JPS61111547A - ジカルコゲン化遷移金属より成る半導体層およびその製造法 - Google Patents
ジカルコゲン化遷移金属より成る半導体層およびその製造法Info
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- JPS61111547A JPS61111547A JP60164208A JP16420885A JPS61111547A JP S61111547 A JPS61111547 A JP S61111547A JP 60164208 A JP60164208 A JP 60164208A JP 16420885 A JP16420885 A JP 16420885A JP S61111547 A JPS61111547 A JP S61111547A
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B9/00—Single-crystal growth from melt solutions using molten solvents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/46—Sulfur-, selenium- or tellurium-containing compounds
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、ジカルコゲン化遷移金属より成る半導体層、
その製造に特に適合する方法、およびこのような半導体
層の太陽電池への使用に関する。
その製造に特に適合する方法、およびこのような半導体
層の太陽電池への使用に関する。
従来の技術
]−チングされた第■族のジ力ルコゲン化遷移金属は、
その光学的および電子工学的特性により、有効に太陽エ
ネルギ変換するための有用な材料であると実際に考慮さ
れている。フォトン工4ルキ約1,5 eV (WS
e2.Mo5e2)に大きい吸収能(αり105ffi
−1)を有する直接遷移製引続く、低エネルギにおける
間接遷移、および少数キャリヤ拡散距離約2μmにより
、太陽エネルギを薄膜組織により有効に電気エネルギへ
変換することが可能である。
その光学的および電子工学的特性により、有効に太陽エ
ネルギ変換するための有用な材料であると実際に考慮さ
れている。フォトン工4ルキ約1,5 eV (WS
e2.Mo5e2)に大きい吸収能(αり105ffi
−1)を有する直接遷移製引続く、低エネルギにおける
間接遷移、および少数キャリヤ拡散距離約2μmにより
、太陽エネルギを薄膜組織により有効に電気エネルギへ
変換することが可能である。
光電気化学的太陽電池の試験は、これら半導体で光学的
腐食に対する顕著な安定性が得られたにせよ、サンプル
との関連において光電流(i )、光電圧(■。。)お
よび充満率の大きいC 変動が生じると判明した。これらの差は、実際に表面形
態学的変動および化学量論的偏倚に帰因することができ
る。なかんずく、成層格子材料の表面の段差が太陽電池
収率に不利であると判明した。このことは、結晶内部の
ドープ率変動にも該当する。
腐食に対する顕著な安定性が得られたにせよ、サンプル
との関連において光電流(i )、光電圧(■。。)お
よび充満率の大きいC 変動が生じると判明した。これらの差は、実際に表面形
態学的変動および化学量論的偏倚に帰因することができ
る。なかんずく、成層格子材料の表面の段差が太陽電池
収率に不利であると判明した。このことは、結晶内部の
ドープ率変動にも該当する。
広範囲の材料選択は、n−WSe2を使用し、太陽エネ
ルギを電気エネルギに効率1oチで変換する光電気化学
太陽IE池が開発されることKなった。この材料から化
学的搬送(CVT )により製造された結晶は、その表
面組織およびそのドーピング分布の点で特別に選択され
る必要がある、それというのもこの方法が結晶の再現性
および均等性を保証しないからである。さらに、最大で
50fi2 の相対的に小さい結晶が化学的搬送(CV
T ) Kより得られるkすぎない。
ルギを電気エネルギに効率1oチで変換する光電気化学
太陽IE池が開発されることKなった。この材料から化
学的搬送(CVT )により製造された結晶は、その表
面組織およびそのドーピング分布の点で特別に選択され
る必要がある、それというのもこの方法が結晶の再現性
および均等性を保証しないからである。さらに、最大で
50fi2 の相対的に小さい結晶が化学的搬送(CV
T ) Kより得られるkすぎない。
多大の努力が、2次元方向に成長するMX2材料CM=
Mo、W;X=S 、 Se 、 Te)を大面積の均
質な光活性層として製造するために試みられている。こ
