JP3136764B2 - カルコパイライト薄膜の製造方法 - Google Patents
カルコパイライト薄膜の製造方法Info
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- JP3136764B2 JP3136764B2 JP04142393A JP14239392A JP3136764B2 JP 3136764 B2 JP3136764 B2 JP 3136764B2 JP 04142393 A JP04142393 A JP 04142393A JP 14239392 A JP14239392 A JP 14239392A JP 3136764 B2 JP3136764 B2 JP 3136764B2
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、エネルギー変換効率の
高い薄膜太陽電池を構成する薄膜の作製方法に関する。
高い薄膜太陽電池を構成する薄膜の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池の吸収層として用いられる従来
のカルコパイライト薄膜は、図２に示したような２段階
プロセスを用いて作製されている。すなわち、基板上に
Ｍｏ等の電極を形成した後にＣｕ薄膜とＩｎ薄膜を膜厚
比が１：２.２〜２.４程度で形成し、その基板をカルコ
ゲン雰囲気中たとえばＳｅやＳの雰囲気中あるいはカル
コゲンを含むガス中たとえばＨ2ＳｅやＨ2Ｓで熱処理を
行い、ＣｕＩｎＳｅ2やＣｕＩｎＳ2薄膜を形成してい
る。また、図２に示したのと同様にＣｕとＩｎの積層膜
を形成した後、図３に示したようにさらにカルコゲンた
とえばＳｅやＴｅの薄膜を蒸着し、熱処理を行なって固
相反応によってＣｕＩｎＳｅ2やＣｕＩｎＴｅ2の薄膜を
形成している。
のカルコパイライト薄膜は、図２に示したような２段階
プロセスを用いて作製されている。すなわち、基板上に
Ｍｏ等の電極を形成した後にＣｕ薄膜とＩｎ薄膜を膜厚
比が１：２.２〜２.４程度で形成し、その基板をカルコ
ゲン雰囲気中たとえばＳｅやＳの雰囲気中あるいはカル
コゲンを含むガス中たとえばＨ2ＳｅやＨ2Ｓで熱処理を
行い、ＣｕＩｎＳｅ2やＣｕＩｎＳ2薄膜を形成してい
る。また、図２に示したのと同様にＣｕとＩｎの積層膜
を形成した後、図３に示したようにさらにカルコゲンた
とえばＳｅやＴｅの薄膜を蒸着し、熱処理を行なって固
相反応によってＣｕＩｎＳｅ2やＣｕＩｎＴｅ2の薄膜を
形成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術で述べたよ
うなカルコパイライト薄膜の製造方法の解決すべき問題
点は、薄膜面内における微視的な組成のばらつきであ
る。カルコパイライト薄膜の電気的特性はその組成に大
きく依存しているので、薄膜を積層して構成する太陽電
池においては、これらの微視的組成のばらつきが特性を
低下させる大きな要因の一つである。この組成のばらつ
きは、図２及び図３に示したような製造方法においては
特にＩｎ薄膜の状態に起因している。すなわち、従来の
Ｉｎ薄膜の蒸着法では、図２及び図３のＳに示したよう
にＩｎ薄膜の表面状態における凹凸がどうしても生じて
しまうため、結果としてカルコパイライト薄膜の組成の
微視的ばらつきをひきおこすという問題点があった。し
たがって、本発明の解決すべき課題は図２や図３の製造
方法において平坦なＩｎ薄膜を形成する方法を提供する
ことにある。
うなカルコパイライト薄膜の製造方法の解決すべき問題
点は、薄膜面内における微視的な組成のばらつきであ
る。カルコパイライト薄膜の電気的特性はその組成に大
きく依存しているので、薄膜を積層して構成する太陽電
池においては、これらの微視的組成のばらつきが特性を
低下させる大きな要因の一つである。この組成のばらつ
きは、図２及び図３に示したような製造方法においては
特にＩｎ薄膜の状態に起因している。すなわち、従来の
Ｉｎ薄膜の蒸着法では、図２及び図３のＳに示したよう
にＩｎ薄膜の表面状態における凹凸がどうしても生じて
しまうため、結果としてカルコパイライト薄膜の組成の
