JP2001237441A - 太陽電池の製造方法および太陽電池 - Google Patents
太陽電池の製造方法および太陽電池Info
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 複雑な工程を要さず極めて簡易に、また、高
価な装置を必要とせず低コストで、高変換効率の太陽電
池を提供する。 【解決手段】 （１）透光性基板上に形成された導電膜
上にｎ型半導体層を形成する工程、（２）前記ｎ型半導
体層上にｐ型半導体層を形成する工程、および（３）前
記ｐ型半導体層の表面に融点降下剤および第６族元素を
含有する溶液を塗布して熱処理する工程を有する製造方
法により太陽電池を製造する。
価な装置を必要とせず低コストで、高変換効率の太陽電
池を提供する。 【解決手段】 （１）透光性基板上に形成された導電膜
上にｎ型半導体層を形成する工程、（２）前記ｎ型半導
体層上にｐ型半導体層を形成する工程、および（３）前
記ｐ型半導体層の表面に融点降下剤および第６族元素を
含有する溶液を塗布して熱処理する工程を有する製造方
法により太陽電池を製造する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池の製造方
法に関し、具体的には光電変換効率の優れた太陽電池の
製造方法に関する。
法に関し、具体的には光電変換効率の優れた太陽電池の
製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、将来におけるエネルギー資源枯渇
の危惧から、太陽をエネルギー源とする太陽電池の高効
率化および低コスト化などに大きな関心が向けられてい
る。なかでも、大面積化が容易な化合物半導体太陽電池
は、大幅な低コスト化が可能であることから、そのエネ
ルギー変換効率の向上が強く望まれている。化合物半導
体太陽電池としては、窓層としてバンドギャップの広い
ｎ型のＣｄＳ膜を用い、吸収層としてバンドギャップの
狭いｐ型のＣｄＴｅ膜を用いた太陽電池（以下、ＣｄＳ
／ＣｄＴｅ太陽電池という。）などが知られている。
の危惧から、太陽をエネルギー源とする太陽電池の高効
率化および低コスト化などに大きな関心が向けられてい
る。なかでも、大面積化が容易な化合物半導体太陽電池
は、大幅な低コスト化が可能であることから、そのエネ
ルギー変換効率の向上が強く望まれている。化合物半導
体太陽電池としては、窓層としてバンドギャップの広い
ｎ型のＣｄＳ膜を用い、吸収層としてバンドギャップの
狭いｐ型のＣｄＴｅ膜を用いた太陽電池（以下、ＣｄＳ
／ＣｄＴｅ太陽電池という。）などが知られている。
【０００３】ここで、図１にＣｄＳ／ＣｄＴｅ太陽電池
の概略断面図を示し、それを参照しながら、従来のＣｄ
Ｓ／ＣｄＴｅ太陽電池の製造方法について説明する。ま
ず、ガラス基板などの透光性基板１上に、二酸化スズを
ドープした酸化インジウム（ＩＴＯ）またはフッ素をド
ープした二酸化スズ（ＦＴＯ）などからなる透明導電膜
２、次いでＣｄＳ層３を順次形成する。そして、ＣｄＳ
層３上に近接昇華法などにより、厚さ１〜６μｍのＣｄ
Ｔｅ層４を形成する。次に、ＣｄＴｅ層４上にカーボン
電極５を形成し、さらに、ＣｄＳ層３およびカーボン電
極５上に集電体としてＡｇＩｎ電極を形成して太陽電池
素子が構成される。
の概略断面図を示し、それを参照しながら、従来のＣｄ
Ｓ／ＣｄＴｅ太陽電池の製造方法について説明する。ま
ず、ガラス基板などの透光性基板１上に、二酸化スズを
ドープした酸化インジウム（ＩＴＯ）またはフッ素をド
ープした二酸化スズ（ＦＴＯ）などからなる透明導電膜
２、次いでＣｄＳ層３を順次形成する。そして、ＣｄＳ
層３上に近接昇華法などにより、厚さ１〜６μｍのＣｄ
Ｔｅ層４を形成する。次に、ＣｄＴｅ層４上にカーボン
電極５を形成し、さらに、ＣｄＳ層３およびカーボン電
極５上に集電体としてＡｇＩｎ電極を形成して太陽電池
素子が構成される。
【０００４】このようなＣｄＳ／ＣｄＴｅ太陽電池にお
いて、カーボン電極は、ＣｄＳ層／ＣｄＴｅ層界面付近
で生成した光電流を集電する役割を担っている。したが
ってカーボン電極／ＣｄＴｅ層界面の構成は、太陽電池
性能の向上に対して非常に重要なポイントとなる。つま
り、生成した光電流のうち、ｐ型キャリアであるホール
をカーボン電極／ＣｄＴｅ層界面に効率よく集めること
が重要となるため、カーボン電極を形成する側のＣｄＴ
ｅ層表面は、より高いｐ型キャリア濃度を有することが
望ましい。
いて、カーボン電極は、ＣｄＳ層／ＣｄＴｅ層界面付近
で生成した光電流を集電する役割を担っている。したが
ってカーボン電極／ＣｄＴｅ層界面の構成は、太陽電池
性能の向上に対して非常に重要なポイントとなる。つま
り、生成した光電流のうち、ｐ型キャリアであるホール
をカーボン電極／ＣｄＴｅ層界面に効率よく集めること
が重要となるため、カーボン電極を形成する側のＣｄＴ
ｅ層表面は、より高いｐ型キャリア濃度を有することが
望ましい。
【０００５】かかる観点から、ＣｄＳ／ＣｄＴｅ太陽電
池の変換効率を向上させるために、主としてＣｄＴｅ層
表面を改質してＴｅ濃度を高くする技術が提案されてい
る。例えばEffect of nitric-phosphoric acid etches
on material properties andback-contact formation o
f CdTe-based solar cells（ Xiaonan Li, David W.Nil
es, Falah S. Hasoon, Richard J. Matson, and Peter
