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CN102471360A - 用于caigas含铝光伏装置的聚合前体 - Google Patents

用于caigas含铝光伏装置的聚合前体 Download PDF

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CN102471360A
CN102471360A CN2010800347036A CN201080034703A CN102471360A CN 102471360 A CN102471360 A CN 102471360A CN 2010800347036 A CN2010800347036 A CN 2010800347036A CN 201080034703 A CN201080034703 A CN 201080034703A CN 102471360 A CN102471360 A CN 102471360A
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CN
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CN2010800347036A
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凯尔·L·富伊达拉
韦恩·A·乔米特兹
朱中亮
马修·C·库赫塔
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Original Assignee
Precursor Energetics Inc
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Abstract

本发明涉及用于制备半导体及光电材料以及包含薄膜和能带隙材料的装置的化合物、聚合物、及组合物。本发明提供最终涉及光伏应用、透明导电材料以及用于能量转换的装置和系统(包括太阳能电池)的一系列化合物、聚合物、组合物、材料和方法。具体而言，本发明涉及用于制备光伏层的聚合前体化合物及前体材料。具体而言，本发明涉及用于制备包含CAIGAS的光伏层的分子前体化合物及前体材料。

Description

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，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，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MB1(ER)3、MB2(ER)3、MB3(ER)3、MA1(ER)及MA2(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(padprinting)、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)u(In1-y-tGayAlt)v(S1-zSez)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。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，该化合物的结构可以式(RE)2BABABB表示，其中A为重复单元{MA(ER)2}，B为重复单元{MB(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，该化合物的结构可以式(RE)2BABABBABAB表示，其中A为重复单元{MA(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，该化合物的结构可以式(RE)2BA(BA)nBB表示，其中A为重复单元{MA(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，该化合物的结构可以式(RE)2BA(BA)nB(BA)mB表示，其中A为重复单元{MA(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，该化合物的结构可以式环状(BA)4表示，其中A为重复单元{MA(ER)2}，B为重复单元{MB(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)4.0Al0.30In0.70}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。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。
含有重复单元{MB(ER)(ER)}或{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。
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。
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)nB，(RE)2-(BA)nB(BA)mB，环状(AB)n，环状(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]-，(RE)2-[(BA)nB]-，
Figure BPA00001499444800121
Figure BPA00001499444800131
……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为重复单元{MA(ER)(ER)}，B为重复单元{MB(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：
{Cu0.7Ag0.25(SesBu)3.95In0.3Ga0.4Al0.3}、{Ga0.5Al0.5(SesBu)3.9Cu0.5Ag0.4}、{Cu0.5Ag0.5(SesBu)4In0.7Al0.3}、{Cu0.9In0.5Ga0.25Al0.25(SesBu)3.9}，{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}、{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}、{Cu0.8Ag0.05(SesBu)3.85Ga0.3In0.3Al0.4}、{(Cu，Ag)(SetBu)(SenBu)(In，Ga，Al)(SenBu)2}、{(Cu，Ag)(StBu)(SiPr)(In，Ga，Al)(SiPr)2}、{Cu1.40Ag0.10(SetBu)1.5(SenBu)(In0.7Ga0.25Al0.05)(SenBu)2}；{Cu1.30Ag0.10(StBu)1.4(StBu)(In0.85Ga0.1Al0.05)(StBu)2}；{Cu1.20Ag0.10(StBu)1