JP2005072459A - 化合物半導体太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 照射された光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が向上された化合物半導体太陽電池の製造方法を提供する。
【解決手段】 基板の一面側に形成した電極膜上に、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とを順次形成して化合物半導体太陽電池を製造する際に、該基板の電極膜上に形成したインジウム層と銅層とから成る金属膜に硫化処理を施して得た、ＣｕＩｎＳ2から成るｐ型半導体層に、ＫＣＮ溶液で洗浄して不純物を除去するＫＣＮ処理を施し、次いで、前記電極膜を給電層とする電解めっきをｐ型半導体層に施して、前記ｐ型半導体層に形成されたピンホール内に金属を充填して形成した充填金属層を、硫化処理によって半導体層とした後、前記ｐ型半導体層上にｎ型半導体層を形成することを特徴とする。
【選択図】 なし
【解決手段】 基板の一面側に形成した電極膜上に、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とを順次形成して化合物半導体太陽電池を製造する際に、該基板の電極膜上に形成したインジウム層と銅層とから成る金属膜に硫化処理を施して得た、ＣｕＩｎＳ2から成るｐ型半導体層に、ＫＣＮ溶液で洗浄して不純物を除去するＫＣＮ処理を施し、次いで、前記電極膜を給電層とする電解めっきをｐ型半導体層に施して、前記ｐ型半導体層に形成されたピンホール内に金属を充填して形成した充填金属層を、硫化処理によって半導体層とした後、前記ｐ型半導体層上にｎ型半導体層を形成することを特徴とする。
【選択図】 なし
Description
本発明は化合物半導体太陽電池の製造方法に関し、更に詳細には基板の一面側に形成した電極膜上に、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とを順次形成した化合物半導体太陽電池の製造方法に関する。
太陽電池には、下記特許文献１に記載されているｐｎ接合の光吸収層を有する化合物半導体太陽電池が存在する。かかる化合物半導体太陽電池を図６に示す。図６において、図６（ａ）は化合物半導体太陽電池の正面図であり、図６（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）には、ガラス基板１０（以下、基板１０と称することがある）の一面側に形成した電極膜としてのモリブデン層１２上に、ｐ型半導体層１４とｎ型半導体層１６とが順次積層されて形成されている。ｎ型半導体層１６上には、透明電極１８が形成されており、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６（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。
特開２００１−１４８４９００号公報 （第１欄４９行目〜第２欄３３行目、図４及び図５）
かかる図６に示す太陽電池は、図７に示す方法で製造できる。先ず、ガラス基板１０の一面側に、モリブデン層１２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１３を室温下での蒸着によって形成し、更にインジウム層１３上に銅層１５を室温下での蒸着によって形成する〔図７（ａ）の工程〕。
このインジウム層１３と銅層１５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型半導体層１４とした後、ｐ型半導体層１４に生成された硫化物（ＣｕxＳY）等の不純物を取り除きｐ型半導体層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型半導体層１４の表面を洗浄するＫＣＮ処理を施す〔図７（ｂ）の工程〕。
更に、ｐ型半導体層１４上には、化学的溶液析出法によりCdSから成るｎ型半導体層１６を形成し〔図７（ｃ）の工程〕、更にｎ型半導体層１６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１８を形成する〔図７（ｄ）の工程〕。
その後、透明電極１８上に、アルミニウムから成る櫛形電極２０を形成した後、モリブデン層１２上に電極端子を形成し、図６に示す太陽電池を得ることができる。
このインジウム層１３と銅層１５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型半導体層１４とした後、ｐ型半導体層１４に生成された硫化物（ＣｕxＳY）等の不純物を取り除きｐ型半導体層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型半導体層１４の表面を洗浄するＫＣＮ処理を施す〔図７（ｂ）の工程〕。
更に、ｐ型半導体層１４上には、化学的溶液析出法によりCdSから成るｎ型半導体層１６を形成し〔図７（ｃ）の工程〕、更にｎ型半導体層１６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１８を形成する〔図７（ｄ）の工程〕。
