JP2010141307A - Method for manufacturing thin-film solar cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a thin-film solar cell with a low manufacturing cost, which can reliably and sufficiently diffuse an alkali metal to a light absorbing layer. <P>SOLUTION: The method for manufacturing a thin-film solar cell including a light absorbing layer 3 between a first electrode layer 2 and a second electrode layer 5 includes: a step of producing a light absorbing layer solution including Cu, In, and an alkali metal as elements; a step of producing a precursor by applying and drying the light absorbing layer solution on the first electrode layer; a step of heat-treating the precursor under a reduction atmosphere, and forming the light absorbing layer 3 including Cu, In, and the alkali metal as elements, on the first electrode layer 2; and a step of forming the second electrode layer 5 on the light absorbing layer 3. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、一対の電極層間に光吸収層を有する薄膜太陽電池の製法に関する。   The present invention relates to a method of manufacturing a thin film solar cell having a light absorption layer between a pair of electrode layers.

図1は、一般的な薄膜太陽電池の基本構造を示している。この薄膜太陽電池は、図1に示すように、例えば、ソーダライムガラスからなる基板1上に裏面電極となる、例えば、Moからなる第1電極層2が形成され、この第1電極層2上に化合物半導体薄膜からなる光吸収層3が形成され、その光吸収層3上にZnS、CdSなどからなるバッファ層4を介して、ZnOなどからなる透明の第2電極層5が形成されている。   FIG. 1 shows a basic structure of a general thin film solar cell. As shown in FIG. 1, the thin-film solar cell has a first electrode layer 2 made of, for example, Mo formed on a substrate 1 made of soda lime glass, for example, and is formed on the first electrode layer 2. A light absorption layer 3 made of a compound semiconductor thin film is formed, and a transparent second electrode layer 5 made of ZnO or the like is formed on the light absorption layer 3 through a buffer layer 4 made of ZnS, CdS, or the like. .

化合物半導体からなる光吸収層3としては、高いエネルギー変換効率が得られるものとして、Cu(In,Ga)Seからなる化合物半導体薄膜が用いられている。 As the light absorption layer 3 made of a compound semiconductor, a compound semiconductor thin film made of Cu (In, Ga) Se 2 is used as one capable of obtaining high energy conversion efficiency.

そして、従来、第1電極層2、光吸収層3、バッファ層4、第2電極層5は、通常、乾式法といわれる蒸着法やスパッタリング法によって形成されていた。   Conventionally, the first electrode layer 2, the light absorption layer 3, the buffer layer 4, and the second electrode layer 5 are usually formed by a vapor deposition method or a sputtering method called a dry method.

このような薄膜太陽電池は、ソーダライムガラスからなる基板1からのアルカリ金属が光吸収層3に拡散し、Cu(In,Ga)Seの結晶粒子を粒成長させ、これにより、エネルギー変換効率を向上することができる。 In such a thin-film solar cell, alkali metal from the substrate 1 made of soda lime glass diffuses into the light absorption layer 3 to grow crystal grains of Cu (In, Ga) Se 2 , thereby energy conversion efficiency. Can be improved.

また、従来、第1電極層2にセレン化ナトリウムを蒸着法で析出させ、その上にスパッタリング法により光吸収層3を形成する製法が知られている(特許文献1参照)。さらに、Cu(In,Ga)Se等を蒸着する際に、NaSe、NaS等の化合物を同時に蒸着させた後、熱処理する製法も知られている(特許文献2参照)。 Conventionally, a manufacturing method is known in which sodium selenide is deposited on the first electrode layer 2 by vapor deposition, and the light absorption layer 3 is formed thereon by sputtering (see Patent Document 1). Furthermore, a method is also known in which, when Cu (In, Ga) Se 2 or the like is vapor-deposited, a compound such as Na 2 Se or Na 2 S is vapor-deposited at the same time, followed by heat treatment (see Patent Document 2).

また、従来、スパッタリング法により第1電極層2を形成し、この第1電極層2上にアルカリ金属が溶解した溶液を塗布してアルカリ金属層を形成し、その表面にスパッタリング法により光吸収層3を形成した薄膜太陽電池の製法も知られている(特許文献3参照)。   Conventionally, the first electrode layer 2 is formed by a sputtering method, a solution in which an alkali metal is dissolved is applied on the first electrode layer 2 to form an alkali metal layer, and a light absorption layer is formed on the surface by a sputtering method. A method for producing a thin film solar cell in which 3 is formed is also known (see Patent Document 3).

さらに、スパッタリング法により第1電極層2、光吸収層3を形成した後、光吸収層3にアルカリ金属を含有した溶液を塗布してアルカリ金属層を形成し、この後、熱処理する製法も知られている(特許文献4参照)。   Furthermore, after forming the 1st electrode layer 2 and the light absorption layer 3 by sputtering method, the solution containing an alkali metal is apply | coated to the light absorption layer 3, an alkali metal layer is formed, and the manufacturing method of heat-processing after this is also known. (See Patent Document 4).

このような薄膜太陽電池の製法では、アルカリ金属層中のアルカリ金属が熱処理時に光吸収層3中に拡散し、光吸収層3中の結晶粒子を粒成長させることができる。   In such a method for manufacturing a thin film solar cell, the alkali metal in the alkali metal layer diffuses into the light absorption layer 3 during the heat treatment, and crystal grains in the light absorption layer 3 can be grown.

特開平8−222750号公報JP-A-8-222750 特開平8−102546号公報JP-A-8-102546 特開2003−282908号公報JP 2003-282908 A WO2005/109525号の再公表特許公報Republished patent publication of WO2005 / 109525

しかしながら、特許文献1の製法のように、第1電極層2上に蒸着法またはスパッタリング法によってアルカリ金属層を形成する場合、Na等のアルカリ金属層が吸湿性を有しているため、アルカリ金属層を形成した後、積層プリカーサを形成するまでの間に、アルカリ金属層が大気に触れ、変質して、第1電極層2から剥離してしまうという問題があった。   However, when an alkali metal layer is formed on the first electrode layer 2 by vapor deposition or sputtering as in the manufacturing method of Patent Document 1, the alkali metal layer such as Na has hygroscopicity. There was a problem that the alkali metal layer was exposed to the atmosphere and changed in quality after the layer was formed and before the multilayer precursor was formed, and peeled off from the first electrode layer 2.

特許文献2の製法では、アルカリ金属が吸湿性であるという問題に加え、蒸着装置の大型化やこれに伴う設備コストの増大という問題があった。このような特許文献1、2の問題は、蒸着法、スパッタリング法等の乾式法特有の問題であった。   In the production method of Patent Document 2, in addition to the problem that the alkali metal is hygroscopic, there is a problem that the deposition apparatus is enlarged and the equipment cost is increased. Such problems of Patent Documents 1 and 2 are problems peculiar to dry methods such as vapor deposition and sputtering.

一方、特許文献3、4の製法では、乾式法特有の問題は解決されるが、いずれも、アルカリ金属層を形成するため、熱処理時にアルカリ金属層から光吸収層3へのアルカリ金属の拡散を期待するしかなく、アルカリ金属の光吸収層3への拡散が不安定であり、アルカリ金属層の形成条件、熱処理条件等により、アルカリ金属の拡散状態が変化しやすいという問題があった。   On the other hand, in the production methods of Patent Documents 3 and 4, the problems peculiar to the dry process are solved. However, there is a problem that the diffusion of the alkali metal into the light absorption layer 3 is unstable, and the diffusion state of the alkali metal is easily changed depending on the formation conditions of the alkali metal layer, the heat treatment conditions, and the like.

本発明は、光吸収層へのアルカリ金属の拡散を確実にかつ十分に行うことができるとともに、製造コストが安価な薄膜太陽電池の製法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a method for producing a thin-film solar cell that can reliably and sufficiently diffuse an alkali metal into a light absorption layer and that is inexpensive to produce.

本発明の薄膜太陽電池の製法は、第1電極層と第2電極層との間に光吸収層を有する薄膜太陽電池の製法であって、元素としてCu、III-B族金属およびアルカリ金属を含有する光吸収層溶液を作製する工程と、該光吸収層溶液を前記第1電極層上に塗布して乾燥させることにより前駆体を作製する工程と、該前駆体を還元雰囲気で熱処理し、前記第1電極層上に、元素としてCu、III-B族金属およびアルカリ金属を含有する前記光吸収層を形成する工程と、該光吸収層上に前記第2電極層を形成する工程とを具備することを特徴とする。   The method for producing a thin film solar cell according to the present invention is a method for producing a thin film solar cell having a light absorption layer between a first electrode layer and a second electrode layer, wherein Cu, III-B group metal and alkali metal are used as elements. A step of preparing a light absorption layer solution containing, a step of preparing a precursor by applying the light absorption layer solution on the first electrode layer and drying, and heat-treating the precursor in a reducing atmosphere, Forming the light absorption layer containing Cu, III-B group metal and alkali metal as elements on the first electrode layer; and forming the second electrode layer on the light absorption layer. It is characterized by comprising.

