ＣｄＴｅ結晶の製造方法
【課題】 ＣｄＴｅ太陽電池などの原料として有用な高品位なＣｄＴｅ結晶を、特殊な加熱装置を用いることなく、安全且つ安価に製造する方法を提供する。
【解決手段】 ショット状のＴｅ原料とＣｄ原料を配合して、機械的に混合する前の原料におけるＣｄのモル分率の標準偏差をσ０、機械的に混合した後の原料におけるＣｄのモル分率の標準偏差をσとしたとき、Ｍ＝１−（σ／σ０）で表される混合度Ｍが０.７以上１.０以下となるように機械的に混合した後、得られた原料混合物を石英容器内に入れて真空中又は不活性ガス雰囲気中で封止し、４５０〜１０００℃の温度で加熱処理した後、冷却してＣｄＴｅ結晶を得る。
【解決手段】 ショット状のＴｅ原料とＣｄ原料を配合して、機械的に混合する前の原料におけるＣｄのモル分率の標準偏差をσ０、機械的に混合した後の原料におけるＣｄのモル分率の標準偏差をσとしたとき、Ｍ＝１−（σ／σ０）で表される混合度Ｍが０.７以上１.０以下となるように機械的に混合した後、得られた原料混合物を石英容器内に入れて真空中又は不活性ガス雰囲気中で封止し、４５０〜１０００℃の温度で加熱処理した後、冷却してＣｄＴｅ結晶を得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣｄＴｅ太陽電池などの原料として用いるＣｄＴｅ結晶の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池はｐ型半導体とｎ型半導体を接合したｐｎ接合からなる半導体デバイスであり、太陽電池を用いた太陽光発電は深刻化する地球環境問題やエネルギー問題を解決する手段として大きな期待が寄せられている。
【０００３】
近年、化合物半導体であるテルル化カドミウム（以下、ＣｄＴｅと記す）をｐ型半導体層とし、硫化カドミウム（以下ＣｄＳと記す）を窓層及びｎ型半導体層として用いたＣｄＴｅ太陽電池が注目されている。ＣｄＴｅは直接遷移型半導体であるため、光吸収係数が大きく、発電層の薄膜化が可能である。また、バンドギャップが約１.５ｅＶであるため、太陽光を効率的に吸収でき、変換効率を高められるという特長がある。
【０００４】
ＣｄＴｅ太陽電池を構成するＣｄＴｅ層は、主に近接昇華法（ＣＳＳ法）で作製される。近接昇華法とは、原料のＣｄＴｅを配設したソース保持体と薄膜形成用基板とを僅かな空隙を挟んで対向配置し、一般的には不活性ガス雰囲気中においてＣｄＴｅ原料を薄膜形成用基板よりも高い温度に加熱して昇華させ、薄膜形成用基板上にＣｄＴｅ膜を析出させる方法である。
【０００５】
近接昇華法によりＣｄＴｅ膜を形成する場合、ＣｄＴｅ原料としてＣｄＴｅ粉末を焼結したものが一般的に用いられていた。しかし、特開２００２−１１６１６０号公報（特許文献１）に記載されているように、ＣｄＴｅ原料中に金属Ｔｅが存在すると、これがＣｄＳと反応してピンホールを形成して、太陽電池の変換効率などの光電特性を著しく悪化させることが知られている。
【０００６】
この欠点をなくして良好なＣｄＴｅ膜を形成するためには、Ｔｅ相ができる限り少なく、ＣｄＴｅ単相からなる原料を用いることが望ましい。高品位のＣｄＴｅ単相からなる原料を作製する方法としては、高純度のＣｄ原料とＴｅ原料とを石英容器内に入れて真空中若しくは不活性ガス雰囲気中で封止し、その石英容器を加熱昇温してＣｄ原料とＴｅ原料を反応させ、ＣｄＴｅ結晶を製造する方法が用いられる。
【０００７】
例えば、Ｔ.Ｌ.Ｃｈｕ ｅｔ ａｌ著、「Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｃａｄｍｉｕｍ Ｔｅｌｌｕｒｉｄｅ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ」，Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｓｅｑｕｏｉａ（スイス）発行，１９８７年，２１，ｐ.７３−８０（非特許文献１）には、純度９９.９９９％のＣｄ原料とＴｅ原料とを用い、１０００℃まで温度を上げてＣｄＴｅを製造する方法が記載されている。しかし、上記文献には、製造したＣｄＴｅの結晶相は明示されていない。しかも、そのＣｄＴｅを用いて作製した太陽電池の変換効率が１０.５％と比較的小さいことから、ＣｄＴｅ単相からなる良好なＣｄＴｅが生成されていない可能性がある。
【０００８】
また、高品位のＣｄＴｅを作製するために、上記のごとくＣｄ原料とＴｅ原料を石英容器内に封入して加熱する方法では、ＣｄとＴｅが反応する際の発熱により石英容器内の温度が急激に上昇し、Ｃｄの蒸気圧が高くなって石英容器が破損する危険がある。石英容器が破損すると、単に製造歩留まりが悪くなるだけではなく、毒性のあるＣｄ蒸気が周囲に飛散することがあるため、作業の安全性の点からも問題があった。
【０００９】
石英容器の破損を防止する方法として、特開平０８−２５９３９９号公報（特許文献２）には、インゴットを砕いたチャンク状のＴｅ原料を用い、このＴｅ原料がＣｄ原料の下になるように石英アンプル内に入れて真空封入し、加熱昇温することにより生成したＣｄ−Ｔｅ合金を融解した後、アンプルの一端側から冷却してＣｄ−Ｔｅ結晶を析出させる方法が記載されている。しかし、ＣｄＴｅの融点（１０９２℃）よりも高温の１１５０℃程度で融解する必要があるため、特殊な加熱装置を必要とするなどコスト高となる欠点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−１１６１６０号公報
【特許文献２】特開平０８−２５９３９９号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ｔ.Ｌ.Ｃｈｕ ｅｔ ａｌ著，「Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｃａｄｍｉｕｍ Ｔｅｌｌｕｒｉｄｅ ＳｏｌａｒＣｅｌｌｓ」，Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｓｅｑｕｏｉａ（スイス）発行，１９８７年，２１，ｐ.７３−８０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑み、ＣｄＴｅ太陽電池などの原料として使用される高品位のＣｄＴｅ結晶を、特殊な加熱装置を用いることなく、安全且つ安価に製造する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】
