JP2002124688A - 太陽電池 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高効率を実現可能なバンド構造を備え、光吸
収層となる半導体層へのダメージが少ない太陽電池を提
供する。 【解決手段】 ｐ形である第１の半導体層１３と、第１
の半導体層１３の上方に形成されたｎ形である第２の半
導体層１５とを含み、第１の半導体層１３の禁制帯幅Ｅ
ｇ1と第２の半導体層１５の禁制帯幅Ｅｇ2とが、Ｅｇ1
＜Ｅｇ2の関係を満たし、第１の半導体層１３の電子親
和力χ1（ｅＶ）と第２の半導体層１５の電子親和力χ2
（ｅＶ）とが、０≦（χ1−χ2）＜０．５の関係を満た
し、第１の半導体層１３と第２の半導体層１５との間
に、平均層厚が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下である層１４を
備える。
収層となる半導体層へのダメージが少ない太陽電池を提
供する。 【解決手段】 ｐ形である第１の半導体層１３と、第１
の半導体層１３の上方に形成されたｎ形である第２の半
導体層１５とを含み、第１の半導体層１３の禁制帯幅Ｅ
ｇ1と第２の半導体層１５の禁制帯幅Ｅｇ2とが、Ｅｇ1
＜Ｅｇ2の関係を満たし、第１の半導体層１３の電子親
和力χ1（ｅＶ）と第２の半導体層１５の電子親和力χ2
（ｅＶ）とが、０≦（χ1−χ2）＜０．５の関係を満た
し、第１の半導体層１３と第２の半導体層１５との間
に、平均層厚が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下である層１４を
備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池に関す
る。
る。
【０００２】
【従来の技術】Ｉｂ族元素、IIIｂ族元素およびVIｂ族
元素からなる化合物半導体薄膜（カルコパイライト構造
半導体薄膜）であるＣｕＩｎＳｅ2膜（以下、ＣＩＳ膜
という場合がある）あるいはＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2
膜（以下、ＣＩＧＳ膜という場合がある）を光吸収層に
用いた薄膜太陽電池は、高いエネルギー変換効率を示
し、光照射等による効率の劣化がないため注目されてい
る。
元素からなる化合物半導体薄膜（カルコパイライト構造
半導体薄膜）であるＣｕＩｎＳｅ2膜（以下、ＣＩＳ膜
という場合がある）あるいはＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2
膜（以下、ＣＩＧＳ膜という場合がある）を光吸収層に
用いた薄膜太陽電池は、高いエネルギー変換効率を示
し、光照射等による効率の劣化がないため注目されてい
る。
【０００３】ＣＩＳ膜またはＣＩＧＳ膜を光吸収層に用
いた太陽電池では、ＣｄＳ膜を窓層に用いることによっ
て高効率の太陽電池が得られる。これは、ＣｄＳ膜とＣ
ＩＳ膜（ＣＩＧＳ膜）とのコンダクションバンドオフセ
ットが、高効率の太陽電池を作るのに好適な値となって
いるためである。したがって、高効率の太陽電池を得る
には、ＣｄＳ膜およびＣＩＳ膜（ＣＩＧＳ膜）に類似し
たバンド構造を有する半導体を窓層に用いることが好ま
しい。
いた太陽電池では、ＣｄＳ膜を窓層に用いることによっ
て高効率の太陽電池が得られる。これは、ＣｄＳ膜とＣ
ＩＳ膜（ＣＩＧＳ膜）とのコンダクションバンドオフセ
ットが、高効率の太陽電池を作るのに好適な値となって
いるためである。したがって、高効率の太陽電池を得る
には、ＣｄＳ膜およびＣＩＳ膜（ＣＩＧＳ膜）に類似し
たバンド構造を有する半導体を窓層に用いることが好ま
しい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＣｄＳ
に類似したバンド構造を有する半導体層を窓層として形
成する際に、光吸収層となる半導体層がダメージ受けて
効率が低下するという問題があった。
に類似したバンド構造を有する半導体層を窓層として形
成する際に、光吸収層となる半導体層がダメージ受けて
効率が低下するという問題があった。
【０００５】上記課題を解決するため、本発明は、高効
率を実現可能なバンド構造を備え、光吸収層となる半導
体層へのダメージが少ない太陽電池を提供することを目
的とする。
率を実現可能なバンド構造を備え、光吸収層となる半導
体層へのダメージが少ない太陽電池を提供することを目
的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の太陽電池は、ｐ形である第１の半導体層
と、前記第１の半導体層の上方に形成されたｎ形である
第２の半導体層とを含む太陽電池であって、前記第１の
半導体層の禁制帯幅Ｅｇ1と前記第２の半導体層の禁制
帯幅Ｅｇ2とが、Ｅｇ1＜Ｅｇ2の関係を満たし、前記第
１の半導体層の電子親和力χ1（ｅＶ）と前記第２の半
導体層の電子親和力χ2（ｅＶ）とが、０≦（χ1−
χ2）＜０．５の関係を満たし、前記第１の半導体層と
前記第２の半導体層との間に、平均層厚が１ｎｍ以上２
０ｎｍ以下である層Ａを備える。上記太陽電池は、高効
率を実現可能なバンド構造を有する。また、上記太陽電
池は層Ａを備えるため、第２の半導体層を形成する際
に、光吸収層として機能する第１の半導体層がダメージ
を受けることを防止できる。したがって、上記太陽電池
によれば、高効率な太陽電池を実現できる。
め、本発明の太陽電池は、ｐ形である第１の半導体層
と、前記第１の半導体層の上方に形成されたｎ形である
第２の半導体層とを含む太陽電池であって、前記第１の
半導体層の禁制帯幅Ｅｇ1と前記第２の半導体層の禁制
帯幅Ｅｇ2とが、Ｅｇ1＜Ｅｇ2の関係を満たし、前記第
１の半導体層の電子親和力χ1（ｅＶ）と前記第２の半
導体層の電子親和力χ2（ｅＶ）とが、０≦（χ1−
χ2）＜０．５の関係を満たし、前記第１の半導体層と
前記第２の半導体層との間に、平均層厚が１ｎｍ以上２
０ｎｍ以下である層Ａを備える。上記太陽電池は、高効
率を実現可能なバンド構造を有する。また、上記太陽電
池は層Ａを備えるため、第２の半導体層を形成する際
に、光吸収層として機能する第１の半導体層がダメージ
を受けることを防止できる。したがって、上記太陽電池
によれば、高効率な太陽電池を実現できる。
【０００７】上記太陽電池では、前記第２の半導体層
が、スパッタリング法によって形成された層であっても
よい。上記構成によれば、さまざまな組成の第２の半導
体層を形成できる。
が、スパッタリング法によって形成された層であっても
よい。上記構成によれば、さまざまな組成の第２の半導
体層を形成できる。
【０００８】上記太陽電池では、前記第２の半導体層
が、ＺｎとＭｇとを含む酸化物からなるものでもよい。
上記構成によれば、高効率を実現可能なバンド構造を容
易に形成できる。この構成では、特に、前記酸化物が、
一般式Ｚｎ1-XＭｇXＯ（ただし、０＜Ｘ＜０．５）で表
される酸化物であることが好ましい。
が、ＺｎとＭｇとを含む酸化物からなるものでもよい。
上記構成によれば、高効率を実現可能なバンド構造を容