れまでに試みられた全ての方法は、利得 エネルギ収率を再結合工程により著るしく低減させる欠
陥を有する高濃度の段差を生じた。
Mo、W;X=S 、 Se 、 Te)を大面積の均
質な光活性層として製造するために試みられている。こ
れまでに試みられた全ての方法は、利得 エネルギ収率を再結合工程により著るしく低減させる欠
陥を有する高濃度の段差を生じた。
が公知である。それとともにすでに、ジカルコダ/化遷
移金属の結晶も製造されている。しかしながらこれまで
、この場合MX2材料より成る大面積の多結晶薄膜をこ
のようなメルトから得ることに成功しなかつたことも明
白である。
移金属の結晶も製造されている。しかしながらこれまで
、この場合MX2材料より成る大面積の多結晶薄膜をこ
のようなメルトから得ることに成功しなかつたことも明
白である。
若干のジカルコゲン化遷移金属の吸光度が、太陽エネル
ギ変換に有効な波長領域中で極めて犬であるので、この
利点は、太陽エネルギが能率的に電気エネルギに変換さ
れることのできる薄い平滑な層を使用することに成功し
た場合に完全に有効利用されることができる〜。
ギ変換に有効な波長領域中で極めて犬であるので、この
利点は、太陽エネルギが能率的に電気エネルギに変換さ
れることのできる薄い平滑な層を使用することに成功し
た場合に完全に有効利用されることができる〜。
発明が解決しようとする問題点
従って、本発明の根底をなす課題は、このような大面積
の層を、良好な充電特性を有する、2次元方向に結晶化
せるジカルコゲン化遷移金属材料からつくり出すことで
おる。
の層を、良好な充電特性を有する、2次元方向に結晶化
せるジカルコゲン化遷移金属材料からつくり出すことで
おる。
問題点を解決するための手段
本発明によれば、この課題は、表面組織中で。
結晶が2次元方向に対称に、層表面に平行に整列され、
かつ層表面に垂直に配置された結晶面の分量がわずかで
無視できる程度に小でラシ、浸透層の面積が50m2以
上であり、層厚が最低約0.1fiでラシ、かつ半導体
材料が均質にドーピングされているジカルコゲン化遷移
金属より成る半導体層により解決される。
かつ層表面に垂直に配置された結晶面の分量がわずかで
無視できる程度に小でラシ、浸透層の面積が50m2以
上であり、層厚が最低約0.1fiでラシ、かつ半導体
材料が均質にドーピングされているジカルコゲン化遷移
金属より成る半導体層により解決される。
この場合、ことに適当であると判明したのは、組成がM
X2またはM、−XMXX2〔但し、M=タングステン
(W)および/″またはモリブデン(MO)、およびX
:硫黄(S)、セレン(Se)またはテルル(Te))
のジカルコゲン化遷移金属であるO 本発明に実際に重要なのは、このような製品の製造であ
る。その後に所望の特性を得るためこの材料が受けるべ
き変動は、特別に適合された操作工程により達成可能で
あるKすぎない。
X2またはM、−XMXX2〔但し、M=タングステン
(W)および/″またはモリブデン(MO)、およびX
:硫黄(S)、セレン(Se)またはテルル(Te))
のジカルコゲン化遷移金属であるO 本発明に実際に重要なのは、このような製品の製造であ
る。その後に所望の特性を得るためこの材料が受けるべ
き変動は、特別に適合された操作工程により達成可能で
あるKすぎない。
特許請求の範囲第3項は、そのだめの本発明による広範
囲の技術的理論を包含する。
囲の技術的理論を包含する。
従ってこの方法は、組成MX2ないしはM、−8MXx
2〔但し、M1−oないしはM、−x:W:MX=MO
およびX=S 、 Se、Te )ノ2次元方向に成長
する成層格子状の結晶を、太陽エネルギの電気エネルギ
への変換に適当である大面に向は 積の半導体層を形成するという目的%B rk−%るこ
とを意図する。この場合、半導体層の結晶、成長=、>
=、メルトの表面で、ないしはメルトおよび、メルト材
料のガス相関の境界面で行なわれ、その場合その比重が
メルトの比重よりも大であるす 結晶が重力に抗し上方へ移動−&粍る。
2〔但し、M1−oないしはM、−x:W:MX=MO
およびX=S 、 Se、Te )ノ2次元方向に成長
する成層格子状の結晶を、太陽エネルギの電気エネルギ
への変換に適当である大面に向は 積の半導体層を形成するという目的%B rk−%るこ
とを意図する。この場合、半導体層の結晶、成長=、>
=、メルトの表面で、ないしはメルトおよび、メルト材
料のガス相関の境界面で行なわれ、その場合その比重が
メルトの比重よりも大であるす 結晶が重力に抗し上方へ移動−&粍る。
有利に、とくに液状のテルル(Te)より成るメルトが
使用されることができる。このメルト材料は、広い温度
範囲内で液状のままであシかつ低い蒸気圧を有する。ま
たこのものは、とくに組成:MX、、の化合物を容易に
溶解するという特性を有する。