本発明の薄膜太陽電池の製法では、元素としてCu、III-B族金属およびアルカリ金属を含有する光吸収層溶液を作製し、この光吸収層溶液を電極層上に塗布して乾燥し前駆体を作製し、還元雰囲気で熱処理して光吸収層を形成したので、光吸収層溶液中に、CuおよびIII-B族金属とともにアルカリ金属が溶解しており、アルカリ金属が光吸収層溶液中に均一に分散しているため、光吸収層溶液を塗布して乾燥することによりアルカリ金属の光吸収層内への拡散を確実にかつ十分に行うことができる。   In the method for producing a thin-film solar cell of the present invention, a light absorption layer solution containing Cu, III-B group metal and alkali metal as elements is prepared, and this light absorption layer solution is applied on the electrode layer and dried. Since the light absorption layer was formed by heat treatment in a reducing atmosphere, the alkali metal was dissolved together with the Cu and III-B metal in the light absorption layer solution, and the alkali metal was dissolved in the light absorption layer solution. Since it is uniformly dispersed, the diffusion of the alkali metal into the light absorption layer can be reliably and sufficiently performed by applying the light absorption layer solution and drying.

これにより、熱処理する際に、光吸収層を構成する結晶粒子をアルカリ金属により均一にかつ十分に粒成長させることができ、場所によって粒成長ムラ等が生じることがなく、製品毎のエネルギー変換効率をほぼ同一に制御でき、これにより、製造歩留まりを向上することが可能となる。   As a result, the crystal grains constituting the light absorption layer can be uniformly and sufficiently grown by alkali metal during heat treatment, and there is no unevenness of grain growth depending on the location, and energy conversion efficiency for each product. Can be controlled almost the same, which can improve the manufacturing yield.

また、Cu、III-B族金属およびアルカリ金属を含有する光吸収層溶液を用い、この光吸収層溶液を塗布、乾燥させて前駆体を作製し、これを熱処理して、光吸収層を作製するため、従来のように、光吸収層やアルカリ金属層を形成するために蒸着法またはスパッタリング法を用いることがないため、製造工程を簡略化でき、また、高価なガスや装置等を使用することがないため、製造コストも安価とできる。   Also, using a light absorbing layer solution containing Cu, III-B group metal and alkali metal, this light absorbing layer solution is applied and dried to prepare a precursor, which is then heat-treated to prepare a light absorbing layer Therefore, unlike the conventional method, the vapor deposition method or the sputtering method is not used to form the light absorption layer or the alkali metal layer, so that the manufacturing process can be simplified, and expensive gas, equipment, or the like is used. Therefore, the manufacturing cost can be reduced.

また、本発明の薄膜太陽電池の製法では、前記還元雰囲気はSeを含有する雰囲気であり、熱処理することにより、元素としてCu、III-B族金属、Seおよびアルカリ金属を含有する前記光吸収層を形成することを特徴とする。このような製法では、Cu、III-B族金属およびアルカリ金属を含有する前駆体を、Seを含有する雰囲気で熱処理することにより、光吸収層をセレン化し、Cu、III-B族金属、Seおよびアルカリ金属を含有する光吸収層を構成でき、アルカリ金属元素による粒成長をさらに促進することができ、エネルギー変換効率をさらに向上できる。   In the method for producing a thin-film solar cell of the present invention, the reducing atmosphere is an atmosphere containing Se, and the heat absorption layer contains Cu, III-B metal, Se, and an alkali metal as elements by heat treatment. It is characterized by forming. In such a manufacturing method, a light-absorbing layer is selenized by heat-treating a precursor containing Cu, a group III-B metal and an alkali metal in an atmosphere containing Se, and Cu, a group III-B metal, Se And a light absorption layer containing an alkali metal can be formed, grain growth by the alkali metal element can be further promoted, and energy conversion efficiency can be further improved.

さらに、本発明の薄膜太陽電池の製法では、前記光吸収層溶液は元素としてSeを含有し、熱処理することにより、元素としてCu、III-B族金属、Seおよびアルカリ金属を含有する前記光吸収層を形成することを特徴とする。このような製法では、前駆体中にCu、III-B族金属、Seおよびアルカリ金属を含有するため、還元雰囲気での熱処理による粒成長をさらに促進することができ、エネルギー変換効率をさらに向上できる。   Furthermore, in the method for producing a thin-film solar cell of the present invention, the light absorption layer solution contains Se as an element, and the light absorption containing Cu, III-B group metal, Se, and an alkali metal as an element by heat treatment. A layer is formed. In such a production method, Cu, a group III-B metal, Se, and an alkali metal are contained in the precursor, so that grain growth by heat treatment in a reducing atmosphere can be further promoted, and energy conversion efficiency can be further improved. .

また、本発明の薄膜太陽電池の製法では、前記光吸収層溶液は、Cuを含有する溶液、III-B族金属を含有する溶液およびアルカリ金属を含有する溶液を作製し、これらの溶液を混合して作製されることを特徴とする。   In the method for manufacturing a thin-film solar battery of the present invention, the light absorption layer solution is prepared by preparing a solution containing Cu, a solution containing a group III-B metal, and a solution containing an alkali metal, and mixing these solutions. It is characterized by being manufactured.

このような製法では、Cuを含有する溶液、III-B族金属を含有する溶液およびアルカリ金属を含有する溶液を作製し、混合するため、Cu、Inおよびアルカリ金属を均一溶解でき、また、アルカリ金属の混合ムラがなくなり、均一分散混合できるため、均一な結晶成長を実現して成膜の均一性をさらに向上できるとともに、結晶粒径をさらに大きくすることができる。   In such a manufacturing method, a solution containing Cu, a solution containing a group III-B metal, and a solution containing an alkali metal are prepared and mixed, so that Cu, In, and the alkali metal can be uniformly dissolved, Since there is no uneven mixing of the metal and uniform dispersion mixing is possible, uniform crystal growth can be realized to further improve the uniformity of film formation, and the crystal grain size can be further increased.

さらに、本発明の薄膜太陽電池の製法では、前記還元雰囲気が水分除去した雰囲気であることを特徴とする。このような製法では、水分を除去した還元雰囲気で熱処理するため、光吸収層中のアルカリ金属が水分を吸収することを抑制でき、光吸収層の変質を抑制することができる。   Furthermore, in the method for manufacturing a thin-film solar battery according to the present invention, the reducing atmosphere is an atmosphere from which moisture has been removed. In such a manufacturing method, since heat treatment is performed in a reducing atmosphere from which moisture has been removed, alkali metal in the light absorption layer can be prevented from absorbing moisture, and alteration of the light absorption layer can be suppressed.

さらに、本発明の薄膜太陽電池の製法では、前記光吸収層溶液は、カルコゲン元素含有有機化合物とルイス塩基性有機溶剤とを含む溶媒に、元素としてCuを含む原料、III-B族金属を含む原料およびアルカリ金属を含む原料を溶解させて成ることを特徴とする。   Furthermore, in the method for producing a thin-film solar battery according to the present invention, the light absorption layer solution includes a raw material containing Cu as an element and a group III-B metal in a solvent containing a chalcogen element-containing organic compound and a Lewis basic organic solvent. It is characterized by dissolving a raw material and a raw material containing an alkali metal.

このような製法では、カルコゲン元素含有有機化合物およびルイス塩基性有機溶剤がCu、III-B族金属およびアルカリ金属と安定な錯体を形成することができ、原料を高濃度に溶解することができる。よって、光吸収層溶液の粘度を高めて、厚くて原料が均一に分布した良好な前駆体を形成することができる。   In such a production method, the chalcogen element-containing organic compound and the Lewis basic organic solvent can form a stable complex with Cu, a group III-B metal and an alkali metal, and the raw material can be dissolved at a high concentration. Therefore, it is possible to increase the viscosity of the light absorption layer solution and form a good precursor that is thick and has a uniform distribution of raw materials.

