JP2003258278A - Photoelectric conversion device and manufacturing method thereof - Google Patents

Photoelectric conversion device and manufacturing method thereof

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JP2003258278A
JP2003258278A JP2002057578A JP2002057578A JP2003258278A JP 2003258278 A JP2003258278 A JP 2003258278A JP 2002057578 A JP2002057578 A JP 2002057578A JP 2002057578 A JP2002057578 A JP 2002057578A JP 2003258278 A JP2003258278 A JP 2003258278A
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photoelectric conversion
layer
zno
conversion device
manufacturing
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Toru Den
透 田
Hiroshi Okura
央 大倉
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Canon Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an oxide photoelectric conversion element which has satisfactory open circuit voltage and current in a simple and inexpensive method. <P>SOLUTION: This photoelectric conversion device is formed by laminating an n-type layer composed of a ZnO needle crystal 13 and a p-type layer composed of a Cu<SB>2</SB>O layer 14. The ZnO needle crystal 13 is connected to the continuous film of an n-type oxide semiconductor layer 31 composed of ZnO or SnO<SB>2</SB>. The average diameter of the ZnO needle crystal 13 is set to be 300 nm or less, and the aspect ratio is set to be 20 or more. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光電変換装置とそ
の製造方法に関し、特にn型層、p型層共に酸化物材料
からなる光電変換装置及びその製造方法に関する。特に
本発明は低コストの太陽電池に利用できるものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photoelectric conversion device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a photoelectric conversion device in which both an n-type layer and a p-type layer are made of an oxide material and a manufacturing method thereof. In particular, the present invention can be applied to low-cost solar cells.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、光エネルギーを電気エネルギーに
変換する方法としては、シリコンやガリウム−砒素など
の半導体接合を用いた太陽電池が一般的である。中でも
半導体のpn接合を用いた単結晶シリコン太陽電池や多
結晶シリコン太陽電池、pin接合を用いたアモルファ
スシリコン太陽電池がよく知られており、実用化が進み
つつある。
2. Description of the Related Art Conventionally, a solar cell using a semiconductor junction such as silicon or gallium-arsenic has been generally used as a method for converting light energy into electric energy. Among them, single crystal silicon solar cells and polycrystalline silicon solar cells using pn junctions of semiconductors, and amorphous silicon solar cells using pin junctions are well known and are being put to practical use.

【0003】しかし、シリコン太陽電池は製造コストが
高く、また製造自体でエネルギーを多く消費するので、
導入コストや消費エネルギーを回収するには、長期間の
使用が必要がある。現在の普及のネックになっているの
は主にこのコストにある。
However, since a silicon solar cell is expensive to manufacture and consumes a lot of energy in the manufacturing itself,
Long-term use is required to recover the installation cost and energy consumption. It is this cost that is the main bottleneck of current diffusion.

【0004】一方、近年、第2世代薄膜太陽電池として
CdTeやCuIn(Ga)Seなどの実用化研究も進
展しているが、これらの材料系では環境問題や資源的な
問題が提起されている。
On the other hand, in recent years, researches for practical use of CdTe, CuIn (Ga) Se and the like as second generation thin film solar cells have been progressing, but environmental problems and resource problems have been raised in these material systems. .

【0005】ZnOやCu2Oを用いた光電変換素子と
してはpin型の構成が特開2001−53329に開
示されている。このpin型はi層がTiO2であり、
p層が亜酸化銅、酸化銅、酸化ニッケル、n層が酸化
錫、酸化インジウム、ZnO、硫化亜鉛の積層膜構成と
なっている。またZnOとCu2Oを積層スパッタリン
グした光電変換素子がSol.Energy Mat. 4, 101(1980)に
示されているが変換効率は0.2%程度である。
As a photoelectric conversion element using ZnO or Cu 2 O, a pin type structure is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-53329. In this pin type, the i layer is TiO 2 ,
The p layer has a laminated film structure of cuprous oxide, copper oxide, nickel oxide, and the n layer has tin oxide, indium oxide, ZnO, and zinc sulfide. Further, a photoelectric conversion element in which ZnO and Cu 2 O are laminated and sputtered is shown in Sol. Energy Mat. 4, 101 (1980), but the conversion efficiency is about 0.2%.

【0006】Cu2Oを用いた光電変換素子としてはシ
ョットキー接合型のものが最も一般的であり、例えばSo
lid-State Electronics Vol.29, PP7-17 (1986)にまと
められている。
The most general type of photoelectric conversion element using Cu 2 O is a Schottky junction type photoelectric conversion element.
It is summarized in lid-State Electronics Vol.29, PP7-17 (1986).

【0007】ここで、Cu2Oについて若干説明してお
く。Cu2Oはp型半導体であり、種々の研究が古くか
らなされている。このCu2Oは一般的に整流器、光電
池、赤色顔料、船底塗料などに使用されていたが現在で
はそれぞれの用途に異なる材料が主流となって用いられ
るケースが多い。
Here, Cu 2 O will be briefly described. Cu 2 O is a p-type semiconductor, and various studies have been made for a long time. This Cu 2 O was generally used for rectifiers, photocells, red pigments, ship bottom paints, etc., but nowadays, different materials are mainly used for different purposes.

【0008】しかし、安価で無害な性質であることから
新たな活用方法について常に研究され続けている素材で
ある。これらの製法として、水酸化カリウムでアルカリ
性にした塩化スズ(II)溶液に硫酸銅溶液を加えて沈殿
させる方法がある。
However, since it is inexpensive and has no harmful properties, it is a material that is constantly being researched for new utilization methods. As a method for producing them, there is a method of adding a copper sulfate solution to a tin (II) chloride solution made alkaline with potassium hydroxide to cause precipitation.

【0009】ところが、この方法では安定したp型の半
導体は得ることが難しい。また、スパッタリング法等の
PVD法を用いても作製できるが、コスト面や環境面に
課題が多い。しかし、電着法は2eV程度のバンドギャ
ップを有するCu2Oが大面積に成膜でき、更に低コス
トで製造できる方法として近年注目されている。
However, it is difficult to obtain a stable p-type semiconductor by this method. Although it can be manufactured by using a PVD method such as a sputtering method, there are many problems in terms of cost and environment. However, the electrodeposition method has recently attracted attention as a method capable of forming Cu 2 O having a bandgap of about 2 eV in a large area and manufacturing it at a low cost.

【0010】例えば、CuSO4と乳酸と水酸化ナトリ
ウムを混合した水溶液中で電位を印加することにより,
電極上にCu2Oを析出させる方法がJay A. Switzer等
によって報告されている(chem.mater.1996,8,2499) 。
また、Yongsug Tak等は、酸性条件でのCu2Oの電着
を、Cu(NO3)2水溶液を用いて成膜したことを報告し
ている(Electrochemical and Solid-State Letters,2(1
1)559(1999))。
For example, by applying a potential in an aqueous solution in which CuSO 4 , lactic acid and sodium hydroxide are mixed,
A method of depositing Cu 2 O on an electrode has been reported by Jay A. Switzer et al. (Chem. Mater. 1996, 8, 2499).
In addition, Yongsug Tak et al. Reported that Cu 2 O electrodeposition under acidic conditions was film-formed using a Cu (NO 3 ) 2 aqueous solution (Electrochemical and Solid-State Letters, 2 (1
1) 559 (1999)).

