JP2001148490A - 化合物半導体太陽電池及びその製造方法 - Google Patents
化合物半導体太陽電池及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 主として銅(Cu)及びインジウム(In)によって
形成されて成るｐ形半導体層を具備するｐｎ接合の化合
物半導体太陽電池において、硫化処理後で且つＫＣＮ処
理前のｐ形半導体層を形成するインジウム（Ｉｎ）と銅
（Ｃｕ）とのＣｕ／Ｉｎ原子濃度比率を、従来のものよ
りも高くし得る化合物半導体太陽電池を提供する。 【解決手段】 ガラス基板１０の一面側に形成された電
極膜としてのモリブデン層１２上に、ｐ形半導体層１４
とｎ形半導体層１６とが順次形成されてなる化合物半導
体太陽電池において、該ｐ形半導体層１４が、主として
銅(Cu)及びインジウム(In)によって形成された半導体層
であり、且つモリブデン層１２とｐ形半導体層１４との
間に、ｐ形半導体層１４よりも薄い白金(Pt)から成る薄
膜金属層２２が形成されていることを特徴とする。
形成されて成るｐ形半導体層を具備するｐｎ接合の化合
物半導体太陽電池において、硫化処理後で且つＫＣＮ処
理前のｐ形半導体層を形成するインジウム（Ｉｎ）と銅
（Ｃｕ）とのＣｕ／Ｉｎ原子濃度比率を、従来のものよ
りも高くし得る化合物半導体太陽電池を提供する。 【解決手段】 ガラス基板１０の一面側に形成された電
極膜としてのモリブデン層１２上に、ｐ形半導体層１４
とｎ形半導体層１６とが順次形成されてなる化合物半導
体太陽電池において、該ｐ形半導体層１４が、主として
銅(Cu)及びインジウム(In)によって形成された半導体層
であり、且つモリブデン層１２とｐ形半導体層１４との
間に、ｐ形半導体層１４よりも薄い白金(Pt)から成る薄
膜金属層２２が形成されていることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は化合物半導体太陽電
池及びその製造方法に関し、更に詳細にはｐｎ接合の化
合物半導体太陽電池及びその製造方法に関する。
池及びその製造方法に関し、更に詳細にはｐｎ接合の化
合物半導体太陽電池及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４に示すｐｎ接合の光吸収層を有する
化合物半導体太陽電池がある。図４において、図４
（ａ）は化合物半導体太陽電池の正面図であり、図４
（ｂ）は化合物半導体太陽電池の縦断面図である。この
化合物半導体太陽電池（以下、単に太陽電池と称するこ
とがある）は、ガラス基板１００上に電極膜としてモリ
ブデン層１０２が形成されている。このモリブデン層１
０２上には、ｐ形半導体層１０４とｎ形半導体層１０６
とが順次積層されて形成されており、ｎ形半導体層１０
６上に透明電極１０８が形成されている。更に、透明電
極１０８上には櫛形電極１１０が形成されている。この
櫛形電極１１０は、図４（ａ）に示す様に、電極が枝別
れ状（櫛形状）に形成されているものである。
化合物半導体太陽電池がある。図４において、図４
（ａ）は化合物半導体太陽電池の正面図であり、図４
（ｂ）は化合物半導体太陽電池の縦断面図である。この
化合物半導体太陽電池（以下、単に太陽電池と称するこ
とがある）は、ガラス基板１００上に電極膜としてモリ
ブデン層１０２が形成されている。このモリブデン層１
０２上には、ｐ形半導体層１０４とｎ形半導体層１０６
とが順次積層されて形成されており、ｎ形半導体層１０
６上に透明電極１０８が形成されている。更に、透明電
極１０８上には櫛形電極１１０が形成されている。この
櫛形電極１１０は、図４（ａ）に示す様に、電極が枝別
れ状（櫛形状）に形成されているものである。
【０００３】かかる図４に示す太陽電池は、図５に示す
方法で製造できる。先ず、ガラス基板１００の一面側
に、モリブデン層１０２から成る電極膜を蒸着又はスパ
ッタリングで形成した後、インジウム層１０３を室温下
での蒸着によって形成し、更にインジウム層１０３上に
銅層１０５を室温下での蒸着によって形成する〔図５
（ａ）の工程〕。このインジウム層１０３と銅層１０５
とから成る金属膜を、硫化水素雰囲気中で加熱処理する
硫化処理を施してＣｕＩｎＳ2のｐ形半導体層１０４と
した後、ｐ形半導体層１０４に生成された硫化物（Ｃｕ
xＳY）等の不純物を取り除きｐ形半導体層１０４の特性
を適正化して安定した特性とすべく、ＫＣＮが５〜１０
重量％含有されたＫＣＮ溶液によってｐ形半導体層１０
４の表面を洗浄するＫＣＮ処理を施す〔図５（ｂ）の工
程〕。更に、ｐ形半導体層１０４上には、化学的溶液析
出法によりｎ形半導体層１０６を形成し〔図５（ｃ）の
工程〕、更にｎ形半導体層１０６上にスパッタリングに
よりＺｎＯ：Ａｌ又はＩｎ2Ｏ3から成る透明電極１０８
を形成する〔図５（ｄ）の工程〕。その後、透明電極１
０８上に、アルミニウムから成る櫛形電極１１０を形成
した後、モリブデン層１０２上に電極端子を形成し、図
４に示す太陽電池を得ることができる。
方法で製造できる。先ず、ガラス基板１００の一面側
に、モリブデン層１０２から成る電極膜を蒸着又はスパ
