JP2013065826A - Formation method of chalcogenide semiconductor film and photovoltaic device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of forming a chalcogenide semiconductor film, and to provide a photovoltaic device using the chalcogenide semiconductor film.SOLUTION: The method of forming a chalcogenide semiconductor film includes a step for coating a substrate with a precursor solution so as to form a layer, and a step for annealing that layer so as to form a chalcogenide semiconductor film. The precursor solution has a solvent, metal chalcogenide particles 110, and at least one of metal ion and metal complex ion 120 dispersed on the surface of the metal chalcogenide particles. The metals of metal chalcogenide particles, metal ions and metal complex ions are selected from a group having group I, group II, group III and group IV in a periodic table, and have all metal elements 140 of the chalcogenide semiconductor material.

Description

本発明は、光起電力装置に関し、特に、カルコゲナイド半導体膜を形成する方法及びカルコゲナイド半導体膜を用いる光起電力装置に関する。   The present invention relates to a photovoltaic device, and more particularly, to a method for forming a chalcogenide semiconductor film and a photovoltaic device using the chalcogenide semiconductor film.

光起電力装置が、地球上のエネルギー不足のために、注目されている。光起電力装置は、結晶シリコン太陽電池及び薄膜太陽電池に大雑把に分類される。結晶シリコン太陽電池は、その成熟した製造技術及び高効率のために、主流の光起電力装置となっている。しかしながら、結晶シリコン太陽電池は、その高い材料コスト及び製造コストのために、決して一般的な太陽電池になっていない。薄膜太陽電池は、ガラス基板等の非シリコン基板上に光吸収層を形成することにより製造される。ガラス基板には不足する懸念がなく、ガラス基板の価格は、結晶シリコン太陽電池において用いられるシリコンウェーハと比較してより安価である。故に、薄膜太陽電池は、結晶シリコン太陽電池の代替のものとみなされている。   Photovoltaic devices are attracting attention due to the lack of energy on the earth. Photovoltaic devices are roughly classified into crystalline silicon solar cells and thin film solar cells. Crystalline silicon solar cells have become mainstream photovoltaic devices due to their mature manufacturing technology and high efficiency. However, crystalline silicon solar cells have never become common solar cells due to their high material costs and manufacturing costs. Thin film solar cells are manufactured by forming a light absorption layer on a non-silicon substrate such as a glass substrate. There is no shortage of glass substrates, and the price of glass substrates is cheaper compared to silicon wafers used in crystalline silicon solar cells. Hence, thin film solar cells are regarded as an alternative to crystalline silicon solar cells.

薄膜太陽電池は、アモルファスシリコン、多結晶シリコン、テルル化カドミウム(CdTe)、銅のインジウムガリウムセレン化物(CIS又はCIGS)、色素増感膜(DSC)及び他の有機膜等の光吸収層の材料により更に分類されることが可能である。それらの薄膜太陽電池の中で、CIGS太陽電池は、結晶シリコン太陽電池に匹敵する20%の電池効率に達している。   Thin film solar cells are made of light absorbing layers such as amorphous silicon, polycrystalline silicon, cadmium telluride (CdTe), copper indium gallium selenide (CIS or CIGS), dye sensitized film (DSC) and other organic films. Can be further classified. Among these thin film solar cells, CIGS solar cells have reached 20% cell efficiency comparable to crystalline silicon solar cells.

CIGSに類似する結晶構造を有する四元系半導体CuZnSn(S,Se)(CZTS)は、低コストで、自然に豊富な且つ毒性のない元素であるために、近年注目を集めている新しい光起電力材料である。Ito及びNakamuraが原子ビームスパッタリングによりステンレス鋼基板上にCZTS薄膜を形成したことが報告されている。Friedl Meier等は、加熱蒸着によりCZTS薄膜を形成し、この方法により形成されたCZTS太陽電池は2.3%の変換効率を有する。Katagiri等は、気相硫化又は電子ビーム蒸着前駆体を硫化することが後で行われる、RF電源による共スパッタリングによりCZTS薄膜を形成していて、その得られたCZTS太陽電池の効率は6.77%である。 The quaternary semiconductor Cu 2 ZnSn (S, Se) 4 (CZTS) having a crystal structure similar to CIGS has attracted attention in recent years because it is a low-cost, naturally abundant and non-toxic element. It is a new photovoltaic material. Ito and Nakamura reported that CZTS thin films were formed on stainless steel substrates by atomic beam sputtering. Friedel Meier et al. Formed a CZTS thin film by heat evaporation, and a CZTS solar cell formed by this method has a conversion efficiency of 2.3%. Katagiri et al. Formed a CZTS thin film by co-sputtering with an RF power source, followed by sulfidation of vapor phase sulfidation or electron beam evaporation precursors, and the efficiency of the resulting CZTS solar cell was 6.77. %.

上記のように、CZTS太陽電池を形成する従来の方法は通常、真空中の処理を用いている。しかしながら、真空中の処理は一般に、かなり高価であり、故に、CZTS太陽電池のコストは増加する。従って、真空装置を必要としない解決方法の処理が、製造コストを低減するために要請されている。   As mentioned above, conventional methods of forming CZTS solar cells typically use a vacuum process. However, processing in vacuum is generally quite expensive, thus increasing the cost of CZTS solar cells. Accordingly, a solution process that does not require a vacuum device is required to reduce manufacturing costs.

米国特許出願公開第2011/009796号明細書US Patent Application Publication No. 2011/009796 国際公開第2011/016283号パンフレットInternational Publication No. 2011/016283 Pamphlet 米国特許第7306823号明細書US Pat. No. 7,306,823 国際公開第2011/066205号パンフレットInternational Publication No. 2011-0666205 Pamphlet 米国特許出願公開第2010/0096015号明細書US Patent Application Publication No. 2010/0096015 米国特許第7494841号明細書US Pat. No. 7,494,841 米国特許第6126740号明細書US Pat. No. 6,126,740 米国特許出願公開第2011/0206599号明細書US Patent Application Publication No. 2011-0206599 米国特許出願公開第2012/0061628号明細書US Patent Application Publication No. 2012/0061628 米国特許第7964481号明細書US Pat. No. 7,964,481 米国特許出願公開第2006/0054506号明細書US Patent Application Publication No. 2006/0054506 米国特許第7094651号明細書US Pat. No. 7,094,651 米国特許出願公開第2004/0033345号明細書US Patent Application Publication No. 2004/0033345 国際公開第2011/065994号パンフレットInternational Publication No. 2011/066594 Pamphlet 国際公開第2010/135667号パンフレットInternational Publication No. 2010/135667 Pamphlet 国際公開第2012/000594号パンフレットInternational Publication No. 2012/000594 Pamphlet 米国特許出願公開第2007/269589号明細書US Patent Application Publication No. 2007/269589

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カルコゲナイド半導体膜を形成する方法は、基板上に層を形成するように前駆体溶液をコーティングするステップと、カルゴゲナイド半導体膜を形成するようにその層をアニールするステップとを有する。前駆体溶液は、溶剤と、金属カルコゲナイド微粒子と、金属カルコゲナイド微粒子の表面に分散された少なくとも1つの金属イオン及び金属錯体イオンとを有する。金属カルコゲナイド微粒子、金属イオン及び金属錯体イオンの金属は、周期律表のI族、II族、III族及びIV族元素から成る群から選択され、カルコゲナイド半導体材料のすべての金属元素を有する。   A method of forming a chalcogenide semiconductor film includes coating a precursor solution to form a layer on a substrate and annealing the layer to form a chalcogenide semiconductor film. The precursor solution has a solvent, metal chalcogenide fine particles, and at least one metal ion and metal complex ion dispersed on the surface of the metal chalcogenide fine particles. The metal of the metal chalcogenide fine particles, metal ions and metal complex ions is selected from the group consisting of Group I, Group II, Group III and Group IV elements of the Periodic Table and has all the metal elements of the chalcogenide semiconductor material.

光起電力装置を形成する方法は、基板上に下部電極層を形成するステップと、下部電極上にカルコゲナイド半導体膜を形成するステップと、カルコゲナイド半導体膜上に半導体層を形成するステップと、半導体層上に上部電極層を形成するステップとを有する。カルコゲナイド半導体膜は、基板上に層を形成するように前駆体溶液をコーティングすることにより形成される。前駆体溶液は、溶剤と、金属カルコゲナイド微粒子と、金属カルコゲナイド微粒子の表面に分散される金属イオン及び金属錯体イオンの少なくとも1つとを有する。   A method of forming a photovoltaic device includes: forming a lower electrode layer on a substrate; forming a chalcogenide semiconductor film on the lower electrode; forming a semiconductor layer on the chalcogenide semiconductor film; and a semiconductor layer Forming an upper electrode layer thereon. The chalcogenide semiconductor film is formed by coating a precursor solution so as to form a layer on the substrate. The precursor solution includes a solvent, metal chalcogenide fine particles, and at least one of metal ions and metal complex ions dispersed on the surface of the metal chalcogenide fine particles.

本発明の上記の及び他の目的、特徴及び他の有利点については、添付図に関連付けられている以下の詳細説明により十分に理解することができる。   The above and other objects, features and other advantages of the present invention will be more fully understood from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings.