【００１３】
本発明者は、上記目的を達成するために、ＣｄＴｅ太陽電池などの製造に用いるＣｄＴｅ結晶について鋭意研究を重ねた結果、Ｃｄ原料とＴｅ原料の形状を共にショット状として十分に混合すれば、石英容器内に封入してＣｄＴｅの融点よりも低い温度まで加熱昇温して保持することによって、特殊な加熱装置を用いることなく両原料を反応させることができ、高品位なＣｄＴｅ結晶を安全且つ安価に製造できることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
【００１４】
即ち、本発明によるＣｄＴｅ結晶の製造方法は、ショット状のＴｅ原料とショット状のＣｄ原料を配合し、機械的に混合する前の当該原料におけるＣｄのモル分率の標準偏差をσ０とし、機械的に混合した後の当該原料におけるＣｄのモル分率の標準偏差をσとしたとき、Ｍ＝１−（σ／σ０）で表される混合度Ｍが０.７以上１.０以下となるように機械的に混合した後、得られた原料混合物を石英容器内に入れて真空中又は不活性ガス雰囲気中で封止し、加熱処理することを特徴とするものである。
【００１５】
また、上記本発明によるＣｄＴｅ結晶の製造方法においては、前記ショット状のＴｅ原料及びショット状のＣｄ原料の最長部長さが、共に０.５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましく、また前記加熱処理温度が４５０℃以上１０００℃以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ＣｄＴｅ単相からなる高品位のＣｄＴｅ結晶を簡単に製造することができる。また、ＣｄＴｅの融点以下の温度でＣｄとＴｅを反応させることができるため、特殊な加熱装置を用いる必要がなく、しかも反応時に石英容器が損傷することもない。従って、太陽電池や放射線検出素子などの原料として有用な、高品位のＣｄＴｅ結晶を安全且つ安価に提供することができるため、工業的にも極めて有用である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明では、ショット状のＴｅ原料とショット状のＣｄ原料とを所定の混合度Ｍとなるまで機械的に充分に混合し、この原料混合物を石英容器内に入れ、真空中又は不活性ガス雰囲気中で封止する。この石英容器を加熱して、Ｃｄの融点（３２０.９℃）及びＴｅの融点（４４９.５℃）よりも高い４５０℃以上で且つＣｄＴｅの融点（１０９２℃）よりも低い１０００℃以下の温度で加熱処理した後、冷却することによりＣｄＴｅ単相からなるＣｄＴｅ結晶が得られる。
【００１８】
ここで、ＣｄとＴｅの反応機構に関して説明する。Ｃｄ原料とＴｅ原料は、まずＴｅの融点に達したときに両者が反応して急激な発熱が起こる。その際に生成したＣｄＴｅが隔壁となってＣｄとＴｅの接触を妨げるため、その後の反応はしばらく停止する。しかし、加熱昇温により８００℃以上になると、隔壁となっていたＣｄＴｅがＣｄ融液又はＴｅ融液に溶解して除去されるため、再びＣｄとＴｅの発熱反応が起こり、全てのＣｄ原料とＴｅ原料からＣｄＴｅが生成して反応が終了する。
【００１９】
従来問題となっていた石英容器の破損は、上記２回目の反応での発熱により石英容器内の温度が急激に上昇し、残存していた未反応のＣｄの蒸気圧が上昇する結果、容器内の内圧上昇により起こると考えられる。そのため、安全に且つできるだけ低温でＣｄＴｅ結晶を合成するためには、１回目の反応でほとんど全てのＣｄ原料とＴｅ原料が反応してＣｄＴｅの大部分が合成される必要がある。
【００２０】
そのため、本発明においては、Ｃｄ原料及びＴｅ原料として共にショット状のものを用い、これらの原料を機械的に十分混合した状態で石英容器内に仕込むこととした。即ち、原料として、インゴットやインゴットを砕いたチャンクのような塊状に比べて比表面積が大きい原料、具体的にはショット状又は粒状のＣｄ原料とＴｅ原料を用いる。尚、本発明においてショットとは、溶融状態の金属を水中に注いで得られる金属粒を意味する。
【００２１】
更に、ショット状の原料は、最長部の長さが０.５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。原料の最長部の長さが０.５ｍｍより短い場合は、比表面積が大きくなるため原料の表面が酸化しやすい。その結果、得られるＣｄＴｅ結晶に酸素が混入し、太陽電池の特性に悪影響を及ぼすことがある。一方、原料の最長部の長さが１０ｍｍより長い場合には、比表面積が小さくなりすぎるため、４５０℃での１回目の反応においてＣｄＴｅが十分に合成されず、単体のＴｅや単体のＣｄが残存しやすくなるため好ましくない。
【００２２】
次に、本発明によるＣｄＴｅ結晶の製造方法を具体的に説明する。まず、高純度のショット状Ｃｄ原料と、高純度のショット状Ｔｅ原料とを、モル比で１.００になるように秤量する。得られるＣｄＴｅ結晶を太陽電池などの原料として用いる場合、ＣｄＴｅ結晶中に含まれる不純物が太陽電池などの特性に悪影響を及ぼすため、Ｃｄ原料とＴｅ原料の純度はできるだけ高いことが好ましく、最低でも５Ｎ以上の純度のものが好ましい。
【００２３】
上記のショット状Ｃｄ原料とショット状Ｔｅ原料は、モル比で１.００に配合した後、石英容器内に投入する前に機械的に十分混合する必要がある。具体的には、ショット状Ｔｅ原料とショット状Ｃｄ原料を互いに混ぜ合わせて配合した原料について、機械的に混合する前の組成分析により算出されたＣｄのモル分率の標準偏差をσ０、機械的に混合した後の組成分析により算出したＣｄのモル分率の標準偏差をσとしたとき、混合度Ｍ＝１−（σ／σ０）が０.７以上１.０以下となるように機械的に混合する。
【００２４】
上記混合度が０.７より小さいとＴｅ原料の周りにＣｄ原料が十分に存在せず、両者の接触が不十分となるため、１回目の反応で完全にＣｄＴｅを生成することができない。尚、混合度１.０は統計的に完全に均一に混合された状態であり、従って混合度は１.０に近いほど好ましい。
【００２５】
上記混合度を算出する際、ショット状Ｃｄ原料とショット状Ｔｅ原料についてＣｄのモル分率の標準偏差を求めるためのサンプリング回数は、仕込み原料の量に応じて決めれば良いが、仕込み原料の量が１００ｇ以上であれば、サンプリング回数を１０回以上とすることが好ましい。