易に形成できる。この構成では、特に、前記酸化物が、
一般式Ｚｎ1-XＭｇXＯ（ただし、０＜Ｘ＜０．５）で表
される酸化物であることが好ましい。
【０００９】上記太陽電池では、前記層Ａが、ＣｄとＳ
とを主成分として含んでもよく、また、ＺｎとＯとＳと
を主成分として含んでもよい。上記構成によれば、良好
な接合を形成できる。この構成では、前記層Ａが、前記
層Ａを構成する金属の塩と、硫黄含有化合物とを含む溶
液を用いて形成された層であることが好ましい。上記構
成によれば、第１の半導体層に特にダメージを与えるこ
となく層Ａを形成できる。
とを主成分として含んでもよく、また、ＺｎとＯとＳと
を主成分として含んでもよい。上記構成によれば、良好
な接合を形成できる。この構成では、前記層Ａが、前記
層Ａを構成する金属の塩と、硫黄含有化合物とを含む溶
液を用いて形成された層であることが好ましい。上記構
成によれば、第１の半導体層に特にダメージを与えるこ
となく層Ａを形成できる。
【００１０】上記太陽電池では、前記層Ａが、Ｚｎおよ
びＩｎから選ばれる少なくとも１つと、Ｓｅとを含む化
合物からなるものでもよい。上記構成によれば、良好な
接合を形成できる。
びＩｎから選ばれる少なくとも１つと、Ｓｅとを含む化
合物からなるものでもよい。上記構成によれば、良好な
接合を形成できる。
【００１１】上記太陽電池では、前記第１の半導体層
が、Ｉｂ族元素、IIIｂ族元素およびVIｂ族元素を含む
ことが好ましい（構成１）。この構成１の場合には、前
記Ｉｂ族元素がＣｕであり、前記IIIｂ族元素がＩｎお
よびＧａから選ばれる少なくとも１つの元素であり、前
記VIｂ族元素がＳｅおよびＳから選ばれる少なくとも１
つの元素であることが好ましい。上記構成によれば、効
率が特に高い太陽電池が得られる。
が、Ｉｂ族元素、IIIｂ族元素およびVIｂ族元素を含む
ことが好ましい（構成１）。この構成１の場合には、前
記Ｉｂ族元素がＣｕであり、前記IIIｂ族元素がＩｎお
よびＧａから選ばれる少なくとも１つの元素であり、前
記VIｂ族元素がＳｅおよびＳから選ばれる少なくとも１
つの元素であることが好ましい。上記構成によれば、効
率が特に高い太陽電池が得られる。
【００１２】また、上記構成１の場合には、前記第１の
半導体層と前記層Ａとの間に配置された第３の半導体層
をさらに含み、前記第３の半導体層がＩｂ族元素とIII
ｂ族元素と硫黄とを含み、前記第３の半導体層中の硫黄
の含有量（ａｔｏｍ％）が、前記第１の半導体層中の硫
黄の含有量（ａｔｏｍ％）よりも高いことが好ましい。
上記構成によれば、良好な接合を形成できる。
半導体層と前記層Ａとの間に配置された第３の半導体層
をさらに含み、前記第３の半導体層がＩｂ族元素とIII
ｂ族元素と硫黄とを含み、前記第３の半導体層中の硫黄
の含有量（ａｔｏｍ％）が、前記第１の半導体層中の硫
黄の含有量（ａｔｏｍ％）よりも高いことが好ましい。
上記構成によれば、良好な接合を形成できる。
【００１３】また、上記構成１の場合には、前記第１の
半導体層は、前記層Ａ側の表面に、ＣｄおよびＺｎから
選ばれる少なくとも１つの元素を含むことが好ましい。
上記構成によれば、良好な接合を形成できる。
半導体層は、前記層Ａ側の表面に、ＣｄおよびＺｎから
選ばれる少なくとも１つの元素を含むことが好ましい。
上記構成によれば、良好な接合を形成できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。本発明の太陽電池の
一例として、太陽電池１０の断面図を図１に示す。
て、図面を参照しながら説明する。本発明の太陽電池の
一例として、太陽電池１０の断面図を図１に示す。
【００１５】図１を参照して、太陽電池１０は、基板１
１と、基板１１上に順に形成された下部電極層１２、第
１の半導体層１３、層１４（層Ａ）、第２の半導体層１
５および上部電極層１６と、下部電極層１２上および上
部電極層１６上にそれぞれ形成された取り出し電極１７
および１８とを備える。
１と、基板１１上に順に形成された下部電極層１２、第
１の半導体層１３、層１４（層Ａ）、第２の半導体層１
５および上部電極層１６と、下部電極層１２上および上
部電極層１６上にそれぞれ形成された取り出し電極１７
および１８とを備える。
【００１６】基板１１には、たとえばガラス、ステンレ
ス、ポリイミド膜などを用いることができる。
ス、ポリイミド膜などを用いることができる。
【００１７】下部電極層１２には、たとえばＭｏからな
る金属膜を用いることができる。
る金属膜を用いることができる。
【００１８】第１の半導体層１３は、光吸収層として機
能する半導体層であり、ｐ形の半導体層である。第１の
半導体層１３は、第２の半導体層１５よりも裏面側に配
置されている。第１の半導体層１３には、たとえば、Ｉ
ｂ族元素、IIIｂ族元素およびVIｂ族元素を含む化合物
半導体層を用いることができる。具体的には、Ｉｂ族元
素としてＣｕを用いることができ、IIIｂ族元素として
ＩｎおよびＧａから選ばれる少なくとも１つの元素を用
いることができ、VIｂ族元素としてＳｅおよびＳから選
ばれる少なくとも１つの元素を用いることができる。よ
り具体的には、第１の半導体層１３として、たとえば、
ＣｕＩｎＳｅ2、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2、ＣｕＩｎＳ
2、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓ2などを用いることができる。
能する半導体層であり、ｐ形の半導体層である。第１の
半導体層１３は、第２の半導体層１５よりも裏面側に配
置されている。第１の半導体層１３には、たとえば、Ｉ
ｂ族元素、IIIｂ族元素およびVIｂ族元素を含む化合物
半導体層を用いることができる。具体的には、Ｉｂ族元
素としてＣｕを用いることができ、IIIｂ族元素として
ＩｎおよびＧａから選ばれる少なくとも１つの元素を用
いることができ、VIｂ族元素としてＳｅおよびＳから選
ばれる少なくとも１つの元素を用いることができる。よ
り具体的には、第１の半導体層１３として、たとえば、
ＣｕＩｎＳｅ2、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2、ＣｕＩｎＳ
2、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓ2などを用いることができる。
【００１９】第１の半導体層１３は、層１４側の表面
に、ＣｄおよびＺｎから選ばれる少なくとも１つの元素
を含むことが好ましい。
に、ＣｄおよびＺｎから選ばれる少なくとも１つの元素
を含むことが好ましい。
【００２０】なお、本発明の太陽電池は、第１の半導体
層１３と層１４との間に配置された第３の半導体層をさ
らに含んでもよい。この第３の半導体層は、Ｉｂ族元素
とIIIｂ族元素と硫黄とを含み、第３の半導体層中の硫
黄の含有量（ａｔｏｍ％）が、第１の半導体層中の硫黄
の含有量（ａｔｏｍ％）よりも高い半導体層である。具
体的には、第３の半導体層として、ＣｕＩｎ（Ｓｅ，
