氯化镓的制备和应用

背景及概述^[1]

氯化镓又叫三氯化镓，化学式GaCl₃，式量176.08，无色或白色针状结晶。易潮解，易溶于水和乙醇，溶于氨水，微溶于石油醚。熔点77.9±0.2℃，沸点为102.3℃。共价型化合物，气态时为双聚分子。在水中强烈水解，遇潮湿空气则发烟。用作有机反应的催化剂。

制备^[2]

三氯化镓一般通过镓和氯气直接反应制取，或在 200℃下由氯化氢和三氧化二镓反应制取。三氯化镓是用于光谱分析和有机反应的催化剂，为合成有机镓试剂的重要原料。三氯化镓制备出来时它是无色针状结晶，其制备和后处理需在无水无氧 的条件下操作，且它具有很强的腐蚀性，对大多数的高分子材料、不锈钢材料、有机物都有很强的腐蚀性。由于针状或是粉末状的三氯化镓的流动性很 差，容易粘附在容器壁上，在转移、应用过程中操作非常不方便；而且需要 将其加热后应用，这样也会造成温度高，不好控制加入量等问题。因此，对三氯化镓进行制粒，使三氯化镓的应用更加方便，是本领域亟需解决的技术问题。

CN201410773154.4一种三氯化镓颗粒的制备方法，包括以下步骤：

(1)将三氯化镓移入手套箱，控制手套箱内水、氧含量均小于5ppm， 升温使三氯化镓熔融；

(2)在所述手套箱内将熔融的三氯化镓液体滴加到液氮中；

(3)待所述熔融的三氯化镓液滴凝固后，得到球形或类球形的三氯化镓颗粒。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明工艺步骤简单，原料廉价易得，得到较规整的球形颗粒。这些球形或类球形三氯化镓颗粒流动性强，不会粘附在容器壁上，在转移、应用过程中操作非常方便，加入量也很好控制。

(2)本发明在操作中不会引入杂质，保证了产品的纯度。

应用 ^[3-4]

一、用于制备离子液体氯化镓/氯化1-甲基-3-乙基咪唑体系电镀液

离子液体是一种绿色溶剂，具有较宽的电化学窗口，在室温下即可得到在高温熔盐中才能电沉积得到的金属和合金，但没有高温熔盐那样的强腐蚀性；同时，在离子液体中电沉积可以得到大多数在水溶液中得到的金属，并没有副反应，因而得到的金属质量更好。离子液体的上述特性及其良好的导电率、低的蒸气压使之成为电沉积研究中的崭新液体。CN201410773154.4提供了一种离子液体氯化镓/氯化1-甲基-3-乙基咪唑体系电镀液，以下将氯化镓/氯化 1-甲基-3-乙基咪唑简写为GaCl₃/EMIC。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：离子液体GaCl₃/EMIC 体系电镀液(g·kg^-1)的配方：

无水氯化镓(GaCl₃)：420～450

氯化1-甲基-3-乙基咪唑(EMIC)：500～530

金属镓(Ga)：10～30

糊精：10～20

氯化钠(NaCl)：10～20。

利用离子液体研制的镀镓溶液，具有一些独特的性能，如较低的熔点、可调节的Lewis酸度、良好的导电性、可以忽略的蒸汽压、较宽的使用温度及特殊的溶解性等。此镀镓溶液不存在水化、水解、析 氢等问题，具有不腐蚀、污染小等绿色溶剂应具备的性质。

二、由硝酸铜和氯化镓制备铜镓硒光电薄膜

铜镓硒薄膜太阳电池目前可以认为是最有发展前景的薄膜电池之一，其光吸收层由低成本的铜基半导体材料组成，吸光能力远强于晶体硅，在太阳光谱区光吸收深度在微米量级。铜镓硒的光吸收系数高达105cm^-1，明显高于Si和CdTe等太阳能电池材料，因此非常 适合做光吸收材料。此外，铜镓硒还有一系列的有点：

（1）铜镓硒是直接带隙半导体，这可减少对少数载流子扩散的要求；

（2）在室温下铜镓硒带隙可调，随着镓含量的变化，其带隙可以在1.04～1.67eV范围内连续变化；

（3）铜镓硒吸收系数很大，转换效率高，性能稳定，薄膜厚度小，约2μm，并且原料的价格较低，大面积制备时价格较低；（4）在较宽成分范围内电阻 率都较小；

（5）抗辐射能力强，没有光致衰减效应，因而使用寿命长；

（6） P型铜镓硒材料的晶格结构与电子亲和力都能跟普通的N型窗口材料（如CdS、ZnO）匹配。目前铜镓硒的制备方法主要有溶剂热法、喷射热解法（Spray Prolysis）、电喷射法、电沉积、化学沉积法、封闭的化学气相输运法、化学气相沉积、分子束外延、反应溅射法、真空蒸发法、有机金属化学气相沉积法、等。由于铜镓硒原料成本低，且其带隙可以随着镓含量而改变，从而提高光电转换效率，因此是一种非常有发展前途的太阳能电池材料，但现有工艺路线复杂、制备成本高，因而同样需要探索低成本的制备工艺。

CN201610438431.5为了解决现有技术的不足，而发明了一种与现有技术的制备方法完全不同的，铜镓硒太阳电池用薄膜材料的制备工艺。本发明采用旋涂-化学共还原法制备铜镓硒薄膜材料，采用钠钙玻璃为基片，以硝酸铜、氯化镓、二氧化硒为原料，以去离子水、乙二醇、乙醇胺、氨水或这四种原料的两种以上的混合物为溶剂，以氨水为辅助介质来调整溶液的pH值，按元素计量比先以旋涂法制备 一定厚度的含铜镓硒的前驱体薄膜，以水合联氨为还原剂，在密闭容器内在较低温度下加热，使前驱体薄膜还原并发生合成反应得到目标产物。本发明不需要高温高真空条件，对仪器设备要求低，生产成本低，生产效率高，易于操作。所得铜镓硒光电薄膜有较好的连续性和均匀性，主相为铜镓硒相，这种新工艺容易控制目标产物的成分和结构，为制备高性能的铜镓硒光电薄膜提供了一种成本低、可实现大规模的工业化生产。

主要参考资料

[1] 中学教师实用化学辞典

[2] CN201410773154.4 一种三氯化镓颗粒的制备方法

[3] CN201610438431.5 一种由硝酸铜和氯化镓制备铜镓硒光电薄膜的方法

[4]CN201010171003.3离子液体氯化镓/氯化1-甲基-3-乙基咪唑体系电镀液