JP2013184866A - Method for producing czts compound semiconductor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a CZTS (Copper Zinc Tin Sulfide) compound semiconductor capable of producing a dense CZTS compound semiconductor at a lower firing temperature than hitherto.SOLUTION: A method for producing a CZTS compound semiconductor in which SnS or SnSis included in a sintering aid, has a step for firing a sintered body containing Cu, Zn, Sn and S under an environment in which a sintering aid exists.

Description

本発明は、CZTS化合物半導体の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a CZTS compound semiconductor.

太陽電池は、発電量当たりの二酸化炭素排出量が少なく、発電用の燃料が不要であるため、地球温暖化防止等に寄与することが期待されている。現在、実用化されている太陽電池の中では、単結晶シリコン又は多結晶シリコンを用いた、一組のpn接合を有する単接合太陽電池が主流となっている。このほか、近年では、シリコンに依存しない薄膜太陽電池等についても、盛んに研究開発が進められている。   Solar cells are expected to contribute to the prevention of global warming and the like because they emit less carbon dioxide per power generation and do not require fuel for power generation. Currently, single-junction solar cells having a pair of pn junctions using single-crystal silicon or polycrystalline silicon are the mainstream among solar cells in practical use. In addition, in recent years, research and development has been actively conducted on thin-film solar cells that do not depend on silicon.

CZTS系薄膜太陽電池は、シリコンの代わりにCu、Zn、Sn、及び、Sを用いた化合物半導体(以下において、「CZTS」又は「CZTS化合物半導体」という。)を、光吸収層に使用する薄膜太陽電池である。これらの物質は入手しやすく安価であるため、CZTS系薄膜太陽電池が注目されている。   A CZTS thin film solar cell is a thin film that uses a compound semiconductor (hereinafter referred to as “CZTS” or “CZTS compound semiconductor”) using Cu, Zn, Sn, and S instead of silicon as a light absorption layer. It is a solar cell. Since these materials are easily available and inexpensive, CZTS thin film solar cells have attracted attention.

CZTS系薄膜太陽電池に関する技術として、例えば特許文献1には、第二硫化銅、硫化亜鉛、及び、硫化錫の粉体を混合した後、ホットプレス法にて10MPa以上かつ700℃以上で1時間以上に亘って焼成する、硫化物焼結体ターゲットの製造方法が開示されている。   As a technique related to the CZTS-based thin film solar cell, for example, in Patent Document 1, after mixing powders of cupric sulfide, zinc sulfide, and tin sulfide, hot pressing is performed at 10 MPa or more and 700 ° C. or more for 1 hour. The manufacturing method of the sulfide sintered compact target baked over the above is disclosed.

特開2010−245238号公報JP 2010-245238 A

特許文献1に700℃以上の温度で焼成する製造方法が開示されているように、これまで、緻密なCZTSを製造するためには、675℃以上の温度で焼成する必要があった。ここで、CZTSを太陽電池に用いる場合、電極の表面にCZTSを形成する形態が想定され、緻密なCZTSを形成するために、電極の表面に形成したCZTSを675℃以上の温度で焼成することが考えられる。しかしながら、例えば、電極としてMo電極を使用する場合、温度が570℃以上になると、CZTS及びMoの界面で反応が進行して異相が形成される。そのため、675℃以上の高温で焼成する過程を経てCZTS系薄膜太陽電池を作製しても、本来の材料特性を示さず、性能を向上させることは困難であった。   As disclosed in Patent Document 1, a manufacturing method in which baking is performed at a temperature of 700 ° C. or higher, so far, it has been necessary to perform baking at a temperature of 675 ° C. or higher in order to manufacture a dense CZTS. Here, when CZTS is used for a solar cell, it is assumed that CZTS is formed on the surface of the electrode, and in order to form dense CZTS, CZTS formed on the surface of the electrode is fired at a temperature of 675 ° C. or higher. Can be considered. However, for example, when a Mo electrode is used as the electrode, when the temperature becomes 570 ° C. or higher, the reaction proceeds at the interface between CZTS and Mo and a heterogeneous phase is formed. Therefore, even if a CZTS thin film solar cell is manufactured through a process of baking at a high temperature of 675 ° C. or higher, it does not show the original material properties and it is difficult to improve the performance.

