JP2013052361A - Chemical bath deposition apparatus - Google Patents

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哲夫 河野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a buffer layer of a photoelectric conversion device having higher quality at lower costs.SOLUTION: A chemical bath deposition apparatus 1 includes: a reaction vessel 3 for containing a reaction solution 2 for chemical bath deposition to form a film on a deposition surface 10a of a substrate 10 for film deposition; a substrate holding section 20 for holding the substrate 10 for film deposition such that at least the deposition surface 10a contacts the reaction solution 2, the substrate holding section including a fixing surface 21a made of stainless steel on which a back side of the substrate 10 for film deposition is closely fixed; a heater 30 disposed at a rear side of the fixing surface 21a, the heater heating the substrate 10 for film deposition from the back side thereof; and a reaction solution temperature control unit 40 for controlling the temperature of the reaction solution 2 in the reaction vessel 3.

Description

本発明は、光電変換素子のバッファ層の製造等に用いられる化学浴析出装置に関するものである。   The present invention relates to a chemical bath deposition apparatus used for manufacturing a buffer layer of a photoelectric conversion element.

光電変換層とこれに導通する電極とを備えた光電変換素子が、太陽電池等の用途に使用されている。従来、太陽電池においては、バルクの単結晶Siまたは多結晶Si、あるいは薄膜のアモルファスSiを用いたSi系太陽電池が主流であったが、Siに依存しない化合物半導体系太陽電池の研究開発がなされている。化合物半導体系太陽電池としては、GaAs系等のバルク系と、Ib族元素とIIIb族元素とVIb族元素とからなるCISあるいはCIGS系等の薄膜系とが知られている。CI(G)Sは、一般式Cu1−zIn1−xGaSe2−y(式中、0≦x≦1,0≦y≦2,0≦z≦1)で表される化合物半導体であり、x=0のときがCIS系、x>0のときがCIGS系である。本明細書では、CISとCIGSとを合わせて「CI(G)S」と表記してある。 A photoelectric conversion element including a photoelectric conversion layer and an electrode connected to the photoelectric conversion layer is used for applications such as solar cells. Conventionally, in the case of solar cells, Si-based solar cells using bulk single crystal Si or polycrystalline Si, or thin-film amorphous Si have been mainstream, but research and development of Si-independent compound semiconductor solar cells has been made. ing. Known compound semiconductor solar cells include bulk systems such as GaAs systems and thin film systems such as CIS or CIGS systems composed of group Ib elements, group IIIb elements, and group VIb elements. CI (G) S is represented by the general formula Cu 1-z In 1-x Ga x Se 2-y S y ( where, 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 2,0 ≦ z ≦ 1) When x = 0, it is a CIS system, and when x> 0, it is a CIGS system. In this specification, CIS and CIGS are collectively described as “CI (G) S”.

CI(G)S系等の従来の薄膜系光電変換素子においては一般に、光電変換層とその上に形成される透光性導電層(透明電極)との間にバッファ層(CdSなどのCd系化合物、Zn(O,OH,S)などのZn系化合物)が設けられている。かかる系では通常、バッファ層は化学浴析出(CBD:Chemical Bath Deposition)法により成膜されている。   In a conventional thin film photoelectric conversion element such as a CI (G) S system, a buffer layer (Cd system such as CdS) is generally provided between a photoelectric conversion layer and a translucent conductive layer (transparent electrode) formed thereon. Compounds, Zn compounds such as Zn (O, OH, S)). In such a system, the buffer layer is usually formed by a chemical bath deposition (CBD) method.

バッファ層の役割としては、(1)光生成キャリアの再結合の防止、(2)バンド不連続の整合、(3)格子整合、及び(4)光電変換層の表面凹凸のカバレッジ等が考えられる。CI(G)S系等では光電変換層の表面凹凸が比較的大きく、特に(4)の条件を良好に充たすために、液相法であるCBD法が好ましいと考えられる。   Possible roles of the buffer layer include (1) prevention of recombination of photogenerated carriers, (2) band discontinuous matching, (3) lattice matching, and (4) coverage of surface irregularities of the photoelectric conversion layer. . In the CI (G) S system or the like, the surface unevenness of the photoelectric conversion layer is relatively large. In particular, in order to satisfy the condition (4) well, it is considered that the CBD method which is a liquid phase method is preferable.

CBD法では、所定温度に加熱した反応液中に光電変換層を表面に備えた基板を浸漬させることにより光電変換層上にバッファ層を成膜する方法が一般的である。
他方、CBD法においては、光電変換層へのバッファ層析出と同時に、反応液中で粒子(コロイド)が発生し、この粒子が成膜面に付着してしまうという問題や、反応液を繰り返し使用できないために、低コスト化が困難であり、また量産性が低いという問題がある。なお、成膜面に粒子が付着したバッファ層を用いて光電変換素子を形成した場合に光電変換素子の性能劣化を引き起こす恐れもある。
In the CBD method, a method of forming a buffer layer on a photoelectric conversion layer by immersing a substrate having a photoelectric conversion layer on the surface in a reaction solution heated to a predetermined temperature is common.
On the other hand, in the CBD method, particles (colloids) are generated in the reaction liquid at the same time as the buffer layer is deposited on the photoelectric conversion layer, and the particles adhere to the film formation surface. Since it cannot be used, there is a problem that it is difficult to reduce the cost and mass productivity is low. Note that in the case where a photoelectric conversion element is formed using a buffer layer having particles attached to the film formation surface, the photoelectric conversion element may be deteriorated in performance.

特許文献1には、量産化を図ったCdSの生成方法および装置が開示されている。具体的には、基板ホルダの温度を基板上にCdSが生成する温度(例えば、60℃)に設定すると共に、溶液温度はCdSの生成反応が起こらない温度(40℃以下)に維持してCdSを成膜する方法が提案されている。また、これにより、基板以外の部分にCdSが生じず、連続成膜が可能となる旨記載されている。   Patent Document 1 discloses a CdS generation method and apparatus designed for mass production. Specifically, the temperature of the substrate holder is set to a temperature at which CdS is generated on the substrate (for example, 60 ° C.), and the solution temperature is maintained at a temperature at which CdS generation reaction does not occur (40 ° C. or lower). A method of forming a film is proposed. Further, it is described that CdS does not occur in portions other than the substrate, and continuous film formation is possible.

特許文献2には、材料溶液使用量を低減して低コスト化を実現するための成膜方法が開示されている。具体的には、基板表面に溶液を必要量滴下し、基板を保持する保持部を加熱する装置が提案されている。これにより、溶液使用量を低減すると共に、基板の温度分布を高精度に制御することができ、膜厚分布や膜質分布に優れ、成膜速度を短縮したプロセスを提供することができる旨記載されている。   Patent Document 2 discloses a film forming method for realizing cost reduction by reducing the amount of material solution used. Specifically, an apparatus has been proposed in which a required amount of a solution is dropped onto the substrate surface and a holding unit that holds the substrate is heated. As a result, the amount of solution used can be reduced, the temperature distribution of the substrate can be controlled with high accuracy, and a process with excellent film thickness distribution and film quality distribution and reduced film formation speed can be provided. ing.

特許文献3には、反応液は加熱せず、基板を保持する保持部を加熱する方法が提案されており、これにより反応液中における粒子の生成を抑制することができる旨記載されている。   Patent Document 3 proposes a method of heating a holding portion that holds a substrate without heating the reaction solution, and it is described that the generation of particles in the reaction solution can be suppressed.

特開平7−240385号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-240385 特開2009−259938号公報JP 2009-259938 A 米国特許出願公開2011/0027938号明細書US Patent Application Publication 2011/0027938

特許文献1から3に記載のCBD方法、装置であれば、反応液中の粒子の発生を抑制することができるため、成膜面への粒子の付着を低減すると共に、反応液の繰り返し使用を可能として低コスト化が可能となり、また、量産化を図ることができると考えられる。   With the CBD method and apparatus described in Patent Documents 1 to 3, generation of particles in the reaction solution can be suppressed, so that the adhesion of particles to the film formation surface is reduced and the reaction solution is repeatedly used. It is possible to reduce the cost as possible, and to achieve mass production.

さらに、実用化に当たっては、より光電変換率の高い光電変換素子を得るために、より品質の高いバッファ層を成膜することができる装置が求められている。   Furthermore, in practical use, in order to obtain a photoelectric conversion element having a higher photoelectric conversion rate, an apparatus capable of forming a buffer layer with higher quality is required.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、反応液中における粒子の発生を抑制して低コスト化を図ることができ、より品質の高いバッファ層を実現できる実用的な化学浴析出装置を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, can reduce the cost by suppressing the generation of particles in the reaction solution, can be a practical chemical bath deposition that can realize a higher quality buffer layer The object is to provide an apparatus.

本発明の化学浴析出装置は、成膜用基板の成膜面に対して膜を化学浴析出させるための反応液を蓄える反応槽と、
前記成膜用基板の裏面が密着固定されるステンレスあるいはチタンからなる固定面を有し、少なくとも前記成膜面を前記反応液に接触させるように前記成膜用基板を保持する基板保持部と、
前記成膜用基板を、該成膜用基板の裏面側から加熱する、前記固定面の裏側に配設されたヒーターと、
前記反応槽中の前記反応液の温度を制御する反応液温度制御部とを備えていることを特徴とするものである。
The chemical bath deposition apparatus of the present invention comprises a reaction tank for storing a reaction solution for depositing a film on the deposition surface of a deposition substrate,
A substrate holding unit for holding the film-forming substrate so that at least the film-forming surface is brought into contact with the reaction solution; and having a fixed surface made of stainless steel or titanium to which the back surface of the film-forming substrate is closely fixed.
A heater disposed on the back side of the fixed surface for heating the film-forming substrate from the back side of the film-forming substrate;
And a reaction temperature controller for controlling the temperature of the reaction solution in the reaction tank.

前記ヒーターは、前記固定面の前記成膜用基板が固定される面積よりも大きな面積に亘って設けられている面状ヒーターであることが好ましい。   The heater is preferably a planar heater provided over an area larger than an area of the fixed surface on which the film formation substrate is fixed.

前記ヒーターは、特にラバーヒーターであることが好ましい。   The heater is particularly preferably a rubber heater.

