薄膜太阳能电池、半导体薄膜、及半导体形成用涂布液的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及能够发挥高光电转换效率的薄膜太阳能电池。另外，本发明设及用于 该薄膜太阳能电池的半导体薄膜、及能够W大面积简便地形成该薄膜太阳能电池并能够提 高制造稳定性的半导体形成用涂布液。
【背景技术】
[0002] W往，开发出了将多种包含半导体的薄膜进行层叠、并在该层叠体的两侧设置了 电极的光电转换元件。另外，还研究了代替运样的层叠体，而使用将多种半导体进行复合化 而成的复合膜。在运样的光电转换元件中，各半导体起到P型半导体或N型半导体的作用，通 过光激发而在P型半导体或N型半导体中生成光生载流子（电子-空穴对），电子在N型半导体 中移动、空穴在P型半导体中移动，由此产生电场。
[0003] 作为用于光电转换元件的半导体，受到瞩目的是，硫化錬(Sb2S3)、硫化祕(Bi2S3)、 砸化錬等硫化物或砸化物半导体。就硫化錬、硫化祕、砸化錬等硫化物或砸化物半导体而 言，其带隙为1.0~2.5eV，在可见光区域显示出高光吸收特性，因而被期望用作光电转换材 料。另外，硫化錬、硫化祕、砸化錬等硫化物或砸化物半导体还被期待作为可见光应答型光 催化剂材料，由于其在红外区域的高透射性，所W作为红外线传感器也被进行了深入研究， 进而，由于通过光照射而使其导电率发生变化，因而作为光导电材料也受到关注。
[0004] 然而，就使用硫化物或砸化物半导体而制造的薄膜太阳能电池而言，其与例如娃 太阳能电池、有机薄膜太阳能电池等其他光电转换元件相比，存在光电转换效率低的问题 点。
[0005] 另外，就包含硫化物或砸化物半导体的薄膜而言，W往通过真空蒸锻法、瓣射法、 气相反应法(CVD)、电化学沉积法等方法而形成(例如，非专利文献1及2)，但是真空蒸锻法、 瓣射法等方法不仅装置的价格高而在成本方面不利，而且存在大面积成膜变得困难的问题 点。另外，电化学沉积法不需要真空设备，可W在常溫下成膜，然而存在仅能在导电性基板 上成膜的问题点。
[0006] 现有技术文献
[0007] 非专利文献
[000引 非专利文献 1 :Matthieu Y.Versavel and Joel A.化berjhin Solid Films,515 (18),7171-7176(2007)
[0009]非专利文献2:N.S.化sugade，et al. ,Thin Solid Films,263(2) ,145-149(1995)
【发明内容】
[0010]发明所要解决的问题
[0011]本发明的目的在于，提供能够发挥高光电转换效率的薄膜太阳能电池。另外，本发 明的目的在于，提供用于该薄膜太阳能电池的半导体薄膜、及能够W大面积简便地形成该 薄膜太阳能电池并能够提高制造稳定性的半导体形成用涂布液。
[0012] 用于解决课题的手段
[0013] 本发明为具有光电转换层的薄膜太阳能电池，其中，上述光电转换层具有W下部 位，所述部位含有元素周期表第15族元素的硫化物和/或砸化物、和包含选自稀±元素、铁 及锋中的1种W上元素的化合物。
[0014] W下，详细说明本发明。
[0015] 本发明人发现:通过在薄膜太阳能电池中使光电转换层具有W下部位，所述部位 含有元素周期表第15族元素的硫化物和/或砸化物、和包含选自稀±元素、铁及锋中的1种 W上元素的化合物，由此，能够提高光电转换效率。
[0016] 另外，本发明人发现:在制造运样的薄膜太阳能电池时，通过使用含有包含元素周 期表第15族元素的化合物、含硫化合物和/或含砸化合物、和包含选自稀±元素、铁及锋中 的巧巾W上元素的化合物的半导体形成用涂布液，由此能够采用印刷法，能够W大面积简便 地形成能够发挥高光电转换效率的薄膜太阳能电池。进一步，本发明人发现:通过包含元素 周期表第15族元素的化合物与含硫化合物和/或含砸化合物形成络合物，由此能够提高薄 膜太阳能电池的制造稳定性，从而完成了本发明。
[0017] 本发明的薄膜太阳能电池为具有光电转换层的薄膜太阳能电池。
[0018] 上述光电转换层具有W下部位(本说明书中，也称为硫化物和/或砸化物半导体部 位），所述部位含有元素周期表第15族元素的硫化物和/或砸化物、和包含选自稀±元素、铁 及锋中的1种W上元素的化合物。