そこで本発明は、緻密なCZTS化合物半導体を従来よりも低い焼成温度で製造することが可能な、CZTS化合物半導体の製造方法を提供することを課題とする。   Then, this invention makes it a subject to provide the manufacturing method of the CZTS compound semiconductor which can manufacture a precise | minute CZTS compound semiconductor at the firing temperature lower than before.

本発明者らは、鋭意検討の結果、焼結助剤(SnS又はSnS)を添加して焼成することにより、従来よりも低い温度で焼成しても緻密なCZTS化合物半導体を製造することが可能になることを知見した。本発明は、かかる知見に基づいて完成させた。 As a result of intensive studies, the inventors of the present invention can produce a dense CZTS compound semiconductor by adding a sintering aid (SnS or SnS 2 ) and firing, even if firing at a lower temperature than conventional. I knew that it would be possible. The present invention has been completed based on this finding.

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
本発明の第1の態様は、焼結助剤が存在する環境下において、Cu、Zn、Sn、及び、Sを含有する被焼結体を焼成する工程を有し、焼結助剤にSnSが含まれる、CZTS化合物半導体の製造方法である。
In order to solve the above problems, the present invention takes the following means. That is,
1st aspect of this invention has the process of baking the to-be-sintered body containing Cu, Zn, Sn, and S in the environment where a sintering auxiliary agent exists, SnS is used as a sintering auxiliary agent. Is a method for producing a CZTS compound semiconductor.

ここに、本発明の第1の態様及び以下に示す本発明の他の態様において、「Cu、Zn、Sn、及び、Sを含有する被焼結体」とは、焼成されることによって緻密化したCZTS化合物半導体になる物質をいう。例えば、スパッタ法や真空蒸着法等の真空法によって形成した、硫化工程を経る前の前駆体膜のほか、いわゆる固相合成法や液相から合成したCZTS化合物半導体等が、「Cu、Zn、Sn、及び、Sを含有する被焼結体」に含まれ得る。SnSを添加してCZTSを焼成することにより、例えば560℃で焼成しても、相対密度が95%以上であるCZTSを製造することが可能になる。したがって、本発明の第1の態様によれば、緻密なCZTS化合物半導体を従来よりも低い焼成温度で製造することが可能な、CZTS化合物半導体の製造方法を提供することができる。   Here, in the first aspect of the present invention and the other aspects of the present invention described below, “a sintered body containing Cu, Zn, Sn, and S” is densified by firing. A substance that becomes a CZTS compound semiconductor. For example, in addition to a precursor film formed by a vacuum method such as a sputtering method or a vacuum deposition method and before passing through a sulfidation step, a so-called solid phase synthesis method or a CZTS compound semiconductor synthesized from a liquid phase includes “Cu, Zn, It can be included in “sintered body containing Sn and S”. By firing Sn with the addition of CZTS, it becomes possible to produce CZTS having a relative density of 95% or higher even when fired at 560 ° C., for example. Therefore, according to the first aspect of the present invention, it is possible to provide a method for producing a CZTS compound semiconductor capable of producing a dense CZTS compound semiconductor at a firing temperature lower than conventional.

本発明の第2の態様は、焼結助剤が存在する環境下において、Cu、Zn、Sn、及び、Sを含有する被焼結体を焼成する工程を有し、焼結助剤にSnSが含まれる、CZTS化合物半導体の製造方法である。 The second aspect of the present invention includes a step of firing a sintered body containing Cu, Zn, Sn, and S in an environment in which a sintering aid is present, and the sintering aid contains SnS. 2 is a method for producing a CZTS compound semiconductor.

