DE10010177A1

DE10010177A1 - Solarzelle

Info

Publication number: DE10010177A1
Application number: DE10010177A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Negami; Yasuhiro Hashimoto; Shigeo Hayashi
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1999-03-05
Filing date: 2000-03-02
Publication date: 2000-09-14
Anticipated expiration: 2020-03-03
Also published as: DE10010177B4; DE10066271B4; US6259016B1; DE10066271B8

Abstract

Die vorliegende Erfindung enthält ein Substrat 11, einen unteren Elektrodenfilm 12, eine p-Halbleiterschicht 13 (eine zweite Halbleiterschicht), eine n-Halbleiterschicht 14 (eine erste Halbleiterschicht), einen oberen Elektrodenfilm 15 und einen Antireflexionsfilm 16, welche nacheinander auf dem Substrat 11 in dieser Reihenfolge aufeinandergeschichtet sind, und eine auf dem oberen Elektrodenfilm 15 ausgebildete Verbindungselektrode 17. Die Halbleiterschicht 13 ist frei von Cd, und die Halbleiterschicht 14 ist eine Lichtabsorptionsschicht. Der Bandabstand Eg¶1¶ der Halbleiterschicht 14 und der Bandabstand Eg¶2¶ der Halbleiterschicht 13 genügen einer Beziehung: Eg¶1¶ > Eg¶2¶. Die Elektronenaffinität chi¶1¶ (eV) der Halbleiterschicht 14 und eine Elektronenaffinität chi¶2¶ (eV) der Halbleiterschicht 13 genügen einer Beziehung: 0 (chi¶2¶ - chi¶1¶) < 0,5.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Solarzelle, ins besondere eine Solarzelle, welche eine Verbindungshalbleiter schicht enthält, die mindestens ein Element von jeder von den Gruppen Ib, IIIb und VIb als Lichtabsorptiorisschicht auf weist.

CuInSe₂ und Cu(In,Ga)Se₂ sind Verbindungshalbleiter (mit einer Chalkopyritstruktur) welche mindestens ein Element von jeder von den Gruppen Ib, IIIb und VIb aufweisen. Dünnfilm- Solarzellen, welche einen CuInSe₂-Film (nachstehend auch als CIS-Film bezeichnet) oder einen Cu(In,Ga)Se₂-Film (nachste hend auch als CIGS-Film bezeichnet) verwenden, besitzen einen hohen Energieumwandlungswirkungsgrad, welcher sich durch Be strahlung oder dergleichen nicht verschlechtert. Daher hat ein derartiger Dünnfilm Aufmerksamkeit gefunden.

In der Solarzelle kann theoretisch der höchste Umwand lungswirkungsgrad erzielt werden, wenn der Bandabstand der Lichtabsorptionsschicht in dem Bereich von 1,4 bis 1,5 eV liegt. Im Falle der einen CIGS-Film enthaltenden Solarzelle ist eine Steuerung des Bandabstandes durch Veränderung des Verhältnisses von Ga zu In möglich. Wenn das Verhältnis Ga/(Ga+In) in Anzahl der Atome in dem Bereich von 0,5 bis 0,8 liegt, beträgt der Bandabstand 1,4 bis 1,5 eV.

In den derzeitigen CIGS-Solarzellen kann jedoch der höch ste Umwandlungswirkungsgrad erzielt werden, wenn der Bandab stand des CIGS-Films in dem Bereich von 1,2 bis 1,3 eV liegt (was dem Bereich des Verhältnisse Ga/(Ga+In) in Anzahl der Atome in dem Bereich von 0,2 bis 0,3 entspricht). In der der zeitigen Solarzelle wird im Gegensatz zur Theorie sogar dann, wenn der Bandabstand durch Erhöhung der Ga-Konzentration ver breitert wird, der Umwandlungswirkungsgrad verringert.

Die CIGS-Solarzelle mit hohem Umwandlungswirkungsgrad, von der berichtet wurde, weist einen Heteroübergang aus einem CdS-Film als Fensterschicht und einen CIGS-Film als Lichtab sorptionsschicht auf. Andererseits hat in den letzten Jahren eine CIGS-Solarzelle ohne CdS aus Umweltgründen Beachtung ge funden. Demzufolge wurde von mehreren CIGS-Solarzellen be richtet, welche auf ZnO basierende Halbleiter als Fenster schicht anstelle von CdS verwenden. Diese Zellen weisen je doch einen niedrigeren Umwandlungswirkungsgrad als den von Zellen auf, die den CdS-Film aufweisen. Wenn ein auf ZnO ba sierender Halbleiter als Fensterschicht verwendet wird, ist insbesondere die Leerlaufspannung niedrig.

Daher ist in Erinnerung an das Vorstehende eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Solarzelle bereitzustellen, die keinen CdS-Film in der einen pn-Übergang ausbildenden Halbleiterschicht aufweist und einen hohen Wirkungsgrad be sitzt.

Zur Lösung der vorstehenden Aufgabe enthält eine erste Solarzelle der vorliegenden Erfindung eine erste Halbleiter schicht, die ein n-Typ ist, und eine zweite Halbleiter schicht, die ein p-Typ ist, wobei die erste und zweite Halb leiterschicht einen pn-Übergang bilden, wobei die erste Halb leiterschicht frei von Cd ist, die zweite Halbleiterschicht eine Lichtabsorptionsschicht ist, der Bandabstand Eg₁ der er sten Halbleiterschicht und der Bandabstand der zweiten Halb leiterschicht Eg₂ der Beziehung: Eg₁ < Eg₂ genügt, und die Elektronenaffinität bzw. Austrittsarbeit χ₁ (eV) der ersten Halbleiterschicht und die Elektronenaffinität χ₂ (ev) der zweiten Halbleiterschicht der Beziehung 0 ≦ (χ₂-χ₁) < 0,5 ge nügen. Diese Ausführungsform stellt eine Solarzelle bereit, die keinen CdS-Film in der einen pn-Übergang bildenden Halb leiterschicht aufweist und einen hohen Wirkungsgrad besitzt.

In der ersten Solarzelle ist es vorzuziehen, daß die er ste Halbleiterschicht näher an der Seite ausgebildet ist, von welcher Licht einfällt, als es die zweite Halbleiterschicht ist. Diese Ausführungsform ermöglicht eine Verringerung des Verlustes des einfallenden Lichts.

Die erste Solarzelle enthält ferner bevorzugt eine dritte Halbleiterschicht zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht, und es ist vorzuziehen, daß der Bandabstand Eg₃ der dritten Halbleiterschicht der Bezie hung Eg₃ < Eg₂ genügt. Diese Ausführungsform stellt eine Solar zelle mit besonders hohem Wirkungsgrad bereit.

In der ersten Solarzelle ist es vorzuziehen, daß die dritte Halbleiterschicht aus einem Halbleiter besteht, der aus der aus einem n-Halbleiter und hochohmigen Halbleiter be stehenden Gruppe ausgewählt wird. Diese Ausführungsform kann die Beschädigung an der zweiten Halbleiterschicht bei dem Herstellungsprozeß der ersten Halbleiterschicht verringern und liefert einen zufriedenstellenden pn-Übergang, so daß ei ne Solarzelle mit einem besonders hohen Wirkungsgrad erhalten werden kann.

In der ersten Solarzelle ist es vorzuziehen, daß die Elektronenaffinität χ₃ (eV) der dritten Halbleiterschicht und die Elektronenaffinität χ₂ (eV) der zweiten Halbleiterschicht der Beziehung: (χ₂-χ₃) ≧ 0,5 genügen, und die Dicke der drit ten Halbleiterschicht nicht mehr als 50 nm beträgt. Diese Ausführungsform stellte eine Solarzelle mit einem hohen Um wandlungswirkungsgrad bereit, da Träger durch die dritte Halbleiterschicht hindurchtunneln und transportiert werden.

In der ersten Solarzelle ist es vorzuziehen, daß die dritte Halbleiterschicht ein Zn und mindestens ein aus der Gruppe IIIb ausgewähltes Element aufweisendes Oxid oder ein Zink und mindestens ein aus der Gruppe IIIb ausgewähltes Ele ment aufweisendes Chalkogenid aufweist.

Die erste Solarzelle enthält ferner bevorzugt eine Isola tionsschicht zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht, und es ist vorzuziehen, daß der Bandabstand Eg_INS der Isolationsschicht und der Bandabstand Eg₂ der Beziehung: Eg_INS < Eg₂ genügt. Diese Ausführungsform stellt eine Solarzelle mit einem besonders hohen Wirkungsgrad bereit.

In der ersten Solarzelle ist es vorzuziehen, daß die Elektronenaffinität χ_INS (eV) der Isolationsschicht und die Elektronenaffinität χ₂ der Beziehung: (χ₂-χ_INS) ≧ 0,5 ge nügt, und die Dicke der Isolationsschicht nicht mehr als 50 nm beträgt. Diese Ausführungsform stellt eine Solarzelle mit einem hohen Umwandlungswirkungsgrad bereit, da Träger durch die dritte Halbleiterschicht hindurchtunneln und transpor tiert werden.

In der ersten Solarzelle ist es vorzuziehen, daß die Iso lationsschicht aus mindestens einem Isolator besteht, der aus Al₂O₃, Ga₂O₃, Si₃N₄, SiO₂, MgF₂ und MgO ausgewählt wird.

In der ersten Solarzelle ist es vorzuziehen, daß die zweite Halbleiterschicht ferner eine n-Halbleiterschicht oder eine hochohmige Halbleiterschicht auf deren Oberfläche auf der Seite der ersten Halbleiterschicht enthält. Diese Ausfüh rungsform stellt eine Solarzelle mit einem hohen Umwandlungs wirkungsgrad bereit, da der pn-Übergang in der zweiten Halb leiterschicht so ausgebildet wird, daß die Defektdichte an der Übergangsschnittstelle verringert werden kann.

