多 种载体的墨水。墨水可为所述化合物在有机载体中的溶液， 或所述化合物在有机载体中的 浆液或悬浮液。本发明的墨水可进一步含有掺杂物或碱性掺杂物、 或附加的含铟化合物、 附加的含镓化合物或含钼化合物以及一种或多种选自由表面活性剂、 分散剂、 乳化剂、 消泡 剂、 干燥剂、 填充剂、 树脂粘合剂、 增稠剂、 粘度调节剂、 抗氧化剂、 助流剂、 增塑剂、 导电剂、 促结晶剂、 补充剂 (extender)、 薄膜调节剂、 助粘剂和染料组成的组中的成分。
本 发 明 包 括 用 于 制 造 前 体 化 合 物 的 方 法， 该方法包含 ： (a) 提 供 单 体 化 合 物 B1 B2 B3 A1 A2 M (ER)3、 M (ER)3、 M (ER)3、 M (ER) 及 M (ER) ； 以及 (b) 使所述单体化合物接触 ； 其中 MB1 为 In， MB2 为 Ga， MB3 为 Al， MA1 为 Cu， 且 MA2 为 Ag， 各 E 为 S、 Se 或 Te， 且 R 于每次出现时独立 选自烷基、 芳基、 杂芳基、 烯基、 酰氨基、 甲硅烷基以及无机及有机配体。 化合物可为 CAIGAS、 AIGAS 或 CIGAS 的前体化合物。 在某些实施方式中， 单体化合物可在沉积、 喷雾、 涂布或印刷 过程中被接触。
本发明包括通过包含使单体 MB1(ER)3、 MB2(ER)3、 MB3(ER)3、 MA1(ER) 及 MA2(ER) 反应 的方法所制备的化合物， 其中 MB1 为 In， MB2 为 Ga， MB3 为 Al， MA1 为 Cu， MA2 为 Ag， 各 E 为 S、 Se 或 Te， 且 R 于每次出现时独立选自烷基、 芳基、 杂芳基、 烯基、 酰氨基、 甲硅烷基以及无机及 有机配体。
在另外的方面， 本发明包括含有一种或多种沉积在基板上的化合物或墨水的物 件。物件看通过以下进行沉积 ： 喷雾、 喷涂、 喷雾沉积、 喷雾热解、 印刷、 丝网印刷、 喷墨印 刷、 气溶胶喷射印刷 (aerosol jet printing)、 油墨印刷、 喷射印刷、 印台印刷 (stamp/ pad printing)、 转移印刷、 移印 (pad printing)、 柔性版印刷、 凹版印刷、 接触印刷、 背面 印刷 (reverse printing)、 热敏印刷、 平版印刷、 电子照相印刷、 电解沉积、 电镀、 无电式电 镀、 浴沉积、 涂布、 湿式涂布、 旋涂、 刮刀涂布、 辊涂、 棒式涂布、 狭缝模具涂布、 麦勒棒涂布 (meyerbar coating)、 唇口型直接涂布 (lip direct coating)、 毛细管涂布、 液相沉积、 溶 液沉积、 逐层沉积、 旋浇铸 (spin casting)、 溶液浇铸 (solution casting) 以及任何上述的 组合。
该物件可含有选自由下列组成的组的基板 ： 半导体、 掺杂半导体、 硅、 砷化镓、 绝缘 体、 玻璃、 钼玻璃、 二氧化硅、 二氧化钛、 氧化锌、 氮化硅、 金属、 金属箔、 钼、 铝、 铍、 镉、 铈、 铬、 钴、 铜、 镓、 金、 铅、 锰、 钼、 镍、 钯、 铂、 铼、 铑、 银、 不锈钢、 钢、 铁、 锶、 锡、 钛、 钨、 锌、 锆、 金属合 金、 金属硅化物、 金属碳化物、 聚合物、 塑料、 导电聚合物、 共聚物、 聚合物掺合物、 聚对苯二 甲酸乙二酯、 聚碳酸酯、 聚酯、 聚酯薄膜、 迈拉 (mylar)、 聚氟乙烯、 聚偏二氟乙烯、 聚乙烯、 聚 醚酰亚胺、 聚醚砜、 聚醚酮、 聚酰亚胺、 聚氯乙烯、 丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯聚合物、 聚硅氧 烷、 环氧树脂、 纸、 涂布纸以及任何上述的组合。 基板可为成形基板， 包括管状、 圆柱状、 滚筒 状、 棒状、 针状、 轴状、 平面、 板状、 叶状、 翼片状、 弯曲表面或球体。
本发明可进一步提供用于制造物件的方法， 其通过 (a) 提供一种或多种化合物或 墨水 ； (b) 提供基板 ； 以及 (c) 将化合物或墨水沉积在基板上。 在某些实施方式中， 步骤 (c) 可被重复。方法可包括将基板在约 100℃至约 400℃的温度下加热以将化合物或墨水转化 为材料， 接着重复步骤 (c)。方法可包括通过将基板在约 300℃至约 650℃的温度下加热而使材料退火。在某些实施方式中， 方法包括将基板在约 100℃至约 400℃的温度下加热以 将化合物或墨水转化为材料， 然后通过将基板在约 300℃至约 650℃的温度下加热而使材 料退火。在另一些实施方式中， 方法包括将基板在约 100℃至约 400℃的温度下加热以将 化合物或墨水转化为材料， 将化合物或墨水沉积在基板上以及通过将基板在约 300℃至约 650℃的温度下加热而使材料退火。方法的附加步骤包括 (d) 将基板在约 100℃至约 400℃ 的温度下加热以将化合物或墨水转化至材料 ； (e) 将化合物或墨水沉积在基板上 ； (f) 重复 步骤 (d) 和 (e) ； 以及 (g) 通过将基板在约 300℃至约 650℃的温度下加热以使材料退火。 进一步的实施方式包括 (d) 将基板在约 100℃至约 400℃的温度下加热以将化合物或墨水 转化至材料 ； (e) 通过将基板在约 300℃至约 650℃的温度下加热以使材料退火 ； 以及 (f) 重复步骤 (c)、 (d) 及 (e)。本发明的方法可进一步包括于任何加热或退火步骤之前、 期间 或之后进行硒化或硫化的任选步骤。
在某些方面， 本发明提供具有实验式 (Cu1-xAgx)u(In1-y-tGayAlt)v(S1-zSez)w 的材料， 其中 x 为 0 至 1， y 为 0 至 1， t 为 0.001 至 1， y 加 t 的和为 0 至 1， z 为 0 至 1， u 为 0.5 至 1.5， v 为 0.5 至 1.5， 且 w 为 1 至 3。该材料可为半导体或薄膜， 并可用于制造光电装置。
本发明的实施方式包括制备材料的方法， 其包含 (a) 提供一种或多种化合物或墨 水； (b) 提供基板 ； (c) 将化合物或墨水沉积于基板上 ； 以及 (d) 在惰性气氛中将基板在约 20℃至约 650℃的温度下加热， 从而产生具有 0.001 至 100 微米厚度的材料。
在一些变化例中， 本发明包括通过以下方法制备的薄膜材料， 所述方法包含 (a) 提供一种或多种化合物或墨水 ； (b) 提供基板 ； (c) 将化合物或墨水沉积于基板上 ； 以及 (d) 在惰性气氛中将基板在约 20 至约 650℃的温度下加热， 从而产生具有 0.001 至 100 微 米厚度的薄膜材料。光伏吸收剂层或装置可以用本公开内容的薄膜材料制造。
在 某 些 实 施 方 式 中， 本 发 明 的 光 伏 吸 收 剂 层 可 具 有 实 验 式 (Cu1-xAgx) 其中 x 为 0 至 1， y 为 0 至 1， t 为 0.001 至 1， y 加 t 的和为 0 至 u(In1-y-tGayAlt)v(S1-zSez)w， 1， z 为 0 至 1， u 为 0.5 至 1.5， v 为 0.5 至 1.5， 且 w 为 1 至 3。用于提供电力的光伏装置或 系统可以用本公开内容的光伏吸收剂层制造。 本发明涵盖利用光伏系统将光转化成电能以 提供电力的方法。
在某些方面， 本公开内容提供在基板上制备光伏吸收剂层的方法， 其包括 (a) 提 供一种或多种化合物或墨水 ； (b) 提供基板 ； (c) 将化合物或墨水沉积于基板上 ； 以及 (d) 在惰性气氛中将基板在约 100℃至约 650℃的温度下加热， 从而产生具有 0.001 至 100 微米 厚度的光伏吸收剂层。
此简要说明与本发明的详细说明以及附图、 随附的实施例和权利要求一起， 作为 整体， 涵盖本发明的公开内容。
附图的简要说明
图 1 显示聚合前体化合物 (MPP-CAIGS) 的实施方式。如图 1 所示， 该化合物的结 A B 构可以式 (RE)2BABABB 表示， 其中 A 为重复单元 {M (ER)2}， B 为重复单元 {M (ER)2}， E 为硫 族元素， 且 R 为官能团。
图 2 显示聚合前体化合物 (MPP-CAIGS) 的实施方式。如图 2 所示， 该化合物的结 A 构可以式 (RE)2BABABBABAB 表示， 其中 A 为重复单元 {M (ER)2}， B 为重复单元 {MB(ER)2}， E 为硫族元素， 且 R 为官能团。图 3 显示聚合前体化合物 (MPP-CAIGS) 的实施方式。如图 3 所示， 该化合物的结 A 构可以式 (RE)2BA(BA)nBB 表示， 其中 A 为重复单元 {M (ER)2}， B 为重复单元 {MB(ER)2}， E为 硫族元素， 且 R 为官能团。
图 4 显示聚合前体化合物 (MPP-CAIGS) 的实施方式。如图 4 所示， 该化合物的结 A 构可以式 (RE)2BA(BA)nB(BA)mB 表示， 其中 A 为重复单元 {M (ER)2}， B 为重复单元 {MB(ER)2}， E 为硫族元素， 且 R 为官能团。
图 5 显示聚合前体化合物 (MPP-CAIGS) 的实施方式。如图 5 所示， 该化合物的结 环状 A B 构可以式 (BA)4 表示， 其中 A 为重复单元 {M (ER)2}， B 为重复单元 {M (ER)2}， E 为硫族元 素， 且 R 为官能团。
图6： 本发明实施方式的示意图， 其中聚合前体和墨水通过包括喷雾、 涂布和印刷 的方法被沉积于特定基板上， 并且被用于制造半导体和光电材料和装置以及能量转换系 统。
图7： 本发明的太阳能电池的实施方式的示意图。
图 8 显示通过如热重分析法所测定的以重复单元式 {Cu0.7Ag0.25(SesBu)3.95In0.3Ga0. 4Al0.3} 表示的本发明的聚合前体实施方式 (MPP) 被转化成 Cu0.7Ag0.25In0.3Ga0.4Al0.3Se2 材料。 图 9 显示通过热重分析法所测定的以重复单元式 {Cu0.5Ag0.5(SesBu)4In0.7Al0.3} 表 示的本发明的聚合前体实施方式 (MPP) 被转化成 Cu0.5Ag0.5In0.7Al0.3Se2 材料。
图 10 显示通过热重分析法所测定的以重复单元式 {Ag0.50Cu0.50(SesBu)4.0Al0.30In0.7 0} 表示的聚合前体实施方式 (MPP) 被转化成 Ag0.50Cu0.50Al0.30In0.70Se2 材料。
图 11 显示通过热重分析法所测定的以重复单元式 {Cu0.9(SesBu)3.90Al0.25In0.5Ga0.25 } 表示的聚合前体实施方式 (MPP) 被转化成 Cu0.9Al0.25In0.5Ga0.25Se2 材料。
图 12 显示通过热重分析法所测定的以重复单元式 {Cu(SesBu)4Al} 表示的聚合前 体实施方式 (MPP) 被转化成 CuAlSe2 材料。
图 13 显示通过热重分析法所测定的以重复单元式 {Cu0.9(SesBu)3.9Ga0.7Al0.3} 表示 的聚合前体实施方式 (MPP) 被转化成 Cu0.9Ga0.7Al0.3Se2 材料。
图 14 显示通过热重分析法所测定的以重复单元式 {Cu0.9(SesBu)3.9In0.8Al0.2} 表示 的聚合前体实施方式 (MPP) 被转化成 Cu0.9In0.8Al0.2Se2 材料。
图 15 显示通过热重分析法所测定的以重复单元式 {Ag(SesBu)4Al} 表示的聚合前 体实施方式 (MPP) 被转化成 AgAlSe2 材料。
图 16 显示通过热重分析法所测定的以重复单元式 {Ag(SesBu)4In0.7Al0.3} 表示的 聚合前体实施方式 (MPP) 被转化成 AgIn0.7Al0.3Se2 材料。
图 17 显示用于本发明聚合前体实施方式 (MPP) 的组成的化学计量控制的方法的 结果。 x- 轴指用于制备聚合前体的单体化合物中特定原子 Al、 In 或 Ga 的重量百分比。 y- 轴 指合成的前体化合物中特定原子的重量百分比。图 17 中所观察到的直线关系显示， 可以通 过用于制备聚合前体的单体的量来精确地控制聚合前体的化学计量。
详细描述
本发明提供一系列用于半导体和光电材料以及包括薄膜光伏装置和半导体能带 隙材料的装置的新颖聚合物、 组合物、 材料和方法。
除了其它优点之外， 本发明的聚合物、 组合物、 材料和方法可提供用于制造半导体
及光电材料 ( 包括用于太阳能电池和其它装置的 CAIGAS 吸收剂层 ) 的前体化合物。 在一些 实施方式中， 可在无其它化合物的情况下单独利用本发明的光电源前体化合物制备层， 由 该层可以制造 CAIGAS 及其它材料。CAIGAS 是指 (Cu， Ag)(In， Ga， Al)(S， Se) 并包括 AIGAS、 CIGAS 及下文描述的其它材料。
聚合前体化合物也可被用在含附加化合物的混合物内以控制层或材料的化学计 量。
一般而言， 能预先选择预定的化学计量意味着该化学计量可被控制。
本发明提供用于光伏应用的聚合物和组合物， 以及用于能量转换的装置和系统， 包括太阳能电池。
本公开内容的聚合物和组合物包括用于制备新颖半导体和光伏材料、 薄膜和产品 的材料的聚合前体化合物和聚合前体。除了其它优点之外， 本公开内容提供用于制造分层 的材料和光伏装置并将其用于例如太阳能电池和其它用途的稳定的聚合前体化合物。
本公开内容的光伏吸收剂材料能够维持用于制造吸收剂材料的前体的精确化学 计量。
聚合前体能够有利地形成均匀薄膜。一些实施方式中， 聚合前体是能够被加工并 以均匀层沉积于基板上的油状物。本发明提供可被很容易地用于制造薄膜， 或可被作为用 于沉积于基板上的墨水组合物加工的聚合前体。本发明的聚合前体可具有卓越的可加工 性， 以形成用于制造光伏吸收剂层和太阳能电池的薄膜。 在某些方面， 本发明提供在有机溶剂中具有增强的溶解性的聚合前体化合物。聚 合前体的溶解性有助于使用需要将前体沉积在基板上的多种方法中的任一种来制备光伏 材料， 例如用于制造薄膜太阳能电池。聚合前体在用于制备待沉积于基板上的墨水的一或 多种载体内可以具有增强的溶解性。
在进一步的实施方式中， 本发明提供一系列聚合前体化合物， 其溶解性可以被有 利地控制及选择性地变化。在这些实施方式中， 通过改变与化合物连接的一个或多个有机 配体的性质和分子大小以及重量， 可增强聚合前体的溶解性。 除了其它性质之外， 控制聚合 前体的溶解性可制备例如具有可控粘度的墨水。
一般而言， 本发明的聚合物、 组合物和材料的结构和性质提供制造光伏层、 半导 体、 装置的优势， 而不论半导体或装置的形态、 构造或制造方法。
本发明的聚合前体化合物对于制备半导体材料和组合物是期望的。 聚合前体可具 有含二个或更多个不同金属原子的链结构， 金属原子可经由与含硫族基团的一个或多个硫 族原子的相互作用或桥接而互相结合。
通过该结构， 当聚合前体被用于例如沉积、 涂布或印刷于基板或表面上的方法中， 以及涉及退火、 烧结、 热解的方法和其它半导体制造方法中时， 使用该聚合前体能够增强半 导体的形成及其性质。
本发明的聚合前体化合物和组合物可有利地被用在用于太阳能电池的方法中， 避 免附加的硫化或硒化步骤。
例如， 在半导体制造方法中使用聚合前体可增强如含硫族半导体化合物和材料所 需的 M-E-M’ 键合的形成， 其中 M 是第 3 至 12 族中之一的原子， M’ 是第 13 族的原子， 且E是 硫族。
在一些实施方式中， 聚合前体化合物可含具有式 MA(E)MA、 MB(E)MB 或 MA(E)MB 的硫族桥。 聚合前体化合物可有利地含有原子间的键接， 该键接有利地被发现于受关注的材 料内， 如 CAIGAS、 CIGAS、 或 AIGAS 材料内， 而该材料可由聚合前体或聚合前体的组合制成。
本公开内容的聚合前体化合物是稳定的并有助于控制化学计量、 结构以及半导体 材料或层中原子 ( 尤其是金属原子 ) 的比例。
在任何特定半导体制造过程中利用聚合前体化合物， 可决定和控制金属原子的化 学计量。聚合前体之结构可含有多个不同的金属原子。具有不同的金属原子和不同数目的 金属原子的聚合前体能够以精确的量接触， 以便在半导体制造过程内控制该金属原子的化 学计量。对于在相对低温下操作的方法， 例如某些印刷、 喷雾和沉积法， 聚合前体化合物能 够维持期望的化学计量。与涉及多个用于半导体制造的来源的方法比较， 本发明的聚合前 体能够对半导体材料的均匀度及性质提供增强的控制。
这些有利特性可增强对用本发明的聚合前体制成的半导体材料的结构的控制。 本 公开内容的聚合前体可以是用于半导体材料的卓越结构单元。
本公开内容的聚合前体化合物、 组合物和材料可以直接和精确地控制金属原子的 化学计量比。 例如， 在一些实施方式中， 可在无其它化合物的情况下单独利用聚合前体很容 易地制备层， 进而由其制成任意化学计量的 CAIGAS、 CIGAS 或 AIGAS 材料。
在某些方面， 聚合前体化合物可用于形成纳米颗粒， 该纳米颗粒可用在各种制造 半导体材料的方法中。 本发明的实施方式可进一步提供利用由聚合前体制成的纳米颗粒以 增强半导体材料的形成和性质的方法。
在本发明的方面， 可利用聚合前体化合物制备化学和物理上均匀的半导体层。本 公开内容的化合物及组合物可用于制备具有增强的性质的半导体层。
在进一步的实施方式中， 可在相对低温下操作的方法中用本公开内容的聚合前体 化合物和组合物制备太阳能电池和其它产品。
本公开内容的聚合前体可用于制备用于制造半导体材料的各种方法中的墨水。 对 于涉及聚合前体的墨水的方法， 本公开内容可增强太阳能电池制造的可加工性。
本公开内容的某些聚合前体化合物和组合物具有在相对低温下被加工的能力， 以 及在太阳能电池中利用包括挠性聚合物在内的各种基板的能力。
用于太阳能电池的 CAIGAS 吸收剂的聚合前体的实施方式
本发明的实施方式包括 ：
含有重复单元 {MB(ER)(ER)} 和 {MA(ER)(ER)} 的化合物， 其中各 MA 为 Cu 或 Ag， 各 B M 为 In、 Ga 或 Al， 各 E 为 S、 Se 或 Te， 且各 R 于每次出现时独立选自烷基、 芳基、 杂芳基、 烯 基、 酰氨基、 甲硅烷基以及无机及有机配体。化合物可为 CAIGAS、 AIGAS 或 CIGAS 的前体化 合物。
含有二个或更多个重复单元 {MB(ER)(ER)} 及二个或更多个重复单元 {MA(ER) (ER)} 的化合物， 其中各 MA 为 Cu 或 Ag， 各 MB 为 In、 Ga 或 Al， 各 E 为 S、 Se 或 Te， 且各 R 于 每次出现时独立选自烷基、 芳基、 杂芳基、 烯基、 酰氨基、 甲硅烷基以及无机及有机配体。 B A
含有重复单元 {M (ER)(ER)} 或 {M (ER)(ER)} 的化合物， 其中各 MA 为 Cu 或 Ag， 各 B M 为 In、 Ga 或 Al， 各 E 为 S、 Se 或 Te， 且各 R 于每次出现时独立选自烷基、 芳基、 杂芳基、 烯
基、 酰氨基、 甲硅烷基以及无机及有机配体。
含有重复单元 {MB(ER)(ER)} 及 {MA(ER)(ER)} 的聚合物， 其中各 MA 为 Cu 或 Ag， 各 B M 为 In、 Ga 或 Al， 各 E 为 S、 Se 或 Te， 且各 R 于每次出现时独立选自烷基、 芳基、 杂芳基、 烯 基、 酰氨基、 甲硅烷基以及无机及有机配体。
具有实验式 (Cu1-xAgx)u(In1-y-tGayAlt)v((S1-zSez)R)w 的化合物， 其中 x 为 0 至 1， y为 0 至 1， t 为 0 至 1， y 加 t 的和为 0 至 1， z 为 0 至 1， u 为 0.5 至 1.5， v 为 0.5 至 1.5， w为 2 至 6， 且 R 代表数目为 w 的独立选自烷基、 芳基、 杂芳基、 烯基、 酰氨基、 甲硅烷基以及无机 及有机配体的 R 基团。上述化合物， 其中 x 为 0 至 0.5， y 为 0 至 1， t 为 0 至 1， y 加 t 的和 为 0 至 1， z 为 0 至 1， u 为 0.7 至 1.1， v 为 0.9 至 1.2， w 为 2 至 6。上述化合物， 其中 x 为 0 至 0.3， y 为 0 至 1， t 为 0 至 1， y 加 t 的和为 0 至 1， z 为 0 至 1， u 为 0.7 至 1.1， v 为 1， w 为 3 至 5。上述之化合物， 其中 x 为 0 至 0.2， y 为 0 至 1， t 为 0 至 1， y 加 t 的和为 0 至 1， z 为 0 至 1， u 为 0.7 至 1.1， v 为 1， w 为 3.5 至 4.5。
化合物可为无机聚合物或配位聚合物。化合物可为直链、 支链、 环状、 或任何上述 的混合物。各 R 于每次出现时可独立选自 (C1-8) 烷基。化合物在低于约 100℃的温度下可 为油状。化合物可含有三个或更多个重复单元 {MB(ER)(ER)}。化合物可含有三个或更多个 重复单元 {MA(ER)(ER)}。
化合物可具有式 (AB)n， 其中 A 为重复单元 {MA(ER)(ER)}， B 为重复单元 {MB(ER) (ER)}， n 为 1 或更高， 或 n 为二或更高， 或 n 为三或更高， 且 R 于每次出现时独立选自烷基、 芳基、 杂芳基、 烯基、 酰氨基、 甲硅烷基以及无机及有机配体。化合物可为交替共聚物、 嵌段 共聚物或无规共聚物。
化合物可具有下列任何一式 ：
(RE)2-BB(AB)n， (RE)2-B(AB)nB， (RE)2-B(AB)nB(AB)m， (RE)2-(BA)nBB， (RE)2-B(BA) 环状 环状 (RE)2-(BA)nB(BA)mB， (AB)n， (BA)n， (RE)2-(BB)(AABB)n， (RE)2-(BB)(AABB)n(AB)m， nB， (RE)2-(B)(AABB)n(B)(AB)m， (RE)2-[B(AB)n] ， (RE)2-[(BA)nB] ，
…… AB1AB2AB3……
(RE)2-BB(AB1)n(AB2)m， (RE)2-BB(AB1)n(AB2)m(AB1)p， (RE)2-BB(AB1)n(AB2)m(AB1)p， (RE)2-BB(A1B)n(A2B)m， (RE)2-BB(A1B)n(A2B)m(A1B)p 以及任何上述的混合物， 其中 A 为重复单 A B 元 {M (ER)(ER)}， B 为重复单元 {M (ER)(ER)}， p 为一或更高， n 为一或更高， 或 n 为二或更 高， 或 n 为三或更高， 且 m 为一或更高。
化合物可具有下列的任何一种重复单元式 ：
