JPH1167677A - Stannous oxysulfide film and manufacture thereof - Google Patents

Stannous oxysulfide film and manufacture thereof

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JPH1167677A
JPH1167677A JP9220459A JP22045997A JPH1167677A JP H1167677 A JPH1167677 A JP H1167677A JP 9220459 A JP9220459 A JP 9220459A JP 22045997 A JP22045997 A JP 22045997A JP H1167677 A JPH1167677 A JP H1167677A
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JP
Japan
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tin
substrate
oxysulfide
solution
film
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Application number
JP9220459A
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Japanese (ja)
Inventor
Tsuyoshi Kosugi
津代志 小杉
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Star Micronics Co Ltd
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Star Micronics Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH1167677A publication Critical patent/JPH1167677A/en
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To permit an efficient and readily manufacture of a semiconductor material without containing elements having toxicity, which can be comparatively readily supplied and has no limitation in supply amount, by supplying a solution containing tin dichloride and thiounea of a specific concentration to a substrate which has been heated to a temperature within a specific range. SOLUTION: A solution containing tin dichloride of 0.001-0.12 M and thiourea at a molar ratio of 0.1-10 times the tin dichloride is supplied to a substrate 4 which has been heated to 175-425 deg.C. An atomizer 3, which has a structure of two-fluid-type spray gun, atomizes the solution provided from a solution supply portion 1 by means of a compressed air from a carrier gas supply portion 2 so as to spray the atomized solution 15 to the substrate 4 which has been heated to a predetermined temperature by a heater 5, thereby forming a stannous sulfide film 16. On the other hand, a sheath-type thermocouple is arranged at a side surface of the substrate 4 to control the heater 5 by a PID controller so that the temperature at the central portion of the surface of the substrate 4 is settled in a predetermined range of value.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、オキシ硫化錫膜及
びその製造方法に関するものであり、さらに詳細には、
太陽電池等に有用なオキシ硫化錫結晶のみからなる薄膜
あるいはオキシ硫化錫結晶を主成分とする薄膜並びにそ
れをいわゆるスプレー熱分解法によって製造する方法に
関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a tin oxysulfide film and a method for producing the same.
The present invention relates to a thin film composed of only a tin oxysulfide crystal or a thin film mainly composed of a tin oxysulfide crystal useful for a solar cell or the like, and a method for producing the thin film by a so-called spray pyrolysis method.

【0002】[0002]

【従来の技術】太陽電池の光吸収層等に用いられる半導
体材料としては、これまで主にシリコンが使用されてお
り、他には砒素化ガリウム、テルル化カドミウム、セレ
ン化銅インジウム等が使用されてきた。
2. Description of the Related Art As a semiconductor material used for a light absorbing layer of a solar cell, silicon has been mainly used so far, and gallium arsenide, cadmium telluride, copper indium selenide and the like are also used. Have been.

【0003】しかしながら、シリコンは間接遷移型であ
るため光吸収係数が小さく、太陽光を効率よく電気に変
換するためには100μm程度の厚さを必要とする。そ
のため、シリコンを用いて太陽電池を得る場合は比較的
多量の材料が必要となり、加えて高純度のシリコンは供
給量に限界があるという問題があった。
However, silicon has a small light absorption coefficient because it is an indirect transition type, and requires a thickness of about 100 μm to efficiently convert sunlight into electricity. Therefore, when a solar cell is obtained using silicon, a relatively large amount of material is required, and in addition, the supply amount of high-purity silicon is limited.

【0004】一方、アモルファスシリコンを用いること
によって薄膜化しても太陽光を効率よく電気に変換でき
る技術が開発されつつあるが、この場合においてもアモ
ルファスシリコンの供給量に限界があるという問題があ
った。
On the other hand, a technology has been developed which can efficiently convert sunlight into electricity even when the thickness is reduced by using amorphous silicon. However, even in this case, there is a problem that the supply amount of amorphous silicon is limited. .

【0005】また、シリコン以外の従来の半導体材料に
あっては、砒素、カドミウム、セレンといった毒性を有
する元素を含んでおり、いずれも材料の毒性という点で
充分な物ではなかった。
Further, conventional semiconductor materials other than silicon contain toxic elements such as arsenic, cadmium, and selenium, and none of them are sufficient in terms of material toxicity.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の有する課題に鑑みてなされたものであり、供給が比
較的容易で供給量に限界がなく、しかも毒性を有する元
素を含まない半導体材料、並びにそれを効率よくかつ簡
便に製造することが可能な方法を提供することを目的と
している。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and is intended to provide a semiconductor which is relatively easy to supply, has no limit on the amount of supply, and contains no toxic elements. It is an object of the present invention to provide a material and a method capable of efficiently and conveniently producing it.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、特定濃度の二塩化
錫及びチオ尿素を含有する溶液を特定の温度範囲内に加
熱した基板上に供給することによって新規なオキシ硫化
錫結晶を含有する膜が得られ、かかるオキシ硫化錫膜に
よって上記目的が達成されることを見出し、本発明を完
成するに至った。
Means for Solving the Problems The present inventors have made intensive studies to achieve the above object, and as a result, heated a solution containing a specific concentration of tin dichloride and thiourea to a specific temperature range. By supplying it on a substrate, a film containing a novel tin oxysulfide crystal was obtained, and it was found that the above object was achieved by such a tin oxysulfide film, and the present invention was completed.

【0008】すなわち、本発明は、下記一般式: Sn2xy (1) (上式中、x及びyはそれぞれ、x=0.5〜1.5、
y=0.5〜1.5及びx+y=1〜3の条件を満たす
数である)で表されるオキシ硫化錫結晶を含むことを特
徴とするオキシ硫化錫膜にある。
That is, the present invention provides the following general formula: Sn 2 O x S y (1) (where x and y are respectively x = 0.5 to 1.5,
y = 0.5 to 1.5 and x + y = 1 to 3) are included in the tin oxysulfide film.

【0009】また、本発明は、175〜425℃に加熱
した基板上に、0.001〜0.12Mの二塩化錫及び
該二塩化錫に対して0.1〜10倍モル比のチオ尿素を
含む溶液を供給することによって、該基板上に下記一般
式: Sn2xy (1) (上式中、x及びyはそれぞれ、x=0.5〜1.5、
y=0.5〜1.5及びx+y=1〜3の条件を満たす
数である)で表されるオキシ硫化錫結晶を含む膜を形成
することを特徴とする、オキシ硫化錫膜の製造方法にあ
る。
The present invention also relates to a method for preparing a substrate heated to 175 to 425 ° C., comprising the steps of: adding 0.001 to 0.12 M tin dichloride; By supplying a solution containing the following, on the substrate, the following general formula: Sn 2 O x S y (1) (where x and y are respectively x = 0.5 to 1.5,
a film satisfying the conditions of y = 0.5 to 1.5 and x + y = 1 to 3), and forming a film containing a tin oxysulfide crystal represented by the following formula: It is in.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail.