前記基板保持部が、前記成膜用基板を前記成膜面が鉛直下向き(反応槽の底面と向かい合う向き)となるように保持するものであることが好ましく、このとき、前記基板保持部の前記固定面が凸状の湾曲面であることが特に好ましい。   The substrate holding part preferably holds the film-forming substrate so that the film-forming surface faces vertically downward (the direction facing the bottom surface of the reaction vessel). It is particularly preferable that the fixed surface is a convex curved surface.

あるいは、前記基板保持部が、前記成膜用基板を前記成膜面が鉛直下向きから傾くように保持するものであることが好ましい。   Or it is preferable that the said board | substrate holding | maintenance part hold | maintains the said film-forming substrate so that the said film-forming surface may incline from the perpendicular downward direction.

また、前記基板保持部が、前記成膜用基板を前記反応槽の側壁面に対して平行に保持するものであってもよい。   Further, the substrate holding unit may hold the film-forming substrate in parallel to the side wall surface of the reaction vessel.

前記基板保持部が、前記固定面に固定された基板の側端面が前記反応液と接触するのを防止する端面保護部材を備えていることが好ましい。   It is preferable that the substrate holding portion includes an end surface protection member that prevents a side end surface of the substrate fixed to the fixing surface from coming into contact with the reaction solution.

さらに、前記反応槽は、その内壁のうち少なくとも前記反応液と接触する部分が、疎水性材料で被覆されていることが望ましい。   Furthermore, it is desirable that at least a portion of the inner wall of the reaction vessel that contacts the reaction solution is coated with a hydrophobic material.

本発明の化学浴析出装置は、成膜用基板を裏面から加熱するヒーター、反応液の温度を制御する反応液温度制御部とを個別に備えているので、成膜用基板の温度と、反応液の温度とを個別に制御することができる。基板と反応液の温度を同一にして反応槽中の反応液温度の均一性をより高めることも可能であるし、基板温度を反応液よりも高く設定することにより、反応液中における粒子(コロイド)の発生を抑制すると共に、基板に選択的に成膜がなされるようにすることも可能である。粒子(コロイド)の発生抑制は、反応液の繰り返しの使用を可能とすることから、コスト抑制を達成することができる。   Since the chemical bath deposition apparatus of the present invention is individually provided with a heater for heating the film-forming substrate from the back surface and a reaction liquid temperature control unit for controlling the temperature of the reaction liquid, the temperature of the film-forming substrate and the reaction The temperature of the liquid can be individually controlled. It is possible to make the temperature of the reaction solution in the reaction tank more uniform by making the temperature of the substrate and the reaction solution the same, and by setting the substrate temperature higher than the reaction solution, particles (colloid in the reaction solution) ) Can be suppressed, and a film can be selectively formed on the substrate. Since the generation of particles (colloid) can be repeatedly used, the cost of the reaction liquid can be reduced.

成膜用基板が固定される固定面がステンレスあるいはチタンからなるため、基板加熱用のヒーターからの熱を均一にかつ高い熱伝導率で成膜用基板に伝えることができるため、基板の熱の均一性が非常に高いものとなる。したがって、成膜される層の膜厚の均一性を高めることができ、従来以上に品質の高いバッファ層を得ることができる。   Since the fixed surface to which the film formation substrate is fixed is made of stainless steel or titanium, the heat from the substrate heating heater can be transmitted to the film formation substrate uniformly and with high thermal conductivity. The uniformity is very high. Therefore, the uniformity of the film thickness of the layer to be formed can be improved, and a buffer layer with higher quality than before can be obtained.

本発明の実施形態に係る化学浴析出装置の概略構成を示す断面図Sectional drawing which shows schematic structure of the chemical bath deposition apparatus which concerns on embodiment of this invention 図1に示す化学浴析出装置の斜視図1 is a perspective view of the chemical bath deposition apparatus shown in FIG. 基板保持部の設計変更例を示す断面模式図Cross-sectional schematic diagram showing a design change example of the substrate holder 実施例4に用いられたCBD装置の概略構成を示す模式図The schematic diagram which shows schematic structure of the CBD apparatus used for Example 4 比較例1に用いられたCBD装置の概略構成を示す模式図The schematic diagram which shows schematic structure of the CBD apparatus used for the comparative example 1

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施形態に係る化学浴析出装置1(以下、CBD装置1とする。)の断面模式図であり、図2は図1に示すCBD装置1の概略構成を示す斜視図である。
図1に示すように、CBD装置1は、成膜用基板10の成膜面10aに対して膜を化学浴析出させるための反応液2を蓄える反応槽3と、成膜用基板10を保持する基板保持部(基板ホルダ)20と、成膜用基板10を、その裏面側から加熱するヒーター30と、反応槽3中の反応液2の温度を制御する反応液温度制御部40とを備えている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a chemical bath deposition apparatus 1 (hereinafter referred to as a CBD apparatus 1) according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of the CBD apparatus 1 shown in FIG. It is.
As shown in FIG. 1, the CBD apparatus 1 holds a reaction tank 3 that stores a reaction solution 2 for depositing a film on a film formation surface 10 a of a film formation substrate 10 and a film formation substrate 10. A substrate holding unit (substrate holder) 20 that performs heating, a heater 30 that heats the deposition substrate 10 from the back side thereof, and a reaction liquid temperature control unit 40 that controls the temperature of the reaction liquid 2 in the reaction tank 3. ing.

基板ホルダ20は、成膜用基板10が密着固定される固定面21aを備えたステンレス板状部材21を底面とし、該板状部材21からなる底面に連続して設けられた壁面22を備えた容器状のホルダ本体23と、該ホルダ本体23に接続され、反応槽3の一部に掛止可能とされた支持部26とを備えている。   The substrate holder 20 includes a stainless steel plate-like member 21 having a fixing surface 21a to which the film forming substrate 10 is closely fixed, and a wall surface 22 provided continuously on the bottom surface of the plate-like member 21. A container-shaped holder main body 23 and a support portion 26 connected to the holder main body 23 and capable of being hooked on a part of the reaction vessel 3 are provided.

ここで、ステンレス板状部材21の固定面21aは、本体23の外側に凸の湾曲面となるように構成されている。図1に示すように、固定面21aは、紙面左右方向のほぼ中央が最も底面に近くなる凸状に湾曲しており、成膜用基板10はこの湾曲面に沿って湾曲させて固定される。そして、成膜用基板10は成膜面が鉛直方向(図1において軸A)の下向き(反応槽の底面と向かい合う向き)となるように保持される。このとき、成膜用基板10が湾曲して固定されることにより、成膜面10aも湾曲することとなるため、成膜面10aに気泡が付着することを抑制できる。成膜中には、反応漕3内で気泡(ガス)が発生するが、この気泡が成膜面に付着すると、気泡が付着した部分にはバッファ層の析出が起こらず、完全な成膜を行うことが困難となる。すなわち、成膜固定面が平坦面で成膜面が反応液面2aに対して水平に、すなわち平坦な成膜面10aが鉛直下向きとなるように成膜用基板が保持された場合、気泡が成膜面に付着し、一部成膜不良が生じる恐れがある。一方、本実施形態のように、成膜面10aを湾曲させることにより、気泡の付着を抑えることができ、より良好な成膜を実現することができる。なお、この場合、成膜用基板10の下地基板11としては、固定面の湾曲に沿って湾曲できる程度の可撓性を有するものを用いればよい。湾曲面の好ましい曲率は、その反応槽のサイズなどによるが、曲率半径であらわすと100mm〜10000mmの範囲が好ましい。   Here, the fixed surface 21 a of the stainless plate member 21 is configured to be a curved surface that protrudes outward from the main body 23. As shown in FIG. 1, the fixing surface 21a is curved in a convex shape whose center in the left-right direction on the paper surface is closest to the bottom surface, and the film formation substrate 10 is curved and fixed along this curved surface. . The film-forming substrate 10 is held so that the film-forming surface faces downward in the vertical direction (axis A in FIG. 1) (the direction facing the bottom surface of the reaction vessel). At this time, since the film-forming substrate 10 is curved and fixed, the film-forming surface 10a is also curved, so that bubbles can be prevented from adhering to the film-forming surface 10a. During the film formation, bubbles (gas) are generated in the reaction chamber 3, but when these bubbles adhere to the film formation surface, the buffer layer does not precipitate in the part where the bubbles are attached, and complete film formation is achieved. It becomes difficult to do. That is, when the film formation substrate is held such that the film formation fixing surface is flat and the film formation surface is horizontal with respect to the reaction liquid surface 2a, that is, the flat film formation surface 10a is vertically downward. There is a possibility that a film deposition defect may occur due to adhesion to the film deposition surface. On the other hand, by curving the film formation surface 10a as in the present embodiment, the adhesion of bubbles can be suppressed, and better film formation can be realized. In this case, as the base substrate 11 of the film formation substrate 10, a substrate having flexibility enough to bend along the curve of the fixed surface may be used. The preferred curvature of the curved surface depends on the size of the reaction vessel, but is preferably in the range of 100 mm to 10000 mm when expressed by the radius of curvature.

なお、ステンレス板状部材の材料としてはアルカリ耐性を有するSUS316(JIS規格)が最も好ましい。なお、ステンレスの表面をテフロン(登録商標)やカーボン系材料(カーボン材やSiCなどのカーボン化合物)などの耐熱性および耐アルカリ性を有する材料で被覆してもよい。   As a material for the stainless plate member, SUS316 (JIS standard) having alkali resistance is most preferable. The surface of stainless steel may be coated with a material having heat resistance and alkali resistance, such as Teflon (registered trademark) or a carbon-based material (carbon material such as carbon material or SiC).

また、本実施形態においては、基板ホルダ20は、固定面21aに成膜用基板10を、その表面(成膜面)10aのみを反応液2に接触可能なように、成膜用基板10を基板ホルダ本体23に向けて液漏れ防止治具24によって把持するよう構成されている。さらに、締め付け固定が可能な固定枠25によって、液漏れ防止治具24と把持された成膜用基板10の隙間から反応液2が侵入しないように液漏れ防止治具24と成膜用基板10を締め付け固定するよう構成されている。この液漏れ防止治具24および固定枠25により基板の側端面が反応液と接触するのを防止する端面保護部材を構成するものである。   In the present embodiment, the substrate holder 20 has the film-forming substrate 10 on the fixed surface 21 a and the film-forming substrate 10 so that only the surface (film-forming surface) 10 a can contact the reaction liquid 2. It is configured to be held by the liquid leakage prevention jig 24 toward the substrate holder body 23. Further, the liquid leakage prevention jig 24 and the film formation substrate 10 are prevented from entering the reaction liquid 2 through the gap between the liquid leakage prevention jig 24 and the grasped film formation substrate 10 by the fixing frame 25 that can be fastened and fixed. Is configured to be fastened and fixed. The liquid leakage prevention jig 24 and the fixed frame 25 constitute an end face protection member that prevents the side end face of the substrate from coming into contact with the reaction liquid.