【００２６】
また、ショット状のＣｄ原料とＴｅ原料の機械的混合は、石英容器に投入する前に実施することが好ましい。石英容器に投入した後に原料を機械的に混合することは難しく、強いて混合してもショット状Ｃｄ原料とショット状Ｔｅ原料の密度差によって逆に各原料が分離してしまうからである。尚、原料の機械的混合には、Ｖブレンダーやロッキングミキサーなどの各種混合機を用いて混合することが好ましい。
【００２７】
上記のごとくショット状Ｃｄ原料とショット状Ｔｅ原料を所定の混合度となるまで機械的に混合した後、得られた原料混合物を石英容器内に装入する。石英容器の材質としては、石英（ＳｉＯ２）ガラスが一般的であるが、不純物の少ない合成石英や天然石英でも問題はない。ただし、石英ガラス製の容器の場合、ショット状Ｃｄ原料の表面にできる酸化物が石英ガラスと反応して複合酸化物を形成し、石英ガラスとの熱膨張係数差によって容器が破損する危険性がある。
【００２８】
そこで、石英ガラス製容器の内壁に予めカーボン皮膜を付け、反応時に原料混合物が石英ガラス面に直接触れないようにすることが望ましい。石英ガラス製容器の内壁にカーボン皮膜を形成する方法としては、真空に引いた容器内にメタン、エタン、プロパン、ブタン、アセトン、トルエン、ベンゼンなどの有機物の蒸気を導入し、１０００℃以上に加熱された電気炉内に投入するか、若しくはバーナーで加熱することによって、有機物の熱分解によりカーボン皮膜をコーティングすることができる。
【００２９】
また、カ−ボン皮膜をコーティングする代わりに、石英ガラス製容器の内部にルツボを入れ、このルツボ内に原料混合物を収容することにより、石英ガラス面と溶解した原料混合物とが直接接触しない構造としてもよい。尚、ルツボの材質としては、溶解した原料混合物が反応付着しない窒化ホウ素（ＢＮ）であるか、少なくとも表面部分が熱分解ＢＮからなることが最も好ましい。
【００３０】
上記原料混合物を入れた石英容器は、真空中又は不活性ガス雰囲気中で封止する。例えば、石英容器として片端を封じた有底の石英ガラス管を用いる場合、この石英ガラス管の内径とほぼ同じ外径の片端丸閉じの石英ガラス蓋を、原料混合物と接しない程度まで石英ガラス管の開放端側に挿入し、石英ガラス管内を真空排気しながら、酸素−水素バーナーで石英ガラス管と石英ガラス蓋とを封着する。また、有底の石英ガラス管の開放端側を予め絞って口径を小さくし、原料混合物を装入した後、真空排気しながら、開放端側の口径を小さくした部分を酸素−水素バーナーでねじり切って封止することもできる。
【００３１】
石英容器の真空排気に用いるポンプとしては、通常の油回転真空ポンプを用いることができるが、更に高真空にするためには油拡散ポンプあるいはターボ分子ポンプなどを用いることもできる。また、石英容器内をＡｒガスのような不活性ガス雰囲気で満たした状態で封止してもよい。尚、石英容器内を真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気にするのは、原料の酸化を防止するためである。
【００３２】
原料混合物を封入した石英容器は、縦型あるいは横型の電気炉やそれに準ずる加熱装置を用いて加熱処理する。具体的には、４５０℃以上１０００℃以下の温度まで昇温し、その温度に保持してショット状Ｃｄ原料とショット状Ｔｅ原料を反応させる。加熱処理（保持）温度が４５０℃以下では、ＣｄとＴｅの反応がほとんど起こらず、結果的にＣｄＴｅ結晶を得ることができない。一方、１０００℃を超えると、仮にＣｄの単体が残っていた場合には、蒸気圧が数気圧以上となるため容器が破損する危険がある。尚、保持時間については、特に限定されないが、通常は３０分以上４時間以下が好ましい。
【００３３】
上記加熱処理後の石英容器を冷却することにより、Ｃｄ原料とＴｅ原料の溶融反応物からＣｄＴｅ結晶が析出する。加熱処理後の石英容器の冷却は、自然放冷でもよいし、石英容器の周囲を一端から他端に向け順次冷却させる方法でもよい。このような本発明方法により、ＣｄＴｅ相のみからなるＣｄＴｅ結晶が得られる。尚、高品位のＣｄＴｅ結晶を安定して得るためには、上記した一連の工程で不純物の混入をできるだけ防ぐことが必要である。
【実施例】
【００３４】
［実施例１］
片端丸閉じの石英ガラス管（外径３５.５ｍｍ、肉厚２.０ｍｍ、全長２５０ｍｍ、コバレントマテリアル製Ｔ−１０３０）の内部を油回転ポンプ（アルバック製ＧＬＤ−１００）で真空排気し、アセトン蒸気を導入した後、酸素−水素バーナー（木下理化工業製ＫＢＳＳ−５００）で外側から加熱することにより、石英ガラス管の内側にカーボンコーティングを施した。
【００３５】
一方、ショット状Ｔｅ原料として最長部長さが２ｍｍのＴｅショット（大阪アサヒメタル製、純度６Ｎ）と、ショット状Ｃｄ原料として最長部長さが３ｍｍのＣｄショット（大阪アサヒメタル製、純度６Ｎ）とを、Ｔｅ原料とＣｄ原料のモル比が１.００となるように合計２００ｇ秤量し、ステンレスバット（外寸１５８ｍｍ×１２８ｍｍ×２５ｍｍ）に入れて５秒間振って混ぜ合わせ、これを機械的混合前の配合原料とした。
【００３６】
この機械的混合前の配合原料をサンプリングし、蛍光Ｘ線による組成分析を実施して、Ｃｄモル分率を算出した。分析後の配合原料を戻し、再度サンプリングして同様にＣｄモル分率を測定した。以上の操作を合計１０回繰り返し、機械的混合前の配合原料におけるＣｄモル分率の標準偏差（σ０）を算出したところ、０.２４５であった。
【００３７】
次に、上記機械的混合前の配合原料を所定のガラス容器に入れ、Ｖブレンダー（筒井理化学器械製、Ｓ−３）に装着して、回転速度４１.９ｒｐｍで２分混合した。得られた機械的混合後の混合原料におけるＣｄモル分率の標準偏差（σ）を上記と同じ方法で算出したところ、０.０３１であった。これらの結果から、１−（σ／σ０）で表される混合度Ｍは０.８７と算出された。
【００３８】
このようにして得られた原料混合物を、上記カーボンコーティングされた石英ガラス管に装入し、更に片端丸閉じの石英ガラス蓋（外径３１.５ｍｍ、肉厚２.０ｍｍ、全長３０ｍｍ、コバレントマテリアル製Ｔ−１０３０）を原料混合物に触れないように挿入し、系内を油回転ポンプで真空に引きながら酸素−水素バーナーで封止した。