微視的ばらつきをひきおこすという問題点があった。し
たがって、本発明の解決すべき課題は図２や図３の製造
方法において平坦なＩｎ薄膜を形成する方法を提供する
ことにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明のカルコパイライ
ト薄膜の製造方法は、基板上にＣｕ薄膜を形成する工程
とその上に加速したイオンを基板に照射しながら蒸着し
てＩｎ薄膜を形成する工程と、カルコゲン蒸気中あるい
はカルコゲンを含むガス雰囲気中で熱処理する工程とか
ら構成される。
ト薄膜の製造方法は、基板上にＣｕ薄膜を形成する工程
とその上に加速したイオンを基板に照射しながら蒸着し
てＩｎ薄膜を形成する工程と、カルコゲン蒸気中あるい
はカルコゲンを含むガス雰囲気中で熱処理する工程とか
ら構成される。
【０００５】
【作用】Ｉｎ薄膜形成時に適当に加速されたイオンを照
射する本発明の製造方法によれば、従来技術における課
題であったＩｎ薄膜表面の凹凸が改善され、微視的にみ
ても平坦な薄膜が形成できるようになり、その結果とし
てカルコパイライト薄膜の微視的な組成のばらつきがな
くなり、太陽電池などのデバイスの作製に適した均質な
薄膜が作製できる。
射する本発明の製造方法によれば、従来技術における課
題であったＩｎ薄膜表面の凹凸が改善され、微視的にみ
ても平坦な薄膜が形成できるようになり、その結果とし
てカルコパイライト薄膜の微視的な組成のばらつきがな
くなり、太陽電池などのデバイスの作製に適した均質な
薄膜が作製できる。
【０００６】
【実施例】本発明の実施例を以下に示す。図１には本発
明のカルコパイライト薄膜の製造方法を示している。基
板としてたとえばガラス基板１の上にモリブデン２を約
１〜２μｍの厚さにスパッターあるいは電子ビームによ
って蒸着したものを用いる。まず、Ｃｕ薄膜を通常の真
空蒸着、ＲＦスパッタリングあるいはイオンビームスパ
ッタリングにて、堆積速度を３００Å／ｍｉｎ．程度で
１０００Å形成する。Ｃｕ薄膜は、基板温度を特にあげ
る必要もなく以上のような方法で容易に鏡面状態の薄膜
が得られる。続いてＩｎ薄膜を形成する工程にはいる
が、通常の真空蒸着、ＲＦスパッタリングあるいはイオ
ンビームスパッタリング等の方法では従来技術で述べた
ようにＩｎ薄膜は、表面状態は鏡面でない。ところが、
図１(a)に示したような方法、すなわちＩｎフラックス
とアシストイオンを同時に基板に照射しながらＩｎ薄膜
を形成すると鏡面状態のＩｎ薄膜が得られる。Ｉｎフラ
ックスを供給する方法としてはアシストイオンを効果的
に照射するために真空度が３ｘ１０ー4Torrのより高い真
空度のプロセス、たとえばイオンビームスパッターや通
常の真空蒸着が望ましい。それらの技術について、詳し
くは図４に示している。図４の(a)及び(b)は、それぞれ
図１(a)で示したような方法でＩｎ薄膜を形成したとき
のアルゴンイオン（アシストイオン）の加速電圧に対す
る拡散反射率（幾何光学条件を満たすものを除いてい
る）とＩｎ薄膜の堆積速度である。図４(a)によれば、
アルゴンイオンを１００Ｖ以上に加速して基板に照射す
るとＩｎ薄膜の拡散反射率が５％あるいはそれ以下にな
り表面が鏡面状態になっていることを示している。一
方、Ｉｎ薄膜の堆積速度は、アルゴンイオンの加速電圧
を増すにしたがって最初は徐々に低下するが３００Ｖを
過ぎたところからＩｎ薄膜の堆積速度が急激に低下す
る。Ｉｎ薄膜の生産性を考慮するとアルゴンイオンを１
００〜３００Ｖの範囲に加速したものをアシストイオン
として照射することが望ましい。以上のような方法及び
条件でＩｎ薄膜２２００〜３０００Åを形成すると図１
(b)に示したように平坦なＩｎ薄膜が得られる。さら
に、以上のようにして形成したＣｕとＩｎの積層膜をＨ
2Ｓｅガス中４００℃で１時間程度熱処理するとＣｕＩ
ｎＳｅ2薄膜が、同様にＨ2Ｓガス中４００℃で１時間程
度熱処理するとＣｕＩｎＳ2薄膜が形成できる。また、
前記本発明の方法で作製したＣｕとＩｎの積層膜上にＳ
ｅあるいはＴｅを約１μｍ程度真空蒸着にて形成し、窒
素雰囲気の密閉した容器の中で４００℃で１時間程度熱