このように、成膜用基板10の成膜面のみを反応液2に接触可能とすることにより、成膜用基板10の最表面の層13以外の部分が反応液2に接触しないように成膜用基板10を保持することができる場合には、下地基板11として、反応液2に浸食される可能性のある基材、例えばAl基材を用いることもできる。   As described above, only the film formation surface of the film formation substrate 10 can be brought into contact with the reaction liquid 2, so that portions other than the outermost layer 13 of the film formation substrate 10 do not come into contact with the reaction liquid 2. In the case where the film substrate 10 can be held, a base material that may be eroded by the reaction liquid 2, for example, an Al base material, can be used as the base substrate 11.

ヒーター30は、ホルダ本体23のステンレス板状部材21の固定面21aの反端側の面、すなわち容器状のホルダ本体23の内側底面に、成膜用基板10より大きい領域に一様に配置されたシート状のヒーターである。特にここでは、ラバーヒーターを備えるものとしている。成膜用基板10の面積より大きい領域にラバーヒーターを備えることにより、ステンレス板状部材を介して、成膜用基板10を均一に加熱することができ、基板温度の均一性を高めることができる。基板温度の均一性が高いほど、析出される膜の膜厚均一性を高めることができ、好ましい。   The heater 30 is uniformly arranged in a region larger than the film-forming substrate 10 on the surface opposite to the fixed surface 21 a of the stainless plate member 21 of the holder body 23, that is, on the inner bottom surface of the container-shaped holder body 23. Sheet heater. In particular, a rubber heater is provided here. By providing the rubber heater in a region larger than the area of the film-forming substrate 10, the film-forming substrate 10 can be uniformly heated through the stainless plate member, and the uniformity of the substrate temperature can be improved. . The higher the uniformity of the substrate temperature, the higher the film thickness uniformity of the deposited film, which is preferable.

反応液温度制御部40は、反応槽3の底面に備えられた温度調整手段41と、底面付近の反応液温度を測定する温度測定部42を備えている。温度調整手段41としては、加熱および/または冷却手段を備える。加熱手段としては各種ヒーター、冷却手段としては、冷水等による水冷デバイス、ファン等の空冷デバイスの他、ヒートシンクなどを備えればよい。
なお、反応液の温度は、温度調整手段41が備えられている近傍の反応液温度で定義するものとする。
The reaction liquid temperature control unit 40 includes a temperature adjusting unit 41 provided on the bottom surface of the reaction tank 3 and a temperature measurement unit 42 that measures the reaction liquid temperature near the bottom surface. As the temperature adjustment means 41, a heating and / or cooling means is provided. Various heaters may be used as the heating means, and a heat sink may be provided as the cooling means in addition to a water cooling device using cold water or the like, an air cooling device such as a fan.
Note that the temperature of the reaction liquid is defined by the temperature of the reaction liquid in the vicinity where the temperature adjusting means 41 is provided.

温度調整手段41としては、別途恒温槽を備え、反応液を循環させることにより反応液の温度を一定にすることも考えられるが、反応液を循環させることにより、反応液中の粒子(コロイド)の生成を促進することとなるため、成膜中には反応液を循環させない構成がより好ましい。   As the temperature adjusting means 41, it may be possible to provide a separate thermostat and circulate the reaction liquid to make the temperature of the reaction liquid constant. However, by circulating the reaction liquid, particles (colloid) in the reaction liquid may be used. Therefore, a structure in which the reaction solution is not circulated during film formation is more preferable.

本CBD装置1は、成膜用基板10を加熱するヒーター30と、反応液の温度を制御する反応液温度制御部40とを個別に備えており、成膜用基板10の温度と、反応液の温度とを個別に制御することができる。基板と反応液の温度を同一にして反応液温度の均一性をより高めることも可能であるし、基板と反応液の温度を変化させ、例えば基板付近のみを反応温度(70−90℃付近)まで上昇させ、一方反応液温度制御部近傍の反応液の温度を反応温度よりも低くすることにより、反応液中における粒子(コロイド)の発生を抑制し、基板に選択的に成膜がなされるようにすることも可能である。   The CBD apparatus 1 includes a heater 30 for heating the film formation substrate 10 and a reaction liquid temperature control unit 40 for controlling the temperature of the reaction liquid. The temperature of the film formation substrate 10 and the reaction liquid Can be controlled individually. It is possible to increase the uniformity of the reaction solution temperature by making the temperature of the substrate and the reaction solution the same, or by changing the temperature of the substrate and the reaction solution, for example, the reaction temperature only in the vicinity of the substrate (around 70-90 ° C.) On the other hand, by reducing the temperature of the reaction solution near the reaction solution temperature control unit to be lower than the reaction temperature, the generation of particles (colloid) in the reaction solution is suppressed, and the film is selectively formed on the substrate. It is also possible to do so.

反応槽3の内壁は、耐アルカリ性のある疎水性材料によるコーティングを施こしておくことが好ましい。この疎水性材料のコーティングを施すことにより、基板への膜析出時における、内壁へ膜析出を抑制することができる。これにより、原料の浪費やメンテナンスの手間を省くことができる。
しかしながら、疎水性材料によりコーティングを行っていても、長時間の成膜工程を経ると内壁に析出物がこびりついてくる。このような析出物は塩酸水溶液などで洗浄することにより、溶解して除去することができる。したがって、内壁をコーティングする疎水性材料は、耐アルカリ性のみならず、耐酸性を有するものであることが好ましい。このようなコーティング材料としては、テフロン(登録商標)が好適である。
The inner wall of the reaction vessel 3 is preferably coated with a hydrophobic material having alkali resistance. By applying this hydrophobic material coating, film deposition on the inner wall during film deposition on the substrate can be suppressed. Thereby, waste of raw materials and labor of maintenance can be saved.
However, even if coating is performed with a hydrophobic material, deposits stick to the inner wall after a long film formation step. Such precipitates can be dissolved and removed by washing with an aqueous hydrochloric acid solution or the like. Therefore, it is preferable that the hydrophobic material for coating the inner wall has not only alkali resistance but also acid resistance. As such a coating material, Teflon (registered trademark) is suitable.

成膜用基板10が固定される固定面がステンレスからなるため、基板加熱用のヒーター30からの熱を均一にかつ高い熱伝導率で基板に伝えることができるため、基板の熱の均一性が非常に高いものとなる。したがって、成膜される層の膜厚の均一性を高めることができる。
なお、固定面を有するステンレス板状部材は、チタンからなる部材に置き換えても同様の効果を得ることができる。
Since the fixing surface to which the film formation substrate 10 is fixed is made of stainless steel, heat from the heater 30 for heating the substrate can be transmitted to the substrate uniformly and with high thermal conductivity. It will be very expensive. Therefore, the uniformity of the film thickness of the deposited layer can be improved.
The same effect can be obtained even if the stainless steel plate member having the fixed surface is replaced with a member made of titanium.

(設計変更)
図3は、基板ホルダの設計変更例20’を示す断面模式図である。上述の実施形態のCBD装置1においては、基板ホルダ20の基板固定面21aが曲面であるものとしたが、図3に示すように、ステンレス板状部材27が湾曲せず固定面27aは平坦なものとして、成膜用基板10を、その成膜面10aが鉛直下向き(反応液面2aに対して水平)から傾くように(図3の点線で示すように)保持してもよい。基板の傾斜角は1度〜30度の範囲が好ましい。基板の成膜面が水平から傾斜させると、成膜面を湾曲させた場合と同様に、光電変換半導体層13に対して気泡が付着することを抑制できる。
(Design changes)
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a design change example 20 ′ of the substrate holder. In the CBD device 1 of the above-described embodiment, the substrate fixing surface 21a of the substrate holder 20 is a curved surface. However, as shown in FIG. 3, the stainless plate member 27 is not curved and the fixing surface 27a is flat. As an example, the film-forming substrate 10 may be held so that the film-forming surface 10a is inclined vertically downward (horizontal with respect to the reaction liquid surface 2a) (as indicated by a dotted line in FIG. 3). The tilt angle of the substrate is preferably in the range of 1 degree to 30 degrees. When the film formation surface of the substrate is inclined from the horizontal, it is possible to suppress bubbles from adhering to the photoelectric conversion semiconductor layer 13 as in the case where the film formation surface is curved.

基板固定面21aが曲面であるときには、成膜用基板10の下地基板11が可撓性を有するものであることを要するが、平坦な固定面27aであれば、ガラス等の非可撓性の基板を用いることも可能である。   When the substrate fixing surface 21a is a curved surface, it is necessary that the base substrate 11 of the film forming substrate 10 is flexible. However, if the substrate fixing surface 21a is a flat fixing surface 27a, an inflexible material such as glass is used. It is also possible to use a substrate.

なお、CBD装置としては、反応液の各種原料溶液を貯留する複数の原料溶液タンク、原料溶液を混合するためのタンクを備え、混合して調製された反応液を反応槽に注入する配管ラインが備えられていることが好ましい。また、反応槽の反応液を循環させてろ過し、反応液中に生じた粒子(コロイド)等を回収した後に、溶液を再度反応槽に戻すための配管ラインを備えていることが好ましい。既述の通り、反応液の循環は粒子(コロイド)の生成を促進させるものであることから、成膜中ではなく、成膜と成膜のインターバル期間中に行うのが好ましい。   The CBD apparatus includes a plurality of raw material solution tanks for storing various raw material solutions of the reaction liquid, a tank for mixing the raw material solutions, and a piping line for injecting the mixed reaction liquid into the reaction tank. It is preferable that it is provided. Moreover, it is preferable to provide a piping line for returning the solution to the reaction tank again after circulating the reaction liquid in the reaction tank and filtering the particles (colloid) generated in the reaction liquid. As described above, since the circulation of the reaction liquid promotes the generation of particles (colloid), it is preferably performed during the interval between film formations, not during film formation.

反応液の透過率を測定する透過率測定部を備えていてもよい。この場合、予め透過率の低下と成膜膜厚との関係を調べておき、反応液の透過率をインサイチュ(in-situ)で測定し、透過率の低下量に基づいて、成膜を終了するようにすることができる。   You may provide the transmittance | permeability measurement part which measures the transmittance | permeability of a reaction liquid. In this case, the relationship between the decrease in transmittance and the film thickness is examined in advance, the transmittance of the reaction solution is measured in-situ, and the film formation is completed based on the decrease in transmittance. To be able to.

