JPH11224953A - Photovolatic device and manufacture thereof - Google Patents

Photovolatic device and manufacture thereof

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JPH11224953A
JPH11224953A JP10116072A JP11607298A JPH11224953A JP H11224953 A JPH11224953 A JP H11224953A JP 10116072 A JP10116072 A JP 10116072A JP 11607298 A JP11607298 A JP 11607298A JP H11224953 A JPH11224953 A JP H11224953A
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JP
Japan
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layer
group
photovoltaic device
light
absorbing layer
Prior art date
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Application number
JP10116072A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiko Iijima
喜彦 飯島
Hitoshi Kondo
均 近藤
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the orintatioal property of the light absorption layer of a photovoltic device and moreover, to manufacture the device into such a structure that the device has a high photoelectric conversion efficiently, which is superior in thermal stability, by a method wherein the device has the specified light absorption layer and a conductive layer, which is formed on an opposite side to the side of incident light in contact with the light absorption layer, and the conductive layer is formed of an amorphous alloy layer. SOLUTION: A photovoltaic device is provided with a substrate 1, a conductive layer 2 consisting of an amorphous alloy layer, a light absorption layer 3 consisting of a I-III-VI2 compound semiconductor layer, a semiconductor layer 4 of conductivity type reverse to that of the layer 3 and a transparent elected layer 5. It is preferable that the crystallization temperature of the amorphous alloy layer be 400 deg.C or higher, in consideration of the heating temperature at the time when the layer 3 is formed on the layer 2 consisting of the amorphous alloy layer. The amorphous alloy layer is constituted of at least one layer, which is chosen from among a group of layers consisting of a transition metal including Fe, Co, Ni, Cr, Cu and Pd and its solid solution, and at least one layer, which is chosen from among a group of layers consisting of elements including B. C, Si, P, Ge, Ti, Zr, Hf, Nb and Ta and its solid solution.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高い光電変換効率
を有する光起電力装置及びその製造方法に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photovoltaic device having high photoelectric conversion efficiency and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】カルコパイライト構造を有するI−II
I−VI2族化合物半導体を光吸収層とする光起電力装
置は、光吸収層が薄膜であっても高い光電変換効率を示
し、また光照射による効率の劣化等が少ないことから実
用化が期待されている。上記光吸収層を形成する方法と
しては、I−III−VI2族化合物半導体を構成する
各元素を別々の蒸発源から同時に蒸発させて基板上で化
合物を得る多源同時蒸着法や、化合物を構成する金属の
積層膜あるいは混合膜をカルコゲン元素を含む雰囲気中
で加熱する気相セレン化(硫化)法などが知られてい
る。特に後者は大面積で大量に製造できるため量産に向
いた方法として注目されている。従来、光吸収層である
カルコパイライト構造を有するI−III−VI2族化
合物半導体は、上記方法などを用い金属薄膜上あるいは
金属基板上に形成されていた。この場合、形成されたI
−III−VI2族化合物半導体は、下地金属の影響を
受け配向性に問題を生じる等により、光吸収層と光吸収
層に接して該層より光の入射側に形成される半導体材料
層(バッファー層)との格子不整合により、光電変換効
率の低下を招くなどの不具合が生じていた。
2. Description of the Related Art I-II having a chalcopyrite structure
A photovoltaic device using an I-VI Group 2 compound semiconductor as a light absorbing layer shows high photoelectric conversion efficiency even when the light absorbing layer is a thin film, and has little deterioration in efficiency due to light irradiation, so that it can be put to practical use. Expected. As a method for forming the light absorbing layer, a multi-source simultaneous vapor deposition method for simultaneously evaporating each element constituting the I-III-VI Group 2 compound semiconductor from a separate evaporation source to obtain a compound on a substrate, A gas phase selenization (sulfide) method of heating a laminated film or a mixed film of constituent metals in an atmosphere containing a chalcogen element is known. In particular, the latter method has attracted attention as a method suitable for mass production because it can be mass-produced in a large area. Conventionally, I-III-VI 2 group compound semiconductor having a chalcopyrite structure is a light-absorbing layer has been formed on or in the metal substrate a metal thin film using a method described above. In this case, the formed I
The III-VI group 2 compound semiconductor is in contact with the light absorbing layer and the light absorbing layer and is formed on the light incident side of the light absorbing layer due to the influence of the base metal and causing a problem in the orientation. Due to lattice mismatch with the buffer layer), problems such as a decrease in photoelectric conversion efficiency have occurred.

【0003】これを解決するために、特開平4−199
880号公報には、カルコパイライト薄膜の下地に非晶
質導電性基板または非晶質導電性薄膜を用いることによ
り、カルコパイライト薄膜の配向性を向上させることが
開示されている。また、特開平4−309238号公報
には、導電性基板の表面をイオン打ち込み等の方法によ
り非晶質化し、その上にカルコパイライト薄膜を製膜す
ることにより、カルコパイライト薄膜の配向性を向上さ
せることが開示されている。しかしながら、これらの方
法では、下地として、非晶質材料を用いるため、熱的安
定性に劣る、経時変化が生ずるなどの問題が生じ、また
イオン打ち込み等の方法を用いる場合には、特別な装置
を必要とすることから、生産コストの増大、生産効率の
低下等の問題が生じていた。また、特に熱的安定性に劣
る場合には、光吸収層であるカルコパイライト薄膜を形
成する際に結晶化が生じ、それがカルコパイライト薄膜
の配向性に悪影響を及ぼす等の不具合があった。そし
て、上記のような下地の上に形成したカルコパイライト
薄膜を用いた太陽電池などの光起電力装置では光電変換
効率が低下するなどの問題が生じていた。
In order to solve this problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-199
No. 880 discloses that the orientation of a chalcopyrite thin film is improved by using an amorphous conductive substrate or an amorphous conductive thin film as a base of the chalcopyrite thin film. JP-A-4-309238 discloses that the surface of a conductive substrate is made amorphous by ion implantation or the like, and a chalcopyrite thin film is formed thereon, thereby improving the orientation of the chalcopyrite thin film. Is disclosed. However, in these methods, since an amorphous material is used as a base, problems such as inferior thermal stability and a change with time occur, and when using a method such as ion implantation, a special device is used. , There have been problems such as an increase in production cost and a decrease in production efficiency. In particular, when the thermal stability is inferior, crystallization occurs when the chalcopyrite thin film as the light absorbing layer is formed, which has a problem such as adversely affecting the orientation of the chalcopyrite thin film. In a photovoltaic device such as a solar cell using a chalcopyrite thin film formed on a base as described above, there have been problems such as a decrease in photoelectric conversion efficiency.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の課題は
このような問題点を解決し、光吸収層の配向性を向上さ
せ、更に熱的安定性に優れた高い光電変換効率を有する
光起電力装置を提供することにある。また、本発明の課
題は高い光電変換効率を有する光起電力装置が低コスト
で得られ、更に生産性に優れた光起電力装置の製造方法
を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve such a problem, improve the orientation of the light absorbing layer, and further improve the thermal stability and the photovoltaic efficiency with high photoelectric conversion efficiency. It is to provide a power device. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a photovoltaic device having high photoelectric conversion efficiency, which can be obtained at low cost, and which is excellent in productivity.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、第一
に、I−III−VI2族化合物半導体からなる光吸収
層およびその光吸収層に接して光の入射側の反対側に形
成された導電層を有する光起電力装置において、該導電
層が非晶質合金からなることを特徴とする光起電力装置
が提供される。
According to SUMMARY OF THE INVENTION The present invention, first, formed on the opposite side of the light incident side in contact with the light absorbing layer and the light-absorbing layer comprising a I-III-VI 2 group compound semiconductor A photovoltaic device having a conductive layer provided, wherein the conductive layer is made of an amorphous alloy.

【0006】第二に、I−III−VI2族化合物半導
体からなる光吸収層およびその光吸収層に接して光の入
射側の反対側に形成された導電層を有する光起電力装置
において、該導電層が基体を兼ねる非晶質合金薄帯であ
ることを特徴とする光起電力装置が提供される。
Second, in a photovoltaic device having a light absorbing layer made of a group I-III-VI group 2 compound semiconductor and a conductive layer formed in contact with the light absorbing layer and on the side opposite to the light incident side, A photovoltaic device is provided, wherein the conductive layer is an amorphous alloy ribbon also serving as a substrate.

