JP2017069454A - Ink for light absorption layer formation, compound film solar battery, and manufacturing method for compound film solar battery - Google Patents

Ink for light absorption layer formation, compound film solar battery, and manufacturing method for compound film solar battery Download PDF

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哲夫 佐竹
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明 殷
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: an ink for light absorption layer formation, which enables the formation of a light absorption layer arranged to be able to increase a photoelectric conversion efficiency; a compound film solar battery which enables the rise in photoelectric conversion efficiency; and a manufacturing method therefor.SOLUTION: An ink for light absorption layer formation comprises microparticles of a compound. As to the composition of the microparticles on the whole, the microparticles include at least one element of S and Se, and three elements, Cu, Zn and Sn, meeting the following relations: 0.80≤Cu/(Zn+Sn)≤0.88; and 0.95≤Zn/Sn≤1.05.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、CZTS系の化合物半導体からなる光吸収層を形成するためのインク、この光吸収層を備えた化合物薄膜太陽電池、および、その製造方法に関する。   The present invention relates to an ink for forming a light absorption layer made of a CZTS compound semiconductor, a compound thin-film solar cell including the light absorption layer, and a method for manufacturing the same.

CZTS系のp型半導体(CuZnSnS、CuZnSnSe、CuZnSn(S,Se)等)から構成される層を光吸収層として有する化合物薄膜太陽電池が知られている(例えば、特許文献1参照)。CZTS系の化合物半導体は直接遷移型の半導体であるため、CZTS系の化合物薄膜太陽電池は、間接遷移型の半導体であるSiで構成された光吸収層を備えるSi系太陽電池と比べて、光吸収係数が大きく、かつ、単接続太陽電池の光吸収層として適したバンドギャップエネルギーを有する。 A compound thin film solar cell having a layer composed of a CZTS-based p-type semiconductor (Cu 2 ZnSnS 4 , Cu 2 ZnSnSe 4 , Cu 2 ZnSn (S, Se) 4, etc.) as a light absorption layer is known (for example, , See Patent Document 1). Since a CZTS-based compound semiconductor is a direct transition type semiconductor, a CZTS-based compound thin film solar cell is lighter than a Si-based solar cell including a light absorption layer made of Si, which is an indirect transition type semiconductor. It has a large absorption coefficient and a band gap energy suitable for a light absorption layer of a single connection solar cell.

さらに、CZTS系の化合物薄膜太陽電池においては、光吸収層を構成する元素の組成比を制御することによって、光吸収層を構成する化合物半導体のバンドギャップエネルギーを制御することができる。例えば、光吸収層の組成比がCuZnSnSeであるとき、バンドギャップエネルギーは、1.04eVであり、光吸収層の組成比がCuZnSnSであるとき、バンドギャップエネルギーは、1.53eVである。 Furthermore, in the CZTS-based compound thin film solar cell, the band gap energy of the compound semiconductor constituting the light absorption layer can be controlled by controlling the composition ratio of the elements constituting the light absorption layer. For example, when the composition ratio of the light absorption layer is Cu 2 ZnSnSe 4 , the band gap energy is 1.04 eV, and when the composition ratio of the light absorption layer is Cu 2 ZnSnS 4 , the band gap energy is 1. 53 eV.

また、CZTS系の化合物薄膜太陽電池は、他の化合物薄膜太陽電池であるCuInSe(CIS)薄膜太陽電池やCdTe薄膜太陽電池と比べて、環境負荷が少ない点、および、Inのような希少金属を含んでいない点で好ましい。こうした理由から、CZTS系の化合物薄膜太陽電池は、次世代の太陽電池として注目されている。 In addition, the CZTS-based compound thin film solar cell has less environmental impact than other compound thin film solar cells such as CuInSe 2 (CIS) thin film solar cells and CdTe thin film solar cells, and rare metals such as In It is preferable at the point which does not contain. For these reasons, CZTS-based compound thin film solar cells are attracting attention as next-generation solar cells.

化合物薄膜太陽電池の光電変換効率は高いほど好ましく、光吸収層の組成比は、光電変換効率に影響を与える因子の一つであることが知られている。例えば、非特許文献1,2には、蒸着やスパッタリングなどの真空プロセスによって光吸収層の前駆体である層が形成され、この前駆体層に対し硫化水素雰囲気中で熱処理が行われることによって形成された光吸収層について、高い光電変換効率の得られる組成比が開示されている。すなわち、こうした光吸収層が、化学量論比、つまり、Cu/(Zn+Sn)=1.0、かつ、Zn/Sn=1.0である組成よりも、Cuの割合が低く、かつ、Znの割合が高い組成を有する場合に、光電変換効率の向上が可能であることが報告されている。具体的には、光吸収層のCu/(Zn+Sn)比が約0.85、かつ、Zn/Sn比が1.1〜1.3程度である場合に、高い光電変換効率が得られることが報告されている。   It is known that the photoelectric conversion efficiency of the compound thin film solar cell is higher, and the composition ratio of the light absorption layer is known to be one of the factors affecting the photoelectric conversion efficiency. For example, in Non-Patent Documents 1 and 2, a layer that is a precursor of a light absorption layer is formed by a vacuum process such as vapor deposition or sputtering, and the precursor layer is formed by heat treatment in a hydrogen sulfide atmosphere. About the light absorption layer made, the composition ratio with which high photoelectric conversion efficiency is obtained is disclosed. That is, such a light absorption layer has a stoichiometric ratio, that is, Cu / (Zn + Sn) = 1.0 and a ratio of Cu lower than that of the composition in which Zn / Sn = 1.0, and Zn It has been reported that the photoelectric conversion efficiency can be improved when the composition has a high ratio. Specifically, high photoelectric conversion efficiency can be obtained when the Cu / (Zn + Sn) ratio of the light absorption layer is about 0.85 and the Zn / Sn ratio is about 1.1 to 1.3. It has been reported.

米国特許出願公開第2011/0097496号明細書US Patent Application Publication No. 2011/0097496

H.Katagiri, J.Vac.Soc.Jpn., Vol.55,No.12(2012),548-555H. Katagiri, J. Vac. Soc. Jpn., Vol. 55, No. 12 (2012), 548-555 H.Katagiri.et al., Mater.Res.Soc.Symp.Proc., 1165(2009)M04-01H.Katagiri.et al., Mater.Res.Soc.Symp.Proc., 1165 (2009) M04-01

ところで、真空プロセスに代えて、非真空プロセスを用いて光吸収層を形成する方法が提案されている。非真空プロセスを用いた形成方法は、高価な真空装置を必要としない製法であるため、真空プロセスを用いた形成方法と比べて、製造にかかるコストを低く抑えられる。なかでも、CZTS系の化合物半導体からなるナノサイズの微粒子を用いるナノ粒子塗布法は、ヒドラジン等の危険性の高い物質を用いることなく光吸収層の形成が可能であるため、好ましい。ナノ粒子塗布法は、微粒子を含むインクの塗工によって前駆体層を形成し、前駆体層に対して熱処理を行って微粒子を焼結させることによって、光吸収層を形成する方法である。   By the way, it replaces with a vacuum process and the method of forming a light absorption layer using a non-vacuum process is proposed. Since the formation method using the non-vacuum process is a manufacturing method that does not require an expensive vacuum apparatus, the manufacturing cost can be suppressed lower than the formation method using the vacuum process. Among these, a nanoparticle coating method using nanosized fine particles made of a CZTS compound semiconductor is preferable because a light absorption layer can be formed without using a highly dangerous substance such as hydrazine. The nanoparticle coating method is a method of forming a light absorption layer by forming a precursor layer by applying ink containing fine particles, and performing heat treatment on the precursor layer to sinter the fine particles.

ナノ粒子塗布法によって形成された光吸収層を備える化合物薄膜太陽電池においても、光電変換効率の向上が望まれることは当然である。しかしながら、非特許文献1,2に開示されている組成比の範囲は、真空プロセスを用いて形成された光吸収層を備える化合物薄膜太陽電池にて高い光電変換効率を得られる範囲である。それゆえ、ナノ粒子塗布法によって形成された光吸収層に、上記組成比を適用したとしても、必ずしも高い光電変換効率が得られるとは限らない。したがって、ナノ粒子塗布法によって形成された光吸収層の組成と光電変換効率との関係についての知見が求められている。   Of course, even in a compound thin film solar cell including a light absorption layer formed by a nanoparticle coating method, improvement in photoelectric conversion efficiency is desired. However, the range of the composition ratio disclosed in Non-Patent Documents 1 and 2 is a range in which high photoelectric conversion efficiency can be obtained in a compound thin film solar cell including a light absorption layer formed using a vacuum process. Therefore, even if the composition ratio is applied to the light absorption layer formed by the nanoparticle coating method, high photoelectric conversion efficiency is not always obtained. Therefore, the knowledge about the relationship between the composition of the light absorption layer formed by the nanoparticle application | coating method and photoelectric conversion efficiency is calculated | required.

本発明は、光電変換効率を高めることのできる光吸収層を形成可能とした光吸収層形成用インク、および、光電変換効率を高めることのできる化合物薄膜太陽電池、ならびに、その製造方法を提供することを目的とする。   The present invention provides a light absorbing layer forming ink capable of forming a light absorbing layer capable of increasing photoelectric conversion efficiency, a compound thin film solar cell capable of increasing photoelectric conversion efficiency, and a method for producing the same. For the purpose.

上記課題を解決する光吸収層形成用インクは、化合物からなる複数の微粒子であって、前記複数の微粒子の全体での組成が、S、および、Seの少なくとも1つの元素と、Cu、Zn、および、Snの3つの元素とを含み、0.80≦Cu/(Zn+Sn)≦0.88、かつ、0.95≦Zn/Sn≦1.05を満たす、前記複数の微粒子を含む。
上記構成によれば、光吸収層形成用インクを用いて形成される光吸収層を備える化合物薄膜太陽電池において、光電変換効率を高めることができる。
The ink for forming a light absorbing layer that solves the above problems is a plurality of fine particles made of a compound, and the composition of the plurality of fine particles as a whole is at least one element of S and Se, Cu, Zn, And a plurality of the fine particles that include three elements of Sn and satisfy 0.80 ≦ Cu / (Zn + Sn) ≦ 0.88 and 0.95 ≦ Zn / Sn ≦ 1.05.
According to the said structure, a photoelectric conversion efficiency can be improved in a compound thin film solar cell provided with the light absorption layer formed using the ink for light absorption layer formation.

上記光吸収層形成用インクにおいて、前記微粒子の全体での組成が、0.85≦Cu/(Zn+Sn)≦0.88、かつ、1.01≦Zn/Sn≦1.05を満たす。
上記構成によれば、光吸収層形成用インクを用いて形成される光吸収層を備える化合物薄膜太陽電池において、光電変換効率を特に高めることができる。
In the light absorbing layer forming ink, the composition of the fine particles as a whole satisfies 0.85 ≦ Cu / (Zn + Sn) ≦ 0.88 and 1.01 ≦ Zn / Sn ≦ 1.05.
According to the said structure, a photoelectric conversion efficiency can be improved especially in a compound thin film solar cell provided with the light absorption layer formed using the ink for light absorption layer formation.

上記課題を解決する化合物薄膜太陽電池は、光吸収層を備える化合物薄膜太陽電池であって、前記光吸収層の組成は、S、および、Seの少なくとも1つの元素と、Cu、Zn、および、Snの3つの元素とを含み、0.80≦Cu/(Zn+Sn)≦0.88、かつ、0.95≦Zn/Sn≦1.05を満たす。
上記構成によれば、化合物薄膜太陽電池の光電変換効率を高めることができる。
The compound thin film solar cell that solves the above problem is a compound thin film solar cell including a light absorption layer, and the composition of the light absorption layer is at least one element of S and Se, Cu, Zn, and 3 elements including Sn and satisfying 0.80 ≦ Cu / (Zn + Sn) ≦ 0.88 and 0.95 ≦ Zn / Sn ≦ 1.05.
According to the said structure, the photoelectric conversion efficiency of a compound thin film solar cell can be improved.

