半導体層の製造方法および光電変換装置の製造方法
【課題】光電変換効率の高い半導体層およびそれを用いた光電変換装置を提供すること。
【解決手段】半導体層の製造方法は、金属元素を含む前駆体層を、水素の濃度が徐々にあるいは段階的に低くなる水素含有気体雰囲気下で加熱し、半導体層３を形成する工程を含む。これにより、半導体層３を所望の組成で良好に結晶化させることができ、光電変換効率の高い半導体層３および光電変換装置１０を形成することができる。
【解決手段】半導体層の製造方法は、金属元素を含む前駆体層を、水素の濃度が徐々にあるいは段階的に低くなる水素含有気体雰囲気下で加熱し、半導体層３を形成する工程を含む。これにより、半導体層３を所望の組成で良好に結晶化させることができ、光電変換効率の高い半導体層３および光電変換装置１０を形成することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体層の製造方法およびそれを用いた光電変換装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池として、ＣＩＳやＣＩＧＳのようなI-III-VI族化合物半導体等のカルコゲン化合物半導体層から成る光吸収層を具備する光電変換装置を用いたものがある。この光電変換装置は、例えば、ソーダライムガラスからなる基板上に裏面電極となる、例えば、Ｍｏからなる第１の電極層が形成され、この第１の電極層上にI-III-VI族化合物半導体からなる光吸収層が形成されている。さらに、その光吸収層上には、ＺｎＳ、ＣｄＳなどからなるバッファ層を介して、ＺｎＯなどからなる透明の第２の電極層が形成されている。
【０００３】
このような光吸収層の作製方法としては、Ｉ-Ｂ族元素およびIII-Ｂ族元素の有機金属塩の溶液を塗布乾燥して前駆体層を形成し、この前駆体層をVI-Ｂ族元素が存在する非酸化性雰囲気中で加熱することによってI-III-VI族化合物半導体を形成する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２７４１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された方法では、光吸収層の組成が所望のものとなり難く、光電変換効率を高めることが困難であるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、所望の組成の半導体層を良好に形成することが可能な半導体層の製造方法および光電変換装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態に係る半導体層の製造方法は、金属元素を含む前駆体層を、水素の濃度が徐々にあるいは段階的に低くなる水素含有気体雰囲気下で加熱し、半導体層を形成する工程を含むことを特徴とする。
【０００８】
このような製造方法によれば、半導体層に含まれる不純物を水素によって良好に除去することができ、半導体層を良好に結晶化することができる。また、加熱処理が進むにつれ、水素濃度を減少させることにより、半導体層の構成成分が水素との化合物となって抜け出すことを有効に抑制し、所望の組成の半導体層を良好に形成することができる。以上の結果、光電変換効率の高い半導体層となる。
【０００９】
上記半導体層の製造方法において好ましくは、前記水素含有気体雰囲気は、水素と不活性気体とを含む混合気体雰囲気である。
【００１０】
上記半導体層の製造方法において好ましくは、前記水素含有気体雰囲気は、水素とカルコゲン元素含有気体とを含む混合気体雰囲気である。
【００１１】
上記半導体層の製造方法において好ましくは、前記金属元素は、Ｉ-Ｂ族元素およびIII-Ｂ族元素を含む。
【００１２】
上記半導体層の製造方法において好ましくは、前記前駆体層は、さらにVI-Ｂ族元素を含む。
【００１３】
上記半導体層の製造方法において好ましくは、前記前駆体層は、前記金属元素とカルコゲン元素含有有機化合物とルイス塩基性有機溶剤とを含む半導体層形成用溶液を塗布して乾燥させたものである。
【００１４】
本発明の一実施形態に係る光電変換装置の製造方法は、第１の電極層上に、上記いずれかの半導体層の製造方法により第１の半導体層を形成する工程と、前記第１の半導体層上に、該第１の半導体層と異なる組成の第２の半導体層を形成する工程と、前記第２の半導体層上に第２の電極層を形成する工程と、を具備することを特徴とする。
【００１５】
このような製造方法によれば、第１の半導体層を所望の組成で良好に結晶化させることにより、第１の半導体層の表面を平滑にすることができ、この平滑な第１の半導体層上に第２の半導体層を良好にヘテロ接合させることができる。その結果、光電変換効率の高い光電変換装置とすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、半導体層を所望の組成で良好に結晶化させることができ、光電変換効率の高い半導体層および光電変換装置を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】半導体層を用いた光電変換装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】半導体層を用いた光電変換装置の実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図３】図２の光電変換装置の斜視図である。
【図４】本発明の半導体層の製造方法における製造条件の一例を示すグラフである。
【図５】本発明の半導体層の製造方法における製造条件の他の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に本発明の半導体層の製造方法および光電変換装置の製造方法について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
図１は、半導体層を用いた光電変換装置の実施の形態の一例を示す断面図である。光電変換装置１０は、基板１と、第１の電極層２と、第１の半導体層３と、第２の半導体層４と、第２の電極層５とを含んで構成される。本実施例においては、第１の半導体層３が光吸収層であり、第２の半導体層４が第１の半導体層３に接合されたバッファ層である例を示すがこれに限定されず、第２の半導体層４が光吸収層であってもよい。
【００２０】