本発明の実施形態に従ったカルコゲナイド半導体膜を形成するインクを調整するフローチャートである。5 is a flowchart for adjusting ink forming a chalcogenide semiconductor film according to an embodiment of the present invention. 電子二重層理論の模式図である。It is a schematic diagram of an electronic double layer theory. 実施例1の懸濁金属カルコゲナイド微粒子の拡大図である。2 is an enlarged view of suspended metal chalcogenide fine particles of Example 1. FIG. 実施例1の電子二重層により覆われ、インク内に懸濁された複数の金属カルコゲナイド微粒子の拡大図である。2 is an enlarged view of a plurality of metal chalcogenide fine particles covered with an electronic double layer of Example 1 and suspended in ink. FIG. 本発明の実施形態に従ったカルコゲナイド半導体膜を形成するフローチャートである。3 is a flowchart for forming a chalcogenide semiconductor film according to an embodiment of the present invention. 実施例1のインクを用いたCZTS膜のXRD分析図である。3 is an XRD analysis diagram of a CZTS film using the ink of Example 1. FIG. 実施例2のインクを用いたCZTS膜のXRD分析図である。6 is an XRD analysis diagram of a CZTS film using the ink of Example 2. FIG. 実施例3のインクを用いたCZTS膜のXRD分析図である。6 is an XRD analysis diagram of a CZTS film using the ink of Example 3. FIG. 実施例6のインクを用いたCZTS膜のXRD分析図である。6 is an XRD analysis diagram of a CZTS film using the ink of Example 6. FIG. 実施例7のインクを用いたCZTS膜のXRD分析図である。10 is an XRD analysis diagram of a CZTS film using the ink of Example 7. FIG. 本発明の実施形態に従った光起電力装置を形成するフローチャートである。3 is a flowchart of forming a photovoltaic device according to an embodiment of the present invention. 図11に示す方法により形成された光起電力装置の模式図である。It is a schematic diagram of the photovoltaic device formed by the method shown in FIG. 実施例7のインクを用いることによりCZTS膜が形成された光起電力装置の電圧−電流特性図である。It is a voltage-current characteristic view of a photovoltaic device in which a CZTS film is formed by using the ink of Example 7.

定義
以下の定義が、本明細書で用いる特定の用語の理解を容易にするように提供されるが、それらは本発明の範囲を制限することを意味するものではない。
Definitions The following definitions are provided to facilitate understanding of certain terms used herein, but are not meant to limit the scope of the invention.

“カルコゲン”とは、周期律表のVIA族元素のことをいう。好適には、用語“カルコゲン”とは、硫黄及びセレニウムのことをいう。   “Chalkogen” refers to a group VIA element of the periodic table. Preferably, the term “chalcogen” refers to sulfur and selenium.

“カルコゲナイド化合物”とは、周期律表のVIA族元素の少なくとも1つを有する化合物のことをいう。   The “chalcogenide compound” refers to a compound having at least one VIA group element in the periodic table.

“カルコゲナイド半導体膜”とは、広い意味で、二成分、三成分及び四成分カルコゲナイド化合物半導体材料のことをいう。二成分カルコゲナイド化合物半導体材料の例には、IV−VI族化合物半導体材料がある。三成分カルコゲナイド化合物半導体材料には、I−III−VI族化合物半導体材料がある。四成分カルコゲナイド化合物半導体材料には、I−II−IV−VI族化合物半導体材料がある。   The “chalcogenide semiconductor film” refers to a two-component, three-component, and four-component chalcogenide compound semiconductor material in a broad sense. An example of a two-component chalcogenide compound semiconductor material is a IV-VI group compound semiconductor material. The ternary chalcogenide compound semiconductor material includes a group I-III-VI compound semiconductor material. Examples of the quaternary chalcogenide compound semiconductor material include a I-II-IV-VI group compound semiconductor material.

“IV−VI”族化合物半導体材料とは、硫化スズ(SnS)等の、周期律表のIVA族元素及びVI族元素から成る化合物半導体材料のことをいう。   The “IV-VI” group compound semiconductor material refers to a compound semiconductor material composed of group IVA elements and group VI elements in the periodic table, such as tin sulfide (SnS).

“I−III−VI族化合物半導体材料”とは、CIS又はCIGS等の、周期律表のIB族元素、IIIA族元素及びVIA族元素から成る化合物半導体材料のことをいう。 “I−II−IV−VI”族化合物半導体材料とは、CZTS等の、周期律表のIB族元素、IIB族元素、IVA族元素及びVIA族元素から成る化合物半導体のことをいう。   “I-III-VI compound semiconductor material” refers to a compound semiconductor material composed of a group IB element, a group IIIA element, and a group VIA element of the periodic table, such as CIS or CIGS. The “I-II-IV-VI” group compound semiconductor material refers to a compound semiconductor composed of a group IB element, a group IIB element, a group IVA element and a group VIA element in the periodic table, such as CZTS.

“CIS”は、広い意味で、I−III−VI族化合物半導体材料のことをいう。好適には、用語“CIS”とは、例えば、化学式CuIn(Se1−x(ここで、0<x<1)の銅のインジウムセレン化物のことをいう。用語“CIS”には更に、例えば、CuIn(Se0.650.35等の、分数化学量論組成を有する銅のインジウムセレン化物がある。 “CIS” refers to a group I-III-VI compound semiconductor material in a broad sense. Preferably, the term “CIS” refers to, for example, copper indium selenide having the chemical formula CuIn (Se x S 1-x ) 2 (where 0 <x <1). The term “CIS” further includes indium selenide of copper having a fractional stoichiometric composition, such as, for example, CuIn (Se 0.65 S 0.35 ) 2 .

“CZTS”は、広い意味で、I−II−IV−VI族化合物半導体材料のことをいう。好適には、用語“CZTS”とは、例えば、化学式Cu(Zn1−bSn)(Se1−c(ここで、0<a<1、0<b<1、0≦x≦1)の銅の亜鉛スズ硫化物及びセレン化物のことをいう。用語“CZTS”には更に、例えば、Cu1.94Zn0.63Sn1.3)等の、分数化学量論組成を有する銅の亜鉛スズ硫化物及びセレン化物がある。更に、I−II−IV−VI族化合物半導体材料には、例えば、銅の亜鉛スズゲルマニウム硫化物等のI−II−IV−IV−VI族化合物半導体材料と、銅の亜鉛スズゲルマニウム硫化物及びセレン化物等のI−II−IV−IV−VI−VI族化合物半導体材料とがある。 “CZTS” refers to a group I-II-IV-VI compound semiconductor material in a broad sense. Preferably, the term “CZTS” means, for example, the chemical formula Cu a (Zn 1-b Sn b ) (Se 1-c S c ) 2 (where 0 <a <1, 0 <b <1, 0 ≦ x ≦ 1) Copper zinc tin sulfide and selenide. The term “CZTS” further includes zinc tin sulfide and selenides of copper having a fractional stoichiometric composition, such as, for example, Cu 1.94 Zn 0.63 Sn 1.3 S 4 ). Further, the I-II-IV-VI group compound semiconductor material includes, for example, an I-II-IV-IV-VI group compound semiconductor material such as copper zinc tin germanium sulfide, a copper zinc tin germanium sulfide and the like. And I-II-IV-IV-VI-VI compound semiconductor materials such as selenides.

“CIGS”は、広い意味で、I−III−VI族化合物半導体材料のことをいう。本発明の一実施形態においては、“CIGS”とは、例えば、化学式CuInGa1−x(ここで、0<x<1)の銅のインジウムガリウムセレン化物のことをいう。用語“CIGS”には更に、例えば、Cu0.9In0.7Ga0.3Se等の、分数化学量論組成を有する銅のインジウムガリウムセレン化物がある。 “CIGS” refers to a group I-III-VI compound semiconductor material in a broad sense. In one embodiment of the present invention, “CIGS” refers to, for example, copper indium gallium selenide having the chemical formula CuIn x Ga 1-x S 2 (where 0 <x <1). The term “CIGS” further includes indium gallium selenide of copper having a fractional stoichiometric composition such as, for example, Cu 0.9 In 0.7 Ga 0.3 Se 2 .

“インク”とは、半導体膜を構成することが可能である前駆体を有する溶液のことをいう。用語“インク”はまた、“前駆体溶液”又は“前駆体インク”とも呼ばれる。   “Ink” refers to a solution having a precursor capable of constituting a semiconductor film. The term “ink” is also referred to as “precursor solution” or “precursor ink”.

“金属カルコゲナイド”とは、周期律表のVI族元素と金属から成る化合物のことをいう。好適には、用語“金属カルコゲナイド”“とは、二成分、三成分及び四成分金属カルコゲナイド化合物のことをいう。   “Metal chalcogenide” refers to a compound composed of a group VI element and a metal in the periodic table. Preferably, the term “metal chalcogenide” refers to binary, ternary and quaternary metal chalcogenide compounds.

“配位子”とは、中心の金属イオンを囲む分子又はイオンのことをいう。配位子は、金属錯体イオンを形成するように中心の金属イオンに対する化学結合及び物理的相互作用を含む結合を形成することが可能である。   “Ligand” refers to a molecule or ion surrounding a central metal ion. The ligand can form a bond that includes chemical and physical interactions with the central metal ion to form a metal complex ion.

“カルコゲン含有配位子”とは、周期律表のVI族元素を少なくとも1つ有する配位子のことをいう。   The “chalcogen-containing ligand” refers to a ligand having at least one group VI element in the periodic table.

“カルコゲン含有金属錯体イオン”とは、カルコゲン含有配位子を有する金属錯体イオンのことをいう。   The “chalcogen-containing metal complex ion” refers to a metal complex ion having a chalcogen-containing ligand.

“カルコゲンソース”とは、金属による金属カルコゲナイドを構成する化合物のことをいう。   A “chalcogen source” refers to a compound that forms a metal chalcogenide with a metal.

“微粒子”とは、約2nm乃至2000nmの範囲内の寸法を有する粒子のことをいう。   “Fine particles” refers to particles having dimensions in the range of about 2 nm to 2000 nm.

カルコゲナイド半導体膜を形成するインクの調整
図1を参照するに、本発明の実施形態に従ったカルコゲナイド半導体膜を形成するインクの調整のフローチャートを示している。
Adjustment of Ink Forming Chalcogenide Semiconductor Film Referring to FIG. 1, a flow chart of adjusting ink forming a chalcogenide semiconductor film according to an embodiment of the present invention is shown.

