セレン化インジウム粒子粉末およびその製造方法
【課題】微粒子且つ結晶性のセレン化インジウム粉末およびその製造方法を提供する。
【解決手段】平均１次粒径が１０ｎｍ以上、５００ｎｍ未満であり、２θが２６．８±０．５°、４４．６±０．５°、５２．９±０．５°に回折ピークを有し、好ましくは上記の３つのピーク以外に認められるピークのうち最も高いピークの高さＸと、２θが２６．８±０．５°のピークの高さＡの比が０．１以下であるセレン化インジウム粒子粉末である。この粉末は、インジウム化合物を含有するスラリーと、セレン含有液または金属セレンと、還元剤とを混合し、液相中で１１０℃〜３００℃に加熱することによって製造することができる。
【解決手段】平均１次粒径が１０ｎｍ以上、５００ｎｍ未満であり、２θが２６．８±０．５°、４４．６±０．５°、５２．９±０．５°に回折ピークを有し、好ましくは上記の３つのピーク以外に認められるピークのうち最も高いピークの高さＸと、２θが２６．８±０．５°のピークの高さＡの比が０．１以下であるセレン化インジウム粒子粉末である。この粉末は、インジウム化合物を含有するスラリーと、セレン含有液または金属セレンと、還元剤とを混合し、液相中で１１０℃〜３００℃に加熱することによって製造することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセレン化インジウム粒子粉末およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は自然エネルギーを利用する手段として、ますます注目を集めている。現在、主流の太陽電池はモジュールコストが下がらず、潜在的な市場は大きいにも関わらず、市場規模は潜在的な市場規模より小さい状態に止まっている。
Ｉ−III−VI2族系太陽電池は発電効率が高く、結晶Ｓｉ系太陽電池と比較して安価に製造できる特徴がある。Ｉ族元素としてはＣｕ、Ａｇ、III族元素としてはＧａ、Ｉｎ、Ａｌであり、VI族元素としてはＳ、Ｓｅ、Ｔｅである。なかでもＣｕＩｎＳｅ2が代表的な化合物であり、バンドギャップを調節する為に、Ｃｕの一部をＡｇで置換したり、Ｉｎの一部をＧａやＡｌで置換、またはＳｅの一部をＳやＴｅで置換する場合もある。本願では、これらの物質の粉末を総称して、ＣＩＳ粉末、これらの物質の薄膜をＣＩＳ膜と表現することがある。
【０００３】
Ｉ−III−VI2族系太陽電池は光吸収層として、ＣＩＳ膜を使用するが、ＣＩＳ膜の成膜法として、多元蒸着法、Ｓｅ化法が実用化されている。しかしこれらの方法は、真空プロセスを使用する事から、設備投資が大きくなり、結果として太陽電池のコストが上がってしまう。
多元蒸着法は、高真空の同時蒸着装置により、ＣＩＳ膜を基板上に蒸着させる方法である。この方法は、膜厚の均一性の点に難点があり、大面積化への展開が難しいとされている。セレン化法は、ＣＩＳ膜の構成元素であるＣｕ・Ｉｎ・Ｇａ等をスパッタ法等で金属薄膜を形成し、その後常圧反応炉内で、金属薄膜をセレン化させてＣＩＳ膜を得る方法である。蒸着法と比較し、大面積化が容易であるとされている。一方で、セレン化する際にセレン蒸気や有毒ガスであるセレン化水素を使用する必要があり、安全対策コストが高いことが課題となっている。
【０００４】
近年、真空プロセスを経ず、粉末を塗布・焼成して成膜する方式が試みられている。すなわち、ＣｕやＩｎ、Ｇａのセレン化物（ＣｕＳｅやＣｕ2Ｓｅ、Ｉｎ2Ｓｅ3、Ｇａ2Ｓｅ3などの２元系セレン化物)もしくはＣｕとＩｎもしくはＧaのセレン化物（ＣｕＩｎＳｅ2、ＣｕＧａＳｅ2、ＣｕＩｎＧａＳｅ2などの三／四元系セレン化物)のＣＩＳ粉末を作製し、塗布・焼成する方法である。
Ｃｕのセレン化合物（ＣｕＳｅやＣｕ2Ｓｅなど）粉末とＩｎ、Ｇａのセレン化物（Ｉｎ2Ｓｅ3、Ｇａ2Ｓｅ3など)粉末を混合し、塗布・焼成する方法は、前記粉末の混合比を調整することにより、ＣＩＳ膜のＣｕ、Ｉｎ、Ｇａの組成比を調整することができる点で優れている。
このうち、セレン化インジウム（Ｉｎ2Ｓｅ3）粉末については、原料となるＩｎ粉末、Ｓｅ粉末を遊星ボールミルを用いたメカノケミカルプロセスで処理することにより得る方法が特許文献１に記載されている。また、ＩｎＩ3とＮａ2Ｓｅをテトラヒドロフラン中で反応させ、Ｉｎ2Ｓｅ3を合成する方法が特許文献２に開示されている。特許文献３には、ＩｎＩ3とＮａＨＳｅをメタノール中で反応させて、Ｉｎ2Ｓｅ3粉末を得る方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１７７６０６号公報（００５６段落）
【特許文献２】特表２００２−５０１００３号公報（００６４〜００６５段落）
【特許文献３】ＵＳ２００８／０１３５０９９号公報（００３８〜００４２段落）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述したセレン化銅、セレン化インジウム等の粉末を用いてＣＩＳ膜を形成する方法では、膜厚の均一性がよく、薄いＣＩＳ膜を得るためには、粒子径の小さい粉末を用いることが必要になる。また、粉末の粒径が大きい場合、得られる膜に空隙が生じやすくなる。
特許文献１には、セレン化インジウムの原料であるＩｎ粉末とＳｅ粉末をメカノケミカルプロセスによる処理をおこなうことにより、セレン化インジウム粉末を得る方法が記載されている。特許文献１には、セレン化インジウム粉末の粒径が小さい方が好ましいとの記載はあるが、得られたセレン化インジウム粉末の粒径についての記載はない。本発明者らが、特許文献１に記載の方法で製造したセレン化インジウム粉末の粒径について検討したところ、平均粒径が０．５μｍ以下のセレン化インジウム粉末は得ることができなかった。またこの方法では、得られるセレン化インジウム粉末中の酸素濃度が高くなり、粉砕メディアに起因するＺｒ等の混入を避けることが難しい。
【０００７】
特許文献２には、テトラヒドロフランまたはメタノール中でＩｎＩ3とＮａ2Ｓｅを反応させて得られるＩｎ2Ｓｅ3粒子が開示されている。この方法で得られたセレン化インジウム粉末は、非晶質である。また、反応液に含まれるＮａやＩが得られるＩｎ2Ｓｅ3粉末中に残留し易く、特にＩはハロゲンであり、半導体にとって有害な不純物である。また、Ｎａ2Ｓｅは高価であり、大気中で不安定な物質であることから、製造コストの点で不利である。この方法で得られたＩｎ2Ｓｅ3粉末を４００℃で加熱した場合、結晶性のＩｎ2Ｓｅ3を得ることができるが、焼結してしまい微粒子の形態を維持することは困難である。
【０００８】
特許文献３には、水中で金属ＳｅとＮａＢＨ4を反応させて得られたＮａＨＳｅを含有する溶液と、ＩｎＩ3のメタノール溶液を反応させることにより得られるＩｎ2Ｓｅ3粒子が開示されている。本発明者らが調べた結果、この方法で得られるＩｎ2Ｓｅ3粒子は非晶質であった。また、反応液に含まれるＮａやＩが得られるＩｎ2Ｓｅ3粉末中に残留し易く、特にＩはハロゲンであり、半導体にとって有害な不純物である。
【０００９】
前述したセレン化銅、セレン化インジウム等の粉末を用いてＣＩＳ膜を形成する方法では、セレン化インジウム粉末はペースト化して基板上に塗布されるので、より微粒子であることが望ましい。一方、平均1次粒径が０．５μｍ超のセレン化インジウム粉末を含むペーストは、焼成の熱処理の温度が６００℃程度では、十分に粒子間の焼結が進まないため、空隙が多数存在する膜となり、ＣＩＳ膜の導電性が損なわれる等により、太陽電池の特性に悪影響を与える等の課題があった。
【００１０】
本発明者らが、特許文献２、３に開示の方法で得られる非晶質のＩｎ2Ｓｅ3粉末をペースト化して、塗布・乾燥したところ、塗膜にクラックが生成することがわかった。前記非晶質のＩｎ2Ｓｅ3粉末を含むペーストは、塗布・乾燥により収縮し塗膜にクラックが発生したものと考えられる。この粉末をＩｎ源としてＣＩＳ膜を形成するためのペーストを作り、塗布・乾燥して得られる塗膜にもクラックが生じやすくなると考えられ、このクラックが生じた塗膜を焼成して得られるＣＩＳ膜にもクラックが存在すると考えられる。ＣＩＳ膜にクラックが存在すると、太陽電池として使用した場合、裏面電極(Ｍｏ層)と透明電極層が電気的に短絡し、太陽電池の特性に悪影響を与えると考えられる。本発明者らが検討した結果、このクラックの発生は、後述するように結晶性のＩｎ2Ｓｅ3粉末を用いることにより抑制できることを見出した。
そこで、本発明は、微粒子且つ結晶性のセレン化インジウム粉末およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らが鋭意検討した結果、少なくとも水酸化インジウムまたは酸化インジウム粒子を懸濁させた液と、セレンを含有する液（セレン含有液）と、還元剤とを混合し高温で反応させることにより、セレン化インジウム粒子を含有する液を得て、セレン化インジウム粒子を含有する液を固液分離、洗浄することにより、微粒子且つ結晶性のセレン化インジウム粉末を得ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、第１に、平均１次粒径が１０ｎｍ以上、５００ｎｍ未満であり、Ｘ線回折図において２θが２６．８±０．５°、４４．６±０．５°、５２．９±０．５°に回折ピークを有するセレン化インジウム粒子粉末、第２に、Ｘ線回折図において２θが前記の２６．８±０．５°、４４．６±０．５°、５２．９±０．５°の３つのピーク以外に認められるピークのうち最も高いピーク（ただし、金属セレンのピークは除く）の高さＸと、前記の２θが２６．８±０．５°のピークの高さＡの比（Ｘ／Ａ）が０．１以下である前記第1に記載のセレン化インジウム粒子粉末、第３に、インジウム含有量とセレン含有量の和が９５質量％以上である前記第１または２に記載のセレン化インジウム粒子粉末、第４に、酸素含有量が２質量％以下である前記第１〜３のいずれかに記載のセレン化インジウム粒子粉末、第５に、塩素含有量およびヨウ素含有量のそれぞれが１００ｐｐｍ以下である前記第１〜４のいずれかに記載のセレン化インジウム粒子粉末、第６に、ナトリウムの含有量が１０００ｐｐｍ以下である前記第１〜５のいずれかに記載のセレン化インジウム粒子粉末、第７に、リンの含量が１００ｐｐｍ以下である前記第１〜６のいずれかに記載のセレン化インジウム粒子粉末、第８に、セレン／インジウムのモル比が１．３〜１．８である前記第１〜７のいずれかに記載のセレン化インジウム粒子粉末、第９に、インジウム化合物を含有するスラリーと、セレン含有液または金属セレンと、還元剤とを混合し、液相中で１１０℃〜３００℃に加熱してセレン化インジウム粒子粉末を製造する方法、第１０に、前記インジウム化合物が平均１次粒径１０〜４００ｎｍであって、水酸化インジウム、酸化インジウムの群から選択される１種以上である前記第９に記載の方法、第１１に、前記還元剤がヒドラジンまたはヒドラジン化合物である前記第９または１０に記載の方法、第１２に、前記加熱の温度が１４０℃〜２８０℃である前記第９〜１１のいずれかに記載の方法、である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、微粒子且つ結晶性のセレン化インジウム粉末を得ることができる。このセレン化インジウム粉末を含有するペーストを塗布・焼成することにより、高品質のＣＩＳ膜を低コストで得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１で得られた水酸化インジウム粒子粉末の電子顕微鏡写真を示す図である。