図１において、光電変換装置１０は複数並べて形成されている。そして、光電変換装置１０は、第１の半導体層３の基板１側に第１の電極層２と離間して設けられた第３の電極層６を具備している。そして、第１の半導体層３に設けられた接続導体７によって、第２の電極層５と第３の電極層６とが電気的に接続されている。この第３の電極層６は、隣接する光電変換装置１０の第１の電極層２と一体化されている。この構成により、隣接する光電変換装置１０同士が直列接続されている。なお、一つの光電変換装置１０内において、接続導体７は第１の半導体層３および第２の半導体層４を貫通するように設けられており、第１の電極層２と第２の電極層５とで挟まれた第１の半導体層３と第２の半導体層４とで光電変換が行なわれる。
【００２１】
基板１は、光電変換装置１０を支持するためのものである。基板１に用いられる材料としては、例えば、ガラス、セラミックス、樹脂および金属等が挙げられる。
【００２２】
第１の電極層２および第３の電極層６は、Ｍｏ、Ａｌ、ＴｉまたはＡｕ等の導電体が用いられ、基板１上にスパッタリング法または蒸着法等で形成される。
【００２３】
第１の半導体層３は、光電変換可能な半導体であればよく、特に限定されない。例えば、カルコゲン化合物半導体が挙げられる。カルコゲン化合物半導体は、カルコゲン元素を含む半導体である。カルコゲン元素とは、VI-Ｂ族元素のうちのＳ、Ｓｅ、Ｔｅをいう。カルコゲン化合物半導体としては、例えば、Ｉ-III-VI族化合物半導体やII-VI族化合物半導体が挙げられる。
【００２４】
I-III-VI族化合物半導体とは、Ｉ-Ｂ族元素（１１族元素ともいう）とIII-Ｂ族元素（１３族元素ともいう）とVI-Ｂ族元素（１６族元素ともいう）との化合物半導体であり、カルコパイライト構造を有し、カルコパイライト系化合物半導体と呼ばれる（ＣＩＳ系化合物半導体ともいう）。I-III-VI族化合物半導体としては、例えば、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２（ＣＩＧＳともいう）、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）２（ＣＩＧＳＳともいう）、およびＣｕＩｎＳ２（ＣＩＳともいう）が挙げられる。なお、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２とは、ＣｕとＩｎとＧａとＳｅとから主に構成された化合物をいう。また、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）２とは、ＣｕとＩｎとＧａとＳｅとＳとから主に構成された化合物をいう。１０μｍ以下の薄層でも光電変換効率を高めることができるという観点からは、第１の半導体層３はこのようなI-III-VI族化合物半導体であることが好ましい。
【００２５】
また、II-VI族化合物半導体とは、II-Ｂ族元素（１２族元素ともいう）とVI-Ｂ族元素との化合物半導体である。II-VI族化合物半導体としては、例えば、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ，ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ等が挙げられる。
【００２６】
このような第１の半導体層３は、例えば、次のようにして作製される。先ず、第１の電極層２を有する基板１上に、金属元素（例えばＩ-Ｂ族元素およびIII-Ｂ族元素、またはII-Ｂ族元素）を有機溶媒等に溶解させた原料溶液を塗布することにより前駆体層を形成する。これらの前駆体層にはVI-Ｂ族元素を含ませておいても良い。また、これらの前駆体層は、異なる組成の複数の積層体であってもよい。
【００２７】
次に、窒素やアルゴン等の不活性ガスに水素を混合させ、水素の濃度が徐々にあるいは段階的に低くなるような雰囲気下で前駆体層を加熱する。水素を含むガスを供給する際に、前駆体層を３００〜６００℃に加熱して結晶化を行い第１の半導体層３を形成する。前駆体層の加熱は、水素を含むガスを供給すると同時に加熱を開始してもよく、水素を含むガスをある程度供給してから加熱を開始してもよい。後者の場合、前躯体内に水素が良好に浸透し、不純物の脱離をより効果的に促進することができる。あるいは、水素を含まない不活性ガスを供給しながら加熱を開始し、その後、水素を供給してもよい。
【００２８】
前駆体層を加熱処理する際の雰囲気ガスの水素濃度は、半導体層中の不純物の除去を良好に行なうという観点からは、０．０１ｍｏｌ％以上、より好ましくは０．１ｍｏｌ％以上であるのがよい。また、水素濃度は１００％以下であればよい。
【００２９】
このように前駆体層を水素を含む雰囲気下で加熱して第１の半導体層３を形成することにより、第１の半導体層３に含まれる不純物を水素で良好に除去することができ、第１の半導体層３を良好に結晶化することができる。第１の半導体層３に含まれる不純物としては、前駆体層形成時に用いた有機物があり得る。また、第１の半導体層３に含まれる不純物としては、所望とする半導体以外の化合物などであり、例えば、酸化物や、第１の半導体層３がＣＩＧＳの場合、不純物としてセレン化銅等が挙げられる。そして、加熱処理が進むにつれ、水素濃度を減少させることにより、第１の半導体層３の構成成分が水素との化合物となって抜け出す（例えば、第１の半導体層３がＣＩＧＳの場合、Ｓｅがセレン化水素となって脱離する）ことを有効に抑制し、所望の組成の第１の半導体層３を良好に形成することができる。以上の結果、光電変換効率の高い第１の半導体層３となる。
【００３０】
また、このようにして作製した第１の半導体層３は、所望の組成で良好に結晶化されているため、表面を平滑にすることができる。よって、そのような平滑な表面に組成の異なる第２の半導体層４を良好にヘテロ接合することができ、光電変換効率が非常に高い光電変換装置となる。
【００３１】
前駆体層を加熱処理する際の雰囲気ガスには、第１の半導体層３に含まれる元素を含めてもよい。例えば、第１の半導体層３がカルコゲン化合物半導体である場合、雰囲気ガスにカルコゲン元素を含めることができる。カルコゲン元素とは、VI-Ｂ族元素のうちのＳ、Ｓｅ、Ｔｅをいう。カルコゲン化合物半導体とは、カルコゲン元素を含む化合物半導体であり、例えば、VI-Ｂ族元素としてカルコゲン元素を含むＩ-III-VI族化合物半導体や、VI-Ｂ族元素としてカルコゲン元素を含むII-VI族化合物半導体が挙げられる。雰囲気ガスにカルコゲン元素を含める方法としては、セレン蒸気、硫黄蒸気、セレン化水素、または硫化水素等を雰囲気ガスに混合すればよい。なお、前駆体層を加熱処理する際の雰囲気ガスに不活性ガスを含めず、水素とカルコゲン元素を含むガスとの混合ガスであってもよい。このように、第１の半導体層３にカルコゲン元素を含む場合、雰囲気ガスにもカルコゲン元素を含めることにより、第１の半導体層３の結晶化を促進することができ、光電変換効率をより高めることができる。