【0011】つぎに、ZnO薄膜やZnO針状結晶につ
いて説明しておく。一般的にZnO膜を製造する手段と
しては、スパッタリング法、蒸着法、CVD法、電着法
等の様々な方法で現在作成することが可能である。
Next, the ZnO thin film and the ZnO needle crystal will be described. Generally, various means such as a sputtering method, a vapor deposition method, a CVD method, and an electrodeposition method can be currently used as a means for producing a ZnO film.

【0012】特に電着法は、大面積化や低コスト化を目
的とした作製方法として注目されている。例えば、導電
性基板上にZnO膜を均一に作成したことが報告されて
いる(Appl. Phys. Lett., Vol.68, No.17, 1996 243
9、 J. Electrochem. Soc., 146, 4517 (1999)、特開平
8−217443、特開平8−260175号公報)。
In particular, the electrodeposition method has been attracting attention as a manufacturing method for the purpose of increasing the area and reducing the cost. For example, it has been reported that a ZnO film is uniformly formed on a conductive substrate (Appl. Phys. Lett., Vol.68, No.17, 1996 243).
9, J. Electrochem. Soc., 146, 4517 (1999), JP-A-8-217443 and JP-A-8-260175).

【0013】また、ZnOの針状結晶を作成する手段と
して"J. Crystal Growth, 102, 965, (1990)"に、金属
Znの気相酸化を用いてテトラポッド状の針状ZnO結
晶を920℃で製造したことが報告されている。
[0013] As a means for producing ZnO needle-shaped crystals, "J. Crystal Growth, 102, 965, (1990)" describes tetrapod-like needle-shaped ZnO crystals by vapor phase oxidation of metallic Zn. It has been reported that it was manufactured at ℃.

【0014】さらに、"Jpn.J.Appl.Phys.,Vol.38(1999)
pp.L586"に、大気開放型のCVD法を用いて直径1.5
μmで、長さが100μmに達するZnOの針状結晶が
製造できることを報告している。CVDやスパッタリン
グ等のような成膜法は、真空状態又はアルゴンガス等の
高純度を有するガスを封じた状態で高温度等に保持した
条件の下で基板上にZnO膜を作成しなくてはならない
ので、基板の面積が限られており、コストもかかる。
Furthermore, "Jpn.J.Appl.Phys., Vol.38 (1999)
pp.L586 ", diameter 1.5 by using open-air CVD method
It has been reported that ZnO needle-shaped crystals having a length of 100 μm can be produced in μm. In a film forming method such as CVD or sputtering, a ZnO film has to be formed on a substrate under a vacuum condition or a condition in which a high-purity gas such as argon gas is sealed and maintained at a high temperature or the like. Therefore, the area of the substrate is limited and the cost is high.

【0015】これらの成膜法に対して、電着法は電解液
中で電着を行なうため、真空にする必要がなく高温度に
保持する必要もないので低コスト化も基板の大面積化も
可能である。
In contrast to these film forming methods, the electrodeposition method performs electrodeposition in an electrolytic solution, so there is no need to evacuate or maintain at a high temperature, so that the cost is reduced and the area of the substrate is increased. Is also possible.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術
は、酸化物光電変換素子が十分な開放電圧や電流値が得
られるものではなかった。また、ZnOやCu2Oの成
膜装置や成膜プロセスもコストがかかるものであった。
特にCu2Oの成膜は特殊な雰囲気での成膜や高温から
のクエンチ(急冷)などの処理が必要であり面倒であっ
た。
However, in the conventional technique, the oxide photoelectric conversion element was not able to obtain a sufficient open circuit voltage or current value. Further, the film forming apparatus and film forming process for ZnO and Cu 2 O are also costly.
In particular, Cu 2 O film formation is troublesome because it requires film formation in a special atmosphere and quenching (quenching) from a high temperature.

【0017】そこで、本発明は、開放電位や短絡電流値
など光電変換効率が高い素子を提供することにある。特
に安定性の高い酸化物の光電変換素子を提供することを
課題とする。
Therefore, the present invention is to provide an element having a high photoelectric conversion efficiency such as an open-circuit potential and a short-circuit current value. It is an object to provide an oxide photoelectric conversion element having particularly high stability.

【0018】また、本発明は、簡易に、低コストで、酸
化物光電変換素子が十分な開放電圧や電流値が得られる
ようにすることを課題とする。
Another object of the present invention is to easily and inexpensively obtain an oxide photoelectric conversion element with a sufficient open circuit voltage and current value.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、n型層とp型層とを積層形成した光電変
換装置であって、前記n型層がZnO針状結晶からなる
層であり、且つ前記p型層がCu2Oからなる層である
ことを特徴とする光電変換装置である。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a photoelectric conversion device in which an n-type layer and a p-type layer are laminated, wherein the n-type layer is made of ZnO acicular crystals. The photoelectric conversion device is characterized in that the p-type layer is a layer made of Cu 2 O.

【0020】ここで、ZnO針状結晶層がZnOやSn
2からなるn型酸化物半導体の連続膜に接続している
ことが好ましい。また、前記ZnO針状結晶の平均径が
300nm以下であり、且つアスペクト比が20以上で
あることが好ましい。
Here, the ZnO needle crystal layer is formed of ZnO or Sn.
It is preferably connected to a continuous film of an n-type oxide semiconductor made of O 2 . Further, it is preferable that the ZnO acicular crystals have an average diameter of 300 nm or less and an aspect ratio of 20 or more.

【0021】さらに、本発明は、上記の構造を有する光
電変換素子の製造方法を提供する。即ち、n型層とp型
層とを積層形成した光電変換装置の製造方法であって、
前記n型層はZnO針状結晶からなる層であり、且つ前
記p型層はCu2Oからなる層であり、且つ前記Cu2
からなる層をめっきにより成長させる工程を有すること
を特徴とする光電変換装置の製造方法である。
Further, the present invention provides a method for manufacturing a photoelectric conversion element having the above structure. That is, it is a method for manufacturing a photoelectric conversion device in which an n-type layer and a p-type layer are stacked and formed,
The n-type layer is a layer made of ZnO needle crystals, the p-type layer is a layer made of Cu 2 O, and the Cu 2 O is
A method for manufacturing a photoelectric conversion device, which comprises a step of growing a layer made of a metal by plating.