反応液のpHを測定するpH測定部を備えていてもよい。この場合、予めpHの変化と成膜膜厚との関係を調べておき、反応液のpHをインサイチュで測定し、pHの変化量に基づいて、成膜を終了するようにすることができる。   You may provide the pH measurement part which measures pH of a reaction liquid. In this case, the relationship between the change in pH and the film thickness can be examined in advance, the pH of the reaction solution can be measured in situ, and film formation can be terminated based on the amount of change in pH.

あるいは、反応液の電気伝導度を測定する電気伝導度測定部を備えていてもよい。この場合、予め電気伝導度の変化と成膜膜厚との関係を調べておき、反応液の電気伝導度をインサイチュで測定し、電気伝導度の変化量に基づいて、成膜を終了するようにすることができる。   Or you may provide the electrical conductivity measurement part which measures the electrical conductivity of a reaction liquid. In this case, the relationship between the change in electrical conductivity and the film thickness is examined in advance, the electrical conductivity of the reaction solution is measured in situ, and the film formation is terminated based on the amount of change in electrical conductivity. Can be.

なお、透過率、pH、電気伝導度の変化は、反応液の使用限界の検出に用いてもよい。また、単なる反応液の交換のタイミングのみならず、フレッシュな反応液、あるいはリサイクル溶液を追加添加するタイミングの判定にも用いるようにしてもよい。   In addition, you may use the change of the transmittance | permeability, pH, and electrical conductivity for the detection of the use limit of a reaction liquid. Moreover, you may make it use for the determination of not only the timing of replacement | exchange of a reaction liquid but the timing of adding a fresh reaction liquid or a recycle solution additionally.

CBD装置1においては、基板ホルダを始め、CBD液が接触する可能性のある金属部分には、アルカリ耐性がある素材、例えばSUS316を用いることが好ましい。反応槽3の内壁はテフロン(登録商標)コーティングしてあることが好ましい。   In the CBD device 1, it is preferable to use an alkali-resistant material, for example, SUS316, for the metal parts that may come into contact with the CBD liquid, including the substrate holder. The inner wall of the reaction vessel 3 is preferably coated with Teflon (registered trademark).

なお、図1に示すCBD装置1において、バッチ式の成膜を行う場合、基板ホルダを回転可能に構成し、成膜中に基板ホルダを回転させるようにすれば析出ムラをより抑制することができ、膜の均一性をさらに高めることができると考えられる。   In the CBD apparatus 1 shown in FIG. 1, when batch-type film formation is performed, if the substrate holder is configured to be rotatable and the substrate holder is rotated during the film formation, uneven deposition can be further suppressed. It is considered that the uniformity of the film can be further improved.

CBD装置1は、塵挨混入の観点等から図示しない筐体内に配置される。このとき、筐体の一部にはアルカリ性の気体を排気するための排気口が設けられていることが好ましい。
また、筐体には帯電防止機能が付与されていることが、塵挨付着を防止する観点から好ましい。帯電防止機能は、筐体に帯電防止剤が塗布されて付与されるものであってもよいし、導電性素材が練り込まれた樹脂材料から筐体を形成することによって付与されるものであってもよい。
The CBD device 1 is disposed in a housing (not shown) from the viewpoint of dust contamination. At this time, it is preferable that an exhaust port for exhausting alkaline gas is provided in a part of the housing.
In addition, it is preferable that the case has an antistatic function from the viewpoint of preventing dust adhesion. The antistatic function may be provided by applying an antistatic agent to the casing, or may be provided by forming the casing from a resin material in which a conductive material is kneaded. May be.

図1に示したCBD装置1は、バッチ式の成膜を行う形態を想定し、基板ホルダ20に矩形状の基板を1枚ずつ装着するよう構成されている。しかしながら、本発明は、バッチ式に限るものではなく、ロール・トゥ・ロール式の成膜においても適用できる。基板ホルダが、ロール状基板の一領域を順次装着できる機構を有するものであればよい。具体的には、固定面を備えたステンレス板状部材に代えて、ステンレス製の回転式ドラム形状のホルダ本体を有する基板ホルダとし、ドラム表面を固定面順次長尺基板の一領域が装着するように構成し、ドラム内側にヒーターを備えるようにすればよい。   The CBD apparatus 1 shown in FIG. 1 is configured to attach a rectangular substrate to the substrate holder 20 one by one, assuming a form in which batch-type film formation is performed. However, the present invention is not limited to a batch type, and can be applied to a roll-to-roll type film formation. Any substrate holder may be used as long as it has a mechanism capable of sequentially mounting a region of the roll substrate. Specifically, instead of a stainless steel plate-like member having a fixed surface, a substrate holder having a stainless steel rotary drum-shaped holder body is used, and a drum surface is attached to a region of a long substrate with a fixed surface sequentially. And a heater is provided inside the drum.

本発明のCBD装置は、基板上に下部電極、光電変換半導体層、バッファ層および透明電極を積層してなる光電変換素子のバッファ層の成膜に好適に用いることができる。図1に示す実施形態のCBD装置1を用い、基板上に下部電極および光電変換半導体層が形成されてなるものを成膜用基板10として、最表面となる光電変換半導体層13上にバッファ層を成膜する方法について簡単に説明する。   The CBD device of the present invention can be suitably used for forming a buffer layer of a photoelectric conversion element in which a lower electrode, a photoelectric conversion semiconductor layer, a buffer layer, and a transparent electrode are stacked on a substrate. Using the CBD device 1 of the embodiment shown in FIG. 1, a substrate in which a lower electrode and a photoelectric conversion semiconductor layer are formed on a substrate is used as a film formation substrate 10, and a buffer layer is formed on the photoelectric conversion semiconductor layer 13 that is the outermost surface. A method for forming a film will be briefly described.

反応槽3内の反応液2の温度を反応液温度制御部40により、一定温度(例えば40℃)に設定する。
他方、反応槽3の外部において、成膜用基板10を基板ホルダ20の固定面21aに固定する。その後、ヒーター30をオンにして基板10を加熱する。基板10の加熱温度は、例えば90℃に設定する。その後、基板ホルダ20により基板10を反応液2中に浸漬させる。
The temperature of the reaction liquid 2 in the reaction tank 3 is set to a constant temperature (for example, 40 ° C.) by the reaction liquid temperature control unit 40.
On the other hand, the deposition substrate 10 is fixed to the fixing surface 21 a of the substrate holder 20 outside the reaction vessel 3. Thereafter, the heater 30 is turned on to heat the substrate 10. The heating temperature of the substrate 10 is set to 90 ° C., for example. Thereafter, the substrate 10 is immersed in the reaction solution 2 by the substrate holder 20.

基板10を、反応槽3の底面に対向するように、少なくともその成膜面10aが反応液2に接触するように一定時間保持することにより、光電変換半導体層13上にバッファ層を析出させる。
バッファ層析出中も基板10はヒーター30により一定温度(90℃)に維持される。他方反応液2の温度は反応液温度制御部40によりやはり一定温度(40℃)に維持される。なお、反応液は溶液中で温度分布が生じることとなるが、反応液2の温度は既述の通り、少なくとも反応液温度制御部40の近傍の温度が一定温度となるように維持される。
A buffer layer is deposited on the photoelectric conversion semiconductor layer 13 by holding the substrate 10 for a certain period of time so that the substrate 10 faces the bottom surface of the reaction vessel 3 so that at least the film formation surface 10 a is in contact with the reaction solution 2.
The substrate 10 is maintained at a constant temperature (90 ° C.) by the heater 30 during the buffer layer deposition. On the other hand, the temperature of the reaction solution 2 is also maintained at a constant temperature (40 ° C.) by the reaction solution temperature controller 40. Although the reaction liquid has a temperature distribution in the solution, the temperature of the reaction liquid 2 is maintained so that at least the temperature in the vicinity of the reaction liquid temperature control unit 40 is a constant temperature as described above.

成膜時間(反応時間)は特に制限されない。成膜時間は基板温度や反応液温度にもよるが、例えば10〜60分間で、下地を良好に被覆し、バッファ層として充分な厚みの層を成膜することができる。   The film formation time (reaction time) is not particularly limited. Although the film formation time depends on the substrate temperature and the reaction liquid temperature, for example, the base can be satisfactorily covered in 10 to 60 minutes, and a layer having a sufficient thickness as a buffer layer can be formed.

なお、成膜中は、反応液の撹拌をはげしく行わないか、または全く行わないことが好ましい。ここで、撹拌には、スターラー等による撹拌の他、液循環、反応液への超音波の印加によるものを含むこととする。反応液の撹拌は反応液中での粒子(コロイド)の発生を促進させ、反応液中に浮遊する粒子(コロイド)の量が増加してしまうので、析出膜表面への粒子状固形物の付着の可能性が高くなってしまう。
先行技術の項で述べた特許文献1の実施形態においては、反応液を循環させることにより溶液濃度を一定に制御する旨記載されているが、このような循環を行うと、基板と反応液との間に設けた温度差が小さくなる方向にシフトすることとなる。一方、撹拌(液循環)をさせない方が温度差をより保つことができ、より基板への選択的な析出を行う効果が高い。
During the film formation, it is preferable that the reaction liquid is not stirred vigorously or not at all. Here, the stirring includes not only stirring by a stirrer or the like but also liquid circulation and application of ultrasonic waves to the reaction solution. Agitation of the reaction solution promotes the generation of particles (colloid) in the reaction solution and increases the amount of particles (colloid) floating in the reaction solution, so that the particulate solid adheres to the surface of the deposited film. The possibility of becomes high.
In the embodiment of Patent Document 1 described in the section of the prior art, it is described that the solution concentration is controlled to be constant by circulating the reaction solution. When such circulation is performed, the substrate, the reaction solution, The temperature difference provided between the two shifts in the direction of decreasing. On the other hand, if the stirring (liquid circulation) is not performed, the temperature difference can be further maintained, and the effect of selective deposition on the substrate is higher.