使用されることができる。このメルト材料は、広い温度
範囲内で液状のままであシかつ低い蒸気圧を有する。ま
たこのものは、とくに組成:MX、、の化合物を容易に
溶解するという特性を有する。
同じくメルト材料として好適なのが、セレン(Se)、
さらにまたセレノおよびテルルより成る混合物並びに塩
化鉛(PbCl2)およびビスマメルトおよびガス空間
の1つの境界面を保証する容器が必要でちる。とくに、
この容器は石英より成る。結晶培養容器に可能な他の材
料は、酸化アルミニウムまたは珪素−アルミニウム合金
である。
さらにまたセレノおよびテルルより成る混合物並びに塩
化鉛(PbCl2)およびビスマメルトおよびガス空間
の1つの境界面を保証する容器が必要でちる。とくに、
この容器は石英より成る。結晶培養容器に可能な他の材
料は、酸化アルミニウムまたは珪素−アルミニウム合金
である。
特許請求の範囲第7項忙は、本発明による方法の有利な
実施例のそれぞれの工程に関するデータが記載されてい
る。良好な整列および、わずかな分量の段差、すなわち
層表面に対し垂直に配置されたできるだけわずかな分量
の縁表面を有する多結晶層として晶出させるべき組成:
MX2の半導体材料がメルトに添加され、その場合量が
、所望される層の容積に相応に計算される。ホモジナイ
ズが、機械的にまたは超音波により行なわれることがで
きる。溶解度が温度降下により低減された際K、半導体
材料が晶出し、かつ半導体層がメルトの表面で成長する
。
実施例のそれぞれの工程に関するデータが記載されてい
る。良好な整列および、わずかな分量の段差、すなわち
層表面に対し垂直に配置されたできるだけわずかな分量
の縁表面を有する多結晶層として晶出させるべき組成:
MX2の半導体材料がメルトに添加され、その場合量が
、所望される層の容積に相応に計算される。ホモジナイ
ズが、機械的にまたは超音波により行なわれることがで
きる。溶解度が温度降下により低減された際K、半導体
材料が晶出し、かつ半導体層がメルトの表面で成長する
。
メルトの表面およびガス相関の境界面における結晶化は
プレートにより制御されかつ改善されることができるが
、このプレートは境界面に配置され、すなわちメルト上
に密接して支持されるかまたはさらにメルトの表面にス
ライド可能に接触される。これにより、種晶の温度勾配
が得られる。スライド接触の場合、プレートが。
プレートにより制御されかつ改善されることができるが
、このプレートは境界面に配置され、すなわちメルト上
に密接して支持されるかまたはさらにメルトの表面にス
ライド可能に接触される。これにより、種晶の温度勾配
が得られる。スライド接触の場合、プレートが。
成長
%xすべき化合物の、圧力下にローラ圧着された微結晶
で被覆されていてもよく、それにより温度勾配により、
メルトを結晶化容器の低温位縮 置で凝梳させることにより惹起されるか、または例えば
また真空を適用することにより惹起されてもよく、その
場合はメルトが必要に応じ石去 英ガラスより成る焼結シートを経て濾怨されることがで
きる。さらにまた、メルトを側面方向へ排出しかつ引続
きメルトを昇華させること等が可能である。
で被覆されていてもよく、それにより温度勾配により、
メルトを結晶化容器の低温位縮 置で凝梳させることにより惹起されるか、または例えば
また真空を適用することにより惹起されてもよく、その
場合はメルトが必要に応じ石去 英ガラスより成る焼結シートを経て濾怨されることがで
きる。さらにまた、メルトを側面方向へ排出しかつ引続
きメルトを昇華させること等が可能である。
本発明によるこのような半導体層の用途が太陽電池であ
る。この場合、光起電力形の、また光電形の太陽電池を
も挙げられることができる。
る。この場合、光起電力形の、また光電形の太陽電池を
も挙げられることができる。
本発明の大きい利点は、結晶面が最高に整列され、ファ
ン・デル・ワール図面(Van derWaa I 5
−Ober f l ache)に平行な層成長が得ら
れることである。この場合、段差の少ない平滑な表面が
形成される。成層結晶格子薄膜上の段差が回避されるこ
とにより、その再結合中心としての作用が回避され、そ
の結果荷電キャリヤの再結合、およびエネルギ変換の際
の損失がもはや生じないかまだは実質的でない程度にわ
ずかに生じるにすぎず、それによりこの材料で作動する
太陽電池の光電流、光電圧および充満率が増大されるこ
とができる。
ン・デル・ワール図面(Van derWaa I 5
−Ober f l ache)に平行な層成長が得ら
れることである。この場合、段差の少ない平滑な表面が
形成される。成層結晶格子薄膜上の段差が回避されるこ
とにより、その再結合中心としての作用が回避され、そ
の結果荷電キャリヤの再結合、およびエネルギ変換の際
の損失がもはや生じないかまだは実質的でない程度にわ