さらに、本発明の薄膜太陽電池の製法では、前記光吸収層溶液は、前記溶媒にCuまたはIII-B族金属が、単体金属の状態またはこれらの合金の状態で直接溶解されて成ることを特徴とする。   Furthermore, in the method for producing a thin-film solar cell according to the present invention, the light absorption layer solution is formed by directly dissolving Cu or a group III-B metal in the state of a single metal or an alloy thereof in the solvent. And

なお、前記溶媒にCuまたはIII-B族金属が、単体金属の状態で直接溶解されて成るというのは、前記溶媒にCuまたはIII-B族金属が単体金属の状態で直接、前記溶媒に溶解されていることをいう。また、前記溶媒にCuまたはIII-B族金属が合金の状態で直接溶解されて成るというのは、前記溶媒に、CuとIII-B族金属との合金またはIII-B族金属同士の合金が直接、前記溶媒に溶解されていることをいう。   Note that Cu or III-B metal is directly dissolved in the solvent in the state of a single metal because the Cu or III-B metal is dissolved in the solvent directly in the state of a single metal. It means being done. In addition, Cu or III-B metal is directly dissolved in the solvent in the state of the alloy because the alloy of Cu and III-B metal or the alloy of III-B metal is included in the solvent. Directly dissolved in the solvent.

このような製法では、CuやIII-B族金属を有機金属化合物や金属塩等に変換することなく、直接溶解しているため、光吸収層溶液に光吸収層を構成する成分以外の不純物が残存するのを良好に抑制することができる。また、有機金属化合物や金属塩等への変換が不要となり工程を簡略化できる。   In such a production method, Cu or III-B group metal is directly dissolved without being converted into an organometallic compound or metal salt, so that impurities other than the components constituting the light absorption layer are contained in the light absorption layer solution. It can suppress favorably remaining. Moreover, the conversion to an organometallic compound or a metal salt is unnecessary, and the process can be simplified.

本発明の薄膜太陽電池の製法によれば、光吸収層溶液中に、CuおよびInとともにアルカリ金属が溶解しており、アルカリ金属が光吸収層溶液中に均一に分散しているため、光吸収層溶液を塗布して乾燥することによりアルカリ金属の光吸収層内への拡散を確実にかつ十分に行うことができる。これにより、製品毎のエネルギー変換効率をほぼ同一に制御でき、製造歩留まりを向上することが可能となる。また、従来のように、光吸収層やアルカリ金属層の形成に蒸着法またはスパッタリング法等を用いることがないため、製造工程を簡略化でき、さらに、高価なガスや装置等を使用する必要がないため、製造コストも安価にできる。   According to the method of manufacturing a thin film solar cell of the present invention, the alkali metal is dissolved together with Cu and In in the light absorption layer solution, and the alkali metal is uniformly dispersed in the light absorption layer solution. By applying and drying the layer solution, it is possible to reliably and sufficiently diffuse the alkali metal into the light absorption layer. Thereby, the energy conversion efficiency for every product can be controlled to be substantially the same, and the production yield can be improved. Further, unlike the conventional method, the vapor deposition method or the sputtering method is not used for the formation of the light absorption layer or the alkali metal layer, so that the manufacturing process can be simplified, and it is necessary to use an expensive gas or apparatus. Therefore, the manufacturing cost can be reduced.

薄膜太陽電池の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a thin film solar cell.

本発明の製法により作製された薄膜太陽電池は、一対の電極層間に光吸収層を有する薄膜太陽電池であり、例えば、図1に示したように、基板1上に裏面電極となる第1電極層2が形成され、この第1電極層2上に化合物半導体薄膜からなる光吸収層3が形成され、その光吸収層3上にバッファ層4を介して透明の第2電極層5が形成されている。   The thin film solar cell produced by the manufacturing method of the present invention is a thin film solar cell having a light absorption layer between a pair of electrode layers. For example, as shown in FIG. A layer 2 is formed, a light absorption layer 3 made of a compound semiconductor thin film is formed on the first electrode layer 2, and a transparent second electrode layer 5 is formed on the light absorption layer 3 via a buffer layer 4. ing.

基板1としては、例えば、ソーダライムガラス基板、Mo、SUSなどの金属基板、ポリイミドなどの樹脂基板等を用いることができる。この基板1上には第1電極層2が形成され、この第1電極層2上に光吸収層3が形成されている。この光吸収層3上にバッファ層4を介して第2電極層5が形成され、光吸収層3は第1電極層2と第2電極層5により挟持されており、これにより、一対の第1、第2電極層2、5間に光吸収層3を有する薄膜太陽電池が構成されている。   As the substrate 1, for example, a soda lime glass substrate, a metal substrate such as Mo or SUS, a resin substrate such as polyimide, or the like can be used. A first electrode layer 2 is formed on the substrate 1, and a light absorption layer 3 is formed on the first electrode layer 2. A second electrode layer 5 is formed on the light absorption layer 3 via the buffer layer 4, and the light absorption layer 3 is sandwiched between the first electrode layer 2 and the second electrode layer 5. 1, a thin film solar cell having a light absorption layer 3 between the second electrode layers 2 and 5 is configured.

尚、基板1、第1電極層2、光吸収層3、バッファ層4、第2電極層5を順次積層した例について説明したが、本発明では、一対の第1、第2電極層2、5間に光吸収層3を有する限り、上記層の間に種々の中間層を形成しても良い。また、本発明は基板1を有しないタイプ、言い換えれば、第1電極層2が基板として機能するタイプであっても良い。   In addition, although the example which laminated | stacked the board | substrate 1, the 1st electrode layer 2, the light absorption layer 3, the buffer layer 4, and the 2nd electrode layer 5 was demonstrated sequentially, in this invention, a pair of 1st, 2nd electrode layer 2, As long as the light absorption layer 3 is provided between the layers 5, various intermediate layers may be formed between the layers. Further, the present invention may be of a type that does not have the substrate 1, in other words, a type in which the first electrode layer 2 functions as a substrate.

化合物半導体からなる光吸収層3としては、高いエネルギー変換効率が得られるものとして、カルコパイライト構造からなる化合物半導体が用いられる。カルコパイライト構造からなる化合物半導体としては、I-III-VI族化合物半導体が用いられ、例えば、CuInSe、Cu(In,Ga)Seが挙げられる。I-III-VI族化合物半導体とは、I−B族(11族ともいう)元素とIII-B族(13族ともいう)元素とVI-B族(16族ともいう)元素との化合物半導体である。 As the light absorption layer 3 made of a compound semiconductor, a compound semiconductor made of a chalcopyrite structure is used so that high energy conversion efficiency can be obtained. As a compound semiconductor having a chalcopyrite structure, an I-III-VI group compound semiconductor is used, and examples thereof include CuInSe 2 and Cu (In, Ga) Se 2 . The I-III-VI group compound semiconductor is a compound semiconductor composed of a group IB (also referred to as group 11) element, a group III-B (also referred to as group 13) element and a group VI-B (also referred to as group 16) element. It is.

本発明の薄膜太陽電池の製法について説明する。先ず、例えば、ソーダライムガラスからなる基板1を準備する。この基板1に第1電極層2を形成する。この第1電極層2は、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、クロム(Cr)、ポリシリコン(SiO)、メタルシリサイド、またはアルミニウム(Al)等のうちいずれかの電極材料を用いることが望ましい。第1電極層2は、蒸着法、スパッタリング法、塗布法などで形成することができる。 The manufacturing method of the thin film solar cell of this invention is demonstrated. First, for example, a substrate 1 made of soda lime glass is prepared. A first electrode layer 2 is formed on the substrate 1. The first electrode layer 2 is made of any electrode material selected from molybdenum (Mo), tungsten (W), chromium (Cr), polysilicon (SiO 2 ), metal silicide, aluminum (Al), and the like. desirable. The first electrode layer 2 can be formed by a vapor deposition method, a sputtering method, a coating method, or the like.

次に、第1電極層2上に光吸収層3を形成する。先ず、光吸収層3を形成するための光吸収層溶液を作製する。この光吸収層溶液は、Cu、III-B族金属およびアルカリ金属が溶解した溶液であり、Cu、III-B族金属およびアルカリ金属と、含窒素溶媒とを含有して構成されている。なお、III-B族金属とは、GaやInなどのIII-B族(13族ともいう)金属である。III-B族金属は1種の元素であってもよく、2種以上の元素であってもよい。光吸収層溶液は、Cu、In、Gaおよびアルカリ金属が溶解した溶液であることが望ましい。さらには、Cu、In、Ga、Seおよびアルカリ金属が溶解した溶液であることが望ましい。以下、光吸収層溶液が、Cu、In、Gaおよびアルカリ金属を含有する場合について説明する。   Next, the light absorption layer 3 is formed on the first electrode layer 2. First, a light absorption layer solution for forming the light absorption layer 3 is prepared. This light absorption layer solution is a solution in which Cu, a Group III-B metal and an alkali metal are dissolved, and includes a Cu, a Group III-B metal and an alkali metal, and a nitrogen-containing solvent. Note that the group III-B metal is a group III-B (also referred to as group 13) metal such as Ga or In. The group III-B metal may be one element or two or more elements. The light absorption layer solution is desirably a solution in which Cu, In, Ga, and an alkali metal are dissolved. Furthermore, a solution in which Cu, In, Ga, Se, and an alkali metal are dissolved is desirable. Hereinafter, the case where the light absorption layer solution contains Cu, In, Ga, and an alkali metal will be described.