【００３９】
その後、原料混合物を封入した石英ガラス管をＳＵＳ３１６製反応容器内に入れ、Ａｒガスを流しながら５℃／分の速度で昇温した。温度が９３０℃に達した時点で昇温を停止し、９３０℃にて１時間保持した後、自然放冷した。この間、石英ガラス管が破損することはなかった。試料１の各ショット状原料の最長部長さと、原料の混合度Ｍ及び加熱処理温度を下記表１に示す。
【００４０】
このようにして得られた試料１の反応生成物は、石英ガラス管から回収した後、めのう乳鉢を用いて粉砕し、粉末Ｘ線回折法により同定したところ、ＣｄＴｅ相のみからなる高品位なＣｄＴｅ結晶であった。試料１の結晶相の同定結果を、上記した原料の混合度Ｍ及び加熱処理温度、石英ガラス管の破損の有無と共に、下記表２に示す。
【００４１】
次に、試料２〜１５として、ＴｅショットとＣｄショットの最長部の長さ、混合度、加熱処理（保持）温度のいずれかを下記表１に示すように変化させた以外は、上記試料１の場合と同様に実施して反応生成物を得た。これらの試料２〜１５では、試料１２以外は石英ガラス管の破損は起こらなかった。試料２〜１５におついても、結晶相の同定結果を、原料の混合度Ｍ及び加熱処理温度、石英ガラス管の破損の有無と共に、下記表２にまとめて示した。
【００４２】
【表１】
【００４３】
【表２】
【００４４】
上記表１〜２から分るように、試料１〜８はいずれも、Ｃｄショット及びＴｅショットの最長部の長さが０.７〜９ｍｍ、混合度が０.７３〜０.９０、及び熱処理（保持）温度が５５０〜１０００℃の範囲にあり、得られた反応生成物はＣｄＴｅ相のみからなる高品位なＣｄＴｅ結晶であった。
【００４５】
一方、試料９では原料の機械的混合が不十分なため、生成物にＣｄＴｅ相だけでなくＴｅ相が存在していた。試料１０ではショット状Ｔｅ原料の粒径が小さすぎるためＴｅが酸化され、ＣｄＴｅ相のほかにＴｅＯ２相が存在していた。試料１１ではショット状Ｔｅ原料の粒径が大きすぎるため、原料が十分反応せず、ＣｄＴｅ相だけでなくＴｅ相とＣｄ相が存在していた。
【００４６】
更に、試料１２ではショット状Ｃｄ原料の粒径が大きすぎ、昇温しても未反応のＣｄが存在していたため、石英ガラス管が破損した。試料１３ではショット状Ｃｄ原料の粒径が小さすぎてＣｄが酸化され、結晶中にＸＲＤで検出される程度のＣｄＯが存在していた。試料１４では加熱処理（保持）温度が低すぎるため、Ｔｅ及びＣｄが共に反応せず、Ｔｅ相とＣｄ相のみが存在していた。また、試料１５は、熱処理（保持）温度を従来と同様に１１３０℃と高く設定して作製した結晶であり、ＣｄＴｅ単相となっていた。
【００４７】
［実施例２］
上記実施例１における試料１、９、１０、１５の生成物である各ＣｄＴｅ結晶を用いて太陽電池セルを作製し、その変換効率を測定した。即ち、厚さ１.１ｍｍ、１０ｃｍ角の硼珪酸ガラス上に、化学気相成長法により厚さ０.５μｍの酸化錫の透明導電膜を形成し、その上にカドミウム有機錯体を熱分解させて厚さ０.０８μｍのＣｄＳ膜を形成して、ＣｄＴｅ成膜用基板（以下、単に基板と記す）とした。
【００４８】
次に、この基板上に、上記試料１、９、１０、１５の各ＣｄＴｅ結晶を原料として、近接昇華法（ＣＳＳ法）によりＣｄＴｅを成膜した。具体的には、原料と基板とを２ｍｍの間隔を隔てて対向させ、基板の温度を６８０℃、原料を保持するカーボン製の保持体の温度を上記基板温度よりも４０℃高い温度に設定し、アルゴン雰囲気中で基板の表面に厚さ約５μｍのＣｄＴｅ膜を成膜した。その後、このＣｄＴｅ膜上に塩化カドミウムの水溶液をコートし、乾燥した後、４００℃で３０分間熱処理した。
【００４９】
次いで、このＣｄＴｅ膜上に、樹脂の有機溶媒溶液と炭素粉末を混合したカーボンペーストをスクリーン印刷法により塗布し、焼成して、カーボン電極を形成した。このカーボン電極の周囲のＣｄＴｅ膜を、金属製の治具で削り取ってＣｄＳ膜の表面を露出させ、その露出部及びカーボン電極層上に、銀粉末、インジウム粉末及び樹脂の有機溶媒溶液を混合したペーストを塗布し、乾燥して、マイナス側電極及びプラス側電極をそれぞれ形成し、太陽電池セルとした。尚、電極面積は１ｃｍ２となるようにした。
【００５０】
上記のごとく試料１、９、１０、１５の各ＣｄＴｅ結晶を原料として作製した太陽電池セルについて、通常の方法により短絡電流と開放電圧を測定すると共に、ソーラシュミレータによりＡＭ１.５、１００ｍＷ／ｃｍ２の条件下で擬似太陽光を照射しながらＩ−Ｖ測定を実施し、太陽電池セル変換効率を算出した。得られた結果を下記表３に示す。
【００５１】
【表３】
【００５２】
本発明により作製したＣｄＴｅ結晶（試料１）を原料として作製した太陽電池は、１４.１％と良好な変換効率であった。また、従来と同様に高い反応温度（１１００℃）で作製したＣｄＴｅ結晶（試料１５）を原料として作製した太陽電池の変換効率は、本発明の試料１の太陽電池とほぼ同等であった。この結果から、本発明により作製したＣｄＴｅ結晶は、太陽電池用ＣｄＴｅ原料として有効であることが分った。
【００５３】
一方、試料９のＣｄＴｅ結晶を原料として作製した太陽電池では、ＣｄＴｅ膜を成膜する際にＣｄＴｅ結晶中のＴｅ単相がＣｄＳ膜を侵食するため、ＣｄＳ膜表面に凹凸が生じて良好なｐｎ接合が形成されず、変換効率が６.０％に低下したものと考えられる。また、試料１０のＣｄＴｅ結晶を原料として作製した太陽電池では、ＴｅＯ２相中の酸素原子がＣｄと反応してＣｄＯとなり、試料９の場合と同様にＣｄＳ膜を侵食するため、変換効率が低くなったと考えられる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣｄＴｅ太陽電池などの原料として用いるＣｄＴｅ結晶の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池はｐ型半導体とｎ型半導体を接合したｐｎ接合からなる半導体デバイスであり、太陽電池を用いた太陽光発電は深刻化する地球環境問題やエネルギー問題を解決する手段として大きな期待が寄せられている。
【０００３】
近年、化合物半導体であるテルル化カドミウム（以下、ＣｄＴｅと記す）をｐ型半導体層とし、硫化カドミウム（以下ＣｄＳと記す）を窓層及びｎ型半導体層として用いたＣｄＴｅ太陽電池が注目されている。ＣｄＴｅは直接遷移型半導体であるため、光吸収係数が大きく、発電層の薄膜化が可能である。また、バンドギャップが約１.５ｅＶであるため、太陽光を効率的に吸収でき、変換効率を高められるという特長がある。