【図２】実施例１で得られたセレン化インジウム粒子粉末の電子顕微鏡写真を示す図である。
【図３】実施例１で得られたセレン化インジウム粒子粉末のＸ線回折結果を示すグラフである。
【図４】比較例１で得られたセレン化インジウム粒子粉末の電子顕微鏡写真を示す図である。
【図５】比較例１で得られたセレン化インジウム粒子粉末のＸ線回折結果を示すグラフである。
【図６】比較例２で得られたセレン化インジウム粒子粉末の電子顕微鏡写真を示す図である。
【図７】比較例２で得られたセレン化インジウム粒子粉末のＸ線回折結果を示すグラフである。
【図８】実施例１で得られたセレン化インジウム粒子粉末を用いて形成した塗膜の電子顕微鏡写真を示す図である。
【図９】比較例２で得られたセレン化インジウム粒子粉末を用いて形成した塗膜の電子顕微鏡写真を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を記載する。
本実施形態のセレン化インジウム粉末は、結晶性を有し、Ｘ線回折で２θが２６．８±０．５°、４４．６±０．５°、５２．９±０．５°に回折ピークを有する粒子粉末であり、その平均１次粒径が１０ｎｍ以上、０．５μｍ未満である粉末である。なお、Ｘ線回折で２θがＡ±０．５°に回折ピークを有するとは、Ｘ線回折測定により得られるＸ線回折図において、２θがＡ±０．５°の範囲内にピークを有することを示す。
また、本願では、モル比（Ｓｅ／Ｉｎ）が、１．３〜１．８であるセレン化インジウムをＩｎ2Ｓｅ3と表現することがある。
本実施形態のセレン化インジウム粉末の製造方法の概要を以下に説明する。本願のセレン化インジウム粉末は、インジウム化合物を含有するスラリーとセレン含有液または金属セレンと、還元剤とを混合し、液相中で１１０℃〜３００℃に加熱することにより、セレン化インジウム粒子を含有する液を得る工程と、得られたセレン化インジウム粒子を含有する液を固液分離、洗浄することにより、セレン化インジウム粉末を得ることを特徴とする。以下、さらに説明する。
【００１５】
（インジウム化合物）
インジウム化合物の種類は、水酸化インジウム、酸化インジウムの群から選択される１種以上であることが好ましい。これらのインジウム化合物は構成元素にＩｎ、Ｏ、Ｈ以外の元素を含んでおらず、高純度のセレン化インジウムを得ることが容易であり好ましい。インジウム化合物の形状は粒子状（粉）であることが好ましく、その平均１次粒径は、１０ｎｍ〜４００ｎｍであることが好ましい。インジウム化合物の平均１次粒径が、４００ｎｍを超える場合には、平均１次粒径が５００ｎｍ未満のセレン化インジウム粉末を得られない場合がある。１０ｎｍ未満のインジウム化合物粉は、得ることが難しく、得られた場合でも、粒子の分散を安定に保つ為、分散剤が必要になる。この分散剤はＣやＳ、Ｐ等の難揮発性元素を含んでおり、ＣＩＳ成膜時、不活性ガスで焼成した場合、ＣＩＳ膜に残炭等の不純物残留の原因となる。
【００１６】
（インジウム化合物粉の製造方法）
前記インジウム化合物粉の製造方法は、例えば、インジウム塩水溶液にアルカリを添加して、インジウム水酸化物粉を含有するスラリーを得ることができる。このスラリーを固液分離しケーキを得て、得られたケーキを乾燥して、水酸化インジウム粉を得ることができる。また、この水酸化インジウム粉を加熱することにより酸化インジウム粉を得ることができる。インジウム化合物粉は、その製法を特に限定されず、これ以外の湿式反応法や乾式法により製造されたものを用いることができる。
（水酸化インジウム粉の製造工程）
前記インジウム塩としては、特に限定されないが、硝酸インジウム、硫酸インジウム、塩化インジウム、等が好適に使用できるが、ＣＩＳ膜に残留する不純物がＣｌやＮＯ3の場合と比較してＳの場合は、Ｓｅと同じＶＩ族であり、その悪影響が一般的に小さいので、硫酸インジウムを使用することが特に好ましい。いずれの場合にも、得られる粉の洗浄を十分にして、セレン化インジウム中の不純物残留を低減させることが好ましい。
前記アルカリとしては、特に限定されないが、ＮａＯＨ、アンモニア等を使用することができる。ＣＩＳ膜は、不純物としてＮａが残留しても悪影響が小さく、ＮａＯＨは好適である。また、アンモニアは不純物源になりにくいので好適である。アルカリ添加は、液のｐＨが４〜１２の範囲となるまでおこなうことが好ましい。ｐＨが４未満までしか、アルカリを添加しない場合には、水酸化インジウムの生成が十分でない場合があり、ｐＨ１２を超えるまでアルカリを添加した場合には、水酸化インジウムが再溶解し、収率が低下する場合がある。
【００１７】
アルカリを添加するインジウム塩水溶液の温度は、１０℃〜１００℃とすることが好ましい。１００℃を超えると粒子成長が進みすぎ、得られる水酸化インジウム粉の平均１次粒径が過大になる場合がある。１０℃未満の場合には、反応に時間がかかる場合がある。
不純物含有量の低いセレン化インジウム粉末を得るために、前記により得られる水酸化インジウム粉の不純物含有量は、低いことが好ましい。塩素およびヨウ素およびリン、硝酸成分の濃度は、それぞれ、１００ｐｐｍ以下であることが好ましく、硫黄およびナトリウム成分の濃度は、それぞれ、１０００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００１８】
前記水酸化インジウム粉を空気等の酸素含有雰囲気中で２５０℃以上で加熱することにより、酸化インジウム粉を得ることができる。
インジウム化合物粉の平均１次粒径は、１０ｎｍ〜４００ｎｍであることが好ましい。その平均１次粒径が、４００ｎｍを超える場合には、平均１次粒径が５００ｎｍ未満のセレン化インジウム粉末を得られない場合がある。１０ｎｍ未満のインジウム化合物粉は、得ることが難しく、得られた場合でも、粒子の分散を安定に保つ為、分散剤が必要になる。この分散剤はＣやＳ、Ｐ等の難揮発性元素を含んでおり、ＣＩＳ成膜時、不活性ガスで焼成した場合、ＣＩＳ膜に残炭等の不純物残留の原因となる。
【００１９】
（セレン化インジウム生成工程）
前記インジウム化合物粉を含有するスラリーと、セレン含有液または金属セレンと、還元剤とを混合し、液相中で１１０℃〜３００℃に加熱することにより、セレン化インジウム粒子を含有する液を得ることができる。
前記スラリーを構成する溶媒としては、沸点が１１０℃以上であり還元作用のある溶媒であれば良いが、例として一価アルコールとしては、アミルアルコール、ヘキシルアルコール、ヘプチルアルコール、オクチルアルコールなどがあり、二価アルコールとしてはエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコールなど、三価アルコールとしてはグリセリン等がある。また、アミン系溶媒としては、ヘキシルアミン、へブチルアミン、オクチルアミン、等がある。反応中にスラリーを１１０℃以上に加熱することが必要であり、加圧容器等を使用すれば沸点が１１０℃未満の溶媒も使用できるが、溶媒の沸点は１１０℃以上であることが好ましく、溶媒の沸点が１５０℃以上であることが更に好ましい。特に好適な溶媒の例として、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、オクタノール等が挙げられる。
セレン含有液はセレン化合物または金属セレンと溶媒を混合することにより得ることができる。セレン含有液の溶媒としては、特に制限はないが、水を使用することができる。前記セレン化合物としては、二酸化セレン、セレン酸ナトリウム、亜セレン酸ナトリウム等を使用することができる。不純物の少ないセレン化インジウム粉末をより容易に得る観点から、二酸化セレンが特に好適に使用できる。前記セレン化合物の添加量は、得ようとするセレン化インジウム粉末の組成に応じて決めればよい。例えば、Ｉｎ2Ｓｅ3粉を得ようとする場合には、インジウム化合物１モルに対して、Ｓｅが１．５モルとなるような量のセレン化合物を添加すればよい。なお、金属セレンを使用する場合には、セレン含有液に代えて、溶媒と混合しないで金属セレンを用いることができる。
還元剤としては、ヒドラジン化合物を用いることができる。ヒドラジン化合物としては、不純物の少ないセレン化インジウム粉末をより容易に得る観点から、ヒドラジン水加物(ヒドラジン一水和物、Ｎ2Ｈ4・Ｈ2Ｏ)が最も好ましいが、中性硫酸ヒドラジン（Ｎ2Ｈ2）2・Ｈ2ＳＯ4や硫酸ヒドラジン（Ｎ2Ｈ4・Ｈ2ＳＯ4）、等のヒドラジン化合物を用いることもできる。また、ホルマリン、ジメチルアミンボラン、水素化ホウ素ナトリウムなどの還元剤も使用できる。
添加する還元剤の量は、セレン含有液中のセレンをＳｅ-2に還元できる量（還元剤当量）以上であればよい。例えば、セレン化合物として二酸化セレン（セレンの酸化数＋４）、還元剤としてヒドラジンを用いる場合、二酸化セレンの３倍モル量のヒドラジンの量が還元剤当量となる。
【００２０】
インジウム化合物を含有するスラリーとセレン含有液または金属セレンと、還元剤とを混合し、混合スラリーを得る。この混合（還元剤添加）の際は、雰囲気を窒素等の不活性ガスとすることが好ましく、攪拌をおこなうことが好ましい。この混合スラリーを加熱することにより、本発明のセレン化インジウム粒子を生成させることができる。
前記加熱温度は、１１０℃〜３００℃とすることができる。１１０℃未満までしか加熱しない場合、セレン化インジウム粒子が十分生成せず水酸化インジウムや酸化インジウムが多く残留する場合がある。３００℃超まで加熱した場合には、溶媒が劣化し、得られるセレン化インジウム粉末中の炭素含有量が高くなる場合がある。前記加熱温度は、１４０℃〜２８０℃が好ましい。前記加熱の時間は、３０分〜１０時間とすることができる。３０分未満の場合は、セレン化インジウム粒子が十分生成せず水酸化インジウムや酸化インジウムが多く残留する場合がある。加熱の時間を１０時間以上としても、収率向上等の効果はない。加熱中の雰囲気圧力は特に限定されないが、大気圧雰囲気とすることができる。また、前記加熱温度が溶媒沸点に近く、溶媒の蒸発が多くなる場合には、還流装置を設置して還流をおこなうことが好ましい。
【００２１】
（固液分離、乾燥）
セレン化インジウム生成工程で得られたセレン化インジウム粉を含有する液を固液分離し、セレン化インジウム粉のケーキを得る。固液分離の方法は、ろ過、遠心分離等、公知の方法でおこなうことができる。
不純物含有量の低いセレン化インジウム粉を得るために、前記ケーキをアルコール（メタノール、エタノール、プロパノール）、純水等で洗浄することができる。