【００３２】
図４に第１の半導体層３を形成する時の製造条件の一例を示す。図４は、前駆体層を設けた基板１を反応炉に載置し、１０ｍｏｌ％の水素を含む窒素ガス中で前駆体層を５８０℃にして約１０加熱し、その後、水素濃度を６ｍｏｌ％にして約５０分加熱している。
【００３３】
また、図５に第１の半導体層３を形成する時の製造条件の他の例を示す。図５は、前駆体層を設けた基板１を反応炉に載置し、１０ｍｏｌ％の水素を含む窒素ガス中で前駆体層を５８０℃にして１０加熱し、その後、水素濃度を６ｍｏｌ％にするとともに前駆体層を５２０℃にして約５０分加熱している。このように前駆体層の加熱工程において、温度を減少させる工程を含めることにより、第１の半導体層３の結晶化が第１の電極層２と良好に密着した状態で進行することとなり、密着性の高いものとなる。
【００３４】
上記第１の半導体層３の形成工程において、上記前駆体層は多孔質であるのが好ましい。このように多孔質であると、水素が前駆体層全体に行き渡りやすくなり、第１の半導体層３の不純物をより良好に除去することができる。
【００３５】
このような多孔質の前駆体層を形成する方法としては、例えば、第１の半導体層３を構成する金属元素を含む原料溶液を塗布し、溶媒を乾燥して除去することにより多孔質の前駆体層を形成することができる。
【００３６】
このような塗布に用いる原料溶液としては、例えば、第１の半導体層３を構成する金属元素（例えばＩ-Ｂ族元素およびIII-Ｂ族元素、またはII-Ｂ族元素）と、カルコゲン元素含有有機化合物と、ルイス塩基性有機溶剤とを含んだものが好ましい。このような原料溶液は、カルコゲン元素含有有機化合物とルイス塩基性有機溶剤とを含む溶媒（以下、カルコゲン元素含有有機化合物とルイス塩基性有機溶剤とを含む溶媒を混合溶媒Ｓともいう）を用いることによって、金属元素を良好に溶解させて６ｗｔ％以上（混合溶媒Ｓに対する、金属元素の合計の濃度）の原料溶液を作製できる。つまり、このような混合溶媒Ｓを用いることにより、カルコゲン元素含有有機化合物のみ、またはルイス塩基性有機溶剤のみで金属元素の溶液を作製した場合に比べ、非常に高濃度の溶液を得ることができる。よって、この原料溶液を用いて被膜状の前駆体層を形成することにより、一度の塗布でも比較的厚い良好な前駆体を得ることができ、その結果、所望の厚みの第１の半導体層３を容易にかつ良好に作製することができる。
【００３７】
カルコゲン元素含有有機化合物とは、カルコゲン元素を含む有機化合物である。カルコゲン元素とは、VI-Ｂ族元素のうちのＳ、Ｓｅ、Ｔｅをいう。カルコゲン元素がＳである場合、カルコゲン元素含有有機化合物としては、例えば、チオール、スルフィド、ジスルフィド、チオフェン、スルホキシド、スルホン、チオケトン、スルホン酸、スルホン酸エステルおよびスルホン酸アミド等が挙げられる。好ましくは、金属と錯体を形成して金属溶液を良好に作製できるという観点からは、チオール、スルフィド、ジスルフィド等が良い。特に塗布性を高めるという観点からは、フェニル基を有するものが好ましい。このようなフェニル基を有するものとしては、例えば、チオフェノール、ジフェニルスルフィド等およびこれらの誘導体が挙げられる。
【００３８】
カルコゲン元素がＳｅである場合、カルコゲン元素含有有機化合物としては、例えば、セレノール、セレニド、ジセレニド、セレノキシド、セレノン等が挙げられる。好ましくは、金属と錯体を形成して金属溶液を良好に作製できるという観点からは、セレール、セレニド、ジセレニド等が良い。特に塗布性を高めるという観点からは、フェニル基を有するものが好ましい。このようなフェニル基を有するものとしては、例えば、フェニルセレノール、フェニルセレナイド、ジフェニルジセレナイド等およびこれらの誘導体が挙げられる。
【００３９】
カルコゲン元素がＴｅである場合、カルコゲン元素含有有機化合物としては、例えば、テルロール、テルリド、ジテルリド、等が挙げられる。
【００４０】
ルイス塩基性有機溶剤とは、ルイス塩基となり得る有機溶剤である。ルイス塩基性有機溶剤としては、ピリジン、アニリン、トリフェニルフォスフィン等およびこれらの誘導体が挙げられる。特に塗布性を高めるという観点からは、沸点が１００℃以上であるものが好ましい。
【００４１】
混合溶媒Ｓは、取り扱い性の観点からは、室温で液状となるような組み合わせであることが好ましい。カルコゲン元素含有有機化合物のｍｏｌ数は、ルイス塩基性有機溶剤のｍｏｌ数に対して０．１〜１０倍であるのがよい。これにより、金属元素とカルコゲン元素含有有機化合物との化学結合およびカルコゲン元素含有有機化合物とルイス塩基性有機溶剤との化学結合を良好に形成することができ、高濃度の金属元素の溶液を得ることができる。
【００４２】
混合溶媒Ｓに、金属元素を溶解させて溶液を作製する方法としては、上記混合溶媒Ｓに金属元素の単体金属または合金を直接溶解させればよい。なお、これらの金属元素は、いずれかが有機金属化合物や金属塩であってもよい。第１の半導体層３に所望の半導体成分以外の不純物が残るのを抑制するという観点からは、単体金属あるいは合金の地金を混合溶媒Ｓに直接溶解させることが好ましい。これにより、単体金属の地金または合金の地金を、一旦、他の化合物（例えば有機金属化合物や金属塩）に変化させた後に溶媒に溶解させるという余計な工程は必要なく、工程が簡略化できるとともに、第１の半導体層３を構成する元素以外の元素が含まれるのを抑制することができ、第１の半導体層３の純度を高めることができる。
【００４３】
上記の原料溶液を用いて前駆体を形成する方法としては、上記原料溶液を第１の電極層２を有する基板１の表面に塗布して被膜状にする。原料溶液は、スピンコータ、スクリーン印刷、ディッピング、スプレーまたはダイコータなどを用いて塗布され、乾燥されて被膜状の前駆体となる。乾燥は、還元雰囲気下で行うことが望ましい。乾燥時の温度は、例えば、５０〜３００℃で行う。
【００４４】
光電変換装置１０は、上記半導体層を第１の半導体層３として用い、この第１の半導体層３上に第２の半導体層４が形成される。第２の半導体層４は、第１の半導体層３に対してヘテロ接合を行う第２の半導体層である。第１の半導体層３と第２の半導体層４とは異なる導電型であることが好ましく、例えば、第１の半導体層３がｐ型半導体である場合、第２の半導体層４はｎ型半導体である。好ましくはリーク電流を低減するという観点からは、第２の半導体層は、抵抗率が１Ω・ｃｍ以上の層であるのがよい。第２の半導体層４としては、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｓｅ３、Ｉｎ（ＯＨ，Ｓ）、（Ｚｎ，Ｉｎ）（Ｓｅ，ＯＨ）、および（Ｚｎ，Ｍｇ）Ｏ等が挙げられ、例えばケミカルバスデポジション（ＣＢＤ）法等で形成される。なお、Ｉｎ（ＯＨ，Ｓ）とは、ＩｎとＯＨとＳとから主に構成された化合物をいう。（Ｚｎ，Ｉｎ）（Ｓｅ，ＯＨ）は、ＺｎとＩｎとＳｅとＯＨとから主に構成された化合物をいう。（Ｚｎ，Ｍｇ）Ｏは、ＺｎとＭｇとＯとから主に構成された化合物をいう。第２の半導体層４は第１の半導体層３の吸収効率を高めるため、第１の半導体層３が吸収する光の波長領域に対して光透過性を有するものが好ましい。
