(57)【要約】【課題】セレン化物粉末と製造方法【解決手段】本発明は、ＣＩＧＳまたはＣＩＧＳＳ系太陽電池などの光電地の製造のために適する分散体、ペーストまたはインクに使用するためのセレン化物粉末に関する。金属または金属混合物の酸素含有先駆物質を選択する工程と、前記酸素含有先駆物質を少なくとも化学量論量のセレンと混合する工程と、先駆物質の酸素との反応およびセレン化物の形成を確実にするために十分な温度において混合物をＨ２で還元する工程とを含む、金属または金属混合物のセレン化物を含むサブミクロンまたはナノ粒子粉末の製造のための合成方法が提案される。別個のセレン化工程を必要とせずに粉末を基材上に堆積してアニールすることができる。したがって、最も毒性のガスであるＨ２ＳｅをＳｅ供給源として使用することが回避される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
−金属または金属混合物の酸素含有先駆物質を選択する工程、
−前記酸素含有先駆物質を少なくとも化学量論量のセレンと混合する工程、そして
−前記先駆物質の酸素との反応およびセレン化物の形成を確実にするために十分な温度にて前記混合物をＨ２で還元する工程とを含む、
金属または金属混合物のセレン化物を含むサブミクロンまたはナノ粒子粉末を合成する方法。
【請求項２】
前記酸素含有先駆物質が酸化物または水酸化物である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記酸素含有先駆物質が、
−一種以上の前記金属の塩を沈澱させる工程、そして
−該沈殿物を焼成する工程
により調製された酸化物である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記金属または金属混合物がＣｕ、Ｉｎ、およびＧａからなるリストからの一種以上の金属を含む、請求項１または３に記載の方法。
【請求項５】
前記粉末がＣＩＧＳである、請求項１ないし請求項４のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記粉末が化学量論量より過剰のＳｅを有する、請求項１ないし請求項６のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
分散体、ペーストまたはインクの製造のための、請求項１ないし請求項６のうちいずれか一項に従い調製された粉末の使用。
【請求項８】
光電池の製造のための、請求項８に記載の分散体、ペーストまたはインクの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＩＧＳまたはＣＩＧＳＳ系太陽電池などの光電地の製造のために適する分散体、ペーストまたはインクに使用するためのセレン化物粉末に関する。
【背景技術】
【０００２】
セレン化ガリウムインジウム銅（ＣＩＧＳ）は、化学式ＣｕＩｎｘＧａ（１−ｘ）Ｓｅ２（ｘの値は１（高純度セレン化インジウム銅）から０（高純度セレン化ガリウム銅）まで変化し得る）を有するＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ、およびＳｅから構成される化合物半導体である。それは薄膜太陽電池内で吸光剤材料として使用される。セレンは硫黄によって部分的にまたは完全に置換されてもよく、それによってスルホセレン化ガリウムインジウム銅（ＣＩＧＳＳ）を得ることができる。
【０００３】
ＣＩＧＳ系太陽電池を製造するための最も一般的な方法は、Ｃｕ、ＧａおよびＩｎを基材上で共蒸発させるかまたは共スパッタし、次に、得られた膜をアニールし、セレン蒸気中でセレン化して所望のＣＩＧＳ構造物を形成する、真空系に基づくものである。代替方法は、Ｃｕ、Ｇａ、Ｉｎ、およびＳｅを加熱された基材上に直接に共堆積することである。
【０００４】
上記の方法は、費用がかかる低収量および低生産性の真空蒸着技術に基づいている。したがって、例えば、溶剤とＣｕ、ＩｎおよびＧａの混合酸化物のナノ粒子のコロイド懸濁液とを含むインクを使用する印刷などの非真空技術に基づいた新規な方法が開発されている。乾燥された先駆物質層を水素下で還元して金属合金を形成し、次にそれをアニールし、Ｈ２Ｓｅを用いてセレン化する。このような方法は例えば欧州特許出願公開第Ａ−０９７８８８２号明細書に例示されている。
【０００５】
上記の方法の主な欠点は、Ｈ２Ｓｅがセレン化工程において使用され、Ｈ２Ｓｅがそのままで導入されるかまたはＳｅ（ガス）とＨ２（ガス）の混合物にて形成され得ることである。しかしながらＨ２Ｓｅは非常に毒性であり、それは最善の予防措置が取られたとしても著しい健康上のリスクを伴う。
【０００６】
米国特許出願公開第２００９／２１４７６３号明細書には、ＣＩＧ酸化物粉末をＳｅＣｌ４と反応させ、得られた混合物を還元雰囲気下で加熱することによるＣＩＧＳ粉末の製造が開示されている。しかしながら、該反応はＨＣｌを発生させ、それは特に、ＣＩＧＳベースの粉末を得るために必要とされる約４００℃の温度において、機器と基材の両方に対して腐蝕性である。また、粉末中に塩化物を形成する恐れもある。
【０００７】
したがって、分散体、ペーストまたはインクに混入するのに適した微細粉末としてセレン化物を合成するためのより低リスク且つ清浄な方法が示される。堆積物が基材上に形成された後、アニールされた層に達するために熱処理が依然として必要とされる。しかしながら、付加的なセレン化工程は必要とされず、Ｈ２Ｓｅは完全に避けられる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は特に、金属または金属混合物の酸素含有先駆物質を選択する工程と、前記酸素含有先駆物質を少なくとも化学量論量のセレンと混合する工程と、そして先駆物質の酸素との反応およびセレン化物の形成を確実にするために十分な温度にて混合物をＨ２で還元する工程とを含む、金属または金属混合物のセレン化物のサブミクロンまたはナノ粒子粉