【0011】先ず、本発明のオキシ硫化錫膜について説
明する。本発明のオキシ硫化錫膜は、後述する本発明の
製造方法によって初めて得られたものであり、下記一般
式: Sn2xy (1) で表されるオキシ硫化錫結晶を含むものである。かかる
オキシ硫化錫結晶は錫原子、酸素原子及び硫黄原子から
構成されており、より詳細には、図1に示すように面心
立方構造を形成している錫原子(図中、○で示す)の隙
間位置(図中、×で示す)に酸素原子及び硫黄原子が侵
入して形成されている立方晶系の結晶である。錫原子、
酸素原子及び硫黄原子はいずれも供給が比較的容易であ
ることからオキシ硫化錫結晶は供給量に限界がない。し
かも、錫原子、酸素原子及び硫黄原子はいずれも毒性が
なく、オキシ硫化錫結晶は毒性に関する問題もない。
First, the tin oxysulfide film of the present invention will be described. The tin oxysulfide film of the present invention is obtained for the first time by the production method of the present invention described later, and contains a tin oxysulfide crystal represented by the following general formula: Sn 2 O x S y (1). Such a tin oxysulfide crystal is composed of a tin atom, an oxygen atom and a sulfur atom, and more specifically, a tin atom forming a face-centered cubic structure as shown in FIG. Are cubic crystals formed by oxygen and sulfur atoms penetrating into gap positions (indicated by x in the figure). Tin atom,
Since the supply of oxygen and sulfur atoms is relatively easy, the supply amount of tin oxysulfide crystals is not limited. Moreover, tin atom, oxygen atom and sulfur atom are all non-toxic, and tin oxysulfide crystals have no toxicity problem.

【0012】そして、本発明にかかるオキシ硫化錫結晶
においては、錫原子が2原子に対して酸素原子及び硫黄
原子がそれぞれ0.5〜1.5原子(x)及び0.5〜
1.5原子(y)であり、好ましくはそれぞれ0.9〜
1.1原子(x)及び0.9〜1.1原子(y)であ
る。酸素原子の比率が上記上限より高いとSnO2が混
入する傾向となり、他方、硫黄原子の比率が上記上限よ
り高いとSnSが混入する傾向となる。
In the tin oxysulfide crystal according to the present invention, oxygen atoms and sulfur atoms are 0.5 to 1.5 atoms (x) and 0.5 to 1.5 atoms (x) with respect to two tin atoms, respectively.
1.5 atoms (y), preferably from 0.9 to
1.1 atoms (x) and 0.9 to 1.1 atoms (y). If the ratio of oxygen atoms is higher than the upper limit, SnO 2 tends to be mixed, while if the ratio of sulfur atoms is higher than the upper limit, SnS tends to be mixed.

【0013】また、酸素原子と硫黄原子との合計原子数
(x+y)は理想的には錫原子2原子に対して2原子で
あるが、格子欠陥が存在してもよく、上記合計原子数
(x+y)は錫原子2原子に対して1〜3原子であり、
好ましくは1.8〜2.2原子である。上記合計原子数
が上記上限より高くてもあるいは上記下限より低くても
結晶性が低下する傾向を示す。
The total number of oxygen atoms and sulfur atoms (x + y) is ideally two for two tin atoms, but lattice defects may be present, and the total number of atoms (x + y) x + y) is 1 to 3 atoms per 2 tin atoms;
Preferably it is 1.8 to 2.2 atoms. If the total number of atoms is higher than the upper limit or lower than the lower limit, the crystallinity tends to decrease.

【0014】そして、図1に示す一個の面心立方格子は
約5.8オングストロームの格子定数を有しており、同
図に示すようにオキシ硫化錫結晶はかかる面心立方格子
8個により構成されている。すなわち、かかるオキシ硫
化錫結晶は約11.6オングストロームの格子定数を有
する立方晶系の結晶である。
One face-centered cubic lattice shown in FIG. 1 has a lattice constant of about 5.8 angstroms. As shown in FIG. 1, a tin oxysulfide crystal is composed of eight such face-centered cubic lattices. Have been. That is, the tin oxysulfide crystal is a cubic crystal having a lattice constant of about 11.6 angstroms.

【0015】本発明のオキシ硫化錫膜は、上記のオキシ
硫化錫結晶を含むものであり、オキシ硫化錫結晶のみか
らなる膜{オキシ硫化錫結晶以外の錫化合物(酸化錫、
塩化錫、硫化第一錫、硫化第二錫等)を実質的に含有し
ない純粋なオキシ硫化錫膜}のみならずオキシ硫化錫結
晶を主成分とする膜をも包含する。なお、オキシ硫化錫
結晶を主成分とする膜としては、膜中のオキシ硫化錫の
モル数がオキシ硫化錫以外の錫化合物の合計モル数以上
であることが好ましく、オキシ硫化錫の含有率が約75
モル%以上であることが特に好ましい。また、オキシ硫
化錫膜に含有され得るオキシ硫化錫以外の錫化合物とし
ては、酸化錫、塩化錫、硫化第一錫、硫化第二錫等が挙
げられる。
The tin oxysulfide film of the present invention contains the above-mentioned tin oxysulfide crystal, and is composed of a film composed of only the tin oxysulfide crystal and a tin compound other than the tin oxysulfide crystal (tin oxide, tin oxide, etc.).
In addition to a pure tin oxysulfide film substantially free of tin chloride, stannous sulfide, and stannic sulfide, etc., a film mainly containing tin oxysulfide crystals is also included. Note that, as the film containing tin oxysulfide crystals as a main component, the number of moles of tin oxysulfide in the film is preferably equal to or more than the total number of moles of tin compounds other than tin oxysulfide, and the content of tin oxysulfide is preferably About 75
It is particularly preferred that it is at least mol%. Examples of tin compounds other than tin oxysulfide that can be contained in the tin oxysulfide film include tin oxide, tin chloride, stannous sulfide, and stannic sulfide.

【0016】上記本発明のオキシ硫化錫膜の膜厚は特に
制限されず、例えば0.1〜10μmの厚みを有する薄
膜であってもよい。
The thickness of the tin oxysulfide film of the present invention is not particularly limited, and may be, for example, a thin film having a thickness of 0.1 to 10 μm.

【0017】次に、本発明のオキシ硫化錫膜の製造方法
について説明する。本発明のオキシ硫化錫膜の製造方法
においては、先ず、二塩化錫及びチオ尿素を含む溶液を
調製する。本発明にかかる二塩化錫は化学式: SnCl2 で表わされる塩化錫(II)であり、二水和物の結晶とし
て通常存在するものである。また、本発明にかかるチオ
尿素は化学式: NH2C(=S)NH2 で表わされる化合物である。
Next, a method for producing the tin oxysulfide film of the present invention will be described. In the method for producing a tin oxysulfide film of the present invention, first, a solution containing tin dichloride and thiourea is prepared. The tin dichloride according to the present invention is tin (II) chloride represented by the chemical formula: SnCl 2, which usually exists as a dihydrate crystal. The thiourea according to the present invention is a compound represented by the chemical formula: NH 2 C (= S) NH 2 .

【0018】かかる二塩化錫をチオ尿素と組み合わせて
使用しかつ二塩化錫濃度を後述するように比較的低濃度
に調節して所定温度に加熱された基板上に供給すると、
チオ尿素が硫化水素に熱分解して硫黄イオンが錫イオン
と結合し、それと同時に大気中の酸素イオンが錫イオン
と反応して酸化が起こり、結果としてオキシ硫化錫結晶
が効率よく得られる。
When such tin dichloride is used in combination with thiourea, and the tin dichloride concentration is adjusted to a relatively low concentration as described later and supplied onto a substrate heated to a predetermined temperature,
Thiourea is thermally decomposed into hydrogen sulfide, and sulfur ions are combined with tin ions. At the same time, oxygen ions in the atmosphere react with tin ions to cause oxidation, and as a result, tin oxysulfide crystals are efficiently obtained.

【0019】本発明において使用する溶媒は、二塩化錫
及びチオ尿素を溶解させることが可能でありかつ熱分解
せしめた後に基板上に残留物が残らないものであればよ
く、水が好ましいものとして挙げられる。
The solvent used in the present invention may be any solvent capable of dissolving tin dichloride and thiourea and leaving no residue on the substrate after being thermally decomposed. Water is preferably used. No.