【0022】ここで、ZnO針状結晶からなる層もめっ
きにより成長させる工程を有することが好ましい。特に
ZnO針状結晶からなる層をめっきにより成長させる工
程の後に前記Cu2Oからなる層をめっきにより成長さ
せることが好ましい。またCu2Oからなる層をめっき
により成長させる工程の後に、そのCu2Oからなる層
を500℃以下の温度で熱処理をする工程を有すること
が好ましい。
Here, it is preferable to have a step of growing a layer made of ZnO needle crystals by plating. Particularly, it is preferable to grow the Cu 2 O layer by plating after the step of growing the ZnO needle crystal layer by plating. Further, it is preferable to have a step of heat-treating the Cu 2 O layer at a temperature of 500 ° C. or lower after the step of growing the Cu 2 O layer by plating.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0024】<本発明の概要>本発明の光電変換装置
は、Cu2Oで主に光吸収を起こさせ、そこで発生した
電子とホールとを速やかに分離して再結合を極力少なく
して電極へ到達させる。具体的には、p層とn層とがマ
イクロメートルサイズ以下で規則的に入り組んだ構造で
接合し、p層であるCu2O内で光吸収により発生した
ホールと電子とのうち、電子は速やかに近傍にある接合
層を横切りn層である針状のZnO層に移動することに
より変換効率を低下させる再結合を効率的に防いでい
る。
<Outline of the Present Invention> In the photoelectric conversion device of the present invention, light is mainly absorbed by Cu 2 O, and electrons and holes generated there are rapidly separated to reduce recombination as much as possible. To reach. Specifically, the p-layer and the n-layer are joined in a structure in which the size is equal to or less than a micrometer and are regularly intricate, and among the holes and electrons generated by light absorption in Cu 2 O, which is the p-layer, the electron is By rapidly moving the junction layer in the vicinity to the acicular ZnO layer, which is the n-layer, recombination, which lowers the conversion efficiency, is efficiently prevented.

【0025】また光電変換素子をめっき法により形成し
ている。
Further, the photoelectric conversion element is formed by a plating method.

【0026】<光電変換装置の構成について>まず本実
施形態の光電変換装置の構成について説明する。
<Structure of Photoelectric Conversion Device> First, the structure of the photoelectric conversion device of this embodiment will be described.

【0027】図1(a)、図1(b)は、本発明の実施
形態の光電変換装置の模式的な構成図である。図1にお
いて、11は基板、12及び17は透明電極、13はZ
nO針状結晶、14はCu2O層、15及び16は電極
である。図示はしていないがこれ以外にも特性評価のた
めには引き出し電極が設けられることになる。
FIG. 1A and FIG. 1B are schematic configuration diagrams of the photoelectric conversion device according to the embodiment of the present invention. In FIG. 1, 11 is a substrate, 12 and 17 are transparent electrodes, and 13 is Z.
nO needle crystals, 14 is a Cu 2 O layer, and 15 and 16 are electrodes. Although not shown, a lead electrode is provided for the purpose of characteristic evaluation in addition to this.

【0028】全体の構成は光入射をどちら側から行なう
かで大きく異なる。
The overall structure greatly differs depending on which side the light is incident on.

【0029】図1(a)には基板11側に透明電極12
を備え、反対側に電極15を備えた例を示しており、光
入射は基板11側から行なう。
In FIG. 1A, the transparent electrode 12 is provided on the substrate 11 side.
And an electrode 15 is provided on the opposite side. Light is incident from the substrate 11 side.

【0030】図1(b)には基板11側に電極16を備
え、反対側に透明電極17を備えた例を示しており、光
入射は基板11の反対側から行なう。
FIG. 1B shows an example in which an electrode 16 is provided on the substrate 11 side and a transparent electrode 17 is provided on the opposite side. Light is incident from the opposite side of the substrate 11.

【0031】また、図1には、図示はしていないがどち
らの電極も透明電極として、どちらの面からでも光照射
を行えるようにしてもよい。
Although not shown in FIG. 1, both electrodes may be transparent electrodes so that light irradiation can be performed from either surface.

【0032】図3は、図1(a)に示す光電変換装置に
n型酸化物半導体層31を加えた様子を示す図である。
図3に示す光電変換装置は、ZnO針状結晶13と透明
電極12との間にn型酸化物半導体層31を備え、Zn
O針状結晶13を作成し易く、またピンホールなどによ
るリーク電流を低減する上で好ましい。
FIG. 3 is a diagram showing a state in which an n-type oxide semiconductor layer 31 is added to the photoelectric conversion device shown in FIG. 1 (a).
The photoelectric conversion device shown in FIG. 3 includes an n-type oxide semiconductor layer 31 between the ZnO needle crystal 13 and the transparent electrode 12, and
This is preferable in that the O needle crystal 13 can be easily formed and the leak current due to a pinhole or the like is reduced.

【0033】<ZnO針状結晶について>ZnO針状結
晶13は、図1(a),図1(b)に示すように先端が
細くなっていればよいが以下に示すようなものでもよ
い。
<ZnO Needle Crystals> The ZnO needle crystals 13 may have a thin tip as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), but may be the ones shown below.

【0034】図2(a),図2(b)は、図1(a),
図1(b)のZnO針状結晶13の各種例を示す断面図
である。図2(a)には結晶の径が比較的均一に伸びて
いるものを示しており、図2(b)には途中で曲がった
り枝分かれしているものを示している。なお、ここでは
説明の都合上、透明電極12及び電極16は図示してい
ない。
2 (a) and 2 (b) are shown in FIG. 1 (a),
It is sectional drawing which shows various examples of the ZnO needle crystal 13 of FIG.1 (b). FIG. 2 (a) shows a crystal having a relatively uniform diameter, and FIG. 2 (b) shows a crystal that is curved or branched in the middle. It should be noted that the transparent electrode 12 and the electrode 16 are not shown here for convenience of description.

【0035】また、ZnO針状結晶13の先端は先鋭に
なっているものでも、平坦になっているものでも構わな
い。ZnO針状結晶13の断面は概ね六角形であるが、
それ以外のものでも構わない。またここでアスペクト比
とはZnO針状結晶13の横切断面が円形又は円形に近
い状態の形状の場合は直径に対する長さの比率をいい、
ZnO針状結晶13の横切断面が六角形等の角形の場合
は切断面の重心を通る最小長さに対する長さの比率をい
うものとする。
The tip of the ZnO needle crystal 13 may be sharp or flat. The cross section of the ZnO needle crystal 13 is generally hexagonal,
Other than that may be used. In addition, the aspect ratio means the ratio of the length to the diameter when the lateral cross section of the ZnO needle crystal 13 has a circular shape or a shape close to a circle,
When the lateral cross section of the ZnO needle crystal 13 is a polygon such as a hexagon, the ratio of the length to the minimum length passing through the center of gravity of the cut surface is referred to.

【0036】本実施形態ではZnO針状結晶13の平均
径が300nm以下でアスペクト比が20以上のものが
光電変換の特性上好ましい。また、ZnO針状結晶13
の軸方向と基板の主面とのなす角60°以上であること
が好ましく、80°以上であることがより好ましい。
In the present embodiment, ZnO needle crystals 13 having an average diameter of 300 nm or less and an aspect ratio of 20 or more are preferable in terms of photoelectric conversion characteristics. In addition, ZnO needle crystals 13
The angle formed by the axial direction and the main surface of the substrate is preferably 60 ° or more, and more preferably 80 ° or more.

【0037】このようなZnO針状結晶13を作成する
には各種の方法があるが、基板温度が低く且つ低コスト
で製造できる方法としてはめっき法が優れている。ま
た、めっき法を採用することにより特殊な処理なしにC
2Oのめっきを行なうことが可能となる。
There are various methods for producing such ZnO needle crystals 13, but the plating method is excellent as a method that can be manufactured at a low substrate temperature and at low cost. Also, by adopting the plating method, C
It is possible to plate u 2 O.

