JP2009528680A - カルコゲン層の高スループット印刷および金属間化合物材料の使用 - Google Patents
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Abstract
Description
ナー層との間に挟まれたp型吸収体層を有している。裏面電極層はMoであることがしば
しばであり、一方、接合パートナーは、CdSであることがしばしばである。通常、接合パートナー層の上に酸化亜鉛(ZnOx)などの透明導電性酸化物(TCO)が形成され、透明電極として使用されている。CIGSをベースとする太陽電池は、19%を超える電力変換効率を有していることが立証されている。
Conference、1988年、650ページ]は、純粋なCu、InおよびSe粉末を1:1:2の組成比率で混合し、かつ製粉するステップ、スクリーン印刷が可能なペーストを形成するステップ、基板にペーストをスクリーン印刷するステップ、および化合物層を形成するためにこの膜を焼結させるステップを含む非真空スクリーン印刷技法について述べている。彼らは、元素Cu、InおよびSe粉末で開始したが、製粉ステップの後に、ペーストにCuInSe2相を含んでいたことを報告している。しかしながら、焼結層を使用して製造された太陽電池は、これらの吸収体の構造的および電子的な品質が劣っていたため、極めて効率の悪いものであった。
9年、480ページ]。その報告によれば、スクリーン印刷が可能なペーストを準備するために、ミクロンサイズのSe粉末とともにミクロンサイズのCuInSe2粉末が使用されている。非真空スクリーン印刷によって形成された層は高温で焼結されている。この手法の困難性は、稠密CuInSe2膜の形成に適したフラクシング剤を見出すことであった。この方法で製造された太陽電池は、変換効率が悪いものであったが、太陽電池の製造にプリント印刷およびその他の非真空技術を使用することについては期待がもたれている。
霧により付着させたアモルフォス4セレン化合物のナノ粉末またはアモルフォス2セレン
化合物のナノ粒子の混合物、およびその他の例がある [(1) Vervaet, A. et al., E. C. Photovoltaic Sol. Energy
Conf., Proc. Int. Conf., 10th (1991), 900−3.; (2) Journal of Electronic Materials, Vol. 27, No. 5, 1998, p. 433; Ginley et al.; (3) WO 99,378,32; Ginley et al.; (4) US 6,126,740]。これまでに、太陽電池に適したCIGS薄膜を形成するための高速加工にカルコナイド粉末を使用した場合、有望な結果は得られていない。
ゲニド粉末から開始する場合、個々の各粒子は、関与する全てのグループIB、IIIA、およびVIAの元素を感知可能な、最終的なIB−IIIA−カルコニド化合物層の化学量論組成に典型的には近似している量で含有することになり、薄膜太陽電池に適したIB−IIIA−カルコニド化合物膜の形成には課題が存在する。一様性の不良は、多孔性の層構造、空隙、ギャップ、クラッキング、および比較的低密度の領域など広範にわたる不均一層の特徴によることが明らかであった。この非一様性は、前駆体材料からCIGS結晶が形成される過程で起こる複雑な一連の層変換において、さらに悪化する。特に、初期吸収膜が分離した領域における複層の形成は非一様性を増長し、最終的にはデバイスの性能不良をもたらす。
層と、元素状カルコゲン粒子を含有する、少なくとも1つの第2層を含むことができる。
前駆体層は、カルコゲン粒子が融解し、カルコゲン粒子と前駆体層の1つ以上のグループIB元素およびグループIIIA元素が反応するのに十分な温度まで加熱され、グループIB−IIIA−カルコゲン化合物の膜を形成させる。また、この方法は、ナノ粒子および/またはナノ小球および/またはナノ小滴を混合してインクを形成し、このインクを基板に付着させ、加熱により余分なカルコゲンを融解させて、このカルコゲンをグループIBおよびグループIIIAの元素および/またはカルコゲニドと反応させて稠密な膜を形成させる過程を含むグループIB−IIIA−カルコゲニド化合物の膜の作製について含むことができる。いくつかの実施形態では、稠密化が起こる温度まで温度を上げて最初に前駆体層を焼結する工程を経ずに吸収層が形成されることがあるので吸収層前駆体層の稠密化は用いられない。少なくとも前駆体層の粒子の1セットは、少なくとも1つのグループIB−IIIA金属間合金相を含む金属間化合物粒子である。代替方法としては、少なくとも前駆体層の粒子の1セットは、少なくとも1つのグループIB−IIIA金属間合金相を含む金属間化合物粒子の原材料から形成される。