In der ersten Solarzelle ist es vorzuziehen, daß die zweite Halbleiterschicht eine Verbindungshalbleiterschicht ist, welche mindestens ein Element aus jeder von den Gruppen Ib, IIIb und VIb enthält. Diese Ausführungsform stellt eine Solarzelle bereit, welche einen Verbindungshalbleiter mit ei ner Chalkopyritstruktur mit geringerer lichtinduzierter Ver schlechterung als Lichtabsorptionsschicht enthält. Durchgän gig durch diese Beschreibung werden die "Gruppen Ib, IIIb, VIb und IIa" als "Gruppen 1B, 3B, 6B und 2A" des Perioden systems der Elemente gemäß der alten IUPAC-Empfehlung vor 1985 bezeichnet.

In der ersten Solarzelle ist es vorzuziehen, daß die er ste Halbleiterschicht aus einer Zn aufweisenden Verbindung besteht. Diese Ausführungsform stellt eine Solarzelle bereit, die in der pn-Übergang bildenden Halbleiterschicht frei von CdS ist, und einen besonders hohen Umwandlungswirkungsgrad aufweist.

In der ersten Solarzelle ist es vorzuziehen, daß die Ver bindung der ersten Halbleiterschicht ein Zn und mindestens ein aus der Gruppe IIa ausgewähltes Element aufweisendes Oxid oder ein Zink und mindestens ein aus der Gruppe IIa ausge wähltes Element aufweisendes Chalkogenid ist.

In der ersten Solarzelle ist es vorzuziehen, daß die er ste Halbleiterschicht ein durch eine allgemeine Formel Zn_1-XA_XO (wobei das Element A mindestens eines aus Be, Mg, Ca, Sr und Ba ausgewähltes ist, und 0 < x < 1 ist) ausgedrücktes Oxid als Hauptkomponente aufweist. Diese Ausführungsform er möglicht die Änderung der Elektronenaffinität, indem die Ele mente A und X in Abhängigkeit von der zweiten Halbleiter schicht geändert werden, und stellt somit eine Solarzelle mit einem besonders hohen Umwandlungswirkungsgrad bereit.

In der ersten Solarzelle ist es vorzuziehen, daß das Ele ment A Mg ist, und X der Beziehung: 0 < X < 0,5 genügt. Diese Ausführungsform stellt eine Solarzelle mit sogar noch besse ren Eigenschaften bereit.

In der ersten Solarzelle ist es vorzuziehen, daß die Ver bindung der ersten Halbleiterschicht ein Zn und mindestens ein aus der Gruppe IIIb ausgewähltes Element aufweisendes Oxid oder ein Zn und mindestens ein aus der Gruppe IIIb aus gewähltes Element aufweisendes Chalkogenid ist. Diese Ausfüh rungsform stellt eine Solarzelle bereit, die in der den pn- Übergang bildenden Halbleiterschicht frei von CdS ist und ei nen besonders hohen Umwandlungswirkungsgrad aufweist.

In der ersten Solarzelle ist es vorzuziehen, daß die Ver bindung der ersten Halbleiterschicht ein durch eine allgemei ne Formel Zn_YB_2-2YO_3-2Y (wobei das Element B mindestens eines aus Al, Ga, In ausgewähltes ist, und 0 < Y < 1 ist) ausge drücktes Oxid als Hauptkomponente aufweist. Diese Ausfüh rungsform ermöglicht die Änderung der Elektronenaffinität, indem die Elemente B und Y in Abhängigkeit von der zweiten Halbleiterschicht geändert werden, und stellt somit eine So larzelle mit einem besonders hohen Umwandlungswirkungsgrad bereit.

Eine zweite Solarzelle enthält eine p-Lichtabsorptions schicht und eine über der Lichtabsorptionsschicht angeordnete n-Halbleiterschicht, wobei die Halbleiterschicht ein durch eine allgemeine Formel Zn_1-ZC_ZO (wobei das Element C minde stens eines aus Be, Mg, Ca, Sr und Ba ist, und 0 < Z < 1 ist) ausgedrücktes Oxid als Hauptkomponente aufweist. In der zwei ten Solarzelle gibt es nur wenige Defekte in der als Fenster schicht funktionierenden Halbleiterschicht, und der Bandab stand der Fensterschicht kann nach Belieben verändert werden, so daß eine Solarzelle mit einem hohen Umwandlungswirkungs grad erzielt werden kann.

In der zweiten Solarzelle ist es vorzuziehen, daß das Element C Mg ist, und daß Z der Beziehung: 0 < Z < 0,5 ge nügt.

Wie vorstehend beschrieben, kann die erste Solarzelle der vorliegenden Erfindung mit einem hohen Umwandlungswirkungs grad bereitgestellt werden, indem die Beziehung bezüglich des Bandabstands und der Elektronenaffinität zwischen der ersten Halbleiterschicht (Fensterschicht) und der zweiten Halblei terschicht (Lichtabsorptionsschicht) definiert wird. Durch Verwenden einer Fensterschicht mit einer Elektronenaffinität in dem vorgenannten Bereich kann die Rekombination an der Übergangsschnittstelle unterdrückt werden, und die Fenster schicht und die Lichtabsorptionsschicht werden nicht zu Bar rieren gegenüber photoangeregten Trägern. Ferner wird die er ste Solarzelle mit einem hohen Umwandlungswirkungsgrad ohne Verwendung von CdS als Fensterschicht bereitgestellt.

Die zweite Solarzelle der vorliegenden Erfindung weist eine durch eine allgemeine Formel Zn_1-ZC_ZO (wobei das Element C mindestens ein aus der aus Be, Mg, Ca, Sr und Ba bestehen den Gruppe ausgewähltes Element ist, und 0 < Z < 1 ist) ausge drücktes Oxid als Hauptkomponente aufweist. Daher gibt es nur wenige Defekte in der Fensterschicht und der Bandabstand und die Elektronenaffinität der Fensterschicht können nach Wunsch verändert werden. Demzufolge kann eine Solarzelle mit hohem Umwandlungswirkungsgrad erzielt werden.

Diese und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann auf diesem Gebiet beim Lesen und ver stehen der nachstehenden detaillierten Beschreibung unter Be zugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht, welche ein Beispiel ei ner Solarzelle der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 2 eine Querschnittsansicht, welche ein weiteres Bei spiel einer Solarzelle der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 3 eine schematische Banddarstellung eines Beispiels der in Fig. 1 dargestellten Solarzelle.

Fig. 4A und 4B schematische Banddarstellungen von Bei spielen herkömmlicher Solarzellen.

Fig. 5 eine Querschnittsansicht, welche ein weiteres Bei spiel einer Solarzelle der vorliegenden Erfindung veranschau licht.

Fig. 6 eine Querschnittsansicht, welche ein weiteres Bei spiel einer Solarzelle der vorliegenden Erfindung veranschau licht.

Fig. 7A einen Graphen, welcher die Kurzschlußstromdichte eines Beispiels der Solarzelle der vorliegenden Erfindung darstellt, und Fig. 7B einen Graphen, welcher deren Leerlauf spannung darstellt.

Fig. 8A einen Graphen, welcher den Füllfaktor eines Bei spiels der Solarzelle der vorliegenden Erfindung darstellt, und Fig. 8B, einen Graphen, welcher dessen Umwandlungswir kungsgrad darstellt.

Fig. 9 einen Graphen, welcher die Beziehung des lichtop tischen Absorptionskoeffizienten und der Photonenenergie in Bezug auf Zn_1-XMg_XO-Filme mit unterschiedlichen Zusammenset zungsverhältnissen darstellt.

Fig. 10 einen Graphen, welcher Änderungen in der Diffe renz zwischen der Elektronenaffinität eines Zn_1-XMg_XO-Films und der Elektronenaffinität eines CIGS-Films darstellt, wenn das Anteilsverhältnis von Mg in dem Zn_1-XMg_XO-Film verändert wird.

Fig. 11 einen Graphen, welcher die Strom/Spannungs-Kenn linie eines Beispiels der Solarzelle der vorliegenden Erfin dung darstellt.

Fig. 12 einen Graphen, welcher Änderungen in dem Umwand lungswirkungsgrad gegenüber Änderungen in dem Mg-Anteilsver hältnis in dem Zn_1-XMg_XO-Film darstellt.

Fig. 13 einen Graphen, welcher Veränderungen in dem nor mierten Umwandlungswirkungsgrad darstellt, wenn ein Wert Y in dem Zn_YB_2-2YO_3-2Y-Film geändert wird.

Fig. 14 einen Graphen, welcher Veränderungen in dem nor mierten Umwandlungswirkungsgrad darstellt, wenn die Dicke ei nes Al₂O₃Films welcher eine Pufferschicht ist, geändert wird.

Fig. 15 einen Graphen, welcher Änderungen in dem normier ten Umwandlungswirkungsgrad darstellt, wenn das Festlösungs verhältnis X eines CuIn(Se_1-XS_X)₂-Films, welcher eine Licht absorptionsschicht ist, verändert wird.

Hierin nachstehend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Ausführungsform 1

In der Ausführungsform 1 wird ein Beispiel einer Solar zelle der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das Beispiel der Solarzelle in der Ausführungsform 1 erzeugt photo voltaische Energie durch Licht, das von der dem Substrat ge genüberliegenden Seite aus einfällt.