ッタリングで形成した後、インジウム層１０３を室温下
での蒸着によって形成し、更にインジウム層１０３上に
銅層１０５を室温下での蒸着によって形成する〔図５
（ａ）の工程〕。このインジウム層１０３と銅層１０５
とから成る金属膜を、硫化水素雰囲気中で加熱処理する
硫化処理を施してＣｕＩｎＳ2のｐ形半導体層１０４と
した後、ｐ形半導体層１０４に生成された硫化物（Ｃｕ
xＳY）等の不純物を取り除きｐ形半導体層１０４の特性
を適正化して安定した特性とすべく、ＫＣＮが５〜１０
重量％含有されたＫＣＮ溶液によってｐ形半導体層１０
４の表面を洗浄するＫＣＮ処理を施す〔図５（ｂ）の工
程〕。更に、ｐ形半導体層１０４上には、化学的溶液析
出法によりｎ形半導体層１０６を形成し〔図５（ｃ）の
工程〕、更にｎ形半導体層１０６上にスパッタリングに
よりＺｎＯ：Ａｌ又はＩｎ2Ｏ3から成る透明電極１０８
を形成する〔図５（ｄ）の工程〕。その後、透明電極１
０８上に、アルミニウムから成る櫛形電極１１０を形成
した後、モリブデン層１０２上に電極端子を形成し、図
４に示す太陽電池を得ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図４に示す太陽電池に
おいては、ＫＣＮ処理前のｐ形半導体層１０４を形成す
るインジウム（Ｉｎ）と銅（Ｃｕ）とのＣｕ／Ｉｎ原子
濃度比率（以下、単にＣｕ／Ｉｎ原子濃度比率と記載す
る場合は、ＫＣＮ処理前のｐ形半導体層を形成するイン
ジウム（Ｉｎ）と銅（Ｃｕ）とのＣｕ／Ｉｎ原子濃度比
率を示表する）を可及的に高くすることによって、ｐ形
半導体層１０４内の結晶性を向上でき、その発電効率を
向上できる。しかしながら、現状においては、ＫＣＮ処
理直前のｐ形半導体層１０４のＣｕ／Ｉｎ原子濃度比率
は、最終的に得られる太陽電池の歩留まり率等の観点か
ら略１．６が限界である。ｐ形半導体層１０４のＣｕ／
Ｉｎ原子濃度比率が１．６を超えて高くすると、ＫＣＮ
処理工程において、ｐ形半導体層１０４が電極膜１０２
から剥離し易くなるからである。そこで、本発明の課題
は、主として銅(Cu)及びインジウム(In)によって形成さ
れて成るｐ形半導体層を具備するｐｎ接合の化合物半導
体太陽電池において、ＫＣＮ処理前のｐ形半導体層を形
成するインジウム（Ｉｎ）と銅（Ｃｕ）とのＣｕ／Ｉｎ
原子濃度比率を、従来のものよりも高くし得る化合物半
導体太陽電池及びその製造方法を提供することにある。
おいては、ＫＣＮ処理前のｐ形半導体層１０４を形成す
るインジウム（Ｉｎ）と銅（Ｃｕ）とのＣｕ／Ｉｎ原子
濃度比率（以下、単にＣｕ／Ｉｎ原子濃度比率と記載す
る場合は、ＫＣＮ処理前のｐ形半導体層を形成するイン
ジウム（Ｉｎ）と銅（Ｃｕ）とのＣｕ／Ｉｎ原子濃度比
率を示表する）を可及的に高くすることによって、ｐ形
半導体層１０４内の結晶性を向上でき、その発電効率を
向上できる。しかしながら、現状においては、ＫＣＮ処
理直前のｐ形半導体層１０４のＣｕ／Ｉｎ原子濃度比率
は、最終的に得られる太陽電池の歩留まり率等の観点か
ら略１．６が限界である。ｐ形半導体層１０４のＣｕ／
Ｉｎ原子濃度比率が１．６を超えて高くすると、ＫＣＮ
処理工程において、ｐ形半導体層１０４が電極膜１０２
から剥離し易くなるからである。そこで、本発明の課題
は、主として銅(Cu)及びインジウム(In)によって形成さ
れて成るｐ形半導体層を具備するｐｎ接合の化合物半導
体太陽電池において、ＫＣＮ処理前のｐ形半導体層を形
成するインジウム（Ｉｎ）と銅（Ｃｕ）とのＣｕ／Ｉｎ
原子濃度比率を、従来のものよりも高くし得る化合物半
導体太陽電池及びその製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、前記課題
を解決すべく検討した結果、基板の一面側に形成した電
極膜とｐ形半導体層との間に、金又は白金族から成る薄
膜金属層を形成することによって、ＫＣＮ処理前のｐ形
半導体層のＣｕ／Ｉｎ原子濃度比率を１．８以上にでき
ることを知り、本発明に到達した。すなわち、本発明
は、基板の一面側に形成された電極膜上に、ｐ形半導体
層とｎ形半導体層とが順次形成されてなる化合物半導体
太陽電池において、該ｐ形半導体層が、主として銅(Cu)
及びインジウム(In)によって形成された半導体層であ
り、且つ前記電極膜とｐ形半導体層との間に、前記ｐ形
半導体層よりも薄い貴金属から成る薄膜金属層が形成さ
れていることを特徴とする化合物半導体太陽電池にあ
る。かかる本発明において、薄膜金属層の厚さを、２ｎ
ｍ以上、特に好適には薄膜金属層の厚さを５〜２００ｎ
ｍとすることによって、化合物半導体太陽電池の製造コ
ストの低減を図ることができる。更に、電極膜を、ガラ
ス基板の一面側に形成したモリブデン(Mo)から成る電極
膜とし、且つｐ形半導体層を、ＣｕＩｎＳ2又はＣｕＩ
ｎＳｅ2から成る半導体層とすることにより、発電効率
を従来の太陽電池よりも向上できる。
を解決すべく検討した結果、基板の一面側に形成した電
極膜とｐ形半導体層との間に、金又は白金族から成る薄
膜金属層を形成することによって、ＫＣＮ処理前のｐ形
半導体層のＣｕ／Ｉｎ原子濃度比率を１．８以上にでき
ることを知り、本発明に到達した。すなわち、本発明