ここで、粒子状固形物とは、一次粒子径が数十〜数百nmオーダーの粒子が凝集した固形物である。概ね円相当径が1μm以上の粒子状固形物(二次凝集体)がバッファ層表面に付着したまま、光電変換素子を作製すると、この部分だけ抵抗が増し、電流が流れにくい領域が発生することになり、光電変換素子の性能が低下する可能性がある。
また、バッファ層上に透光性導電層を形成する工程においてバッファ層表面に付着した粒子状固形物(二次凝集体)が剥離して、それと同時にバッファ層の剥離などが生じて、光電変換素子の性能が低下する可能性がある。
Here, the particulate solid is a solid in which particles having a primary particle size of the order of several tens to several hundreds of nm are aggregated. If a photoelectric conversion element is produced with particulate solids (secondary aggregates) with a circle-equivalent diameter of approximately 1 μm or more attached to the surface of the buffer layer, the resistance increases only in this part and a region where current does not flow easily occurs. Thus, the performance of the photoelectric conversion element may be deteriorated.
In addition, in the process of forming the light-transmitting conductive layer on the buffer layer, the particulate solid (secondary aggregate) attached to the buffer layer surface is peeled off, and at the same time, the buffer layer is peeled off, which causes photoelectric conversion. There is a possibility that the performance of the element is deteriorated.

反応液を撹拌することなくバッファ層の成膜を行うことにより、撹拌した場合と比較して粒子状固形物の発生を抑制することができる。   By forming the buffer layer without stirring the reaction solution, generation of particulate solid can be suppressed as compared with the case of stirring.

バッファ層の形成後、基板ホルダごと基板を反応液から引き上げて、基板ホルダから光電変換半導体層の上にバッファ層が形成された基板を取外す。このとき、基板をホルダから取り外す前に、基板がホルダについたままの状態である程度の水洗を行ってもよい。最終的には、バッファ層が形成された基板は、ホルダから取り外した後に十分な水洗を行い、さらに水洗後にエアーナイフ等の水分除去機構により水分除去を行う。さらに、バッファ層がZnS、Zn(S,O)、Zn(S,O,OH)の場合には150℃〜230℃の温度、好ましくは170℃〜210℃の温度で、5分〜60分、アニールを行う。アニールの方式としては特に限定されないが、市販のオーブン、電気炉、真空オーブン等を利用した温風加熱が好ましい。このように加熱処理を行うことによって光電変換素子の変換効率等の特性を向上させることができる。   After the buffer layer is formed, the substrate together with the substrate holder is pulled up from the reaction solution, and the substrate on which the buffer layer is formed on the photoelectric conversion semiconductor layer is removed from the substrate holder. At this time, before removing the substrate from the holder, a certain amount of water washing may be performed while the substrate remains attached to the holder. Finally, the substrate on which the buffer layer is formed is sufficiently washed with water after being removed from the holder, and further removed with a moisture removing mechanism such as an air knife after washing with water. Further, when the buffer layer is made of ZnS, Zn (S, O), Zn (S, O, OH), the temperature is 150 to 230 ° C., preferably 170 to 210 ° C. for 5 to 60 minutes. Annealing is performed. The annealing method is not particularly limited, but warm air heating using a commercially available oven, electric furnace, vacuum oven or the like is preferable. By performing the heat treatment in this manner, characteristics such as conversion efficiency of the photoelectric conversion element can be improved.

「CBD法」とは、一般式 [M(L)] m+ ⇔ Mn++iL(式中、M:金属元素、L:配位子、m,n,i:正数を各々示す。)で表されるような平衡によって過飽和条件となる濃度とpHを有する金属イオン溶液を反応液として用い、金属イオンMの錯体を形成させることで、安定した環境で適度な速度で基板上に金属化合物薄膜を析出させる方法である。 The “CBD method” is a general formula [M (L) i ] m + M M n + + iL (wherein, M: metal element, L: ligand, m, n, i: each represents a positive number). By using a metal ion solution having a concentration and pH that are supersaturated by the equilibrium as expressed as a reaction solution and forming a complex of metal ions M, a metal compound thin film on the substrate at a moderate speed in a stable environment Is a method of precipitating.

CBD装置1を用いたバッファ層の製造に用いられる反応液はCd、ZnまたはInの金属(M)源と硫黄源を含むものである。これによって、CdS、ZnS,Zn(S,O)及び/又はZn(S,O,OH)、InS,In(S,O)及び/又はIn(S,O,OH)等のバッファ層を形成することができる。硫黄源としては硫黄を含有する化合物、例えばチオ尿素(CS(NH22、チオアセトアミド(C25NS)の他、チオリア、チオセミカルバジド、チオウレタン、ジエチルアミン、トリエタノールアミン等を用いることができる。 The reaction solution used for manufacturing the buffer layer using the CBD device 1 contains a metal (M) source of Cd, Zn or In and a sulfur source. Thereby, a buffer layer such as CdS, ZnS, Zn (S, O) and / or Zn (S, O, OH), InS, In (S, O) and / or In (S, O, OH) is formed. can do. Use sulfur-containing compounds such as thiourea (CS (NH 2 ) 2 , thioacetamide (C 2 H 5 NS), thiolia, thiosemicarbazide, thiourethane, diethylamine, triethanolamine, etc. as the sulfur source Can do.

反応液中の各成分の濃度は、所望のバッファ層を析出させることができれば、特に限定されない。   The concentration of each component in the reaction solution is not particularly limited as long as a desired buffer layer can be deposited.

CdSバッファ層を形成する場合には、上記硫黄源と、Cd化合物(例えば硫酸カドミウム、酢酸カドミウム、硝酸カドミウム、塩化カドミウムおよびこれらの水和物等)と、アンモニア水あるいはアンモニウム塩(例えばCH3COONH4、NH4Cl、NH4Iおよび(NH42SO4等)との混合溶液を反応液として用いることができる。 In the case of forming a CdS buffer layer, the above sulfur source, a Cd compound (for example, cadmium sulfate, cadmium acetate, cadmium nitrate, cadmium chloride and their hydrates), aqueous ammonia or ammonium salt (for example, CH 3 COONH). 4 , NH 4 Cl, NH 4 I and (NH 4 ) 2 SO 4 or the like) can be used as the reaction solution.

ZnS、Zn(S,O)、Zn(S,O,OH)などのCdフリーのZn化合物層からなるバッファ層を形成する場合には、上記硫黄源と、Zn化合物(例えば硫酸亜鉛、酢酸亜鉛、硝酸亜鉛、塩化亜鉛、炭酸亜鉛およびこれらの水和物等)と、アンモニア水あるいはアンモニウム塩(上記と同様)とのCdフリーの混合溶液を反応液として用いることができる。
なお、Zn化合物層からなるバッファ層を形成する場合には、反応液にはクエン酸化合物(クエン酸三ナトリウムおよび/またはその水和物)を含有させることが好ましい。クエン酸化合物を含有させることによって錯体が形成されやすく、CBD反応による結晶成長が良好に制御され、膜を安定的に成膜することができる。
In the case of forming a buffer layer made of a Zn compound layer of Cd-free such as ZnS, Zn (S, O), Zn (S, O, OH), the above sulfur source and a Zn compound (for example, zinc sulfate, zinc acetate) , Zinc nitrate, zinc chloride, zinc carbonate, and their hydrates) and a Cd-free mixed solution of aqueous ammonia or ammonium salt (same as above) can be used as the reaction solution.
In addition, when forming the buffer layer which consists of Zn compound layers, it is preferable to make a reaction liquid contain a citric acid compound (trisodium citrate and / or its hydrate). By containing a citric acid compound, a complex is easily formed, crystal growth by the CBD reaction is well controlled, and a film can be stably formed.

実施形態のCBD装置1に示したように、基板ホルダ20の基板固定面21aが湾曲しているものである場合には、可撓性基板へのバッファ層形成に適する。一方、図3に示した設計変更例のように、基板ホルダ20’の固定面27aが平面である場合には、基板の可撓性、非可撓性を問わず適用することができる。   As shown in the CBD device 1 of the embodiment, when the substrate fixing surface 21a of the substrate holder 20 is curved, it is suitable for forming a buffer layer on a flexible substrate. On the other hand, when the fixed surface 27a of the substrate holder 20 'is a flat surface as in the design modification example shown in FIG. 3, it can be applied regardless of the flexibility or inflexibility of the substrate.

成膜用基板10は、下地基板11とその上に形成された図示しない下部電極および最表面を構成する光電変換半導体層13を少なくとも備えている。
下地基板11の具体例としては、ガラス基板、表面に絶縁膜が成膜されたステンレス等の金属基板、及びポリイミド等の樹脂基板等が挙げられる。
The film formation substrate 10 includes at least a base substrate 11, a lower electrode (not shown) formed thereon, and a photoelectric conversion semiconductor layer 13 constituting the outermost surface.
Specific examples of the base substrate 11 include a glass substrate, a metal substrate such as stainless steel having an insulating film formed on the surface thereof, and a resin substrate such as polyimide.

また、本実施形態のCBD装置1のように、基板ホルダ20が端面保護部材を備えている場合には、下地基板11がCBD反応液に溶解してしまう成分を含むものであっても、基板からこのような成分を溶出させることがない。特に、基板が水酸化物イオンと錯イオンを形成しうる金属を含むものである場合にその効果を得ることができ、より詳細にはAlを含む基板に効果的に適用できる。   In addition, when the substrate holder 20 includes the end face protection member as in the CBD device 1 of the present embodiment, the substrate 11 may include a component that dissolves in the CBD reaction solution. Therefore, such components are not eluted. In particular, the effect can be obtained when the substrate contains a metal capable of forming a complex ion with hydroxide ions, and more specifically, the substrate can be effectively applied to a substrate containing Al.

具体的には、下地基板11は、Alを主成分とするAl基材の少なくとも一方の面側にAl23を主成分とする陽極酸化膜が形成された陽極酸化基板、Feを主成分とするFe材の少なくとも一方の面側にAlを主成分とするAl材が複合された複合基材の少なくとも一方の面側にAl23を主成分とする陽極酸化膜が形成された陽極酸化基板、および、Feを主成分とするFe材の少なくとも一方の面側にAlを主成分とするAl膜が成膜された基材の少なくとも一方の面側にAl23を主成分とする陽極酸化膜が形成された陽極酸化基板のうちいずれか1つの陽極酸化基板であることが好ましい。 Specifically, the base substrate 11 is an anodized substrate in which an anodized film mainly composed of Al 2 O 3 is formed on at least one surface side of an Al base material mainly composed of Al. An anode in which an anodized film mainly composed of Al 2 O 3 is formed on at least one surface side of a composite base material in which an Al material mainly composed of Al is composited on at least one surface side of the Fe material Al 2 O 3 is a main component on at least one surface side of an oxide substrate and a base material on which an Al film having an Al main component is formed on at least one surface of an Fe material containing Fe as a main component. It is preferable that any one of the anodized substrates on which the anodized film to be formed is formed.