Ｓ）2や、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）2を用いるこ
とができる。
層１３と層１４との間に配置された第３の半導体層をさ
らに含んでもよい。この第３の半導体層は、Ｉｂ族元素
とIIIｂ族元素と硫黄とを含み、第３の半導体層中の硫
黄の含有量（ａｔｏｍ％）が、第１の半導体層中の硫黄
の含有量（ａｔｏｍ％）よりも高い半導体層である。具
体的には、第３の半導体層として、ＣｕＩｎ（Ｓｅ，
Ｓ）2や、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）2を用いるこ
とができる。
【００２１】層１４（層Ａ）は、第１の半導体層１３と
第２の半導体層１５との間に配置される。層１４の平均
層厚は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、特に７ｎｍ以
上１３ｎｍ以下であることが好ましい。
第２の半導体層１５との間に配置される。層１４の平均
層厚は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、特に７ｎｍ以
上１３ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２２】層１４は、ＣｄとＳとを主成分として含ん
でもよい。たとえば、層１４としてＣｄＳからなる層を
用いることができる。また、層１４は、ＺｎとＯとＳと
を主成分として含んでもよい。たとえば、層１４とし
て、Ｚｎ（Ｏ，Ｓ）からなる層を用いることができる。
また、層１４として、ＺｎとIIIｂ族元素とを含む酸化
物、または、ＺｎとIIIｂ族元素とを含むカルコゲン化
合物を用いてもよい。また、層１４として、Ｚｎおよび
Ｉｎから選ばれる少なくとも１つと、Ｓｅとを含む化合
物からなる層を用いてもよい。たとえば、層１４とし
て、ＺｎＩｎ2Ｓｅ4からなる層を用いることができる。
また、層１４として、Ｉｎ2Ｓｅ3からなる層や、ＺｎＳ
ｅからなる層を用いてもよい。
でもよい。たとえば、層１４としてＣｄＳからなる層を
用いることができる。また、層１４は、ＺｎとＯとＳと
を主成分として含んでもよい。たとえば、層１４とし
て、Ｚｎ（Ｏ，Ｓ）からなる層を用いることができる。
また、層１４として、ＺｎとIIIｂ族元素とを含む酸化
物、または、ＺｎとIIIｂ族元素とを含むカルコゲン化
合物を用いてもよい。また、層１４として、Ｚｎおよび
Ｉｎから選ばれる少なくとも１つと、Ｓｅとを含む化合
物からなる層を用いてもよい。たとえば、層１４とし
て、ＺｎＩｎ2Ｓｅ4からなる層を用いることができる。
また、層１４として、Ｉｎ2Ｓｅ3からなる層や、ＺｎＳ
ｅからなる層を用いてもよい。
【００２３】層１４は、たとえば、蒸着法や化学析出法
（化学浴析出法）で形成できる。たとえば、層１４が、
金属と硫黄とを構成元素として含む場合、構成元素であ
る金属の塩と硫黄含有化合物とを含む溶液中に、第１の
半導体層１３が形成された基板１１を浸漬することによ
って層１４を形成できる。
（化学浴析出法）で形成できる。たとえば、層１４が、
金属と硫黄とを構成元素として含む場合、構成元素であ
る金属の塩と硫黄含有化合物とを含む溶液中に、第１の
半導体層１３が形成された基板１１を浸漬することによ
って層１４を形成できる。
【００２４】第２の半導体層１５は、ｎ形の半導体層で
あり、第１の半導体層１３の上方に配置される。第２の
半導体層１５は、構成元素としてＣｄを含まない。そし
て、第１の半導体層１３の禁制帯幅Ｅｇ1（ｅＶ）と第
２の半導体層１５の禁制帯幅Ｅｇ2（ｅＶ）とが、Ｅｇ1
＜Ｅｇ2の関係を満たす。第１の半導体層１３の禁制帯
幅は、たとえば、１．２ｅＶ〜１．５ｅＶであり、好ま
しくは１．４ｅＶ〜１．５ｅＶである。
あり、第１の半導体層１３の上方に配置される。第２の
半導体層１５は、構成元素としてＣｄを含まない。そし
て、第１の半導体層１３の禁制帯幅Ｅｇ1（ｅＶ）と第
２の半導体層１５の禁制帯幅Ｅｇ2（ｅＶ）とが、Ｅｇ1
＜Ｅｇ2の関係を満たす。第１の半導体層１３の禁制帯
幅は、たとえば、１．２ｅＶ〜１．５ｅＶであり、好ま
しくは１．４ｅＶ〜１．５ｅＶである。
【００２５】また、第１の半導体層１３の電子親和力χ
1（ｅＶ）と、第２の半導体層１５の電子親和力χ2（ｅ
Ｖ）とが、０≦（χ1−χ2）＜０．５の関係を満たす。
1（ｅＶ）と、第２の半導体層１５の電子親和力χ2（ｅ
Ｖ）とが、０≦（χ1−χ2）＜０．５の関係を満たす。
【００２６】このような第１の半導体層１３と第２の半
導体層１５との組み合わせとして、第１の半導体層１３
が、上記ＣＩＳ膜またはＣＩＧＳ膜であり、第２の半導
体層１５が、ＺｎとＭｇとを含む酸化物からなる場合が
挙げられる。具体的には、第２の半導体層１５として、
一般式Ｚｎ1-XＭｇXＯ（ただし、０＜Ｘ＜１であり、好
ましくは０＜Ｘ＜０．５）で表される酸化物からなる層
を用いることができる。このような酸化物は、たとえ
ば、スパッタリング法などによって形成できる。太陽電
池１０では、第２の半導体層１５をスパッタリング法に
よって形成する場合でも、第１の半導体層１３がダメー
ジを受けることを層１４によって防止できる。
導体層１５との組み合わせとして、第１の半導体層１３
が、上記ＣＩＳ膜またはＣＩＧＳ膜であり、第２の半導
体層１５が、ＺｎとＭｇとを含む酸化物からなる場合が
挙げられる。具体的には、第２の半導体層１５として、
一般式Ｚｎ1-XＭｇXＯ（ただし、０＜Ｘ＜１であり、好
ましくは０＜Ｘ＜０．５）で表される酸化物からなる層
を用いることができる。このような酸化物は、たとえ
ば、スパッタリング法などによって形成できる。太陽電
池１０では、第２の半導体層１５をスパッタリング法に
よって形成する場合でも、第１の半導体層１３がダメー
ジを受けることを層１４によって防止できる。
【００２７】上部電極層１６には、透明導電膜を用いる
ことができ、たとえば、ＺｎＯにＡｌがドープされたＺ
ｎＯ：Ａｌや、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉ
ｄｅ）を用いることができる。
ことができ、たとえば、ＺｎＯにＡｌがドープされたＺ
ｎＯ：Ａｌや、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉ
ｄｅ）を用いることができる。
【００２８】取り出し電極１７および１８には金属膜を
用いることができ、たとえば、ＮｉＣｒ膜とＡｕ膜とを
積層した金属膜を用いることができる。
用いることができ、たとえば、ＮｉＣｒ膜とＡｕ膜とを
積層した金属膜を用いることができる。
【００２９】次に、光吸収層である第１の半導体層１３
にＣＩＧＳ膜を用いた太陽電池を例にとって、太陽電池
１０の機能について説明する。
にＣＩＧＳ膜を用いた太陽電池を例にとって、太陽電池
１０の機能について説明する。
【００３０】光吸収層にＣＩＧＳ膜を用いた太陽電池の
効率の向上にはＣＩＧＳ膜の禁制帯幅の拡大が有効な方
法であるが、ＣｄＳからなる窓層を備える従来の太陽電