{ C u 0 . 7 A g 0 . 2 5 ( S e s B u ) 3 . 9 5 I n 0 . 3 G a 0 . 4 A l 0 . 3 } 、{ G a 0 . 5 A l 0 . 5 ( S e s B u ) 3 . 9 C u 0 . 5 A g 0 . 4 } 、 {Cu 0.5 Ag 0.5 (Se s Bu) 4 In 0.7 Al 0.3 } 、{Cu 0.9 In 0.5 Ga 0.25 Al 0.25 (Se s Bu) 3.9 } ，{Cu(Se s Bu) 4 Al} 、 { C u 0 . 9 ( S e s B u ) 3 . 9 G a 0 . 7 A l 0 . 3 } ，{ C u 0 . 9 ( S e s B u ) 3 . 9 I n 0 . 8 A l 0 . 2 } 、{ A g ( S e s B u ) 4 A l } ， {Ag(SesBu)4In0.7Al0.3}、 {Cu0.5Ag0.5(SesBu)4(In， Ga， Al)}、 {Cu0.7Ag0.1(SesBu)3.8Ga0.2In0.7 Al0.1}、 {Cu0.8Ag0.2(SesBu)4(In， Ga， Al)}、 {Cu0.2Ag0.8(SesBu)4(In， Ga， Al)}、 {Cu0.5Ag0.5(S s s e Bu)4Ga0.45In0.5Al0.05}、 {Cu0.85Ag0.1(Se Bu)3.95Ga0.15In0.7Al0.15}、 {Cu0.5Ag0.5(SesBu)4Ga0.3I n0.7Al0.01}、 {Cu0.8Ag0.05(SesBu)3.85Ga0.3In0.3Al0.4}、 {(Cu， Ag)(SetBu)(SenBu)(In， Ga， Al) n t i i t n (Se Bu)2}、 {(Cu， Ag)(S Bu)(S Pr)(In， Ga， Al)(S Pr)2}、 {Cu1.40Ag0.10(Se Bu)1.5(Se Bu) n t t (In 0.7 Ga 0.25 Al 0.05 )(Se Bu) 2 } ； {Cu 1.30 Ag 0.10 (S Bu) 1.4 (S Bu)(In 0.85 Ga 0.1 Al 0.05 )(S t Bu) 2 } ； {Cu 1.20Ag 0.10(S tBu) 1.3(S nBu)(In 0.80Ga 0.15Al 0.05)(S nBu) 2} ； {Cu 1.10Ag 0.10(Se tBu) 1.2(Se nBu) (In 0.75 Ga 0.20 Al 0.05 )(Se nBu) 2} ； {Cu 1.05 Ag 0.05 (S tBu) 1.1 (Se tBu)(In 0.7 Ga 0.2 Al 0.1 )(Se tBu) 2} 、 {Cu 0.90 Ag 0.10 (Se t Bu)(Se n Bu)(In 0.7 Ga 0.25 Al 0.05 )(Se n Bu) 2 } ； {Cu 0.85 Ag 0.10 (S t Bu) 0.95 (S t Bu) (In 0.85 Ga 0.1 Al 0.05 )(S t Bu) 2 } ； {Cu 0.80 Ag 0.20 (S t Bu)(S n Bu)(In 0.80 Ga 0.15 Al 0.05 )(S n Bu) 2 } ； {Cu 0.75Ag 0.20(Se tBu) 0.95(Se nBu)(In 0.75Ga 0.20Al 0.05)(Se nBu) 2} ； {Cu 0.70Ag 0.30(S tBu)(Se tBu) (In 0.7Ga 0.2Al 0.1)(Se tBu) 2} ； {Cu 0.65Ag 0.30(Se tBu) 0.95(S tBu)(In 0.6Ga 0.3Al 0.1)(S tBu) 2} ； {Cu 0 t t t n {Cu 0.50Ag 0.50(Se Bu)(Se Bu)(In 0.5Ga 0.4Al 0.1) .60 Ag 0.40 (Se Bu) 2 (In 0.5 Ga 0.4 Al 0.1 )(Se Bu) 2 } ； n t t (Se Bu) 2 } ； {Cu 0.30 Ag 0.65 (S Bu) 0.95 (S Bu)(In 0.5 Ga 0.4 Al 0.1 )(S t Bu) 2 } ； {Cu 0.30 Ag 0.70 (S t Bu) (SnBu)(In0.4Ga0.5Al0.1)(SnBu)2} ； {Cu0.20Ag0.75(SetBu)0.95(SenBu)(In0.4Ga0.5Al0.1)(SenBu)2} ； {Cu 0.20 Ag 0.80 (S t Bu)(Se t Bu)(In 0.3 Ga 0.1 Al 0.6 )(Se t Bu) 2 } ； {Cu 0.10 Ag 0.85 (Se t Bu) 0.95 (S t Bu) (In0.3Ga0.6Al0.1)(StBu)2} ； 以及 {Cu0.10Ag0.90(SetBu)2(In0.2Ga0.7Al0.1)(SetBu)2}。
墨水， 其含有一种或多种上述化合物以及一种或多种载体。墨水可以是所述化合
物在有机载体中的溶液。墨水可含有掺杂物或碱性掺杂物。墨水可含有一种或多种选自由 表面活性剂、 分散剂、 乳化剂、 消泡剂、 干燥剂、 填充剂、 树脂粘合剂、 增稠剂、 粘度调节剂、 抗 氧化剂、 助流剂、 增塑剂、 导电剂、 促结晶剂、 补充剂、 薄膜调节剂、 助粘剂和染料组成的组中 的成分。墨水可含有一种或多种选自由导电聚合物、 铜金属、 铟金属、 镓金属、 锌金属、 碱金 属、 碱金属盐、 碱土金属盐、 硫属化钠、 硫属化钙、 硫化镉、 硒化镉、 碲化镉、 硫化铟、 硒化铟、 碲化铟、 硫化镓、 硒化镓、 碲化镓、 硫化锌、 硒化锌、 碲化锌、 硫化铜、 硒化铜、 碲化铜、 硫化钼、 硒化钼、 碲化钼及任何上述的混合物组成的组的成分。
用于制造前体化合物的方法， 包括 ： B1
(a) 提供单体化合物 M (ER)3、 MB2(ER)3、 MB3(ER)3、 MA1(ER) 和 MA2(ER) ； 以及
(b) 使单体化合物接触 ；
其中 MB1 为 In， MB2 为 Ga， MB3 为 Al， MA1 为 Cu， 且 MA2 为 Ag， 各 E 为 S、 Se 或 Te， 且R 于每次出现时独立选自烷基、 芳基、 杂芳基、 烯基、 酰氨基、 甲硅烷基以及无机及有机配体。 A1 A2 A1 A2 M 及 M 可均为 Cu， 或 M 及 M 可均为 Ag。各 E 为硫或硒。化合物可为 CAIGAS、 AIGAS 或 CIGAS 的前体化合物。化合物可缺乏第 11 族原子。单体化合物可在沉积、 喷雾、 涂布或印刷 过程中接触。可以使单体化合物在约 -60℃至约 100℃或约 0℃至约 200℃的温度下接触。
化 合 物， 其 是 通 过 以 下 方 法 制 备 的， 所 述 方 法 包 括 使 单 体 MB1(ER)3、 MB2(ER)3、 MB3(ER)3、 MA1(ER) 及 MA2(ER) 反应， 其中 MB1 为 In， MB2 为 Ga， MB3 为 Al， MA1 为 Cu， 且 MA2 为 Ag， 各 E 为 S、 Se 或 Te， 且 R 于每次出现时独立选自烷基、 芳基、 杂芳基、 烯基、 酰氨基、 甲硅烷基 A1 A2 A1 A2 以及无机及有机配体。上述化合物， 其中 M 和 M 均为 Cu， 或 M 及 M 均为 Ag。上述化合 物， 其中 E 为硫或硒。上述化合物， 其中所述化合物为 CAIGAS、 AIGAS 或 CIGAS 的前体化合 物。上述化合物， 其中所述化合物具有实验式 (Cu1-xAgx)u(In1-y-tGayAlt)v((S1-zSez)R)w， 其中 x 为 0 至 0.5， y 为 0 至 1， t 为 0 至 1， y 加 t 的和为 0 至 1， z 为 0 至 1， u 为 0.7 至 1.1， v 为 0.9 至 1.2， w 为 2 至 6。上述化合物， 其中 x 为 0 至 0.3， y 为 0 至 1， t 为 0 至 1， y加t 的和为 0 至 1， z 为 0 至 1， u 为 0.7 至 1.1， v 为 1， w 为 3 至 5。上述化合物， 其中 x 为 0 至 0.2， y 为 0 至 1， t 为 0 至 1， y 加 t 的和为 0 至 1， z 为 0 至 1， u 为 0.7 至 1.1， v 为 1， w为 3.5 至 4.5。
物件， 其含有一种或多种沉积于基板上的上述化合物或墨水。 上述物件， 其中沉积 可通过喷雾、 喷涂、 喷雾沉积、 喷雾热解、 印刷、 丝网印刷、 喷墨印刷、 气溶胶喷射印刷、 油墨 印刷、 喷射印刷、 印台印刷、 转移印刷、 移印、 柔性版印刷、 凹版印刷、 接触印刷、 背面印刷、 热 敏印刷、 平版印刷、 电子照相印刷、 电解沉积、 电镀、 无电式电镀、 浴沉积、 涂布、 湿式涂布、 旋 涂、 刮刀涂布、 辊涂、 棒式涂布、 狭缝模具涂布、 麦勒棒涂布、 唇口型直接涂布、 毛细管涂布、 液相沉积、 溶液沉积、 逐层沉积、 旋浇铸、 溶液浇铸及任何上述的组合来进行。上述物件， 其 中基板选自由下列组成的组 ： 半导体、 掺杂半导体、 硅、 砷化镓、 绝缘体、 玻璃、 钼玻璃、 二氧 化硅、 二氧化钛、 氧化锌、 氮化硅、 金属、 金属箔、 钼、 铝、 铍、 镉、 铈、 铬、 钴、 铜、 镓、 金、 铅、 锰、 钼、 镍、 钯、 铂、 铼、 铑、 银、 不锈钢、 钢、 铁、 锶、 锡、 钛、 钨、 锌、 锆、 金属合金、 金属硅化物、 金属 碳化物、 聚合物、 塑料、 导电聚合物、 共聚物、 聚合物掺合物、 聚对苯二甲酸乙二酯、 聚碳酸 酯、 聚酯、 聚酯薄膜、 迈拉、 聚氟乙烯、 聚偏二氟乙烯、 聚乙烯、 聚醚酰亚胺、 聚醚砜、 聚醚酮、 聚酰亚胺、 聚氯乙烯、 丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯聚合物、 聚硅氧烷、 环氧树脂、 纸、 涂布纸及任 何上述的组合。 上述物件， 其中基板为包括管状、 圆柱状、 滚筒状、 棒状、 针状、 轴状、 平面、 板状、 叶状、 翼片状、 弯曲表面或球体的成型基板。
制造物件的方法， 该方法包括 ：
(a) 提供一种或多种上述的化合物或墨水 ；
(b) 提供基板 ； 以及
(c) 将化合物或墨水沉积于该基板上。
上述方法， 其中步骤 (c) 被重复进行。上述方法， 其进一步包含将基板在约 100℃ 至约 400℃的温度下加热， 以便将化合物或墨水转化成材料。上述方法， 其进一步包含将 基板在约 100℃至约 400℃的温度下加热， 以便将化合物或墨水转化成材料， 接着重复步骤 (c)。上述方法， 其进一步包含通过将基板在约 300℃至约 650℃的温度下加热以使材料退 火。上述方法， 其进一步包含将基板在约 100℃至约 400℃的温度下加热， 以便将化合物或 墨水转化成材料， 然后通过将基板在约 300℃至约 650℃的温度下加热以使材料退火。上述 方法， 其进一步包含将基板在约 100℃至约 400℃的温度下加热以便将化合物或墨水转化 成材料， 将化合物或墨水沉积于基板上， 以及通过将基板在约 300℃至约 650℃的温度下加 热以使材料退火。
上述方法， 其进一步包括 ：
(d) 将基板在约 100℃至约 400℃的温度下加热以便将化合物或墨水转化成材料 ；
(e) 将化合物或墨水沉积于基板上 ；
(f) 重复步骤 (d) 和 (e) ； 以及
(g) 通过将基板在约 300℃至约 650℃的温度下加热以使材料退火。
上述方法， 其进一步包含 ：
(d) 将基板在约 100℃至约 400℃的温度下加热以便将化合物或墨水转化成材料 ；
(e) 通过将基板在约 300℃至约 650℃的温度下加热以使半导体材料退火 ； 以及
(f) 重复步骤 (c)、 (d) 和 (e)。
上述方法， 其进一步包含于任何加热或退火步骤之前、 期间或之后进行硒化或硫 化的任选步骤。
具有实验式 (Cu1-xAgx)u(In1-y-tGayAlt)v(S1-zSez)w 的材料， 其中 x 为 0 至 1， y为0至 1， t 为 0.001 至 1， y 加 t 的和为 0 至， z 为 0 至 1， u 为 0.5 至 1.5， v 为 0.5 至 1.5， 且w为 1 至 3。上述材料， 其中 x 为 0 至 0.5， y 为 0 至 1， t 为 0.001 至 0.5， z 为 0.5 至 1， u 为 0.7 至 1.1， v 为 0.9 至 1.1， 且 w 为 1.8 至 2.4。上述材料， 其中 x 为 0 至 0.3， y 为 0 至 1， t为 0.001 至 0.3， z 为 0.7 至 1， u 为 0.7 至 1.1， v 为 1， 且 w 为 1.8 至 2.4。上述材料， 其中 x 为 0 至 0.2， y 为 0 至 1， t 为 0.001 至 0.2， z 为 0.5 至 1， u 为 0.7 至 1.1， v 为 1， 且 w 为 2.0 至 2.4。上述材料， 其中所述材料为半导体。上述材料， 其中所述材料为薄膜的形式。含有 上述材料的光电装置。
用于制备材料的方法， 包括 ：
(a) 提供一种或多种上述的化合物或墨水 ；
(b) 提供基板 ；
(c) 将化合物或墨水沉积于基板上 ； 以及
在惰性环境中将基板在约 20℃至约 650℃的温度下加热， 从而产生具有 0.001 至 100 微米厚度的材料。 上述材料， 其中将基板在约 100℃至约 550℃或约 200℃至约 400℃的温度下加热。含有通过上述方法制造的材料的光伏装置。
通过以下方法制备的薄膜材料， 所述方法包括 ：
(a) 提供一种或多种上述的化合物或墨水 ；
(b) 提供基板 ；
(c) 将化合物或墨水沉积于基板上 ； 以及
(d) 在惰性环境中将基板在约 20℃至约 650℃的温度下加热， 从而产生具有 0.001 至 100 微米厚度的薄膜材料。上述薄膜材料， 其中将基板在约 100℃至约 550℃或约 200℃ 至约 400℃的温度下加热。上述薄膜材料， 所述方法进一步包含于步骤 (c) 或 (d) 之前、 期 间或之后的硒化或硫化的任选步骤。由上述薄膜材料制造的光伏吸收剂层。含有上述薄膜 材料的光伏装置。
具有实验式 (Cu1-xAgx)u(In1-y-tGayAlt)v(S1-zSez)w 的光伏吸收剂层， 其中 x 为 0 至 1， y 为 0 至 1， t 为 0.001 至 1， y 加 t 的和为 0 至， z 为 0 至 1， u 为 0.5 至 1.5， v 为 0.5 至 1.5， 且 w 为 1 至 3。上述光伏吸收剂层， 其中 x 为 0 至 0.5， y 为 0 至 1， t 为 0.001 至 0.5， z 为 0.5 至 1， u 为 0.7 至 1.1， v 为 0.9 至 1.1， 且 w 为 1.8 至 2.4。上述光伏吸收剂层， 其 中 x 为 0 至 0.3， y 为 0 至 1， t 为 0.001 至 0.3， z 为 0.7 至 1， u 为 0.7 至 1.1， v 为 1， 且w 为 1.8 至 2.4。上述光伏吸收剂层， 其中 x 为 0 至 0.2， y 为 0 至 1， t 为 0.001 至 0.2， z为 0.8 至 1， u 为 0.7 至 1.1， v 为 1， 且 w 为 2.0 至 2.4。含有上述光伏吸收剂层的光伏装置。 含有上述光伏吸收剂层的用于提供电力的系统。 利用上述光伏系统将光转化成电能以提供 电力的方法。 用于在基板上制造光伏吸收剂层的方法， 包括 ：
(a) 提供一种或多种上述的化合物或墨水 ；
(b) 提供基板 ；
(c) 将化合物或墨水沉积于基板上 ； 以及
(d) 在惰性环境中将基板在约 100 ℃至约 650 ℃的温度下加热， 从而产生具有 0.001 至 100 微米厚度的光伏吸收剂层。上述方法， 其中将基板在约 100℃至约 550℃或约 200℃至约 400℃的温度下加热。 上述方法， 进一步包含于步骤 (c) 或 (d) 之前、 期间或之后 的硒化或硫化的任选步骤。含有通过上述方法制造的光伏吸收剂层的光伏装置。
前体化合物的实验式
本公开内容提供一系列具有二个或更多个不同金属原子和硫族原子的聚合前体 化合物。
在某些方面， 聚合前体化合物含有金属原子和第 13 族原子以及其组合。任何这些 原子可被结合至一个或多个选自第 15 族、 S、 Se 和 Te 的原子， 以及一个或多个配体。
聚合前体化合物可为中性化合物或离子形式， 或具有带电复合物或反离子。在一 些实施方式中， 聚合前体化合物的离子形式可含有二价金属原子， 或作为反离子的二价金 属原子。
聚合前体化合物可含有选自第 3 至 12 族过渡金属、 B、 Al、 Ga、 In、 Tl、 Si、 Ge、 Sn、 Pb、 As、 Sb 和 Bi 的原子。任何这些原子可被结合至一个或多个选自第 15 族、 S、 Se 和 Te 的 原子， 以及一个或多个配体。
聚合前体化合物可含有选自 Ni、 Pd、 Pt、 Cu、 Ag、 Au、 Zn、 Cd、 Hg、 B、 Al、 Ga、 In、 Tl、
Si、 Ge、 Sn、 Pb 和 Bi 的原子。任何这些原子可被结合至一个或多个选自第 15 族、 S、 Se 和 Te 的原子， 以及一个或多个配体。
在一些实施方式中， 聚合前体化合物可含有选自 Cu、 Ag、 Zn、 Ga、 In、 Al、 Tl、 Si、 Ge、 Sn 和 Pb 的原子。任何这些原子可被结合至一个或多个选自第 15 族、 S、 Se 和 Te 的原子， 以 及一个或多个配体。
在一些实施方式中， 聚合前体化合物可含有选自 Cu、 Ag、 Zn、 Ga、 In、 Al、 Tl、 Si、 Ge、 Sn 和 Pb 的原子。任何这些原子可被结合至一个或多个硫族原子， 以及一个或多个配体。
在一些变化例中， 聚合前体化合物可含有选自 Cu、 Ag、 In、 Ga 和 Al 的原子。任何 这些原子可被结合至一个或多个选自 S、 Se 和 Te 的原子， 以及一个或多个配体。
聚合前体 (MPP-CAIGAS) 的结构和性质
本公开内容的聚合前体化合物在环境温度下可以是稳定的。 聚合前体可被用于制 造分层材料、 光电材料， 和装置。利用聚合前体可以有利地控制材料、 层或半导体中各种原 子的化学计量、 结构和比例。
本发明的聚合前体化合物可为固体、 具有低熔点的固体、 半固体、 流动性固体、 胶、 或橡胶状固体、 油状物质、 或在环境温度或比环境温度稍高的温度下的液体。 在本发明的实 施方式中， 在比环境温度稍高的温度下的液体能够为太阳能电池和其它产品的制造提供卓 越的可加工性， 以及增强在包括柔性基板的各种基板上被加工的能力。
一般而言， 通过利用热、 光、 动能、 机械能或其它能量可将聚合前体化合物加工转 化成材料， 包括半导体材料。在这些过程中， 聚合前体化合物发生转化而成为材料。通过本 领域已知的方法以及本公开内容的新颖方法可将聚合前体化合物转化成材料。
本发明的实施方式进一步提供用于制造光电材料的方法。 合成聚合前体化合物之 后， 可通过各种方法将化合物沉积、 喷雾或印刷于基板上。可在将化合物沉积、 喷雾或印刷 于基板上期间或之后进行聚合前体化合物的转化。
本公开内容的聚合前体化合物的转化温度可为低于约 400℃， 或低于约 300℃， 或 低于约 280℃， 或低于约 260℃， 或低于约 240℃， 或低于约 220℃， 或低于约 200℃。
在某些方面， 本公开内容的聚合前体包括在低于约 100℃的温度下可被熔融加工 的分子。在某些方面， 聚合前体在相对低温下可为流体、 可流动、 可流动熔融或半固态以及 可以以纯固体、 半固体、 纯可流动熔体、 可流动固体、 胶、 橡胶状固体、 油状物质或液体被加 工。在某些实施方式中， 聚合前体可在低于约 200℃， 或低于约 180℃， 或低于约 160℃， 或 低于约 140℃， 或低于约 120℃， 或低于约 100℃， 或低于约 80℃， 或低于约 60℃， 或低于约 40℃的温度下以可流动熔体被熔融加工。
本发明的聚合前体化合物可为结晶或无定形体， 并且可溶于各种非水溶剂。
聚合前体化合物可含有能够在温和条件下在相对低温下移除的配体或配体片段 或配体部分， 因此提供了将聚合前体转化至材料或半导体的简易途径。配体或配体的一些 原子可在各种方法 ( 包括用于沉积、 喷雾和印刷的某些方法 ) 中以及通过能量的应用而移 除。
这些有利特征可以增强对由本发明的聚合前体化合物制成的半导体材料的结构 的控制。
用于半导体和光电装置的聚合前体 (MPP-CAIGAS)本发明提供一系列具有二个或更多个不同金属原子的聚合前体结构、 组合物和分 在一些实施方式中， 聚合前体化合物含有选自 Ga、 In、 Al 及其组合的第 13 族的原 原子 MB 可为原子 Ga、 In 及 Al 的任意组合。 这些聚合前体化合物进一步含有一价金属原子 MA， 其选自 Cu、 Ag 及其混合物。 A 原子 M 可为原子 Cu 和 Ag 的任意组合。 本公开内容的聚合前体可被视为无机聚合物或配位聚合物。 本公开内容的聚合前体可以以不同的方式表示， 利用不同的化学式来描述相同的子。
子M。
B结构。 在某些方面， 本公开内容的聚合前体可以是聚合物分子或链的分布。该分布可涵 盖具有一系列键长或分子尺寸的分子或链。聚合前体可为聚合物、 聚合物分子或链的混合 物。聚合前体的分布可集中或加重在特定分子量或链质量周围。
本发明的实施方式进一步提供可被描述为 AB 交替加合共聚物的聚合前体。
AB 交替加合共聚物通常由重复单元 A 和 B 构成。重复单元 A 和 B 各自源自单体。 虽然单体 A 的实验式不同于重复单元 A 的实验式， 但重复单元 A 和 B 也可被称为单体。 A A A
用于 M 的单体可为 M (ER)， 该 M 为 Cu 或 Ag。 B B
用于 M 的单体可为 M (ER)3， 该 MB 为 Ga、 In、 Al 或 Ga、 In 和 Al 的任意混合物。
在聚合前体中， A 的单体连接至 B 的单体而产生直链、 环状或支链或任何其它形状 A 的聚合物链， 其具有各为式 {M (ER)2} 的重复单元 A 以及各为式 {MB(ER)2} 的重复单元 B。 重 复单元 A 和 B 在链中可以交替顺序出现， 例如… ABABABABAB…。
在一些实施方式中， 聚合前体可具有选自 Ga、 In 和 Al 的原子 MB， 其中不同原子在 结构中以随机顺序出现。
本发明的聚合前体化合物， 在不同的第 13 族元素数目及其各自的比例方面， 可以 以任何期望的化学计量而制成。 可通过单体浓度或前体的聚合物链内的重复单元来控制聚 合前体化合物的化学计量。聚合前体化合物， 在不同的第 13 族元素数目及其各自的比例方 面， 可以以任何期望的化学计量而制成。
在某些方面， 本公开内容提供聚合前体， 其为具有下列式 1 至 13 中其一的无机 AB 交替加合共聚物 ：
式1： (RE)2-[B(AB)n]
式2： (RE)2-[(BA)nB]
式3： (RE)2-BB(AB)n
式4： (RE)2-B(AB)nB
式5： (RE)2-B(AB)nB(AB)m
式6： (RE)2-(BA)nBB