Sheldon :J. Vac. Sci. Technol. A 17(3), p.805-809
）には、集電電極の形成前にＣｄＴｅ膜表面の元素を
選択的にエッチングする技術が開示されている。具体的
には、窒化燐の酸性溶液をエッチング液に用いてＣｄＴ
ｅ膜表面を改質することにより、得られる太陽電池の開
放端電圧を増加させるというものである。しかし、前述
のような半導体表面の選択的なエッチングは、化学反応
を利用した処理であり、溶液を用いるなどする特殊で複
雑な工程を含むものである。
池の変換効率を向上させるために、主としてＣｄＴｅ層
表面を改質してＴｅ濃度を高くする技術が提案されてい
る。例えばEffect of nitric-phosphoric acid etches
on material properties andback-contact formation o
f CdTe-based solar cells（ Xiaonan Li, David W.Nil
es, Falah S. Hasoon, Richard J. Matson, and Peter
Sheldon :J. Vac. Sci. Technol. A 17(3), p.805-809
）には、集電電極の形成前にＣｄＴｅ膜表面の元素を
選択的にエッチングする技術が開示されている。具体的
には、窒化燐の酸性溶液をエッチング液に用いてＣｄＴ
ｅ膜表面を改質することにより、得られる太陽電池の開
放端電圧を増加させるというものである。しかし、前述
のような半導体表面の選択的なエッチングは、化学反応
を利用した処理であり、溶液を用いるなどする特殊で複
雑な工程を含むものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、簡易な方法
で安価にｐ型半導体層表面のｐ型キャリア濃度を高濃度
にすることができる太陽電池の製造方法を提供すること
を目的とする。特には、ＣｄＳ／ＣｄＴｅ太陽電池にお
いて、従来よりも簡易な方法で安価にＣｄＴｅ層表面の
Ｔｅ濃度をより高くし、ＣｄＴｅ層表面のｐ型キャリア
濃度を向上させ、ＣｄＳ層／ＣｄＴｅ層界面で生成した
光電流を効率良く集電し、太陽電池の変換効率を向上さ
せることを目的とする。さらに、カーボン電極／ＣｄＴ
ｅ層界面での密着強度を増加させ、信頼性の高いＣｄＳ
／ＣｄＴｅ太陽電池を得ることを目的とする。
で安価にｐ型半導体層表面のｐ型キャリア濃度を高濃度
にすることができる太陽電池の製造方法を提供すること
を目的とする。特には、ＣｄＳ／ＣｄＴｅ太陽電池にお
いて、従来よりも簡易な方法で安価にＣｄＴｅ層表面の
Ｔｅ濃度をより高くし、ＣｄＴｅ層表面のｐ型キャリア
濃度を向上させ、ＣｄＳ層／ＣｄＴｅ層界面で生成した
光電流を効率良く集電し、太陽電池の変換効率を向上さ
せることを目的とする。さらに、カーボン電極／ＣｄＴ
ｅ層界面での密着強度を増加させ、信頼性の高いＣｄＳ
／ＣｄＴｅ太陽電池を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、（１）透光性
基板上に形成された導電膜上にｎ型半導体層を形成する
工程、（２）前記ｎ型半導体層上にｐ型半導体層を形成
する工程、および（３）前記ｐ型半導体層の表面に融点
降下剤および第６族元素を含有する溶液を塗布して熱処
理する工程を有する太陽電池の製造方法に関する。ここ
で、ｐ型半導体層としてテルル化カドミウム、融点降下
剤としてハロゲン化カドミウムおよび第６族元素として
Ｔｅ元素を用いることが好ましい。さらに、ハロゲン化
カドミウムとしては塩化カドミウムが好ましい。また、
融点降下剤および第６族元素を含有する溶液中の第６族
元素の濃度は、０．０１〜３モル／リットルであること
が好ましい。本発明は、さらに、ｐ型半導体層表面にお
けるカドミウム原子に対するテルル原子のモル比が1．
５〜２．５であり、ｐ型キャリア濃度が１０18ｃｍ-3以
上である太陽電池に関する。
基板上に形成された導電膜上にｎ型半導体層を形成する
工程、（２）前記ｎ型半導体層上にｐ型半導体層を形成
する工程、および（３）前記ｐ型半導体層の表面に融点
降下剤および第６族元素を含有する溶液を塗布して熱処
理する工程を有する太陽電池の製造方法に関する。ここ
で、ｐ型半導体層としてテルル化カドミウム、融点降下
剤としてハロゲン化カドミウムおよび第６族元素として
Ｔｅ元素を用いることが好ましい。さらに、ハロゲン化
カドミウムとしては塩化カドミウムが好ましい。また、
融点降下剤および第６族元素を含有する溶液中の第６族
元素の濃度は、０．０１〜３モル／リットルであること
が好ましい。本発明は、さらに、ｐ型半導体層表面にお
けるカドミウム原子に対するテルル原子のモル比が1．
５〜２．５であり、ｐ型キャリア濃度が１０18ｃｍ-3以
上である太陽電池に関する。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の太陽電池の製造
方法について図１を参照しながら説明する。まず、透光
性基板１上に設けられた透明導電膜２上にｎ型半導体層
を形成する。前記透光性基板としては、ｐｎ接合部で光
電変換に用いられる光を透過させる性質を有する基板を
特に限定なく用いることができ、例えばガラス基板が好
ましい。基板の厚さは、１〜５ｍｍであるのが好まし
い。
方法について図１を参照しながら説明する。まず、透光
性基板１上に設けられた透明導電膜２上にｎ型半導体層
を形成する。前記透光性基板としては、ｐｎ接合部で光
電変換に用いられる光を透過させる性質を有する基板を
特に限定なく用いることができ、例えばガラス基板が好