【0038】つぎに、ZnO針状結晶13の電着による
製造方法について説明する。ZnO針状結晶13を電着
法により作成する方法としては、3電極もしくは2電極
を使用して、少なくとも亜鉛イオンが含有された電解液
に電極基板を浸して電位を印加することにより作成する
ことができる。
Next, a method for producing the ZnO needle crystals 13 by electrodeposition will be described. The ZnO needle-like crystal 13 can be prepared by electrodeposition by using a three-electrode or two-electrode method, immersing the electrode substrate in an electrolyte solution containing at least zinc ions, and applying a potential. You can

【0039】ここで、亜鉛を含有する塩として使用でき
る化合物としては、例えば硝酸亜鉛、塩化亜鉛、硫酸亜
鉛、炭酸亜鉛、酢酸亜鉛等が挙げられる。電解質として
これらの化合物の中から選んだ一種類の化合物でも、二
種類以上の混合させた化合物でも用いることができる。
Examples of the compound usable as the salt containing zinc include zinc nitrate, zinc chloride, zinc sulfate, zinc carbonate, zinc acetate and the like. As the electrolyte, one kind of compound selected from these compounds or a mixture of two or more kinds can be used.

【0040】ZnO針状結晶13を作成する条件として
は、高アスペクト比を得るためにより低濃度が好まれ、
1mmol/L〜0.05mol/L程度の範囲が適し
ており、更に1mmol/L〜0.01mol/L程度
の範囲がより好ましい。
As a condition for forming the ZnO needle-like crystals 13, a low concentration is preferred to obtain a high aspect ratio,
A range of about 1 mmol / L to 0.05 mol / L is suitable, and a range of about 1 mmol / L to 0.01 mol / L is more preferable.

【0041】また、電解溶媒としては、エタノール等の
有機媒体、水、酸素等の気体を溶かした水等を用いる
が、扱いの容易さから水が好ましい。
As the electrolytic solvent, an organic medium such as ethanol, water, water in which a gas such as oxygen is dissolved, or the like is used, but water is preferable from the viewpoint of easy handling.

【0042】図5は、図1のZnO針状結晶13の作製
装置の模式的な構成図である。ここでは3電極で電着を
行なう作製装置を示している。参照極51、対極52、
作用極53をビーカー54中の電解液55に浸して電位
を印加することにより、作用極53である基板11にZ
nO針状結晶13が成長する。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an apparatus for producing the ZnO acicular crystals 13 of FIG. Here, a manufacturing apparatus for performing electrodeposition with three electrodes is shown. Reference electrode 51, counter electrode 52,
By dipping the working electrode 53 in the electrolyte solution 55 in the beaker 54 and applying a potential, the substrate 11 serving as the working electrode 53 is Z
The nO needle crystal 13 grows.

【0043】この作製条件として、少なくとも亜鉛塩が
含有された電解質及びその電解質濃度、IPAや水等の
電解溶媒、電解電位値、電解液の温度、電着時間、酸素
などの活性気体濃度、電解液の対流条件等を最適化でき
る他に、添加剤を加えることも有効である。
As the preparation conditions, an electrolyte containing at least a zinc salt and its electrolyte concentration, an electrolytic solvent such as IPA or water, an electrolytic potential value, a temperature of the electrolytic solution, an electrodeposition time, an active gas concentration such as oxygen, electrolysis, etc. In addition to optimizing the convection conditions of the liquid, it is also effective to add an additive.

【0044】例えば硝酸亜鉛を用いて電着を行なう場合
は、硝酸亜鉛濃度は1mmol/L〜0.1mol/L
が好ましく、Ag/AgClの参照極51に対する作用
極の電解電位は−0.9V〜−1.5Vが好ましい。
For example, when performing electrodeposition using zinc nitrate, the zinc nitrate concentration is 1 mmol / L to 0.1 mol / L.
Is preferred, and the electrolytic potential of the working electrode of Ag / AgCl with respect to the reference electrode 51 is preferably -0.9V to -1.5V.

【0045】さらに、電解液として水を用いた場合、電
解液温度はマントルヒーター56を用いて85℃〜90
℃にすることによりアスペクトの大きいZnO針状結1
3晶が成長する。さらに、適当な添加剤を電解液中に混
入することによりアスペクト比を増加させることができ
る。
When water is used as the electrolytic solution, the temperature of the electrolytic solution is 85 ° C. to 90 ° C. by using the mantle heater 56.
ZnO needle-shaped binding with a large aspect by controlling the temperature to 1 ℃
Crystal 3 grows. Further, the aspect ratio can be increased by incorporating a suitable additive into the electrolytic solution.

【0046】<Cu2O層について>つぎに、光吸収層
として機能するCu2O層14について説明する。Cu2
Oはバンドギャップが2.0eV〜2.2eVのp型半
導体であり、赤より短波長の光を吸収することができ
る。Cu2O層14は一般的にCuを酸化して急冷する
方法やスパッタリング法などの成膜法により作製できる
が、より低コストで且つZnO針状結晶13の隙間に充
填できる方法としてめっき法が優れている。
<Regarding Cu 2 O Layer> Next, the Cu 2 O layer 14 functioning as a light absorbing layer will be described. Cu 2
O is a p-type semiconductor having a bandgap of 2.0 eV to 2.2 eV and can absorb light having a wavelength shorter than red. The Cu 2 O layer 14 is generally prepared by a method of oxidizing Cu to rapidly cool it or a film forming method such as a sputtering method. However, a plating method is a method that can fill the gaps of the ZnO needle crystals 13 at a lower cost. Are better.

【0047】従来型の積層膜型構造の光電変換素子では
Cu2O層内に発生した電子とホールとは電極に集電さ
れる前に再結合などにより消滅してしまう確率が高かっ
た。即ち、光吸収により電子とホールが得られる位置は
再結合を逃れるために電極やpn接合界面に近いほどよ
いことになるが、このためには一般的に光吸収層が薄い
方がよいことになる。
In the conventional photoelectric conversion device having a laminated film type structure, electrons and holes generated in the Cu 2 O layer have a high probability of disappearing due to recombination before being collected by the electrodes. That is, the position where electrons and holes are obtained by light absorption should be closer to the electrode or the pn junction interface in order to escape recombination. For this purpose, it is generally better that the light absorption layer is thinner. Become.

【0048】しかし、光吸収層が薄い場合には十分な光
吸収が起こらず、光の大部分は透過して光電変換に寄与
しなくなってしまう。本実施形態ではp層とn層とがマ
イクロメータサイズ以下で入り組んでいるのでCu2
層14のどの位置で光吸収による電子とホールとの発生
が起こっても有効に電荷の分離が行なわれる。これはC
2O層14のどの部分においてもZnO針状結晶13
との界面が近傍にあるからである。
However, when the light absorption layer is thin, sufficient light absorption does not occur, and most of the light is transmitted and does not contribute to photoelectric conversion. In the present embodiment, since the p layer and the n layer are intricate with each other in a micrometer size or smaller, Cu 2 O
The charge is effectively separated regardless of where in the layer 14 electrons and holes are generated by light absorption. This is C
ZnO needle-like crystals 13 are formed on any part of the u 2 O layer 14.
This is because the interface with and is near.