SnSを添加してCZTSを焼成することにより、例えば560℃で焼成しても、相対密度が80%以上であるCZTSを製造することが可能になる。したがって、本発明の第2の態様によれば、緻密なCZTS化合物半導体を従来よりも低い焼成温度で製造することが可能な、CZTS化合物半導体の製造方法を提供することができる。 When CZTS is fired by adding SnS 2 , it becomes possible to produce CZTS having a relative density of 80% or more even when fired at 560 ° C., for example. Therefore, according to the second aspect of the present invention, it is possible to provide a method for producing a CZTS compound semiconductor capable of producing a dense CZTS compound semiconductor at a lower firing temperature than in the past.

また、上記本発明の第1の態様、及び、上記本発明の第2の態様において、被焼結体の質量をX、焼結助剤の質量をYとするとき、0.01≦Y/X≦0.1であることが好ましい。かかる形態とすることにより、相対密度を高めたCZTS化合物半導体を製造しやすくなる。   In the first aspect of the present invention and the second aspect of the present invention, when the mass of the object to be sintered is X and the mass of the sintering aid is Y, 0.01 ≦ Y / It is preferable that X ≦ 0.1. By setting it as this form, it becomes easy to manufacture the CZTS compound semiconductor which raised the relative density.

本発明によれば、緻密なCZTS化合物半導体を従来よりも低い焼成温度で製造することが可能な、CZTS型化合物半導体の製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the CZTS type compound semiconductor which can manufacture a precise | minute CZTS compound semiconductor at a calcination temperature lower than before can be provided.

本発明のCZTS化合物半導体の製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of the CZTS compound semiconductor of this invention. 焼成温度及び焼結助剤と相対密度との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between a calcination temperature, a sintering auxiliary agent, and a relative density. SnSの添加量と相対密度との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the addition amount of SnS, and a relative density. 焼成表面の電子顕微鏡写真である。図4(a)はSnSを添加しなかった場合、図4(b)はCuZnSnSに対して1質量%のSnSを添加した場合、図4(c)はCuZnSnSに対して3質量%のSnSを添加した場合、図4(d)はCuZnSnSに対して5質量%のSnSを添加した場合における、焼成表面の電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph of the firing surface. 4 (a) is the case without addition of SnS, 4 (b) is the case of adding 1 wt% of SnS respect Cu 2 ZnSnS 4, with respect to FIG. 4 (c) Cu 2 ZnSnS 4 When 3% by mass of SnS is added, FIG. 4D is an electron micrograph of the fired surface when 5% by mass of SnS is added to Cu 2 ZnSnS 4 . 焼成温度と相対密度との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between a calcination temperature and a relative density. X線回折結果を示す図である。It is a figure which shows a X-ray-diffraction result.

以下、図面を参照しつつ、本発明のCZTS化合物半導体の製造方法(以下において、「本発明の製造方法」ということがある。)について説明する。なお、以下に示す形態は例示であり、本発明の製造方法は以下に示す形態に限定されない。   Hereinafter, a method for producing a CZTS compound semiconductor of the present invention (hereinafter, also referred to as “manufacturing method of the present invention”) will be described with reference to the drawings. In addition, the form shown below is an illustration and the manufacturing method of this invention is not limited to the form shown below.

図1は、本発明のCZTS化合物半導体の製造方法を説明する図である。図1に示した本発明の製造方法は、被焼結体作製工程(S1)と、焼成工程(S2)と、を有している。   FIG. 1 is a diagram for explaining a method for producing a CZTS compound semiconductor of the present invention. The manufacturing method of the present invention shown in FIG. 1 includes a sintered body manufacturing step (S1) and a firing step (S2).