上記課題を解決する化合物薄膜太陽電池の製造方法は、化合物からなる複数の微粒子の全体での組成が、S、および、Seの少なくとも1つの元素と、Cu、Zn、および、Snの3つの元素とを含み、0.80≦Cu/(Zn+Sn)≦0.88、かつ、0.95≦Zn/Sn≦1.05を満たし、前記複数の微粒子を含むインクの塗工によって光吸収層の前駆体層を形成する塗工工程と、前記前駆体層を加熱して光吸収層を形成する加熱工程と、を含む。
上記製造方法によれば、光電変換効率を高められた化合物薄膜太陽電池が製造できる。
In the method of manufacturing a compound thin film solar cell that solves the above-described problem, the total composition of a plurality of fine particles made of a compound includes at least one element of S and Se, and three elements of Cu, Zn, and Sn. And 0.80 ≦ Cu / (Zn + Sn) ≦ 0.88 and 0.95 ≦ Zn / Sn ≦ 1.05, and the precursor of the light-absorbing layer is formed by applying an ink containing the plurality of fine particles. A coating step of forming a body layer, and a heating step of heating the precursor layer to form a light absorption layer.
According to the said manufacturing method, the compound thin film solar cell with improved photoelectric conversion efficiency can be manufactured.

上記製造方法において、前記加熱工程では、固体状の硫黄と固体状のセレンとが前記前駆体層とともに存在する状態で加熱が開始され、前記加熱の開始時において前記硫黄に対する前記セレンのモル比は1である。
上記製造方法によれば、結晶が大きく、かつ、偏析の少ない多結晶体である光吸収層が形成できる。
In the manufacturing method, in the heating step, heating is started in a state where solid sulfur and solid selenium are present together with the precursor layer, and at the start of the heating, the molar ratio of the selenium to the sulfur is 1.
According to the manufacturing method, a light absorption layer which is a polycrystalline body having a large crystal and less segregation can be formed.

本発明によれば、CZTS系の化合物薄膜太陽電池における光電変換効率を高めることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the photoelectric conversion efficiency in a CZTS type compound thin film solar cell can be improved.

化合物薄膜太陽電池を具体化した一実施形態について、化合物薄膜太陽電池の全体構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the whole structure of a compound thin film solar cell about one Embodiment which actualized the compound thin film solar cell. 各実施例および各比較例について、光吸収層形成用インクの組成比と光電変換効率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the composition ratio of the ink for light absorption layer formation, and photoelectric conversion efficiency about each Example and each comparative example.

図1を参照して、光吸収層形成用インク、化合物薄膜太陽電池、および、化合物薄膜太陽電池の製造方法の一実施形態を説明する。   With reference to FIG. 1, one Embodiment of the manufacturing method of the ink for light absorption layer formation, a compound thin film solar cell, and a compound thin film solar cell is described.

[化合物薄膜太陽電池の構成]
図1が示すように、化合物薄膜太陽電池10は、基板11を備え、基板11に近い位置から順に、裏面電極12、光吸収層13、バッファ層14、半絶縁層15、窓層16、および、表面電極17が、基板11の上に位置している。
基板11は、例えば、ガラス基板、金属板、および、プラスチックフィルムなどのいずれかである。
[Configuration of Compound Thin Film Solar Cell]
As shown in FIG. 1, the compound thin film solar cell 10 includes a substrate 11, and in order from a position close to the substrate 11, a back electrode 12, a light absorption layer 13, a buffer layer 14, a semi-insulating layer 15, a window layer 16, and The surface electrode 17 is located on the substrate 11.
The substrate 11 is, for example, one of a glass substrate, a metal plate, and a plastic film.

裏面電極12の形成材料は、例えば、Mo(モリブデン)、Ni(ニッケル)、Cu(銅)、Ti(チタン)、Fe(鉄)、Al(アルミニウム)、チタニア、および、ステンレスなどである。あるいは、裏面電極12の形成材料は、カーボン、および、グラフェンなどの炭素から構成される材料であってもよいし、ITO(Indium Tin Oxide)、および、ZnOなどの導電性を有する透明な金属酸化物であってもよい。   The material for forming the back electrode 12 is, for example, Mo (molybdenum), Ni (nickel), Cu (copper), Ti (titanium), Fe (iron), Al (aluminum), titania, and stainless steel. Alternatively, the material for forming the back electrode 12 may be a material composed of carbon and carbon such as graphene, or transparent metal oxide having conductivity such as ITO (Indium Tin Oxide) and ZnO. It may be a thing.

光吸収層13は、p型化合物半導体の1つであるCZTS系の化合物半導体、すなわちCZTS半導体から構成されている。CZTS化合物半導体は、VIB族(16族)のS(硫黄)、および、VIB族(16族)のSe(セレン)の少なくとも1つの元素と、IB族(11族)のCu、IIB族(12族)のZn(亜鉛)、および、IVB族(14族)のSn(スズ)の3つの元素とを含む化合物半導体である。すなわち、CZTS半導体は、IB−(IIB−IVB)−VIB族の化合物半導体である。 The light absorption layer 13 is composed of a CZTS-based compound semiconductor that is one of p-type compound semiconductors, that is, a CZTS semiconductor. The CZTS compound semiconductor includes at least one element of group VIB (group 16) S (sulfur) and group VIB (group 16) Se (selenium), group IB (group 11) Cu, group IIB (12 Group) Zn (zinc) and group IVB (group 14) Sn (tin). That, CZTS-semiconductors, IB 2 - is (IIB-IVB) -VIB 4 group compound semiconductor.

光吸収層13は、0.80≦Cu/(Zn+Sn)≦0.88、かつ、0.95≦Zn/Sn≦1.05を満たす組成を有する。さらに、光吸収層13は、0.85≦Cu/(Zn+Sn)≦0.88、かつ、1.01≦Zn/Sn≦1.05を満たす組成を有することが好ましい。光吸収層13の組成比が上記範囲内であれば、化合物薄膜太陽電池10の光電変換効率が高められる。   The light absorption layer 13 has a composition satisfying 0.80 ≦ Cu / (Zn + Sn) ≦ 0.88 and 0.95 ≦ Zn / Sn ≦ 1.05. Furthermore, the light absorption layer 13 preferably has a composition satisfying 0.85 ≦ Cu / (Zn + Sn) ≦ 0.88 and 1.01 ≦ Zn / Sn ≦ 1.05. When the composition ratio of the light absorption layer 13 is within the above range, the photoelectric conversion efficiency of the compound thin film solar cell 10 is increased.

なお、上記構成において、Cu/(Zn+Sn)比、および、Zn/Sn比は、いずれも原子比であり、Znの原子%とSnの原子%との総和に対するCuの原子%の比をCu/(Zn+Sn)とし、Snの原子%に対するZnの原子%の比をZn/Snとする。   In the above structure, the Cu / (Zn + Sn) ratio and the Zn / Sn ratio are both atomic ratios, and the ratio of the atomic% of Cu to the total of atomic% of Zn and atomic% of Sn is Cu / Let (Zn + Sn) be the ratio of Zn atomic% to Sn atomic% Zn / Sn.

バッファ層14は、n型化合物半導体から構成されている。バッファ層14の形成材料は、例えば、CdS、Zn(S,O,OH)、ZnS、ZnSe、および、Inなどである。半絶縁層15は、i型化合物半導体から構成されている。半絶縁層15の形成材料は、例えば、ZnOなどの金属酸化物である。窓層16は、n型化合物半導体から構成されている。窓層16の形成材料は、例えば、Al、Ga(ガリウム)、および、B(ホウ素)などが添加されたZnO、および、ITOなどである。 The buffer layer 14 is made of an n-type compound semiconductor. The material for forming the buffer layer 14 is, for example, CdS, Zn (S, O, OH), ZnS, ZnSe, and In 2 S 3 . The semi-insulating layer 15 is made of an i-type compound semiconductor. The material for forming the semi-insulating layer 15 is, for example, a metal oxide such as ZnO. The window layer 16 is composed of an n-type compound semiconductor. The material for forming the window layer 16 is, for example, ZnO to which Al, Ga (gallium), B (boron), or the like is added, ITO, or the like.

表面電極17は、窓層16の上面のうちの一部に位置している。表面電極17の形成材料は、例えば、Al、および、Ag(銀)などの金属である。あるいは、表面電極17の形成材料は、カーボン、および、グラフェンなどの炭素から構成される材料であってもよいし、ITO、および、ZnOなどの導電性を有する透明な金属酸化物であってもよい。   The surface electrode 17 is located on a part of the upper surface of the window layer 16. The material for forming the surface electrode 17 is, for example, a metal such as Al and Ag (silver). Alternatively, the material for forming the surface electrode 17 may be a material composed of carbon and carbon such as graphene, or may be a transparent metal oxide having conductivity such as ITO and ZnO. Good.

なお、化合物薄膜太陽電池10は、上述した各層以外の他の層を有してもよい。化合物薄膜太陽電池10が他の層を有するとき、他の層は、例えば、窓層16の上に位置する反射防止膜である。反射防止膜の形成材料は、例えば、MgFであり、反射防止膜の厚さは、100nm程度であることが好ましい。反射防止膜は、化合物薄膜太陽電池10に入射した光の反射を抑えるため、化合物薄膜太陽電池10が反射防止膜を有することによって、光吸収層13が、より多くの光を吸収することができる。また、他の層は、裏面電極12と光吸収層13との間に位置する中間層であって、化合物薄膜太陽電池10の光電変換効率を高めるための組成を有する層であってもよい。 In addition, the compound thin film solar cell 10 may have layers other than each layer mentioned above. When the compound thin film solar cell 10 has another layer, the other layer is, for example, an antireflection film positioned on the window layer 16. The material for forming the antireflection film is, for example, MgF 2 , and the thickness of the antireflection film is preferably about 100 nm. Since the antireflection film suppresses reflection of light incident on the compound thin film solar cell 10, the compound thin film solar cell 10 has the antireflection film, so that the light absorption layer 13 can absorb more light. . The other layer may be an intermediate layer located between the back electrode 12 and the light absorption layer 13 and having a composition for increasing the photoelectric conversion efficiency of the compound thin film solar cell 10.

[化合物薄膜太陽電池の製造方法]
ナノ粒子塗布法を用いて上述の化合物薄膜太陽電池10を製造する方法、および、この製造方法において光吸収層13の形成に用いられるインクについて説明する。
[Method for producing compound thin-film solar cell]
A method for manufacturing the above-described compound thin film solar cell 10 using the nanoparticle coating method and an ink used for forming the light absorption layer 13 in this manufacturing method will be described.

化合物薄膜太陽電池10は、基板11の上に、裏面電極12、光吸収層13、バッファ層14、半絶縁層15、窓層16、および、表面電極17が、この順に積層されることによって形成される。   The compound thin film solar cell 10 is formed by laminating a back electrode 12, a light absorption layer 13, a buffer layer 14, a semi-insulating layer 15, a window layer 16, and a surface electrode 17 on a substrate 11 in this order. Is done.

すなわち、化合物薄膜太陽電池10の製造方法は、上述の各層を形成する工程を含み、光吸収層13を形成する工程は、裏面電極12の1つの面に光吸収層13の前駆体層を形成する塗工工程と、前駆体層を加熱して光吸収層13を形成する加熱工程とを含んでいる。   That is, the method for manufacturing the compound thin-film solar cell 10 includes a step of forming each of the layers described above, and the step of forming the light absorption layer 13 forms a precursor layer of the light absorption layer 13 on one surface of the back electrode 12. And a heating step of heating the precursor layer to form the light absorption layer 13.