ましい。基板の厚さは、１〜５ｍｍであるのが好まし
い。
【０００９】前記透光性基板の表面には、同じく透光性
を有する導電膜が形成されている。導電膜としては、高
い光透過性を有する他、低抵抗であることが好ましく、
２０Ω／□以下の抵抗を有するものが特に好ましい。導
電膜の厚さは、２００〜６００ｎｍであるのが好まし
い。
を有する導電膜が形成されている。導電膜としては、高
い光透過性を有する他、低抵抗であることが好ましく、
２０Ω／□以下の抵抗を有するものが特に好ましい。導
電膜の厚さは、２００〜６００ｎｍであるのが好まし
い。
【００１０】導電膜としては、例えばＩｎ2Ｏ3、Ｉｎ2
Ｏ3・ＳｎＯ2（ＩＴＯ）、フッ素をドープしたＳｎＯ2
（ＦＴＯ）、アンチモンをドープしたＳｎＯ2、Ｉｎ、
Ａｌ、Ｂ、Ｆ、ＧａもしくはＳｉをドープしたＺｎＯ、
Ｃｄ2Ｉｎ2Ｏ4、Ｃｄ2ＳｎＯ4、ＣｄＯ、Ｃｄ2Ｓｎ
Ｏ4、Ｚｎ2ＳｎＯ4、Ｉｎ2Ｏ3−ＺｎＯなどが挙げられ
る。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わ
せて用いてもよい。なかでも、より高い光透過性および
低抵抗を有するという理由から、Ｉｎ2Ｏ3、ＩＴＯ、Ｆ
ＴＯ、アンチモンをドープしたＳｎＯ2、Ｉｎ、Ａｌも
しくはＳｉをドープしたＺｎＯ、Ｃｄ2Ｉｎ2Ｏ4、Ｃｄ2
ＳｎＯ4が好ましい。これらの導電膜は、太陽電池本来
の効果を損なわないように、スプレー法、常圧ＣＶＤ
（化学蒸着）法、減圧ＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタ
法などの従来公知の方法で形成すればよい。
Ｏ3・ＳｎＯ2（ＩＴＯ）、フッ素をドープしたＳｎＯ2
（ＦＴＯ）、アンチモンをドープしたＳｎＯ2、Ｉｎ、
Ａｌ、Ｂ、Ｆ、ＧａもしくはＳｉをドープしたＺｎＯ、
Ｃｄ2Ｉｎ2Ｏ4、Ｃｄ2ＳｎＯ4、ＣｄＯ、Ｃｄ2Ｓｎ
Ｏ4、Ｚｎ2ＳｎＯ4、Ｉｎ2Ｏ3−ＺｎＯなどが挙げられ
る。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わ
せて用いてもよい。なかでも、より高い光透過性および
低抵抗を有するという理由から、Ｉｎ2Ｏ3、ＩＴＯ、Ｆ
ＴＯ、アンチモンをドープしたＳｎＯ2、Ｉｎ、Ａｌも
しくはＳｉをドープしたＺｎＯ、Ｃｄ2Ｉｎ2Ｏ4、Ｃｄ2
ＳｎＯ4が好ましい。これらの導電膜は、太陽電池本来
の効果を損なわないように、スプレー法、常圧ＣＶＤ
（化学蒸着）法、減圧ＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタ
法などの従来公知の方法で形成すればよい。
【００１１】前記ｎ型半導体としては、硫化カドミウム
（ＣｄＳ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、酸化カドミウム（Ｃ
ｄＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などが挙げられる。なかで
も広いバンドギャップを有するという理由から、ＣｄＳ
を用いることが好ましい。ｎ型半導体層は、例えば塗布
焼結法、電解法、スパッタ法、溶液成長法、化学気相成
長法、有機金属熱分解法、蒸着法、近接昇華法、スプレ
ー法などを用いて形成すればよい。ｎ型半導体層の厚さ
は、太陽電池本来の効果を損なわない範囲であれば特に
制限はないが、５０〜１３０ｎｍであるのが好ましい。
（ＣｄＳ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、酸化カドミウム（Ｃ
ｄＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などが挙げられる。なかで
も広いバンドギャップを有するという理由から、ＣｄＳ
を用いることが好ましい。ｎ型半導体層は、例えば塗布
焼結法、電解法、スパッタ法、溶液成長法、化学気相成
長法、有機金属熱分解法、蒸着法、近接昇華法、スプレ
ー法などを用いて形成すればよい。ｎ型半導体層の厚さ
は、太陽電池本来の効果を損なわない範囲であれば特に
制限はないが、５０〜１３０ｎｍであるのが好ましい。
【００１２】次いで、前記ｎ型半導体層上にｐ型半導体
層が形成される。前記ｐ型半導体としては、ｎ型半導体
とｐｎ接合を形成するものであれば特に制限はないが、
例えばテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、ＣｕＩｎＳｅ
2、ＣｕＩｎＧａＳｅＳなどが挙げられる。なかでもＣ
ｄＳと組み合わせるのに適しているという理由から、Ｃ
ｄＴｅを用いることが好ましい。ここで、ＣｄＴｅは、
何も混入しない場合には格子欠陥が、また、カドミウム
の格子位置に銅、銀、燐、リチウム、ナトリウムなどの
元素が混入した場合にはそれらの元素が、ｐ型キャリア
生成の原因となる。ｐ型半導体層は、例えば塗布焼結
法、電解法、スパッタ法、溶液成長法、化学気相成長
法、有機金属熱分解法、蒸着法、近接昇華法、スプレー
法などの従来公知の方法で形成すればよい。ｐ型半導体
層の厚さは、太陽電池本来の効果を損なわない範囲であ
れば特に制限はないが、１〜８μｍであるのが好まし
い。
層が形成される。前記ｐ型半導体としては、ｎ型半導体
とｐｎ接合を形成するものであれば特に制限はないが、
例えばテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、ＣｕＩｎＳｅ
2、ＣｕＩｎＧａＳｅＳなどが挙げられる。なかでもＣ
ｄＳと組み合わせるのに適しているという理由から、Ｃ
ｄＴｅを用いることが好ましい。ここで、ＣｄＴｅは、