【００４５】
第２の電極層５は、例えばＩＴＯ、ＺｎＯ等の０．０５〜３．０μｍの透明導電膜である。第２の電極層５は、スパッタリング法、蒸着法または化学的気相成長（ＣＶＤ）法等で形成される。第２の電極層５は、第２の半導体層４よりも抵抗率の低い層であり、第１の半導体層３で生じた電荷を取り出すためのものである。電荷を良好に取り出すという観点からは、第２の電極層５の抵抗率が１Ω・ｃｍ未満でシート抵抗が５０Ω／□以下であるのがよい。
【００４６】
第２の電極層５は第１の半導体層３の吸収効率を高めるため、第１の半導体層３の吸収光に対して光透過性を有するものが好ましい。光透過性を高めると同時に光反射ロス防止効果および光散乱効果を高め、さらに光電変換によって生じた電流を良好に伝送するという観点から、第２の電極層５は０．０５〜０．５μｍの厚さとするのが好ましい。また、第２の電極層５と第２の半導体層４との界面での光反射ロスを防止する観点からは、第２の電極層５と第２の半導体層４の屈折率は等しいのが好ましい。
【００４７】
光電変換装置１０は、複数個を並べてこれらを電気的に接続し、光電変換モジュール１１とすることができる。隣接する光電変換装置１０同士を容易に直列接続するために、図１に示すように、光電変換装置１０は、第１の半導体層３の基板１側に第１の電極層２と離間して設けられた第３の電極層６を具備している。そして、第１の半導体層３に設けられた接続導体７によって、第２の電極層５と第３の電極層６とが電気的に接続されている。
【００４８】
接続導体７は、第２の電極層５を形成する際に同時形成して一体化することが好ましい。これにより、工程を簡略化できるとともに第２の電極層５との電気的な接続信頼性を高めることができる。
【００４９】
接続導体７は、第２の電極層５と第３の電極層６とを接続するとともに、隣接する光電変換装置１０の各第１の半導体層３も分断するように形成されている。このような構成により、隣接する第１の半導体層３でそれぞれ光電変換を良好に行い、直列接続で電流を取り出すことができる。
【００５０】
次に本発明の光電変換装置の実施の形態の他の例を図２、図３に基づき説明する。図２は他の実施形態である光電変換装置２０の断面図であり、図３は光電変換装置２０の斜視図である。図２、図３は、第２の電極層５上に集電電極８が形成されている点で図１の光電変換装置１０と異なっている。図２、図３において、図１と同じ構成のものには、同じ符号を付しており、図１と同様、光電変換装置２０が複数接続されて光電変換モジュール２１を構成している。集電電極８は、第２の電極層５の電気抵抗を小さくするためのものである。光透過性を高めるという観点からは、第２の電極層５の厚さはできるだけ薄いことが好ましいが、薄いと導電性が低下してしまう。しかしながら、第２の電極層５上に集電電極８が設けられていることにより、第１の半導体層３で発生した電流を効率よく取り出すことができる。その結果、光電変換装置２０の発電効率を高めることができる。
【００５１】
集電電極８は、例えば、図３に示すように、光電変換装置２０の一端から接続導体７にかけて線状に形成されている。これにより、第１の半導体層３の光電変換により生じた電荷を第２の電極層５を介して集電電極８に集電し、これを接続導体７を介して隣接する光電変換装置２０に良好に導電することができる。よって、集電電極８が設けられていることにより、第２電極層５を薄くしても第１の半導体層３で発生した電流を効率よく取り出すことができる。その結果、発電効率を高めることができる。
【００５２】
集電電極８は第１の半導体層３への光を遮るのを抑制するとともに良好な導電性を有するという観点からは、５０〜４００μｍの幅を有するのが好ましい。また、集電電極８は、枝分かれした複数の分岐部を有していてもよい。
【００５３】
集電電極８は、例えば、Ａｇ等の金属粉を樹脂バインダー等に分散させた金属ペーストをパターン状に印刷し、これを硬化することによって形成することができる。
【００５４】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。本実施形態では、第１の半導体層３について本発明の半導体層の製造方法を適用しているが、第２の半導体層４に適用してもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１：基板
２：第１の電極層
３：第１の半導体層
４：第２の半導体層
５：第２の電極層
６：第３の電極層
７：接続導体
８：集電電極
１０、２０：光電変換装置
１１、２１：光電変換モジュール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体層の製造方法およびそれを用いた光電変換装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池として、ＣＩＳやＣＩＧＳのようなI-III-VI族化合物半導体等のカルコゲン化合物半導体層から成る光吸収層を具備する光電変換装置を用いたものがある。この光電変換装置は、例えば、ソーダライムガラスからなる基板上に裏面電極となる、例えば、Ｍｏからなる第１の電極層が形成され、この第１の電極層上にI-III-VI族化合物半導体からなる光吸収層が形成されている。さらに、その光吸収層上には、ＺｎＳ、ＣｄＳなどからなるバッファ層を介して、ＺｎＯなどからなる透明の第２の電極層が形成されている。
【０００３】
このような光吸収層の作製方法としては、Ｉ-Ｂ族元素およびIII-Ｂ族元素の有機金属塩の溶液を塗布乾燥して前駆体層を形成し、この前駆体層をVI-Ｂ族元素が存在する非酸化性雰囲気中で加熱することによってI-III-VI族化合物半導体を形成する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２７４１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された方法では、光吸収層の組成が所望のものとなり難く、光電変換効率を高めることが困難であるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、所望の組成の半導体層を良好に形成することが可能な半導体層の製造方法および光電変換装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態に係る半導体層の製造方法は、金属元素を含む前駆体層を、水素の濃度が徐々にあるいは段階的に低くなる水素含有気体雰囲気下で加熱し、半導体層を形成する工程を含むことを特徴とする。