【0049】また、Cu2O層14の厚みも十分確保で
きることにより、光吸収も大きくできる。
Further, since the thickness of the Cu 2 O layer 14 can be sufficiently secured, the light absorption can be increased.

【0050】つぎに、Cu2O層14のめっきによる製
造方法について説明する。本実施形態では、Cu2O層
14を電着法により作成する。具体的には、3電極もし
くは2電極を使用して、少なくとも銅イオンが含有され
た電解液に電極基板を浸して電位を印加することにより
作成する。
Next, a method of manufacturing the Cu 2 O layer 14 by plating will be described. In this embodiment, the Cu 2 O layer 14 is formed by the electrodeposition method. Specifically, it is prepared by using three electrodes or two electrodes and immersing the electrode substrate in an electrolytic solution containing at least copper ions to apply a potential.

【0051】Cu2O層14は例えば図5に示す作製装
置で作成できる。参照極51、対極52、作用極である
電極53(例えばZnO針状結晶13が付着している基
板11)をビーカー54中の電解液55に浸して電位を
印加することにより、電極53上にCu2O結晶が成長
し、Cu2O層14ができる。
The Cu 2 O layer 14 can be formed, for example, by the manufacturing apparatus shown in FIG. The reference electrode 51, the counter electrode 52, and the electrode 53 (for example, the substrate 11 to which the ZnO acicular crystals 13 are attached), which is the working electrode, are immersed in the electrolytic solution 55 in the beaker 54 and an electric potential is applied to the electrode 53. Cu 2 O crystal grows to form a Cu 2 O layer 14.

【0052】この作製条件として、少なくとも銅塩が含
有された電解液、濃度、IPAや水等の電解溶媒、電解
電位値、電解液の温度、電着時間、酸素などの活性気体
濃度、電解液の対流条件、錯化剤、その他添加剤等のパ
ラメータを変えることにより最適条件を見出すことがで
きる。
The production conditions include an electrolytic solution containing at least a copper salt, a concentration, an electrolytic solvent such as IPA and water, an electrolytic potential value, an electrolytic solution temperature, an electrodeposition time, an active gas concentration such as oxygen, an electrolytic solution. Optimum conditions can be found by changing parameters such as convection conditions, complexing agents, and other additives.

【0053】ここで、銅を含有する塩として使用できる
化合物としては、例えば硝酸銅、硫酸銅、塩化銅、炭酸
銅、酢酸銅等が挙げられる。このCu2Oの析出条件の
例として、CuSO4の銅塩を用いた場合は、錯化剤と
pHを調整するためのアルカリ溶液を混入することが好
ましい。
Examples of the compound which can be used as the salt containing copper include copper nitrate, copper sulfate, copper chloride, copper carbonate, copper acetate and the like. As an example of the Cu 2 O precipitation conditions, when a CuSO 4 copper salt is used, it is preferable to mix a complexing agent and an alkaline solution for adjusting the pH.

【0054】このとき、錯化剤は乳酸が好ましい。この
とき、乳酸の濃度はCuSO4に対して2倍以上が好ま
しく、さらには4倍以上の方が、より容易に錯体化する
ため好ましい。また、アルカリ溶液を混入する前の濃度
として、CuSO4は0.1mol/L〜0.5mol
/Lであることがより容易に作製できるため、好まし
い。
At this time, the complexing agent is preferably lactic acid. At this time, the concentration of lactic acid is preferably 2 times or more that of CuSO 4 , and more preferably 4 times or more because complexing is easier. In addition, CuSO 4 has a concentration of 0.1 mol / L to 0.5 mol as the concentration before mixing the alkaline solution.
/ L is preferable because it can be more easily produced.

【0055】また、pHを調整するためにアルカリ溶液
を混入する過程において、水酸化ナトリウム水溶液を用
いることが好ましい。さらに、pHとして7〜13の間
が好ましく、結晶性を考慮すると8〜12の間が更に好
ましい。電解電位はpHや電解液温度に依存されるため
一概に範囲を指定できないが、銀/塩化銀参照極を用い
て−0.2V〜−0.8Vであることが好ましい傾向が
ある。
Further, it is preferable to use an aqueous solution of sodium hydroxide in the process of mixing the alkaline solution for adjusting the pH. Further, the pH is preferably 7 to 13, and more preferably 8 to 12 in consideration of crystallinity. The electrolytic potential cannot be unconditionally specified because it depends on pH and electrolyte temperature, but it tends to be preferably -0.2 V to -0.8 V using a silver / silver chloride reference electrode.

【0056】<電極について>透明電極12,17とし
ては一般的なSnドープ酸化インジウムやFもしくはS
bドープの酸化錫、及びGaやAlをドープしたZnO
などが利用可能である。これらの成膜にはスパッタリン
グ法やCVD法などが利用可能である。
<Regarding Electrodes> As the transparent electrodes 12 and 17, general Sn-doped indium oxide, F or S is used.
b-doped tin oxide and Ga or Al-doped ZnO
Etc. are available. A sputtering method, a CVD method, or the like can be used for forming these films.

【0057】また、n型及びp型の半導体結晶層に接続
される金属電極16としては半導体とオーミックな接合
が得られるものであれば何でも構わない。これらの電極
12,16,17の作製にはやはりスパッタリング法や
CVD法などが利用可能であるが、めっき法も利用可能
である。
Any metal electrode 16 connected to the n-type and p-type semiconductor crystal layers may be used as long as it can form an ohmic junction with the semiconductor. A sputtering method, a CVD method, or the like can be used to manufacture the electrodes 12, 16, and 17, but a plating method can also be used.

【0058】<基板について>基板11の材質、厚さ
は、光起電力装置に要求される耐久性に応じて適宜設計
することができる。光入射側の基板11は透光性である
限り、ガラス基板、透明セラミック基板、プラスチック
基板などが好適に用いられる。光入射側とはならない基
板11としては、金属基板、セラミック基板などを適宜
用いることができる。光入射側の表面にはSiO2など
からなる反射防止膜を設けることが好ましい。
<Regarding the Substrate> The material and thickness of the substrate 11 can be appropriately designed according to the durability required for the photovoltaic device. As the substrate 11 on the light incident side, a glass substrate, a transparent ceramic substrate, a plastic substrate or the like is preferably used as long as it is translucent. As the substrate 11 not on the light incident side, a metal substrate, a ceramic substrate, or the like can be used as appropriate. An antireflection film made of SiO 2 or the like is preferably provided on the surface on the light incident side.

【0059】なお、前述した電極に基板11としての機
能を兼ねさせることにより、電極とは別部材の基板を設
けないようにしてもよい。
Note that the above-mentioned electrode may also serve as the substrate 11 so that the substrate, which is a member separate from the electrode, may not be provided.