その方法は、金属カルコゲナイド微粒子を形成するステップ110を有する。金属カルコゲナイド微粒子は、一種類のみの金属カルコゲナイド微粒子及び少なくとも一種類の金属カルコゲナイド微粒子を有することが可能である。例えば、金属カルコゲナイド微粒子は複数のスズ硫化物微粒子を有する。他の実施例においては、金属カルコゲナイド微粒子は、スズ硫化物微粒子及び銅硫化物微粒子を有する。金属カルコゲナイド微粒子は、銅のスズ硫化物微粒子等の多元系金属カルコゲナイド微粒子を有することが可能である。更に、金属カルコゲナイド微粒子は、それらの各々が少なくとも二つの金属カルコゲナイドにより構成される微粒子を有することが可能である。例えば、少なくとも二つの金属カルコゲナイドは、スズカルコゲナイド、亜鉛カルコゲナイド、銅カルコゲナイド、インジウムカルコゲナイド及びガリウムカルコゲナイドから成る群から選択される。   The method includes the step 110 of forming metal chalcogenide particulates. The metal chalcogenide fine particles can have only one type of metal chalcogenide fine particles and at least one type of metal chalcogenide fine particles. For example, the metal chalcogenide fine particles have a plurality of tin sulfide fine particles. In another embodiment, the metal chalcogenide fine particles include tin sulfide fine particles and copper sulfide fine particles. The metal chalcogenide fine particles can include multi-component metal chalcogenide fine particles such as copper tin sulfide fine particles. Furthermore, the metal chalcogenide fine particles can have fine particles each of which is composed of at least two metal chalcogenides. For example, the at least two metal chalcogenides are selected from the group consisting of tin chalcogenides, zinc chalcogenides, copper chalcogenides, indium chalcogenides and gallium chalcogenides.

金属カルコゲナイド微粒子を形成する処理は、第1の水溶液を生成するように、例えば、水等の溶液に金属塩を溶解させるステップと、第2の水溶液を生成するように、水にカルコゲンソースを溶解させるステップと、金属カルコゲナイド微粒子を形成するように、第2の水溶液に第1の水溶液を混合するステップとを有する。その処理は、その混合溶液のpH値を変えるステップと、攪拌するステップと、加熱するステップとを更に有することが可能である。一部の実施形態においては、その混合反応溶液は、約7乃至約14の範囲内のpH値に変えられる。金属カルコゲナイド微粒子は、約2nm乃至2000nmの範囲内の粒子サイズを有する。   The process of forming the metal chalcogenide fine particles includes a step of dissolving a metal salt in a solution such as water so as to generate a first aqueous solution, and a case where a chalcogen source is dissolved in water so as to generate a second aqueous solution. And a step of mixing the first aqueous solution with the second aqueous solution so as to form metal chalcogenide fine particles. The treatment can further include changing the pH value of the mixed solution, stirring, and heating. In some embodiments, the mixed reaction solution is changed to a pH value within the range of about 7 to about 14. The metal chalcogenide microparticles have a particle size in the range of about 2 nm to 2000 nm.

金属塩は、周期律表のIB族、IIB族、IIIB族及びIVA族を有する群から選択される少なくとも1つの金属を有する。特に、金属塩は、スズ(Sn)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ゲルマニウム(Ge)、インジウム(In)及びガリウム(Ga)を有する群から選択される少なくとも1つの金属を有する。金属塩は、例えば、スズカルコゲナイド、硝酸銅、硝酸亜鉛、硝酸ガリウム及び塩化インジウムであることが可能である。   The metal salt has at least one metal selected from the group having groups IB, IIB, IIIB and IVA of the periodic table. In particular, the metal salt has at least one metal selected from the group comprising tin (Sn), copper (Cu), zinc (Zn), germanium (Ge), indium (In) and gallium (Ga). The metal salt can be, for example, tin chalcogenide, copper nitrate, zinc nitrate, gallium nitrate and indium chloride.

カルコゲンソースには、溶液中に硫化物イオン又はセレン化物イオンを生成することが可能である単独の又は組成化した前駆体があり、チオアセトアミド、チオ尿素、セレノ尿素、硫化水素、セレン化水素、アルカリ金属硫化物又はアルカリ金属セレン化物、セレン、硫黄、硫化アルキル、セレン化アルキル及び硫化ジフェニル等の硫化物含有及びセレン化物含有化合物がある。   Chalcogen sources include single or compositional precursors that are capable of generating sulfide or selenide ions in solution, such as thioacetamide, thiourea, selenourea, hydrogen sulfide, hydrogen selenide, There are sulfide-containing and selenide-containing compounds such as alkali metal sulfides or alkali metal selenides, selenium, sulfur, alkyl sulfides, alkyl selenides and diphenyl sulfides.

金属カルコゲナイド微粒子には、例えば、硫化スズ(Sn−S)、硫化銅(Cu−S)、硫化亜鉛(Zn−S)、硫化インジウム(In−S)、硫化ガリウム(Ga−S)、セレン化スズ(Sn−Se)、セレン化銅(Cu−Se)、セレン化亜鉛(Zn−Se)、セレン化インジウム(In−Se)、セレン化ガリウム(Ga−Se)、銅のスズ硫化物(Cu−Sn−S)、銅の亜鉛硫化物(Cu−Zn−S)、亜鉛のスズ硫化物(Zn−Sn−S)、銅のインジウム硫化物(Cu−In−S)銅のガリウム硫化物(Cu−Ga−S)、銅のインジウムガリウム硫化物(Cu−In−Ga−S)、銅のスズセレン化物(Cu−Sn−Se)、銅の亜鉛セレン化物(Cu−Zn−Se)、亜鉛のスズセレン化物(Zn−Sn−Se)、銅のインジウムセレン化物(Cu−In−Se)、銅のガリウムセレン化物(Cu−Ga−Se)及び銅のインジウムガリウムセレン化物(Cu−In−Ga−Se)がある。ハイフン(例えば、Cu−S又はCu−Sn−Sにおける“−”)の使用は、その化学式が、それらの元素のすべての可能な組み合わせを網羅していることを示すものであり、例えば、“Cu−S”はCuS及びCuSを網羅する。金属及びカルコゲンの化学量論組成は、厳密なモル比、例えば、1:1又は1:2から変わり得る。更に、分数化学両論組成、例えば、Cu1.8Sもまた、含まれる。 Examples of the metal chalcogenide fine particles include tin sulfide (Sn—S), copper sulfide (Cu—S), zinc sulfide (Zn—S), indium sulfide (In—S), gallium sulfide (Ga—S), and selenide. Tin (Sn-Se), copper selenide (Cu-Se), zinc selenide (Zn-Se), indium selenide (In-Se), gallium selenide (Ga-Se), copper tin sulfide (Cu -Sn-S), copper zinc sulfide (Cu-Zn-S), zinc tin sulfide (Zn-Sn-S), copper indium sulfide (Cu-In-S) copper gallium sulfide ( Cu-Ga-S), copper indium gallium sulfide (Cu-In-Ga-S), copper tin selenide (Cu-Sn-Se), copper zinc selenide (Cu-Zn-Se), zinc Tin selenide (Zn-Sn-Se), copper Jiumuseren compound (Cu-In-Se), there is a copper gallium selenide (Cu-Ga-Se) and copper indium gallium selenide (Cu-In-Ga-Se). The use of a hyphen (eg, “-” in Cu—S or Cu—Sn—S) indicates that the chemical formula covers all possible combinations of those elements, for example, “ CuS "is to cover CuS and Cu 2 S. The stoichiometric composition of the metal and chalcogen can vary from a strict molar ratio, eg, 1: 1 or 1: 2. In addition, fractional stoichiometric compositions such as Cu 1.8 S are also included.

ステップ120は、金属イオン及び/又は金属錯体イオンを形成するステップを有する。ステップ120においては、金属イオン及び金属錯体イオンのどちらか又は両方が調整される。金属イオンは、例えば、銅イオン等の一種類のみの金属イオンから成ることが可能である。他の実施例においては、金属イオンは、二種類以上の金属イオン、例えば、銅イオン及び亜鉛イオンを有することが可能である。金属イオン及び金属錯体イオンの金属は、周期律表のIB族、IIB族及びIVA族を有する群から選択される。   Step 120 includes forming metal ions and / or metal complex ions. In step 120, either or both of metal ions and metal complex ions are prepared. The metal ions can be composed of only one kind of metal ions such as copper ions. In other embodiments, the metal ions can have two or more types of metal ions, such as copper ions and zinc ions. The metal of the metal ion and metal complex ion is selected from the group having groups IB, IIB and IVA of the periodic table.

金属イオンは、水等の溶剤中に金属塩を溶解させることにより調整される。   Metal ions are adjusted by dissolving a metal salt in a solvent such as water.

金属錯体イオンは、第1の水溶液中に金属イオンを生成するように、水に金属塩を溶解させ、第2の水溶液を生成するように、水に配位子を溶解させ、金属錯体イオンを生成するように第1の水溶液を第2の水溶液と混合することにより、調整されることが可能である。例えば、金属錯体イオンは、カルコゲン含有金属錯体イオンから成ることが可能である。カルコゲン含有金属錯体イオンは、金属イオン及びカルコゲン含有配位子を混合することにより調整されることが可能である。カルコゲン含有配位子は、例えば、チオアセトアミド、チオ尿素又は硫化アンモニウムを有する。カルコゲン含有金属錯体イオンには、金属−チオ尿素イオン、金属−チオアセトアミドイオン又は金属−硫化アンモニウムイオンがある。   The metal complex ion is obtained by dissolving a metal salt in water so as to generate a metal ion in the first aqueous solution, and dissolving a ligand in water so as to generate a second aqueous solution. It can be adjusted by mixing the first aqueous solution with the second aqueous solution to produce. For example, the metal complex ion can comprise a chalcogen-containing metal complex ion. The chalcogen-containing metal complex ion can be adjusted by mixing the metal ion and the chalcogen-containing ligand. Chalcogen-containing ligands include, for example, thioacetamide, thiourea or ammonium sulfide. The chalcogen-containing metal complex ions include metal-thiourea ions, metal-thioacetamide ions, or metal-ammonium sulfide ions.

例えば、金属イオンには、銅イオン、スズイオン、亜鉛イオン、ゲルマニウムイオン、インジウムイオン又はガリウムイオンがある。金属錯体イオンには、銅−チオ尿素イオン、スズ−チオ尿素イオン、ゲルマニウム−チオ尿素イオン、銅−チオアセトアミドイオン、スズ−チオアセトアミドイオン、ゲルマニウム−チオ尿素イオン、インジウム−チオ尿素イオン、ガリウム−チオ尿素イオン、インジウム−チオアセトアミドイオン及びガリウムチオアセトアミドイオンがある。   For example, the metal ions include copper ions, tin ions, zinc ions, germanium ions, indium ions, or gallium ions. Metal complex ions include copper-thiourea ion, tin-thiourea ion, germanium-thiourea ion, copper-thioacetamide ion, tin-thioacetamide ion, germanium-thiourea ion, indium-thiourea ion, gallium- There are thiourea ions, indium-thioacetamide ions and gallium thioacetamide ions.