1−x)GaxS2(1−y)Se2y(0≦x≦1、0≦y≦1)の形態のCu、In、Gaおよびセレン(Se)および/または硫黄(S)の化合物であることが望ましい。また、結果として得られるグループIB−IIIA−カルコゲニド化合物はCuzIn(1−x)GaxS2(1−y)Se2y(ここで0.5≦z≦1.5、0≦x≦1.0、0≦y≦1.0)の形態のCu、In、Gaおよびセレン(Se)および/または硫黄(S)の化合物であることを理解されたい。
を形成するための方法が提供される。この方法には、基板の上に前駆体層を形成する方法が含まれており、この前駆体層には1つ以上のグループIBの元素と1つ以上のグループIIIAの元素が含まれている。この方法は、前駆体層を焼結するステップを含むことができる。この方法は、前駆体層を焼結する工程の後に、前駆体層の上にカルコゲン元素の粒子を含有する層を形成するステップを含むことができる。また、この方法は、前駆体層とカルコゲン粒子を、カルコゲン粒子が融解し、カルコゲン粒子と前駆体層のグループIIIA元素が反応するのに十分な温度まで加熱し、グループIB−IIIA−カルコゲニド化合物の膜を形成するステップを含むことができる。1つ以上のグループIIIA元素には、インジウムとガリウムを含むことができる。カルコゲン粒子は、セレン、硫黄、またはテルルの粒子であってよい。前駆体層は実質的に無酸素にすることができる。この方法は、1つ以上のグループIB元素を含有しているナノ粒子と2つ以上のグループIIIA元素を含有しているナノ粒子の分散混合物を形成するステップ、基板の上に分散混合物を塗布するステップを含む前駆体層の形成ステップを含むことができる。この方法は、前駆体層を形成するステップおよび/または前駆体層を焼結するステップおよび/または前駆体層の上に元素状カルコゲン粒子を含有している層を付着させるステップおよび/または前駆体層とカルコゲン粒子を、カルコゲン粒子が融解し、フレキシブル基板に対するロール・ツー・ロール製造工程の使用が含まれている。また、結果として得られるグループIB−IIIA−カルコゲニド化合物はCuzIn(1−x)GaxS2(1−y)Se2y(ここで0.5≦z≦1.5、0≦x≦1.0、0≦y≦1.0)の形態のCu、In、Gaおよびセレン(Se)および/または硫黄(S)の化合物であることを理解されたい。
給し、粒子と前駆体層の1つ以上のグループIBの元素とグループIIIAの元素が反応して、基板の上にグループIB−IIIA−カルコゲニド化合物が形成されるのに十分な温度まで加熱することができる。追加カルコゲン層は前駆体層の上に形成することができる。追加カルゴゲン層は前駆体層の下に形成することができる。余剰のカルコゲン源を供給する粒子は、元素状カルコゲン粒子で構成することができる。余剰のカルコゲン源を供給する粒子は、カルコゲニド粒子で構成することができる。余剰のカルコゲン源を供給する粒子は、カルコゲンを豊富に含むカルコゲニド粒子で構成されていてもよい。また、前駆体層は、元素状カルコゲン粒子を含有することができる。前駆体層は、グループIB−カルコゲニドの形態でグループIBの元素を有することができる。前駆体層は、グループIIIA−カルコゲニドの形態でグループIIIAの元素を有することができる。カルコゲン粒子を含有している第3の層を提供することができる。膜は、粒子からなる前駆体層と前駆体層に接するナトリウム含有材料からなり、前駆体層に接している層で形成するとこができる。
さいナノ粒子(たとえば5nm未満)になるまでその温度で粉砕することができる。たとえば、焼きなまし処理前、処理中、または処理後に、セレン蒸気に暴露することにより、インクおよび/またはインクから形成された膜にセレンを添加することが可能である。セレン蒸気への暴露は非真空環境で行うことができる。セレン蒸気への暴露は大気圧下で行うことができる。これらの条件は本明細書に記載されるどの実施形態にも適用することができる。
プIB−IIIA元素合金相を含む。いくつかの実施形態では、グループIBの元素の乏しい粒子に含まれるグループIBの元素量が、全粒子に含まれるグループIBの元素の約50モル%以下を占める。グループIBの元素の乏しいグループIB−IIIA元素合金相の粒子は、グループIIIAの一元素の唯一の供給源となることができる。グループIBの元素の乏しいグループIB−IIIA元素合金相の粒子は、金属間相を含むことができ、かつグループIIIAの一元素の唯一の供給源となることができる。グループIBの元素の乏しいグループIB−IIIA元素合金相の粒子は、Cu1In2粒子であることができ、かつ材料中の唯一のインジウム源であることができる。
る。任意に1つまたは複数の等級の粒子をアルミニウム(Al)、硫黄(S)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、またはリチウム(Li)から成るグループから選択される一つまたは複数の無機材料でドープすることができる。