[0019] 上述硫化物和/或砸化物半导体部位含有元素周期表第15族元素的硫化物和/或 砸化物。上述元素周期表第15族元素的硫化物和/或砸化物的耐久性高，因此通过在上述硫 化物和/或砸化物半导体部位包含上述元素周期表第15族元素的硫化物和/或砸化物，由此 本发明的薄膜太阳能电池的耐久性优异。
[0020] 上述元素周期表第15族元素的硫化物和/或砸化物没有特别限定，可W单独使用， 也可W并用巧巾W上，也可W是在同一分子中含有元素周期表第15族元素的巧巾W上的元素 的复合硫化物或砸化物。其中，优选为硫化錬、硫化祕、砸化錬，更优选为硫化錬、砸化錬。
[0021] 硫化錬或砸化錬与后述有机半导体和/或无机半导体的能级的相性良好，并且，通 过W往的氧化锋、氧化铁等，从而对可见光的吸收大。因此，通过在上述硫化物和/或砸化物 半导体部位包含硫化錬或砸化錬，由此使得薄膜太阳能电池的电荷分离效率变得极高、光 电转换效率变高。
[0022] 进一步，通过在上述硫化物和/或砸化物半导体部位包含硫化錬或砸化錬，从而相 比于包含其他元素周期表第15族元素的硫化物或砸化物的情况，薄膜太阳能电池的制造稳 定性(光电转换效率的再现性)变高。其理由虽然不能清楚地判断，但是可推测原因在于錬 金属在硫化錬或砸化錬中不易析出。另一方面，还可推测是元素周期表第15族元素当中，例 如祕的结晶结构不稳定，祕金属在硫化祕中容易析出，薄膜太阳能电池的制造稳定性(光电 转换效率的再现性)容易降低。
[0023] 另外，制造稳定性(光电转换效率的再现性)是指，在W同一方法制作多个薄膜太 阳能电池时的各薄膜太阳能电池之间的光电转换效率的再现性。
[0024] 上述硫化物和/或砸化物半导体部位含有包含选自稀±元素、铁及锋中的1种W上 元素的化合物(本说明书中，也称为包含稀±元素等的化合物）。通过在上述硫化物和/或砸 化物半导体部位包含上述元素周期表第15族元素的硫化物和/或砸化物，并包含含上述稀 ±元素等的化合物，从而本发明的薄膜太阳能电池能够发挥高光电转换效率。另外，通过配 合包含上述稀±元素等的化合物，从而还能够获得W下效果：与未配合包含稀±元素等的 化合物的情况相比，能够抑制后述的半导体形成用涂布液的经时变化，提高涂布液的保存 稳定性。
[0025] 上述稀±元素包含锭(Y)、筑(Sc)、及通常称为铜系元素的元素。
[0026] 作为上述稀±元素，具体来说，可列举出例如锭(Y)、筑(Sc),还可列举出铜化a)、 姉(Ce)、钦(Nd)、衫(Sm)、館巧 U)、礼(Gd)、铺(Tb)、铺(Dy)、铁化 0)、巧化 r)、镑(Tm)、镜(Yb)、 错化U)等铜系元素。运些稀±元素可W单独使用，也可W并用巧中W上。其中，由于与錬(Sb) 同样地3价是稳定的而且不是放射性同位素，因而优选锭(Y)、筑（Sc)、铜化a)、钦(Nd)、衫 (Sm)、礼(Gd)、铺(Tb)、铺(Dy)、铁化0)、巧化r)、镑(I'm)、错(Lu)。
[0027] 包含上述稀±元素等的化合物只要包含选自稀±元素、铁及锋中的巧巾W上元素， 就没有特别限定，可W为包含铁的化合物(例如异丙醇铁等烧醇铁)或包含锋的化合物(例 如氯化锋），优选包含稀±元素的化合物(例如，稀±元素的氯化物或硝酸盐）。通过在上述 硫化物和/或砸化物半导体部位包含含有上述稀±元素的化合物，从而上述硫化物和/或砸 化物半导体部位的界面电阻降低。其中，更优选为包含稀±元素和锋的化合物，特别优选包 含铜和锋的化合物、包含错和锋的化合物。
[0028] 就上述硫化物和/或砸化物半导体部位中的包含上述稀±元素等的化合物的含量 而言，在将上述元素周期表第15族元素的硫化物和/或砸化物与包含上述稀±元素等的化 合物的总计设为100摩尔％时，优选下限为1摩尔％、优选上限为50摩尔％。若上述含量为1 摩尔％ ^上，则能够充分获得添加上述稀±元素等的效果，光电转换效率变高。若上述含量 为50摩尔％ ^下，则能够保证上述硫化物和/或砸化物半导体部位的结晶结构，光电转换效 率变高。上述含量的更优选的下限为2摩尔％、更优选的上限为35摩尔％。
[0029] 需要说明的是，硫化物和/或砸化物半导体部位中的包含稀±元素等的化合物的 含量可W通过例如ICP发光分光分析装置(SHIMAZDU公司制、ICPS-7500)等进行测定。
[0030] 上述硫化物和/或砸化物半导体部位优选为结晶性半导体。通过上述硫化物和/或 砸化物半导体部位为结晶性半导体，从而电子的迁移率变高，光电转换效率提高。
[0031] 需要说明的是，结晶性半导体是指，通过X射线衍射测定等进行测定、