【０００８】
このような製造方法によれば、半導体層に含まれる不純物を水素によって良好に除去することができ、半導体層を良好に結晶化することができる。また、加熱処理が進むにつれ、水素濃度を減少させることにより、半導体層の構成成分が水素との化合物となって抜け出すことを有効に抑制し、所望の組成の半導体層を良好に形成することができる。以上の結果、光電変換効率の高い半導体層となる。
【０００９】
上記半導体層の製造方法において好ましくは、前記水素含有気体雰囲気は、水素と不活性気体とを含む混合気体雰囲気である。
【００１０】
上記半導体層の製造方法において好ましくは、前記水素含有気体雰囲気は、水素とカルコゲン元素含有気体とを含む混合気体雰囲気である。
【００１１】
上記半導体層の製造方法において好ましくは、前記金属元素は、Ｉ-Ｂ族元素およびIII-Ｂ族元素を含む。
【００１２】
上記半導体層の製造方法において好ましくは、前記前駆体層は、さらにVI-Ｂ族元素を含む。
【００１３】
上記半導体層の製造方法において好ましくは、前記前駆体層は、前記金属元素とカルコゲン元素含有有機化合物とルイス塩基性有機溶剤とを含む半導体層形成用溶液を塗布して乾燥させたものである。
【００１４】
本発明の一実施形態に係る光電変換装置の製造方法は、第１の電極層上に、上記いずれかの半導体層の製造方法により第１の半導体層を形成する工程と、前記第１の半導体層上に、該第１の半導体層と異なる組成の第２の半導体層を形成する工程と、前記第２の半導体層上に第２の電極層を形成する工程と、を具備することを特徴とする。
【００１５】
このような製造方法によれば、第１の半導体層を所望の組成で良好に結晶化させることにより、第１の半導体層の表面を平滑にすることができ、この平滑な第１の半導体層上に第２の半導体層を良好にヘテロ接合させることができる。その結果、光電変換効率の高い光電変換装置とすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、半導体層を所望の組成で良好に結晶化させることができ、光電変換効率の高い半導体層および光電変換装置を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】半導体層を用いた光電変換装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】半導体層を用いた光電変換装置の実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図３】図２の光電変換装置の斜視図である。
【図４】本発明の半導体層の製造方法における製造条件の一例を示すグラフである。
【図５】本発明の半導体層の製造方法における製造条件の他の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に本発明の半導体層の製造方法および光電変換装置の製造方法について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
図１は、半導体層を用いた光電変換装置の実施の形態の一例を示す断面図である。光電変換装置１０は、基板１と、第１の電極層２と、第１の半導体層３と、第２の半導体層４と、第２の電極層５とを含んで構成される。本実施例においては、第１の半導体層３が光吸収層であり、第２の半導体層４が第１の半導体層３に接合されたバッファ層である例を示すがこれに限定されず、第２の半導体層４が光吸収層であってもよい。
【００２０】
図１において、光電変換装置１０は複数並べて形成されている。そして、光電変換装置１０は、第１の半導体層３の基板１側に第１の電極層２と離間して設けられた第３の電極層６を具備している。そして、第１の半導体層３に設けられた接続導体７によって、第２の電極層５と第３の電極層６とが電気的に接続されている。この第３の電極層６は、隣接する光電変換装置１０の第１の電極層２と一体化されている。この構成により、隣接する光電変換装置１０同士が直列接続されている。なお、一つの光電変換装置１０内において、接続導体７は第１の半導体層３および第２の半導体層４を貫通するように設けられており、第１の電極層２と第２の電極層５とで挟まれた第１の半導体層３と第２の半導体層４とで光電変換が行なわれる。
【００２１】
基板１は、光電変換装置１０を支持するためのものである。基板１に用いられる材料としては、例えば、ガラス、セラミックス、樹脂および金属等が挙げられる。
【００２２】
第１の電極層２および第３の電極層６は、Ｍｏ、Ａｌ、ＴｉまたはＡｕ等の導電体が用いられ、基板１上にスパッタリング法または蒸着法等で形成される。
【００２３】
第１の半導体層３は、光電変換可能な半導体であればよく、特に限定されない。例えば、カルコゲン化合物半導体が挙げられる。カルコゲン化合物半導体は、カルコゲン元素を含む半導体である。カルコゲン元素とは、VI-Ｂ族元素のうちのＳ、Ｓｅ、Ｔｅをいう。カルコゲン化合物半導体としては、例えば、Ｉ-III-VI族化合物半導体やII-VI族化合物半導体が挙げられる。
【００２４】
I-III-VI族化合物半導体とは、Ｉ-Ｂ族元素（１１族元素ともいう）とIII-Ｂ族元素（１３族元素ともいう）とVI-Ｂ族元素（１６族元素ともいう）との化合物半導体であり、カルコパイライト構造を有し、カルコパイライト系化合物半導体と呼ばれる（ＣＩＳ系化合物半導体ともいう）。I-III-VI族化合物半導体としては、例えば、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２（ＣＩＧＳともいう）、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）２（ＣＩＧＳＳともいう）、およびＣｕＩｎＳ２（ＣＩＳともいう）が挙げられる。なお、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２とは、ＣｕとＩｎとＧａとＳｅとから主に構成された化合物をいう。また、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）２とは、ＣｕとＩｎとＧａとＳｅとＳとから主に構成された化合物をいう。１０μｍ以下の薄層でも光電変換効率を高めることができるという観点からは、第１の半導体層３はこのようなI-III-VI族化合物半導体であることが好ましい。