.3(SnBu)(In0.80Ga0.15Al0.05)(SnBu)2}；{Cu1.10Ag0.10(SetBu)1.2(SenBu)(In0.75Ga0.20Al0.05)(SenBu)2}；{Cu1.05Ag0.05(StBu)1.1(SetBu)(In0.7Ga0.2Al0.1)(SetBu)2}、{Cu0.90Ag0.10(SetBu)(SenBu)(In0.7Ga0.25Al0.05)(SenBu)2}；{Cu0.85Ag0.10(StBu)0.95(StBu)(In0.85Ga0.1Al0.05)(StBu)2}；{Cu0.80Ag0.20(StBu)(SnBu)(In0.80Ga0.15Al0.05)(SnBu)2}；{Cu0.75Ag0.20(SetBu)0.95(SenBu)(In0.75Ga0.20Al0.05)(SenBu)2}；{Cu0.70Ag0.30(StBu)(SetBu)(In0.7Ga0.2Al0.1)(SetBu)2}；{Cu0.65Ag0.30(SetBu)0.95(StBu)(In0.6Ga0.3Al0.1)(StBu)2}；{Cu0.60Ag0.40(SetBu)2(In0.5Ga0.4Al0.1)(SetBu)2}；{Cu0.50Ag0.50(SetBu)(SenBu)(In0.5Ga0.4Al0.1)(SenBu)2}；{Cu0.30Ag0.65(StBu)0.95(StBu)(In0.5Ga0.4Al0.1)(StBu)2}；{Cu0.30Ag0.70(StBu)(SnBu)(In0.4Ga0.5Al0.1)(SnBu)2}；{Cu0.20Ag0.75(SetBu)0.95(SenBu)(In0.4Ga0.5Al0.1)(SenBu)2}；{Cu0.20Ag0.80(StBu)(SetBu)(In0.3Ga0.1Al0.6)(SetBu)2}；{Cu0.10Ag0.85(SetBu)0.95(StBu)(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：
(a)提供单体化合物MB1(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。MA1及MA2可均为Cu，或MA1及MA2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、甲硅烷基以及无机及有机配体。上述化合物，其中MA1和MA2均为Cu，或MA1及MA2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、组合物和分子。
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族的原子MB。
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。
原子MA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。
用于MA的单体可为MA(ER)，该MA为Cu或Ag。
用于MB的单体可为MB(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的聚合物链，其具有各为式{MA(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
式9：环状(AB)n
式10：环状(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，化合物的结构可由式(RE)2BABABB表示，其中A为重复单元{MA(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，化合物的结构可由式(RE)2BABABBABAB表示，其中A为重复单元{MA(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，化合物的结构可由式(RE)2BA(BA)nBB表示，其中A为重复单元{MA(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，化合物的结构可由式(RE)2BA(BA)nB(BA)mB表示，其中A为重复单元{MA(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，化合物的结构可由式环状(BA)4表示，其中A为重复单元{MA(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。
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出现于右边，因此重复单元{MB(ER)2}和{MA(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：
Figure BPA00001499444800241
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：
Figure BPA00001499444800242
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：
Figure BPA00001499444800243
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。
……AB1AB2AB3……
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
Figure BPA00001499444800261
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，链重复单元A，即{MA(ER)2}，来自单体MA(ER)，其中MA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，或结合至一重复单元和一链终止单元。同样地，链重复单元B，即{MB(ER)2}，来自单体MB(ER)3，其中MB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。在一方面，单体MA(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族的原子MB1。嵌段也可为由(A1B)n或(BA1)n表示的重复单元，其中重复单元的嵌段仅包含一种原子MA1。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的第13族原子，或每一嵌段内具有不同的原子MA。例如，聚合前体可具有下式之一：
式18：(RE)2-BB(AB1)n(AB2)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，且其中A1、A2分别代表重复单元{MA1(ER)2}和{MA2(ER)2}，其中MA1、MA2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。