「任意」または「任意で」は、その後に説明されている状況が生じることも、あるいは生じないこともあることを意味しており、したがってその説明には、その状況が生じる場合の例とその状況が生じない場合の例が含まれている。たとえば、デバイスが任意で障壁膜の機能を備えている場合、これは、障壁膜の機能が存在することも、あるいは存在しないこともあることを意味しており、したがってその説明には、デバイスが障壁膜の機能を備えた構造と、障壁膜の機能が存在しない構造の両方が含まれている。
成することにより製造することができる。好ましくは、グループIB−IIIA化合物層は、CuzInxGa1−x(ここで、0≦x≦1および0.5≦z≦1.5)で表される銅(Cu)、インジウム(In)およびガリウム(Ga)の化合物である。グループIB−IIIA−VIA化合物は、好ましくはCuIn(1−x)GaxS2(1−y)Se2y(ここで、0≦x≦1および0≦y≦1)で表されるCu、In、Gaおよびセレン(Se)または硫黄(S)の化合物である。また、結果として得られるグループIB−IIIA−VIA化合物はCuzIn(1−x)GaxS2(1−y)Se2y(ここで、0.5≦z≦1.5、0≦x≦1.0および0≦y≦1.0)で表されるCu、In、Gaおよびセレン(Se)または硫黄(S)の化合物となるであろうことを理解されたい。
図1Gに示されるように、吸収層を基板102の上に形成することができる。例として、前記基板102は、限定されないが、アルミニウムなどの金属で形成することができる。前記基板102の材料によっては、前記基板の表面を接触層104でコーティングして前記基板102とその上に形成される吸収層の間の電子的接触を促進させるのも有用であるかもしれない。たとえば、前記基質102がアルミニウムで形成されている場合、前記接触層104はモリブデンの層であることができる。現在の議論のために、前記接触層104は前記基板の一部と看做される。したがって、物質または物質層を前記基板102上に形成または付着することについての議論は、もしそれが使用されている場合には、その物質または物質層を前記接触層104上に形成または付着することを含む。
記前駆体層はCuzInxGa1−x(ここで、0≦x≦1および0.5≦z≦1.5)で表わされる化合物である。当業者であれば、Cuを他のグループIBの元素で置換でき、GaおよびInを他のグループIIIAの元素で置換できることを認識されよう。限定されない例として、前記前駆体層は約10nm〜約5000nmの厚さを有する。他の実施形態では、前記前駆体層は約2.0〜約0.4ミクロンの厚さを有してもよい。
ことも可能である。さらに、銅のナノ粒子を混合物に添加することができる。また、銅のナノ粒子は商用的に入手することができる。別法としては、それらに限定されないが、(i)銅線の電気爆発、(ii)ナノ粒子を製造するだけの十分な時間に及ぶ銅粒子の機械粉砕、または(iii)有機金属前駆体または銅塩化物の還元からの銅ナノ粒子の溶液ベース合成を始めとする、良く発達した様々な技法のうちの任意の技法を使用して、このようなナノ粒子を製造することも可能である。別法としては、溶融したCu−Ga−In混合物の温度を、固体が形成されるまで調整する(たとえば冷却する)ことも可能である。本発明の一実施形態では、この固体を、ターゲットサイズの粒子になるまでその温度で粉砕することができる。本願に援用される、本発明の譲受人に譲渡された、本米国特許出願公告第2005183768号明細書に、この技法がさらに詳細に記載されている。任意で、融解前のセレン粒子を、1ミクロン未満、500nm未満、400nm未満、300nm未満、200nm未満、および/または100nm未満とすることができる。
、窒素またはアルゴンなどの不活性雰囲気であってもよい。別法としては、反応ステップには、所望のレベルのグループVIAの元素を副層に提供するために、グループVIAの元素のうちの少なくとも1つ(Se、S、Te)の蒸気を含有した雰囲気を使用することも可能である。本願に援用する、バレント ベイソル(Bulent Basol)に対する米国特許出願公告第20040219730号明細書に、この技法がさらに詳細に記載されている。
ャーを使用することができる。このジャーを回転または振動させると、液体溶媒中のセラミックボールが振動し前記粉末をすり潰して原料の粒子サイズを小さくする。任意に、特別にデザインされた攪拌器つきボールミルを使用し、ビーズを材料に混ぜ込んで加工することもできる。
商用的に入手することができるカルコゲン粉末およびその他の原料の例を以下の表Iに示す。
、液滴を生成させる。反応混合液を20分間激しく攪拌し、乳化させた後、得られた均一球状コロイドの熱混合物を冷有機溶媒槽(たとえばエタノール)に注ぎ、このカルコゲン(SeまたはS)小滴を凝固させる。
焼きなましの工程で加えられてもよい。詳細には、基板112と前記前躯体116を周囲温度から約200℃〜約600℃のプラトー温度範囲まで急激に加熱する。温度は、約数分の1秒〜約60分の期間の間、プラトー範囲に維持され、続いて減温される。
