(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンタルを含む化合物、有機溶媒、及び、カリウムを含む化合物を含む溶液を１５０〜２６０℃で加熱処理する工程を有し、前記溶液中における前記タンタルを含む化合物１ｍｏｌに対する前記カリウムを含む化合物の配合量が２〜１０ｍｏｌであることを特徴とするＫＴａＯ３ナノ粒子の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のＫＴａＯ３ナノ粒子の製造方法により製造されたＫＴａＯ３ナノ粒子を、炭素数が４以下のアルコール中に分散させてＫＴａＯ３ナノ粒子分散液を得る工程と、前記ＫＴａＯ３ナノ粒子を基板上に塗工、乾燥して膜を形成する工程と、得られた膜を焼結して半導体薄膜を得る工程を有することを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜への応用が可能な粒子径の小さい、単相のＫＴａＯ３ナノ粒子を得ることができるＫＴａＯ３ナノ粒子の製造方法、及び、該ＫＴａＯ３ナノ粒子を用いた半導体薄膜の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＫＴａＯ３（タンタル酸カリウム）は、立方晶系ペロブスカイト型構造をとることが知られており、例えば薄膜太陽電池の光電変換層として用いた場合に、高い光電変換効率を発揮できることが期待されている。
【０００３】
ＫＴａＯ３ナノ粒子の製造方法としては、例えば非特許文献１に、Ｔａ２Ｏ５を原料として用いる方法が報告されている。しかしながら、非特許文献１に記載された方法では、パイロクロア型Ｋ２Ｔａ２Ｏ６等を含む混合物からなるナノ粒子しか得られず、所期の効果を発揮させることは困難であった。また、非特許文献１に記載された方法では、得られるナノ粒子の粒子径が３００〜６００ｎｍと大きくなり、薄膜への応用には向かないという問題もあった。そこで、薄膜への応用が可能な粒子径の小さい、単相のＫＴａＯ３ナノ粒子を製造する方法が求められていた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】“Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ａｎｄ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｋ（ＴａｘＮｂ１−ｘ）Ｏ３  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ｂｙ  Ｈｉｇｈ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｍｉｘｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｕｎｄｅｒ  Ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ  ａｎｄ  Ｓｏｌｖｏｔｈｅｒｍａｌ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ”  Ｊ．Ｎａｎｏｓｃｉ．Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌ．１３，１３１７−１３２２，２０１３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記現状に鑑み、薄膜への応用が可能な粒子径の小さい、単相のＫＴａＯ３ナノ粒子を得ることができるＫＴａＯ３ナノ粒子の製造方法、及び、該ＫＴａＯ３ナノ粒子を用いた半導体薄膜の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、タンタルを含む化合物、有機溶媒、及び、カリウムを含む化合物を含む溶液を１５０〜２６０℃で加熱処理する工程を有し、前記溶液中における前記タンタルを含む化合物１ｍｏｌに対する前記カリウムを含む化合物の配合量が２〜１０ｍｏｌであるＫＴａＯ３ナノ粒子の製造方法である。
以下に本発明を詳述する。
【０００７】
本発明のＫＴａＯ３ナノ粒子の製造方法は、タンタルを含む化合物、有機溶媒、及び、カリウムを含む化合物を含む溶液を１５０〜２６０℃で加熱処理する工程（以下、「ＫＴａＯ３ナノ粒子生成工程」ともいう。）を有する。このようなＫＴａＯ３ナノ粒子生成工程を行うことにより、従来法では成し得なかった組成の制御が可能となり、薄膜への応用が可能な粒子径の小さい、単相のＫＴａＯ３ナノ粒子を容易に得ることができる。
【０００８】