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle der Ausführungsform 1. Gemäß Fig. 1 enthält eine Solarzelle 10 der Ausführungsform 1 ein Substrat 11, einen unteren Elektro denfilm 12, eine Halbleiterschicht 13 (eine zweite Halblei terschicht), eine Halbleiterschicht 14 (eine erste Halblei terschicht), einen oberen Elektrodenfilm 15 und einen Antire flexionsfilm 16, welche nacheinander auf dem Substrat 11 in dieser Reihenfolge aufeinandergeschichtet sind, und eine Ver bindungselektrode 17, die auf dem oberen Elektrodenfilm 15 ausgebildet ist. Mit anderen Worten, die Halbleiterschicht 14 ist näher an der Seite vorgesehen, von welcher Licht ein fällt, als es die Halbleiterschicht 13 ist.

Für das Substrat 11 kann beispielsweise Glas, rostfreier Stahl oder ein Polyimidfilm verwendet werden. Für den unteren Elektrodenfilm 12 kann beispielsweise ein Mo aufweisender Me tallfilm verwendet werden.

Die Halbleiterschicht 13 (zweite Halbleiterschicht) ist eine p-Halbleiterschicht, die als eine Lichtabsorptions schicht funktioniert. Die Halbleiterschicht 13 ist näher an der Rückseite angeordnet als es die Halbleiterschicht 14 ist. Für die Halbleiterschicht 13 kann beispielsweise eine Verbin dungshalbleiterschicht verwendet werden, welche mindestens ein Element von jeder von den Gruppen Ib, IIIb und VIb auf weist. Beispielsweise kann CuInSe₂, Cu(In,Ga)Se₂, CuInS₂, Cu(In,Ga)S₂ oder dergleichen verwendet werden. Die Halblei terschicht 13 kann mit einer Oberflächenhalbleiterschicht 13a auf der Oberfläche auf der Seite der Halbleiterschicht 14 versehen sein, (was auch für die nachstehenden Ausführungs formen zutrifft). Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht einer Solarzelle 10a, welche die Oberflächenhalbleiterschicht 13a aufweist. Die Oberflächenhalbleiterschicht 13a ist eine n- Halbleiterschicht oder eine hochohmige Halbleiterschicht mit (mit einem spezifischen Widerstand von 10⁴ Ω cm oder mehr). Zu Beispielen von hochohmigen Halbleiterschichten zählen CuIn₃S₅ und Cu(In,Ga)₃Se₅.

Die Halbleiterschicht 14 (erste Halbleiterschicht) bildet einen pn-Übergang mit der Halbleiterschicht 13 und hat die Funktion einer Fensterschicht. Die Halbleiterschicht 14 ist eine n-Halbleiterschicht. Die Halbleiterschicht 14 ist im we sentlichen frei von Cd (Cd ist nicht als Bestandteilselement oder Dotierungsmittel enthalten). Eine Zn aufweisende Verbin dung kann beispielsweise für die Halbleiterschicht 14 verwen det werden. Beispielsweise kann ein Zn und mindestens eine aus der Gruppe IIa ausgewähltes Element aufweisendes Oxid oder Chalkogenid, oder ein Zn und mindestens ein aus der Gruppe IIIb ausgewähltes Element aufweisendes Oxid oder ein Chalkogenid, als die Zn aufweisende Verbindung verwendet wer den. Insbesondere kann eine ein durch eine allgemeine Formel Zn_1-XA_XO (wobei das Element A mindestens eines aus Be, Mg, Ca, Sr und Ba ausgewähltes ist, und 0 < x < 1 ist) ausge drücktes Oxid aufweisende Verbindung als Hauptkomponente (mit einem Anteil von 90 Gew.-% oder mehr) verwendet werden. In die sem Falle ist es vorzuziehen, daß der Anteil des Elements A bei 0,1 at% oder mehr liegt. Alternativ kann eine ein durch eine allgemeine Formel Zn_YB_2-2YO_3-2Y (wobei das Element B min destens eines aus Al, Ga, und In ausgewähltes ist, und 0 < Y < 1 ist) ausgedrücktes Oxid aufweisende Verbindung Hauptkom ponente (in einem Anteil von 90 Gew.-% oder mehr) verwendet werden. In diesem Fall ist es vorzuziehen, daß der Anteil des Elements B bei 5 at% oder höher liegt.

In der Solarzelle 10 der Ausführungsform 1 genügt der Bandabstand Eg₂ der Halbleiterschicht 13 und der Bandabstand Eg₁ der Halbleiterschicht 14 der Beziehung Eg₁ < Eg₂. Die Elektronenaffinität χ₂ (eV) der Halbleiterschicht 13 und die Elektronenaffinität χ₁ (eV) der Halbleiterschicht 14 genügen der Beziehung 0 ≦ (χ₂-χ₁) < 0,5.

Der obere Elektrodenfilm 15 ist ein transparenter leiten der Film, und es kann beispielsweise ZnO : Al, wobei ZnO mit Al dotiert ist, oder ITO (Indiumzinnoxid) als oberer Elektroden film verwendet werden.

Der Antireflexionsfilm 16 ist ein Film, welcher verhin dert, daß einfallendes Licht an der Schnittstelle des oberen Elektrodenfilms reflektiert wird. In dem Falle, in welchem der obere Elektrodenfilm 15 ITO oder ZnO : Al ist, kann bei spielsweise MgF₂ für den Antireflexionsfilm 16 verwendet wer den.

Für die Verbindungselektrode 17 kann ein ein Laminat aus einem NiCr-Film und einem Au-Film aufweisender Metallfilm verwendet werden.

Anschließend wird ein Beispiel eines Verfahrens zur Her stellung der Solarzelle 10 beschrieben.

Zuerst wird der untere Elektrodenfilm 12 auf dem Substrat 11 beispielsweise durch Sputtern oder Dampfabscheiden er zeugt. Daher wird auch die Halbleiterschicht 13 auf dem unte ren Elektrodenfilm 12 beispielsweise durch Sputtern oder Dampfabscheiden erzeugt. Dann wird die Halbleiterschicht 14 auf der Halbleiterschicht 13 beispielsweise durch eine Ab scheidung in einem chemischen Bad oder durch Sputtern er zeugt. Dann wird der obere Elektrodenfilm 15 auf der Halblei terschicht 14 beispielsweise durch Sputtern erzeugt. Dann wird die Verbindungselektrode 17 auf einem Teilbereich des oberen Elektrodenfilms 15 beispielsweise durch Elektronen strahlverdampfung erzeugt. Dann wird der Antireflexionsfilm 16 auf dem oberen Elektrodenfilm 15 beispielsweise durch Dampfabscheiden erzeugt. In dieser Weise kann die Solarzelle 10 hergestellt werden. In dem Falle, in welchem eine n- Halbleiterschicht oder eine hochohmige Halbleiterschicht auf der Oberfläche der Halbleiterschicht 13 ausgebildet wird, können diese beispielsweise durch Eintauchen in eine Lösung, Dampfabscheiden oder ein durch ein Gasdiffusionsverfahren er zeugt werden.

Fig. 3 ist eine schematische Banddarstellung eines Bei spiels der Solarzelle 10. In dem Beispiel von Fig. 3 besteht die Halbleiterschicht 13 aus Cu(In,Ga)Se₂, und die aus Cu(In,Ga)₃Se₅ bestehende Oberflächenhalbleiterschicht 13a ist auf der Oberfläche der Halbleiterschicht 13 ausgebildet.

Nachstehend werden die Funktionen der Solarzelle 10 be schrieben, wobei eine Solarzelle, welche einen CIGS-Film für die Halbleiterschicht 13, welche eine Lichtabsorptionsschicht ist, verwendet wird.

Um den Wirkungsgrad der einen CIGS-Film für die Lichtab sorptionsschicht verwendenden Solarzelle zu verbessern, ist es wirkungsvoll, den Bandabstand des CIGS-Films zu vergrö ßern. Jedoch wird in einer mit einer aus CdS bestehenden Fen sterschicht versehenen herkömmlichen Solarzelle, wenn der Bandabstand des CIGS-Films auf 1,3 eV oder mehr erweitert wird, im Gegensatz zur Theorie der Wirkungsgrad verringert. Dieses kann teilweise durch den Energieunterschied (Offset) in dem Leitungsband an dem Heteroübergang zwischen den CIGS- Film als der Lichtabsorptionsschicht und dem CdS-Film als Fensterschicht bewirkt werden. E. Herberholz et al. hat das nachstehende Modell vorgeschlagen (Solar Energy Materials and Solar Cells, p. 227, vol. 49, no 3., veröffentlicht in 1997). In dem Falle, in welchem das Verhältnis {Ga/(In+Ga)} in An zahl der Atome in dem CIGS-Film niedriger als 0,5 ist, liegt die aufgrund des Offsets des Leitungsbands zwischen dem CdS- Film und dem GIGS-Film bewirkte Banddiskontinuität in einer spitzenartigen Form vor, wo das Leitungsband des CdS-Films angehoben und in die Nähe des Übergangs projiziert wird. In dem Falle, in welchem das Verhältnis {Ga/(In+Ga)} in Anzahl der Atome in dem CIGS-Film höher als 0,5 ist, liegt die Band diskontinuität in einer Klippenform vor, wobei das Leitungs band des CIGS-Films angehoben ist, und eine Stufe zwischen dem CdS-Leitungsband und dem CIGS-Leitungsband erzeugt ist. Fig. 4A ist eine Banddarstellung, wenn der Offset zwischen CdS und CIGS spitzenartig ist, und Fig. 4B ist das Banddia gramm wenn der Offset zwischen Cds und CTGS klipppenartig ist. Dieses Modell legt nahe, daß, wenn die Banddiskontinui tät des Leitungsbands klippenartig ist, die Rekombination an der Heteroübergangsschnittstelle und in der Nähe der Schnitt stelle ansteigt, und somit den Umwandlungswirkungsgrad ver ringert. Ebenso wird in dem Falle, bei dem der Bandabstand des CTGS-Films 1,2 bis 1,3 eV beträgt, erwartet, daß, wenn der CdS-Film als Fensterschicht durch einen ZnO-Film ersetzt wird, die Banddiskontinuität des Leitungsbandes des ZnO-Films und des CIGS-Films dort klippenartig ist, wo das Leitungsband des CIGS-Films angehoben ist.