、0≦y≦1、0.5≦z≦1.5)で表わされる。
よって行うことができる。
た後に、ナトリウムおよび/またはナトリウム化合物を処理済みのカルコゲニド膜に加えることができることを理解されたい。したがって、本発明のこの実施形態によれば、CIGS形成後の膜が改質される。ナトリウムの場合、粒界に関連するキャリア・トラップ・
レベルが低くなり、膜の電子特性を改善することができる。上に挙げた材料などの、ナトリウムを含有した様々な材料を処理済みの膜の上に層132として付着させ、次に、焼きなましを施すことによってCIGS膜を処理することができる。
否かによる)からなる積層を構築することができる。
DOT(ポリ−3,4−エチレンジオキシチオフェン)、カーボン・ナノチューブもしくは関連する構造、または、スピン塗布、浸漬被覆あるいはスプレー・コーティングなどを使用して、あるいは様々な蒸着技術のいずれかの技術を使用して付着させることができる、単体または組合せの他の透明な有機材料の透明な層を備えることも可能である。また、無機材料と有機材料の組合せを使用して、混成の透明な導電性層を形成することも可能である。たとえば、本発明の譲受人に譲渡された、本願に援用される米国特許出願公告第20040187917号明細書に、このような透明な導電性層の実施例が記載されている。
重合体、または太陽電池または太陽モジュール基板としての使用に適した他の剛直材料からなっていてもよい。高速ピックアンドプレイスロボット1102を使用して、剛直な基板1100をスタックまたは他の保管エリアから加工エリアの上まで移動することができる。図4Aでは、基板1100がベルトコンベアの上に置かれ、ついでベルトコンベアで運ばれ様々な加工チャンバーの中を通過する。任意で、基板1100にはその時点までにいくつかの加工が既に施され、基板1100の上に前駆体層が既に形成されていてもよい。本発明のいくつかの実施形態では、基板1100がチャンバー1106を通過して前躯体層が形成される。一実施形態では、チャンバー内部の、あるいはチャンバーに連結されたカルコゲン源1062とともに部分的または完全に密閉されたチャンバーを使用して、このカルコゲン蒸気を供給することができる。より開放的なチャンバーを使用した他の実施例では、カルコゲン蒸気の発生源を供給し続けることによってカルコゲン雰囲気を提供することができる。カルコゲン蒸気は、膜中にカルコゲンが保たれるのを助けることができる。したがって、カルコゲン蒸気は過剰のカルコゲンを供給するために使用されることもあれば使用されないこともある。カルコゲン蒸気には、膜中により多くのカルコゲンを供給する働きよりも、膜中に存在するカルコゲンを保つ働きのほうが大きい可能性がある。カルコゲン蒸気への暴露は非真空環境下で行うことができる。カルコゲン蒸気への暴露は大気圧下で行うことができる。これらの条件は本明細書に記載されるどの実施形態にも適用することができる。
本発明の精神と範囲を逸脱することなく、手段と手順の各種の適応、変更、修飾、置換、削除、または追加が可能であることを十分に理解するであろう。例えばどの上記実施形態でも、前記粒子は球状、楕円形、または他の形のいずれであってもよいことを理解されたい。どの上記実施形態でも、コアシェル粒子の使用およびカルコゲン源の印刷層は所望に応じて組み合わされ、過剰量のカルコゲンを提供することができることを理解されたい。カルコゲン源からなる層は、コアシェル粒子を含有した層の上または下に形成されるか、またはこれと組み合わせられることができる。どの上記実施形態でも、セレンのようなカルコゲンは、ただしこれに限定されないが、元素状または非カルコゲン合金前駆体層の上か下に添加されることができる。任意で、この前駆体層の材料は、酸素を含んでいないか、実質的に酸素を含んでいない。
、テルル化銅、テルル化ガリウム、テルル化インジウムおよび同様および/または関連材料および/またはこれらの材料の融合物または混合物が含まれる。
−VIA 化合物でいっそう多くの比率範囲が創造される。Cu1In2は、前記Cu/(In+Ga)とGa/(In+Ga)の比率の独立した広範囲での変化を可能にするが、一方Cu11In9ではそうではない。たとえば、Cu11In9ではGa/(In+Ga)=0.25の比率に対してCu/(In+Ga)>0.92の比率のみを許容する。また他の例では、Cu11In9はGa/(In+Ga)=0.20の比率に対してCu/(In+Ga)>0.98の比率のみを許容する。また他の例では、Cu11In9はGa/(In+Ga)=0.15の比率に対してCu/(In+Ga)>1.04の比率のみを許容する。このように金属間材料は、とりわけ前記金属間材料が前記最終化合物の一元素の唯一の源である場合、前記最終化合物のCu/(In+Ga)組成比に関しては約0.7から約1.0の範囲、およびGa/(In+Ga)組成比に関しては約0.05から約0.3の範囲と、より広範囲に亘る化学量論比を持つ前記最終化合物を生成することができる。他の実施形態ではCu/(In+Ga)組成比は約0.01から約1.0の範囲が可能である。さらに他の実施形態では前記Cu/(In+Ga)組成比は約0.01から約1.1の範囲が可能である。さらに他の実施形態では前記Cu/(In+Ga)組成比は約0.01から約1.5の範囲が可能である。このことにより、通常、追加のCuxSeyを加えることが可能になり、これはもし上部表面に残存している場合には除去が可能である。