金属カルコゲナイド微粒子は、約1%(w/v)乃至約80%(w/v)の範囲内の量のインク中に存在する。金属イオン及び/又は金属錯体イオンは、約0.5%(w/v)乃至約80%(w/v)の範囲内の量のインク中に存在する。   The metal chalcogenide particulates are present in the ink in an amount in the range of about 1% (w / v) to about 80% (w / v). Metal ions and / or metal complex ions are present in the ink in an amount in the range of about 0.5% (w / v) to about 80% (w / v).

ステップ130は、金属カルコゲナイド微粒子を金属イオン及び/又は金属錯体イオンと混合するステップを有する。   Step 130 includes mixing metal chalcogenide fine particles with metal ions and / or metal complex ions.

ステップ110は、ステップ120の前に、後に又はステップ120と同時に実行されることが可能であることに留意する必要がある。即ち、金属カルコゲナイド微粒子が先ず、調整され、次いで、金属イオン及び/又は金属錯体イオンが調整されることが可能である。別の実施例においては、金属イオン及び/又は金属錯体イオンが先ず調整され、次いで、金属カルコゲナイド微粒子が調整されることが可能である。他の実施例においては、金属カルコゲナイド微粒子及び金属イオン及び/又は金属錯体イオンが同じステップで調整される。   It should be noted that step 110 can be performed before, after or at the same time as step 120. That is, the metal chalcogenide fine particles can be adjusted first, and then the metal ions and / or metal complex ions can be adjusted. In another embodiment, metal ions and / or metal complex ions can be prepared first, and then metal chalcogenide microparticles can be prepared. In other embodiments, metal chalcogenide microparticles and metal ions and / or metal complex ions are prepared in the same step.

上記のように、金属カルコゲナイド微粒子並びに金属イオン及び/又は金属錯体イオンの両方が1つ又はそれ以上の金属に含まれることが可能である。カルコゲナイド半導体膜を形成するインクを調整するために、金属カルコゲナイド微粒子並びに金属イオン及び/又は金属錯体イオンの金属は、カルコゲナイド半導体材料のすべての金属元素を含む。例えば、カルコゲナイド半導体金属材料は、IV−VI族化合物、I−III−VI族化合物及びI−II−IV−VI族化合物から成る群から選択される。例えば、CZTS膜を形成するインクを調整するように、少なくとも3つの金属、即ち、周期律表のIB族の少なくとも1つの金属元素、IIB族の少なくとも1つの金属元素及びIVA族の少なくとも1つの金属元素が含まれる。一部の実施例においては、少なくとも3つの金属がそれぞれ、ステップ110及び120で用いられ、ステップ130で得られる溶液中にすべて含まれることが可能である。他の場合には、金属カルコゲナイド微粒子並びに金属イオン及び/又は金属錯体イオンはそれぞれ、1つの金属のみを有することが可能である。従って、2つの金属のみが、ステップ130で得られる溶液中に含まれる。従って、その方法は、金属カルコゲナイド微粒子並びに金属イオン及び/又は金属錯体イオンの金属は、カルコゲナイド半導体材料のすべての金属を含むか否かを判定するステップ140を有する。すべての金属が含まれない場合、上記のステップが繰り返される。例えば、金属イオン及び/又は金属錯体イオンを生成するステップ120が、インク中に第3の金属を含むように繰り返される。他の実施例においては、金属カルコゲナイド微粒子を形成するステップ110が、インク中に第3の金属を有するように、繰り返される。   As noted above, both the metal chalcogenide particulates and the metal ions and / or metal complex ions can be included in one or more metals. In order to adjust the ink forming the chalcogenide semiconductor film, the metal chalcogenide fine particles and the metal of metal ions and / or metal complex ions contain all the metal elements of the chalcogenide semiconductor material. For example, the chalcogenide semiconductor metal material is selected from the group consisting of Group IV-VI compounds, Group I-III-VI compounds, and Group I-II-IV-VI compounds. For example, at least three metals, ie, at least one metal element of group IB, at least one metal element of group IIB, and at least one metal of group IVA of the periodic table, so as to adjust the ink forming the CZTS film Contains elements. In some embodiments, at least three metals are used in steps 110 and 120, respectively, and can all be included in the solution obtained in step 130. In other cases, the metal chalcogenide microparticles and the metal ions and / or metal complex ions can each have only one metal. Accordingly, only two metals are included in the solution obtained in step 130. Accordingly, the method includes determining 140 whether the metal chalcogenide particulates and the metal of the metal ion and / or metal complex ion include all metals of the chalcogenide semiconductor material. If not all metals are included, the above steps are repeated. For example, the step 120 of generating metal ions and / or metal complex ions is repeated to include a third metal in the ink. In other embodiments, the step 110 of forming metal chalcogenide particulates is repeated to have a third metal in the ink.

ステップ150において、インクが形成される。   In step 150, ink is formed.

上記の処理においては、水が溶剤として用いられる。しかしながら、他の実施形態においては、溶剤は、アルコール、ジメチルスルホキシド(DMSO)又はアミン等の極性溶剤を有する。アルコールの例としては、メチルアルコール、エチルアルコール又はイソプロピルアルコールがある。   In the above treatment, water is used as a solvent. However, in other embodiments, the solvent comprises a polar solvent such as alcohol, dimethyl sulfoxide (DMSO), or amine. Examples of alcohols are methyl alcohol, ethyl alcohol or isopropyl alcohol.

更に、一部の実施例においては、ステップ120及びステップ130が、更なる金属イオン及び/又は金属錯体イオンを加えるように、複数回繰り返されることが可能である。 本発明のインクの特徴を説明するために、電子二重層(electron double layer)の理論について簡単に説明する。図2は、電子二重層理論の模式図である。図2においては、微粒子210が溶剤220中に懸濁されている。微粒子210は負に帯電した表面230を有する。従って、正イオン240が、静電気力により微粒子210の負に帯電した表面230に吸収される。正イオン240の一部は、負に帯電した表面230に高密度に吸収されて、スターン(stern)層250と呼ばれる一方、正イオン240の一部は、スターン層250が減少する濃度を伴って取り囲み、拡散層260と呼ばれる。スターン層250及び拡散層260は、電子二重層(electron double layer)270を構成する。微粒子210が電気二重層270により囲まれるため、微粒子210は、その電気二重層270によりもたらされる静電的反発力により他の微粒子210から反発される。従って、微粒子210は、溶液220中に懸濁されることが可能である。   Furthermore, in some embodiments, step 120 and step 130 can be repeated multiple times to add additional metal ions and / or metal complex ions. In order to explain the characteristics of the ink of the present invention, the theory of an electronic double layer will be briefly described. FIG. 2 is a schematic diagram of the electronic double layer theory. In FIG. 2, the fine particles 210 are suspended in the solvent 220. The microparticle 210 has a negatively charged surface 230. Accordingly, positive ions 240 are absorbed by the negatively charged surface 230 of the microparticles 210 due to electrostatic forces. Some of the positive ions 240 are densely absorbed by the negatively charged surface 230 and are referred to as the stern layer 250, while some of the positive ions 240 are accompanied by a concentration at which the stern layer 250 decreases. Surrounding and called the diffusion layer 260. The stern layer 250 and the diffusion layer 260 constitute an electron double layer 270. Since the fine particles 210 are surrounded by the electric double layer 270, the fine particles 210 are repelled from the other fine particles 210 by the electrostatic repulsion force provided by the electric double layer 270. Accordingly, the microparticles 210 can be suspended in the solution 220.

同様に、本実施形態においては、金属カルコゲナイド微粒子はまた、金属イオン及び/又は金属錯体イオンにより覆われ、故に、溶液中に懸濁される。従って、インクは良好に分散された粒子であり、カルコゲナイド半導体膜を形成するように用いられることが可能である。   Similarly, in this embodiment, the metal chalcogenide microparticles are also covered with metal ions and / or metal complex ions and are therefore suspended in the solution. Thus, the ink is well dispersed particles and can be used to form a chalcogenide semiconductor film.

以下に、CZTS膜及びCIGS膜を形成するインクを調整するための複数の実施例について詳述する。   Hereinafter, a plurality of embodiments for adjusting the ink for forming the CZTS film and the CIGS film will be described in detail.

実施例1
CZTS膜を形成するインクの調整
金属カルコゲナイド微粒子の調整。5ミリモルの塩化スズが、水溶液(A1)を生成するように、25mlのHO中に溶解される。4ミリモルのチオアセトアミドが、水溶液(B1)を生成するように、40mlのHO中に溶解される。それらの水溶液(A1)及び(B1)が、反応溶液(C1)を生成するように混合される。反応溶液(C1)に、12mlの30%NHOHが加えられ、それは、65℃で1.5時間攪拌される。得られる黒褐色の沈殿物が、硫化スズ(Sn−S)微粒子を提供するように収集される。
Example 1
Adjustment of ink forming CZTS film Adjustment of metal chalcogenide fine particles. 5 mmol of tin chloride is dissolved in 25 ml of H 2 O to produce an aqueous solution (A1). 4 mmol of thioacetamide is dissolved in 40 ml of H 2 O to produce an aqueous solution (B1). These aqueous solutions (A1) and (B1) are mixed to form a reaction solution (C1). To the reaction solution (C1), 12 ml of 30% NH 4 OH is added and it is stirred at 65 ° C. for 1.5 hours. The resulting dark brown precipitate is collected to provide tin sulfide (Sn—S) particulates.

金属錯体イオンの調整。7ミリモルの硫酸銅が、水溶液(D1)を生成するように、5mlのHOに溶解される。10ミリモルのチオアセトアミドが、水溶液(E1)を生成するように、5mlのHO中に溶解される。それらの水溶液(D1)及び(E1)が、反応溶液(F1)を生成するように混合される。反応溶液(F1)は、室温で0.5時間攪拌され、銅チオアセトアミドイオンが形成される。 Adjustment of metal complex ions. 7 mmol of copper sulfate is dissolved in 5 ml of H 2 O to produce an aqueous solution (D1). 10 mmol of thioacetamide is dissolved in 5 ml of H 2 O to produce an aqueous solution (E1). These aqueous solutions (D1) and (E1) are mixed to form a reaction solution (F1). The reaction solution (F1) is stirred at room temperature for 0.5 hour to form copper thioacetamide ions.