式7： (RE)2-B(BA)nB
式8： (RE)2-(BA)nB(BA)mB 环状
式9： (AB)n 环状
式 10 ： (BA)n
式 11 ： (RE)2-(BB)(AABB)n
式 12 ： (RE)2-(BB)(AABB)n(AB)m
式 13 ： (RE)2-(B)(AABB)n(B)(AB)m
其中 A 和 B 如上文所定义， E 为 S、 Se 或 Te， 且 R 如下文所定义。
式 1 和 2 描述离子形式， 其具有一个或多个未示出的反离子。反离子的实例包括 碱金属离子 Na、 Li 及 K。
式 RE-B(AB)n 和 RE-(BA)nB 可描述在某些条件下为稳定的分子。
例如， 式 4 的聚合前体化合物的实施方式示于图 1。如图 1 所示， 化合物的结构可 A B 由式 (RE)2BABABB 表示， 其中 A 为重复单元 {M (ER)2}， B 为重复单元 {M (ER)2}， E 为硫族元 素， 且 R 为如下文所定义的官能团。
在另一实例中， 式 5 的聚合前体化合物的实施方式示于图 2。 如图 2 所示， 化合物的 A 结构可由式 (RE)2BABABBABAB 表示， 其中 A 为重复单元 {M (ER)2}， B 为重复单元 {MB(ER)2}， E 为硫族元素， 且 R 为如下文所定义的官能团。
在又一实例中， 式 6 的聚合前体化合物的实施方式示于图 3。如图 3 所示， 化合物 A B 的结构可由式 (RE)2BA(BA)nBB 表示， 其中 A 为重复单元 {M (ER)2}， B 为重复单元 {M (ER)2}， E 为硫族元素， 且 R 为如下文所定义的官能团。
在另一实例中， 式 8 的聚合前体化合物的实施方式于图 4。 如图 4 所示， 化合物的结 A 构可由式 (RE)2BA(BA)nB(BA)mB 表示， 其中 A 为重复单元 {M (ER)2}， B 为重复单元 {MB(ER)2}， E 为硫族元素， 且 R 为如下文所定义的官能团。
在又一实例中， 式 10 的聚合前体化合物的实施方式示于图 5。 如图 5 所示， 化合物 环状 A B 的结构可由式 (BA)4 表示， 其中 A 为重复单元 {M (ER)2}， B 为重复单元 {M (ER)2}， E 为硫 族元素， 且 R 为如下文所定义的官能团。
具有式 1 ～ 8 和 11 ～ 13 之一的聚合前体可为任何长度或分子大小。n 和 m 的值 可为一 (1) 或更高。在某些实施方式中， n 和 m 的值为 2 或更高， 或 3 或更高， 或 4 或更高， 或 5 或更高， 或 6 或更高， 或 7 或更高， 或 8 或更高， 或 9 或更高， 或 10 或更高。在一些实施 方式中， n 和 m 可独立地为 2 至约 1,000,000， 或 2 至约 100,000， 或 2 至约 10,000， 或2至 约 5,000， 或 2 至约 1,000， 或 2 至约 500， 或 2 至约 100， 或 2 至约 50。
具有式 9 或 10 之一的环状聚合前体可为任何的分子大小。n 的值可为二 (2) 或更 高。某些变化例中， n 和 m 的值为 2 或更高， 或 3 或更高， 或 4 或更高， 或 5 或更高， 或6或 更高， 或 7 或更高， 或 8 或更高， 或 9 或更高， 或 10 或更高。在一些实施方式中， 就环状式 9 和 10 而言， n 为 2 至约 50， 或 2 至约 20， 或 2 至约 16， 或 2 至约 14， 或 2 至约 12， 或 2 至约 10， 或 2 至约 8。
另一方面， 由于金属原子 MA 和第 13 族原子 MB 出现于左边， 而硫族原子 E 出现于右 B A 边， 因此重复单元 {M (ER)2} 和 {M (ER)2} 可被视为 “传递的” 。因此， 线性终止的链通常在 左端需要附加的硫族基团以完成该结构， 如式 1 ～ 8 和 11 ～ 13。如式 9 和 10 所述的环状 链不需用于终止的附加的硫族基团。
在某些方面， 当 n 和 m 为一 (1) 时， 式 1 ～ 8 和 11 ～ 13 的结构可被视为加合物。 例如， 加合物包括 (RE)2-BBAB、 (RE)2-BABB 和 (RE)2-BABBAB。
在一些实施方式中， 聚合前体可包括 AABB 交替嵌段共聚物的结构。例如， 聚合前体或聚合结构的部分可含有一个或多个连续的重复单元 {AABB}。具有 AABB 交替嵌段共聚 物的聚合前体可以由上文的式 11 表示。
在某些方面， 本公开内容提供具有式 14 重复单元的无机 AB 交替加成聚合物的聚 合前体 ：
其中原子 MB 为选自 Ga 和 In 的第 13 族原子， 且 E 为 S、 Se 或 Te。
在某些方面， 本发明提供具有 n 个式 14 重复单元的聚合前体， 其中 n 可为 1 或更 高， 或 2 或更高， 或 3 或更高， 或 4 或更高， 或 5 或更高， 或 6 或更高， 或 7 或更高， 或 8 或更 高， 或 9 或更高， 或 10 或更高， 或 11 或更高， 或 12 或更高。
式 14 的 AB 共聚物也可由 (AB)n 或 (BA)n 表示， 其代表任何链长的聚合物。表示某 些 AB 共聚物的另一种方式为式… ABAB…。
在另一变化例中， 本发明提供可由式 15 表示的聚合前体 ：
其中原子 MB1 和 MB2 是选自 Ga、 In 和 Al 的相同或不同的第 13 族原子， E 为 S、 Se 或 Te， 且 p 为一 (1) 或更高。
另一方面， 本发明提供可由式 16 表示的聚合前体 ：
其中原子 MB1 和 MB2 为选自 Ga、 In 和 Al 的相同或不同的第 13 族原子， 原子 MA1 和 MA2 为选自 Cu 和 Ag 的相同或不同的原子， E 为 S、 Se 或 Te， 且 p 为一 (1) 或更高。另一方面， 本发明提供可由式 17 表示的无机 AB 交替共聚物。 1 2
…… AB AB AB3……
式 17
其中 B1、 B2 和 B3 为分别含有原子 MB1、 MB2 和 MB3 的重复单元， 原子 MB1、 MB2 和 MB3 为 Ga 和 In 的原子。
表 1 概述了本发明的单体和聚合前体的实验式的某些实例。
表1： 单体、 重复单元和聚合前体的实验式
在表 1 中， 该 “代表性结构链单元” 指该聚合物链的重复单元。通常， 代表性结构链 重复单元内的电子、 配体或 R 基团的数目和存在并不一定反映金属原子的氧化态。例如， 链 A A A 重复单元 A， 即 {M (ER)2}， 来自单体 M (ER)， 其中 M 为一价氧化态 1(I 或一 ) 的金属原子， 其选自 Cu 和 Ag。 应当理解， 重复单元存在于聚合物链内， 结合至两个其它的重复单元， 或结 B B 合至一重复单元和一链终止单元。同样地， 链重复单元 B， 即 {M (ER)2}， 来自单体 M (ER)3， B 其中 M 为选自 Ga、 In、 Al 及其混合物的三价氧化态 3(III 或三 ) 的第 13 族原子。在一方 A 面， 单体 M (ER) 和单体 MB(ER)3 结合， 形成 AB 重复单元， 即 {MA(ER)2MB(ER)2}。
在某些方面， 本公开内容提供也可相对于 MA 或 MB 交替的 AB 交替共聚物。相对于 MA 交替的聚合前体可以含具有交替原子 MA1 和 MA2 的链区。相对于 MB 交替的聚合前体可以 含具有交替原子 MB1 和 MB2 的链区。
在另外的方面， 本公开内容提供可以含有一个或多个由 (AB1)n 或 (B1A)n 表示的 n 个重复单元的嵌段的 AB 交替嵌段共聚物， 其中重复单元的嵌段仅含一种选自第 13 族的原 B1 1 1 子 M 。嵌段也可为由 (A B)n 或 (BA )n 表示的重复单元， 其中重复单元的嵌段仅包含一种原 A1 子 M 。本公开内容的聚合前体可以包含一个或多个重复单元的嵌段， 每一嵌段内具有不同 A 的第 13 族原子， 或每一嵌段内具有不同的原子 M 。例如， 聚合前体可具有下式之一 ： 1 2
式 18 ： (RE)2-BB(AB )n(AB )m
式 19 ： (RE)2-BB(AB1)n(AB2)m(AB1)p
式 20 ： (RE)2-BB(AB1)n(AB2)m(AB1)p
式 21 ： (RE)2-BB(A1B)n(A2B)m
式 22 ： (RE)2-BB(A1B)n(A2B)m(A1B)p
其中 B1、 B2 分别代表重复单元 {MB1(ER)2} 和 {MB2(ER)2}， 其中 MB1、 MB2 分别为 In、 Ga， 1 2 A1 A2 A1 A2 且其中 A 、 A 分别代表重复单元 {M (ER)2} 和 {M (ER)2}， 其中 M 、 M 分别为 Cu 和 Ag。在 式 18 至 22 中， n、 m 和 p 的值可为 2 或更高， 或 3 或更高， 或 4 或更高， 或 5 或更高， 或6或 更高， 或 7 或更高， 或 8 或更高， 或 9 或更高， 或 10 或更高， 或 11 或更高， 或 12 或更高。 B B
在某些实施方式中， M 单体可含有例如具有式 M (ERE) 的螯合基团 -ERE-。
在一些实施方式中， 单体在环境条件下可以以二聚物形式存在， 或者以三聚物或 更高聚物形式存在， 并可以以这样的形式作为试剂。 可以理解， 术语单体是指所有这样的形 式， 不论其存在于环境条件下， 或存在于从单体合成聚合前体的过程期间。例如， 式 MA(ER) 和 MB(ER)3 应被视为包括此类天然存在的二聚体或更高聚体 ( 若有 ) 形式的单体。二聚体 或更高体形式的单体若被用作试剂时可提供该单体形式。例如， 实验式 Cu(ER) 的化合物可 B 以以不溶性的聚集形式存在， 并且当用作试剂时可提供用于与 M (ER)3 反应的单体。
本发明的聚合前体可通过例如单体 MA(ER) 和 MB(ER)3 的反应而获得， 其可有利地
在有机溶剂内具有高溶解度。单体本身可为较不可溶或不可溶。因此， 在某些方面， 本发明 的聚合前体可有利地用在用于制造光伏层及其它物件、 涉及使用有机溶剂沉积化合物的方 法中。
本文所用的术语 “聚合物” 和 “聚合的” 是指聚合的部分、 聚合的单体、 由重复单元 制成的重复链或聚合物链或聚合物分子。聚合物或聚合物链可通过描述其重复单元来定 义， 并且可具有各种形状或连接， 例如直链、 支链、 环状和树枝状。 除非另外指明， 术语 “聚合 物” 和 “聚合的” 包括均聚物、 共聚物、 嵌段共聚物、 交替共聚物、 三聚物、 含任何不同数目单 体的聚合物、 寡聚物、 网络、 二维网络、 三维网络、 交联聚合物、 短和长链、 高和低分子量聚合 物链、 巨分子以及例如树枝状聚合物的重复结构的其它形式。 聚合物包括具有直链、 支链和 环状聚合物链的那些， 以及具有长或短支链的聚合物。
本文所用的术语 “聚合组分” 是指组合物的组分， 其中该组分为聚合物， 或可通过 聚合反应形成聚合物。术语聚合组分包括可聚合单体或可聚合分子。聚合组分可具有构成 本文所述的任何聚合物实例的单体或聚合物的任何组合， 或可为聚合物的掺合物。
本发明的实施方式进一步提供具有重复单元的聚合物链结构的聚合前体。 可精确 地控制这些聚合前体的化学计量， 以提供特定原子的任何期望的随意比例的精确水平。具 有受控的化学计量的前体化合物可用于制造具有受控化学计量的大宗材料、 层和半导体材 料。 在某些方面， 通过控制用于制备聚合前体的试剂、 反应物、 单体或化合物的化学计量， 可 实现精确地控制聚合前体的化学计量。
对于本发明的聚合前体， 上述式内的 R 基团或其一部分在涉及聚合前体在增温或 施加能量时的转化时可以是好的离去基团。
上述式中和表 1 中的官能团 R 可彼此相同或不同， 并且为经由碳或非碳原子连接 的基团， 包括烷基、 芳基、 杂芳基、 烯基、 酰氨基、 甲硅烷基及无机和有机配体。 在一些实施方 式中， R 基团彼此相同或不同并且为经由碳原子连接的烷基。
在某些方面， 用于 MB 的单体可被表示为 MB(ER1)3， 且用于 MA 的单体可被表示为 MA(ER2)， 其中 R1 和 R2 相同或不同并且为经由碳或非碳原子连接的基团， 包括烷基、 芳基、 杂 1 2 芳基、 烯基、 酰氨基、 甲硅烷基及无机和有机配体。在一些实施方式中， 基团 R 和 R 相同或 不同并且为经由碳原子连接的烷基。
在某些变化例中， 用于 MB 的单体可为 MB(ER1)(ER2)2， 其中 R1 和 R2 不同且经由碳或 非碳原子连接的基团， 包括烷基、 芳基、 杂芳基、 烯基、 酰氨基、 甲硅烷基以及无机及有机配 B 1 2 1 2 体。在一些实施方式中， M (ER )(ER )2 的基团 R 和 R 不同且为经由碳原子连接的烷基。
在一些实施方式中， 聚合前体化合物有利地并不含有膦配体、 或含磷、 砷或锑的配 体或连接化合物、 或卤素配体。
在进一步的实施方式中， 基团 R 独立地为 (C1 ～ 22) 烷基。在这些实施方式中， 烷 基可为 (C1) 烷基 ( 甲基 )， 或 (C2) 烷基 ( 乙基 )， 或 (C3) 烷基， 或 (C4) 烷基， 或 (C5) 烷 基， 或 (C6) 烷基， 或 (C7) 烷基， 或 (C8) 烷基， 或 (C9) 烷基， 或 (C10) 烷基， 或 (C11) 烷基， 或 (C12) 烷基， 或 (C13) 烷基， 或 (C14) 烷基， 或 (C15) 烷基， 或 (C16) 烷基， 或 (C17) 烷基， 或 (C18) 烷基， 或 (C19) 烷基， 或 (C20) 烷基， 或 (C21) 烷基， 或 (C22) 烷基。
在某些实施方式中， 基团 R 独立地为 (C1 ～ 12) 烷基。在这些实施方式中， 烷基可 为 (C1) 烷基 ( 甲基 )， 或 (C2) 烷基 ( 乙基 )， 或 (C3) 烷基， 或 (C4) 烷基， 或 (C5) 烷基， 或(C6) 烷基， 或 (C7) 烷基， 或 (C8) 烷基， 或 (C9) 烷基， 或 (C10) 烷基， 或 (C11) 烷基， 或 (C12) 烷基。
在某些实施方式中， 基团 R 独立地为 (C1 ～ 6) 烷基。在这些实施方式中， 烷基可 为 (C1) 烷基 ( 甲基 )， 或 (C2) 烷基 ( 乙基 )， 或 (C3) 烷基， 或 (C4) 烷基， 或 (C5) 烷基， 或 (C6) 烷基。
聚合前体化合物可为结晶或无定形体。
在一些实施方式中， 聚合前体可为含有重复单元 {MB(ER)(ER)} 和 {MA(ER)(ER)} 的 化合物， 其中 MA 是选自 Cu 和 Ag 的一价金属原子， MB 为第 13 族的原子， E 为 S、 Se 或 Te， 且 R 于每次出现时独立地选自烷基、 芳基、 杂芳基、 烯基、 酰氨基、 甲硅烷基及无机和有机配体。 B B 在某些实施方式中， 重复单元 {M (ER)(ER)} 内的原子 M 随机地选自第 13 族的原子。在某 A 些变化例中， M 为 (Cu， Ag) 且原子 MB 选自铟、 镓和铝。E 可仅为聚合前体内的硒， 且基团 R 于每次出现时独立地选自 (C1 ～ 6) 烷基。
本发明的实施方式可进一步提供直链、 支链、 环状或任何上述混合物的聚合前体。 一些聚合前体在低于约 100℃的温度下可为可流动的熔体。
在某些方面， 聚合前体可以含有 n 个重复单元 {MB(ER)(ER)} 和 n 个重复单元 {MA(ER)(ER)}， 其中 n 为一或更高， 或 n 为二或更高， 或 n 为四或更高， 或 n 为八或更高。 重复 B A 单元 {M (ER)(ER)} 和 {M (ER)(ER)} 可以是交替的。聚合前体可由式 (AB)n 表示， 其中 A 为 A B 重复单元 {M (ER)(ER)}， B 为重复单元 {M (ER)(ER)}， n 为一或更高， 或 n 为二或更高， 且R于 每次出现时独立地选自烷基、 芳基、 杂芳基、 烯基、 酰氨基、 甲硅烷基及无机和有机配体。在 某些变化例中， 聚合前体可具有任一式 (RE)2-BB(AB)n、 (RE)2-B(AB)nB、 (RE)2-B(AB)nB(AB)m、 环状 环状 (RE)2-(BA)nBB、 (RE)2-B(BA)nB、 (RE)2-(BA)nB(BA)mB、 (AB)n、 (BA)n、 (RE)2-(BB)(AABB)n、 (RE)2-(BB)(AABB)n(AB)m、 (RE)2-(B)(AABB)n(B)(AB)m、 (RE)2-[B(AB)n] 和 (RE)2-[(BA)nB]-， 其中 A 为重复单元 {MA(ER)(ER)}， B 为重复单元 {MB(ER)(ER)}， n 为一或更高， 或 n 为二或 更高， 且 m 为一或更高。另外的方面， 聚合前体可为含有一个或多个重复单元嵌段的嵌段共 B 聚物， 其中各嵌段仅含有一种原子 M 。
本 公 开 内 容 的 前 体 化 合 物 可 为 u×(1-x) 当 量 MA1(ER)、 u×x 当 量 MA1(ER)、 v×(1-y-t) 当 量 MB1(ER)3、 v×y 当 量 MB2(ER)3、 v×t 当 量 MB3(ER)3 的 组 合， 其 中 MA1 为 Cu 且 MA2 为 Ag， MB1、 MB2、 MB3 为第 13 族的不同原子， 其中该化合物具有实验式 (MA11-xMA2x) B1 B2 B3 其中 x 为 0 至 1， y 为 0 至 1， t 为 0 至 1， y 加 t 的和为 0 至 u(M 1-y-tM yM t)v((S1-zSez)R)w， 1， z 为 0 至 1， u 为 0.5 至 1.5， v 为 0.5 至 1.5， w 为 2 至 6， 且 R 代表数目为 w 的独立选自 烷基、 芳基、 杂芳基、 烯基、 酰氨基、 甲硅烷基以及无机及有机配体的 R 基团。在这些实施方 式中， 前体化合物可具有可用于制备 CAIGAS、 CIGAS 及 AIGAS 材料 ( 包括在量上缺乏或富含 第 11 族原子的材料 ) 的化学计量。
在进一步的实施方式中， 前体化合物可含有 S、 Se 和 Te。
本公开内容的前体化合物可含有一定量的第 11 族原子， 以第 11 族原子的摩尔数 对第 13 族原子的总摩尔数的比例计， 例如以 (Cu 加 Ag) 对 (In 加 Ga 加 Al) 的比例计， 或以 (Cu+Ag) ∶ (In+Ga+Al) 计， 为 0.33 至 3、 或 0.33 至 1、 或 1 至 2、 或 2 至 3。 A1
在一些实施方式中， 前体化合物可为 w×(1-z) 当量 M (ER1)、 w×z 当量 MA2(ER2)、 x B1 3 B2 4 B3 5 A1 A2 B1 B2 当量 M (ER )3、 y 当量 M (ER )3、 t 当量 M (ER )3 的组合， 其中 M 为 Cu 且 M 为 Ag， M 、 M及 MB3 为第 13 族的不同原子， 其中该化合物具有实验式 (Cu1-zAgz)wInxGayAlt(ER1)w(1-z)(ER2) 3 4 5 w 为 0.5 至 1.5， z 为 0 至 1， x 为 0 至 1， y 为 0 至 1， t 为 0 至 1， x (w×z)(ER )3x(ER )3y(ER )3t， 1 2 3 4 5 加 y 加 t 为 1， 且其中 R 、 R、 R、 R 及 R 相同或不同并且于每次出现时独立选自烷基、 芳基、 杂芳基、 烯基、 酰氨基、 甲硅烷基以及无机及有机配体。 在这些实施方式中， 前体化合物可具 有可用于制备 CAIGAS、 CIGAS 及 AIGAS 材料 ( 包括在量上缺乏或富含第 11 族原子的材料 ) 的化学计量。
本公开内容的前体化合物可为 x 当量 MA1(ER)、 v×(1-y-t) 当量 MB1(ER)3、 v×y 当 B2 B3 A1 B1 B2 B3 量 M (ER)3、 v×t 当量 M (ER)3 的组合， 其中 M 为 Cu， M 、 M 、 M 为第 13 族的不同原子， 其 A1 B1 B2 B3 中该化合物具有实验式 M x(M 1-y-tM yM t)v((S1-zSez)R)w， 其中 x 为 0.5 至 1.5， y 为 0 至 1， t 为 0 至 1， y 加 t 的和为 0 至 1， z 为 0 至 1， u 为 0.5 至 1.5， v 为 0.5 至 1.5， w 为 2 至 6， 且 R 代表数目为 w 的独立选自烷基、 芳基、 杂芳基、 烯基、 酰氨基、 甲硅烷基以及无机及有机 配体的 R 基团。在这些实施方式中， 前体化合物可具有可用于制 CIGAS 材料 ( 包括在量上 缺乏或富含第 11 族原子的材料 ) 的化学计量。
在某些实施方式中， 前体化合物可为 z 当量 MA1(ER1)、 x 当量 MB1(ER3)3、 y 当量 B2 4 B3 5 A1 B1 B2 B3 M (ER )3、 t 当量 M (ER )3 的组合， 其中 M 为 Cu， M 、 M 、 M 为第 13 族的不同原子， 其中 1 2 3 4 5 该化合物具有实验式 CuzInxGayAlt(ER )w(1-z)(ER )(w×z)(ER )3x(ER )3y(ER )3t， 其中 z 为 0.5 至 1 2 3 4 1.5， x 为 0 至 1， y 为 0 至 1， t 为 0 至 1， x 加 y 加 t 为 1， 且R、 R、 R、 R 及 R5 相同或不同 并且于每次出现时独立选自烷基、 芳基、 杂芳基、 烯基、 酰氨基、 甲硅烷基以及无机及有机配 体。在这些实施方式中， 前体化合物可具有可用于制造 CIGAS 及 CIGS 材料 ( 包括在量上缺 乏或富含第 11 族原子的材料 ) 的化学计量。
聚合前体分子可由式 {MA(ER)(ER)MB(ER)(ER)} 或 {MA(ER)2MB(ER)2} 表示， 其分别 被理解为表示聚合前体 (AB)n 的 {AB} 重复单元。此缩写表示法被用于下文中以描述聚合 前体的进一步实例。此外， 当存在多于一种原子 MB 时， 每一种的量可以在这些实例中用 (x B1 B2 n M ， y M ) 标记法指明。例如， 聚合物 {Ag(Se Bu)2(0.75In， 0.25Ga)(SenBu)2}， 也可表示为 n {Ag(Se Bu)4In0.75Ga0.25}， 由重复单元所构成， 其中重复单元以随机次序出现， 且 75％的重复 单元含有铟原子及 25％含有镓原子。
本公开内容的聚合前体化合物的实例包括具有下列任一重复单元式 的 化 合 物： {Cu 0.7Ag 0.25(Se sBu) 3.95In 0.3Ga 0.4Al 0.3} ， {Cu 0.5Ag 0.5(Se sBu) 4In 0.7Al 0.3} ， {Cu(SesBu)4Al}， {Cu0.9(SesBu)3.9Ga0.7Al0.3}， {Cu0.9(SesBu)3.9In0.8Al0.2}， {Ag(SesBu)4Al}， {Ag(SesBu)4In0.7Al0.3}。