【００２５】
また、II-VI族化合物半導体とは、II-Ｂ族元素（１２族元素ともいう）とVI-Ｂ族元素との化合物半導体である。II-VI族化合物半導体としては、例えば、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ，ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ等が挙げられる。
【００２６】
このような第１の半導体層３は、例えば、次のようにして作製される。先ず、第１の電極層２を有する基板１上に、金属元素（例えばＩ-Ｂ族元素およびIII-Ｂ族元素、またはII-Ｂ族元素）を有機溶媒等に溶解させた原料溶液を塗布することにより前駆体層を形成する。これらの前駆体層にはVI-Ｂ族元素を含ませておいても良い。また、これらの前駆体層は、異なる組成の複数の積層体であってもよい。
【００２７】
次に、窒素やアルゴン等の不活性ガスに水素を混合させ、水素の濃度が徐々にあるいは段階的に低くなるような雰囲気下で前駆体層を加熱する。水素を含むガスを供給する際に、前駆体層を３００〜６００℃に加熱して結晶化を行い第１の半導体層３を形成する。前駆体層の加熱は、水素を含むガスを供給すると同時に加熱を開始してもよく、水素を含むガスをある程度供給してから加熱を開始してもよい。後者の場合、前躯体内に水素が良好に浸透し、不純物の脱離をより効果的に促進することができる。あるいは、水素を含まない不活性ガスを供給しながら加熱を開始し、その後、水素を供給してもよい。
【００２８】
前駆体層を加熱処理する際の雰囲気ガスの水素濃度は、半導体層中の不純物の除去を良好に行なうという観点からは、０．０１ｍｏｌ％以上、より好ましくは０．１ｍｏｌ％以上であるのがよい。また、水素濃度は１００％以下であればよい。
【００２９】
このように前駆体層を水素を含む雰囲気下で加熱して第１の半導体層３を形成することにより、第１の半導体層３に含まれる不純物を水素で良好に除去することができ、第１の半導体層３を良好に結晶化することができる。第１の半導体層３に含まれる不純物としては、前駆体層形成時に用いた有機物があり得る。また、第１の半導体層３に含まれる不純物としては、所望とする半導体以外の化合物などであり、例えば、酸化物や、第１の半導体層３がＣＩＧＳの場合、不純物としてセレン化銅等が挙げられる。そして、加熱処理が進むにつれ、水素濃度を減少させることにより、第１の半導体層３の構成成分が水素との化合物となって抜け出す（例えば、第１の半導体層３がＣＩＧＳの場合、Ｓｅがセレン化水素となって脱離する）ことを有効に抑制し、所望の組成の第１の半導体層３を良好に形成することができる。以上の結果、光電変換効率の高い第１の半導体層３となる。
【００３０】
また、このようにして作製した第１の半導体層３は、所望の組成で良好に結晶化されているため、表面を平滑にすることができる。よって、そのような平滑な表面に組成の異なる第２の半導体層４を良好にヘテロ接合することができ、光電変換効率が非常に高い光電変換装置となる。
【００３１】
前駆体層を加熱処理する際の雰囲気ガスには、第１の半導体層３に含まれる元素を含めてもよい。例えば、第１の半導体層３がカルコゲン化合物半導体である場合、雰囲気ガスにカルコゲン元素を含めることができる。カルコゲン元素とは、VI-Ｂ族元素のうちのＳ、Ｓｅ、Ｔｅをいう。カルコゲン化合物半導体とは、カルコゲン元素を含む化合物半導体であり、例えば、VI-Ｂ族元素としてカルコゲン元素を含むＩ-III-VI族化合物半導体や、VI-Ｂ族元素としてカルコゲン元素を含むII-VI族化合物半導体が挙げられる。雰囲気ガスにカルコゲン元素を含める方法としては、セレン蒸気、硫黄蒸気、セレン化水素、または硫化水素等を雰囲気ガスに混合すればよい。なお、前駆体層を加熱処理する際の雰囲気ガスに不活性ガスを含めず、水素とカルコゲン元素を含むガスとの混合ガスであってもよい。このように、第１の半導体層３にカルコゲン元素を含む場合、雰囲気ガスにもカルコゲン元素を含めることにより、第１の半導体層３の結晶化を促進することができ、光電変換効率をより高めることができる。
【００３２】
図４に第１の半導体層３を形成する時の製造条件の一例を示す。図４は、前駆体層を設けた基板１を反応炉に載置し、１０ｍｏｌ％の水素を含む窒素ガス中で前駆体層を５８０℃にして約１０加熱し、その後、水素濃度を６ｍｏｌ％にして約５０分加熱している。
【００３３】
また、図５に第１の半導体層３を形成する時の製造条件の他の例を示す。図５は、前駆体層を設けた基板１を反応炉に載置し、１０ｍｏｌ％の水素を含む窒素ガス中で前駆体層を５８０℃にして１０加熱し、その後、水素濃度を６ｍｏｌ％にするとともに前駆体層を５２０℃にして約５０分加熱している。このように前駆体層の加熱工程において、温度を減少させる工程を含めることにより、第１の半導体層３の結晶化が第１の電極層２と良好に密着した状態で進行することとなり、密着性の高いものとなる。
【００３４】
上記第１の半導体層３の形成工程において、上記前駆体層は多孔質であるのが好ましい。このように多孔質であると、水素が前駆体層全体に行き渡りやすくなり、第１の半導体層３の不純物をより良好に除去することができる。
【００３５】
このような多孔質の前駆体層を形成する方法としては、例えば、第１の半導体層３を構成する金属元素を含む原料溶液を塗布し、溶媒を乾燥して除去することにより多孔質の前駆体層を形成することができる。
【００３６】
このような塗布に用いる原料溶液としては、例えば、第１の半導体層３を構成する金属元素（例えばＩ-Ｂ族元素およびIII-Ｂ族元素、またはII-Ｂ族元素）と、カルコゲン元素含有有機化合物と、ルイス塩基性有機溶剤とを含んだものが好ましい。このような原料溶液は、カルコゲン元素含有有機化合物とルイス塩基性有機溶剤とを含む溶媒（以下、カルコゲン元素含有有機化合物とルイス塩基性有機溶剤とを含む溶媒を混合溶媒Ｓともいう）を用いることによって、金属元素を良好に溶解させて６ｗｔ％以上（混合溶媒Ｓに対する、金属元素の合計の濃度）の原料溶液を作製できる。つまり、このような混合溶媒Ｓを用いることにより、カルコゲン元素含有有機化合物のみ、またはルイス塩基性有機溶剤のみで金属元素の溶液を作製した場合に比べ、非常に高濃度の溶液を得ることができる。よって、この原料溶液を用いて被膜状の前駆体層を形成することにより、一度の塗布でも比較的厚い良好な前駆体を得ることができ、その結果、所望の厚みの第１の半導体層３を容易にかつ良好に作製することができる。