前記で得られたケーキを乾燥することにより、セレン化インジウム粉末を得ることができる。乾燥は、加熱乾燥や真空乾燥の方法でおこなうことができる。乾燥の雰囲気は、窒素等の不活性ガスとすることが好ましく、加熱乾燥の場合、乾燥温度は５０℃〜２００℃とすることができる。
【００２２】
（セレン化インジウム粉）
本発明のセレン化インジウム粉は、セレン／インジウムのモル比が１．３〜１．８であるＩｎ2Ｓｅ3の粉である。セレン／インジウムのモル比が１．３未満の場合、インジウムが過剰になるため、過剰分のインジウムが水酸化インジウムや酸化インジウムとして、粉に多く混入するおそれがある。また、１．８超の場合、過剰分のセレンは柱状の粗大な粒子を形成しやすく、この粗大粒子は、ＣＩＳ膜を形成した場合に空隙の原因となるおそれがある。
セレン化インジウム粉は、結晶性を有し、Ｘ線回折で２θが２６．８±０．５°、４４．６±０．５°、５２．９±０．５°に回折ピークを有する粒子粉末である必要がある。セレン化インジウム粉が非晶質の場合、この粉末を含むペーストを、塗布・焼成したＣＩＳ膜にクラックが生成し、このＣＩＳ膜を太陽電池に使用した場合、裏面電極(Ｍｏ層)と透明電極層が電気的に短絡し、太陽電池の特性に悪影響をおよぼすおそれがある。
セレン化インジウム粉の結晶性は高いほうが好ましい。結晶性の程度は、２θが２６．８±０．５°、４４．６±０．５°、５２．９±０．５°の３つのピーク以外に認められるピークのうち最も高いピーク（ただし、金属セレンのピークは除く）の高さＸと、２θが２６．８±０．５°のピークの高さＡの比（Ｘ／Ａ）が低いほど結晶性が高いと判断した。（Ｘ／Ａ）は１／１０以下であることが好ましい。セレン化インジウム粉のモル比（Ｓｅ／Ｉｎ）が１．５超の場合には、金属セレンのピークが認められる場合があるが、金属セレンの相が存在しても問題は無い。
【００２３】
セレン化インジウム粉の平均１次粒径が１０ｎｍ以上、０．５μｍ未満である必要がある。平均１次粒径が０．５μｍ以上の場合、セレン化インジウム粉末を含有するペーストを塗布・焼成して得られるＣＩＳ膜の表面粗さが大きくなり、太陽電池を製造する際、上層にバッファ層が均一に積層出来ないおそれがある。また、得られるＣＩＳ膜に空隙が生じやすくなり、ＣＩＳ膜の導電性等の特性が損なわれるおそれがあるので好ましくない。平均１次粒径が１０ｎｍ未満の場合には、ペースト化した場合、凝集が激しく発生することがある。セレン化インジウム粉の平均１次粒径は、１０ｎｍ〜０．３μｍであることが好ましく、１０ｎｍ〜０．１μｍであることが一層好ましい。
【００２４】
セレン化インジウム粉の酸素含有量は、２質量％以下であることが好ましい。酸素含有量が高い場合には、セレン化インジウム粉を含有するペーストを塗布・焼成して得られるＣＩＳ膜にインジウム酸化物が多く含まれるおそれがあり、インジウム酸化物が多く含まれる場合には、結晶成長を阻害するばかりか絶縁層を形成してしまうなどの不具合が発生することがある。セレン化インジウム粉の酸素含有量は、１質量％以下であることが更に好ましく、０．５質量％以下であることが一層好ましい。
【００２５】
セレン化インジウム粉の塩素およびヨウ素およびリン成分の濃度は、それぞれ、１００ｐｐｍ以下であることが好ましく、ナトリウム成分の濃度は１０００ｐｐｍ以下であることが好ましい。これらの不純物含有量が多い場合には、セレン化インジウム粉末を含有するペーストを塗布・焼成して得られるＣＩＳ膜中の結晶粒界にこれらの不純物が偏析することがあり、それによりＣＩＳ膜の半導体特性を悪化させるおそれがある。セレン化インジウム粉の塩素およびヨウ素およびリン成分の濃度は、それぞれ、１０ｐｐｍ以下であることが更に好ましく、５ｐｐｍ以下であることが一層好ましい。セレン化インジウム粉のナトリウム成分の濃度は、１００ｐｐｍ以下であることが更に好ましく、５０ｐｐｍ以下であることが一層好ましい。
【実施例】
【００２６】
［実施例１］
５Ｌビーカーに、純水２３３０gを入れ、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）１６９ｇを加えて水酸化ナトリウム水溶液を準備した。硫酸インジウム（Ｉｎ2（ＳＯ4）3・９Ｈ2Ｏ）４００ｇを純水２１００ｇに加えて、硫酸インジウム水溶液を準備した。前記水酸化ナトリウム水溶液を３５℃に加熱し、攪拌しながら３５℃に加熱した前記硫酸インジウム水溶液を５分間かけて添加し、白色のスラリーを得た。
前記白色スラリーをろ紙（ＡＤＶＡＮＴＥＣ製 ＧＲＡＤＥ ４Ａ）でろ過してケーキを得た。得られたケーキをろ紙上で純水で充分洗浄して、白色ケーキを得た。この白色ケーキを大気中、１１０℃で１２時間乾燥し、白色の水酸化インジウム（Ｉｎ（ＯＨ）3）粉を得た。得られた水酸化インジウム粉をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）観察した結果、平均１次粒径は２５ｎｍであった。水酸化インジウム粉の写真を図１に示す。さらに、得られた水酸化インジウム粉を定量分析した結果、インジウム含量は６９．２質量％、ナトウム３００ｐｐｍ、硫黄５００ｐｐｍであり、塩素、ヨウ素は何れも１ｐｐｍ以下であった。
本願では、元素含有量の定量分析は、以下の方法でおこなった。
（１） Ｃｕ、Ｓｅ、Ｐ、Ｃｌ、Ｉ
試料を硝酸と硫酸の混酸で溶解し、ＩＣＰ発光分光分析装置（エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製ＳＰＳ３５２０Ｖ）を用いて測定し、試料中の元素含有量を求めた。
（２） Ｎａ
試料を硝酸と硫酸の混酸で溶解し、原子吸光分析装置（株式会社日立製作所製Ｚ−６１００）を用いて測定し、試料中のＮａ含有量を求めた。
（３） Ｏ（酸素）
酸素窒素同時分析装置(ＬＥＣＯ社製 ＴＣ−４３６)を用いて、試料中のＯ含有量を測定した。
【００２７】
３００ｍＬビーカーに、テトラエチレングリコール（ＴＥＧ）３００ｍＬと前記乾燥後の水酸化インジウム粉８．１１ｇを入れ、窒素雰囲気下で攪拌を行い、水酸化インジウム分散スラリーを得た。
前記水酸化インジウム分散スラリーを４０℃に昇温し、水加ヒドラジン（ヒドラジン（Ｈ2ＮＮＨ2）８０質量％)３０．９g（還元剤当量の３．５倍の量）を添加し、更に、二酸化セレン水溶液２０ｍＬ（二酸化セレンを８．１４ｇ含有）を添加した。このとき、スラリーの色は赤色を呈した。このスラリーを窒素雰囲気、大気圧下で攪拌して、６０分間４０℃を維持した状態で熟成した後、３０分間かけて１１０℃まで加熱した。このとき、スラリーの色は黄色を呈した。このスラリーを攪拌して、６０分間１１０℃を維持した状態で熟成した後、９０分間かけて２５０℃まで加熱し、２５０℃で３時間攪拌した後、室温まで冷却した。このとき、スラリーの色は濃い茶色であった。なお、前記の加熱開始から冷却終了まで還流装置による還流を行った。
前記の濃い茶色のスラリー（セレン化インジウム含有スラリー）を４０００ｒｐｍで遠心分離し、茶色のケーキを得た。得られたケーキをイソプロパノール（ＩＰＡ）３００ｍＬで洗浄した。
【００２８】
洗浄したケーキをＡｒ雰囲気中、２００℃で６０分間乾燥し、セレン化インジウム粉末を得た。この粉末のＴＥＭ写真を図２に示す。この粉末に対し、Ｘ線回折装置（X-Ray Diffractometer、以下ＸＲＤ、（株）島津製作所製ＬａｂＸ ＸＲＤ−６１００）による測定を行った。結果を図３に示す。Ｘ線回折測定の結果から、得られたセレン化インジウム粉末は、２θが２６．８±０．５°、４４．６±０．５°、５２．９±０．５°にピークがある結晶構造を有するものであることがわかった。この回折ピークを持つＩｎとＳｅとの化合物は報告されておらず、Ｉｎ2Ｓｅ3の新規な相であることが分かった。また、このピークはカルコパライト型の結晶構造を持つＣｕＩｎＳｅ2と近い位置にピークをもつ事から、得られたセレン化インジウム粉末もカルコパライト構造もしくはそれに近い構造をもつと思われる。ここで、カルコパライト構造とは、立方晶系の閃亜鉛鉱構造（ＺｎＳ）に類似しており、これを二段重ねしたような正方晶系の結晶構造である。なお、本願では、２θが２６．８±０．５°、４４．６±０．５°、５２．９±０．５°にピークがある場合には、２θが２６．８°、４４．６°、５２．９°にピークがあるということがある。
得られたセレン化インジウム粉末は、２θが２６．８°、４４．６°、５２．９°のピーク以外に大きなピークは認めらなかった。（Ｘ／Ａ）の値は、０．１未満であった。（Ｘ／Ａ）の値が０．１以下の場合、結晶性を「○」とした。
得られたセレン化インジウム粉末の平均１次粒径は、得られたセレン化インジウム粉末のＴＥＭ写真（１７４,０００倍）を撮影し、ＴＥＭ写真上で、粒子１００個の1次粒子径を測定し、その平均値を計算することにより求めた。なお、粒子の輪郭が全周にわたり確認できる粒子を測定対象とした。また、粒子の１次粒子径は、粒子像を二本の平行線で挟んだときの最小間隔を短軸径としたときに、短軸径に直交する２本の平行線で粒子像を挟んだときの間隔の長さ（長軸径）とした。結果を表１に示す。
得られたセレン化銅粉末について、各元素の含有量を測定した結果を表１に示す。これらの結果により、得られたセレン化インジウム粉末は、結晶性（単相）を有するＩｎ2Ｓｅ3であることが確認された。
【００２９】
【表１】
【００３０】
［実施例２］
セレン化インジウム含有スラリーを得る方法について、加熱温度を２５０℃から３００℃に変更した以外は実施例１と同様にして、セレン化インジウム粉末を製造して、評価した。結果を表１に示す。また、Ｘ線回折測定の結果は、実施例１と同様の結果であった。
【００３１】
［実施例３］
セレン化インジウム含有スラリーを得る方法について、加熱温度を２５０℃から１８０℃に変更した以外は実施例１と同様にして、セレン化インジウム粉末を製造して、評価した。結果を表１に示す。また、Ｘ線回折測定の結果は、実施例１と同様の結果であった。実施例１では、遠心分離後のケーキの色は茶色であったが、実施例３では、遠心分離後のケーキの色は赤みを帯びた茶色であった。
【００３２】
［実施例４］
セレン化インジウム含有スラリーを得る方法について、加熱温度を２５０℃から１１０℃に変更した以外は実施例１と同様にして、セレン化インジウム粉末を製造して、評価した。結果を表１に示す。また、Ｘ線回折測定の結果は、実施例１と同様の結果であった。実施例１では、遠心分離後のケーキの色は茶色であったが、実施例３では、遠心分離後のケーキの色は赤みを帯びた黄色であった。
【００３３】
［実施例５］
水加ヒドラジンの添加量を３０．９ｇから８．８２ｇ（還元剤当量１．０当量）に変更した以外は、実施例１と同様にして、セレン化インジウム粉末を製造して、評価した。結果を表１に示す。また、Ｘ線回折測定の結果は、実施例１と同様の結果であった。
【００３４】
［実施例６］（原料を水酸化インジウム粉から酸化インジウム粉に変更）