何も混入しない場合には格子欠陥が、また、カドミウム
の格子位置に銅、銀、燐、リチウム、ナトリウムなどの
元素が混入した場合にはそれらの元素が、ｐ型キャリア
生成の原因となる。ｐ型半導体層は、例えば塗布焼結
法、電解法、スパッタ法、溶液成長法、化学気相成長
法、有機金属熱分解法、蒸着法、近接昇華法、スプレー
法などの従来公知の方法で形成すればよい。ｐ型半導体
層の厚さは、太陽電池本来の効果を損なわない範囲であ
れば特に制限はないが、１〜８μｍであるのが好まし
い。
【００１３】ｎ型半導体層とｐ型半導体層との組み合わ
せとしては、ＣｄＳとＣｄＴｅとの組み合わせが最も好
ましいが、他にＣｄＳとＣｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ、ＺｎＯ
XＳY（ＯＨ）Z（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）とＣｕ（ＩｎＧａ）
Ｓｅなどの組み合わせであってもよい。
せとしては、ＣｄＳとＣｄＴｅとの組み合わせが最も好
ましいが、他にＣｄＳとＣｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ、ＺｎＯ
XＳY（ＯＨ）Z（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）とＣｕ（ＩｎＧａ）
Ｓｅなどの組み合わせであってもよい。
【００１４】ここで、先述したように、ｐ型半導体層上
には、ｐｎ接合面付近で生成した光電流を集電する役割
を担う電極が形成される。この電極としては、カーボン
電極が好ましく用いられる。ｐ型半導体の導電性の担い
手はｐ型キャリアであるので、ｐ型半導体層と電極との
界面付近におけるｐ型キャリア濃度が高い方が、ｐｎ接
合面付近で発生したｐ型キャリアが電極側に効率よく集
められ、開放端電圧などの太陽電池特性が向上する。
には、ｐｎ接合面付近で生成した光電流を集電する役割
を担う電極が形成される。この電極としては、カーボン
電極が好ましく用いられる。ｐ型半導体の導電性の担い
手はｐ型キャリアであるので、ｐ型半導体層と電極との
界面付近におけるｐ型キャリア濃度が高い方が、ｐｎ接
合面付近で発生したｐ型キャリアが電極側に効率よく集
められ、開放端電圧などの太陽電池特性が向上する。
【００１５】そこで、本発明においては、前記ｐ型半導
体層の表面に、融点降下剤と第６族元素とを含有する溶
液を塗布してから熱処理が行われる。本発明の最大の特
徴は、この溶液に第６族元素を含有させる点にある。融
点降下剤は、ｐ型半導体の融点を降下させるためのもの
であり、続く熱処理により、ｐ型半導体層の結晶性を向
上させるとともに、その表面を清浄化および活性化させ
る効果を有する。また、その結果、ｐ型半導体層とカー
ボン電極との密着性も向上する。また、第６族元素は、
ｐ型半導体層の表面におけるｐ型キャリア濃度を高くす
る効果を有する。
体層の表面に、融点降下剤と第６族元素とを含有する溶
液を塗布してから熱処理が行われる。本発明の最大の特
徴は、この溶液に第６族元素を含有させる点にある。融
点降下剤は、ｐ型半導体の融点を降下させるためのもの
であり、続く熱処理により、ｐ型半導体層の結晶性を向
上させるとともに、その表面を清浄化および活性化させ
る効果を有する。また、その結果、ｐ型半導体層とカー
ボン電極との密着性も向上する。また、第６族元素は、
ｐ型半導体層の表面におけるｐ型キャリア濃度を高くす
る効果を有する。
【００１６】融点降下剤としては、前記効果を発揮でき
るものであればよく、例えば塩化カドミウム（ＣｄＣｌ
2）、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ2）などの無機塩化物が挙げら
れる。なかでもＣｄＳ／ＣｄＴｅ太陽電池においては、
構成要素と同種のＣｄを含むという点から、塩化カドミ
ウムを用いるのが好ましい。
るものであればよく、例えば塩化カドミウム（ＣｄＣｌ
2）、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ2）などの無機塩化物が挙げら
れる。なかでもＣｄＳ／ＣｄＴｅ太陽電池においては、
構成要素と同種のＣｄを含むという点から、塩化カドミ
ウムを用いるのが好ましい。
【００１７】前記溶液に含有させる第６族元素とは、テ
ルル、酸素（Ｏ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）などを
いう。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合
わせて用いてもよい。これらの元素のうちでは、結晶化
するとそれ自身でｐ型半導体の挙動を示すなどの特徴を
有するテルルが最も好ましい。また、ｐ型半導体層とし
てＣｄＴｅ層を形成する場合、それ自身がｐ型半導体層
の構成元素であるという点から、特にテルルが好まし
い。すなわち、ＣｄＴｅ層の表面にテルルを散布してか
ら電極を形成することにより、ＣｄＴｅ層／電極界面付
近のｐ型キャリア濃度を増加させることができ、優れた
ＣｄＳ／ＣｄＴｅ太陽電池を得ることができる。
ルル、酸素（Ｏ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）などを
いう。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合
わせて用いてもよい。これらの元素のうちでは、結晶化
するとそれ自身でｐ型半導体の挙動を示すなどの特徴を