収集された硫化スズ(Sn−S)微粒子が、混合溶液(G1)を生成するように、反応溶液(F1)と混合される。   The collected tin sulfide (Sn—S) fine particles are mixed with the reaction solution (F1) so as to form a mixed solution (G1).

金属イオンの調整。4.8ミリモルの硫酸亜鉛が5mlのHOに溶解され、亜鉛イオンを含有する水溶液(H1)が生成される。 Adjustment of metal ions. 4.8 mmol of zinc sulfate is dissolved in 5 ml of H 2 O to produce an aqueous solution (H1) containing zinc ions.

水溶液(H1)が混合溶液(G1)と混合され、インクを生成するように一晩、攪拌される。   The aqueous solution (H1) is mixed with the mixed solution (G1) and stirred overnight to produce ink.

図3は、実施例の懸濁された硫化スズ(Sn−S)微粒子の拡大図である。図3に示すように、硫化スズ(Sn−S)微粒子310は負に帯電した表面320を有する。銅チオアセトアミドイオン330及び亜鉛イオン340の両方は正に帯電していて、静電気力により硫化スズ(Sn−S)微粒子310の負に帯電した表面320に吸収される。   FIG. 3 is an enlarged view of suspended tin sulfide (Sn—S) fine particles of the example. As shown in FIG. 3, tin sulfide (Sn—S) particulates 310 have a negatively charged surface 320. Both the copper thioacetamide ion 330 and the zinc ion 340 are positively charged and are absorbed by the negatively charged surface 320 of the tin sulfide (Sn—S) microparticles 310 by electrostatic force.

また、図4を参照するに、実施例1において、電子二重層により覆われ且つインク中に懸濁された複数の金属カルコゲナイド微粒子の拡大図を示している。図4においては、溶剤420中には懸濁された複数の硫化スズ(Sn−S)微粒子410が存在する。硫化スズ(Sn−S)微粒子410の各々は負に帯電した外側表面430を有する。更に、銅チオアセトアミドイオン440及び亜鉛イオン450がインク420において生成される。正に帯電した銅チオアセトアミドイオン440及び亜鉛イオン450は、硫化スズ(Sn−S)微粒子410の負に帯電した外側表面430に吸収される。各々の硫化スズ(Sn−S)微粒子410は複数の正イオンで囲まれ、それらは互いから反発される。従って、硫化スズ(Sn−S)微粒子410は、溶剤420中に分散され、懸濁される。   FIG. 4 shows an enlarged view of a plurality of metal chalcogenide fine particles covered with an electronic double layer and suspended in ink in Example 1. In FIG. 4, a plurality of tin sulfide (Sn—S) fine particles 410 suspended in the solvent 420 exist. Each of the tin sulfide (Sn—S) particulates 410 has an outer surface 430 that is negatively charged. In addition, copper thioacetamide ions 440 and zinc ions 450 are generated in the ink 420. Positively charged copper thioacetamide ions 440 and zinc ions 450 are absorbed by the negatively charged outer surface 430 of the tin sulfide (Sn—S) particulates 410. Each tin sulfide (Sn—S) fine particle 410 is surrounded by a plurality of positive ions, and they are repelled from each other. Accordingly, the tin sulfide (Sn—S) fine particles 410 are dispersed and suspended in the solvent 420.

硫化スズ(Sn−S)微粒子の各々は、銅チオアセトアミドイオン及び亜鉛イオンにより覆われているため、四元系化合物半導体CZTS(CuZnSnS)の4つの元素、即ち、銅、亜鉛、スズ及び硫黄は、Sn−S微粒子の各々に近接している。従って、インクは、銅、亜鉛、スズ及び硫黄が良好に混合したものであり、CZTS膜を形成するように用いられることが可能である。 Since each tin sulfide (Sn—S) fine particle is covered with copper thioacetamide ions and zinc ions, four elements of the quaternary compound semiconductor CZTS (Cu 2 ZnSnS 4 ), that is, copper, zinc, tin And sulfur are in close proximity to each of the Sn-S particulates. Thus, the ink is a good mix of copper, zinc, tin and sulfur and can be used to form a CZTS film.

実施例2
本実施例は、インクにおいて調整される二種類の金属カルコゲナイド微粒子が存在する、即ち、一の金属カルコゲナイド微粒子はSnS微粒子及びCu錯体/イオンを有し、他の金属カルコゲナイド微粒子はZnS微粒子である点で、実施例1とは異なる。
Example 2
In this embodiment, there are two types of metal chalcogenide fine particles prepared in the ink, that is, one metal chalcogenide fine particle has SnS fine particles and Cu complex / ion, and the other metal chalcogenide fine particles are ZnS fine particles. Thus, it is different from the first embodiment.

金属カルコゲナイド微粒子の調整。5ミリモルのスズカルコゲナイドが40mlのHOに溶解され、水溶液(A2)を生成する。4ミリモルのチオアセトアミドが40mlのHOに溶解され、水溶液(B2)を生成する。水溶液(A2)及び(B2)が混合され、反応溶液(C2)を生成する。反応溶液(C2)に10mlの30%NHOHが加えられ、65℃で1.5時間攪拌される。そのとき、硫化スズ微粒子が、反応溶液(C2)中で黒褐色の粒子として沈殿する。 Adjustment of metal chalcogenide fine particles. 5 mmol tin chalcogenide is dissolved in 40 ml H 2 O to produce an aqueous solution (A2). 4 mmol of thioacetamide is dissolved in 40 ml of H 2 O to produce an aqueous solution (B2). The aqueous solutions (A2) and (B2) are mixed to produce a reaction solution (C2). 10 ml of 30% NH 4 OH is added to the reaction solution (C2) and stirred at 65 ° C. for 1.5 hours. At that time, tin sulfide fine particles are precipitated as black-brown particles in the reaction solution (C2).

金属錯体イオン及び金属イオンの調整。7ミリモルの硝酸銅が5mlのHOに溶解され、水溶液(D2)を生成する。5ミリモルのチオアセトアミドが5mlのHOに溶解され、水溶液(E2)を生成する。水溶液(D2)及び(E2)が混合され、反応溶液(F2)を生成する。反応溶液(F2)は室温で0.5時間攪拌され、銅チオアセトアミドイオン及び銅イオンが生成する。 Adjustment of metal complex ions and metal ions. 7 mmol of copper nitrate is dissolved in 5 ml of H 2 O to produce an aqueous solution (D2). 5 mmol of thioacetamide is dissolved in 5 ml of H 2 O to produce an aqueous solution (E2). The aqueous solutions (D2) and (E2) are mixed to produce a reaction solution (F2). The reaction solution (F2) is stirred at room temperature for 0.5 hour to produce copper thioacetamide ions and copper ions.

硫化スズ微粒子が反応溶液(F2)と混合され、混合溶液(G2)が生成する。   Tin sulfide fine particles are mixed with the reaction solution (F2) to produce a mixed solution (G2).

金属イオンの調整。4.8ミリモルの硝酸亜鉛が5mlのHOに溶解され、亜鉛イオンを含む水溶液(H2)を生成する。 Adjustment of metal ions. 4.8 mmol zinc nitrate is dissolved in 5 ml H 2 O to produce an aqueous solution (H 2) containing zinc ions.

混合溶液(G2)が水溶液(H2)と混合され、混合溶液(I2)を生成するように10分間攪拌される。   The mixed solution (G2) is mixed with the aqueous solution (H2) and stirred for 10 minutes to form a mixed solution (I2).

金属カルコゲナイド及びインクの形成。29ミリモルの硫化アンモニウムが混合溶液(I2)に加えられ、インクを形成するように一晩中攪拌される。   Metal chalcogenide and ink formation. 29 mmol of ammonium sulfide is added to the mixed solution (I2) and stirred overnight to form an ink.

実施例3
本実施例は、二種類の金属カルコゲナイド微粒子が異なる成分の金属イオン及び/又は金属錯体イオンが分散される点で、実施例2と異なる。
Example 3
This example differs from Example 2 in that two types of metal chalcogenide fine particles are dispersed with different component metal ions and / or metal complex ions.

金属カルコゲナイド微粒子の調整。2.5ミリモルのスズカルコゲナイドが25mlのHOに溶解され、水溶液(A3)を生成する。2ミリモルのチオアセトアミドが25mlのHOに溶解され、水溶液(B3)を生成する。水溶液(A3)及び(B3)が混合され、反応溶液(C3)を生成する。反応溶液(C3)は、10mlの30%NHOHが加えられ、65℃で1.5時間攪拌される。そのとき、硫化スズ(Sn−S)微粒子が、反応溶液(C3)中で黒褐色粒子として沈殿する。 Adjustment of metal chalcogenide fine particles. 2.5 mmol tin chalcogenide is dissolved in 25 ml H 2 O to produce an aqueous solution (A3). 2 mmol of thioacetamide is dissolved in 25 ml of H 2 O to produce an aqueous solution (B3). The aqueous solutions (A3) and (B3) are mixed to produce a reaction solution (C3). The reaction solution (C3) is added with 10 ml of 30% NH 4 OH and stirred at 65 ° C. for 1.5 hours. At that time, tin sulfide (Sn—S) fine particles are precipitated as black-brown particles in the reaction solution (C3).

金属錯体イオン及び金属イオンの調整。3.8ミリモルの硝酸銅が5mlのHOに溶解され、水溶液(D3)を生成する。3ミリモルのチオアセトアミドが5mlのHOに溶解され、水溶液(E3)を生成する。水溶液(D3)及び(E3)が混合され、反応溶液(F3)を生成する。反応溶液(F3)は、室温で0.5時間攪拌され、銅チオアセトアミドイオン及び銅イオンを生成する。 Adjustment of metal complex ions and metal ions. 3.8 mmol of copper nitrate is dissolved in 5 ml of H 2 O to produce an aqueous solution (D3). 3 mmol of thioacetamide is dissolved in 5 ml of H 2 O to produce an aqueous solution (E3). The aqueous solutions (D3) and (E3) are mixed to produce a reaction solution (F3). The reaction solution (F3) is stirred at room temperature for 0.5 hour to produce copper thioacetamide ions and copper ions.

