[发明专利]化合物半导体薄膜的制作方法及具备该化合物半导体薄膜的太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及化合物半导体薄膜的制作方法及具备该化合物半导体薄膜的太阳能电池。

背景技术

太阳能电池是利用光伏效应将光能转换成电能的装置，从防止地球温室化及枯竭资源代替对策等观点出发，近年来受到瞩目。太阳能电池中使用的半导体已知有单晶Si、多晶Si、无定形Si、CdTe、CuIn_1-xGa_xSe₂(以下有时记为CIGS)、Cu₂ZnSn(S,Se)₄(以下有时记为CZTS)、GaAs、InP等。

CIGS是取构成元素的Cu(Copper，铜)、In(Indium，铟)、Ga(Gallium，镓)、Se(Selenide，硒)的首字母。不含Ga的CIS也同样作为太阳能电池用半导体化合物是已知的。CZTS也同样地取构成元素的Cu(Copper，铜)、Zn(Zinc，锌)、Sn(Tin，锡)，S(Sulfide，硫)的首字母。CZTS不限定于Cu₂ZnSn(S,Se)₄的组成，不含S或者不含Se的也被称为CZTS。对于Cu₂ZnSn(S,Se)₄而言，有时也记为CZTSSe，但本说明书中两者均包含在CZTS中。

其中，CuIn_1-xGa_xSe₂、Cu₂ZnSn(S,Se)₄所代表的硫属化物薄膜太阳能电池由于具有光吸收系数大、具有适于太阳能电池的带隙能量(1.4～1.5eV)、经年劣化少的特征，因此备受关注。目前，CIGS薄膜太阳能电池已经商业化，CZTS太阳能电池的近年研究开发也很活跃。

如果大致分类硫属化物薄膜太阳能电池的制作方法，有真空工艺(例如蒸镀法或溅射法)和利用涂布或印刷等的非真空工艺。特别是，非真空工艺具有材料利用率高、生产迅速、大面积化容易等特征，作为低成本的制作方法备受关注。但是已知，利用非真空工艺制作的硫属化物膜由于致密性低、在膜内存在很多间隙，因此太阳能电池的光电转换效率低。

为了改善上述问题，提出了加压烧结法(日本特开2011-187920号公报、日本特开2011-091305号公报、日本特开2011-091306号公报和日本特开2011-192862号公报)。通过加压烧结，膜的致密性提高、表面变得平坦、光电转换效率也可提高。但是，加压烧结法中由于使用结晶化度高的粒子作为化合物粒子，因此即便进行加压烧结，膜内部的粒子之间的熔融粘合也不足、无法降低表面粗糙度Ra、存在大量含有很多缺陷的晶界、在膜内残留间隙。因此，利用加压烧结法制造的硫属化物薄膜太阳能电池的转换效率停留在3.2％左右。

发明内容

发明要解决的技术问题

本发明的目的在于提供以高生产率制作晶界少、表面粗糙度Ra小、致密性高的化合物半导体薄膜的方法和具备该化合物半导体薄膜的太阳能电池。

用于解决技术问题的方法

本发明的第1方式提供一种化合物半导体薄膜的制作方法，其具备下述工序：将含有50质量％以上的为无定形状的化合物纳米粒子的化合物半导体薄膜制作用油墨进行涂布或印刷、形成化合物半导体涂膜的工序；对所述化合物半导体涂膜机械地施加压力的工序；以及对所述化合物半导体涂膜进行热处理、形成化合物半导体薄膜的工序。

在上述本发明的第1方式的化合物半导体薄膜的制作方法中，可以使对所述化合物半导体涂膜机械地施加压力的工序中的压力为0.1MPa以上且25MPa以下，使对所述化合物半导体涂膜进行热处理的工序中的热处理温度为200℃以上且550℃以下。

本发明的第2方式提供一种化合物半导体薄膜的制作方法，其具备下述工序：将含有50质量％以上的为无定形状的化合物纳米粒子的化合物半导体薄膜制作用油墨进行涂布或印刷、形成化合物半导体涂膜的工序；以及在对所述化合物半导体涂膜机械地施加压力的同时进行热处理、形成化合物半导体薄膜的工序。

在上述本发明的第2方式的化合物半导体薄膜的制作方法中，可以使在对所述化合物半导体涂膜机械地施加压力的同时进行热处理的工序中的压力为0.1MPa以上且25MPa以下、使加热温度为200℃以上且550℃以下。