【0020】本発明にかかる溶液中の二塩化錫の濃度
は、0.001〜0.12Mの範囲内にある必要があ
る。二塩化錫の濃度が0.001M未満では所望厚さの
オキシ硫化錫膜を得るために必要な噴霧回数が多くなり
過ぎて実用的でなくなり、他方、二塩化錫の濃度が0.
12Mを超えると基板上で適度な酸化が起こらないため
オキシ硫化錫結晶が得られない。更に、かかる二塩化錫
の濃度は、0.005〜0.1Mであることが好まし
く、0.01M以上0.08M未満であることが特に好
ましい。二塩化錫の濃度が上記下限未満では所望厚さの
オキシ硫化錫膜を得るために必要な噴霧回数が多くなり
過ぎて実用的でなくなる傾向にあり、他方、上記上限を
超えるとオキシ塩化錫結晶を特に効率よく得ることが可
能な温度範囲が狭くなる傾向にある。
[0020] The concentration of tin dichloride in the solution according to the present invention must be in the range of 0.001 to 0.12M. If the concentration of tin dichloride is less than 0.001M, the number of sprays required to obtain a tin oxysulfide film having a desired thickness becomes too large to be practical.
If it exceeds 12 M, appropriate oxidation does not occur on the substrate, so that tin oxysulfide crystals cannot be obtained. Further, the concentration of such tin dichloride is preferably from 0.005 to 0.1M, and particularly preferably from 0.01M to less than 0.08M. If the concentration of tin dichloride is less than the above lower limit, the number of sprays required to obtain a tin oxysulfide film having a desired thickness tends to be too large to be practical, while if it exceeds the above upper limit, the tin oxychloride crystal The temperature range in which can be obtained particularly efficiently tends to be narrow.

【0021】本発明にかかる溶液中のチオ尿素の濃度
は、溶液中の二塩化錫に対して0.1〜10倍モル比の
範囲内にある必要があり、0.5〜2倍モル比の範囲内
にあることが好ましく、1〜2倍モル比の範囲内にある
ことが特に好ましい。二塩化錫に対するチオ尿素のモル
比が0.1未満であるとSnO2が主成分となり、他
方、上記モル比が10を超えると結晶性が低下する。ま
た、かかるチオ尿素の濃度は、0.001〜0.12M
であることが好ましく、0.005〜0.1Mであるこ
とが特に好ましい。チオ尿素の濃度が上記下限未満では
SnO2が混入する傾向にあり、他方、上記上限を超え
ると結晶性が低下する傾向にある。
The concentration of thiourea in the solution according to the present invention must be in the range of 0.1 to 10 times the molar ratio of tin dichloride in the solution, and is 0.5 to 2 times the molar ratio of tin dichloride in the solution. Is particularly preferable, and it is particularly preferable that the molar ratio is in the range of 1 to 2 times. If the molar ratio of thiourea to tin dichloride is less than 0.1, SnO 2 will be the main component, while if the molar ratio exceeds 10, crystallinity will decrease. The concentration of such thiourea is 0.001 to 0.12M.
Is preferable, and particularly preferably 0.005 to 0.1M. If the concentration of thiourea is lower than the lower limit, SnO 2 tends to be mixed, and if the concentration exceeds the upper limit, crystallinity tends to decrease.

【0022】また、本発明にかかる上記溶液には、0.
01〜10重量%の酸が更に含有されていることが好ま
しい。かかる酸の添加によって二塩化錫の加水分解によ
る沈殿物(オキシ塩化錫)の生成が充分に防止される傾
向にある。このような酸としては塩酸のような鉱酸、酢
酸のような有機酸が挙げられるが、硫酸を使用するとオ
キシ硫化錫以外の錫化合物が主として生成する傾向にあ
るため好ましくない。
Further, the solution according to the present invention contains 0.1.
It is preferable that an acid of 01 to 10% by weight is further contained. The addition of such an acid tends to sufficiently prevent the formation of a precipitate (tin oxychloride) due to the hydrolysis of tin dichloride. Examples of such acids include mineral acids such as hydrochloric acid and organic acids such as acetic acid. However, the use of sulfuric acid is not preferred because tin compounds other than tin oxysulfide tend to be mainly produced.

【0023】次に、本発明のオキシ硫化錫膜の製造方法
においては、上記二塩化錫及びチオ尿素を含有する溶液
を175〜425℃、好ましくは225〜425℃、に
加熱した基板上に供給する。基板の温度が425℃を超
えると基板上において錫が酸化されて酸化錫(Sn
2)となってしまい、他方、基板の温度が175℃未
満では基板上においてチオ尿素が熱分解しないためオキ
シ硫化錫が生成されない。
Next, in the method for producing a tin oxysulfide film of the present invention, the solution containing tin dichloride and thiourea is supplied onto a substrate heated to 175 to 425 ° C., preferably 225 to 425 ° C. I do. When the temperature of the substrate exceeds 425 ° C., tin is oxidized on the substrate and tin oxide (Sn
O 2) and will become in the other, oxysulfide tin is not generated because the thiourea is not thermally decomposed on the substrate at a temperature of the substrate is less than 175 ° C..

【0024】なお、溶液中における二塩化錫の濃度が比
較的高い場合(0.03〜0.12Mの範囲)、前記二
塩化錫の濃度及び前記加熱した基板の温度が、下記式: T>2500C+100 (2) (上式中、Cは前記溶液中の二塩化錫の濃度[M]を示
し、Tは前記加熱した基板の温度[℃]を示す)の関係
を満たしていることが好ましい。二塩化錫の濃度が比較
的高い場合、その向上に伴ってオキシ硫化錫結晶が効率
的に生成される温度の下限が上がる傾向にあるため、上
記式(2)の条件を満たさない比較的低温領域にあって
はオキシ硫化錫結晶が効率的に得られない傾向にある。
When the concentration of tin dichloride in the solution is relatively high (in the range of 0.03 to 0.12 M), the concentration of tin dichloride and the temperature of the heated substrate are expressed by the following formula: T> 2500C + 100 (2) (wherein C represents the concentration [M] of tin dichloride in the solution, and T represents the temperature [° C.] of the heated substrate). When the concentration of tin dichloride is relatively high, the lower limit of the temperature at which the tin oxysulfide crystals are efficiently generated tends to increase with the increase, so that the relatively low temperature that does not satisfy the condition of the above formula (2) is obtained. In the region, tin oxysulfide crystals tend not to be efficiently obtained.

【0025】また、本発明の方法において上記溶液を供
給した際に、上記温度範囲内に加熱された基板の温度が
10℃以上一時的に下降しないようにすることが好まし
い。従って、上記溶液を複数回に分けて基板上への噴霧
を間欠的に繰り返すことが好ましく、一回あたりの噴霧
量は0.01〜1.0cm3/10cm2が好ましい。ま
た、基板上に供給される上記溶液の全量は、所望のオキ
シ硫化錫膜の膜厚に応じて適宜選択される。
In the method of the present invention, when the solution is supplied, it is preferable that the temperature of the substrate heated within the above-mentioned temperature range is not temporarily lowered by 10 ° C. or more. Therefore, it is preferable to repeat intermittently spraying onto the substrate a plurality of times the solution, spraying amount per one time is preferably 0.01~1.0cm 3 / 10cm 2. Further, the total amount of the solution supplied onto the substrate is appropriately selected according to a desired thickness of the tin oxysulfide film.