含窒素溶媒としては、例えば、アンモニア、ヒドラジン、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、エチレンジアミン、エタノールアミン、アリルアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンおよびアニリンのうち少なくとも一種を用いることができる。   As the nitrogen-containing solvent, for example, at least one of ammonia, hydrazine, methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, diethylamine, triethylamine, ethylenediamine, ethanolamine, allylamine, ethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, and aniline should be used. Can do.

光吸収層溶液は、銅化合物、インジウム化合物、ガリウム化合物およびアルカリ金属化合物を、上記した含窒素溶媒に溶解して構成されている。銅化合物としては、例えば、銅、セレン化銅、硫化銅があり、インジウム化合物としては、例えば、インジウム、セレン化インジウム、硫化インジウムがあり、ガリウム化合物としては、例えば、ガリウム、セレン化ガリウム、硫化ガリウムが用いられる。尚、銅は銅化合物ではないが、便宜上、本願明細書中では、銅を銅化合物として記載した。インジウム化合物中のインジウム、ガリウム化合物中のガリウムも同様である。   The light absorption layer solution is constituted by dissolving a copper compound, an indium compound, a gallium compound, and an alkali metal compound in the nitrogen-containing solvent described above. Examples of the copper compound include copper, copper selenide, and copper sulfide. Examples of the indium compound include indium, indium selenide, and indium sulfide. Examples of the gallium compound include gallium, gallium selenide, and sulfide. Gallium is used. In addition, although copper is not a copper compound, in this specification, copper was described as a copper compound for convenience. The same applies to indium in an indium compound and gallium in a gallium compound.

アルカリ金属化合物は、有機酸アルカリ金属塩、有機アルカリ金属塩、セレン化アルカリ金属塩のうちの少なくとも1種を用いることができる。   As the alkali metal compound, at least one of an organic acid alkali metal salt, an organic alkali metal salt, and an alkali metal selenide salt can be used.

有機酸アルカリ金属塩としては、酢酸リチウム(CHCOOLi)、酢酸ナトリウム(CHCOONa)、酢酸カリウム(CHCOOK)などを用いることが望ましい。有機アルカリ金属塩としては、メチルリチウム、メチルナトリウム、メチルカリウム、エチルリチウム、エチルナトリウム、エチルカリウムなどを用いることができる。セレン化アルカリ金属塩としては、セレン化リチウム(LiSe)、セレン化ナトリウム(NaSe)、セレン化カリウム(KSe)を用いることができる。硫化リチウム(LiS)、テルル化リチウム(LiTe)、硫化ナトリウム(NaS)、テルル化ナトリウム(NaTe)、硫化カリウム(KS)、テルル化カリウム(KTe)をも用いることが可能である。 As the organic acid alkali metal salt, lithium acetate (CH 3 COOLi), sodium acetate (CH 3 COONa), potassium acetate (CH 3 COOK), or the like is preferably used. As the organic alkali metal salt, methyl lithium, methyl sodium, methyl potassium, ethyl lithium, ethyl sodium, ethyl potassium and the like can be used. As the alkali metal selenide, lithium selenide (Li 2 Se), sodium selenide (Na 2 Se), or potassium selenide (K 2 Se) can be used. Lithium sulfide (Li 2 S), lithium telluride (Li 2 Te), sodium sulfide (Na 2 S), sodium telluride (Na 2 Te), potassium sulfide (K 2 S), potassium telluride (K 2 Te) Can also be used.

光吸収層溶液は、例えば、銅化合物を含窒素溶媒に溶解した溶液、インジウム化合物を含窒素溶媒に溶解した溶液、ガリウム化合物を含窒素溶媒に溶解した溶液、さらに、上記アルカリ金属化合物を含窒素溶媒に溶解した溶液の4種の溶液を混合することにより作製できる。これにより、Cu、In、Gaおよびアルカリ金属が有機溶媒に均一に溶解した光吸収層溶液を調合することができる。   The light absorption layer solution includes, for example, a solution in which a copper compound is dissolved in a nitrogen-containing solvent, a solution in which an indium compound is dissolved in a nitrogen-containing solvent, a solution in which a gallium compound is dissolved in a nitrogen-containing solvent, and a nitrogen-containing solution of the alkali metal compound. It can be produced by mixing four types of solutions dissolved in a solvent. Thereby, the light absorption layer solution which Cu, In, Ga, and the alkali metal melt | dissolved uniformly in the organic solvent can be prepared.

アルカリ金属化合物は、有機酸アルカリ金属塩、有機アルカリ金属塩、セレン化アルカリ金属塩等を用い、これを有機溶媒に溶解させることにより、アルカリ金属を均一に分散混合することができる。さらに、アルカリ金属化合物が溶解する有機溶媒として、Cu、In、Gaが溶解した有機溶媒と同一種のものを用いることが望ましい。これにより、アルカリ金属が溶解した溶液を、Cu、InおよびGaを含有する溶液に混合し易くすることができるとともに、混合時の再析出の問題をなくすことができる。   As the alkali metal compound, an organic acid alkali metal salt, an organic alkali metal salt, an alkali metal selenide, or the like is used, and the alkali metal can be uniformly dispersed and mixed by dissolving it in an organic solvent. Furthermore, it is desirable to use the same type of organic solvent in which Cu, In, and Ga are dissolved as the organic solvent in which the alkali metal compound is dissolved. Thereby, the solution in which the alkali metal is dissolved can be easily mixed with the solution containing Cu, In and Ga, and the problem of reprecipitation at the time of mixing can be eliminated.

光吸収層溶液は、Cu、InおよびGaを含有する一つの溶液に、有機酸アルカリ金属塩、有機アルカリ金属塩およびセレン化アルカリ金属塩のうち少なくとも1種を有機溶媒に溶解した溶液を、添加混合して作製することもできる。   The light absorption layer solution is a solution containing at least one of an organic acid alkali metal salt, an organic alkali metal salt and an alkali selenide salt in an organic solvent, added to one solution containing Cu, In and Ga. It can also be produced by mixing.

そして、この光吸収層溶液を、上記した基板1の第1電極層2上に塗布し、乾燥して前駆体を作製し、この前駆体を還元雰囲気で熱処理し、第1電極層2上に光吸収層3を形成することができる。この光吸収層3の厚みは、例えば、1.0〜2.5μmとされている。   And this light absorption layer solution is apply | coated on the 1st electrode layer 2 of the above-mentioned board | substrate 1, it dries and produces a precursor, This precursor is heat-processed in a reducing atmosphere, on the 1st electrode layer 2, The light absorption layer 3 can be formed. The thickness of the light absorption layer 3 is, for example, 1.0 to 2.5 μm.

第1電極層2上への光吸収層溶液の塗布は、スピンコータ、スクリーン印刷、ディッピング、スプレー、ダイコータなどを用いることが望ましい。乾燥は、還元雰囲気下で行うことが望ましい。乾燥時の温度は、例えば、50〜300℃で行う。   The application of the light absorption layer solution onto the first electrode layer 2 is desirably performed using a spin coater, screen printing, dipping, spraying, a die coater, or the like. Drying is desirably performed in a reducing atmosphere. The temperature at the time of drying is 50-300 degreeC, for example.

光吸収層溶液は、有機溶媒または配位子のC、H、N等とCu、In、Gaとが結合したものと、Cu、In、Gaと結合していないC、H、N等が存在しているが、乾燥することにより得られる前駆体は、C、H、N等とCu、In、Gaとが結合したもので構成されている。   The light absorption layer solution includes organic solvents or ligands such as C, H, and N that are bonded to Cu, In, and Ga, and C, H, and N that are not bonded to Cu, In, and Ga. However, the precursor obtained by drying is composed of a combination of C, H, N, etc. and Cu, In, Ga.

熱処理は、還元雰囲気下で行うことが望ましい。これにより、CuInSe、Cu(In,Ga)Se等からなる光吸収層が得られる。特には、窒素雰囲気、フォーミングガス雰囲気および水素雰囲気のうちいずれかであることが望ましい。熱処理時の還元雰囲気は、吸湿剤を通して水分除去した還元雰囲気であることが望ましい。吸湿剤は、水分を除去できるものであれば特に制限はないが、モレキュラーシーブなどが好適に用いられる。熱処理温度は、例えば、400℃〜600℃とされている。 The heat treatment is desirably performed in a reducing atmosphere. Thus, CuInSe 2, Cu (In, Ga) light-absorbing layer consisting of Se 2, etc. can be obtained. In particular, any one of a nitrogen atmosphere, a forming gas atmosphere, and a hydrogen atmosphere is desirable. The reducing atmosphere during the heat treatment is preferably a reducing atmosphere in which moisture is removed through a hygroscopic agent. The hygroscopic agent is not particularly limited as long as it can remove moisture, but a molecular sieve or the like is preferably used. The heat treatment temperature is set to 400 ° C. to 600 ° C., for example.