被焼結体作製工程は、後述する焼成工程で焼成されて緻密化される被焼結体を作製する工程である。被焼結体作製工程は、被焼結体を作製可能であれば、その形態は特に限定されない。被焼結体作製工程は、例えば、Cu−Zn−Sn−S前駆体膜を、スパッタ法や真空蒸着法等の真空法によって形成する形態であっても良く、いわゆる固相合成法や、液相からCZTS粒子を合成する水熱合成法、有機溶剤法、ゾルゲル法、めっき法等によって、CZTS化合物半導体を作製する形態であっても良い。   A to-be-sintered body preparation process is a process of producing the to-be-sintered body baked and densified by the baking process mentioned later. As long as a to-be-sintered body preparation process can produce a to-be-sintered body, the form will not be specifically limited. The to-be-sintered body production | generation process may be a form which forms a Cu-Zn-Sn-S precursor film | membrane by vacuum methods, such as a sputtering method and a vacuum evaporation method, for example, what is called a solid-phase synthesis method, liquid A form in which a CZTS compound semiconductor is produced by a hydrothermal synthesis method of synthesizing CZTS particles from a phase, an organic solvent method, a sol-gel method, a plating method, or the like may be used.

焼成工程は、被焼結体作製工程で作製した被焼結体を、焼結助剤が存在する環境下で焼成することにより、緻密化されたCZTSを作製する工程である。焼成工程で使用可能な焼結助剤としては、SnSやSnSを例示することができる。例えば、被焼結体作製工程がスパッタ法や真空蒸着法等の真空法により前駆体を形成する形態である場合、焼成工程は、前駆体に、スパッタや蒸着等によってSnSやSnSを過剰に供給した後、硫化水素による硫化及び焼成によって、緻密化されたCZTSを作製する工程、とすることができる。本発明において、焼成工程で使用する焼結助剤の使用量は特に限定されないが、相対密度の高い緻密なCZTS化合物半導体を製造しやすい形態にする観点から、CuZnSnSの質量をX、焼結助剤の質量をYとするとき、0.01≦Y/X≦0.1とすることが好ましく、0.02≦Y/X≦0.04とすることがより好ましい。 The firing step is a step of producing a densified CZTS by firing the sintered body produced in the sintered body production step in an environment where a sintering aid is present. The sintering aid can be used in the baking step, it can be exemplified SnS and SnS 2. For example, when the sintered body manufacturing process is a form in which the precursor is formed by a vacuum method such as a sputtering method or a vacuum deposition method, the firing process is performed by adding excessive SnS or SnS 2 to the precursor by sputtering or deposition. After the supply, a step of producing a densified CZTS by sulfidation and baking with hydrogen sulfide can be performed. In the present invention, the amount of the sintering aid used in the firing step is not particularly limited, but from the viewpoint of making a dense CZTS compound semiconductor with a high relative density easy to manufacture, the mass of Cu 2 ZnSnS 4 is X, When the mass of the sintering aid is Y, 0.01 ≦ Y / X ≦ 0.1 is preferable, and 0.02 ≦ Y / X ≦ 0.04 is more preferable.

焼成工程を有する本発明の製造方法によれば、従来は675℃以上であった焼成温度を、例えば560℃にまで低下させても、相対密度が80%以上であるCZTS化合物半導体を製造することが可能になる。すなわち、本発明によれば、Moの表面に形成したCZTSを、CZTSとMoとが反応しない温度で焼成しても、CZTSを緻密化することができる。したがって、CZTS系薄膜太陽電池を製造する際に、本発明の製造方法によって緻密化したCZTSを製造することにより、変換効率を高めたCZTS系薄膜太陽電池を製造することが可能になる。   According to the production method of the present invention having a firing step, a CZTS compound semiconductor having a relative density of 80% or more even when the firing temperature, which was 675 ° C. or higher in the past, is reduced to, for example, 560 ° C. Is possible. That is, according to the present invention, even if CZTS formed on the surface of Mo is fired at a temperature at which CZTS and Mo do not react, CZTS can be densified. Therefore, when manufacturing a CZTS-based thin film solar cell, it is possible to manufacture a CZTS-based thin film solar cell with improved conversion efficiency by manufacturing a dense CZTS by the manufacturing method of the present invention.