５Ｌビーカーに、純水２３３０gを入れ、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）１６９ｇを加えて水酸化ナトリウム水溶液を準備した。硫酸インジウム（Ｉｎ2（ＳＯ4）3・９Ｈ2Ｏ）４００gを純水２１００ｇに加えて、硫酸インジウム水溶液を準備した。前記水酸化ナトリウム水溶液を３５℃に加熱し、攪拌しながら３５℃に加熱した前記硫酸インジウム水溶液を５分間かけて添加し、白色のスラリーを得た。
前記白色スラリーをろ紙（ＡＤＶＡＮＴＥＣ製 ＧＲＡＤＥ ４Ａ）でろ過してケーキを得た。得られたケーキをろ紙上で純水で充分洗浄して、白色ケーキを得た。この白色ケーキを大気中、２５０℃で１２時間乾燥し、白色の酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）粉を得た。得られた酸化インジウム粉をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）観察した結果、平均１次粒径は２５ｎｍであった。得られた酸化インジウム粉を定量分析した結果、インジウム含量は８２．７質量％、ナトウム１００ｐｐｍ、硫黄５００ｐｐｍであり、塩素、ヨウ素は何れも１ｐｐｍ以下であった。
【００３５】
３００ｍＬビーカーに、テトラエチレングリコール（ＴＥＧ）３００ｍＬと前記酸化インジウム粉６．７９gを入れ、窒素雰囲気下で攪拌を行い、酸化インジウム分散スラリーを得た。
前記酸化インジウム分散スラリーを４０℃に昇温し、水加ヒドラジン（ヒドラジン（Ｈ2ＮＮＨ2）８０質量％)３０．９gを添加し、更に、二酸化セレン水溶液２０ｍＬ（二酸化セレンを８．１４ｇ含有）を添加した。このとき、スラリーの色は赤色を呈した。このスラリーを攪拌して、窒素雰囲気、大気圧下で６０分間４０℃を維持した状態で熟成した後、３０分間かけて１１０℃まで加熱した。このとき、スラリーの色は黄色を呈した。このスラリーを攪拌して、６０分間１１０℃を維持した状態で熟成した後、９０分間かけて２５０℃まで加熱し、２５０℃で３時間攪拌した後、室温まで冷却した。このとき、スラリーの色は濃い茶色であった。なお、前記の加熱開始から冷却終了まで還流装置による還流を行った。
濃い茶色のスラリー（セレン化インジウム含有スラリー）を４０００ｒｐｍで遠心分離し、茶色のケーキを得た。得られたケーキをイソプロパノール（ＩＰＡ）３００ｍＬで洗浄した。
【００３６】
洗浄したケーキをＡｒ雰囲気中、２００℃で６０分間乾燥し、セレン化インジウム粉末を得た。得られた粉末を実施例１と同様にして評価した。結果を表１に示す。また、Ｘ線回折測定の結果は、実施例１と同様の結果であった。
【００３７】
［実施例７］
セレン化インジウム含有スラリーを得る方法について、水加ヒドラジン３０．９ｇを添加することから、硫酸ヒドラジン（Ｎ2Ｈ4・Ｈ2ＳＯ4）１００．２ｇを添加することに変更した以外は実施例１と同様にして、セレン化インジウム粉末を製造して、評価した。結果を表１に示す。また、Ｘ線回折測定の結果は、実施例１と同様の結果であった。
【００３８】
［実施例８］
セレン化インジウム含有スラリーを得る方法について、使用する溶媒の種類をＴＥＧから、２−オクタノールに変更した以外は実施例３と同様にして、セレン化インジウム粉末を製造して、評価した。結果を表１に示す。また、Ｘ線回折測定の結果は、実施例１と同様の結果であった。
【００３９】
［実施例９］（セレン源を金属セレンに変更）
３００ｍＬビーカーに、テトラエチレングリコール（ＴＥＧ）３００ｍＬと実施例１と同様の方法で製造した水酸化インジウム粉８．１１gを入れ、窒素雰囲気下で攪拌を行い、水酸化インジウム分散スラリーを得た。
前記水酸化インジウム分散スラリーを４０℃に昇温し、水加ヒドラジン（ヒドラジン（Ｈ2ＮＮＨ2）８０質量％)１０．３ｇを添加し、更に、金属セレン粉末５．７９ｇを添加した。このとき、スラリーの色は黒灰色を呈した。このスラリーを攪拌して、窒素雰囲気、大気圧下で６０分間４０℃を維持した状態で熟成した後、３０分間かけて１１０℃まで加熱した。このとき、スラリーの色は黄色を呈した。このスラリーを攪拌して、６０分間１１０℃を維持した状態で熟成した後、９０分間かけて２５０℃まで加熱し、２５０℃で３時間攪拌した後、室温まで冷却した。このとき、スラリーの色は濃い茶色であった。なお、前記の加熱開始から冷却終了まで還流装置による還流を行った。
前記の濃い茶色のスラリー（セレン化インジウム含有スラリー）を４０００ｒｐｍで遠心分離し、茶色のケーキを得た。得られたケーキをイソプロパノール（ＩＰＡ）３００ｍＬで洗浄した。
【００４０】
洗浄したケーキをＡｒ雰囲気中、２００℃で６０分間乾燥し、セレン化インジウム粉末を得た。得られた粉末を実施例１と同様にして評価した。結果を表１に示す。また、Ｘ線回折測定の結果は、実施例１と同様の結果であった。
【００４１】
［比較例１］（還元剤なし）
３００ｍＬビーカーに、テトラエチレングリコール（ＴＥＧ）３００ｍＬと実施例１と同様の方法で製造した水酸化インジウム粉８．１１ｇを入れ、窒素雰囲気下で攪拌を行い、水酸化インジウム分散スラリーを得た。
前記水酸化インジウム分散スラリーを４０℃に昇温し、金属セレン粉末５．７９ｇを添加した。このスラリーを攪拌して２０分間保持した。その後、窒素雰囲気、大気圧下で攪拌しながら、前記スラリーを３℃／分の速度で２５０℃まで加熱し、２５０℃の温度を１８０分間保持した後、室温まで冷却した。なお、前記の加熱開始から冷却終了まで還流装置による還流を行った。このとき、スラリーの色は赤茶色であった。このスラリー（セレン化インジウム含有スラリー）を４０００ｒｐｍで遠心分離し、赤茶色のケーキを得た。得られたケーキをイソプロパノール（ＩＰＡ）３００ｍＬで洗浄した。
【００４２】
洗浄したケーキをＡｒ雰囲気中、２００℃で６０分間乾燥し、セレン化インジウム粉末を得た。得られた粉末を実施例１と同様にして評価した。結果を表１に示す。また、得られた粉末のＴＥＭ写真を図４に示し、Ｘ線回折測定の結果を図５に示す。粒子は、板状あるいは鱗片状の形状を持ち、平均１次粒径は０．７μｍであった。Ｘ線回折のピーク位置は、ＪＣＰＤＳ：０４０−１４０７（γ−Ｉｎ2Ｓｅ3）と同様であり、得られたセレン化インジウム粉末は、γ−Ｉｎ2Ｓｅ3の結晶構造を有していた。
【００４３】
［比較例２］
３００ｍＬビーカーに純水５０ｍＬを入れ、純水を５℃に冷却して、窒素を吹き込みながら攪拌を行った。そこに金属セレン粉末０．７９gとＮａＢＨ4０．７６ｇを添加し、６０分間攪拌し、セレン含有水溶液を得た。攪拌後の液色は透明であった。これとは別に、ＩｎＩ3３．２７ｇをメタノール６０ｍＬに溶解し、ＩｎＩ3溶液を得た。前記セレン含有水溶液を攪拌し５℃に保ちながら、前記ＩｎＩ3溶液を前記セレン含有水溶液に添加し、攪拌を３０分間続けることにより、黄色のスラリーを得た。この黄色のスラリーを４０００ｒｐｍで遠心分離し、黄色のケーキを得た。得られたケーキをイソプロパノール（ＩＰＡ）３００ｍＬで洗浄した。
【００４４】
洗浄したケーキをＡｒ雰囲気中、２００℃で６０分間乾燥し、セレン化インジウム粉末を得た。得られた粉末を実施例１と同様にして評価した。結果を表１に示す。また、得られた粉末のＴＥＭ写真を図６に示し、Ｘ線回折測定の結果を図７に示す。ＴＥＭ写真では、明確な粒子の形態は確認できず、アモルファス状、もしくは非常に小さい粒子であり、ＴＥＭ写真で１次粒子を観測できず、粒子である場合でも、平均１次粒径は１０ｎｍ未満であると判断された。Ｘ線回折の結果、明瞭な回折ピークは確認できなかった。この結果は、得られたセレン化インジウム粉末は非晶質であることを示していた。
【００４５】
（膜の評価）
実施例１で得られたセレン化インジウム粉末２ｇとイソプロパノール８ｇを混合し、ホモジナイザー（ＩＫＡ製、ＵＬＴＲＡ＝ＴＵＲＲＡＸ Ｔ１８）を用いて２００００ｒｐｍの条件で処理し、セレン化インジウム粉末の分散液を得た。
２０ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ２ｍｍのガラス基板上に、厚さ５００ｎｍでモリブデンを成膜した基板上に、前記分散液をバーコーターを用いて、厚さ３μｍで塗布した。分散液を塗布した基板をホットプレートで６０℃に３０分間加熱し、セレン化インジウム膜を得た。この膜をＳＥＭ（倍率１０００倍）で観察し、クラックの有無を観察した。０．１ｍｍ×０．１ｍｍの領域を観察し、クラックがない場合を○、クラックが１箇所ある場合を△、クラックが２箇所以上ある場合を×と評価した。評価結果を表１に示す。同様にして、実施例２〜９、比較例１、２で得られたセレン化インジウム粉末についても評価をおこない、結果を表１に示した。実施例１および比較例２で得られたセレン化インジウム粉末を用いて作成したセレン化インジウム膜の顕微鏡写真を図８、図９に示した。
これらのセレン化インジウム膜について、表面粗さ（Ｒa）をレーザー式顕微鏡（キーエンス社製、ＶＫ−９７００）を用いて測定した。測定条件は、対物レンズ（×５０倍）（視野２００μｍ×２８０μｍ）とした。その結果を表１に示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明はセレン化インジウム粒子粉末およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は自然エネルギーを利用する手段として、ますます注目を集めている。現在、主流の太陽電池はモジュールコストが下がらず、潜在的な市場は大きいにも関わらず、市場規模は潜在的な市場規模より小さい状態に止まっている。
Ｉ−III−VI2族系太陽電池は発電効率が高く、結晶Ｓｉ系太陽電池と比較して安価に製造できる特徴がある。Ｉ族元素としてはＣｕ、Ａｇ、III族元素としてはＧａ、Ｉｎ、Ａｌであり、VI族元素としてはＳ、Ｓｅ、Ｔｅである。なかでもＣｕＩｎＳｅ2が代表的な化合物であり、バンドギャップを調節する為に、Ｃｕの一部をＡｇで置換したり、Ｉｎの一部をＧａやＡｌで置換、またはＳｅの一部をＳやＴｅで置換する場合もある。本願では、これらの物質の粉末を総称して、ＣＩＳ粉末、これらの物質の薄膜をＣＩＳ膜と表現することがある。
【０００３】
Ｉ−III−VI2族系太陽電池は光吸収層として、ＣＩＳ膜を使用するが、ＣＩＳ膜の成膜法として、多元蒸着法、Ｓｅ化法が実用化されている。しかしこれらの方法は、真空プロセスを使用する事から、設備投資が大きくなり、結果として太陽電池のコストが上がってしまう。
多元蒸着法は、高真空の同時蒸着装置により、ＣＩＳ膜を基板上に蒸着させる方法である。この方法は、膜厚の均一性の点に難点があり、大面積化への展開が難しいとされている。セレン化法は、ＣＩＳ膜の構成元素であるＣｕ・Ｉｎ・Ｇａ等をスパッタ法等で金属薄膜を形成し、その後常圧反応炉内で、金属薄膜をセレン化させてＣＩＳ膜を得る方法である。蒸着法と比較し、大面積化が容易であるとされている。一方で、セレン化する際にセレン蒸気や有毒ガスであるセレン化水素を使用する必要があり、安全対策コストが高いことが課題となっている。
【０００４】