その後、透明電極１８上に、アルミニウムから成る櫛形電極２０を形成した後、モリブデン層１２上に電極端子を形成し、図６に示す太陽電池を得ることができる。
図６に示す太陽電池の透明電極１８側に太陽光を照射することによって発電し、電極膜としてのモリブデン層１２と櫛形電極２０とから電力を取り出すことができる。
しかし、図６に示す太陽電池は、照射された光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率は低く、太陽電池の製造は容易であるものの、その普及を図ることが困難である。
そこで、本発明の課題は、照射された光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が向上された化合物半導体太陽電池の製造方法を提供することにある。
しかし、図６に示す太陽電池は、照射された光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率は低く、太陽電池の製造は容易であるものの、その普及を図ることが困難である。
そこで、本発明の課題は、照射された光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が向上された化合物半導体太陽電池の製造方法を提供することにある。
本発明者等は、前記課題を解決すべく、先ず、図６に示す太陽電池の変換効率が低い原因について調査したところ、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上に形成したｐ型半導体層１４にＫＣＮ処理を施した図８に示すハーフセルＨでは、図８に示す如く、直径１μｍ程度の微細なピンホール１００がｐ型半導体層１４に多数形成されていることが判明した。
かかるピンホール１００が存在するハーフセルＨのｐ型半導体層１４上に、CdSから成るｎ型半導体層１６を形成して太陽電池を得ても、ｎ型半導体層１６は、通常、ｐ型半導体層１４に比較して極めて薄く且つ電気抵抗値も小さい。このため、得られた太陽電池では、電極膜としてのモリブデン層１２と透明電極１８との間で電極間ショートが発生し易くなって、変換効率が低下する。
かかる電極間ショートを防止するには、本発明者等は、ハーフセルＨを構成するｐ型半導体層１４に形成された多数の微細なピンホール１００を、ｐ型半導体層１４と同一材料で充填することが有効と考えて検討した結果、本発明に到達した。
かかるピンホール１００が存在するハーフセルＨのｐ型半導体層１４上に、CdSから成るｎ型半導体層１６を形成して太陽電池を得ても、ｎ型半導体層１６は、通常、ｐ型半導体層１４に比較して極めて薄く且つ電気抵抗値も小さい。このため、得られた太陽電池では、電極膜としてのモリブデン層１２と透明電極１８との間で電極間ショートが発生し易くなって、変換効率が低下する。
かかる電極間ショートを防止するには、本発明者等は、ハーフセルＨを構成するｐ型半導体層１４に形成された多数の微細なピンホール１００を、ｐ型半導体層１４と同一材料で充填することが有効と考えて検討した結果、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した電極膜上に、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とを順次形成して化合物半導体太陽電池を製造する際に、該基板の電極膜上に形成した金属膜に硫化処理又はセレン化処理を施して得た硫化物又はセレン化物から成るｐ型半導体層に、ＫＣＮ溶液で洗浄して硫化物中の不純物を除去するＫＣＮ処理を施し、次いで、前記電極膜を給電層とする電解めっきをｐ型半導体層に施して、前記ｐ型半導体層に形成されたピンホール内に金属を充填して形成した充填金属層を、硫化処理によって半導体層とした後、前記ｐ型半導体層上にｎ型半導体層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。
また、本発明は、基板の一面側に形成した電極膜上に、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とを順次形成して化合物半導体太陽電池を製造する際に、該基板の電極膜上に形成した金属膜に硫化処理又はセレン化処理を施して得た硫化物又はセレン化物から成るｐ型半導体層に、ＫＣＮ溶液で洗浄して硫化物中の不純物を除去するＫＣＮ処理を施し、次いで、前記電極膜を給電層とする電解めっきをｐ型半導体層に施し、前記ｐ型半導体層に形成されたピンホール内に電気絶縁性材料を充填した後、前記ｐ型半導体層上にｎ型半導体層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でもある。
また、本発明は、基板の一面側に形成した電極膜上に、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とを順次形成して化合物半導体太陽電池を製造する際に、該基板の電極膜上に形成した金属膜に硫化処理又はセレン化処理を施して得た硫化物又はセレン化物から成るｐ型半導体層に、ＫＣＮ溶液で洗浄して硫化物中の不純物を除去するＫＣＮ処理を施し、次いで、前記電極膜を給電層とする電解めっきをｐ型半導体層に施し、前記ｐ型半導体層に形成されたピンホール内に電気絶縁性材料を充填した後、前記ｐ型半導体層上にｎ型半導体層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でもある。
