专利名称：化合物半导体薄膜制作用油墨、使用该油墨获得的化合物半导体薄膜、具备该化合物半导 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及例如在太阳能电池的制造中使用的化合物半导体薄膜制作用油墨、使用该油墨获得的化合物半导体薄膜、具备该化合物半导体薄膜的太阳能电池以及该太阳能电池的制造方法。
背景技术：
太阳能电池是利用光电动势效应而将光能转换成电能的装置，从防止地球温室化和枯竭资源替代对策等的观点出发，近年来备受关注。太阳能电池根据作为最重要的构成要素的光吸收层的材料的种类，大致分为硅系(单晶、多晶、非晶型、它们的复合体)、化合物半导体系(CIS化合物、CZTS化合物、II1-V族化合物、I1-VI族化合物)、有机半导体系以及色素增感系。其中，由于CIS (CuInSe)化合物太阳能电池具有光吸收层的光吸收系数大、制造工序相对少、耐放射性能高、在实验室中具有超过19%的光电转换效率等优异的特性，因而作为承担节省资源和温室化抑制能源的部分任务的新一代太阳能电池而备受期待。另外，由于CZTS (CuZnSnS)化合物太阳能电池不使用稀有金属，因而作为低成本的未来型太阳能电池而备受期待。目前，作为CIS化合物太阳能电池或CZTS化合物太阳能电池的最重要构成要素的光吸收层主要通过蒸镀、溅射等真空工艺来形成。但是，在真空工艺中，由于需要昂贵的真空设备，制造工序也复杂，因此具有发电成本高的缺点。另外，在大面积地制膜时，还具有难以保持面内各元素的分布均匀性的缺点。为了谋求化合物太阳能电池的进一步普及，必须进一步降低发电成本。最近，提出了通过称为印刷工序的低成本制膜方法来形成CIS层或CZTS层的方法(例如参照日本特开 2009-076842 号公报、以及 Guo et al.，J. Am. Chem. Soc.，131 (2009) 11672-11673.)。根据该方法，由于不需要昂贵的真空装置，工序也变得简单，因此有发电成本大幅度降低的可能。另外，还预料到面内各元素的分布变得均匀，转换效率提高。但是，该方法是不使用粘合剂、通过退火工艺仅将纳米粒子实施结晶化的方法。其结果是，具有在涂布过程中纳米粒子易于凝聚、在结晶化后的光吸收层中存在很多空隙、串联电阻增高、转换效率降低的问题。另外，由于没有粘合剂，因此还具有表面粗糙度大、表面存在很多缺陷、转换效率降低的问题。
发明内容
发明要解决的技术问题本发明是鉴于上述事实而作出的，其目的在于提供使低成本的太阳能电池的制造成为可能的化合物半导体 薄膜制作用油墨、其制造方法、使用该油墨获得的化合物半导体薄膜、具备该化合物半导体薄膜的太阳能电池以及其制造方法。
用于解决技术问题的手段根据本发明的第I方式，提供一种化合物半导体薄膜形成用油墨，其特征在于，其是使含有含S原子或Se原子的化合物的粘合剂和金属化合物粒子分散在有机溶剂中而成的。根据本发明的第2方式，提供一种化合物半导体薄膜，其特征在于，其是将第I方式的化合物半导体薄膜形成用油墨进行涂布或印刷并实施热处理而形成的。根据本发明的第2方式，提供一种太阳能电池，其特征在于，具备由第2方式的化合物半导体薄膜构成的光吸收层。根据本发明的第2方式，提供一种太阳能电池的制造方法，其特征在于，具备下述工序在形成于基板上的电极上涂布或印刷第I方式的化合物半导体薄膜形成用油墨以形成化合物半导体涂膜的工序；和对所述化合物半导体涂膜实施热处理以形成由化合物半导体薄膜构成的光吸收层的工序。
图1为示意地表示本发明第3实施方式的太阳能电池的构成的纵侧剖面图。图2A为表不实施例的CIS层剖面的利用电子扫描显微镜的观察结果的图。图2B为比较例的CIS层剖面的利用电子扫描显微镜的观察结果的图。
具体实施例方式以下，参照
本发明的实施方式。
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首先，对本发明的第I实施方式进行说明。本发明的第I实施方式的化合物半导体薄膜制作用油墨是使含有含S原子或Se原子的化合物的粘合剂和金属化合物粒子分散在有机溶剂中而成的。通过在化合物半导体薄膜制作用油墨中使用这样的粘合剂，可以防止化合物半导体薄膜制作用油墨的涂布过程中的金属化合物粒子的凝聚，可以利用粘合剂将金属化合物粒子间的间隙填埋，可以减少结晶化后的化合物半导体薄膜的间隙。另外，通过粘合剂的表面平滑化效果，所形成的化合物半导体薄膜的表面变得平坦，还可以减少缺陷数。进而，含有含S原子或Se原子的化合物的粘合剂由于与金属化合物粒子、特别是CIS粒子或CZTS粒子的相容性良好，因此S原子或Se原子还具有促进CIS或CZTS的结晶成长的效果，可获得致密的结晶层。作为含有含S原子或Se原子的化合物的粘合剂，可以使用下述化学式所示的物质。