近年、真空プロセスを経ず、粉末を塗布・焼成して成膜する方式が試みられている。すなわち、ＣｕやＩｎ、Ｇａのセレン化物（ＣｕＳｅやＣｕ2Ｓｅ、Ｉｎ2Ｓｅ3、Ｇａ2Ｓｅ3などの２元系セレン化物)もしくはＣｕとＩｎもしくはＧaのセレン化物（ＣｕＩｎＳｅ2、ＣｕＧａＳｅ2、ＣｕＩｎＧａＳｅ2などの三／四元系セレン化物)のＣＩＳ粉末を作製し、塗布・焼成する方法である。
Ｃｕのセレン化合物（ＣｕＳｅやＣｕ2Ｓｅなど）粉末とＩｎ、Ｇａのセレン化物（Ｉｎ2Ｓｅ3、Ｇａ2Ｓｅ3など)粉末を混合し、塗布・焼成する方法は、前記粉末の混合比を調整することにより、ＣＩＳ膜のＣｕ、Ｉｎ、Ｇａの組成比を調整することができる点で優れている。
このうち、セレン化インジウム（Ｉｎ2Ｓｅ3）粉末については、原料となるＩｎ粉末、Ｓｅ粉末を遊星ボールミルを用いたメカノケミカルプロセスで処理することにより得る方法が特許文献１に記載されている。また、ＩｎＩ3とＮａ2Ｓｅをテトラヒドロフラン中で反応させ、Ｉｎ2Ｓｅ3を合成する方法が特許文献２に開示されている。特許文献３には、ＩｎＩ3とＮａＨＳｅをメタノール中で反応させて、Ｉｎ2Ｓｅ3粉末を得る方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１７７６０６号公報（００５６段落）
【特許文献２】特表２００２−５０１００３号公報（００６４〜００６５段落）
【特許文献３】ＵＳ２００８／０１３５０９９号公報（００３８〜００４２段落）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述したセレン化銅、セレン化インジウム等の粉末を用いてＣＩＳ膜を形成する方法では、膜厚の均一性がよく、薄いＣＩＳ膜を得るためには、粒子径の小さい粉末を用いることが必要になる。また、粉末の粒径が大きい場合、得られる膜に空隙が生じやすくなる。
特許文献１には、セレン化インジウムの原料であるＩｎ粉末とＳｅ粉末をメカノケミカルプロセスによる処理をおこなうことにより、セレン化インジウム粉末を得る方法が記載されている。特許文献１には、セレン化インジウム粉末の粒径が小さい方が好ましいとの記載はあるが、得られたセレン化インジウム粉末の粒径についての記載はない。本発明者らが、特許文献１に記載の方法で製造したセレン化インジウム粉末の粒径について検討したところ、平均粒径が０．５μｍ以下のセレン化インジウム粉末は得ることができなかった。またこの方法では、得られるセレン化インジウム粉末中の酸素濃度が高くなり、粉砕メディアに起因するＺｒ等の混入を避けることが難しい。
【０００７】
特許文献２には、テトラヒドロフランまたはメタノール中でＩｎＩ3とＮａ2Ｓｅを反応させて得られるＩｎ2Ｓｅ3粒子が開示されている。この方法で得られたセレン化インジウム粉末は、非晶質である。また、反応液に含まれるＮａやＩが得られるＩｎ2Ｓｅ3粉末中に残留し易く、特にＩはハロゲンであり、半導体にとって有害な不純物である。また、Ｎａ2Ｓｅは高価であり、大気中で不安定な物質であることから、製造コストの点で不利である。この方法で得られたＩｎ2Ｓｅ3粉末を４００℃で加熱した場合、結晶性のＩｎ2Ｓｅ3を得ることができるが、焼結してしまい微粒子の形態を維持することは困難である。
【０００８】
特許文献３には、水中で金属ＳｅとＮａＢＨ4を反応させて得られたＮａＨＳｅを含有する溶液と、ＩｎＩ3のメタノール溶液を反応させることにより得られるＩｎ2Ｓｅ3粒子が開示されている。本発明者らが調べた結果、この方法で得られるＩｎ2Ｓｅ3粒子は非晶質であった。また、反応液に含まれるＮａやＩが得られるＩｎ2Ｓｅ3粉末中に残留し易く、特にＩはハロゲンであり、半導体にとって有害な不純物である。
【０００９】
前述したセレン化銅、セレン化インジウム等の粉末を用いてＣＩＳ膜を形成する方法では、セレン化インジウム粉末はペースト化して基板上に塗布されるので、より微粒子であることが望ましい。一方、平均1次粒径が０．５μｍ超のセレン化インジウム粉末を含むペーストは、焼成の熱処理の温度が６００℃程度では、十分に粒子間の焼結が進まないため、空隙が多数存在する膜となり、ＣＩＳ膜の導電性が損なわれる等により、太陽電池の特性に悪影響を与える等の課題があった。
【００１０】
本発明者らが、特許文献２、３に開示の方法で得られる非晶質のＩｎ2Ｓｅ3粉末をペースト化して、塗布・乾燥したところ、塗膜にクラックが生成することがわかった。前記非晶質のＩｎ2Ｓｅ3粉末を含むペーストは、塗布・乾燥により収縮し塗膜にクラックが発生したものと考えられる。この粉末をＩｎ源としてＣＩＳ膜を形成するためのペーストを作り、塗布・乾燥して得られる塗膜にもクラックが生じやすくなると考えられ、このクラックが生じた塗膜を焼成して得られるＣＩＳ膜にもクラックが存在すると考えられる。ＣＩＳ膜にクラックが存在すると、太陽電池として使用した場合、裏面電極(Ｍｏ層)と透明電極層が電気的に短絡し、太陽電池の特性に悪影響を与えると考えられる。本発明者らが検討した結果、このクラックの発生は、後述するように結晶性のＩｎ2Ｓｅ3粉末を用いることにより抑制できることを見出した。
そこで、本発明は、微粒子且つ結晶性のセレン化インジウム粉末およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らが鋭意検討した結果、少なくとも水酸化インジウムまたは酸化インジウム粒子を懸濁させた液と、セレンを含有する液（セレン含有液）と、還元剤とを混合し高温で反応させることにより、セレン化インジウム粒子を含有する液を得て、セレン化インジウム粒子を含有する液を固液分離、洗浄することにより、微粒子且つ結晶性のセレン化インジウム粉末を得ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、第１に、平均１次粒径が１０ｎｍ以上、５００ｎｍ未満であり、Ｘ線回折図において２θが２６．８±０．５°、４４．６±０．５°、５２．９±０．５°に回折ピークを有するセレン化インジウム粒子粉末、第２に、Ｘ線回折図において２θが前記の２６．８±０．５°、４４．６±０．５°、５２．９±０．５°の３つのピーク以外に認められるピークのうち最も高いピーク（ただし、金属セレンのピークは除く）の高さＸと、前記の２θが２６．８±０．５°のピークの高さＡの比（Ｘ／Ａ）が０．１以下である前記第1に記載のセレン化インジウム粒子粉末、第３に、インジウム含有量とセレン含有量の和が９５質量％以上である前記第１または２に記載のセレン化インジウム粒子粉末、第４に、酸素含有量が２質量％以下である前記第１〜３のいずれかに記載のセレン化インジウム粒子粉末、第５に、塩素含有量およびヨウ素含有量のそれぞれが１００ｐｐｍ以下である前記第１〜４のいずれかに記載のセレン化インジウム粒子粉末、第６に、ナトリウムの含有量が１０００ｐｐｍ以下である前記第１〜５のいずれかに記載のセレン化インジウム粒子粉末、第７に、リンの含量が１００ｐｐｍ以下である前記第１〜６のいずれかに記載のセレン化インジウム粒子粉末、第８に、セレン／インジウムのモル比が１．３〜１．８である前記第１〜７のいずれかに記載のセレン化インジウム粒子粉末、第９に、インジウム化合物を含有するスラリーと、セレン含有液または金属セレンと、還元剤とを混合し、液相中で１１０℃〜３００℃に加熱してセレン化インジウム粒子粉末を製造する方法、第１０に、前記インジウム化合物が平均１次粒径１０〜４００ｎｍであって、水酸化インジウム、酸化インジウムの群から選択される１種以上である前記第９に記載の方法、第１１に、前記還元剤がヒドラジンまたはヒドラジン化合物である前記第９または１０に記載の方法、第１２に、前記加熱の温度が１４０℃〜２８０℃である前記第９〜１１のいずれかに記載の方法、である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、微粒子且つ結晶性のセレン化インジウム粉末を得ることができる。このセレン化インジウム粉末を含有するペーストを塗布・焼成することにより、高品質のＣＩＳ膜を低コストで得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１で得られた水酸化インジウム粒子粉末の電子顕微鏡写真を示す図である。
【図２】実施例１で得られたセレン化インジウム粒子粉末の電子顕微鏡写真を示す図である。
【図３】実施例１で得られたセレン化インジウム粒子粉末のＸ線回折結果を示すグラフである。
【図４】比較例１で得られたセレン化インジウム粒子粉末の電子顕微鏡写真を示す図である。
【図５】比較例１で得られたセレン化インジウム粒子粉末のＸ線回折結果を示すグラフである。
【図６】比較例２で得られたセレン化インジウム粒子粉末の電子顕微鏡写真を示す図である。
【図７】比較例２で得られたセレン化インジウム粒子粉末のＸ線回折結果を示すグラフである。
【図８】実施例１で得られたセレン化インジウム粒子粉末を用いて形成した塗膜の電子顕微鏡写真を示す図である。
【図９】比較例２で得られたセレン化インジウム粒子粉末を用いて形成した塗膜の電子顕微鏡写真を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を記載する。
本実施形態のセレン化インジウム粉末は、結晶性を有し、Ｘ線回折で２θが２６．８±０．５°、４４．６±０．５°、５２．９±０．５°に回折ピークを有する粒子粉末であり、その平均１次粒径が１０ｎｍ以上、０．５μｍ未満である粉末である。なお、Ｘ線回折で２θがＡ±０．５°に回折ピークを有するとは、Ｘ線回折測定により得られるＸ線回折図において、２θがＡ±０．５°の範囲内にピークを有することを示す。
また、本願では、モル比（Ｓｅ／Ｉｎ）が、１．３〜１．８であるセレン化インジウムをＩｎ2Ｓｅ3と表現することがある。
本実施形態のセレン化インジウム粉末の製造方法の概要を以下に説明する。本願のセレン化インジウム粉末は、インジウム化合物を含有するスラリーとセレン含有液または金属セレンと、還元剤とを混合し、液相中で１１０℃〜３００℃に加熱することにより、セレン化インジウム粒子を含有する液を得る工程と、得られたセレン化インジウム粒子を含有する液を固液分離、洗浄することにより、セレン化インジウム粉末を得ることを特徴とする。以下、さらに説明する。
【００１５】
（インジウム化合物）
インジウム化合物の種類は、水酸化インジウム、酸化インジウムの群から選択される１種以上であることが好ましい。これらのインジウム化合物は構成元素にＩｎ、Ｏ、Ｈ以外の元素を含んでおらず、高純度のセレン化インジウムを得ることが容易であり好ましい。インジウム化合物の形状は粒子状（粉）であることが好ましく、その平均１次粒径は、１０ｎｍ〜４００ｎｍであることが好ましい。インジウム化合物の平均１次粒径が、４００ｎｍを超える場合には、平均１次粒径が５００ｎｍ未満のセレン化インジウム粉末を得られない場合がある。１０ｎｍ未満のインジウム化合物粉は、得ることが難しく、得られた場合でも、粒子の分散を安定に保つ為、分散剤が必要になる。この分散剤はＣやＳ、Ｐ等の難揮発性元素を含んでおり、ＣＩＳ成膜時、不活性ガスで焼成した場合、ＣＩＳ膜に残炭等の不純物残留の原因となる。
【００１６】