処理するとＣｕＩｎＳｅ2薄膜あるいは、ＣｕＩｎＴｅ2
薄膜が形成できる。
明のカルコパイライト薄膜の製造方法を示している。基
板としてたとえばガラス基板１の上にモリブデン２を約
１〜２μｍの厚さにスパッターあるいは電子ビームによ
って蒸着したものを用いる。まず、Ｃｕ薄膜を通常の真
空蒸着、ＲＦスパッタリングあるいはイオンビームスパ
ッタリングにて、堆積速度を３００Å／ｍｉｎ．程度で
１０００Å形成する。Ｃｕ薄膜は、基板温度を特にあげ
る必要もなく以上のような方法で容易に鏡面状態の薄膜
が得られる。続いてＩｎ薄膜を形成する工程にはいる
が、通常の真空蒸着、ＲＦスパッタリングあるいはイオ
ンビームスパッタリング等の方法では従来技術で述べた
ようにＩｎ薄膜は、表面状態は鏡面でない。ところが、
図１(a)に示したような方法、すなわちＩｎフラックス
とアシストイオンを同時に基板に照射しながらＩｎ薄膜
を形成すると鏡面状態のＩｎ薄膜が得られる。Ｉｎフラ
ックスを供給する方法としてはアシストイオンを効果的
に照射するために真空度が３ｘ１０ー4Torrのより高い真
空度のプロセス、たとえばイオンビームスパッターや通
常の真空蒸着が望ましい。それらの技術について、詳し
くは図４に示している。図４の(a)及び(b)は、それぞれ
図１(a)で示したような方法でＩｎ薄膜を形成したとき
のアルゴンイオン（アシストイオン）の加速電圧に対す
る拡散反射率（幾何光学条件を満たすものを除いてい
る）とＩｎ薄膜の堆積速度である。図４(a)によれば、
アルゴンイオンを１００Ｖ以上に加速して基板に照射す
るとＩｎ薄膜の拡散反射率が５％あるいはそれ以下にな
り表面が鏡面状態になっていることを示している。一
方、Ｉｎ薄膜の堆積速度は、アルゴンイオンの加速電圧
を増すにしたがって最初は徐々に低下するが３００Ｖを
過ぎたところからＩｎ薄膜の堆積速度が急激に低下す
る。Ｉｎ薄膜の生産性を考慮するとアルゴンイオンを１
００〜３００Ｖの範囲に加速したものをアシストイオン
として照射することが望ましい。以上のような方法及び
条件でＩｎ薄膜２２００〜３０００Åを形成すると図１
(b)に示したように平坦なＩｎ薄膜が得られる。さら
に、以上のようにして形成したＣｕとＩｎの積層膜をＨ
2Ｓｅガス中４００℃で１時間程度熱処理するとＣｕＩ
ｎＳｅ2薄膜が、同様にＨ2Ｓガス中４００℃で１時間程
度熱処理するとＣｕＩｎＳ2薄膜が形成できる。また、
前記本発明の方法で作製したＣｕとＩｎの積層膜上にＳ
ｅあるいはＴｅを約１μｍ程度真空蒸着にて形成し、窒
素雰囲気の密閉した容器の中で４００℃で１時間程度熱
処理するとＣｕＩｎＳｅ2薄膜あるいは、ＣｕＩｎＴｅ2
薄膜が形成できる。
【０００７】以上に述べたような方法で作製したカルコ
パイライト薄膜は、すべて微視的にみても組成が均質な
薄膜であることが電子線マイクロアナライザーの面内分
析で明らかになった。
パイライト薄膜は、すべて微視的にみても組成が均質な
薄膜であることが電子線マイクロアナライザーの面内分
析で明らかになった。
【０００８】
【発明の効果】本発明によってより微視的にみても均質
なカルコパイライト薄膜を製造することができ、その結
果として太陽電池等のデバイスの高性能化をはかること
ができる。
なカルコパイライト薄膜を製造することができ、その結
果として太陽電池等のデバイスの高性能化をはかること
ができる。
【図１】本発明のカルコパイライト薄膜の製造方法を示
した図
した図
【図２】従来のカルコパイライト薄膜の製造方法を示し
た図
た図
【図３】従来のカルコパイライト薄膜の製造方法を示し
た図
た図
【図４】本発明のカルコパイライト薄膜の製造方法に用
いるＩｎの蒸着条件とその拡散反射率及び堆積速度を示
した図
いるＩｎの蒸着条件とその拡散反射率及び堆積速度を示
した図
【符号の説明】 １ 基板 ２ 下部電極 ３ Ｃｕ薄膜 ４ Ｉｎ薄膜 ５ カルコゲン薄膜 ６ カルコパイライト薄膜