池において、ＣＩＧＳ膜の禁制帯幅を１．３ｅＶ以上に
広げると、理論とは逆に効率が低下する。この原因の１
つとして、光吸収層であるＣＩＧＳ膜と窓層であるＣｄ
Ｓ膜とのヘテロ接合における伝導帯のエネルギー差（オ
フセット）が指摘されている。ヘルベルホルツ（Ｅ．Ｈ
ｅｒｂｅｒｈｏｌｚ）等は、ＣＩＧＳ膜中の原子数比
｛Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）｝＜０．５の場合には、ＣｄＳ
の伝導帯とＣＩＧＳの伝導帯とのオフセットによるバン
ドの不連続がＣｄＳの伝導帯が持ち上がって接合近傍で
伝導帯が突出するスパイク状となり、原子数比｛Ｇａ／
（Ｉｎ＋Ｇａ）｝＞０．５ではＣＩＧＳ膜の伝導帯が持
ち上がってＣｄＳの伝導帯とＣＩＧＳの伝導帯とで段差
（とび）が生じるクリフ状となるモデルを提唱している
（ソーラ エナジー マテリアルズ アンド ソーラ
セルズ、Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｔｅｒｉａｌ
ｓ ａｎｄ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ、１９９７年発刊
４９巻３号２２７頁）。ＣｄＳとＣＩＧＳとのオフセッ
トがスパイク状となるときのバンド図を図２（ａ）に、
ＣｄＳとＣＩＧＳとのオフセットがクリフ状となるとき
のバンド図を図２（ｂ）に示す。このモデルでは、伝導
帯のバンド不連続がクリフ状となることによってヘテロ
接合界面および界面近傍での再結合が増加し、変換効率
が低下することが示唆されている。この現象と同様にＣ
ＩＧＳ膜の禁制帯幅が１．２ｅＶ〜１．３ｅＶである場
合を考えると、窓層であるＣｄＳ膜をＺｎＯ膜に変更し
た場合には、ＺｎＯ膜とＣＩＧＳ膜との伝導帯のバンド
不連続は、ＣＩＧＳ膜の伝導帯が持ち上がるクリフ状と
なることが予想される。
効率の向上にはＣＩＧＳ膜の禁制帯幅の拡大が有効な方
法であるが、ＣｄＳからなる窓層を備える従来の太陽電
池において、ＣＩＧＳ膜の禁制帯幅を１．３ｅＶ以上に
広げると、理論とは逆に効率が低下する。この原因の１
つとして、光吸収層であるＣＩＧＳ膜と窓層であるＣｄ
Ｓ膜とのヘテロ接合における伝導帯のエネルギー差（オ
フセット）が指摘されている。ヘルベルホルツ（Ｅ．Ｈ
ｅｒｂｅｒｈｏｌｚ）等は、ＣＩＧＳ膜中の原子数比
｛Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）｝＜０．５の場合には、ＣｄＳ
の伝導帯とＣＩＧＳの伝導帯とのオフセットによるバン
ドの不連続がＣｄＳの伝導帯が持ち上がって接合近傍で
伝導帯が突出するスパイク状となり、原子数比｛Ｇａ／
（Ｉｎ＋Ｇａ）｝＞０．５ではＣＩＧＳ膜の伝導帯が持
ち上がってＣｄＳの伝導帯とＣＩＧＳの伝導帯とで段差
（とび）が生じるクリフ状となるモデルを提唱している
（ソーラ エナジー マテリアルズ アンド ソーラ
セルズ、Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｔｅｒｉａｌ
ｓ ａｎｄ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ、１９９７年発刊
４９巻３号２２７頁）。ＣｄＳとＣＩＧＳとのオフセッ
トがスパイク状となるときのバンド図を図２（ａ）に、
ＣｄＳとＣＩＧＳとのオフセットがクリフ状となるとき
のバンド図を図２（ｂ）に示す。このモデルでは、伝導
帯のバンド不連続がクリフ状となることによってヘテロ
接合界面および界面近傍での再結合が増加し、変換効率
が低下することが示唆されている。この現象と同様にＣ
ＩＧＳ膜の禁制帯幅が１．２ｅＶ〜１．３ｅＶである場
合を考えると、窓層であるＣｄＳ膜をＺｎＯ膜に変更し
た場合には、ＺｎＯ膜とＣＩＧＳ膜との伝導帯のバンド
不連続は、ＣＩＧＳ膜の伝導帯が持ち上がるクリフ状と
なることが予想される。
【００３１】このようなヘテロ接合の伝導帯のバンド不
連続は、窓層の電子親和力と光吸収層であるＣＩＧＳ膜
との電子親和力との違いに起因する。一般に、禁制帯幅
が異なるｎ形半導体とｐ形半導体とについて、それぞれ
の電子親和力をχnおよびχpとすると、χn＜χpでは、
伝導帯の不連続はスパイク状となる。一方、χn＞χpの
場合は、伝導帯の不連続はクリフ状となる。ここで、Ｇ
ａを含有しないＣｕＩｎＳｅ2膜とＣｄＳ膜の電子親和
力の関係は、ＣｄＳの方が約０．２ｅＶ〜０．３ｅＶ小
さい値となっている。したがって、ヘテロ接合を形成す
るとＣｄＳ側にスパイクが生じる。しかしながら、Ｇａ
濃度が増加するにつれＣＩＧＳの電子親和力は小さくな
る。したがって、あるＧａ濃度以上では、ＣｄＳの電子
親和力より小さな値となり、ヘテロ接合を形成するとＣ
ＩＧＳ側にクリフが生じる。
連続は、窓層の電子親和力と光吸収層であるＣＩＧＳ膜
との電子親和力との違いに起因する。一般に、禁制帯幅
が異なるｎ形半導体とｐ形半導体とについて、それぞれ
の電子親和力をχnおよびχpとすると、χn＜χpでは、
伝導帯の不連続はスパイク状となる。一方、χn＞χpの
場合は、伝導帯の不連続はクリフ状となる。ここで、Ｇ
ａを含有しないＣｕＩｎＳｅ2膜とＣｄＳ膜の電子親和
力の関係は、ＣｄＳの方が約０．２ｅＶ〜０．３ｅＶ小
さい値となっている。したがって、ヘテロ接合を形成す
るとＣｄＳ側にスパイクが生じる。しかしながら、Ｇａ
濃度が増加するにつれＣＩＧＳの電子親和力は小さくな
る。したがって、あるＧａ濃度以上では、ＣｄＳの電子
親和力より小さな値となり、ヘテロ接合を形成するとＣ
ＩＧＳ側にクリフが生じる。
【００３２】また、窓層とＣＩＧＳ膜のバンド不連続の
形態も窓層とＣＩＧＳ膜の電子親和力に支配される。こ
こで、窓層としてＣｄＳ膜とＺｎＯ膜を比較すると、Ｚ
ｎＯの方がＣｄＳより電子親和力が約０．４ｅＶ大きい
ために、ＧａのないＣｕＩｎＳｅ2膜でもヘテロ接合を
形成した場合には、クリフが生じて損失となる可能性が
ある。
形態も窓層とＣＩＧＳ膜の電子親和力に支配される。こ
こで、窓層としてＣｄＳ膜とＺｎＯ膜を比較すると、Ｚ
ｎＯの方がＣｄＳより電子親和力が約０．４ｅＶ大きい
ために、ＧａのないＣｕＩｎＳｅ2膜でもヘテロ接合を
形成した場合には、クリフが生じて損失となる可能性が
ある。
【００３３】さらに、窓層の電子親和力が光吸収層のそ
れより小さく、伝導帯にスパイクが生ずる場合は、伝導
帯のエネルギー差が大きいため太陽電池の変換効率に影
響を与える。ＣｄＳとＣＩＧＳのエネルギー差は約０．
２ｅＶ〜０．３ｅＶであり、キャリア輸送の障壁にはほ
とんどならないが、たとえば、ＺｎＳを窓層に用いると
ＣＩＧＳとのエネルギー差は約１．６ｅＶあり、光励起
されたキャリアの障壁となる。この場合はキャリアの輸
送が妨げられるため、光電流がほとんど外部に取り出せ
なくなる。したがって、変換効率は低下する。このよう
に、窓層と光吸収層の伝導帯にスパイクが生じる場合
は、高効率が得られるエネルギー差（オフセット）の最
適範囲があることがわかる。太陽電池１０は、上記最適
範囲を考慮して第１の半導体層１３（光吸収層）および