光吸収層3の形成後に、表面のCuSeなどからなる高抵抗層をKCN水溶液でエッチングし、除去することが望ましい。 After the formation of the light absorption layer 3, it is desirable to remove the high resistance layer made of Cu 2 Se or the like on the surface by etching with a KCN aqueous solution.

この後、光吸収層3の上にヘテロ接合のためのn型のバッファ層4を形成する。バンドギャップが小さくて、短波長側の光を透過しにくい、CdS、ZnS、ZnSe、ZnMgO、ZnS/ZnMgO、ZnO、InS、InSe、In(OH)、ZnInSe、ZnInS、ZnSSe、CuI、Mg(OH)などの材料が用いられる。これらは、浸漬塗布法、CBD法(溶液成長法)等により光吸収層まで形成した基板を水溶液に浸して微粒子を堆積させるように作製することができる。 Thereafter, an n-type buffer layer 4 for heterojunction is formed on the light absorption layer 3. CdS, ZnS, ZnSe, ZnMgO, ZnS / ZnMgO, ZnO, InS, InSe, In (OH) 3 , ZnInSe, ZnInS, ZnSSe, CuI, Mg Materials such as OH) 2 are used. These can be produced by immersing a substrate formed up to the light absorption layer by a dip coating method, a CBD method (solution growth method) or the like in an aqueous solution to deposit fine particles.

次に、バッファ層4上にITO、ZnOからなる透明の第2電極層5を形成する。この第2電極層は、スパッタ、スプレー、コーティングにより形成することができる。バッファ層4の厚みは、例えば、10〜200nmとされ、第2電極層5の厚みは、例えば、0.5〜3.0μmとされている。   Next, a transparent second electrode layer 5 made of ITO or ZnO is formed on the buffer layer 4. This second electrode layer can be formed by sputtering, spraying or coating. The thickness of the buffer layer 4 is, for example, 10 to 200 nm, and the thickness of the second electrode layer 5 is, for example, 0.5 to 3.0 μm.

本発明の薄膜太陽電池の製法では、光吸収層溶液中に、Cu、III-B族金属とともにアルカリ金属が溶解しており、この光吸収層溶液を塗布して乾燥することによりアルカリ金属の光吸収層内への拡散を確実かつ十分に行うことができる。従って、熱処理する際に、光吸収層3を構成する粒子をアルカリ金属により均一に粒成長させることができ、場所によって粒成長ムラ等が生じることがなく、製品毎のエネルギー変換効率をほぼ同一に制御でき、これにより、製造歩留まりを向上できる。   In the method for producing a thin film solar cell of the present invention, an alkali metal is dissolved together with Cu and III-B metals in the light absorption layer solution, and the light of the alkali metal is coated and dried. Diffusion into the absorption layer can be performed reliably and sufficiently. Therefore, during heat treatment, the particles constituting the light absorption layer 3 can be grown uniformly with alkali metal, and there is no grain growth unevenness depending on the location, and the energy conversion efficiency for each product is almost the same. Can be controlled, thereby improving the production yield.

また、Cu、III-B族金属およびアルカリ金属を含有する光吸収層溶液を作製し、塗布し熱処理して、光吸収層3を作製するため、従来のように、光吸収層3の形成やアルカリ金属層の形成に蒸着法またはスパッタリング法を用いることがないため、製造工程を簡略化でき、また、高価なガスや装置等を使用することがないため、製造コストも安価とできる。   In addition, since a light absorption layer solution containing Cu, III-B group metal and alkali metal is prepared, applied and heat-treated to prepare the light absorption layer 3, Since an evaporation method or a sputtering method is not used for forming the alkali metal layer, the manufacturing process can be simplified, and an expensive gas or apparatus is not used, so that the manufacturing cost can be reduced.

尚、上記例では、Cu、In、Gaおよびアルカリ金属からなる光吸収層3について説明したが、本発明では、熱処理時に、雰囲気中にSeを含有させ、セレン化雰囲気で熱処理することにより、光吸収層3中にSeを含有せしめることができ、これにより、アルカリ金属による粒成長をさらに促進することが可能となる。また、雰囲気中にSを含有させることにより、光吸収層3中にSを含有せしめることができる。   In the above example, the light absorption layer 3 made of Cu, In, Ga, and an alkali metal has been described. However, in the present invention, when heat treatment is performed, Se is contained in the atmosphere and heat treatment is performed in a selenization atmosphere. Se can be contained in the absorption layer 3, whereby it is possible to further promote grain growth by the alkali metal. Moreover, S can be contained in the light absorption layer 3 by containing S in the atmosphere.

さらに、光吸収層溶液中に、Cu、In、Ga、アルカリ金属のみならず、Seも含有させることによっても、光吸収層3中にSeを含有せしめることができ、この場合でも、アルカリ金属による粒成長をさらに促進することが可能となる。Seは、セレン化合物が、上記した含窒素溶媒に溶解して構成されており、セレン化合物としては、例えば、セレン、硫化セレンがあり、これをCu、In、Ga、アルカリ金属の溶液と混合した光吸収層溶液を用いて作製できる。また、銅化合物としてセレン化銅、またはインジウム化合物としてセレン化インジウム、またはガリウム化合物としてセレン化ガリウム、またはアルカリ金属化合物としてセレン化アルカリ金属を用いることにより、光吸収層中にSeを含有せしめることもできる。   Furthermore, by including not only Cu, In, Ga, and an alkali metal but also Se in the light absorption layer solution, Se can be included in the light absorption layer 3. It becomes possible to further promote grain growth. Se is composed of a selenium compound dissolved in the above nitrogen-containing solvent. Examples of the selenium compound include selenium and selenium sulfide, which are mixed with a solution of Cu, In, Ga, and an alkali metal. It can produce using a light absorption layer solution. Further, by using copper selenide as the copper compound, indium selenide as the indium compound, gallium selenide as the gallium compound, or alkali metal selenide as the alkali metal compound, Se can be contained in the light absorption layer. it can.

上記例では、含窒素溶媒中にセレン化銅などの金属カルコゲナイドを溶解させ、この溶液を塗布焼成する方法で説明したが、銅、インジウム、ガリウム、さらにセレン、硫黄を一つの分子中に含有させた単一源前駆体を含窒素化合物、例えばアンモニア、ヒドラジン、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、エチレンジアミン、エタノールアミン、アリルアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、アニリン、ピリジン、さらにアルコール類、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、テルピネオール、プロピレングリコール、さらにアセトン、アセトニトリル、トルエン、キシレンなどに溶解させ、塗布焼成したものでも良い。   In the above example, the metal chalcogenide such as copper selenide is dissolved in a nitrogen-containing solvent and this solution is applied and baked. However, copper, indium, gallium, selenium, and sulfur are contained in one molecule. Nitrogen-containing compounds such as ammonia, hydrazine, methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, diethylamine, triethylamine, ethylenediamine, ethanolamine, allylamine, ethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, aniline, pyridine, Furthermore, alcohols such as methanol, ethanol, propanol, butanol, terpineol, propylene glycol, and acetone, acetonitrile, toluene, xylene, etc. There.

また、光吸収層溶液は、カルコゲン元素含有有機化合物とルイス塩基性有機溶剤とを含む溶媒(以下、混合溶媒Sという)に、元素としてCuを含む原料、III-B族金属を含む原料およびアルカリ金属を含む原料を溶解させて成ることが好ましい。これにより、カルコゲン元素含有有機化合物およびルイス塩基性有機溶剤がCu、III-B族金属およびアルカリ金属と安定な錯体を形成することができ、原料を高濃度に溶解することができる。よって、光吸収層溶液の粘度を高めて、厚くて原料が均一に分布した良好な前駆体を形成することができる。   Further, the light absorption layer solution includes a raw material containing Cu as an element, a raw material containing a Group III-B metal, and an alkali in a solvent containing a chalcogen element-containing organic compound and a Lewis basic organic solvent (hereinafter referred to as a mixed solvent S). It is preferable to dissolve a raw material containing a metal. Thereby, the chalcogen element-containing organic compound and the Lewis basic organic solvent can form a stable complex with Cu, III-B group metal and alkali metal, and the raw material can be dissolved at a high concentration. Therefore, it is possible to increase the viscosity of the light absorption layer solution and form a good precursor that is thick and has a uniform distribution of raw materials.