を含むことができる。前記グループIIIA元素材料の量は、所望の(前記前駆体材料中に約50モル%より多い、または50モル%より少ない前記元素)範囲であってよい。他の制限しない例では、Cu1Ga2を元素状Cuと元素状Inと共に用いることができる。この物質は金属間材料ではないが、この材料は中間固溶体であり、終末固溶体とは異なる。全ての固体粒子はCu1Ga2前駆体に基づいて生成される。この実施形態では乳濁液は用いられない。
InおよびGaと合金を形成していない銅(Cu、Cu−Se)を含む粒子であってよい。グループIIIA元素源は、Cuを含まずInを含む粒子(In−Se、In−Ga−Se)またはCuを含まずGaを含む粒子(Ga、Ga−Se、またはIn−Ga−Se)であることができる。他の実施形態では、これらのグループIB材料の組合せを窒化物または酸化物の形態で有する。さらに他の実施形態では、これらのグループIIIA材料の組合せを窒化物または酸化物の形態で有する。本発明では、任意の組合せの元素および/またはセレン化物(二成分、三成分、または多成分)でも使用できる。任意で、いくつかの他の実施形態では、所望の物質量の添加のためにIn2O3のような酸化物を用いることができる。一以上の固溶体が使用される上記のどの実施形態でも、多相合金、および/またはより一般的な合金を使用できることを理解されたい。上記の実施形態では、焼きなましの工程は、化合物膜のH2、CO、N2、Ar、H2Se、またはSe蒸気のような気体への暴露を含むことができる。
および2005年10月3日出願の「FORMATION OF COMPOUND FILM FOR PHOTOVOLTAIC DEVICE」という名称の米国特許出願第11/243,492号明細書。これらの関連出願は、その開示全体が本願に援用されている。
Claims (103)
- 基板の上に前駆体を形成する工程と、
吸収層を形成するために1つ以上のステップで前記前駆体を反応させる工程とを備える方法。 - a)1つ以上のグループIBの元素および2つ以上の異なるグループIIIAの元素を含有する、少なくとも1つの第1層、および
b)カルコゲン粒子を含有する、少なくとも1つの第2層から構成される1つまたは複数の別個の層からなる前駆体層を基板の上に形成する工程と、
前記カルコゲン粒子を溶解し、および、前記カルコゲン粒子と前記前駆体相中の1つ以上のグループIBの元素およびグループIIIAの元素を反応させてグループIB−IIIA−カルコゲニド化合物の膜を形成するために十分な温度まで前記前駆体層を加熱する工程とを備え、少なくとも前記前駆体層の粒子の一部が、少なくとも1つのグループIB−IIIA金属間合金相を含む金属間粒子である、方法。 - カルコゲン粒子が元素状カルコゲンを構成する請求項1に記載の方法。
- 前記第1層が前記第2層の上に形成される請求項1に記載の方法。
- 前記第2層が前記第1層の上に形成される請求項1に記載の方法。
- 前記第1層も元素状カルコゲン粒子を含有する請求項1に記載の方法。
- 前記第1層のグループIBの元素がグループIB−カルコゲニドの形態をもつ請求項1に記載の方法。
- 前記第1層のグループIIIAの元素がグループIIIA−カルコゲニドの形態をもつ請求項1に記載の方法。
- 元素状カルコゲン粒子を含有する第3層がさらに含まれる請求項1に記載の方法。
- 2つ以上の異なるグループIIIAの元素がインジウムおよびガリウムを含む請求項1に記載の方法。
- グループIBの元素が銅である請求項1に記載の方法。
- カルコゲン粒子がセレン、硫黄またはテルルの粒子である請求項1に記載の方法。
- 前記前駆体層が実質的に酸素を含まない請求項1に記載の方法。
- 前記前駆体層の形成が、
1つ以上のグループIBの元素を含有するナノ粒子と2つ以上のグループIIIAの元素を含有するナノ粒子を含む分散剤を形成する工程と、
前記基板の上に前記分散剤の膜を塗布する工程とを備える、請求項1に記載の方法。 - 前記前駆体層を形成する工程が、前記前駆体層を形成するために前記膜を焼成する工程を備えている、請求項1に記載の方法。
- 前記前駆体層の上に前記元素状カルコゲン粒子を含有する層を付着させるステップの前
に前記前駆体層の焼結が行われる請求項1に記載の方法。 - 前記基板がフレキシブル基板であり、