ずかに生じるにすぎず、それによりこの材料で作動する
太陽電池の光電流、光電圧および充満率が増大されるこ
とができる。
実施例
以下に、本発明を図面実施例につき詳説する。
第1日は、メルトおよびメルト材料ガス相関の境界面に
おける半導体層の結晶成長を詳示する図面;第2a図〜
第2C図は、a)濾過、b)蒸溜およびC)排出ととも
に引続く昇華により、メルトを除去する多数の方法を示
す図面;第3図は、テルルメルトの表面で製造されたM
oSe2層の走査型電子顕微鏡写真;第4図は、テルル
メルトから得られたn −MoSe2 の光電気化学
的特性を示す図表;第5図は、レドックス系としてのJ
−/J2を有する再生型電気化学太陽電池中のMoSe
2層の、AN/11照射下の出力特性を示す図表;第6
図は、J−/J2の存在においてテルルメルトから得ら
れた、銀で処理されたn−MoSe2に極の光電流−電
圧特性を示す図表:および第7図および第8図は、半導
体層の側面方向へ向けた成長を得るため、第7図ではメ
ルトの表面に、第8図ではプレートの下面に結晶を集合
させる方法を示す図面である。
おける半導体層の結晶成長を詳示する図面;第2a図〜
第2C図は、a)濾過、b)蒸溜およびC)排出ととも
に引続く昇華により、メルトを除去する多数の方法を示
す図面;第3図は、テルルメルトの表面で製造されたM
oSe2層の走査型電子顕微鏡写真;第4図は、テルル
メルトから得られたn −MoSe2 の光電気化学
的特性を示す図表;第5図は、レドックス系としてのJ
−/J2を有する再生型電気化学太陽電池中のMoSe
2層の、AN/11照射下の出力特性を示す図表;第6
図は、J−/J2の存在においてテルルメルトから得ら
れた、銀で処理されたn−MoSe2に極の光電流−電
圧特性を示す図表:および第7図および第8図は、半導
体層の側面方向へ向けた成長を得るため、第7図ではメ
ルトの表面に、第8図ではプレートの下面に結晶を集合
させる方法を示す図面である。
差当り以下K、トくニ組成: MX 2(M=W 、
M。
M。
;X=S、Se、Te)ないしは組成:M、−xMXx
2(M 1−x=Mo)のノカルコゲ/化遷移金+
−X 属より成る半導体の製造を、テルル(Te)をメルト2
およびガス相3として使用する実施例につき詳説する。
2(M 1−x=Mo)のノカルコゲ/化遷移金+
−X 属より成る半導体の製造を、テルル(Te)をメルト2
およびガス相3として使用する実施例につき詳説する。
この実験室規模の実施例の場合、粉末状のノセレン化遷
移金属を、2回蒸溜したテルル(Te)に1 : 10
0の割合で添加した。さらに、所望反応の制御を改善す
るため、この混合物101当りセレン(Se)10CI
+9を添加した。その後にこの出発物質を、直径20f
iの石英製アンプル中へ封入しかつ温度1050℃に加
熱した。
移金属を、2回蒸溜したテルル(Te)に1 : 10
0の割合で添加した。さらに、所望反応の制御を改善す
るため、この混合物101当りセレン(Se)10CI
+9を添加した。その後にこの出発物質を、直径20f
iの石英製アンプル中へ封入しかつ温度1050℃に加
熱した。
この場合、結晶化容器として使用された石英アンプル中
で、下部にテルルのメルト2およびその上方にテルルの
ガス相3が形成された。引続きこの材料を、1時間当シ
わずか1/100度の温度勾配で冷却した。冷却工程中
に、ジカルコゲン化遭移金属の結晶層が、液状メルト2
中でもまたメルト/蒸気の中間層5中でも析出し始めた
。半導体材料の密度がメルト2の密度よりも犬であるに
もかかわらず、対流および表面張力を包含しかつテルル
のメルト/蒸気の中間層5中の結晶を容易にする効果が
生じた。マク/ゴー二効果(Marangoni−Ef
’fekt )と呼称のが、所望の半導体層寸法に相応
する、メルト2とガス相空間3との境界面を保証する。
で、下部にテルルのメルト2およびその上方にテルルの
ガス相3が形成された。引続きこの材料を、1時間当シ
わずか1/100度の温度勾配で冷却した。冷却工程中
に、ジカルコゲン化遭移金属の結晶層が、液状メルト2
中でもまたメルト/蒸気の中間層5中でも析出し始めた
。半導体材料の密度がメルト2の密度よりも犬であるに
もかかわらず、対流および表面張力を包含しかつテルル
のメルト/蒸気の中間層5中の結晶を容易にする効果が
生じた。マク/ゴー二効果(Marangoni−Ef
’fekt )と呼称のが、所望の半導体層寸法に相応
する、メルト2とガス相空間3との境界面を保証する。
結晶化容器1は、とくに石英より成ることができる。
また、結晶化容器1の他の材料として、酸化アルミニウ
ム、酸化ジルコニウムまたは珪素−アルミニウム合金も
使用されることができる。
ム、酸化ジルコニウムまたは珪素−アルミニウム合金も