【0007】第三に、上記第一または第二に記載の光起
電力装置において、非晶質合金の結晶化温度が400℃
以上であることを特徴とする光起電力装置が提供され
る。
Third, in the photovoltaic device according to the first or second aspect, the crystallization temperature of the amorphous alloy is 400 ° C.
A photovoltaic device characterized by the above is provided.

【0008】第四に、上記第一乃至第三のいずれかに記
載の光起電力装置において、非晶質合金が、Fe、C
o、Ni、Cr、Cu、Pdの1種〜6種を含む遷移金
属及びその固溶体からなる群から選ばれる少なくとも一
つと、B、C、Si、P、Ge、Ti、Zr、Hf、N
b、Taの1種〜10種を含む元素及びその固溶体から
なる群から選ばれる少なくとも一つとにより構成されて
いることを特徴とする光起電力装置が提供される。
Fourthly, in the photovoltaic device according to any one of the first to third aspects, the amorphous alloy is made of Fe, C
o, at least one selected from the group consisting of transition metals containing 1 to 6 kinds of Ni, Cr, Cu, and Pd and solid solutions thereof, and B, C, Si, P, Ge, Ti, Zr, Hf, and N
b, a photovoltaic device characterized by comprising at least one element selected from the group consisting of an element containing 1 to 10 kinds of Ta and a solid solution thereof.

【0009】第五に、上記第一乃至第四のいずれかに記
載の光起電力装置において、導電層のシート抵抗値が5
0Ω/□以下であることを特徴とする光起電力装置が提
供される。
Fifth, in the photovoltaic device according to any one of the first to fourth aspects, the sheet resistance of the conductive layer is 5
Provided is a photovoltaic device characterized by being 0 Ω / □ or less.

【0010】第六に、上記第一乃至第五のいずれかに記
載の光起電力装置において、光吸収層に接して光の入射
側に、該光吸収層よりバンドギャップの大きい半導体材
料層を有することを特徴とする光起電力装置が提供され
る。
Sixth, in the photovoltaic device according to any one of the first to fifth aspects, a semiconductor material layer having a larger band gap than the light absorbing layer is provided on the light incident side in contact with the light absorbing layer. There is provided a photovoltaic device comprising:

【0011】第七に、上記第六に記載の光起電力装置に
おいて、半導体材料層が、光吸収層と接合する半導体層
と、その半導体層に接して光の入射側に形成された透明
電極層とからなることを特徴とする光起電力装置が提供
される。
Seventh, in the photovoltaic device according to the sixth aspect, the semiconductor material layer includes a semiconductor layer bonded to the light absorbing layer, and a transparent electrode formed on the light incident side in contact with the semiconductor layer. A photovoltaic device is provided, comprising:

【0012】第八に、上記第六または第七に記載の光起
電力装置において、光吸収層と接合する半導体材料層
が、少なくともZnS、ZnSe、ZnOおよびこれら
の混晶よりなる群より選択されたものを含有して構成さ
れていることを特徴とする光起電力装置が提供される。
Eighth, in the photovoltaic device according to the sixth or seventh aspect, the semiconductor material layer to be bonded to the light absorbing layer is selected from at least a group consisting of ZnS, ZnSe, ZnO, and a mixed crystal thereof. A photovoltaic device characterized by comprising the following.

【0013】第九に、I−III−VI2族化合物半導
体からなる光吸収層および光吸収層に接して光の入射側
の反対側に形成された導電層を有する光起電力装置の製
造方法において、I族およびIII族元素を含む層を少
なくともVI族元素を含む雰囲気中で加熱することによ
って光吸収層を非晶質合金からなる導電層上に形成する
ことを特徴とする光起電力装置の製造方法が提供され
る。
[0013] Ninth, method for manufacturing a photovoltaic device having a I-III-VI 2 group conductive layer formed on the opposite side of the light incident side in contact with the light absorbing layer and a light absorbing layer made of a compound semiconductor , Wherein a light absorbing layer is formed on a conductive layer made of an amorphous alloy by heating a layer containing a group I element and a group III element in an atmosphere containing at least a group VI element. Is provided.

【0014】第十に、I−III−VI2族化合物半導
体からなる光吸収層およびその光吸収層に接して光の入
射側の反対側に形成された導電層を有する光起電力装置
の製造方法において、非晶質合金薄帯上にI−III−
VI2族化合物半導体からなる光吸収層を連続的に形成
することを特徴とする光起電力装置の製造方法が提供さ
れる。
Tenth, manufacturing of a photovoltaic device having a light absorbing layer made of a Group I-III-VI Group 2 compound semiconductor and a conductive layer formed in contact with the light absorbing layer and on the side opposite to the light incident side. In the method, I-III-
Method for manufacturing a photovoltaic device, characterized by continuously forming a light absorbing layer made of VI 2 group compound semiconductor is provided.

【0015】第十一に、I−III−VI2族化合物半
導体からなる光吸収層およびその光吸収層に接して光の
入射側の反対側に形成された導電層を有する光起電力装
置の製造方法において、非晶質合金薄帯上にI−III
−VI2族化合物半導体からなる光吸収層、該光吸収層
と接合する半導体層、及び該半導体層に接する透明電極
層を連続的に形成することを特徴とする光起電力装置の
製造方法が提供される。
[0015] Eleventh, the photovoltaic device having a light-absorbing layer and the light-absorbing layer on a conductive layer formed on the opposite side of the light incident side in contact consisting of I-III-VI 2 group compound semiconductor In the manufacturing method, I-III is formed on an amorphous alloy ribbon.
Light absorbing layer made of -VI 2 group compound semiconductor, a semiconductor layer bonded to the light absorbing layer, and a method for manufacturing a photovoltaic device, characterized by continuously forming a transparent electrode layer in contact with said semiconductor layer Provided.

【0016】以下に本発明をさらに詳しく説明する。上
記第一に記載の光起電力装置は、I−III−VI2
化合物半導体からなる光吸収層およびその光吸収層に接
して光の入射側の反対側に形成された導電層を有する光
起電力装置において、該導電層が非晶質合金からなるこ
とを特徴とするものである。導電層を非晶質合金とする
ことによって、光吸収層の配向性に対する下地層の影響
を少なくすることができ、導電層上に形成されるI−I
II−VI2族化合物薄膜をその最稠密面である(11
2)面に配向させることができる。これにより、I−I
II−VI2族化合物半導体からなる光吸収層における
結晶欠陥が少なくなり、光キャリアの拡散長が長くなる
ため、高い光電変換効率が得られる。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail. The first photovoltaic device according to the light having a light-absorbing layer and the light-absorbing layer on a conductive layer formed on the opposite side of the light incident side in contact consisting of I-III-VI 2 group compound semiconductor In the electromotive force device, the conductive layer is made of an amorphous alloy. By using an amorphous alloy for the conductive layer, the influence of the underlayer on the orientation of the light absorbing layer can be reduced, and the I-I formed on the conductive layer can be reduced.
The thin film of the II-VI group 2 compound is placed on its densest surface (11
2) It can be oriented on the plane. Thereby, I-I
Crystal defects in the light absorption layer made of the II-VI group 2 compound semiconductor are reduced and the diffusion length of the photocarrier is increased, so that high photoelectric conversion efficiency is obtained.

【0017】一般に薄膜の結晶配向性は下地の影響を強
く受けることが知られており、I−III−VI2族化
合物薄膜を(112)面に配向させるためには、その下
地層が光吸収層の配向性に影響を及ぼさないことが望ま
しい。従って、下地層は非晶質合金であることが好適で
ある。また、このように光吸収層の下地層として非晶質
合金を適切に用いることにより、熱的安定性が向上し常
に高い光電変換効率を得ることができる。
[0017] Generally the crystal orientation of the thin film is known to be strongly affected by the underlying, to orient I-III-VI 2 group compounds thin film (112) on the surface, the underlying layer is light-absorbing It is desirable not to affect the orientation of the layer. Therefore, the underlayer is preferably made of an amorphous alloy. In addition, by appropriately using an amorphous alloy as the underlayer of the light absorbing layer, thermal stability is improved and high photoelectric conversion efficiency can always be obtained.