裏面電極12は、例えば、スパッタリング、蒸着、および、CVD(Chemical Vapor Deposition)法などを用いて基板11の上面に形成される。   The back electrode 12 is formed on the upper surface of the substrate 11 by using, for example, sputtering, vapor deposition, and CVD (Chemical Vapor Deposition).

前駆体層を形成する塗工工程では、光吸収層形成用インクが裏面電極12の1つの面である上面に塗工されることで、微粒子を含む膜が形成される。そして、微粒子を含む膜が乾燥されることで、塗工された膜に含まれる溶媒が除かれる。これにより、前駆体層としての塗膜が形成される。   In the coating process for forming the precursor layer, the light-absorbing layer forming ink is applied to the upper surface, which is one surface of the back electrode 12, so that a film containing fine particles is formed. Then, by drying the film containing fine particles, the solvent contained in the coated film is removed. Thereby, the coating film as a precursor layer is formed.

光吸収層形成用インクは、光吸収層13の構成元素から構成される複数の微粒子を含む。微粒子は、ナノサイズの粒子であって、金属塩または金属錯体を含む溶液と、カルコゲニド塩を含む溶液との反応によって生成される。   The light absorbing layer forming ink includes a plurality of fine particles composed of the constituent elements of the light absorbing layer 13. The fine particles are nano-sized particles, and are generated by a reaction between a solution containing a metal salt or a metal complex and a solution containing a chalcogenide salt.

金属塩または金属錯体としては、例えば、CuI、CuSO、Cu(NO、Cu(CHCOO)、ZnI、ZnSO、Zn(NO、Zn(CHCOO)、SnI、SnSO、Sn(CHCOO)などを用いることができる。 金属塩は、ハロゲン原子を含むことが好ましく、上記化合物のなかでも、CuI、ZnI、SnIから構成される群から選択される少なくとも1つが用いられることが好ましい。 Examples of the metal salt or metal complex include CuI, CuSO 4 , Cu (NO 3 ) 2 , Cu (CH 3 COO) 2 , ZnI 2 , ZnSO 4 , Zn (NO 3 ) 2 , Zn (CH 3 COO) 2. SnI 2 , SnSO 4 , Sn (CH 3 COO) 2, or the like can be used. The metal salt preferably contains a halogen atom, and among the above compounds, at least one selected from the group consisting of CuI, ZnI 2 and SnI 2 is preferably used.

カルコゲニド塩としては、KSe、NaSe、KS、NaS、および、これらの混合物などを用いることができる。なかでも、 NaSeおよびNaSの少なくとも一方を用いることが好ましい。これらの化合物とヨウ化金属との反応の副生成物であるNaIは、有機溶媒への溶解度が高いため、遠心分離などの方法で反応溶液中から微粒子を容易に分離することができる。 As the chalcogenide salt, K 2 Se, Na 2 Se, K 2 S, Na 2 S, and a mixture thereof can be used. Among these, it is preferable to use at least one of Na 2 Se and Na 2 S. Since NaI, which is a byproduct of the reaction between these compounds and metal iodide, has high solubility in an organic solvent, fine particles can be easily separated from the reaction solution by a method such as centrifugation.

微粒子を生成するための反応は、−67℃以上25℃以下の温度で行われることが好ましく、−5℃以上5℃以下の温度で行われることがさらに好ましい。温度が上記範囲の下限値以上であれば、反応速度が遅くなりすぎないため、微粒子の生成に要する時間を短縮できる。また、温度が上記範囲の上限値以下であれば、反応速度が速くなりすぎないため、生成される微粒子の粒径が制御しやすい。   The reaction for producing the fine particles is preferably performed at a temperature of −67 ° C. or more and 25 ° C. or less, and more preferably performed at a temperature of −5 ° C. or more and 5 ° C. or less. If the temperature is equal to or higher than the lower limit of the above range, the reaction rate does not become too slow, so that the time required for generating fine particles can be shortened. In addition, when the temperature is equal to or lower than the upper limit of the above range, the reaction rate does not become too fast, and the particle size of the generated fine particles can be easily controlled.

このように生成される微粒子は、例えば、Cu2−XZn1+ySnSSe4−Z(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦4)の組成式で表される化合物からなる粒子である。また、光吸収層形成用インクは、微粒子として、上述の化合物に加えてCu2−xSe2−y(0≦x≦1、0≦y≦2)、Zn2−xSe2−y(0≦x≦1、0≦y≦2)、Sn2−xSe2−y(0≦x≦1、0≦y≦2)の組成式で表される化合物から構成される群から選択される少なくとも1つの化合物の粒子を含んでいてもよい。あるいは、光吸収層形成用インクは、微粒子として、Cu2−xZn1+ySnSSe4−z(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦4)の組成式で表される化合物の粒子に代えて、上述した群に含まれる3種類の化合物の粒子を含んでいてもよい。 The fine particles generated in this way are, for example, compounds represented by a composition formula of Cu 2−X Zn 1 + y SnS z Se 4−Z (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 4). It is the particle which consists of. In addition to the above-mentioned compounds, the ink for forming the light absorption layer includes Cu 2−x S y Se 2−y (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 2), Zn 2−x S y Se as fine particles. 2-y (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 2), Sn 2-x S y Se 2-y (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 2) It may contain particles of at least one compound selected from the group consisting of: Alternatively, the light absorption layer forming ink is represented by a composition formula of Cu 2−x Zn 1 + y SnS z Se 4−z (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 4) as fine particles. Instead of the compound particles, three kinds of compound particles included in the group described above may be included.

微粒子の平均粒径は、1nm以上200nm以下であることが好ましく、1nm以上100nm以下であることがさらに好ましい。微粒子の平均粒径が上記範囲の下限値以上であると、微粒子が凝集しにくくなるため、光吸収層形成用インクの調製が容易となる。一方、平均粒径が上記範囲の上限値以下であると、加熱によって形成された後の光吸収層13に空洞が形成されることが抑えられる。なお、微粒子の平均粒径は、光吸収層形成用インクの硬化物において所定の広さの領域内に存在する各微粒子の最短径の平均値であって、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて測定される。   The average particle size of the fine particles is preferably 1 nm or more and 200 nm or less, and more preferably 1 nm or more and 100 nm or less. When the average particle size of the fine particles is equal to or more than the lower limit of the above range, the fine particles are less likely to aggregate, so that the light absorbing layer forming ink can be easily prepared. On the other hand, when the average particle size is not more than the upper limit of the above range, the formation of cavities in the light absorption layer 13 after being formed by heating can be suppressed. The average particle diameter of the fine particles is an average value of the shortest diameters of the fine particles existing in a predetermined area in the cured product of the light absorbing layer forming ink, and is obtained using a scanning electron microscope (SEM). Measured.

微粒子は、非晶質の微粒子であることが好ましい。結晶性の粒子は、エネルギーについて安定な状態にあるため、粒子に含まれる各原子が一定の位置に固定されやすい、すなわち、拡散しにくいが、非晶質の粒子の各組成成分は、熱処理によって拡散しやすい。そのため、非晶質の粒子が用いられることによって、光吸収層13の緻密性が高まる。なお、本実施形態における非晶質とはアモルファスを含む。   The fine particles are preferably amorphous fine particles. Since crystalline particles are in a stable state with respect to energy, each atom contained in the particles is likely to be fixed at a certain position, that is, difficult to diffuse. Easy to diffuse. For this reason, the use of amorphous particles increases the density of the light absorption layer 13. In addition, the amorphous in this embodiment includes an amorphous.

光吸収層形成用インクが含むすべての微粒子を集めた微粒子成分における各元素の組成比、すなわち、微粒子全体の組成比は、0.80≦Cu/(Zn+Sn)≦0.88、かつ、0.95≦Zn/Sn≦1.05を満たす。さらに、微粒子全体の組成比は、0.85≦Cu/(Zn+Sn)≦0.88、かつ、1.01≦Zn/Sn≦1.05を満たすことが好ましい。微粒子全体の組成比は、微粒子の生成に用いられる各金属塩または各金属錯体のモル数、すなわち、微粒子の生成に用いる化合物が含むCu、Zn、Snのモル数の合計に対する各原子のモル数の比の調整によって、制御することができる。   The composition ratio of each element in the fine particle component obtained by collecting all the fine particles contained in the light absorbing layer forming ink, that is, the composition ratio of the whole fine particles is 0.80 ≦ Cu / (Zn + Sn) ≦ 0.88 and 0.8. 95 ≦ Zn / Sn ≦ 1.05 is satisfied. Furthermore, the composition ratio of the entire fine particles preferably satisfies 0.85 ≦ Cu / (Zn + Sn) ≦ 0.88 and 1.01 ≦ Zn / Sn ≦ 1.05. The composition ratio of the whole fine particles is the number of moles of each atom relative to the total number of moles of Cu, Zn, Sn contained in the compound used for the production of fine particles, that is, the number of moles of each metal salt or each metal complex used for the production of fine particles The ratio can be controlled by adjusting the ratio.

光吸収層形成用インクにおいて、微粒子を分散させる溶液は、有機溶媒であればよく、有機溶媒の種類は特に制限されない。有機溶媒は、例えば、アルコール、エーテル、エステル、脂肪族炭化水素、脂環族炭化水素、および、芳香族炭化水素などのいずれかである。有機溶媒は、メタノール、エタノール、および、ブタノールなどの炭素数が10未満であるアルコール、ピリジン、ジエチルエーテル、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、および、トルエンのいずれかであることが好ましく、メタノール、ピリジン、トルエン、および、ヘキサンであることがより好ましい。   In the light absorbing layer forming ink, the solution in which the fine particles are dispersed may be an organic solvent, and the type of the organic solvent is not particularly limited. The organic solvent is, for example, any of alcohol, ether, ester, aliphatic hydrocarbon, alicyclic hydrocarbon, and aromatic hydrocarbon. The organic solvent is preferably any of alcohol, pyridine, diethyl ether, pentane, hexane, cyclohexane, and toluene having a carbon number of less than 10, such as methanol, ethanol, and butanol, and methanol, pyridine, toluene And hexane is more preferable.

光吸収層形成用インクは、インクが塗工されたときのレベリング性を高めるために、バインダを含むことが好ましい。光吸収層形成用インクにおけるバインダの含有量は、光吸収層形成用インクが含む微粒子の質量に対して5質量%以上70質量%以下であることが好ましく、20質量%以上60質量%以下であることがより好ましい。インクにおけるバインダの含有量が上記範囲の下限値以上であることによって、加熱によって形成された後の光吸収層13に空洞が形成されることが抑えられる。また、インクにおけるバインダの含有量が上記範囲の上限値以下であることによって、加熱によって形成された後の光吸収層13の表面粗さが大きくなることが抑えられる。   The light absorbing layer forming ink preferably contains a binder in order to enhance leveling properties when the ink is applied. The binder content in the light absorption layer forming ink is preferably 5% by mass or more and 70% by mass or less, and preferably 20% by mass or more and 60% by mass or less, based on the mass of the fine particles included in the light absorption layer forming ink. More preferably. When the binder content in the ink is not less than the lower limit of the above range, the formation of cavities in the light absorption layer 13 after being formed by heating can be suppressed. Further, when the binder content in the ink is not more than the upper limit of the above range, the surface roughness of the light absorption layer 13 after being formed by heating can be suppressed.