末の合成のための方法に関する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施例で調製した粉末のＳＥＭ画像である。
【図２】図２は、実施例で調製した粉末の結晶構造解析を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
前述のセレンの化学量論量は、合成されるセレン化物、概してＣｕＳｅ、Ｃｕ２Ｓｅ、（ＩｎｘＧａ（１−ｘ））２Ｓｅ３、ＣｕＩｎｘＧａ（１−ｘ）Ｓｅ２と関連する。
【００１１】
水以外の残留反応生成物が避けられるため、酸化物、水酸化物、およびオキシ水酸化物が好ましい酸素含有先駆物質である。
【００１２】
上に規定された酸素含有先駆物質は、一種以上の前記金属の塩を沈澱させる工程と、沈殿物を焼成する工程とによって調製され得る。この工程は、塩を分解し且つその金属を酸化するような温度にて、空気中でまたは別のＯ２含有ガス中で行われてもよい。適する塩は、中温にて分解および反応し、炭酸塩またはシュウ酸塩などの有機塩が一般に適切である。
【００１３】
セレン化物は、太陽電池の製造のために広範囲に適用されるように、好ましい対象である。二元セレン化物（例えばＣｕＳｅ、Ｃｕ２Ｓｅ）、三元セレン化物（例えば（ＩｎｘＧａ（１−ｘ）２Ｓｅ３）または四元セレン化物（ＣｕＩｎｘＧａ（１−ｘ）Ｓｅ２またはＣＩＧＳ）を合成することができる。合成は、通常のＣＩＧＳの化学式に基づく粉末を特に対象とし、ここでｘの値は１（高純度セレン化インジウム銅）から０（高純度セレン化ガリウム銅）まで変化し得る。
【００１４】
また、この方法は、硫黄を酸素含有金属先駆物質とセレンとの混合物に添加することによる硫化物とセレン化物との混合物の調製に適している。このように混合されたセレン化物と硫化物は、スルホセレン化ガリウムインジウム銅（ＣＩＧＳＳ）の調製に適している。
【００１５】
ＣＩＧＳ粉末によって、７００℃までのかなり高いアニール温度が必要とされる。このような温度は、気化による金属およびＳｅの損失をもたらすことが予想される。それはまた、低コストの太陽電池構造物にて使用されるソーダ石灰ガラス基材を変形するだろう。したがって、ＣＩＧＳそれ自体の代わりにセレン化物の混合物を適用することが有利である。個々のセレン化物、特にＣｕＳｅは、溶剤として作用し得、それによって適度な焼結温度を可能にする。このような温度は、可撓性プラスチック基材などのより低コストの基材と適合し得るため有利である。
【００１６】
想定されたセレン化物に関して化学量論量より過剰のＳｅを供給することが有益であり得る。確かに、Ｓｅは比較的低い２２１℃において溶融し、より高い個々の融点を有する合金粒子間の空隙を充填することによってアニールの間、浸潤剤および溶剤として作用し得る。さらに、過剰分のＳｅは、アニール工程において起こり得る気化による損失を補償する。アニールの条件（炉のタイプ、温度、加工される材料の量等）によって、過剰分はＳｅの１質量％超であり得る。この過剰分は、還元工程の前後のいずれかで、Ｓｅ粉末の適切な量を添加することによって供給され得る。
【００１７】
５００ｎｍ未満の平均粒径（ｄ５０）は、インクへの混入に適しており、想定される層の厚さに適合する。しかしながら、２００ｎｍ未満のｄ５０を有するより微細な粒子が、アニール温度の低下を促し得るため好ましい。
【００１８】
上に規定された方法は、特に酸化物または水酸化物などのサブミクロンまたはナノ粒子先駆物質から出発する際、このような生成物の調製に適している。
【００１９】
混合されたＳｅおよび／またはＳは、還元の間に遭遇する３００℃超の温度にてこれらの成分が溶融するので、特に微細粒状にされる必要はない。
【００２０】
さらなる実施態様において、上記の粒子は分散体、ペーストまたはインクの製造のために使用される。そのように得られた組成物は、光電地の製造に適している。
【００２１】
本発明の別の実施態様は、特に化学量論量より過剰のＳｅが存在する際、上記の方法によって得られる粒状材料に関する。
【実施例】
【００２２】
本発明の方法は概して、所望の金属の水溶液から水酸化物を沈澱させることによって実施可能である。
【００２３】
４７．７ｇ／ｌのＣｕ、１８．４ｇ／ｌのＧａ、および５６．１ｇ／ｌのＩｎを含有する硝酸塩水溶液を、ＮａＯＨの溶液を約２時間にわたってゆっくりと添加することによって、５５℃にて沈澱させた。ｐＨ値を初期値１．７から約１２まで変化させ、それによって水酸化物としての金属の回収はほぼ定量的であった。
【００２４】
次に、沈澱した水酸化物を洗浄し、従来式オーブン内で９０℃で乾燥させた。乾燥させた粉末を５５０℃にて空気中で２時間焼成した。それをＳｅ粉末の化学量論量と混合し、この混合物を約３００℃のオーブン内でＨ２で還元した。得られた粉末はＣＩＧＳ（ＣｕＩｎ０．６５Ｇａ０．３５Ｓｅ２）であり、これはさらなる利用のために分散可能であった。図１の粉末のＳＥＭ画像に示されるように、９０ｎｍのｄ５０が得られた。図２は、対応する結晶構造解析を示し、生成物の単一相の性質を明治する。
【００２５】
Ｈ２はフォーミングガスによって良好に代用することができる。還元温度は、一層のみ存在するＣＩＧＳを製造するために３００℃以上であるのがよい。２５０℃にての試験は確かに複数相の形成をもたらし、これは複数相がアニール後に存続し得るため望ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２６】
【特許文献１】欧州特許出願公開第Ａ−０９７８８８２号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００９／２１４７６３号明細書
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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