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JP2013070032A - Manufacturing method of buffer layer and manufacturing method of photoelectric conversion element - Google Patents

Manufacturing method of buffer layer and manufacturing method of photoelectric conversion element Download PDF

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JP2013070032A JP2012169379A JP2012169379A JP2013070032A JP 2013070032 A JP2013070032 A JP 2013070032A JP 2012169379 A JP2012169379 A JP 2012169379A JP 2012169379 A JP2012169379 A JP 2012169379A JP 2013070032 A JP2013070032 A JP 2013070032A
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layer
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JP2012169379A
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Tetsuo Kono
哲夫 河野
Hiroshi Arai
洋 新井
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Fujifilm Corp
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Fujifilm Corp
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Publication date
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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

【課題】CBD法による光電変換素子のバッファ層の製造方法において、反応液中における粒子の発生を抑制して低コスト化を図ると共に、バッファ層成膜工程の短時間化を実現する。
【解決手段】基板保持部20に、成膜用基板10を装着し、基板10をヒーター30により温度T[℃]となるように加熱して、加熱状態を保ったまま、温度Tよりも低い温度T[℃]に温調された反応液2に、少なくとも光電変換半導体層13の表面を接触させることによりバッファ層の成膜を開始し、バッファ層の成膜中は基板10を温度T、反応液2を温度Tに維持する。
【選択図】図1
In a method for producing a buffer layer of a photoelectric conversion element by a CBD method, the generation of particles in a reaction solution is suppressed to reduce the cost, and the buffer layer film forming process can be shortened.
To A substrate holder 20, the deposition substrate 10 is mounted, by heating the substrate 10 so that the temperature T 1 of C.] by the heater 30, while keeping the heated state, from temperatures T 1 At least the surface of the photoelectric conversion semiconductor layer 13 is brought into contact with the reaction liquid 2 whose temperature is controlled to a lower temperature T 2 [° C.], and the formation of the buffer layer is started. The temperature T 1 and the reaction liquid 2 are maintained at the temperature T 2 .
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、化学浴析出法を用いた光電変換素子のバッファ層の製造方法、および光電変換素子の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a buffer layer of a photoelectric conversion element using a chemical bath deposition method, and a method for manufacturing a photoelectric conversion element.

光電変換層とこれに導通する電極とを備えた光電変換素子が、太陽電池等の用途に使用されている。従来、太陽電池においては、バルクの単結晶Siまたは多結晶Si、あるいは薄膜のアモルファスSiを用いたSi系太陽電池が主流であったが、Siに依存しない化合物半導体系太陽電池の研究開発がなされている。化合物半導体系太陽電池としては、GaAs系等のバルク系と、Ib族元素とIIIb族元素とVIb族元素とからなるCISあるいはCIGS系等の薄膜系とが知られている。CI(G)Sは、一般式Cu1−zIn1−xGaSe2−y(式中、0≦x≦1,0≦y≦2,0≦z≦1)で表される化合物半導体であり、x=0のときがCIS系、x>0のときがCIGS系である。本明細書では、CISとCIGSとを合わせて「CI(G)S」と表記してある。 A photoelectric conversion element including a photoelectric conversion layer and an electrode connected to the photoelectric conversion layer is used for applications such as solar cells. Conventionally, in the case of solar cells, Si-based solar cells using bulk single crystal Si or polycrystalline Si, or thin-film amorphous Si have been mainstream, but research and development of Si-independent compound semiconductor solar cells has been made. ing. Known compound semiconductor solar cells include bulk systems such as GaAs systems and thin film systems such as CIS or CIGS systems composed of group Ib elements, group IIIb elements, and group VIb elements. CI (G) S is represented by the general formula Cu 1-z In 1-x Ga x Se 2-y S y ( where, 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 2,0 ≦ z ≦ 1) When x = 0, it is a CIS system, and when x> 0, it is a CIGS system. In this specification, CIS and CIGS are collectively described as “CI (G) S”.

CI(G)S系等の従来の薄膜系光電変換素子においては一般に、光電変換層とその上に形成される透光性導電層(透明電極)との間にバッファ層(CdSなどのCd系化合物、Zn(O,OH,S)などのZn系化合物)が設けられている。かかる系では通常、バッファ層は化学浴析出(CBD:Chemical Bath Deposition)法により成膜されている。   In a conventional thin film photoelectric conversion element such as a CI (G) S system, a buffer layer (Cd system such as CdS) is generally provided between a photoelectric conversion layer and a translucent conductive layer (transparent electrode) formed thereon. Compounds, Zn compounds such as Zn (O, OH, S)). In such a system, the buffer layer is usually formed by a chemical bath deposition (CBD) method.

バッファ層の役割としては、(1)光生成キャリアの再結合の防止、(2)バンド不連続の整合、(3)格子整合、及び(4)光電変換層の表面凹凸のカバレッジ等が考えられる。CI(G)S系等では光電変換層の表面凹凸が比較的大きく、特に(4)の条件を良好に充たすために、液相法であるCBD法が好ましいと考えられる。   Possible roles of the buffer layer include (1) prevention of recombination of photogenerated carriers, (2) band discontinuous matching, (3) lattice matching, and (4) coverage of surface irregularities of the photoelectric conversion layer. . In the CI (G) S system or the like, the surface unevenness of the photoelectric conversion layer is relatively large. In particular, in order to satisfy the condition (4) well, it is considered that the CBD method which is a liquid phase method is preferable.

CBD法では、所定温度に加熱した反応溶液中に光電変換層を表面に備えた基板を浸漬させることにより光電変換層上にバッファ層を成膜する方法が一般的である。
他方、CBD法においては、光電変換層へのバッファ層析出と同時に、反応溶液中で粒子(コロイド)が発生し、この粒子が成膜面に付着してしまうという問題や、反応溶液を繰り返し使用できないために、低コスト化が困難であり、また量産性が低いという問題がある。なお、成膜面に粒子が付着したバッファ層を用いて光電変換素子を形成した場合に光電変換素子の性能劣化を引き起こす恐れもある。
In the CBD method, a method of forming a buffer layer on a photoelectric conversion layer by immersing a substrate having a photoelectric conversion layer on the surface in a reaction solution heated to a predetermined temperature is common.
On the other hand, in the CBD method, particles (colloids) are generated in the reaction solution at the same time as the buffer layer is deposited on the photoelectric conversion layer, and the particles adhere to the film formation surface. Since it cannot be used, there is a problem that it is difficult to reduce the cost and mass productivity is low. Note that in the case where a photoelectric conversion element is formed using a buffer layer having particles attached to the film formation surface, the photoelectric conversion element may be deteriorated in performance.

特許文献1には、量産化を図ったCdSの生成方法および装置が開示されている。具体的には、基板ホルダの温度を基板上にCdSが生成する温度(例えば、60℃)に設定すると共に、溶液温度はCdSの生成反応が起こらない温度(40℃以下)に維持してCdSを成膜する方法が提案されている。また、これにより、基板以外の部分にCdSが生じず、連続成膜が可能となる旨記載されている。   Patent Document 1 discloses a CdS generation method and apparatus designed for mass production. Specifically, the temperature of the substrate holder is set to a temperature at which CdS is generated on the substrate (for example, 60 ° C.), and the solution temperature is maintained at a temperature at which CdS generation reaction does not occur (40 ° C. or lower). A method of forming a film is proposed. Further, it is described that CdS does not occur in portions other than the substrate, and continuous film formation is possible.

特許文献2には、材料溶液使用量を低減して低コスト化を実現するための成膜方法が開示されている。具体的には、基板表面に溶液を必要量滴下し、基板を保持する保持部を加熱する装置が提案されている。これにより、溶液使用量を低減すると共に、基板の温度分布を高精度に制御することができ、膜厚分布や膜質分布に優れ、成膜時間を短縮したプロセスを提供することができる旨記載されている。   Patent Document 2 discloses a film forming method for realizing cost reduction by reducing the amount of material solution used. Specifically, an apparatus has been proposed in which a required amount of a solution is dropped onto the substrate surface and a holding unit that holds the substrate is heated. As a result, the amount of solution used can be reduced, the temperature distribution of the substrate can be controlled with high accuracy, and a process with excellent film thickness distribution and film quality distribution and reduced film formation time can be provided. ing.

特許文献3には、反応溶液は加熱せず、基板を保持する保持部を加熱する方法が提案されており、これにより反応溶液中における粒子の生成を抑制することができる旨記載されている。   Patent Document 3 proposes a method of heating the holding unit that holds the substrate without heating the reaction solution, and it is described that the generation of particles in the reaction solution can be suppressed.

特開平7−240385号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-240385 特開2009−259938号公報JP 2009-259938 A 米国特許出願公開2011/0027938号明細書US Patent Application Publication 2011/0027938

特許文献1から3に記載のCBD方法、装置であれば、反応溶液中の粒子の発生を抑制することができるため、成膜面への粒子の付着を低減すると共に、反応溶液の繰り返し使用を可能として低コスト化が可能となり、また、量産化を図ることができると考えられる。   With the CBD method and apparatus described in Patent Documents 1 to 3, since the generation of particles in the reaction solution can be suppressed, the adhesion of particles to the film formation surface is reduced and the reaction solution is repeatedly used. It is possible to reduce the cost as possible, and to achieve mass production.

一方で、光電変換素子の製造に当たっては、CBD法によるバッファ層成膜工程が光電変換素子の製造時間の律速になっており、バッファ層成膜工程をより短時間にすることが求められている。   On the other hand, in manufacturing a photoelectric conversion element, the buffer layer film formation process by the CBD method is a rate-determining factor for the manufacturing time of the photoelectric conversion element, and it is required to make the buffer layer film formation process in a shorter time. .

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、CBD法によるバッファ層の製造方法において、反応液中における粒子の発生を抑制して低コスト化を図ると共に、バッファ層成膜工程の短時間化を実現するバッファ層の製造方法を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and in the method for producing a buffer layer by the CBD method, the generation of particles in the reaction solution is suppressed to reduce the cost, and the buffer layer forming step is shortened. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a buffer layer that realizes time.