バインダは、例えば、チオール有機物、セレノール有機物、および、炭素数が10以上であるアルコール類などである。また、バインダは、Se粒子、S粒子、Se化合物、および、S化合物などであってもよいし、硫化ナトリウム、セレン化ナトリウム、セレン化カリウム、セレン酸ナトリウム、および、チオ硫酸塩などであってもよい。このうち、バインダは、チオール有機物であることが好ましく、チオ尿素であることがより好ましい。バインダとして有機化合物が用いられた場合、光吸収層形成用インクから形成された光吸収層13には、光吸収層13の全体に対して0.3原子%〜0.5原子%程度の微量の炭素が残留する。   Examples of the binder include thiol organic substances, selenol organic substances, and alcohols having 10 or more carbon atoms. The binder may be Se particles, S particles, Se compounds, and S compounds, or may be sodium sulfide, sodium selenide, potassium selenide, sodium selenate, thiosulfate, and the like. Also good. Among these, the binder is preferably a thiol organic substance, and more preferably thiourea. When an organic compound is used as the binder, the light absorption layer 13 formed from the light absorption layer forming ink has a trace amount of about 0.3 atomic% to 0.5 atomic% with respect to the entire light absorption layer 13. Of carbon remains.

光吸収層形成用インクの塗工方法は、塗布法あるいは印刷法であればよい。塗布法は、例えば、ドクター法、スピンコーティング法、スリットコーティング法、および、スプレー法などである。印刷法は、例えば、グラビア印刷法、スクリーン印刷法、反転オフセット印刷法、および、凸版印刷法などである。   The coating method of the light absorbing layer forming ink may be a coating method or a printing method. Examples of the application method include a doctor method, a spin coating method, a slit coating method, and a spray method. Examples of the printing method include a gravure printing method, a screen printing method, a reverse offset printing method, and a relief printing method.

前駆体層を加熱する加熱工程では、前駆体層に熱が与えられることによって、前駆体層に含まれる多数の微粒子の結晶化が進行し、微粒子が焼結する。これにより、光吸収層13が形成される。   In the heating step of heating the precursor layer, crystallization of a large number of fine particles contained in the precursor layer proceeds and the fine particles are sintered by applying heat to the precursor layer. Thereby, the light absorption layer 13 is formed.

前駆体層の熱処理は、加熱炉を用いたアニールや、ラピッドサーマルアニール(RTA)によって行われる。熱処理の雰囲気は、HSガス、HSeガス、Nガス、Se蒸気、S蒸気、水素ガス、および、水素と例えばNガスなどの不活性ガスとの混合ガスから構成される群から選択される少なくとも1つを含むことが好ましい。水素ガスの爆発下限値が4.1%であるため、前駆体層が、水素と不活性ガスとを含む雰囲気で加熱されるときには、雰囲気中に含まれる水素の割合が4%以下であることが好ましい。雰囲気中に含まれる水素の割合が4%以下であるとき、引火や爆発などの危機を避けることができる。 The heat treatment of the precursor layer is performed by annealing using a heating furnace or rapid thermal annealing (RTA). The atmosphere of the heat treatment is a group composed of H 2 S gas, H 2 Se gas, N 2 gas, Se vapor, S vapor, hydrogen gas, and a mixed gas of hydrogen and an inert gas such as N 2 gas. It is preferable that at least one selected from is included. Since the explosion lower limit value of hydrogen gas is 4.1%, when the precursor layer is heated in an atmosphere containing hydrogen and an inert gas, the proportion of hydrogen contained in the atmosphere is 4% or less. Is preferred. When the proportion of hydrogen contained in the atmosphere is 4% or less, a crisis such as ignition or explosion can be avoided.

熱処理の雰囲気にSe蒸気やS蒸気を添加するためには、例えば、基板11、裏面電極12、および、前駆体層の積層体を収容する熱処理用の容器に、固体状の硫黄や固体状のセレンが入れられた状態で、熱処理が行われればよい。また、熱処理に際して、熱処理用の容器には、焼結助剤としての粉末状のスズやSnSeやSnSが入れられてもよい。   In order to add Se vapor or S vapor to the atmosphere of the heat treatment, for example, solid sulfur or solid state is contained in a container for heat treatment that accommodates the substrate 11, the back electrode 12, and the laminate of the precursor layers. Heat treatment may be performed in a state where selenium is added. In the heat treatment, powdery tin, SnSe, or SnS as a sintering aid may be put in the heat treatment container.

熱処理の最高温度は480℃以上660℃以下の範囲に含まれる所定の温度であることが好ましく、結晶成長を促進する観点では、熱処理の最高温度は550℃以上であることが好ましい。そして、最高温度で加熱される時間は5分以上180分以下であることが好ましい。   The maximum temperature of the heat treatment is preferably a predetermined temperature included in the range of 480 ° C. or more and 660 ° C. or less. From the viewpoint of promoting crystal growth, the maximum temperature of the heat treatment is preferably 550 ° C. or more. And it is preferable that the time heated at the maximum temperature is 5 minutes or more and 180 minutes or less.

ここで、前駆体層の加熱は、固体状の硫黄と固体状のセレンとが存在する環境に前駆体層がおかれた状態で開始されることが好ましい。そして、加熱の開始時において固体状の硫黄に対する固体状のセレンのモル比は1であることが好ましい。   Here, it is preferable that the heating of the precursor layer is started in a state where the precursor layer is placed in an environment where solid sulfur and solid selenium exist. The molar ratio of solid selenium to solid sulfur at the start of heating is preferably 1.

硫黄が蒸気となる温度は、セレンが蒸気となる温度よりも低いため、前駆体層が固体状の硫黄および固体状のセレンと共存する状態で加熱が開始されたとき、前駆体層においては、まず、S蒸気を主として含む雰囲気にて結晶が成長し、その後、Se蒸気を主として含む雰囲気にて結晶が成長する。硫黄とセレンとでは、結晶化の機構が異なり、硫黄による結晶化は、核形成が進行しやすい一方で、結晶は大きくなり難い。一方、セレンによる結晶化は、結晶が大きくなり易い一方で、形成される光吸収層13中におけるZnSeなどの偏析が増加する。熱処理における最高温度までの昇温レートが適切に設定されること、すなわち、S蒸気中での結晶化とSe蒸気中での結晶化とを、この順に連続して進行させる昇温レートが設定されることによって、結晶が大きく、かつ、偏析の少ない多結晶体である光吸収層13が形成できる。例えば、昇温レートが一定である場合であっても、上述のような結晶成長は可能である。そして、加熱の開始時においてS:Seのモル比が1:1であることによって、こうした結晶成長が好適に進行する。   Since the temperature at which sulfur becomes vapor is lower than the temperature at which selenium becomes vapor, when heating is started in a state where the precursor layer coexists with solid sulfur and solid selenium, in the precursor layer, First, the crystal grows in an atmosphere mainly containing S vapor, and then the crystal grows in an atmosphere mainly containing Se vapor. Sulfur and selenium have different crystallization mechanisms, and crystallization with sulfur tends to proceed with nucleation, but crystals do not easily grow. On the other hand, crystallization with selenium tends to increase the crystal size, while segregation of ZnSe or the like in the formed light absorption layer 13 increases. The heating rate up to the maximum temperature in the heat treatment is appropriately set, that is, the heating rate is set so that the crystallization in S vapor and the crystallization in Se vapor proceed in this order successively. Thus, the light absorption layer 13 which is a polycrystalline body having a large crystal and less segregation can be formed. For example, even when the temperature rising rate is constant, the crystal growth as described above is possible. And, when the S: Se molar ratio is 1: 1 at the start of heating, such crystal growth suitably proceeds.

こうした光吸収層13を備える化合物薄膜太陽電池10では、高い量子効率の得られる波長領域が広がるため、効率の良い電力の生成が可能となり、また、偏析に起因した光電変換効率の低下が抑えられる。
なお、加熱後の光吸収層13の膜厚は、0.6μm以上3μm以下であることが好ましい。
In the compound thin-film solar cell 10 including such a light absorption layer 13, since a wavelength region where high quantum efficiency is obtained is widened, it is possible to generate efficient power and to suppress a decrease in photoelectric conversion efficiency due to segregation. .
In addition, it is preferable that the film thickness of the light absorption layer 13 after a heating is 0.6 micrometer or more and 3 micrometers or less.

バッファ層14は、例えば、CBD(chemical bath deposition)法、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法、および、ALD(Atomic Layer Deposition)法などを用いて光吸収層13の上面に形成される。   The buffer layer 14 is formed on the upper surface of the light absorption layer 13 using, for example, a CBD (chemical bath deposition) method, a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method, an ALD (Atomic Layer Deposition) method, or the like.

半絶縁層15は、例えば、MOCVD法やスパッタリングによってバッファ層14の上面に形成され、窓層16は、例えば、MOCVD法やスパッタリングを用いて半絶縁層15の上面に形成される。
表面電極17は、例えば、スパッタリング、蒸着、および、CVD法などを用いて窓層16の上面に形成される。
The semi-insulating layer 15 is formed on the upper surface of the buffer layer 14 by, for example, MOCVD or sputtering, and the window layer 16 is formed on the upper surface of the semi-insulating layer 15 by using, for example, MOCVD or sputtering.
The surface electrode 17 is formed on the upper surface of the window layer 16 by using, for example, sputtering, vapor deposition, and CVD.

[実施例]
上述した化合物薄膜太陽電池、および、その製造方法について、具体的な実施例を用いて説明する。
<実施例1>
[裏面電極の形成]
厚さが2.0mmであるソーダライムガラス基板の上面に、RFマグネトロンスパッタリング(RF:Radio-Frequency)を用いて、Moから形成される裏面電極を形成した。裏面電極の厚さは600nmである。
[Example]
The compound thin film solar cell and the manufacturing method thereof will be described using specific examples.
<Example 1>
[Formation of back electrode]
A back electrode made of Mo was formed on the upper surface of a soda lime glass substrate having a thickness of 2.0 mm using RF magnetron sputtering (RF: Radio-Frequency). The thickness of the back electrode is 600 nm.

[光吸収層形成用インクの調整]
CuI、ZnI、および、SnIをピリジンに溶解して、実施例1の第1の溶液を調製した。また、NaSeをメタノールに溶解して、実施例1の第2の溶液を調製した。この際、実施例1の第1の溶液におけるCuのモル数、Znのモル数、および、Snのモル数を、以下の比が満たされるように設定した。
Cu:Zn:Sn=1.74:1.05:1.00
[Adjustment of light absorbing layer forming ink]
A first solution of Example 1 was prepared by dissolving CuI, ZnI 2 and SnI 4 in pyridine. Further, Na 2 Se was dissolved in methanol to prepare a second solution of Example 1. At this time, the number of moles of Cu, the number of moles of Zn, and the number of moles of Sn in the first solution of Example 1 were set so that the following ratios were satisfied.
Cu: Zn: Sn = 1.74: 1.05: 1.00

第1の溶液と第2の溶液とを混合して、実施例1の混合液を得た。混合液を不活性ガスの雰囲気、かつ、0℃にて反応させることで、Cu−Zn−Sn−Se微粒子を生成した。反応後の混合液を濾過してCu−Zn−Sn−Se微粒子を取り出し、Cu−Zn−Sn−Se微粒子を遠心分離機にかけることによりメタノールで洗浄した。この際、実施例1の混合液におけるCuのモル数、Znのモル数、Snのモル数、および、Seのモル数を、以下の比が満たされるように設定した。
Cu:Zn:Sn:Se=1.74:1.05:1.00:3.92
The first solution and the second solution were mixed to obtain a mixed solution of Example 1. Cu—Zn—Sn—Se fine particles were generated by reacting the mixed solution in an inert gas atmosphere at 0 ° C. The mixed solution after the reaction was filtered to take out Cu—Zn—Sn—Se fine particles, and the Cu—Zn—Sn—Se fine particles were washed with methanol by centrifuging them. At this time, the number of moles of Cu, the number of moles of Zn, the number of moles of Sn, and the number of moles of Se in the mixed liquid of Example 1 were set so as to satisfy the following ratio.
Cu: Zn: Sn: Se = 1.74: 1.05: 1.00: 3.92

洗浄後のCu−Zn−Sn−Se微粒子とチオ尿素とを、Cu−Zn−Sn−Se微粒子とチオ尿素との質量比が3:2になるように混合した。そして、混合物にピリジンとメタノールとを加えて、Cu−Zn−Sn−Se微粒子を含む実施例1の光吸収層形成用インクを調製した。なお、光吸収層形成用インクに含まれる固形分は6.5質量%であった。   The Cu—Zn—Sn—Se fine particles and thiourea after washing were mixed so that the mass ratio of the Cu—Zn—Sn—Se fine particles and thiourea was 3: 2. Then, pyridine and methanol were added to the mixture to prepare a light absorption layer forming ink of Example 1 containing Cu—Zn—Sn—Se fine particles. The solid content in the light absorbing layer forming ink was 6.5% by mass.