使用されることができる。
テルルメルト2に添加されるべきジカルコゲン化遷移金
属の量は、所望の半導体層の容積に相応に計算すること
ができる。メルト2およびその中に600’C〜100
0℃で溶解された半導体材料より成る混合物のホモジナ
イズが、機械的にまだは超音波により行なわれることが
できる。成長工程が終了した後、引続き温度降下により
メルトの溶解度が低減せる際に、半導体層がメルト上に
晶出する。良好な結果は、温度降下のための出発温度と
して1050℃が選択された場合に得られる。
属の量は、所望の半導体層の容積に相応に計算すること
ができる。メルト2およびその中に600’C〜100
0℃で溶解された半導体材料より成る混合物のホモジナ
イズが、機械的にまだは超音波により行なわれることが
できる。成長工程が終了した後、引続き温度降下により
メルトの溶解度が低減せる際に、半導体層がメルト上に
晶出する。良好な結果は、温度降下のための出発温度と
して1050℃が選択された場合に得られる。
テルルメルト2およびテルルガス相3間の境界面5にお
ける結晶化が、テルルメルト上へ密接に支持されかつ極
端な場合はメルト2の表面にスライド可能に接触するプ
レート10により制御されかつ改善されることができる
(第8図参照)。このプレート10が、種晶を形成する
ための温度勾配を惹起する。メルト2にスライド可能で
被覆されていてもよく、それにより下側のプレート面に
対する晶出が改善される。
ける結晶化が、テルルメルト上へ密接に支持されかつ極
端な場合はメルト2の表面にスライド可能に接触するプ
レート10により制御されかつ改善されることができる
(第8図参照)。このプレート10が、種晶を形成する
ための温度勾配を惹起する。メルト2にスライド可能で
被覆されていてもよく、それにより下側のプレート面に
対する晶出が改善される。
成長工程が終了した後、結晶層各がメルト2と分離され
る。このことは、第2a図〜第2C図によれば、3つの
異なる方法で行なわれることができる。第2a図によれ
ば、結晶化容器1に真空が適用され、かつメルト2が焼
結膜7を経て矢印6の方向へ容器1から濾去されること
ができる。第2b図によれば、温度勾配により、メルト
2が結晶化容器1の低温位置で凝精されることができ、
その場合T、<T2 である。第2C図によれば、メ
ルト2を側面方向へ排出しかつ引続き昇華させることに
より、結晶層牛とメルトとの分離が惹起される。
る。このことは、第2a図〜第2C図によれば、3つの
異なる方法で行なわれることができる。第2a図によれ
ば、結晶化容器1に真空が適用され、かつメルト2が焼
結膜7を経て矢印6の方向へ容器1から濾去されること
ができる。第2b図によれば、温度勾配により、メルト
2が結晶化容器1の低温位置で凝精されることができ、
その場合T、<T2 である。第2C図によれば、メ
ルト2を側面方向へ排出しかつ引続き昇華させることに
より、結晶層牛とメルトとの分離が惹起される。
実験に際し、MoSe2. MoTe2オLびWS e
2が調製された。結晶子寸法は、はぼ0.3 mの厚
さで6082 が得られた。この場合得られたノセレン
化遷移金属は、化学量論的に組成:MSe2−xTeX
(M=Mo 、 W : x<0.1 )を有Lt。
2が調製された。結晶子寸法は、はぼ0.3 mの厚
さで6082 が得られた。この場合得られたノセレン
化遷移金属は、化学量論的に組成:MSe2−xTeX
(M=Mo 、 W : x<0.1 )を有Lt。
結晶のテルル含有率は、サンプルをセレンW囲気中で6
50℃に加熱することにょシさらに低減させろことがで
きた。試験されたMoSe2 材料は、さら釦検出可
能な量のテルルおよびわずかな遷移金属不純物を示した
。
50℃に加熱することにょシさらに低減させろことがで
きた。試験されたMoSe2 材料は、さら釦検出可
能な量のテルルおよびわずかな遷移金属不純物を示した
。
製造された全ての半導体層は光活性であった。
MoSe2およびMoTe2 はn型の導電性を有し、
かつWSe2はp型の導電性を示した。これら半導体は
、模擬化したAM1条件で数mA/dの充電流密度を示
した。MoSe2 が、その大きい光電圧により試験
用に選択された。
かつWSe2はp型の導電性を示した。これら半導体は
、模擬化したAM1条件で数mA/dの充電流密度を示
した。MoSe2 が、その大きい光電圧により試験
用に選択された。
第3図は、得られた半導体層の形態学的構造を、テルル
メルト20表面で製造され、その場合冷却のための出発
温度が1050℃であったMoSe2 層の走査型電
子顕微鏡写真で示す。これら写真は、結晶子がそれらの
層表面に平行に合着され、かつ六角形の結晶子の、それ
らの縁に沿った強固な側面結合を有することを示す。
