三甲基硼的制备

【背景及概述】^[1][2]

非晶硅太阳能电池具有制造成本低、便于大规模生产等特点，近年来得到了广泛应用，并受到人们的普遍关注。P型窗口材料的质量对太阳能电池的性能具有重要影响，改善P型材料特性是提高太阳能电池性能的有效途径。目前，非晶硅太阳能电池生产线主要用乙硼烷或者三甲基硼做掺杂剂。使用乙硼烷做掺杂剂时，材料的暗电导率和光学带隙相互 制约的现象较为严重，主要是因为乙硼烷分子结构中存在B-B键和B-H键，在气相沉积过程中，这些键的结构容易生长在薄膜材料中，导致材料缺陷态密度较高，电导率的增加抑制了光学带隙的增加。

而用三甲基硼作为掺杂剂时，分子中不存在B-B键和B-H键结构，从而有效减少了材料中的缺陷态密度，提高掺杂效率。三甲基硼稳定性好，毒性较小，制成的非晶硅太阳能电池转换率高，能制备出宽光学带隙且高电导的优质P型窗口材料。从目前发展趋势看，三甲基硼比乙硼烷在非晶硅太阳能电池制备上具有更广阔的前景。

三甲基硼烷（TMB）是一种有毒的自燃气体，分子式B（CH₃）₃（其也可以写为Me3B，Me代表甲基）。 其熔点为-161.5℃，沸点为-20.2℃。 蒸气压由log P = 6.1385 + 1.75 log T - 1393.3 / T - 0.007735 T给出，T是以开尔文为单位的温度。CAS号码是593-90-8。 分子量为55.914。 蒸发热为25.6kJ / mol。

【结构】

【应用】^[2][3]

三甲基硼主要应用于硅薄膜太阳能电池，作为P型掺杂源。目前，硅薄膜太阳能电池生产线上用三甲基硼或乙硼烷作为P型掺杂源，与乙硼烷相比，用三甲基硼掺杂可以大幅度降低P材料中的B—B键和B原子的密度，从而有效减少材料中的缺陷态密度，提高掺杂效率。由于三甲基硼稳定性好，毒性小，污染小，制成的硅薄膜太阳能电池转换率高，是能够制备出宽光学带隙且高电导的优质P型材料，从长远看有取代乙硼烷的趋势。有实验研究了一种硅太阳能电池电学和光学性能的改进，以及制造光电电池或光电转换板的方法，其包括使用包含比例为1∶2∶2∶1.25的硅烷、甲烷、氢气和三甲基硼的气体混合物沉积p-掺杂非晶硅层。特别地，使用等离子体增强化学气相沉积进行沉积。同时说明了相应的光电电池和光电转换板。光电太阳能转换提供以环境友好方式供电的前景。但是，在现阶段，通过光电能转换单元提供的电能与通过传统电站提供的电能相比仍然十分昂贵。因此，发展更经济有效的制造光电能转换单元的方法在近几年引起注意，因此三氟化硼在硅太阳能电池电学和光学性能的改进中的应用具有重要意义。

【制备】^[1][4]

方法1：一种三甲基硼的合成方法，其特征在于：包括以下步骤：

A. 合成：在惰性气体保护条件下，向反应釜总加入催化剂和硼酸，于-0.04～-0.06Mpa压力，-60～-40℃温度条件下，通入氯甲烷，然后于-40～-20℃下反应1～2h；

B. 吸附：将步骤A合成得到的气体通过吸附柱，吸附温度为-15～0℃，然后用收集罐收集经吸附柱吸附后剩下的气体，得到所述的三甲基硼。

方法2：一种三甲基硼的制备方法，在干燥惰性气体保护下，将卤代甲烷的醚溶液在温度为15～50℃、时间为5～8小时的条件下滴加到镁粉和三氟化硼的醚溶液中；滴加完毕后，在65～75℃下保温2‑3小时后，将三甲基硼气体收集到干冰冷阱中；再真空蒸馏到液氮冷冻的钢瓶中，得到三甲基硼；其中，所述的卤代甲烷、镁粉和三氟化硼的摩尔比为1∶1～2∶0.28～0.32。

上述所述的卤代甲烷、镁粉和三氟化硼的摩尔比为1∶1.1～1.2∶0.3。上述所述的将卤代甲烷的醚溶液滴加到镁粉和三氟化硼的醚溶液中的优选温度为20～30℃。上述所述的有机溶液为乙醚、丁醚、二乙二醇二甲醚、乙二醇丁醚、异丙醚、二乙二醇二乙醚、乙二醇乙醚、苯甲醚或者异丁醚。上述所述的卤代甲烷的醚溶液，其中卤代甲烷与醚的优选摩尔比为1∶4～6；镁粉和三氟化硼的醚溶液，其中三氟化硼与醚的优选摩尔比为1∶4～6。上述所述的卤代甲烷为氯甲烷、碘甲烷或者溴甲烷。上述所述的惰性气体为氮气或者氦气或者氩气。

【主要参考资料】

[1] 吴平修;汪正宏;阳辉;曾令军;何西平;徐诗飞.一种三甲基硼的合成方法. CN201810008570.3 ，申请日 2018-01-04

[2] 赵爱琴;高彦彬;徐少兵.一种三甲基硼的制备方法 . CN201110450955.3  ，申请日2011-12-30

[3] S·贝纳格利;J·迈尔;U·克罗尔. 硅太阳能电池电学和光学性能的改进. CN200980132433.X  ，申请日2009-08-06

[4] 赵爱琴;高彦彬;徐少兵.一种三甲基硼的制备方法. CN201110450955.3 ，申请日 2011-12-30