混合液に含まれる化合物のモル比に基づいて、実施例1の光吸収層形成層インクに含まれる微粒子全体の組成比を算出した。実施例1の光吸収層形成層インクにおけるCu/(Zn+Sn)比は0.850、Zn/Sn比は1.05である。   Based on the molar ratio of the compounds contained in the mixed solution, the composition ratio of the entire fine particles contained in the light absorption layer forming layer ink of Example 1 was calculated. In the light absorbing layer forming layer ink of Example 1, the Cu / (Zn + Sn) ratio is 0.850, and the Zn / Sn ratio is 1.05.

[光吸収層の形成]
裏面電極の上面にスプレー法を用いて光吸収層形成用インクを塗布し、260℃のオーブンで光吸収層形成用インクに含まれる溶媒を蒸発させて、前駆体層としての塗膜を形成した。そして、基板、裏面電極、および、前駆体層から構成される積層体を、40mgのセレン、16mgの硫黄、および、10mgのスズが入った石英ケースに入れて、窒素ガスが導入された雰囲気下にて、600℃まで昇温し、600℃で20分間にわたり加熱した。すなわち、加熱の開始時に石英ケース内に存在する固体状の硫黄およびセレンについて、S:Seのモル比は1:1であった。
[Formation of light absorption layer]
A light absorbing layer forming ink was applied to the upper surface of the back electrode using a spray method, and the solvent contained in the light absorbing layer forming ink was evaporated in an oven at 260 ° C. to form a coating film as a precursor layer. . And the laminated body comprised from a board | substrate, a back surface electrode, and a precursor layer is put into the quartz case containing 40 mg of selenium, 16 mg of sulfur, and 10 mg of tin, and the atmosphere where nitrogen gas was introduce | transduced The temperature was raised to 600 ° C. and heated at 600 ° C. for 20 minutes. That is, for the solid sulfur and selenium present in the quartz case at the start of heating, the molar ratio of S: Se was 1: 1.

[バッファ層の形成]
光吸収層の上面にCBD法を用いてCdsから形成されるバッファ層を形成した。具体的には、0.0015Mの硫酸カドミウム(CdSO)、0.0075Mのチオ尿素(NHCSNH)、および、1.5Mのアンモニア水(NHOH)を含む混合液を65℃に加熱した。そして、上述した光吸収層を備える積層体を混合液の中に浸けることによって、光吸収層の上面に100nmの膜厚を有するバッファ層を形成した。
[半絶縁層の形成]
バッファ層の上面にMOCVD法を用いてZnOから形成される半絶縁層を形成した。半絶縁層の厚さは50nmである。
[窓層の形成]
半絶縁層の上面にMOCVD法を用いてB−ZnO(ホウ素添加酸化亜鉛)から形成される窓層を形成した。窓層の厚さは1μmである。
[表面電極の形成]
窓層の上面の一部に真空蒸着法を用いてAlから形成される表面電極を形成した。これにより、実施例1の化合物薄膜太陽電池が得られた。
[Formation of buffer layer]
A buffer layer made of Cds was formed on the upper surface of the light absorption layer using the CBD method. Specifically, a mixed solution containing 0.0015 M cadmium sulfate (CdSO 4 ), 0.0075 M thiourea (NH 2 CSNH 2 ), and 1.5 M ammonia water (NH 4 OH) is heated to 65 ° C. Heated. And the buffer layer which has a film thickness of 100 nm was formed in the upper surface of the light absorption layer by immersing the laminated body provided with the light absorption layer mentioned above in a liquid mixture.
[Formation of semi-insulating layer]
A semi-insulating layer made of ZnO was formed on the upper surface of the buffer layer by MOCVD. The thickness of the semi-insulating layer is 50 nm.
[Formation of window layer]
A window layer made of B-ZnO (boron-doped zinc oxide) was formed on the upper surface of the semi-insulating layer by MOCVD. The thickness of the window layer is 1 μm.
[Formation of surface electrode]
A surface electrode made of Al was formed on a part of the upper surface of the window layer using a vacuum deposition method. Thereby, the compound thin film solar cell of Example 1 was obtained.

<実施例2>
光吸収層形成用インクの調整に際して、混合液の調整に用いる化合物の量を変更すること以外は、実施例1と同様の工程によって、実施例2の光吸収層形成用インクおよび化合物薄膜太陽電池を形成した。
<Example 2>
In preparing the light absorbing layer forming ink, the light absorbing layer forming ink and the compound thin film solar cell of Example 2 were prepared by the same steps as in Example 1 except that the amount of the compound used for adjusting the mixed liquid was changed. Formed.

CuI、ZnI、および、SnIをピリジンに溶解して、実施例2の第1の溶液を調製した。また、NaSeをメタノールに溶解して、実施例2の第2の溶液を調製した。この際、実施例2の第1の溶液におけるCuのモル数、Znのモル数、および、Snのモル数を、以下の比が満たされるように設定した。
Cu:Zn:Sn=1.72:1.01:1.00
A first solution of Example 2 was prepared by dissolving CuI, ZnI 2 and SnI 4 in pyridine. Further, Na 2 Se was dissolved in methanol to prepare a second solution of Example 2. At this time, the number of moles of Cu, the number of moles of Zn, and the number of moles of Sn in the first solution of Example 2 were set so as to satisfy the following ratio.
Cu: Zn: Sn = 1.72: 1.01: 1.00

第1の溶液と第2の溶液とを混合して、実施例2の混合液を得た。この際、実施例2の混合液におけるCuのモル数、Znのモル数、Snのモル数、および、Seのモル数を、以下の比が満たされるように設定した。
Cu:Zn:Sn:Se=1.72:1.01:1.00:3.87
実施例2の光吸収層形成層インクにおけるCu/(Zn+Sn)比は0.860、Zn/Sn比は1.01である。
The first solution and the second solution were mixed to obtain a mixed solution of Example 2. At this time, the number of moles of Cu, the number of moles of Zn, the number of moles of Sn, and the number of moles of Se in the mixed liquid of Example 2 were set so as to satisfy the following ratio.
Cu: Zn: Sn: Se = 1.72: 1.01: 1.00: 3.87
In the light absorption layer forming layer ink of Example 2, the Cu / (Zn + Sn) ratio is 0.860, and the Zn / Sn ratio is 1.01.

<実施例3>
光吸収層形成用インクの調整に際して、混合液の調整に用いる化合物の量を変更すること以外は、実施例1と同様の工程によって、実施例3の光吸収層形成用インクおよび化合物薄膜太陽電池を形成した。
<Example 3>
In preparing the light absorbing layer forming ink, the light absorbing layer forming ink and the compound thin film solar cell of Example 3 were prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of the compound used for adjusting the mixed liquid was changed. Formed.

CuI、ZnI、および、SnIをピリジンに溶解して、実施例3の第1の溶液を調製した。また、NaSeをメタノールに溶解して、実施例3の第2の溶液を調製した。この際、実施例3の第1の溶液におけるCuのモル数、Znのモル数、および、Snのモル数を、以下の比が満たされるように設定した。
Cu:Zn:Sn=1.758:1.010:1.000
CuI, ZnI 2 , and SnI 4 were dissolved in pyridine to prepare a first solution of Example 3. Further, Na 2 Se was dissolved in methanol to prepare a second solution of Example 3. At this time, the number of moles of Cu, the number of moles of Zn, and the number of moles of Sn in the first solution of Example 3 were set so that the following ratios were satisfied.
Cu: Zn: Sn = 1.758: 1.010: 1.000

第1の溶液と第2の溶液とを混合して、実施例3の混合液を得た。この際、実施例3の混合液におけるCuのモル数、Znのモル数、Snのモル数、および、Seのモル数を、以下の比が満たされるように設定した。
Cu:Zn:Sn:Se=1.758:1.010:1.000:3.889
実施例3の光吸収層形成層インクにおけるCu/(Zn+Sn)比は0.875、Zn/Sn比は0.95である。
The 1st solution and the 2nd solution were mixed and the liquid mixture of Example 3 was obtained. At this time, the number of moles of Cu, the number of moles of Zn, the number of moles of Sn, and the number of moles of Se in the mixed liquid of Example 3 were set so as to satisfy the following ratio.
Cu: Zn: Sn: Se = 1.758: 1.010: 1.000: 3.889
In the light absorption layer forming layer ink of Example 3, the Cu / (Zn + Sn) ratio is 0.875, and the Zn / Sn ratio is 0.95.

<実施例4>
光吸収層形成用インクの調整に際して、混合液の調整に用いる化合物の量を変更すること以外は、実施例1と同様の工程によって、実施例4の光吸収層形成用インクおよび化合物薄膜太陽電池を形成した。
<Example 4>
When adjusting the light absorbing layer forming ink, the light absorbing layer forming ink and the compound thin film solar cell of Example 4 were prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of the compound used for adjusting the mixed liquid was changed. Formed.

CuI、ZnI、および、SnIをピリジンに溶解して、実施例4の第1の溶液を調製した。また、NaSeをメタノールに溶解して、実施例4の第2の溶液を調製した。この際、実施例4の第1の溶液におけるCuのモル数、Znのモル数、および、Snのモル数を、以下の比が満たされるように設定した。
Cu:Zn:Sn=1.576:0.97:1.00
A first solution of Example 4 was prepared by dissolving CuI, ZnI 2 and SnI 4 in pyridine. Further, Na 2 Se was dissolved in methanol to prepare a second solution of Example 4. At this time, the number of moles of Cu, the number of moles of Zn, and the number of moles of Sn in the first solution of Example 4 were set so as to satisfy the following ratio.
Cu: Zn: Sn = 1.576: 0.97: 1.00

第1の溶液と第2の溶液とを混合して、実施例4の混合液を得た。この際、実施例4の混合液におけるCuのモル数、Znのモル数、Snのモル数、および、Seのモル数を、以下の比が満たされるように設定した。
Cu:Zn:Sn:Se=1.576:0.97:1.00:3.758
実施例4の光吸収層形成層インクにおけるCu/(Zn+Sn)比は0.800、Zn/Sn比は0.97である。
The first solution and the second solution were mixed to obtain a mixed solution of Example 4. At this time, the number of moles of Cu, the number of moles of Zn, the number of moles of Sn, and the number of moles of Se in the mixed solution of Example 4 were set so as to satisfy the following ratio.
Cu: Zn: Sn: Se = 1.576: 0.97: 1.00: 3.758
In the light absorption layer forming layer ink of Example 4, the Cu / (Zn + Sn) ratio is 0.800, and the Zn / Sn ratio is 0.97.

<実施例5>
光吸収層形成用インクの調整に際して、混合液の調整に用いる化合物の量を変更すること以外は、実施例1と同様の工程によって、実施例5の光吸収層形成用インクおよび化合物薄膜太陽電池を形成した。
<Example 5>
In preparing the light absorbing layer forming ink, the light absorbing layer forming ink and the compound thin film solar cell of Example 5 were prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of the compound used for adjusting the mixed liquid was changed. Formed.