权利要求
1.一种化合物半导体薄膜形成用油墨，其特征在于，其是使含有含S原子或Se原子的化合物的粘合剂和金属化合物粒子分散在有机溶剂中而成的。
2.根据权利要求1所述的化合物半导体薄膜形成用油墨，其特征在于，所述含S原子或Se原子的化合物用下述化学式表示，
3.根据权利要求1所述的化合物半导体薄膜形成用油墨，其特征在于，所述金属化合物粒子的平均粒径为Inm以上且200nm以下。
4.根据权利要求1所述的化合物半导体薄膜形成用油墨，其特征在于，所述金属化合物粒子含有至少I个VIB族元素。
5.根据权利要求1所述的化合物半导体薄膜形成用油墨，其特征在于，所述金属化合物粒子为选自 CuInxGahSe2 粒子、AgInxGahSe2 粒子、CuInxGah (SeyS^y) 2 粒子、Cu2ZnSn(SxSe1^x) 4 粒子及 CuAl (SexS1-X) 2 粒子中的 I 种， 其中，CuInxGahSe2 中的 x满足I, AgInxGa1^Se2 中的 x满足I,CuInxGah (SeyS^y) 2 中的 x 满足 0 < x <1、y 满足I, Cu2ZnSn (SxSe^x) 4 中的 x满足0彡X彡1，CuAl (SexSh) 2中的X满足0彡x彡I。
6.根据权利要求1所述的化合物半导体薄膜形成用油墨，其特征在于，所述金属化合物粒子为选自CivxSepySy粒子、(InxGah) 2 (Se1^ySy) 3粒子及InxGahSehySy粒子中的至少I种，其中，Cu2_xSei_ySy 中的 X 满足 0<x<l、y 满足 0 彡 y 彡 I，( InxGa1^x)2( Se1^ySy)3 中的 x满足l、y满足0彡y彡LInxGahSehSy中的X满足l、y满足0彡y彡I。
7.根据权利要求1所述的化合物半导体薄膜形成用油墨，其特征在于，所述金属化合物粒子为Cu2_xSe粒子和In2 (SexSh) 3粒子的混合物， 其中，Cu2_xSe中的X满足0彡X彡1，In2 (SexS1-X)S中的x满足0彡x彡I。
8.根据权利要求1所述的化合物半导体薄膜形成用油墨，其特征在于，所述金属化合物粒子为选自Cu2_xSn2_y (Se1=Sz) 2粒子及Cu2_xZn2_y (Se1=Sz) 2粒子中的至少I种， 其中，Cu2_xSn2_y(Sei_zSz)2中的X满足0彡X ( 2、y满足0彡y ( 2、z满足0彡z ( 1，Cu2_xZn2_y (Se1^Sz) 2中的x满足0彡x彡2、y满足0彡y彡2、z满足0彡z彡I。
9.根据权利要求1所述的化合物半导体薄膜形成用油墨，其特征在于，所述金属化合物粒子为选自CivxSehySy粒子、Zn2_xSe1_xSx粒子及SrvxSehySy粒子中的至少I种， 其中，Cu2_xSei_ySy中的X满足0<x<l、y满足0彡y彡1，Zn2_xSei_xSx中的x满足0^ X ^1、y 满足I, Sria^Se^ySy 中的 x 满足 0 < x <1、y 满足I。
10.根据权利要求1所述的化合物半导体薄膜形成用油墨，其特征在于，所述含有含S原子或Se原子的化合物的粘合剂和金属化合物粒子的混合物的S/(S+Se)摩尔比为0. 05 0.9。
11.一种化合物半导体薄膜，其特征在于，其是将权利要求1 10中任一项所述的化合物半导体薄膜形成用油墨进行涂布或印刷并实施热处理而形成的。
12.—种太阳能电池，其特征在于，其具备由权利要求11所述的化合物半导体薄膜构成的光吸收层。
13.—种太阳能电池的制造方法，其特征在于，具备下述工序 在形成于基板上的电极上涂布或印刷权利要求1 10中任一项所述的化合物半导体薄膜形成用油墨以形成化合物半导体涂膜的工序；和 对所述化合物半导体涂膜实施热处理以形成由化合物半导体薄膜构成的光吸收层的工序。
全文摘要
本发明公开了使含有含S原子或Se原子的化合物的粘合剂和金属化合物粒子分散在有机溶剂中而成的化合物半导体薄膜形成用油墨。通过涂布或印刷该化合物半导体薄膜形成用油墨并实施热处理，可以形成化合物半导体薄膜，可以构成具备该化合物半导体薄膜作为光吸收层的太阳能电池。
文档编号H01L21/368GK103069572SQ20118003971
公开日2013年4月24日 申请日期2011年8月12日 优先权日2010年8月17日
发明者张毅闻, 山田明 申请人:凸版印刷株式会社