本発明のバッファ層の製造方法は、基板上に、下部電極、光電変換半導体層、バッファ層、および透光性導電層が積層してなる積層構造を有する光電変換素子における前記バッファ層の製造方法であって、
バッファ層を化学浴析出させるための反応液を蓄える反応槽と、光電変換半導体層が積層された基板を、少なくとも光電変換半導体層の表面を前記反応液に接触させるように保持する基板保持部と、基板を加熱するヒーターと、反応液の温度を制御する反応液温度制御部を備えた装置を用い、
基板保持部に、光電変換半導体層を最表面に備えてなる成膜用基板を装着し、
成膜用基板を前記ヒーターにより温度T[℃]となるように加熱し、
成膜用基板の加熱状態を保ったまま、温度Tよりも低い温度T[℃]に温調された反応液に、少なくとも光電変換半導体層の表面を接触させることによりバッファ層の成膜を開始し、
バッファ層の成膜中は、成膜用基板を温度T、反応液を温度Tに維持することを特徴とする。
The method for producing a buffer layer of the present invention is a method for producing the buffer layer in a photoelectric conversion element having a laminated structure in which a lower electrode, a photoelectric conversion semiconductor layer, a buffer layer, and a light-transmitting conductive layer are laminated on a substrate. Because
A reaction vessel for storing a reaction solution for depositing the buffer layer in a chemical bath, and a substrate holding unit for holding the substrate on which the photoelectric conversion semiconductor layer is laminated so that at least the surface of the photoelectric conversion semiconductor layer is in contact with the reaction solution. Using a device equipped with a heater for heating the substrate and a reaction liquid temperature control unit for controlling the temperature of the reaction liquid,
A substrate for film formation having a photoelectric conversion semiconductor layer on the outermost surface is attached to the substrate holding part,
The film-forming substrate is heated to the temperature T 1 [° C.] by the heater,
The buffer layer is formed by bringing at least the surface of the photoelectric conversion semiconductor layer into contact with the reaction liquid adjusted to a temperature T 2 [° C.] lower than the temperature T 1 while maintaining the heating state of the film formation substrate. Start
During film formation of the buffer layer, the film formation substrate is maintained at a temperature T 1 and the reaction liquid is maintained at a temperature T 2 .

ここでは、温度T、Tに維持するとは、ヒーターもしくは反応液温度制御部による設定温度をそれぞれT、Tに維持することを意味する。例えば、成膜用基板、反応液の実際の温度は、成膜用基板を反応液に接触させた直後に変動する場合があるが、これらの温度をそれぞれT、Tとなるように(T、Tに近づけるように)ヒーターおよび反応液温度制御部は機能するものである。 Here, it means that to maintain a temperature T 1, T 2 is maintained a set temperature by a heater or the reaction liquid temperature control unit to T 1, T 2, respectively. For example, the actual temperatures of the film formation substrate and the reaction liquid may fluctuate immediately after the film formation substrate is brought into contact with the reaction liquid, but these temperatures are set to T 1 and T 2 , respectively ( The heater and the reaction liquid temperature controller function so as to approach T 1 and T 2 .

特に、バッファ層としてZn系化合物層を形成する場合、
温度T[℃]とT[℃]との関係が、
≧70≧T+30
を満たすようにすることが好ましい。
In particular, when forming a Zn-based compound layer as a buffer layer,
The relationship between the temperature T 1 [° C.] and T 2 [° C.]
T 1 ≧ 70 ≧ T 2 +30
It is preferable to satisfy.

上記において、Zn系化合物とは、ZnS、Zn(S,O)およびZn(S,O,OH)のうちのいずれかである。   In the above, the Zn-based compound is any one of ZnS, Zn (S, O), and Zn (S, O, OH).

本発明の光電変換素子の製造方法は、基板上に、下部電極、光電変換半導体層、バッファ層および透光性導電層が積層してなる積層構造を有する光電変換素子の製造方法において、
バッファ層を、本発明のバッファ層の製造方法により製造することを特徴とする。
The method for producing a photoelectric conversion element of the present invention is a method for producing a photoelectric conversion element having a laminated structure in which a lower electrode, a photoelectric conversion semiconductor layer, a buffer layer, and a light-transmitting conductive layer are laminated on a substrate.
The buffer layer is manufactured by the method for manufacturing a buffer layer of the present invention.

本発明のバッファ層の製造方法によれば、基板をヒーターにより温度T[℃]となるように加熱した後に、温度Tよりも低い温度T[℃]に温調された反応液に、少なくとも光電変換半導体層の表面を接触させるので、反応液に浸した時点から早期に析出が開始され、反応液に基板を接触させた後に、基板の温度を上昇させる場合と比較して、バッファ層の成膜に要する時間を短縮することができる。 According to the method for producing a buffer layer of the present invention, after the substrate is heated to a temperature T 1 [° C.] with a heater, the reaction solution is adjusted to a temperature T 2 [° C.] lower than the temperature T 1. Since at least the surface of the photoelectric conversion semiconductor layer is brought into contact, the precipitation starts at an early stage from the time when the substrate is immersed in the reaction solution, and the buffer is compared with the case where the temperature of the substrate is increased after the substrate is brought into contact with the reaction solution. The time required for forming the layer can be shortened.

また、成膜時の基板温度を反応液よりも高く設定することにより、反応液中における粒子(コロイド)の発生を抑制すると共に、基板に選択的に成膜を行うことができる。粒子(コロイド)の発生抑制は、反応液の繰り返しの使用を可能とすることから、コスト抑制を達成することができる。   Further, by setting the substrate temperature at the time of film formation higher than that of the reaction solution, generation of particles (colloid) in the reaction solution can be suppressed, and film formation can be selectively performed on the substrate. Since the generation of particles (colloid) can be repeatedly used, the cost of the reaction liquid can be reduced.

本発明のバッファ層の製造方法を実施する製造装置の一例の概略構成を示す断面図Sectional drawing which shows schematic structure of an example of the manufacturing apparatus which enforces the manufacturing method of the buffer layer of this invention 図1に示す製造装置の斜視図1 is a perspective view of the manufacturing apparatus shown in FIG. 本発明の光電変換素子の製造方法により製造される一実施形態の光電変換素子を示す断面模式図Sectional schematic diagram which shows the photoelectric conversion element of one Embodiment manufactured by the manufacturing method of the photoelectric conversion element of this invention 実施例2のCBD方法を実施するためのCBD装置の概略構成を示す模式図The schematic diagram which shows schematic structure of the CBD apparatus for enforcing the CBD method of Example 2. FIG. 比較例2のCBD方法を実施するためのCBD装置の概略構成を示す模式図The schematic diagram which shows schematic structure of the CBD apparatus for enforcing the CBD method of the comparative example 2 比較例3のCBD方法を実施するためのCBD装置の概略構成を示す模式図The schematic diagram which shows schematic structure of the CBD apparatus for enforcing the CBD method of the comparative example 3

以下、本発明の実施形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

まず、実施形態の製造方法に用いられる化学浴析出装置1(以下、CBD装置1とする。)について説明する。図1はCBD装置1の断面模式図であり、図2はその概略構成を示す斜視図である。
図1に示すように、CBD装置1は反応液2を蓄える反応槽3と、成膜用基板10を保持する基板保持部(基板ホルダ)20と、成膜用基板10を、その裏面側から加熱するヒーター30と、反応槽3中の反応液2の温度を制御する反応液温度制御部40とを備えている。
First, a chemical bath deposition apparatus 1 (hereinafter referred to as a CBD apparatus 1) used in the manufacturing method of the embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the CBD device 1, and FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration thereof.
As shown in FIG. 1, the CBD apparatus 1 includes a reaction tank 3 that stores a reaction solution 2, a substrate holder (substrate holder) 20 that holds a film formation substrate 10, and a film formation substrate 10 from the back side thereof. A heater 30 for heating and a reaction liquid temperature control unit 40 for controlling the temperature of the reaction liquid 2 in the reaction tank 3 are provided.

基板ホルダ20は、成膜用基板10が密着固定される固定面21aを備えた板状部材21を底面とし、該板状部材21からなる底面に連続して設けられた壁面22を備えた容器状のホルダ本体23と、該ホルダ本体23に接続され、反応槽3の一部に掛止可能とされた支持部26とを備えている。   The substrate holder 20 is a container having a plate-like member 21 provided with a fixed surface 21a to which the film-forming substrate 10 is closely fixed and having a bottom surface and a wall surface 22 continuously provided on the bottom surface made of the plate-like member 21. And a support portion 26 that is connected to the holder main body 23 and can be hooked on a part of the reaction vessel 3.

ここで、板状部材21の固定面21aは、本体23の外側に凸の湾曲面となるように構成されている。図1に示すように、固定面21aは、紙面左右方向のほぼ中央が最も底面に近くなる凸状に湾曲しており、成膜用基板10はこの湾曲面に沿って湾曲させて固定される。そして、成膜用基板10は成膜面が鉛直下向きとなるように保持される。このとき、成膜用基板10が湾曲して固定されることにより、成膜面10aも湾曲することとなるため、成膜面10aに気泡が付着することを抑制できる。成膜中には、反応槽3内で気泡(ガス)が発生するが、この気泡が成膜面に付着すると、気泡が付着した部分にはバッファ層の析出が起こらず、完全な成膜を行うことが困難となる。すなわち、成膜固定面が平坦面で成膜面が反応液面2aに対して水平に、すなわち平坦な成膜面10aが鉛直下向きとなるように成膜用基板が保持された場合、気泡が成膜面に付着し、一部成膜不良が生じる恐れがある。一方、図1に示すように成膜面10aを湾曲させることにより、気泡の付着を抑えることができ、より良好な成膜を実現することができる。なお、この場合、成膜用基板10の下地となる基板11としては、固定面の湾曲に沿って湾曲できる程度の可撓性を有するものを用いればよい。   Here, the fixed surface 21 a of the plate-like member 21 is configured to be a curved surface that protrudes outward from the main body 23. As shown in FIG. 1, the fixing surface 21a is curved in a convex shape whose center in the left-right direction on the paper surface is closest to the bottom surface, and the film formation substrate 10 is curved and fixed along this curved surface. . The film formation substrate 10 is held so that the film formation surface faces vertically downward. At this time, since the film-forming substrate 10 is curved and fixed, the film-forming surface 10a is also curved, so that bubbles can be prevented from adhering to the film-forming surface 10a. During film formation, bubbles (gas) are generated in the reaction tank 3, but when these bubbles adhere to the film formation surface, the buffer layer does not precipitate in the part where the bubbles are attached, and complete film formation is achieved. It becomes difficult to do. That is, when the film formation substrate is held such that the film formation fixing surface is flat and the film formation surface is horizontal with respect to the reaction liquid surface 2a, that is, the flat film formation surface 10a is vertically downward. There is a possibility that a film deposition defect may occur due to adhesion to the film deposition surface. On the other hand, by curving the film formation surface 10a as shown in FIG. 1, it is possible to suppress the adhesion of bubbles and to realize better film formation. In this case, as the substrate 11 which is the base of the film formation substrate 10, a substrate having flexibility enough to bend along the curve of the fixed surface may be used.

なお、板状部材の材料としてはステンレスが好ましく、中でもアルカリ耐性を有するSUS316(JIS規格)が最も好ましい。なお、ステンレスの表面をテフロン(登録商標)やカーボン系材料(カーボン材やSiCなどのカーボン化合物)などの耐熱性および耐アルカリ性を有する材料で被覆してもよい。   In addition, as a material of a plate-shaped member, stainless steel is preferable, and SUS316 (JIS standard) having alkali resistance is most preferable. The surface of stainless steel may be coated with a material having heat resistance and alkali resistance, such as Teflon (registered trademark) or a carbon-based material (carbon material such as carbon material or SiC).