有するテルルが最も好ましい。また、ｐ型半導体層とし
てＣｄＴｅ層を形成する場合、それ自身がｐ型半導体層
の構成元素であるという点から、特にテルルが好まし
い。すなわち、ＣｄＴｅ層の表面にテルルを散布してか
ら電極を形成することにより、ＣｄＴｅ層／電極界面付
近のｐ型キャリア濃度を増加させることができ、優れた
ＣｄＳ／ＣｄＴｅ太陽電池を得ることができる。
【００１８】第６族元素を前記溶液に含有させる際に
は、例えば塩化テルル（ＴｅＣｌ4）、酸化テルル（Ｔ
ｅＯ2）を用いればよい。
は、例えば塩化テルル（ＴｅＣｌ4）、酸化テルル（Ｔ
ｅＯ2）を用いればよい。
【００１９】半導体特性は、構成元素の周期率表で規定
される族性に依存する。したがって、ｎ型半導体と、ｐ
型半導体と、第６族元素との組み合わせに特に制限はな
く、上記以外の組み合わせでも、同様の効果が期待でき
る。
される族性に依存する。したがって、ｎ型半導体と、ｐ
型半導体と、第６族元素との組み合わせに特に制限はな
く、上記以外の組み合わせでも、同様の効果が期待でき
る。
【００２０】ＣｄＴｅなどのｐ型半導体の表面に、テル
ルなどの第６族元素を散布する手法としては、真空蒸着
法等も挙げられる。しかし、これらの方法は、真空装置
を必要とし、工程が複雑になり、コストが増加するとい
う欠点がある。一方、融点降下剤の溶液を用いてｐ型半
導体層の結晶性を改善し、かつ、その表面を清浄化およ
び活性化させる工程において、前記溶液中に第６族元素
を混入させる場合には、簡易にｐ型半導体の表面に第６
族元素を散布でき、コストも低減でき、製品間のバラツ
キも少なくなる。
ルなどの第６族元素を散布する手法としては、真空蒸着
法等も挙げられる。しかし、これらの方法は、真空装置
を必要とし、工程が複雑になり、コストが増加するとい
う欠点がある。一方、融点降下剤の溶液を用いてｐ型半
導体層の結晶性を改善し、かつ、その表面を清浄化およ
び活性化させる工程において、前記溶液中に第６族元素
を混入させる場合には、簡易にｐ型半導体の表面に第６
族元素を散布でき、コストも低減でき、製品間のバラツ
キも少なくなる。
【００２１】前記溶液に用いられる溶媒としては、メタ
ノール、エタノールなどの揮発性の高い有機溶媒、ある
いは水などが挙げられる。
ノール、エタノールなどの揮発性の高い有機溶媒、ある
いは水などが挙げられる。
【００２２】前記溶液としては、不溶分が熱処理時に完
全に揮発するため残査となって悪影響を与えないという
理由から、塩化カドミウムと第６族元素を含有する水溶
液、特には塩化カドミウムと塩化テルル、酸化テルルな
どのテルル化合物の水溶液を用いるのが好ましい。
全に揮発するため残査となって悪影響を与えないという
理由から、塩化カドミウムと第６族元素を含有する水溶
液、特には塩化カドミウムと塩化テルル、酸化テルルな
どのテルル化合物の水溶液を用いるのが好ましい。
【００２３】前記溶液中の融点降下剤の濃度は、０．０
１〜３モル／リットルが好ましい。前記濃度が、０．０
１モル／リットル未満になると、前記効果が充分に得ら
れず、３モル／リットルを超えると、ｐ型半導体層が侵
食される可能性が生じる。
１〜３モル／リットルが好ましい。前記濃度が、０．０
１モル／リットル未満になると、前記効果が充分に得ら
れず、３モル／リットルを超えると、ｐ型半導体層が侵
食される可能性が生じる。
【００２４】前記溶液中の第６族元素の濃度は、０．０
１〜３モル／リットルが好ましい。前記濃度が、０．０
１モル／リットル未満になると、前記効果が充分に得ら
れず、３モル／リットルを超えると、ｐ型半導体層上で
第６族元素が偏析する可能性が生じる。
１〜３モル／リットルが好ましい。前記濃度が、０．０
１モル／リットル未満になると、前記効果が充分に得ら
れず、３モル／リットルを超えると、ｐ型半導体層上で
第６族元素が偏析する可能性が生じる。
【００２５】前記溶液中において、融点降下剤１モルに
対する第６族元素の量は、０．０１〜１モルであること
が好ましい。第６族元素の比率が大きくなりすぎると、
例えばＴｅ原子が凝集してしまい、小さすぎると、第６
族元素の充分な効果が得られなくなる。
対する第６族元素の量は、０．０１〜１モルであること
が好ましい。第６族元素の比率が大きくなりすぎると、
例えばＴｅ原子が凝集してしまい、小さすぎると、第６
族元素の充分な効果が得られなくなる。
【００２６】ｐ型半導体層への前記溶液の塗布方法とし
ては、従来公知の方法であれば特に制限はない。例え
ば、溶液を霧吹器に入れ、微粒子状態に霧化して塗布す
るスプレー法などで塗布すればよい。単位面積のｐ型半
導体層に対する溶液の塗布量としては、融点降下剤が１
×１０-5〜３×１０-3モル／ｃｍ2となるような量、あ
るいは第６族元素が１×１０- 5〜１×１０-3モル／ｃｍ
2となるような量であることが好ましい。塗布量が、少
なすぎると、融点降下剤および第６族元素の効果が充分
に得られず、多すぎると、溶液濃度が濃すぎる場合と同
様の不都合が生じる。
ては、従来公知の方法であれば特に制限はない。例え
ば、溶液を霧吹器に入れ、微粒子状態に霧化して塗布す
るスプレー法などで塗布すればよい。単位面積のｐ型半
導体層に対する溶液の塗布量としては、融点降下剤が１
×１０-5〜３×１０-3モル／ｃｍ2となるような量、あ
るいは第６族元素が１×１０- 5〜１×１０-3モル／ｃｍ
2となるような量であることが好ましい。塗布量が、少
なすぎると、融点降下剤および第６族元素の効果が充分
に得られず、多すぎると、溶液濃度が濃すぎる場合と同
様の不都合が生じる。
【００２７】前記熱処理工程における、熱処理温度は３