さらに、下地基板11上にソーダライムガラス(SLG)層が設けられたものであってもよい。ソーダライムガラス層を備えることにより、光電変換半導体層にNaを拡散させることができる。光電変換半導体層がNaを含むことにより、光電変換効率をさらに向上させることができる。   Further, a soda lime glass (SLG) layer may be provided on the base substrate 11. By providing the soda lime glass layer, Na can be diffused into the photoelectric conversion semiconductor layer. When the photoelectric conversion semiconductor layer contains Na, the photoelectric conversion efficiency can be further improved.

下地基板11上に形成される下部電極としては、特に制限されず、Mo,Cr,W,及びこれらの組合せが好ましく、Mo等が特に好ましい。下部電極の膜厚は制限されず、200〜1000nm程度が好ましい。例えば、基板上にスパッタ法により成膜することができる。   The lower electrode formed on the base substrate 11 is not particularly limited, and Mo, Cr, W, and combinations thereof are preferable, and Mo or the like is particularly preferable. The film thickness of the lower electrode is not limited and is preferably about 200 to 1000 nm. For example, a film can be formed on the substrate by a sputtering method.

また、下部電極上に設けられる光電変換半導体層13の主成分は特に制限されないが、高光電変換効率が得られることから、少なくとも1種のカルコパイライト構造の化合物半導体であることが好ましく、Ib族元素とIIIb族元素とVIb族元素とからなる少なくとも1種の化合物半導体であることがより好ましい。   The main component of the photoelectric conversion semiconductor layer 13 provided on the lower electrode is not particularly limited, but is preferably a compound semiconductor having at least one chalcopyrite structure because high photoelectric conversion efficiency is obtained. More preferably, it is at least one compound semiconductor composed of an element, a group IIIb element, and a group VIb element.

光電変換半導体層13の主成分としては、
CuおよびAgからなる群より選択された少なくとも1種のIb族元素と、
Al,GaおよびInからなる群より選択された少なくとも1種のIIIb族元素と、
S,Se,およびTeからなる群から選択された少なくとも1種のVIb族元素とからなる少なくとも1種の化合物半導体であることが好ましい。
As a main component of the photoelectric conversion semiconductor layer 13,
At least one group Ib element selected from the group consisting of Cu and Ag;
At least one group IIIb element selected from the group consisting of Al, Ga and In;
It is preferably at least one compound semiconductor comprising at least one VIb group element selected from the group consisting of S, Se, and Te.

上記化合物半導体としては、
CuAlS2,CuGaS2,CuInS2
CuAlSe2,CuGaSe2
AgAlS2,AgGaS2,AgInS2
AgAlSe2,AgGaSe2,AgInSe2
AgAlTe2,AgGaTe2,AgInTe2
Cu(In,Al)Se2,Cu(In,Ga)(S,Se)2
Cu1-zIn1-xGaxSe2-yy(式中、0≦x≦1,0≦y≦2,0≦z≦1)(CI(G)S),
Ag(In,Ga)Se2,およびAg(In,Ga)(S,Se)2等が挙げられる。
As the compound semiconductor,
CuAlS 2 , CuGaS 2 , CuInS 2 ,
CuAlSe 2 , CuGaSe 2 ,
AgAlS 2 , AgGaS 2 , AgInS 2 ,
AgAlSe 2 , AgGaSe 2 , AgInSe 2 ,
AgAlTe 2 , AgGaTe 2 , AgInTe 2 ,
Cu (In, Al) Se 2 , Cu (In, Ga) (S, Se) 2 ,
Cu 1-z In 1-x Ga x Se 2-y S y (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 2, 0 ≦ z ≦ 1) (CI (G) S),
Examples include Ag (In, Ga) Se 2 and Ag (In, Ga) (S, Se) 2 .

また、CuZnSnS,CuZnSnSe,CuZnSn(S,Se),CdTe,(Cd,Zn)Te等であってもよい。 Further, Cu 2 ZnSnS 4 , Cu 2 ZnSnSe 4 , Cu 2 ZnSn (S, Se) 4 , CdTe, (Cd, Zn) Te, or the like may be used.

光電変換半導体層13の膜厚は特に制限されず、1.0〜4.0μmが好ましく、1.5〜3.5μmが特に好ましい。   The film thickness of the photoelectric conversion semiconductor layer 13 is not particularly limited, and is preferably 1.0 to 4.0 μm, particularly preferably 1.5 to 3.5 μm.

なお、本実施形態のCBD装置においてバッファ層を形成した後、バッファ層上に、光を取り込むと共に、下部電極と対になって、光電変換半導体層で生成された電流が流れる電極として機能する層である透光性導電層(例えばZnO:Al等のn−ZnO等)、上部電極(Al等)を形成すれば光電変換素子が完成する。光電変換素子は、太陽電池等に好ましく使用することができ、光電変換素子に対して必要に応じて、カバーガラス、保護フィルム等を取り付けて、太陽電池とすることができる。   In addition, after forming the buffer layer in the CBD device of the present embodiment, the layer that functions as an electrode that captures light and is paired with the lower electrode and through which the current generated in the photoelectric conversion semiconductor layer flows. If a translucent conductive layer (for example, n-ZnO such as ZnO: Al) and an upper electrode (Al or the like) are formed, a photoelectric conversion element is completed. A photoelectric conversion element can be preferably used for a solar cell etc., A cover glass, a protective film, etc. can be attached to a photoelectric conversion element as needed, and it can be set as a solar cell.

なお、本発明の製造方法で作製される光電変換素子は、太陽電池のみならずCCD等の他の用途にも適用可能である。   In addition, the photoelectric conversion element produced with the manufacturing method of this invention is applicable not only to a solar cell but other uses, such as CCD.

本発明の実施例および比較例について説明する。
図1に示した
Examples of the present invention and comparative examples will be described.
As shown in FIG.

<成膜用基板>
成膜用基板は、下地基板11上に下部電極および光電変換半導体層13が積層されてなるものである。
成膜用基板は、100μm厚ステンレス(SUS)−30μm厚Al複合基材上のAl表面にアルミニウム陽極酸化膜(AAO)が形成された陽極酸化基板を用い、AAO表面にソーダライムガラス(SLG)層及びMo電極層、および光電変換半導体層が順次形成されてなるものとした。具体的には、SLG層およびMo電極層をスパッタ法により形成し、光電変換半導体層として、Cu(In0.7Ga0.3)Se2層を3段階法により成膜した。各層の膜厚は、SUS(100μm)、Al(30μm)、AAO(20μm)、SLG(0.2μm)、Mo(0.8μm)、CIGS(1.8μm)であった。基板の大きさは10cm×10cmとした。
<Deposition substrate>
The film formation substrate is formed by laminating the lower electrode and the photoelectric conversion semiconductor layer 13 on the base substrate 11.
The substrate for film formation is an anodized substrate in which an aluminum anodic oxide film (AAO) is formed on an Al surface on a 100 μm thick stainless steel (SUS) -30 μm thick Al composite base material, and soda lime glass (SLG) on the AAO surface. The layer, the Mo electrode layer, and the photoelectric conversion semiconductor layer were sequentially formed. Specifically, an SLG layer and an Mo electrode layer were formed by sputtering, and a Cu (In 0.7 Ga 0.3 ) Se 2 layer was formed as a photoelectric conversion semiconductor layer by a three-step method. The film thickness of each layer was SUS (100 μm), Al (30 μm), AAO (20 μm), SLG (0.2 μm), Mo (0.8 μm), CIGS (1.8 μm). The size of the substrate was 10 cm × 10 cm.

<表面処理>
KCN10%水溶液の入った反応槽を用意し、成膜用基板表面であるCIGS層の表面を室温で3分間分浸漬させてCIGS層表面の不純物除去を行った。取り出した後に十分に水洗を行った。
<Surface treatment>
A reaction vessel containing a 10% aqueous solution of KCN was prepared, and the surface of the CIGS layer, which is the surface of the film formation substrate, was immersed for 3 minutes at room temperature to remove impurities from the CIGS layer surface. After taking out, it fully washed with water.

<反応液Iの調製>
成分(Z)の水溶液(I)として硫酸亜鉛水溶液(0.18[M])、成分(S)の水溶液(II)としてチオ尿素水溶液(チオ尿素0.30[M])、成分(C)の水溶液(III)としてクエン酸三ナトリウム水溶液(0.18[M])、及び成分(N)の水溶液(IV)としてアンモニア水(0.30[M])をそれぞれ調製した。次に、これらの水溶液のうち、I,II,IIIを同体積ずつ混合して、硫酸亜鉛0.06[M],チオ尿素0.10[M],クエン酸三ナトリウム0.06[M]となる混合溶液を完成させ、この混合溶液と、0.30[M]のアンモニア水を同体積ずつを混合してCBD液(反応液)を得た。水溶液(I)〜(IV)を混合する際には、水溶液(IV)を最後に添加するようにした。透明な反応液とするには、水溶液(IV)を最後に添加することが重要である。混合して得られた反応液は、孔サイズ0.22μmのろ過フィルタを用いてろ過した。最終的に得られた反応液のpHは10.3であった。
<Preparation of reaction solution I>
Zinc sulfate aqueous solution (0.18 [M]) as aqueous solution (I) of component (Z), thiourea aqueous solution (thiourea 0.30 [M]) as aqueous solution (II) of component (S), component (C) Aqueous solution of trisodium citrate (0.18 [M]) was prepared as an aqueous solution (III), and aqueous ammonia (0.30 [M]) was prepared as an aqueous solution (IV) of component (N). Next, among these aqueous solutions, I, II, and III are mixed in the same volume, zinc sulfate 0.06 [M], thiourea 0.10 [M], trisodium citrate 0.06 [M]. A mixed solution was completed, and this mixed solution and 0.30 [M] aqueous ammonia were mixed in equal volumes to obtain a CBD solution (reaction solution). When mixing the aqueous solutions (I) to (IV), the aqueous solution (IV) was added last. In order to obtain a transparent reaction solution, it is important to add the aqueous solution (IV) last. The reaction solution obtained by mixing was filtered using a filtration filter having a pore size of 0.22 μm. The pH of the reaction solution finally obtained was 10.3.