CuI、ZnI、および、SnIをピリジンに溶解して、実施例5の第1の溶液を調製した。また、NaSeをメタノールに溶解して、実施例5の第2の溶液を調製した。この際、実施例5の第1の溶液におけるCuのモル数、Znのモル数、および、Snのモル数を、以下の比が満たされるように設定した。
Cu:Zn:Sn=1.64:1.05:1.00
A first solution of Example 5 was prepared by dissolving CuI, ZnI 2 and SnI 4 in pyridine. Further, Na 2 Se was dissolved in methanol to prepare a second solution of Example 5. At this time, the number of moles of Cu, the number of moles of Zn, and the number of moles of Sn in the first solution of Example 5 were set so as to satisfy the following ratio.
Cu: Zn: Sn = 1.64: 1.05: 1.00

第1の溶液と第2の溶液とを混合して、実施例5の混合液を得た。この際、実施例5の混合液におけるCuのモル数、Znのモル数、Snのモル数、および、Seのモル数を、以下の比が満たされるように設定した。
Cu:Zn:Sn:Se=1.64:1.05:1.00:3.87
実施例5の光吸収層形成層インクにおけるCu/(Zn+Sn)比は0.800、Zn/Sn比は1.05である。
The first solution and the second solution were mixed to obtain a mixed solution of Example 5. At this time, the number of moles of Cu, the number of moles of Zn, the number of moles of Sn, and the number of moles of Se in the mixed solution of Example 5 were set so as to satisfy the following ratio.
Cu: Zn: Sn: Se = 1.64: 1.05: 1.00: 3.87
In the light absorption layer forming layer ink of Example 5, the Cu / (Zn + Sn) ratio is 0.800, and the Zn / Sn ratio is 1.05.

<比較例1>
光吸収層形成用インクの調整に際して、混合液の調整に用いる化合物の量を変更すること以外は、実施例1と同様の工程によって、比較例1の光吸収層形成用インクおよび化合物薄膜太陽電池を形成した。
<Comparative Example 1>
In preparing the light absorbing layer forming ink, the light absorbing layer forming ink and the compound thin-film solar cell of Comparative Example 1 were prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of the compound used for adjusting the mixed liquid was changed. Formed.

CuI、ZnI、および、SnIをピリジンに溶解して、比較例1の第1の溶液を調製した。また、NaSeをメタノールに溶解して、比較例1の第2の溶液を調製した。この際、比較例1の第1の溶液におけるCuのモル数、Znのモル数、および、Snのモル数を、以下の比が満たされるように設定した。
Cu:Zn:Sn=2.00:1.00:1.00
A first solution of Comparative Example 1 was prepared by dissolving CuI, ZnI 2 and SnI 4 in pyridine. Further, Na 2 Se was dissolved in methanol to prepare a second solution of Comparative Example 1. At this time, the number of moles of Cu, the number of moles of Zn, and the number of moles of Sn in the first solution of Comparative Example 1 were set so as to satisfy the following ratio.
Cu: Zn: Sn = 2.00: 1.00: 1.00

第1の溶液と第2の溶液とを混合して、比較例1の混合液を得た。この際、比較例1の混合液におけるCuのモル数、Znのモル数、Snのモル数、および、Seのモル数を、以下の比が満たされるように設定した。
Cu:Zn:Sn:Se=2.00:1.00:1.00:4.00
比較例1の光吸収層形成層インクにおけるCu/(Zn+Sn)比は1.000、Zn/Sn比は1.00である。
The first solution and the second solution were mixed to obtain a mixed solution of Comparative Example 1. At this time, the number of moles of Cu, the number of moles of Zn, the number of moles of Sn, and the number of moles of Se in the mixed liquid of Comparative Example 1 were set so as to satisfy the following ratio.
Cu: Zn: Sn: Se = 2.00: 1.00: 1.00: 4.00
In the light absorption layer forming layer ink of Comparative Example 1, the Cu / (Zn + Sn) ratio is 1.000, and the Zn / Sn ratio is 1.00.

<比較例2>
光吸収層形成用インクの調整に際して、混合液の調整に用いる化合物の量を変更すること以外は、実施例1と同様の工程によって、比較例2の光吸収層形成用インクおよび化合物薄膜太陽電池を形成した。
<Comparative example 2>
In preparing the light absorbing layer forming ink, the light absorbing layer forming ink and the compound thin-film solar cell of Comparative Example 2 were prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of the compound used for adjusting the mixed liquid was changed. Formed.

CuI、ZnI、および、SnIをピリジンに溶解して、比較例2の第1の溶液を調製した。また、NaSeをメタノールに溶解して、比較例2の第2の溶液を調製した。この際、比較例2の第1の溶液におけるCuのモル数、Znのモル数、および、Snのモル数を、以下の比が満たされるように設定した。
Cu:Zn:Sn=1.84:1.05:1.00
CuI, ZnI 2 and SnI 4 were dissolved in pyridine to prepare a first solution of Comparative Example 2. Further, Na 2 Se was dissolved in methanol to prepare a second solution of Comparative Example 2. At this time, the number of moles of Cu, the number of moles of Zn, and the number of moles of Sn in the first solution of Comparative Example 2 were set so as to satisfy the following ratio.
Cu: Zn: Sn = 1.84: 1.05: 1.00

第1の溶液と第2の溶液とを混合して、比較例2の混合液を得た。この際、比較例2の混合液におけるCuのモル数、Znのモル数、Snのモル数、および、Seのモル数を、以下の比が満たされるように設定した。
Cu:Zn:Sn:Se=1.84:1.05:1.00:3.97
比較例2の光吸収層形成層インクにおけるCu/(Zn+Sn)比は0.900、Zn/Sn比は1.05である。
The first solution and the second solution were mixed to obtain a mixed solution of Comparative Example 2. At this time, the number of moles of Cu, the number of moles of Zn, the number of moles of Sn, and the number of moles of Se in the mixed liquid of Comparative Example 2 were set so as to satisfy the following ratio.
Cu: Zn: Sn: Se = 1.84: 1.05: 1.00: 3.97
In the light absorption layer forming layer ink of Comparative Example 2, the Cu / (Zn + Sn) ratio is 0.900, and the Zn / Sn ratio is 1.05.

<比較例3>
光吸収層形成用インクの調整に際して、混合液の調整に用いる化合物の量を変更すること以外は、実施例1と同様の工程によって、比較例3の光吸収層形成用インクおよび化合物薄膜太陽電池を形成した。
<Comparative Example 3>
When adjusting the light absorbing layer forming ink, the light absorbing layer forming ink and the compound thin film solar cell of Comparative Example 3 were prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of the compound used for adjusting the mixed liquid was changed. Formed.

CuI、ZnI、および、SnIをピリジンに溶解して、比較例3の第1の溶液を調製した。また、NaSeをメタノールに溶解して、比較例3の第2の溶液を調製した。この際、比較例3の第1の溶液におけるCuのモル数、Znのモル数、および、Snのモル数を、以下の比が満たされるように設定した。
Cu:Zn:Sn=1.235:0.90:1.00
CuI, ZnI 2 , and SnI 4 were dissolved in pyridine to prepare a first solution of Comparative Example 3. Further, Na 2 Se was dissolved in methanol to prepare a second solution of Comparative Example 3. At this time, the number of moles of Cu, the number of moles of Zn, and the number of moles of Sn in the first solution of Comparative Example 3 were set so as to satisfy the following ratio.
Cu: Zn: Sn = 1.235: 0.90: 1.00

第1の溶液と第2の溶液とを混合して、比較例3の混合液を得た。この際、比較例3の混合液におけるCuのモル数、Znのモル数、Snのモル数、および、Seのモル数を、以下の比が満たされるように設定した。
Cu:Zn:Sn:Se=1.235:0.90:1.00:3.518
比較例3の光吸収層形成層インクにおけるCu/(Zn+Sn)比は0.650、Zn/Sn比は0.90である。
The first solution and the second solution were mixed to obtain a mixed solution of Comparative Example 3. At this time, the number of moles of Cu, the number of moles of Zn, the number of moles of Sn, and the number of moles of Se in the mixed solution of Comparative Example 3 were set so as to satisfy the following ratio.
Cu: Zn: Sn: Se = 1.235: 0.90: 1.00: 3.518
In the light absorption layer forming layer ink of Comparative Example 3, the Cu / (Zn + Sn) ratio is 0.650, and the Zn / Sn ratio is 0.90.

<比較例4>
光吸収層形成用インクの調整に際して、混合液の調整に用いる化合物の量を変更すること以外は、実施例1と同様の工程によって、比較例4の光吸収層形成用インクおよび化合物薄膜太陽電池を形成した。
<Comparative example 4>
In preparing the light absorbing layer forming ink, the light absorbing layer forming ink and the compound thin film solar cell of Comparative Example 4 were prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of the compound used for adjusting the mixed liquid was changed. Formed.

CuI、ZnI、および、SnIをピリジンに溶解して、比較例4の第1の溶液を調製した。また、NaSeをメタノールに溶解して、比較例4の第2の溶液を調製した。この際、比較例4の第1の溶液におけるCuのモル数、Znのモル数、および、Snのモル数を、以下の比が満たされるように設定した。
Cu:Zn:Sn=1.94:1.05:1.00
CuI, ZnI 2 , and SnI 4 were dissolved in pyridine to prepare a first solution of Comparative Example 4. Further, Na 2 Se was dissolved in methanol to prepare a second solution of Comparative Example 4. At this time, the number of moles of Cu, the number of moles of Zn, and the number of moles of Sn in the first solution of Comparative Example 4 were set so as to satisfy the following ratio.
Cu: Zn: Sn = 1.94: 1.05: 1.00

第1の溶液と第2の溶液とを混合して、比較例4の混合液を得た。この際、比較例4の混合液におけるCuのモル数、Znのモル数、Snのモル数、および、Seのモル数を、以下の比が満たされるように設定した。
Cu:Zn:Sn:Se=1.94:1.05:1.00:3.92
比較例4の光吸収層形成層インクにおけるCu/(Zn+Sn)比は0.950、Zn/Sn比は1.05である。
The first solution and the second solution were mixed to obtain a mixed solution of Comparative Example 4. At this time, the number of moles of Cu, the number of moles of Zn, the number of moles of Sn, and the number of moles of Se in the mixed solution of Comparative Example 4 were set so as to satisfy the following ratio.
Cu: Zn: Sn: Se = 1.94: 1.05: 1.00: 3.92
In the light absorption layer forming layer ink of Comparative Example 4, the Cu / (Zn + Sn) ratio is 0.950, and the Zn / Sn ratio is 1.05.

<比較例5>
光吸収層形成用インクの調整に際して、混合液の調整に用いる化合物の量を変更すること以外は、実施例1と同様の工程によって、比較例5の光吸収層形成用インクおよび化合物薄膜太陽電池を形成した。
<Comparative Example 5>
When adjusting the light absorbing layer forming ink, the light absorbing layer forming ink and the compound thin film solar cell of Comparative Example 5 were prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of the compound used for adjusting the mixed liquid was changed. Formed.