【０００４】
ＣｄＴｅ太陽電池を構成するＣｄＴｅ層は、主に近接昇華法（ＣＳＳ法）で作製される。近接昇華法とは、原料のＣｄＴｅを配設したソース保持体と薄膜形成用基板とを僅かな空隙を挟んで対向配置し、一般的には不活性ガス雰囲気中においてＣｄＴｅ原料を薄膜形成用基板よりも高い温度に加熱して昇華させ、薄膜形成用基板上にＣｄＴｅ膜を析出させる方法である。
【０００５】
近接昇華法によりＣｄＴｅ膜を形成する場合、ＣｄＴｅ原料としてＣｄＴｅ粉末を焼結したものが一般的に用いられていた。しかし、特開２００２−１１６１６０号公報（特許文献１）に記載されているように、ＣｄＴｅ原料中に金属Ｔｅが存在すると、これがＣｄＳと反応してピンホールを形成して、太陽電池の変換効率などの光電特性を著しく悪化させることが知られている。
【０００６】
この欠点をなくして良好なＣｄＴｅ膜を形成するためには、Ｔｅ相ができる限り少なく、ＣｄＴｅ単相からなる原料を用いることが望ましい。高品位のＣｄＴｅ単相からなる原料を作製する方法としては、高純度のＣｄ原料とＴｅ原料とを石英容器内に入れて真空中若しくは不活性ガス雰囲気中で封止し、その石英容器を加熱昇温してＣｄ原料とＴｅ原料を反応させ、ＣｄＴｅ結晶を製造する方法が用いられる。
【０００７】
例えば、Ｔ.Ｌ.Ｃｈｕ ｅｔ ａｌ著、「Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｃａｄｍｉｕｍ Ｔｅｌｌｕｒｉｄｅ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ」，Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｓｅｑｕｏｉａ（スイス）発行，１９８７年，２１，ｐ.７３−８０（非特許文献１）には、純度９９.９９９％のＣｄ原料とＴｅ原料とを用い、１０００℃まで温度を上げてＣｄＴｅを製造する方法が記載されている。しかし、上記文献には、製造したＣｄＴｅの結晶相は明示されていない。しかも、そのＣｄＴｅを用いて作製した太陽電池の変換効率が１０.５％と比較的小さいことから、ＣｄＴｅ単相からなる良好なＣｄＴｅが生成されていない可能性がある。
【０００８】
また、高品位のＣｄＴｅを作製するために、上記のごとくＣｄ原料とＴｅ原料を石英容器内に封入して加熱する方法では、ＣｄとＴｅが反応する際の発熱により石英容器内の温度が急激に上昇し、Ｃｄの蒸気圧が高くなって石英容器が破損する危険がある。石英容器が破損すると、単に製造歩留まりが悪くなるだけではなく、毒性のあるＣｄ蒸気が周囲に飛散することがあるため、作業の安全性の点からも問題があった。
【０００９】
石英容器の破損を防止する方法として、特開平０８−２５９３９９号公報（特許文献２）には、インゴットを砕いたチャンク状のＴｅ原料を用い、このＴｅ原料がＣｄ原料の下になるように石英アンプル内に入れて真空封入し、加熱昇温することにより生成したＣｄ−Ｔｅ合金を融解した後、アンプルの一端側から冷却してＣｄ−Ｔｅ結晶を析出させる方法が記載されている。しかし、ＣｄＴｅの融点（１０９２℃）よりも高温の１１５０℃程度で融解する必要があるため、特殊な加熱装置を必要とするなどコスト高となる欠点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−１１６１６０号公報
【特許文献２】特開平０８−２５９３９９号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ｔ.Ｌ.Ｃｈｕ ｅｔ ａｌ著，「Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｃａｄｍｉｕｍ Ｔｅｌｌｕｒｉｄｅ ＳｏｌａｒＣｅｌｌｓ」，Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｓｅｑｕｏｉａ（スイス）発行，１９８７年，２１，ｐ.７３−８０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑み、ＣｄＴｅ太陽電池などの原料として使用される高品位のＣｄＴｅ結晶を、特殊な加熱装置を用いることなく、安全且つ安価に製造する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】
【００１３】
本発明者は、上記目的を達成するために、ＣｄＴｅ太陽電池などの製造に用いるＣｄＴｅ結晶について鋭意研究を重ねた結果、Ｃｄ原料とＴｅ原料の形状を共にショット状として十分に混合すれば、石英容器内に封入してＣｄＴｅの融点よりも低い温度まで加熱昇温して保持することによって、特殊な加熱装置を用いることなく両原料を反応させることができ、高品位なＣｄＴｅ結晶を安全且つ安価に製造できることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
【００１４】
即ち、本発明によるＣｄＴｅ結晶の製造方法は、ショット状のＴｅ原料とショット状のＣｄ原料を配合し、機械的に混合する前の当該原料におけるＣｄのモル分率の標準偏差をσ０とし、機械的に混合した後の当該原料におけるＣｄのモル分率の標準偏差をσとしたとき、Ｍ＝１−（σ／σ０）で表される混合度Ｍが０.７以上１.０以下となるように機械的に混合した後、得られた原料混合物を石英容器内に入れて真空中又は不活性ガス雰囲気中で封止し、加熱処理することを特徴とするものである。
【００１５】