また、基板ホルダ20は、固定面21aに成膜用基板10を、その表面(成膜面)10aのみを反応液2に接触可能なように、成膜用基板10を基板ホルダ本体23に向けて液漏れ防止治具24によって把持するよう構成されている。さらに、締め付け固定が可能な固定枠25によって、液漏れ防止治具24と把持された成膜用基板10の隙間から反応液2が侵入しないように液漏れ防止治具24と成膜用基板10を締め付け固定するよう構成されている。   Further, the substrate holder 20 faces the film-forming substrate 10 toward the substrate holder body 23 so that the film-forming substrate 10 can be brought into contact with the reaction liquid 2 only on the surface (film-forming surface) 10a. It is configured to be held by the liquid leakage prevention jig 24. Further, the liquid leakage prevention jig 24 and the film formation substrate 10 are prevented from entering the reaction liquid 2 through the gap between the liquid leakage prevention jig 24 and the grasped film formation substrate 10 by the fixing frame 25 that can be fastened and fixed. Is configured to be fastened and fixed.

このように、成膜用基板10の成膜面のみを反応液2に接触可能とすることにより、成膜用基板10の最表面の層13以外の部分が反応液2に接触しないように成膜用基板10を保持することができる場合には、下地基板11として、反応液2に浸食される可能性のある基材、例えばAl基材を用いることもできる。   As described above, only the film formation surface of the film formation substrate 10 can be brought into contact with the reaction liquid 2, so that portions other than the outermost layer 13 of the film formation substrate 10 do not come into contact with the reaction liquid 2. In the case where the film substrate 10 can be held, a base material that may be eroded by the reaction liquid 2, for example, an Al base material, can be used as the base substrate 11.

ヒーター30は、ホルダ本体23のステンレス板状部材21の固定面21aの反端側の面、すなわち容器状のホルダ本体23の内側底面に、成膜用基板10より大きい領域に一様に配置されたシート状のヒーターである。特にここでは、ラバーヒーターを備えるものとしている。成膜用基板10の面積より大きい領域にラバーヒーターを備えることにより、板状部材を介して、成膜用基板10を均一に加熱することができ、基板温度の均一性を高めることができる。基板温度の均一性が高いほど、析出される膜の膜厚均一性を高めることができ、好ましい。   The heater 30 is uniformly arranged in a region larger than the film-forming substrate 10 on the surface opposite to the fixed surface 21 a of the stainless plate member 21 of the holder body 23, that is, on the inner bottom surface of the container-shaped holder body 23. Sheet heater. In particular, a rubber heater is provided here. By providing the rubber heater in a region larger than the area of the film-forming substrate 10, the film-forming substrate 10 can be uniformly heated via the plate-like member, and the uniformity of the substrate temperature can be improved. The higher the uniformity of the substrate temperature, the higher the film thickness uniformity of the deposited film, which is preferable.

反応液温度制御部40は、反応槽3の底面に備えられた温度調整手段41と、底面付近の反応液温度を測定する温度測定部42を備えている。温度調整手段41としては、加熱および/または冷却手段を備える。加熱手段としては各種ヒーター、冷却手段としては、冷水等による水冷デバイス、ファン等の空冷デバイスの他、ヒートシンクなどを備えればよい。
なお、反応液の温度は、温度調整手段41が備えられている近傍の反応液温度で定義するものとする。
The reaction liquid temperature control unit 40 includes a temperature adjusting unit 41 provided on the bottom surface of the reaction tank 3 and a temperature measurement unit 42 that measures the reaction liquid temperature near the bottom surface. As the temperature adjustment means 41, a heating and / or cooling means is provided. Various heaters may be used as the heating means, and a heat sink may be provided as the cooling means in addition to a water cooling device using cold water or the like, an air cooling device such as a fan.
Note that the temperature of the reaction liquid is defined by the temperature of the reaction liquid in the vicinity where the temperature adjusting means 41 is provided.

反応槽3の内壁は、耐アルカリ性のある疎水性材料によるコーティングを施こしておくことが好ましい。この疎水性材料のコーティングを施すことにより、基板への膜析出時における、内壁へ膜析出を抑制することができる。これにより、原料の浪費やメンテナンスの手間を省くことができる。
しかしながら、疎水性材料によりコーティングを行っていても、長時間の成膜工程を経ると内壁に析出物がこびりついてくる。このような析出物は塩酸水溶液などで洗浄することにより、溶解して除去することができる。したがって、内壁をコーティングする疎水性材料は、耐アルカリ性のみならず、耐酸性を有するものであることが好ましい。このようなコーティング材料としては、テフロン(登録商標)が好適である。
The inner wall of the reaction vessel 3 is preferably coated with a hydrophobic material having alkali resistance. By applying this hydrophobic material coating, film deposition on the inner wall during film deposition on the substrate can be suppressed. Thereby, waste of raw materials and labor of maintenance can be saved.
However, even if coating is performed with a hydrophobic material, deposits stick to the inner wall after a long film formation step. Such precipitates can be dissolved and removed by washing with an aqueous hydrochloric acid solution or the like. Therefore, it is preferable that the hydrophobic material for coating the inner wall has not only alkali resistance but also acid resistance. As such a coating material, Teflon (registered trademark) is suitable.

本実施形態の製造方法では、上述のCBD装置1を用いて、基板上に、下部電極、光電変換半導体層、バッファ層、および透光性導電層が積層してなる積層構造を有する光電変換素子におけるバッファ層を製造する。   In the manufacturing method of the present embodiment, a photoelectric conversion element having a stacked structure in which a lower electrode, a photoelectric conversion semiconductor layer, a buffer layer, and a light-transmitting conductive layer are stacked on a substrate using the CBD device 1 described above. The buffer layer is manufactured.

基板11上に下部電極(図1、2では図示省略)、光電変換半導体層13が順次積層されたバッファ層を形成するための成膜用基板10を用意し、まず、この成膜用基板10を基板ホルダ20に装着する。そして、基板10をヒーターにより温度T[℃]となるように加熱する。 A film formation substrate 10 for forming a buffer layer in which a lower electrode (not shown in FIGS. 1 and 2) and a photoelectric conversion semiconductor layer 13 are sequentially stacked is prepared on a substrate 11. Is mounted on the substrate holder 20. Then, heating the substrate 10 so that the temperature T 1 [° C.] by a heater.

その後、成膜用基板10の加熱状態を保ったまま(基板10をヒーターで加熱させつつ)、温度Tよりも低い温度T[℃]に温調された反応液に、少なくとも光電変換半導体層13の表面を接触させる。図1に示すように、基板ホルダ20により、基板10ごと反応液に浸漬させるが、基板裏面は保持部20の固定面15に密着され、液漏れ防止治具24および固定枠25により固定されているので、基板の裏面および側端面は反応液と接触しない。 After that, while maintaining the heating state of the film-forming substrate 10 (while heating the substrate 10 with a heater), at least the photoelectric conversion semiconductor is added to the reaction liquid adjusted to a temperature T 2 [° C.] lower than the temperature T 1. The surface of the layer 13 is brought into contact. As shown in FIG. 1, the substrate 10 is immersed in the reaction solution together with the substrate holder 20, but the back surface of the substrate is in close contact with the fixing surface 15 of the holding unit 20 and fixed by the liquid leakage prevention jig 24 and the fixing frame 25. Therefore, the back surface and side end surfaces of the substrate do not come into contact with the reaction solution.

基板10は反応液への浸漬前に加熱されているため、基板10の浸漬後、早期にバッファ層の析出が開始される。   Since the substrate 10 is heated before being immersed in the reaction solution, the buffer layer starts to be deposited early after the substrate 10 is immersed.

基板10を反応温度まで十分に加熱した後に、反応液に浸漬させるため、基板を浸漬させた後に基板を加熱する場合と比較して、早期にバッファ層の析出が始まる。したがって、成膜に要する時間を短縮することができる。特に、基板10として金属基板を用いれば、加熱による基板の昇温速度が大きいことから成膜時間の短縮化をさらに促進することができる。   Since the substrate 10 is sufficiently heated to the reaction temperature and then immersed in the reaction solution, the buffer layer starts to be deposited earlier than when the substrate is heated after the substrate is immersed. Therefore, the time required for film formation can be shortened. In particular, when a metal substrate is used as the substrate 10, it is possible to further promote the shortening of the film formation time because the heating rate of the substrate by heating is high.

成膜中は、ヒーター30により基板温度をTに維持し、また、反応液温度制御部40により反応液温度をTに維持する。なお、基板をTに加熱後、Tより低温の反応液に浸漬させることにより、基板温度は一旦低下し、反応液温度は一旦上昇すると考えられるが、成膜中もヒーターの温度設定をTに、反応液温度制御部40による温調温度をTに維持するものとする。 During film formation, the substrate temperature is maintained at T 1 by the heater 30, and the reaction liquid temperature is maintained at T 2 by the reaction liquid temperature control unit 40. In addition, it is considered that the substrate temperature is temporarily lowered and the reaction solution temperature is temporarily increased by immersing the substrate in a reaction solution lower than T 1 after heating the substrate to T 1. to T 1, it is assumed to maintain a controlled temperature by reaction temperature control unit 40 to T 2.

ここで、基板の加熱温度T[℃]を、70〜90℃の所定の温度(一定温度)とし、反応液の温調温度T[℃]を、60℃以下、好ましくは40℃以下の所定の温度(一定温度)とすることが好ましい。
特には、バッファ層としてZn系化合物層を形成する場合、T≧70≧T+30であることが好ましい。すなわち、Tは70℃以上であり、TとTは、30℃以上の温度差となるように設定することが好ましい。
Here, the heating temperature T 1 [° C.] of the substrate is set to a predetermined temperature (constant temperature) of 70 to 90 ° C., and the temperature adjustment temperature T 2 [° C.] of the reaction solution is 60 ° C. or less, preferably 40 ° C. or less. The predetermined temperature (constant temperature) is preferable.
In particular, when a Zn-based compound layer is formed as the buffer layer, it is preferable that T 1 ≧ 70 ≧ T 2 +30. That is, T 1 is preferably 70 ° C. or higher, and T 1 and T 2 are preferably set to have a temperature difference of 30 ° C. or higher.