【００３７】
カルコゲン元素含有有機化合物とは、カルコゲン元素を含む有機化合物である。カルコゲン元素とは、VI-Ｂ族元素のうちのＳ、Ｓｅ、Ｔｅをいう。カルコゲン元素がＳである場合、カルコゲン元素含有有機化合物としては、例えば、チオール、スルフィド、ジスルフィド、チオフェン、スルホキシド、スルホン、チオケトン、スルホン酸、スルホン酸エステルおよびスルホン酸アミド等が挙げられる。好ましくは、金属と錯体を形成して金属溶液を良好に作製できるという観点からは、チオール、スルフィド、ジスルフィド等が良い。特に塗布性を高めるという観点からは、フェニル基を有するものが好ましい。このようなフェニル基を有するものとしては、例えば、チオフェノール、ジフェニルスルフィド等およびこれらの誘導体が挙げられる。
【００３８】
カルコゲン元素がＳｅである場合、カルコゲン元素含有有機化合物としては、例えば、セレノール、セレニド、ジセレニド、セレノキシド、セレノン等が挙げられる。好ましくは、金属と錯体を形成して金属溶液を良好に作製できるという観点からは、セレール、セレニド、ジセレニド等が良い。特に塗布性を高めるという観点からは、フェニル基を有するものが好ましい。このようなフェニル基を有するものとしては、例えば、フェニルセレノール、フェニルセレナイド、ジフェニルジセレナイド等およびこれらの誘導体が挙げられる。
【００３９】
カルコゲン元素がＴｅである場合、カルコゲン元素含有有機化合物としては、例えば、テルロール、テルリド、ジテルリド、等が挙げられる。
【００４０】
ルイス塩基性有機溶剤とは、ルイス塩基となり得る有機溶剤である。ルイス塩基性有機溶剤としては、ピリジン、アニリン、トリフェニルフォスフィン等およびこれらの誘導体が挙げられる。特に塗布性を高めるという観点からは、沸点が１００℃以上であるものが好ましい。
【００４１】
混合溶媒Ｓは、取り扱い性の観点からは、室温で液状となるような組み合わせであることが好ましい。カルコゲン元素含有有機化合物のｍｏｌ数は、ルイス塩基性有機溶剤のｍｏｌ数に対して０．１〜１０倍であるのがよい。これにより、金属元素とカルコゲン元素含有有機化合物との化学結合およびカルコゲン元素含有有機化合物とルイス塩基性有機溶剤との化学結合を良好に形成することができ、高濃度の金属元素の溶液を得ることができる。
【００４２】
混合溶媒Ｓに、金属元素を溶解させて溶液を作製する方法としては、上記混合溶媒Ｓに金属元素の単体金属または合金を直接溶解させればよい。なお、これらの金属元素は、いずれかが有機金属化合物や金属塩であってもよい。第１の半導体層３に所望の半導体成分以外の不純物が残るのを抑制するという観点からは、単体金属あるいは合金の地金を混合溶媒Ｓに直接溶解させることが好ましい。これにより、単体金属の地金または合金の地金を、一旦、他の化合物（例えば有機金属化合物や金属塩）に変化させた後に溶媒に溶解させるという余計な工程は必要なく、工程が簡略化できるとともに、第１の半導体層３を構成する元素以外の元素が含まれるのを抑制することができ、第１の半導体層３の純度を高めることができる。
【００４３】
上記の原料溶液を用いて前駆体を形成する方法としては、上記原料溶液を第１の電極層２を有する基板１の表面に塗布して被膜状にする。原料溶液は、スピンコータ、スクリーン印刷、ディッピング、スプレーまたはダイコータなどを用いて塗布され、乾燥されて被膜状の前駆体となる。乾燥は、還元雰囲気下で行うことが望ましい。乾燥時の温度は、例えば、５０〜３００℃で行う。
【００４４】
光電変換装置１０は、上記半導体層を第１の半導体層３として用い、この第１の半導体層３上に第２の半導体層４が形成される。第２の半導体層４は、第１の半導体層３に対してヘテロ接合を行う第２の半導体層である。第１の半導体層３と第２の半導体層４とは異なる導電型であることが好ましく、例えば、第１の半導体層３がｐ型半導体である場合、第２の半導体層４はｎ型半導体である。好ましくはリーク電流を低減するという観点からは、第２の半導体層は、抵抗率が１Ω・ｃｍ以上の層であるのがよい。第２の半導体層４としては、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｓｅ３、Ｉｎ（ＯＨ，Ｓ）、（Ｚｎ，Ｉｎ）（Ｓｅ，ＯＨ）、および（Ｚｎ，Ｍｇ）Ｏ等が挙げられ、例えばケミカルバスデポジション（ＣＢＤ）法等で形成される。なお、Ｉｎ（ＯＨ，Ｓ）とは、ＩｎとＯＨとＳとから主に構成された化合物をいう。（Ｚｎ，Ｉｎ）（Ｓｅ，ＯＨ）は、ＺｎとＩｎとＳｅとＯＨとから主に構成された化合物をいう。（Ｚｎ，Ｍｇ）Ｏは、ＺｎとＭｇとＯとから主に構成された化合物をいう。第２の半導体層４は第１の半導体層３の吸収効率を高めるため、第１の半導体層３が吸収する光の波長領域に対して光透過性を有するものが好ましい。
【００４５】
第２の電極層５は、例えばＩＴＯ、ＺｎＯ等の０．０５〜３．０μｍの透明導電膜である。第２の電極層５は、スパッタリング法、蒸着法または化学的気相成長（ＣＶＤ）法等で形成される。第２の電極層５は、第２の半導体層４よりも抵抗率の低い層であり、第１の半導体層３で生じた電荷を取り出すためのものである。電荷を良好に取り出すという観点からは、第２の電極層５の抵抗率が１Ω・ｃｍ未満でシート抵抗が５０Ω／□以下であるのがよい。
【００４６】
第２の電極層５は第１の半導体層３の吸収効率を高めるため、第１の半導体層３の吸収光に対して光透過性を有するものが好ましい。光透過性を高めると同時に光反射ロス防止効果および光散乱効果を高め、さらに光電変換によって生じた電流を良好に伝送するという観点から、第２の電極層５は０．０５〜０．５μｍの厚さとするのが好ましい。また、第２の電極層５と第２の半導体層４との界面での光反射ロスを防止する観点からは、第２の電極層５と第２の半導体層４の屈折率は等しいのが好ましい。
【００４７】
光電変換装置１０は、複数個を並べてこれらを電気的に接続し、光電変換モジュール１１とすることができる。隣接する光電変換装置１０同士を容易に直列接続するために、図１に示すように、光電変換装置１０は、第１の半導体層３の基板１側に第１の電極層２と離間して設けられた第３の電極層６を具備している。そして、第１の半導体層３に設けられた接続導体７によって、第２の電極層５と第３の電極層６とが電気的に接続されている。
【００４８】
接続導体７は、第２の電極層５を形成する際に同時形成して一体化することが好ましい。これにより、工程を簡略化できるとともに第２の電極層５との電気的な接続信頼性を高めることができる。
【００４９】