Eine derartige Banddiskontinuität des Leitungsbandes des Heteroübergangs ergibt sich aus dem Unterschied in der Elek tronenaffinität zwischen der Fensterschicht und dem CIGS-Film als der Lichtabsorptionsschicht. Im allgemeinen ist im Hin blick auf einen n-Halbleiter und einen p-Halbleiter mit un terschiedlichen Bandabständen in dem Falle von χ_n < χ_p, wobei χ_n die Elektronenaffinität des n-Halbleiters und χ_p die Elek tronenaffinität des p-Halbleiters ist, die Diskontinuität der Leitungsbänder spitzenartig. Andererseits ist im Falle von χ_n < χ_p die Diskontinuität der Leitungsbänder klippenförmig. Wenn die Elektronenaffinität zwischen einem Ga-freien CuInSe₂ und dem CdS-Film verglichen wird, ist die Elektronenaffinität des CdS-Films um etwa 0,2 bis 0,3 eV kleiner. Daher wird dann, wenn ein Heteroübergang ausgebildet wird, eine Spitze auf der Seite des CdS erzeugt. Die Elektronenaffinität des CIGS nimmt jedoch bei größer werdender Ga-Konzentration ab. Demzufolge wird dann, wenn die Ga-Konzentration einen be stimmten Pegel überschreitet, die Elektronenaffinität von CIGS kleiner als die von CdS, so daß, wenn ein Heteroübergang ausgebildet wird, eine Klippe auf der Seite von CIGS erzeugt wird.

Ferner wird die Form der Banddiskontinuität der Fenster schicht und des CIGS-Films ebenfalls durch die Elektronenaf finitäten der Fensterschicht und des CIGS-Films bestimmt. Wenn der CdS und der ZnO-Film als Fensterschicht verglichen werden, wird, da die Elektronenaffinität von ZnO etwa 0,4 eV größer als die von CdS ist, auch dann eine Klippe erzeugt, wenn ein Heteroübergang mit einem Ga-freien CuInSe₂-Film aus gebildet wird, welcher zu einem Verlust führen kann.

In dem Falle, bei dem die Elektronenaffinität der Fen sterschicht kleiner als die der Lichtabsorptionsschicht ist, so daß eine Spitze in dem Leitungsband erzeugt wird, ist der Energieunterschied in den Leitungsbändern so groß, daß er den Umwandlungswirkungsgrad der Solarzelle beeinträchtigt. Der Energieunterschied zwischen CdS und CIGS beträgt etwa 0,2 bis 0,3 eV, was im wesentlichen keine Barriere gegen den Träger transport bildet. Wenn jedoch beispielsweise ZnS als die Fen sterschicht verwendet wird, ist der Energieunterschied zu CIGS 1,6 eV, welches eine Barriere für photoangeregte Träger darstellt. In diesem Falle wird ein Trägertransport verhin dert, so daß der Photostrom im wesentlichen von außen nicht zugänglich ist. Daher wird der Umwandlungswirkungsgrad ver ringert. Somit gibt es, wenn eine Spitze in den Leitungsbän dern der Fensterschicht und der Lichtabsorptionsschicht er zeugt wird, einen optimalen Bereich des Energieunterschieds (Offsets), welcher einen hohen Wirkungsgrad bereitstellen kann. In Anbetracht der vorstehend beschriebenen optimalen Bereiche werden die Elektronenaffinitäten der Bandabstände der Halbleiterschicht 13 (Lichtabsorptionsschicht) und der Halbleiterschicht 14 (Fensterschicht) für die Solarzelle 10 der Ausführungsform 1 definiert. Daher weist die Solarzelle 10 der Ausführungsform 1 eine geringe Rekombination von Trä gern an der Übergangsschnittstelle zwischen der Halbleiter schicht 13 und er Halbleiterschicht 14 auf.

Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß der Solarzelle 10 der Ausführungsform 1 eine Solarzelle mit hohem Wirkungsgrad ohne Verwendung von CdS für die Fensterschicht erzielt wer den. In dieser Ausführungsform ist die erste Halbleiter näher an der Seite angeordnet von welcher Licht einfällt, als es die zweite Halbleiterschicht ist. Die erste Halbleiterschicht kann jedoch näher an der Rückseite vorgesehen werden, als es die zweite Halbleiterschicht ist.

Ausführungsform 2

Ein weiteres Beispiel der Solarzelle der vorliegenden Er findung wird in der Ausführungsform 2 beschrieben.

Fig. 5 ist ein Querschnittsansicht einer Solarzelle 20 der Ausführungsform 2. Die Solarzelle 20 der Ausführungsform 2 unterscheidet sich von der Solarzelle 10 der Ausführungs form 1 dahingehend, daß eine Halbleiterschicht 21 in Ausfüh rungsform 2 vorgesehen ist. Eine doppelte Beschreibung wird unterlassen.

Die Halbleiterschicht 21 (dritte Halbleiterschicht) ist zwischen der Halbleiterschicht 13 und der Halbleiterschicht 14 vorgesehen. Der Bandabstand Eg₃ der Halbleiterschicht 21 und der Bandabstand Eg₂ der Halbleiterschicht 13 genügen der Beziehung: Eg₃ < Eg₂.

Ein Zn und mindestens ein aus der Gruppe IIIb ausgewähl tes Element aufweisendes Oxid oder ein Zn und ein mindestens ein aus der Gruppe IIIb ausgewähltes Element aufweisendes Chalkogenid kann beispielsweise als die dritte Halbleiter schicht verwendet werden. Alternativ kann SnO₂ als Halblei terschicht 21 verwendet werden.

Es ist zu bevorzugen, daß die Elektronenaffinität χ₃ (eV) der Halbleiterschicht 21 und die Elektronenaffinität χ₂ der Halbleiterschicht 13 der Beziehung: (χ₂-χ₃) ≧ 0,5 genügt. Ferner ist es zu bevorzugen, daß die Dicke der Halbleiter schicht 21 50 nm oder kleiner ist. Ein Zn (O,S)-Film kann als Halbleiterschicht 21 verwendet werden. Hierin bezeichnet Zn(O,S) eine Verbindung, die im wesentlichen Zn, O und S ent hält und Zn-O-Verbindungen und Zn-S-Verbindungen aufweist.

Die Solarzelle 20 kann durch dasselbe Verfahren erzeugt werden, wie die Solarzelle 10 der Ausführungsform 1. Die Halbleiterschicht 21 kann beispielsweise durch eine Abschei dung in einem chemischen Bad oder durch Dampfabscheidung er zeugt werden.

Gemäß der Solarzelle 20 der Ausführungsform 2 kann eine Solarzelle mit hohem Wirkungsgrad ohne Verwendung von CdS für die Fensterschicht erzielt werden.

Ausführungsform 3

Ein weiteres Beispiel der Solarzelle der vorliegenden Er findung wird in Ausführungsform 3 beschrieben.

Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht einer Solarzelle 30 der Ausführungsform 3. Die Solarzelle 30 der Ausführungsform 3 unterscheidet sich von der Solarzelle 10 der Ausführungs form 1 dahingehend, daß eine Isolationsschicht 31 in der Aus führungsform 3 vorgesehen ist. Eine doppelte Beschreibung wird unterlassen.

Der Bandabstand Eg_INS der Isolationsschicht 31 und der Bandabstand Eg₂ der Halbleiterschicht 13 genügen der Bezie hung: Eg_INS < Eg₂. Eine Isolationsschicht aus einem von Al₂O₃, Ga₂O₃, Si₃N₄, SiO₂, MgF₂ und MgO ausgewählten Isolator kann beispielsweise als Isolationsschicht 31 verwendet wer den.

Es ist vorzuziehen, daß die Elektronenaffinität χ_INS der Isolationsschicht 31 und die Elektronenaffinität χ₂ der Halb leiterschicht 13 der Beziehung: (χ₂-χ_INS) ≧ 0,5 genügen. Fer ner ist es vorzuziehen, daß die Dicke der Isolationsschicht 31 50 nm oder kleiner ist.

Die Solarzelle 30 kann durch dasselbe Verfahren herge stellt werden, wie die Solarzelle 10 der Ausführungsform 1. Die Isolationsschicht 31 kann beispielsweise durch Sputtern oder Dampfabscheidung erzeugt werden.

Gemäß der Solarzelle 30 der Ausführungsform 3 kann eine Solarzelle mit hohem Wirkungsgrad ohne Verwendung von CdS für die Fensterschicht erzielt werden.

Beispiele Beispiel 1

In Beispiel 1 wird ein mit veränderten Offsets des Lei tungsbandes zwischen den Halbleiterschicht 13 und 14 berech netes Beispiel der Solarzelleneigenschaften der Solarzelle 10a von Ausführungsform 1 beschrieben. Die Bandstruktur der für die Berechnung verwendeten Solarzelle ist dieselbe wie die in Fig. 3 dargestellte.