【0026】なお、上記の基板の温度とは、溶液の供給
を開始する瞬間における基板表面中央部(オキシ硫化錫
膜が形成されるべき部分)の温度を意味し、溶液の供給
によって一時的に下降した温度を示すものではない。
The above-mentioned temperature of the substrate means the temperature of the central portion of the substrate surface (the portion where the tin oxysulfide film is to be formed) at the moment when the supply of the solution is started. It does not indicate a falling temperature.

【0027】また、本発明の方法においては、二塩化錫
の加水分解によって溶液中に生成した沈殿物(オキシ塩
化錫)を、溶液を加熱した基板上に供給する直前に濾過
して完全に除去することが好ましい。このようにするこ
とによって、膜の均一性が向上する傾向にある。
In the method of the present invention, the precipitate (tin oxychloride) formed in the solution by the hydrolysis of tin dichloride is completely removed by filtration immediately before the solution is supplied onto the heated substrate. Is preferred. By doing so, the uniformity of the film tends to be improved.

【0028】更に、上記溶液を加熱した基板上に供給す
る際の雰囲気は酸素を含有する雰囲気であればよく、空
気や、窒素ガス、希ガス等の不活性ガスと酸素ガスとの
混合ガス雰囲気であってもよい。
Further, the atmosphere for supplying the above-mentioned solution onto the heated substrate may be an atmosphere containing oxygen, such as air, a mixed gas atmosphere of an inert gas such as a nitrogen gas or a rare gas and an oxygen gas. It may be.

【0029】上記本発明の方法によれば、種々の基板上
にオキシ硫化錫膜を形成することが可能となる。従っ
て、本発明に使用可能な基板は、上記温度領域への加熱
に耐えられる基板であれば特に制限されず、例えばガラ
ス基板、硫化カドミウム基板、インジウム錫酸化物基
板、酸化錫基板、酸化亜鉛基板、硫化亜鉛基板が挙げら
れる。
According to the method of the present invention, a tin oxysulfide film can be formed on various substrates. Therefore, the substrate that can be used in the present invention is not particularly limited as long as it can withstand heating to the above-mentioned temperature range. For example, a glass substrate, a cadmium sulfide substrate, an indium tin oxide substrate, a tin oxide substrate, a zinc oxide substrate And a zinc sulfide substrate.

【0030】上記本発明の方法によれば、前述の新規な
オキシ硫化錫結晶を含有するオキシ硫化錫膜を効率よく
かつ簡便に製造することが可能となる。
According to the method of the present invention, a tin oxysulfide film containing the above-mentioned novel tin oxysulfide crystal can be efficiently and simply manufactured.

【0031】上記本発明の方法を実施するための装置は
特に制限されず、二流体式スプレーガン等が適宜用いら
れるが、以下に好適なスプレー熱分解装置の一実施形態
を示す。図2に示すように、本実施形態の装置は、溶液
供給部1と、キャリアガス供給部2と、霧化器3と、基
板4と、ヒータ5を内蔵する基板保持部6とを備えてい
る。そして、溶液供給部1は、上記の原料溶液7を貯蔵
する溶液タンク8と、ポンプ9と、流量計10と、配管
11とを備えており、キャリアガス供給部2は、圧縮ガ
ス生成・供給装置12と、流量計13と、配管14とを
備えている。
The apparatus for carrying out the method of the present invention is not particularly limited, and a two-fluid spray gun or the like may be appropriately used. One preferred embodiment of the spray pyrolysis apparatus will be described below. As shown in FIG. 2, the apparatus of the present embodiment includes a solution supply unit 1, a carrier gas supply unit 2, an atomizer 3, a substrate 4, and a substrate holding unit 6 having a built-in heater 5. I have. The solution supply unit 1 includes a solution tank 8 for storing the raw material solution 7, a pump 9, a flow meter 10, and a pipe 11, and the carrier gas supply unit 2 generates and supplies a compressed gas. The apparatus includes a device 12, a flow meter 13, and a pipe 14.

【0032】霧化器3は、二流体式スプレーガンであ
り、キャリアガス供給部2から供給されるガス(例えば
圧縮空気)によって溶液供給部1から供給される溶液を
霧化し、ヒータ5によって所定温度に加熱された基板4
上に霧化された溶液15を噴霧することによってオキシ
硫化錫膜16が形成される。なお、基板4の側面にはシ
ース型熱電対(図示せず)を設置してあり、予め求めて
おいたキャリブレーション曲線に基づいて熱電対の表示
温度から基板4の表面中央部の温度を算出し、その温度
が所定値になるようにPIDコントローラ(図示せず)
によってヒータ5を制御する。また、霧化器3の噴霧口
から基板4までの距離は例えば20〜50cmに設定さ
れ、霧化圧力は例えば0.05〜0.5MPaに設定さ
れる。
The atomizer 3 is a two-fluid spray gun. The atomizer 3 atomizes the solution supplied from the solution supply unit 1 by a gas (for example, compressed air) supplied from the carrier gas supply unit 2. Substrate 4 heated to temperature
The tin oxysulfide film 16 is formed by spraying the solution 15 atomized above. A sheath-type thermocouple (not shown) is provided on the side surface of the substrate 4, and the temperature at the center of the surface of the substrate 4 is calculated from the display temperature of the thermocouple based on a calibration curve obtained in advance. And a PID controller (not shown) so that the temperature becomes a predetermined value.
The heater 5 is controlled by the control. Further, the distance from the spray port of the atomizer 3 to the substrate 4 is set to, for example, 20 to 50 cm, and the atomization pressure is set to, for example, 0.05 to 0.5 MPa.

【0033】[0033]

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明をより具体的
に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるもの
ではない。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on examples, but the present invention is not limited to the following examples.

【0034】実施例1 二塩化錫の濃度が0.04M、チオ尿素の濃度が0.0
4Mとなるように二塩化錫及びチオ尿素を水に溶解させ
て水溶液を得、その水溶液中に0.4重量%の塩酸を添
加して原料溶液を得た。そして、図2に示すスプレー熱
分解装置を用いて下記条件下でガラス基板(無アルカリ
ガラス、コーニング社製、商品名:コーニング#705
9)上に上記原料溶液を噴霧した。
Example 1 The concentration of tin dichloride was 0.04M and the concentration of thiourea was 0.0
An aqueous solution was obtained by dissolving tin dichloride and thiourea in water so as to obtain 4M, and 0.4% by weight of hydrochloric acid was added to the aqueous solution to obtain a raw material solution. Then, using a spray pyrolysis apparatus shown in FIG. 2, a glass substrate (alkali-free glass, manufactured by Corning, trade name: Corning # 705) under the following conditions
9) The above raw material solution was sprayed thereon.

【0035】(製造条件) 基板温度:300℃ 噴霧溶液量:0.25cm3/1回噴霧回数:50回 噴霧間隔:噴霧による基板温度の一時的な低下が回復し
たときに次の噴霧を行なった(約10秒) 噴霧口から基板までの距離:40cm 霧化圧力:0.25MPa キャリアガス:圧縮空気。
(Manufacturing conditions) Substrate temperature: 300 ° C. Spray solution amount: 0.25 cm 3 / spray frequency: 50 times Spray interval: The next spraying is performed when the temporary decrease in substrate temperature due to spraying is recovered. (About 10 seconds) Distance from spray port to substrate: 40 cm Atomization pressure: 0.25 MPa Carrier gas: compressed air.

【0036】その結果、ガラス基板表面の25mm×2
5mmの領域に厚さ約0.5μmの薄膜が形成された。
得られた薄膜のX線回折パターンをX線回折装置(理学
電機社製、商品名:RINT−1100)を用いて測定
したところ、図3に示すような回折パターンが観測され
た。
As a result, 25 mm × 2 mm
A thin film having a thickness of about 0.5 μm was formed in a region of 5 mm.
When the X-ray diffraction pattern of the obtained thin film was measured using an X-ray diffractometer (trade name: RINT-1100, manufactured by Rigaku Corporation), a diffraction pattern as shown in FIG. 3 was observed.