硫化スズ(Sn−S)微粒子が反応溶液(F3)と混合され、混合溶液(G3)を生成する。   Tin sulfide (Sn-S) fine particles are mixed with the reaction solution (F3) to form a mixed solution (G3).

金属イオン及び金属カルコゲナイド微粒子の調整。2.8ミリモルの硝酸亜鉛が5mlのHOに溶解され、水溶液(H3)を生成する。22ミリモルの硫化アンモニウムが水溶液(H3)に溶解され、反応溶液(I3)を生成する。 Preparation of metal ions and metal chalcogenide fine particles. 2.8 mmol of zinc nitrate is dissolved in 5 ml of H 2 O to produce an aqueous solution (H3). 22 mmol of ammonium sulfide is dissolved in the aqueous solution (H3) to form a reaction solution (I3).

混合溶液(G3)は、インクを形成するように、水溶液(I3)と混合される。   The mixed solution (G3) is mixed with the aqueous solution (I3) so as to form ink.

実施例4
本実施例は、金属カルコゲナイド微粒子の形成前に微粒子前駆体が形成される点で、実施例1と異なる。
Example 4
This example differs from Example 1 in that the fine particle precursor is formed before the formation of the metal chalcogenide fine particles.

微粒子前駆体の調整。2.5ミリモルの硫化スズ(Sn−S)及び2ミリモルの硫黄(S)が5mlの40%乃至50%の硫化アンモニウムに溶解され、反応溶液(A4)を生成するように、一晩中攪拌される。   Adjustment of the fine particle precursor. Stir overnight so that 2.5 mmol of tin sulfide (Sn-S) and 2 mmol of sulfur (S) are dissolved in 5 ml of 40-50% ammonium sulfide to form the reaction solution (A4). Is done.

金属錯体イオン及び金属イオンの調整。3.8ミリモルの硝酸銅が2mlのHOに溶解され、水溶液(B4)を生成する。4.0ミリモルのチオアセトアミドが6mlのHOに溶解され、水溶液(C4)を生成する。水溶液(B4)及び水溶液(C4)が混合され、室温で20分攪拌され、反応溶液(D4)を生成する。 Adjustment of metal complex ions and metal ions. 3.8 mmol of copper nitrate is dissolved in 2 ml of H 2 O to produce an aqueous solution (B4). 4.0 mmol of thioacetamide is dissolved in 6 ml of H 2 O to produce an aqueous solution (C4). The aqueous solution (B4) and the aqueous solution (C4) are mixed and stirred at room temperature for 20 minutes to produce a reaction solution (D4).

反応溶液(A4)が反応溶液(D4)と混合され、混合溶液(E4)を生成する。   The reaction solution (A4) is mixed with the reaction solution (D4) to produce a mixed solution (E4).

金属イオンの調整。2.8ミリモルの硝酸亜鉛が2mlのHOに溶解され、水溶液(F4)を生成する。 Adjustment of metal ions. 2.8 mmol of zinc nitrate is dissolved in 2 ml of H 2 O to produce an aqueous solution (F4).

混合溶液(E4)が水溶液(F4)と混合され、インクを形成するように一晩中攪拌される。   The mixed solution (E4) is mixed with the aqueous solution (F4) and stirred overnight to form an ink.

実施例5
本実施例は、銅チオ尿素錯体イオンがインクにおいて形成される点で、実施例4と異なる。
Example 5
This example differs from Example 4 in that copper thiourea complex ions are formed in the ink.

微粒子前駆体の調整。2.5ミリモルの硫化スズが5mlの40乃至50%のチオ尿素水溶液に溶解され、一晩中攪拌されて、反応溶液(A5)を生成する。   Adjustment of the fine particle precursor. 2.5 mmol of tin sulfide is dissolved in 5 ml of 40-50% thiourea aqueous solution and stirred overnight to form reaction solution (A5).

金属錯体イオン及び金属イオンの調整。3.8ミリモルの硝酸銅が5mlのHOに溶解され、水溶液(B5)を生成する。5.9ミリモルのチオ尿素が5mlのHOに溶解され、室温で20分間攪拌され、反応溶液(D5)を生成する。 Adjustment of metal complex ions and metal ions. 3.8 mmol of copper nitrate is dissolved in 5 ml of H 2 O to produce an aqueous solution (B5). 5.9 mmol of thiourea is dissolved in 5 ml of H 2 O and stirred for 20 minutes at room temperature to produce a reaction solution (D5).

反応溶液(A5)が反応溶液(D5)と混合され、混合溶液(E5)を生成する。   The reaction solution (A5) is mixed with the reaction solution (D5) to produce a mixed solution (E5).

金属イオン及び金属カルコゲナイド微粒子の調整。2.8ミリモルの硝酸亜鉛が2mlのHOに溶解され、水溶液(F5)を生成する。33ミリモルの硫化アンモニウムが水溶液(F5)に溶解され、反応溶液(G5)を生成する。 Preparation of metal ions and metal chalcogenide fine particles. 2.8 mmol of zinc nitrate is dissolved in 2 ml of H 2 O to produce an aqueous solution (F5). 33 mmol of ammonium sulfide is dissolved in the aqueous solution (F5) to form a reaction solution (G5).

混合溶液(E5)が反応溶液(G5)と混合され、インクを形成するように一晩中攪拌される。   The mixed solution (E5) is mixed with the reaction solution (G5) and stirred overnight to form an ink.

実施例6
本実施例は、金属カルコゲナイド微粒子の形成前二金属イオン及び/又は金属錯体イオンが調整される点で、実施例1と異なる。
Example 6
This example differs from Example 1 in that bimetallic ions and / or metal complex ions are adjusted before formation of metal chalcogenide fine particles.

第1の金属イオンの調整。1.07ミリモルの塩化スズが2mlのHOに溶解され、5分間攪拌されて、水溶液(A6)を生成する。 Adjustment of the first metal ion. 1.07 mmol of tin chloride is dissolved in 2 ml of H 2 O and stirred for 5 minutes to produce an aqueous solution (A6).

第2の金属イオンの調整。1.31ミリモルの硫化亜鉛が2mlのHOに溶解され、水溶液(B6)を生成する。 Adjustment of the second metal ion. 1.31 mmol of zinc sulfide is dissolved in 2 ml of H 2 O to produce an aqueous solution (B6).

水溶液(A6)が水溶液(B6)と混合され、水溶液(C6)を生成するように15分間攪拌される。   The aqueous solution (A6) is mixed with the aqueous solution (B6) and stirred for 15 minutes to form an aqueous solution (C6).

金属錯体イオンの調整。1.7ミリモルの硫酸銅が1.5mlのHOに溶解され、水溶液(D6)を生成する。3ミリモルのチオ尿素が3mlのHOに溶解され、水溶液(E6)を生成する。水溶液(D6)が水溶液(E6)と混合され、室温で20分間攪拌され、反応溶液(F6)を生成する。 Adjustment of metal complex ions. 1.7 mmol of copper sulfate is dissolved in 1.5 ml of H 2 O to produce an aqueous solution (D6). 3 mmol of thiourea is dissolved in 3 ml of H 2 O to produce an aqueous solution (E6). The aqueous solution (D6) is mixed with the aqueous solution (E6) and stirred at room temperature for 20 minutes to produce a reaction solution (F6).

水溶液(C6)が反応溶液(F6)と混合され、10分間攪拌され、混合溶液(G6)を生成する。一部の実施形態においては、混合溶液(G6)は、約60℃の温度で攪拌されることが可能である。   The aqueous solution (C6) is mixed with the reaction solution (F6) and stirred for 10 minutes to produce a mixed solution (G6). In some embodiments, the mixed solution (G6) can be stirred at a temperature of about 60 ° C.

金属カルコゲナイド微粒子及びインクの添加。1.5ミリモルの40乃至50%の硫化アンモニウム水溶液が混合溶液(G6)に加えられ、一晩中攪拌又は30分間超音波攪拌され、インクを生成する。   Addition of metal chalcogenide fine particles and ink. 1.5 mmol of 40-50% aqueous ammonium sulfide is added to the mixed solution (G6) and stirred overnight or ultrasonically for 30 minutes to produce ink.

実施例7
本実施例は、セレンがインクに含まれる点で、実施例6と異なる。
Example 7
This example differs from Example 6 in that selenium is included in the ink.

第1の金属イオンの調整。1.07ミリモルの塩化スズが2mlのHOに溶解され、5分間攪拌され、水溶液(A7)を生成する。 Adjustment of the first metal ion. 1.07 mmol of tin chloride is dissolved in 2 ml of H 2 O and stirred for 5 minutes to produce an aqueous solution (A7).

第2の金属イオンの調整。1.31ミリモルの硝酸亜鉛が2mlのHOに溶解され、水溶液(B7)を生成する。 Adjustment of the second metal ion. 1.31 mmol of zinc nitrate is dissolved in 2 ml of H 2 O to produce an aqueous solution (B7).

水溶液(A7)が水溶液(B7)と混合され、15分間攪拌され、水溶液(C7)を生成する。   Aqueous solution (A7) is mixed with aqueous solution (B7) and stirred for 15 minutes to produce aqueous solution (C7).

金属錯体イオンの調整。1.7ミリモルの が1.5mlのHOに溶解され、水溶液(D7)を生成する。3ミリモルのチオ尿素が3mlのHOに溶解され、水溶液(E7)を生成する。水溶液(D7)及び水溶液(E7)が混合され、室温で20分攪拌され、反応溶液(F7)を生成する。 Adjustment of metal complex ions. 1.7 mmol of is dissolved in 1.5 ml of H 2 O to produce an aqueous solution (D7). 3 mmol of thiourea is dissolved in 3 ml of H 2 O to produce an aqueous solution (E7). The aqueous solution (D7) and the aqueous solution (E7) are mixed and stirred at room temperature for 20 minutes to produce a reaction solution (F7).