CuI、ZnI、および、SnIをピリジンに溶解して、比較例5の第1の溶液を調製した。また、NaSeをメタノールに溶解して、比較例5の第2の溶液を調製した。この際、比較例5の第1の溶液におけるCuのモル数、Znのモル数、および、Snのモル数を、以下の比が満たされるように設定した。
Cu:Zn:Sn=1.54:1.05:1.00
CuI, ZnI 2 , and SnI 4 were dissolved in pyridine to prepare a first solution of Comparative Example 5. In addition, Na 2 Se was dissolved in methanol to prepare a second solution of Comparative Example 5. At this time, the number of moles of Cu, the number of moles of Zn, and the number of moles of Sn in the first solution of Comparative Example 5 were set so as to satisfy the following ratio.
Cu: Zn: Sn = 1.54: 1.05: 1.00

第1の溶液と第2の溶液とを混合して、比較例5の混合液を得た。この際、比較例5の混合液におけるCuのモル数、Znのモル数、Snのモル数、および、Seのモル数を、以下の比が満たされるように設定した。
Cu:Zn:Sn:Se=1.54:1.05:1.00:3.82
比較例5の光吸収層形成層インクにおけるCu/(Zn+Sn)比は0.750、Zn/Sn比は1.05である。
The first solution and the second solution were mixed to obtain a mixed solution of Comparative Example 5. At this time, the number of moles of Cu, the number of moles of Zn, the number of moles of Sn, and the number of moles of Se in the mixed liquid of Comparative Example 5 were set so as to satisfy the following ratio.
Cu: Zn: Sn: Se = 1.54: 1.05: 1.00: 3.82
In the light absorption layer forming layer ink of Comparative Example 5, the Cu / (Zn + Sn) ratio is 0.750, and the Zn / Sn ratio is 1.05.

<比較例6>
光吸収層形成用インクの調整に際して、混合液の調整に用いる化合物の量を変更すること以外は、実施例1と同様の工程によって、比較例6の光吸収層形成用インクおよび化合物薄膜太陽電池を形成した。
<Comparative Example 6>
In preparing the light absorbing layer forming ink, the light absorbing layer forming ink and the compound thin film solar cell of Comparative Example 6 were prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of the compound used for adjusting the mixed liquid was changed. Formed.

CuI、ZnI、および、SnIをピリジンに溶解して、比較例6の第1の溶液を調製した。また、NaSeをメタノールに溶解して、比較例6の第2の溶液を調製した。この際、比較例6の第1の溶液におけるCuのモル数、Znのモル数、および、Snのモル数を、以下の比が満たされるように設定した。
Cu:Zn:Sn=1.61:0.90:1.00
CuI, ZnI 2 and SnI 4 were dissolved in pyridine to prepare a first solution of Comparative Example 6. Further, Na 2 Se was dissolved in methanol to prepare a second solution of Comparative Example 6. At this time, the number of moles of Cu, the number of moles of Zn, and the number of moles of Sn in the first solution of Comparative Example 6 were set so as to satisfy the following ratio.
Cu: Zn: Sn = 1.61: 0.90: 1.00

第1の溶液と第2の溶液とを混合して、比較例6の混合液を得た。この際、比較例6の混合液におけるCuのモル数、Znのモル数、Snのモル数、および、Seのモル数を、以下の比が満たされるように設定した。
Cu:Zn:Sn:Se=1.61:0.90:1.00:3.71
比較例6の光吸収層形成層インクにおけるCu/(Zn+Sn)比は0.850、Zn/Sn比は0.90である。
The first solution and the second solution were mixed to obtain a mixed solution of Comparative Example 6. At this time, the number of moles of Cu, the number of moles of Zn, the number of moles of Sn, and the number of moles of Se in the mixed liquid of Comparative Example 6 were set so as to satisfy the following ratio.
Cu: Zn: Sn: Se = 1.61: 0.90: 1.00: 3.71
In the light absorption layer forming layer ink of Comparative Example 6, the Cu / (Zn + Sn) ratio is 0.850, and the Zn / Sn ratio is 0.90.

<比較例7>
光吸収層形成用インクの調整に際して、混合液の調整に用いる化合物の量を変更すること以外は、実施例1と同様の工程によって、比較例7の光吸収層形成用インクおよび化合物薄膜太陽電池を形成した。
<Comparative Example 7>
When adjusting the light absorbing layer forming ink, the light absorbing layer forming ink and the compound thin-film solar cell of Comparative Example 7 were prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of the compound used for adjusting the mixed liquid was changed. Formed.

CuI、ZnI、および、SnIをピリジンに溶解して、比較例7の第1の溶液を調製した。また、NaSeをメタノールに溶解して、比較例7の第2の溶液を調製した。この際、比較例7の第1の溶液におけるCuのモル数、Znのモル数、および、Snのモル数を、以下の比が満たされるように設定した。
Cu:Zn:Sn=1.46:1.09:1.00
CuI, ZnI 2 , and SnI 4 were dissolved in pyridine to prepare a first solution of Comparative Example 7. In addition, Na 2 Se was dissolved in methanol to prepare a second solution of Comparative Example 7. At this time, the number of moles of Cu, the number of moles of Zn, and the number of moles of Sn in the first solution of Comparative Example 7 were set so as to satisfy the following ratio.
Cu: Zn: Sn = 1.46: 1.09: 1.00

第1の溶液と第2の溶液とを混合して、比較例7の混合液を得た。この際、比較例7の混合液におけるCuのモル数、Znのモル数、Snのモル数、および、Seのモル数を、以下の比が満たされるように設定した。
Cu:Zn:Sn:Se=1.46:1.09:1.00:3.82
比較例7の光吸収層形成層インクにおけるCu/(Zn+Sn)比は0.700、Zn/Sn比は1.09である。
The 1st solution and the 2nd solution were mixed and the liquid mixture of comparative example 7 was obtained. At this time, the number of moles of Cu, the number of moles of Zn, the number of moles of Sn, and the number of moles of Se in the mixed liquid of Comparative Example 7 were set so as to satisfy the following ratio.
Cu: Zn: Sn: Se = 1.46: 1.09: 1.00: 3.82
In the light absorption layer forming layer ink of Comparative Example 7, the Cu / (Zn + Sn) ratio is 0.700, and the Zn / Sn ratio is 1.09.

<比較例8>
光吸収層形成用インクの調整に際して、混合液の調整に用いる化合物の量を変更すること以外は、実施例1と同様の工程によって、比較例8の光吸収層形成用インクおよび化合物薄膜太陽電池を形成した。
<Comparative Example 8>
In the adjustment of the light absorbing layer forming ink, the light absorbing layer forming ink and the compound thin film solar cell of Comparative Example 8 were prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of the compound used for adjusting the mixed liquid was changed. Formed.

CuI、ZnI、および、SnIをピリジンに溶解して、比較例8の第1の溶液を調製した。また、NaSeをメタノールに溶解して、比較例8の第2の溶液を調製した。この際、比較例8の第1の溶液におけるCuのモル数、Znのモル数、および、Snのモル数を、以下の比が満たされるように設定した。
Cu:Zn:Sn=1.78:1.09:1.00
CuI, ZnI 2 , and SnI 4 were dissolved in pyridine to prepare a first solution of Comparative Example 8. Further, Na 2 Se was dissolved in methanol to prepare a second solution of Comparative Example 8. At this time, the number of moles of Cu, the number of moles of Zn, and the number of moles of Sn in the first solution of Comparative Example 8 were set so as to satisfy the following ratio.
Cu: Zn: Sn = 1.78: 1.09: 1.00

第1の溶液と第2の溶液とを混合して、比較例8の混合液を得た。この際、比較例8の混合液におけるCuのモル数、Znのモル数、Snのモル数、および、Seのモル数を、以下の比が満たされるように設定した。
Cu:Zn:Sn:Se=1.78:1.09:1.00:3.99
比較例8の光吸収層形成層インクにおけるCu/(Zn+Sn)比は0.850、Zn/Sn比は1.09である。
The first solution and the second solution were mixed to obtain a mixed solution of Comparative Example 8. At this time, the number of moles of Cu, the number of moles of Zn, the number of moles of Sn, and the number of moles of Se in the mixed liquid of Comparative Example 8 were set so as to satisfy the following ratio.
Cu: Zn: Sn: Se = 1.78: 1.09: 1.00: 3.99
In the light absorption layer forming layer ink of Comparative Example 8, the Cu / (Zn + Sn) ratio is 0.850, and the Zn / Sn ratio is 1.09.

<評価方法>
(光電変換効率)
各実施例および各比較例の化合物薄膜太陽電池について、標準太陽光シミュレータ(光強度:100mW/cm、エアマス:1.5)によるI−V特性を測定し、光電変換効率を算出した。
<Evaluation method>
(Photoelectric conversion efficiency)
About the compound thin film solar cell of each Example and each comparative example, the IV characteristic by a standard sunlight simulator (light intensity: 100 mW / cm < 2 >, air mass: 1.5) was measured, and the photoelectric conversion efficiency was computed.

<結果>
表1に、各実施例および各比較例の光吸収層形成層インクにおける微粒子全体の組成比と、算出した光電変換効率とを示す。また、図2に、Cu/(Zn+Sn)比を横軸、Zn/Sn比を縦軸とする二次元の直交座標系を用いて、上記組成比と光電変換効率との関係を示す。なお、表1における「<1」は1未満を示す。
<Result>
Table 1 shows the composition ratio of the entire fine particles in the light-absorbing layer forming layer ink of each example and each comparative example, and the calculated photoelectric conversion efficiency. FIG. 2 shows the relationship between the composition ratio and the photoelectric conversion efficiency using a two-dimensional orthogonal coordinate system in which the horizontal axis is the Cu / (Zn + Sn) ratio and the vertical axis is the Zn / Sn ratio. In Table 1, “<1” indicates less than 1.

図2に示されるように、微粒子全体が、0.80≦Cu/(Zn+Sn)≦0.88、かつ、0.95≦Zn/Sn≦1.05を満たす組成を有する光吸収層形成用インクから形成された光吸収層を備える各実施例の化合物薄膜太陽電池では、7.5%以上の高い光電変換効率が得られることが確認され、各比較例と比較して光電変換効率が高められることが示された。また特に、微粒子全体の組成比が、0.85≦Cu/(Zn+Sn)≦0.88、かつ、1.01≦Zn/Sn≦1.05を満たす実施例1,2では、8.5%以上の極めて高い光電変換効率が得られることが示された。   As shown in FIG. 2, the light-absorbing layer forming ink having a composition in which the entire fine particles satisfy 0.80 ≦ Cu / (Zn + Sn) ≦ 0.88 and 0.95 ≦ Zn / Sn ≦ 1.05. In the compound thin-film solar cell of each example provided with the light absorption layer formed from the above, it is confirmed that a high photoelectric conversion efficiency of 7.5% or more is obtained, and the photoelectric conversion efficiency is increased as compared with each comparative example. It was shown that. In particular, in Examples 1 and 2 where the composition ratio of the entire fine particles satisfies 0.85 ≦ Cu / (Zn + Sn) ≦ 0.88 and 1.01 ≦ Zn / Sn ≦ 1.05, 8.5% It was shown that the above extremely high photoelectric conversion efficiency can be obtained.

なお、加熱工程を経た後の光吸収層の組成を、ICP−AES(ICP発光分光分析)を用いて分析したところ、Cu/(Zn+Sn)比およびZn/Sn比のそれぞれの組成比について、光吸収層形成用インクにおける微粒子全体の組成比と、この光吸収層形成用インクを用いて形成された光吸収層における組成比とは一致することが確認されている。   In addition, when the composition of the light absorption layer after passing through the heating step was analyzed using ICP-AES (ICP emission spectroscopic analysis), the composition ratio of each of the Cu / (Zn + Sn) ratio and the Zn / Sn ratio was measured. It has been confirmed that the composition ratio of the entire fine particles in the ink for forming the absorption layer coincides with the composition ratio in the light absorption layer formed using the ink for forming the light absorption layer.