また、本発明の製造方法では、CZTS化合物半導体を構成する元素によって構成された化合物を焼結助剤として用いている。そのため、添加した焼結助剤は、焼結後に固溶してカルコパイライト単相になり、異相は形成されない。したがって、本発明で製造したCZTS化合物半導体を用いることにより、太陽電池の変換効率を高めやすくなる。   Moreover, in the manufacturing method of this invention, the compound comprised by the element which comprises a CZTS compound semiconductor is used as a sintering auxiliary agent. For this reason, the added sintering aid is dissolved into a chalcopyrite single phase after sintering, and no heterogeneous phase is formed. Therefore, it becomes easy to improve the conversion efficiency of a solar cell by using the CZTS compound semiconductor manufactured by this invention.

<実施例1>
CuZnSnS及び焼結助剤の質量比が、CuZnSnS:焼結助剤=100:3となるように、焼結助剤(CuS、ZnS、SnS、及び、SnSの各粉末)を計量した。そして、CuZnSnSのみ、又は、CuZnSnS及び焼結助剤をボールミルに投入して乾式で24時間に亘って混合することにより、混合粉末を得た。その後、得られた混合粉末を直径10mm程度のディスク状に成形し、さらに圧力245MPaで冷間等方圧成形(CIP成形)することにより、焼結用圧粉体を得た。そして、得られた焼結用圧粉体を、窒素雰囲気中で、焼成温度675℃又は560℃で2時間に亘って焼成した後、取り出した試料の相対密度を測定した。結果を図2に示す。また、焼成温度を560℃にした場合の結果を表1に示す。
<Example 1>
Sintering aids (Cu 2 S, ZnS, SnS, and SnS 2 so that the mass ratio of Cu 2 ZnSnS 4 and the sintering aid is Cu 2 ZnSnS 4 : sintering aid = 100: 3. Each powder) was weighed. Then, Cu 2 ZnSnS 4 alone or Cu 2 ZnSnS 4 and a sintering aid were charged into a ball mill and mixed for 24 hours in a dry manner to obtain a mixed powder. Thereafter, the obtained mixed powder was formed into a disk shape having a diameter of about 10 mm and further subjected to cold isostatic pressing (CIP molding) at a pressure of 245 MPa to obtain a green compact for sintering. The obtained green compact for sintering was fired in a nitrogen atmosphere at a firing temperature of 675 ° C. or 560 ° C. for 2 hours, and then the relative density of the sample taken out was measured. The results are shown in FIG. Table 1 shows the results when the firing temperature was set to 560 ° C.

図2に示したように、焼成温度が675℃の場合、焼結助剤を添加しない試料では、相対密度が97%程度のCZTS化合物半導体が得られた。また、焼結助剤としてCuS、ZnS、及び、SnSからなる群より選択した1種を添加した試料では、相対密度が85%程度のCZTS化合物半導体が得られ、焼結助剤としてSnSを添加した試料では、相対密度が98%以上のCZTS化合物半導体が得られた。 As shown in FIG. 2, when the firing temperature was 675 ° C., a CZTS compound semiconductor having a relative density of about 97% was obtained in the sample to which the sintering aid was not added. In addition, in the sample added with one kind selected from the group consisting of Cu 2 S, ZnS, and SnS 2 as a sintering aid, a CZTS compound semiconductor having a relative density of about 85% is obtained. In the sample to which SnS was added, a CZTS compound semiconductor having a relative density of 98% or more was obtained.