<反応液IIの調製>
CdSO4水溶液、チオ尿素水溶液、アンモニア水溶液を所定量混合して、CdSO4:0.0015M、チオ尿素:0.05M、アンモニア:1.5MであるCBD溶液(反応液II)を調製した。最終的に得られた反応液IIのpHは12.0であった。
<Preparation of reaction solution II>
CdSO 4 aqueous solution, thiourea aqueous solution, and ammonia aqueous solution were mixed in predetermined amounts to prepare a CBD solution (reaction solution II) having CdSO 4 : 0.0015M, thiourea: 0.05M, and ammonia: 1.5M. The pH of the reaction liquid II finally obtained was 12.0.

(実施例1)
準備した成膜用基板を図1に示すCBD装置の基板保持部にセットした。
基板の表面を反応液に接触させる前に、ヒーターをオンにして基板を90℃に加熱した。
その後、図1に示すように、基板保持部を下降させて、40℃に調温した反応液Iに基板を浸漬させて、光電変換半導体層表面にバッファ層の析出を行った。析出時間は30分とした。析出期間中は、ヒーターによる基板の加熱(設定温度90℃)、反応液の温調(設定温度40℃)を継続した。
Example 1
The prepared film formation substrate was set on the substrate holding portion of the CBD apparatus shown in FIG.
Before bringing the surface of the substrate into contact with the reaction solution, the heater was turned on and the substrate was heated to 90 ° C.
Thereafter, as shown in FIG. 1, the substrate holding part was lowered and the substrate was immersed in the reaction solution I adjusted to 40 ° C., so that the buffer layer was deposited on the surface of the photoelectric conversion semiconductor layer. The deposition time was 30 minutes. During the deposition period, heating of the substrate with a heater (set temperature 90 ° C.) and temperature control of the reaction solution (set temperature 40 ° C.) were continued.

(実施例2)
実施例2は、図1に示すCBD装置において、基板固定面が平坦な図3に示す基板保持部20’を備えた装置を用いた。実施例2では、基板を反応液に浸漬する際、図3に破線で示すように、固定面が水平面2aから傾くように挿入した。この点以外は実施例1と同様の方法でバッファ層の析出を行った。
(Example 2)
In Example 2, the apparatus provided with the substrate holding portion 20 ′ shown in FIG. 3 having a flat substrate fixing surface in the CBD device shown in FIG. 1 was used. In Example 2, when the substrate was immersed in the reaction solution, the fixed surface was inserted so as to be inclined from the horizontal surface 2a as shown by a broken line in FIG. Except for this point, the buffer layer was deposited in the same manner as in Example 1.

(実施例3)
実施例3は、実施例2と同様の装置を用いたが、基板を反応液に浸漬させる際、固定面は水平面2aと平行となるようにした。この点以外は実施例1および2と同様の方法でバッファ層の析出を行った。
(Example 3)
In Example 3, the same apparatus as in Example 2 was used. However, when the substrate was immersed in the reaction solution, the fixed surface was parallel to the horizontal surface 2a. Except for this point, the buffer layer was deposited in the same manner as in Examples 1 and 2.

(実施例4)
実施例4は、図4に模式的に示すCBD装置100を用いた。CBD装置100は、反応液2を蓄えることが可能な反応槽103と、反応槽103の壁面に形成された、成膜用基板10の大きさよりも小さい開口部103aと、この開口部103aに対応する位置であって反応槽103の外側壁面に、開口部103a全体を成膜用基板10で覆うように成膜用基板10を保持する基板保持部(基板ホルダ)104を備え、さらに、反応液温度制御部110および基板加熱制御部120を備えている。
Example 4
In Example 4, the CBD device 100 schematically shown in FIG. 4 was used. The CBD apparatus 100 corresponds to the reaction tank 103 capable of storing the reaction liquid 2, the opening 103a formed on the wall surface of the reaction tank 103, which is smaller than the size of the film formation substrate 10, and the opening 103a. And a substrate holding part (substrate holder) 104 for holding the film-forming substrate 10 so that the entire opening 103a is covered with the film-forming substrate 10 on the outer wall surface of the reaction vessel 103. A temperature control unit 110 and a substrate heating control unit 120 are provided.

基板ホルダ104は、基板10の背面全体を均一に押圧することが可能な背板106(後述の恒温水循環路の一部を兼ねている)と、この背板106を開口部103aに向けて押あ圧することが可能なネジ部材107とを備えている。本基板ホルダ104は、基板を反応槽の側壁面に平行に保持するものである。   The substrate holder 104 pushes the back plate 106 (which also serves as a part of a constant-temperature water circulation path described later) capable of uniformly pressing the entire back surface of the substrate 10 toward the opening 103a. And a screw member 107 capable of pressing. The substrate holder 104 holds the substrate parallel to the side wall surface of the reaction vessel.

反応液温度制御部110は、反応槽103の外側から反応液2を加熱もしくは冷却するために恒温水111を循環させる反応槽103外部に配設された反応液温調用恒温水循環路112と、液温度を一定に維持する恒温槽113を備えている。   The reaction liquid temperature control unit 110 includes a constant temperature water circulation path 112 for adjusting the temperature of the reaction liquid disposed outside the reaction tank 103 for circulating the constant temperature water 111 to heat or cool the reaction liquid 2 from the outside of the reaction tank 103, and a liquid A constant temperature bath 113 that maintains a constant temperature is provided.

また、基板加熱制御部120は、基板裏面から基板10を加熱するために恒温水121を循環させる基板裏面に配設された基板加熱用恒温水循環路122と、液温度を一定に維持する恒温槽123とを備えている。すなわち、このCBD装置100は、基板裏面を加熱する機構(基板加熱制御部120)とは別(独立に)に、このCBD装置に導入した反応液を所定の温度に制御する機構(反応液温度制御部110)を備え、それぞれの温度を独立に制御することができるようになっている。   Further, the substrate heating control unit 120 includes a substrate heating constant temperature water circulation path 122 disposed on the substrate back surface for circulating the constant temperature water 121 for heating the substrate 10 from the substrate back surface, and a constant temperature bath for maintaining the liquid temperature constant. 123. In other words, the CBD device 100 has a mechanism (reaction solution temperature) that controls the reaction liquid introduced into the CBD device to a predetermined temperature separately from (independently from) the mechanism (substrate heating control unit 120) that heats the back surface of the substrate. The controller 110) is provided so that each temperature can be controlled independently.

実施例4は、成膜用基板を基板ホルダにセットして90℃に加熱し、40℃に温調しておいた反応液Iを基板の加熱開始15分後に反応槽内に注入し、30分間バッファ層の析出を行った。バッファ層の析出期間中は、基板加熱制御部120および反応液温度制御部110により、それぞれ90℃の恒温水121、40℃の恒温水122を循環させてた状態を維持した。   In Example 4, the film formation substrate was set on the substrate holder and heated to 90 ° C., and the reaction solution I adjusted to 40 ° C. was poured into the reaction vessel 15 minutes after the start of heating of the substrate. The buffer layer was deposited for a minute. During the deposition period of the buffer layer, the substrate heating control unit 120 and the reaction liquid temperature control unit 110 maintained the state where the 90 ° C. constant temperature water 121 and the 40 ° C. constant temperature water 122 were circulated, respectively.

(実施例5)
実施例5は、実施例1と同様のCBD装置を用いた。反応液IIを用い、基板加熱温度を80℃とし、成膜時間を4分としたこと以外は実施例1と同様とした。
(Example 5)
In Example 5, the same CBD apparatus as in Example 1 was used. The same procedure as in Example 1 was performed except that the reaction solution II was used, the substrate heating temperature was 80 ° C., and the film formation time was 4 minutes.

(比較例1)
比較例1は、図5に模式的に示すガラス製ビーカーからなる反応容器150に準備した反応液2を入れ、成膜用基板(基板10)を反応容器中に析出面が下になるように立てかけた状態で、反応容器150ごと恒温槽155の恒温水156中に浸漬させて反応液を90℃に加熱し、90℃に加熱後60分間バッファ層の析出を行った。本比較例1では、成膜用基板は反応液を介して加熱されている。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, the prepared reaction solution 2 is placed in a reaction vessel 150 made of a glass beaker schematically shown in FIG. 5, and the deposition substrate (substrate 10) is placed in the reaction vessel so that the deposition surface is on the bottom. In a standing state, the reaction vessel 150 was immersed in the constant temperature water 156 of the constant temperature bath 155 to heat the reaction solution to 90 ° C., and after heating to 90 ° C., the buffer layer was deposited for 60 minutes. In Comparative Example 1, the film formation substrate is heated via the reaction solution.

<膜厚評価>
CIGS層を被覆したバッファ層の膜厚を評価するために、バッファ層表面に保護膜を形成した後に収束イオンビーム(FIB)加工を行ってバッファ層の断面出しを行い、その断面についてSEM観察を実施した。この断面SEM像から合計35ポイントについて膜厚計測を行い、その平均値を算出した。
なお、具体的には、10cm角の基板の中心点とこの中心点から上下左右にそれぞれ3cmの距離に位置する箇所の計5箇所について、各箇所毎にSEM像から7点計測し、トータルとして35ポイント計測して、平均膜厚および膜厚の標準偏差をそれぞれ算出した。
<Evaluation of film thickness>
In order to evaluate the thickness of the buffer layer coated with the CIGS layer, a protective film is formed on the surface of the buffer layer, and then a focused ion beam (FIB) process is performed to obtain a cross-section of the buffer layer. Carried out. The film thickness was measured for a total of 35 points from this cross-sectional SEM image, and the average value was calculated.
Specifically, 7 points were measured from the SEM image at each location for a total of 5 locations, a center point of a 10 cm square substrate and a location 3 cm above, below, left, and right from this center point. 35 points were measured, and the average film thickness and the standard deviation of the film thickness were calculated.

<膜表面粒子付着数の評価>
100μm×100μmの視野において、一次粒子サイズが数十〜数百nmオーダーの粒子が凝集した付着物(膜表面を真上から観察した時に発見される凝集体)の存在状態を以下の基準で評価した。
円相当径が3μm以上のものが3個以下の場合を良好(○)、円相当径が3μm以上のものが4個以上、10個以下の場合を可(△)、円相当径が3μm以上のものが11個以上の場合を不良(×)とした。
<Evaluation of the number of film surface particles>
In the field of view of 100 μm × 100 μm, the presence condition of the adhering material (aggregates discovered when the surface of the film is observed from directly above) in which the particles having the primary particle size of the order of several tens to several hundreds of nm are aggregated is evaluated according to the following criteria did.
Good when the equivalent circle diameter is 3 μm or more is 3 or less (◯), 4 or more when the equivalent circle diameter is 3 μm or more is acceptable (Δ), and the equivalent circle diameter is 3 μm or more The case where the number was 11 or more was regarded as defective (x).