【0018】上記第二に記載の光起電力装置は、I−I
II−VI2族化合物半導体からなる光吸収層に接して
光の入射側の反対側に形成される導電層が基体を兼ねる
非晶質合金薄帯であることを特徴とするものである。こ
れにより、高い光電変換効率を有する光起電力装置が得
られることに加え、導電層として非晶質合金からなる連
続した薄帯を用い、それが基体を兼ねることによって、
光起電力装置の構成材料を削減することができ、また連
続的に光起電力装置を作製することが可能となり、光起
電力装置のコストの削減および生産性の向上を図ること
ができる。
The photovoltaic device according to the second aspect has a II
The conductive layer formed on the side opposite to the light incident side in contact with the light absorbing layer made of the II-VI group 2 compound semiconductor is an amorphous alloy ribbon also serving as a base. Thereby, in addition to obtaining a photovoltaic device having high photoelectric conversion efficiency, by using a continuous thin strip made of an amorphous alloy as the conductive layer, it also serves as a base,
The constituent materials of the photovoltaic device can be reduced, and the photovoltaic device can be manufactured continuously, so that the cost and the productivity of the photovoltaic device can be reduced.

【0019】上記第三に記載の光起電力装置は、非晶質
合金の結晶化温度が400℃以上であることを特徴とす
るものである。このようにすることにより、光吸収層を
非晶質合金からなる導電層上に形成する際に、非晶質合
金の結晶化を抑制することができ、それにより光吸収層
の(112)面配向性が向上し、高い光電変換効率を得
ることができる。また、導電層として基体を兼ねる非晶
質合金薄帯を用いる場合には、非晶質合金の結晶化によ
る薄帯の機械的強度の低下を抑制することができる。
The photovoltaic device according to the third aspect is characterized in that the crystallization temperature of the amorphous alloy is 400 ° C. or higher. In this manner, when the light absorbing layer is formed on the conductive layer made of the amorphous alloy, crystallization of the amorphous alloy can be suppressed, whereby the (112) plane of the light absorbing layer can be suppressed. The orientation is improved, and high photoelectric conversion efficiency can be obtained. Further, when an amorphous alloy ribbon serving also as a base is used as the conductive layer, a decrease in mechanical strength of the ribbon due to crystallization of the amorphous alloy can be suppressed.

【0020】上記第四に記載の光起電力装置は、非晶質
合金が、Fe、Co、Ni、Cr、Cu、Pdの1種〜
6種を含む遷移金属及びその固溶体からなる群から選ば
れる少なくとも一つと、B、C、Si、P、Ge、T
i、Zr、Hf、Nb、Taの1種〜10種を含む元素
及びその固溶体からなる群から選ばれる少なくとも一つ
とにより構成されていることを特徴とするものである。
これにより、熱的安定性を有し、経時変化の少ない非晶
質合金層を形成することができ、その上に光吸収層を形
成することにより常に高い光電変換効率を得ることがで
きる。また、導電層として基体を兼ねる非晶質合金薄帯
を用いる場合には、機械的強度を充分に有する非晶質合
金薄帯が得られる。
In the photovoltaic device according to the fourth aspect, the amorphous alloy may be one of Fe, Co, Ni, Cr, Cu, and Pd.
At least one selected from the group consisting of transition metals containing six types and solid solutions thereof, and B, C, Si, P, Ge, T
It is characterized by comprising at least one element selected from the group consisting of elements including 1 to 10 kinds of i, Zr, Hf, Nb and Ta and solid solutions thereof.
Thus, an amorphous alloy layer having thermal stability and little change over time can be formed, and a high photoelectric conversion efficiency can always be obtained by forming a light absorbing layer thereon. Further, when an amorphous alloy ribbon serving also as a substrate is used as the conductive layer, an amorphous alloy ribbon having sufficient mechanical strength can be obtained.

【0021】上記第五に記載の光起電力装置は、導電層
のシート抵抗値が50Ω/□以下であることを特徴とす
るものである。導電層としてこのようなものを採用する
ことにより、直列抵抗成分が減少するため光キャリアを
有効に収集できるので高い光電変換効率が得られる。
The photovoltaic device according to the fifth aspect is characterized in that the sheet resistance of the conductive layer is 50 Ω / □ or less. By adopting such a conductive layer, a series resistance component is reduced, so that photocarriers can be effectively collected, so that high photoelectric conversion efficiency can be obtained.

【0022】上記第六に記載の光起電力装置は、さらに
光吸収層に接して該層より光入射側に、光吸収層よりバ
ンドギャップの大きい半導体材料層を設けた構成よりな
ることを特徴とするものである。このような半導体材料
層を設けることにより、いわゆる窓効果によって、ホモ
接合の場合に比べて短波長感度が向上し、高い光電変換
効率を得ることができる。
The photovoltaic device according to the sixth aspect is characterized in that a semiconductor material layer having a larger band gap than the light absorbing layer is provided in contact with the light absorbing layer and on the light incident side of the layer. It is assumed that. By providing such a semiconductor material layer, the short-wavelength sensitivity is improved and a high photoelectric conversion efficiency can be obtained by a so-called window effect as compared with the case of the homojunction.

【0023】上記第七に記載の光起電力装置は、光吸収
層よりバンドギャップの大きい半導体材料層が、光吸収
層と接合する半導体層と、その半導体層に接して光の入
射側に形成された透明電極層とから構成されることを特
徴とするものである。これにより、理想的な接合界面の
形成と表面再結合の抑止が可能となり、光吸収層とそれ
に接する層の接合特性が良好なものとなり、高い光電変
換効率を得ることができる。
In the photovoltaic device according to the seventh aspect, the semiconductor material layer having a band gap larger than that of the light absorption layer is formed on the semiconductor layer to be joined to the light absorption layer and on the light incident side in contact with the semiconductor layer. And a transparent electrode layer formed. This makes it possible to form an ideal bonding interface and suppress surface recombination, improve the bonding characteristics between the light absorbing layer and the layer in contact therewith, and obtain high photoelectric conversion efficiency.

【0024】上記第八に記載の光起電力装置は、光吸収
層と接合する半導体材料層が、少なくともZnS、Zn
Se、ZnOおよびこれらの混晶よりなる群より選択さ
れたものを含有して構成されていることを特徴とするも
のである。上記材料は、いずれもバンドギャップが2.
6eV以上と大きいため、大きな窓効果が期待でき、ま
た適当な混晶比を選択することによって、I−III−
VI2族化合物半導体との格子不整合を小さくすること
ができるため、良好な接合特性が得られる。さらには、
従来用いられてきたCdSにおけるCdのような有害な
物質を含まない点でも望ましい。
[0024] In the photovoltaic device according to the eighth aspect, the semiconductor material layer to be bonded to the light absorbing layer is formed of at least ZnS or ZnS.
It is characterized by comprising a material selected from the group consisting of Se, ZnO and a mixed crystal thereof. Each of the above materials has a band gap of 2.
6 eV or more, a large window effect can be expected, and by selecting an appropriate mixed crystal ratio, I-III-
It is possible to reduce the lattice mismatch between the VI 2 group compound semiconductor, good bonding properties. Furthermore,
It is also desirable in that it does not contain harmful substances such as Cd in CdS which has been conventionally used.

【0025】上記第九に記載の光起電力装置の製造方法
は、I族およびIII族元素を含む層を少なくともVI
族元素を含む雰囲気中で加熱することによって光吸収層
を非晶質合金からなる導電層上に形成することを特徴と
するものである。光吸収層をこのようにして形成するこ
とにより、導電層(基体を兼ねる非晶質合金薄帯を含
む)との密着性、結晶性および導電率制御性を確保し、
大面積を有する光吸収層を大量に製造することが可能と
なり、光起電力装置の製造コストを低減することができ
る。
[0025] In the method for manufacturing a photovoltaic device according to the ninth aspect, the layer containing Group I and Group III elements may have at least VI
The light absorbing layer is formed on a conductive layer made of an amorphous alloy by heating in an atmosphere containing a group element. By forming the light absorbing layer in this manner, adhesion to the conductive layer (including the amorphous alloy ribbon also serving as the base), crystallinity and conductivity controllability are ensured,
The light absorbing layer having a large area can be manufactured in large quantities, and the manufacturing cost of the photovoltaic device can be reduced.