在某些实施方式中，MB单体可含有例如具有式MB(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MB(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R1和R2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体。在一些实施方式中，MB(ER1)(ER2)2的基团R1和R2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。在某些实施方式中，重复单元{MB(ER)(ER)}内的原子MB随机地选自第13族的原子。在某些变化例中，MA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。重复单元{MB(ER)(ER)}和{MA(ER)(ER)}可以是交替的。聚合前体可由式(AB)n表示，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、(RE)2-(BA)nBB、(RE)2-B(BA)nB、(RE)2-(BA)nB(BA)mB、环状(AB)n、环状(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聚物，其中各嵌段仅含有一种原子MB。
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(MA1 1-xMA2 x)u(MB1 1-y-tMB2 yMB3 t)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。
在一些实施方式中，前体化合物可为w×(1-z)当量MA1(ER1)、w×z当量MA2(ER2)、x当量MB1(ER3)3、y当量MB2(ER4)3、t当量MB3(ER5)3的组合，其中MA1为Cu且MA2为Ag，MB1、MB2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)(w×z)(ER3)3x(ER4)3y(ER5)3t，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加y加t为1，且其中R1、R2、R3、R4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当量MB2(ER)3、v×t当量MB3(ER)3的组合，其中MA1为Cu，MB1、MB2、MB3为第13族的不同原子，其中该化合物具有实验式MA1 x(MB1 1-y-tMB2 yMB3 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MB2(ER4)3、t当量MB3(ER5)3的组合，其中MA1为Cu，MB1、MB2、MB3为第13族的不同原子，其中该化合物具有实验式CuzInxGayAlt(ER1)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为1，且R1、R2、R3、R4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 MB1，y MB2)标记法指明。例如，聚合物{Ag(SenBu)2(0.75In，0.25Ga)(SenBu)2}，也可表示为{Ag(SenBu)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：{Cu0.7Ag0.25(SesBu)3.95In0.3Ga0.4Al0.3}，{Cu0.5Ag0.5(SesBu)4In0.7Al0.3}，{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)3.85Ga0.3In0.3Al0.4}。
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)(SiPr)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：{Cu1.40Ag0.10(SetBu)1.5(SenBu)(In0.7Ga0.25Al0.05)(SenBu)2}；{Cu1.30Ag0.10(StBu)1.4(StBu)(In0.85Ga0.1Al0.05)(StBu)2}；{Cu1.20Ag0.10(StBu)1.3(SnBu)(In0.80Ga0.15Al0.05)(SnBu)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：{Cu0.90Ag0.10(SetBu)(SenBu)(In0.7Ga0.25Al0.05)(SenBu)2}；{Cu0.85Ag0.10(StBu)0.95(StBu)(In0.85Ga0.1Al0.05)(StBu)2}；{Cu0.80Ag0.20(StBu)(SnBu)(In0.80Ga0.15Al0.05)(SnBu)2}；{Cu0.75Ag0.20(SetBu)0.95(SenBu)(In0.75Ga0.20Al0.05)(SenBu)2}；{Cu0.70Ag0.30(StBu)(SetBu)(In0.7Ga0.2Al0.1)(SetBu)2}；{Cu0.65Ag0.30(SetBu)0.95(StBu)(In0.6Ga0.3Al0.1)(StBu)2}；{Cu0.60Ag0.40(SetBu)2(In0.5Ga0.4Al0.1)(SetBu)2}；{Cu0.50Ag0.50(SetBu)(SenBu)(In0.5Ga0.4Al0.1)(SenBu)2}；{Cu0.30Ag0.65(StBu)0.95(StBu)(In0.5Ga0.4Al0.1)(StBu)2}；{Cu0.30Ag0.70(StBu)(SnBu)(In0.4Ga0.5Al0.1)(SnBu)2}；{Cu0.20Ag0.75(SetBu)0.95(SenBu)(In0.4Ga0.5Al0.1)(SenBu)2}；{Cu0.20Ag0.80(StBu)(SetBu)(In0.3Ga0.1Al0.6)(SetBu)2}；{Cu0.10Ag0.85(SetBu)0.95(StBu)(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和Al的第13族原子MB的化合物以及含有选自Cu和Ag的一价原子MA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：
Figure BPA00001499444800331
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Na(ER)和K(ER)。在这些反应中，E、R和MA如上文所定义。
在另一实例中，通过使MAX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。