（インジウム化合物粉の製造方法）
前記インジウム化合物粉の製造方法は、例えば、インジウム塩水溶液にアルカリを添加して、インジウム水酸化物粉を含有するスラリーを得ることができる。このスラリーを固液分離しケーキを得て、得られたケーキを乾燥して、水酸化インジウム粉を得ることができる。また、この水酸化インジウム粉を加熱することにより酸化インジウム粉を得ることができる。インジウム化合物粉は、その製法を特に限定されず、これ以外の湿式反応法や乾式法により製造されたものを用いることができる。
（水酸化インジウム粉の製造工程）
前記インジウム塩としては、特に限定されないが、硝酸インジウム、硫酸インジウム、塩化インジウム、等が好適に使用できるが、ＣＩＳ膜に残留する不純物がＣｌやＮＯ3の場合と比較してＳの場合は、Ｓｅと同じＶＩ族であり、その悪影響が一般的に小さいので、硫酸インジウムを使用することが特に好ましい。いずれの場合にも、得られる粉の洗浄を十分にして、セレン化インジウム中の不純物残留を低減させることが好ましい。
前記アルカリとしては、特に限定されないが、ＮａＯＨ、アンモニア等を使用することができる。ＣＩＳ膜は、不純物としてＮａが残留しても悪影響が小さく、ＮａＯＨは好適である。また、アンモニアは不純物源になりにくいので好適である。アルカリ添加は、液のｐＨが４〜１２の範囲となるまでおこなうことが好ましい。ｐＨが４未満までしか、アルカリを添加しない場合には、水酸化インジウムの生成が十分でない場合があり、ｐＨ１２を超えるまでアルカリを添加した場合には、水酸化インジウムが再溶解し、収率が低下する場合がある。
【００１７】
アルカリを添加するインジウム塩水溶液の温度は、１０℃〜１００℃とすることが好ましい。１００℃を超えると粒子成長が進みすぎ、得られる水酸化インジウム粉の平均１次粒径が過大になる場合がある。１０℃未満の場合には、反応に時間がかかる場合がある。
不純物含有量の低いセレン化インジウム粉末を得るために、前記により得られる水酸化インジウム粉の不純物含有量は、低いことが好ましい。塩素およびヨウ素およびリン、硝酸成分の濃度は、それぞれ、１００ｐｐｍ以下であることが好ましく、硫黄およびナトリウム成分の濃度は、それぞれ、１０００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００１８】
前記水酸化インジウム粉を空気等の酸素含有雰囲気中で２５０℃以上で加熱することにより、酸化インジウム粉を得ることができる。
インジウム化合物粉の平均１次粒径は、１０ｎｍ〜４００ｎｍであることが好ましい。その平均１次粒径が、４００ｎｍを超える場合には、平均１次粒径が５００ｎｍ未満のセレン化インジウム粉末を得られない場合がある。１０ｎｍ未満のインジウム化合物粉は、得ることが難しく、得られた場合でも、粒子の分散を安定に保つ為、分散剤が必要になる。この分散剤はＣやＳ、Ｐ等の難揮発性元素を含んでおり、ＣＩＳ成膜時、不活性ガスで焼成した場合、ＣＩＳ膜に残炭等の不純物残留の原因となる。
【００１９】
（セレン化インジウム生成工程）
前記インジウム化合物粉を含有するスラリーと、セレン含有液または金属セレンと、還元剤とを混合し、液相中で１１０℃〜３００℃に加熱することにより、セレン化インジウム粒子を含有する液を得ることができる。
前記スラリーを構成する溶媒としては、沸点が１１０℃以上であり還元作用のある溶媒であれば良いが、例として一価アルコールとしては、アミルアルコール、ヘキシルアルコール、ヘプチルアルコール、オクチルアルコールなどがあり、二価アルコールとしてはエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコールなど、三価アルコールとしてはグリセリン等がある。また、アミン系溶媒としては、ヘキシルアミン、へブチルアミン、オクチルアミン、等がある。反応中にスラリーを１１０℃以上に加熱することが必要であり、加圧容器等を使用すれば沸点が１１０℃未満の溶媒も使用できるが、溶媒の沸点は１１０℃以上であることが好ましく、溶媒の沸点が１５０℃以上であることが更に好ましい。特に好適な溶媒の例として、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、オクタノール等が挙げられる。
セレン含有液はセレン化合物または金属セレンと溶媒を混合することにより得ることができる。セレン含有液の溶媒としては、特に制限はないが、水を使用することができる。前記セレン化合物としては、二酸化セレン、セレン酸ナトリウム、亜セレン酸ナトリウム等を使用することができる。不純物の少ないセレン化インジウム粉末をより容易に得る観点から、二酸化セレンが特に好適に使用できる。前記セレン化合物の添加量は、得ようとするセレン化インジウム粉末の組成に応じて決めればよい。例えば、Ｉｎ2Ｓｅ3粉を得ようとする場合には、インジウム化合物１モルに対して、Ｓｅが１．５モルとなるような量のセレン化合物を添加すればよい。なお、金属セレンを使用する場合には、セレン含有液に代えて、溶媒と混合しないで金属セレンを用いることができる。
還元剤としては、ヒドラジン化合物を用いることができる。ヒドラジン化合物としては、不純物の少ないセレン化インジウム粉末をより容易に得る観点から、ヒドラジン水加物(ヒドラジン一水和物、Ｎ2Ｈ4・Ｈ2Ｏ)が最も好ましいが、中性硫酸ヒドラジン（Ｎ2Ｈ2）2・Ｈ2ＳＯ4や硫酸ヒドラジン（Ｎ2Ｈ4・Ｈ2ＳＯ4）、等のヒドラジン化合物を用いることもできる。また、ホルマリン、ジメチルアミンボラン、水素化ホウ素ナトリウムなどの還元剤も使用できる。
添加する還元剤の量は、セレン含有液中のセレンをＳｅ-2に還元できる量（還元剤当量）以上であればよい。例えば、セレン化合物として二酸化セレン（セレンの酸化数＋４）、還元剤としてヒドラジンを用いる場合、二酸化セレンの３倍モル量のヒドラジンの量が還元剤当量となる。
【００２０】
インジウム化合物を含有するスラリーとセレン含有液または金属セレンと、還元剤とを混合し、混合スラリーを得る。この混合（還元剤添加）の際は、雰囲気を窒素等の不活性ガスとすることが好ましく、攪拌をおこなうことが好ましい。この混合スラリーを加熱することにより、本発明のセレン化インジウム粒子を生成させることができる。
前記加熱温度は、１１０℃〜３００℃とすることができる。１１０℃未満までしか加熱しない場合、セレン化インジウム粒子が十分生成せず水酸化インジウムや酸化インジウムが多く残留する場合がある。３００℃超まで加熱した場合には、溶媒が劣化し、得られるセレン化インジウム粉末中の炭素含有量が高くなる場合がある。前記加熱温度は、１４０℃〜２８０℃が好ましい。前記加熱の時間は、３０分〜１０時間とすることができる。３０分未満の場合は、セレン化インジウム粒子が十分生成せず水酸化インジウムや酸化インジウムが多く残留する場合がある。加熱の時間を１０時間以上としても、収率向上等の効果はない。加熱中の雰囲気圧力は特に限定されないが、大気圧雰囲気とすることができる。また、前記加熱温度が溶媒沸点に近く、溶媒の蒸発が多くなる場合には、還流装置を設置して還流をおこなうことが好ましい。
【００２１】
（固液分離、乾燥）
セレン化インジウム生成工程で得られたセレン化インジウム粉を含有する液を固液分離し、セレン化インジウム粉のケーキを得る。固液分離の方法は、ろ過、遠心分離等、公知の方法でおこなうことができる。
不純物含有量の低いセレン化インジウム粉を得るために、前記ケーキをアルコール（メタノール、エタノール、プロパノール）、純水等で洗浄することができる。
前記で得られたケーキを乾燥することにより、セレン化インジウム粉末を得ることができる。乾燥は、加熱乾燥や真空乾燥の方法でおこなうことができる。乾燥の雰囲気は、窒素等の不活性ガスとすることが好ましく、加熱乾燥の場合、乾燥温度は５０℃〜２００℃とすることができる。
【００２２】
（セレン化インジウム粉）
本発明のセレン化インジウム粉は、セレン／インジウムのモル比が１．３〜１．８であるＩｎ2Ｓｅ3の粉である。セレン／インジウムのモル比が１．３未満の場合、インジウムが過剰になるため、過剰分のインジウムが水酸化インジウムや酸化インジウムとして、粉に多く混入するおそれがある。また、１．８超の場合、過剰分のセレンは柱状の粗大な粒子を形成しやすく、この粗大粒子は、ＣＩＳ膜を形成した場合に空隙の原因となるおそれがある。
セレン化インジウム粉は、結晶性を有し、Ｘ線回折で２θが２６．８±０．５°、４４．６±０．５°、５２．９±０．５°に回折ピークを有する粒子粉末である必要がある。セレン化インジウム粉が非晶質の場合、この粉末を含むペーストを、塗布・焼成したＣＩＳ膜にクラックが生成し、このＣＩＳ膜を太陽電池に使用した場合、裏面電極(Ｍｏ層)と透明電極層が電気的に短絡し、太陽電池の特性に悪影響をおよぼすおそれがある。
セレン化インジウム粉の結晶性は高いほうが好ましい。結晶性の程度は、２θが２６．８±０．５°、４４．６±０．５°、５２．９±０．５°の３つのピーク以外に認められるピークのうち最も高いピーク（ただし、金属セレンのピークは除く）の高さＸと、２θが２６．８±０．５°のピークの高さＡの比（Ｘ／Ａ）が低いほど結晶性が高いと判断した。（Ｘ／Ａ）は１／１０以下であることが好ましい。セレン化インジウム粉のモル比（Ｓｅ／Ｉｎ）が１．５超の場合には、金属セレンのピークが認められる場合があるが、金属セレンの相が存在しても問題は無い。
【００２３】
セレン化インジウム粉の平均１次粒径が１０ｎｍ以上、０．５μｍ未満である必要がある。平均１次粒径が０．５μｍ以上の場合、セレン化インジウム粉末を含有するペーストを塗布・焼成して得られるＣＩＳ膜の表面粗さが大きくなり、太陽電池を製造する際、上層にバッファ層が均一に積層出来ないおそれがある。また、得られるＣＩＳ膜に空隙が生じやすくなり、ＣＩＳ膜の導電性等の特性が損なわれるおそれがあるので好ましくない。平均１次粒径が１０ｎｍ未満の場合には、ペースト化した場合、凝集が激しく発生することがある。セレン化インジウム粉の平均１次粒径は、１０ｎｍ〜０．３μｍであることが好ましく、１０ｎｍ〜０．１μｍであることが一層好ましい。
【００２４】
セレン化インジウム粉の酸素含有量は、２質量％以下であることが好ましい。酸素含有量が高い場合には、セレン化インジウム粉を含有するペーストを塗布・焼成して得られるＣＩＳ膜にインジウム酸化物が多く含まれるおそれがあり、インジウム酸化物が多く含まれる場合には、結晶成長を阻害するばかりか絶縁層を形成してしまうなどの不具合が発生することがある。セレン化インジウム粉の酸素含有量は、１質量％以下であることが更に好ましく、０．５質量％以下であることが一層好ましい。
【００２５】