【0026】第十に記載の光起電力装置の製造方法は、
非晶質合金薄帯上にI−III−VI2族化合物半導体
からなる光吸収層を連続的に形成することを特徴とする
ものであり、これにより光起電力装置を連続的に作製す
ることができ、光起電力装置の生産性を向上させること
ができる。
The method for manufacturing a photovoltaic device according to the tenth aspect is
Which is characterized in that continuously forming a light absorbing layer made of I-III-VI 2 group compound semiconductor on the amorphous alloy ribbon, it thereby making a photovoltaic device continuously And the productivity of the photovoltaic device can be improved.

【0027】第十一に記載の光起電力装置の製造方法
は、非晶質合金薄帯上にI−III−VI2族化合物半
導体からなる光吸収層、該光吸収層と接合する半導体
層、及び該半導体層に接する透明電極層を連続的に形成
することを特徴とするものであり、これにより光起電力
装置を連続的に作製することができ、光起電力装置の生
産性を向上させることができる。
The method for manufacturing a photovoltaic device according to the eleventh, the semiconductor layer to be bonded onto an amorphous alloy ribbon light absorbing layer consisting of I-III-VI 2 group compound semiconductor, the light-absorbing layer and And a transparent electrode layer in contact with the semiconductor layer is continuously formed, whereby the photovoltaic device can be manufactured continuously, and the productivity of the photovoltaic device is improved. Can be done.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて以下に説明する。図1は本発明の光起電力装置の一
例を模式的に示す断面図であり、基板1、非晶質合金か
らなる導電層2、I−III−VI2族化合物半導体か
らなる光吸収層3、光吸収層3と逆の伝導型である半導
体層4および透明電極層5から構成されている。また、
図2は本発明の光起電力装置の他の例を模式的に示す断
面図であり、非晶質合金薄帯(基体と導電層を兼ねる)
2A、I−III−VI2族化合物半導体からなる光吸
収層3、光吸収層3と逆の伝導型である半導体層4およ
び透明電極層5から構成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view schematically showing an example of a photovoltaic device according to the present invention, in which a substrate 1, a conductive layer 2 made of an amorphous alloy, and a light absorbing layer 3 made of an I-III-VI group 2 compound semiconductor are shown. , A semiconductor layer 4 having a conductivity type opposite to that of the light absorption layer 3 and a transparent electrode layer 5. Also,
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing another example of the photovoltaic device of the present invention, and is a thin amorphous alloy ribbon (also serving as a base and a conductive layer).
2A, and a I-III-VI 2 group compound light absorbing layer 3 made of a semiconductor, the semiconductor layer 4 and the transparent electrode layer 5 is a light-absorbing layer 3 and the opposite conductivity type.

【0029】非晶質合金の結晶化温度は、光吸収層を非
晶質合金からなる導電層2上または非晶質合金薄帯2A
上に形成する際の加熱温度を考慮すると、400℃以上
が好ましく、特に500℃以上が好ましい。これによ
り、I−III−VI2族化合物半導体からなる光吸収
層を導電層上または非晶質合金薄帯上に形成する際にお
ける非晶質合金の結晶化を防ぐことができる。
The crystallization temperature of the amorphous alloy is determined by setting the light absorbing layer on the conductive layer 2 made of the amorphous alloy or the amorphous alloy ribbon 2A.
In consideration of the heating temperature when forming the upper layer, the temperature is preferably 400 ° C. or higher, and particularly preferably 500 ° C. or higher. This can prevent crystallization of the amorphous alloy when forming the light absorption layer made of the I-III-VI group 2 compound semiconductor on the conductive layer or on the amorphous alloy ribbon.

【0030】非晶質合金としては、非結晶化の容易さ、
結晶化温度、経時変化の度合い、導電層としての特性並
びに薄帯としたときの機械的強度などの点から、遷移金
属−非金属系、遷移金属−遷移金属系、典型金属−典型
金属系など種々のものが挙げられるが、Fe、Co、N
i、Cr、Cu、Pdの1種〜6種を含む遷移金属及び
その固溶体からなる群から選ばれる少なくとも一つと、
B、C、Si、P、Ge、Ti、Zr、Hf、Nb、T
aの1種〜10種を含む元素及びその固溶体からなる群
から選ばれる少なくとも一つとにより構成されることが
好ましい。
As an amorphous alloy, ease of non-crystallization,
From the viewpoints of crystallization temperature, degree of change over time, characteristics as a conductive layer, and mechanical strength when formed into a ribbon, a transition metal-nonmetal system, a transition metal-transition metal system, a typical metal-typical metal system, etc. There are various types, such as Fe, Co, N
i, at least one selected from the group consisting of a transition metal containing 1 to 6 kinds of Cr, Cu, and Pd and a solid solution thereof;
B, C, Si, P, Ge, Ti, Zr, Hf, Nb, T
It is preferable to be constituted by at least one element selected from the group consisting of an element containing 1 to 10 kinds of a and a solid solution thereof.

【0031】非晶質合金の層或いは薄帯の製造法として
は、液相凝固制御法、気相凝固制御法、固相反応制御
法、溶液中析出制御法、バルク処理法など種々の方法が
あり、いずれの方法を用いてもよい。なお、非晶質合金
薄帯の場合は光起電力装置製造プロセスを考慮すると、
機械的強度および靱性を有していることが必要である。
Various methods such as a liquid phase coagulation control method, a gas phase coagulation control method, a solid phase reaction control method, a precipitation control method in a solution, and a bulk processing method can be used for producing an amorphous alloy layer or ribbon. Yes, any method may be used. In the case of an amorphous alloy ribbon, considering the photovoltaic device manufacturing process,
It is necessary to have mechanical strength and toughness.

【0032】また、非晶質合金からなる導電層2または
非晶質合金薄帯2Aのシート抵抗値は50Ω/□以下が
望ましく、10Ω/□以下がより好ましい。これにより
光キャリアを有効に収集できるので高い光電変換効率が
得られる。ここで、シート抵抗値は、電気抵抗率と膜厚
の関係で変化するが、材料のコストおよび残留応力等を
考慮すると、導電層2の膜厚は10μm以内程度にする
ことが望ましい。これより導電層材料の電気抵抗率とし
ては、5×10-2Ωcm以下が好ましく、特に1×10
-2Ωcm以下が好ましい。
The sheet resistance of the conductive layer 2 made of an amorphous alloy or the amorphous alloy ribbon 2A is preferably 50 Ω / □ or less, more preferably 10 Ω / □ or less. As a result, optical carriers can be effectively collected, so that high photoelectric conversion efficiency can be obtained. Here, the sheet resistance value varies depending on the relationship between the electrical resistivity and the film thickness. However, in consideration of the material cost, residual stress, and the like, it is desirable that the film thickness of the conductive layer 2 be within about 10 μm. From this, the electric resistivity of the conductive layer material is preferably 5 × 10 −2 Ωcm or less, particularly 1 × 10 −2 Ωcm.
-2 Ωcm or less is preferable.

【0033】また、非晶質合金薄帯2Aの場合には、材
料のコストおよび残留応力並びに機械的強度等を考慮す
ると、非晶質合金薄帯2Aの膜厚は100μm以内程度
にすることが望ましい。これより非晶質合金薄帯(基体
と導電層を兼ねる)材料の電気抵抗率としては、5×1
-1Ωcm以下が好ましく、特に1×10-1Ωcm以下
が好ましい。
In the case of the amorphous alloy ribbon 2A, the film thickness of the amorphous alloy ribbon 2A should be within about 100 μm in consideration of the material cost, residual stress, mechanical strength, and the like. desirable. From this, the electrical resistivity of the amorphous alloy ribbon (which also serves as the base and the conductive layer) is 5 × 1
It is preferably 0 -1 Ωcm or less, particularly preferably 1 × 10 -1 Ωcm or less.