在另一实例中，通过使MA 2O与HER反应可制备化合物MA(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：
Figure BPA00001499444800351
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，加合物2可加成单体MB(ER1)3或MA(ER2)。
反应式3：
Figure BPA00001499444800352
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：
Figure BPA00001499444800361
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MA1(ER)和MA2(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MA(ER2)加成至加合物分子2可产生分支链8。
反应式5：
Figure BPA00001499444800362
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，完整的聚合物链可中止于MB单元，但非MA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：
Figure BPA00001499444800372
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，其中MA1和MA2为选自Cu及Ag的不同原子，且R4及R5与R1、R2及R3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，(ER)2MB1(ER)2MB2(ER)2能够与MA(ER2)反应，其中MB1和MB2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。在一些实施方式中，基团R、R1及R2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、R1、R2、R3、R4及R5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：
Figure BPA00001499444800391
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1.5∶1或更高的比例。聚合前体中MA对MB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：
Figure BPA00001499444800392
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或更高。在某些变化例中，聚合前体内原子MA∶MB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。在一些实例中，聚合前体内原子MA∶MB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1.1，或约1.2，或约1.3，或约1.5。在上述的MA∶MB比例中，当存在超过一种MA或MB(例如MA1和MA2以及MB1和MB2)时，该比例分别指MA或MB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：
Figure BPA00001499444800401
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，其中单体MA(ER)之当量总数小于单体MB(ER)3之当量总数。在某些实施方式中，可制成聚合前体，其中相对于MB原子，MA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(MA1 1-xMA2 x)u(MB1 1-y-tMB2 yMB3 t)v((E1 1-zE2 z)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：
Figure BPA00001499444800411
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当量Ga(ER3)3、y当量In(ER4)3、t当量Al(ER5)3的组合，其中该化合物具有实验式(Cu1-zAgz)wInxGayAlt(ER1)w(1-z)(ER2)(w×z)(ER3)3x(ER4)3y(ER5)3t，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加y加t为1，且其中R1、R2、R3、R4及R5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当量Ga(ER3)3、y当量In(ER4)3、t当量Al(ER5)3的组合，其中该化合物具有实验式(Cu1-zAgz)wInxGayAlt(ER1)w(1-z)(ER2)(w×z)(ER3)3x(ER4)3y(ER5)3t，w为0.7至1.25，z为0至1，x为0至1，y为0至1，t为0至1，x加y加t为1，且其中R1、R2、R3、R4及R5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In(ER4)3、t当量Al(ER5)3的组合，其中该化合物具有实验式CuzInxGayAlt(ER1)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为1，且R1、R2、R3、R4及R5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In(ER4)3、t当量Al(ER5)3的组合，其中该化合物具有实验式CuzInxGayAlt(ER1)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为1，且R1、R2、R3、R4及R5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，y为0.5至1.5，且z为0.5至1.5，其中应当理解，MB1及MB2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：
Figure BPA00001499444800431
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：
Figure BPA00001499444800441