なお、基板加熱温度を反応液の温調温度よりも高くしていることから、反応槽3中において、基板が保持される近傍と基板から離間した領域とで反応液中に温度分布が生じていると考えられるが、ここでは、基板から十分に離れた箇所の反応液の温度を反応液温度として測定する。具体的には、図1のCBD装置1に示すように、反応液の温度調整手段41は基板が保持される水面近傍に対向する反応槽3の底面側に備えられており、温度測定部42は、反応槽3の底面付近の反応液の温度を測定する。   In addition, since the substrate heating temperature is set higher than the temperature control temperature of the reaction solution, a temperature distribution is generated in the reaction solution in the reaction tank 3 in the vicinity where the substrate is held and in a region away from the substrate. Here, the temperature of the reaction solution at a location sufficiently away from the substrate is measured as the reaction solution temperature. Specifically, as shown in the CBD device 1 of FIG. 1, the reaction liquid temperature adjustment means 41 is provided on the bottom surface side of the reaction tank 3 facing the vicinity of the water surface where the substrate is held, and the temperature measurement unit 42. Measures the temperature of the reaction solution near the bottom of the reaction vessel 3.

基板が70℃以上であれば、基板が浸漬された近傍の反応液の温度が上昇し、基板へのバッファ層析出が十分に可能なものとなる。一方で、基板温度よりも反応液の設定温度を低くすることにより、基板近傍以外の部分での反応液の温度を低くして、反応液中に粒子(コロイド)が生じるのを抑制することができる。反応液が60℃以下であれば析出反応は大幅に抑制することができ、40℃以下であれば、ほとんど粒子(コロイド)が発生しない。   If the substrate is 70 ° C. or higher, the temperature of the reaction solution in the vicinity where the substrate is immersed rises, and the buffer layer can be sufficiently deposited on the substrate. On the other hand, by lowering the set temperature of the reaction solution below the substrate temperature, the temperature of the reaction solution at a portion other than the vicinity of the substrate can be lowered to suppress generation of particles (colloid) in the reaction solution. it can. If the reaction solution is 60 ° C. or lower, the precipitation reaction can be greatly suppressed, and if it is 40 ° C. or lower, almost no particles (colloid) are generated.

反応液中に浮遊する粒子(コロイド)が増加するほど、析出膜表面への粒子状固形物の付着の可能性が高くなってしまう。粒子状固形物とは、一次粒子径が数十〜数百nmオーダーの粒子が凝集した固形物である。概ね円相当径が1μm以上の粒子状固形物(二次凝集体)がバッファ層表面に付着したまま光電変換素子を作製すると、この部分だけ抵抗が増し、電流が流れにくい領域が発生することになり、光電変換素子の性能が低下する可能性がある。
また、バッファ層上に透光性導電層を形成する工程においてバッファ層表面に付着した粒子状固形物(二次凝集体)が剥離して、それと同時にバッファ層の剥離などが生じて、光電変換素子の性能が低下する可能性がある。
The more particles (colloid) floating in the reaction liquid, the higher the possibility of particulate solids adhering to the surface of the deposited film. The particulate solid is a solid in which particles having a primary particle diameter of the order of several tens to several hundreds of nanometers are aggregated. If a photoelectric conversion element is produced with particulate solids (secondary aggregates) having an equivalent circle diameter of approximately 1 μm or more attached to the surface of the buffer layer, the resistance increases only in this part, and a region where current does not flow easily is generated. Thus, the performance of the photoelectric conversion element may be deteriorated.
In addition, in the process of forming the light-transmitting conductive layer on the buffer layer, the particulate solid (secondary aggregate) attached to the buffer layer surface is peeled off, and at the same time, the buffer layer is peeled off, which causes photoelectric conversion. There is a possibility that the performance of the element is deteriorated.

本発明の製造方法のように、反応液の温度を基板温度と比較して低くすることにより、反応液全体を析出温度とする場合と比較して粒子(コロイド)発生を抑制することができるので、析出膜表面への粒子状固形物の付着も抑制することができる。また、基板温度を相対的に高くしていることから、基板への選択的な膜析出を行うことができる。なお、反応槽の内壁をテフロン(登録商標)コーティングしておけば、さらに、反応槽内壁への析出の抑制効果を高めることができる。また、反応液の温度を60℃以下、さらには40℃以下と低くすることにより、粒子(コロイド)発生をより積極的に抑制することができる。   Since the temperature of the reaction solution is lower than the substrate temperature as in the production method of the present invention, the generation of particles (colloid) can be suppressed compared to the case where the entire reaction solution is set to the deposition temperature. Moreover, adhesion of particulate solids to the surface of the deposited film can also be suppressed. Further, since the substrate temperature is relatively high, selective film deposition on the substrate can be performed. If the inner wall of the reaction vessel is coated with Teflon (registered trademark), the effect of suppressing precipitation on the inner wall of the reaction vessel can be further enhanced. Further, by reducing the temperature of the reaction solution to 60 ° C. or lower, further 40 ° C. or lower, the generation of particles (colloid) can be more positively suppressed.

粒子(コロイド)の発生は、反応液の透過率低下(透明性低下)を促進するものでもあり、粒子(コロイド)を抑制することは、反応液の透過率低下(透明性低下)を抑制することと同義である。反応液の透明度が高いうちは、反応液を再利用できることから、バッファ層の製造コストを抑制することも可能となる。   The generation of particles (colloid) also promotes a decrease in the transmittance of the reaction solution (decrease in transparency), and the suppression of the particles (colloid) suppresses a decrease in the transmittance of the reaction solution (decrease in transparency). It is synonymous with that. As long as the transparency of the reaction solution is high, the reaction solution can be reused, so that the manufacturing cost of the buffer layer can be suppressed.

また、粒子(コロイド)発生を抑制する観点から、成膜中は、反応液の撹拌を激しく行わないか、あるいは全く行うことなく実施することが好ましい。ここで、撹拌には、スターラー等による撹拌の他、液循環、反応液への超音波の印加によるものを含むこととする。
先行技術の項で述べた特許文献1の実施形態においては、反応液を循環させることにより溶液濃度を一定に制御する旨記載されているが、このような循環を一定速度以上で行うと、基板と反応液との間に設けた温度差が小さくなる方向にシフトすることとなる。一方、撹拌(液循環)をさせない方が温度差をより保つことができ、より基板への選択的な析出を行う効果が高い。
Further, from the viewpoint of suppressing generation of particles (colloid), it is preferable that the reaction solution is not stirred vigorously or not at all during film formation. Here, the stirring includes not only stirring by a stirrer or the like but also liquid circulation and application of ultrasonic waves to the reaction solution.
In the embodiment of Patent Document 1 described in the section of the prior art, it is described that the solution concentration is controlled to be constant by circulating the reaction solution. And the temperature difference provided between the reaction liquid and the reaction liquid shifts in the direction of decreasing. On the other hand, if the stirring (liquid circulation) is not performed, the temperature difference can be further maintained, and the effect of selective deposition on the substrate is higher.

所望の厚さにバッファ層を成膜した後、基板ホルダ20ごと基板を反応液から引き上げ、基板ホルダからバッファ層が形成された基板を取外す。バッファ層析出後に水洗を行い、さらに水洗後にエアーナイフ等の水分除去機構により水分除去を行う。さらに、バッファ層がZnS、Zn(S,O)、Zn(S,O,OH)の場合には150℃〜230℃の温度、好ましくは170℃〜210℃の温度で、5分〜60分、アニールを行う。アニールの方式としては特に限定されないが、市販のオーブン、電気炉、真空オーブン等を利用した温風加熱が好ましい。このように加熱処理を行うことによって光電変換素子の変換効率等の特性を向上させることができる。   After forming the buffer layer to a desired thickness, the substrate together with the substrate holder 20 is pulled up from the reaction solution, and the substrate on which the buffer layer is formed is removed from the substrate holder. Water is washed after the buffer layer is deposited, and water is removed by a water removing mechanism such as an air knife after washing with water. Further, when the buffer layer is made of ZnS, Zn (S, O), Zn (S, O, OH), the temperature is 150 to 230 ° C., preferably 170 to 210 ° C. for 5 to 60 minutes. Annealing is performed. The annealing method is not particularly limited, but warm air heating using a commercially available oven, electric furnace, vacuum oven or the like is preferable. By performing the heat treatment in this manner, characteristics such as conversion efficiency of the photoelectric conversion element can be improved.

なお、バッファ層の成膜は、予め設定した条件下での成膜時間と成膜膜厚との関係を調べておいて、所望の成膜膜厚となる成膜時間経過後に終了するようにすればよい。
あるいは、反応液の透過率の変化と成膜膜厚との関係を調べておき、反応液の透過率をインサイチュ(in-situ)で測定し、透過率の低下量に基づいて、成膜を終了するようにしてもよい。
It should be noted that the formation of the buffer layer should be completed after the elapse of the film formation time at which a desired film thickness is obtained by checking the relationship between the film formation time and the film thickness under the preset conditions. do it.
Alternatively, the relationship between the change in the transmittance of the reaction solution and the film thickness is examined, the transmittance of the reaction solution is measured in-situ, and the film is formed based on the decrease in transmittance. You may make it complete | finish.

また、反応液のpHの変化と成膜膜厚との関係を調べておき、反応液のpHをインサイチュで測定し、pHの変化量に基づいて、成膜を終了するようにしてもよいし、反応液の電気伝導度の変化と成膜膜厚との関係を調べておき、反応液の電気伝導度をインサイチュで測定し、電気伝導度の変化量に基づいて、成膜を終了するようにしてもよい。   Further, the relationship between the change in pH of the reaction solution and the film thickness of the reaction solution may be investigated, the pH of the reaction solution may be measured in situ, and the film formation may be terminated based on the amount of change in pH. Investigate the relationship between the change in the electric conductivity of the reaction solution and the film thickness, measure the electric conductivity of the reaction solution in situ, and finish the film formation based on the amount of change in the electric conductivity. It may be.

本発明においてバッファ層の成膜は、化学浴析出(CBD)法によるものである。
「CBD法」とは、一般式 [M(L)] m+ ⇔ Mn++iL(式中、M:金属元素、L:配位子、m,n,i:正数を各々示す。)で表されるような平衡によって過飽和条件となる濃度とpHを有する金属イオン溶液を反応液(化学浴析出溶液)として用い、金属イオンMの錯体を形成させることで、安定した環境で適度な速度で基板上に金属化合物薄膜を析出させる方法である。
In the present invention, the buffer layer is formed by a chemical bath deposition (CBD) method.
The “CBD method” is a general formula [M (L) i ] m + M M n + + iL (wherein, M: metal element, L: ligand, m, n, i: each represents a positive number). By using a metal ion solution having a concentration and pH that are in a supersaturated condition due to the equilibrium as a reaction solution (chemical bath deposition solution) and forming a complex of metal ion M, it can be formed at a moderate rate in a stable environment. In this method, a metal compound thin film is deposited on a substrate.