００〜５００℃が好ましい。また、処理時間は５〜６０
分間であるのが好ましい。熱処理温度が低すぎたり、処
理時間が短すぎたりすると、ｐ型半導体層が充分に改質
されず、熱処理温度が高すぎたり、処理時間が長すぎた
りすると、太陽電池の変換効率などの特性が低下する原
因となるからである。熱処理工程は、酸素を含む雰囲気
下で行うことが好ましい。また、その他の諸条件につい
ては、従来のものに従えばよい。
００〜５００℃が好ましい。また、処理時間は５〜６０
分間であるのが好ましい。熱処理温度が低すぎたり、処
理時間が短すぎたりすると、ｐ型半導体層が充分に改質
されず、熱処理温度が高すぎたり、処理時間が長すぎた
りすると、太陽電池の変換効率などの特性が低下する原
因となるからである。熱処理工程は、酸素を含む雰囲気
下で行うことが好ましい。また、その他の諸条件につい
ては、従来のものに従えばよい。
【００２８】熱処理工程を経た後のｐ型半導体層表面近
傍のｐ型キャリア濃度は、性能のよい太陽電池が得られ
るという点から、１×１０18ｃｍ-3以上であることが好
ましい。ｐ型キャリア濃度は、高いほど好ましいが、現
在可能な上限は１×１０20ｃｍ-3程度である。なかで
も、ｐ型半導体層がＣｄＴｅ層であり、融点降下剤とし
てハロゲン化カドミウムを、第６族元素としてテルルを
用いた場合、ｐ型半導体層表面におけるカドミウム原子
に対するテルル原子のモル比が1．５〜２．５となるも
のが、最も好ましい。
傍のｐ型キャリア濃度は、性能のよい太陽電池が得られ
るという点から、１×１０18ｃｍ-3以上であることが好
ましい。ｐ型キャリア濃度は、高いほど好ましいが、現
在可能な上限は１×１０20ｃｍ-3程度である。なかで
も、ｐ型半導体層がＣｄＴｅ層であり、融点降下剤とし
てハロゲン化カドミウムを、第６族元素としてテルルを
用いた場合、ｐ型半導体層表面におけるカドミウム原子
に対するテルル原子のモル比が1．５〜２．５となるも
のが、最も好ましい。
【００２９】
【実施例】次に、実施例に基づいて本発明をさらに具体
的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものでは
ない。
的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものでは
ない。
【００３０】《実施例１》第６族元素濃度依存性 図１に示す構造を有する太陽電池素子を作製した。厚さ
３ｍｍで大きさ１０ｃｍ×１０ｃｍのガラス基板１上に
予め厚さ４００ｎｍの透明導電膜（フッ素をドープした
ＳｎＯ2）２を形成した製膜基板と、ジエチルジチオカ
ルバミン酸カドミウムおよび有機溶媒（プロピレングリ
コール）を混練して得たペーストをスクリーン印刷した
ソース基板とを、空隙を挟んで対向させ、前記ソース基
板を４５０℃に加熱して前記ペーストを分解させ、厚さ
１００ｎｍのＣｄＳ層３を形成した。
３ｍｍで大きさ１０ｃｍ×１０ｃｍのガラス基板１上に
予め厚さ４００ｎｍの透明導電膜（フッ素をドープした
ＳｎＯ2）２を形成した製膜基板と、ジエチルジチオカ
ルバミン酸カドミウムおよび有機溶媒（プロピレングリ
コール）を混練して得たペーストをスクリーン印刷した
ソース基板とを、空隙を挟んで対向させ、前記ソース基
板を４５０℃に加熱して前記ペーストを分解させ、厚さ
１００ｎｍのＣｄＳ層３を形成した。
【００３１】次に、ＣｄＴｅ層４を以下のようにして形
成した。まず、ＣｄＴｅ粉および有機溶媒（プロピレン
グリコール）を混練して得たペーストをスクリーン印刷
したソース基板が収納された容器中に、ソース基板と空
隙を挟んで対向させて前記基板を設置し、容器内を１Ｔ
ｏｒｒに減圧した。そして、ＣｄＴｅソースの温度を６
４０℃に、前記基板の温度を６００℃に設定し、２分間
保持し、ＣｄＳ層３上に厚さ５μｍのＣｄＴｅ層４を形
成した。
成した。まず、ＣｄＴｅ粉および有機溶媒（プロピレン
グリコール）を混練して得たペーストをスクリーン印刷
したソース基板が収納された容器中に、ソース基板と空
隙を挟んで対向させて前記基板を設置し、容器内を１Ｔ
ｏｒｒに減圧した。そして、ＣｄＴｅソースの温度を６
４０℃に、前記基板の温度を６００℃に設定し、２分間
保持し、ＣｄＳ層３上に厚さ５μｍのＣｄＴｅ層４を形
成した。
【００３２】次に、ＣｄＴｅ層４上に、ＣｄＣｌ2およ
びテルル元素を含有する水溶液をスプレー法により塗布
した。具体的には、前記水溶液を霧吹器に入れ、微粒子
状態に霧化してＣｄＴｅ層４上に塗布した。ただし、Ｃ
ｄＣｌ2濃度は０．３モル／リットルであり、テルル元
素濃度を０．０１〜３モル／リットルの範囲で変化させ
た。また、単位面積のＣｄＴｅ層に対する溶液の塗布量
としては、融点降下剤が１×１０-3モル／ｃｍ2となる
量とした。ここで、テルル元素の原料としては、塩化テ
ルルを用いた。その後、炉内雰囲気の酸素体積濃度が１
％であるベルト式電熱炉で、４３０℃で３０分間の熱処
理を行った。最後に前記基板を水洗した。
びテルル元素を含有する水溶液をスプレー法により塗布
した。具体的には、前記水溶液を霧吹器に入れ、微粒子
状態に霧化してＣｄＴｅ層４上に塗布した。ただし、Ｃ
ｄＣｌ2濃度は０．３モル／リットルであり、テルル元
素濃度を０．０１〜３モル／リットルの範囲で変化させ
た。また、単位面積のＣｄＴｅ層に対する溶液の塗布量
としては、融点降下剤が１×１０-3モル／ｃｍ2となる
量とした。ここで、テルル元素の原料としては、塩化テ
ルルを用いた。その後、炉内雰囲気の酸素体積濃度が１
％であるベルト式電熱炉で、４３０℃で３０分間の熱処
理を行った。最後に前記基板を水洗した。