第２の半導体層１５（窓層）の電子親和力および禁制帯
幅を規定している（特願２０００−５７４８１参照）。
したがって、実施形態１の太陽電池１０では、第１の半
導体層１３と第２の半導体層１５との接合界面における
キャリアの再結合が少なくなる。
れより小さく、伝導帯にスパイクが生ずる場合は、伝導
帯のエネルギー差が大きいため太陽電池の変換効率に影
響を与える。ＣｄＳとＣＩＧＳのエネルギー差は約０．
２ｅＶ〜０．３ｅＶであり、キャリア輸送の障壁にはほ
とんどならないが、たとえば、ＺｎＳを窓層に用いると
ＣＩＧＳとのエネルギー差は約１．６ｅＶあり、光励起
されたキャリアの障壁となる。この場合はキャリアの輸
送が妨げられるため、光電流がほとんど外部に取り出せ
なくなる。したがって、変換効率は低下する。このよう
に、窓層と光吸収層の伝導帯にスパイクが生じる場合
は、高効率が得られるエネルギー差（オフセット）の最
適範囲があることがわかる。太陽電池１０は、上記最適
範囲を考慮して第１の半導体層１３（光吸収層）および
第２の半導体層１５（窓層）の電子親和力および禁制帯
幅を規定している（特願２０００−５７４８１参照）。
したがって、実施形態１の太陽電池１０では、第１の半
導体層１３と第２の半導体層１５との接合界面における
キャリアの再結合が少なくなる。
【００３４】以上説明したように、本実施形態の太陽電
池１０によれば、高効率を実現可能な太陽電池が得られ
る。さらに、太陽電池１０は、層１４を備えるため、第
２の半導体層１５を形成する際に第１の半導体層１３に
ダメージを与えることを防止できる。
池１０によれば、高効率を実現可能な太陽電池が得られ
る。さらに、太陽電池１０は、層１４を備えるため、第
２の半導体層１５を形成する際に第１の半導体層１３に
ダメージを与えることを防止できる。
【００３５】
【実施例】以下、実施例を用いて本発明をより具体的に
説明する。
説明する。
【００３６】（実施例１）実施例１では、Ｃｕ（Ｉｎ，
Ｇａ）Ｓｅ2膜（ＣＩＧＳ膜）を形成し、ＣＩＧＳ膜上
に化学析出法により１０ｎｍ程度の膜厚を有するＣｄＳ
膜を形成した一例について説明する。
Ｇａ）Ｓｅ2膜（ＣＩＧＳ膜）を形成し、ＣＩＧＳ膜上
に化学析出法により１０ｎｍ程度の膜厚を有するＣｄＳ
膜を形成した一例について説明する。
【００３７】まず、スパッタリング法によってガラス基
板上にＭｏ膜を形成し、その上に蒸着法でＣｕ（Ｉｎ，
Ｇａ）Ｓｅ2膜（膜厚２μｍ）を形成した。
板上にＭｏ膜を形成し、その上に蒸着法でＣｕ（Ｉｎ，
Ｇａ）Ｓｅ2膜（膜厚２μｍ）を形成した。
【００３８】次に、化学析出法によりＣｄＳ膜を形成し
た。酢酸カドミウム（Ｃｄ（ＣＨ3ＣＯＯ）2）、チオ尿
素（ＮＨ2ＣＳＮＨ2）、酢酸アンモニウム（ＣＨ3ＣＯ
ＯＮＨ4）およびアンモニアを含有する溶液を用意し
た。溶液中の酢酸カドミウムの濃度は０．００１Ｍ、チ
オ尿素の濃度は０．００５Ｍ、酢酸アンモニウムの濃度
は０．０１Ｍ、アンモニアの濃度は０．４Ｍとした。こ
の溶液を入れた容器を８５℃に保った温水槽に静置し
た。基板にＣｄＳ膜を形成するために、基板をこの溶液
の中に入れた。８分で約１０ｎｍの膜厚を有するＣｄＳ
膜を形成することができた。
た。酢酸カドミウム（Ｃｄ（ＣＨ3ＣＯＯ）2）、チオ尿
素（ＮＨ2ＣＳＮＨ2）、酢酸アンモニウム（ＣＨ3ＣＯ
ＯＮＨ4）およびアンモニアを含有する溶液を用意し
た。溶液中の酢酸カドミウムの濃度は０．００１Ｍ、チ
オ尿素の濃度は０．００５Ｍ、酢酸アンモニウムの濃度
は０．０１Ｍ、アンモニアの濃度は０．４Ｍとした。こ
の溶液を入れた容器を８５℃に保った温水槽に静置し
た。基板にＣｄＳ膜を形成するために、基板をこの溶液
の中に入れた。８分で約１０ｎｍの膜厚を有するＣｄＳ
膜を形成することができた。
【００３９】（実施例２）実施例２では、Ｃｕ（Ｉｎ，
Ｇａ）Ｓｅ2膜（ＣＩＧＳ膜）を形成し、ＣＩＧＳ膜上
に化学析出法によって１０ｎｍ程度の膜厚を有するＺｎ
（Ｏ、Ｓ）膜を形成した一例について説明する。
Ｇａ）Ｓｅ2膜（ＣＩＧＳ膜）を形成し、ＣＩＧＳ膜上
に化学析出法によって１０ｎｍ程度の膜厚を有するＺｎ
（Ｏ、Ｓ）膜を形成した一例について説明する。
【００４０】まず、実施例１と同様の方法で、ガラス基
板上にＭｏ膜とＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜（膜厚２μ
ｍ）とを形成した。
板上にＭｏ膜とＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜（膜厚２μ
ｍ）とを形成した。
【００４１】次に、化学析出法によって、Ｚｎ（Ｏ，
Ｓ）膜を形成した。具体的には、まず、酢酸亜鉛（Ｚｎ
（ＣＨ3ＣＯＯ）2）、チオ尿素（ＮＨ2ＣＳＮＨ2）およ
びアンモニアを含有する溶液を用意した。溶液中の酢酸
亜鉛の濃度は０．０２５Ｍ、チオ尿素の濃度は０．３７
５Ｍ、アンモニアの濃度は２．５Ｍとした。この溶液を
入れた容器を８５℃に保った温水槽に静置した。基板に
Ｚｎ（Ｏ，Ｓ）膜を形成するために、基板をこの溶液の
中に入れた。８分で約１０ｎｍの膜厚を有するＺｎ
（Ｏ，Ｓ）膜を形成することができた。
Ｓ）膜を形成した。具体的には、まず、酢酸亜鉛（Ｚｎ
（ＣＨ3ＣＯＯ）2）、チオ尿素（ＮＨ2ＣＳＮＨ2）およ
びアンモニアを含有する溶液を用意した。溶液中の酢酸
亜鉛の濃度は０．０２５Ｍ、チオ尿素の濃度は０．３７
５Ｍ、アンモニアの濃度は２．５Ｍとした。この溶液を
入れた容器を８５℃に保った温水槽に静置した。基板に
Ｚｎ（Ｏ，Ｓ）膜を形成するために、基板をこの溶液の
中に入れた。８分で約１０ｎｍの膜厚を有するＺｎ
（Ｏ，Ｓ）膜を形成することができた。
【００４２】（実施例３）実施例３では、Ｃｕ（Ｉｎ，
Ｇａ）Ｓｅ2膜（ＣＩＧＳ膜）を形成し、ＣＩＧＳ膜上
に蒸着法によって１０ｎｍ程度の膜厚を有するＺｎＩｎ
2Ｓｅ4膜を形成した一例について説明する。
Ｇａ）Ｓｅ2膜（ＣＩＧＳ膜）を形成し、ＣＩＧＳ膜上
に蒸着法によって１０ｎｍ程度の膜厚を有するＺｎＩｎ
2Ｓｅ4膜を形成した一例について説明する。
【００４３】ソーダライムガラス上にスパッタリング法
によってＭｏ膜を形成した。この基板上にＣｕ、Ｉｎ、
Ｇａ、およびＳｅが入っているセルを加熱し、セルの温
度を変えることによってそれぞれの流量を変化させて組
成を制御し、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜を形成した。
によってＭｏ膜を形成した。この基板上にＣｕ、Ｉｎ、
Ｇａ、およびＳｅが入っているセルを加熱し、セルの温
度を変えることによってそれぞれの流量を変化させて組
成を制御し、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜を形成した。
【００４４】さらに連続してＺｎ、Ｉｎ、およびＳｅが
入ったセルを加熱し、セルの温度を変えることによって
ＺｎＩｎ2Ｓｅ4膜を形成した。形成時間は１分であっ
た。形成された膜の組成を光電子分光分析法によって調
べたところ、Ｚｎ：Ｉｎ：Ｓｅ＝１：２：４であった。