セレン化インジウム粉の塩素およびヨウ素およびリン成分の濃度は、それぞれ、１００ｐｐｍ以下であることが好ましく、ナトリウム成分の濃度は１０００ｐｐｍ以下であることが好ましい。これらの不純物含有量が多い場合には、セレン化インジウム粉末を含有するペーストを塗布・焼成して得られるＣＩＳ膜中の結晶粒界にこれらの不純物が偏析することがあり、それによりＣＩＳ膜の半導体特性を悪化させるおそれがある。セレン化インジウム粉の塩素およびヨウ素およびリン成分の濃度は、それぞれ、１０ｐｐｍ以下であることが更に好ましく、５ｐｐｍ以下であることが一層好ましい。セレン化インジウム粉のナトリウム成分の濃度は、１００ｐｐｍ以下であることが更に好ましく、５０ｐｐｍ以下であることが一層好ましい。
【実施例】
【００２６】
［実施例１］
５Ｌビーカーに、純水２３３０gを入れ、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）１６９ｇを加えて水酸化ナトリウム水溶液を準備した。硫酸インジウム（Ｉｎ2（ＳＯ4）3・９Ｈ2Ｏ）４００ｇを純水２１００ｇに加えて、硫酸インジウム水溶液を準備した。前記水酸化ナトリウム水溶液を３５℃に加熱し、攪拌しながら３５℃に加熱した前記硫酸インジウム水溶液を５分間かけて添加し、白色のスラリーを得た。
前記白色スラリーをろ紙（ＡＤＶＡＮＴＥＣ製 ＧＲＡＤＥ ４Ａ）でろ過してケーキを得た。得られたケーキをろ紙上で純水で充分洗浄して、白色ケーキを得た。この白色ケーキを大気中、１１０℃で１２時間乾燥し、白色の水酸化インジウム（Ｉｎ（ＯＨ）3）粉を得た。得られた水酸化インジウム粉をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）観察した結果、平均１次粒径は２５ｎｍであった。水酸化インジウム粉の写真を図１に示す。さらに、得られた水酸化インジウム粉を定量分析した結果、インジウム含量は６９．２質量％、ナトウム３００ｐｐｍ、硫黄５００ｐｐｍであり、塩素、ヨウ素は何れも１ｐｐｍ以下であった。
本願では、元素含有量の定量分析は、以下の方法でおこなった。
（１） Ｃｕ、Ｓｅ、Ｐ、Ｃｌ、Ｉ
試料を硝酸と硫酸の混酸で溶解し、ＩＣＰ発光分光分析装置（エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製ＳＰＳ３５２０Ｖ）を用いて測定し、試料中の元素含有量を求めた。
（２） Ｎａ
試料を硝酸と硫酸の混酸で溶解し、原子吸光分析装置（株式会社日立製作所製Ｚ−６１００）を用いて測定し、試料中のＮａ含有量を求めた。
（３） Ｏ（酸素）
酸素窒素同時分析装置(ＬＥＣＯ社製 ＴＣ−４３６)を用いて、試料中のＯ含有量を測定した。
【００２７】
３００ｍＬビーカーに、テトラエチレングリコール（ＴＥＧ）３００ｍＬと前記乾燥後の水酸化インジウム粉８．１１ｇを入れ、窒素雰囲気下で攪拌を行い、水酸化インジウム分散スラリーを得た。
前記水酸化インジウム分散スラリーを４０℃に昇温し、水加ヒドラジン（ヒドラジン（Ｈ2ＮＮＨ2）８０質量％)３０．９g（還元剤当量の３．５倍の量）を添加し、更に、二酸化セレン水溶液２０ｍＬ（二酸化セレンを８．１４ｇ含有）を添加した。このとき、スラリーの色は赤色を呈した。このスラリーを窒素雰囲気、大気圧下で攪拌して、６０分間４０℃を維持した状態で熟成した後、３０分間かけて１１０℃まで加熱した。このとき、スラリーの色は黄色を呈した。このスラリーを攪拌して、６０分間１１０℃を維持した状態で熟成した後、９０分間かけて２５０℃まで加熱し、２５０℃で３時間攪拌した後、室温まで冷却した。このとき、スラリーの色は濃い茶色であった。なお、前記の加熱開始から冷却終了まで還流装置による還流を行った。
前記の濃い茶色のスラリー（セレン化インジウム含有スラリー）を４０００ｒｐｍで遠心分離し、茶色のケーキを得た。得られたケーキをイソプロパノール（ＩＰＡ）３００ｍＬで洗浄した。
【００２８】
洗浄したケーキをＡｒ雰囲気中、２００℃で６０分間乾燥し、セレン化インジウム粉末を得た。この粉末のＴＥＭ写真を図２に示す。この粉末に対し、Ｘ線回折装置（X-Ray Diffractometer、以下ＸＲＤ、（株）島津製作所製ＬａｂＸ ＸＲＤ−６１００）による測定を行った。結果を図３に示す。Ｘ線回折測定の結果から、得られたセレン化インジウム粉末は、２θが２６．８±０．５°、４４．６±０．５°、５２．９±０．５°にピークがある結晶構造を有するものであることがわかった。この回折ピークを持つＩｎとＳｅとの化合物は報告されておらず、Ｉｎ2Ｓｅ3の新規な相であることが分かった。また、このピークはカルコパライト型の結晶構造を持つＣｕＩｎＳｅ2と近い位置にピークをもつ事から、得られたセレン化インジウム粉末もカルコパライト構造もしくはそれに近い構造をもつと思われる。ここで、カルコパライト構造とは、立方晶系の閃亜鉛鉱構造（ＺｎＳ）に類似しており、これを二段重ねしたような正方晶系の結晶構造である。なお、本願では、２θが２６．８±０．５°、４４．６±０．５°、５２．９±０．５°にピークがある場合には、２θが２６．８°、４４．６°、５２．９°にピークがあるということがある。
得られたセレン化インジウム粉末は、２θが２６．８°、４４．６°、５２．９°のピーク以外に大きなピークは認めらなかった。（Ｘ／Ａ）の値は、０．１未満であった。（Ｘ／Ａ）の値が０．１以下の場合、結晶性を「○」とした。
得られたセレン化インジウム粉末の平均１次粒径は、得られたセレン化インジウム粉末のＴＥＭ写真（１７４,０００倍）を撮影し、ＴＥＭ写真上で、粒子１００個の1次粒子径を測定し、その平均値を計算することにより求めた。なお、粒子の輪郭が全周にわたり確認できる粒子を測定対象とした。また、粒子の１次粒子径は、粒子像を二本の平行線で挟んだときの最小間隔を短軸径としたときに、短軸径に直交する２本の平行線で粒子像を挟んだときの間隔の長さ（長軸径）とした。結果を表１に示す。
得られたセレン化銅粉末について、各元素の含有量を測定した結果を表１に示す。これらの結果により、得られたセレン化インジウム粉末は、結晶性（単相）を有するＩｎ2Ｓｅ3であることが確認された。
【００２９】
【表１】
【００３０】
［実施例２］
セレン化インジウム含有スラリーを得る方法について、加熱温度を２５０℃から３００℃に変更した以外は実施例１と同様にして、セレン化インジウム粉末を製造して、評価した。結果を表１に示す。また、Ｘ線回折測定の結果は、実施例１と同様の結果であった。
【００３１】
［実施例３］
セレン化インジウム含有スラリーを得る方法について、加熱温度を２５０℃から１８０℃に変更した以外は実施例１と同様にして、セレン化インジウム粉末を製造して、評価した。結果を表１に示す。また、Ｘ線回折測定の結果は、実施例１と同様の結果であった。実施例１では、遠心分離後のケーキの色は茶色であったが、実施例３では、遠心分離後のケーキの色は赤みを帯びた茶色であった。
【００３２】
［実施例４］
セレン化インジウム含有スラリーを得る方法について、加熱温度を２５０℃から１１０℃に変更した以外は実施例１と同様にして、セレン化インジウム粉末を製造して、評価した。結果を表１に示す。また、Ｘ線回折測定の結果は、実施例１と同様の結果であった。実施例１では、遠心分離後のケーキの色は茶色であったが、実施例３では、遠心分離後のケーキの色は赤みを帯びた黄色であった。
【００３３】
［実施例５］
水加ヒドラジンの添加量を３０．９ｇから８．８２ｇ（還元剤当量１．０当量）に変更した以外は、実施例１と同様にして、セレン化インジウム粉末を製造して、評価した。結果を表１に示す。また、Ｘ線回折測定の結果は、実施例１と同様の結果であった。
【００３４】
［実施例６］（原料を水酸化インジウム粉から酸化インジウム粉に変更）
５Ｌビーカーに、純水２３３０gを入れ、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）１６９ｇを加えて水酸化ナトリウム水溶液を準備した。硫酸インジウム（Ｉｎ2（ＳＯ4）3・９Ｈ2Ｏ）４００gを純水２１００ｇに加えて、硫酸インジウム水溶液を準備した。前記水酸化ナトリウム水溶液を３５℃に加熱し、攪拌しながら３５℃に加熱した前記硫酸インジウム水溶液を５分間かけて添加し、白色のスラリーを得た。
前記白色スラリーをろ紙（ＡＤＶＡＮＴＥＣ製 ＧＲＡＤＥ ４Ａ）でろ過してケーキを得た。得られたケーキをろ紙上で純水で充分洗浄して、白色ケーキを得た。この白色ケーキを大気中、２５０℃で１２時間乾燥し、白色の酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）粉を得た。得られた酸化インジウム粉をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）観察した結果、平均１次粒径は２５ｎｍであった。得られた酸化インジウム粉を定量分析した結果、インジウム含量は８２．７質量％、ナトウム１００ｐｐｍ、硫黄５００ｐｐｍであり、塩素、ヨウ素は何れも１ｐｐｍ以下であった。
【００３５】
３００ｍＬビーカーに、テトラエチレングリコール（ＴＥＧ）３００ｍＬと前記酸化インジウム粉６．７９gを入れ、窒素雰囲気下で攪拌を行い、酸化インジウム分散スラリーを得た。
前記酸化インジウム分散スラリーを４０℃に昇温し、水加ヒドラジン（ヒドラジン（Ｈ2ＮＮＨ2）８０質量％)３０．９gを添加し、更に、二酸化セレン水溶液２０ｍＬ（二酸化セレンを８．１４ｇ含有）を添加した。このとき、スラリーの色は赤色を呈した。このスラリーを攪拌して、窒素雰囲気、大気圧下で６０分間４０℃を維持した状態で熟成した後、３０分間かけて１１０℃まで加熱した。このとき、スラリーの色は黄色を呈した。このスラリーを攪拌して、６０分間１１０℃を維持した状態で熟成した後、９０分間かけて２５０℃まで加熱し、２５０℃で３時間攪拌した後、室温まで冷却した。このとき、スラリーの色は濃い茶色であった。なお、前記の加熱開始から冷却終了まで還流装置による還流を行った。
濃い茶色のスラリー（セレン化インジウム含有スラリー）を４０００ｒｐｍで遠心分離し、茶色のケーキを得た。得られたケーキをイソプロパノール（ＩＰＡ）３００ｍＬで洗浄した。
【００３６】
洗浄したケーキをＡｒ雰囲気中、２００℃で６０分間乾燥し、セレン化インジウム粉末を得た。得られた粉末を実施例１と同様にして評価した。結果を表１に示す。また、Ｘ線回折測定の結果は、実施例１と同様の結果であった。
【００３７】
［実施例７］
セレン化インジウム含有スラリーを得る方法について、水加ヒドラジン３０．９ｇを添加することから、硫酸ヒドラジン（Ｎ2Ｈ4・Ｈ2ＳＯ4）１００．２ｇを添加することに変更した以外は実施例１と同様にして、セレン化インジウム粉末を製造して、評価した。結果を表１に示す。また、Ｘ線回折測定の結果は、実施例１と同様の結果であった。
【００３８】
［実施例８］
セレン化インジウム含有スラリーを得る方法について、使用する溶媒の種類をＴＥＧから、２−オクタノールに変更した以外は実施例３と同様にして、セレン化インジウム粉末を製造して、評価した。結果を表１に示す。また、Ｘ線回折測定の結果は、実施例１と同様の結果であった。
【００３９】
［実施例９］（セレン源を金属セレンに変更）
３００ｍＬビーカーに、テトラエチレングリコール（ＴＥＧ）３００ｍＬと実施例１と同様の方法で製造した水酸化インジウム粉８．１１gを入れ、窒素雰囲気下で攪拌を行い、水酸化インジウム分散スラリーを得た。