水溶液(C7)が反応溶液(F7)と混合され、10分間攪拌され、混合溶液(G7)を生成する。一部の実施形態においては、混合溶液(G7)は約60℃の温度で攪拌されることが可能である。   The aqueous solution (C7) is mixed with the reaction solution (F7) and stirred for 10 minutes to produce a mixed solution (G7). In some embodiments, the mixed solution (G7) can be stirred at a temperature of about 60 ° C.

金属カルコゲナイド微粒子、金属錯体イオン及びインクの形成。0.1gのセレン(Se)粒子が1mlの40%乃至50%の硫化アンモニウム水溶液に溶解され、水溶液(H7)が生成される。水溶液(H7)が混合溶液(G7)に加えられ、一晩中攪拌又は30分間超音波攪拌され、インクを形成する。   Formation of metal chalcogenide fine particles, metal complex ions and ink. 0.1 g of selenium (Se) particles are dissolved in 1 ml of 40% to 50% aqueous ammonium sulfide solution to form an aqueous solution (H7). The aqueous solution (H7) is added to the mixed solution (G7) and stirred overnight or ultrasonically for 30 minutes to form ink.

実施例1乃至実施例7は、CZTS膜を形成するためのインクを調整する方法である。以下、CIGS膜を形成するためのインクを調整する実施例について詳述する。   Examples 1 to 7 are methods for adjusting ink for forming a CZTS film. Hereinafter, the Example which adjusts the ink for forming a CIGS film | membrane is explained in full detail.

実施例8
CIGS膜を形成するためのインクの調整
第1の金属イオンの調整。0.5ミリモルの硝酸ガリウムが2mlのHOに溶解され、水溶液(A8)を生成する。
Example 8
Adjustment of ink to form CIGS film Adjustment of first metal ion. 0.5 mmol of gallium nitrate is dissolved in 2 ml of H 2 O to produce an aqueous solution (A8).

第2の金属イオンの調整。0.5ミリモルの塩化インジウムが2mlのHOに溶解され、水溶液(B8)を生成する。 Adjustment of the second metal ion. 0.5 mmol of indium chloride is dissolved in 2 ml of H 2 O to produce an aqueous solution (B8).

水溶液(A8)が水溶液(B8)と混合され、15分間攪拌され、混合溶液(C8)を生成する。   The aqueous solution (A8) is mixed with the aqueous solution (B8) and stirred for 15 minutes to produce a mixed solution (C8).

金属錯体イオンの調整。1.0ミリモルの硝酸銅が2mlのHOに溶解され、水溶液(D8)を生成する。5.9ミリモルのチオ尿素が5mlのHOに溶解され、水溶液(E8)を生成する。水溶液(D8)が水溶液(E8)と混合され、室温で20分間攪拌され、反応溶液(F8)を生成する。 Adjustment of metal complex ions. 1.0 mmol of copper nitrate is dissolved in 2 ml of H 2 O to produce an aqueous solution (D8). 5.9 mmol of thiourea is dissolved in 5 ml of H 2 O to produce an aqueous solution (E8). The aqueous solution (D8) is mixed with the aqueous solution (E8) and stirred at room temperature for 20 minutes to produce a reaction solution (F8).

水溶液(C8)が反応溶液(F8)と混合され、10分間攪拌され、混合溶液(G8)を生成する。一部の実施形態においては、混合溶液(G8)は、約60℃の温度で攪拌されることが可能である。   The aqueous solution (C8) is mixed with the reaction solution (F8) and stirred for 10 minutes to produce a mixed solution (G8). In some embodiments, the mixed solution (G8) can be stirred at a temperature of about 60 ° C.

金属カルコゲナイド微粒子及びインクの形成。1.5ミリモルの40乃至50%の硫化アンモニウム水溶液が混合溶液(G8)に加えられ、一晩中攪拌又は30分間超音波攪拌され、インクを生成する。   Formation of metal chalcogenide fine particles and ink. 1.5 mmol of 40-50% aqueous ammonium sulfide is added to the mixed solution (G8) and stirred overnight or ultrasonically for 30 minutes to produce ink.

前駆体溶液を用いることによるカルコゲナイド半導体膜の形成
図5を参照するに、本発明の実施形態に従ったカルコゲナイド半導体膜を形成するフローチャートを示している。
Formation of Chalcogenide Semiconductor Film by Using Precursor Solution Referring to FIG. 5, a flow chart for forming a chalcogenide semiconductor film according to an embodiment of the present invention is shown.

その方法は、金属カルコゲナイド微粒子並びに少なくとも1つの金属イオン及び金属錯体イオンを有する前駆体溶液を調整するステップ510を有する。前駆体溶液は、図1に示す処理により調整されることが可能である。   The method includes preparing 510 a precursor solution having metal chalcogenide microparticles and at least one metal ion and metal complex ion. The precursor solution can be prepared by the process shown in FIG.

ステップ520は、基板上に前駆体溶液の液体層を形成するように、基板に前駆体溶液をコーティングするステップを有する。そのコーティング方法には、ドロップキャスト法、スピンコート法、浸漬コート法、ドクターブレード法、カーテンコート法、スライドコート法、スプレー法、スリットコート法、メニスカスコート法、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法、パッド印刷法、フレキソ印刷法又はグラビア印刷法があるが、それらに限定されるものではない。基板は、ガラス基板等の硬いものであることが可能であり、又は、金属箔又はプラスチック基板等のフレキシブルなものであることが可能である。一部の実施形態においては、基板は、前駆体溶液をコーティングする前に、モリブデン(Mo)層が形成される。   Step 520 comprises coating the substrate with the precursor solution so as to form a liquid layer of the precursor solution on the substrate. The coating method includes a drop casting method, a spin coating method, a dip coating method, a doctor blade method, a curtain coating method, a slide coating method, a spray method, a slit coating method, a meniscus coating method, a screen printing method, an ink jet printing method, a pad. There are printing methods, flexographic printing methods, and gravure printing methods, but not limited thereto. The substrate can be hard such as a glass substrate, or can be flexible such as a metal foil or a plastic substrate. In some embodiments, the substrate is formed with a molybdenum (Mo) layer prior to coating the precursor solution.

ステップ530は、前駆体膜を形成するように前駆体溶液の液体層を乾燥させるステップを有する。乾燥処理中に、溶剤は蒸発により除去される。その乾燥方法は、例えば、炉内に、オーブン内に又はホットプレート上に基板を置くことにより行うことが可能である。CZTS膜の前駆体溶液が用いられる一方、乾燥処理は、約25℃乃至600℃の範囲内の、好適には、350℃乃至480℃の範囲内の温度で実行されることが可能である。最も好適には、乾燥温度は約425℃である。コーティングステップ及び乾燥ステップは、2回以上、例えば、約3回乃至約6回、繰り返されることが可能である。その結果得られる前駆体膜は、例えば、約1乃至5000nmの膜厚を有する。   Step 530 includes drying the liquid layer of the precursor solution so as to form a precursor film. During the drying process, the solvent is removed by evaporation. The drying method can be performed, for example, by placing the substrate in a furnace, in an oven, or on a hot plate. While a precursor solution of CZTS film is used, the drying process can be performed at a temperature in the range of about 25 ° C. to 600 ° C., preferably in the range of 350 ° C. to 480 ° C. Most preferably, the drying temperature is about 425 ° C. The coating step and the drying step can be repeated two or more times, for example, about 3 to about 6 times. The resulting precursor film has a thickness of, for example, about 1 to 5000 nm.

ステップ540は、カルコゲナイド半導体膜を形成するように、前駆体膜をアニールするステップを有する。CZTSの前駆体膜のアニール温度は約300℃乃至700℃の範囲内であって、好適には、480℃乃至650℃の範囲内であることが可能である。最も好適には、その温度は540℃である。本実施例においては、アニール処理は、約540℃の温度で10分間実行されることが可能である。一部の実施形態においては、アニール処理は、硫黄蒸気を含む雰囲気下で実行されることが可能である。   Step 540 includes annealing the precursor film to form a chalcogenide semiconductor film. The annealing temperature of the CZTS precursor film is in the range of about 300 ° C. to 700 ° C., and preferably in the range of 480 ° C. to 650 ° C. Most preferably, the temperature is 540 ° C. In this embodiment, the annealing process can be performed at a temperature of about 540 ° C. for 10 minutes. In some embodiments, the annealing process can be performed under an atmosphere containing sulfur vapor.

実施例1乃至実施例3及び実施例6及び実施例7において調整されるインクは、CZTS膜を形成する前駆体溶液として用いられる。CZTS膜は、図6乃至図10に示すXRD分析により黄錫亜鉛鉱構造を有するように構成されている。   The inks prepared in Examples 1 to 3 and Examples 6 and 7 are used as a precursor solution for forming a CZTS film. The CZTS film is configured to have a chalcopyrite structure by XRD analysis shown in FIGS.

光起電力装置の製造
図11を参照するに、本発明の実施形態に従って光起電力装置を形成するフローチャートを示している。また、図12を参照するに、図11に示す方法により形成された光起電力装置の模式図である。
Manufacturing of Photovoltaic Device Referring to FIG. 11, a flow chart for forming a photovoltaic device according to an embodiment of the present invention is shown. Also, referring to FIG. 12, it is a schematic diagram of a photovoltaic device formed by the method shown in FIG.

その方法は、基板1200上に下部電極層1210を形成するステップ1110を有する。例えば、基板1200は、ガラス、金属箔及びプラスチックを有する群から選択される材料を有する。下部電極1210は、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)及びITO(Indium Tin Oxide)を有する群から選択される材料を有する。本実施形態においては、Mo層1210が、スパッタリングにより基板上に形成される。   The method includes a step 1110 of forming a lower electrode layer 1210 on the substrate 1200. For example, the substrate 1200 comprises a material selected from the group comprising glass, metal foil and plastic. The lower electrode 1210 includes a material selected from the group including molybdenum (Mo), tungsten (W), aluminum (Al), and ITO (Indium Tin Oxide). In this embodiment, the Mo layer 1210 is formed on the substrate by sputtering.