また形成された膜の断面を透過型電子顕微鏡で観察した
ところ、膜厚は約１０ｎｍであった。
入ったセルを加熱し、セルの温度を変えることによって
ＺｎＩｎ2Ｓｅ4膜を形成した。形成時間は１分であっ
た。形成された膜の組成を光電子分光分析法によって調
べたところ、Ｚｎ：Ｉｎ：Ｓｅ＝１：２：４であった。
また形成された膜の断面を透過型電子顕微鏡で観察した
ところ、膜厚は約１０ｎｍであった。
【００４５】なお、本実施例ではＺｎＩｎ2Ｓｅ4膜の形
成方法について述べたが、同様の方法を用いてＩｎ2Ｓ
ｅ3膜やＺｎＳｅ膜も形成することができた。
成方法について述べたが、同様の方法を用いてＩｎ2Ｓ
ｅ3膜やＺｎＳｅ膜も形成することができた。
【００４６】（実施例４）実施例４では、本発明の太陽
電池を製造した一例について説明する。
電池を製造した一例について説明する。
【００４７】まず、スパッタリング法によって、ガラス
基板上にＭｏ膜を形成し、その上に蒸着法でＣｕ（Ｉ
ｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜（膜厚２μｍ）を形成した。
基板上にＭｏ膜を形成し、その上に蒸着法でＣｕ（Ｉ
ｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜（膜厚２μｍ）を形成した。
【００４８】次に、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜（第１
の半導体層１３に相当）の表面に、実施の形態で説明し
た第３の半導体層を形成した。具体的には、まず、Ｉｎ
を含む化合物（塩）である塩化インジウム（ＩｎＣ
ｌ3）とチオアセトアミド（ＣＨ3ＣＳＮＨ2）とを含有
する溶液を用意した。溶液中の塩化インジウムの濃度は
０．００５Ｍ、チオアセトアミドの濃度は０．１Ｍ、ｐ
Ｈは１．９とした。この溶液を入れた容器を７５℃に保
った温水槽に静置した。この溶液にＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）
Ｓｅ2膜を形成した基板を、約１０秒間浸漬した。その
後、溶液から基板を引き上げて純水で洗浄した。このよ
うにして、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜の表面に、Ｃｕ
（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）2膜を形成した。
の半導体層１３に相当）の表面に、実施の形態で説明し
た第３の半導体層を形成した。具体的には、まず、Ｉｎ
を含む化合物（塩）である塩化インジウム（ＩｎＣ
ｌ3）とチオアセトアミド（ＣＨ3ＣＳＮＨ2）とを含有
する溶液を用意した。溶液中の塩化インジウムの濃度は
０．００５Ｍ、チオアセトアミドの濃度は０．１Ｍ、ｐ
Ｈは１．９とした。この溶液を入れた容器を７５℃に保
った温水槽に静置した。この溶液にＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）
Ｓｅ2膜を形成した基板を、約１０秒間浸漬した。その
後、溶液から基板を引き上げて純水で洗浄した。このよ
うにして、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜の表面に、Ｃｕ
（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）2膜を形成した。
【００４９】次に、実施例１で説明した方法によって、
ＣＩＧＳ膜上にＣｄＳ膜を形成した。
ＣＩＧＳ膜上にＣｄＳ膜を形成した。
【００５０】さらに、ＣｄＳ膜上に、Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｏ
膜（膜厚１００ｎｍ）をＺｎＯおよびＭｇＯターゲット
を用いた二元スパッタリング法で形成した。スパッタリ
ングは、アルゴンガス圧が２．６６Ｐａ（２×１０-2Ｔ
ｏｒｒ）、ＺｎＯターゲットに加えた高周波パワーが２
００Ｗ、ＭｇＯターゲットに加えた高周波パワーが１０
０Ｗの条件で行った。
膜（膜厚１００ｎｍ）をＺｎＯおよびＭｇＯターゲット
を用いた二元スパッタリング法で形成した。スパッタリ
ングは、アルゴンガス圧が２．６６Ｐａ（２×１０-2Ｔ
ｏｒｒ）、ＺｎＯターゲットに加えた高周波パワーが２
００Ｗ、ＭｇＯターゲットに加えた高周波パワーが１０
０Ｗの条件で行った。
【００５１】さらに、透明導電膜であるＩＴＯ（膜厚１
００ｎｍ）をスパッタリング法によって形成した。具体
的には、アルゴンガス圧１．０６４Ｐａ（８×１０-3Ｔ
ｏｒｒ）、高周波パワー４００Ｗの条件によって形成し
た。その後、ＮｉＣｒ膜とＡｕ膜とを電子ビーム蒸着法
によって積層して取り出し電極を形成した。このように
して作製した太陽電池の断面の透過型電子顕微鏡写真を
図３に示す。
００ｎｍ）をスパッタリング法によって形成した。具体
的には、アルゴンガス圧１．０６４Ｐａ（８×１０-3Ｔ
ｏｒｒ）、高周波パワー４００Ｗの条件によって形成し
た。その後、ＮｉＣｒ膜とＡｕ膜とを電子ビーム蒸着法
によって積層して取り出し電極を形成した。このように
して作製した太陽電池の断面の透過型電子顕微鏡写真を
図３に示す。
【００５２】上記太陽電池に、ＡＭ１．５、１００ｍＷ
／ｃｍ2の疑似太陽光を照射して太陽電池特性を測定し
た。その結果、ＣＩＧＳ膜（第１の半導体層１３に相
当）とＺｎ1-XＭｇXＯ膜（第２の半導体層１５に相当）
の間に薄いＣｄＳ膜（層１４に相当）を形成した太陽電
池では、短絡電流が３２．５ｍＡ／ｃｍ2、開放電圧が
０．６５Ｖ、曲線因子が０．７６、変換効率が１６．１
％であった。
／ｃｍ2の疑似太陽光を照射して太陽電池特性を測定し
た。その結果、ＣＩＧＳ膜（第１の半導体層１３に相
当）とＺｎ1-XＭｇXＯ膜（第２の半導体層１５に相当）
の間に薄いＣｄＳ膜（層１４に相当）を形成した太陽電
池では、短絡電流が３２．５ｍＡ／ｃｍ2、開放電圧が
０．６５Ｖ、曲線因子が０．７６、変換効率が１６．１
％であった。
【００５３】一方、比較例として、ＣｄＳ膜を形成して
いない太陽電池を作製し、特性を測定した。この比較例
の太陽電池では、短絡電流が３５．３ｍＡ／ｃｍ2、開
放電圧が０．５６Ｖ、曲線因子が０．５７、変換効率が
１１．１％であった。
いない太陽電池を作製し、特性を測定した。この比較例
の太陽電池では、短絡電流が３５．３ｍＡ／ｃｍ2、開
放電圧が０．５６Ｖ、曲線因子が０．５７、変換効率が
１１．１％であった。
【００５４】実施例４の太陽電池では、薄いＣｄＳ膜を
用いることによって欠陥の少ない接合を形成することが
できたため特性の高い太陽電池を作製することができ
た。
用いることによって欠陥の少ない接合を形成することが
できたため特性の高い太陽電池を作製することができ
た。
【００５５】（実施例５）実施例５では、本発明の太陽
電池を製造した他の一例について説明する。
電池を製造した他の一例について説明する。
【００５６】まず、スパッタリング法によってガラス基
板上にＭｏ膜を形成し、その上に蒸着法によってＣｕ