【0037】得られたX線回折パターンを従来から知ら
れている錫化合物のX線回折パターンを照合したとこ
ろ、一致するものは存在しなかった。そこで、得られた
X線回折パターンに基づいて以下の手順で結晶構造を決
定した。
When the obtained X-ray diffraction pattern was compared with a conventionally known X-ray diffraction pattern of a tin compound, there was no coincidence. Therefore, based on the obtained X-ray diffraction pattern, the crystal structure was determined by the following procedure.

【0038】(結晶構造の決定)先ず、X線回折線(回
折ピーク)の回折角度2θn(nは回折線に付けた番
号)を読み取った。得られた結果を表1に示す。そし
て、(sinθn2を計算した。次に、結晶系を立方晶
系(立方体を並べた構造)と仮定し、次式: A×m=(sinθn2 (3) (上式中、Aは定数であり、mは面指数の2乗和であ
る)の関係を満たすAとmの値を見つけた。これらが見
出されれば結晶系は立方晶系であり、そうでなければ他
の結晶系である。本実施例においては上記の関係を満た
すAとmの値が見出されたため、立方晶系であることが
判明した。
(Determination of Crystal Structure) First, the diffraction angle 2θ n (n is the number assigned to the diffraction line) of the X-ray diffraction line (diffraction peak) was read. Table 1 shows the obtained results. Then, (sin θ n ) 2 was calculated. Next, assuming that the crystal system is a cubic system (a structure in which cubes are arranged), the following equation: A × m = (sin θ n ) 2 (3) (where A is a constant and m is a plane index) Are the values of A and m that satisfy the relationship: If these are found, the crystal system is cubic, otherwise it is another crystal system. In this example, since the values of A and m satisfying the above relationship were found, it was found to be cubic.

【0039】次いで、上記のAを用いて次式: a0=2×(A/λ)0.5 (4) (上式中、a0は格子定数(立方体の一辺の長さ)であ
り、λはX線の波長(1.54オングストローム)であ
る)に基づいて格子定数(a0)を求めたところ、1
1.6オングストロームであった。
Next, using the above A, the following equation: a 0 = 2 × (A / λ) 0.5 (4) (where a 0 is a lattice constant (length of one side of a cube), and λ Is the X-ray wavelength (1.54 Å), and the lattice constant (a 0 ) is obtained.
1.6 Å.

【0040】次に、n番の回折線の面指数(hkl)と
n番の回折線に対応するmの値には次式: m=h2+k2+l2 (5) の関係があることから、これに基づいてh、k、lの値
を決定した。得られた結果を表1に示す。なお、例えば
m=16の場合には(hkl)=(400)と一意的に
定まったが、m=17の場合には(hkl)=(41
0)と(322)があり、いずれか一方には定まらなか
った。
Next, the surface index (hkl) of the n-th diffraction line and the value of m corresponding to the n-th diffraction line have the following relationship: m = h 2 + k 2 + l 2 (5) , The values of h, k, and l were determined based on this. Table 1 shows the obtained results. For example, when m = 16, (hkl) = (400) is uniquely determined, but when m = 17, (hkl) = (41)
0) and (322), and one of them was not determined.

【0041】また、どのmの値の回折線が存在している
かによって空間格子が定まり、本実施例においてはm=
6、9、17、・・・が存在していることから単純立方
格子であることが判明した。
Further, the spatial grating is determined by which value of the diffraction line m exists, and in this embodiment, m =
.. Were present, it was found that they were simple cubic lattices.

【0042】[0042]

【表1】 [Table 1]

【0043】以上は回折線の角度に基づいて導かれた結
果であり、次に回折線の強度に基づいて解析を行なっ
た。
The above is the result derived based on the angle of the diffraction line. Next, the analysis was performed based on the intensity of the diffraction line.

【0044】表1に示したデータから明らかなように、
強い回折を示す面は(222)、(400)、(44
0)、(622)であった。これらの面は、(11
1)、(200)、(220)、(311)の2倍の面
指数となっており、(111)、(200)、(22
0)、(311)は面心立方格子において回折が起こる
面であることから、強くX線を回折する原子、すなわち
原子番号が大きいSn原子がa0/2=5.8オングス
トロームの周期で面心立方構造を形成していることが判
明した。
As is clear from the data shown in Table 1,
The planes showing strong diffraction are (222), (400), (44)
0) and (622). These aspects are (11)
1), (200), (220), and (311) are twice as large as the surface indices, and (111), (200), (22)
0) and (311) are planes where diffraction occurs in the face-centered cubic lattice. Therefore, atoms that strongly diffract X-rays, that is, Sn atoms with a large atomic number, have a plane of a 0 /2=5.8 angstroms. It was found that a heart cubic structure was formed.

【0045】次いで、本実施例で得られた膜の化学組成
をラザフォード後方散乱測定装置(日新ハイボルラージ
(株)製、商品名:AN−2500)を用いてラザフォ
ード後方散乱法により調べたところ、本実施例で得られ
た膜は錫原子、酸素原子及び硫黄原子を主成分として含
み、それらの比が2:1:1に近いことから、Sn2
Sと記述されるオキシ硫化錫であることが判明した。
Next, the chemical composition of the film obtained in this example was examined by a Rutherford backscattering method using a Rutherford backscattering measuring device (trade name: AN-2500, manufactured by Nisshin Hibolrage Co., Ltd.). , the film obtained in this embodiment comprises a tin atom, an oxygen atom and a sulfur atom as a main component, the ratio thereof is 2: 1: close to 1, Sn 2 O
It was found to be tin oxysulfide described as S.

【0046】ところで、単純な面心立方構造である例え
ば図4(a)に示すようなCu結晶では(200)面よ
り(111)面の回折強度が大きい(表1参照)。これ
に対して、面心立方構造の隙間位置に他の原子が侵入し
た例えば図4(b)に示すようなNiO結晶(食塩型)
では(200)面の強度比が大きい(表1参照)。これ
は、図4(b)の×の位置に原子が入ることにより(2
00)面の原子密度が大きくなったためである。
In the case of a Cu crystal having a simple face-centered cubic structure, for example, as shown in FIG. 4A, the diffraction intensity of the (111) plane is larger than that of the (200) plane (see Table 1). On the other hand, for example, a NiO crystal (salt type) as shown in FIG.
Then, the intensity ratio of the (200) plane is large (see Table 1). This is due to the fact that the atom enters the position of x in FIG.
This is because the atomic density of the (00) plane has increased.

【0047】本実施例で得られた結晶においては、(4
00)面の回折強度比がNiO結晶と同様に大きいこと
から(表1参照)、図1に示すように、Sn原子(図
中、○で示す)が形成している面心立方構造の隙間位置
(図中、×で示す)にO原子及びS原子が入っているこ
とが判明した。そしてこのことは、陽性元素であるSn
原子と陰性元素であるO原子及びS原子の和との比が約
1:1であるというRBS(ラザフォード後方散乱分
析)の結果とも合致した。
In the crystal obtained in this example, (4
Since the diffraction intensity ratio of the (00) plane is as large as that of the NiO crystal (see Table 1), as shown in FIG. 1, the gap of the face-centered cubic structure formed by Sn atoms (indicated by ○ in the figure) is formed. It was found that O atoms and S atoms were present at the positions (indicated by x in the figure). And this is because the positive element Sn
The result was consistent with the result of RBS (Rutherford backscattering analysis) that the ratio of the atom to the sum of the O and S atoms as negative elements was about 1: 1.