一方、焼成温度が560℃の場合、焼結助剤を添加しない試料、及び、焼結助剤としてCuS又はZnSを添加した試料では、相対密度が70%程度(最低で67.8%、最高で70.3%)のCZTS化合物半導体が得られた。これに対し、焼成温度が560℃の場合、焼結助剤としてSnSを添加した試料では、相対密度が95%程度(最低で94.7%、最高で95.8%)のCZTS化合物半導体が得られ、焼結助剤としてSnSを添加した試料では、相対密度が70%よりも高い(最低で73.9%、最高で80.4%)のCZTS化合物半導体が得られた。以上の結果から、焼結助剤としてSnSやSnSを用いることにより、焼成温度を低減しても緻密化されたCZTS化合物半導体を製造可能であることが確認された。 On the other hand, when the firing temperature is 560 ° C., the relative density is about 70% (at least 67.8%) in the sample without adding the sintering aid and the sample with Cu 2 S or ZnS added as the sintering aid. , A maximum of 70.3%) CZTS compound semiconductor was obtained. On the other hand, when the firing temperature is 560 ° C., the CZTS compound semiconductor having a relative density of about 95% (minimum 94.7%, maximum 95.8%) in the sample added with SnS as a sintering aid. In the sample obtained by adding SnS 2 as a sintering aid, a CZTS compound semiconductor having a relative density higher than 70% (minimum 73.9%, maximum 80.4%) was obtained. From the above results, it was confirmed that by using SnS or SnS 2 as a sintering aid, a densified CZTS compound semiconductor can be manufactured even if the firing temperature is reduced.

<実施例2>
CuZnSnS及びSnSの質量比が、CuZnSnS:SnS=100:1以上13以下となるように、SnS粉末を計量した。そして、CuZnSnSのみ、又は、CuZnSnS及びSnSをボールミルに投入して乾式で24時間に亘って混合することにより、混合粉末を得た。その後、得られた混合粉末を直径10mm程度のディスク状に成形し、さらに圧力245MPaで冷間等方圧成形(CIP成形)することにより、焼結用圧粉体を得た。そして、得られた焼結用圧粉体を、窒素雰囲気中で、焼成温度560℃で2時間に亘って焼成した後、取り出した試料の相対密度を測定した。結果を図3に示す。図3の縦軸は相対密度、横軸はSnSの添加量である。また、SnSを添加しなかった場合、CuZnSnSに対して1質量%のSnSを添加した場合、CuZnSnSに対して3質量%のSnSを添加した場合、及び、CuZnSnSに対して5質量%のSnSを添加した場合の結果を、表2に示す。また、SnSを添加しなかった場合、CuZnSnSに対して1質量%のSnSを添加した場合、CuZnSnSに対して3質量%のSnSを添加した場合、及び、CuZnSnSに対して5質量%のSnSを添加した場合の焼成表面の電子顕微鏡写真を図4に示す。
<Example 2>
The SnS powder was weighed so that the mass ratio of Cu 2 ZnSnS 4 and SnS was Cu 2 ZnSnS 4 : SnS = 100: 1 or more and 13 or less. Then, only Cu 2 ZnSnS 4 or Cu 2 ZnSnS 4 and SnS were charged into a ball mill and mixed for 24 hours in a dry manner to obtain a mixed powder. Thereafter, the obtained mixed powder was formed into a disk shape having a diameter of about 10 mm and further subjected to cold isostatic pressing (CIP molding) at a pressure of 245 MPa to obtain a green compact for sintering. The obtained green compact for sintering was fired in a nitrogen atmosphere at a firing temperature of 560 ° C. for 2 hours, and then the relative density of the sample taken out was measured. The results are shown in FIG. In FIG. 3, the vertical axis represents the relative density, and the horizontal axis represents the amount of SnS added. Also, when not added SnS, if the addition of 1 wt% of SnS respect Cu 2 ZnSnS 4, the case of adding SnS 3 wt% relative to Cu 2 ZnSnS 4, and, Cu 2 ZnSnS 4 Table 2 shows the results when 5% by mass of SnS was added. Also, when not added SnS, if the addition of 1 wt% of SnS respect Cu 2 ZnSnS 4, the case of adding SnS 3 wt% relative to Cu 2 ZnSnS 4, and, Cu 2 ZnSnS 4 FIG. 4 shows an electron micrograph of the fired surface when 5% by mass of SnS is added.