カルコゲン元素含有有機化合物とは、カルコゲン元素を含む有機化合物である。カルコゲン元素とは、VI-B族元素のうちのS、Se、Teをいう。カルコゲン元素がSである場合、カルコゲン元素含有有機化合物としては、例えば、チオール、スルフィド、ジスルフィド、チオフェン、スルホキシド、スルホン、チオケトン、スルホン酸、スルホン酸エステルおよびスルホン酸アミド等が挙げられる。好ましくは、金属と錯体を形成して金属溶液を良好に作製できるという観点からは、チオール、スルフィド、ジスルフィド等が良い。特に塗布性を高めるという観点からは、フェニル基を有するものが好ましい。このようなフェニル基を有するものとしては、例えば、チオフェノール、ジフェニルスルフィド等およびこれらの誘導体が挙げられる。   The chalcogen element-containing organic compound is an organic compound containing a chalcogen element. The chalcogen element refers to S, Se, or Te among VI-B group elements. When the chalcogen element is S, examples of the chalcogen element-containing organic compound include thiol, sulfide, disulfide, thiophene, sulfoxide, sulfone, thioketone, sulfonic acid, sulfonic acid ester, and sulfonic acid amide. Preferably, thiol, sulfide, disulfide and the like are preferable from the viewpoint that a metal solution can be favorably produced by forming a complex with a metal. In particular, those having a phenyl group are preferred from the viewpoint of enhancing the coating property. As what has such a phenyl group, thiophenol, diphenyl sulfide, etc. and derivatives thereof are mentioned, for example.

カルコゲン元素がSeである場合、カルコゲン元素含有有機化合物としては、例えば、セレノール、セレニド、ジセレニド、セレノキシド、セレノン等が挙げられる。好ましくは、金属と錯体を形成して金属溶液を良好に作製できるという観点からは、セレール、セレニド、ジセレニド等が良い。特に塗布性を高めるという観点からは、フェニル基を有するものが好ましい。このようなフェニル基を有するものとしては、例えば、フェニルセレノール、フェニルセレナイド、ジフェニルジセレナイド等およびこれらの誘導体が挙げられる。   When the chalcogen element is Se, examples of the chalcogen element-containing organic compound include selenol, selenide, diselenide, selenoxide, and selenone. Preferably, from the viewpoint that a metal solution can be satisfactorily formed by forming a complex with a metal, serer, selenide, diselenide and the like are preferable. In particular, those having a phenyl group are preferred from the viewpoint of enhancing the coating property. Examples of those having such a phenyl group include phenyl selenol, phenyl selenide, diphenyl diselenide and the like and derivatives thereof.

カルコゲン元素がTeである場合、カルコゲン元素含有有機化合物としては、例えば、テルロール、テルリド、ジテルリド、等が挙げられる。   When the chalcogen element is Te, examples of the chalcogen element-containing organic compound include tellurol, telluride, ditelluride, and the like.

ルイス塩基性有機溶剤とは、CuやIII-B族金属に対して、ルイス塩基となり得る有機溶剤である。ルイス塩基性有機溶剤としては、ピリジン、アニリン、トリフェニルフォスフィン等およびこれらの誘導体が挙げられる。特に塗布性を高めるという観点からは、沸点が100℃以上であるものが好ましい。   A Lewis basic organic solvent is an organic solvent that can be a Lewis base with respect to Cu and III-B group metals. Examples of the Lewis basic organic solvent include pyridine, aniline, triphenylphosphine, and derivatives thereof. In particular, those having a boiling point of 100 ° C. or higher are preferable from the viewpoint of improving the coating property.

混合溶媒Sは、取り扱い性の観点からは、室温で液状となるような組み合わせであることが好ましい。カルコゲン元素含有有機化合物のmol数は、ルイス塩基性有機溶剤のmol数に対して0.1〜10倍であるのがよい。これにより、光吸収層3を形成するための原料であるCuやIII-B族金属が、カルコゲン元素含有有機化合物およびルイス塩基性有機溶剤と良好に配位結合等の化学結合をすることができ、高濃度の光吸収層溶液を得ることができる。   The mixed solvent S is preferably a combination that becomes liquid at room temperature from the viewpoint of handleability. The number of moles of the chalcogen element-containing organic compound is preferably 0.1 to 10 times the number of moles of the Lewis basic organic solvent. Thereby, Cu or III-B group metal which is a raw material for forming the light absorption layer 3 can form a chemical bond such as a coordinate bond well with the chalcogen element-containing organic compound and the Lewis basic organic solvent. A high concentration light absorption layer solution can be obtained.

混合溶媒Sに、CuやIII-B族金属を溶解させて光吸収層溶液を作製する方法としては、混合溶媒SにCuまたはIII-B族金属を、単体金属の状態で直接溶解するか、あるいは、混合溶媒SにCuとIII-B族金属との合金またはIII-B族金属同士の合金を直接溶解させることが好ましい。このような製法では、CuやIII-B族金属を有機金属化合物や金属塩等に変換することなく、直接溶解しているため、光吸収層溶液に光吸収層3を構成する成分以外の不純物が残存するのを良好に抑制することができる。また、有機金属化合物や金属塩等への変換が不要となり工程を簡略化できる。   As a method for preparing a light absorption layer solution by dissolving Cu or a group III-B metal in the mixed solvent S, the Cu or group III-B metal is directly dissolved in the mixed solvent S in a single metal state, Alternatively, it is preferable to directly dissolve an alloy of Cu and a group III-B metal or an alloy of group III-B metals in the mixed solvent S. In such a manufacturing method, Cu or III-B group metal is directly dissolved without being converted into an organometallic compound or metal salt, so that impurities other than the components constituting the light absorption layer 3 are contained in the light absorption layer solution. Can be suppressed satisfactorily. Moreover, the conversion to an organometallic compound or a metal salt is unnecessary, and the process can be simplified.

III-B族金属は1種の元素であってもよく、2種以上の元素であってもよい。2種以上の元素である場合、混合溶媒Sに、III-B族金属を溶解させて溶液を作製する方法としては、上記混合溶媒Sに2種以上のIII-B族金属の混合物を一度に溶解させてもよい。あるいは、各元素のIII-B族金属をそれぞれ上記混合溶媒Sに溶解させた後、これらを混合してもよい。   The group III-B metal may be one element or two or more elements. In the case of two or more elements, a method for preparing a solution by dissolving a group III-B metal in the mixed solvent S is to mix a mixture of two or more group III-B metals into the mixed solvent S at a time. It may be dissolved. Alternatively, the group III-B metal of each element may be dissolved in the mixed solvent S and then mixed.

混合溶媒Sに光吸収層3を構成するための原料としてSeまたはSe化合物を溶解させておいてもよい。混合溶媒Sを用いる場合、Seの金属単体を直接溶解させることができるため、光吸収層3を構成する元素以外の成分が残存することを良好に抑制でき、好ましい。なお、SeまたはSe化合物の供給は、光吸収層溶液を塗布して得られた前駆体にSeまたはSe化合物を含むガスを接触させることにより行なってもよい。また、上記元素Se元素はS元素であってもよい。   Se or Se compound may be dissolved in the mixed solvent S as a raw material for constituting the light absorption layer 3. In the case of using the mixed solvent S, it is preferable because the Se simple metal can be directly dissolved, so that it is possible to satisfactorily suppress the components other than the elements constituting the light absorption layer 3 from remaining. In addition, you may perform supply of Se or Se compound by making the gas containing Se or Se compound contact the precursor obtained by apply | coating a light absorption layer solution. The element Se element may be an S element.

以下、実施例および比較例を挙げて本発明の薄膜太陽電池の製法を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。   Hereinafter, although the example and the comparative example are given and the manufacturing method of the thin film solar cell of this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited only to a following example.

銅化合物としてセレン化銅(CuSe)を0.206g(1mmol)、インジウム化合物としてセレン化インジウム(InSe)を0.467g(1mmol)、ガリウム化合物としてセレン化ガリウム(GaSe)を0.236g(1mmol)をそれぞれピリジン30mlに溶解し、CuSe、InSe、GaSeのそれぞれが溶解した3種の溶液を作製した。3種の溶液は、Cu、InまたはGaがそれぞれピリジンに溶解していた。 0.206 g (1 mmol) of copper selenide (Cu 2 Se) as the copper compound, 0.467 g (1 mmol) of indium selenide (In 2 Se 3 ) as the indium compound, and gallium selenide (Ga 2 Se 3 as the gallium compound) ) Was dissolved in 30 ml of pyridine to prepare three types of solutions in which Cu 2 Se, In 2 Se 3 and Ga 2 Se 3 were dissolved. In the three types of solutions, Cu, In, or Ga was dissolved in pyridine.