は、基板の一面側に形成された電極膜上に、ｐ形半導体
層とｎ形半導体層とが順次形成されてなる化合物半導体
太陽電池において、該ｐ形半導体層が、主として銅(Cu)
及びインジウム(In)によって形成された半導体層であ
り、且つ前記電極膜とｐ形半導体層との間に、前記ｐ形
半導体層よりも薄い貴金属から成る薄膜金属層が形成さ
れていることを特徴とする化合物半導体太陽電池にあ
る。かかる本発明において、薄膜金属層の厚さを、２ｎ
ｍ以上、特に好適には薄膜金属層の厚さを５〜２００ｎ
ｍとすることによって、化合物半導体太陽電池の製造コ
ストの低減を図ることができる。更に、電極膜を、ガラ
ス基板の一面側に形成したモリブデン(Mo)から成る電極
膜とし、且つｐ形半導体層を、ＣｕＩｎＳ2又はＣｕＩ
ｎＳｅ2から成る半導体層とすることにより、発電効率
を従来の太陽電池よりも向上できる。
【０００６】また、本発明は、基板の一面側に形成され
た電極膜上にインジウム層と銅層とを積層して金属膜を
形成した後、前記金属膜に硫化処理又はセレン化処理を
施してＣｕＩｎＳ2又はＣｕＩｎＳｅ2から成るｐ形半導
体層を形成し、次いで、前記ｐ形半導体層をＫＣＮ溶液
で洗浄して、硫化銅やセレン化銅等の不純物を除去する
ＫＣＮ処理を施した後、前記ｐ形半導体層上にｎ型半導
体層を形成して化合物半導体太陽電池を製造する際に、
該電極膜の表面に、前記ｐ形半導体層よりも薄い貴金属
から成る薄膜金属層を形成した後、前記薄膜金属層の表
面にインジウム層と銅層とから成る金属膜を形成するこ
とを特徴とする化合物半導体太陽電池の製造方法にあ
る。
た電極膜上にインジウム層と銅層とを積層して金属膜を
形成した後、前記金属膜に硫化処理又はセレン化処理を
施してＣｕＩｎＳ2又はＣｕＩｎＳｅ2から成るｐ形半導
体層を形成し、次いで、前記ｐ形半導体層をＫＣＮ溶液
で洗浄して、硫化銅やセレン化銅等の不純物を除去する
ＫＣＮ処理を施した後、前記ｐ形半導体層上にｎ型半導
体層を形成して化合物半導体太陽電池を製造する際に、
該電極膜の表面に、前記ｐ形半導体層よりも薄い貴金属
から成る薄膜金属層を形成した後、前記薄膜金属層の表
面にインジウム層と銅層とから成る金属膜を形成するこ
とを特徴とする化合物半導体太陽電池の製造方法にあ
る。
【０００７】かかる本発明において、インジウム層と銅
層とから成る金属膜を、ＫＣＮ処理を施す前のｐ形半導
体層を形成するインジウム（Ｉｎ）と銅（Ｃｕ）とのＣ
ｕ／Ｉｎ原子濃度比率が１．８以上となるように形成す
ることによって、最終的に得られる太陽電池の特性を向
上できる。尚、本発明の薄膜金属層としては、金（Ａ
ｕ），白金（Ｐｔ）又はパラジウム（Ｐｄ）によって形
成した薄膜金属層が好ましい。
層とから成る金属膜を、ＫＣＮ処理を施す前のｐ形半導
体層を形成するインジウム（Ｉｎ）と銅（Ｃｕ）とのＣ
ｕ／Ｉｎ原子濃度比率が１．８以上となるように形成す
ることによって、最終的に得られる太陽電池の特性を向
上できる。尚、本発明の薄膜金属層としては、金（Ａ
ｕ），白金（Ｐｔ）又はパラジウム（Ｐｄ）によって形
成した薄膜金属層が好ましい。
【０００８】本発明においては、ＫＣＮ処理を施す前の
ｐ形半導体層のＣｕ／Ｉｎ原子濃度比率を１．８以上と
しても、ＫＣＮ処理工程にいて、電極膜からのｐ形半導
体層の剥離を防止できる。このため、ｐ形半導体層のＣ
ｕ／Ｉｎ原子濃度比率を、従来の化合物半導体太陽電池
よりも高くでき、ｐ形半導体層内の結晶性を向上できる
結果、本発明に係るｐｎ接合の化合物半導体太陽電池の
発電効率を、従来の化合物半導体太陽電池の発電効率よ
りも向上できる。
ｐ形半導体層のＣｕ／Ｉｎ原子濃度比率を１．８以上と
しても、ＫＣＮ処理工程にいて、電極膜からのｐ形半導
体層の剥離を防止できる。このため、ｐ形半導体層のＣ
ｕ／Ｉｎ原子濃度比率を、従来の化合物半導体太陽電池
よりも高くでき、ｐ形半導体層内の結晶性を向上できる
結果、本発明に係るｐｎ接合の化合物半導体太陽電池の
発電効率を、従来の化合物半導体太陽電池の発電効率よ
りも向上できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明に係る化合物半導体太陽電
池の一例を図１に示す。図１において、図１（ａ）は太
陽電池の正面図であり、図１（ｂ）は太陽電池の斜視図
である。図１に示す太陽電池は、基板としてのガラス基
板１０上に電極膜としてモリブデン層１２が形成されて
いる。このモリブデン層１２上には、ＣｕＩｎＳ2のｐ
形半導体層１４とｎ形半導体層１６とが順次積層されて
おり、ｎ形半導体層１６上に透明電極１８が形成されて
いる。更に、透明電極１８上には櫛形電極２０が形成さ
れている。この櫛形電極２０は、図１（ａ）に示す様
に、電極が枝別れ状（櫛形状）に形成されているもので
ある。かかる太陽電池において、モリブデン層１２とｐ
形半導体層１４との間には、貴金属から成る薄膜金属層
２２が形成されている。この薄膜金属層２２は、金（Ａ
ｕ），白金(Pt)又はパラジウム(Pd)によって形成するこ
とが好ましく、且つ図１（ｂ）に示す様に、太陽電池を
構成する層及び膜のいずれよりも薄く、厚さは２ｎｍ程
度で有効である。但し、実用的には、薄膜金属層２２の