本公开内容的 MPP-CAIGAS 聚合前体化合物的实例包括具有下列任一重复单元式 的化合物 ： {Cu0.7Ag0.25(SesBu)3.95In0.3Ga0.4Al0.3} 及 {Cu0.5Ag0.5(SesBu)4In0.7Al0.3}。
本公开内容的 MPP-CIGAS 聚合前体化合物的实例包括具有下列任一重复单元式 的化合物 ： {Cu(SesBu)4Al}， {Cu0.9(SesBu)3.9Ga0.7Al0.3}， 及 {Cu0.9(SesBu)3.9In0.8Al0.2}。
本公开内容的 MPP-AIGAS 聚合前体化合物的实例包括具有下列任一重复单元式 的化合物 ： {Ag(SesBu)4Al} 及 {Ag(SesBu)4In0.7Al0.3}。
本公开内容的聚合前体化合物的实例包括具有下列任一重复单元式的化合物 ： {Cu0.5Ag0.5(SesBu)4(In， Ga， Al)}， {Cu0.7Ag0.1(SesBu)3.8Ga0.2In0.7Al0.1}， {Cu0.8Ag0.2(SesBu)4(In， Ga， Al)}， {Cu0.2Ag0.8(SesBu)4(In， Ga， Al)}， {Cu0.5Ag0.5(SesBu)4Ga0.45In0.5Al0.05}， {Cu0.85Ag0.1(SesBu)3.95Ga0.15In0.7Al0.15}， {Cu0.5Ag0.5(SesBu)4Ga0.3In0.7Al0.01} 及 {Cu0.8Ag0.05(SesBu)3.85Ga0.3In 0.3Al0.4}。
本公开内容的聚合前体化合物的实例包括具有下列任一重复单元式的化合物 ： {(Cu， Ag)(SetBu)(SenBu)(In， Ga， Al)(SenBu)2} 及 {(Cu， Ag)(StBu)(SiPr)(In， Ga， Al) i (S Pr)2}。
本公开内容的聚合前体化合物的实例包括具有下列任一重复单元式的化合 物： {Cu 1.40Ag0.10(SetBu)1.5(SenBu)(In0.7Ga0.25Al0.05)(SenBu)2} ； {Cu1.30Ag0.10(StBu)1.4(StBu) (In 0.85 Ga 0.1 Al 0.05 )(S t Bu) 2 } ； {Cu 1.20 Ag 0.10 (S t Bu) 1.3 (S n Bu)(In 0.80 Ga 0.15 Al 0.05 )(S n Bu) 2 } ； {Cu1.10Ag0.10(SetBu)1.2(SenBu)(In0.75Ga0.20Al0.05)(SenBu)2} ； 及 {Cu1.05Ag0.05(StBu)1.1(SetBu) (In0.7Ga0.2Al0.1)(SetBu)2}。
本公开内容的聚合前体化合物的实例包括具有下列任一重复单元式的化合 物： {Cu 0.90Ag 0.10(Se tBu)(Se nBu)(In 0.7Ga 0.25Al 0.05)(Se nBu) 2} ； {Cu 0.85Ag 0.10(S tBu) 0.95(S tBu) (In 0.85 Ga 0.1 Al 0.05 )(S t Bu) 2 } ； {Cu 0.80 Ag 0.20 (S t Bu)(S n Bu)(In 0.80 Ga 0.15 Al 0.05 )(S n Bu) 2 } ； {Cu 0.75Ag 0.20(Se tBu) 0.95(Se nBu)(In 0.75Ga 0.20Al 0.05)(Se nBu) 2} ； {Cu 0.70Ag 0.30(S tBu)(Se tBu) (In 0.7Ga 0.2Al 0.1)(Se tBu) 2} ； {Cu 0.65Ag 0.30(Se tBu) 0.95(S tBu)(In 0.6Ga 0.3Al 0.1)(S tBu) 2} ； {Cu 0 Ag 0.40(Se tBu) 2(In 0.5Ga 0.4Al 0.1)(Se tBu) 2} ； {Cu 0.50Ag 0.50(Se tBu)(Se nBu)(In 0.5Ga 0.4Al 0.1) (Se n Bu) 2 } ； {Cu 0.30 Ag 0.65 (S t Bu) 0.95 (S t Bu)(In 0.5 Ga 0.4 Al 0.1 )(S t Bu) 2 } ； {Cu 0.30 Ag 0.70 (S t Bu) (SnBu)(In0.4Ga0.5Al0.1)(SnBu)2} ； {Cu0.20Ag0.75(SetBu)0.95(SenBu)(In0.4Ga0.5Al0.1)(SenBu)2} ； {Cu 0.20 Ag 0.80 (S t Bu)(Se t Bu)(In 0.3 Ga 0.1 Al 0.6 )(Se t Bu) 2 } ； {Cu 0.10 Ag 0.85 (Se t Bu) 0.95 (S t Bu) (In0.3Ga0.6Al0.1)(StBu)2} ； 及 {Cu0.10Ag0.90(SetBu)2(In0.2Ga0.7Al0.1)(SetBu)2}。
聚合前体 (MPP-CAIGAS) 的制备
本发明的实施方式提供一系列聚合前体分子和组合物， 其能够由含有选自 Ga、 In B A 和 Al 的第 13 族原子 M 的化合物以及含有选自 Cu 和 Ag 的一价原子 M 的化合物合成。
如下文所述， 已发现用于合成和分离本发明的聚合前体化合物的有利简易途径。
本公开内容提供一系列可被转化成半导体材料和半导体的聚合前体组合物。 在某 些方面， 聚合前体组合物是用于形成半导体材料和半导体的前体。
一般而言， 本发明的聚合前体组合物是非 - 氧化物硫族元素组合物。
在一些实施方式中， 聚合前体组合物是用于形成太阳能电池的吸收剂层的来源或 前体， 该吸收剂层包括 CAIGAS、 AIGAS 及 CIGAS 吸收剂层。
聚合前体化合物， 可相对于不同的第 13 族元素数目及其各自比例， 以任何期望的 化学计量而制成。
如下文所述， 可以通过使单体反应而产生聚合物链来制备聚合前体化合物。聚合 前体形成反应包括引发、 增长和中止。
制备聚合前体的方法包括使化合物 MB(ER)3 与化合物 MA(ER) 接触的步骤， 其中 MA、 MB、 E 和 R 如上文所定义。
如反应式 1 所示， 制备聚合前体的方法可以包括使化合物 MB(ER1)3 与化合物 MA(ER2) 接触的步骤， 其中 MA、 MB 和 E 如上文所定义并且化合物的基团 R1 和 R2 可以相同或不 同且如上文所定义。
反应式 1 ：.60在反应式 1 中， MB(ER1)3 和 MA(ER2) 是形成第一加合物 1MA(ER)2MB(ER)2 的单体。反 应式 1 表示单体聚合反应的引发。一方面， 反应式 1 表示中间体加合物 AB 的形成。通常， 除了其它步骤之外， 聚合反应可以通过将单体加至第一加合物 1 而形成聚合物链， 因而当 最后产生较长的链时， 第一加合物 1 为无法被观察带的过渡分子。当额外的单体被结合至 第一加合物 1 的任一端时， 第一加合物 1 成为聚合物链内的重复单元 AB。
通常， 为了制备聚合前体， 可通过各种反应产生化合物 MB(ER)3 和 MA(ER)。
例如， 通过使 MAX 与 M+(ER) 反应可制备化合物 MA(ER)。 通过使 E 与 LiR 产生 Li(ER) + 来制备 M (ER)。Li(ER) 可被酸化以产生 HER， 其可以与 Na(OR) 或 K(OR) 反应而分别产生 A Na(ER) 和 K(ER)。在这些反应中， E、 R 和 M 如上文所定义。 A
在另一实例中， 通过使 M X 与 (RE)Si(CH3)3 反应可制备化合物 MA(ER)。通过使 M+(ER) 与 XSi(CH3)3 反应可制备化合物 (RE)Si(CH3)3， 其中 M+ 为 Na、 Li 或 K， 且 X 为卤素。 A A
在另一实例中， 通过使 M 2O 与 HER 反应可制备化合物 M (ER)。具体而言， 通过使 Cu2O 与 HER 反应可制备 Cu(ER)。
例如， 通过使 MBX3 与 M+(ER) 反应可制备化合物 MB(ER)3。 可如上文所述制备 M+(ER)。
在另一实例中， 通过使 MBX3 与 (RE)Si(CH3)3 反应可制备化合物 MB(ER)3。可如上文 所述制备化合物 (RE)Si(CH3)3。
在另一实例中， 可通过使 MBR3 与 HER 反应制备化合物 MB(ER)3。
此外， 在聚合前体的制备中， 任选地使用化合物 M+MB(ER)4 代替一部分的化合物 MB(ER)3。例如， 可以通过使 MBX3 与 4 当量的 M+(ER) 反应以制备化合物 M+MB(ER)4， 其中 M+ 为 Na、 Li 或 K， 且 X 为卤素。可如上文所述制备化合物 M+(ER)。
聚合前体的增长可部分地通过反应式 2 中的化学式表示。反应式 2 中的化学式仅 代表可能发生于聚合前体的增长中的某些反应和加成作用。
反应式 2 ：
在反应式 2 中， 单体 MB(ER1)3 或 MA(ER2) 至第一加合物 1 的加成反应可分别产生额 外的加合物 2 和 3。在一方面， 反应式 2 表示加合物 (RE)-BAB 以及加合物中间体 AB-MA(ER) 的形成。通常， 当最后产生较长的链时， 加合物 2 和 3 为无法观察到的过渡分子。
最初的增长步骤中的产物可在增长过程中持续加成单体。如反应式 3 所示， 加合 B 1 A 2 物 2 可加成单体 M (ER )3 或 M (ER )。
反应式 3 ：在一方面， 反应式 3 表示中间加合物 (RE)-BAB-MA(ER)4 以及 (RE)2-BBAB6 的形成。 通常， 当最后产生较长的链时， 分子 4、 5 和 6 为无法观察到的过渡分子。
可能发生的其它反应和加成包括将某些增长链加成至某些其它增长链。例如， 如 反应式 4 所示， 加合物 1 可加成至加合物 2 而形成较长的链。
反应式 4 ：在一方面， 反应式 4 表示加合物 (RE)-BABAB 7 的形成。
任何分子 4、 5、 6 和 7 可以是过渡性的， 并且当最后产生较长的链时无法观察到。
在一些变化例中， 增长步骤可产生稳定的分子。例如， 分子 6 可以是稳定的分子。
通常， 在聚合或增长过程中通过顺序加成相应的单体 MB1(ER)3 和 MB2(ER)3， 以及 A1 A2 M (ER) 和 M (ER) 可制备如式 18 至 22 中所述的 AB 交替嵌段共聚物。
聚合前体增长的某些反应或加成可以包括形成链分支。如反应式 5 所示， 将单体 A 2 M (ER ) 加成至加合物分子 2 可产生分支链 8。
反应式 5 ：
通过反应式 2、 3、 4 和 5 中的化学式可部分地表示聚合前体的增长。反应式 2、 3、 4 和 5 中的化学式仅表示聚合前体的增长中可能发生的一些代表性反应和加成。
可通过数种机理中止聚合物链的增长。通常， 由于原子 MA 和 MB 的价数， 完整的聚 B A 合物链可中止于 M 单元， 但非 M 单元。在某些方面， 链终止单元为… B 单元或 (ER)2B…单 元。
在一些方面， 当任一单体 MB(ER)3 或 MA(ER) 耗尽时， 聚合前体链的增长可以中止。
在某些方面， 如反应式 6 所示， 当以式 (RE)-B……B 表示的生长链与具有相同末端 (RE)-B 单元的另一链反应而形成具有式 B……BB……B 的链时， 聚合前体链的增长可中止。
反应式 6 ：
在反应式 6 中， 两条链已结合， 其中聚合物链的增长实质上已中止， 且产物链 (RE)2B…… BB…… B 具有链中止单元， 即 B 单元。
在其它方面， 当生长链形成环状时， 聚合前体链的增长可中止。如反应式 7 所示， 通过使聚合物链形成环状的环化作用可中止例如 5 的增长链。
反应式 7 ：
聚合前体化合物可为单链， 或具有不同长度、 结构或形状的链 ( 例如支链、 网络状 链、 树枝状链和环状链以及上述的组合 ) 的分布。聚合前体化合物可为上述反应式 1 至 7 中所述的分子、 加合物和链的任何组合。
本公开内容的聚合前体可通过以下方法制备 ： 提供具有式 MB(ER1)3 的第一单体化 合物， 提供具有式 MA(ER2) 的第二单体化合物， 以及使第一单体化合物与第二单体化合物接 触。
在一些实施方式中， 第一单体化合物可为具有式 MB1(ER1)3、 MB2(ER2)3 及 MB3(ER3)3 的 化合物的组合， 其中 MB1、 MB2 及 MB3 分别为 Ga、 In 及 Al， 且 R1、 R2 及 R3 相同或不同并且独立选 自烷基、 芳基、 杂芳基、 烯基、 酰氨基、 甲硅烷基以及无机及有机配体。
在某些方面， 第二单体化合物可为具有式 MA1(ER4) 和 MA2(ER5) 的化合物的组合， 其 A1 A2 4 5 1 2 3 中 M 和 M 为选自 Cu 及 Ag 的不同原子， 且R 及R 与R、 R 及 R 的定义相同。
在其它方面， 制备聚合前体的方法可包括合成含有二个或更多个 MB 原子的化 合 物 以 及 使 该 化 合 物 与 化 合 物 MA(ER) 接 触， 其 中 MA、 MB、 E 和 R 如 上 文 所 定 义。 例 如， B1 B2 A 2 B1 B2 (ER)2M (ER)2M (ER)2 能够与 M (ER ) 反应， 其中 M 和 M 为第 13 族的相同或不同原子。
用于制备聚合前体的方法包括以下实施方式 ： 在沉积、 喷雾、 涂布或印刷过程中使 第一单体化合物与第二单体化合物接触。在某些实施方式中， 在约 -60℃至约 100℃或约 0℃至约 200℃的温度下使第一单体化合物与第二单体化合物接触。
聚合前体 (MPP-CAIGAS) 的受控化学计量
聚合前体化合物， 相对于不同的第 13 族元素数目及其各自比例， 可以以任何期望 的化学计量而制成。
在一些实施方式中， 通过生成反应中的单体当量数可控制聚合前体化合物的化学 计量。
在一些方面， 单体 MB1(ER)3、 MB2(ER1)3 及 MB3(ER2)3 可用于聚合反应。这些单体的实 例为 In(ER)3、 Ga(ER1)3 及 Al(ER2)3， 其中基团 R、 R1 及 R2 相同或不同且为经由碳或非碳原子 连接的基团， 包括烷基、 芳基、 杂芳基、 烯基、 酰氨基、 甲硅烷基以及无机及有机配体。 在一些 1 2 实施方式中， 基团 R、 R 及 R 相同或不同且为经由碳原子连接的烷基。
在其它方面， 单体 MB1(ER)(ER1)2、 MB2(ER2)(ER3)2 及 MB3(ER4)(ER5)2 可用于聚合反应， 其中基团 R、 R1、 R2、 R3、 R4 及 R5 相同或彼此不同且为经由碳或非碳原子连接的基团， 包括烷 基、 芳基、 杂芳基、 烯基、 酰氨基、 甲硅烷基以及无机及有机配体。 在一些实施方式中， 基团 R、 1 2 3 4 5 R、 R、 R、 R 及 R 相同或彼此不同且为经由碳原子连接的烷基。
本发明的实施方式进一步提供 ： 通过调节生成反应中的各单体的量， 可以将聚合 前体化合物的化学计量控制到任何期望的程度。
如反应式 8 所示， 可利用具有任意化学计量比的单体 MA(ER3)、 MB1(ER1)3 和 MB2(ER2)3 的混合物引发形成聚合前体的聚合反应， 其中应当理解， MB1 及 MB2 可各为 Ga、 In 及 Al 的混 合物。
反应式 8 ：
在反应式 8 中， 可以用任何期望的量的单体的混合物进行聚合反应。在某些变化 例中， 可以利用上述单体的任何组合的混合物引发形成聚合前体的聚合反应， 其中各单体 的当量数可被调节至任意的水平。
在一些变化例中， 形成聚合前体的聚合反应可利用例如单体 MA1(ER1) 和 MA2(ER2) 进行， 可以使所述单体以任何期望的量接触以产生 MA1 对 MA2 的任意比例。
在某些方面， 对于单体 MA(ER) 和 MB(ER)3 的交替共聚物， 可将聚合前体中 MA 对 MB 比 例控制在低至单元 BAB 中的 1 ∶ 2 的比例， 例如在交替 (AB)n 聚合前体中 1 ∶ 1 的比例， 至 A B 1.5 ∶ 1 或更高的比例。聚合前体中 M 对 M 的比例可为 0.5 ∶ 1.5， 或 0.5 ∶ 1， 或 1 ∶ 1， 或 1 ∶ 0.5， 或 1.5 ∶ 0.5。如上文所讨论的， 在进一步的实施方式中， 相对于不同的第 13 族元素的数目及其各自的比例， 可以以任何期望的化学计量制备聚合前体化合物。
在某些方面， 可进行形成聚合前体的聚合反应以形成具有任何 MA 对 MB 比例的聚合 前体。如反应式 9 所示， 利用单体 m MB1(ER)3+n MB2(ER)3+p MA(ER) 的混合物可形成组成为 {p MA(ER)/m MB1(ER)3/n MB2(ER)3} 的聚合前体， 其中应当理解， MB1 及 MB2 可各为 Ga、 In 及 Al 的混合物。
反应式 9 ：
在某些变化例中， 在生成反应中可使用任何数目的单体 MA(ER) 以及任何数目的单 体 MB(ER)3。例如， 用单体 MA(ER)、 MA2(ER)、 MB1(ER)3 和 MB2(ER1)3 制备聚合前体， 其中各单体 的当量数为独立的和随意的量。
例如， 聚合前体内原子 MA ∶ MB 的比例可以为约 0.5 ∶ 1 或更高， 或约 0.6 ∶ 1 或 更高， 或约 0.7 ∶ 1 或更高， 或约 0.8 ∶ 1 或更高， 或约 0.9 ∶ 1 或更高， 或约 0.95 ∶ 1 或 A B 更高。在某些变化例中， 聚合前体内原子 M ∶ M 的比例可为约 1 ∶ 1 或更高， 或约 1.1 ∶ 1 或更高。
在进一步的实例中， 聚合前体内原子 MA ∶ MB 的比例可为约 0.5 至约 1.2， 或约 0.6 至约 1.2， 或约 0.7 至约 1.1， 或约 0.8 至约 1.1， 或约 0.8 至约 1， 或约 0.9 至约 1。在一些 A B 实例中， 聚合前体内原子 M ∶ M 的比例可为约 0.80， 或约 0.82， 或约 0.84， 或约 0.86， 或 约 0.88， 或约 0.90， 或约 0.92， 或约 0.94， 或约 0.96， 或约 0.98， 或约 1.00， 或约 1.02， 或约 A B A B 1.1， 或约 1.2， 或约 1.3， 或约 1.5。在上述的 M ∶ M 比例中， 当存在超过一种 M 或 M ( 例 A1 A2 B1 B2 A B 如 M 和 M 以及 M 和 M ) 时， 该比例分别指 M 或 M 全部原子的总数。
如反应式 10 所示， 利用单体 m MB1(ER)3+n MB2(ER)3+MA(ER) 的混合物可形成具有重 复单元组成 {MA(ER)2(m MB1， n MB2)(ER)2} 的聚合前体化合物， 其中应当理解， MB1 及 MB2 可各
为 Ga、 In 及 Al 的混合物。
反应式 10 ：
在反应式 10 中， m 和 n 的总和为 1。
本发明的实施方式可进一步提供由单体 MA(ER) 和 MB(ER)3 制成的聚合前体， 其中 A B 单体 M (ER) 之当量总数小于单体 M (ER)3 之当量总数。在某些实施方式中， 可制成聚合前 B A 体， 其中相对于 M 原子， M 原子为次化学计量或缺乏。
本文所用的表述 “缺乏 MA” 或 “MA 较 MB 缺乏” 是指其中 MA 的原子比 MB 少的组合物 或化学式。
本文所用的表述 “富含 MA” 或 “相对于 MB 富含 MA” 是指其中 MA 的原子比 MB 多的组 合物或化学式。
如反应式 11 所示， 利用单体 MB1(ER)3、 MB2(ER)3 和 MA(ER) 的混合物可形成具有实验 式 (MA11-xMA2x)u(MB11-y-tMB2yMB3t)v((E11-zE2z)R)w 的聚合前体， 其中应当理解， MB1 和 MB2 可各为 Ga、 In 和 Al 的混合物， 且 MA 可为 Cu 与 Ag 的混合物。
反应式 11 ：
其中 w 为 (3v+x)。
本 公 开 内 容 的 前 体 化 合 物 可 为 u×(1-x) 当 量 Cu(ER)、 u×x 当 量 Ag(ER)、 v×(1-y-t) 当量 Ga(ER)3、 v×y 当量 In(ER)3、 v×t 当量 Al(ER)3 的组合， 其中该化合物具 有实验式 (Cu1-xAgx)u(Ga1-y-tInyAlt)v((S1-zSez)R)w， 其中 x 为 0 至 1， y 为 0 至 1， t 为 0 至 1， y 加 t 的和为 0 至 1， z 为 0 至 1， u 为 0.5 至 1.5， v 为 0.5 至 1.5， w 为 2 至 6， 且 R 代表数目 为 w 的独立选自烷基、 芳基、 杂芳基、 烯基、 酰氨基、 甲硅烷基以及无机及有机配体的 R 基团。
在某些实施方式中， 前体化合物可具有实验式 (Cu1-xAgx)u(Ga1-y-tInyAlt)v((S1-zSez) R)w， 其中 x 为 0 至 1， y 为 0 至 1， t 为 0.001 至 1， y 加 t 的和为 0.001 至 1， z 为 0 至 1， u为 0.5 至 1.5， v 为 0.5 至 1.5， w 为 2 至 6， 且 R 代表数目为 w 的独立选自烷基、 芳基、 杂芳基、 烯基、 酰氨基、 甲硅烷基以及无机及有机配体的 R 基团。 在某些实施方式中， t 可为 0.001 至 1， 或 0.01 至 1， 或 0.02 至 1， 或 0.03 至 1， 或 0.04 至 1， 或 0.05 至 1， 或 0.07 至 1， 或 0.1 至 1， 或 0.2 至 1， 或 0.3 至 1， 或 0.4 至 1。在某些实施方式中， x 可为 0.001 至 1， 或 0.01 至 1， 或 0.02 至 1， 或 0.03 至 1， 或 0.05 至 1， 或 0.07 至 1， 或 0.1 至 1， 或 0.2 至 1， 或 0.3 至 1。在某些实施方式中， t 可为 0.001 至 1 且 x 可为 0.001 至 1， 或 t 可为 0.01 至 1 且 x
可为 0.01 至 1， 或 t 可为 0.02 至 1 且 x 可为 0.02 至 1， 或 t 可为 0.05 至 1 且 x 可为 0.05 至 1， 或 t 可为 0.1 至 1 且 x 可为 0.1 至 1， 或 t 可为 0.2 至 1 且 x 可为 0.2 至 1。
本 公 开 内 容 的 前 体 化 合 物 可 为 u×(1-x) 当 量 Cu(ER)、 u×x 当 量 Ag(ER)、 v×(1-y-t) 当量 Ga(ER)3、 v×y 当量 In(ER)3、 v×t 当量 Al(ER)3 的组合， 其中该化合物具 有实验式 (Cu1-xAgx)u(Ga1-y-tInyAlt)v((S1-zSez)R)w， 其中 x 为 0 至 1， y 为 0 至 1， t 为 0 至 1， y 加 t 的和为 0 至 1， z 为 0 至 1， u 为 0.7 至 1.25， v 为 0.7 至 1.25， w 为 2 至 6， 且 R 代表数 目为 w 的独立选自烷基、 芳基、 杂芳基、 烯基、 酰氨基、 甲硅烷基以及无机及有机配体的 R 基 团。
