AT521545A1 - SUSPENSION FOR PRODUCING A SEMICONDUCTOR LAYER - Google Patents

SUSPENSION FOR PRODUCING A SEMICONDUCTOR LAYER Download PDF

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AT521545A1 ATA50683/2018A AT506832018A AT521545A1 AT 521545 A1 AT521545 A1 AT 521545A1 AT 506832018 A AT506832018 A AT 506832018A AT 521545 A1 AT521545 A1 AT 521545A1
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Abstract

Es wird eine Suspension zur Herstellung einer Halbleiterschicht vorgeschlagen, wobei die Suspension ein Lösungsmittel, ein Bindemittel und ein Pulver aus einem Halbleitermaterial umfasst.A suspension for producing a semiconductor layer is proposed, the suspension comprising a solvent, a binder and a powder made of a semiconductor material.

Description

Die Erfindung betrifft eine Suspension zur Herstellung einer Halbleiterschicht gemäß dem Patentanspruch 1.The invention relates to a suspension for producing a semiconductor layer.

Zur Herstellung einer Halbleiterschicht sind eine Vielzahl an verschiedenen Herstellungsverfahren bekannt, beispielsweise Vakuumbeschichtungsverfahren wie physikalische Gasphasenabscheidungsverfahren. Derartige Verfahren sind beispielsweise Magnetronsputtern oder Aufdampfen. Derartige Vakuumbeschichtungsverfahren haben den Nachteil des hohen apparativen Aufwandes. Weiters ist es sehr schwierig derartige Halbleiterschichten großflächig herzustellen.A large number of different production processes are known for producing a semiconductor layer, for example vacuum coating processes such as physical vapor deposition processes. Such methods are, for example, magnetron sputtering or vapor deposition. Vacuum coating processes of this type have the disadvantage of high expenditure on equipment. Furthermore, it is very difficult to produce such semiconductor layers over a large area.

Weitere Verfahren sind sogenannte flüssigkeitsbasierte Verfahren. Hierbei sind chemische Abscheidungsverfahren bekannt, bei welchem die Halbleiterschicht durch die Reaktion einzelner Bestandteile erzeugt wird. Dabei werden hauptsächlich zwei Verfahren angewendet. Das erste Verfahren ist ein direkter Prozess, bei welchem die Halbleiterschicht durch eine chemische Reaktion aller Reaktanten direkt gebildet wird. Beim zweiten Verfahren wird zunächst eine metallische Schicht aufgebaut, welche anschließend bei einer Hitzebehandlung einer reaktiven Atmosphäre ausgesetzt wird, um die Halbleiterschicht zu formen. Bei beiden Verfahren werden häufig in einem organischen Lösungsmittel gelöste metallische Salze verwendet.Other processes are so-called liquid-based processes. Chemical deposition processes are known in which the semiconductor layer is produced by the reaction of individual components. Two methods are mainly used. The first method is a direct process in which the semiconductor layer is formed directly by a chemical reaction of all reactants. In the second method, a metallic layer is first built up, which is then subjected to a reactive atmosphere during a heat treatment in order to form the semiconductor layer. In both methods, metallic salts dissolved in an organic solvent are often used.

Nachteilig daran ist, dass hierbei oftmals toxische Ausgangssubstanzen verwendet werden, wodurch eine großtechnische Anwendung mit einem entsprechenden Umweltrisiko einhergeht. Dabei fallen auch giftige Abfallprodukte in sehr großer Menge an, wodurch bei einer industriellen und großtechnischen Anwendung die Beseitigung der Abfallprodukte aus Sicht des Umweltschutzes sehr problematisch ist. Durch die im Prozess verwendeten oder enstehenden reaktiven, giftigen oder entflammbaren Gasen ist weiters ein hoher apparativer Aufwand gegeben. Dies ist insbesondere bei Anwendungsgebieten von großer Bedeutung, bei welchen Halbleiterschichten großflächig aufzutragen sind, beispielsweise bei der Solartechnik. Weiters verbleiben oftmals störende Rückstände der organischen Lösungsmittel.The disadvantage of this is that toxic starting substances are often used, which means that large-scale use is associated with a corresponding environmental risk. There is also a very large amount of toxic waste products, which means that the disposal of the waste products is very problematic from an environmental point of view in industrial and industrial applications. Due to the reactive, toxic or flammable gases used or generated in the process, there is also a high expenditure on equipment. This is of great importance in particular in areas of application in which semiconductor layers are to be applied over a large area, for example in solar technology. Furthermore, there are often troublesome residues of the organic solvents.

Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Suspension zur Herstellung einerThe object of the invention is therefore a suspension for producing a

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Halbleiterschicht der eingangs genannten Art anzugeben, mit welcher die genannten Nachteile vermieden werden können, und mit welcher umweltschonend und mit wenig Aufwand eine Halbleiterschicht hergestellt werden kann.Specify semiconductor layer of the type mentioned in the introduction with which the disadvantages mentioned can be avoided and with which an environmentally friendly and with little effort a semiconductor layer can be produced.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht.According to the invention this is achieved by the features of claim 1.

Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Herstellung der Halbleiterschicht flüssigkeitsbasiert erfolgen kann und der apparative Aufwand gering gehalten wird. Das Aufbringen der Suspension zur Erzeugung der Halbleiterschicht kann dadurch mit einfachen und bewehrten Technologien erfolgen. Dies ermöglicht eine Produktion mit hohem Durchsatz, welche einfach skalierbar ist, wobei auch die Produktionsdauer gering gehalten werden kann. Insbesondere ist die Verwendung kontinuierlicher industrieller Herstellungsprozesse wie ein Rolle zu Rolle Prozess möglich. Weiters kann auf ungiftige und gut verfügbare Ausgangsmaterialien zurückgegriffen werden, wodurch der Herstellungsprozess auch auf einem industriellen Maßstab günstig und ökologisch unbedenklich erfolgen kann. Aufgrund des Fehlens chemisch reaktiver Bestandteile ist die Suspension gut lagerbar und transportierbar.This has the advantage that the semiconductor layer can be produced in a liquid-based manner and the outlay on equipment is kept low. The suspension for producing the semiconductor layer can thus be applied using simple and proven technologies. This enables production with high throughput, which is easily scalable, and the production time can also be kept short. In particular, the use of continuous industrial manufacturing processes such as a roll-to-roll process is possible. Furthermore, non-toxic and readily available raw materials can be used, which means that the manufacturing process can also be carried out on an industrial scale in a cost-effective and environmentally friendly manner. Due to the lack of chemically reactive components, the suspension is easy to store and transport.

Weiters ist ein Verfahren zur Herstellung einer Suspension gemäß dem Patentanspruch 14 vorgesehen.Furthermore, a method for producing a suspension according to claim 14 is provided.

Aufgabe der Erfindung ist es daher weiters ein Verfahren anzugeben, mit welchem die genannten Nachteile vermieden werden können, und mit welchem eine Suspension, mit welcher umweltschonend und mit wenig Aufwand eine Halbleiterschicht hergestellt werden kann, einfach erzeugt werden kann.The object of the invention is therefore to provide a method with which the disadvantages mentioned can be avoided and with which a suspension with which an environmentally friendly and with little effort a semiconductor layer can be produced can be produced easily.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 14 gelöst.According to the invention this is solved by the features of claim 14.

Die Vorteile des Verfahrens entsprechen den Vorteilen der Suspension.The advantages of the process correspond to the advantages of the suspension.

Die Unteransprüche betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.The subclaims relate to further advantageous refinements of the invention.

Ausdrücklich wird hiermit auf den Wortlaut der Patentansprüche Bezug genommen, wodurch die Ansprüche an dieser Stelle durch Bezugnahme in die Beschreibung eingefügt sind und als wörtlich wiedergegeben gelten.Reference is hereby expressly made to the wording of the patent claims, as a result of which the claims are inserted at this point by reference into the description and are considered to be reproduced verbatim.

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Vorgesehen ist eine Suspension zur Herstellung einer Halbleiterschicht, wobei die Suspension ein Lösungsmittel, ein Bindemittel und ein Pulver aus einem Halbleitermaterial umfasst. Eine Suspension bezeichnet eine homogene Dispersion aus einer Flüssigkeit, hier zumindest das Lösungsmittel, und einem Festkörper, in diesem Fall das Pulver aus einem Halbleitermaterial. Das Bindemittel kann ein Gemisch von Bindemitteln sein und kann bevorzugt die einzelnen Pulverkörner miteinander verbinden, insbesondere verkleben. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Bindemittel die Viskosität der Suspension erhöht. Weiters kann das Bindemittel die Benetzbarkeit der Suspension auf einem Substrat erhöhen. Das Bindemittel kann im Lösungsmittel gelöst sein. Das Lösungsmittel kann ein einzelnes Lösungsmittel oder ein Gemisch von verschiedenen Lösungsmitteln sein. Das Halbleitermaterial kann eine Halbleiterverbindung sein, wobei die chemischen Elemente der Halbleiterverbindung nicht zwingend selber Halbleiter sein müssen. Die Suspension ist zur Herstellung einer Halbleiterschicht, also einer halbleitenden Schicht, vorgesehen. Die Herstellung der Halbleiterschicht kann hierbei einfach durch Aufringen der Suspension auf ein Substrat und anschließendes Verdampfen des Lösungsmittels erfolgen.A suspension is provided for producing a semiconductor layer, the suspension comprising a solvent, a binder and a powder made of a semiconductor material. A suspension refers to a homogeneous dispersion of a liquid, here at least the solvent, and a solid, in this case the powder made of a semiconductor material. The binder can be a mixture of binders and can preferably bond the individual powder grains to one another, in particular glue them. In particular, it can be provided that the binder increases the viscosity of the suspension. Furthermore, the binder can increase the wettability of the suspension on a substrate. The binder can be dissolved in the solvent. The solvent can be a single solvent or a mixture of different solvents. The semiconductor material can be a semiconductor compound, the chemical elements of the semiconductor compound not necessarily having to be semiconductors themselves. The suspension is intended for the production of a semiconductor layer, that is to say a semiconducting layer. The semiconductor layer can be produced simply by applying the suspension to a substrate and then evaporating the solvent.

Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Herstellung der Halbleiterschicht flüssigkeitsbasiert erfolgen kann und der apparative Aufwand gering gehalten wird. Das Aufbringen der Suspension zur Erzeugung der Halbleiterschicht kann dadurch mit einfachen und bewehrten Technologien erfolgen. Dies ermöglicht eine Produktion mit hohem Durchsatz, welche einfach skalierbar ist, wobei auch die Produktionsdauer gering gehalten werden kann. Insbesondere ist die Verwendung kontinuierlicher industrieller Herstellungsprozesse wie ein Rolle zu Rolle Prozess möglich. Weiters kann auf ungiftige und gut verfügbare Ausgangsmaterialien zurückgegriffen werden, wodurch der Herstellungsprozess auch auf einem industriellen Maßstab günstig und ökologisch unbedenklich erfolgen kann. Aufgrund des Fehlens chemisch reaktiver Bestandteile ist die Suspension gut lagerbar und transportierbar.This has the advantage that the semiconductor layer can be produced in a liquid-based manner and the outlay on equipment is kept low. The suspension for producing the semiconductor layer can thus be applied using simple and proven technologies. This enables production with high throughput, which is easily scalable, and the production time can also be kept short. In particular, the use of continuous industrial manufacturing processes such as a roll-to-roll process is possible. Furthermore, non-toxic and readily available raw materials can be used, which means that the manufacturing process can also be carried out on an industrial scale in a cost-effective and environmentally friendly manner. Due to the lack of chemically reactive components, the suspension is easy to store and transport.

Weiters ist ein Verfahren zur Herstellung der Suspension zur Herstellung einer Halbleiterschicht vorgesehen, wobei das Lösungsmittel, das Bindemittel und das Pulver aus einem Halbleitermaterial miteinander vermischt werden.Furthermore, a method for producing the suspension for producing a semiconductor layer is provided, the solvent, the binder and the powder of a semiconductor material being mixed with one another.

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Weiters ist eine Halbleiterschicht hergestellt aus dieser Suspension vorgesehen. Die Halbleiterschicht kann hier insbesondere eine zusammenhängende, und im Wesentlichen durchbrechungsfreie, Schicht sein. Hierbei besteht die Halbleiterschicht im Wesentlichen aus dem Pulver des Halbleitermaterials, welches mit dem Bindemittel miteinander verbunden, bevorzugt verklebt, ist. Das Lösungsmittel kann im Wesentlichen rückstandsfrei verdampft sein.Furthermore, a semiconductor layer made from this suspension is provided. In this case, the semiconductor layer can in particular be a coherent, and essentially breakthrough-free, layer. Here, the semiconductor layer essentially consists of the powder of the semiconductor material, which is bonded to one another, preferably bonded, with the binder. The solvent can be evaporated essentially without residue.

Weiters kann ein Verfahren zu Herstellung einer Halbleiterschicht unter Verwendung einer Suspension vorgesehen sein. Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass bei der Halbleiterschicht die Suspension mit einem Tintenaufbringungsverfahren aufgebracht wird. Das Tintenaufbringungsverfahren kann insbesondere Drucken, Aufsprühen, Rakeln oder Rotationsbeschichten sein. Die Suspension kann daher ähnlich wie Tinte mittels ausgereifter technologischer Verfahren direkt auf dem Untergrund gezielt aufgetragen werden.Furthermore, a method for producing a semiconductor layer using a suspension can be provided. It can particularly preferably be provided that the suspension is applied to the semiconductor layer using an ink application process. The ink application method can in particular be printing, spraying, knife coating or spin coating. Similar to ink, the suspension can therefore be applied directly to the surface using sophisticated technological processes.

Das Pulver aus dem Halbleitermaterial kann insbesondere gegenüber dem Lösungsmittel und dem Bindemittel chemisch reaktionsträge sein.The powder made of the semiconductor material can be chemically inert in particular with respect to the solvent and the binder.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das Halbleitermaterial ein Chalkogenid, insbesondere ein Sulfid oder Selenid, bevorzugt CZTS, ist.It can preferably be provided that the semiconductor material is a chalcogenide, in particular a sulfide or selenide, preferably CZTS.

Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das Halbleitermaterial ein Absorbermaterial für eine photoaktive Schicht, insbesondere für eine Solarzelle, ist. Ein Absorbermaterial für eine photoaktive Schicht einer Solarzelle ist ein Halbleiter mit einer auf das Lichtspektrum abgestimmten Bandlücke. Die Aufgabe dieser Schicht in einer Solarzelle ist es, durch die Absorption von Lichtquanten Ladungsträgerpaare zu erzeugen, deren Absaugung durch das interne Feld zu einem Stromfluss führt. Das Halbleitermaterial kann insbesondere eine Bandlücke im Bereich 1 bis 1,7 eV, insbesondere 1,3 bis 1,55 eV, aufweisen. Dadurch kann mit der Suspension auf einfache Weise die ansonsten schwer zu erzeugende photoaktive Schicht einer Solarzelle hergestellt werden.It can particularly preferably be provided that the semiconductor material is an absorber material for a photoactive layer, in particular for a solar cell. An absorber material for a photoactive layer of a solar cell is a semiconductor with a band gap matched to the light spectrum. The task of this layer in a solar cell is to generate pairs of charge carriers by absorbing light quanta, the extraction of which by the internal field leads to a current flow. The semiconductor material can in particular have a band gap in the range of 1 to 1.7 eV, in particular 1.3 to 1.55 eV. As a result, the otherwise difficult-to-produce photoactive layer of a solar cell can be produced in a simple manner with the suspension.

Besonders bevorzugt ist das Pulver aus CZTS, also Kupfer-Zink-Zinn-Sulfid mit der chemischen Formel Cu2ZnSnS4. CZTS hat den Vorteil, dass sämtliche Ausgangsmaterialien gut verfügbar und ungiftig sind. Weiters ergibt sich derThe powder made of CZTS, ie copper-zinc-tin sulfide with the chemical formula Cu 2 ZnSnS 4 , is particularly preferred. CZTS has the advantage that all raw materials are readily available and non-toxic. Furthermore there is the

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Vorteil, dass CZTS mit herkömmlichen Verfahren nur aufwendig und/oder unter Verwendung giftiger Substanzen herstellbar ist, während es bei der Suspension möglich ist, leicht synthetisierbares, reines CZTS-Pulver zu verwenden.Advantage that CZTS can only be produced with great effort and / or using toxic substances using conventional methods, while it is possible with the suspension to use pure CZTS powder which can be synthesized easily.

Für die Verwendung als Absorbermaterial für eine photoaktive Schicht einer Solarzelle sind alternativ auch andere Materialien denkbar, wie CIGS, GaAs oder CdTe.Alternatively, other materials, such as CIGS, GaAs or CdTe, are also conceivable for use as an absorber material for a photoactive layer of a solar cell.

Besonders bevorzugt kann weiters die Verwendung der Suspension zur Herstellung einer photoaktiven Schicht einer Solarzelle vorgesehen sein.In addition, the suspension can particularly preferably be used to produce a photoactive layer of a solar cell.

Es sind aber auch andere Einsatzmöglichkeiten denkbar und vorteilhaft.However, other possible uses are also conceivable and advantageous.

Alternativ kann die Verwendung der Suspension zur Herstellung einer aktiven Schicht in der Photochemie, Thermoelektrik und/oder als Anodenmaterial eines Akkumulators, insbesondere eines Li-Ionen Akkumulators vorgesehen sein.Alternatively, the suspension can be used to produce an active layer in photochemistry, thermoelectrics and / or as anode material of an accumulator, in particular a Li-ion accumulator.

Weiters kann die Verwendung der Suspension zur Herstellung von Ausgangsmaterialien eines Vakuumbeschichtungsverfahrens sein, bevorzugt eines sogenannten Sputtertargets.Furthermore, the use of the suspension for the production of starting materials can be a vacuum coating process, preferably a so-called sputtering target.

Die Suspension kann auch zur Herstellung einer Schutzschicht für einen Gegenstand, insbesondere für ein Bauteil, oder als Bremsbelag vorgesehen sein.The suspension can also be provided for producing a protective layer for an object, in particular for a component, or as a brake lining.

Das Lösungsmittel kann insbesondere anorganisch sein.The solvent can in particular be inorganic.

Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das Lösungsmittel ein wässriges Lösungsmittel ist. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass bei der Herstellung der Halbleiterschicht keine Kohlenwasserstoffe entweichen, wodurch der Herstellungsprozess ungefährlich ist. Weiters verbleiben keine organischen Rückstände des Lösungsmittels in der Halbleiterschicht. Weiters sind wässrige Lösungsmittel, insbesondere Wasser, ökologisch unbedenklich.It can particularly preferably be provided that the solvent is an aqueous solvent. The advantage here is that no hydrocarbons escape during the production of the semiconductor layer, as a result of which the production process is harmless. Furthermore, no organic residues of the solvent remain in the semiconductor layer. Furthermore, aqueous solvents, especially water, are ecologically harmless.

Es kann auch vorgesehen sein, dass das Lösungsmittel ein organisches Lösungsmittel ist. Hierbei kann das Lösungsmittel ein Alkohol, ein Ether, ein Keton, ein Aldehyd, ein chloriertes, ein aliphatisches oder ein aromatisches Lösungsmittel, insbesondere Methanol, Ethanol, Isopropanol, Dimethylsulfoxid, Propanal,It can also be provided that the solvent is an organic solvent. The solvent can be an alcohol, an ether, a ketone, an aldehyde, a chlorinated, an aliphatic or an aromatic solvent, especially methanol, ethanol, isopropanol, dimethyl sulfoxide, propanal,

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Chlorbenzol, Pyridin, Formamid, Chloroform, Polyvinylalkohol, Pentan, Toluol oder Aceton, sein.Chlorobenzene, pyridine, formamide, chloroform, polyvinyl alcohol, pentane, toluene or acetone.

Weiters kann besonders bevorzugt vorgesehen sein, dass das Bindemittel wenigstens ein Polysaccharid enthält. Das Bindemittel kann besonders bevorzugt Gummi Arabicum, Xanthan oder PEG 400 sein. Dadurch kann die Suspension auch ein ökologisch unbedenkliches und gut verfügbares Bindemittel aufweisen. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass mittels wenigstens eines Polysaccharids oder mittels Gummi Arabicum als Bindemittel besonders kompakte und defektfreie Halbleiterschichten erzeugt werden können.Furthermore, it can particularly preferably be provided that the binder contains at least one polysaccharide. The binder can particularly preferably be gum arabic, xanthan or PEG 400. As a result, the suspension can also have an ecologically harmless and readily available binder. It has surprisingly been found that particularly compact and defect-free semiconductor layers can be produced using at least one polysaccharide or using gum arabic as a binder.

Es kann vorgesehen sein, dass das Bindemittel eine Zersetzungstemperatur von maximal 350°C, insbesondere maximal 250°C, bevorzugt maximal 150°C, aufweist.It can be provided that the binder has a decomposition temperature of at most 350 ° C., in particular at most 250 ° C., preferably at most 150 ° C.

Es kann alternativ vorgesehen sein, dass das Bindemittel eine Zersetzungstemperatur von mindestens 350°C, insbesondere von mindestens 400°C, bevorzugt von mindestens 500°C, aufweist.Alternatively, it can be provided that the binder has a decomposition temperature of at least 350 ° C, in particular at least 400 ° C, preferably at least 500 ° C.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein Verhältnis des Bindemittels zu dem Lösungsmittel in der Suspension maximal 10 %>, insbesondere maximal 6 %>, beträgt. Je nachdem, ob das Bindemittel in fester oder flüssiger Form zugegeben wird kann dies v% oder v/m% sein. Hierbei hat sich gezeigt, dass bei einer derartigen Dosierung von Bindemittel zu Lösungsmittel eine gute Durchmischung sowie gute rheologische Eigenschaften der Suspension ergeben.In particular, it can be provided that a ratio of the binder to the solvent in the suspension is at most 10%, in particular at most 6%. Depending on whether the binder is added in solid or liquid form, this can be v% or v / m%. It has been shown here that with such a dosage of binder to solvent there is good mixing and good rheological properties of the suspension.

Weiters kann vorgesehen sein, dass ein Verhältnis des Pulvers zu dem Lösungsmittel in der Suspension maximal 3,5 g/ml, insbesondere maximal 2,5 g/ml, bevorzugt maximal 1,5 g/ml, beträgt. Auch hier hat sich gezeigt, dass bei einer derartigen Dosierung eine gute Durchmischung sowie gute rheologische Eigenschaften der Suspension ergeben.It can further be provided that a ratio of the powder to the solvent in the suspension is at most 3.5 g / ml, in particular at most 2.5 g / ml, preferably at most 1.5 g / ml. Here, too, it has been shown that with such a dosage, thorough mixing and good rheological properties of the suspension result.

Es kann vorgesehen sein, dass ein Verhältnis des Pulvers zu dem Lösungsmittel in der Suspension mindestens 0,1 g/ml, insbesondere mindestens 0,5 g/ml, bevorzugt mindestens 1 g/ml beträgt.It can be provided that a ratio of the powder to the solvent in the suspension is at least 0.1 g / ml, in particular at least 0.5 g / ml, preferably at least 1 g / ml.

Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass ein Verhältnis des Bindemittels zuIt can particularly preferably be provided that a ratio of the binder to

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36589 dem Lösungsmittel in der Suspension maximal 10 %>, insbesondere maximal 6 %>, beträgt.36589 the solvent in the suspension is a maximum of 10%, in particular a maximum of 6%.

Die Suspension kann insbesondere weitere Zusätze aufweisen, insbesondere ein Netzmittel und/oder Mittel zu Einstellung der Viskosität der Suspension. Auch diese weiteren Zusätze können insbesondere nicht toxisch sein.The suspension can in particular have further additives, in particular a wetting agent and / or agent for adjusting the viscosity of the suspension. These other additives can in particular also be non-toxic.

Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Suspension frei von toxischen Bestandteilen ist.It can particularly preferably be provided that the suspension is free of toxic components.

Weiters kann vorgesehen sein, dass das Pulver eine Korngröße von mindestens 50 nm, insbesondere mindestens 200 nm, besonders bevorzugt mindestens 500 nm, aufweist. Die Korngröße kann insbesondere dem Äquivalenzdurchmesser einer Kugel mit gleichem Volumen entsprechen. Pulver mit einer derartigen minimalen Korngröße kann einfach dadurch hergestellt werden, dass gröberes und leicht synthetisch herzustellendes Pulver weiter zerkleinert, insbesondere gemahlen wird. Ein derartiges Pulverist wesentlich einfacher in großen Mengen herstellbar, als Nanopartikel, welche oftmals eine Korngröße bis maximal 20 nm aufweisen. Die aufgrund der minimale Korngröße verringerte Haftbarkeit der Körner untereinander im Vergleich zu Nanopartikeln wird hierbei durch das Bindemittel entgegen gewirkt. Dadurch kann der Aufwand zur Herstellung des Pulvers gering gehalten werden.It can further be provided that the powder has a grain size of at least 50 nm, in particular at least 200 nm, particularly preferably at least 500 nm. The grain size can correspond in particular to the equivalent diameter of a sphere with the same volume. Powder with such a minimal grain size can be produced simply by further crushing, in particular grinding, coarser and easily synthetically produced powder. Such a powder is much easier to produce in large quantities than nanoparticles, which often have a grain size of up to 20 nm. The reduced adhesion of the grains to one another compared to nanoparticles due to the minimal grain size is counteracted by the binder. The outlay for producing the powder can thereby be kept low.

Je nach Anwendungsgebiet kann durch eine unterschiedliche Korngröße des Pulvers die Beschaffenheit der Halbleiterschicht modifiziert werden. Je größer die einzelnen Körner des Pulvers sind, umso größer sind die Hohlräume zwischen den aneinander angrenzenden Körnern.Depending on the field of application, the nature of the semiconductor layer can be modified by a different grain size of the powder. The larger the individual grains of the powder, the larger the voids between the grains adjacent to one another.

Weiters kann vorgesehen sein, dass das Pulver eine Korngröße von maximal 2000 nm, insbesondere maximal 1000 nm, besonders bevorzugt maximal 650 nm, aufweist. Durch eine derart geringe Korngröße kann eine zusammenhängende und dünne Halbleiterschicht hergestellt werden. Weiters kann eine Größe der Poren dadurch gering gehalten werden.It can further be provided that the powder has a grain size of at most 2000 nm, in particular at most 1000 nm, particularly preferably at most 650 nm. With such a small grain size, a coherent and thin semiconductor layer can be produced. Furthermore, the size of the pores can be kept small.

Die Korngröße des Pulvers kann bevorzugt im Wesentlichen 600 nm betragen.The grain size of the powder can preferably be essentially 600 nm.

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Weiters kann vorgesehen sein, dass das Pulver Körner mit unterschiedlichen Korngrößen aufweist, wobei ein Unterscheid zwischen der kleinsten Korngröße und der größten Korngröße maximal 200 nm, bevorzugt maximal 100 nm, beträgt.Furthermore, it can be provided that the powder has grains with different grain sizes, the difference between the smallest grain size and the largest grain size being a maximum of 200 nm, preferably a maximum of 100 nm.

Ein Median der Krongröße kann insbesondere maximal 650 nm betragen, besonders bevorzugt maximal 500 nm betragen.A median of the crown size can in particular be a maximum of 650 nm, particularly preferably a maximum of 500 nm.

Die Suspension kann hierbei insbesondere eine kolloidale Suspension sein.The suspension can in particular be a colloidal suspension.

Weiters kann vorgesehen sein, dass eine Dicke der Halbleiterschicht maximal 30 μm, insbesondere maximal 15 μm, bevorzugt maximal 6 μm beträgt.It can further be provided that a thickness of the semiconductor layer is at most 30 μm, in particular at most 15 μm, preferably at most 6 μm.