また、上記本発明によるＣｄＴｅ結晶の製造方法においては、前記ショット状のＴｅ原料及びショット状のＣｄ原料の最長部長さが、共に０.５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましく、また前記加熱処理温度が４５０℃以上１０００℃以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ＣｄＴｅ単相からなる高品位のＣｄＴｅ結晶を簡単に製造することができる。また、ＣｄＴｅの融点以下の温度でＣｄとＴｅを反応させることができるため、特殊な加熱装置を用いる必要がなく、しかも反応時に石英容器が損傷することもない。従って、太陽電池や放射線検出素子などの原料として有用な、高品位のＣｄＴｅ結晶を安全且つ安価に提供することができるため、工業的にも極めて有用である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明では、ショット状のＴｅ原料とショット状のＣｄ原料とを所定の混合度Ｍとなるまで機械的に充分に混合し、この原料混合物を石英容器内に入れ、真空中又は不活性ガス雰囲気中で封止する。この石英容器を加熱して、Ｃｄの融点（３２０.９℃）及びＴｅの融点（４４９.５℃）よりも高い４５０℃以上で且つＣｄＴｅの融点（１０９２℃）よりも低い１０００℃以下の温度で加熱処理した後、冷却することによりＣｄＴｅ単相からなるＣｄＴｅ結晶が得られる。
【００１８】
ここで、ＣｄとＴｅの反応機構に関して説明する。Ｃｄ原料とＴｅ原料は、まずＴｅの融点に達したときに両者が反応して急激な発熱が起こる。その際に生成したＣｄＴｅが隔壁となってＣｄとＴｅの接触を妨げるため、その後の反応はしばらく停止する。しかし、加熱昇温により８００℃以上になると、隔壁となっていたＣｄＴｅがＣｄ融液又はＴｅ融液に溶解して除去されるため、再びＣｄとＴｅの発熱反応が起こり、全てのＣｄ原料とＴｅ原料からＣｄＴｅが生成して反応が終了する。
【００１９】
従来問題となっていた石英容器の破損は、上記２回目の反応での発熱により石英容器内の温度が急激に上昇し、残存していた未反応のＣｄの蒸気圧が上昇する結果、容器内の内圧上昇により起こると考えられる。そのため、安全に且つできるだけ低温でＣｄＴｅ結晶を合成するためには、１回目の反応でほとんど全てのＣｄ原料とＴｅ原料が反応してＣｄＴｅの大部分が合成される必要がある。
【００２０】
そのため、本発明においては、Ｃｄ原料及びＴｅ原料として共にショット状のものを用い、これらの原料を機械的に十分混合した状態で石英容器内に仕込むこととした。即ち、原料として、インゴットやインゴットを砕いたチャンクのような塊状に比べて比表面積が大きい原料、具体的にはショット状又は粒状のＣｄ原料とＴｅ原料を用いる。尚、本発明においてショットとは、溶融状態の金属を水中に注いで得られる金属粒を意味する。
【００２１】
更に、ショット状の原料は、最長部の長さが０.５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。原料の最長部の長さが０.５ｍｍより短い場合は、比表面積が大きくなるため原料の表面が酸化しやすい。その結果、得られるＣｄＴｅ結晶に酸素が混入し、太陽電池の特性に悪影響を及ぼすことがある。一方、原料の最長部の長さが１０ｍｍより長い場合には、比表面積が小さくなりすぎるため、４５０℃での１回目の反応においてＣｄＴｅが十分に合成されず、単体のＴｅや単体のＣｄが残存しやすくなるため好ましくない。
【００２２】
次に、本発明によるＣｄＴｅ結晶の製造方法を具体的に説明する。まず、高純度のショット状Ｃｄ原料と、高純度のショット状Ｔｅ原料とを、モル比で１.００になるように秤量する。得られるＣｄＴｅ結晶を太陽電池などの原料として用いる場合、ＣｄＴｅ結晶中に含まれる不純物が太陽電池などの特性に悪影響を及ぼすため、Ｃｄ原料とＴｅ原料の純度はできるだけ高いことが好ましく、最低でも５Ｎ以上の純度のものが好ましい。
【００２３】
上記のショット状Ｃｄ原料とショット状Ｔｅ原料は、モル比で１.００に配合した後、石英容器内に投入する前に機械的に十分混合する必要がある。具体的には、ショット状Ｔｅ原料とショット状Ｃｄ原料を互いに混ぜ合わせて配合した原料について、機械的に混合する前の組成分析により算出されたＣｄのモル分率の標準偏差をσ０、機械的に混合した後の組成分析により算出したＣｄのモル分率の標準偏差をσとしたとき、混合度Ｍ＝１−（σ／σ０）が０.７以上１.０以下となるように機械的に混合する。
【００２４】
上記混合度が０.７より小さいとＴｅ原料の周りにＣｄ原料が十分に存在せず、両者の接触が不十分となるため、１回目の反応で完全にＣｄＴｅを生成することができない。尚、混合度１.０は統計的に完全に均一に混合された状態であり、従って混合度は１.０に近いほど好ましい。
【００２５】
上記混合度を算出する際、ショット状Ｃｄ原料とショット状Ｔｅ原料についてＣｄのモル分率の標準偏差を求めるためのサンプリング回数は、仕込み原料の量に応じて決めれば良いが、仕込み原料の量が１００ｇ以上であれば、サンプリング回数を１０回以上とすることが好ましい。
【００２６】
また、ショット状のＣｄ原料とＴｅ原料の機械的混合は、石英容器に投入する前に実施することが好ましい。石英容器に投入した後に原料を機械的に混合することは難しく、強いて混合してもショット状Ｃｄ原料とショット状Ｔｅ原料の密度差によって逆に各原料が分離してしまうからである。尚、原料の機械的混合には、Ｖブレンダーやロッキングミキサーなどの各種混合機を用いて混合することが好ましい。
【００２７】
上記のごとくショット状Ｃｄ原料とショット状Ｔｅ原料を所定の混合度となるまで機械的に混合した後、得られた原料混合物を石英容器内に装入する。石英容器の材質としては、石英（ＳｉＯ２）ガラスが一般的であるが、不純物の少ない合成石英や天然石英でも問題はない。ただし、石英ガラス製の容器の場合、ショット状Ｃｄ原料の表面にできる酸化物が石英ガラスと反応して複合酸化物を形成し、石英ガラスとの熱膨張係数差によって容器が破損する危険性がある。
【００２８】
そこで、石英ガラス製容器の内壁に予めカーボン皮膜を付け、反応時に原料混合物が石英ガラス面に直接触れないようにすることが望ましい。石英ガラス製容器の内壁にカーボン皮膜を形成する方法としては、真空に引いた容器内にメタン、エタン、プロパン、ブタン、アセトン、トルエン、ベンゼンなどの有機物の蒸気を導入し、１０００℃以上に加熱された電気炉内に投入するか、若しくはバーナーで加熱することによって、有機物の熱分解によりカーボン皮膜をコーティングすることができる。
【００２９】
また、カ−ボン皮膜をコーティングする代わりに、石英ガラス製容器の内部にルツボを入れ、このルツボ内に原料混合物を収容することにより、石英ガラス面と溶解した原料混合物とが直接接触しない構造としてもよい。尚、ルツボの材質としては、溶解した原料混合物が反応付着しない窒化ホウ素（ＢＮ）であるか、少なくとも表面部分が熱分解ＢＮからなることが最も好ましい。