【0034】続いて、導電層2上または非晶質合金薄帯
2A上にI−III−VI2族化合物半導体からなる光
吸収層3を、多源同時蒸着法、常圧または減圧気相硫化
(セレン化)法などにより形成する。多源同時蒸着法
は、I族、III族、VI族元素を別々の蒸発源から同
時に蒸発させて、上方に設置された導電層2を有する基
板(300〜500℃に加熱)上または非晶質合金薄帯
2A(300〜500℃に加熱)上で所望の組成の化合
物を得る方法である。この場合、各元素の蒸発速度を厳
密にコントロールする必要がある。
[0034] Subsequently, the light absorbing layer 3 made of I-III-VI 2 group compound semiconductor on the conductive layer 2 or on the amorphous alloy thin strip 2A, the multi-source coevaporation, normal or reduced pressure vapor sulfide (Selenization) method or the like. In the multi-source simultaneous vapor deposition method, the group I, group III, and group VI elements are simultaneously evaporated from separate evaporation sources, and are deposited on a substrate having a conductive layer 2 disposed thereon (heated to 300 to 500 ° C.) or in an amorphous state. In this method, a compound having a desired composition is obtained on the thin alloy ribbon 2A (heated to 300 to 500 ° C.). In this case, it is necessary to strictly control the evaporation rate of each element.

【0035】気相硫化(セレン化)法は、I族およびI
II族元素からなる積層膜あるいは混合膜を真空蒸着
法、スパッタリング法などで導電層2を有する基板上ま
たは非晶質合金薄帯2A上に形成した後、SあるいはS
eを含む雰囲気、例えば不活性ガスで希釈したH2Sあ
るいはH2Seガス中(常圧あるいは減圧)で400〜
600℃に加熱して化合物を得る方法であり、この方法
は光吸収層の大面積化、量産化が容易である点から好ま
しい。I−III−VI2族化合物半導体からなる光吸
収層3の膜厚としては、0.5〜5μmが適切である。
The gas-phase sulfurization (selenization) method comprises a group I and
After forming a laminated film or a mixed film made of a group II element on a substrate having the conductive layer 2 or on the amorphous alloy ribbon 2A by a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like, S or S
atmosphere containing e, for example, H 2 S or H 2 Se gas diluted with an inert gas 400 at (normal pressure or reduced pressure)
This is a method of obtaining a compound by heating to 600 ° C., and this method is preferable in that the area of the light absorption layer can be increased and mass production can be easily performed. The appropriate thickness of the light absorption layer 3 made of the I-III-VI group 2 compound semiconductor is 0.5 to 5 μm.

【0036】このI−III−VI2化合物半導体を構
成する元素としては、I族元素としてCu、Ag、II
I族元素としてIn、Ga、Al、VI族元素としてS
e、Sから各々1種類以上を選択することが適切であ
る。
Elements constituting the I-III-VI 2 compound semiconductor include Cu, Ag, and II as Group I elements.
In, Ga, Al as Group I element, S as Group VI element
It is appropriate to select one or more types each from e and S.

【0037】I−III−VI2族化合物半導体からな
る光吸収層に接して該層より光入射側に設けられる半導
体材料層(光吸収層と逆の伝導型である半導体材料層)
の材料としてはI−III−VI2族化合物半導体と同
一の化合物半導体を用いること(ホモ接合)もできる
が、それよりバンドギャップの大きい半導体を用いるこ
とが、窓効果によって短波長領域の光をより多く光吸収
層に取り込むことができる点、すなわち短波長感度を向
上させる点から望ましい。さらには、半導体材料層を半
導体層(光吸収層と逆の伝導型である半導体層)4とそ
の上の透明電極層(例えば縮退したn型半導体層)5の
積層として形成することが、接合特性を良好とする点か
ら望ましい。
A semiconductor material layer (a semiconductor material layer having a conductivity type opposite to that of the light absorption layer) provided in contact with the light absorption layer made of the I-III-VI group 2 compound semiconductor and on the light incident side of the layer.
As a material for (1), the same compound semiconductor as the I-III-VI group 2 compound semiconductor can be used (homojunction), but a semiconductor having a larger band gap can be used to reduce light in a short wavelength region by a window effect. It is desirable from the viewpoint that more light can be taken into the light absorbing layer, that is, from the viewpoint of improving short-wavelength sensitivity. Further, the semiconductor material layer is formed as a laminate of a semiconductor layer (semiconductor layer having a conductivity type opposite to that of the light absorption layer) 4 and a transparent electrode layer (for example, a degenerated n-type semiconductor layer) 5 thereon. This is desirable from the viewpoint of improving the characteristics.

【0038】半導体層4は、例えば溶液成長法、MOC
VD法等により、ZnSe、ZnS、ZnOまたはこれ
らの混晶を膜厚10〜200nmに堆積して形成し、透
明電極層5は、例えばスパッタリング法、イオンプレー
ティング法、真空蒸着法、MOCVD法等によりIT
O、ZnO:Al等を膜厚0.1〜2μmに堆積して形
成することができる。
The semiconductor layer 4 is formed, for example, by a solution growth method, MOC
The transparent electrode layer 5 is formed by depositing ZnSe, ZnS, ZnO or a mixed crystal thereof to a film thickness of 10 to 200 nm by a VD method or the like. By IT
It can be formed by depositing O, ZnO: Al or the like to a thickness of 0.1 to 2 μm.

【0039】[0039]

【実施例】以下に本発明を実施例により説明する。EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples.

【0040】実施例1 ガラス基板上に導電層として膜厚lμmのFe4.5Ni
2.3Co66Nb2.2Si1015を複合ターゲットを用いて
スパッタリング法により堆積した。この導電層は、X線
回折および電子線回折測定の結果、非晶質であることを
確認した。なお、電子顕微鏡内加熱ステージ上で上記導
電層を加熱し、in−situで結晶化温度を測定した
結果、550℃であった。
Example 1 A 1 μm-thick Fe 4.5 Ni film was formed as a conductive layer on a glass substrate.
2.3 Co 66 Nb 2.2 Si 10 B 15 was deposited by a sputtering method using a composite target. As a result of X-ray diffraction and electron beam diffraction measurements, this conductive layer was confirmed to be amorphous. The above-mentioned conductive layer was heated on a heating stage in an electron microscope, and the crystallization temperature was measured in-situ.

【0041】ついで、CuターゲットとInターゲット
を用いて、スパッタリング法により導電層上にCu/I
nの積層膜を堆積し、これをArで希釈した減圧H2
ガス中で400℃に加熱することにより、膜厚2μmの
p型I−III−VI2族化合物半導体(CuInS2
からなる光吸収層を形成した。上記CuInS2からな
る光吸収層は、X線回折の結果、(112)面に優先配
向していたが、それ以外の面からの回折線も観測され
た。2番目に強度の大きかった(204)面からの回折
線との強度比は、28.0で極めて強く配向しているこ
とがわかった。
Next, using a Cu target and an In target, a Cu / I
n laminated film is deposited, and this is reduced in pressure H 2 S diluted with Ar.
By heating to 400 ° C. in a gas, a 2 μm-thick p-type I-III-VI group 2 compound semiconductor (CuInS 2 )
Was formed. As a result of X-ray diffraction, the light absorption layer made of CuInS 2 was preferentially oriented to the (112) plane, but diffraction lines from other planes were also observed. The intensity ratio to the diffraction line from the (204) plane, which had the second highest intensity, was 28.0, indicating that the orientation was extremely strong.

【0042】次に、p型I−III−VI2族化合物半
導体(CuInS2)からなる光吸収層上に、n型半導
体層として、膜厚100nmのZnO−ZnS混晶膜を
MOCVD法を用いて堆積した。続いて、透明電極層と
して膜厚500nmのITO膜をスパッタリング法を用
いて堆積し光起電力装置を得た。この光起電力装置の光
電変換効率は、11.2%(AM1.5、100mW/
cm2)であった。
Next, a 100 nm-thick ZnO-ZnS mixed crystal film as an n-type semiconductor layer was formed on the light absorbing layer made of a p-type I-III-VI group 2 compound semiconductor (CuInS 2 ) by MOCVD. Deposited. Subsequently, a 500 nm-thick ITO film was deposited as a transparent electrode layer by a sputtering method to obtain a photovoltaic device. The photoelectric conversion efficiency of this photovoltaic device is 11.2% (AM1.5, 100 mW /
cm 2 ).