在一些实施方式中， 前体化合物可为 w×(1-z) 当量 Cu(ER1)、 w×z 当量 Ag(ER2)、 x 3 4 5 当量 Ga(ER )3、 y 当量 In(ER )3、 t 当量 Al(ER )3 的组合， 其中该化合物具有实验式 (Cu1-zAgz) 1 2 3 4 5 w 为 0.5 至 1.5， z 为 0 至 1， x 为 0 至 1， wInxGayAlt(ER )w(1-z)(ER )(w×z)(ER )3x(ER )3y(ER )3t， 1 2 3 4 5 y 为 0 至 1， t 为 0 至 1， x 加 y 加 t 为 1， 且其中 R 、 R、 R、 R 及 R 同上文所定义。
在一些实施方式中， 前体化合物可为 w×(1-z) 当量 Cu(ER1)、 w×z 当量 Ag(ER2)、 x 3 4 5 当量 Ga(ER )3、 y 当量 In(ER )3、 t 当量 Al(ER )3 的组合， 其中该化合物具有实验式 (Cu1-zAgz) 1 2 3 4 5 w 为 0.7 至 1.25， z 为 0 至 1， x 为 0 至 1， wInxGayAlt(ER )w(1-z)(ER )(w×z)(ER )3x(ER )3y(ER )3t， 1 2 3 4 5 y 为 0 至 1， t 为 0 至 1， x 加 y 加 t 为 1， 且其中 R 、 R、 R、 R 及 R 同上文所定义。
本公开内容的前体化合物可为 x 当量 Cu(ER)、 v×(1-y-t) 当量 Ga(ER)3、 v×y 当量 In(ER)3、 v×t 当量 Al(ER)3 的组合， 其中该化合物具有实验式 Cux(Ga1-y-tInyAlt)v((S1-zSez) R)w， 其中 x 为 0.5 至 1.5， y 为 0 至 1， t 为 0 至 1， y 加 t 的和为 0 至 1， z 为 0 至 1， v 为 0.5 至 1.5， w 为 2 至 6， 且 R 代表数目为 w 的独立选自烷基、 芳基、 杂芳基、 烯基、 酰氨基、 甲硅烷 基以及无机及有机配体的 R 基团。
本公开内容的前体化合物可为 x 当量 Cu(ER)、 v×(1-y-t) 当量 Ga(ER)3、 v×y 当量 In(ER)3、 v×t 当量 Al(ER)3 的组合， 其中该化合物具有实验式 Cux(Ga1-y-tInyAlt)v((S1-zSez) R)w， 其中 x 为 0.5 至 1.5， y 为 0 至 1， t 为 0 至 1， y 加 t 的和为 0 至 1， z 为 0 至 1， v 为 0.7 至 1.25， w 为 2 至 6， 且 R 代表数目为 w 的独立选自烷基、 芳基、 杂芳基、 烯基、 酰氨基、 甲硅 烷基以及无机及有机配体的 R 基团。
在 某 些 实 施 方 式 中， 前 体 化 合 物 可 为 z 当 量 Cu(ER1)、 x 当 量 Ga(ER3)3、 y 当量 4 5 1 In(ER )3、 t 当量 Al(ER )3 的组合， 其中该化合物具有实验式 CuzInxGayAlt(ER )w(1-z)(ER2)(w×z) (ER3)3x(ER4)3y(ER5)3t， 其中 z 为 0.5 至 1.5， x 为 0 至 1， y 为 0 至 1， t 为 0 至 1， x加y加t 1 2 3 4 5 为 1， 且R、 R、 R、 R 及 R 同上文所定义。
在 某 些 实 施 方 式 中， 前 体 化 合 物 可 为 z 当 量 Cu(ER1)、 x 当 量 Ga(ER3)3、 y 当量 4 5 1 In(ER )3、 t 当量 Al(ER )3 的组合， 其中该化合物具有实验式 CuzInxGayAlt(ER )w(1-z)(ER2)(w×z) (ER3)3x(ER4)3y(ER5)3t， 其中 z 为 0.7 至 1.25， x 为 0 至 1， y 为 0 至 1， t 为 0 至 1， x加y加t 1 2 3 4 5 为 1， 且R、 R、 R、 R 及 R 同上文所定义。
在另外的方面， 聚合前体化合物的混合物， 相对于不同的第 13 族元素数目及其各 自的比例， 可以以任何期望的化学计量而制成。
如反应式 12 所示， 可通过使 x 当量的 MB1(ER1)3， y 当量的 MB2(ER2)3 以及 z 当量的 MA(ER3) 接触来制备聚合前体化合物， 其中 MB1 和 MB2 是第 13 族的不同原子， x 为 0.5 至 1.5， B1 B2 y 为 0.5 至 1.5， 且 z 为 0.5 至 1.5， 其中应当理解， M 及 M 可各为 Ga、 In 及 Al 的混合物，且 MA 可为 Cu 及 Ag 的混合物。聚合前体化合物可具有实验式 (Cu1-zAgz)wInxGayAlt(ER1)w(1-z) (ER2)(w×z)(ER3)3x(ER4)3y(ER5)3t。
反应式 12 ：
交联聚合前体
本发明的实施方式涵盖用于交联聚合前体和组合物的方法和组合物。
在某些方面， 可使用交联的聚合前体以控制前体组合物或聚合前体墨水组合物的 粘度。聚合前体的交联可增加其分子量。通过在前体的制备过程中并入交联可使聚合前体 的分子量在大范围内变化。通过利用交联的前体制备墨水组合物， 可使墨水组合物的粘度 在大范围内变化。
在一些实施方式中， 可利用聚合前体组合物的交联来控制组合物或聚合前体墨水 组合物的粘度。通过向组合物中加入交联剂， 可使组合物的聚合前体成分产生交联。通过 向墨水组合物中加入交联剂， 可使墨水组合物的粘度在大范围内变化。
在另外的方面， 可利用聚合前体组合物的交联来控制由前体制成的薄膜的性质变 化。
交联剂的实例包括 E(Si(CH3)3)2， 其中 E 如上文所定义， 其可经由 M-E-M 交联来连 接聚合物链。
交联剂的实例包括 HEREH、 MA(ERE)H 和 MA(ERE)MA， 其中 MA、 E 和 R 如上文所定义。
可通过使 Cu2O 与 HEREH 反应以形成 Cu(ERE)H 或 Cu(ERE)Cu 来制备交联剂。
交联剂的实例包括二硫醇和二硒醇如 HER′ EH， 其中 E 和 R 如上文所定义。二硒 醇可与不同聚合前体链的两个 ER 基团反应而将该链连接在一起。
利用 HER′ EH 交联的实例示于反应式 14。在反应式 14 中， 聚合前体的两条链通 过二硒醇连接， 同时除去 2 个 HER。
反应式 14 ：
在另一实例中， 可以在合成聚合前体的期间使用 Cu(ER′ E)Cu 以形成交联。
本发明的实施方式进一步提供具有式 (RE)2M13(ER ′ E)M13(ER)2 的交联剂， 其中 13 M 、 E、 R′和 R 如上文所定义。此类的交联剂可被用于合成聚合前体期间以形成交联， 或用 于形成墨水或其它组合物。
在一些实施方式中， 聚合前体可并入可交联官能团。可交联官能团可被连接至聚 合前体内的一或多种 R 基团。
可交联官能团的实例包括乙烯基、 丙烯酸乙烯酯、 环氧基以及环加成和狄尔 斯 - 阿尔德 (Diels-Alder) 反应对。可通过本领域中已知的方法 ( 包括利用热、 光或催化 剂 ) 以及通过与元素硫的硫化作用进行交联。
掺杂物
在一些实施方式中， 聚合前体组合物可含有掺杂物。掺杂物可在前体合成时被引 入聚合前体内， 或者， 可被加至含有聚合前体的组合物或墨水中。 由聚合前体制成的本公开 内容的半导体材料或薄膜可含有一种或多种掺杂物的原子。 将掺杂物引入光伏吸收剂层的 方法包括用含有掺杂物的本发明的聚合前体制备吸收剂层。
在本公开内容的实施方式中， 掺杂物的量， 相对于最丰富的第 11 族原子， 可从约 -7 1×10 原子％至约 5 原子％或更高。在一些实施方式中， 掺杂物的含量可为约 1×1016cm-3 至约 1×1021cm-3。掺杂物的含量可为约 1ppm 至约 10,000ppm。
在一些实施方式中， 掺杂物可为碱金属原子， 包括 Li、 Na、 K、 Rb 以及任何上述的混 合物。
本发明的实施方式可进一步包括为碱土金属原子的掺合剂， 包括 Be、 Mg、 Ca、 Sr、 Ba 以及任何上述的混合物。
在一些实施方式中， 掺杂物可为第 3 至第 12 族的过渡金属原子。
在某些实施方式中， 掺杂物可为第 5 族的过渡金属原子， 包括 V、 Nb、 Ta 以及任何上 述的混合物。
在某些实施方式中， 掺杂物可为第 6 族的过渡金属原子， 包括 Cr、 Mo、 W 以及任何上 述的混合物。
在某些实施方式中， 掺杂物可为第 10 族的过渡金属原子， 包括 Ni、 Pd、 Pt 以及任何 上述的混合物。
在某些实施方式中， 掺杂物可为第 12 族的过渡金属原子， 包括 Zn、 Cd、 Hg 以及任何 上述的混合物。
在某些实施方式中， 掺杂物可为第 14 族的原子， 包括 C、 Si、 Ge、 Sn、 Pb 以及任何上 述的混合物。
在某些实施方式中， 掺杂物可为第 15 族的原子， 包括 P、 As、 Sb、 Bi 以及任何上述 的混合物。
在某些方面， 聚合前体组合物可以有利地被制备为并入碱金属离子作为掺杂物。 例如， 可以利用一定量的 Na(ER) 制备聚合前体组合物， 其中 E 为 S 或 Se 以及 R 为烷基或芳 基。在某些实施方式中， 可以利用一定量的 NaIn(ER)4、 NaGa(ER)4、 LiIn(ER)4、 LiGa(ER)4、 KIn(ER)4、 KGa(ER)4 或其混合物制备聚合前体组合物， 其中 E 为 S 或 Se 以及 R 为烷基或芳 基。可利用此类的聚合前体化合物来控制碱金属离子的水平。掺杂物可作为反离子被提供于前体内， 或通过本文所述的任何沉积方法被引入薄 膜内。掺杂物也可通过本领域中已知的方法 ( 包括离子植入法 ) 被引入薄膜内。
本公开内容的掺杂物可为 p- 型或 n- 型。
任何上述的掺杂物可被用于本发明的墨水内。
封端化合物
在一些实施方式中， 可以如反应式 1 至 6 所示形成聚合前体组合物， 其中向反应中 加入一种或多种封端化合物。封端化合物可控制聚合链形成的程度。封端化合物也可被用 于控制含有聚合前体化合物或组合物的墨水的粘度以及其溶解性和形成悬浮液的能力。 封 端化合物的实例包括结合至重复单元 A 或 B 或两者并避免进一步链增长的无机或有机金属 复合物。封端化合物的实例包括 R2MBER 和 RMB(ER)2。
配体
本文所用的术语 “配体” 是指可在键合或配位中提供电子密度的任何原子或化学 基团。
配体可为单齿、 双齿或多齿。
本文所用的术语 “配体” 包括路易斯碱 (Lewis base) 配体。
本文所用的术语 “有机配体” 是指由碳和氢原子构成的、 具有 1 至 22 个碳原子且任 选地含有氧、 氮、 硫或其它原子， 可经由碳原子结合至另一原子或分子的有机化学基团。有 机配体可为支链的或直链的、 被取代的或未被取代的。
本文所用的术语 “无机配体” 是指经由非碳原子结合至另一原子或分子的无机化 学基团。
配 体 的 实 例 包 括 卤 素、水、醇、醚、氢 氧 根、酰 胺、羧 酸 盐、硫 族 盐 (chalcogenylates)、 硫 代 羧 酸 盐 (thiocarboxylates)、 硒 代 羧 酸 盐 (selenocarboxylates)、 碲代羧酸盐 (tellurocarboxylates)、 碳酸盐、 硝酸盐、 磷酸盐、 硫 酸盐、 过氯酸盐、 草酸盐以及胺。
本文所用的术语 “硫族盐” 指具有式 RCE2- 的硫代羧酸盐、 硒代羧酸盐和碲代羧酸 盐， 其中 E 为 S、 Se 或 Te。
本文所用的术语 “硫族氨基甲酸盐” 是指具有式 R1R2NCE2- 的硫代氨基甲酸盐、 硒代 1 2 氨基甲酸盐和碲代氨基甲酸盐， 其中 E 为 S、 Se 或 Te， 并且 R 和 R 相同或不同且为氢、 烷基、 芳基或有机配体。
配体的实例包括 F-、 Cl-、 H2O、 ROH、 R2O、 OH-、 RO-、 NR2-、 RCO2-、 RCE2-、 CO32-、 NO3-、 PO43-、 SO42-、 ClO4-、 C2O42-、 NH3、 NR3、 R2NH 和 RNH2， 其中 R 为烷基， 且 E 为硫族元素。
配体的实例包括叠氮化物、 杂芳基、 硫氰酸盐、 芳基胺、 芳烷基胺、 亚硝酸盐和亚硫 酸盐。
配体的实例包括 Br-、 N3-、 吡啶、 [SCN-]-、 ArNH2、 NO2- 和 SO32-， 其中 Ar 为芳基。
配体的实例包括氰化物或腈、 异氰化物或异腈、 烷基氰化物、 烷基腈、 烷基异氰化 物、 烷基异腈、 芳基氰化物、 芳基腈、 芳基异氰化物和芳基异腈。
配 体 的 实 例 包 括 氢 化 物、 碳 烯、 一 氧 化 碳、 异 氰 酸 盐、 异 腈、 硫 醇 盐、 烷基硫 醇 盐、 二 烷 基 硫 醇 盐、 硫 醚、 硫 代 氨 基 甲 酸 盐、 膦、 烷 基 膦、 芳 基 膦、 芳 烷 基 膦、 硒化物 (arsenines)、 烷基硒化物 (alkylarsenines)、 芳基硒化物 (arylarsenines)、 芳烷基硒化物 (arylalkylarsenines)、 二苯乙烯 (stilbines)、 烷基二苯乙烯 (alkylstilbines)、 芳基 二苯乙烯 (arylstilbines) 和芳烷基二苯乙烯 (arylalkylstilbines)。
配体的实例包括 I-、 H -、 R -、 -CN-、 -CO、 RNC、 RSH、 R2S、 RS-、 -SCN-、 R3P、 R3As、 R3Sb、 烯 烃和芳基， 其中各 R 独立地为烷基、 芳基或杂芳基。
配体的实例包括三辛基膦、 三甲基乙烯基硅烷和六氟乙酰丙酮盐。
配体的实例包括氧化氮、 甲硅烷基、 烷基甲锗烷基、 芳基甲锗烷基、 芳烷基甲锗烷 基、 烷基锡烷基、 芳基锡烷基、 芳烷基锡烷基、 硒代氰酸盐、 硒醇盐 (selenolates)、 烷基硒醇 盐 (alkylselenolates)、 二烷基硒醇盐 (dialkylselenolates)、 硒基醚、 硒代氨基甲酸盐、 碲代氰酸盐、 碲醇盐 (tellurolates)、 烷基碲醇盐 (alkyltellurolates)、 二烷基碲醇盐 (dialkyltellurolates)、 碲基醚和碲代氨基甲酸盐。
配体的实例包括硫族盐、 硫代硫醇盐、 硒代硫醇盐、 硫代硒醇盐、 硒代硒醇盐、 烷基 硫代硫醇盐、 烷基硒代硫醇盐、 烷基硫代硒醇盐、 烷基硒代硒醇盐、 芳基硫代硫醇盐、 芳基硒 代硫醇盐、 芳基硫代硒醇盐、 芳基硒代硒醇盐、 芳烷基硫代硫醇盐、 芳烷基硒代硫醇盐、 芳烷 基硫代硒醇盐和芳烷基硒代硒醇盐。
配体的实例包括硒基醚和碲基醚。配体的实例包括 NO、 O2-、 NHnR3-n、 PHnR3-n、 SiR3-、 GeR3-、 SnR3-、 SR、 SeR、 TeR、 SSR、 S eSR、SSeR、SeSeR 和 RCN， 其中 n 为 1 至 3， 且各 R 独立地为烷基或芳基。
本文所用的术语 “过渡金属”是指无机化学命名委员会所建议及公布于 IUPAC Nomenclature of Inorganic Chemistry， Recommendations 2005 中的元素周期表中第 3 至 12 族的原子。
光伏吸收剂层组合物
可使用聚合前体来制备用于开发半导体产品的材料。
可以有利地以混合物的形式使用本发明的聚合前体以制备材料内具有受控或预 定的化学计量比的金属原子的材料。
在某些方面， 避免附加的硫化或硒化步骤的制造太阳能电池的方法使用本发明的 聚合前体化合物和组合物。
当已知存在此类化合物时， 吸收剂材料可为 n- 型或 p- 型半导体。
在一些实施方式中， 一种或多种聚合前体化合物可用于在基板上制备 CAIGAS 层， 其中该层具有实验式 (Cu1-xAgx)u(In1-y-tGayAlt)v(S1-zSez)w， 其中 x 为 0 至 1， y 为 0 至 1， t为 u 为 0.5 至 1.5， v 为 0.5 至 1.5， 且 w 为 1 至 3。在 0 至 1， y 加 t 的和为 0 至 1， z 为 0 至 1， 某些实施方式中， t 可为 0.001 至 1， 或 0.01 至 1， 或 0.02 至 1， 或 0.03 至 1， 或 0.04 至 1， 或 0.05 至 1， 或 0.07 至 1， 或 0.1 至 1， 或 0.2 至 1， 或 0.3 至 1， 或 0.4 至 1。在某些实施方 式中 x 可为 0.001 至 1， 或 0.01 至 1， 或 0.02 至 1， 或 0.03 至 1， 或 0.05 至 1， 或 0.07 至 1， 或 0.1 至 1， 或 0.2 至 1， 或 0.3 至 1。在某些实施方式中 t 可为 0.001 至 1 且 x 可为 0.001 至 1， 或 t 可为 0.01 至 1 且 x 可为 0.01 至 1， 或 t 可为 0.02 至 1 且 x 可为 0.02 至 1， 或t 可为 0.05 至 1 且 x 可为 0.05 至 1， 或 t 可为 0.1 至 1 且 x 可为 0.1 至 1， 或 t 可为 0.15 至 1 且 x 可为 0.15 至 1， 或 t 可为 0.2 至 1 且 x 可为 0.2 至 1， 或 t 可为 0.3 至 1 且 x 可为 0.3 至 1， 或 t 可为 0.35 至 1 且 x 可为 0.35 至 1。
在一些实施方式中， 一种或多种聚合前体化合物可用于在基板上制备 CAIGAS 层，其中该层具有实验式 (Cu1-xAgx)u(In1-y-tGayAlt)v(S1-zSez)w， 其中 x 为 0.001 至 0.999， y为 0.001 至 0.999， t 为 0.001 至 0.999， y 加 t 的和为 0.002 至 0.999， z 为 0 至 1， u 为 0.5 至 1.5， v 为 0.5 至 1.5， 且 w 为 1 至 3。
在一些实施方式中， 一种或多种聚合前体化合物可用于在基板上制备 CAIGAS 层， 其中该层具有实验式 (Cu1-xAgx)u(In1-y-tGayAlt)v(S1-zSez)w， 其中 x 为 0.001 至 0.999， y为 0.001 至 0.999， t 为 0.001 至 0.999， y 加 t 的和为 0.002 至 0.999， z 为 0 至 1， u 为 0.7 至 1.2， v 为 0.9 至 1.1， 且 w 为 2.0 至 2.4。
在一些实施方式中， 一种或多种聚合前体化合物可用于在基板上制备 CAIGAS 层， 其含有的 Ag 原子的量为 1 至 37.5mol ％， 或 2 至 37.5mol ％， 或 3 至 37.5mol ％， 或5至 37.5mol％， 或 7 至 37.5mol％， 或 10 至 37.5mol％， 或 12 至 37.5mol％。
在一些实施方式中， 一种或多种聚合前体化合物可用于在基板上制备 CAIGAS 层， 其含有的 Al 原子的量为 1 至 37.5mol ％， 或 2 至 37.5mol ％， 或 3 至 37.5mol ％， 或5至 37.5mol％， 或 7 至 37.5mol％， 或 10 至 37.5mol％， 或 12 至 37.5mol％。
在一些实施方式中， 一种或多种聚合前体化合物可用于在基板上制备 CIGAS 层， 其中该层具有实验式 (Cu)u(In1-y-tGayAlt)v(S1-zSez)w， 其中 y 为 0 至 1， t 为 0 至 1， y加t的 和为 0 至 1， z 为 0 至 1， u 为 0.5 至 1.5， v 为 0.5 至 1.5， 且 w 为 1 至 3。在某些实施方式 中， t 可为 0.001 至 1， 或 0.01 至 1， 或 0.02 至 1， 或 0.03 至 1， 或 0.04 至 1， 或 0.05 至 1， 或 0.07 至 1， 或 0.1 至 1， 或 0.15 至 1， 或 0.2 至 1， 或 0.25 至 1， 或 0.3 至 1， 或 0.4 至 1。
在一些实施方式中， 一种或多种聚合前体化合物可用于在基板上制备 CIGAS 层， 其中该层具有实验式 (Cu)u(In1-y-tGayAlt)v(S1-zSez)w， 其中 y 为 0.001 至 0.999， t 为 0.001 至 0.999， y 加 t 的和为 0.002 至 0.999， z 为 0 至 1， u 为 0.5 至 1.5， v 为 0.5 至 1.5， 且w 为 1 至 3。
在一些实施方式中， 一种或多种聚合前体化合物可用于在基板上制备 CIGAS 层， 其中该层具有实验式 (Cu)u(In1-y-tGayAlt)v(S1-zSez)w， 其中 y 为 0.001 至 0.999， t 为 0.001 至 0.999， y 加 t 的和为 0.002 至 0.999， z 为 0 至 1， u 为 0.7 至 1.2， v 为 0.9 至 1.1， 且w 为 2 至 2.4。
在一些实施方式中， 一种或多种聚合前体化合物可用于在基板上制备 CIGAS 层， 其含有的 Al 原子的量为 1 至 37.5mol ％， 或 2 至 37.5mol ％， 或 3 至 37.5mol ％， 或5至 37.5mol％， 或 7 至 37.5mol％， 或 10 至 37.5mol％， 或 12 至 37.5mol％。
在一些实施方式中， 一种或多种聚合前体化合物可用于在基板上制备 AIGAS 层， 其中该层具有实验式 Agu(In1-y-tGayAlt)v(S1-zSez)w， 其中 y 为 0 至 1， t 为 0 至 1， y 加 t 的和 为 0 至 1， z 为 0 至 1， u 为 0.5 至 1.5， v 为 0.5 至 1.5， 且 w 为 1 至 3。在某些实施方式中， t 可为 0.001 至 1， 或 0.01 至 1， 或 0.02 至 1， 或 0.03 至 1， 或 0.04 至 1， 或 0.05 至 1， 或 0.07 至 1， 或 0.1 至 1， 或 0.2 至 1， 或 0.3 至 1， 或 0.4 至 1。
在一些实施方式中， 一种或多种聚合前体化合物可用于在基板上制备 AIGAS 层， 其中该层具有实验式 Agu(In1-y-tGayAlt)v(S1-zSez)w， 其中 y 为 0.001 至 0.999， t 为 0.001 至 0.999， y 加 t 的和为 0.002 至 0.999， z 为 0 至 1， u 为 0.5 至 1.5， v 为 0.5 至 1.5， 且w为 1 至 3。