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M13、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1×10-7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、硒代氨基甲酸盐和碲代氨基甲酸盐，其中E为S、Se或Te，并且R1和R2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 -、CO3 2-、NO3 -、PO4 3-、SO4 2-、ClO4 -、C2O4 2-、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SO3 2-，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、-SeSR、-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(nonylphenoxypolyethyleneoxyethanol)、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.，TransparentConductive Zinc Oxide(透光导电氧化锌)，Vol.104，Springer Series inMaterial 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、-CF2CHF2、-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。
元素分析：C，25.7，H，4.88。NMR：(1H)1.05(t，12H，3JHH＝7.6Hz)，1.77(d，12H，3JHH＝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。
元素分析：C，24.4，H，4.97。NMR：(1H)1.07(t，12H，3JHH＝6.4Hz)，1.81(d，12H，3JHH＝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。在惰性环境的手套箱内，将MB(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   目标材料  TGA产率％   目标％
  {Ag1.0Al1.0(SesBu)4}   Ag1.0Al1.0Se2   41.4   43.2
  {Ag1.0In0.7Al0.3(SesBu)4}   Ag1.0In0.7Al0.3Se2   50.3   47.9
  聚合分子前体   目标材料  TGA产率％   目标％
  {Cu0.9Ga0.7Al0.3(SesBu)3.9}   Cu0.9Ga0.7Al0.3Se2   41.0   42.2
  {Cu1.0Al1.0(SesBu)4}   Cu1.0Al1.0Se2   38.2   39.2
  {Cu0.5Ag0.5In0.7Al0.3(SesBu)4}   Cu0.5Ag0.5In0.7Al0.3Se2   46.0   46.3
  {Cu0.7Ag0.25In0.3Ga0.4Al0.3(SesBu)3.95}  Cu0.7Ag0.25In0.3Ga0.4Al0.3Se2   41.8   44.2
  {Cu0.9In0.8Al0.2(SesBu)3.9}   Cu0.9In0.8Al0.2Se2   46.5   45.6
  {Cu0.9In0.5Ga0.25Al0.25(SesBu)3.9}   Cu0.9In0.5Ga0.25Al0.25Se2   44.3   44.4
  {Cu0.5Ag0.4Ga0.5Al0.5(SesBu)3.9}   Cu0.5Ag0.4Ga0.5Al0.5Se2   43.0   43.4
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KCONTROL 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。

Claims (116)

1.包含重复单元{MB(ER)(ER)}及{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。
2.如权利要求1所述的化合物，其中各E为硫或硒。
3.如权利要求1所述的化合物，其中E为硒。
4.如权利要求1所述的化合物，其中所述化合物为CAIGAS、AIGAS或CIGAS的前体化合物。
5.如权利要求1所述的化合物，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。
6.如权利要求5所述的化合物，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。
7.如权利要求5所述的化合物，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。
8.如权利要求5所述的化合物，其中x为0至0.2，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0.7至1.1，v为1，w为3.5至4.5。
9.如权利要求1所述的化合物，其中所述化合物缺乏第11族原子。
10.如权利要求1所述的化合物，其中所述化合物为无机聚合物或配位聚合物。
11.如权利要求1所述的化合物，其中所述化合物为直链、支链、环状或前述的任何混合物。
12.如权利要求1所述的化合物，其中各R于每次出现时独立地选自(C1-8)烷基。
13.如权利要求1所述的化合物，其中各R于每次出现时独立地选自(C1～6)烷基。
14.如权利要求1所述的化合物，其中各R于每次出现时独立地选自(C1～4)烷基。
15.如权利要求1所述的化合物，其中各R于每次出现时独立地选自(C1～3)烷基。
16.如权利要求1所述的化合物，其中各R于每次出现时独立地选自(C1～2)烷基。
17.如权利要求1所述的化合物，其中所述化合物在低于约100℃的温度下为油状。
18.如权利要求1所述的化合物，其进一步包含三个或更多个重复单元{MB(ER)(ER)}。
19.如权利要求1所述的化合物，其进一步包含三个或更多个重复单元{MA(ER)(ER)}。
20.如权利要求1所述的化合物，其还包含式(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。
21.如权利要求1所述的化合物，其中所述化合物为交替共聚物、嵌段共聚物或无规共聚物。
22.如权利要求1所述的化合物，其中所述化合物具有下式中的任一个：
(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)nB、(RE)2-(BA)nB(BA)mB、环状(AB)n、环状(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]-、(RE)2-[(BA)nB]-、
Figure FPA00001499444700021
……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系重复单元{MA(ER)(ER)}，B系重复单元{MB(ER)(ER)}，p为一或更高，n为一或更高，且m为一或更高。