さらに、アルカリ金属塩として、酢酸ナトリウムを、金属換算で2.3×10−5gをピリジン5mlに溶解させ、Naがピリジンに溶解した溶液を作製した。 Furthermore, as an alkali metal salt, sodium acetate and 2.3 × 10 −5 g in terms of metal were dissolved in 5 ml of pyridine to prepare a solution in which Na was dissolved in pyridine.

この後、Cu、In、Gaがピリジンに溶解した3種の溶液のそれぞれと、Naがピリジンに溶解した溶液とを混合し、Cu、In、GaおよびNaが有機溶媒に溶解した光吸収層溶液を作製した。   Thereafter, each of the three types of solutions in which Cu, In and Ga are dissolved in pyridine and a solution in which Na is dissolved in pyridine are mixed, and a light absorption layer solution in which Cu, In, Ga and Na are dissolved in an organic solvent. Was made.

この光吸収層溶液をスプレー熱分解法にて、ソーダライムガラス基板のMoからなる第1電極層上に薄膜形成した。薄膜は、グローブボックス内で、キャリアガスとして窒素ガスを用いて光吸収層溶液を噴霧し、第1電極層への塗布を行った。塗布の際には、ソーダライムガラス基板をホットプレートで110℃に加熱しながら、10分間光吸収層溶液を噴霧し、薄膜を形成し、乾燥させた。   This light absorption layer solution was formed into a thin film on the first electrode layer made of Mo of the soda lime glass substrate by spray pyrolysis. The thin film was applied to the first electrode layer by spraying the light absorption layer solution using nitrogen gas as a carrier gas in the glove box. At the time of coating, the soda lime glass substrate was heated to 110 ° C. with a hot plate, and the light absorption layer solution was sprayed for 10 minutes to form a thin film and dried.

薄膜形成後、モレキュラーシーブを通過した水素ガスの雰囲気下で熱処理を実施した。熱処理条件は、525℃まで5分間で急速昇温し、525℃で1時間保持することで行い、自然冷却し、厚み2μmの化合物半導体薄膜からなる光吸収層を作製した。この後、酢酸カドミウム、チオ尿素をアンモニアに溶解し、これに基板を浸漬し、化合物半導体薄膜上に厚み50nmのCdSからなるバッファー層を形成した。さらに、バッファー層の上に、スパッタリング法にてAlドープ酸化亜鉛膜からなる透明の第2電極を形成した。最後に蒸着にてアルミ電極(取出電極)を形成して、薄膜太陽電池セルを作製した。   After the thin film was formed, heat treatment was performed in an atmosphere of hydrogen gas that passed through the molecular sieve. The heat treatment was performed by rapidly raising the temperature to 525 ° C. in 5 minutes and holding at 525 ° C. for 1 hour, followed by natural cooling to produce a light absorption layer made of a compound semiconductor thin film having a thickness of 2 μm. Thereafter, cadmium acetate and thiourea were dissolved in ammonia, and the substrate was immersed therein to form a buffer layer made of CdS having a thickness of 50 nm on the compound semiconductor thin film. Further, a transparent second electrode made of an Al-doped zinc oxide film was formed on the buffer layer by sputtering. Finally, an aluminum electrode (extraction electrode) was formed by vapor deposition to produce a thin film solar cell.

薄膜太陽電池セルの断面を走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察したところ、光吸収層を構成する粒子の平均粒径は1.5μmであった。平均粒径は、3万倍のSEM写真に現れる結晶粒子について、光吸収層の厚み方向の長さを測定し、それらの平均値を求め、平均粒径とした。   When the cross section of the thin film solar cell was observed with a scanning electron microscope (SEM), the average particle diameter of the particles constituting the light absorption layer was 1.5 μm. The average particle size was determined by measuring the length of the light absorption layer in the thickness direction of the crystal particles appearing in the SEM photograph of 30,000 times, and obtaining the average value thereof.

同様にして、酢酸ナトリウムの代わりに酢酸カリウム、酢酸リチウムをそれぞれ用い、金属換算でそれぞれ6.9×10−5g、39.0×10−5gをピリジン5mlに溶解させた溶液を用いて、上記と同様にして薄膜太陽電池セルを作製したところ、光吸収層を構成する結晶粒子の平均粒径はそれぞれ1.5μm、1.0μmであった。 Similarly, using potassium acetate and lithium acetate instead of sodium acetate, respectively, and using a solution obtained by dissolving 6.9 × 10 −5 g and 39.0 × 10 −5 g in metal conversion in 5 ml of pyridine, respectively. When a thin-film solar cell was produced in the same manner as described above, the average particle sizes of the crystal particles constituting the light absorption layer were 1.5 μm and 1.0 μm, respectively.

さらに、酢酸ナトリウムの量を変更して、金属換算で2.3×10−6gをピリジン5mlに溶解させた溶液を用いて、薄膜太陽電池セルを作製したところ、光吸収層を構成する結晶粒子の平均粒径は1.3μmであった。 Furthermore, when the amount of sodium acetate was changed and a solution in which 2.3 × 10 −6 g in terms of metal was dissolved in 5 ml of pyridine was used to produce a thin-film solar battery cell, crystals constituting the light absorption layer The average particle size of the particles was 1.3 μm.

比較例として、Naを含有しない、Cu、In、Gaが有機溶媒に溶解した光吸収層溶液を用いて、上記と同様にして薄膜太陽電池セルを作製したところ、光吸収層の平均粒径は0.2μmであった。   As a comparative example, when a thin-film solar cell was produced in the same manner as described above using a light absorption layer solution containing Na, Cu, In, and Ga dissolved in an organic solvent, the average particle diameter of the light absorption layer was It was 0.2 μm.

従って、本発明の製法によれば、Cu、In、Gaおよびアルカリ金属が有機溶媒に溶解した光吸収層溶液を用いて光吸収層を形成することによりアルカリ金属の光吸収層内への拡散を確実かつ十分に行うことができ、熱処理する際に、光吸収層を構成する粒子をアルカリ金属により粒成長させることができ、これにより、エネルギー変換効率を向上できることがわかる。   Therefore, according to the manufacturing method of the present invention, by forming a light absorption layer using a light absorption layer solution in which Cu, In, Ga and an alkali metal are dissolved in an organic solvent, diffusion of the alkali metal into the light absorption layer is achieved. It can be reliably and sufficiently carried out, and it can be seen that the particles constituting the light absorption layer can be grown with an alkali metal during heat treatment, thereby improving the energy conversion efficiency.

銅化合物としてセレン化銅(CuSe)を0.206g(1mmol)、インジウム化合物としてセレン化インジウム(InSe)を0.467g(1mmol)、ガリウム化合物としてセレン化ガリウム(GaSe)を0.236g(1mmol)をそれぞれヒドラジン30mlに溶解し、CuSe、InSe、GaSeが溶解した3種の溶液を作製した。それぞれの溶液は、Cu、InまたはGaがそれぞれヒドラジンに溶解していた。 0.206 g (1 mmol) of copper selenide (Cu 2 Se) as the copper compound, 0.467 g (1 mmol) of indium selenide (In 2 Se 3 ) as the indium compound, and gallium selenide (Ga 2 Se 3 as the gallium compound) ) was dissolved 0.236g of (1 mmol) respectively hydrazine 30 ml, to prepare a Cu 2 Se, 3 kinds of solutions in 2 Se 3, Ga 2 Se 3 is dissolved. In each solution, Cu, In, or Ga was dissolved in hydrazine.

さらに、アルカリ金属塩として酢酸ナトリウムを、金属換算で2.3×10−5gをヒドラジン5mlに溶解させ、Naがヒドラジンに溶解した溶液を作製した。 Further, sodium acetate as an alkali metal salt and 2.3 × 10 −5 g in terms of metal were dissolved in 5 ml of hydrazine to prepare a solution in which Na was dissolved in hydrazine.

この後、Cu、In、Gaがヒドラジンに溶解したそれぞれの溶液と、Naがヒドラジンに溶解した溶液とを混合し、Cu、In、GaおよびNaがヒドラジンに溶解した光吸収層溶液を作製した。   Thereafter, each solution in which Cu, In, Ga was dissolved in hydrazine and a solution in which Na was dissolved in hydrazine were mixed to prepare a light absorption layer solution in which Cu, In, Ga, and Na were dissolved in hydrazine.

この光吸収層溶液を用いて、上記実施例1と同様にして、薄膜太陽電池セルを作製し、薄膜太陽電池セルの断面をSEMにて観察し、光吸収層を構成する粒子の平均粒径を求めたところ、1.2μmであり、アルカリ金属を含有しない光吸収層溶液を用いた比較例に比べ、平均粒径が大きかった。   Using this light absorption layer solution, a thin film solar cell was produced in the same manner as in Example 1, and the cross section of the thin film solar cell was observed with an SEM, and the average particle diameter of the particles constituting the light absorption layer Was 1.2 μm, and the average particle size was larger than that of the comparative example using the light absorbing layer solution containing no alkali metal.