【0060】また、本明細書ではZnO針状結晶13、
Cu2O層14として説明しているが、これらの酸素量
は若干変動しても構わない。即ち実際はZnO1-XやC
2-XOと表され、Xは0〜0.2程度の変動がある。
また、若干の別の元素が含まれていてもn型半導体、p
型半導体としての特性が損なわれていなければ構わな
い。
Further, in the present specification, ZnO needle crystals 13,
Although described as the Cu 2 O layer 14, the amount of oxygen may vary slightly. That is, actually ZnO 1-X and C
It is expressed as u 2−X O, and X has a variation of about 0 to 0.2.
In addition, an n-type semiconductor, p
It does not matter if the characteristics of the type semiconductor are not impaired.

【0061】[0061]

【実施例】以下、実施例を用いて本発明を更に説明す
る。
EXAMPLES The present invention will be further described below with reference to examples.

【0062】「実施例1」本発明の実施例1では、図5
の電着装置を用いてZnO針状結晶13を製造し、その
後にやはり図5の電着装置を用いてCu2O層14であ
る酸化銅(I)結晶を成膜して光電変換装置を形成する場
合を例に説明する。
Example 1 In Example 1 of the present invention, FIG.
The ZnO needle crystal 13 is manufactured using the electrodeposition apparatus described in (1), and then the copper oxide (I) crystal that is the Cu 2 O layer 14 is formed using the electrodeposition apparatus shown in FIG. The case of forming will be described as an example.

【0063】基板11及び透明電極12として導電性ガ
ラス基板(FドープSnO2、10Ω/□)を用意し、
この基板11を作用極53として2mmol/L硝酸亜
鉛水溶液55に浸し、Ag/AgClの参照極51には
−1.2Vの電位を5000秒間印加した。
A conductive glass substrate (F-doped SnO 2 , 10 Ω / □) was prepared as the substrate 11 and the transparent electrode 12,
This substrate 11 was immersed in a 2 mmol / L zinc nitrate aqueous solution 55 as a working electrode 53, and a potential of -1.2 V was applied to the Ag / AgCl reference electrode 51 for 5000 seconds.

【0064】このとき、対極52は亜鉛板であり、マン
トルヒーター56でビーカー54内の電解液55を85
℃に加熱して行った。電解後、走査電子顕微鏡(SE
M)にてこの試料を観察した結果、基板表面にはZnO
針状結晶13が透明電極12から図1(a)の様に成長
していた。
At this time, the counter electrode 52 is a zinc plate, and the mantle heater 56 is used to make the electrolyte solution 55 in the beaker 54 85.
It was carried out by heating to ℃. After electrolysis, scanning electron microscope (SE
As a result of observing this sample in M), ZnO was found on the substrate surface.
The needle crystals 13 grew from the transparent electrode 12 as shown in FIG.

【0065】ZnO針状結晶13の径は40nm〜50
nmであり、長さはその20〜30倍であった。
The diameter of the ZnO needle crystal 13 is 40 nm to 50 nm.
nm and the length was 20 to 30 times that.

【0066】ZnO針状結晶13を形成した基板11を
よく蒸留水で洗浄した後、この基板11を作用極53と
して0.4mol/L 硫酸銅(II)を3mol/L乳
酸中に混合させ、更に0.5mol/L水酸化ナトリウ
ム水溶液を用いてpH9にした電解液55に浸し、Ag
/AgClの参照極51には−0.6Vの電位を500
0秒間印加した。
After thoroughly washing the substrate 11 on which the ZnO needle crystals 13 were formed with distilled water, 0.4 mol / L copper (II) sulfate (II) was mixed with 3 mol / L lactic acid as the working electrode 53, Further, it is immersed in an electrolytic solution 55 adjusted to pH 9 with 0.5 mol / L sodium hydroxide aqueous solution, and Ag
The potential of -0.6 V is applied to the reference electrode 51 of / AgCl by 500.
It was applied for 0 seconds.

【0067】このとき、対極52は銅板であり、マント
ルヒーター56でビーカー54内の電解液55を85℃
に加熱して行った。電解後、SEMによりこの試料を観
察した結果、基板表面にはCu2O層14である酸化銅
(I)結晶がZnO針状結晶13を覆うように図1(a)
の形状で成長していた。この際、ZnO針状結晶間13
の隙間は全てCu2Oで埋め尽くされていた。
At this time, the counter electrode 52 is a copper plate, and the mantle heater 56 is used to heat the electrolytic solution 55 in the beaker 54 to 85 ° C.
It was heated to. As a result of observing this sample by SEM after electrolysis, it was found that the Cu 2 O layer 14 on the substrate surface was copper oxide.
1 (a) so that the (I) crystal covers the ZnO needle crystal 13.
Had grown in the shape of. At this time, 13 between ZnO needle crystals
All the gaps were filled with Cu 2 O.

【0068】生成したCu2O層14上に金をスパッタ
リング成膜することにより電極5としてセルを組み上げ
た。
A cell was assembled as an electrode 5 by sputtering gold deposition on the produced Cu 2 O layer 14.

【0069】また、比較例として透明電極12上にZn
O膜を300nmスパッタリング成膜し、その後にCu
2O膜を1μmの膜厚でスパッタリング成膜した試料を
用いて同様にセルを組み立てた。
As a comparative example, Zn was formed on the transparent electrode 12.
An O film is formed by sputtering to a thickness of 300 nm, and then Cu
A cell was similarly assembled using a sample in which a 2 O film was formed by sputtering to a film thickness of 1 μm.

【0070】そして500Wのキセノンランプ光を透明
電極側から照射した。そしてこの時生じた光電変換反応
による光電流の値を測定した。その測定結果本発明のセ
ルの方が短絡電流、光電変換効率ともに5倍程度大きか
った。これは針状結晶電極を用いたことによって再結合
が減少したことに起因すると考えられる。
Then, 500 W of xenon lamp light was irradiated from the transparent electrode side. Then, the value of photocurrent due to the photoelectric conversion reaction generated at this time was measured. As a result of the measurement, the short-circuit current and the photoelectric conversion efficiency of the cell of the present invention were about 5 times larger. It is considered that this is due to the decrease in recombination due to the use of the needle crystal electrode.

【0071】また、ここで作成した実施例の試料を30
0℃で真空アニールして再度光電変測定を行なった結
果、短絡電流、光電変換効率ともに2倍程度増加してい
た。これはめっき中に含有された水分や欠陥などが低減
したためと考えられる。
In addition, the sample of the embodiment prepared here is 30
As a result of performing vacuum annealing at 0 ° C. and performing photoelectric conversion measurement again, both the short-circuit current and the photoelectric conversion efficiency were increased about twice. It is considered that this is because the moisture and defects contained in the plating were reduced.

【0072】「実施例2」図4は、本発明の実施例2の
光電変換装置のZnO針状結晶13の製造装置である。
本実施例では、図4のZnO針状製造装置を用いてZn
O針状結晶13を製造し、図5の電着装置を用いてCu
2O層14を形成し、図1(a)に示すような光電変換
装置を作成した場合を例に説明する。
[Embodiment 2] FIG. 4 shows an apparatus for manufacturing ZnO needle crystals 13 of a photoelectric conversion device according to Embodiment 2 of the present invention.
In this example, ZnO needle-shaped manufacturing apparatus of FIG.
O needle crystal 13 is manufactured, and Cu is formed using the electrodeposition apparatus of FIG.
The case where the 2 O layer 14 is formed and the photoelectric conversion device as shown in FIG.