前記前駆体層の形成工程、前記前駆体層の上に前記元素状カルコゲン粒子の層を付着させる工程、および前記前駆体層およびカルコゲン粒子を加熱する工程のうちの少なくとも1つにおいて、前記フレキシブル基板にロール・ツー・ロール製造工程を使用する、請求項1に記載の方法。 - 前記基板がアルミニウム箔基板からなる請求項1に記載の方法。
- 前記グループIB−IIIA−カルコゲニド化合物がCuzIn(1−x)GaxS2(1−y)Se2y(ここで0.5≦z≦1.5、0≦x≦1.0および0≦y≦1.0)で表わされる請求項1に記載の方法。
- 前駆体層とカルコゲン粒子の加熱が、
前記基板と前駆体層を周囲温度から約200℃〜約600℃のプラトー温度範囲まで加熱する工程と、
前記基板と前駆体層を約数分の1秒ないし約60分の間、前記プラトー温度範囲に維持する工程と、
次いで前記基板と前駆体層の温度を低くする工程とを備える請求項1に記載の方法。 - 前記膜がグループIB−IIIA−VIA化合物を含有している請求項1に記載の方法。
- 前記反応させる工程は、適切な雰囲気中で前記層を過熱する工程からなる、請求項1に記載の方法。
- 前記分散剤の粒子の少なくとも一部はナノ小球の形態にある請求項1に記載の工程。
- 前記分散剤の粒子の少なくとも一部はナノ小球の形態にあり、かつ少なくとも1つのグループIIIAの元素を含有している請求項1に記載の方法。
- 前記分散剤の粒子の少なくとも一部は、1つの元素状のグループIIIAの元素から構成されるナノ小球の形態にある請求項1に記載の方法。
- 金属間相が最終固溶体相でない請求項1に記載の方法。
- 金属間相が固体でない請求項1に記載の方法。
- 金属間粒子が全粒子に含まれるグループIBの元素の約50モル%以下を占める請求項1に記載の方法。
- 金属間粒子が全粒子に含まれるグループIIIAの元素の約50モル%以下を占める請求項1に記載の方法。
- 金属間粒子が、前記基板上に付着させた分散剤に含まれるグループIBの元素の約50モル%以下、かつグループIIIAの元素の約50モル%以下を占める請求項1に記載の工程。
- 金属間粒子が、前記基板上に付着させた分散剤に含まれるグループIBの元素の約50
モル%以下、かつグループIIIAの元素の約50モル%以上を占める請求項1に記載の方法。 - 金属間粒子が、前記基板上に付着させた分散剤に含まれるグループIBの元素の約50モル%以上、かつグループIIIAの元素の約50モル%以下を占める請求項1に記載の工程。
- モル%が前記分散剤中に存在する全粒子中の元素の合計モル質量に基づく請求項10に記載の工程。
- 前記粒子の少なくとも一部はプレートレット形状を有する請求項1に記載の工程。
- 前記粒子の大多数はプレートレット形状を有する請求項1に記載の工程。
- 前記全粒子がプレートレット形状を有する請求項1に記載の工程。
- 前記付着工程が前記分散剤による前記基板のコーティングからなる請求項1に記載の方法。
- 前記分散剤が乳濁液である請求項1に記載の工程。
- 前記金属間材料が二元材料である請求項1に記載の方法。
- 前記金属間材料が三元材料である請求項1に記載の方法。
- 前記金属間材料がCu1In2からなる請求項1に記載の方法。
- 前記金属間材料がCu1In2のδ相の組成からなる請求項1に記載の方法。
- 前記金属間材料がCu1In2からなる請求項1に記載の方法。
- 前記金属間材料がCu1Ga2からなる請求項1に記載の方法。
- 前記金属間材料がCu1Ga2の中間固溶体からなる請求項1に記載の方法。
- 前記金属間材料がCu68Ga38からなる請求項1に記載の方法。
- 前記金属間材料がCu70Ga30からなる請求項1に記載の方法。
- 前記金属間材料がCu75Ga25からなる請求項1に記載の方法。
- 前記金属間材料が前記最終固溶体とこれに隣接する中間固溶体との中間相のCu−Gaからなる請求項1に記載の方法。
- 前記金属間材料がγ1相の組成のCu−Ga(約31.8〜約39.8重量%のGa)からなる請求項1に記載の方法。
- 前記金属間材料がγ2相の組成のCu−Ga(約36.0〜約39.9重量%のGa)からなる請求項1に記載の方法。
- 前記金属間材料がγ3相の組成のCu−Ga(約39.7〜約−44.9重量%のGa)からなる請求項1に記載の方法。
- 前記金属間材料がθ相の組成のCu−Ga(約66.7〜約68.7重量%のGa)からなる請求項1に記載の方法。
- 前記金属間材料がγ2相とγ3相の中間相の組成のCu−Gaからなる請求項1に記載の方法。
- 前記金属間材料が最終固溶体とγ1相の中間相の組成のCu−Gaからなる請求項1に記載の方法。
- 前記金属間材料がCuが豊富なCu−Gaからなる請求項1に記載の方法。
- ガリウムがグループIIIAの元素としてナノ小球の懸濁液の形態で組み込まれた請求項1に記載の方法。
- ガリウムのナノ小球が液体ガリウムの乳濁液を溶液中に生成することによって形成された請求項57に記載の工程。
- ガリウムが室温より低い温度に急冷された請求項57に記載の工程。