バッファ層としては特に制限されないが、CdS、ZnS,Zn(S,O)及び/又はZn(S,O,OH)、InS,In(S,O)及び/又はIn(S,O,OH)等の、Cd,ZnまたはInを含む金属硫化物を含むことが好ましい。バッファ層の膜厚は、5nm〜2μmが好ましく、10〜200nmがより好ましく、10〜100nmがさらに好ましい。   Although it does not restrict | limit especially as a buffer layer, CdS, ZnS, Zn (S, O) and / or Zn (S, O, OH), InS, In (S, O), and / or In (S, O, OH) It is preferable that a metal sulfide containing Cd, Zn or In is used. The film thickness of the buffer layer is preferably 5 nm to 2 μm, more preferably 10 to 200 nm, and even more preferably 10 to 100 nm.

バッファ層を析出させるための化学浴析出溶液(反応液)は、少なくともCd、ZnまたはInの金属(M)と硫黄源を含むものである。これによって、上記のバッファ層を形成することができる。硫黄源としては硫黄を含有する化合物、例えばチオ尿素(CS(NH22)、チオアセトアミド(C25NS)の他、チオセミカルバジド、チオウレタン、ジエチルアミン、トリエタノールアミン等を用いることができる。 The chemical bath deposition solution (reaction solution) for depositing the buffer layer contains at least a metal (M) of Cd, Zn or In and a sulfur source. As a result, the buffer layer can be formed. As the sulfur source, compounds containing sulfur, for example, thiourea (CS (NH 2 ) 2 ), thioacetamide (C 2 H 5 NS), thiosemicarbazide, thiourethane, diethylamine, triethanolamine, etc. may be used. it can.

反応液中の各成分の濃度は、所望のバッファ層を析出させることができれば、特に限定されない。   The concentration of each component in the reaction solution is not particularly limited as long as a desired buffer layer can be deposited.

CdSバッファ層を形成する場合には、上記硫黄源と、Cd化合物(例えば硫酸カドミウム、酢酸カドミウム、硝酸カドミウム、塩化カドミウムおよびこれらの水和物等)と、アンモニア水あるいはアンモニウム塩(例えばCH3COONH4、NH4Cl、NH4Iおよび(NH42SO4等)との混合溶液を反応液として用いることができる。 In the case of forming a CdS buffer layer, the above sulfur source, a Cd compound (for example, cadmium sulfate, cadmium acetate, cadmium nitrate, cadmium chloride and their hydrates), aqueous ammonia or ammonium salt (for example, CH 3 COONH). 4 , NH 4 Cl, NH 4 I and (NH 4 ) 2 SO 4 or the like) can be used as the reaction solution.

ZnS、Zn(S,O)、Zn(S,O,OH)などのZn化合物層からなるバッファ層を形成する場合には、上記硫黄源と、Zn化合物(例えば硫酸亜鉛、酢酸亜鉛、硝酸亜鉛、塩化亜鉛、炭酸亜鉛およびこれらの水和物等)と、アンモニア水あるいはアンモニウム塩(上記と同様)との混合溶液を反応液として用いることができる。
なお、Zn化合物層からなるバッファ層を形成する場合には、反応液にはクエン酸化合物(クエン酸三ナトリウムおよび/またはその水和物)を含有させることが好ましい。クエン酸化合物を含有させることによって錯体が形成されやすく、CBD反応による結晶成長が良好に制御され、膜を安定的に成膜することができる。
In the case of forming a buffer layer made of a Zn compound layer such as ZnS, Zn (S, O), Zn (S, O, OH), the above sulfur source and a Zn compound (for example, zinc sulfate, zinc acetate, zinc nitrate) , Zinc chloride, zinc carbonate and their hydrates) and a mixed solution of aqueous ammonia or ammonium salt (same as above) can be used as the reaction solution.
In addition, when forming the buffer layer which consists of Zn compound layers, it is preferable to make a reaction liquid contain a citric acid compound (trisodium citrate and / or its hydrate). By containing a citric acid compound, a complex is easily formed, crystal growth by the CBD reaction is well controlled, and a film can be stably formed.

図1に示したCBD装置1は、バッチ式の成膜を行う形態を想定し、基板ホルダ20に矩形状の基板を1枚ずつ装着するよう構成されているが、本発明のバッファ層の製造方法は、図1に示す装置を用いるものに限るものではなく、基板温度と反応液温度を個別に制御可能なCBD装置であれば、適用可能である。
また本発明の製造方法は、バッチ式に限るものではなく、ロール・トゥ・ロール式の成膜においても適用できる。
The CBD apparatus 1 shown in FIG. 1 is configured to attach a rectangular substrate to the substrate holder 20 one by one, assuming a batch-type film formation, but the buffer layer according to the present invention is manufactured. The method is not limited to the one using the apparatus shown in FIG. 1, and can be applied to any CBD apparatus that can individually control the substrate temperature and the reaction liquid temperature.
Further, the production method of the present invention is not limited to the batch type, and can be applied to roll-to-roll type film formation.

次に、本発明の光電変換素子の製造方法について説明する。
図3に本発明の光電変換素子の製造方法により製造される一実施形態の光電変換素子の概略断面図を示す。視認しやすくするため、図中、各構成要素の縮尺等は実際のものとは適宜異ならせてある。
Next, the manufacturing method of the photoelectric conversion element of this invention is demonstrated.
FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of a photoelectric conversion element of one embodiment manufactured by the method for manufacturing a photoelectric conversion element of the present invention. In order to facilitate visual recognition, the scale of each component in the figure is appropriately different from the actual one.

図3に示す光電変換素子5は、基板11上に、下部電極(裏面電極)12と光電変換半導体層13とバッファ層14と窓層15と透光性導電層(透明電極)16と上部電極(グリッド電極)17とが順次積層された素子である。   3 includes a lower electrode (back electrode) 12, a photoelectric conversion semiconductor layer 13, a buffer layer 14, a window layer 15, a translucent conductive layer (transparent electrode) 16, and an upper electrode on a substrate 11. (Grid electrode) 17 is an element that is sequentially laminated.

本発明の光電変換素子の製造方法は、基板11上に少なくとも下部電極12と光電変換半導体層13とバッファ層14と透光性導電層16との積層構造を有する光電変換素子の製造方法において、バッファ層を、本発明のバッファ層の製造方法により製造することを特徴とするものである。   The method for producing a photoelectric conversion element of the present invention is a method for producing a photoelectric conversion element having a laminated structure of at least a lower electrode 12, a photoelectric conversion semiconductor layer 13, a buffer layer 14, and a light-transmitting conductive layer 16 on a substrate 11. The buffer layer is manufactured by the buffer layer manufacturing method of the present invention.

バッファ層以外の各層の成膜方法等は特に制限はない。以下に基板および各層の成膜方法の例について簡単に説明する。   There are no particular restrictions on the method of forming each layer other than the buffer layer. An example of the method for forming the substrate and each layer will be briefly described below.

(基板)
基板11としては、具体的には、
ガラス基板、
表面に絶縁膜が成膜されたステンレス等の金属基板、
Alを主成分とするAl基材の少なくとも一方の面側にAlを主成分とする陽極酸化膜が形成された陽極酸化基板、
Feを主成分とするFe材の少なくとも一方の面側にAlを主成分とするAl材が複合された複合基材の少なくとも一方の面側にAlを主成分とする陽極酸化膜が形成された陽極酸化基板、
Feを主成分とするFe材の少なくとも一方の面側にAlを主成分とするAl膜が成膜された基材の少なくとも一方の面側にAlを主成分とする陽極酸化膜が形成された陽極酸化基板、
及びポリイミド等の樹脂基板等が挙げられる。
(substrate)
Specifically, as the substrate 11,
Glass substrate,
A metal substrate such as stainless steel with an insulating film formed on the surface;
An anodized substrate in which an anodized film mainly composed of Al 2 O 3 is formed on at least one surface side of an Al base material mainly composed of Al;
An anodic oxide film mainly composed of Al 2 O 3 is formed on at least one surface side of a composite base material in which an Al material mainly composed of Al is combined on at least one surface side of the Fe material mainly composed of Fe. Formed anodized substrate,
An anodic oxide film mainly composed of Al 2 O 3 is formed on at least one surface side of a substrate on which an Al film composed mainly of Al is formed on at least one surface side of an Fe material mainly composed of Fe. Formed anodized substrate,
And a resin substrate such as polyimide.

さらに、基板上にソーダライムガラス(SLG)層が設けられたものであってもよい。ソーダライムガラス層を備えることにより、光電変換層にNaを拡散させることができる。光電変換層がNaを含むことにより、光電変換効率をさらに向上させることができる。   Further, a soda lime glass (SLG) layer may be provided on the substrate. By providing the soda lime glass layer, Na can be diffused in the photoelectric conversion layer. When the photoelectric conversion layer contains Na, the photoelectric conversion efficiency can be further improved.

上述の通り、本発明のバッファ層の製造方法は、フレキシブな基板にも、フレキシブルでない基板にも適用できる。
一方、図1のCBD装置1に示したように、基板ホルダ20の基板固定面21aが湾曲しているものである場合には、可撓性を有する基板を用いる必要がある。
なお、図1のCBD装置1のように、液漏れ防止治具および固定枠により、基板の裏面および端面保護が可能な装置を用いる場合には、CBD反応液に溶解してしまう成分を含む基板を用いることができる。具体的には、水酸化物イオンと錯イオンを形成しうるAlを含む上述の陽極酸化基板を用いることができる。
As described above, the buffer layer manufacturing method of the present invention can be applied to a flexible substrate and a non-flexible substrate.
On the other hand, when the substrate fixing surface 21a of the substrate holder 20 is curved as shown in the CBD device 1 of FIG. 1, it is necessary to use a flexible substrate.
In addition, when using the apparatus which can protect the back surface and end surface of a board | substrate with a liquid leak prevention jig | tool and a fixed frame like the CBD apparatus 1 of FIG. 1, the board | substrate containing the component which melt | dissolves in a CBD reaction liquid Can be used. Specifically, the above-described anodized substrate containing Al that can form complex ions with hydroxide ions can be used.

(下部電極)
下部電極12の主成分としては特に制限されず、Mo,Cr,W,及びこれらの組合せが好ましく、Mo等が特に好ましい。下部電極12の膜厚は制限されず、200〜1000nm程度が好ましい。例えば、基板上にスパッタ法により成膜することができる。
(Lower electrode)
The main component of the lower electrode 12 is not particularly limited, and Mo, Cr, W, and combinations thereof are preferable, and Mo or the like is particularly preferable. The film thickness of the lower electrode 12 is not limited and is preferably about 200 to 1000 nm. For example, a film can be formed on the substrate by a sputtering method.