In der Berechnung von Beispiel 1 wurde ein Cu(In,Ga)Se₂- Film (CIGS-Film) mit einem Bandabstand Eg₂ von 1,2 eV und ei ner Elektronenaffinität χ₂ als Halbleiterschicht 13 verwen det, welche die Lichtabsorptionsschicht ist. Die Berechnung wurde für den Fall ausgeführt, in welchem eine Cu(In,Ga)₃Se₅- Schicht als die Oberflächenhalbleiterschicht 13a auf der Oberfläche des CIGS-Films ausgebildet wurde. Eine Halbleiter schicht mit einem Bandabstand (etwa 3,2 eV) im wesentlichen gleich dem von ZnO und einer Elektronenaffinität von χ₁ wurde als Halbleiterschicht 14 verwendet, welche die Fensterschicht ist. Die Dicke des CIGS-Films ist 2 µm, die Cu(In,Ga)₃Se₅- Schicht, welche die Oberflächenhalbleiterschicht ist, ist 20 nm dick, und die Fensterschicht ist 0,1 µm dick.

Um den Einfluß des Offsets (χ₂-χ₁) zwischen dem Leitungs band der Halbleiterschicht 13 und dem Leitungsband der Halb leiterschicht 14 zu prüfen, wurden die Solarzelleneigenschaf ten unter Veränderung des Unterschieds in der Elektronenaffi nität zwischen der Halbleiterschicht 13 und er Halbleiter schicht 14 berechnet. In der Berechnung wird angenommen, daß Defekte an der Schnittstelle zwischen der Schicht eine Cu(In,Ga)₃Se₅-Schicht, welche die Oberflächenhalbleiter schicht 13a ist, und der Halbleiterschicht 14 vorhanden sind, und eine Rekombination in den Defekten auftritt.

Fig. 7 und 8 zeigen die Ergebnisse der Berechnung. Fig. 7A zeigt die Kurzschlußstromdichte (I_SC), Fig. 7B zeigt die Leerlaufspannung (V_OC), Fig. 8A zeigt den Füllfaktor (FF) und Fig. 8B zeigt den Umwandlungswirkungsgrad (Eff.).

Wenn zuerst der Leitungsbandoffset negativ ist, nämlich die Elektronenaffinität der Fensterschicht größer als die des CIGS-Films ist, nimmt I_SC mit steigendem Offset in der nega tiven Richtung allmählich ab, wobei aber die Abnahmerate klein ist. Andererseits fallen V_OC und FF steil mit einem steigenden Offset in der negativen Richtung ab. Dieses beruht darauf, weil dann, wenn der Offset negativ ist, injizierte Träger an der Schnittstelle zwischen der Fensterschicht und der Lichtabsorptionsschicht für eine längere Zeit anstehen, so daß die Rekombination über die an der Schnittstelle vor handenen Defekte ansteigt. Wenn der Offset positiv ist, näm lich die Elektronenaffinität der Fensterschicht kleiner als die der Lichtabsorptionsschicht ist, nimmt V_OC leicht mit steigendem Offset ab. Andererseits fallen I_SC und FF steil ab, wenn der Offset 0,5 eV oder größer ist. Dieses beruht darauf, weil dann, wenn der Offset 0,5 eV oder größer ist, die Fensterschicht zu einer Barriere gegen den Transport pho toangeregter Elektronen wird, so daß der Elektronenfluß stoppt. Demzufolge kann eine Solarzelle mit sehr guten Eigen schaften erzielt werden, indem der Offset zwischen dem Lei tungsband der Fensterschicht und dem Leitungsband der Lich tabsorptionsschicht auf 0,5 eV oder kleiner eingestellt wird.

Hier wird der Offset des Leitungsbands zwischen einem tatsächlich verwendbaren Material für die Fensterschicht und dem CIGS-Film untersucht. In dem Falle, in welchem ein CdS- Film für die Fensterschicht verwendet wird, ist der Offset 0,2 bis 0,3 eV, welcher in dem Bereich liegt, der einen hohen Umwandlungswirkungsgrad erzielt. Andererseits ist der Offset in dem Falle, in welchem ZnO für die Fensterschicht verwendet wird, etwa -0,2 eV. In diesem Falle ist der Umwandlungswir kungsgrad auf etwa 70% des Falls reduziert, in welchem CdS verwendet wird.

Was hier wichtig ist, ist nicht der absolute Wert der Elektronenaffinität der Lichtabsorptionsschicht oder der Elektronenaffinität der Fensterschicht, sondern der Unter schied zwischen diesen. Daher ist es zum Herstellen einer So larzelle mit einem hohen Umwandlungswirkungsgrad notwendig, eine Fensterschicht mit einer Elektronenaffinität χ₁ zu wäh len, welche 0 ≦ (χ₂-χ₁) kleiner 0,5 (bevorzugt 0 ≦ (χ₂-χ₁) ≦ 0,4) in Bezug auf die Lichtabsorptionsschicht mit einer Elek tronenaffinität von χ₂ (eV) genügt. Wenn beispielsweise die Ga-Konzentration des CIGS-Films verändert wird, steigt der Bandabstand an, und die Elektronenaffinität sinkt ab. Daher kann eine Solarzelle mit hohem Umwandlungswirkungsgrad er zielt werden, indem eine Fensterschicht mit einem Elektronen affinitätsunterschied innerhalb des Bereichs von 0 bis 0,5 eV in Bezug auf den CIGS-Film mit einem Bandabstand verwendet werden, der die effizienteste Umwandlung von Solarlicht in elektrische Energie erlaubt.

In diesem Beispiel wurde der CIGS-Film, auf dessen Ober fläche eine dünne n-Cu(In,Ga)₃Se₅-Schicht ausgebildet wurde, als der p-Halbleiter für die Lichtabsorptionsschicht verwen det. Dieselben Ergebnisse wurden jedoch mit einem p-CIGS-Film erzielt, der mit einem n-CIGS-Film oder mit einem p-CIGS-Film beschichtet war, dessen Oberfläche mit einer hochohmigen Cu(In,Ga)S₂-Schicht abgedeckt war.

Beispiel 2

In Beispiel 2 wird zuerst ein Verfahren zur Herstellung des Zn_1-XMg_XO-Films, welcher als die Halbleiterschicht 14 (Fensterschicht) ausgebildet wird, und dessen Eigenschaften beschrieben. Der Zn_1-XMg_XO-Film wurde durch gleichzeitiges Sputtern von zwei Targets aus ZnO und MgO erzeugt. Das Zusam mensetzungsverhältnis von Zn und Mg wurde durch Veränderung der an die zwei Targets angelegten Hochfrequenzenergie ge steuert. Die Messung des erzeugten Zn_1-XMg_XO-Films mittels Röntgenbeugung zeigte, daß die Kristalle deutlich in der c- Achse orientiert waren, und in Monophase vorlagen, solange X gleich 0,3(Zn_0,7Mg_0,3O) war, und eine Beugung basierend auf der Struktur von ZnO wurde deutlich beobachtet, solange X gleich 0,5(Zn_0,5Mg_0,5O) war. In dem Falle, in welchem ein elektronisches Bauteil erzeugt werden soll, ist es im allge meinen vorteilhaft, einen Monophasenhalbleiter oder Dielek trikum zu verwenden, da der Stromverlust oder Spannungsver lust klein ist. Daher liegt ein bevorzugter Bereich von X bei 0 < X < 0,5 in dem Zusammensetzungsverhältnis, wenn der Zn_1-XMg_XO- Film in einem elektronischen Bauteil verwendet wird.

Anschließend wurde die Beziehung zwischen dem optischen Absorptionskoeffizienten und der Photonenenergie berechnet, indem die Transmittanz des Zn_1-XMg_XO-Films mit unterschiedli chen Zusammensetzungsverhältnissen gemessen wurde. Fig. 9 stellt die Ergebnisse der Berechnung dar. In Fig. 9 stellt ν die Frequenz des einfallenden Lichts dar, und α stellt den optischen Absorptionskoeffizienten dar. Der optische Bandab stand kann aus der extrapolierten Linie der in Bezug auf je den Film mit einem spezifischen Zusammensetzungsverhältnis aufgetragenen Daten erhalten werden. Der optische Bandabstand von ZnO ist etwa 3,24 eV und der optische Bandabstand steigt mit zunehmenden Mg-Anteil an. Mit ansteigenden Bandabstand wird die Elektronenaffinität klein, so daß die Elektronenaf finität durch Veränderung des Anteilsverhältnisses von Mg ge steuert werden kann.

Eine Berechnung wurde im Hinblick auf die Änderungen in dem Unterschied zwischen der Elektronenaffinität des CIGS- Films und der Elektronenaffinität des Zn_1-XMg_XO-Films durch geführt, wenn das Anteilsverhältnis von Mg in dem Zn_1-XMg_XO- Film verändert wurde. Fig. 10 stellt die Ergebnisse der Be rechnung dar. Die Berechnung wurde in der folgenden Art aus geführt: Zuerst wurde sowohl bezüglich des Zn_1-XMg_XO-Films als auch des CIGS-Films der Unterschied (E^VBM _CL) zwischen dem Kernniveau des Films und dem Valenzbandmaximum mittels Rönt genstrahlen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) gemessen. Dann wurde der Unterschied (ΔE_CL) in dem Kernniveau zwischen dem Zn_1-XMg_XO-Film und dem CIGS-Film aus den Ergebnissen der Mes sung berechnet. Dann ergibt das Einsetzen dieser Ergebnisse iri die nachstehende Gleichung (1) die Differenz ΔE_V (Valenz bandoffset) in dem Niveau des Valenzbands zwischen dem Zn_1-XMg_XO-Film und dem CIGS-Film. Anschließend liefert die Gleichung (2) die Differenz ΔE_C in der Elektronenaffinität zwischen dem Zn_1-XMg_XO-Film und dem CIGS-Film. Der Bandab stand Eg(ZnMgO) des Zn_1-XMg_XO-Films und der Bandabstand Eg(CIGS) des CIGS-Films kann aus den Lichtdurchlässigkeitsei genschaften oder Reflexionseigenschaften und den Veränderun gen in dem Quantenwirkungsgrad der Solarzelle in Bezug auf die Wellenlänge des einfallenden Lichts gemessen werden.