厚さを５〜２００ｎｍの範囲内とすることが好ましく、
特に薄膜金属層２２の厚さを５〜２０ｎｍとすることが
好ましい。また、ｐ形半導体層１４は、後述するＫＣＮ
処理を施す前のｐ形半導体層のＣｕ／Ｉｎ原子濃度比率
を１．８以上とすることができる。モリブデン層１２上
に直接ｐ型半導体層１４を形成した従来の化合物半導体
太陽電池では、ＫＣＮ処理前のｐ形半導体層のＣｕ／Ｉ
ｎ原子濃度比率が１．６を超えて高くなり、その膜厚が
２μｍ以上となると、ＫＣＮ処理工程において、モリブ
デン層１２からｐ型半導体層が剥離する現象が発生し易
くなる。この様に、Ｃｕ／Ｉｎ原子濃度比率を１．８以
上とした図１に示す化合物半導体太陽電池のｐ形半導体
層では、その厚さを６〜８μｍとすることができる。
尚、Ｃｕ／Ｉｎ原子濃度比率が１．６程度である従来の
化合物半導体太陽電池のｐ形半導体層では、その厚さは
２μｍ程度である。
池の一例を図１に示す。図１において、図１（ａ）は太
陽電池の正面図であり、図１（ｂ）は太陽電池の斜視図
である。図１に示す太陽電池は、基板としてのガラス基
板１０上に電極膜としてモリブデン層１２が形成されて
いる。このモリブデン層１２上には、ＣｕＩｎＳ2のｐ
形半導体層１４とｎ形半導体層１６とが順次積層されて
おり、ｎ形半導体層１６上に透明電極１８が形成されて
いる。更に、透明電極１８上には櫛形電極２０が形成さ
れている。この櫛形電極２０は、図１（ａ）に示す様
に、電極が枝別れ状（櫛形状）に形成されているもので
ある。かかる太陽電池において、モリブデン層１２とｐ
形半導体層１４との間には、貴金属から成る薄膜金属層
２２が形成されている。この薄膜金属層２２は、金（Ａ
ｕ），白金(Pt)又はパラジウム(Pd)によって形成するこ
とが好ましく、且つ図１（ｂ）に示す様に、太陽電池を
構成する層及び膜のいずれよりも薄く、厚さは２ｎｍ程
度で有効である。但し、実用的には、薄膜金属層２２の
厚さを５〜２００ｎｍの範囲内とすることが好ましく、
特に薄膜金属層２２の厚さを５〜２０ｎｍとすることが
好ましい。また、ｐ形半導体層１４は、後述するＫＣＮ
処理を施す前のｐ形半導体層のＣｕ／Ｉｎ原子濃度比率
を１．８以上とすることができる。モリブデン層１２上
に直接ｐ型半導体層１４を形成した従来の化合物半導体
太陽電池では、ＫＣＮ処理前のｐ形半導体層のＣｕ／Ｉ
ｎ原子濃度比率が１．６を超えて高くなり、その膜厚が
２μｍ以上となると、ＫＣＮ処理工程において、モリブ
デン層１２からｐ型半導体層が剥離する現象が発生し易
くなる。この様に、Ｃｕ／Ｉｎ原子濃度比率を１．８以
上とした図１に示す化合物半導体太陽電池のｐ形半導体
層では、その厚さを６〜８μｍとすることができる。
尚、Ｃｕ／Ｉｎ原子濃度比率が１．６程度である従来の
化合物半導体太陽電池のｐ形半導体層では、その厚さは
２μｍ程度である。
【００１０】図１に示す太陽電池は、図２に示す製造方
法で製造できる。先ず、基板としてのガラス基板１０の
一面側に、電極膜としてのモリブデン層１２をスパッタ
リングによって形成した後〔図２（ａ）の工程〕、厚さ
が５〜１００ｎｍ（好ましくは５〜２０ｎｍ）の貴金属
から成る薄膜金属層２２をモリブデン層１２上に形成す
る〔図２（ｂ）の工程〕。この薄膜金属層２２は、金
（Ａｕ），白金(Pt)又はパラジウム(Pd)の蒸着、スパッ
タリング、又は電解めっきによって形成することが好ま
しい。更に、インジウム層１３を、薄膜金属層２２上に
室温下での蒸着によって形成した後、銅層１５を室温下
での蒸着によってインジウム層１３上に形成する〔図２
（ｃ）の工程〕。この際、インジウム層１３及び銅層１
５の厚さを、ＫＣＮ処理前のｐ形半導体層のＣｕ／Ｉｎ
原子濃度比率が１．８以上となるように制御する。次い
で、形成したインジウム層１３及び銅層１５から成る金
属膜に、硫化水素雰囲気中で加熱処理する硫化処理を施
すことによって、ＣｕＩｎＳ2のｐ形半導体層１４を形
成する〔図２（ｄ）の工程〕。この硫化処理は、アルゴ
ンガス等の不活性ガス中に硫化水素（Ｈ2Ｓ）が５vol
％加えられた気体を、５４０℃の温度雰囲気下で約２時
間ほど流すことによって施すことができる。ここで、図
２においては、インジウム層１３を形成した後に銅層１
５を形成しているが、銅層１５を形成した後にインジウ
ム層１３を形成してもよい。更に、図２では、インジウ
ム層１３及び銅層１５を蒸着によって形成しているが、
スパッタリングやめっきによって形成してもよく、蒸
着、スパッタリング、及びめっきを併用してもよい。
法で製造できる。先ず、基板としてのガラス基板１０の
一面側に、電極膜としてのモリブデン層１２をスパッタ
リングによって形成した後〔図２（ａ）の工程〕、厚さ
が５〜１００ｎｍ（好ましくは５〜２０ｎｍ）の貴金属
から成る薄膜金属層２２をモリブデン層１２上に形成す
る〔図２（ｂ）の工程〕。この薄膜金属層２２は、金
（Ａｕ），白金(Pt)又はパラジウム(Pd)の蒸着、スパッ
タリング、又は電解めっきによって形成することが好ま
しい。更に、インジウム層１３を、薄膜金属層２２上に
室温下での蒸着によって形成した後、銅層１５を室温下
での蒸着によってインジウム層１３上に形成する〔図２