【００３０】
上記原料混合物を入れた石英容器は、真空中又は不活性ガス雰囲気中で封止する。例えば、石英容器として片端を封じた有底の石英ガラス管を用いる場合、この石英ガラス管の内径とほぼ同じ外径の片端丸閉じの石英ガラス蓋を、原料混合物と接しない程度まで石英ガラス管の開放端側に挿入し、石英ガラス管内を真空排気しながら、酸素−水素バーナーで石英ガラス管と石英ガラス蓋とを封着する。また、有底の石英ガラス管の開放端側を予め絞って口径を小さくし、原料混合物を装入した後、真空排気しながら、開放端側の口径を小さくした部分を酸素−水素バーナーでねじり切って封止することもできる。
【００３１】
石英容器の真空排気に用いるポンプとしては、通常の油回転真空ポンプを用いることができるが、更に高真空にするためには油拡散ポンプあるいはターボ分子ポンプなどを用いることもできる。また、石英容器内をＡｒガスのような不活性ガス雰囲気で満たした状態で封止してもよい。尚、石英容器内を真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気にするのは、原料の酸化を防止するためである。
【００３２】
原料混合物を封入した石英容器は、縦型あるいは横型の電気炉やそれに準ずる加熱装置を用いて加熱処理する。具体的には、４５０℃以上１０００℃以下の温度まで昇温し、その温度に保持してショット状Ｃｄ原料とショット状Ｔｅ原料を反応させる。加熱処理（保持）温度が４５０℃以下では、ＣｄとＴｅの反応がほとんど起こらず、結果的にＣｄＴｅ結晶を得ることができない。一方、１０００℃を超えると、仮にＣｄの単体が残っていた場合には、蒸気圧が数気圧以上となるため容器が破損する危険がある。尚、保持時間については、特に限定されないが、通常は３０分以上４時間以下が好ましい。
【００３３】
上記加熱処理後の石英容器を冷却することにより、Ｃｄ原料とＴｅ原料の溶融反応物からＣｄＴｅ結晶が析出する。加熱処理後の石英容器の冷却は、自然放冷でもよいし、石英容器の周囲を一端から他端に向け順次冷却させる方法でもよい。このような本発明方法により、ＣｄＴｅ相のみからなるＣｄＴｅ結晶が得られる。尚、高品位のＣｄＴｅ結晶を安定して得るためには、上記した一連の工程で不純物の混入をできるだけ防ぐことが必要である。
【実施例】
【００３４】
［実施例１］
片端丸閉じの石英ガラス管（外径３５.５ｍｍ、肉厚２.０ｍｍ、全長２５０ｍｍ、コバレントマテリアル製Ｔ−１０３０）の内部を油回転ポンプ（アルバック製ＧＬＤ−１００）で真空排気し、アセトン蒸気を導入した後、酸素−水素バーナー（木下理化工業製ＫＢＳＳ−５００）で外側から加熱することにより、石英ガラス管の内側にカーボンコーティングを施した。
【００３５】
一方、ショット状Ｔｅ原料として最長部長さが２ｍｍのＴｅショット（大阪アサヒメタル製、純度６Ｎ）と、ショット状Ｃｄ原料として最長部長さが３ｍｍのＣｄショット（大阪アサヒメタル製、純度６Ｎ）とを、Ｔｅ原料とＣｄ原料のモル比が１.００となるように合計２００ｇ秤量し、ステンレスバット（外寸１５８ｍｍ×１２８ｍｍ×２５ｍｍ）に入れて５秒間振って混ぜ合わせ、これを機械的混合前の配合原料とした。
【００３６】
この機械的混合前の配合原料をサンプリングし、蛍光Ｘ線による組成分析を実施して、Ｃｄモル分率を算出した。分析後の配合原料を戻し、再度サンプリングして同様にＣｄモル分率を測定した。以上の操作を合計１０回繰り返し、機械的混合前の配合原料におけるＣｄモル分率の標準偏差（σ０）を算出したところ、０.２４５であった。
【００３７】
次に、上記機械的混合前の配合原料を所定のガラス容器に入れ、Ｖブレンダー（筒井理化学器械製、Ｓ−３）に装着して、回転速度４１.９ｒｐｍで２分混合した。得られた機械的混合後の混合原料におけるＣｄモル分率の標準偏差（σ）を上記と同じ方法で算出したところ、０.０３１であった。これらの結果から、１−（σ／σ０）で表される混合度Ｍは０.８７と算出された。
【００３８】
このようにして得られた原料混合物を、上記カーボンコーティングされた石英ガラス管に装入し、更に片端丸閉じの石英ガラス蓋（外径３１.５ｍｍ、肉厚２.０ｍｍ、全長３０ｍｍ、コバレントマテリアル製Ｔ−１０３０）を原料混合物に触れないように挿入し、系内を油回転ポンプで真空に引きながら酸素−水素バーナーで封止した。
【００３９】
その後、原料混合物を封入した石英ガラス管をＳＵＳ３１６製反応容器内に入れ、Ａｒガスを流しながら５℃／分の速度で昇温した。温度が９３０℃に達した時点で昇温を停止し、９３０℃にて１時間保持した後、自然放冷した。この間、石英ガラス管が破損することはなかった。試料１の各ショット状原料の最長部長さと、原料の混合度Ｍ及び加熱処理温度を下記表１に示す。
【００４０】
このようにして得られた試料１の反応生成物は、石英ガラス管から回収した後、めのう乳鉢を用いて粉砕し、粉末Ｘ線回折法により同定したところ、ＣｄＴｅ相のみからなる高品位なＣｄＴｅ結晶であった。試料１の結晶相の同定結果を、上記した原料の混合度Ｍ及び加熱処理温度、石英ガラス管の破損の有無と共に、下記表２に示す。
【００４１】
次に、試料２〜１５として、ＴｅショットとＣｄショットの最長部の長さ、混合度、加熱処理（保持）温度のいずれかを下記表１に示すように変化させた以外は、上記試料１の場合と同様に実施して反応生成物を得た。これらの試料２〜１５では、試料１２以外は石英ガラス管の破損は起こらなかった。試料２〜１５におついても、結晶相の同定結果を、原料の混合度Ｍ及び加熱処理温度、石英ガラス管の破損の有無と共に、下記表２にまとめて示した。
【００４２】
【表１】
【００４３】
【表２】
【００４４】
上記表１〜２から分るように、試料１〜８はいずれも、Ｃｄショット及びＴｅショットの最長部の長さが０.７〜９ｍｍ、混合度が０.７３〜０.９０、及び熱処理（保持）温度が５５０〜１０００℃の範囲にあり、得られた反応生成物はＣｄＴｅ相のみからなる高品位なＣｄＴｅ結晶であった。
【００４５】
一方、試料９では原料の機械的混合が不十分なため、生成物にＣｄＴｅ相だけでなくＴｅ相が存在していた。試料１０ではショット状Ｔｅ原料の粒径が小さすぎるためＴｅが酸化され、ＣｄＴｅ相のほかにＴｅＯ２相が存在していた。試料１１ではショット状Ｔｅ原料の粒径が大きすぎるため、原料が十分反応せず、ＣｄＴｅ相だけでなくＴｅ相とＣｄ相が存在していた。