ΔE_V = E^VBM _CL(CIGS) - E^VBM _CL(ZnMgO) - ΔE_CL (1)

ΔE_C = Eg(ZnMgO) - Eg (CIGS) - ΔE_V (2)

Hierin wurde ein Verfahren zur Berechnung der Elektronen affinität mittels einer XPS-Messung beschrieben. Sie kann je doch auch mittels einer Ultraviolettstrahlen-Photoelektronen spektroskopie (UPS) berechnet werden. In dem Falle, bei dem das UPS-Verfahren angewendet wird, kann, weil das Leitungs bandniveau gemessen werden kann, der Unterschied in der Elek tronenaffinität direkt berechnet werden.

Anschließend werden die Eigenschaften der Solarzelle mit variierten Anteilsverhältnissen von Mg überprüft.

Im Beispiel 2 wird ein tatsächlich hergestelltes Beispiel der Solarzelle 20 der Ausführungsform 2 beschrieben. Die So larzelle der Ausführungsform 2 beinhaltet eine Cu(In,Ga)Se₂- Schicht, welche Cd als die Oberflächenhalbleiterschicht 13a auf der Halbleiterschicht 13 enthält. Ferner wurde in der So larzelle von Beispiel 2 ein Zn_1-XMg_XO-Film als Halbleiter schicht 14 (Fensterschicht) verwendet.

In Beispiel 2 wird zuerst ein Mo-Elektrodenfilm auf einem Glassubstrat erzeugt, und ein Cu(In_0,8,Ga_0,2)Se₂(CIGS)-Film als die Halbleiterschicht 13 (Lichtabsorptionsschicht) darauf erzeugt. Der Mo-Film und der Cu(In,Ga)Se₂-Film wurden in der folgenden Weise (siehe Japanese Journal of Applied Physics, vol. 34, L 1141, 1995) erzeugt. Zuerst wurde der Mo-Film durch Sputtern in einer Ar-Gasatmosphäre erzeugt. Die Dicke des Films war etwa 1 µm. Dann wurde der Cu(In,Ga)Se₂-Film durch Abscheidung in drei Stufen erzeugt. In der ersten Stufe wurde eine (In,Ga)₂Se₃-Film bei einer Substrattemperatur von 350°C erzeugt. Dann wurde in der zweiten Stufe die Substrat temperatur auf 500°C oder darüber erhöht, so daß Cu und Se zur Ausbildung des Cu(In,Ga)Se₂-Films abgeschieden wurden, in welchem das Zusammensetzungsverhältnis von Cu überwiegt. In der letzten Stufe wurden In, Ga und Se gleichzeitig abge schieden um so einen Cu(In,Ga)Se₂-Film zu erzeugen, in wel chem das Zusammensetzungsverhältnis (In,Ga) leicht überwiegt. Die Dicke des Cu(In,Ga)Se₂-Films betrug etwa 2 µm.

Anschließend wurde eine mit Cd dotierte aus Cu(In,Ga)Se₂ bestehende Oberflächenhalbleiterschicht auf der Oberfläche des CIGS-Films erzeugt, indem der CIGS-Film in eine wässrige Lösung aus Cadmiumnitrat und Ammoniak eingetaucht wurde. Dann wurde ein Zn(O,S)-Film (10 nm dick) als die Halbleiterschicht 21 (Pufferschicht) auf der Halbleiterschicht 13 durch Ab scheidung in einem chemischen Bad erzeugt. Die Elektronenaf finität des Zn(O,S)-Pufferfilms ist mindestens 0,5 eV kleiner als die des CIGS-Films und das Leitungsbandniveau des Zn(O,S)-Films ist in der Energieposition höher als die des CIGS-Films.

Daher wurden Zn_1-XMg_XO-Filme (0,1 µm dick) mit variierten Anteilsverhältnissen von Mg als Halbleiterschicht 14 (Fen sterschicht) auf dem Zn(O,S)-Film ausgebildet. Der Zn_1-XMg_XO-Film wurde in der vorstehenden Weise erzeugt. An schließend wurde ein ITO-Film (0,1 µm dick) als der obere Elektrodenfilm 15 auf der Halbleiterschicht 14 durch Sputtern erzeugt. Ferner wurden die Verbindungselektrode 17 und ein MgF₂-Film (0,12 µm dick) als Antireflexionsfilm 16 auf dem oberen Elektrodenfilm 15 ausgebildet. Auf diese Weise wurde die Solarzelle 20 hergestellt.

Fig. 11 stellt die Strom/Spannungs-Kennlinie dar, wenn X = 0,03 ist, d. h., ein Zn_0,97 Mg_0,03-Film als Fensterschicht verwendet wurde. In diesem Falle betrug der Umwandlungswir kungsgrad 16,0%. Dieser im wesentlichen dasselbe wie der Wir kungsgrad der einen CdS-Film als Fensterschicht verwendenden Solarzelle. Anschließend stellt Fig. 12 die Veränderungen im Umwandlungswirkungsgrad im Bezug auf das Anteilsverhältnis von Mg dar. Wenn Mg hinzugefügt wird, verbessert sich der Wirkungsgrad um etwa 30% gegenüber dem der Solarzelle, welche nur ZnO verwendet. Der Unterschied (χ₂-χ₁) zwischen der Elek tronenaffinität χ₁ (eV) des hierin verwendeten ZnO-Films und der Elektronenaffinität χ₂(eV) des CIGS-Films beträgt etwa -0,1 (eV). Da das Leitungsbandniveau der ZnO-Fensterschicht niedrig ist, erhöht sich somit die Rekombination an der Schnittstelle zwischen ZnO und Zn(O,S). Daher wird der Um wandlungswirkungsgrad der Solarzelle verringert. Andererseits steigt, wenn Mg hinzugefügt wird, wie es in Fig. 9 darge stellt ist, der Bandabstand an, und die Elektronenaffinität sinkt, so daß der Offset mit dem CIGS-Film (χ₂-χ₁) positiv wird, und die Rekombinationsrate an der Schnittstelle verrin gert wird. Somit verbessert sich der Umwandlungswirkungsgrad. In der Solarzelle von Beispiel 2 wird der Wirkungsgrad auch dann nicht wesentlich geändert, wenn das Anteilsverhältnis von Mg in die Nähe von 0,2 ansteigt. Dieses glaubt man, be ruht darauf, daß der Offset (χ₂-χ₁) in dem Bereich von 0,5 eV oder darunter liegt. Somit kann der Umwandlungswirkungsgrad durch Verwendung des Zn_1-XMg_XO-Films, mit welchem die Elek tronenaffinität gesteuert werden kann, verbessert werden.

In Beispiel 2 wurde der Zn_1-XMg_XO-Film durch gleichzeiti ges Sputtern von zwei Targets aus ZnO und MgO erzeugt. Der Zn_1-XMg_XO-Film kann jedoch durch ein Verwenden eines gesin terten Targets (ZnO + MgO), das einen beliebigen zuvor zuge setzten Anteil MgO aufweist, erzeugt werden. Ferner können dieselbe Effekte auch bei Vorhandensein von Verunreinigungen wie z. B. Al₂O₃ in kleinen Mengen, welche nicht die Kristall struktur von ZnO in dem Zn_1-XMg_XO-Film ändern können, erzielt werden. In diesem Beispiel wurde der Zn(O,S)-Film, welcher ein hochohmiger n-Halbleiter ist, als die Halbleiterschicht 21 (Pufferschicht) mit einer kleinen Elektronenaffinität ver wendet, wobei aber die gleichen Effekte mit einem ZnS-Film oder dergleichen, welcher einen Offset mit den CIGS-Film von 1,3 eV oder mehr aufweist, erzielt werden. Ferner wird in diesem Beispiel die sehr dünne n-Oberflächenhalbleiter schicht, die mit Cd dotiert ist, auf der Oberfläche des p- CIGS-Films erzeugt. Auch wenn diese Oberflächenhalbleiter schicht nicht ausgebildet ist, erreicht jedoch die Solarzelle dieses den Zn_1-XMg_XO-Film als Fensterschicht verwendenden Beispiels, einen höheren Wirkungsgrad als eine einen ZnO-Film verwendende herkömmliche Solarzelle.

Beispiel 3

In Beispiel 3 wird ein tatsächlich hergestelltes Beispiel der Solarzelle 10a der Ausführungsform 1 beschrieben. Im Bei spiel 3 wurden ein Glassubstrat als das Substrat 11, ein Mo- Film als der untere Elektrodenfilm 12, Cu(In,Ga)Se₂ als die Halbleiterschicht 13 (Lichtabsorptionsschicht), ein Zn_YAl_2-YO_3-Y-Film (0 < Y < 1) mit einer anderen Elektronenaf finität als die Halbleiterschicht 14 (Fensterschicht), ITO als der obere Elektrodenfilm 15, und MgF₂ als der Antirefle xionsfilm 16 verwendet. Ein Cu(In,Ga)Se₂-Film wurde als die Oberflächenhalbleiterschicht 13a auf der Oberfläche der Halb leiterschicht 13 ausgebildet.