（ｃ）の工程〕。この際、インジウム層１３及び銅層１
５の厚さを、ＫＣＮ処理前のｐ形半導体層のＣｕ／Ｉｎ
原子濃度比率が１．８以上となるように制御する。次い
で、形成したインジウム層１３及び銅層１５から成る金
属膜に、硫化水素雰囲気中で加熱処理する硫化処理を施
すことによって、ＣｕＩｎＳ2のｐ形半導体層１４を形
成する〔図２（ｄ）の工程〕。この硫化処理は、アルゴ
ンガス等の不活性ガス中に硫化水素（Ｈ2Ｓ）が５vol
％加えられた気体を、５４０℃の温度雰囲気下で約２時
間ほど流すことによって施すことができる。ここで、図
２においては、インジウム層１３を形成した後に銅層１
５を形成しているが、銅層１５を形成した後にインジウ
ム層１３を形成してもよい。更に、図２では、インジウ
ム層１３及び銅層１５を蒸着によって形成しているが、
スパッタリングやめっきによって形成してもよく、蒸
着、スパッタリング、及びめっきを併用してもよい。
【００１１】その後、最適なｐｎ接合の太陽電池が得ら
れるように、ｐ形半導体層１４に生成された硫化物（Ｃ
ｕxＳY）等の不純物を取り除きｐ形半導体層１４の特性
を適正化して安定した特性とすべく、ＫＣＮが５〜１０
重量％含有されたＫＣＮ溶液によってｐ形半導体層１４
の表面を洗浄するＫＣＮ処理を施す。このＫＣＮ処理
は、ＫＣＮが５〜１０重量％含有された室温（常温）程
度のＫＣＮ溶液中に、ｐ形半導体層１４の表面を１〜５
分間程度浸漬することによって行うことができる。かか
るＫＣＮ処理の工程において、薄膜金属層２２上に形成
したｐ型半導体層では、ＫＣＮ処理前のｐ型半導体層の
Ｃｕ／Ｉｎ原子濃度比率を１．８以上としても、モリブ
デン層１２からのｐ形半導体層の剥離現象は発生しな
い。他方、モリブデン層１０２上に直接ｐ形半導体層１
０４が形成されている図５に示す従来の太陽電池では、
ＫＣＮ処理前のｐ型半導体層のＣｕ／Ｉｎ原子濃度比率
が１．６を超えて高くなると、モリブデン層からｐ形半
導体層が剥離する現象が発生する。
れるように、ｐ形半導体層１４に生成された硫化物（Ｃ
ｕxＳY）等の不純物を取り除きｐ形半導体層１４の特性
を適正化して安定した特性とすべく、ＫＣＮが５〜１０
重量％含有されたＫＣＮ溶液によってｐ形半導体層１４
の表面を洗浄するＫＣＮ処理を施す。このＫＣＮ処理
は、ＫＣＮが５〜１０重量％含有された室温（常温）程
度のＫＣＮ溶液中に、ｐ形半導体層１４の表面を１〜５
分間程度浸漬することによって行うことができる。かか
るＫＣＮ処理の工程において、薄膜金属層２２上に形成
したｐ型半導体層では、ＫＣＮ処理前のｐ型半導体層の
Ｃｕ／Ｉｎ原子濃度比率を１．８以上としても、モリブ
デン層１２からのｐ形半導体層の剥離現象は発生しな
い。他方、モリブデン層１０２上に直接ｐ形半導体層１
０４が形成されている図５に示す従来の太陽電池では、
ＫＣＮ処理前のｐ型半導体層のＣｕ／Ｉｎ原子濃度比率
が１．６を超えて高くなると、モリブデン層からｐ形半
導体層が剥離する現象が発生する。
【００１２】この様に形成したｐ形半導体層１４上に
は、化学的溶液析出法によってｎ形半導体層１６を形成
する〔図２（ｅ）の工程〕。かかるｎ形半導体層１６
は、ＺｎＳＯ4（０．１ｍｏｌ／リットル）、チオ尿素
（０．６ｍｏｌ／リットル）及びＮＨ3水溶液（３ｍｏ
ｌ／リットル）が混合されて８０℃に維持された混合液
に、ｐ形半導体層１４を形成したガラス基板１０を約１
０分間程浸漬することによって形成できる。この工程は
ｎ型半導体層１４がＺｎＳの場合であり、ｎ型半導体層
１４をＣｄＳとする場合は、ヨウ化カドミウム（０．０
０１５ｍｏｌ／リットル）、ＮＨ3水溶液（１．０ｍｏ
ｌ／リットル）及びヨウ化アンモニウム（０．０１ｍｏ
ｌ／リットル）を混合した液に基板を入れ、加温して約
４０℃になったところで、チオ尿素（０．１５ｍｏｌ／
リットル）を入れ、８０℃で５分間浸漬することによっ
て形成できる。更に、ｎ形半導体層１６上に、Ａｌがド
ープされたＺｎＯから成る透明電極１８を形成する〔図
２（ｆ）の工程〕。その後、透明電極１８上に、アルミ
ニウムによって櫛形電極２０を形成した後、モリブデン
層１２上に電極端子２３を形成して図１に示す太陽電池
を得ることができる。この電極端子２３は、モリブデン
層１２上で電極端子２３を形成する部位を予め保護用の
レジスト又はマスクにより被覆しておき、ｐ型半導体層
１４、ｎ形半導体層１６、透明電極１８を形成した後、
保護用のレジスト又はマスクを除去することによって形
成できる。
は、化学的溶液析出法によってｎ形半導体層１６を形成
する〔図２（ｅ）の工程〕。かかるｎ形半導体層１６
は、ＺｎＳＯ4（０．１ｍｏｌ／リットル）、チオ尿素
（０．６ｍｏｌ／リットル）及びＮＨ3水溶液（３ｍｏ
ｌ／リットル）が混合されて８０℃に維持された混合液
に、ｐ形半導体層１４を形成したガラス基板１０を約１
０分間程浸漬することによって形成できる。この工程は
ｎ型半導体層１４がＺｎＳの場合であり、ｎ型半導体層
１４をＣｄＳとする場合は、ヨウ化カドミウム（０．０
０１５ｍｏｌ／リットル）、ＮＨ3水溶液（１．０ｍｏ
ｌ／リットル）及びヨウ化アンモニウム（０．０１ｍｏ
ｌ／リットル）を混合した液に基板を入れ、加温して約