在一些实施方式中， 一种或多种聚合前体化合物可用于在基板上制备 AIGAS 层，其中该层具有实验式 Agu(In1-y-tGayAlt)v(S1-zSez)w， 其中 y 为 0.001 至 0.999， t 为 0.001 至 0.999， y 加 t 的和为 0.002 至 0.999， z 为 0 至 1， u 为 0.7 至 1.2， v 为 0.9 至 1.1， 且w为 2 至 2.4。
在一些实施方式中， 一种或多种聚合前体化合物可用于在基板上制备 AIGAS 层， 其含有的 Ag 原子的量为 1 至 37.5mol ％， 或 2 至 37.5mol ％， 或 3 至 37.5mol ％， 或5至 37.5mol％， 或 7 至 37.5mol％， 或 10 至 37.5mol％， 或 12 至 37.5mol％。
在一些实施方式中， 一种或多种聚合前体化合物可用于在基板上制备 AIGAS 层， 其含有的 Al 原子的量为 1 至 37.5mol ％， 或 2 至 37.5mol ％， 或 3 至 37.5mol ％， 或5至 37.5mol％， 或 7 至 37.5mol％， 或 10 至 37.5mol％， 或 12 至 37.5mol％。
本发明的实施方式可进一步提供可被用于制备太阳能电池产品的 CAIGAS、 CIGAS 或 AIGAS 材料的聚合前体。
在某些方面， 一种或多种聚合前体可用于制备作为化学及物理均匀层的 CAIGAS、 CIGAS 或 AIGAS 材料。
在一些变化例中， 一种或多种聚合前体可用于制备 CAIGAS、 CIGAS 或 AIGAS 材料， 其中能够控制所述材料的金属原子的化学计量。
在某些变化例中， 一种或多种聚合前体可用于利用由聚合前体制备的纳米颗粒来 制备 CAIGAS、 CIGAS 或 AIGAS 材料。
在某些实施方式中， 一种或多种聚合前体可用于制备作为可在相对低温下加工以 成为太阳能电池的层的 CAIGAS、 CIGAS 或 AIGAS 材料。
在一些变化例中， 一种或多种聚合前体可用于在各种基板 ( 包括柔性基板 ) 上制 备化学上及物理上均匀的半导体 CAIGAS、 CIGAS 或 AIGAS 层。
吸收材料的实例包括 CuAgInGaAlSSe、 CuAgInGaAlSeTe 及 CuAgInGaAlSTe。
CAIGAS、 CIGAS 或 AIGAS 层可与各种接合材料共同使用以制造太阳能电池。本领 域中已知的接合材料层的实例包括 CdS、 ZnS、 ZnSe 和 CdZnS。参见， 例如， Martin Green， Solar Cells ： Operating Principles， Technology andSystem Applications( 太阳能电 池： 操作原则、 技术和系统应用 )(1986) ； Richard H.Bube， Photovolaic Materials( 光伏 材料 )(1998) ； Antonio Luque 和 Steven Hegedus， Handbook of Photovoltaic Science and Engineering( 光伏科学和工程手册 )(2003)。
在某些方面， 吸收剂层的厚度可为约 0.001 至约 100 微米， 或约 0.001 至约 20 微 米， 或约 0.01 至约 10 微米， 或约 0.05 至约 5 微米， 或约 0.1 至约 4 微米， 或约 0.1 至约 3.5 微米， 或约 0.1 至约 3 微米， 或约 0.1 至约 2.5 微米。
基板
本发明的聚合前体可用于形成基板上的层。 基板可由任何材料制成并可具有任何 形状。聚合前体的基板层可用于形成光伏层或装置。
其上可沉积或印刷本公开内容的聚合前体的基板的实例包括半导体、 掺杂的半导 体、 硅、 砷化镓、 绝缘体、 玻璃、 钼玻璃、 二氧化硅、 二氧化钛、 氧化锌、 氮化硅及其组合。
基板可被涂布以钼或含钼化合物。
在一些实施方式中， 基板可被含钼化合物或一种或多种含钼和硒的化合物预处 理。其上可沉积或印刷本公开内容的聚合前体的基板的实例包括金属、 金属箔、 钼、 铝、 铍、 镉、 铈、 铬、 钴、 铜、 镓、 金、 铅、 锰、 镍、 钯、 铂、 铼、 铑、 银、 不锈钢、 钢、 铁、 锶、 锡、 钛、 钨、 锌、 锆、 金属合金、 金属硅化物、 金属碳化物及其组合。
其上可沉积或印刷本公开内容的聚合前体的基板的实例包括聚合物、 塑料、 导电 聚合物、 共聚物、 聚合物掺合物、 聚对苯二甲酸乙二酯、 聚碳酸酯、 聚酯、 聚酯薄膜、 迈拉、 聚 氟乙烯、 聚偏二氟乙烯、 聚乙烯、 聚醚酰亚胺、 聚醚砜、 聚醚酮、 聚酰亚胺、 聚氯乙烯、 丙烯 腈 - 丁二烯 - 苯乙烯聚合物、 聚硅氧烷、 环氧树脂及其组合。
其上可沉积或印刷本公开内容的聚合前体的基板的实例包括屋面材料。
其上可沉积或印刷本公开内容的聚合前体的基板的实例包括纸和涂布纸。
本公开内容的基板可为任何形状。 其上可沉积本公开内容的聚合前体的基板的实 例包括例如管状、 圆柱状、 滚筒状、 棒状、 针状、 轴状、 平面、 板状、 叶状、 翼片状、 弯曲表面或 球体的成型基板。
基板在沉积、 涂布或印刷本发明的聚合前体层之前可通过助粘剂被层叠。
助粘剂的实例包括玻璃层、 金属层、 含钛层、 含钨层、 含钽层、 氮化钨、 氮化钽、 氮化 钛、 氮硅化钛、 氮硅化钽、 含铬层、 含钒层、 氮化物层、 氧化物层、 碳化物层及其组合。
助粘剂的实例包括有机助粘剂， 例如有机官能团硅烷偶合剂、 硅烷、 六甲基二硅 氮烷、 乙二醇醚醋酸酯、 乙二醇双巯基醋酸酯、 丙烯酸酯、 丙烯酸、 硫醇 (mercaptans)、 硫醇 (thiols)、 硒醇、 碲醇、 羧酸、 有机磷酸、 三唑及其组合。
基板在沉积或印刷本发明的聚合前体层之前可通过阻隔层被层叠。
阻隔层的实例包括玻璃层、 金属层、 含钛层、 含钨层、 含钽层、 氮化钨、 氮化钽、 氮化 钛、 氮硅化钛、 氮硅化钽及其组合。
基板可具有任何的厚度， 以及其厚度可为约 20 微米至约 20,000 微米或更厚。
墨水组合物
本发明的实施方式进一步提供含有一种或多种聚合前体化合物的墨水组合物。 通 过将墨水涂布于基板上， 本发明的聚合前体可用于制备光伏材料。
由于本公开内容的墨水可由聚合前体的混合物所构成， 因此该墨水可有利地允许 准确控制墨水中某些原子的化学计量比。
可通过本领域中已知的任何方法制备本公开内容的墨水。
在一些实施方式中， 通过将聚合前体与一种或多种载体混合可制造墨水。墨水可 以是聚合前体的在有机载体中的悬浮液。在一些变化例中， 墨水是聚合前体在有机载体中 的溶液。载体可为有机液体或溶液。
墨水的制造可通过提供一种或多种聚合前体化合物以及用一种或多种载体增溶、 溶解、 溶剂化或分散所述化合物。 分散在载体内的化合物可以是纳米晶体、 纳米颗粒、 微粒、 无定形体或溶解的分子。
本 公 开 内 容的 墨 水 中 的 聚 合 前 体 浓 度 可 为 约 0.001 ％ 至 约 99 ％ (w/w)， 或约 0.001％至约 90％， 或约 0.1％至约 90％。
在用于沉积、 涂布或印刷的温度和条件下， 聚合前体可为液体或可流动相。
在本发明的一些变化例中， 部分溶于或不溶于特定载体内的聚合前体可通过高速 剪切混合被分散于载体内。本文所用的术语 “分散” 包括增溶、 溶解和溶剂化。
用于本公开内容的墨水的载体可为有机液体或溶剂。 用于本公开内容的墨水的载 体的实例包括可能含有水性组分的一或多种有机溶剂。
本发明的实施方式进一步提供在用于制备墨水的一种或多种载体中具有增强的 溶解性的聚合前体化合物。 通过改变连接至该化合物的一个或多个配体的性质和分子大小 和重量， 可选择聚合前体化合物的溶解性。
本发明的墨水组合物可含有本文所公开的任何掺杂物， 或本领域中已知的掺杂 物。
可通过本领域中已知的方法以及本文所公开的方法制备本公开内容的墨水组合 物。
用于本公开内容的墨水的载体的实例包括醇类、 甲醇、 乙醇、 异丙醇、 硫醇、 丁醇、 丁二醇、 甘油、 烷氧基醇、 二醇类、 1- 甲氧基 -2- 丙醇、 丙酮、 乙二醇、 丙二醇、 月桂酸丙二 醇酯、 乙二醇醚、 二乙二醇、 三乙二醇单丁醚、 丙二醇单甲醚、 1， 2- 己二醇、 醚类、 二乙醚、 脂肪烃、 芳香烃、 戊烷、 己烷、 庚烷、 辛烷、 异辛烷、 癸烷、 环己烷、 对二甲苯、 间二甲苯、 邻二 甲苯、 苯、 甲苯、 二甲苯、 四氢呋喃、 2- 甲基四氢呋喃、 硅氧烷、 环硅氧烷、 硅油、 卤代烃、 二 溴甲烷、 二氯甲烷 (dichloromethane)、 二氯乙烷、 三氯乙烷、 氯仿、 二氯甲烷 (methylene chloride)、 乙腈、 酯、 醋酸盐、 醋酸乙酯、 醋酸丁酯、 丙烯酸酯、 丙烯酸异冰片酯、 1， 6- 己二醇 二丙烯酸酯、 聚乙二醇二丙烯酸酯、 酮类、 丙酮、 甲乙酮、 环己酮、 丁基卡必醇、 环戊酮、 内酰 胺、 N- 甲基吡咯烷酮、 N-(2- 羟乙基 ) 吡咯烷酮、 环缩醛、 环缩酮、 醛类、 酰胺类、 二甲基甲酰 胺、 乳酸甲酯、 油类、 天然油类、 萜烯及其混合物。
本公开内容的墨水可以进一步包括的成分例如表面活性剂、 分散剂、 乳化剂、 消泡 剂、 干燥剂、 填充剂、 树脂粘合剂、 增稠剂、 粘度调节剂、 抗氧化剂、 助流剂、 增塑剂、 导电剂、 促结晶剂、 补充剂、 薄膜调节剂、 助粘剂和染料。这些成分的每一种可以以墨水组合物的约 0.001％至约 10％或更高的水平用在本公开内容的墨水组合物中。
表面活性剂的实例包括硅氧烷、 聚亚烷基氧化物硅氧烷 (polyalkyleneoxide siloxanes)、 聚 亚 烷 基 氧 化 物 聚 二 甲 基 硅 氧 烷 (polyalkyleneoxide polydimethylsiloxanes)、 聚酯聚二甲基硅氧烷、 乙氧基壬基酚、 壬基苯氧基聚亚烷基氧基 乙醇 (nonylphenoxy polyethyleneoxyethanol)、 氟碳酯 (fluorocarbon esters)、 氟代脂 肪族聚合酯、 氟化酯、 烷基苯氧基亚烷基氧化物 (alkylphenoxy alkyleneoxides)、 十六烷 基三甲基氯化铵、 羧甲基直链淀粉、 乙氧基乙炔二醇、 甜菜碱、 N- 正十二基 -N， N- 二甲基甜 菜碱、 二烷基磺基琥珀酸盐、 烷基萘磺酸盐、 脂肪酸盐、 聚氧乙烯烷基醚、 聚氧乙烯烷基烯丙 基醚、 聚氧乙烯 - 聚氧丙烯嵌段共聚物、 烷基胺盐、 季铵盐及其混合物。
表面活性剂的实例包括阴离子、 阳离子、 两性及非离子表面活性剂。 表面活性剂的 实例包括 SURFYNOL、 DYNOL、 ZONYL、 FLUORAD 和 SILWET 表面活性剂。
表面活性剂可以以墨水组合物的约 0.001％至约 2％用于本公开内容的墨水中。
分散剂的实例包括聚合物分散剂、 表面活性剂、 亲水 - 疏水嵌段共聚物、 丙烯酸嵌 段共聚物、 丙烯酸盐嵌段共聚物、 接枝聚合物及其混合物。
乳化剂的实例包括脂肪酸衍生物、 乙烯硬脂酰胺、 氧化聚乙烯蜡、 矿物油、 聚氧乙 烯烷基苯酚醚、 聚氧乙二醇醚嵌段共聚物、 聚氧乙烯去水山梨醇脂肪酸酯、 去水山梨醇、 烷基硅氧烷聚醚聚合物、 聚氧乙烯单硬脂酸酯、 聚氧乙烯单月桂酸酯、 聚氧乙烯单油酸酯及其 混合物。
消泡剂的实例包括聚硅氧烷 (polysiloxanes)、 二甲基聚硅氧烷、 二甲基硅氧烷、 聚硅氧烷 (silicones)、 聚醚、 辛醇、 有机酯、 氧化乙烯氧化丙烯共聚物及其混合物。
干燥剂的实例包括芳香族磺酸、 芳香族羧酸、 邻苯二甲酸、 羟基间苯二甲酸、 N- 邻 苯二甲酰甘氨酸、 2- 吡咯烷酮 -5- 羧酸及其混合物。
填充剂的实例包括金属填充剂、 银粉、 银片、 金属涂布的玻璃球、 石墨粉、 碳黑、 导 电金属氧化物、 乙烯 - 乙酸乙烯酯聚合物及其混合物。
树脂粘合剂的实例包括丙烯酸树脂、 醇酸树脂、 乙烯树脂、 聚乙烯吡咯烷酮、 酚醛 树脂、 酮树脂、 醛树脂、 聚乙烯醇缩丁醛树脂、 酰胺树脂、 氨基树脂、 丙烯腈树脂、 纤维素树 脂、 硝基纤维素树脂、 橡胶、 脂肪酸、 环氧树脂、 乙烯丙烯酸共聚物、 含氟聚合物、 凝胶、 二醇 类、 烃类、 马来酸树脂、 脲树脂、 天然橡胶、 天然树胶、 酚醛树脂、 甲酚、 聚酰胺、 聚丁二烯、 聚 酯、 聚烯烃、 聚氨基甲酸酯、 异氰酸酯、 多元醇、 热塑性塑料、 硅酸盐、 聚硅氧烷、 聚苯乙烯及 其混合物。
增稠剂和粘度调节剂的实例包括导电聚合物、 纤维素、 氨基甲酸酯、 聚氨基甲酸 酯、 苯乙烯 - 马来酸酐共聚物、 聚丙烯酸酯、 多羧酸、 羧甲基纤维素、 羟乙基纤维素、 甲基纤 维素、 甲基羟乙基纤维素、 甲基羟丙基纤维素、 硅石、 胶凝剂、 铝酸盐、 钛酸盐、 树胶、 粘土、 蜡、 多醣、 淀粉及其混合物。
抗氧化剂的实例包括酚类、 亚磷酸盐、 亚膦酸盐、 硫代酯、 硬脂酸、 抗坏血酸、 儿茶 素、 胆碱及其混合物。
助流剂的实例包括蜡、 纤维素、 丁酸酯、 表面活性剂、 聚丙烯酸酯和聚硅氧烷。
增塑剂的实例包括邻苯二甲酸烷基苄基酯、 邻苯二甲酸丁基苄基酯、 邻苯二甲酸 二辛酯、 邻苯二甲酸二乙酯、 邻苯二甲酸二甲酯、 双 -2- 乙基己基 - 己二酸酯、 邻苯二甲酸二 异丁酯、 己二酸二异丁酯、 邻苯二甲酸二环己酯、 甘油三苯甲酸酯、 蔗糖苯甲酸酯、 聚丙二醇 二苯甲酸酯、 新戊二醇二苯甲酸酯、 间苯二甲酸二甲酯、 邻苯二甲酸二丁酯、 癸二酸二丁酯、 三正己基偏苯三甲酸酯及其混合物。
导电剂的实例包括锂盐、 三氟甲磺酸锂、 硝酸锂、 二甲胺盐酸盐、 二乙胺盐酸盐、 盐 酸羟胺及其混合物。
促结晶剂的实例包括铜硫族化物、 碱金属硫族化物、 碱金属盐、 碱土金属盐、 钠硫 族化物、 镉盐、 硫酸镉、 硫化镉、 硒化镉、 碲化镉、 硫化铟、 硒化铟、 碲化铟、 硫化镓、 硒化镓、 碲 化镓、 钼、 硫化钼、 硒化钼、 碲化钼、 含钼化合物及其混合物。
墨水可含有一种或多种选自由导电聚合物、 银金属、 硒化银、 硫化银、 铜金属、 铟金 属、 镓金属、 锌金属、 碱金属、 碱金属盐、 碱土金属盐、 钠硫族化物、 钙硫族化物、 硫化镉、 硒化 镉、 碲化镉、 硫化铟、 硒化铟、 碲化铟、 硫化镓、 硒化镓、 碲化镓、 硫化锌、 硒化锌、 碲化锌、 硫化 铜、 硒化铜、 碲化铜、 硫化钼、 硒化钼、 碲化钼及任何上述混合物组成的组的成分。
本公开内容的墨水可含有金属、 导电金属或氧化物的颗粒。金属和氧化物颗粒的 实例包括硅石、 氧化铝、 氧化钛、 铜、 铁、 钢、 铝及其混合物。
在某些变化例中， 墨水可含有杀菌剂、 掩蔽剂 (sequestering agent)、 螯合物、 湿 润剂、 聚结剂 (coalescent) 或粘度调节剂。在某些方面， 本公开内容的墨水可被形成为溶液、 悬浮液、 浆液或半固体凝胶或 糊。墨水可含有溶解于载体内的一种或多种聚合前体， 或可为聚合前体的溶液。在某些变 化例中， 聚合前体可含有可被悬浮于载体内的颗粒或纳米颗粒， 以及可为聚合前体的悬浮 液或漆。 在某些实施方式中， 聚合前体可与最小量的载体混合， 以及可为聚合前体的浆液或 半固体凝胶或糊。
本公开内容的墨水的粘度可为约 0.5 厘泊 (cP) 至约 50cP， 或约 0.6 至约 30cP， 或 约 1 至约 15cP， 或约 2 至约 12cP。
本公开内容的墨水的粘度可为约 20 至约 2×106cP 或更高。本公开内容的墨水的 粘度可为约 20 至约 1×106cP， 或约 200 至约 200,000cP， 或约 200 至约 100,000cP， 或约 200 至约 40,000cP， 或约 200 至约 20,000cP。
本公开内容的墨水的粘度可为约 1cP， 或约 2cP， 或约 5cP， 或约 20cP， 或约 100cP， 或约 500cP， 或约 1,000cP， 或约 5,000cP， 或约 10,000cP， 或约 20,000cP， 或约 30,000cP， 或 约 40,000cP。
在一些实施方式中， 墨水可含有一种或多种选自由表面活性剂、 分散剂、 乳化剂、 消泡剂、 干燥剂、 填充剂、 树脂粘合剂、 增稠剂、 粘度调节剂、 抗氧化剂、 助流剂、 增塑剂、 导电 剂、 促结晶剂、 补充剂、 薄膜调节剂、 助粘剂和染料组成的组中的成分。在某些变化例中， 墨 水可含有一种或多种选自由硫化镉、 硒化镉、 碲化镉、 硫化锌、 硒化锌、 碲化锌、 硫化铜、 硒化 铜、 碲化铜组成的组的化合物。在某些方面， 墨水可含有金属、 导电金属或氧化物的颗粒。
墨水的制备可通过将本公开内容的一种或多种聚合前体化合物分散于一种或多 种载体内以形成分散液或溶液。
聚合前体墨水组合物的制备可通过将一种或多种聚合前体分散在溶剂内， 以及加 热该溶剂以溶解或分散该聚合前体。聚合前体在溶液或分散液中的浓度可为约 0.001％至 约 99 ％ (w/w)， 或约 0.001 ％至约 90 ％， 或约 0.1 ％至约 90 ％， 或约 0.1 ％至约 50 ％， 或约 0.1％至约 40％， 或约 0.1％至约 30％， 或约 0.1％至约 20％， 或约 0.1％至约 10％。
在基板上形成聚合前体薄膜的方法
本发明的聚合前体可通过在基板沉积为层而被用于制造光伏材料， 该层含有一种 或多种聚合前体。沉积的层可为膜或薄膜。基板如上文所述。
本文所用的术语 “沉积 (deposit)” “沉积 (depositing)” 、 和 “沉积 (deposition)” 是指将化合物或组合物放置在表面或基板上的任何方法， 包括喷雾、 涂布和印刷。
本文所用的术语 “薄膜” 是指在基板上具有小于约 300 微米的厚度的原子或分子 层或组合物层。
由于层可由聚合前体的混合物所构成， 因此本公开内容的沉积的层有利地允许精 确地控制层内某些原子的化学计量比。
可以利用本领域中已知的方法和本文公开的方法将本发明的聚合前体以及含聚 合前体的组合物沉积在基板上。
用于将聚合前体沉积在表面或基板上的方法的实例包括一切形式的喷雾、 涂布和 印刷。
通过在高产量辊轧法中将一种或多种本公开内容的聚合前体沉积在柔性基板上 可制备太阳能电池层。通过喷雾或涂布含有一种或多种聚合前体的组合物， 或通过印刷含有一种或多种本公开内容的聚合前体的墨水， 可在高产量辊轧法中进行聚合前体的沉积。
用于将聚合前体沉积在表面或基板上的方法的实例包括喷雾、 喷涂、 喷雾沉积、 喷 雾热解及其组合。
用于使用本公开内容的墨水进行印刷的方法的实例包括丝网印刷、 喷墨印刷、 气 溶胶喷射印刷、 油墨印刷、 喷射印刷、 印台印刷、 转移印刷、 移印、 柔性版印刷、 凹版印刷、 接 触印刷、 背面印刷、 热敏印刷、 平版印刷、 电子照像印刷及其组合。
用于将聚合前体沉积在表面或基板上的方法的实例包括电解沉积、 电镀、 无电式 电镀、 浴沉积、 涂布、 浸涂、 湿式涂布、 旋涂、 刮刀涂布、 辊涂、 棒式涂布、 狭缝模具涂布、 麦勒 棒涂布、 唇口型直接涂布、 毛细管涂布、 液相沉积、 溶液沉积、 逐层沉积、 旋浇铸和溶液浇铸。
用于将聚合前体沉积在表面或基板上的方法的实例包括化学汽相沉积、 气溶胶化 学汽相沉积、 金属有机化学汽相沉积、 有机金属化学汽相沉积、 等离子体强化的化学汽相沉 积及其组合。
用于将聚合前体沉积在表面或基板上的方法的实例包括原子层沉积、 等离子体强 化的原子层沉积、 真空室沉积、 溅射、 RF 溅射、 DC 溅射、 磁控管溅射、 蒸发、 电子束蒸发、 激光 成孔、 气源聚合束取向附生、 汽相取向附生、 液相取向附生及其组合。
在一些实施方式中， 可将第一聚合前体沉积在基板上， 然后将第二聚合前体沉积 在基板上。在某些实施方式中， 可将数种不同的聚合前体沉积在基板上以生成层。
在某些变化例中， 可通过喷雾、 涂布、 印刷或其它的方法将不同的聚合前体同时地 或顺序地沉积在基板上。所述不同的聚合前体可在沉积步骤之前、 期间或之后被接触或混 合。聚合前体可在输送聚合前体至基板表面的步骤之前、 期间或之后被接触。
可在受控的或惰性的环境中 ( 例如在干燥氮气和其它惰性气体环境中以及在部 分真空环境中 ) 进行聚合前体的沉积 ( 包括喷雾、 涂布和印刷 )。
可在各种温度下进行聚合前体的沉积、 喷雾、 涂布或印刷的方法， 所述温度包括 约 -20℃至约 650℃， 或约 -20℃至约 600℃， 或约 -20℃至约 400℃， 或约 20℃至约 360℃， 或约 20℃至约 300℃， 或约 20℃至约 250℃。
可在各种温度下进行将聚合前体化合物转化成材料或半导体的制造太阳能电池 的步骤， 所述温度包括约 100℃至约 650℃， 或约 150℃至约 650℃， 或约 250℃至约 650℃， 或约 300 ℃至约 650 ℃， 或约 400 ℃至约 650 ℃， 或约 300 ℃至约 600 ℃， 或约 300 ℃至约 550℃， 或约 300℃至约 500℃， 或约 300℃至约 450℃。
在某些方面， 可在加热基板的同时将聚合前体沉积在基板上。 在这些变化例中， 可 在基板上沉积或形成薄膜。
在一些实施方式中， 将前体转化至材料的步骤和退火的步骤可同时进行。 通常， 可 在沉积前体的任何步骤之前、 期间或之后进行加热前体的步骤。
在一些变化例中， 可在加热步骤之后冷却基板。 在某些实施方式中， 可在沉积前体 的步骤之前、 期间或之后冷却基板。基板可被冷却而使基板回复至较低温度或至室温或至 沉积单元的操作温度。可采用各种冷却剂或冷却方法以冷却基板。
可利用本领域中已知的各种设备和装置， 以及本文所述的装置， 将聚合前体沉积 在基板上。
在一些变化例中， 可利用具有可调节的喷嘴口径的喷嘴进行聚合前体的沉积以产生均匀喷雾组合物和分布。
本公开内容的实施方式进一步包涵通过在基板上沉积层而制成的物件， 其中该层 含有一种或多种聚合前体。 该物件可为具有沉积、 喷雾、 涂布或印刷于基板上的膜或薄膜层 的基板。 在某些变化例中， 物件具有用聚合前体墨水印刷的基板， 其中该墨水被印制成基板 上的图案。
光伏装置
本发明的聚合前体可用于制造具有高效能的光伏材料和太阳能电池。
如图 6 所示， 本发明的实施方式进一步提供光伏装置和能量转换系统。在合成聚 合前体化合物之后， 该化合物可被喷雾、 沉积或印刷在基板上并形成为吸收剂材料和半导 体层。吸收剂材料可作为光电装置和能量转换系统的基础。
在一些实施方式中， 太阳能电池是具有沉积或印刷在基板上的 CAIGAS、 CIGAS 或 AIGAS 吸收剂层的薄层太阳能电池。
本发明的实施方式可改善用于光电转换的太阳能电池的效率。
在一些实施方式中， 本公开内容的太阳能电池是由 CAIGAS、 CIGAS 或 AIGAS 电池 制成的异质接合装置。CAIGAS、 CIGAS 或 AIGAS 层可被用作与例如硫化镉、 硒化镉、 碲化镉、 硫化锌、 硒化锌或碲化锌的层的结合材料。吸收剂层可邻接于 MgS、 MgSe、 MgTe、 HgS、 HgSe、 HgTe、 AlN、 AlP、 AlAs、 AlSb、 GaN、 GaP、 GaAs、 GaSb、 InN、 InP、 InAs、 InSb 或其组合的层。