単一源前駆体を用いて、Cu、In、Ga、Seからなる化合物半導体薄膜を形成した。銅−インジウム−セレン合金錯体として、[{P(C6H5)3}2Cu(Se‐C6H5)2In(Se‐C6H5)2]
を、銅−ガリウム−セレン合金錯体として、[{P(C6H5)3}2Cu(Se‐C6H5)2Ga(Se‐C6H5)2]
を用いた。
A compound semiconductor thin film made of Cu, In, Ga, and Se was formed using a single source precursor. As a copper-indium-selenium alloy complex, [{P (C 6 H 5 ) 3 } 2 Cu (Se-C 6 H 5 ) 2 In (Se-C 6 H 5 ) 2 ]
As a copper-gallium-selenium alloy complex, [{P (C 6 H 5 ) 3 } 2 Cu (Se-C 6 H 5 ) 2 Ga (Se-C 6 H 5 ) 2 ]
Was used.

銅−インジウム−セレン合金錯体9.2g、および銅−ガリウム−セレン合金錯体3.8gをそれぞれピリジン20mlに溶解し、1時間攪拌して、それぞれのピリジン溶液を作製した。その後、それぞれの溶液を混合し、室温で5時間攪拌して、銅、インジウム、ガリウム、セレンを含む溶液を作製した。   9.2 g of a copper-indium-selenium alloy complex and 3.8 g of a copper-gallium-selenium alloy complex were each dissolved in 20 ml of pyridine and stirred for 1 hour to prepare respective pyridine solutions. Thereafter, the respective solutions were mixed and stirred at room temperature for 5 hours to prepare a solution containing copper, indium, gallium, and selenium.

続いて、酢酸ナトリウムをピリジン5mlに溶解、攪拌して均一溶液を作製した。銅、インジウム、ガリウム、セレンを含む溶液とナトリウムが溶解した溶液を混合し、1時間攪拌、混合し、光吸収層溶液を作製した。なお、ナトリウムの添加量は、金属換算で2.3×10−5g、2.3×10−6gとした。 Subsequently, sodium acetate was dissolved in 5 ml of pyridine and stirred to prepare a uniform solution. A solution containing copper, indium, gallium, and selenium and a solution in which sodium was dissolved were mixed, stirred for 1 hour, and mixed to prepare a light absorption layer solution. The addition amount of sodium was in terms of a metal 2.3 × 10 -5 g, and 2.3 × 10 -6 g.

この光吸収層溶液を、窒素ガスをフローしたグローブボックス内で、ダイコーターを用いて薄膜形成した。これを、ホットプレートで150℃で1分間加熱して、薄膜中に残存するピリジンを揮発させた。   This light absorption layer solution was formed into a thin film using a die coater in a glove box in which nitrogen gas was flowed. This was heated on a hot plate at 150 ° C. for 1 minute to volatilize the pyridine remaining in the thin film.

乾燥後、モレキュラーシーブを通過した水素ガスの雰囲気下で熱処理を実施した。熱処理条件は525℃まで5分間で急速昇温し、525℃で1時間熱処理を行い、自然冷却し、厚み2μmの化合物半導体薄膜からなる光吸収層を作製した。熱処理後、酢酸カドミウム、チオ尿素をアンモニアに溶解し、これに基板を浸漬し、光吸収層上にCdSバッファー層形成した。さらに、バッファー層の上に、スパッタリング法にてAlドープ酸化亜鉛膜を形成した。最後に蒸着にてアルミ電極を形成して、太陽電池セルを作製した。   After drying, heat treatment was performed in an atmosphere of hydrogen gas that passed through the molecular sieve. The heat treatment conditions were a rapid temperature increase to 525 ° C. in 5 minutes, a heat treatment at 525 ° C. for 1 hour, natural cooling, and a light absorption layer made of a compound semiconductor thin film having a thickness of 2 μm was produced. After the heat treatment, cadmium acetate and thiourea were dissolved in ammonia, the substrate was immersed in this, and a CdS buffer layer was formed on the light absorption layer. Furthermore, an Al-doped zinc oxide film was formed on the buffer layer by sputtering. Finally, an aluminum electrode was formed by vapor deposition to produce a solar battery cell.

薄膜太陽電池セルの断面をSEMにて観察したところ、光吸収層を構成する結晶粒子の平均粒径はそれぞれ1.5μm、1.3μmであった。   When the cross section of the thin film solar cell was observed with an SEM, the average particle diameters of the crystal particles constituting the light absorption layer were 1.5 μm and 1.3 μm, respectively.

1・・・基板
2・・・第1電極層
3・・・光吸収層
4・・・バッファー層
5・・・第2電極層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate 2 ... 1st electrode layer 3 ... Light absorption layer 4 ... Buffer layer 5 ... 2nd electrode layer

Claims (7)

第1電極層と第2電極層との間に光吸収層を有する薄膜太陽電池の製法であって、元素としてCu、III-B族金属よびアルカリ金属を含有する光吸収層溶液を作製する工程と、該光吸収層溶液を前記第1電極層上に塗布して乾燥させることにより前駆体を作製する工程と、該前駆体を還元雰囲気で熱処理し、前記第1電極層上に、元素としてCu、Inおよびアルカリ金属を含有する前記光吸収層を形成する工程と、該光吸収層上に前記第2電極層を形成する工程とを具備することを特徴とする薄膜太陽電池の製法。   A process for producing a thin-film solar cell having a light absorption layer between a first electrode layer and a second electrode layer, wherein a light absorption layer solution containing Cu, III-B group metal and alkali metal as an element is prepared And a step of producing a precursor by applying the light absorption layer solution on the first electrode layer and drying, and heat-treating the precursor in a reducing atmosphere to form an element on the first electrode layer as an element. A method of manufacturing a thin-film solar cell, comprising: forming the light absorption layer containing Cu, In, and an alkali metal; and forming the second electrode layer on the light absorption layer. 前記還元雰囲気はSeを含有する雰囲気であり、熱処理することにより、元素としてCu、III-B族金属、Seおよびアルカリ金属を含有する前記光吸収層を形成することを特徴とする請求項1記載の薄膜太陽電池の製法。   2. The reducing atmosphere is an atmosphere containing Se, and the light absorption layer containing Cu, III-B group metal, Se and alkali metal as elements is formed by heat treatment. Of thin film solar cell. 前記光吸収層溶液は元素としてSeを含有し、熱処理することにより、元素としてCu、III-B族金属、Seおよびアルカリ金属を含有する前記光吸収層を形成することを特徴とする請求項1記載の薄膜太陽電池の製法。   The light absorption layer solution contains Se as an element, and heat treatment is performed to form the light absorption layer containing Cu, III-B group metal, Se, and an alkali metal as elements. The manufacturing method of the thin film solar cell of description. 前記光吸収層溶液は、Cuを含有する溶液、III-B族金属を含有する溶液およびアルカリ金属を含有する溶液を作製し、これらの溶液を混合して作製されることを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれかに記載の薄膜太陽電池の製法。   The light absorption layer solution is prepared by preparing a solution containing Cu, a solution containing a group III-B metal, and a solution containing an alkali metal, and mixing these solutions. The manufacturing method of the thin film solar cell in any one of 1-3. 前記還元雰囲気が水分除去した雰囲気であることを特徴とする請求項1乃至4のうちいずれかに記載の薄膜太陽電池の製法。   The method for producing a thin-film solar cell according to claim 1, wherein the reducing atmosphere is an atmosphere from which moisture has been removed. 前記光吸収層溶液は、カルコゲン元素含有有機化合物とルイス塩基性有機溶剤とを含む溶媒に、元素としてCuを含む原料、III-B族金属を含む原料およびアルカリ金属を含む原料を溶解させて成ることを特徴とする請求項1乃至5のうちいずれかに記載の薄膜太陽電池の製法。   The light absorption layer solution is obtained by dissolving a raw material containing Cu as an element, a raw material containing a group III-B metal, and a raw material containing an alkali metal in a solvent containing a chalcogen element-containing organic compound and a Lewis basic organic solvent. A method for producing a thin-film solar cell according to any one of claims 1 to 5. 前記光吸収層溶液は、前記溶媒にCuまたはIII-B族金属が、単体金属の状態またはこれらの合金の状態で直接溶解されて成ることを特徴とする請求項6記載の薄膜太陽電池の製法。   7. The method of manufacturing a thin film solar cell according to claim 6, wherein the light absorption layer solution is obtained by directly dissolving Cu or a group III-B metal in the solvent in the state of a single metal or an alloy thereof. .
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