(光電変換半導体層)
光電変換半導体層13の主成分としては特に制限されず、高い光電変換効率が得られることから、少なくとも1種のカルコパイライト構造の化合物半導体であることが好ましく、Ib族元素とIIIb族元素とVIb族元素とからなる少なくとも1種の化合物半導体であることがより好ましい。
(Photoelectric conversion semiconductor layer)
The main component of the photoelectric conversion semiconductor layer 13 is not particularly limited and is preferably a compound semiconductor having at least one chalcopyrite structure because high photoelectric conversion efficiency can be obtained. The Ib group element, the IIIb group element, and the VIb More preferably, it is at least one compound semiconductor composed of a group element.

光電変換半導体層13の主成分としては、
CuおよびAgからなる群より選択された少なくとも1種のIb族元素と、
Al,GaおよびInからなる群より選択された少なくとも1種のIIIb族元素と、
S,Se,およびTeからなる群から選択された少なくとも1種のVIb族元素とからなる少なくとも1種の化合物半導体であることが好ましい。
As a main component of the photoelectric conversion semiconductor layer 13,
At least one group Ib element selected from the group consisting of Cu and Ag;
At least one group IIIb element selected from the group consisting of Al, Ga and In;
It is preferably at least one compound semiconductor comprising at least one VIb group element selected from the group consisting of S, Se, and Te.

上記化合物半導体としては、
CuAlS2,CuGaS2,CuInS2
CuAlSe2,CuGaSe2
AgAlS2,AgGaS2,AgInS2
AgAlSe2,AgGaSe2,AgInSe2
AgAlTe2,AgGaTe2,AgInTe2
Cu(In,Al)Se2,Cu(In,Ga)(S,Se)2
Cu1-zIn1-xGaxSe2-yy(式中、0≦x≦1,0≦y≦2,0≦z≦1)(CI(G)S),
Ag(In,Ga)Se2,およびAg(In,Ga)(S,Se)2等が挙げられる。
As the compound semiconductor,
CuAlS 2 , CuGaS 2 , CuInS 2 ,
CuAlSe 2 , CuGaSe 2 ,
AgAlS 2 , AgGaS 2 , AgInS 2 ,
AgAlSe 2 , AgGaSe 2 , AgInSe 2 ,
AgAlTe 2 , AgGaTe 2 , AgInTe 2 ,
Cu (In, Al) Se 2 , Cu (In, Ga) (S, Se) 2 ,
Cu 1-z In 1-x Ga x Se 2-y S y (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 2, 0 ≦ z ≦ 1) (CI (G) S),
Examples include Ag (In, Ga) Se 2 and Ag (In, Ga) (S, Se) 2 .

また、CuZnSnS,CuZnSnSe,CuZnSn(S,Se),CdTe,(Cd,Zn)Te等であってもよい。 Further, Cu 2 ZnSnS 4 , Cu 2 ZnSnSe 4 , Cu 2 ZnSn (S, Se) 4 , CdTe, (Cd, Zn) Te, or the like may be used.

光電変換半導体層13の膜厚は特に制限されず、1.0〜4.0μmが好ましく、1.5〜3.5μmが特に好ましい。   The film thickness of the photoelectric conversion semiconductor layer 13 is not particularly limited, and is preferably 1.0 to 4.0 μm, particularly preferably 1.5 to 3.5 μm.

光電変換半導体層13の成膜方法も特に制限はなく、真空蒸着法、スパッタ法、MOCVD法等により成膜することができる。   The method for forming the photoelectric conversion semiconductor layer 13 is not particularly limited, and can be formed by a vacuum deposition method, a sputtering method, an MOCVD method, or the like.

(バッファ層)
バッファ層14は、上記の本発明のバッファ層の製造方法により製造される。バッファ層14の導電型は特に制限されず、n型等が好ましい。バッファ層14の膜厚は特に制限されず、5nm〜2μmが好ましく、10〜200nmがより好ましく、10〜100nmがさらに好ましい。なお、バッファ層の詳細については既述の通りである。
(Buffer layer)
The buffer layer 14 is manufactured by the above-described method for manufacturing a buffer layer of the present invention. The conductivity type of the buffer layer 14 is not particularly limited, and n-type or the like is preferable. The film thickness of the buffer layer 14 is not particularly limited, and is preferably 5 nm to 2 μm, more preferably 10 to 200 nm, and further preferably 10 to 100 nm. The details of the buffer layer are as described above.

(窓層)
窓層15は、光を取り込む中間層である。窓層15の組成としては特に制限されず、i−ZnO等が好ましい。窓層15の膜厚は特に制限されず、10nm〜2μmが好ましく、15〜200nmがより好ましい。窓層15の成膜方法は、特に制限されないが、スパッタ法やMOCVD法が適している。一方で、バッファ層14を液相法により製造するため、製造プロセスを簡易にするためには液相法を用いることも好ましい。窓層15は必須ではなく、窓層15のない光電変換素子としてもよい。
(Window layer)
The window layer 15 is an intermediate layer that captures light. The composition of the window layer 15 is not particularly limited, and i-ZnO or the like is preferable. The film thickness of the window layer 15 is not particularly limited, preferably 10 nm to 2 μm, and more preferably 15 to 200 nm. The method for forming the window layer 15 is not particularly limited, but a sputtering method or an MOCVD method is suitable. On the other hand, since the buffer layer 14 is manufactured by the liquid phase method, it is also preferable to use the liquid phase method in order to simplify the manufacturing process. The window layer 15 is not essential and may be a photoelectric conversion element without the window layer 15.

(透光性導電層)
透光性導電層16は、光を取り込むと共に、下部電極12と対になって、光電変換半導体層13で生成された電流が流れる電極として機能する層である。透光性導電層16の組成は特に制限されず、ZnO:Al、ZnO:Ga、ZnO:B等のn−ZnO等が好ましい。透光性導電層16の膜厚は特に制限されず、50nm〜2μmが好ましい。透光性導電層16の成膜方法としては特に制限されないが、窓層と同様、スパッタ法やMOCVD法が適している。一方で、製造プロセスを簡易にするためには液相法を用いることも好ましい。
(Translucent conductive layer)
The translucent conductive layer 16 is a layer that captures light and functions as an electrode that is paired with the lower electrode 12 and through which a current generated in the photoelectric conversion semiconductor layer 13 flows. The composition in particular of the translucent conductive layer 16 is not restrict | limited, n-ZnO, such as ZnO: Al, ZnO: Ga, ZnO: B, etc. are preferable. The film thickness of the translucent conductive layer 16 is not particularly limited, and is preferably 50 nm to 2 μm. The film forming method of the translucent conductive layer 16 is not particularly limited, but the sputtering method and the MOCVD method are suitable like the window layer. On the other hand, in order to simplify the manufacturing process, it is also preferable to use a liquid phase method.

(上部電極)
上部電極17の主成分としては特に制限されず、Al等が挙げられる。上部電極17の膜厚は特に制限されず、0.1〜3μmが好ましい。
なお、多数の光電変換素子(セル)が集積化されてなる集積化太陽電池においては、上部電極は直列接続されたセルのうち、電力取出し端となるセルに設けられている。
(Upper electrode)
The main component of the upper electrode 17 is not particularly limited, and examples thereof include Al. The film thickness of the upper electrode 17 is not particularly limited and is preferably 0.1 to 3 μm.
In an integrated solar cell in which a large number of photoelectric conversion elements (cells) are integrated, the upper electrode is provided in a cell serving as a power extraction end among cells connected in series.

本実施形態の製造方法により製造される光電変換素子5は、以上のように構成されている。
光電変換素子5は、太陽電池等に好ましく使用することができる。光電変換素子5に対して必要に応じて、カバーガラス、保護フィルム等を取り付けて、太陽電池とすることができる。
The photoelectric conversion element 5 manufactured by the manufacturing method of this embodiment is configured as described above.
The photoelectric conversion element 5 can be preferably used for a solar cell or the like. If necessary, a cover glass, a protective film, or the like can be attached to the photoelectric conversion element 5 to form a solar cell.

なお、本発明の製造方法で作製される光電変換素子は、太陽電池のみならずCCD等の他の用途にも適用可能である。   In addition, the photoelectric conversion element produced with the manufacturing method of this invention is applicable not only to a solar cell but other uses, such as CCD.

本発明に係る実施例および比較例について説明する。   Examples and comparative examples according to the present invention will be described.

<成膜用基板>
成膜用基板は、下地基板11上に下部電極および光電変換半導体層13が積層されてなるものである。成膜用基板として、下記2種類を用意した。
<Deposition substrate>
The film formation substrate is formed by laminating the lower electrode and the photoelectric conversion semiconductor layer 13 on the base substrate 11. The following two types of substrates for film formation were prepared.

(成膜用基板I)
成膜用基板Iは、100μm厚ステンレス(SUS)−30μm厚Al複合基材上のAl表面にアルミニウム陽極酸化膜(AAO)が形成された陽極酸化基板を用い、AAO表面にソーダライムガラス(SLG)層及びMo電極層、および光電変換半導体層が順次形成されてなるものとした。具体的には、SLG層およびMo電極層をスパッタ法により形成し、光電変換半導体層として、Cu(In0.7Ga0.3)Se2層を3段階法により成膜した。各層の膜厚は、SUS(100μm)、Al(30μm)、AAO(20μm)、SLG(0.2μm)、Mo(0.8μm)、CIGS(1.8μm)であった。基板Iの大きさは10cm×10cmとした。
(Deposition substrate I)
The film-forming substrate I is an anodized substrate in which an aluminum anodic oxide film (AAO) is formed on an Al surface on a 100 μm thick stainless steel (SUS) -30 μm thick Al composite base material, and soda lime glass (SLG) on the AAO surface. ) Layer, Mo electrode layer, and photoelectric conversion semiconductor layer were sequentially formed. Specifically, an SLG layer and an Mo electrode layer were formed by sputtering, and a Cu (In 0.7 Ga 0.3 ) Se 2 layer was formed as a photoelectric conversion semiconductor layer by a three-step method. The film thickness of each layer was SUS (100 μm), Al (30 μm), AAO (20 μm), SLG (0.2 μm), Mo (0.8 μm), CIGS (1.8 μm). The size of the substrate I was 10 cm × 10 cm.

(成膜用基板II)
成膜用基板IIは、Mo電極層付きソーダライムガラス(SLG)基板上にCIGS層を成膜してなるものとした。具体的には、ソーダライムガラス(SLG)基板上に、スパッタ法によりMo下部電極を0.8μm厚で成膜し、さらにMo下部電極上に3段階法を用いて膜厚1.8μmのCu(In0.7Ga0.3)Se2層を成膜した。基板IIの大きさは3cm×3cmとした。
(Deposition substrate II)
The film formation substrate II was formed by forming a CIGS layer on a soda lime glass (SLG) substrate with an Mo electrode layer. Specifically, a Mo lower electrode is formed to a thickness of 0.8 μm on a soda lime glass (SLG) substrate by sputtering, and a Cu film having a thickness of 1.8 μm is formed on the Mo lower electrode by using a three-step method. A (In 0.7 Ga 0.3 ) Se 2 layer was formed. The size of the substrate II was 3 cm × 3 cm.