【００３３】その後、ＣｄＴｅ層表面に対して、Ｘ線光
電子分光法を用い、原子濃度比を調べた。Ｘ線光電子分
光法によれば、Ｘ線を試料表面に照射し、放出される光
電子を検出してそのエネルギーを解析することにより、
表面原子組成を調べることができる。
電子分光法を用い、原子濃度比を調べた。Ｘ線光電子分
光法によれば、Ｘ線を試料表面に照射し、放出される光
電子を検出してそのエネルギーを解析することにより、
表面原子組成を調べることができる。
【００３４】図２に水溶液に混入させたテルル元素濃度
と熱処理工程後のＣｄＴｅ層表面のカドミウム原子に対
するテルル原子のモル比（以下、Ｔｅ／Ｃｄ比とい
う。）との関係を示す。図２より、テルル元素濃度が
０．０１モル／リットル未満になると、Ｔｅ／Ｃｄ比が
１．５以下となり、３モル／リットルを超えると、２．
５を超えることがわかる。一方、テルル元素濃度が２．
５以上になると、ＣｄＴｅ層上でＴｅが偏析してしまう
ことがわかった。
と熱処理工程後のＣｄＴｅ層表面のカドミウム原子に対
するテルル原子のモル比（以下、Ｔｅ／Ｃｄ比とい
う。）との関係を示す。図２より、テルル元素濃度が
０．０１モル／リットル未満になると、Ｔｅ／Ｃｄ比が
１．５以下となり、３モル／リットルを超えると、２．
５を超えることがわかる。一方、テルル元素濃度が２．
５以上になると、ＣｄＴｅ層上でＴｅが偏析してしまう
ことがわかった。
【００３５】《実施例２》熱処理温度依存性 実施例１において、水溶液のＣｄＣｌ2濃度を０．３モ
ル／リットル、テルル元素濃度を０．３モルとし、ベル
ト式電熱炉での熱処理温度を２００〜６００℃の範囲で
変化させたこと以外は、同様の操作を行った。処理時間
は３０分間で一定にした。その後、ＣｄＴｅ層表面に対
して、Ｘ線光電子分光法を用い、原子濃度比を調べた。
図３に熱処理温度とＴｅ／Ｃｄ比との関係を示す。図３
より、熱処理温度が３００℃未満になると、Ｔｅ／Ｃｄ
比が１．５未満となり、５００℃を超えると、２．５を
超えることがわかる。
ル／リットル、テルル元素濃度を０．３モルとし、ベル
ト式電熱炉での熱処理温度を２００〜６００℃の範囲で
変化させたこと以外は、同様の操作を行った。処理時間
は３０分間で一定にした。その後、ＣｄＴｅ層表面に対
して、Ｘ線光電子分光法を用い、原子濃度比を調べた。
図３に熱処理温度とＴｅ／Ｃｄ比との関係を示す。図３
より、熱処理温度が３００℃未満になると、Ｔｅ／Ｃｄ
比が１．５未満となり、５００℃を超えると、２．５を
超えることがわかる。
【００３６】《実施例３》太陽電池特性の評価 実施例１で得た各種Ｔｅ／Ｃｄ比のＣｄＴｅ層４を有す
る基板を用い、ＣｄＳ／ＣｄＴｅ太陽電池を作製した。
具体的には、ＣｄＴｅ層上にカーボン電極５を形成し、
その上およびＣｄＳ層上にＡｇＩｎ電極６を形成して太
陽電池を完成した。得られた太陽電池について、ソーラ
ーシミュレーターを用いて変換効率および開放端電圧を
測定した。図４にＴｅ／Ｃｄ比と変換効率との関係を、
また、図５にＴｅ／Ｃｄ比と開放端電圧との関係を示
す。これらの図より、開放端電圧および変換効率の向上
は、Ｔｅ／Ｃｄ比が１．５〜２．５の範囲で顕著である
ことがわかる。
る基板を用い、ＣｄＳ／ＣｄＴｅ太陽電池を作製した。
具体的には、ＣｄＴｅ層上にカーボン電極５を形成し、
その上およびＣｄＳ層上にＡｇＩｎ電極６を形成して太
陽電池を完成した。得られた太陽電池について、ソーラ
ーシミュレーターを用いて変換効率および開放端電圧を
測定した。図４にＴｅ／Ｃｄ比と変換効率との関係を、
また、図５にＴｅ／Ｃｄ比と開放端電圧との関係を示
す。これらの図より、開放端電圧および変換効率の向上
は、Ｔｅ／Ｃｄ比が１．５〜２．５の範囲で顕著である
ことがわかる。
【００３７】《実施例４》ＣｄＴｅ層表面のｐ型キャリ
ア濃度 実施例１で得た各種Ｔｅ／Ｃｄ比のＣｄＴｅ層のｐ型キ
ャリア濃度の測定を行った。ここでは、Ｂｉｏ−Ｒａｄ
社製のＰＮ４３００（装置名）を用い、Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃ−Ｖ法で測定した。図６にＴｅ／
Ｃｄ比とｐ型キャリア濃度との関係を示す。図６より、
Ｔｅ／Ｃｄ比の変化に伴ってｐ型キャリア濃度が変化し
ていることがわかる。また、Ｔｅ／Ｃｄ比が１．５以上
になると、ｐ型キャリア濃度は１×１０18ｃｍ-3以上と
なっている。一方、Ｔｅ／Ｃｄ比が２．５以上になる
と、ｐ型キャリア濃度は１×１０20ｃｍ-3で飽和してい
る。
ア濃度 実施例１で得た各種Ｔｅ／Ｃｄ比のＣｄＴｅ層のｐ型キ
ャリア濃度の測定を行った。ここでは、Ｂｉｏ−Ｒａｄ
社製のＰＮ４３００（装置名）を用い、Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃ−Ｖ法で測定した。図６にＴｅ／
Ｃｄ比とｐ型キャリア濃度との関係を示す。図６より、
Ｔｅ／Ｃｄ比の変化に伴ってｐ型キャリア濃度が変化し
ていることがわかる。また、Ｔｅ／Ｃｄ比が１．５以上
になると、ｐ型キャリア濃度は１×１０18ｃｍ-3以上と
なっている。一方、Ｔｅ／Ｃｄ比が２．５以上になる
と、ｐ型キャリア濃度は１×１０20ｃｍ-3で飽和してい
る。
【００３８】このようなＣｄＴｅ層表面におけるｐ型キ
ャリア濃度の向上が、ＣｄＳ層／ＣｄＴｅ層界面で形成
させた光電流の集電を容易にし、太陽電池の開放端電
圧、変換効率を向上させるものと考えられる。
ャリア濃度の向上が、ＣｄＳ層／ＣｄＴｅ層界面で形成
させた光電流の集電を容易にし、太陽電池の開放端電
圧、変換効率を向上させるものと考えられる。