在某些变化例中， 本公开内容的太阳能电池是以一个或多个堆叠的太阳能电池制 成的多接合装置。
如图 7 所示， 本公开内容的太阳能电池装置可具有基板 10， 电极层 20， 吸收剂层 30， 窗口层 (window layer)40， 以及透明导电层 (TCO)50。基板 10 可为金属、 塑料、 玻璃或 陶瓷。电极层 20 可为含钼层。吸收剂层 30 可为 CAIGS 层。窗口层 40 可为硫化镉层。透 明导电层 50 可为氧化铟锡层或掺杂的氧化锌层。
本公开内容的太阳能电池装置可具有基板、 电极层、 吸收剂层、 窗口层、 助粘层、 结 合材料层、 透明层、 透明电极层、 透明导电氧化物层、 透明导电聚合物层、 掺杂的导电聚合物 层、 包封层、 抗反射层、 保护层或保护聚合物层。 在某些变化例中， 吸收剂层包括多个吸收剂 层。
在某些变化例中， 可通过使用本发明的聚合前体化合物和组合物有利地避免附加 的硫化或硒化步骤的方法来制造太阳能电池。
在某些变化例中， 太阳能电池装置可具有含钼层或含钼界面层。
保护聚合物的实例包括硅橡胶、 丁酰塑料、 乙烯醋酸乙烯酯及其组合。
基板可由能够以成卷处理的柔性材料制成。电极层可为薄的箔。
通过将含纳米颗粒的组合物沉积或印刷在基板上可制成本公开内容的吸收剂层， 其中所述纳米颗粒能够由本发明的聚合前体化合物制成。在一些方法中， 纳米颗粒能够由 聚合前体化合物制备和形成并且被沉积在基板上。 其后可通过采用热或能量来转换沉积的 纳米颗粒。
在一些实施方式中， 吸收剂层可由已被沉积在基板上并且随后被热或能量转换的 纳米颗粒或半导体纳米颗粒形成。
在一些实施方式中， 薄膜光伏装置可具有透明导电层、 缓冲层、 p 型吸收剂层、 电极层以及基板。透明导电层可为透明导电氧化物 (TCO) 层例如氧化锌层， 或掺杂有铝的氧化 锌层， 或碳纳米管层， 或氧化锡层， 或掺杂有氟的氧化锡层， 或氧化铟锡层， 或掺杂有氟的氧 化铟锡层， 而缓冲层可为硫化镉， 或硫化镉和高电阻率氧化锌。p 型吸收剂层可为 CAIGAS、 CIGAS 或 AIGAS 层且电极层可为钼。透光导电层的厚度可高至约 0.5 微米。缓冲层也可为 硫化镉 n 型接合材料层。在一些实施方式中， 缓冲层可为二氧化硅、 氧化铝、 二氧化钛或氧 化硼。
透明导电氧化物的一些实例已述于 K.Ellmer et al.， Transparent Conductive Zinc Oxide( 透光导电氧化锌 )， Vol.104， Springer Series in Material Science(2008)。
在某些方面， 太阳能电池可包括钼硒界面层， 其可利用能够被加入至墨水中以印 刷或沉积在基板上的各种含钼和含硒化合物形成。
薄膜材料光伏吸收剂层可利用本发明的一种或多种聚合前体制成。例如， 可以利 用喷雾热解单元将聚合前体墨水在惰性环境的手套箱中喷雾在不锈钢基板上。 喷雾热解单 元具有超声喷雾器、 用于惰性载气的精密流量计以及在炉内的管状石英反应器。喷雾涂布 的基板可在惰性环境中于约 25℃至约 650℃的温度下加热， 从而产生薄膜材料光伏吸收剂 层。
在某些实例中， 通过提供利用 0.45 微米过滤器或 0.3 微米过滤器过滤的聚合前体 墨水来制备薄膜材料光伏吸收剂层。 该墨液墨水可利用氩惰性环境的手套箱中的旋涂机被 沉积在铝基板上。该基板可用聚合前体墨水旋涂至约 0.1 至 5 微米的薄膜厚度。移除基板 并在惰性环境下于约 100℃至约 600℃或约 100℃至约 650℃的温度下加热， 从而产生薄膜 材料光伏吸收剂层。
在进一步的实例中， 通过提供利用 0.45 微米过滤器或 0.3 微米过滤器过滤的聚合 前体墨水来制备薄膜材料光伏吸收剂层。 该墨液墨水可利用惰性环境的手套箱中的喷墨印 刷机被印刷在聚对苯二甲酸乙二酯基板上。 可在该基板上沉积约 0.1 至 5 微米厚度的薄膜。 移除基板并在惰性环境下于约 100℃至约 600℃或约 100℃至约 650℃的温度下加热， 从而 产生薄膜材料光伏吸收剂层。
在一些实例中， 可通过在聚对苯二甲酸乙二酯基板提供电极层而制造太阳能电 池。可如上文所述将薄膜材料光伏吸收剂层涂布在电极层上。可将窗口层沉积在吸收剂层 上。可将透明导电氧化物层沉积在窗口层上， 从而形成太阳能电池的实施方式。
在基板上制造光伏吸收剂层的方法包括提供一种或多种聚合前体化合物、 提供基 板、 将化合物喷雾在基板上以及在惰性环境下于约 100℃至约 600℃或约 100℃至约 650℃ 的温度下加热基板， 从而产生具有 0.001 至 100 微米厚度的光伏吸收剂层。可通过喷雾涂 布、 喷雾沉积、 喷射沉积或喷雾热解法进行该喷雾。 基板可为玻璃、 金属、 聚合物、 塑料或硅。
在某些变化例中， 制造光伏吸收剂层的方法可包括将化合物在约 20℃至约 400℃ 的温度下加热， 同时将化合物沉积、 喷雾、 涂布或印刷在基板上。
在基板上制造光伏吸收剂层的方法包括提供一种或多种聚合前体化合物、 提供 基板、 将化合物沉积在基板上以及在惰性环境下于约 100 ℃至约 650 ℃， 或约 100 ℃至约 600 ℃， 或约 100 ℃至约 400 ℃， 或约 100 ℃至约 300 ℃的温度下加热基板， 从而产生具有 0.001 至 100 微米厚度的光伏吸收剂层。可在电解沉积、 电镀、 无电式电镀、 浴沉积、 液相沉 积、 溶液沉积、 逐层沉积、 旋浇铸或溶液浇铸中进行沉积。 基板可为玻璃、 金属、 聚合物、 塑料或硅。 在基板上制造光伏吸收剂层的方法包括提供一种或多种聚合前体墨水、 提供基 板、 将墨水印刷在基板上以及在惰性环境下于约 100℃至约 600℃或的约 100℃至约 650℃ 温度下加热基板， 从而产生具有 0.001 至 100 微米厚度的光伏吸收剂层。可在丝网印刷、 喷 墨印刷、 转移印刷、 柔性版印刷或凹版印刷中进行印刷。基板可为玻璃、 金属、 聚合物、 塑料 或硅。该方法可进一步包含向墨水中加入附加的含铟化合物， 例如 In(SeR)3， 其中 R 为烷基 或芳基。
电力的产生和输送
本公开内容涵盖用于制造和输送电力的方法。 本发明的光伏装置可用于例如将太 阳光转化成提供至商业电网的电力。
本文所用的术语 “太阳能电池” 是指单一太阳能电池以及可结合多个太阳能电池 的太阳能电池组。
本公开内容的太阳能电池装置可具有改善的可靠性。 太阳能电池装置可被制造成 模块面板。
本公开内容的电力系统可被大规模或小规模制造， 包括个人用电力以及公众用的 兆瓦级电力。
本公开内容的太阳能电池装置和电力系统的重要特征是它们能在低环境影响下 制造和使用。
本公开内容的电力系统可使用移动装置上的太阳能电池， 该移动装置可被机动操 作使太阳能电池朝向阳光。或者， 太阳能电池可被以最适的方向安装在固定物上。
太阳能电池可连接成面板， 其中多组电池被串联或并联地电连接以提供适合的电 压和电流性质。
太阳能电池可被安装于屋顶以及室外的各种光照的表面上。 太阳能电池可与各种 屋面材料 ( 例如屋瓦或屋顶板 ) 结合。
电力系统可包括太阳能电池组和蓄电池系统。 电力系统可具有含二极管的电路和 电压调节电路， 以防止蓄电池系统经由太阳能电池损耗或被过量充电。
电力系统可用于供应用于照明、 电动车、 电动巴士、 电动飞机、 泵送水、 水的除盐、 冷藏、 研磨、 制造以及其它用途的电能。
元素的来源
银的来源包括金属银、 Ag(I)、 硝酸银、 卤化银、 氯化银、 醋酸银、 烷氧化银及其混合 物。
铜的来源包括铜金属、 Cu(I)、 Cu(II)、 卤化铜、 氯化铜、 醋酸铜、 烷氧化铜、 烷基铜、 二酮酸铜、 2， 2， 6， 6- 四甲基 -3， 5- 庚二酮酸铜、 2， 4- 戊二酮酸铜、 六氟乙酰基丙酮酸铜、 乙 酰丙酮酸铜、 二甲氨基乙氧化铜、 酮酯铜及其混合物。
铟的来源包括铟金属、 三烷基铟、 三 ( 二烷基胺 ) 铟、 卤化铟、 氯化铟、 氯化二甲基 铟、 三甲基铟、 乙酰丙铜酸铟、 六氟戊二酮酸铟、 甲氧基乙氧化铟、 甲基三甲基乙酰基醋酸 铟、 三氟戊二酮酸铟及其混合物。
镓的来源包括镓金属、 三烷基镓、 三 ( 二烷基胺 ) 镓、 卤化镓、 氟化镓、 氯化镓、 碘 化镓、 氯化二乙基镓、 醋酸镓、 2， 4- 戊二酮酸镓、 乙氧化镓、 2， 2， 6， 6- 四甲基庚二酮酸镓、 三
( 二甲基胺 ) 镓及其混合物。
铝的来源包括金属铝、 三烷基铝、 三 ( 二烷基胺 ) 铝、 卤化铝、 氟化铝、 氯化铝、 碘 化铝、 氯化二乙基铝、 醋酸铝、 2， 4- 戊二酮酸铝、 乙氧化铝、 2， 2， 6， 6- 四甲基庚二酮酸铝、 三 ( 二甲基胺 ) 铝及其混合物。
镓和铟的一些来源已述于国际专利公开第 WO2008057119 号中。
附加的硫化或硒化
在本公开内容的各种方法中， 组合物或材料可任选地进行硫化或硒化的步骤。
用 H2S 的硫化或用 H2Se 的硒化可通过分别使用纯的 H2S 或 H2Se 来进行， 或者通过 稀释在氢气或氮气中进行。也可利用 Se 蒸气或其它元素硒来源进行硒化。
硫化或硒化步骤可在约 200℃至约 650℃或低于 200℃的任何温度下进行。 可同时 或顺序进行一个或多个硫化和硒化步骤。
硫化剂的实例包括硫化氢、 以氢稀释的硫化氢、 元素硫、 硫粉、 二硫化碳、 烷基多硫 化物、 二甲基硫化物、 二甲基二硫化物及其混合物。
硒化剂的实例包括硒化氢、 以氢稀释的硒化氢、 元素硒、 硒粉、 二硒化碳、 烷基多硒 化物、 二甲基硒化物、 二甲基二硒化物及其混合物。
也可利用与另一种金属如铜、 铟或镓的共沉积进行硫化或硒化步骤。
化学定义
当提及化合物或原子时， 本文所用的术语 “(X， Y)” 表明化学式中可存在 X 或 Y 或 其组合。例如， (S， Se) 表明可存在硫或硒或其任何组合的原子。此外， 利用此符号可指明 各原子的量。例如， 当出现在分子的化学式中时， 符号 (0.75In， 0.25Ga) 表明括号内符号所 指明的原子是 75％的化合物为铟且其余 25％的化合物为镓， 而不论化合物中任何其它原 子的性质。若没有明确指明的量， 则术语 “(X， Y)” 是指大约等量的 X 和 Y。
第 16 族的原子 S、 Se 和 Te 被称为硫族元素。
本文所用的 CIGS、 AIGS、 CAIGS、 CIGAS、 AIGAS 及 CAIGAS 中的字母 “S” 是指硫或硒 或两者。CIGS、 AIGS、 CAIGS、 CIGAS 及 CAIGAS 中的字母 “C” 是指铜。AIGS、 CAIGS、 AIGAS 及 CAIGAS 中出现在字母 I 及 G 之前的字母 “A” 是指银。CIGS、 AIGS、 CAIGS、 CIGAS、 AIGAS 及 CAIGAS 中的字母 “I” 是指铟。CIGS、 AIGS、 CAIGS、 CIGAS、 AIGAS 及 CAIGAS 中的字母 “G” 是 指镓。CIGAS、 AIGAS 及 CAIGAS 中出现在字母 I 及 G 之后的字母 “A” 是指铝。
因此， CAIGAS 也可被表示为 Cu/Ag/In/Ga/Al/S/Se 或 (Cu， Ag)(In， Ga， Al)(S， Se)。
除非另有描述， 本文所用的术语 CIGS、 AIGS 及 CAIGS， 分别包括变化型 C(I， G)S、 A(I， G)S 及 CA(I， G)S， 以及 CIS、 AIS 及 CAIS， 以及 CGS、 AGS 及 CAGS。
除非另有描述， 术语 CIGAS、 AIGAS 及 CAIGAS， 分别包括变化型 C(I， G， A)S、 A(I， G， A)S 及 CA(I， G， A)S， 以及 CIGS、 AIGS 及 CAIGS， 以及 CGAS、 AGAS 及 CAGAS。
术语 CAIGAS 是指其中 C 或银为零的变化型， 例如分别为 AIGAS 及 CIGAS， 以及其中 铝为零的变化型， 例如 CAIGS、 AIGS 及 CIGS。
本文所用的术语 CIGS 包括术语 CIGSSe 及 GIGSe， 并且这些术语是指含有铜 / 铟 / 镓 / 硫 / 硒的化合物或材料， 其可含有硫或硒或两者。 术语 AIGS 包括术语 AIGSSe 及 AIGSe， 并且这些术语是指含有银 / 铟 / 镓 / 硫 / 硒的化合物或材料， 其可含有硫或硒或两者。术 语 CAIGS 包括术语 CAIGSSe 及 CAIGSe， 并且这些术语是指含有铜 / 银 / 铟 / 镓 / 硫 / 硒的化合物或材料， 其可含有硫或硒或两者。
本文所用的术语 “硫族元素化物” 是指含有一个或多个连接至一个或多个金属原 子的硫族原子的化合物。
本文所用的术语 “烷基” 是指饱和脂肪族基团的烃自由基， 其可为含有 1 至 22 个碳 原子的支链或直链的、 取代或未取代的脂肪族基团。 此定义适用于其它基团的烷基部分， 例 如环烷基、 烷氧基、 烷酰基、 芳烷基及下文定义的其它基团。本文所用的术语 “环烷基” 是指 含有 3 至 12 个碳原子的饱和的、 取代或未取代的环状烷基环。本文所用的术语 “C(1-5) 烷 基” 包括 C(1) 烷基、 C(2) 烷基、 C(3) 烷基、 C(4) 烷基和 C(5) 烷基。类似地， 术语 “C(3-22) 烷基” 包括 C(1) 烷基、 C(2) 烷基、 C(3) 烷基、 C(4) 烷基、 C(5) 烷基、 C(6) 烷基、 C(7) 烷基、 C(8) 烷基、 C(9) 烷基、 C(10) 烷基、 C(11) 烷基、 C(12) 烷基、 C(13) 烷基、 C(14) 烷基、 C(15) 烷基、 C(16) 烷基、 C(17) 烷基、 C(18) 烷基、 C(19) 烷基、 C(20) 烷基、 C(21) 烷基和 C(22) 烷 基。
本文所用的术语 “烯基” 是指具有 2 至 22 个碳原子及至少一个碳 - 碳双键的不饱 和的、 支链或直链的、 取代或未取代的烷基或环烷基。本文所用的术语 “炔基” 是指具有 2 至 22 个碳原子及至少一个碳 - 碳三键的不饱和的、 支链或直链的、 取代或未取代的烷基或 环烷基。
本文所用的术语 “烷氧基” 是指共价键结至氧原子的烷基、 环烷基、 烯基或炔基。 本 文所用的术语 “烷酰基” 是指 -C( ＝ O)- 烷基， 其也可被称为 “酰基” 。本文所用的术语 “烷 酰氧基” 是指 -O-C( ＝ O)- 烷基。本文所用的术语 “烷基氨基” 是指 -NRR′基， 其中 R 和 R′ 各自为氢或烷基， 且 R 和 R′的至少一个为烷基。烷基氨基包括例如哌啶基的基团， 其中 R 和 R′形成环。术语 “烷基氨基烷基” 是指 - 烷基 -NRR′。
本文所用的术语 “芳基” 是指每一环中具有 4 至 12 个原子的任何稳定的单环、 双 环或多环碳环体系， 其中至少一个环是芳香性的。芳基的一些实例包括苯基、 萘基、 四氢萘 基、 二氢茚基和联苯基。当芳基取代基为双环且一个环为非芳香性时， 应当理解， 连接是连 接至芳香环。芳基可被取代或未被取代。
本文所用的术语 “杂芳基” 是指每一环中具有 4 至 12 个原子的任何稳定性的单 环、 双环或多环碳环系统， 其中至少一个环是芳香性的且含有 1 至 4 个选自氧、 氮和硫的杂 原子。磷和硒可以是杂原子。杂芳基的一些实例包括吖啶基、 喹噁啉基、 吡唑基、 吲哚基、 苯 并三唑基、 呋喃基、 噻吩基、 苯并噻吩基、 苯并呋喃基、 喹啉基、 异喹啉基、 噁唑基、 异噁唑基、 吡嗪基、 哒嗪基、 吡啶基、 嘧啶基、 吡咯基和四氢喹啉基。杂芳基包括含氮杂芳基的 N- 氧化 衍生物。
本文所用的术语 “杂环” 或 “杂环基” 是指 5 至 22 个原子的芳香或非芳香环体系， 其中 1 至 4 个环原子为选自氧、 氮和硫的杂原子。磷和硒可以是杂原子。因此， 杂环可为杂 芳基或其二氢或四氢衍生物。
本文所用的术语 “芳酰基” 是指衍生自芳族羧酸的芳基， 例如取代的苯甲酸。本文 所用的术语 “芳烷基” 是指键合至烷基的芳基， 例如苄基。
本文所用的术语 “羧基” 代表式 -C( ＝ O)OH 或 -C( ＝ O)O- 的基团。本文所用的 术语 “羰基” 和 “酰基” 是指氧原子以双键连接至碳原子的基团＞ C ＝ O。本文所用的术语 “羟基” 是指 -OH 或 -O 。本文所用的术语 “腈” 或 “氰基” 是指 -CN。术语 “卤素” 或 “卤代”是指氟 (-F)、 氯 (-Cl)、 溴 (-Br) 和碘 (-I)。
本文所用的术语 “取代的” 是指具有一个或多个相同或不同的可包括氢取代基在 内的取代或取代基的原子。因此， 本文所用的术语烷基、 环烷基、 烯基、 炔基、 烷氧基、 烷酰 基、 烷酰氧基、 烷基氨基、 烷基氨基烷基、 芳基、 杂芳基、 杂环、 芳酰基和芳烷基是指含有取代 的变体的基团。 取代的变体包括直链、 支链和环状的变体， 以及具有取代一个或多个连接至 基团的任何碳原子的氢的一个或多个取代基的基团。 可被连接至基团的碳原子的取代基包 括烷基、 环烷基、 烯基、 炔基、 烷氧基、 烷酰基、 烷酰氧基、 烷基氨基、 烷基氨基烷基、 芳基、 杂 芳基、 杂环、 芳酰基、 芳烷基、 酰基、 羟基、 氰基、 卤素、 卤代烷基、 氨基、 氨基酰基、 烷基氨基酰 基、 酰氧基、 芳氧基、 芳氧基烷基、 巯基、 硝基、 氨基甲酰基、 氨基甲酰氧基和杂环。 例如， 术语 “乙基” 包括但不限于 -CH2CH3、 -CHFCH3、 -CF2CH3、 -CHFCH2F、 -CHFCHF2、 -CHFCF3、 -CF2CH2F、 -CF2C HF2、 -CF2CF3 以及上述的其它变体。通常， 取代基本身可进一步被任何原子或原子基团所取 代。
取代的烷基的取代基的一些实例包括卤素、 羟基、 羰基、 羧基、 酯、 醛、 羧酸盐、 甲酰 基、 酮、 硫代羰基、 硫代酯、 硫代乙酸盐、 硫代甲酸盐、 硒代羰基、 硒代酯、 硒代乙酸盐、 硒代甲 酸盐、 烷氧基、 磷酰基、 膦酸酯、 次磷酸酯、 氨基、 酰氨基、 脒、 亚氨基、 氰基、 硝基、 叠氮基、 氨 基甲酸基 (carbamato)、 硫醇基、 烷硫基、 硫酸酯、 磺酸酯、 氨基磺酰基 (sulfamoyl)、 磺酰氨 基、 磺酰基、 甲硅烷基、 杂环基、 芳基、 芳烷基、 芳香基和杂芳基。
应当理解， “取代” 或 “被…取代” 是指符合被取代的原子和取代基的允许价态的这 类取代。本文所用的术语 “取代的” 包括全部容许的取代基。
一般而言， 化合物可含有一或多个手性中心。含有一个或多个手性中心的化合物 可包括被称为 “异构体” 、 “立体异构体” 、 “非对映异构体” 、 “对映异构体” 、 “光学异构体” 或 “外消旋混合物” 的那些。立体化学命名协议 ( 例如 Cahn， Ingold 和 Prelog 的立体异构 体命名规则 ) 以及用于确定立体化学和分离立体异构体的方法是本领域中已知的。参加， 例如 Michael B.Smith 和 Jerry March， March’ s Advanced Organic Chemistry， 第 5 版， 2001。 本公开内容的化合物与结构意为涵盖特定化合物或结构被理解存在的全部可能的异 构体、 立体异构体、 非对映异构体、 对映异构体和 / 或光学异构体， 包括其任何混合物、 外消 旋体或其它。
本发明涵盖本文公开的化合物和组合物的任何和全部的互变异构的、 溶剂化的或 未溶剂化的、 水合的或未水合的形式及任何原子同位素形式。
本发明涵盖本文公开的化合物和组合物的任何和全部的结晶多晶型物或不同的 晶型。
附加的实施方式
本文所引用的所有出版物、 参考文献、 专利、 专利公开和专利申请在此均以参考的 方式整体地具体并入， 以用于所有目的。
尽管已借助某些实施方式、 方面或变化例描述了本发明， 并且为解释的目的已给 出了许多细节， 但是对本领域技术人员显而易见的是， 本发明包括附加的实施方式、 方面或 变化例， 并且本文所述的一些细节在不偏离本发明的情况下可能有相当大的变化。本发明 包括此类附加的实施方式、 方面和变化例及其任何修饰和等同。 具体而言， 本发明包括各种 示例性成分和实例的特性、 术语或元素的任何组合。在本文中， 说明本发明及权利要求中的 “a” 、 “an” 、 “the” 和类似术语的使用应当被 解释为包括单数和复数。
术语 “包 含” 、 “具 有” 、 “包 括 (include)” 、 “包 括 (including)”和 “含 有”应 当 被解释为开放式术语， 其意指， 例如， “包括但不限于” 。因此， 诸如 “包含” 、 “具有” 、 “包括 (include)” 、 “包括 (including)” 和 “含有” 的术语应当被解释为包含的而非排他的。
当在本文中提及数值范围时， 不论是否明确提及该范围内的某些值， 该范围均是 指每一个及任一个落入该范围的单独的值， 犹如其在本文中被单独提及一样。 例如， 如本领 域技术人员所理解的， “4 至 12” 的范围包括但不限于大于或等于 4 且小于或等于 12 的任 何完整数、 整数、 分数或有理数。 本文所用的特定值应当被理解为示例性的而非限制本发明 的范围。
当在本文中提及原子数的范围时， 不论是否明确提及该范围内的某些值， 该范围 均指每一个及任一个落入该范围的单独的值， 犹如其在本文中单独提及一样。例如， 术语 “C1 ～ 8” 包括但不限于 C1、 C2、 C3、 C4、 C5、 C6、 C7 和 C8 的物种。
本文提供的技术术语的定义应当被解释为包括 ( 虽未提及 ) 本领域技术人员已知 的与这些术语相关的含义， 并且其非旨在限制本发明的范围。本文提供的技术术语的定义 应当被解释为优于本领域中另外的定义或通过引用的方式并入本文的定义 ( 其并入的程 度使得该另外的定义与本文提供的定义相冲突 )。
本文给出的实例以及本文所用的举例性语言仅为说明的目的， 并非旨在限制本发 明的范围。全部实例以及实例的列表应当被理解为非限制性的。
当给出实例列表 ( 例如适用于本发明的化合物、 分子或组合物的列表 ) 时， 对本领 域技术人员显而易见的是， 所列化合物、 分子或组合物的混合物也可以是适合的。 实施例 利用 Q50 热重分析仪 (TA Instruments， New Castle， Del.) 进行热重分析 (TGA)。 利用 Varian 400MHz 质谱仪记录 NMR 数据。
实施例 1
聚合前体化合物和组合物的制备
使用以下操作合成式 {Cu0.7Ag0.25(SesBu)3.95In0.3Ga0.4Al0.3} 表示的 MPP-CAIGAS 聚合 前体化合物。
在惰性气氛的手套箱内， 向 Schlenk 管中装入 0.31g(0.6mmol) 的 In(SesBu)3、 0.38g(0.8mmol) 的 Ga(SesBu)3、 0.26g(0.6mmol) 的 Al(SesBu)3、 0.28g(1.4mmol) 的 CuSesBu 及 0.12g(0.5mmol) 的 AgSesBu。 加入苯 (30mL)， 然后将反应混合物于 25℃搅拌 12 小时。 得 淡黄色溶液。在减压下移除溶剂并且使用戊烷 (30mL) 萃取产物。得到的溶液经由过滤器 套管过滤并且随后在减压下移除挥发物。得 1.26g(93％ ) 的黄色油。