- 撹拌、機械的手段、電磁的手段、超音波手段、および/または分散剤および/または乳化剤の添加により溶液中への液体ガリウムの分散を維持または促進する工程をさらに含む請求項57に記載の工程。
- アルミニウム、テルル、または硫黄から選ばれる一つまたは複数の元素状粒子の混合物を添加する工程をさらに含む請求項1に記載の方法。
- 適切な雰囲気が、セレン、硫黄、テルル、H2、CO、H2Se、H2S、Ar、N2またはこれらの組合せあるいはブレンドを少なくとも1つ含有する請求項1に記載の方法。
- 適切な雰囲気が、H2、CO、Ar、およびN2のうちの少なくとも一つを含有する請求項1に記載の方法。
- 1つまたは複数の等級の粒子を1つまたは複数の無機材料でドープする請求項1に記載
の方法。 - 任意に1つまたは複数の等級の粒子をアルミニウム(Al)、硫黄(S)、ナトリウム
(Na)、カリウム(K)、またはリチウム(Li)から成るグループから選択される一つまたは複数の無機材料でドープする請求項1に記載の方法。 - 前記粒子がナノ粒子である請求項1に記載の方法。
- さらに、金属間相を含む原料から前記粒子を形成する工程を含む請求項1に記載の方法。
- a)1つ以上のグループIBの元素および2つ以上の異なるグループIIIAの元素を含有する、少なくとも1つの第1層、および
b)カルコゲン粒子を含有する、少なくとも1つの第2層、から構成される1つまたは複数の別個の層からなる前駆体を基板の上に前駆体を形成する工程と、
前記カルコゲン粒子を溶解し、前記カルコゲン粒子を、前記前駆体相中の1つ以上のグループIBの元素およびグループIIIAの元素と反応させ、グループIB−IIIA−カルコゲニド化合物の膜を形成するために十分な温度まで前記前駆体層を加熱する工程とを備える方法。 - 少なくとも前記前駆体層の粒子の一部が、少なくとも1つのグループIB−IIIA金属間合金相を含む金属間粒子である請求項68に記載の方法。
- カルコゲン粒子が元素状カルコゲンを構成する請求項68に記載の方法。
- 前記第1層が前記第2層の上に形成される請求項68に記載の方法。
- 前記第2層が前記第1層の上に形成される請求項68に記載の方法。
- 前記第1層も元素状カルコゲン粒子を含有する請求項68に記載の方法。
- 金属間相を含む原料から前記粒子を形成する工程をさらに含み、ナノ粒子が、粉砕、電気起爆ワイア(EEW)加工、蒸発濃縮(EC)、パルス化プラズマ加工、またはこれらの組合せのうちの1つにより形成される、請求項1に記載の方法。
- 基板の上に1つ以上のグループIBの元素および2つ以上のグループIIIAの元素を含む前駆体層を形成する工程と、
前記前駆体層を焼結させる工程と、
前記前駆体層の焼成後、前記前駆体層の上に元素状カルコゲン粒子を含有する層を形成する工程と、
前記カルコゲン粒子を融解し、前記カルコゲン粒子と前記前駆体中の前記グループIBの元素およびグループIIIAの元素を反応させ、グループIB−IIIA−カルコゲニド化合物の膜を形成するのに十分な温度まで前記前駆体層および前記カルコゲン粒子を加熱する工程とからなり、
前記前駆体中の粒子の少なくとも一部は、少なくも1つのグループIB−IIIA金属間合金相を含む金属間粒子である、グループIB−IIIA−カルコゲン化合物膜を形成するための方法。 - 前記基板がアルミニウム箔基板からなる請求項75に記載の方法。
- カルコゲン粒子がセレン、硫黄またはテルルの粒子からなる請求項75に記載の方法。
- 前記前駆体層が実質的に酸素を含まない請求項75に記載の方法。
- 前記前駆体層の形成が、1つ以上のグループIBの元素を含有するナノ粒子と2つ以上のグループIIIAの元素を含有するナノ粒子を含む分散剤を形成する工程と、前記基板の上に前記分散剤の膜を塗布する工程を含む請求項75に記載の方法。
- 前記基板がフレキシブル基板であり、
前記前駆体層の形成工程、前記前駆体層の上に前記元素状カルコゲン粒子の層を付着させる工程、および前記前駆体層およびカルコゲン粒子を加熱する工程のうちの少なくとも1つが前記フレキシブル基板にロール・ツー・ロール製造工程を使用する、請求項75に記載の方法。 - 前記グループIB−IIIA−カルコゲニド化合物がCuzIn(1−x)GaxS2(1−y)Se2y(ここで0.5≦z≦1.5、0≦x≦1.0および0≦y≦1.0)で表わされる請求項75に記載の方法。
- 前記前駆体層を焼結させる工程は、前記基板と前駆体層を周囲温度から約200℃〜約600℃のプラトー温度範囲まで加熱する工程と、前記基板と前駆体層を約数分の1秒ないし約60分の間、前記プラトー温度範囲に維持する工程と、次いで前記基板と前駆体層の温度を低くする工程とを備える、請求項75に記載の方法。
- 前記前駆体層とカルコゲン粒子を加熱する工程は、前記基板、前駆体層、およびカルコゲン粒子を周囲温度から約200℃〜約600℃のプラトー温度範囲まで加熱する工程と、前記基板と前駆体層を約数分の1秒ないし約60分の間、前記プラトー温度範囲に維持する工程と、次いで前記基板と前駆体層の温度を低くする工程とを備える、請求項75に記載の方法。