23.如权利要求1所述的化合物，其中所述化合物具有下列的任一重复单元式：
{Cu0.7Ag0.25(SesBu)3.95In0.3Ga0.4Al0.3}、{Ga0.5Al0.5(SesBu)3.9Cu0.5Ag0.4}、{Cu0.5Ag0.5(SesBu)4In0.7Al0.3}、{Cu0.9In0.5Ga0.25Al0.25(SesBu)3.9}、{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}、{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}、{Cu0.8Ag0.05(SesBu)3.85Ga0.3In0.3Al0.4}、{(Cu，Ag)(SetBu)(SenBu)(In，Ga，Al)(SenBu)2}、{(Cu，Ag)(StBu)(SiPr)(In，Ga，Al)(SiPr)2}、{Cu1.40Ag0.10(SetBu)1.5(SenBu)(In0.7Ga0.25Al0.05)(SenBu)2}；{Cu1.30Ag0.10(StBu)1.4(StBu)(In0.85Ga0.1Al0.05)(StBu)2}；{Cu1.20Ag0.10(StBu)1.3(SnBu)(In0.80Ga0.15Al0.05)(SnBu)2}；{Cu1.10Ag0.10(SetBu)1.2(SenBu)(In0.75Ga0.20Al0.05)(SenBu)2}；{Cu1.05Ag0.05(StBu)1.1(SetBu)(In0.7Ga0.2Al0.1)(SetBu)2}；{Cu0.90Ag0.10(SetBu)(SenBu)(In0.7Ga0.25Al0.05)(SenBu)2}；{Cu0.85Ag0.10(StBu)0.95(StBu)(In0.85Ga0.1Al0.05)(StBu)2}；{Cu0.80Ag0.20(StBu)(SnBu)(In0.80Ga0.15Al0.05)(SnBu)2}；{Cu0.75Ag0.20(SetBu)0.95(SenBu)(In0.75Ga0.20Al0.05)(SenBu)2}；{Cu0.70Ag0.30(StBu)(SetBu)(In0.7Ga0.2Al0.1)(SetBu)2}；{Cu0.65Ag0.30(SetBu)0.95(StBu)(In0.6Ga0.3Al0.1)(StBu)2}；{Cu0.60Ag0.40(SetBu)2(In0.5Ga0.4Al0.1)(SetBu)2}；{Cu0.50Ag0.50(SetBu)(SenBu)(In0.5Ga0.4Al0.1)(SenBu)2}；{Cu0.30Ag0.65(StBu)0.95(StBu)(In0.5Ga0.4Al0.1)(StBu)2}；{Cu0.30Ag0.70(StBu)(SnBu)(In0.4Ga0.5Al0.1)(SnBu)2}；{Cu0.20Ag0.75(SetBu)0.95(SenBu)(In0.4Ga0.5Al0.1)(SenBu)2}；{Cu0.20Ag0.80(StBu)(SetBu)(In0.3Ga0.1Al0.6)(SetBu)2}；{Cu0.10Ag0.85(SetBu)0.95(StBu)(In0.3Ga0.6Al0.1)(StBu)2}；以及{Cu0.10Ag0.90(SetBu)2(In0.2Ga0.7Al0.1)(SetBu)2}。
24.墨水，其包含一种或多种权利要求1-23中任一项所述的化合物以及一种或多种载体。
25.如权利要求24所述的墨水，其中所述墨水是所述化合物在有机载体中所形成的溶液。
26.如权利要求24所述的墨水，其中所述墨水是所述化合物在有机载体中所形成的浆液或悬浮液。
27.如权利要求24所述的墨水，其进一步包含掺杂物或碱性掺杂物。
28.如权利要求24所述的墨水，其进一步包含附加的含铟化合物、附加的含镓化合物或含钼化合物。
29.如权利要求24所述的墨水，其进一步包含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、助粘剂和染料组成组中的成分。
30.如权利要求24所述的墨水，其进一步包含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、硫族化钠、硫族化钙、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、碲化钼及上述的任何混合物组成的组中的成分。
31.用于制造前体化合物的方法，其包括：
(a)提供单体化合物MB1(ER)3、MB2(ER)3、MB3(ER)3、MA1(ER)及MA2(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。
32.如权利要求31所述的方法，其中MA1和MA2均为Cu，或MA1和MA2均为Ag。
33.如权利要求31所述的方法，其中各E为硫或硒。
34.如权利要求31所述的方法，其中E为硒。
35.如权利要求31所述的方法，其中所述化合物为CAIGAS、AIGAS或CIGAS的前体化合物。
36.如权利要求31所述的方法，其中所述化合物缺乏第11族原子。
37.如权利要求31所述的方法，其中使所述单体化合物在沉积、喷雾、涂布或印刷过程中接触。
38.如权利要求31所述的方法，其中使所述单体化合物在约-60℃至约100℃或约0℃至约200℃的温度下接触。
39.化合物，其是通过以下方法制备的，所述方法包含使单体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。
40.如权利要求39所述的化合物，其中MA1和MA2均为Cu，或MA1和MA2均为Ag。
41.如权利要求39所述的化合物，其中各E为硫或硒。
42.如权利要求39所述的化合物，其中E为硒。
43.如权利要求39所述的化合物，其中所述化合物为CAIGAS、AIGAS或CIGAS的前体化合物。
44.如权利要求39所述的化合物，其中所述化合物具有实验式Cux(Cu1-xAgx)u(In1-y-tGayAlt)v((S1-zSez)R)w，其中x为0.5至1.5，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、甲硅烷基及无机和有机配体的R基团。
45.如权利要求44所述的化合物，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。
46.如权利要求44所述的化合物，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。
47.如权利要求44所述的化合物，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。
48.如权利要求39所述的化合物，其中所述化合物缺乏第11族原子。
49.如权利要求39所述的化合物，其中所述化合物为无机聚合物或配位聚合物。
50.如权利要求39所述的化合物，其中所述化合物为直链、支链、环状或前述的任何混合物。