メルト20表面で製造され、その場合冷却のための出発
温度が1050℃であったMoSe2 層の走査型電
子顕微鏡写真で示す。これら写真は、結晶子がそれらの
層表面に平行に合着され、かつ六角形の結晶子の、それ
らの縁に沿った強固な側面結合を有することを示す。
これら結晶が、雲母と類似に、大面積の箔ないしは大面
積の材料層に合着されている。これら結晶子が部分的に
重なシ合って配置され、これにより小さい段差の形成が
生じる。第1図中の拡大図Xは、結晶子の、矢、印Cに
直角な大面積の成長面8、および矢印Cに平行な小さい
側面段差9を略示する。
積の材料層に合着されている。これら結晶子が部分的に
重なシ合って配置され、これにより小さい段差の形成が
生じる。第1図中の拡大図Xは、結晶子の、矢、印Cに
直角な大面積の成長面8、および矢印Cに平行な小さい
側面段差9を略示する。
第4図に、これら半導体層の光電特性を示す。
この第4図は、テルルメルト2から得られたn−MoS
e2 の光電気化学的特性を示す。光電流の測定は、
レドックス系を電解質に添加せずに行なわれた。
e2 の光電気化学的特性を示す。光電流の測定は、
レドックス系を電解質に添加せずに行なわれた。
第5図は、レドックス系としてJ−/J2を有する、起
電力形の、再生型電気化学太陽電池におけるMoSe2
層の出力特性を示す。照射は、平均海面(NN )
上Omに垂直に入射せる際の地表面の太陽光強度に相応
するAMl状態に標準化された。
電力形の、再生型電気化学太陽電池におけるMoSe2
層の出力特性を示す。照射は、平均海面(NN )
上Omに垂直に入射せる際の地表面の太陽光強度に相応
するAMl状態に標準化された。
層表面を化学的および電気化学的に処理することにより
、層表面は、すでに本発明による技術的理論により低減
された段差面に関する作用がさらに低減し、層表面の光
電特性がさらに改善されることができる。第6図に、こ
のような表面処理層特性の1実施例を、テルルメルト2
から取出され、銀イオン(Ag+)で処理されたn −
MoSe2 電極の光電流−電圧特性として示す。こ
れによれば、太陽工不ルイ変換に使用可能な光電特性を
有する2次元方向に成長するMX2化合物の半導体層の
製造が、光電気化学的および光起電力的太陽電池の得ら
れることを実証した。例えばMoSe2およびWSe2
より成る大面積の多結晶薄膜層の工業的実現が、このよ
うな太陽電池の構造で可能である。
、層表面は、すでに本発明による技術的理論により低減
された段差面に関する作用がさらに低減し、層表面の光
電特性がさらに改善されることができる。第6図に、こ
のような表面処理層特性の1実施例を、テルルメルト2
から取出され、銀イオン(Ag+)で処理されたn −
MoSe2 電極の光電流−電圧特性として示す。こ
れによれば、太陽工不ルイ変換に使用可能な光電特性を
有する2次元方向に成長するMX2化合物の半導体層の
製造が、光電気化学的および光起電力的太陽電池の得ら
れることを実証した。例えばMoSe2およびWSe2
より成る大面積の多結晶薄膜層の工業的実現が、このよ
うな太陽電池の構造で可能である。
第7図は、マランソー二効果(Marangoni−E
ffekt)に帰因すべき側面方向への成育開始が得ら
れるまでの、結晶4の表面成長を示す。
ffekt)に帰因すべき側面方向への成育開始が得ら
れるまでの、結晶4の表面成長を示す。
表面張力σは、結晶核を形成する臨界的・ξラメータで
あシかつメルト2の濃度だけでなくその温度にも依存す
る。メルト2の表面の平面におの差にある、表面に平行
な力Fx を生じる。対流が生じ、この対流が、結晶核
をメルト2の材料から容器1の高い温度T1 位置の
表面へ搬送し、かつ徐々に成長する結晶子の、メルト2
およびガス相3間の境界層に惨う後続の搬送を惹起する
。大きい表面張力σを有する位置の大きい結晶子がメル
ト2の対流に追従することがない、それというのも増大
する表面張力が結晶子の沈降に対抗するからである。
あシかつメルト2の濃度だけでなくその温度にも依存す
る。メルト2の表面の平面におの差にある、表面に平行
な力Fx を生じる。対流が生じ、この対流が、結晶核
をメルト2の材料から容器1の高い温度T1 位置の
表面へ搬送し、かつ徐々に成長する結晶子の、メルト2
およびガス相3間の境界層に惨う後続の搬送を惹起する
。大きい表面張力σを有する位置の大きい結晶子がメル
ト2の対流に追従することがない、それというのも増大
する表面張力が結晶子の沈降に対抗するからである。
すでに前記せるように、第8図に示した結晶化容器8は
メルト2の上方にプレート10を有し、その下面でメル
ト2から搬出された結晶4が成長する。例えば、メルト
2および、メルト2のガス相3により包囲されたプレー
)10間に、相応する温度勾配を生じさせるため、プレ
