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CuO薄膜製造方法及びCuO薄膜 コモンズ

国内特許コード P150011296
掲載日 2015年2月12日
出願番号 特願2013-244239
公開番号 特開2014-131020
出願日 平成25年11月26日(2013.11.26)
公開日 平成26年7月10日(2014.7.10)
優先権データ
  • 特願2012-261526 (2012.11.29) JP
発明者
  • 中村 有水
出願人
  • 国立大学法人 熊本大学
発明の名称 CuO薄膜製造方法及びCuO薄膜 コモンズ
発明の概要 【課題】CuO薄膜の製作を容易化するとともに、製造コストを大幅に低減可能なCuO薄膜製造方法及び太陽電池材料として好適なCuO薄膜を提供する。
【解決手段】ミストCVD法を用いたCuO薄膜の製造方法であって、1価及び/又は2価の銅イオンを含む銅イオン溶液から、超音波振動子等のミスト発生手段により発生させたミストを、石英炉心管22等を備える反応部20中に配置された基板28上に導き、基板28を加熱しつつ基板28上にCuO薄膜32を形成させる。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要



従来、太陽電池の材料として、例えばGaAs、Cu(In, Ga)Se、アモルファスSi等が用いられて来た。

上述した材料のうちGaAsは、光の吸収係数が高く、例えば太陽光の強度が高い2eV近傍の光の吸収係数が5×10~1×10cm―1であり、実際に25%程度の高い変換効率を示すことが知られている。





また、Cu(In, Ga)Seは、上述した光吸収係数がGaAsよりやや高く、GaAs程度の変換効率を示すことが知られている。またアモルファスSiは、上述した光吸収係数や変換効率がGaAsやCu(In, Ga)Seに及ばないものの、今日の太陽電池パネルの太陽電池材料として主流を占めている。





しかし、GaAsは材料が高価で製造コストも高く、また有毒なAsを含むため、例えば宇宙用等の限られた分野で用いられるものの一般民生用途としては普及していない。また、Cu(In, Ga)Seは、Se等の有毒な物質を含むため、大量生産された場合、環境上の問題に繋がる虞があるという問題を抱えている。さらに、アモルファスSiは、真空中において高純度ガスを用いたCVDが製造方法として主流であり、製造コストが高いという問題があった。

また近年では、二酸化チタンを利用した色素増感型太陽電池も安価でクリーンな太陽電池として着目されているが、変換効率の点でGaAs或いはCu(In, Ga)Seには及ばず、また色素の吸着量によって変換効率が変動する虞があるという問題がある。





そのため、安価で有毒な元素も含まず、しかも製造コストも安価でなおかつ高変換効率を期待できる太陽電池材料の開発が喫緊の課題となっている。そこで発明者は、地球上に多く存在する金属の酸化物を太陽電池材料として注目した。

このような金属酸化物の一つにCuOが挙げられる。このCuOに関しては、その結晶構造が単斜晶構造を有し、上述した2eV近傍の光の吸収係数が略1.5×10cm―1程度と高い値を示すという報告例がある(例えば非特許文献1参照)。また、その製造方法についての報告例もみられる(例えば非特許文献1及び特許文献1参照)。

産業上の利用分野



本発明は、CuO薄膜の製造方法に関し、銅イオンを含む原料溶液から発生させたミストを利用して基板上に成膜するCuO薄膜の製造方法及び当該製造方法により製造されるCuO薄膜に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
ミストCVD法によるCuO薄膜の製造方法であって、
1価及び/又は2価の銅イオンを含む銅イオン溶液から、ミスト発生手段により発生させたミストを、加熱された基板上にキャリアガスで導き、前記基板上にCuO薄膜を形成させることを特徴とするCuO薄膜製造方法。

【請求項2】
前記銅イオン溶液において、溶媒は水からなることを特徴とする請求項1記載のCuO薄膜製造方法。

【請求項3】
前記ミスト発生手段は、超音波振動子を備えることを特徴とする請求項1又は2記載のCuO薄膜製造方法。

【請求項4】
前記基板の温度は、500℃~850℃であることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載のCuO薄膜製造方法。

【請求項5】
前記基板は、単結晶基板からなることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載のCuO薄膜製造方法。

【請求項6】
請求項5記載のCuO薄膜製造方法により製造されるCuO薄膜において、前記単結晶基板上にエピタキシャル成長されるCuOの多結晶を含むことを特徴とするCuO薄膜。

【請求項7】
バンドギャップ値が、1.2eV~1.56eVからなることを特徴とする請求項6記載のCuO薄膜。

【請求項8】
光エネルギー略2eVにおける光吸収係数が、1×10cm―1~2×10cm―1であることを特徴とする請求項6又は7記載のCuO薄膜。

【請求項9】
Li、Na、K、Agの群から選ばれた一つの元素及び/又は、N、P、As、Sbの群から選ばれた一つの元素からなるp型ドーパントを含むことを特徴とする請求項6~8のいずれかに記載のCuO薄膜。

【請求項10】
B、Al、Ga、Inの群から選ばれた一つの元素及び/又は、F、Cl、Br、Iの群から選ばれた一つの元素からなるn型ドーパントを含むことを特徴とする請求項6~9のいずれかに記載のCuO薄膜。


国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 公開
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