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば、複雑な工程を要さず極
めて簡易に、また、高価な装置を必要とせず低コスト
で、高変換効率の太陽電池を得ることができる。また、
本発明の方法によれば、ｐ型半導体層のｐ型キャリア濃
度が向上するだけでなく、ｐ型半導体層とカーボン電極
との密着性も改善される。その結果、長期信頼性の高い
太陽電池を得ることができる。
めて簡易に、また、高価な装置を必要とせず低コスト
で、高変換効率の太陽電池を得ることができる。また、
本発明の方法によれば、ｐ型半導体層のｐ型キャリア濃
度が向上するだけでなく、ｐ型半導体層とカーボン電極
との密着性も改善される。その結果、長期信頼性の高い
太陽電池を得ることができる。
【図１】ＣｄＳ／ＣｄＴｅ太陽電池の概略断面図であ
る。
る。
【図２】融点降下剤水溶液に混入させたテルル元素濃度
と得られたＣｄＴｅ層表面のＴｅ／Ｃｄ比との関係を示
す図である。
と得られたＣｄＴｅ層表面のＴｅ／Ｃｄ比との関係を示
す図である。
【図３】熱処理工程における熱処理温度とＣｄＴｅ層表
面のＴｅ／Ｃｄ比との関係を示す図である。
面のＴｅ／Ｃｄ比との関係を示す図である。
【図４】ＣｄＴｅ層表面のＴｅ／Ｃｄ比と太陽電池の変
換効率との関係を示す図である。
換効率との関係を示す図である。
【図５】ＣｄＴｅ層表面のＴｅ／Ｃｄ比と太陽電池の開
放端電圧との関係を示す図である。
放端電圧との関係を示す図である。
【図６】ＣｄＴｅ層表面のＴｅ／Ｃｄ比とｐ型キャリア
濃度との関係を示す図である。
濃度との関係を示す図である。
１ ガラス基板 ２ 透明導電膜 ３ ＣｄＳ層 ４ ＣｄＴｅ層 ５ カーボン電極 ６ ＡｇＩｎ電極
フロントページの続き (72)発明者 山本 輝明 大阪府守口市松下町１番１号 松下電池工 業株式会社内 Ｆターム(参考） 5F051 AA09 CB13 CB29 DA03 GA03
Claims (5)
- 【請求項１】 （１）透光性基板上に形成された導電膜
上にｎ型半導体層を形成する工程、（２）前記ｎ型半導
体層上にｐ型半導体層を形成する工程、および（３）前
記ｐ型半導体層の表面に融点降下剤および第６族元素を
含有する溶液を塗布して熱処理する工程を有する太陽電
池の製造方法。 - 【請求項２】 ｐ型半導体層としてテルル化カドミウ
ム、融点降下剤としてハロゲン化カドミウムおよび第６
族元素としてＴｅ元素を用いる請求項１記載の太陽電池
の製造方法。 - 【請求項３】 ハロゲン化カドミウムが塩化カドミウム
であることを特徴とする請求項２記載の太陽電池の製造
方法。 - 【請求項４】 融点降下剤および第６族元素を含有する
溶液中の第６族元素の濃度が、０．０１〜３モル／リッ
トルである請求項１記載の太陽電池の製造方法。 - 【請求項５】 ｐ型半導体層表面におけるカドミウム原
子に対するテルル原子のモル比が1．５〜２．５であ
り、ｐ型キャリア濃度が１０18ｃｍ-3以上である請求項
２記載の方法により製造した太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000048177A JP2001237441A (ja) | 2000-02-24 | 2000-02-24 | 太陽電池の製造方法および太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000048177A JP2001237441A (ja) | 2000-02-24 | 2000-02-24 | 太陽電池の製造方法および太陽電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001237441A true JP2001237441A (ja) | 2001-08-31 |
Family
ID=18570301
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000048177A Pending JP2001237441A (ja) | 2000-02-24 | 2000-02-24 | 太陽電池の製造方法および太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001237441A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7218202B2 (en) | 2000-11-16 | 2007-05-15 | Mu Hua Investment Limited | Biometric key |
| JP2012516573A (ja) * | 2009-01-29 | 2012-07-19 | ファースト ソーラー インコーポレイテッド | 改良された結晶配向性を有する太陽光発電装置 |
-
2000
- 2000-02-24 JP JP2000048177A patent/JP2001237441A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7218202B2 (en) | 2000-11-16 | 2007-05-15 | Mu Hua Investment Limited | Biometric key |
| JP2012516573A (ja) * | 2009-01-29 | 2012-07-19 | ファースト ソーラー インコーポレイテッド | 改良された結晶配向性を有する太陽光発電装置 |
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