接続導体７は、第２の電極層５と第３の電極層６とを接続するとともに、隣接する光電変換装置１０の各第１の半導体層３も分断するように形成されている。このような構成により、隣接する第１の半導体層３でそれぞれ光電変換を良好に行い、直列接続で電流を取り出すことができる。
【００５０】
次に本発明の光電変換装置の実施の形態の他の例を図２、図３に基づき説明する。図２は他の実施形態である光電変換装置２０の断面図であり、図３は光電変換装置２０の斜視図である。図２、図３は、第２の電極層５上に集電電極８が形成されている点で図１の光電変換装置１０と異なっている。図２、図３において、図１と同じ構成のものには、同じ符号を付しており、図１と同様、光電変換装置２０が複数接続されて光電変換モジュール２１を構成している。集電電極８は、第２の電極層５の電気抵抗を小さくするためのものである。光透過性を高めるという観点からは、第２の電極層５の厚さはできるだけ薄いことが好ましいが、薄いと導電性が低下してしまう。しかしながら、第２の電極層５上に集電電極８が設けられていることにより、第１の半導体層３で発生した電流を効率よく取り出すことができる。その結果、光電変換装置２０の発電効率を高めることができる。
【００５１】
集電電極８は、例えば、図３に示すように、光電変換装置２０の一端から接続導体７にかけて線状に形成されている。これにより、第１の半導体層３の光電変換により生じた電荷を第２の電極層５を介して集電電極８に集電し、これを接続導体７を介して隣接する光電変換装置２０に良好に導電することができる。よって、集電電極８が設けられていることにより、第２電極層５を薄くしても第１の半導体層３で発生した電流を効率よく取り出すことができる。その結果、発電効率を高めることができる。
【００５２】
集電電極８は第１の半導体層３への光を遮るのを抑制するとともに良好な導電性を有するという観点からは、５０〜４００μｍの幅を有するのが好ましい。また、集電電極８は、枝分かれした複数の分岐部を有していてもよい。
【００５３】
集電電極８は、例えば、Ａｇ等の金属粉を樹脂バインダー等に分散させた金属ペーストをパターン状に印刷し、これを硬化することによって形成することができる。
【００５４】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。本実施形態では、第１の半導体層３について本発明の半導体層の製造方法を適用しているが、第２の半導体層４に適用してもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１：基板
２：第１の電極層
３：第１の半導体層
４：第２の半導体層
５：第２の電極層
６：第３の電極層
７：接続導体
８：集電電極
１０、２０：光電変換装置
１１、２１：光電変換モジュール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属元素を含む前駆体層を、水素の濃度が徐々にあるいは段階的に低くなる水素含有気体雰囲気下で加熱し、半導体層を形成する工程を含むことを特徴とする半導体層の製造方法。
【請求項２】
前記水素含有気体雰囲気は、水素と不活性気体とを含む混合気体雰囲気である請求項１に記載の半導体層の製造方法。
【請求項３】
前記水素含有気体雰囲気は、水素とカルコゲン元素含有気体とを含む混合気体雰囲気である請求項１に記載の半導体層の製造方法。
【請求項４】
前記金属元素は、Ｉ-Ｂ族元素およびIII-Ｂ族元素を含む請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体層の製造方法。
【請求項５】
前記前駆体層は、さらにVI-Ｂ族元素を含む請求項４に記載の半導体層の製造方法。
【請求項６】
前記前駆体層は、前記金属元素とカルコゲン元素含有有機化合物とルイス塩基性有機溶剤とを含む半導体層形成用溶液を塗布して乾燥させたものである請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体層の製造方法。
【請求項７】
第１の電極層上に、請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体層の製造方法により第１の半導体層を形成する工程と、
前記第１の半導体層上に、該第１の半導体層と異なる組成の第２の半導体層を形成する工程と、
前記第２の半導体層上に第２の電極層を形成する工程と、
を具備することを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【請求項１】
金属元素を含む前駆体層を、水素の濃度が徐々にあるいは段階的に低くなる水素含有気体雰囲気下で加熱し、半導体層を形成する工程を含むことを特徴とする半導体層の製造方法。
【請求項２】
前記水素含有気体雰囲気は、水素と不活性気体とを含む混合気体雰囲気である請求項１に記載の半導体層の製造方法。
【請求項３】
前記水素含有気体雰囲気は、水素とカルコゲン元素含有気体とを含む混合気体雰囲気である請求項１に記載の半導体層の製造方法。
【請求項４】
前記金属元素は、Ｉ-Ｂ族元素およびIII-Ｂ族元素を含む請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体層の製造方法。
【請求項５】
前記前駆体層は、さらにVI-Ｂ族元素を含む請求項４に記載の半導体層の製造方法。
【請求項６】
前記前駆体層は、前記金属元素とカルコゲン元素含有有機化合物とルイス塩基性有機溶剤とを含む半導体層形成用溶液を塗布して乾燥させたものである請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体層の製造方法。
【請求項７】
第１の電極層上に、請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体層の製造方法により第１の半導体層を形成する工程と、
前記第１の半導体層上に、該第１の半導体層と異なる組成の第２の半導体層を形成する工程と、
前記第２の半導体層上に第２の電極層を形成する工程と、
を具備することを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１１４１０９（Ｐ２０１１−１１４１０９Ａ）
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６８２９７（Ｐ２００９−２６８２９７）
【出願日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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