４０℃になったところで、チオ尿素（０．１５ｍｏｌ／
リットル）を入れ、８０℃で５分間浸漬することによっ
て形成できる。更に、ｎ形半導体層１６上に、Ａｌがド
ープされたＺｎＯから成る透明電極１８を形成する〔図
２（ｆ）の工程〕。その後、透明電極１８上に、アルミ
ニウムによって櫛形電極２０を形成した後、モリブデン
層１２上に電極端子２３を形成して図１に示す太陽電池
を得ることができる。この電極端子２３は、モリブデン
層１２上で電極端子２３を形成する部位を予め保護用の
レジスト又はマスクにより被覆しておき、ｐ型半導体層
１４、ｎ形半導体層１６、透明電極１８を形成した後、
保護用のレジスト又はマスクを除去することによって形
成できる。
【００１３】図１に示す太陽電池のＩ−Ｖ特性を図３の
曲線Ａとして示す。ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2)の
条件により測定した結果である。曲線ＡのＩ−Ｖ特性を
呈する太陽電池は、その受光面積（有効面積）が０．２
５ｃｍ2であって、ガラス基板１０上に形成された厚さ
約１μｍのモリブデン層１２、厚さ５ｎｍの白金(Pt)か
ら成る薄膜金属層２２、厚さ約２．５μｍで且つＫＣＮ
処理前のＣｕ／Ｉｎ原子濃度比率が３．０であったＣｕ
ＩｎＳ2から成るｐ形半導体層１４、厚さ８０〜１２０
ｎｍのＺｎＳによるｎ型半導体層１６及びＡｌがドープ
されたＺｎＯから成る厚さ約１μｍの透明電極１８によ
って構成されている。尚、ｎ型半導体層１６としてＣｄ
Ｓ、ＩｎＳを使用した場合も同様である。
曲線Ａとして示す。ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2)の
条件により測定した結果である。曲線ＡのＩ−Ｖ特性を
呈する太陽電池は、その受光面積（有効面積）が０．２
５ｃｍ2であって、ガラス基板１０上に形成された厚さ
約１μｍのモリブデン層１２、厚さ５ｎｍの白金(Pt)か
ら成る薄膜金属層２２、厚さ約２．５μｍで且つＫＣＮ
処理前のＣｕ／Ｉｎ原子濃度比率が３．０であったＣｕ
ＩｎＳ2から成るｐ形半導体層１４、厚さ８０〜１２０
ｎｍのＺｎＳによるｎ型半導体層１６及びＡｌがドープ
されたＺｎＯから成る厚さ約１μｍの透明電極１８によ
って構成されている。尚、ｎ型半導体層１６としてＣｄ
Ｓ、ＩｎＳを使用した場合も同様である。
【００１４】他方、図５に示す従来の太陽電池のＩ−Ｖ
特性を、図３に曲線Ｂとして併記する。曲線ＢのＩ−Ｖ
特性を呈する太陽電池は、その受光面積（有効面積）が
０．２５ｃｍ2であって、ガラス基板１００上に形成さ
れた厚さ約１μｍのモリブデン層１０２、厚さ約２μｍ
で且つＫＣＮ処理前のＣｕ／Ｉｎ原子濃度比率が１．６
であったＣｕＩｎＳ2から成るｐ形半導体層１０４、厚
さ８０〜１２０ｎｍのＺｎＳによるｎ型半導体層１０６
及びＡｌがドープされたＺｎＯから成る厚さ約１μｍの
透明電極１０８によって構成されている。図３から明ら
かな様に、図１に示す太陽電池の光量１００ｍＷ／ｃｍ
2下におけるＩ−Ｖ特性は、図５に示す従来の太陽電池
のＩ−Ｖ特性よりも良好であり、図３に示すＩ−Ｖ特性
から導かれる発電効率は１１．０％である。一方、図５
に示す従来の太陽電池の発電効率は９．７％であった。
特性を、図３に曲線Ｂとして併記する。曲線ＢのＩ−Ｖ
特性を呈する太陽電池は、その受光面積（有効面積）が
０．２５ｃｍ2であって、ガラス基板１００上に形成さ
れた厚さ約１μｍのモリブデン層１０２、厚さ約２μｍ
で且つＫＣＮ処理前のＣｕ／Ｉｎ原子濃度比率が１．６
であったＣｕＩｎＳ2から成るｐ形半導体層１０４、厚
さ８０〜１２０ｎｍのＺｎＳによるｎ型半導体層１０６
及びＡｌがドープされたＺｎＯから成る厚さ約１μｍの
透明電極１０８によって構成されている。図３から明ら
かな様に、図１に示す太陽電池の光量１００ｍＷ／ｃｍ
2下におけるＩ−Ｖ特性は、図５に示す従来の太陽電池
のＩ−Ｖ特性よりも良好であり、図３に示すＩ−Ｖ特性
から導かれる発電効率は１１．０％である。一方、図５
に示す従来の太陽電池の発電効率は９．７％であった。
【００１５】以上の説明では、インジウム層１３と銅層
１５とから成る金属層に、硫化水素雰囲気中で加熱処理
する硫化処理を施すことによって、ＣｕＩｎＳ2のｐ形
半導体層１４を形成したが、インジウム層１３と銅層１
５とから成る金属層に、セレン化水素雰囲気中で加熱処
理するセレン化処理を施し、ＣｕＩｎＳｅ2のｐ形半導
体層１４を形成する場合も、本発明を適用することがで
きる。また、ｐ形半導体層１４を形成するＣｕＩｎＳ2
又はＣｕＩｎＳｅ2中に、微量のガリウム（Ｇａ）が含
有されていてもよい。この様に、微量のガリウム（Ｇ
ａ）が含有されているｐ形半導体層１４を形成するに
は、例えば図２に示す方法において、ガラス基板１０の
基板面に形成したモリブデン層１２上にガリウム層をガ
リウム（Ｇａ）又は硫化ガリウム（ＧａＳ）のスパッタ
リング又は蒸着によって形成した後、インジウム層１３
と銅層１５とを形成するか、或いはモリブデン層１２上
にインジウム層１３と銅層１５とを形成した後、同様に
してガリウム層を形成し、次いで、硫化水素雰囲気中で
加熱処理する硫化処理を施すことによって、微量のガリ
