[發明專利]硫化物半導體形成用涂布液、硫化物半導體薄膜和薄膜太陽能電池

有效

• 申請號: 201380016074.8
• 申請日: 2013-04-24
• 公開（公告）號: CN104205311A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 伊藤和志;早川明伸;小原峻士;孫仁德
• 申請（專利權）人: 積水化學工業株式會社
• 主分類號: H01L21/368
• 分類號: H01L21/368;C01G29/00;C01G30/00;H01L31/0248;H01L51/42
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 蔣亭

技術領域

本發明涉及適合作為太陽能電池等光電轉換元件用的半導體材料的、硫化物半導體形成用涂布液。另外，本發明涉及使用該硫化物半導體形成用涂布液所制造的硫化物半導體薄膜和薄膜太陽能電池。

背景技術

關于硫化銻(Sb₂S₃)、硫化鉍(Bi₂S₃)等硫化物半導體，由于其帶隙為1.0～2.5eV，因此在可見光區域顯示出高光吸收特性。因此，這樣的硫化物半導體有望被視為太陽能電池等的光電轉換材料、可見光應答型光催化劑材料。另外，關于這樣的硫化物半導體，由于其紅外區域中的高透射性，因此也在盡力研究將其作為紅外線傳感器，另外，由于其電導率因光照射而發生變化，因此作為光電導材料也受到關注。

一直以來，這樣的硫化物半導體的薄膜通過真空蒸鍍法、濺射法、氣相反應法(CVD)等方法進行制造。例如非專利文獻1中報告了利用濺射法的硫化銻薄膜的制作方法。這樣的方法中，剛剛成膜后的膜呈無定形(帶隙2.24eV)，通過在400℃、硫氣氛下進行燒成，從而得到結晶膜(帶隙1.73eV)。

另外，非專利文獻2中也公開了使用了電化學沉積法的硫化物薄膜的制作方法。這樣的方法中，可得到帶隙分別為1.58eV(Sb₂S₃)、1.74eV(Bi₂S₃)的薄膜。

但是，真空蒸鍍法、濺射法等方法存在如下的問題：不僅裝置昂貴而在成本方面不利，而且難以大面積地成膜。另外，電化學沉積法雖然不需要真空設備，能夠在常溫下成膜，但存在僅能夠在導電性的基板上進行成膜的問題。

現有技術文獻

非專利文獻

非專利文獻1：Matthieu?Y.Versavel?and?Joel?A.Haber，Thin?Solid?Films，515(18)，7171-7176(2007)

非專利文獻2：N.S.Yesugade，et?al.，Thin?Solid?Films，263(2)，145-149(1995)

發明內容

發明所要解決的課題

鑒于上述現狀，本發明的目的在于提供一種硫化物半導體形成用涂布液，所述硫化物半導體形成用涂布液能夠大面積且簡易地形成作為光電轉換材料的半導體材料而言有用的硫化物半導體。另外，本發明的目的在于提供一種使用該硫化物半導體形成用涂布液所制造的硫化物半導體薄膜和薄膜太陽能電池。

用于解決課題的手段

本發明為一種硫化物半導體形成用涂布液，其含有絡合物，所述絡合物包含元素周期表第15族的金屬元素和硫。以下，對本發明進行詳細說明。

本發明人認為，通過使用含有含金屬化合物和含硫化合物的硫化物半導體形成用涂布液(即，硫化物半導體的前體溶液)，能夠采用印刷法大面積且簡易地形成硫化物半導體。但是，由于將含金屬化合物、含硫化合物、和用于將它們溶解的溶劑組合，而容易在硫化物半導體的膜表面產生不光滑，其結果，有時電特性和半導體特性降低。另外，這樣的方法難以實現重現性高的成膜。

本發明人等經過廣泛深入的研究，結果發現，通過在含有含金屬化合物和含硫化合物的硫化物半導體形成用涂布液中，使用可在有機溶劑中形成包含金屬元素和硫的絡合物這樣的含金屬化合物和含硫化合物，由此可得到穩定的涂布液，涂布后通過簡易的處理而能夠制作出期望的硫化物半導體，從而完成了本發明。

本發明的硫化物半導體形成用涂布液含有絡合物，所述絡合物包含元素周期表第15族的金屬元素和硫。

通過形成這樣的絡合物，可得到穩定的涂布液。其結果，不僅可形成均勻優質的硫化物半導體，而且其電特性和半導體特性也提高。需要說明的是，包含元素周期表第15族的金屬元素和硫的絡合物可以利用紅外吸收光譜且通過測定來自金屬元素硫間的鍵的吸收峰而加以確認。

作為上述元素周期表第15族的金屬元素，優選銻、鉍。其中，由于可形成電特性和半導體特性更優異的硫化物半導體，因此更優選銻。

上述包含元素周期表第15族的金屬元素和硫的絡合物優選在上述元素周期表第15族的金屬元素與含硫化合物之間形成。含硫化合物中的硫元素由于具有不參與化學鍵合的孤立電子對，因此易于在與上述元素周期表第15族的金屬元素的空的電子軌道(d軌道或f軌道)之間形成配位鍵。