CZTS系の化合物半導体から構成される光吸収層は、結晶中の欠陥に起因して、p型半導体としての導電性を有する。比較例1,2,4のように、Cu/(Zn+Sn)=1、かつ、Zn/Sn=1である化学量論比に近い組成を有する光吸収層においては、欠陥が少ないため、回路がショートする、もしくはそれに近い状態が生じ、電力の出力が困難である。一方、光吸収層の組成比が化学量論比から離れるほど、結晶中の欠陥は多くなるが、その反面、偏析物の析出も増えるため、光電変換効率は低くなる。
本願の発明者は、結晶中の欠陥を適度に確保しつつ、偏析を低減できる光吸収層の組成比の範囲を研究した結果、上記の範囲を見出すに至った。
A light absorption layer composed of a CZTS-based compound semiconductor has conductivity as a p-type semiconductor due to defects in the crystal. As in Comparative Examples 1, 2, and 4, the light absorption layer having a composition close to the stoichiometric ratio of Cu / (Zn + Sn) = 1 and Zn / Sn = 1 has few defects. A short circuit or a state close to that occurs, and it is difficult to output power. On the other hand, the farther the composition ratio of the light absorption layer is from the stoichiometric ratio, the more defects in the crystal. On the other hand, the precipitation of segregated substances increases, so the photoelectric conversion efficiency decreases.
The inventors of the present application have studied the range of the composition ratio of the light absorption layer that can reduce segregation while appropriately securing defects in the crystal, and have found the above range.

本願の発明者が見出した上記の組成比の範囲は、真空プロセスを用いて形成された光吸収層の組成比として、非特許文献1,2にて光電変換効率の向上が可能であると報告された組成比の範囲よりも、Zn/Sn比が低い範囲である。   The range of the above composition ratio found by the inventors of the present application is reported as the composition ratio of the light absorption layer formed by using a vacuum process, which can improve the photoelectric conversion efficiency in Non-Patent Documents 1 and 2. The Zn / Sn ratio is lower than the range of the composition ratio.

スパッタリングなどの真空プロセスによって形成された前駆体層と、上記実施形態のように微粒子を含むインクの塗工によって形成された前駆体層とでは、熱処理時における前駆体層の結晶化の過程が異なる。すなわち、スパッタリングが利用される場合、まず、前駆体層として、光吸収層を構成する金属ごとの層、あるいは、これらの金属を含む1つの層が形成される。そして、加熱工程においては、これらの金属が、これらの金属の合金を形成した後に、熱処理の雰囲気に含まれる元素と反応し、結晶化が進行する。一方、微粒子を含むインクの塗工によって形成された前駆体層では、こうした合金の形成をほとんど経ずに、結晶化が進行する。   The precursor layer formed by a vacuum process such as sputtering and the precursor layer formed by applying ink containing fine particles as in the above-described embodiment differ in the crystallization process of the precursor layer during heat treatment. . That is, when sputtering is used, first, a layer for each metal constituting the light absorption layer or one layer containing these metals is formed as the precursor layer. In the heating step, these metals react with elements contained in the atmosphere of the heat treatment after forming an alloy of these metals, and crystallization proceeds. On the other hand, in the precursor layer formed by application of ink containing fine particles, crystallization proceeds with almost no formation of such an alloy.

こうした結晶化の進行の違いに起因して、スパッタリングを利用して形成された光吸収層と、微粒子を含むインクの塗膜から形成された光吸収層とでは、光吸収層中における各組成成分の分布の傾向が異なる。このことが、スパッタリングを利用して形成された光吸収層と、微粒子を含むインクの塗膜から形成された光吸収層とで、光電変換効率を高めることのできる組成比の範囲が異なる要因の1つであると推察される。   Due to the difference in the progress of crystallization, a light absorption layer formed by sputtering and a light absorption layer formed from a coating film of ink containing fine particles, each composition component in the light absorption layer The trend of distribution is different. This is because the light absorption layer formed using sputtering and the light absorption layer formed from the ink coating containing fine particles have different composition ratio ranges that can increase the photoelectric conversion efficiency. Inferred to be one.

従来から、光吸収層が、化学量論比の組成よりも、Cuの割合が低く、かつ、Znの割合が高い組成を有する場合に、光電変換効率の向上が可能であることが報告されてはいたが、光吸収層の製法によって、最適な組成比に差異が生じることについての知見は得られていなかった。これに対し、本願の発明者は、上記の推察に基づき、微粒子を含むインクの塗膜から形成された光吸収層に特有の範囲として、光電変換効率を高めることのできる上記の組成比の範囲を見出した。   Conventionally, it has been reported that when the light absorption layer has a composition in which the proportion of Cu is lower than that of the stoichiometric ratio and the proportion of Zn is high, the photoelectric conversion efficiency can be improved. However, no knowledge has been obtained about the difference in the optimum composition ratio depending on the manufacturing method of the light absorption layer. On the other hand, the inventors of the present application based on the above inference, the range of the above composition ratio that can increase the photoelectric conversion efficiency as a range specific to the light absorption layer formed from the coating film of the ink containing fine particles. I found.

以上、実施例を用いて説明したように、上記実施形態によれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
(1)光吸収層の形成に用いられる光吸収層形成用インクに含まれる微粒子の全体が、0.80≦Cu/(Zn+Sn)≦0.88、かつ、0.95≦Zn/Sn≦1.05を満たす組成を有する。また、光吸収層13が、0.80≦Cu/(Zn+Sn)≦0.88、かつ、0.95≦Zn/Sn≦1.05を満たす組成を有する。こうした構成によれば、化合物薄膜太陽電池10において、光電変換効率を高めることができる。
As described above, according to the embodiment, the effects listed below can be obtained as described with reference to the examples.
(1) The entire fine particles contained in the light absorbing layer forming ink used for forming the light absorbing layer are 0.80 ≦ Cu / (Zn + Sn) ≦ 0.88 and 0.95 ≦ Zn / Sn ≦ 1. .05. The light absorption layer 13 has a composition satisfying 0.80 ≦ Cu / (Zn + Sn) ≦ 0.88 and 0.95 ≦ Zn / Sn ≦ 1.05. According to such a configuration, photoelectric conversion efficiency can be increased in the compound thin film solar cell 10.

(2)光吸収層形成用インクに含まれる微粒子の全体が、0.85≦Cu/(Zn+Sn)≦0.88、かつ、1.01≦Zn/Sn≦1.05を満たす組成を有する。また、光吸収層13が、0.85≦Cu/(Zn+Sn)≦0.88、かつ、1.01≦Zn/Sn≦1.05を満たす組成を有する。こうした構成によれば、化合物薄膜太陽電池10において、特に光電変換効率を高めることができる。   (2) The entire fine particles contained in the light absorbing layer forming ink have a composition satisfying 0.85 ≦ Cu / (Zn + Sn) ≦ 0.88 and 1.01 ≦ Zn / Sn ≦ 1.05. The light absorption layer 13 has a composition satisfying 0.85 ≦ Cu / (Zn + Sn) ≦ 0.88 and 1.01 ≦ Zn / Sn ≦ 1.05. According to such a configuration, in the compound thin film solar cell 10, in particular, the photoelectric conversion efficiency can be increased.

(3)加熱工程において、固体状の硫黄と固体状のセレンとが前駆体層とともに存在する状態で加熱が開始され、加熱の開始時において硫黄に対するセレンのモル比は1である。こうした製造方法によれば、結晶が大きく、かつ、偏析の少ない多結晶体である光吸収層13が形成できる。こうした光吸収層13を備える化合物薄膜太陽電池10では、高い量子効率の得られる波長領域が広がるため、効率の良い電力の生成が可能となり、また、偏析に起因した光電変換効率の低下が抑えられる。   (3) In the heating step, heating is started in a state where solid sulfur and solid selenium are present together with the precursor layer, and the molar ratio of selenium to sulfur is 1 at the start of heating. According to such a manufacturing method, the light absorption layer 13 which is a polycrystalline body having a large crystal and less segregation can be formed. In the compound thin-film solar cell 10 including such a light absorption layer 13, since a wavelength region where high quantum efficiency is obtained is widened, it is possible to generate efficient power and to suppress a decrease in photoelectric conversion efficiency due to segregation. .

10…化合物薄膜太陽電池、11…基板、12…裏面電極、13…光吸収層、14…バッファ層、15…半絶縁層、16…窓層、17…表面電極。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Compound thin film solar cell, 11 ... Substrate, 12 ... Back electrode, 13 ... Light absorption layer, 14 ... Buffer layer, 15 ... Semi-insulating layer, 16 ... Window layer, 17 ... Surface electrode

Claims (5)

化合物からなる複数の微粒子であって、前記複数の微粒子の全体での組成が、S、および、Seの少なくとも1つの元素と、Cu、Zn、および、Snの3つの元素とを含み、0.80≦Cu/(Zn+Sn)≦0.88、かつ、0.95≦Zn/Sn≦1.05を満たす、前記複数の微粒子を含む光吸収層形成用インク。   A plurality of fine particles comprising a compound, wherein the total composition of the plurality of fine particles includes at least one element of S and Se and three elements of Cu, Zn, and Sn; A light absorbing layer forming ink containing the plurality of fine particles satisfying 80 ≦ Cu / (Zn + Sn) ≦ 0.88 and 0.95 ≦ Zn / Sn ≦ 1.05. 前記微粒子の全体での組成が、0.85≦Cu/(Zn+Sn)≦0.88、かつ、1.01≦Zn/Sn≦1.05を満たす
請求項1に記載の光吸収層形成用インク。
The ink for forming a light absorption layer according to claim 1, wherein the composition of the fine particles as a whole satisfies 0.85 ≦ Cu / (Zn + Sn) ≦ 0.88 and 1.01 ≦ Zn / Sn ≦ 1.05. .
光吸収層を備える化合物薄膜太陽電池であって、
前記光吸収層の組成は、S、および、Seの少なくとも1つの元素と、Cu、Zn、および、Snの3つの元素とを含み、0.80≦Cu/(Zn+Sn)≦0.88、かつ、0.95≦Zn/Sn≦1.05を満たす
化合物薄膜太陽電池。
A compound thin film solar cell comprising a light absorption layer,
The composition of the light absorption layer includes at least one element of S and Se, and three elements of Cu, Zn, and Sn, and 0.80 ≦ Cu / (Zn + Sn) ≦ 0.88, and , 0.95 ≦ Zn / Sn ≦ 1.05 A compound thin film solar cell.
化合物からなる複数の微粒子の全体での組成が、S、および、Seの少なくとも1つの元素と、Cu、Zn、および、Snの3つの元素とを含み、0.80≦Cu/(Zn+Sn)≦0.88、かつ、0.95≦Zn/Sn≦1.05を満たし、
前記複数の微粒子を含むインクの塗工によって光吸収層の前駆体層を形成する塗工工程と、
前記前駆体層を加熱して光吸収層を形成する加熱工程と、
を含む化合物薄膜太陽電池の製造方法。
The total composition of the plurality of fine particles composed of the compound includes at least one element of S and Se and three elements of Cu, Zn, and Sn, and 0.80 ≦ Cu / (Zn + Sn) ≦ 0.88 and 0.95 ≦ Zn / Sn ≦ 1.05 are satisfied,
A coating step of forming a precursor layer of a light absorption layer by coating an ink containing the plurality of fine particles;
A heating step of heating the precursor layer to form a light absorption layer;
The manufacturing method of the compound thin film solar cell containing this.
前記加熱工程では、固体状の硫黄と固体状のセレンとが前記前駆体層とともに存在する状態で加熱が開始され、前記加熱の開始時において前記硫黄に対する前記セレンのモル比は1である
請求項4に記載の化合物薄膜太陽電池の製造方法。
In the heating step, heating is started in a state where solid sulfur and solid selenium exist together with the precursor layer, and a molar ratio of the selenium to the sulfur is 1 at the start of the heating. 4. A method for producing a compound thin film solar cell according to 4.
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