上記タンタルを含む化合物としては特に限定されないが、例えば、塩化タンタル等のタンタルのハロゲン化物や、タンタルイソプロポキシド、タンタルエトキシド等のタンタルのアルコキシド等が挙げられる。
【０００９】
上記カリウムを含む化合物としては特に限定されないが、例えば、塩化カリウム、硝酸カリウム、水酸化カリウム等が挙げられる。
【００１０】
上記有機溶媒としては特に限定されないが、アセトン、エタノール、メタノール等が挙げられる。なかでも、種々のタンタルを含む化合物やカリウムを含む化合物の溶解度が比較的高いことからアセトンが好ましい。
【００１１】
上記ＫＴａＯ３ナノ粒子生成工程において、上記溶液中における上記タンタルを含む化合物１ｍｏｌに対する上記有機溶媒の配合量の好ましい下限は１０ｍｏｌ、好ましい上限は１０００ｍｏｌである。上記有機溶媒の配合量がこの範囲内であると、タンタルを含む化合物を完全に有機溶媒に溶解させることができ、不純物の少ない、単相のＫＴａＯ３ナノ粒子を得ることができる。上記有機溶媒の配合量のより好ましい下限は１００ｍｏｌ、より好ましい上限は５００ｍｏｌである。
【００１２】
上記ＫＴａＯ３ナノ粒子生成工程において、上記溶液中における上記タンタルを含む化合物１ｍｏｌに対する上記カリウムを含む化合物の配合量の下限は２ｍｏｌ、上限は１０ｍｏｌである。上記カリウムを含む化合物の配合量がこの範囲内であると、上記タンタルを含む化合物が充分に安定化して、不純物の少ない、単相のＫＴａＯ３ナノ粒子を得ることができる。上記カリウムを含む化合物の配合量の好ましい下限は３ｍｏｌ、好ましい上限は５ｍｏｌである。
【００１３】
上記ＫＴａＯ３ナノ粒子生成工程では、上記タンタルを含む化合物、有機溶媒、及び、カリウムを含む化合物を含む溶液を加熱処理する。
上記加熱処理の温度の下限は１５０℃、上限は２６０℃である。上記加熱処理の温度がこの範囲内であると、高い反応効率で、薄膜への応用が可能な粒子径の小さい、単相のＫＴａＯ３ナノ粒子を得ることができる。上記加熱処理の温度の好ましい下限は１８０℃、好ましい上限は２２０℃である。
上記加熱処理の時間は特に限定されないが、好ましい下限は０．５時間、好ましい上限は３０時間であり、より好ましい下限は１時間、より好ましい上限は２４時間であり、更に好ましい上限は７時間である。
【００１４】
上記ＫＴａＯ３ナノ粒子生成工程を行うことにより、上記溶液中に単相のＫＴａＯ３ナノ粒子が析出する。これを例えば遠心分離等の方法により溶液を分離することにより、平均粒子径が１．５〜３００ｎｍ程度の、単相のＫＴａＯ３ナノ粒子を得ることかできる。
なお、ＫＴａＯ３ナノ粒子が単相からなることを確認する手法として、Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定等が挙げられる。
【００１５】
本発明の方法により得られたＫＴａＯ３ナノ粒子は、粒子径が充分に小さい単相のＫＴａＯ３ナノ粒子であることから、これを用いることにより容易に半導体薄膜を製造することができる。
本発明のＫＴａＯ３ナノ粒子の製造方法により製造されたＫＴａＯ３ナノ粒子を、炭素数が４以下のアルコール中に分散させてＫＴａＯ３ナノ粒子分散液を得る工程と、前記ＫＴａＯ３ナノ粒子を基板上に塗工、乾燥して膜を形成する工程と、得られた膜を焼結して半導体薄膜を得る工程を有する半導体薄膜の製造方法もまた、本発明の１つである。
【００１６】
本発明の半導体薄膜の製造方法では、まず、本発明のＫＴａＯ３ナノ粒子の製造方法により製造されたＫＴａＯ３ナノ粒子を、炭素数が４以下のアルコール（以下、「低級アルコール」ともいう。）中に分散させてＫＴａＯ３ナノ粒子分散液を得る工程を行う。
本発明のＫＴａＯ３ナノ粒子の製造方法により製造されたＫＴａＯ３ナノ粒子と、低級アルコールとを混合することで、ＫＴａＯ３ナノ粒子が低級アルコール中へ均一に分散したＫＴａＯ３ナノ粒子分散液が得られる。この理由は定かではないが、低級アルコールが極性の高い溶媒であるため、ＫＴａＯ３ナノ粒子との相互作用により、分散性が高まるためだと考えられる。
【００１７】
本発明の半導体薄膜の製造方法では、次いで、ＫＴａＯ３ナノ粒子を基板上に塗工、乾燥して膜を形成する工程を行う。
本発明の方法により得られたＫＴａＯ３ナノ粒子は、粒子径が充分に小さいことから、表面凹凸の少ない平滑な膜が得られる。
【００１８】
本発明の半導体薄膜の製造方法では、次いで、得られた膜を焼結して半導体薄膜を得る工程を行う。
上記焼結の条件は特に限定されないが、２６０〜６００℃、１〜２４時間程度の条件で焼結を行うことにより、半導体薄膜を得ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、薄膜への応用が可能な粒子径の小さい、単相のＫＴａＯ３ナノ粒子を得ることができるＫＴａＯ３ナノ粒子の製造方法、及び、該ＫＴａＯ３ナノ粒子を用いた半導体薄膜の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例１で得られたＫＴａＯ３ナノ粒子のＸ線回折像である。