フロントページの続き (72)発明者 平尾 孝 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−275331（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−262504（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−29361（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/203,21/363 C30B 29/46
Claims (4)
- 【請求項１】基板上にＣｕ薄膜を形成する工程とその上
に加速したイオンを基板に照射しながら蒸着してＩｎ薄
膜を形成する工程とカルコゲン蒸気中あるいはカルコゲ
ンを含むガス雰囲気中で熱処理する工程とからなること
を特徴とするカルコパイライト薄膜の製造方法。 - 【請求項２】基板上にＣｕ薄膜を形成する工程とその上
に加速したイオンを基板に照射しながら蒸着してＩｎ薄
膜を形成する工程とさらにその上にカルコゲン薄膜を形
成する工程と前記工程を経た基板を熱処理する工程とか
らなることを特徴とするカルコパイライト薄膜の製造方
法。 - 【請求項３】加速したイオンがアルゴンイオンであり、
Ｉｎ薄膜を蒸着する工程が熱加熱真空蒸着法あるいはイ
オンビームスパッター法であることを特徴とする請求項
１または２記載のカルコパイライト薄膜の製造方法。 - 【請求項４】加速したイオンがアルゴンイオンであり、
１００〜３００Ｖに加速されていることを特徴とする請
求項１〜３のいずれかに記載のカルコパイライト薄膜の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04142393A JP3136764B2 (ja) | 1992-06-03 | 1992-06-03 | カルコパイライト薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04142393A JP3136764B2 (ja) | 1992-06-03 | 1992-06-03 | カルコパイライト薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05335350A JPH05335350A (ja) | 1993-12-17 |
| JP3136764B2 true JP3136764B2 (ja) | 2001-02-19 |
Family
ID=15314318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04142393A Expired - Fee Related JP3136764B2 (ja) | 1992-06-03 | 1992-06-03 | カルコパイライト薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3136764B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101527176B (zh) * | 2009-04-10 | 2012-01-11 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 一种pn型核电池及其制备方法 |
-
1992
- 1992-06-03 JP JP04142393A patent/JP3136764B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101527176B (zh) * | 2009-04-10 | 2012-01-11 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 一种pn型核电池及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05335350A (ja) | 1993-12-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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