ウム（Ｇａ）を含有するＣｕＩｎＳ2から成るｐ形半導
体層１４を形成できる。同様のｐ形半導体層１４は、ガ
ラス基板１０の基板面に形成したモリブデン層１２上に
インジウム層１３を形成した後、銅（Ｃｕ）−ガリウム
（Ｇａ）合金層をスパッタリング又は蒸着によって形成
し、次いで、硫化水素雰囲気中で加熱処理する硫化処理
を施しても形成できる。或いは、ガラス基板１０の基板
面に形成したモリブデン層１２上に、銅（Ｃｕ）、イン
ジウム（Ｉｎ）、セレン（Ｓｅ）、及び微量のガリウム
（Ｇａ）を加熱しつつ同時蒸着することによって、微量
のガリウム（Ｇａ）を含有するＣｕＩｎＳｅ2から成る
ｐ形半導体層１４を形成できる。
１５とから成る金属層に、硫化水素雰囲気中で加熱処理
する硫化処理を施すことによって、ＣｕＩｎＳ2のｐ形
半導体層１４を形成したが、インジウム層１３と銅層１
５とから成る金属層に、セレン化水素雰囲気中で加熱処
理するセレン化処理を施し、ＣｕＩｎＳｅ2のｐ形半導
体層１４を形成する場合も、本発明を適用することがで
きる。また、ｐ形半導体層１４を形成するＣｕＩｎＳ2
又はＣｕＩｎＳｅ2中に、微量のガリウム（Ｇａ）が含
有されていてもよい。この様に、微量のガリウム（Ｇ
ａ）が含有されているｐ形半導体層１４を形成するに
は、例えば図２に示す方法において、ガラス基板１０の
基板面に形成したモリブデン層１２上にガリウム層をガ
リウム（Ｇａ）又は硫化ガリウム（ＧａＳ）のスパッタ
リング又は蒸着によって形成した後、インジウム層１３
と銅層１５とを形成するか、或いはモリブデン層１２上
にインジウム層１３と銅層１５とを形成した後、同様に
してガリウム層を形成し、次いで、硫化水素雰囲気中で
加熱処理する硫化処理を施すことによって、微量のガリ
ウム（Ｇａ）を含有するＣｕＩｎＳ2から成るｐ形半導
体層１４を形成できる。同様のｐ形半導体層１４は、ガ
ラス基板１０の基板面に形成したモリブデン層１２上に
インジウム層１３を形成した後、銅（Ｃｕ）−ガリウム
（Ｇａ）合金層をスパッタリング又は蒸着によって形成
し、次いで、硫化水素雰囲気中で加熱処理する硫化処理
を施しても形成できる。或いは、ガラス基板１０の基板
面に形成したモリブデン層１２上に、銅（Ｃｕ）、イン
ジウム（Ｉｎ）、セレン（Ｓｅ）、及び微量のガリウム
（Ｇａ）を加熱しつつ同時蒸着することによって、微量
のガリウム（Ｇａ）を含有するＣｕＩｎＳｅ2から成る
ｐ形半導体層１４を形成できる。
【発明の効果】本発明によれば、ＫＣＮ処理直前のｐ形
半導体層のＣｕ／Ｉｎ原子濃度比率を、従来のｐｎ接合
の化合物半導体太陽電池よりも高くでき、ｐ形半導体層
内の結晶性を向上できるため、本発明に係るｐｎ接合の
化合物半導体太陽電池の発電効率は、従来のｐｎ接合の
化合物半導体太陽電池の発電効率よりも向上できる。そ
の結果、ｐｎ接合の化合物半導体太陽電池の普及を図る
ことができる。
半導体層のＣｕ／Ｉｎ原子濃度比率を、従来のｐｎ接合
の化合物半導体太陽電池よりも高くでき、ｐ形半導体層
内の結晶性を向上できるため、本発明に係るｐｎ接合の
化合物半導体太陽電池の発電効率は、従来のｐｎ接合の
化合物半導体太陽電池の発電効率よりも向上できる。そ
の結果、ｐｎ接合の化合物半導体太陽電池の普及を図る
ことができる。
【図１】本発明に係る化合物半導体太陽電池の一例を説
明するための正面図及び斜視図である。
明するための正面図及び斜視図である。
【図２】図１に示す化合物半導体太陽電池の製造方法の
一例を説明するための工程図である。
一例を説明するための工程図である。
【図３】図１に示す太陽電池のＩ−Ｖ特性を示すグラフ
である。
である。
【図４】従来の化合物半導体太陽電池の一例を説明する
ための正面図及び縦断面図である。
ための正面図及び縦断面図である。
【図５】図４に示す従来の化合物半導体太陽電池の製造
方法の一例を説明するための工程図である。
方法の一例を説明するための工程図である。
１０ ガラス基板 １２ モリブデン層（電極膜） １３ インジウム層 １４ ｐ形半導体層 １５ 銅層 １６ ｎ形半導体層 １８ 透明電極層 ２０ 櫛形電極 ２２ 薄膜金属層
Claims (8)
- 【請求項１】 基板の一面側に形成された電極膜上に、
ｐ形半導体層とｎ形半導体層とが順次形成されてなる化
合物半導体太陽電池において、 該ｐ形半導体層が、主として銅(Cu)及びインジウム(In)
によって形成された半導体層であり、 且つ前記電極膜とｐ形半導体層との間に、前記ｐ形半導
体層よりも薄い貴金属から成る薄膜金属層が形成されて
いることを特徴とする化合物半導体太陽電池。 - 【請求項２】 薄膜金属層の厚さが、２ｎｍ以上である
請求項１記載の化合物半導体太陽電池。 - 【請求項３】 薄膜金属層の厚さが、５〜２００ｎｍで
ある請求項２記載の化合物半導体太陽電池。 - 【請求項４】 薄膜金属層が、金（Ａｕ），白金（Ｐ
ｔ）又はパラジウム（Ｐｄ）によって形成されている請
求項１〜３のいずれか一項記載の化合物半導体太陽電
池。 - 【請求項５】 電極膜が、ガラス基板の一面側に形成さ
れたモリブデン(Mo)から成る電極膜であり、且つｐ形半
導体層が、ＣｕＩｎＳ2又はＣｕＩｎＳｅ2から成る請求