Da in der Solarzelle von Beispiel 3 die Elektronenaffini tät von Al₂O₃ kleiner als die von ZnO ist, wird erwartet, daß die Elektronenaffinität durch Hinzufügen von Al₂O₃ zu dem ZnO-Film gesteuert werden kann. Der Zn_YAl_2-YO_3-Y-Film wurde mittels gemeinsamen Sputtern von zwei Targets aus ZnO und Al₂O₃ erzeugt. Das Zusammensetzungsverhältnis von Zn und Al wurde mittels der an die zwei Targets angelegten Hochfrequen zenergie gesteuert. Fig. 13 stellt die Änderungen im Umwand lungswirkungsgrad der Solarzelle in Bezug auf das Al-Anteils verhältnis dar. Der Umwandlungswirkungsgrad in der vertikalen Achse in Fig. 13 ist im Bezug auf den Umwandlungswirkungsgrad normiert, wenn ZnO verwendet wird. Der Umwandlungswirkungs grad einer den Zn_YAl_2-YO_3-Y-Film verwendenden Zelle ist nied riger als der einer den ZnO-Film ohne Al verwendenden Zelle bis das Verhältnis {Al/(Zn+Al)} in Anzahl der Atome in dem Zn_1-XMg_XO-Film 0,1 erreicht. Dieses glaubt man, beruht dar auf, daß die Hinzufügung einer kleinen Menge von Al den Wi derstand des Zn_YAl_2-YO_3-Y-Films verringert, so daß ein Leck strom fließt. Wenn dann {Al/(Zn+Al)} zwischen 0,2 und 0,7 liegt, verbessert sich der Wirkungsgrad und ist im wesentli chen konstant. Dieses beruht darauf weil dann, wenn der An teil des hinzugefügten Al₂O₃ ansteigt, die Elektronenaffini tät des Films kleiner als die des CIGS-Films wird. Wenn dann {Al/(Zn+Al)} 0,7 oder größer ist, nimmt der Wirkungsgrad steil ab. Dieses glaubt man, beruht darauf, daß der Unter schied zwischen der Elektronenaffinität χ₁ des Zn_YAl_2-YO_3-Y- Films und der Elektronenaffinität χ₂ des CIGS-Films größer als 0,5 eV oder mehr wird, so daß der Zn_YAl_2-YO_3-Y-Film eine Barriere wird, und somit keine photoangeregten Träger in dem Zn_YAl_2-YO_3-Y-Film fließen können. Somit hat sich herausge stellt, daß die Elektronenaffinität des Zn_YAl_2-YO_3-Y-Films durch Veränderung des Anteilsverhältnisses von Al gesteuert werden kann, und sich der Umwandlungswirkungsgrad verbessern kann, wenn {Al/(Zn+Al)} in dem Bereich von 0,2 bis 0,7 liegt.

Da ferner die Elektronenaffinität des CIGS-Films durch Veränderung des Verhältnisses (Ga/(In+Ga)) in Anzahl der Ato men in den CIGS-Film geändert wird, wird der Bereich des Zu sammensetzungsverhältnisses von Al, der den Umwandlungswir kungsgrad verbessert, verändert. Im Beispiel 3 wurde der Zn_YAl_2-YO_3-Y-Film als Fensterschicht verwendet. Dieselben Ef fekte können jedoch mit einem Material wie z. B. Zn_YAl_2-YO_3-Y (0 < Y < 1) erzielt werden, wenn ein Element der Gruppe IIIb anstelle von Al verwendet wird. Der optimale Bereich für das Zusammensetzungsverhältnis des Elements der Gruppe IIIb für die Verbesserung des Umwandlungswirkungsgrads ändert sich mit dem verwendeten Element.

Beispiel 4

Im Beispiel 4 wird ein tatsächlich hergestelltes Beispiel der Solarzelle 30 der Ausführungsform 3 beschrieben. Für die Solarzelle von Beispiel 4 werden ein Glassubstrat als das Substrat 11, ein Mo-Film als der untere Elektrodenfilm 12 Cu(In,Ga)Se₂ als die Halbleiterschicht 13, ein Zn_0,9Mg_0,1O- Film als die Halbleiterschicht 14 (Fensterschicht), ITO als der obere Elektrodenfilm 15, und MgF₂ als der Antireflexions film 16 und ein Al₂O₃-Film als die Isolationsschicht 31 (Puf ferschicht) verwendet. Ein Cd enthaltender Cu(In,Ga)Se₂-Film wurde als die Oberflächenhalbleiterschicht 13a auf der Ober fläche der Halbleiterschicht 13 ausgebildet.

In diesem Beispiel liegt der Unterschied (χ₂-χ₁) zwischen der Elektronenaffinität χ₁ der Halbleiterschicht 14 (Fenster schicht) und der Elektronenaffinität χ₂ der Halbleiterschicht 13 (Lichtabsorptionsschicht) in dem Bereich von 0 bis 0,5 eV. Ferner genügt die Elektronenaffinität χ_INS (eV) der Isolati onsschicht 31 und die Elektronenaffinität χ₂ (eV) der Bezie hung: (χ₂-χ_INS) ≧ 0,5. Die Schichten wurden in derselben wie im Beispiel 2 ausgebildet. Der Al₂O₃-Film wurde auf dem CIGS- Film durch Elektronenstrahlverdampfung erzeugt. Fig. 14 zeigt die Änderungen des Umwandlungswirkungsgrads der Solarzelle, wenn die Dicke des Al₂O₃-Films verändert wird. Der Umwand lungswirkungsgrad in der vertikalen Achse ist im Bezug auf den Umwandlungswirkungsgrad normiert, wenn die Dicke des Al₂O₃-Films 0 ist (der Al₂O₃-Film nicht vorgesehen ist). Der Umwandlungswirkungsgrad ist bei einer Dicke des Al₂O₃-Films von 10 nm am höchsten und fällt dann mit zunehmender Dicke ab. Bei einer Dicke von 50 nm oder mehr war die Abgabe leistung erheblich reduziert. Der Grund dafür ist wie folgt: Zuerst glaubt man, daß, wenn die Dicke des Al₂O₃-Films klei ner als 10 nm ist, das Beschichtungsverhältnis des Al₂O₃- Films, welcher den CIGS-Film beschichtet, niedrig ist, so daß eine Sputterbeschädigung an einem Teil der Oberfläche des CIGS-Films durch Kollision gestreuter beschleunigter Partikel oder ionisierter Gasmoleküle während der Herstellung des Zn_1-XMg_XO-Films bewirkt wird. Somit glaubt man, daß die De fektdichte an der Schnittstelle des CIGS-Films ansteigt, so daß der Umwandlungswirkungsgrad sinkt.

Der Umwandlungswirkungsgrad sinkt bei einer Dicke der Isolationsschicht größer als 10 nm und fällt steil bei 50 nm oder darüber aufgrund der nachstehenden Überlegungen ab. Die eine kleine Elektronenaffinität aufweisende Al₂O₃-Isolations schicht wird zu einer Barriere des durch den CIGS-Film und den Zn_1-XMg_XO-Film ausgebildeten pn-Übergangs. Wenn der Film dünn ist, durchtunneln jedoch optische Träger diese Barriere und fließen zu der n-Fensterschicht. Andererseits wird, wenn die Dicke des Films größer wird, auch die Dicke der Barriere, so, daß der Tunnelstrom drastisch reduziert wird, und dadurch der Wirkungsgrad fällt. Daher ist es in dem Falle, in welchem die Isolationsschicht, deren Elektronenaffinität um 0,5 eV oder mehr kleiner als die Elektronenaffinität des CIGS-Films ist, als die Pufferschicht verwendet wird, vorzuziehen, daß dessen Dicke 50 nm oder kleiner ist, und daher in dem optimalen dicken Bereich liegt.

Ferner können dieselben Effekte auch dann erzielt werden, wenn die im Beispiel 2 beschriebene hochohmige Halbleiter schicht (die Halbleiterschicht, deren Elektronenaffinität um 0,5 eV oder mehr größer als die Elektronenaffinität der Lich tabsorptionsschicht ist) anstelle der Isolationsschicht ver wendet wird. Ferner können dieselben Effekte erzielt werden, wenn Ga₂O₃, Si₃N₄, SiO₂, MgF₂ oder dergleichen anstelle von Al₂O₃ für die Isolationsschicht verwendet wird.

Beispiel 5

Im Beispiel 5 wird ein weiteres Beispiel der Solarzelle 20 der Ausführungsform 2 beschrieben. In der Solarzelle von Beispiel 5 werden die Veränderungen der Umwandlungswirkungs grads der Solarzellen gemessen, wenn die Halbleiterschicht 14 (Fensterschicht) festgelegt ist und die Elektronenaffinität der Halbleiterschicht 13 (Lichtabsorptionsschicht) verändert wird. Für die Solarzelle vom Beispiel 5 wird ein Glassubstrat als das Substrat 11, ein Mo-Film als der untere Elektroden film 12, ein S in der Form einer Festlösung enthaltendes CuIn(Se_1-XS_X)₂ (0 ≦ X ≦ 1) als die Halbleiterschicht 13, ein Zn_0,8Mg_0,2O-Film als die Halbleiterschicht 14 (Fenster schicht), ITO als der obere Elektrodenfilm 15, MgF₂ als der Antireflexionsfilm 16 und ein ZnS-Film (10 nm dick) als die Halbleiterschicht 21 (Pufferschicht) verwendet. Ein CuIn(Se_1-XS_X)₂-Film wurde als die Oberflächenhalbleiter schicht 13a auf der Oberfläche der Halbleiterschicht 13 aus gebildet.

CuInS₂ weist eine etwa um 0,4 eV niedrigere Elektronenaf finität als die von CuInSe₂ auf. Daher wird die Elektronenaf finität der Halbleiterschicht 13 durch Veränderung des Fest lösungsverhältnisses X von S verändert. Fig. 15 stellt die Veränderungen des Umwandlungswirkungsgrads in Bezug auf das Festlösungsverhältnis X von S dar. Der Umwandlungswirkungs grad in der vertikalen Achse ist im Bezug auf den Umwand lungswirkungsgrad normiert, wenn der CuInSe₂-Film verwendet wird (X = 0).