Es kann vorgesehen sein, dass die Dicke der Halbleiterschicht mindestens das Dreifache der maximalen Korngröße des Pulvers entspricht. Dadurch kann eine im Wesentlichen durchbrechungsfreie Schicht bereits ab mindestens drei Korndurchmessern erzeugt werden. Die Dicke der Halbleiterschicht kann insbesondere mindestens 2000 nm betragen.It can be provided that the thickness of the semiconductor layer corresponds to at least three times the maximum grain size of the powder. As a result, a layer that is essentially free of perforations can be produced from at least three grain diameters. The thickness of the semiconductor layer can in particular be at least 2000 nm.

Die Halbleiterschicht kann insbesondere porös sein, besonders bevorzugt mesoporös.The semiconductor layer can in particular be porous, particularly preferably mesoporous.

Die Halbleiterschicht kann alternativ auch kompakt und defektfrei sein.The semiconductor layer can alternatively also be compact and defect-free.

Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Halbleiterschicht offenporös ist ist. Die Poren der Halbleiterschicht sind daher überwiegend nicht geschlossen, sonder gegenüber außen offen. Hierbei ist es bei einigen Anwendungen wie bei der Photochemie oder als Anodenmaterial vorteilhaft, wenn die Halbleiterschicht eine große Oberfläche aufweist.It can particularly preferably be provided that the semiconductor layer is open-porous. The pores of the semiconductor layer are therefore mostly not closed, but rather open to the outside. In some applications, such as in photochemistry or as an anode material, it is advantageous if the semiconductor layer has a large surface area.

Weiters können in die Poren weitere Materialien eingebracht werden, um beispielsweise die Bandeigenschaften als photoaktives Absorbermaterial bei einer Solarzelle zu beeinflussen, insbesondere die Anpassung unterschiedlicher Bandeigenschaften.Furthermore, further materials can be introduced into the pores, for example to influence the band properties as a photoactive absorber material in a solar cell, in particular the adaptation of different band properties.

Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Halbleiterschicht Poren aufweist, und dass in den Poren ein weiteres Material angeordnet ist. Bei der Herstellung kann hierbei zuerst die offenporöse Halbleiterschicht hergestelltIt can be particularly preferred that the semiconductor layer has pores and that a further material is arranged in the pores. In this case, the open-porous semiconductor layer can be produced first during production

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36589 werden, und nachträglich das weitere Material in die Poren eingebracht werden. Das weitere Material kann insbesondere ein Polymer sein. Das weitere Material kann alternativ ein weiterer Halbleiter, bevorzugt Perovskit, sein. Das weitere Material kann bevorzugt in Form von Nanopartikeln vorliegen. Hierfür können die Nanopartikel beim Einbringen in die Poren in einem weiteren Lösungsmittel dispergiert sein. Durch das weitere Material in den Poren der Halbleiterschicht kann die Absorption von Licht, und dadurch insbesondere auch der Wirkungsgrad einer Solarzelle, erhöht werden.36589, and the additional material is subsequently introduced into the pores. The further material can in particular be a polymer. The further material can alternatively be a further semiconductor, preferably perovskite. The further material can preferably be in the form of nanoparticles. For this purpose, the nanoparticles can be dispersed in a further solvent when introduced into the pores. The absorption of light, and thereby in particular the efficiency of a solar cell, can be increased by the additional material in the pores of the semiconductor layer.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Halbleiterschicht weitgehend porenfrei ist. Auch dadurch kann ein Wirkungsgrad einer Solarzelle erhöht werden, da dadurch weniger Elektron-Loch Paare vor deren Extraktion an Fehlstellen rekombinieren.Alternatively, it can be provided that the semiconductor layer is largely pore-free. This can also increase the efficiency of a solar cell, since fewer electron-hole pairs recombine at defects prior to their extraction.

Das Vermischen bei der Herstellung der Suspension kann insbesondere durch herkömmliche Vermischungsverfahren wie Rühren, Ultraschalbehandlung oder Schütteln erfolgen.Mixing in the preparation of the suspension can be carried out in particular by conventional mixing methods such as stirring, ultrasonic treatment or shaking.

Die Erzeugung einer Halbleiterschicht kann bevorzugt dadurch erfolgen, dass die Suspension mittels einer Auftragungsmethode in einem ersten Schritt auf eine Oberfläche aufgetragen wird, wobei die, auf die Oberfläche aufgetragene Suspension in einem zweiten Schritt wärmebehandelt wird, wobei sich das Lösungsmittel und das Bindemittel während der Wärmebehandlung verflüchtigen und sich eine Schicht aus dem Pulver bildet.A semiconductor layer can preferably be produced by applying the suspension to a surface in a first step using an application method, the suspension applied to the surface being heat-treated in a second step, the solvent and the binder being removed during the heat treatment evaporate and a layer of powder forms.