項１〜４のいずれか一項記載の化合物半導体太陽電池。 - 【請求項６】 基板の一面側に形成された電極膜上にイ
ンジウム層と銅層とを積層して金属膜を形成した後、前
記金属膜に硫化処理又はセレン化処理を施してＣｕＩｎ
Ｓ2又はＣｕＩｎＳｅ2から成るｐ形半導体層を形成し、 次いで、前記ｐ形半導体層をＫＣＮ溶液で洗浄して、硫
化銅やセレン化銅等の不純物を除去するＫＣＮ処理を施
した後、前記ｐ形半導体層上にｎ型半導体層を形成して
化合物半導体太陽電池を製造する際に、 該電極膜の表面に、前記ｐ形半導体層よりも薄い貴金属
から成る薄膜金属層を形成した後、 前記薄膜金属層の表面にインジウム層と銅層とから成る
金属膜を形成することを特徴とする化合物半導体太陽電
池の製造方法。 - 【請求項７】 薄膜金属層を、金（Ａｕ），白金（Ｐ
ｔ）又はパラジウム（Ｐｄ）によって形成する請求項６
記載の化合物半導体太陽電池の製造方法。 - 【請求項８】 インジウム層と銅層との金属膜を、前記
ＫＣＮ処理を施す前のｐ形半導体層を形成するインジウ
ム（Ｉｎ）と銅（Ｃｕ）とのＣｕ／Ｉｎ原子濃度比率が
１．８以上となるように形成する請求項６又は請求項７
記載の化合物半導体太陽電池の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36768799A JP3777281B2 (ja) | 1999-03-29 | 1999-12-24 | 化合物半導体太陽電池及びその製造方法 |
| US09/535,246 US6307148B1 (en) | 1999-03-29 | 2000-03-27 | Compound semiconductor solar cell and production method thereof |
| EP00302565A EP1041645A3 (en) | 1999-03-29 | 2000-03-28 | Compound semiconductor solar cell and production method |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8679299 | 1999-03-29 | ||
| JP11-86792 | 1999-09-07 | ||
| JP11-253038 | 1999-09-07 | ||
| JP25303899 | 1999-09-07 | ||
| JP36768799A JP3777281B2 (ja) | 1999-03-29 | 1999-12-24 | 化合物半導体太陽電池及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001148490A true JP2001148490A (ja) | 2001-05-29 |
| JP3777281B2 JP3777281B2 (ja) | 2006-05-24 |
Family
ID=27305254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36768799A Expired - Fee Related JP3777281B2 (ja) | 1999-03-29 | 1999-12-24 | 化合物半導体太陽電池及びその製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3777281B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006005326A (ja) * | 2004-05-20 | 2006-01-05 | Shinko Electric Ind Co Ltd | 化合物半導体太陽電池の製造方法及び製造装置 |
| WO2006062206A1 (ja) * | 2004-12-09 | 2006-06-15 | Showa Shell Sekiyu K.K. | Ｃｉｓ系薄膜太陽電池及びその作製方法 |
-
1999
- 1999-12-24 JP JP36768799A patent/JP3777281B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006005326A (ja) * | 2004-05-20 | 2006-01-05 | Shinko Electric Ind Co Ltd | 化合物半導体太陽電池の製造方法及び製造装置 |
| JP4676771B2 (ja) * | 2004-05-20 | 2011-04-27 | 新光電気工業株式会社 | 化合物半導体太陽電池の製造方法 |
| WO2006062206A1 (ja) * | 2004-12-09 | 2006-06-15 | Showa Shell Sekiyu K.K. | Ｃｉｓ系薄膜太陽電池及びその作製方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3777281B2 (ja) | 2006-05-24 |
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