51.如权利要求39所述的化合物，其中各R于每次出现时独立地选自(C1-8)烷基。
52.如权利要求39所述的化合物，其中各R于每次出现时独立地选自(C1～6)烷基。
53.如权利要求39所述的化合物，其中各R于每次出现时独立地选自(C1～4)烷基。
54.如权利要求39所述的化合物，其中各R于每次出现时独立地选自(C1～3)烷基。
55.如权利要求39所述的化合物，其中各R于每次出现时独立地选自(C1～2)烷基。
56.如权利要求39所述的化合物，其中所述化合物在低于约100℃的温度下为油状。
57.如权利要求39所述的化合物，其进一步包含三个或更多个重复单元{MB(ER)(ER)}。
58.如权利要求39所述的化合物，其进一步包含三个或更多个重复单元{MA(ER)(ER)}。
59.如权利要求39所述的化合物，其还包含式(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。
60.如权利要求39所述的化合物，其中所述化合物为交替共聚物、嵌段共聚物或无规共聚物。
61.如权利要求39所述的化合物，其中所述化合物具有下式中的任一个：
(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)nB、(RE)2-(BA)nB(BA)mB、环状(AB)n、环状(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]-，(RE)2-[(BA)nB]-、
Figure FPA00001499444700071
Figure FPA00001499444700081
……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系重复单元{MA(ER)(ER)}，B系重复单元{MB(ER)(ER)}，p为一或更高，n为一或更高，且m为一或更高。
62.如权利要求39所述的化合物，其中所述化合物具有下列的任一重复单元式：
{Cu0.7Ag0.25(SesBu)3.95In0.3Ga0.4Al0.3}、{Ga0.5Al0.5(SesBu)3.9Cu0.5Ag0.4}、{Cu0.5Ag0.5(SesBu)4In0.7Al0.3}、{Cu0.9In0.5Ga0.25Al0.25(SesBu)3.9}、{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}、{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}、{Cu0.8Ag0.05(SesBu)3.85Ga0.3In0.3Al0.4}、{(Cu，Ag)(SetBu)(SenBu)(In，Ga，Al)(SenBu)2}、{(Cu，Ag)(StBu)(SiPr)(In，Ga，Al)(SiPr)2}、{Cu1.40Ag0.10(SetBu)1.5(SenBu)(In0.7Ga0.25Al0.05)(SenBu)2}；{Cu1.30Ag0.10(StBu)1.4(StBu)(In0.85Ga0.1Al0.05)(StBu)2}；{Cu1.20Ag0.10(StBu)1.3(SnBu)(In0.80Ga0.15Al0.05)(SnBu)2}；{Cu1.10Ag0.10(SetBu)1.2(SenBu)(In0.75Ga0.20Al0.05)(SenBu)2}；{Cu1.05Ag0.05(StBu)1.1(SetBu)(In0.7Ga0.2Al0.1)(SetBu)2}；{Cu0.90Ag0.10(SetBu)(SenBu)(In0.7Ga0.25Al0.05)(SenBu)2}；{Cu0.85Ag0.10(StBu)0.95(StBu)(In0.85Ga0.1Al0.05)(StBu)2}；{Cu0.80Ag0.20(StBu)(SnBu)(In0.80Ga0.15Al0.05)(SnBu)2}；{Cu0.75Ag0.20(SetBu)0.95(SenBu)(In0.75Ga0.20Al0.05)(SenBu)2}；{Cu0.70Ag0.30(StBu)(SetBu)(In0.7Ga0.2Al0.1)(SetBu)2}；{Cu0.65Ag0.30(SetBu)0.95(StBu)(In0.6Ga0.3Al0.1)(StBu)2}；{Cu0.60Ag0.40(SetBu)2(In0.5Ga0.4Al0.1)(SetBu)2}；{Cu0.50Ag0.50(SetBu)(SenBu)(In0.5Ga0.4Al0.1)(SenBu)2}；{Cu0.30Ag0.65(StBu)0.95(StBu)(In0.5Ga0.4Al0.1)(StBu)2}；{Cu0.30Ag0.70(StBu)(SnBu)(In0.4Ga0.5Al0.1)(SnBu)2}；{Cu0.20Ag0.75(SetBu)0.95(SenBu)(In0.4Ga0.5Al0.1)(SenBu)2}；{Cu0.20Ag0.80(StBu)(SetBu)(In0.3Ga0.1Al0.6)(SetBu)2}；{Cu0.10Ag0.85(SetBu)0.95(StBu)(In0.3Ga0.6Al0.1)(StBu)2}；以及{Cu0.10Ag0.90(SetBu)2(In0.2Ga0.7Al0.1)(SetBu)2}。
63.物件，其包含一种或多种沉积在基板上的权利要求1-30中任一项所述的化合物或墨水。
64.如权利要求63所述的物件，其中所述沉积通过喷雾、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、溶液浇铸以及任何上述组合来完成。
65.如权利要求63所述的物件，其中所述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。
66.如权利要求63所述的物件，其中所述基板是包括管状、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。
67.制造物件的方法，该方法包含：
(a)提供一种或多种权利要求1-30中任一项所述的化合物或墨水；
(b)提供一基板；以及
(c)将所述化合物或墨水沉积在所述基板上。
68.如权利要求67所述的方法，其中所述沉积通过喷雾、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、溶液浇铸以及任何上述的组合来完成。
69.如权利要求67所述的方法，其中所述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。
70.如权利要求67所述的方法，其中步骤(c)被重复进行。
71.如权利要求67所述的方法，其进一步包含将所述基板在约100℃至约400℃的温度下加热以将所述化合物或墨水转化为材料。
72.如权利要求67所述的方法，其进一步包含将所述基板在约100℃至约400℃的温度下加热以将所述化合物或墨水转化为材料，接着重复步骤(c)。
73.如权利要求67所述的方法，其进一步包含通过将所述基板在约300℃至约650℃的温度下加热以使材料退火。