<表面処理>
KCN10%水溶液の入った反応槽を用意し、成膜用基板表面であるCIGS層の表面を室温で3分間分浸漬させてCIGS層表面の不純物除去を行った。取り出した後に十分に水洗を行った。
<Surface treatment>
A reaction vessel containing a 10% aqueous solution of KCN was prepared, and the surface of the CIGS layer, which is the surface of the film formation substrate, was immersed for 3 minutes at room temperature to remove impurities from the CIGS layer surface. After taking out, it fully washed with water.

<反応液の調製>
成分(Z)の水溶液(I)として硫酸亜鉛水溶液(0.18[M])、成分(S)の水溶液(II)としてチオ尿素水溶液(チオ尿素0.30[M])、成分(C)の水溶液(III)としてクエン酸三ナトリウム水溶液(0.18[M])、及び成分(N)の水溶液(IV)としてアンモニア水(0.30[M])をそれぞれ調製した。次に、これらの水溶液のうち、I,II,IIIを同体積ずつ混合して、硫酸亜鉛0.06[M],チオ尿素0.10[M],クエン酸三ナトリウム0.06[M]となる混合溶液を完成させ、この混合溶液と、0.30[M]のアンモニア水を同体積ずつ混合してCBD溶液(反応液)を得た。水溶液(I)〜(IV)を混合する際には、水溶液(IV)を最後に添加するようにした。透明な反応液とするには、水溶液(IV)を最後に添加することが重要である。混合して得られた反応液は、孔サイズ0.22μmのろ過フィルタを用いてろ過した。最終的に得られた反応液のpHは10.3であった。
<Preparation of reaction solution>
Zinc sulfate aqueous solution (0.18 [M]) as aqueous solution (I) of component (Z), thiourea aqueous solution (thiourea 0.30 [M]) as aqueous solution (II) of component (S), component (C) Aqueous solution of trisodium citrate (0.18 [M]) was prepared as an aqueous solution (III), and aqueous ammonia (0.30 [M]) was prepared as an aqueous solution (IV) of component (N). Next, among these aqueous solutions, I, II, and III are mixed in the same volume, zinc sulfate 0.06 [M], thiourea 0.10 [M], trisodium citrate 0.06 [M]. The mixed solution was completed, and this mixed solution and 0.30 [M] aqueous ammonia were mixed in equal volumes to obtain a CBD solution (reaction solution). When mixing the aqueous solutions (I) to (IV), the aqueous solution (IV) was added last. In order to obtain a transparent reaction solution, it is important to add the aqueous solution (IV) last. The reaction solution obtained by mixing was filtered using a filtration filter having a pore size of 0.22 μm. The pH of the reaction solution finally obtained was 10.3.

<CBD工程>
上記のようにして調製した反応液を用い、実施例および比較例の条件下で、バッファ層としてZn(S,O)膜を成膜した。
<CBD process>
Using the reaction solution prepared as described above, a Zn (S, O) film was formed as a buffer layer under the conditions of Examples and Comparative Examples.

実施例1〜3については、基板加熱温度T>反応液の温調温度Tを満たし、予め基板を温度Tに加熱した後、温度Tの反応液に浸漬させてバッファ層の成膜を行った。
各実施例および比較例について説明する。各主要条件については表1にも列挙する。
For Examples 1 to 3, after satisfying the substrate heating temperature T 1 > the temperature control temperature T 2 of the reaction solution and heating the substrate to the temperature T 1 in advance, the substrate was immersed in the reaction solution at the temperature T 2 to form the buffer layer. Membrane was performed.
Each example and comparative example will be described. Each main condition is also listed in Table 1.

(実施例1)
実施例1は、図1に示したCBD装置1を用いた。
成膜用基板Iを基板ホルダにセットして90℃に加熱し、加熱開始15分後に40℃に温調された反応液中に浸漬させ、30分間バッファ層の析出を行った。
Example 1
In Example 1, the CBD device 1 shown in FIG. 1 was used.
The film-forming substrate I was set on a substrate holder, heated to 90 ° C., immersed in a reaction solution adjusted to 40 ° C. 15 minutes after the start of heating, and a buffer layer was deposited for 30 minutes.

(実施例2)
実施例2は、図4に模式的に示すCBD装置100を用いた。CBD装置100は、反応液2を蓄えることが可能な反応槽103と、反応槽103の壁面に形成された、成膜用基板10の大きさよりも小さい開口部103aと、この開口部103aに対応する位置であって反応槽103の外側壁面に、開口部103a全体を成膜用基板10で覆うように成膜用基板10を保持する基板保持部(基板ホルダ)104を備え、さらに、反応液温度制御部110および基板加熱制御部120を備えている。
(Example 2)
In Example 2, the CBD device 100 schematically shown in FIG. 4 was used. The CBD apparatus 100 corresponds to the reaction tank 103 capable of storing the reaction liquid 2, the opening 103a formed on the wall surface of the reaction tank 103, which is smaller than the size of the film formation substrate 10, and the opening 103a. And a substrate holding part (substrate holder) 104 for holding the film-forming substrate 10 so that the entire opening 103a is covered with the film-forming substrate 10 on the outer wall surface of the reaction vessel 103. A temperature control unit 110 and a substrate heating control unit 120 are provided.

基板ホルダ104は、基板10の背面全体を均一に押圧することが可能な背板106(後述の恒温水循環路の一部を兼ねている)と、この背板106を開口部103aに向けて押圧することが可能なネジ部材107とを備えている。   The substrate holder 104 presses the back plate 106 that can uniformly press the entire back surface of the substrate 10 (also serving as a part of a constant-temperature water circulation path described later) and the back plate 106 toward the opening 103a. And a screw member 107 that can be used.

反応液温度制御部110は、反応槽103の外側から反応液2を加熱もしくは冷却するために恒温水111を循環させる反応槽103外部に配設された反応液温調用恒温水循環路112と、液温度を一定に維持する恒温槽113を備えている。   The reaction liquid temperature control unit 110 includes a constant temperature water circulation path 112 for adjusting the temperature of the reaction liquid disposed outside the reaction tank 103 for circulating the constant temperature water 111 to heat or cool the reaction liquid 2 from the outside of the reaction tank 103, and a liquid A constant temperature bath 113 that maintains a constant temperature is provided.

また、基板加熱制御部120は、基板裏面から基板10を加熱するために恒温水121を循環させる基板裏面に配設された基板加熱用恒温水循環路122と、液温度を一定に維持する恒温槽123とを備えている。すなわち、このCBD装置100は、基板裏面を加熱する機構(基板加熱制御部120)とは別(独立)に、このCBD装置に導入した反応液を所定の温度に制御する機構(反応液温度制御部110)を備え、それぞれの温度を独立に制御することができるようになっている。   Further, the substrate heating control unit 120 includes a substrate heating constant temperature water circulation path 122 disposed on the substrate back surface for circulating the constant temperature water 121 for heating the substrate 10 from the substrate back surface, and a constant temperature bath for maintaining the liquid temperature constant. 123. That is, the CBD device 100 is independent of the mechanism for heating the back surface of the substrate (substrate heating control unit 120) (independently), and the mechanism for controlling the reaction liquid introduced into the CBD apparatus to a predetermined temperature (reaction liquid temperature control). Part 110), and each temperature can be controlled independently.

実施例2は、成膜用基板IIを基板ホルダにセットして90℃に加熱し、40℃に温調しておいた反応液を基板IIの加熱開始15分後に反応槽内に注入し、30分間バッファ層の析出を行った。   In Example 2, the film-forming substrate II was set on a substrate holder and heated to 90 ° C., and the reaction liquid adjusted to 40 ° C. was poured into the reaction vessel 15 minutes after the start of heating of the substrate II, The buffer layer was deposited for 30 minutes.

(実施例3)
実施例2と同じCBD装置を用いた。
反応液の温調温度Tを20℃とし、析出時間を120分としたこと以外は実施例2と同じとした。
(Example 3)
The same CBD apparatus as in Example 2 was used.
The regulated temperature T 2 of the reaction was brought 20 ° C., the deposition time except that a 120 min were the same as in Example 2.

(比較例1)
実施例1と同じCBD装置を用いた。但し、基板加熱用のヒーターは用いていない。
成膜用基板IIを加熱することなく、90℃に温調した反応液中に浸漬させ、その後60分間バッファ層の析出を行った。
(Comparative Example 1)
The same CBD apparatus as in Example 1 was used. However, a heater for heating the substrate is not used.
The film-forming substrate II was immersed in a reaction solution adjusted to 90 ° C. without heating, and then the buffer layer was deposited for 60 minutes.

(比較例2)
比較例2は、図5に模式的に示すように、反応液2を蓄えることが可能な反応槽133と、反応槽133の壁面に形成された、成膜用基板の大きさよりも小さい開口部133aと、この開口部133aに対応する位置であって反応槽133の外側壁面に、開口部全体を成膜用基板10で覆うように成膜用基板10を保持する基板保持部(基板ホルダ)134を備えた反応ポット130を用いた。基板ホルダ134は、基板10の背面全体を均一に押圧することが可能な背板136と、この背板136を開口部133aに向けて押圧することが可能なネジ部材137とを備えている。
反応槽133に反応液2を保持させると共に、成膜用基板10を基板ホルダ134により保持させた状態で、反応ポット130を恒温槽140の恒温水141中に浸漬させることにより、反応ポット130全体を90℃に加熱し、バッファ層の析出を60分間行った。本方法では、反応液と基板とは同時にほぼ同じ温度に加熱された状態である。
(Comparative Example 2)
In the comparative example 2, as schematically shown in FIG. 5, a reaction tank 133 capable of storing the reaction liquid 2 and an opening formed on the wall surface of the reaction tank 133 that is smaller than the size of the film formation substrate. 133a and a substrate holder (substrate holder) that holds the film formation substrate 10 on the outer wall surface of the reaction tank 133 at a position corresponding to the opening 133a so that the entire opening is covered with the film formation substrate 10 A reaction pot 130 with 134 was used. The substrate holder 134 includes a back plate 136 capable of uniformly pressing the entire back surface of the substrate 10 and a screw member 137 capable of pressing the back plate 136 toward the opening 133a.
While holding the reaction liquid 2 in the reaction tank 133 and holding the film-forming substrate 10 by the substrate holder 134, the reaction pot 130 is immersed in the constant temperature water 141 of the constant temperature tank 140, thereby the entire reaction pot 130. Was heated to 90 ° C., and the buffer layer was deposited for 60 minutes. In this method, the reaction solution and the substrate are simultaneously heated to substantially the same temperature.