（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜（膜厚２μｍ）を形成した。
板上にＭｏ膜を形成し、その上に蒸着法によってＣｕ
（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜（膜厚２μｍ）を形成した。
【００５７】次に、Ｉｎを含む化合物（塩）である塩化
インジウム（ＩｎＣｌ3）とチオアセトアミドとを含有
する溶液を用意した。溶液中の塩化インジウムの濃度は
０．００５Ｍ、チオアセトアミドの濃度は０．１Ｍ、ｐ
Ｈは１．９とした。この溶液を入れた容器を７５℃に保
った温水槽に静置した。この溶液にＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）
Ｓｅ2膜を形成した基板を、約１０秒間浸漬した。その
後、溶液から基板を引き上げて純水で洗浄した。この処
理によって、実施例４と同様に、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓ
ｅ2膜の表面にＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）2膜を形
成した。
インジウム（ＩｎＣｌ3）とチオアセトアミドとを含有
する溶液を用意した。溶液中の塩化インジウムの濃度は
０．００５Ｍ、チオアセトアミドの濃度は０．１Ｍ、ｐ
Ｈは１．９とした。この溶液を入れた容器を７５℃に保
った温水槽に静置した。この溶液にＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）
Ｓｅ2膜を形成した基板を、約１０秒間浸漬した。その
後、溶液から基板を引き上げて純水で洗浄した。この処
理によって、実施例４と同様に、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓ
ｅ2膜の表面にＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）2膜を形
成した。
【００５８】次に、カドミウムを含む化合物（塩）であ
る硫酸カドミウム（ＣｄＳＯ4）とアンモニアとを含有
する溶液を用意した。溶液中の硫酸カドミウムの濃度は
０．００１Ｍ、アンモニアの濃度は１Ｍとした。この溶
液を入れた容器を８５℃に保った温水槽に静置した。こ
の溶液に上記ＣＩＧＳ膜を６分間浸漬した。その後、溶
液から基板を引き上げて純水で洗浄した。このようにし
てＣＩＧＳ膜の表面にＣｄを添加した。
る硫酸カドミウム（ＣｄＳＯ4）とアンモニアとを含有
する溶液を用意した。溶液中の硫酸カドミウムの濃度は
０．００１Ｍ、アンモニアの濃度は１Ｍとした。この溶
液を入れた容器を８５℃に保った温水槽に静置した。こ
の溶液に上記ＣＩＧＳ膜を６分間浸漬した。その後、溶
液から基板を引き上げて純水で洗浄した。このようにし
てＣＩＧＳ膜の表面にＣｄを添加した。
【００５９】次に、ＣＩＧＳ膜上に、実施例２に示した
化学析出法によってＺｎ（Ｏ，Ｓ）膜を形成した。
化学析出法によってＺｎ（Ｏ，Ｓ）膜を形成した。
【００６０】さらに、Ｚｎ（Ｏ，Ｓ）膜上に、Ｚｎ1-X
ＭｇXＯ膜（膜厚１００ｎｍ）をＺｎＯおよびＭｇＯタ
ーゲットを用いた二元スパッタリング法によって形成し
た。スパッタリングは、アルゴンガス圧２．６６Ｐａ
（２×１０-2Ｔｏｒｒ）、ＺｎＯターゲットに加えた高
周波パワーが２００Ｗ、ＭｇＯターゲットに加えた高周
波パワーが１００Ｗの条件で行った。
ＭｇXＯ膜（膜厚１００ｎｍ）をＺｎＯおよびＭｇＯタ
ーゲットを用いた二元スパッタリング法によって形成し
た。スパッタリングは、アルゴンガス圧２．６６Ｐａ
（２×１０-2Ｔｏｒｒ）、ＺｎＯターゲットに加えた高
周波パワーが２００Ｗ、ＭｇＯターゲットに加えた高周
波パワーが１００Ｗの条件で行った。
【００６１】さらに、透明導電膜であるＩＴＯ（膜厚１
００ｎｍ）をスパッタリング法によって形成した。具体
的には、アルゴンガス圧１．０６４Ｐａ（８×１０-3Ｔ
ｏｒｒ）、高周波パワー４００Ｗの条件によって形成し
た。その後、ＮｉＣｒ膜とＡｕ膜とを電子ビーム蒸着法
によって積層することによって取り出し電極を形成し
た。
００ｎｍ）をスパッタリング法によって形成した。具体
的には、アルゴンガス圧１．０６４Ｐａ（８×１０-3Ｔ
ｏｒｒ）、高周波パワー４００Ｗの条件によって形成し
た。その後、ＮｉＣｒ膜とＡｕ膜とを電子ビーム蒸着法
によって積層することによって取り出し電極を形成し
た。
【００６２】このようにして作製した太陽電池に、ＡＭ
１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2の疑似太陽光を照射して太
陽電池特性を測定した。その結果、ＣＩＧＳ膜（第１の
半導体層１３に相当）とＺｎ1-XＭｇXＯ膜（第２の半導
体層１５に相当）の間に薄いＣｄＳ膜（層１４に相当）
を形成した太陽電池では、短絡電流が３３．３ｍＡ／ｃ
ｍ2、開放電圧が０．５５Ｖ、曲線因子が０．７１、変
換効率が１３．０％であった。
１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2の疑似太陽光を照射して太
陽電池特性を測定した。その結果、ＣＩＧＳ膜（第１の
半導体層１３に相当）とＺｎ1-XＭｇXＯ膜（第２の半導
体層１５に相当）の間に薄いＣｄＳ膜（層１４に相当）
を形成した太陽電池では、短絡電流が３３．３ｍＡ／ｃ
ｍ2、開放電圧が０．５５Ｖ、曲線因子が０．７１、変
換効率が１３．０％であった。
【００６３】一方、比較例として、Ｚｎ（Ｏ，Ｓ）膜を
形成していない太陽電池を作製し、特性を調べた。この
比較例の太陽電池では、短絡電流が２９．５ｍＡ／ｃｍ
2、開放電圧が０．４７Ｖ、曲線因子が０．６０、変換
効率が８．３％であった。
形成していない太陽電池を作製し、特性を調べた。この
比較例の太陽電池では、短絡電流が２９．５ｍＡ／ｃｍ
2、開放電圧が０．４７Ｖ、曲線因子が０．６０、変換
効率が８．３％であった。
【００６４】実施例５の太陽電池では、薄いＺｎ（Ｏ，
Ｓ）膜を用いることによって欠陥の少ない接合を形成す
ることができたため、特性の高い太陽電池を作製するこ
とができた。
Ｓ）膜を用いることによって欠陥の少ない接合を形成す
ることができたため、特性の高い太陽電池を作製するこ
とができた。
【００６５】なお、ここでは層１４としてＺｎ（Ｏ，
Ｓ）膜を用いたが、実施例２に記載のＺｎＩｎ2Ｓｅ
4膜、Ｉｎ2Ｓｅ3膜またはＺｎＳｅ膜を用いても同様の
効果が得られた。
Ｓ）膜を用いたが、実施例２に記載のＺｎＩｎ2Ｓｅ
4膜、Ｉｎ2Ｓｅ3膜またはＺｎＳｅ膜を用いても同様の
効果が得られた。
【００６６】以上、本発明の実施の形態について例を挙
げて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定され
ず本発明の技術的思想に基づき他の実施形態に適用する
ことができる。
げて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定され