ート10の冷却および断熱が配慮されてもよい。
メルト2の上方にプレート10を有し、その下面でメル
ト2から搬出された結晶4が成長する。例えば、メルト
2および、メルト2のガス相3により包囲されたプレー
)10間に、相応する温度勾配を生じさせるため、プレ
ート10の冷却および断熱が配慮されてもよい。
第1図は本発明による半導体層の結晶成長をその部分拡
大図とともに略示する斜視図、第2a図〜第2C図は、
本発明による方法のそれぞれ1実施例を略示する縦断面
図、第3a図および第3b図は本発明による半導体層の
それぞれ走査型電子顕微鏡写真、第4図は本発明の半導
体層の1実施例につきその光電気化学的特性を示す図表
、第5図は太陽電池における第壬図の半導体層の出力特
性を示す図表、第6図は第4図の半導体層をさらに銀で
処理した場合の光電流−電圧特性を示す図表、および第
7図および一第8図は本発明による半導体層の結晶成長
工程のそれぞれ1実施例を略示する縦断面図である。 1・・・結晶化容器、2・・・メルト、3・・・ガス相
、4・・・結晶子、5・−・境界層、6・・・真空、7
・・・焼結膜、8・・結晶成長面、9・・・結晶の側面
段差、10・・・グレート [F]ト [ミ、ニン゛ンQ、 ij;、 、’ 、 、、 +、
′二:二ii七Iコ・しンし4;珀”’?’f”’E:
O”’:Tr ニー亥;!なし)ロ −
PJ LaJ電流密度mA cm”2 −NLAJ 手続補正書(方式) 昭和60年11月27日
大図とともに略示する斜視図、第2a図〜第2C図は、
本発明による方法のそれぞれ1実施例を略示する縦断面
図、第3a図および第3b図は本発明による半導体層の
それぞれ走査型電子顕微鏡写真、第4図は本発明の半導
体層の1実施例につきその光電気化学的特性を示す図表
、第5図は太陽電池における第壬図の半導体層の出力特
性を示す図表、第6図は第4図の半導体層をさらに銀で
処理した場合の光電流−電圧特性を示す図表、および第
7図および一第8図は本発明による半導体層の結晶成長
工程のそれぞれ1実施例を略示する縦断面図である。 1・・・結晶化容器、2・・・メルト、3・・・ガス相
、4・・・結晶子、5・−・境界層、6・・・真空、7
・・・焼結膜、8・・結晶成長面、9・・・結晶の側面
段差、10・・・グレート [F]ト [ミ、ニン゛ンQ、 ij;、 、’ 、 、、 +、
′二:二ii七Iコ・しンし4;珀”’?’f”’E:
O”’:Tr ニー亥;!なし)ロ −
PJ LaJ電流密度mA cm”2 −NLAJ 手続補正書(方式) 昭和60年11月27日
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、表面組織中で、結晶が2次元方向に対称に、層表面
に平行に整列され、かつ層表面に垂直に配置された結晶
縁面の分量がわずかで無視できる程度に小であり、浸透
層の面積が50mm^2以上であり、層厚が最低約0.
1mmであり、かつ半導体材料が均質にドーピングされ
ていることを特徴とするジカルコゲン化遷移金属より成
る半導体層。 2、ジカルコゲン化遷移金属が組成:MX_2またはM
_1_−_XM_XX_2〔但しM=W、Moないしは
M_1_−_X=W、M_X=MoおよびX=S、Se
、Te〕を有することを特徴とする、特許請求の範囲第
1項記載のジカルコゲン化遷移金属より成る半導体層。 3、表面組織中で、結晶が2次元方向に対称に、層表面
に平行に整列され、かつ層表面に垂直に配置された結晶
縁面の分量がわずかで無視できる程度に小であり、浸透
層の面積が50mm^2以上であり、層厚が最低約0.
1mmであり、かつ半導体材料が均質にドーピングされ
ているジカルコゲン化遷移金属より成る半導体層を製造
するに当り、結晶子(4)が、結晶化容器(1)中に存
在するメルト(2)の表面から析出されかつ半導体層に
合着され、その場合メルト(2)の表面がガス相(3)
中のメルト物質により被覆されていることを特徴とする
ジカルコゲン化遷移金属より成る半導体層の製造法。 4、メルト(2)が、テルル(Te)、セレン(Se)
または、テルル(Te)およびセレン(Se)より成る
混合物より成ることを特徴とする、特許請求の範囲第3
項記載のジカルコゲン化遷移金属より成る半導体層の製
造法。 5、メルト(2)が塩化鉛(PbCl_2)より成るこ
とを特徴とする、特許請求の範囲第3項記載のジカルコ
ゲン化遷移金属より成る半導体層の製造法、 6、メルト(2)がビスマス(Bi)より成ることを特
徴とする、特許請求の範囲第3項記載のジカルコゲン化
遷移金属より成る半導体層の製造法。 7、表面組織中で、結晶が2次元方向に対称に、層表面
に平行に整列され、かつ層表面に垂直に配置された結晶
縁面の分量がわずかで無視できる程度に小であり、浸透
層の面積が50mm^2以上であり、層厚が最低約0.