ステップ1120は、前駆体溶液を用いることにより下部層1210上にカルコゲナイド半導体膜1220を形成するステップを有する。前駆体溶液は、図1に示す処理により調整されることが可能である。本実施形態においては、CZTS膜がカルコゲナイド半導体膜1220として形成される。Mo層1210上に形成されたCZTS膜1220は、約0.6μm乃至約6μmの範囲内の膜厚を有する。   Step 1120 includes forming a chalcogenide semiconductor film 1220 on the lower layer 1210 by using a precursor solution. The precursor solution can be prepared by the process shown in FIG. In this embodiment, the CZTS film is formed as the chalcogenide semiconductor film 1220. The CZTS film 1220 formed on the Mo layer 1210 has a film thickness in the range of about 0.6 μm to about 6 μm.

ステップ1130は、カルコゲナイド半導体膜1220上のバッファ層1230を形成するステップを有する。バッファ層は、n型半導体層又はp型半導体層等の半導体層を有する。例えば、バッファ層は、硫化カドミウム(CdS)、Zn(O,OH,S)、硫化インジウム(In)、硫化亜鉛(ZnS)及び酸化亜鉛マグネシウム(ZnMg1−xO)を有する群から選択される材料を有する。本実施形態においては、CdS層1230が、CZTS膜1220上のn型半導体層として形成される。CdS膜1230は、化学浴析出方法により形成されることが可能である。本実施形態においては、CdS膜1230の膜厚は、例えば、約20nm乃至約150nmの範囲内にあることが可能である。 Step 1130 includes forming a buffer layer 1230 on the chalcogenide semiconductor film 1220. The buffer layer includes a semiconductor layer such as an n-type semiconductor layer or a p-type semiconductor layer. For example, the buffer layer includes cadmium sulfide (CdS), Zn (O, OH, S), indium sulfide (In 2 S 3 ), zinc sulfide (ZnS), and zinc oxide magnesium (Zn x Mg 1-x O). Having a material selected from the group. In the present embodiment, the CdS layer 1230 is formed as an n-type semiconductor layer on the CZTS film 1220. The CdS film 1230 can be formed by a chemical bath deposition method. In the present embodiment, the film thickness of the CdS film 1230 can be in the range of about 20 nm to about 150 nm, for example.

ステップ1140は、バッファ層1230上に上部電極1240を形成するステップを有する。上部電極は透明な導電層を有する。例えば、上部電極層1240は、酸化亜鉛(ZnO)、ITO(Indium Tin Oxide)、ホウ素ドープド酸化亜鉛(B−ZnO)、アルミニウムドープド酸化亜鉛(Al−ZnO)、ガリウムドープド酸化亜鉛(Ga−ZnO)及びアンチモンスズ酸化物(ATO)を有する群から選択される材料を有する。本実施形態においては、約100nmの膜厚の酸化亜鉛(ZnO)及び約130nmの膜厚のITO(Indium Tin Oxide)が、バッファ層1230上の上部電極層1240として形成される。ZnO膜及びITO膜を形成する方法は、例えば、スパッタリングであることが可能である。   Step 1140 includes forming an upper electrode 1240 on the buffer layer 1230. The upper electrode has a transparent conductive layer. For example, the upper electrode layer 1240 includes zinc oxide (ZnO), ITO (Indium Tin Oxide), boron-doped zinc oxide (B-ZnO), aluminum-doped zinc oxide (Al-ZnO), and gallium-doped zinc oxide (Ga--). ZnO) and a material selected from the group comprising antimony tin oxide (ATO). In this embodiment, zinc oxide (ZnO) with a thickness of about 100 nm and ITO (Indium Tin Oxide) with a thickness of about 130 nm are formed as the upper electrode layer 1240 on the buffer layer 1230. The method of forming the ZnO film and the ITO film can be, for example, sputtering.

ステップ1150は、上部電極層1240上に金属コンタクト1250を形成するステップを有する。金属コンタクト1250は、ニッケル(Ni)/アルミニウム(Al)として形成されることが可能である。Ni/Al金属コンタクト1250を形成する方法は、例えば、電子ビーム蒸着であることが可能である。   Step 1150 includes forming a metal contact 1250 on the upper electrode layer 1240. The metal contact 1250 can be formed as nickel (Ni) / aluminum (Al). The method of forming the Ni / Al metal contact 1250 can be, for example, electron beam evaporation.

ステップ1160は、基板1200上に反射防止膜1260を形成するステップを有する。例えば、反射防止膜は、フッ化マグネシウム(MgF)、二酸化ケイ素(SiO)、窒化ケイ素(Si)及び酸化ニオブ(NbO)を有する群から選択される材料を有する。本実施形態においては、MgF1260が、反射防止膜として、基板上に形成される。MgF膜は、例えば、電子ビーム蒸着により形成されることが可能である。本実施形態においては、フッ化マグネシウム(MgF)膜の膜厚は、例えば、110nmであることが可能である。その場合、光起電力装置が形成される。 Step 1160 includes forming an antireflection film 1260 on the substrate 1200. For example, the antireflective coating comprises a material selected from the group comprising magnesium fluoride (MgF 2 ), silicon dioxide (SiO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ) and niobium oxide (NbO x ). In this embodiment, MgF 2 1260 is formed on the substrate as an antireflection film. The MgF 2 film can be formed by, for example, electron beam evaporation. In the present embodiment, the film thickness of the magnesium fluoride (MgF 2 ) film can be 110 nm, for example. In that case, a photovoltaic device is formed.

図13は、実施例7を用いることにより、CZTS膜が形成された光起電力装置の電圧−電流特性を示す図である。その装置は、開回路電圧(Voc)=450mVを有する1.5AMの標準照明条件下での2.7%の電力変換効率、フィルファクタ(FF)=40.9%及び短絡電流密度(Jsc)=14.8mA/cmを有するとして測定されている。
FIG. 13 is a diagram illustrating voltage-current characteristics of a photovoltaic device in which a CZTS film is formed by using Example 7. The device has a power conversion efficiency of 2.7% under 1.5AM standard lighting conditions with an open circuit voltage (Voc) = 450 mV, a fill factor (FF) = 40.9% and a short circuit current density (Jsc). = is measured as having 14.8mA / cm 2.

Claims (11)

カルコゲナイド半導体膜を形成する方法であって:
基板上に層を形成するように前駆体溶液をコーティングするステップであって、前記前駆体溶液は、溶剤と、金属カルコゲナイド微粒子と、前記金属カルコゲナイド微粒子の表面に分散される金属イオン及び金属錯体イオンの少なくとも1つとを有する、ステップ;並びに
前記カルコゲナイド半導体膜を形成するように前記層をアニールするステップであって、前記金属カルコゲナイド微粒子、前記金属イオン及び前記金属錯体イオンの金属は、周期律表のI属、II属、III属及びIV属を有する群から選択され、カルコゲナイド半導体材料のすべての金属元素を有する、ステップ;
を有する方法。
A method of forming a chalcogenide semiconductor film comprising:
Coating a precursor solution to form a layer on a substrate, the precursor solution comprising a solvent, metal chalcogenide particles, and metal ions and metal complex ions dispersed on a surface of the metal chalcogenide particles; And annealing the layer to form the chalcogenide semiconductor film, wherein the metal chalcogenide microparticles, the metal ions and the metal of the metal complex ions are in the periodic table. Selected from the group having group I, group II, group III and group IV and having all the metal elements of the chalcogenide semiconductor material;
Having a method.
前記前駆体溶液をコーティングするステップは、湿式コーティング、印刷、スピンコート法、浸漬コート法、ドクターブレード法、カーテンコート法、スライドコート法、スプレー法、スリットコート法、メニスカスコート法、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法、パッド印刷法、フレキソ印刷法又はグラビア印刷法を有する、請求項1に記載の方法。   The step of coating the precursor solution includes wet coating, printing, spin coating method, dip coating method, doctor blade method, curtain coating method, slide coating method, spray method, slit coating method, meniscus coating method, screen printing method, The method according to claim 1, comprising an inkjet printing method, a pad printing method, a flexographic printing method, or a gravure printing method. 約25℃乃至約700℃の範囲内の温度で前記層を乾燥させるステップを更に有する、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, further comprising drying the layer at a temperature in the range of about 25 ° C. to about 700 ° C. 前記アニールするステップは、約300℃乃至約700℃の範囲内の温度で実行される、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the annealing is performed at a temperature within a range of about 300 ° C. to about 700 ° C. 5. 前記金属カルコゲナイド微粒子、前記金属イオン及び前記金属錯体イオンの金属はスズ、銅及び亜鉛を有する、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the metal of the metal chalcogenide fine particles, the metal ion, and the metal complex ion include tin, copper, and zinc. 前記金属カルコゲナイド微粒子、前記金属イオン及び前記金属錯体イオンの金属はゲルマニウムを更に有する、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the metal of the metal chalcogenide fine particles, the metal ion, and the metal complex ion further comprises germanium. 前記金属カルコゲナイド微粒子、前記金属イオン及び前記金属錯体イオンの金属は銅、インジウム及びガリウムを有する、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein a metal of the metal chalcogenide fine particles, the metal ion, and the metal complex ion includes copper, indium, and gallium. 当該方法は、IV−VI属化合物、I−III−VI属化合物及びI−II−IV−VI属化合物を有する群から選択されるカルコゲナイド半導体膜を形成するステップを有する、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, comprising forming a chalcogenide semiconductor film selected from the group comprising a group IV-VI compound, a group I-III-VI compound and a group I-II-IV-VI compound. Method. 光起電力装置を形成する方法であって:
基板上に下部電極層を形成するステップ;
請求項1に記載の方法に従って、前記下部電極上にカルコゲナイド半導体膜を形成するステップ;
前記カルコゲナイド半導体膜上に半導体層を形成するステップ;及び
前記半導体膜上に上部電極層を形成するステップ;
を有する方法。
A method of forming a photovoltaic device comprising:
Forming a bottom electrode layer on the substrate;
Forming a chalcogenide semiconductor film on the lower electrode according to the method of claim 1;
Forming a semiconductor layer on the chalcogenide semiconductor film; and forming an upper electrode layer on the semiconductor film;
Having a method.
前記半導体層を形成するステップは、n型半導体層を形成するステップを有する、請求項9に記載の方法。   The method of claim 9, wherein forming the semiconductor layer comprises forming an n-type semiconductor layer. 前記上部電極を形成するステップは、透明な導電層を形成するステップを有する、請求項9に記載の方法。
The method of claim 9, wherein forming the top electrode comprises forming a transparent conductive layer.
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