Es kann vorgesehen sein, dass die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von maximal 700°C, insbesondere maximal 600°C, bevorzugt maximal 500°C, erfolgt.It can be provided that the heat treatment is carried out at a temperature of at most 700 ° C., in particular at most 600 ° C., preferably at most 500 ° C.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 620°C erfolgt.It is particularly preferably provided that the heat treatment is carried out at a temperature of 620 ° C.

Die einzelnen Körner werden vorzugsweise mittels einer Grenzflächenreaktion, insbesondere durch Sintern, miteinander verbunden.The individual grains are preferably connected to one another by means of an interface reaction, in particular by sintering.

Claims (14)

PATENTANSPRÜCHEPATENT CLAIMS 1. Suspension zur Herstellung einer Halbleiterschicht, wobei die Suspension ein Lösungsmittel, ein Bindemittel und ein Pulver aus einem Halbleitermaterial umfasst.1. Suspension for producing a semiconductor layer, the suspension comprising a solvent, a binder and a powder made of a semiconductor material. 2. Suspension nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitermaterial ein Chalkogenid, insbesondere ein Sulfid oder Selenid, bevorzugt CZTS, ist.2. Suspension according to claim 1, characterized in that the semiconductor material is a chalcogenide, in particular a sulfide or selenide, preferably CZTS. 3. Suspension nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitermaterial ein Absorbermaterial für eine photoaktive Schicht, insbesondere für eine Solarzelle, ist.3. Suspension according to claim 1 or 2, characterized in that the semiconductor material is an absorber material for a photoactive layer, in particular for a solar cell. 4. Suspension nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver eine Korngröße von mindestens 50 nm, insbesondere mindestens 200 nm, besonders bevorzugt mindestens 500 nm, aufweist.4. Suspension according to one of claims 1 to 3, characterized in that the powder has a grain size of at least 50 nm, in particular at least 200 nm, particularly preferably at least 500 nm. 5. Suspension nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver eine Korngröße von maximal 2000 nm, insbesondere maximal 1000 nm, besonders bevorzugt maximal 650 nm, aufweist.5. Suspension according to one of claims 1 to 4, characterized in that the powder has a grain size of at most 2000 nm, in particular at most 1000 nm, particularly preferably at most 650 nm. 6. Suspension nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel ein wässriges Lösungsmittel ist.6. Suspension according to one of claims 1 to 5, characterized in that the solvent is an aqueous solvent. 7. Suspension nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel wenigstens ein Polysaccharid enthält.7. Suspension according to one of claims 1 to 6, characterized in that the binder contains at least one polysaccharide. 8. Suspension nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, 8. Suspension according to one of claims 1 to 7, characterized in 11/1511/15 36589 dass ein Verhältnis des Pulvers zu dem Lösungsmittel in der Suspension maximal 3,5 g/ml, insbesondere maximal 2,5 g/ml, bevorzugt maximal 1,5 g/ml, beträgt.36589 that a ratio of the powder to the solvent in the suspension is at most 3.5 g / ml, in particular at most 2.5 g / ml, preferably at most 1.5 g / ml. 9. Halbleiterschicht hergestellt aus einer Suspension gemäß einer der Ansprüche 1 bis 8.9. Semiconductor layer produced from a suspension according to one of claims 1 to 8. 10. Halbleiterschicht nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke der Halbleiterschicht maximal 30 μm, insbesondere maximal 15 μm, bevorzugt maximal 6 μm beträgt.10. The semiconductor layer according to claim 9, characterized in that a thickness of the semiconductor layer is at most 30 μm, in particular at most 15 μm, preferably at most 6 μm. 11. Halbleiterschicht nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht offenporös ist.11. The semiconductor layer according to claim 9 or 10, characterized in that the semiconductor layer is open-porous. 12. Halbleiterschicht nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht Poren aufweist, und dass in den Poren ein weiteres Material angeordnet ist.12. Semiconductor layer according to one of claims 9 to 11, characterized in that the semiconductor layer has pores and that a further material is arranged in the pores. 13. Verwendung der Suspension nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung einer photoaktiven Schicht einer Solarzelle.13. Use of the suspension according to one of claims 1 to 8 for producing a photoactive layer of a solar cell. 14. Verfahren zur Herstellung einer Suspension zur Herstellung einer Halbleiterschicht, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Lösungsmittel, ein Bindemittel und ein Pulver aus einem Halbleitermaterial miteinander vermischt werden.14. A method for producing a suspension for producing a semiconductor layer, in particular according to one of claims 1 to 8, wherein a solvent, a binder and a powder made of a semiconductor material are mixed together.
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