【図２】比較例１で得られたＫＴａＯ３ナノ粒子のＸ線回折像である。
【図３】比較例２で得られたＫＴａＯ３ナノ粒子のＸ線回折像である。
【図４】比較例３で得られたＫＴａＯ３ナノ粒子のＸ線回折像である。
【図５】比較例４で得られたＫＴａＯ３ナノ粒子のＸ線回折像である。
【図６】比較例５で得られたＫＴａＯ３ナノ粒子のＸ線回折像である。
【図７】比較例６で得られたＫＴａＯ３ナノ粒子のＸ線回折像である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に実施例を挙げて本発明の態様を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例にのみ限定されるものではない。
【００２２】
（実施例１）
アセトン２０ｇに、塩化タンタル１ｍｍｏｌと塩化カリウム６ｍｍｏｌとを加えて溶解させた溶液を調製した。
得られた溶液を、オートクレーブ（三愛科学社製、ＨＵ−５０）を用いて、毎分５００回転で攪拌しながら、２００℃で１時間加熱処理を行なった。
得られた溶液を遠心分離して、ＫＴａＯ３ナノ粒子を得た。
【００２３】
得られたＫＴａＯ３ナノ粒子をメタノール中に分散させてＫＴａＯ３ナノ粒子分散液を得た。得られたＫＴａＯ３ナノ粒子分散液を、スピンコート法によりガラス基板上に塗工、乾燥して膜を得た。得られた膜を、４００℃で１時間焼成することにより、半導体薄膜を得た。
【００２４】
（実施例２〜９、比較例１〜６）
塩化タンタルと塩化カリウムとのモル比、有機溶媒、及び、加熱処理条件を表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様の方法によりＫＴａＯ３ナノ粒子及び半導体薄膜を得た。
【００２５】
（評価）
実施例及び比較例で得られたＫＴａＯ３ナノ粒子及び半導体薄膜について、以下の評価を行った。
結果を表１に示した。
【００２６】
（１）ＫＴａＯ３ナノ粒子の単相性の評価
得られたＫＴａＯ３ナノ粒子を、ＸＲＤ測定装置（ブルカーＡＸＳ社製、Ｄ８ＡＤＶＡＮＣＥ）を用いてＸ線回折分析を行った。
図１に実施例１で得られたＫＴａＯ３ナノ粒子のＸ線回折像を、図２、３、４、５、６、７に比較例１、２、３、４、５、６で得られたＫＴａＯ３ナノ粒子のＸ線回折像を示した。
図１より、実施例１で得られたＫＴａＯ３ナノ粒子のＸ線回折像では、立方晶ＫＴａＯ３の回折ピークのみが検出されていることから、得られたＫＴａＯ３ナノ粒子が単相であることが確認できた。なお、特に図示はしないが、実施例２〜９で得られたＫＴａＯ３ナノ粒子のＸ線回折像は、図１と同様であった。
図２より、比較例１で得られたＫＴａＯ３ナノ粒子のＸ線回折像では、立方晶ＫＴａＯ３の回折ピークのみならず、パイロクロア型Ｋ２Ｔａ２Ｏ６の回折ピークも検出されていることから、得られたＫＴａＯ３ナノ粒子は単相ではないことが確認できた。
図３〜６より、比較例２〜６で得られたＫＴａＯ３ナノ粒子のＸ線回折像では、立方晶ＫＴａＯ３の回折ピークは明確には確認することができなかったことから、得られたＫＴａＯ３ナノ粒子は単相ではないことが確認できた。
【００２７】
得られたＸ線回折像をもとに実施例、比較例で得られたＫＴａＯ３ナノ粒子の単相性を判断して、単相が得られた場合を「○」と、単相が得られなかった場合を「×」と評価した。
【００２８】
（２）半導体薄膜の表面凹凸の評価
実施例で得られた半導体薄膜の表面の表面粗さを、ＡＦＭ装置（島津製作所社製、ＷＥＴ−ＳＰＭ９７００）にて測定した。
得られた半導体薄膜の表面の高さの最大値と最小値の差が５０ｎｍ以下であった場合を「○」と、５０ｎｍを超えた場合を「△」と評価した。
なお、単相のＫＴａＯ３ナノ粒子が得られなかった比較例１〜６については、半導体薄膜の表面凹凸の評価は行わなかった。
【００２９】
【表１】
0006635378.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明によれば、薄膜への応用が可能な粒子径の小さい、単相のＫＴａＯ３ナノ粒子を得ることができるＫＴａＯ３ナノ粒子の製造方法、及び、該ＫＴａＯ３ナノ粒子を用いた半導体薄膜の製造方法を提供することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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