<気泡付着による膜抜け程度の評価>
CIGS層上にCBD法によって製膜を実施した場合、100nm未満の非常に薄い膜であっても、その干渉作用により目視で膜の存在を確認することが可能であるので、まず目視評価から、膜がついていないと判定できた部分を確認した。目視評価の結果、基板面積の5%以上に相当した場合は×、5%未満であるが膜が付いていない箇所がある場合には△、膜が付いていない箇所がない場合には○とした。さらに、このような評価を行ったサンプルについては、膜が付いていないと目視された箇所に関してSEM観察を行い、膜がついていないことの確認も合わせてを行った。
なお、気泡がCIGS表面に存在していた場合、反応液が析出させたい表面に接触することがないので、このような部分があると、まったく析出が進まなくなる。
<Evaluation of the degree of film loss due to bubble adhesion>
When film formation is performed on the CIGS layer by the CBD method, even if it is a very thin film of less than 100 nm, it is possible to visually confirm the presence of the film by its interference action. The part which could be determined not to have a film was confirmed. As a result of visual evaluation, when it corresponds to 5% or more of the substrate area, it is X when less than 5% but no film is attached, and ◯ when there is no film. did. Furthermore, about the sample which performed such evaluation, SEM observation was performed about the location visually recognized that the film | membrane is not attached, and the confirmation that the film | membrane was not attached was also performed.
In addition, when bubbles are present on the CIGS surface, the reaction liquid does not come into contact with the surface on which the reaction liquid is to be deposited.

<基板の溶出量評価>
成膜終了後の反応液に溶出したAl量[ppm]を測定した。
上記実施例、比較例のバッファ層析出後、CBD反応液2.5mLを25mLメスフラスコでメスアップ(10倍希釈)し、SPS3000 ICP発光分光分析装置を用いてAl濃度を測定した(定量下限値:Al(<1ppm))。なお、測定結果は各サンプルについて2回ずつ測定を行い、得られた値の平均値で算出した。
<Evaluation of elution amount of substrate>
The amount of Al [ppm] eluted in the reaction solution after film formation was measured.
After depositing the buffer layers of the above Examples and Comparative Examples, 2.5 mL of CBD reaction solution was diluted with a 25 mL volumetric flask (10-fold dilution), and the Al concentration was measured using an SPS3000 ICP emission spectroscopic analyzer (lower limit of quantification). Value: Al (<1 ppm)). In addition, the measurement result was measured twice for each sample, and the average value of the obtained values was calculated.

実施例1〜5は、いずれも基板はその端面が保護された状態で反応液中に浸漬されていたため、Alの溶出はなかった。比較例1は端面が保護されていなかったため、成膜終了後の反応液にAl量31ppmが溶出していた。   In each of Examples 1 to 5, since the substrate was immersed in the reaction solution in a state where the end face was protected, there was no elution of Al. Since the end surface of Comparative Example 1 was not protected, the Al amount of 31 ppm was eluted in the reaction solution after completion of the film formation.

表1から明らかなように、本発明の製造装置を用いた実施例は、成膜表面における粒子の付着を良好に抑制することができた。
実施例1〜4では、反応液温度を基板温度より低く設定することにより、粒子(コロイド)付着数が非常に少なく、良好な膜が得られた。また、このとき、反応液透過率はいずれも80%以上と粒子(コロイド)の発生が抑制されていることも明らかである。
As can be seen from Table 1, in the example using the production apparatus of the present invention, the adhesion of particles on the film formation surface could be satisfactorily suppressed.
In Examples 1 to 4, by setting the reaction solution temperature to be lower than the substrate temperature, the number of particles (colloid) attached was very small, and a good film was obtained. At this time, it is also clear that the reaction solution transmittance is 80% or more, and the generation of particles (colloid) is suppressed.

また、基板保持部の形状が凸状の湾曲である場合には、バッファ層の膜抜けも抑制することができた。これは、気泡が湾曲に沿って上昇するため、成膜面への気泡付着が抑制されたためと考えられる。なお、基板保持部の形状が平坦な場合であっても、傾けて保持した場合(実施例2)傾けない場合(実施例3)と比較して成膜面への気泡付着が抑制され、気泡付着による膜抜けを抑制することができた。   Further, when the shape of the substrate holding part is a convex curve, it was possible to suppress film removal of the buffer layer. This is presumably because the bubbles rise along the curve and the bubble adhesion to the film formation surface is suppressed. In addition, even when the shape of the substrate holding portion is flat, the bubble adhesion to the film formation surface is suppressed as compared with the case where the substrate holding portion is tilted (Example 2) and the case where the substrate holding portion is not tilted (Example 3). It was possible to suppress film loss due to adhesion.

実施例において膜厚の標準偏差は若干小さくなる傾向が見られた。本発明における膜厚の均一性の効果は、より厚膜でバッファ層を形成する際に顕在化するものと期待される。   In the examples, the standard deviation of the film thickness tended to be slightly smaller. The effect of the uniformity of film thickness in the present invention is expected to be manifested when the buffer layer is formed with a thicker film.

なお、実施例1〜5は反応槽の内壁をテフロン(登録商標)コーティングしたものを用いており、内壁への析出膜の付着は非常に少なかった。一方、比較例1は反応槽がガラス製ビーカーであり、テフロン(登録商標)コーティングされておらず、内壁への析出膜の付着が激しかった。   In Examples 1 to 5, the inner wall of the reaction vessel was coated with Teflon (registered trademark), and the deposited film adhered to the inner wall was very little. On the other hand, in Comparative Example 1, the reaction vessel was a glass beaker, which was not coated with Teflon (registered trademark), and deposition of the deposited film on the inner wall was intense.

1 CBD装置
2 反応液
3 反応槽
10 成膜用基板
11 下地基板
13 光電変換半導体層
20 基板ホルダ(基板保持部)
21 ステンレス板状部材
21a 固定面
22 壁面
23 ホルダ本体
24 液漏れ防止治具
25 固定枠
30 ヒーター
40 反応液温度制御部
41 温度調整手段
42 温度測定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 CBD apparatus 2 Reaction liquid 3 Reaction tank 10 Film-forming board | substrate 11 Base substrate 13 Photoelectric conversion semiconductor layer 20 Substrate holder (substrate holding part)
21 Stainless steel plate member 21a Fixed surface 22 Wall surface 23 Holder body 24 Liquid leakage prevention jig 25 Fixed frame 30 Heater 40 Reaction liquid temperature control unit 41 Temperature adjustment means 42 Temperature measurement unit

Claims (9)

成膜用基板の成膜面に対して膜を化学浴析出させるための反応液を蓄える反応槽と、
前記成膜用基板の裏面が密着固定されるステンレスあるいはチタンからなる固定面を有し、少なくとも前記成膜面を前記反応液に接触させるように前記成膜用基板を保持する基板保持部と、
前記成膜用基板を、該成膜用基板の裏面側から加熱する、前記固定面の裏側に配設されたヒーターと、
前記反応槽中の前記反応液の温度を制御する反応液温度制御部とを備えていることを特徴とする化学浴析出装置。
A reaction vessel for storing a reaction liquid for depositing a film on the deposition surface of the deposition substrate;
A substrate holding unit for holding the film-forming substrate so that at least the film-forming surface is brought into contact with the reaction solution; and having a fixed surface made of stainless steel or titanium to which the back surface of the film-forming substrate is closely fixed.
A heater disposed on the back side of the fixed surface for heating the film-forming substrate from the back side of the film-forming substrate;
A chemical bath deposition apparatus comprising: a reaction liquid temperature control unit that controls the temperature of the reaction liquid in the reaction tank.
前記ヒーターが、前記固定面の前記成膜用基板が固定される面積よりも大きな面積に亘って設けられている面状ヒーターであることを特徴とする請求項1記載の化学浴析出装置。   2. The chemical bath deposition apparatus according to claim 1, wherein the heater is a planar heater provided over an area larger than an area of the fixed surface on which the film-forming substrate is fixed. 前記ヒーターが、ラバーヒーターであることを特徴とする請求項2記載の化学浴析出装置。   The chemical bath deposition apparatus according to claim 2, wherein the heater is a rubber heater. 前記基板保持部が、前記成膜用基板を前記成膜面が鉛直下向きとなるように保持するものであることを特徴とする請求項1から3いずれか1項記載の化学浴析出装置。   4. The chemical bath deposition apparatus according to claim 1, wherein the substrate holding unit holds the film formation substrate such that the film formation surface is vertically downward. 5. 前記基板保持部の前記固定面が凸状の湾曲面であることを特徴とする請求項4記載の化学浴析出装置。   The chemical bath deposition apparatus according to claim 4, wherein the fixed surface of the substrate holding portion is a convex curved surface. 前記基板保持部が、前記成膜用基板を前記成膜面が鉛直下向きから傾くように保持するものであることを特徴とする請求項1から3いずれか1項記載の化学浴析出装置。   The chemical bath deposition apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the substrate holding unit is configured to hold the film-forming substrate so that the film-forming surface is inclined vertically downward. 前記基板保持部が、前記成膜用基板を前記反応槽の側壁面に対して平行に保持するものであることを特徴とする請求項1から3いずれか1項記載の化学浴析出装置。   The chemical bath deposition apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the substrate holding unit holds the film-forming substrate in parallel with a side wall surface of the reaction vessel. 前記基板保持部が、前記固定面に固定された基板の側端面が前記反応液と接触するのを防止する端面保護部材を備えていることを特徴とする請求項1から7いずれか1項記載の化学浴析出装置。   The said board | substrate holding part is equipped with the end surface protection member which prevents that the side end surface of the board | substrate fixed to the said fixing surface contacts the said reaction liquid. Chemical bath deposition equipment. 前記反応槽の内壁のうち少なくとも反応液と接触する部分が、疎水性材料で被覆されていることを特徴とする請求項1から8いずれか1項記載の化学浴析出装置。   The chemical bath deposition apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein at least a portion of the inner wall of the reaction tank that is in contact with the reaction solution is coated with a hydrophobic material.
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