元素分析 ： C， 26.7， H， 5.07。 NMR ： (1H)1.06(br)， 1.80(br)， 2.12(br)， 3.75(br) 在 C6D6 中。
如图 8 所示， 该 MPP-CAIGAS 聚合前体的 TGA 显示转变 (transition) 开始于约 162℃， 具有于约 213℃的中点， 且结束于约 230℃。与式 Cu0.7Ag0.25In0.3Ga0.4Al0.3Se2 的理论 收率 44.2％ (w/w) 相比， 转变的收率为 41.8％ (w/w)。因此， TGA 显示， 该聚合前体可用来
制备 Cu0.7Ag0.25In0.3Ga0.4Al0.3Se2 层及材料， 并且可用作制备其它半导体层、 晶体及材料的组 份。
实施例 2
使用以下操作合成式 {Ga0.5Al0.5(SesBu)3.9Cu0.5Ag0.4} 表示的 MPP-CAGAS 聚合前体化 合物。
在 惰 性 气 氛 的 手 套 箱 内， 向 Schlenk 中 装 入 0.48g(1.0mmol) 的 Ga(SesBu)3、 0.44g(1.0mmol) 的 Al(SesBu)3、 0.20g(1.0mmol) 的 CuSesBu 及 0.20g(0.8mmol) 的 AgSesBu。 加入苯 (30mL)， 然后将反应混合物于 25℃搅拌 12 小时。 得棕色溶液。 移除溶剂并且使用戊 烷 (30mL) 萃取产物。产生的溶液经由过滤器套管过滤并且随后在减压下移除挥发物。回 收得 1.12g(85％ ) 的黄色油。
NMR ： (1H)1.07(br)， 1.81(br)， 2.17(br)， 3.77(br) 在 C6D6 中。
如图 9 所示， 该 MPP-CAGAS 聚合前体的 TGA 显示转变开始于约 61 ℃， 具有于约 201℃的中点， 且结束于约 236℃。 与式 Cu0.5Ag0.4Ga0.5Al0.5Se2 的理论收率 43.0％ (w/w) 相比， 转变的收率为 43.4％ (w/w)。因此， TGA 显示， 该聚合前体可用来制备 Cu0.5Ag0.4Ga0.5Al0.5Se2 层及材料， 并且可用作制备其它半导体层、 晶体及材料的组份。
实施例 3
使用以下操作合成式 {Cu0.5Ag0.5(SesBu)4In0.7Al0.3} 表示的 MPP-CAIAS 聚合前体化 合物。
在惰性气氛的手套箱内， 向 Schlenk 管中装入 0.37g(0.7mmol) 的 In(SesBu)3、 0.13g(0.3mmol) 的 Al(SesBu)3、 0.10g(0.5mmol) 的 CuSesBu 及 0.12g(0.5mmol) 的 AgSesBu。 加入苯 (20mL)， 然后将反应混合物于 25℃搅拌 12 小时。得淡黄色溶液。在减压下移除溶 剂并且使用戊烷 (30mL) 萃取产物。产生的溶液经由过滤器套管过滤并且随后在减压下移 除挥发物。得 0.62g(86％ ) 的黄色油。
元素分析 ： C， 23.6， H， 4.82。 NMR ： (1H)1.06(br)， 1.81(br)， 2.12(br)， 3.73(br) 在 C6D6 中。
如图 10 所示， 该 MPP-CAIAS 聚合前体的 TGA 显示转变开始于约 165℃， 具有于约 210℃的中点， 且结束于约 230℃。 与式 Cu0.5Ag0.5In0.7Al0.3Se2 的理论收率 46.3％ (w/w) 相比， 转变的收率为 46.0％ (w/w)。因此， TGA 显示， 该聚合前体可用来制备 Cu0.5Ag0.5In0.7Al0.3Se2 层及材料， 并且可用作制备其它半导体层、 晶体及材料的组份。
实施例 4
使用以下操作合成式 {Cu0.9In0.5Ga0.25Al0.25(SesBu)3.9} 表示的 MPP-CIGAS 聚合前体 化合物。
在惰性气氛的手套箱内， 向 Schlenk 管中装入 0.52g(1.0mmol) 的 In(SesBu)3、 0.24g(0.5mmol) 的 Ga(SesBu)3、 0.22g(0.5mmol) 的 Al(SesBu)3 及 0.36g(1.8mmol) 的 CuSesBu。加入苯 (30mL)， 然后将反应混合物于 25℃搅拌 12 小时。得棕色溶液。移除溶剂 并且使用戊烷 (30mL) 萃取产物。产生的溶液经由过滤器套管过滤并且随后在减压下移除 挥发物。回收得 1.21g(90％ ) 的黄色油。
NMR ： (1H)1.00(br)， 1.64(br)， 1.82(br)， 2.03(br)， 3.70(br) 在 C6D6 中。
如 图 11 所 示， 该 MPP-CIGAS 聚 合 前 体 的 TGA 显 示 转 变 开 始 于 约 119 ℃， 具有于约 218 ℃的中点， 且结束于约 235 ℃。与式 Cu0.9In0.5Ga0.25Al0.25Se2 的理论收率 44.3 ％ (w/w) 相 比， 转 变 的 收 率 为 44.4 ％ (w/w)。 因 此， TGA 显 示， 该聚合前体可用来制备 Cu0.9In0.5Ga0.25Al0.25Se2 层及材料， 并且可用作制备其它半导体层、 晶体及材料的组份。
实施例 5
使用以下操作合成式 {Cu(SesBu)4Al} 表示的 MPP-CAS 聚合前体化合物。
在惰性气氛的手套箱内， 向 Schlenk 管中装入 0.74g(1.7mmol) 的 Al(SesBu)3 及 0.34g(1.7mmol) 的 CuSesBu。加入苯 (20mL)， 然后将反应混合物于 25℃搅拌 12 小时。得 淡黄色溶液。在减压下移除溶剂并且使用戊烷 (30mL) 萃取产物。产生的溶液经由过滤器 套管过滤并且随后在减压下移除挥发物。得 0.99g(92％ ) 的黄色油。
元素分析 ： C， 28.4， H， 5.49。NMR ： (1H)1.04(br)， 1.70(br)， 1.82(br)， 2.03(br)， 2.20(br)， 3.76(br) 在 C6D6 中。
如图 12 所示， 该 MPP-CAS 聚合前体的 TGA 显示转变开始于约 60 ℃， 且结束于约 230℃。与式 CuAlSe2 的理论收率 39.2％ (w/w) 相比， 转变的收率为 39.7％ (w/w)。因此， TGA 显示， 该聚合前体可用来制备 CuAlSe2 层及材料， 并且可用作制备其它半导体层、 晶体及 材料的组份。
实施例 6
使用以下操作合成式 {Cu0.9(SesBu)3.9Ga0.7Al0.3} 表示的 MPP-CGAS 聚合前体化合 物。
在惰性气氛的手套箱内， 向 Schlenk 管中装入 0.33g(0.7mmol) 的 Ga(SesBu)3、 0.13g(0.3mmol) 的 Al(SesBu)3 及 0.18g(0.9mmol) 的 CuSesBu。加入苯 (15mL)， 然后将反应 混合物于 25℃搅拌 12 小时。得淡黄色溶液。在减压下移除溶剂并且使用戊烷 (30mL) 萃 取产物。产生的溶液经由过滤器套管过滤并且随后在减压下移除挥发物。得 0.55g(86％ ) 的黄色油。
元素分析 ： C， 28.7， H， 5.42。NMR ： (1H)1.00(br)， 1.32(br)， 1.81(br)， 2.01(br)， 3.72(br) 在 C6D6 中。
如图 13 所示， 该 MPP-CGAS 聚合前体的 TGA 显示转变开始于约 155 ℃， 具有于约 210℃的中点， 且结束于约 250℃。与式 Cu0.9Ga0.7Al0.3Se2 的理论收率 42.2％ (w/w) 相比， 转 变的收率为 41.0％ (w/w)。因此， TGA 显示， 该聚合前体可用来制备 Cu0.9Ga0.7Al0.3Se2 层及 材料， 并且可用作制备其它半导体层、 晶体及材料的组份。
实施例 7
使用以下操作合成式 {Cu0.9(SesBu)3.9In0.8Al0.2} 表示的 MPP-CIAS 聚合前体化合 物。
在惰性气氛的手套箱内， 向 Schlenk 管中装入 0.84g(1.6mmol) 的 In(SesBu)3、 0.17g(0.4mmol) 的 Al(SesBu)3 及 0.36g(1.8mmol) 的 CuSesBu。加入苯 (30mL)， 然后将反应 混合物于 25℃搅拌 12 小时。得淡黄色溶液。在减压下移除溶剂并且使用戊烷 (30mL) 萃 取产物。产生的溶液经由过滤器套管过滤并且随后在减压下移除挥发物。得 0.95g(70％ ) 的黄色油。
元素分析 ： C， 24.4， H， 4.97。NMR ： (1H)1.02(br)， 1.73(br)， 1.80(br)， 2.04(br)， 3.70(br) 在 C6D6 中。如图 14 所示， 该 MPP-CIAS 聚合前体的 TGA 显示转变开始于约 168 ℃， 具有于约 219℃的中点， 且结束于约 235℃。与式 Cu0.9In0.8Al0.2Se2 的理论收率 45.6％ (w/w) 相比， 转 变的收率为 46.5％ (w/w)。因此， TGA 显示， 该聚合前体可用来制备 Cu0.9In0.8Al0.2Se2 层及 材料， 并且可用作制备其它半导体层、 晶体及材料的组份。
实施例 8
使用以下操作合成式 {Ag(SesBu)4Al} 表示的 MPP-AAS 聚合前体化合物。
在惰性气氛的手套箱内， 向 Schlenk 管中装入 0.44g(1.0mmol) 的 Al(SesBu)3 及 0.24g(1.0mmol) 的 AgSesBu。加入苯 (15mL)， 然后将反应混合物于 25℃搅拌 12 小时。得 淡棕色溶液。在减压下移除溶剂并且使用戊烷 (30mL) 萃取产物。产生的溶液经由过滤器 套管过滤并且随后在减压下移除挥发物。回收得 0.56g(82％ ) 的深棕色固体。 3 3
元素分析 ： C， 25.7， H， 4.88。NMR ： (1H)1.05(t， 12H， JHH ＝ 7.6Hz)， 1.77(d， 12H， JHH ＝ 6.0Hz)， 1.86(m， 4H)， 2.08(m， 4H)， 3.76(br， 4H) 在 C6D6 中。
如图 15 所示， 该 MPP-AAS 聚合前体的 TGA 显示转变开始于约 133 ℃， 具有于约 196℃的中点， 且结束于约 220℃。与式 AgAlSe2 的理论收率 43.2％ (w/w) 相比， 转变的收 率为 41.4％ (w/w)。因此， TGA 显示， 该聚合前体可用来制备 AgAlSe2 层及材料， 并且可用作 以制备其它半导体层、 晶体及材料的组份。
实施例 9
使用以下操作合成式 {Ag(SesBu)4In0.7Al0.3} 表示的 MPP-AIAS 聚合前体化合物。
在惰性气氛的手套箱内， 向 Schlenk 管中装入 0.37g(0.7mmol) 的 In(SesBu)3、 0.13g(0.3mmol) 的 Al(SesBu)3 及 0.24g(1.0mmol) 的 AgSesBu。加入苯 (15mL)， 然后将反应 混合物于 25℃搅拌 12 小时。得淡棕色溶液。在减压下移除溶剂并且使用戊烷 (30mL) 萃 取产物。产生的溶液经由过滤器套管过滤并且随后在减压下移除挥发物。得 0.59g(80％ ) 的黄色油。 3 3
元素分析 ： C， 24.4， H， 4.97。NMR ： (1H)1.07(t， 12H， JHH ＝ 6.4Hz)， 1.81(d， 12H， JHH ＝ 6.8Hz)， 1.87(m， 4H)， 2.12(m， 4H)， 3.76(br， 4H) 在 C6D6 中。
如图 16 所示， 该 MPP-AIAS 聚合前体的 TGA 显示转变开始于约 139 ℃， 具有于约 200℃的中点， 且结束于约 230℃。与式 AgIn0.7Al0.3Se2 的理论收率 47.9％ (w/w) 相比， 转变 的收率为 50.3％ (w/w)。因此， TGA 显示， 该聚合前体可用来制备 AgIn0.7Al0.3Se2 层及材料， 并且可用作制备其它半导体层、 晶体及材料的组份。
实施例 10
制备单体化合物
利用下列操作合成式 Ga(SenBu)3 表示的单体化合物。
在惰性环境的手套箱中， 将 NaSenBu(28g， 176mmol) 和 THF(200mL) 加入到 500-mL 圆底 Schlenk 烧瓶内。将烧瓶转移至 Schlenk 生产线， 然后加入 GaCl3(10.3g， 59mmol) 在 20mL 苯中的溶液。将反应混合物搅拌 12 小时， 然后在减压下移除挥发物。用甲苯萃取残余 物并过滤。然后在减压下从滤液中移除挥发物， 留下无色油 (23g， 48mmol， 83％收率 )。
NMR ： (1H ； C6D6) ： 0.85(t， JHH ＝ 7.2Hz， 9H， CH3) ； 1.40(m， 6H， -CH2-) ； 1.77(m， 6H， -CH2-) ； 3.03(br s， 6H， SeCH2-)
实施例 11利用下列操作合成式 In(SenBu)3 表示的单体化合物。
在 惰 性 环 境 的 手 套 箱 中， 将 InCl3(6.95g， 31mmol)、 NaSenBu(15g， 94mmol) 和 THF(200mL) 加入到 500-mL 圆底 Schlenk 烧瓶内。将反应混合物转移至 Schlenk 生产线并 搅拌 12 小时。 接着在减压下移除挥发物。 将剩余的固体残余物溶解于热甲苯内并过滤。 在 减压下从滤液移除挥发物并用戊烷洗涤产生的固体。 在减压下干燥最终的无色固体并分离 (15g， 29mmol， 92％收率 )。
NMR ： (1H ； C6D6) ： 0.913(t， JHH ＝ 7.2Hz， 9H， CH3) ； 1.43(m， 6H， -CH2-) ； 1.72(m， 6H， -CH2-) ； 2.90(t， JHH ＝ 7.2Hz， 6H， SeCH2-)
实施例 12
利用下列操作合成式 Ag(SetBu)3 表示的单体化合物。
在 0℃下将 tBuSeH(5.8mmol) 及 Et3N(1.1mL) 缓慢加入到 AgNO3(1.0g， 5.8mmol) 在 CH3CN(20mL) 中的溶液中。迅速形成具有淡黄色沉淀的无色溶液。允许反应混合物升温至 25℃并且搅拌 12 小时。在动态真空中移除过量的 tBuSeH 并且回收得到灰色固体。将固体 用 CH3CN(2×100mL) 洗涤以得到灰色固体 (1.23g， 87％ )。
NMR ： (1H ； CDCl3) ： 1.73( 在吡啶存在下 )。
实施例 13
根据下列的一般操作， 在惰性环境下合成表 2 所示的一系列聚合分子前体。在惰 B 性环境的手套箱内， 将 M (ER)3 和 Cu(ER) 充填入 Schlenk 管内。接着加入溶剂， 通常为甲苯 或苯。将 Schlenk 管转移至 Schlenk 生产线并将反应混合物于 25℃下搅拌 1 小时。在某些 情况下， 将反应混合物在约 80℃下搅拌高至 12 小时。在减压下移除溶剂并用戊烷萃取产 物。过滤戊烷萃取物并在减压下移除溶剂， 获得黄色至黄橙色产物。产物为由油状至半固 体状或至固体状。通常的收率为 90％或更高。
表2： 聚合分子前体的实例
聚合分子前体 {Ag1.0Al1.0(SesBu)4} {Ag1.0In0.7Al0.3(SesBu)4}
目标材料 Ag1.0Al1.0Se2 Ag1.0In0.7Al0.3Se2 TGA 产率％ 41.4 50.3 目标％ 43.2 47.962
目标材料 Cu0.9Ga0.7Al0.3Se2 Cu1.0Al1.0Se2 Cu0.5Ag0.5In0.7Al0.3Se2 Cu0.7Ag0.25In0.3Ga0.4Al0.3Se2 Cu0.9In0.8Al0.2Se2 Cu0.9In0.5Ga0.25Al0.25Se2 Cu0.5Ag0.4Ga0.5Al0.5Se2 41.0 38.2 46.0 41.8 46.5 44.3 43.0 TGA 产率％ 目标％ 42.2 39.2 46.3 44.2 45.6 44.4 43.4CN 102471360 A聚合分子前体{Cu0.9Ga0.7Al0.3(SesBu)3.9}{Cu1.0Al1.0(SesBu)4}说{Cu0.5Ag0.5In0.7Al0.3(SesBu)4}明实施例 14
控制材料的化学计量的实例
图 17 显示用于本发明的聚合前体实施方式 (MPP) 的组合物的化学计量控制的方 法的结果。x- 轴是指用于制备聚合前体的单体化合物中特定原子 Al、 In 或 Ga 的重量百分63{Cu0.7Ag0.25In0.3Ga0.4Al0.3(SesBu)3.95}书{Cu0.9In0.8Al0.2(SesBu)3.9}{Cu0.9In0.5Ga0.25Al0.25(SesBu)3.9}{Cu0.5Ag0.4Ga0.5Al0.5(SesBu)3.9}52/54 页CN 102471360 A说明书53/54 页比。y- 轴是指通过使用 ICP 测定的合成的前体化合物中特定原子的重量百分比。图 17 中 对于不同聚合前体化合物所观察到的直线关系显示， 通过用于制造该聚合前体的单体的量 可准确地控制聚合前体的化学计量。图 17 中所观察到的直线关系还显示， 本公开内容的方 法可用于制造具有任意期望的化学计量的前体化合物。
实施例 15
聚合前体墨水组合物
在惰性气氛的手套箱内， 通过将实施例 1 的聚合前体溶解在 THF 中至 12％ (w/w) 的浓度， 并相对于铜加入 0.1％ (w/w) 的钠来制备聚合前体墨水组合物， 其为 NaIn(SesBu)4。
实施例 16
聚合前体墨水组合物的旋铸沉积
通过在惰性气氛的手套箱内将实施例 1 的聚合前体与二甲苯 (15％聚合物含量， 以重量计 ) 混合来制备聚合前体墨水。将等份 (0.3mL) 的墨水溶液经由 0.2μm PTFE 针筒 式过滤器过滤并且以光栅的形式沉积在一片 1 英寸乘 1 英寸的 Mo- 涂布的玻璃基板上。在 惰性气氛的手套箱内， 使用 G3P-8 旋涂机 (Specialty Coating Systems) 将基板以 1200rpm 旋转 1 分钟， 并且使其静置约 2 分钟， 然后置于预热 (300℃ ) 的炉中 30 分钟以使聚合物转 化为 CAIGAS 材料。重复此沉积过程 ( 过滤 / 沉积 / 转化 ) 数次， 并且在最终的沉积及转化 之后在炉中于 550℃退火 1 小时。CAIGAS 膜具有约 850nm 的厚度。
实施例 17
聚合前体墨水组合物的棒式涂布沉积
在惰性气氛的手套箱内， 通过将实施例 2 的聚合前体溶解在 THF 中至 12 ％ (w/ w) 的浓度， 并且加入相对于铜为 0.1％ (w/w) 的作为 NaIn(SesBu)4 的钠来制备聚合前体墨 水组合物。在惰性气氛的手套箱内， 使用 K CONTROL COATER MODEL 201(R K Print-Coat Inster.， Litlington， UK) 将墨水棒式涂布到钼 - 涂布的玻璃基板上。
取出基板并且在惰性气氛中于 350℃的温度下加热。 制得薄膜材料， 其为光伏吸收 剂层。最终的膜厚度为 1 微米。
实施例 18
聚合前体墨水组合物的浸涂沉积
在惰性气氛的手套箱内， 通过将实施例 3 的聚合前体溶解在癸烷中至总浓度为 20％ (w/w) 以制备聚合前体墨水组合物。将墨水在惰性气氛中浸涂到铝基板上。
取出基板并且在惰性气氛中于 340℃的温度下加热。 制得薄膜材料， 其为光伏吸收 剂层。最终的膜厚度为 2.5 微米。
实施例 19
聚合前体墨水组合物的狭缝模具涂布沉积
在惰性气氛的手套箱内， 通过将实施例 4 的聚合前体溶解在 THF 中至 12％ (w/w) 之浓度， 并且加入相对于铜为 0.1％ (w/w) 的作为 NaIn(SesBu)4 的钠来制备聚合前体墨水 组合物。将墨水在惰性气氛中狭缝模具涂布到 Mo- 涂布的玻璃基板上。
取出基板并且在惰性气氛中于 300℃的温度下加热。 制得薄膜材料， 其为光伏吸收 剂层。最终的膜厚度为 1.5 微米。
实施例 20在惰性气氛的手套箱内， 通过将实施例 5 的聚合前体以 20 ％ (w/w) 溶解在甲 苯溶液中来制备聚合前体墨水组合物。向溶液中加入相对于铜为 0.05 ％ (w/w) 的作为 NaIn(SesBu)4 的钠。将墨水在惰性气氛中狭缝模具涂布到钼 - 涂布的不锈钢基板上。
取出基板并且在惰性气氛中于 380℃的温度下加热。 制得薄膜材料， 其为光伏吸收 剂层。最终的膜厚度为 2.0 微米。
实施例 21
聚合前体墨水组合物的丝网印刷沉积
在惰性气氛的手套箱内， 通过将实施例 6 的聚合前体溶解在癸烷中至总浓度为 50％ (w/w) 来制备聚合前体墨水组合物。将墨水在惰性气氛中丝网印刷到钼 - 涂布的不锈 钢基板上。
取出基板并且在惰性气氛中于 400℃的温度下加热。 制得薄膜材料， 其为光伏吸收 剂层。最终的膜厚度为 2.8 微米。
实施例 22
聚合前体墨水组合物的印刷
在惰性气氛的手套箱内， 通过将实施例 7 的聚合前体与二甲苯 (1％聚合物含量， 以重量计 ) 混合以制备聚合前体墨水组合物。将墨水在惰性气氛中使用 M3D Aerosol Jet Deposistion System(Optomec， Albuquerque) 印刷到钼 - 涂布的不锈钢基板上。
取出基板并且在惰性气氛中于 375℃的温度下加热。 制得薄膜材料， 其为光伏吸收 剂层。最终的膜厚度为 500nm。
实施例 23
聚合前体墨水组合物的喷雾热解沉积
在惰性气氛的手套箱内， 通过将实施例 1 的聚合前体溶解在环己酮中至 5％ (w/w) 的浓度， 并且加入相对于铜为 0.1％ (w/w) 的作为 NaIn(SesBu)4 的钠来制备聚合前体墨水 组合物。将墨水在惰性气氛的手套箱内使用喷雾热解单元喷雾到铝基板上， 该喷雾热解单 元具有超声喷雾器、 用于惰性气体载体的精密流量计以及在炉内的管状石英反应器。
取出喷雾涂布的基板并且在惰性气氛中于 350℃的温度下加热。 制得薄膜材料， 其 为光伏吸收剂层。最终的膜厚度为 2 微米。
实施例 24
太阳能电池的制备
通过在聚对苯二甲酸乙二酯基板上沉积电极层来制造太阳能电池。
根据以下操作将薄膜材料光伏吸收剂层涂布到电极层上。在惰性气氛的手套箱 内， 通过将实施例 1 的聚合前体溶解在 THF 中至 12％ (w/w) 的浓度， 并且加入相对于铜为 s 0.1％ (w/w) 的作为 NaIn(Se Bu)4 的钠来制备聚合前体墨水组合物。将墨水在惰性气氛中 狭缝模具涂布到 Mo- 涂布的玻璃基板上。取出喷雾涂布的基板并且在惰性气氛中于 300℃ 的温度下加热。制得薄膜材料， 其为光伏吸收剂层。最终的膜厚度为 1.5 微米。
将 CdS 窗口层沉积到吸收剂层上。将铝 - 掺杂的 ZnO TCO 层沉积到窗口层上。