【0048】すなわち、O原子及びS原子は、図1に示
すように、格子定数(a0)が11.6オングストロー
ムである格子中における32箇所の非等価の隙間位置
(図中、×で示す)に規則的に配置されていることが判
明した。
That is, as shown in FIG. 1, O and S atoms have 32 non-equivalent gap positions in the lattice having a lattice constant (a 0 ) of 11.6 angstroms (indicated by X in the figure). ) Turned out to be regularly arranged.

【0049】このように、本実施例で得られた結晶は、
これまでに報告されている錫化合物(錫硫化物、錫酸化
物等)とは異なるオキシ硫化錫結晶であった。また、こ
の結晶を含む膜のX線回折パターン中に含まれる回折線
は全て上記で特定した結晶構造に起因するものであった
ことから、この膜は既知の硫化錫と酸化錫の混合物では
なく、一つの結晶構造を持った特定の化合物、すなわち
オキシ硫化錫であることが判明した。
As described above, the crystals obtained in this example are:
It was a tin oxysulfide crystal different from the tin compounds (tin sulfide, tin oxide, etc.) reported so far. Further, since all the diffraction lines included in the X-ray diffraction pattern of the film containing this crystal were derived from the crystal structure specified above, this film was not a known mixture of tin sulfide and tin oxide. It turned out to be a specific compound having one crystal structure, namely tin oxysulfide.

【0050】(電気特性の評価)次に、得られた薄膜の
電気特性を以下のようにして測定した。すなわち、分光
光度計(日本分光(株)製、商品名:V570)を用い
て分光透過率測定を行ない、上記薄膜の光吸収係数
(α)を求めた。得られた結果を図5に示す。図5か
ら、約700nmより短波長の領域で吸収係数は104
cm-1以上となり、吸収係数が大きいことが判明した。
(Evaluation of Electric Characteristics) Next, the electric characteristics of the obtained thin film were measured as follows. That is, spectral transmittance was measured using a spectrophotometer (trade name: V570, manufactured by JASCO Corporation) to determine the light absorption coefficient (α) of the thin film. The results obtained are shown in FIG. FIG. 5 shows that the absorption coefficient is 10 4 in the wavelength region shorter than about 700 nm.
cm −1 or more, indicating that the absorption coefficient was large.

【0051】次に、図5により求めた吸収係数(α)と
光子エネルギー(hν)を掛けた値の平方根を光子エネ
ルギー(hν)に対してプロットしたグラフを図6に示
す。図6に示すグラフが途中に屈曲点を有する直線にな
ったことから、上記オキシ硫化錫が間接遷移型であるこ
とが判明した。また、屈曲の起こるエネルギーがE1
1.36eV、E2=1.64eVであり、バンドギャ
ップEg=(E1+E2)/2=1.50eV、フォノン
エネルギーEf=(E2−E1)/2=0.14eVであ
ることが判明した。
Next, FIG. 6 is a graph in which the square root of the value obtained by multiplying the absorption coefficient (α) and the photon energy (hν) obtained in FIG. 5 is plotted against the photon energy (hν). Since the graph shown in FIG. 6 became a straight line having a bending point in the middle, it was found that the tin oxysulfide was an indirect transition type. Also, the energy at which bending occurs is E 1 =
1.36 eV, E 2 = 1.64 eV, band gap E g = (E 1 + E 2 ) /2=1.50 eV, and phonon energy E f = (E 2 −E 1 ) /2=0.14 eV. It turned out to be.

【0052】このように、本発明で得られたオキシ硫化
錫結晶を含むオキシ硫化錫膜は、光吸収係数が大きくか
つバンドギャップが1.50eVであることから、太陽
電池の光吸収膜に非常に適した特性を有することが判明
した。
As described above, the tin oxysulfide film containing the tin oxysulfide crystal obtained by the present invention has a large light absorption coefficient and a band gap of 1.50 eV, so that it is very suitable for a light absorption film of a solar cell. It has been found that it has suitable characteristics.

【0053】比較例1 基板温度を150℃とした以外は実施例1と同様にして
ガラス基板上に薄膜を形成した。得られた薄膜のX線回
折パターンを実施例1と同様にして測定したところ、図
3に示すように、オキシ硫化錫に対応する回折ピークは
観測されず、二塩化錫(SnCl2)及びチオ尿素(N2
4CS)の回折ピークのみが観測された。すなわち、
基板温度が150℃では原料が熱分解せず、オキシ硫化
錫は生成されなかった。
Comparative Example 1 A thin film was formed on a glass substrate in the same manner as in Example 1 except that the substrate temperature was changed to 150 ° C. The X-ray diffraction pattern of the obtained thin film was measured in the same manner as in Example 1. As shown in FIG. 3, no diffraction peak corresponding to tin oxysulfide was observed, and tin dichloride (SnCl 2 ) and thione Urea (N 2
Only the H 4 CS) diffraction peak was observed. That is,
When the substrate temperature was 150 ° C., the raw material did not thermally decompose, and no tin oxysulfide was generated.

【0054】比較例2 基板温度を450℃とした以外は実施例1と同様にして
ガラス基板上に薄膜を形成した。得られた薄膜のX線回
折パターンを実施例1と同様にして測定したところ、図
2に示すように、オキシ硫化錫に対応する回折ピークは
観測されず、酸化錫(SnO2)の回折ピークのみが観
測された。すなわち、基板温度が450℃では酸化が促
進されて酸化錫の結晶相となってしまい、オキシ硫化錫
は生成されなかった。
Comparative Example 2 A thin film was formed on a glass substrate in the same manner as in Example 1 except that the substrate temperature was changed to 450 ° C. When the X-ray diffraction pattern of the obtained thin film was measured in the same manner as in Example 1, as shown in FIG. 2, no diffraction peak corresponding to tin oxysulfide was observed, and the diffraction peak of tin oxide (SnO 2 ) was observed. Only observed. That is, when the substrate temperature was 450 ° C., the oxidation was promoted to form a tin oxide crystal phase, and no tin oxysulfide was generated.

【0055】実施例2〜21、参考例1〜9及び比較例
3〜7 二塩化錫濃度、チオ尿素濃度、塩酸添加量及び基板温度
をそれぞれ表2及び表3に示すようにした以外は実施例
1と同様にしてガラス基板上に薄膜を形成した。
Examples 2 to 21, Reference Examples 1 to 9 and Comparative Examples
3-7 A thin film was formed on a glass substrate in the same manner as in Example 1 except that the concentration of tin dichloride, the concentration of thiourea, the amount of hydrochloric acid added, and the substrate temperature were as shown in Tables 2 and 3, respectively.

【0056】得られた各薄膜のX線回折パターンを実施
例1と同様にして測定したところ、表2及び表3に示す
回折ピークが観測された。なお、オキシ硫化錫に対応す
る回折ピークの有無の評価(*1)は、かかるピークが
観測された場合を「○」、観測されなかった場合を
「−」として示した。また、オキシ硫化錫以外の錫化合
物(酸化錫、塩化錫、硫化第一錫等)に対応する回折ピ
ークの有無の評価(*2)は、かかるピークが観測され
た場合を「○」、観測されなかった場合を「−」として
示した。
When the X-ray diffraction pattern of each of the obtained thin films was measured in the same manner as in Example 1, the diffraction peaks shown in Tables 2 and 3 were observed. The evaluation (* 1) of the presence or absence of a diffraction peak corresponding to tin oxysulfide was indicated by "O" when such a peak was observed, and "-" when it was not observed. The evaluation of the presence or absence of diffraction peaks corresponding to tin compounds other than tin oxysulfide (tin oxide, tin chloride, stannous sulfide, etc.) (* 2) indicates that such a peak was observed as “○”. The case not performed was indicated as "-".