【0043】比較例1 導電層として膜厚lμmのMo(結晶層)を形成した以
外は実施例1と同様にして導電層上にp型I−III−
VI2族化合物半導体(CuInS2)からなる光吸収層
を形成した。上記CuInS2からなる光吸収層は、X
線回折の結果、(112)面に優先配向していたが、そ
れ以外の面からの回折線も観測された。2番目に強度の
大きかった(204)面からの回折線との強度比は、
5.2であり実施例1と比べて遥かに小さく、配向が弱
いことがわかった。次に、p型I−III−VI2族化
合物半導体(CuInS2)からなる光吸収層上に、n
型半導体層として、膜厚100nmのZnO−ZnS混
晶膜をMOCVD法を用いて堆積した。続いて、透明電
極層として膜厚500nmのITO膜をスパッタリング
法を用いて堆積し光起電力装置を得た。この光起電力装
置の光電変換効率は、8.8%(AM1.5、100m
W/cm2)であり、実施例1の光起電力装置の光電変
換効率に比べて、約27%劣っていた。
Comparative Example 1 A p-type I-III- was formed on a conductive layer in the same manner as in Example 1 except that a 1 μm-thick Mo (crystal layer) was formed as a conductive layer.
A light absorption layer made of a VI 2 group compound semiconductor (CuInS 2 ) was formed. The light absorbing layer made of CuInS 2 is X
As a result of the line diffraction, it was preferentially oriented to the (112) plane, but diffraction lines from other planes were also observed. The intensity ratio with the diffraction line from the (204) plane, which has the second highest intensity, is
It was 5.2, which was much smaller than that of Example 1, indicating that the orientation was weak. Next, n is formed on the light absorption layer made of a p-type I-III-VI 2 group compound semiconductor (CuInS 2 ).
As a type semiconductor layer, a ZnO-ZnS mixed crystal film having a thickness of 100 nm was deposited by MOCVD. Subsequently, a 500 nm-thick ITO film was deposited as a transparent electrode layer by a sputtering method to obtain a photovoltaic device. The photoelectric conversion efficiency of this photovoltaic device is 8.8% (AM 1.5, 100 m
W / cm 2 ), which is about 27% lower than the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic device of Example 1.

【0044】実施例2 非晶質合金薄帯として、液体急冷法によりFe63Ni16
Si814薄帯(膜厚30μm)を作製した。X線回折
及び電子線回折測定の結果、この薄帯は非晶質であるこ
とを確認した。なお、電子顕微鏡内加熱ステージ上で上
記非晶質合金薄帯を加熱し、in−situで結晶化温
度を測定した結果、470℃であった。次に、上記薄帯
上にCuターゲットとInターゲットを用いて、スパッ
タリング法によりCu/Inの積層膜を堆積し、これを
Arで希釈した減圧H2Sガス中で400℃に加熱する
ことにより、膜厚2μmのp型I−III−VI2族化
合物(CuInS2)層からなる光吸収層を形成した。
Example 2 As an amorphous alloy ribbon, Fe 63 Ni 16 was prepared by a liquid quenching method.
A Si 8 B 14 ribbon (thickness: 30 μm) was prepared. As a result of X-ray diffraction and electron diffraction measurements, it was confirmed that the ribbon was amorphous. The amorphous alloy ribbon was heated on a heating stage in an electron microscope, and the crystallization temperature was measured in-situ. Next, a Cu / In laminated film is deposited on the ribbon by a sputtering method using a Cu target and an In target, and is heated to 400 ° C. in a reduced pressure H 2 S gas diluted with Ar. Then, a light absorption layer made of a p-type I-III-VI 2 group compound (CuInS 2 ) layer having a thickness of 2 μm was formed.

【0045】ついで、上記光吸収層上に、n型半導体層
として、膜厚100nmのZnO−ZnS混晶膜をMO
CVD法を用いて堆積し、続いて、透明電極層として膜
厚500nmのITO膜をスパツタリング法を用いて堆
積して光起電力装置を得た。この光起電力装置の光電変
換効率は、11.2%(AM1.5、100mW/cm
2)であった。
Next, a 100 nm-thick ZnO—ZnS mixed crystal film was formed on the light absorption layer as an n-type semiconductor layer by MO.
A photovoltaic device was obtained by depositing using a CVD method and subsequently depositing an ITO film having a thickness of 500 nm as a transparent electrode layer using a sputtering method. The photoelectric conversion efficiency of this photovoltaic device is 11.2% (AM1.5, 100 mW / cm
2 ).

【0046】なお、この光起電力装置の作製時には、上
記の光吸収層、n型半導体層および透明電極層を非晶質
合金薄帯上に連続的に形成した。比較例1では、通常通
りに各層の試料の交換、装置の排気、各層の製膜を行っ
たが、この場合に比較して、非晶質合金薄帯上に各層を
連続的に形成した場合には、光起電力装置の生産性が向
上し、単位時間にすると約10倍の光起電力装置を作製
することができた。
During the fabrication of this photovoltaic device, the above-mentioned light absorbing layer, n-type semiconductor layer and transparent electrode layer were continuously formed on the amorphous alloy ribbon. In Comparative Example 1, the sample was exchanged for each layer, the device was evacuated, and each layer was formed as usual. However, in comparison with this case, each layer was continuously formed on the amorphous alloy ribbon. In this case, the productivity of the photovoltaic device was improved, and the photovoltaic device could be manufactured about 10 times in a unit time.

【0047】実施例3 ガラス基板上に導電層として膜厚1μmのFe78Si10
12を複合ターゲットを用いてスパッタリング法にて堆
積した。この導電層は、X線回折及び電子線回折測定の
結果、非晶質であることを確認した。なお、実施例1と
同様にして結晶化温度を測定した結果、結晶化温度は4
80℃であった。ついで、CuターゲットとInターゲ
ットを用いて、スパッタリング法により導電層上にCu
/Inの積層膜を堆積し、これをArで希釈した減圧H
2Sガス中で400℃に加熱することにより、膜厚2μ
mのp型I−III−VI2族化合物半導体(CuIn
2)からなる光吸収層を形成した。
Example 3 A 1 μm-thick Fe 78 Si 10 film was formed as a conductive layer on a glass substrate.
The B 12 was deposited by a sputtering method using a composite target. As a result of X-ray diffraction and electron beam diffraction measurements, this conductive layer was confirmed to be amorphous. In addition, as a result of measuring the crystallization temperature in the same manner as in Example 1, the crystallization temperature was 4
80 ° C. Next, using a Cu target and an In target, Cu is deposited on the conductive layer by a sputtering method.
/ In is deposited and reduced pressure H diluted with Ar
By heating to 400 ° C in 2 S gas, the film thickness becomes 2μ.
m p-type I-III-VI group 2 compound semiconductor (CuIn
A light absorbing layer made of S 2 ) was formed.

【0048】次に、p型I−III−VI2族化合物半
導体(CuInS2)からなる光吸収層上に、n型半導
体層として、膜厚100nmのZnO−ZnS混晶膜を
MOCVD法を用いて堆積した。続いて、透明電極層と
して膜厚500nmのITO膜をスパッタリング法を用
いて堆積し光起電力装置を得た。この光起電力装置の光
電変換効率は、11.0〜11.5%(AM1.5、1
00mW/cm2)であった。なお、この光起電力装置
の作製においては、通常通りに各層の試料の交換、装置
の排気、各層の製膜を行った。
Next, a 100 nm-thick ZnO-ZnS mixed crystal film as a n-type semiconductor layer was formed on the light absorbing layer made of a p-type I-III-VI group 2 compound semiconductor (CuInS 2 ) by MOCVD. Deposited. Subsequently, a 500 nm-thick ITO film was deposited as a transparent electrode layer by a sputtering method to obtain a photovoltaic device. The photoelectric conversion efficiency of this photovoltaic device is 11.0 to 11.5% (AM 1.5, 1
00 mW / cm 2 ). In the production of this photovoltaic device, the samples in each layer were exchanged, the device was evacuated, and the layers were formed as usual.