Wie in Fig. 15 dargestellt, ändert sich der Umwandlungs wirkungsgrad nicht wesentlich, wenn das Festlösungsverhältnis X von S zwischen 0 und 0,8 liegt, während der Wirkungsgrad absinkt, wenn X 0,8 überschreitet. Dieses glaubt man, wird durch die nachstehenden Gründe bewirkt. Die Elektronenaffini tät der Fensterschicht, des Zn_0,8Mg_0,2O-Films ist etwa 0,3 eV kleiner als die von CuInSe₂. Wenn daher X = 0,8 oder kleiner ist, erfüllt die Elektronenaffinität der Fensterschicht und die Elektronenaffinität der Lichtabsorptionsschicht die An forderungen der Solarzelle der vorliegenden Erfindung, die einen hohen Wirkungsgrad erzielt. Andererseits sinkt, wenn das Festlösungsverhältnis X von S groß wird, die Elektronen affinität des Cu(Se_1-XS_X)₂-Films. An diesem Punkt ändert sich der Wirkungsgrad nicht in dem Bereich, in dem die Elektronen affinität χ₁ (ev) des Zn_0,8Mg_0,2O-Films und die Elektronen affinität χ₂ (eV) des Cu(Se_1-XS_X)₂-Films der Beziehung: 0 ≦ (χ₂-χ₁) < 0,5 genügt. Wenn jedoch das Festlösungsverhältnis X von S weiter ansteigt, wird (χ₂-χ₁) kleiner 0 eV, so daß der Wirkungsgrad stark von der Rekombination an der Schnittstelle beeinträchtigt wird und abfällt. Wie es aus den Beispielen 1 und 2 ersichtlich ist, ist es in dem Falle, in dem die Elek tronenaffinität der Lichtabsorptionsschicht klein wird, eine Fensterschicht mit einer dafür geeigneten Elektronenaffinität auszubilden. Somit ist es zu bevorzugen, den Zn_1-XMg_XO-Film zu verwenden, der die Elektronenaffinität der Fensterschicht steuern kann.

In diesem Beispiel wird der CuIn(Se_1-XS_X)₂-Film als die Lichtabsorptionsschicht verwendet. Dieselben Ergebnisse kön nen jedoch mit einem Cu(In_1-X,Ga_X)Se₂-Film (0 ≦ X ≦ 1) erzielt werden. Da in diesem Falle die Elektronenaffinität des CuGaSe₂-Films etwa 0,6 eV kleiner als die des CuInSe₂-Films ist, wird die Elektronenaffinität deutlich mit dem Festlö sungsverhältnis X von Ga verändert. Sogar dann, wenn das X des Cu (In_1-X,Ga_X)Se₂-Films verändert wird, kann ein hoher Um wandlungswirkungsgrad erzielt werden, indem eine Fenster schicht mit einer dafür geeigneten Elektronenaffinität ver wendet wird. Ferner wird in dem Cu(In_1-XGa_X)(Se_1-YS_Y)₂-Film die Elektronenaffinität durch das Festlösungsverhältnis X von Ga und das Festlösungsverhältnis S von X verändert. Es kann jedoch ein hoher Umwandlungswirkungsgrad erzielt werden, in dem eine Fensterschicht mit einer dafür geeigneten Elektro nenaffinität vorgesehen wird. Ferner kann sogar in einer stu fenartigen Lichtabsorptionsschicht, in welcher das Festlö sungsverhältnis von Ga oder das Festlösungsverhältnis von S in der Dickenrichtung verändert wird, ein Umwandlungswir kungsgrad so hoch wie der Vorstehende erzielt werden, indem eine Fensterschicht mit einer um 0,5 eV kleineren Elektronen affinität als diejenige der Lichtabsorptionsschicht in der Verarmungsschicht verwendet wird.

Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfin dung wurden vorstehend beschrieben. Die vorliegende Erfindung kann jedoch in anderen Formen ausgeführt werden, ohne von de ren Idee oder wesentlichen Kennzeichen abzuweichen. Bei spielsweise wurde in den vorstehenden Ausführungsformen eine Solarzelle dargestellt, die Elektrizität durch Licht erzeugt, das von der dem Substrat gegenüberliegenden Seite aus ein fällt. Die Solarzelle kann jedoch auch Elektrizität durch Licht erzeugen, das von der Seite des Substrats aus einfällt.

Claims

1. Solarzelle mit einer ersten Halbleiterschicht, die vom n- Typ ist, und einer zweiten Halbleiterschicht, die vom p- Typ ist, wobei die erste und die zweite Halbleiterschicht einen pn-Übergang bilden, wobei
die erste Halbleiterschicht frei von Cd ist,
die zweite Halbleiterschicht eine Lichtabsorptions schicht ist,
ein Bandabstand Eg₁ der ersten Halbleiterschicht und ein Bandabstand Eg₂ der zweiten Halbleiterschicht einer Beziehung: Eg₁ < Eg₂ genügen, und
eine Elektronenaffinität χ₁ (eV) der ersten Halblei terschicht und eine Elektronenaffinität χ₂(eV) der zwei ten Halbleiterschicht einer Beziehung: 0 ≦ (χ₂-χ₁) < 0,5 genügen.

2. Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die erste Halbleiter schicht näher an einer Seite ausgebildet ist, von welcher Licht einfällt, als es die zweite Halbleiterschicht ist.

3. Solarzelle nach Anspruch 1, welche ferner eine dritte Halbleiterschicht zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht aufweist,
wobei der Bandabstand Eg₃ der dritten Halbleiter schicht und der Bandabstand Eg₂ einer Beziehung: Eg₃ < Eg₂ genügen.

4. Solarzelle nach Anspruch 3, wobei die dritte Halbleiter schicht aus einem Halbleiter besteht, der aus der aus n- Halbleiter und einem hochohmigen Halbleiter bestehenden Gruppe ausgewählt wird.

5. Solarzelle nach Anspruch 3, wobei
eine Elektronenaffinität χ₃ (eV) der dritten Halblei terschicht und die Elektronenaffinität χ₂ einer Bezie hung: (χ₂-χ₃) < 0,5 genügen, und
eine Dicke der dritten Halbleiterschicht nicht größer als 50 nm ist.

6. Solarzelle nach Anspruch 5, wobei die dritte Halbleiter schicht ein Zn und mindestens ein aus der Gruppe IIIb ausgewähltes Element aufweisendes Oxid oder ein Zn und mindestens ein aus der Gruppe IIIb ausgewähltes Element aufweisendes Chalkogenid aufweist.

7. Solarzelle nach Anspruch 1, ferner mit einer Isolations schicht zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht,
wobei ein Bandabstand Eg_INS der Isolationsschicht und der Bandabstand Eg₂ einer Beziehung: Eg_INS < Eg₂ genügen.

8. Solarzelle nach Anspruch 7, wobei
eine Elektronenaffinität χ_INS (eV) der Isolations schicht und die Elektronenaffinität χ₂ einer Beziehung: (χ₂-χ_INS) ≧ 0,5 genügen, und
eine Dicke der Isolationsschicht nicht größer als 50 nm ist.

9. Solarzelle nach Anspruch 8, wobei die Isolationsschicht aus mindestens einem aus Al₂O₃, Ga₂O₃, Si₃N₄, SiO₂, MgF₂ und MgO ausgewählten Isolator besteht.

10. Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die zweite Halbleiter schicht ferner eine n-Halbleiterschicht oder eine hoch ohmige Halbleiterschicht auf ihrer Oberfläche auf einer Seite der ersten Halbleiterschicht aufweist.

11. Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die zweite Halbleiter schicht eine Verbindungshalbleiterschicht ist, welche mindestens ein Element aus jeder von den Gruppen Ib, IIIb und VIb aufweist.

12. Solarzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Halbleiterschicht aus einer Zn aufweisenden Verbindung besteht.

13. Solarzelle nach Anspruch 12, wobei die Verbindung ein Zn und mindestens ein aus der Gruppe IIa ausgewähltes Ele ment aufweisendes Oxid oder ein Zn und mindestens ein aus der Gruppe IIa ausgewähltes Element aufweisendes Chalko genid ist.

14. Solarzelle nach Anspruch 12, wobei die Verbindung ein durch eine allgemeine Formel Zn_1-XA_XO (wobei das Element A mindestens ein aus Be, Mg, Ca, Sr und Ba ausgewähltes ist, und 0 < X < 1 ist) ausgedrücktes Oxid als eine Hauptkomponente aufweist.

15. Solarzelle nach Anspruch 14, wobei das Element A Mg ist, und X einer Beziehung: 0 < X < 0,5 genügt.

16. Solarzelle nach Anspruch 12, wobei die Verbindung ein Zn und mindestens ein aus der Gruppe IIIb ausgewähltes Ele ment aufweisendes Oxid oder ein Zn und mindestens ein aus der Gruppe IIIb ausgewähltes Chalkogenid ist.

17. Solarzelle nach Anspruch 12, wobei die Verbindung ein durch eine allgemeine Formel Zn_YB_2-2YO_3-2Y (wobei das Ele ment B mindestens ein aus Al, Ga und In ausgewähltes ist und 0 < Y < 1 ist) ausgedrücktes Oxid als eine Hauptkom ponente aufweist.

18. Solarzelle mit einer p-Lichtabsorptionsschicht und einer über der Lichtabsorptionsschicht gestapelten n-Halbleiter schicht,
wobei die Halbleiterschicht ein durch eine allgemeine Formel Zn_1-ZC_ZO (wobei das Element C mindestens eines aus Be, Mg, Ca, Sr und Ba ausgewähltes ist, und 0 < Z < 1 ist) ausgedrücktes Oxid als eine Hauptkomponente auf weist.

19. Solarzelle nach Anspruch 18, wobei das Element C Mg ist, und das Z einer Beziehung: 0 < Z < 0,5 genügt.