【0073】まず、アルミナるつぼ45内に表面酸化さ
れたZn粉を原料44として入れ、装置内に設置した。
基板11及び透明電極12には厚み1mmの導電性ガラ
ス(FドープSnO2、10Ω/□)を用い、500℃
〜600℃に設定した。つぎに、反応容器内に1%の酸
素が混合された窒素ガスを100mL/min流し、2
0000Paに保持した。
First, the surface-oxidized Zn powder was put into the alumina crucible 45 as the raw material 44 and set in the apparatus.
Conductive glass (F-doped SnO 2 , 10 Ω / □) having a thickness of 1 mm is used for the substrate 11 and the transparent electrode 12, and the temperature is 500 ° C.
It was set to ~ 600 ° C. Next, a nitrogen gas mixed with 1% oxygen was flown into the reaction vessel at 100 mL / min, and 2
It was kept at 0000 Pa.

【0074】そして、るつぼの温度を650℃〜750
℃に加熱してZnを徐々に約60分間蒸発させた。透明
電極12の表面にはZnO針状結晶13が電極16から
図2(a)のように成長していた。このZnO針状結晶
13の径は10nm〜50nmであり、長さはその20
0〜300倍であった。
The temperature of the crucible is set to 650 ° C to 750 ° C.
The Zn was gradually evaporated by heating to 60 ° C. for about 60 minutes. On the surface of the transparent electrode 12, ZnO needle crystals 13 were grown from the electrode 16 as shown in FIG. The ZnO needle crystal 13 has a diameter of 10 nm to 50 nm and a length of 20 nm.
It was 0 to 300 times.

【0075】このZnO針状結晶電極を作用極53とし
て0.4mol/L 硫酸銅(II)を3mol/L乳酸
中に混合させ、更に0.5 mol/L水酸化ナトリウ
ム水溶液を用いてpH9にした電解液55に浸し、Ag
/AgClの参照極51には−0.6Vの電位を100
00秒間印加した。このとき、対極52は銅板であり、
マントルヒーター56でビーカー54内の電解液55を
85℃に加熱して行った。電解後、透明電極12の表面
にはCu2O層14が成長していた。
Using this ZnO needle-shaped crystal electrode as a working electrode 53, 0.4 mol / L copper (II) sulfate was mixed in 3 mol / L lactic acid, and the pH was adjusted to 9 using 0.5 mol / L sodium hydroxide aqueous solution. Soaked in electrolyte 55
The potential of -0.6 V is 100 to the reference electrode 51 of / AgCl.
It was applied for 00 seconds. At this time, the counter electrode 52 is a copper plate,
The heating was performed by heating the electrolytic solution 55 in the beaker 54 to 85 ° C. with the mantle heater 56. After the electrolysis, the Cu 2 O layer 14 had grown on the surface of the transparent electrode 12.

【0076】Cu2O層14上に金をスパッタすること
により電極15を形成し、図1(a)に示すセルを組み
上げた。
Electrodes 15 were formed on the Cu 2 O layer 14 by sputtering gold, and the cell shown in FIG. 1A was assembled.

【0077】また、比較例として透明電極12上にZn
O膜を300nmスパッタリング成膜し、その後にCu
2O膜を1μmの膜厚でスパッタリング成膜した試料を
用いて同様にセルを組み立てた。
As a comparative example, Zn was formed on the transparent electrode 12.
An O film is formed by sputtering to a thickness of 300 nm, and then Cu
A cell was similarly assembled using a sample in which a 2 O film was formed by sputtering to a film thickness of 1 μm.

【0078】そして500Wのキセノンランプ光を透明
電極側から照射した。そしてこの時生じた光電変換反応
による光電流の値を測定した。その測定結果本発明のセ
ルの方が短絡電流、光電変換効率ともに5倍程度大きか
った。これはZnO針状結晶電極13を用いたことによ
ってCu2O層14内での再結合損失が減少したことに
起因すると考えられる。
Then, 500 W of xenon lamp light was irradiated from the transparent electrode side. Then, the value of photocurrent due to the photoelectric conversion reaction generated at this time was measured. As a result of the measurement, the short-circuit current and the photoelectric conversion efficiency of the cell of the present invention were about 5 times larger. It is considered that this is because the recombination loss in the Cu 2 O layer 14 was reduced by using the ZnO needle-shaped crystal electrode 13.

【0079】ここで、ZnO針状結晶13の成長の際の
基板温度を下げ、且つ成長時間を短くすることによりZ
nO針状結晶の平均径を約500nmでアスペクト比が
10程度の膜が得られる。この場合のセルの短絡電流、
光電変換効率は比較例の約2倍程度であった。これか
ら、ZnO針状結晶13の平均径は300nm以下でア
スペクト比は20以上が好ましいことがわかる。
Here, by lowering the substrate temperature during the growth of the ZnO acicular crystals 13 and shortening the growth time, Z
A film having an average diameter of nO acicular crystals of about 500 nm and an aspect ratio of about 10 is obtained. The short circuit current of the cell in this case,
The photoelectric conversion efficiency was about twice that of the comparative example. From this, it is understood that the average diameter of the ZnO acicular crystals 13 is preferably 300 nm or less and the aspect ratio is 20 or more.

【0080】「実施例3」本発明の実施例3では、Zn
O針状結晶13と透明電極12との間にn型酸化物半導
体層31を形成した場合を例に説明する。
"Example 3" In Example 3 of the present invention, Zn
The case where the n-type oxide semiconductor layer 31 is formed between the O needle crystal 13 and the transparent electrode 12 will be described as an example.

【0081】基板11及び透明電極12には厚み1mm
の導電性ガラス(FドープSnO2、10Ω/□)を用
い、スパッタリング法によりZnOとSnO2との薄膜
を作成した。このときの膜厚の合計は約200nmであ
った。この基板11を用いて実施例1と同様にZnO針
状結晶13とCu2O層14をめっき法により作成し、
図3に示すセルを作成した。
The substrate 11 and the transparent electrode 12 have a thickness of 1 mm.
Using the conductive glass (F-doped SnO 2 , 10 Ω / □), a thin film of ZnO and SnO 2 was formed by the sputtering method. The total film thickness at this time was about 200 nm. Using this substrate 11, a ZnO needle crystal 13 and a Cu 2 O layer 14 were formed by a plating method in the same manner as in Example 1,
The cell shown in FIG. 3 was prepared.

【0082】また、比較例として透明電極12上にZn
O膜を300nmスパッタリング成膜し、その後にCu
2O膜を1μmの膜厚でスパッタリング成膜した試料を
用いて同様にセルを組み立てた。
As a comparative example, Zn was formed on the transparent electrode 12.
An O film is formed by sputtering to a thickness of 300 nm, and then Cu
A cell was similarly assembled using a sample in which a 2 O film was formed by sputtering to a film thickness of 1 μm.

