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n型半導体薄膜、ホモpn接合素子及び薄膜太陽電池並びにn型半導体薄膜及びホモpn接合素子の製造方法

国内特許コード P110004393
整理番号 BE060P27
掲載日 2011年7月13日
出願番号 特願2009-276867
公開番号 特開2011-119547
登録番号 特許第5360587号
出願日 平成21年12月4日(2009.12.4)
公開日 平成23年6月16日(2011.6.16)
登録日 平成25年9月13日(2013.9.13)
発明者
  • 細野 秀雄
  • 神谷 利夫
  • 平野 正浩
  • 小郷 洋一
  • 平松 秀典
  • 野村 研二
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 n型半導体薄膜、ホモpn接合素子及び薄膜太陽電池並びにn型半導体薄膜及びホモpn接合素子の製造方法
発明の概要 【課題】現在の薄膜太陽電池で吸収しきれていない光を有効に利用するために、バンドギ
ャップが2eV以上3eV未満でありpn両極性に電気特性を制御できる半導体を提供する。
【解決手段】酸化第一錫(SnO)にAl3+、Ga3+、In3+、Sb3+から選ばれる3価
の陽イオンを不純物として含有し、n型伝導性を示すSnOからなるn型半導体薄膜。こ
のn型半導体薄膜とSnOからなるp型半導体薄膜とを積層したホモpn接合素子。この
ホモpn接合素子を用いた薄膜太陽電池。SnO粉末にAl3+、Ga3+、In3+、Sb3+
から選ばれる3価の陽イオン源の酸化物粉末を添加混合して焼結したSnOターゲットを
用いて物理的成膜法によりSnOからなるn型半導体薄膜を製造する。また、SnO粉末
を焼結したSnOターゲットを用いて物理的成膜法により成膜したp型SnO薄膜と、上
記の方法で製造したn型SnO薄膜とを積層してホモpn接合素子を製造する。
【選択図】図4
従来技術、競合技術の概要


近年、環境負荷の軽減のためにクリーンエネルギーである太陽光を発電に利用する太陽電
池が活発に研究されている。太陽電池の更なる発電効率向上のため、互いに異なる吸収帯
を有する半導体材料を積層し、pn接合した薄膜太陽電池の開発がなされている(特許文
献1,2,3)。薄膜太陽電池に用いられる半導体材料の代表例はCu(InGa)Se2
であるが、そのバンドギャップは約1.2eVである。



したがって、2eV以上のバンドギャップを有する半導体を用いてCu(InGa)Se2等に
積層したpn接合を形成することで、現在は発電に寄与していない波長の太陽光を発電に
用いることができるようになる。そこで、ワイドギャップ半導体を作ることが容易な酸化
物半導体の中から2eV以上3eV未満のバンドギャップを有するpn制御可能な半導体材料の
探索が行われている。



本発明者らは、2001年にpn制御可能な酸化物半導体CuInO2を発表した(非特許文
献1,2)。しかし、そのバンドギャップは約3.9eVと大きく、太陽電池の活性層とする
のは適当ではない。



また、1998年から2003年にかけて、本発明者らは、SrCu22やLaCuOCh(Ch=S,
Se,Te)等のp型酸化物半導体を報告してきた(非特許文献3~5)。しかし、これらのp型
酸化物半導体に対する電子ドーピングは報告されていない。



本発明者らは、2008年にSnOをチャネル層とした薄膜トランジスタを報告し(非特許文
献6)、さらに、気相法において、SnOをターゲットとして用いて、基板上に堆積する
Snの酸化度合いを基板温度及び雰囲気酸素分圧により制御し、SnO中のSn4+及びS
0(錫金属)の含有量が合計で10原子%未満、すなわちSn2+イオンの含有量が90
原子%以上のp型SnO薄膜を成膜する方法、及び該p型SnO薄膜をチャネル層とした
薄膜トランジスタに関する発明を特許出願した(特許文献4)。



酸化第一錫(SnO)については、p型半導体であることが知られており(非特許文献7
、特許文献5)、非特許文献7では、SnO2原料を電子ビーム蒸発させてサファイア基
板に成膜すると基板温度に応じてアモルファス又は準安定多結晶SnOx薄膜が形成され
ることが報告されている。SnOを半導体材料として利用したデバイス例としては、Pb
O-SnOの傾斜組成膜によるヘテロ接合を利用した光電池とその製法に関するものがあ
る(特許文献6,7)程度で、導電膜や半導体材料として用いられるSnO2に比較して
SnOの利用や研究開発は殆どなされていない。

産業上の利用分野


本発明は、酸化第一錫(SnO)からなるn型伝導性半導体薄膜、該n型伝導性半導体薄
膜を活性層に用いたホモpn接合素子、及び該ホモpn接合素子を用いた薄膜太陽電池、
並びにn型半導体膜及びホモpn接合素子の製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
酸化第一錫(SnO)にAl3+、Ga3+、In3+、Sb3+から選ばれる3価の陽イオンを
不純物として含有し、n型伝導性を示すことを特徴とするSnOからなるn型半導体薄膜


【請求項2】
SnOからなるp型半導体薄膜と請求項1記載のn型半導体薄膜とを積層したホモpn接
合素子。

【請求項3】
請求項2記載のホモpn接合素子を用いた薄膜太陽電池。

【請求項4】
SnO粉末にAl3+、Ga3+、In3+、Sb3+から選ばれる3価の陽イオン源の酸化物粉
末を添加混合して焼結したSnOターゲットを用いて物理的成膜法により成膜することを
特徴とする請求項1に記載のSnOからなるn型半導体薄膜の製造方法。

【請求項5】
酸化第一錫(SnO)粉末を焼結したSnOターゲットを用いて物理的成膜法により成膜
したp型SnO薄膜と、SnO粉末にAl3+、Ga3+、In3+、Sb3+から選ばれる3価
の陽イオン源の酸化物粉末を添加混合して焼結したSnOターゲットを用いて物理的成膜
法により成膜したn型SnO薄膜とを積層してホモpn接合を形成することを特徴とする
請求項2に記載のホモpn接合素子の製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2009276867thum.jpg
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) ERATO/SORST 透明酸化物のナノ構造を活用した機能開拓と応用展開 領域
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