593-90-8 / 三甲基硼的制備

【背景及概述】^[1][2]

非晶硅太陽能電池具有制造成本低、便于大規(guī)模生產等特點，近年來得到了廣泛應用，并受到人們的普遍關注。P型窗口材料的質量對太陽能電池的性能具有重要影響，改善P型材料特性是提高太陽能電池性能的有效途徑。目前，非晶硅太陽能電池生產線主要用乙硼烷或者三甲基硼做摻雜劑。使用乙硼烷做摻雜劑時，材料的暗電導率和光學帶隙相互 制約的現(xiàn)象較為嚴重，主要是因為乙硼烷分子結構中存在B-B鍵和B-H鍵，在氣相沉積過程中，這些鍵的結構容易生長在薄膜材料中，導致材料缺陷態(tài)密度較高，電導率的增加抑制了光學帶隙的增加。

而用三甲基硼作為摻雜劑時，分子中不存在B-B鍵和B-H鍵結構，從而有效減少了材料中的缺陷態(tài)密度，提高摻雜效率。三甲基硼穩(wěn)定性好，毒性較小，制成的非晶硅太陽能電池轉換率高，能制備出寬光學帶隙且高電導的優(yōu)質P型窗口材料。從目前發(fā)展趨勢看，三甲基硼比乙硼烷在非晶硅太陽能電池制備上具有更廣闊的前景。

三甲基硼烷（TMB）是一種有毒的自燃氣體，分子式B（CH₃）₃（其也可以寫為Me3B，Me代表甲基）。 其熔點為-161.5℃，沸點為-20.2℃。 蒸氣壓由log P = 6.1385 + 1.75 log T - 1393.3 / T - 0.007735 T給出，T是以開爾文為單位的溫度。CAS號碼是593-90-8。 分子量為55.914。 蒸發(fā)熱為25.6kJ / mol。

【結構】

【應用】^[2][3]

三甲基硼主要應用于硅薄膜太陽能電池，作為P型摻雜源。目前，硅薄膜太陽能電池生產線上用三甲基硼或乙硼烷作為P型摻雜源，與乙硼烷相比，用三甲基硼摻雜可以大幅度降低P材料中的B—B鍵和B原子的密度，從而有效減少材料中的缺陷態(tài)密度，提高摻雜效率。由于三甲基硼穩(wěn)定性好，毒性小，污染小，制成的硅薄膜太陽能電池轉換率高，是能夠制備出寬光學帶隙且高電導的優(yōu)質P型材料，從長遠看有取代乙硼烷的趨勢。有實驗研究了一種硅太陽能電池電學和光學性能的改進，以及制造光電電池或光電轉換板的方法，其包括使用包含比例為1∶2∶2∶1.25的硅烷、甲烷、氫氣和三甲基硼的氣體混合物沉積p-摻雜非晶硅層。特別地，使用等離子體增強化學氣相沉積進行沉積。同時說明了相應的光電電池和光電轉換板。光電太陽能轉換提供以環(huán)境友好方式供電的前景。但是，在現(xiàn)階段，通過光電能轉換單元提供的電能與通過傳統(tǒng)電站提供的電能相比仍然十分昂貴。因此，發(fā)展更經濟有效的制造光電能轉換單元的方法在近幾年引起注意，因此三氟化硼在硅太陽能電池電學和光學性能的改進中的應用具有重要意義。

【制備】^[1][4]

方法1：一種三甲基硼的合成方法，其特征在于：包括以下步驟：

A. 合成：在惰性氣體保護條件下，向反應釜總加入催化劑和硼酸，于-0.04～-0.06Mpa壓力，-60～-40℃溫度條件下，通入氯甲烷，然后于-40～-20℃下反應1～2h；

B. 吸附：將步驟A合成得到的氣體通過吸附柱，吸附溫度為-15～0℃，然后用收集罐收集經吸附柱吸附后剩下的氣體，得到所述的三甲基硼。

方法2：一種三甲基硼的制備方法，在干燥惰性氣體保護下，將鹵代甲烷的醚溶液在溫度為15～50℃、時間為5～8小時的條件下滴加到鎂粉和三氟化硼的醚溶液中；滴加完畢后，在65～75℃下保溫2?3小時后，將三甲基硼氣體收集到干冰冷阱中；再真空蒸餾到液氮冷凍的鋼瓶中，得到三甲基硼；其中，所述的鹵代甲烷、鎂粉和三氟化硼的摩爾比為1∶1～2∶0.28～0.32。

上述所述的鹵代甲烷、鎂粉和三氟化硼的摩爾比為1∶1.1～1.2∶0.3。上述所述的將鹵代甲烷的醚溶液滴加到鎂粉和三氟化硼的醚溶液中的優(yōu)選溫度為20～30℃。上述所述的有機溶液為乙醚、丁醚、二乙二醇二甲醚、乙二醇丁醚、異丙醚、二乙二醇二乙醚、乙二醇乙醚、苯甲醚或者異丁醚。上述所述的鹵代甲烷的醚溶液，其中鹵代甲烷與醚的優(yōu)選摩爾比為1∶4～6；鎂粉和三氟化硼的醚溶液，其中三氟化硼與醚的優(yōu)選摩爾比為1∶4～6。上述所述的鹵代甲烷為氯甲烷、碘甲烷或者溴甲烷。上述所述的惰性氣體為氮氣或者氦氣或者氬氣。

【主要參考資料】

[1] 吳平修;汪正宏;陽輝;曾令軍;何西平;徐詩飛.一種三甲基硼的合成方法. CN201810008570.3 ，申請日 2018-01-04

[2] 趙愛琴;高彥彬;徐少兵.一種三甲基硼的制備方法 . CN201110450955.3 ，申請日2011-12-30

[3] S·貝納格利;J·邁爾;U·克羅爾. 硅太陽能電池電學和光學性能的改進. CN200980132433.X ，申請日2009-08-06

[4] 趙愛琴;高彥彬;徐少兵.一種三甲基硼的制備方法. CN201110450955.3 ，申請日 2011-12-30