【0049】実施例4 非晶質合金薄帯として、液体急冷法によりFe78Si10
12薄帯(膜厚30μm)を作製した。X線回折及び電
子線回折測定の結果、この薄帯は非晶質であることを確
認した。なお、実施例2と同様にして結晶化温度を測定
した結果、上記薄帯の結晶化温度は480℃であった。
次に、上記簿帯上にCuターゲットとInターゲットを
用いて、スパッタリング法によりCu/Inの積層膜を
堆積し、これをArで希釈した減圧H2Sガス中で40
0℃に加熱することにより、膜厚2μmのp型I−II
I−VI2族化合物(CuInS2)層からなる光吸収層
を形成した。
Example 4 As an amorphous alloy ribbon, Fe 78 Si 10 was formed by a liquid quenching method.
B 12 ribbons (film thickness 30μm) were prepared. As a result of X-ray diffraction and electron diffraction measurements, it was confirmed that the ribbon was amorphous. As a result of measuring the crystallization temperature in the same manner as in Example 2, the crystallization temperature of the ribbon was 480 ° C.
Then, on the book band using Cu target and In targets, to deposit a laminated film of Cu / In by sputtering, which under reduced H 2 S gas diluted with Ar 40
By heating to 0 ° C., a 2 μm-thick p-type I-II
A light absorbing layer composed of an I-VI 2 group compound (CuInS 2 ) layer was formed.

【0050】ついで、上記光吸収層上に、n型半導体層
として、膜厚100nmのZnO−ZnS混晶膜をMO
CVD法を用いて堆積し、続いて、透明電極層として膜
厚500nmのITO膜をスパツタリング法を用いて堆
積して光起電力装置を得た。この光起電力装置の光電変
換効率は、11.0〜11.5%(AM1.5、100
mW/cm2)であった。なお、この光起電力装置の作
製時には、上記の光吸収層、n型半導体層および透明電
極層を非晶質合金薄帯上に連続的に形成した。この場合
は、上記実施例3の場合に比較して、光起電力装置の生
産性が向上し、単位時間にすると約10倍の光起電力装
置を作製することができた。
Next, a 100 nm-thick ZnO—ZnS mixed crystal film was formed on the light absorbing layer as an n-type semiconductor layer by MO.
A photovoltaic device was obtained by depositing using a CVD method and subsequently depositing an ITO film having a thickness of 500 nm as a transparent electrode layer using a sputtering method. The photoelectric conversion efficiency of this photovoltaic device is 11.0 to 11.5% (AM 1.5, 100
mW / cm 2 ). During the production of this photovoltaic device, the above-mentioned light absorbing layer, n-type semiconductor layer and transparent electrode layer were continuously formed on the amorphous alloy ribbon. In this case, the productivity of the photovoltaic device was improved as compared with the case of Example 3 described above, and a photovoltaic device approximately 10 times as large as the unit time could be manufactured.

【0051】実施例5 非晶質合金薄帯として、液体急冷法により作製したFe
8614薄帯を使用した以外は実施例2と同様にして薄帯
上にp型I−III−VI2族化合物半導体(CuIn
2)からなる光吸収層を形成した。なお、X線回折お
よび電子線回折測定の結果、上記薄帯は非晶質であるこ
と確認した。また、実施例2と同様にして結晶化温度を
測定した結果、上記薄帯の結晶化温度は340℃であっ
た。また、上記CuInS2からなる光吸収層は、X線
回折の結果、(112)面に優先配向していたが、(2
04)面からの回折線との強度比は6.5で実施例1と
比べて小さく配向が弱いことがわかった。
Example 5 As an amorphous alloy ribbon, Fe produced by a liquid quenching method was used.
86 B 14 p-type I-III-VI 2 group except for using the ribbons in the same manner as in Example 2 on the thin strip compound semiconductor (CuIn
A light absorbing layer made of S 2 ) was formed. As a result of X-ray diffraction and electron beam diffraction measurements, it was confirmed that the ribbon was amorphous. The crystallization temperature was measured in the same manner as in Example 2. As a result, the crystallization temperature of the ribbon was 340 ° C. Further, as a result of X-ray diffraction, the light absorption layer made of CuInS 2 was preferentially oriented to the (112) plane.
The intensity ratio with respect to the diffraction line from the (04) plane was 6.5, which was smaller than that of Example 1 and the orientation was weak.

【0052】次に、p型I−III−VI2族化合物半
導体(CuInS2)からなる光吸収層上に、n型半導
体層として、膜厚100nmのZnO−ZnS混晶膜を
MOCVD法を用いて堆積した。続いて、透明電極層と
して膜厚500nmのITO膜をスパッタリング法を用
いて堆積し光起電力装置を得た。この光起電力装置の光
電変換効率は、9.1%(AM1.5、100mW/c
2)であった。非晶質合金の結晶化温度が400℃以
上である実施例1などの場合に比べると光電変換効率が
劣っていた。
Next, a 100 nm-thick ZnO-ZnS mixed crystal film as an n-type semiconductor layer was formed on the light absorbing layer made of a p-type I-III-VI group 2 compound semiconductor (CuInS 2 ) by MOCVD. Deposited. Subsequently, a 500 nm-thick ITO film was deposited as a transparent electrode layer by a sputtering method to obtain a photovoltaic device. The photoelectric conversion efficiency of this photovoltaic device is 9.1% (AM 1.5, 100 mW / c
m 2 ). The photoelectric conversion efficiency was inferior to the case of Example 1 where the crystallization temperature of the amorphous alloy was 400 ° C. or higher.

【0053】また、実施例2と同様にして非晶質合金薄
帯上にp型I−III−VI2族化合物半導体(CuI
nS2)からなる光吸収層を連続的に形成したところ、
その形成中に非晶質合金薄帯に割れが発生した。割れが
発生した非晶質合金薄帯を、再度、X線回折により測定
した結果、結晶化が生じていた。
In the same manner as in Example 2, a p-type I-III-VI group 2 compound semiconductor (CuI
When a light absorbing layer made of nS 2 ) was continuously formed,
During the formation, cracks occurred in the amorphous alloy ribbon. As a result of again measuring the cracked amorphous alloy ribbon by X-ray diffraction, crystallization occurred.

【0054】[0054]

【発明の効果】請求項1の光起電力装置によれば、I−
III−VI2族化合物の配向性が高くなり、光吸収層
における結晶欠陥が少なくなることにより光キャリアの
拡散長が長くなるため、高い光電変換効率が得られる。
請求項2の光起電力装置によれば、光起電力装置の構成
材料を削減することができ、また連続的に光起電力装置
を作製することが可能となり、高い光電変換効率を有す
る光起電力装置のコストを削減することができ、また生
産性の向上を図ることができる。
According to the photovoltaic device of the first aspect, I-
Since the orientation of the III-VI group 2 compound is increased and the crystal defects in the light absorbing layer are reduced, the diffusion length of the photocarrier is increased, so that high photoelectric conversion efficiency is obtained.
According to the photovoltaic device of the second aspect, the constituent materials of the photovoltaic device can be reduced, and the photovoltaic device can be manufactured continuously, and the photovoltaic device having high photoelectric conversion efficiency can be obtained. The cost of the power device can be reduced, and the productivity can be improved.

【0055】請求項3および4の光起電力装置によれ
ば、非晶質合金の結晶化を抑制することができ、I−I
II−VI2族化合物の配向性が高くなり、光吸収層に
おける結晶欠陥が少なくなることにより光キャリアの拡
散長が長くなるため、より高い光電変換効率が得られ
る。請求項5の光起電力装置によれば、光キャリアを有
効に収集できるため、高い光電変換効率が得られる。請
求項6の光起電力装置によれば、短波長感度が向上し、
高い光電変換効率が得られる。請求項7の光起電力装置
によれば、光吸収層とそれに接する層の接合特性が良好
となるので、高い光電変換効率が得られる。
According to the photovoltaic devices of the third and fourth aspects, crystallization of the amorphous alloy can be suppressed, and II
Orientation increases the II-VI 2 group compound, since the diffusion length of photocarriers is lengthened by crystal defects in the light absorbing layer is reduced, a higher photoelectric conversion efficiency can be obtained. According to the photovoltaic device of the fifth aspect, since the optical carriers can be effectively collected, high photoelectric conversion efficiency can be obtained. According to the photovoltaic device of claim 6, the short wavelength sensitivity is improved,
High photoelectric conversion efficiency can be obtained. According to the photovoltaic device of the seventh aspect, the junction characteristics between the light absorbing layer and the layer in contact with the light absorbing layer are improved, so that high photoelectric conversion efficiency can be obtained.