ず本発明の技術的思想に基づき他の実施形態に適用する
ことができる。
【００６７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の太陽電池
は、高効率を実現可能なバンドプロファイルを有する。
また、本発明の太陽電池は、光吸収層として機能する半
導体層と窓層として機能する半導体層との間に、平均層
厚が１ｎｍ〜２０ｎｍの薄い層が配置されている。した
がって、本発明の太陽電池によれば、光吸収層に与える
ダメージを低減させることができ、欠陥の少ない接合を
形成できる。したがって、本発明の太陽電池によれば、
特性が高い太陽電池が得られる。
は、高効率を実現可能なバンドプロファイルを有する。
また、本発明の太陽電池は、光吸収層として機能する半
導体層と窓層として機能する半導体層との間に、平均層
厚が１ｎｍ〜２０ｎｍの薄い層が配置されている。した
がって、本発明の太陽電池によれば、光吸収層に与える
ダメージを低減させることができ、欠陥の少ない接合を
形成できる。したがって、本発明の太陽電池によれば、
特性が高い太陽電池が得られる。
【図１】 本発明の太陽電池について、一例を示す断面
図である。
図である。
【図２】 太陽電池の機能を説明するための模式図であ
る。
る。
【図３】 本発明の太陽電池について、一例の断面を示
す透過型電子顕微鏡写真である。
す透過型電子顕微鏡写真である。
１０ 太陽電池 １１ 基板 １２ 下部電極層 １３ 第１の半導体層 １４ 層（層Ａ） １５ 第２の半導体層 １６ 上部電極層 １７、１８ 取り出し電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 茂生 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 佐藤 琢也 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5F051 AA09 AA10 AA14 AA20 BA17 BA18 CB15 DA11 FA02 FA04 FA06 GA02 GA03 GA05
Claims (12)
- 【請求項１】 ｐ形である第１の半導体層と、前記第１
の半導体層の上方に形成されたｎ形である第２の半導体
層とを含む太陽電池であって、 前記第１の半導体層の禁制帯幅Ｅｇ1と前記第２の半導
体層の禁制帯幅Ｅｇ2とが、Ｅｇ1＜Ｅｇ2の関係を満た
し、 前記第１の半導体層の電子親和力χ1（ｅＶ）と前記第
２の半導体層の電子親和力χ2（ｅＶ）とが、０≦（χ1
−χ2）＜０．５の関係を満たし、 前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との間に、平
均層厚が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下である層Ａを備える太
陽電池。 - 【請求項２】 前記第２の半導体層が、スパッタリング
法によって形成された層である請求項１に記載の太陽電
池。 - 【請求項３】 前記第２の半導体層が、ＺｎとＭｇとを
含む酸化物からなる請求項１に記載の太陽電池。 - 【請求項４】 前記酸化物が、一般式Ｚｎ1-XＭｇXＯ
（ただし、０＜Ｘ＜０．５）で表される酸化物である請
求項３に記載の太陽電池。 - 【請求項５】 前記層Ａが、ＣｄとＳとを主成分として
含む請求項１ないし４のいずれかに記載の太陽電池。 - 【請求項６】 前記層Ａが、ＺｎとＯとＳとを主成分と
して含む請求項１ないし４のいずれかに記載の太陽電
池。 - 【請求項７】 前記層Ａが、前記層Ａを構成する金属の
塩と、硫黄含有化合物とを含む溶液を用いて形成された
層である請求項５または６に記載の太陽電池。 - 【請求項８】 前記層Ａが、ＺｎおよびＩｎから選ばれ
る少なくとも１つと、Ｓｅとを含む化合物からなる請求
項１ないし４のいずれかに記載の太陽電池。 - 【請求項９】 前記第１の半導体層が、Ｉｂ族元素、II
Iｂ族元素およびVIｂ族元素を含む請求項１ないし８の
いずれかに記載の太陽電池。 - 【請求項１０】 前記Ｉｂ族元素がＣｕであり、前記II
Iｂ族元素がＩｎおよびＧａから選ばれる少なくとも１
つの元素であり、前記VIｂ族元素がＳｅおよびＳから選
ばれる少なくとも１つの元素である請求項９に記載の太
陽電池。 - 【請求項１１】 前記第１の半導体層と前記層Ａとの間
に配置された第３の半導体層をさらに含み、 前記第３の半導体層がＩｂ族元素とIIIｂ族元素と硫黄
とを含み、 前記第３の半導体層中の硫黄の含有量（ａｔｏｍ％）
が、前記第１の半導体層中の硫黄の含有量（ａｔｏｍ
％）よりも高い請求項９に記載の太陽電池。 - 【請求項１２】 前記第１の半導体層は、前記層Ａ側の
表面に、ＣｄおよびＺｎから選ばれる少なくとも１つの
元素を含む請求項９に記載の太陽電池。
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|---|---|---|---|
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| US09/972,123 US6534704B2 (en) | 2000-10-18 | 2001-10-05 | Solar cell |
| CNB011427639A CN1197172C (zh) | 2000-10-18 | 2001-10-18 | 太阳能电池 |
| DE10151415A DE10151415A1 (de) | 2000-10-18 | 2001-10-18 | Solarzelle |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000317970A JP4662616B2 (ja) | 2000-10-18 | 2000-10-18 | 太陽電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002124688A true JP2002124688A (ja) | 2002-04-26 |
| JP4662616B2 JP4662616B2 (ja) | 2011-03-30 |
Family
ID=18796673
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000317970A Expired - Fee Related JP4662616B2 (ja) | 2000-10-18 | 2000-10-18 | 太陽電池 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6534704B2 (ja) |
| JP (1) | JP4662616B2 (ja) |
| CN (1) | CN1197172C (ja) |
| DE (1) | DE10151415A1 (ja) |
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