[發明專利]制造ZnMgO膜的方法

無效

• 申請號: 201280053151.2
• 申請日: 2012-10-25
• 公開（公告）號: CN103890230A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 前川諒介;粟野宏基;松永朋也;武田雄一郎;酒井武信
• 申請（專利權）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: C23C18/12
• 分類號: C23C18/12
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 王程;黎艷

技術領域

本發明涉及ZnMgO膜和制造該膜的方法。

背景技術

太陽能電池發電時的碳排放量小，且不需要燃料來發電。因此，太陽能電池有望成為有助于遏止全球變暖的一種能源。如今實用中的太陽能電池主要是單結太陽能電池，其使用單晶硅或多晶硅，并具有一對pn結。然而，這樣的單結太陽能電池的光吸收率低，理論光電轉換效率也低。因此，正積極研究能夠改善這些特性的太陽能電池。

一種這樣的太陽能電池是化合物薄膜太陽能電池。化合物薄膜太陽能電池保護自然資源，易于大規模生產，并有可能極大地提高轉換效率。最近，ZnMgO作為化合物薄膜太陽能電池中的緩沖層以及作為發光元件材料，已引起了人們的注意。迄今，已使用濺射技術等，利用汽相成膜工藝生產了ZnMgO。還在持續努力，以通過增加鎂的添加量來增大帶隙。然而，出于一些原因，包括汽相成膜工藝中使用的設備的高成本，以及要完全覆蓋具有因單一方向上的起始材料流導致的不平坦表面的下方材料的困難，理想的是通過液相成膜工藝來制造ZnMgO。

例如，在《材料科學》（德國），41，第4號，1269-1271?(2006)中公開了一種利用液相成膜工藝來制造ZnMgO的技術。

當ZnMgO用在化合物薄膜太陽能電池中時，例如使用銅、銦、硒和鎵化合物的銅銦鎵二硒化物（CIGS）太陽能電池，為在pn結界面形成的時刻獲得其中電子能遷移至p層側的這樣一種形式，以及其中通過光吸收所產生的電子能遷移至電極的這樣一種形式，理想的是，相對于鋅，加入的鎂的量被設定為至少是30?mol%。然而，在常規液相成膜方法中，例如《材料科學》中公開的，相對于鋅，加入的鎂的量的上限是約10?mol%。

發明內容

因此，本發明的一個目的是，提供一種制造ZnMgO薄膜的方法，其中，相對于鋅，加入的鎂的量被設定為至少是30?mol%。本發明的另一目的是提供ZnMgO薄膜，其中，相對于鋅，加入的鎂的量為至少30?mol%。

根據本發明第一方面的制造ZnMgO薄膜的方法，該方法包括以下步驟：將鋅材料和鎂材料溶解在氨水溶液中，所述氨水溶液具有這樣的溫度：在該溫度時，在縱軸表示鋅離子濃度和鎂離子濃度、橫軸表示pH值的水溶液狀態圖中，由產生Zn(OH)₂沉淀的區域和ZnO₂^2-能夠存在的區域所界定的線α位于比由鎂離子能夠存在的區域和產生Mg(OH)₂沉淀的區域所界定的線β更低的pH值側，以及，調節所述氨水溶液的pH值以及所述氨水溶液內的鋅離子濃度和鎂離子濃度，以獲得位于線α和線β之間的區域內的狀態；在調節了所述pH值和所述離子濃度后，使所述氨水溶液的溫度升高至一溫度，在該溫度時產生Zn(OH)₂和Mg(OH)₂沉淀；以及在所述氨水溶液的溫度升高后，灼燒沉淀物。

在本發明的第一方面，通過將適量的鋅材料和鎂材料溶解在氨水溶液中，該所述氨水溶液具有這樣的pH值，以使得在線α位于比線β更低的pH值側的溫度環境中時，調節pH值使其落在線α和線β之間的區域內，可使ZnO₂^2-和Mg²⁺存在于氨水溶液中。在將溶液置于這些離子都存在的狀態中時，氨水溶液溫度的升高使線β移至低的pH值側，以能夠誘使產生Zn(OH)₂沉淀。另外，氨水溶液溫度的升高使導致氨揮發，以能夠降低氨水溶液的pH值。由于氨水溶液可以設定在位于線α的低pH值側的狀態，因此，有可能誘使產生Zn(OH)₂沉淀。這樣，通過使原本以離子狀態存在的Zn和Mg在相似時間分別產生Zn(OH)₂和Mg(OH)₂沉淀，鋅很容易地被鎂取代，以有可能將鎂相對于鋅的添加量設定為至少30?mol%。一旦Zn(OH)₂和Mg(OH)₂已被誘使析出，則有可能通過對沉淀物進行灼燒和誘使脫水反應而產生ZnMgO薄膜。

在本發明的第一方面，線α位于比線β更低的pH值側時的溫度優選地是至多25°C。通過將溫度與pH調節步驟中氨水溶液的溫度設定在最多25°C，有可能使位于線α和線β之間的區域變寬。因此，使ZnO₂^2-和Mg²⁺都存在于氨水溶液中變得更容易了，而這使制造鎂添加量相對于鋅為至少30mol%的ZnMgO薄膜變得更容易。