【0057】更に、上記X線回折パターンの評価結果に
基づいて各薄膜の総合評価(*3)を下記の基準に則し
て行なった。得られた結果を表2及び表3に示す。
Further, a comprehensive evaluation (* 3) of each thin film was performed based on the evaluation results of the X-ray diffraction pattern according to the following criteria. Tables 2 and 3 show the obtained results.

【0058】(総合評価の基準) ○:オキシ硫化錫の回折ピークのみが観測された場合 △:オキシ硫化錫の回折ピークがオキシ硫化錫以外の錫
化合物の回折ピークと共に観測された場合 ×:オキシ硫化錫の回折ピークが観測されなかった場
合。
(Criteria for Comprehensive Evaluation) :: When only the diffraction peak of tin oxysulfide was observed Δ: When the diffraction peak of tin oxysulfide was observed together with the diffraction peak of a tin compound other than tin oxysulfide ×: Oxygen When no diffraction peak of tin sulfide was observed.

【0059】[0059]

【表2】 [Table 2]

【0060】[0060]

【表3】 [Table 3]

【0061】実施例1〜21、参考例1〜9及び比較例
1〜7において得られた薄膜の総合評価と二塩化錫濃度
及び基板温度との関係を図7に示す。なお、図7中に示
した一点鎖線は前述の式(2)に対応する直線である。
FIG. 7 shows the relationship between the overall evaluation of the thin films obtained in Examples 1 to 21, Reference Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 7 and the concentration of tin dichloride and the substrate temperature. Note that the dashed line shown in FIG. 7 is a straight line corresponding to the above equation (2).

【0062】図7に示した結果から、基板温度が150
℃ではオキシ硫化錫は生成されず、基板温度が450℃
でもオキシ硫化錫は生成されなかった。一方、基板温度
が200〜400℃の場合はオキシ硫化錫を含有する薄
膜が生成され、中でも基板温度が250〜400℃でか
つ上記式(2)の条件を満たす場合に錫化合物としてオ
キシ硫化錫のみを含有する薄膜が生成された。
From the results shown in FIG.
No tin oxysulfide is generated at ℃, substrate temperature is 450 ℃
However, no tin oxysulfide was produced. On the other hand, when the substrate temperature is 200 to 400 ° C., a thin film containing tin oxysulfide is generated. In particular, when the substrate temperature is 250 to 400 ° C. and the condition of the above formula (2) is satisfied, tin oxysulfide is used as a tin compound. Only a thin film containing only was produced.

【0063】また、実施例4、7、8及び11で得られ
た膜について、実施例1と同様にして化学組成をラザフ
ォード後方散乱法により調べた。結果を表4に示す。表
4に示した結果から明らかなように、これらの実施例で
得られた膜は錫原子、酸素原子及び硫黄原子を主成分と
して含み、それらの比が2:0.37〜1.14:1〜
1.59の範囲にあることが判明した。
The chemical compositions of the films obtained in Examples 4, 7, 8 and 11 were examined by the Rutherford backscattering method in the same manner as in Example 1. Table 4 shows the results. As is clear from the results shown in Table 4, the films obtained in these examples contain tin, oxygen, and sulfur atoms as main components, and the ratio thereof is 2: 0.37 to 1.14: 1 to
It was found to be in the range of 1.59.

【0064】[0064]

【表4】 [Table 4]

【0065】実施例22〜24 二塩化錫濃度、チオ尿素濃度、使用する酸、酸添加量及
び基板温度をそれぞれ表5に示すようにした以外は実施
例1と同様にしてガラス基板上に薄膜を形成した。
Examples 22 to 24 A thin film was formed on a glass substrate in the same manner as in Example 1 except that the concentration of tin dichloride, the concentration of thiourea, the acid used, the amount of acid added and the substrate temperature were as shown in Table 5, respectively. Was formed.

【0066】得られた各薄膜のX線回折パターンを実施
例1と同様にして測定したところ、表5に示す回折ピー
クが観測された。また、上記X線回折パターンの評価結
果に基づいて各薄膜の総合評価を実施例1と同様にして
行なった。得られた結果を表5に示す。
When the X-ray diffraction pattern of each of the obtained thin films was measured in the same manner as in Example 1, the diffraction peaks shown in Table 5 were observed. The overall evaluation of each thin film was performed in the same manner as in Example 1 based on the evaluation result of the X-ray diffraction pattern. Table 5 shows the obtained results.

【0067】[0067]

【表5】 [Table 5]

【0068】表5に示した実施例22〜24の結果から
明らかなように、本発明において使用する酸は塩酸以外
に酢酸であってもよく、また酸を添加しなくても錫化合
物としてオキシ硫化錫のみを含有する薄膜が生成され
た。なお、酸を添加した場合は、酸を添加しなかった場
合に比べて膜の均一性が向上した。
As is evident from the results of Examples 22 to 24 shown in Table 5, the acid used in the present invention may be acetic acid in addition to hydrochloric acid. A thin film containing only tin sulfide was produced. In addition, when the acid was added, the uniformity of the film was improved as compared with the case where the acid was not added.

【0069】実施例25〜28 二塩化錫濃度、チオ尿素濃度、塩酸添加量及び基板温度
をそれぞれ表6に示すようにした以外は実施例1と同様
にしてガラス基板上に薄膜を形成した。
Examples 25 to 28 Thin films were formed on glass substrates in the same manner as in Example 1 except that the concentration of tin dichloride, the concentration of thiourea, the amount of hydrochloric acid added and the substrate temperature were as shown in Table 6, respectively.

【0070】得られた各薄膜のX線回折パターンを実施
例1と同様にして測定したところ、表6に示す回折ピー
クが観測された。また、上記X線回折パターンの評価結
果に基づいて各薄膜の総合評価を実施例1と同様にして
行なった。得られた結果を表6に示す。
When the X-ray diffraction pattern of each of the obtained thin films was measured in the same manner as in Example 1, the diffraction peaks shown in Table 6 were observed. The overall evaluation of each thin film was performed in the same manner as in Example 1 based on the evaluation result of the X-ray diffraction pattern. Table 6 shows the obtained results.

【0071】[0071]

【表6】 [Table 6]

【0072】表6に示した実施例25〜28の結果から
明らかなように、二塩化錫に対するチオ尿素のモル比が
0.25〜2.0であっても錫化合物としてオキシ硫化
錫を含有する薄膜が生成され、特に上記モル比が1.0
〜2.0の場合は錫化合物としてオキシ硫化錫のみを含
有する薄膜が生成された。
As is clear from the results of Examples 25 to 28 shown in Table 6, tin oxysulfide was contained as a tin compound even when the molar ratio of thiourea to tin dichloride was 0.25 to 2.0. In particular, the above-mentioned molar ratio is 1.0
In the case of 2.0, a thin film containing only tin oxysulfide as a tin compound was produced.

【0073】実施例29 チオ尿素濃度を0.032M、塩酸添加量を1.0重量
%とし、基板としてITO付のガラス基板を用いた以外
は実施例1と同様にしてガラス基板上に薄膜を形成し
た。
Example 29 A thin film was formed on a glass substrate in the same manner as in Example 1 except that the thiourea concentration was 0.032 M, the amount of hydrochloric acid was 1.0% by weight, and a glass substrate with ITO was used as the substrate. Formed.