74.如权利要求67所述的方法，其进一步包含将所述基板在约100℃至约400℃的温度下加热以将所述化合物或墨水转化为材料以及通过将所述基板在从约300℃至约650℃的温度下加热以使所述材料退火。
75.如权利要求67所述的方法，其进一步包含将所述基板在约100℃至约400℃的温度下加热以将所述化合物或墨水转化为材料、将所述化合物或墨水沉积在所述基板上以及通过将所述基板在约300℃至约650℃的温度下加热以使所述材料退火。
76.如权利要求67所述的方法，其进一步包含：
(d)将所述基板在约100℃至约400℃的温度下加热以将所述化合物或墨水转化为材料；
(e)将所述化合物或墨水沉积在所述基板上；
(f)重复步骤(d)和(e)；以及
(g)通过将所述基板在约300℃至约650℃的温度下加热以使所述材料退火。
77.如权利要求67所述的方法，其进一步包含：
(d)将所述基板在约100℃至约400℃的温度下加热以将所述化合物或墨水转化为材料；
(e)通过将所述基板在约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)。
78.如权利要求67-77中任一项所述的方法，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。
79.物件，其通过权利要求67-77中任一项所述的方法制成。
80.光伏装置，其通过权利要求67-77中任一项所述的方法制成。
81.材料，其具有实验式(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。
82.如权利要求81所述的材料，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。
83.如权利要求81所述的材料，其中x为0至0.3，y为0至1，t为0.001至0.3，z为0.5至1，u为0.7至1.1，v为1，且w为1.8至2.4。
84.如权利要求81所述的材料，其中x为0至0.2，y为0至1，t为0.001至0.2，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，且w为1至3。
85.如权利要求81所述的材料，其中所述材料是半导体。
86.如权利要求81所述的材料，其中所述材料为薄膜的形式。
87.光电装置，其包含权利要求81-86中任一项所述的材料。
88.用于制造材料的方法，其包括：
(a)提供一种或多种权利要求1-30中任一项所述的化合物或墨水；
(b)提供基板；
(c)将所述化合物或墨水沉积于所述基板上；以及
(d)在惰性气氛中将所述基板在约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。
89.如权利要求88所述的方法，其中将所述基板在约100℃至约550℃或约200℃至约400℃的温度下加热。
90.如权利要求88所述的方法，其中所述沉积通过喷雾、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、溶液浇铸以及任何上述的组合来完成。
91.如权利要求88所述的方法，其中所述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。
92.如权利要求88所述的方法，其进一步包含在步骤(c)或(d)之前、期间或之后进行硒化或硫化的任选步骤。
93.如权利要求88所述的方法，其中所述材料是半导体。
94.如权利要求88所述的方法，其中所述材料是薄膜的形式。
95.材料，其通过权利要求88-94中任一项所述的方法制成。
96.光伏装置，其包含通过权利要求88-94中任一项所述的方法制成的材料。
97.薄膜材料，其通过以下方法制备，所述方法包含：
(a)提供一种或多种权利要求1-30中任一项所述的化合物或墨水；
(b)提供基板；
(c)将所述化合物或墨水沉积于所述基板上；以及
(d)在惰性气氛中将所述基板在约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。
98.如权利要求97所述的薄膜材料，其中将所述基板在约100℃至约550℃或约200℃至约400℃的温度下加热。
99.如权利要求97所述的薄膜材料，其中所述沉积通过喷雾、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、溶液浇铸以及任何上述的组合来完成。
100.如权利要求97所述的薄膜材料，其中所述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。
101.如权利要求97所述的薄膜材料，其中所述方法进一步包含在步骤(c)或(d)之前、期间或之后进行硒化或硫化的任选步骤。
102.光伏吸收剂，其由权利要求97-101中任一项所述的薄膜材料制成。
103.光伏装置，其包含权利要求97-101中任一项所述的薄膜材料。
104.光伏吸收剂，其具有实验式(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。
105.如权利要求104所述的光伏吸收剂，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。
106.如权利要求104所述的光伏吸收剂，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。
107.如权利要求104所述的光伏吸收剂，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。
108.光伏装置，其包含权利要求104-107中任一项所述的光伏吸收剂。
109.用于提供电力的系统，其包含权利要求108所述的光伏装置。
110.电力供应方法，其包括使用权利要求109所述的光伏系统将光转化成电能。
111.用于在基板上制造光伏吸收剂层的方法，包括：
(a)提供一种或多种权利要求1-30中任一项所述的化合物或墨水；
(b)提供基板；
(c)将所述化合物或墨水沉积于所述基板上；以及
(d)在惰性环境中将所述基板在约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。
112.如权利要求111所述的方法，其中将所述基板在约100℃至约550℃或约200℃至约400℃的温度下加热。
113.如权利要求111所述的方法，其中所述沉积通过喷雾、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组合来完成。
114.如权利要求111所述的方法，其中所述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、涂布纸及任何上述组合。
115.如权利要求11所述的方法，其进一步包含在步骤(c)或(d)之前、期间或之后进行硒化或硫化的任选步骤。
116.光伏装置，其包含通过权利要求111-115中任一项所述的方法制备的光伏吸收剂层。
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