【００４６】
更に、試料１２ではショット状Ｃｄ原料の粒径が大きすぎ、昇温しても未反応のＣｄが存在していたため、石英ガラス管が破損した。試料１３ではショット状Ｃｄ原料の粒径が小さすぎてＣｄが酸化され、結晶中にＸＲＤで検出される程度のＣｄＯが存在していた。試料１４では加熱処理（保持）温度が低すぎるため、Ｔｅ及びＣｄが共に反応せず、Ｔｅ相とＣｄ相のみが存在していた。また、試料１５は、熱処理（保持）温度を従来と同様に１１３０℃と高く設定して作製した結晶であり、ＣｄＴｅ単相となっていた。
【００４７】
［実施例２］
上記実施例１における試料１、９、１０、１５の生成物である各ＣｄＴｅ結晶を用いて太陽電池セルを作製し、その変換効率を測定した。即ち、厚さ１.１ｍｍ、１０ｃｍ角の硼珪酸ガラス上に、化学気相成長法により厚さ０.５μｍの酸化錫の透明導電膜を形成し、その上にカドミウム有機錯体を熱分解させて厚さ０.０８μｍのＣｄＳ膜を形成して、ＣｄＴｅ成膜用基板（以下、単に基板と記す）とした。
【００４８】
次に、この基板上に、上記試料１、９、１０、１５の各ＣｄＴｅ結晶を原料として、近接昇華法（ＣＳＳ法）によりＣｄＴｅを成膜した。具体的には、原料と基板とを２ｍｍの間隔を隔てて対向させ、基板の温度を６８０℃、原料を保持するカーボン製の保持体の温度を上記基板温度よりも４０℃高い温度に設定し、アルゴン雰囲気中で基板の表面に厚さ約５μｍのＣｄＴｅ膜を成膜した。その後、このＣｄＴｅ膜上に塩化カドミウムの水溶液をコートし、乾燥した後、４００℃で３０分間熱処理した。
【００４９】
次いで、このＣｄＴｅ膜上に、樹脂の有機溶媒溶液と炭素粉末を混合したカーボンペーストをスクリーン印刷法により塗布し、焼成して、カーボン電極を形成した。このカーボン電極の周囲のＣｄＴｅ膜を、金属製の治具で削り取ってＣｄＳ膜の表面を露出させ、その露出部及びカーボン電極層上に、銀粉末、インジウム粉末及び樹脂の有機溶媒溶液を混合したペーストを塗布し、乾燥して、マイナス側電極及びプラス側電極をそれぞれ形成し、太陽電池セルとした。尚、電極面積は１ｃｍ２となるようにした。
【００５０】
上記のごとく試料１、９、１０、１５の各ＣｄＴｅ結晶を原料として作製した太陽電池セルについて、通常の方法により短絡電流と開放電圧を測定すると共に、ソーラシュミレータによりＡＭ１.５、１００ｍＷ／ｃｍ２の条件下で擬似太陽光を照射しながらＩ−Ｖ測定を実施し、太陽電池セル変換効率を算出した。得られた結果を下記表３に示す。
【００５１】
【表３】
【００５２】
本発明により作製したＣｄＴｅ結晶（試料１）を原料として作製した太陽電池は、１４.１％と良好な変換効率であった。また、従来と同様に高い反応温度（１１００℃）で作製したＣｄＴｅ結晶（試料１５）を原料として作製した太陽電池の変換効率は、本発明の試料１の太陽電池とほぼ同等であった。この結果から、本発明により作製したＣｄＴｅ結晶は、太陽電池用ＣｄＴｅ原料として有効であることが分った。
【００５３】
一方、試料９のＣｄＴｅ結晶を原料として作製した太陽電池では、ＣｄＴｅ膜を成膜する際にＣｄＴｅ結晶中のＴｅ単相がＣｄＳ膜を侵食するため、ＣｄＳ膜表面に凹凸が生じて良好なｐｎ接合が形成されず、変換効率が６.０％に低下したものと考えられる。また、試料１０のＣｄＴｅ結晶を原料として作製した太陽電池では、ＴｅＯ２相中の酸素原子がＣｄと反応してＣｄＯとなり、試料９の場合と同様にＣｄＳ膜を侵食するため、変換効率が低くなったと考えられる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ショット状のＴｅ原料とショット状のＣｄ原料を配合して、機械的に混合する前の当該原料におけるＣｄのモル分率の標準偏差をσ０、機械的に混合した後の当該原料におけるＣｄのモル分率の標準偏差をσとしたとき、Ｍ＝１−（σ／σ０）で表される混合度Ｍが０.７以上１.０以下となるように機械的に混合した後、得られた原料混合物を石英容器内に入れて真空中又は不活性ガス雰囲気中で封止し、加熱処理することを特徴とする太陽電池用ＣｄＴｅ原料の作製方法。
【請求項２】
前記ショット状のＴｅ原料及びショット状のＣｄ原料は、最長部長さが共に０.５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池用ＣｄＴｅ原料の作製方法。
【請求項３】
前記加熱処理温度が４５０℃以上１０００℃以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の太陽電池用ＣｄＴｅ原料の作製方法。
【請求項１】
ショット状のＴｅ原料とショット状のＣｄ原料を配合して、機械的に混合する前の当該原料におけるＣｄのモル分率の標準偏差をσ０、機械的に混合した後の当該原料におけるＣｄのモル分率の標準偏差をσとしたとき、Ｍ＝１−（σ／σ０）で表される混合度Ｍが０.７以上１.０以下となるように機械的に混合した後、得られた原料混合物を石英容器内に入れて真空中又は不活性ガス雰囲気中で封止し、加熱処理することを特徴とする太陽電池用ＣｄＴｅ原料の作製方法。
【請求項２】
前記ショット状のＴｅ原料及びショット状のＣｄ原料は、最長部長さが共に０.５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池用ＣｄＴｅ原料の作製方法。
【請求項３】
前記加熱処理温度が４５０℃以上１０００℃以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の太陽電池用ＣｄＴｅ原料の作製方法。
【公開番号】特開２０１１−１１９６２（Ｐ２０１１−１１９６２Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５９５８０（Ｐ２００９−１５９５８０）
【出願日】平成２１年７月６日（２００９．７．６）
【出願人】（０００１８３３０３）住友金属鉱山株式会社 (2,015)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月６日（２００９．７．６）
【出願人】（０００１８３３０３）住友金属鉱山株式会社 (2,015)
【Ｆターム（参考）】
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