前記水酸化インジウム分散スラリーを４０℃に昇温し、水加ヒドラジン（ヒドラジン（Ｈ2ＮＮＨ2）８０質量％)１０．３ｇを添加し、更に、金属セレン粉末５．７９ｇを添加した。このとき、スラリーの色は黒灰色を呈した。このスラリーを攪拌して、窒素雰囲気、大気圧下で６０分間４０℃を維持した状態で熟成した後、３０分間かけて１１０℃まで加熱した。このとき、スラリーの色は黄色を呈した。このスラリーを攪拌して、６０分間１１０℃を維持した状態で熟成した後、９０分間かけて２５０℃まで加熱し、２５０℃で３時間攪拌した後、室温まで冷却した。このとき、スラリーの色は濃い茶色であった。なお、前記の加熱開始から冷却終了まで還流装置による還流を行った。
前記の濃い茶色のスラリー（セレン化インジウム含有スラリー）を４０００ｒｐｍで遠心分離し、茶色のケーキを得た。得られたケーキをイソプロパノール（ＩＰＡ）３００ｍＬで洗浄した。
【００４０】
洗浄したケーキをＡｒ雰囲気中、２００℃で６０分間乾燥し、セレン化インジウム粉末を得た。得られた粉末を実施例１と同様にして評価した。結果を表１に示す。また、Ｘ線回折測定の結果は、実施例１と同様の結果であった。
【００４１】
［比較例１］（還元剤なし）
３００ｍＬビーカーに、テトラエチレングリコール（ＴＥＧ）３００ｍＬと実施例１と同様の方法で製造した水酸化インジウム粉８．１１ｇを入れ、窒素雰囲気下で攪拌を行い、水酸化インジウム分散スラリーを得た。
前記水酸化インジウム分散スラリーを４０℃に昇温し、金属セレン粉末５．７９ｇを添加した。このスラリーを攪拌して２０分間保持した。その後、窒素雰囲気、大気圧下で攪拌しながら、前記スラリーを３℃／分の速度で２５０℃まで加熱し、２５０℃の温度を１８０分間保持した後、室温まで冷却した。なお、前記の加熱開始から冷却終了まで還流装置による還流を行った。このとき、スラリーの色は赤茶色であった。このスラリー（セレン化インジウム含有スラリー）を４０００ｒｐｍで遠心分離し、赤茶色のケーキを得た。得られたケーキをイソプロパノール（ＩＰＡ）３００ｍＬで洗浄した。
【００４２】
洗浄したケーキをＡｒ雰囲気中、２００℃で６０分間乾燥し、セレン化インジウム粉末を得た。得られた粉末を実施例１と同様にして評価した。結果を表１に示す。また、得られた粉末のＴＥＭ写真を図４に示し、Ｘ線回折測定の結果を図５に示す。粒子は、板状あるいは鱗片状の形状を持ち、平均１次粒径は０．７μｍであった。Ｘ線回折のピーク位置は、ＪＣＰＤＳ：０４０−１４０７（γ−Ｉｎ2Ｓｅ3）と同様であり、得られたセレン化インジウム粉末は、γ−Ｉｎ2Ｓｅ3の結晶構造を有していた。
【００４３】
［比較例２］
３００ｍＬビーカーに純水５０ｍＬを入れ、純水を５℃に冷却して、窒素を吹き込みながら攪拌を行った。そこに金属セレン粉末０．７９gとＮａＢＨ4０．７６ｇを添加し、６０分間攪拌し、セレン含有水溶液を得た。攪拌後の液色は透明であった。これとは別に、ＩｎＩ3３．２７ｇをメタノール６０ｍＬに溶解し、ＩｎＩ3溶液を得た。前記セレン含有水溶液を攪拌し５℃に保ちながら、前記ＩｎＩ3溶液を前記セレン含有水溶液に添加し、攪拌を３０分間続けることにより、黄色のスラリーを得た。この黄色のスラリーを４０００ｒｐｍで遠心分離し、黄色のケーキを得た。得られたケーキをイソプロパノール（ＩＰＡ）３００ｍＬで洗浄した。
【００４４】
洗浄したケーキをＡｒ雰囲気中、２００℃で６０分間乾燥し、セレン化インジウム粉末を得た。得られた粉末を実施例１と同様にして評価した。結果を表１に示す。また、得られた粉末のＴＥＭ写真を図６に示し、Ｘ線回折測定の結果を図７に示す。ＴＥＭ写真では、明確な粒子の形態は確認できず、アモルファス状、もしくは非常に小さい粒子であり、ＴＥＭ写真で１次粒子を観測できず、粒子である場合でも、平均１次粒径は１０ｎｍ未満であると判断された。Ｘ線回折の結果、明瞭な回折ピークは確認できなかった。この結果は、得られたセレン化インジウム粉末は非晶質であることを示していた。
【００４５】
（膜の評価）
実施例１で得られたセレン化インジウム粉末２ｇとイソプロパノール８ｇを混合し、ホモジナイザー（ＩＫＡ製、ＵＬＴＲＡ＝ＴＵＲＲＡＸ Ｔ１８）を用いて２００００ｒｐｍの条件で処理し、セレン化インジウム粉末の分散液を得た。
２０ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ２ｍｍのガラス基板上に、厚さ５００ｎｍでモリブデンを成膜した基板上に、前記分散液をバーコーターを用いて、厚さ３μｍで塗布した。分散液を塗布した基板をホットプレートで６０℃に３０分間加熱し、セレン化インジウム膜を得た。この膜をＳＥＭ（倍率１０００倍）で観察し、クラックの有無を観察した。０．１ｍｍ×０．１ｍｍの領域を観察し、クラックがない場合を○、クラックが１箇所ある場合を△、クラックが２箇所以上ある場合を×と評価した。評価結果を表１に示す。同様にして、実施例２〜９、比較例１、２で得られたセレン化インジウム粉末についても評価をおこない、結果を表１に示した。実施例１および比較例２で得られたセレン化インジウム粉末を用いて作成したセレン化インジウム膜の顕微鏡写真を図８、図９に示した。
これらのセレン化インジウム膜について、表面粗さ（Ｒa）をレーザー式顕微鏡（キーエンス社製、ＶＫ−９７００）を用いて測定した。測定条件は、対物レンズ（×５０倍）（視野２００μｍ×２８０μｍ）とした。その結果を表１に示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均１次粒径が１０ｎｍ以上、５００ｎｍ未満であり、Ｘ線回折図において２θが２６．８±０．５°、４４．６±０．５°、５２．９±０．５°に回折ピークを有するセレン化インジウム粒子粉末。
【請求項２】
Ｘ線回折図において２θが前記の２６．８±０．５°、４４．６±０．５°、５２．９±０．５°の３つのピーク以外に認められるピークのうち最も高いピーク（ただし、金属セレンのピークは除く）の高さＸと、前記の２θが２６．８±０．５°のピークの高さＡの比（Ｘ／Ａ）が０．１以下である、請求項1に記載のセレン化インジウム粒子粉末。
【請求項３】
インジウム含有量とセレン含有量の和が９５質量％以上である、請求項１または２に記載のセレン化インジウム粒子粉末。
【請求項４】
酸素含有量が２質量％以下である、請求項１〜３のいずれかに記載のセレン化インジウム粒子粉末。
【請求項５】
塩素含有量およびヨウ素含有量のそれぞれが１００ｐｐｍ以下である、請求項１〜４のいずれかに記載のセレン化インジウム粒子粉末。
【請求項６】
ナトリウムの含有量が１０００ｐｐｍ以下である、請求項１〜５のいずれかに記載のセレン化インジウム粒子粉末。
【請求項７】
リンの含量が１００ｐｐｍ以下である、請求項１〜６のいずれかに記載のセレン化インジウム粒子粉末。
【請求項８】
セレン／インジウムのモル比が１．３〜１．８である、請求項１〜７のいずれかに記載のセレン化インジウム粒子粉末。
【請求項９】
インジウム化合物を含有するスラリーと、セレン含有液または金属セレンと、還元剤とを混合し、液相中で１１０℃〜３００℃に加熱してセレン化インジウム粒子粉末を製造する方法。
【請求項１０】
前記インジウム化合物が平均１次粒径１０〜４００ｎｍであって、水酸化インジウム、酸化インジウムの群から選択される１種以上である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記還元剤がヒドラジンまたはヒドラジン化合物である、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記加熱の温度が１４０℃〜２８０℃である、請求項９〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１】
平均１次粒径が１０ｎｍ以上、５００ｎｍ未満であり、Ｘ線回折図において２θが２６．８±０．５°、４４．６±０．５°、５２．９±０．５°に回折ピークを有するセレン化インジウム粒子粉末。
【請求項２】
Ｘ線回折図において２θが前記の２６．８±０．５°、４４．６±０．５°、５２．９±０．５°の３つのピーク以外に認められるピークのうち最も高いピーク（ただし、金属セレンのピークは除く）の高さＸと、前記の２θが２６．８±０．５°のピークの高さＡの比（Ｘ／Ａ）が０．１以下である、請求項1に記載のセレン化インジウム粒子粉末。
【請求項３】
インジウム含有量とセレン含有量の和が９５質量％以上である、請求項１または２に記載のセレン化インジウム粒子粉末。
【請求項４】
酸素含有量が２質量％以下である、請求項１〜３のいずれかに記載のセレン化インジウム粒子粉末。
【請求項５】
塩素含有量およびヨウ素含有量のそれぞれが１００ｐｐｍ以下である、請求項１〜４のいずれかに記載のセレン化インジウム粒子粉末。
【請求項６】
ナトリウムの含有量が１０００ｐｐｍ以下である、請求項１〜５のいずれかに記載のセレン化インジウム粒子粉末。
【請求項７】
リンの含量が１００ｐｐｍ以下である、請求項１〜６のいずれかに記載のセレン化インジウム粒子粉末。
【請求項８】
セレン／インジウムのモル比が１．３〜１．８である、請求項１〜７のいずれかに記載のセレン化インジウム粒子粉末。
【請求項９】
インジウム化合物を含有するスラリーと、セレン含有液または金属セレンと、還元剤とを混合し、液相中で１１０℃〜３００℃に加熱してセレン化インジウム粒子粉末を製造する方法。
【請求項１０】
前記インジウム化合物が平均１次粒径１０〜４００ｎｍであって、水酸化インジウム、酸化インジウムの群から選択される１種以上である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記還元剤がヒドラジンまたはヒドラジン化合物である、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記加熱の温度が１４０℃〜２８０℃である、請求項９〜１１のいずれかに記載の方法。
【図３】
【図５】
【図７】
【図１】
【図２】
【図４】
【図６】
【図８】
【図９】
【図５】
【図７】
【図１】
【図２】
【図４】
【図６】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−８２５７８（Ｐ２０１３−８２５７８Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２３１６２（Ｐ２０１１−２２３１６２）
【出願日】平成２３年１０月７日（２０１１．１０．７）
【出願人】（５０６３３４１８２）ＤＯＷＡエレクトロニクス株式会社 (336)
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月７日（２０１１．１０．７）
【出願人】（５０６３３４１８２）ＤＯＷＡエレクトロニクス株式会社 (336)
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