(比較例3)
比較例3は、図6に模式的に示すSUS製の反応容器150に準備した反応液2を入れ、成膜用基板I(基板10)を反応容器中に析出面が下になるように立てかけた状態で、反応容器150ごと恒温槽155の恒温水156中に浸漬させて60分間バッファ層の析出を行った。本方法では、成膜用基板Iは反応液を介して加熱されている。
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, the prepared reaction solution 2 is placed in a SUS reaction vessel 150 schematically shown in FIG. 6, and the film-forming substrate I (substrate 10) is stood in the reaction vessel so that the deposition surface faces downward. In this state, the reaction vessel 150 was immersed in the constant temperature water 156 of the constant temperature bath 155 to deposit the buffer layer for 60 minutes. In this method, the film-forming substrate I is heated via the reaction solution.

(比較例4)
実施例1と同様のCBD装置を用いた。
反応液の温調温度Tを90℃とし、基板加熱温度と温調温度を同じにしたこと以外は実施例1と同じ条件でバッファ層の析出を行った。
(Comparative Example 4)
The same CBD apparatus as in Example 1 was used.
The regulated temperature T 2 of the reaction was brought 90 ° C., except that the same substrate heating temperature and the temperature control temperature was deposition of the buffer layer under the same conditions as in Example 1.

(比較例5)
実施例1と同様のCBD装置を用いた。
基板加熱を反応液への基板浸漬後に開始した点以外は実施例1と同じ条件でバッファ層の析出を行った。
(Comparative Example 5)
The same CBD apparatus as in Example 1 was used.
The buffer layer was deposited under the same conditions as in Example 1 except that the substrate heating was started after the substrate was immersed in the reaction solution.

(比較例6)
実施例2と同様のCBD装置を用いた。
成膜用基板IIを基板ホルダにセットして40℃に加熱し、同時に40℃に温調しておいた反応液を反応槽内に注入し、30分間バッファ層の析出を行った。基板保持部の加熱開始時期は、反応液への浸漬と同時とした。
(Comparative Example 6)
A CBD device similar to that in Example 2 was used.
The film-forming substrate II was set on a substrate holder and heated to 40 ° C., and at the same time, the reaction solution adjusted to 40 ° C. was poured into the reaction vessel, and the buffer layer was deposited for 30 minutes. The heating start timing of the substrate holding part was simultaneous with the immersion in the reaction solution.

<膜厚評価>
CIGS層を被覆したバッファ層の膜厚を評価するために、バッファ層表面に保護膜を形成した後に収束イオンビーム(FIB)加工を行ってバッファ層の断面出しを行い、その断面についてSEM観察を実施した。この断面SEM像から合計35ポイントについて膜厚計測を行い、その平均値を表1に示した。
<Evaluation of film thickness>
In order to evaluate the thickness of the buffer layer coated with the CIGS layer, a protective film is formed on the surface of the buffer layer, and then a focused ion beam (FIB) process is performed to obtain a cross-section of the buffer layer. Carried out. The film thickness was measured for a total of 35 points from this cross-sectional SEM image, and the average value is shown in Table 1.

<膜表面評価>
100μm×100μmの視野において、一次粒子サイズが数十〜数百nmオーダーの粒子が凝集した付着物(膜表面を真上から観察した時に発見される凝集体)の存在状態を以下の基準で評価した。
円相当径が3μm以上のものが3個以下の場合を良好(○)、円相当径が3μm以上のものが4個以上、10個以下の場合を可(△)、円相当径が3μm以上のものが11個以上の場合を不良(×)として表1に示した。
<Membrane surface evaluation>
In the field of view of 100 μm × 100 μm, the presence condition of the adhering material (aggregates discovered when the surface of the film is observed from directly above) in which the particles having the primary particle size of the order of several tens to several hundreds of nm are aggregated is evaluated according to the following criteria did.
Good when the equivalent circle diameter is 3 μm or more is 3 or less (◯), 4 or more when the equivalent circle diameter is 3 μm or more is acceptable (Δ), and the equivalent circle diameter is 3 μm or more The case of 11 or more is shown in Table 1 as defective (x).

<反応液の透過率>
反応終了後の反応液について透過率を波長200nmから800nmの範囲で測定し、波長550nmにおける透過率の値を表1に示した。
<Permeability of reaction solution>
The transmittance of the reaction solution after completion of the reaction was measured in the wavelength range of 200 nm to 800 nm, and the transmittance value at a wavelength of 550 nm is shown in Table 1.

表1に示すように、実施例1〜3および比較例5のように、反応液温度を基板温度より低く設定することにより、粒子(コロイド)付着数が非常に少なく、良好な膜が得られた。また、このとき、反応液透過率はいずれも80%以上と粒子(コロイド)の発生が抑制されていることも明らかである。   As shown in Table 1, by setting the reaction solution temperature lower than the substrate temperature as in Examples 1 to 3 and Comparative Example 5, the number of particles (colloids) attached is very small, and a good film can be obtained. It was. At this time, it is also clear that the reaction solution transmittance is 80% or more, and the generation of particles (colloid) is suppressed.

反応液の温調温度を20℃とした実施例3では、40℃とした実施例1、2と比較して成膜終了時の反応液透過率が格段に高く、粒子(コロイド)発生抑制効果が顕著である一方、析出速度は実施例1、2と比較して遅かった。   In Example 3 where the temperature control temperature of the reaction solution was 20 ° C., the reaction solution permeability at the end of film formation was much higher than in Examples 1 and 2 where the temperature was 40 ° C. On the other hand, the deposition rate was slower than in Examples 1 and 2.

一方、実施例1、2および比較例5は、基板加熱温度と反応液温調温度の条件は同一であるが、析出速度が実施例、比較例で大きく異なる。この結果から、基板加熱を反応液浸漬前に行うことにより、析出速度が大幅に速くなることが明らかである。なお、基板温度および反応温度共に40℃とした比較例6については膜析出がなされなかった。   On the other hand, Examples 1 and 2 and Comparative Example 5 have the same conditions for the substrate heating temperature and the reaction liquid temperature control temperature, but the deposition rates differ greatly between Examples and Comparative Examples. From this result, it is clear that the deposition rate is significantly increased by heating the substrate before the reaction solution is immersed. In Comparative Example 6 where the substrate temperature and the reaction temperature were both 40 ° C., no film was deposited.

1 CBD装置
2 反応液
3 反応槽
5 光電変換素子
10 成膜用基板
11 基板
12 下部電極
13 光電変換半導体層
14 バッファ層
15 窓層
16 透光性導電層(透明電極)
17 上部電極(グリッド電極)
20 基板ホルダ(基板保持部)
21 ステンレス板状部材
22 壁面
23 ホルダ本体
24 液漏れ防止治具
25 固定枠
30 ヒーター
40 反応液温度制御部
41 温度調整手段
42 温度測定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 CBD apparatus 2 Reaction liquid 3 Reaction tank 5 Photoelectric conversion element 10 Film-forming substrate 11 Substrate 12 Lower electrode 13 Photoelectric conversion semiconductor layer 14 Buffer layer 15 Window layer 16 Translucent conductive layer (transparent electrode)
17 Upper electrode (grid electrode)
20 Substrate holder (substrate holder)
21 Stainless steel plate member 22 Wall surface 23 Holder body 24 Liquid leakage prevention jig 25 Fixed frame 30 Heater 40 Reaction liquid temperature control unit 41 Temperature adjustment means 42 Temperature measurement unit

Claims (3)

基板上に、下部電極、光電変換半導体層、バッファ層、および透光性導電層が積層してなる積層構造を有する光電変換素子における前記バッファ層の製造方法であって、
前記バッファ層を化学浴析出させるための反応液を蓄える反応槽と、前記光電変換半導体層が積層された前記基板を、少なくとも該光電変換半導体層の表面を前記反応液に接触させるように保持する基板保持部と、前記基板を加熱するヒーターと、前記反応液の温度を制御する反応液温度制御部を備えた装置を用い、
前記基板保持部に、光電変換半導体層を最表面に備えてなる成膜用基板を装着し、
該成膜用基板を前記ヒーターにより温度T[℃]となるように加熱し、
該成膜用基板の加熱状態を保ったまま、前記温度Tよりも低い温度T[℃]に温調された前記反応液に、少なくとも前記光電変換半導体層の表面を接触させることによりバッファ層の成膜を開始し、
該バッファ層の成膜中は、前記成膜用基板を前記温度T、前記反応液を前記温度Tに維持することを特徴とするバッファ層の製造方法。
A method for producing the buffer layer in a photoelectric conversion element having a stacked structure in which a lower electrode, a photoelectric conversion semiconductor layer, a buffer layer, and a light-transmitting conductive layer are stacked on a substrate,
A reaction tank for storing a reaction solution for depositing the buffer layer in a chemical bath and the substrate on which the photoelectric conversion semiconductor layer is laminated are held so that at least the surface of the photoelectric conversion semiconductor layer is in contact with the reaction solution. Using an apparatus comprising a substrate holding part, a heater for heating the substrate, and a reaction liquid temperature control part for controlling the temperature of the reaction liquid,
A substrate for film formation comprising a photoelectric conversion semiconductor layer on the outermost surface is attached to the substrate holding portion,
The film-forming substrate is heated by the heater so as to have a temperature T 1 [° C.]
A buffer is prepared by bringing at least the surface of the photoelectric conversion semiconductor layer into contact with the reaction liquid adjusted to a temperature T 2 [° C.] lower than the temperature T 1 while maintaining the heating state of the film-forming substrate. Start depositing layers,
During the formation of the buffer layer, the buffer substrate manufacturing method is characterized by maintaining the film-forming substrate at the temperature T 1 and the reaction liquid at the temperature T 2 .
前記バッファ層としてZn系化合物を形成する場合、
前記温度T[℃]とT[℃]との関係が、
≧70≧T+30
を満たすことを特徴とする請求項1記載のバッファ層の製造方法。
When forming a Zn-based compound as the buffer layer,
The relationship between the temperature T 1 [° C.] and T 2 [° C.] is as follows:
T 1 ≧ 70 ≧ T 2 +30
The buffer layer manufacturing method according to claim 1, wherein:
基板上に、下部電極、光電変換半導体層、バッファ層および透光性導電層が積層してなる積層構造を有する光電変換素子の製造方法において、
前記バッファ層を、請求項1または2記載のバッファ層の製造方法により製造することを特徴とする光電変換素子の製造方法。
In the method of manufacturing a photoelectric conversion element having a stacked structure in which a lower electrode, a photoelectric conversion semiconductor layer, a buffer layer, and a light-transmitting conductive layer are stacked on a substrate,
The said buffer layer is manufactured with the manufacturing method of the buffer layer of Claim 1 or 2, The manufacturing method of the photoelectric conversion element characterized by the above-mentioned.
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