【0083】そして500Wのキセノンランプ光を透明
電極側から照射した。そしてこの時生じた光電変換反応
による光電流の値を測定した。その測定結果本発明のセ
ルの方が光電変換効率が8倍程度大きかった。これはZ
nO針状結晶13の下部にn型酸化物半導体層31を用
いたことによってリーク電流が低減し開放電圧が増大し
たことに起因すると考えられる。
Then, 500 W of xenon lamp light was irradiated from the transparent electrode side. Then, the value of photocurrent due to the photoelectric conversion reaction generated at this time was measured. As a result of the measurement, the photoelectric conversion efficiency of the cell of the present invention was about eight times higher. This is Z
It is considered that this is because the leak current is reduced and the open circuit voltage is increased by using the n-type oxide semiconductor layer 31 under the nO needle crystal 13.

【0084】[0084]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の構成によ
り、光吸収層内での再結合損失を減少させ、変換効率が
高い光電変換装置の製造方法を提供することができる。
As described above, according to the constitution of the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a photoelectric conversion device which has a low recombination loss in the light absorption layer and has a high conversion efficiency.

【0085】また本発明の製法により、p型の半導体層
のしみ込みがより確実な半導体電極を有する光電変換装
置の製造方法を提供することができる。
Further, according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to provide a manufacturing method of a photoelectric conversion device having a semiconductor electrode in which the p-type semiconductor layer is more reliably impregnated.

【0086】また本発明の製法により、めっき法による
低コストの光電変換装置の製造方法を提供することがで
きる。
Further, according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to provide a low-cost manufacturing method of a photoelectric conversion device by a plating method.

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

【図1】本発明の実施形態の光電変換装置の模式的な構
成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a photoelectric conversion device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1(a),図1(b)のZnO針状結晶13
の各種例を示す断面図である。
FIG. 2 is a ZnO needle crystal 13 of FIGS. 1 (a) and 1 (b).
It is a sectional view showing various examples of.

【図3】図1(a)に示す光電変換装置にn型酸化物半
導体層31を加えた様子を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a state in which an n-type oxide semiconductor layer 31 is added to the photoelectric conversion device shown in FIG.

【図4】本発明の実施例2の光電変換装置のZnO針状
結晶13の製造装置である。
FIG. 4 is an apparatus for manufacturing ZnO needle crystals 13 of a photoelectric conversion device according to Example 2 of the present invention.

【図5】図1のZnO針状結晶13及びCu2O層14
の作製装置の模式的な構成図である。
5 is a ZnO needle crystal 13 and a Cu 2 O layer 14 of FIG.
2 is a schematic configuration diagram of the manufacturing apparatus of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 基板 12,17 透明電極 13 ZnO針状結晶 14 Cu2O層 15,16 電極 31 n型酸化物半導体層 42 基板ホルダー 43 基板ヒータ 44 原料 45 るつぼ 46 電極 47 反応容器 48 ガス導入ライン 49 ガス排気ライン 51 参照極 52 対極 53 サンプル(参照極) 54 ビーカー 55 電解液 56 マントルヒーター11 substrate 12, 17 transparent electrode 13 ZnO needle crystal 14 Cu 2 O layer 15, 16 electrode 31 n-type oxide semiconductor layer 42 substrate holder 43 substrate heater 44 raw material 45 crucible 46 electrode 47 reaction vessel 48 gas introduction line 49 gas exhaust Line 51 Reference electrode 52 Counter electrode 53 Sample (reference electrode) 54 Beaker 55 Electrolyte 56 Mantle heater

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 n型層とp型層とを積層形成した光電変
換装置であって、前記n型層がZnO針状結晶からなる
層であり、且つ前記p型層がCu2Oからなる層である
ことを特徴とする光電変換装置。
1. A photoelectric conversion device in which an n-type layer and a p-type layer are stacked and formed, wherein the n-type layer is a layer made of ZnO acicular crystals, and the p-type layer is made of Cu 2 O. A photoelectric conversion device, which is a layer.
【請求項2】 請求項1記載の光電変換装置であって、
前記ZnO針状結晶からなる層は連続膜であるn型酸化
物半導体層に接続していることを特徴とする光電変換装
置。
2. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein
The photoelectric conversion device, wherein the layer made of the ZnO acicular crystals is connected to an n-type oxide semiconductor layer that is a continuous film.
【請求項3】 請求項2記載の光電変換装置であって、
前記n型酸化物半導体層はZnOもしくはSnO2であ
ることを特徴とする光電変換装置。
3. The photoelectric conversion device according to claim 2, wherein
The photoelectric conversion device, wherein the n-type oxide semiconductor layer is ZnO or SnO 2 .
【請求項4】 請求項1記載の光電変換装置であって、
前記ZnO針状結晶の平均径が300nm以下であり、
且つアスペクト比が20以上であることを特徴とする光
電変換装置。
4. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein
The average diameter of the ZnO acicular crystals is 300 nm or less,
A photoelectric conversion device having an aspect ratio of 20 or more.
【請求項5】 n型層とp型層とを積層形成した光電変
換装置の製造方法であって、前記n型層はZnO針状結
晶からなる層であり、且つ前記p型層はCu 2Oからな
る層であり、且つ前記Cu2Oからなる層をめっきによ
り成長させる工程を有することを特徴とする光電変換装
置の製造方法。
5. A photoelectric conversion device in which an n-type layer and a p-type layer are laminated and formed.
A method of manufacturing a replacement device, wherein the n-type layer is a ZnO needle-shaped crystal.
And a p-type layer made of Cu. 2From O
And a Cu layer2The layer consisting of O is plated
Photoelectric conversion device having a step of growing
Manufacturing method.
【請求項6】 請求項5記載の光電変換装置の製造方法
であって、前記ZnO針状結晶からなる層をめっきによ
り成長させる工程を有することを特徴とする光電変換装
置の製造方法。
6. The method for manufacturing a photoelectric conversion device according to claim 5, further comprising a step of growing a layer made of the ZnO acicular crystals by plating.
【請求項7】 請求項5又は6記載の光電変換装置の製
造方法であって、前記ZnO針状結晶からなる層をめっ
きにより成長させる工程の後に、前記Cu2Oからなる
層をめっきにより成長させる工程を有することを特徴と
する光電変換装置の製造方法。
7. The method for manufacturing a photoelectric conversion device according to claim 5, wherein after the step of growing the layer made of the ZnO acicular crystals by plating, the layer made of Cu 2 O is grown by plating. A method for manufacturing a photoelectric conversion device, comprising the step of:
【請求項8】 請求項5記載の光電変換装置の製造方法
であって、前記Cu 2Oからなる層をめっきにより成長
させる工程の後に、当該Cu2Oからなる層を500℃
以下の温度で熱処理をする工程を有することを特徴とす
る光電変換装置の製造方法。
8. A method of manufacturing a photoelectric conversion device according to claim 5.
And the Cu 2Growth of O layer by plating
After the step of2O layer is 500 ℃
Characterized by having a step of heat treatment at the following temperature
Photoelectric conversion device manufacturing method.
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