【0074】そして、得られた薄膜を大気中において4
00℃で10分間熱処理した後に、この膜の上に電極を
形成した。得られた積層体に太陽の光を当てたところ、
ITOと電極との間に約200mVの電圧で約1mA/
cm2の電流が流れた。このことから、本実施例で得ら
れたオキシ硫化錫膜がITOとの間に半導体接合を形成
し、半導体として機能することが判明した。
Then, the obtained thin film was exposed to air in air.
After heat treatment at 00 ° C. for 10 minutes, an electrode was formed on this film. When the obtained laminate was exposed to sunlight,
At a voltage of about 200 mV between the ITO and the electrode, about 1 mA /
cm 2 of current flowed. From this, it was found that the tin oxysulfide film obtained in this example forms a semiconductor junction with ITO and functions as a semiconductor.

【0075】[0075]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のオキシ硫
化錫結晶を含むオキシ硫化錫膜は、供給が比較的容易で
供給量に限界がなく、しかも毒性を有する元素を含まな
い半導体材料である。従って、本発明によれば、太陽電
池の将来的な生産量の増加にも対応でき、しかも毒性元
素含有という問題もない、優れた半導体材料の提供が可
能となる。
As described above, the tin oxysulfide film containing the tin oxysulfide crystal of the present invention is a semiconductor material which is relatively easy to supply, has no limit on the supply amount, and does not contain any toxic elements. is there. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an excellent semiconductor material that can cope with an increase in the production volume of solar cells in the future and has no problem of containing toxic elements.

【0076】また、本発明の製造方法によれば、上記本
発明のオキシ硫化錫結晶のみからなる薄膜あるいはオキ
シ硫化錫結晶を主成分とする薄膜を効率よくかつ簡便に
製造することが可能となる。従って、本発明のオキシ硫
化錫膜の製造方法によって、太陽電池等に有用なオキシ
硫化錫薄膜を効率良くかつ安価に製造することが可能と
なる。
Further, according to the production method of the present invention, it is possible to efficiently and easily produce the thin film composed of only the tin oxysulfide crystal of the present invention or the thin film containing tin oxysulfide crystal as a main component. . Therefore, according to the method for producing a tin oxysulfide film of the present invention, a tin oxysulfide thin film useful for a solar cell or the like can be efficiently and inexpensively produced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明にかかるオキシ硫化錫結晶の結晶構造を
示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic view showing a crystal structure of a tin oxysulfide crystal according to the present invention.

【図2】本発明の方法を実施するために好適なスプレー
熱分解装置の一実施形態を示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing one embodiment of a spray pyrolysis apparatus suitable for carrying out the method of the present invention.

【図3】実施例1、比較例1及び比較例2においてそれ
ぞれ得られた薄膜のX線回折パターンを示すグラフであ
る。
FIG. 3 is a graph showing X-ray diffraction patterns of thin films obtained in Example 1, Comparative Examples 1 and 2, respectively.

【図4】(a)は銅結晶の結晶構造を示す模式図であ
り、(b)は酸化ニッケル結晶の結晶構造を示す模式図
である。
FIG. 4A is a schematic diagram illustrating a crystal structure of a copper crystal, and FIG. 4B is a schematic diagram illustrating a crystal structure of a nickel oxide crystal.

【図5】実施例1で得られた薄膜の光吸収係数と波長と
の関係を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the light absorption coefficient and the wavelength of the thin film obtained in Example 1.

【図6】実施例1で得られた薄膜について、吸収係数
(α)と光子エネルギー(hν)を掛けた値の平方根を
光子エネルギー(hν)に対してプロットしたグラフで
ある。
FIG. 6 is a graph plotting the square root of the value obtained by multiplying the absorption coefficient (α) and the photon energy (hν) with respect to the photon energy (hν) for the thin film obtained in Example 1.

【図7】二塩化錫濃度及び基板温度と得られた薄膜の評
価との関係を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between tin dichloride concentration and substrate temperature and evaluation of the obtained thin film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…溶液供給部、2…キャリアガス供給部、3…霧化
器、4…基板、5…ヒータ、6…基板保持部、7…原料
溶液、8…溶液タンク、9…ポンプ、10…流量計、1
1…配管、12…圧縮ガス生成・供給装置、13…流量
計、14…配管、15…霧化された溶液、16…オキシ
硫化錫膜。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Solution supply part, 2 ... Carrier gas supply part, 3 ... Atomizer, 4 ... Substrate, 5 ... Heater, 6 ... Substrate holding part, 7 ... Raw material solution, 8 ... Solution tank, 9 ... Pump, 10 ... Flow rate Total, 1
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... piping, 12 ... compressed gas generation / supply apparatus, 13 ... flow meter, 14 ... piping, 15 ... atomized solution, 16 ... tin oxysulfide film.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下記一般式: Sn2xy (1) (上式中、x及びyはそれぞれ、x=0.5〜1.5、
y=0.5〜1.5及びx+y=1〜3の条件を満たす
数である)で表されるオキシ硫化錫結晶を含むことを特
徴とするオキシ硫化錫膜。
1. The following general formula: Sn 2 O x S y (1) (where x and y are respectively x = 0.5 to 1.5,
a tin oxysulfide crystal represented by the following formula: y = 0.5 to 1.5 and x + y = 1 to 3).
【請求項2】 前記オキシ硫化錫結晶が、11.6オン
グストロームの格子定数を有する立方晶系の結晶である
ことを特徴とする、請求項1に記載のオキシ硫化錫膜。
2. The tin oxysulfide film according to claim 1, wherein the tin oxysulfide crystal is a cubic crystal having a lattice constant of 11.6 angstroms.
【請求項3】 175〜425℃に加熱した基板上に、
0.001〜0.12Mの二塩化錫及び該二塩化錫に対
して0.1〜10倍モル比のチオ尿素を含む溶液を供給
することによって、該基板上に下記一般式: Sn2xy (1) (上式中、x及びyはそれぞれ、x=0.5〜1.5、
y=0.5〜1.5及びx+y=1〜3の条件を満たす
数である)で表されるオキシ硫化錫結晶を含む膜を形成
することを特徴とする、オキシ硫化錫膜の製造方法。
3. On a substrate heated to 175 to 425 ° C.,
By supplying a solution containing 0.001 to 0.12 M tin dichloride and 0.1 to 10 times the molar ratio of thiourea to the tin dichloride, the following general formula: Sn 2 O is formed on the substrate. xS y (1) (where x and y are x = 0.5 to 1.5, respectively)
a film satisfying the conditions of y = 0.5 to 1.5 and x + y = 1 to 3), and forming a film containing a tin oxysulfide crystal represented by the following formula: .
【請求項4】 前記溶液中の二塩化錫の濃度及び前記加
熱した基板の温度が、下記式: T>2500C+100 (2) (上式中、Cは前記溶液中の二塩化錫の濃度[M]を示
し、Tは前記加熱した基板の温度[℃]を示す)の関係
を満たしていることを特徴とする、請求項3に記載の方
法。
4. The concentration of tin dichloride in the solution and the temperature of the heated substrate are defined by the following formula: T> 2500C + 100 (2) (where C is the concentration of tin dichloride in the solution [M And T represents the temperature of the heated substrate [° C.]).
【請求項5】 前記溶液中に0.01〜10重量%の酸
が更に含有されていることを特徴とする、請求項3又は
4に記載の方法。
5. The method according to claim 3, wherein the solution further contains 0.01 to 10% by weight of an acid.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003048404A3 (en) * 2001-11-30 2003-11-27 Hahn Meitner Inst Berlin Gmbh Method for the production of thin poorly-soluble coatings

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