図3及び表2に示したように、SnSを添加せずに焼成する過程を経て製造したCZTS化合物半導体は、相対密度が70%程度(最低で67.8%、最高で70.3%)であったが、CuZnSnSに対して1質量%以上のSnS(焼結助剤)を添加して焼成することにより、相対密度を高めたCZTS化合物半導体を製造することができた。今回の実験では、CuZnSnSに対して3質量%のSnSを添加して焼成する過程を経て製造したCZTS化合物半導体の相対密度が最も高かった。 As shown in FIG. 3 and Table 2, the CZTS compound semiconductor manufactured through the process of firing without adding SnS has a relative density of about 70% (minimum 67.8%, maximum 70.3%). However, by adding 1% by mass or more of SnS (sintering aid) to Cu 2 ZnSnS 4 and firing, a CZTS compound semiconductor with an increased relative density could be produced. In this experiment, the relative density of the CZTS compound semiconductor produced through the process of adding 3% by mass of SnS to Cu 2 ZnSnS 4 and firing was the highest.

<実施例3>
CuZnSnS及びSnSの質量比が、CuZnSnS:SnS=100:3となるように、SnS粉末を計量した。そして、CuZnSnSのみ、又は、CuZnSnS及びSnSをボールミルに投入して乾式で24時間に亘って混合することにより、混合粉末を得た。その後、得られた混合粉末を直径10mm程度のディスク状に成形し、さらに圧力245MPaで冷間等方圧成形(CIP成形)することにより、焼結用圧粉体を得た。そして、得られた焼結用圧粉体を、窒素雰囲気中で、焼成温度500℃、560℃、又は、675℃で2時間に亘って焼成した後、取り出した試料の相対密度を測定した。結果を図5及び表3に示す。図5の縦軸は相対密度、横軸は焼成温度である。
<Example 3>
The SnS powder was weighed so that the mass ratio of Cu 2 ZnSnS 4 and SnS was Cu 2 ZnSnS 4 : SnS = 100: 3. Then, only Cu 2 ZnSnS 4 or Cu 2 ZnSnS 4 and SnS were charged into a ball mill and mixed for 24 hours in a dry manner to obtain a mixed powder. Thereafter, the obtained mixed powder was formed into a disk shape having a diameter of about 10 mm and further subjected to cold isostatic pressing (CIP molding) at a pressure of 245 MPa to obtain a green compact for sintering. The obtained green compact for sintering was fired at a firing temperature of 500 ° C., 560 ° C., or 675 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere, and then the relative density of the sample taken out was measured. The results are shown in FIG. The vertical axis in FIG. 5 is the relative density, and the horizontal axis is the firing temperature.

図5及び表3に示したように、SnSを添加せずに焼成する過程を経て製造したCZTS化合物半導体は、焼成温度を500℃にした場合の相対密度が69.1%、焼成温度を560℃にした場合の相対密度が68.8%であり、焼成温度を675℃にした場合の相対密度は96.8%であった。すなわち、SnSを添加せずに焼成する場合には、焼成温度を560℃にしても相対密度を高めることはできなかった。   As shown in FIG. 5 and Table 3, the CZTS compound semiconductor manufactured through the process of firing without adding SnS has a relative density of 69.1% when the firing temperature is 500 ° C., and the firing temperature is 560. The relative density at 6 ° C. was 68.8%, and the relative density at 675 ° C. was 96.8%. That is, when firing without adding SnS, the relative density could not be increased even if the firing temperature was 560 ° C.