- 前記基板がアルミニウム箔基板からなる請求項75に記載の方法。
- 1つ以上のグループIBの元素および2つ以上の異なるグループIIIAの元素を含有する前駆体層を形成する工程と、
過剰のカルコゲン源を提供する追加カルコゲン粒子の層を形成し、前記前駆体層と前記追加カルコゲン層が互いに隣接している工程と、
前記の過剰のカルコゲン源を提供する粒子を融解させ、前記前駆体層を1つまたは複数のステップで反応させ、吸収層を形成するのに十分な温度まで前記前駆体層と前記追加カルコゲン層を加熱する工程とを備える、方法。 - 少なくとも前記前駆体層の粒子の一部が少なくとも1つのグループIB−IIIA金属間合金相を含む金属間粒子である請求項85に記載の方法。
- 前記余剰カルコゲン層が前記前駆体層の上に形成される請求項85に記載の方法。
- 前記余剰カルコゲン層が前記前駆体層の下に形成される請求項85に記載の方法。
- 過剰のカルコゲン源を提供している粒子が元素状カルコゲン粒子からなる請求項85に記載の方法。
- 過剰のカルコゲン源を提供している粒子がカルコゲニド粒子からなる請求項85に記載の方法。
- 過剰のカルコゲン源を提供している粒子がカルコゲンを豊富に含むカルコゲニド粒子からなる請求項85に記載の方法。
- 前記前駆体層が元素状カルコゲン粒子も含有している請求項85に記載の方法。
- 前記前駆体層グループIB元素がグループIB−カルコゲニドの形態にある請求項85に記載の方法。
- 前記前駆体層グループIIIA元素がグループIIIA−カルコゲニドの形態にある請求項85に記載の方法。
- 元素状カルコゲン粒子を含有する第3層をさらに含む請求項85に記載の方法。
- 前記膜が、前記粒子の前駆体層と前記前駆体層と接触しているナトリウムを含む材料からなる層で形成される請求項85に記載の方法。
- 前記膜は、前記粒子からなる前駆体層と、前記前駆体層に接触しているとともにグループ1Bの元素、グループIIIAの元素、グループVIAの元素、グループIAの元素(新しいスタイル:グループ1)、これらのグループの元素のうちのいずれかの元素の二元および/または多元合金、これらのグループの元素のうちのいずれかの元素の固溶体、銅、インジウム、ガリウム、セレン、銅インジウム、銅ガリウム、インジウムガリウム、ナトリウム、ナトリウム化合物、フッ化ナトリウム、硫化ナトリウムインジウム、セレン化銅、硫化銅、セレン化インジウム、硫化インジウム、セレン化ガリウム、硫化ガリウム、セレン化銅インジウム、硫化銅インジウム、セレン化銅ガリウム、硫化銅ガリウム、セレン化インジウムガリウム、硫化インジウムガリウム、セレン化銅インジウムガリウム、および銅硫化インジウムガリウムのうち少なくとも1つを含有している層とから形成されている、請求項85に記載の方法。
- 前記粒子がナトリウムを含有する請求項85に記載の方法。
- 前記粒子が約1原子%以下のナトリウムを含有する請求項85に記載の方法。
- 前記粒子がCu−Na、In−Na、Ga−Na、Cu−In−Na、Cu−Ga−Na、In−Ga−Na、Na−Se、Cu−Se−Na、In−Se−Na、Ga−Se−Na、Cu−In−Se−Na、Cu−Ga−Se−Na、In−Ga−Se−Na、Cu−In−Ga−Se−Na、Na−S、Cu−S−Na、In−S−Na、Ga−S−Na、Cu−In−S−Na、Cu−Ga−S−Na、In−Ga−S−Na、およびCu−In−Ga−S−Naのうちの少なくとも1つを含む、請求項85に記載の方法。
- 前記膜が、前記粒子からなる前駆体層と、有機カンターイオンをもつナトリウム化合物または無機カウンターイオンをもつナトリウム化合物を含有しているインクとから形成される請求項85に記載の方法。
- 前記膜が、前記粒子からなる前駆体層と、前記前駆体層に接触しているとともにナトリウムを含有している材料からなる層、および/または次の材料のうち少なくとも1つを含有する粒子:Cu−Na、In−Na、Ga−Na、Cu−In−Na、Cu−Ga−Na、In−Ga−Na、Na−Se、Cu−Se−Na、In−Se−Na、Ga−Se−Na、Cu−In−Se−Na、Cu−Ga−Se−Na、In−Ga−Se−Na、Cu−In−Ga−Se−Na、Na−S、Cu−S−Na、In−S−Na、Ga−S−Na、Cu−In−S−Na、Cu−Ga−S−Na、In−Ga−S−Na、またはCu−In−Ga−S−Na、および/または前記粒子と有機カンターイオンをもつナトリウム化合物または無機カウンターイオンをもつナトリウム化合物を含有しているインクから形成される請求項85に記載の方法。
- 加熱ステップの後、ナトリウム含有材料を前記膜に添加するステップをさらに備える、請求項85に記載の方法。
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