【0056】請求項8の光起電力装置によれば、高い光
電変換効率が得られると共に有害物質を含まないため、
安全性の高い光起電力装置が得られる。請求項9の光起
電力装置の製造方法によれば、大面積を有する光吸収層
を大量に製造することが可能となり、光起電力装置の製
造コストを低減することができる。請求項10または1
1の光起電力装置の製造方法によれば、光起電力装置を
連続的に作製することができ、光起電力装置の生産性を
向上させることができる。
According to the photovoltaic device of the eighth aspect, since high photoelectric conversion efficiency is obtained and no harmful substances are contained,
A highly safe photovoltaic device can be obtained. According to the method of manufacturing a photovoltaic device according to the ninth aspect, it is possible to manufacture a large amount of a light absorbing layer having a large area, and to reduce the manufacturing cost of the photovoltaic device. Claim 10 or 1
According to the method for manufacturing a photovoltaic device, the photovoltaic device can be manufactured continuously, and the productivity of the photovoltaic device can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の光起電力装置の一例を模式的に示す断
面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing one example of a photovoltaic device of the present invention.

【図2】本発明の光起電力装置の他の例を模式的に示す
断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing another example of the photovoltaic device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 非晶質合金からなる導電層 2A 非晶質合金薄帯(基体と導電層を兼ねる) 3 I−III−VI2族化合物半導体からなる光吸
収層 4 半導体層 5 透明電極層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Conductive layer made of amorphous alloy 2A Amorphous alloy ribbon (also serving as base and conductive layer) 3 Light absorbing layer made of I-III-VI group 2 compound semiconductor 4 Semiconductor layer 5 Transparent electrode layer

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 I−III−VI2族化合物半導体から
なる光吸収層およびその光吸収層に接して光の入射側の
反対側に形成された導電層を有する光起電力装置におい
て、該導電層が非晶質合金からなることを特徴とする光
起電力装置。
1. A photovoltaic device having a I-III-VI 2 group compound of semiconductor optical absorption layer and a conductive layer formed on the opposite side of the light incident side in contact with the light-absorbing layer, conductive A photovoltaic device wherein the layer comprises an amorphous alloy.
【請求項2】 I−III−VI2族化合物半導体から
なる光吸収層およびその光吸収層に接して光の入射側の
反対側に形成された導電層を有する光起電力装置におい
て、該導電層が基体を兼ねる非晶質合金薄帯であること
を特徴とする光起電力装置。
2. A photovoltaic device comprising: a light absorbing layer made of a group I-III-VI group 2 compound semiconductor; and a conductive layer formed in contact with the light absorbing layer and on a side opposite to a light incident side. A photovoltaic device, wherein the layer is an amorphous alloy ribbon also serving as a substrate.
【請求項3】 非晶質合金の結晶化温度が400℃以上
であることを特徴とする請求項1または2記載の光起電
力装置。
3. The photovoltaic device according to claim 1, wherein the crystallization temperature of the amorphous alloy is 400 ° C. or higher.
【請求項4】 非晶質合金が、Fe、Co、Ni、C
r、Cu、Pdの1種〜6種を含む遷移金属及びその固
溶体からなる群から選ばれる少なくとも一つと、B、
C、Si、P、Ge、Ti、Zr、Hf、Nb、Taの
1種〜10種を含む元素及びその固溶体からなる群から
選ばれる少なくとも一つとにより構成されていることを
特徴とする請求項1、2または3記載の光起電力装置。
4. An amorphous alloy comprising Fe, Co, Ni, C
at least one selected from the group consisting of transition metals containing 1 to 6 kinds of r, Cu, and Pd and solid solutions thereof;
It is constituted by at least one element selected from the group consisting of elements including one to ten kinds of C, Si, P, Ge, Ti, Zr, Hf, Nb and Ta and solid solutions thereof. 4. The photovoltaic device according to 1, 2, or 3.
【請求項5】 導電層のシート抵抗値が50Ω/□以下
であることを特徴とする請求項1、2、3または4記載
の光起電力装置。
5. The photovoltaic device according to claim 1, wherein the sheet resistance value of the conductive layer is 50 Ω / □ or less.
【請求項6】 光吸収層に接して光の入射側に、該光吸
収層よりバンドギャップの大きい半導体材料層を有する
ことを特徴とする請求項1、2、3、4または5記載の
光起電力装置。
6. The light according to claim 1, further comprising a semiconductor material layer having a larger band gap than the light absorbing layer on a light incident side in contact with the light absorbing layer. Electromotive device.
【請求項7】 半導体材料層が光吸収層と接合する半導
体層と、その半導体層に接して光の入射側に形成された
透明電極層とからなることを特徴とする請求項6記載の
光起電力装置。
7. The light according to claim 6, wherein the semiconductor material layer comprises a semiconductor layer joined to the light absorbing layer, and a transparent electrode layer formed on the light incident side in contact with the semiconductor layer. Electromotive device.
【請求項8】 光吸収層と接合する半導体材料層が、少
なくともZnS、ZnSe、ZnOおよびこれらの混晶
よりなる群より選択されたものを含有して構成されてい
ることを特徴とする請求項6または7記載の光起電力装
置。
8. The semiconductor material layer to be joined to the light absorbing layer is characterized by containing at least one selected from the group consisting of ZnS, ZnSe, ZnO and a mixed crystal thereof. 8. The photovoltaic device according to 6 or 7.
【請求項9】 I−III−VI2族化合物半導体から
なる光吸収層およびその光吸収層に接して光の入射側の
反対側に形成された導電層を有する光起電力装置の製造
方法において、I族およびIII族元素を含む層を少な
くともVI族元素を含む雰囲気中で加熱することによっ
て光吸収層を非晶質合金からなる導電層上に形成するこ
とを特徴とする光起電力装置の製造方法。
9. The manufacturing method of I-III-VI 2 group compound semiconductor light-absorbing layer and its contact with the light absorbing layer photovoltaic device having a conductive layer formed on the opposite side of the light incident side consisting of Forming a light absorbing layer on a conductive layer made of an amorphous alloy by heating a layer containing Group I and Group III elements in an atmosphere containing at least Group VI element. Production method.
【請求項10】 I−III−VI2族化合物半導体か
らなる光吸収層およびその光吸収層に接して光の入射側
の反対側に形成された導電層を有する光起電力装置の製
造方法において、非晶質合金薄帯上にI−III−VI
2族化合物半導体からなる光吸収層を連続的に形成する
ことを特徴とする光起電力装置の製造方法。
10. A method of manufacturing a I-III-VI 2 group compound semiconductor light-absorbing layer and its contact with the light absorbing layer photovoltaic device having a conductive layer formed on the opposite side of the light incident side consisting of I-III-VI on amorphous alloy ribbon
A method for manufacturing a photovoltaic device, comprising continuously forming a light absorption layer made of a Group 2 compound semiconductor.
【請求項11】 I−III−VI2族化合物半導体か
らなる光吸収層およびその光吸収層に接して光の入射側
の反対側に形成された導電層を有する光起電力装置の製
造方法において、非晶質合金薄帯上にI−III−VI
2族化合物半導体からなる光吸収層、該光吸収層と接合
する半導体層、及び該半導体層に接する透明電極層を連
続的に形成することを特徴とする光起電力装置の製造方
法。
11. A method for manufacturing a photovoltaic device having a light absorbing layer made of a group I-III-VI Group 2 compound semiconductor and a conductive layer formed in contact with the light absorbing layer and on a side opposite to a light incident side. I-III-VI on amorphous alloy ribbon
A method for manufacturing a photovoltaic device, comprising continuously forming a light absorbing layer made of a Group 2 compound semiconductor, a semiconductor layer joined to the light absorbing layer, and a transparent electrode layer in contact with the semiconductor layer.
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