1mmであり、かつ半導体材料が均質にドーピングされ
ているジカルコゲン化遷移金属より成る半導体層を製造
するため、結晶子(4)が、結晶化容器(1)中に存在
するメルト(2)の表面から析出されかつ半導体層に合
着され、その場合メルト(2)の表面がガス相(3)中
のメルト物質により被覆される方法において、メルト(
2)が約1050℃にまで加熱され、ジカルコゲン化遷
移金属が、製造すべき半導体層の容積に相応する量でメ
ルト(2)に添加されかつこのメルト中で溶解され、メ
ルト(2)および溶解せる半導体材料より成る液状相の
ホモジナイズが1000℃〜600℃で実施され、メル
ト(2)の溶解度が温度降下により低減され、かつそれ
により半導体材料結晶の析出およびその所望の半導体層
への合着がメルト(2)およびメルト物質のガス相(3
)間の境界層(5)で惹起され、かつ最後にこの半導体
層がメルト(2)から分離されることを特徴とするジカ
ルコゲン化遷移金属より成る半導体層の製造法。 8、対流および表面張力を包含する作用により、メルト
(2)中で形成された結晶に、境界層(5)に向けた移
動運動が施こされることを特徴とする、特許請求の範囲
第7項記載のジカルコゲン化遷移金属より成る半導体層
の製造法。 9、メルト(2)およびガス相(3)間の境界層(5)
における半導体材料の晶出および半導体層の形成が、境
界層(5)の範囲内に配置されたプレート(10)によ
り制御されることを特徴とする、特許請求の範囲第7項
または第8項のいずれかに記載のジカルコゲン化遷移金
属より成る半導体層の製造法。 10、プレート(10)がメルト(2)上に密接に支持
されることを特徴とする、特許請求の範囲第9項記載の
ジカルコゲン化遷移金属より成る半導体層の製造法。 11、プレート(10)がメルト(2)の表面にスライ
ド可能に接触することを特徴とする、特許請求の範囲第
9項記載のジカルコゲン化遷移金属より成る半導体層の
製造法。 12、メルト(2)の表面にスライド可能に接触するプ
レート(10)が、成長すべき半導体結晶層(4)の、
圧力下にローラ圧着された微結晶で被覆されていること
を特徴とする、特許請求の範囲第11項記載のジカルコ
ゲン化遷移金属より成る半導体層の製造法。 13、結晶性半導体層(4)とメルト(2)との分離が
、結晶化容器(1)の温度勾配による低温位置でメルト
(2)を凝縮させることにより行なわれることを特徴と
する、特許請求の範囲第7項から第12項までのいずれ
か1項に記載のジカルコゲン化遷移金属より成る半導体
層の製造法。 14、結晶性半導体層(4)とメルト(2)との分離が
、結晶化容器(1)に真空(6)を適用しかつメルト(
2)を濾去することにより行なわれることを特徴とする
、特許請求の範囲第7項から第12項までのいずれか1
項に記載のジカルコゲン化遷移金属より成る半導体層の
製造法。 15、濾去が、石英ガラスより成る焼結膜(7)を使用
し行なわれることを特徴とする、特許請求の範囲第14
項記載のジカルコゲン化遷移金属より成る半導体層の製
造法。 16、結晶性半導体層(4)とメルト(2)との分離が
、メルト(2)を側面に排出しかつ引続き昇華させるこ
とにより行なわれることを特徴とする、特許請求の範囲
第7項から第12項までのいずれか1項に記載のジカル
コゲン化遷移金属より成る半導体層の製造法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3428262 | 1984-07-27 | ||
DE3428262.9 | 1984-07-27 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61111547A true JPS61111547A (ja) | 1986-05-29 |
Family
ID=6242045
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60164208A Pending JPS61111547A (ja) | 1984-07-27 | 1985-07-26 | ジカルコゲン化遷移金属より成る半導体層およびその製造法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0173641A3 (ja) |
JP (1) | JPS61111547A (ja) |
IL (1) | IL75703A0 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA1265922A (en) * | 1984-07-27 | 1990-02-20 | Helmut Tributsch | Photoactive pyrite layer and process for making and using same |
DE19828310C2 (de) * | 1998-06-25 | 2000-08-31 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Einkristallpulver- und Monokornmembranherstellung |
US9147824B1 (en) | 2014-05-08 | 2015-09-29 | International Business Machines Corporation | Reactive contacts for 2D layered metal dichalcogenides |
-
1985
- 1985-07-03 IL IL75703A patent/IL75703A0/xx unknown
- 1985-07-25 EP EP85730101A patent/EP0173641A3/de not_active Withdrawn
- 1985-07-26 JP JP60164208A patent/JPS61111547A/ja active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0173641A2 (de) | 1986-03-05 |
IL75703A0 (en) | 1985-11-29 |
EP0173641A3 (de) | 1988-05-04 |
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