一方、CuZnSnSに対して3質量%のSnSを添加して焼成する過程を経て製造したCZTS化合物半導体は、焼成温度を500℃にした場合の相対密度が69.6%であり、焼成温度を560℃にした場合の相対密度は95.3%、焼成温度を675℃にした場合の相対密度は99.5%であった。すなわち、SnSを添加して焼成することにより、緻密なCZTS化合物半導体が得られる焼成温度を、SnSを添加せずに焼成した場合の675℃から560℃へと115℃低減することができた。 On the other hand, the CZTS compound semiconductor manufactured through the process of adding 3% by mass of SnS to Cu 2 ZnSnS 4 and baking it has a relative density of 69.6% when the baking temperature is 500 ° C. The relative density when the temperature was 560 ° C. was 95.3%, and the relative density when the firing temperature was 675 ° C. was 99.5%. That is, by adding SnS and firing, the firing temperature at which a dense CZTS compound semiconductor is obtained could be reduced by 115 ° C. from 675 ° C. when firing without adding SnS to 560 ° C.

また、焼成後の生成層をX線回折により調査した結果を図6及び表4に示す。図6の縦軸は回折強度であり、横軸は回折角2θである。図6に示した4つの結果のうち、一番上はSnSを添加して560℃で焼成した場合の結果であり、上から二番目はSnSを添加せずに560℃で焼成した場合の結果であり、上から三番目はSnSを添加して675℃で焼成した場合の結果であり、一番下はSnSを添加せずに675℃で焼成した場合の結果である。また、表4における強度比は、CuZnSnSのX線回折強度に対するSnOのX線回折強度の比である。 Moreover, the result of having investigated the production | generation layer after baking by X-ray diffraction is shown in FIG. The vertical axis in FIG. 6 is the diffraction intensity, and the horizontal axis is the diffraction angle 2θ. Among the four results shown in FIG. 6, the top is the result when SnS is added and baked at 560 ° C., and the second from the top is the result when baked at 560 ° C. without adding SnS. The third from the top is the result when SnS is added and baked at 675 ° C., and the bottom is the result when baked at 675 ° C. without adding SnS. The intensity ratio in Table 4 is the ratio of the X-ray diffraction intensity of SnO 2 to the X-ray diffraction intensity of Cu 2 ZnSnS 4 .

図6及び表4に示したように、SnSを添加して675℃で焼成した場合には、過剰となったSnOが不純物として生成した。これに対し、SnSを添加して560℃で焼成した場合には、SnSを添加せずに焼成した場合と同様に、不純物(SnO)は生成されないことが示された。 As shown in FIG. 6 and Table 4, when SnS was added and baked at 675 ° C., excess SnO 2 was generated as an impurity. On the other hand, it was shown that when SnS was added and baked at 560 ° C., no impurities (SnO 2 ) were generated as in the case of baking without adding SnS.

Claims (3)

焼結助剤が存在する環境下において、Cu、Zn、Sn、及び、Sを含有する被焼結体を焼成する工程を有し、前記焼結助剤にSnSが含まれる、CZTS化合物半導体の製造方法。 A CZTS compound semiconductor comprising a step of firing a sintered body containing Cu, Zn, Sn, and S in an environment where a sintering aid exists, wherein the sintering aid contains SnS. Production method. 焼結助剤が存在する環境下において、Cu、Zn、Sn、及び、Sを含有する被焼結体を焼成する工程を有し、前記焼結助剤にSnSが含まれる、CZTS化合物半導体の製造方法。 A CZTS compound semiconductor comprising a step of firing a sintered body containing Cu, Zn, Sn, and S in an environment where a sintering aid is present, wherein the sintering aid includes SnS 2 Manufacturing method. 前記被焼結体の質量をX、前記焼結助剤の質量をYとするとき、0.01≦Y/X≦0.1である、請求項1又は2に記載のCZTS化合物半導体の製造方法。 The production of a CZTS compound semiconductor according to claim 1 or 2, wherein X is the mass of the object to be sintered and Y is the mass of the sintering aid. Method.
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