かかる本発明において、ｐ型半導体層として、基板の一面側に形成した電極膜上に積層したインジウム層と銅層とから成る金属膜に硫化処理を施して得た、ＣｕＩｎＳ2から成るｐ型半導体層を形成することによって、化合物半導体太陽電池を容易に形成できる。
この場合、ＣｕＩｎＳ2から成るｐ型半導体層を具備する化合物半導体太陽電池を製造する際には、電解インジウムめっきで形成したインジウム充填層と電解銅めっきで形成した銅充填層とによって前記ピンホールを充填した後、前記インジウム充填層と銅充填層とに硫化処理を施すことによって、ピンホール内にｐ型半導体層と同一組成の半導体層を形成できる。
また、ｐ型半導体層に形成されたピンホール内に金属を選択的に充填する電解めっきとして、電解インジウムめっきを採用し、前記ピンホール内に充填したインジウム充填層に硫化処理を施すことにより、ピンホール内にIn-Sの半導体層を形成できる。
尚、ｐ型半導体層に形成されたピンホール内に電気絶縁性材料を電解めっきによって充填する場合には、電気絶縁性材料として、電気絶縁性の金属酸化物、特に酸化亜鉛又は酸化コバルトを好適に用いることができる。
この場合、ＣｕＩｎＳ2から成るｐ型半導体層を具備する化合物半導体太陽電池を製造する際には、電解インジウムめっきで形成したインジウム充填層と電解銅めっきで形成した銅充填層とによって前記ピンホールを充填した後、前記インジウム充填層と銅充填層とに硫化処理を施すことによって、ピンホール内にｐ型半導体層と同一組成の半導体層を形成できる。
また、ｐ型半導体層に形成されたピンホール内に金属を選択的に充填する電解めっきとして、電解インジウムめっきを採用し、前記ピンホール内に充填したインジウム充填層に硫化処理を施すことにより、ピンホール内にIn-Sの半導体層を形成できる。
尚、ｐ型半導体層に形成されたピンホール内に電気絶縁性材料を電解めっきによって充填する場合には、電気絶縁性材料として、電気絶縁性の金属酸化物、特に酸化亜鉛又は酸化コバルトを好適に用いることができる。
本発明によれば、ｐ型半導体層に形成されたピンホール内を、半導体層又は電気絶縁性材料によって充填できる。このため、最終的に得られた化合物半導体太陽電池では、ｐ型半導体層に形成されたピンホールに因る、基板とｐ型半導体層との間に形成された電極膜と、ｎ型半導体層上に形成された透明電極との間における電極間ショートを防止でき、変換効率を向上できる。
その結果、化合物半導体太陽電池の製造容易と相俟って、化合物半導体太陽電池の普及を図ることが期待できる。
その結果、化合物半導体太陽電池の製造容易と相俟って、化合物半導体太陽電池の普及を図ることが期待できる。
本発明においては、図７（ａ）に示す様に、ガラス板等の基板１０の一面側に形成した、電極膜としてのモリブデン層１２上に金属膜を形成する。この金属膜としては、インジウム層１３と銅層１５とから成る金属膜が好ましく、特に、インジウム層１３と銅層１５との各々の厚さを調整し、銅／インジウムの原子組成比を１．６程度に調整することが好ましい。かかる金属膜は、室温下での蒸着によって形成できる。
図７（ａ）では、インジウム層１３を形成した後、銅層１５を形成しているが、銅層１５を形成した後、インジウム層１３を形成してもよい。
形成した金属膜には、図７（ｂ）に示す様に、硫化処理を施して硫化物から成るｐ型半導体層１４を形成する。この硫化処理は、基板１０に形成された金属膜を硫化水素雰囲気中で加熱処理を施すことによって行うことができる。かかる硫化処理によって、インジウム層１３と銅層１５とから成る金属膜からは、ＣｕＩｎＳ2から成るｐ型半導体層１４を得ることができる。
硫化処理して得られたｐ型半導体層１４を形成するＣｕＩｎＳ2中には、硫化物（ＣｕxＳY）等の不純物が含まれているため、ｐ型半導体層１４をＫＣＮ溶液で洗浄して不純物を除去するＫＣＮ処理を施す。かかるＫＣＮ溶液としては、ＫＣＮが５〜１０重量％含有されているＫＣＮ溶液を用いることができる。
図７（ａ）では、インジウム層１３を形成した後、銅層１５を形成しているが、銅層１５を形成した後、インジウム層１３を形成してもよい。
形成した金属膜には、図７（ｂ）に示す様に、硫化処理を施して硫化物から成るｐ型半導体層１４を形成する。この硫化処理は、基板１０に形成された金属膜を硫化水素雰囲気中で加熱処理を施すことによって行うことができる。かかる硫化処理によって、インジウム層１３と銅層１５とから成る金属膜からは、ＣｕＩｎＳ2から成るｐ型半導体層１４を得ることができる。
硫化処理して得られたｐ型半導体層１４を形成するＣｕＩｎＳ2中には、硫化物（ＣｕxＳY）等の不純物が含まれているため、ｐ型半導体層１４をＫＣＮ溶液で洗浄して不純物を除去するＫＣＮ処理を施す。かかるＫＣＮ溶液としては、ＫＣＮが５〜１０重量％含有されているＫＣＮ溶液を用いることができる。
この様にして得られた、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型半導体層１４が形成された図８に示すハーフセルＨには、図８に示す如く、直径１μｍ程度の微細なピンホール１００がｐ型半導体層１４に多数形成されている。
本発明では、ハーフセルＨを、図１に示す様に、電解めっき液２１に浸漬し、基板１０とｐ型半導体層１４との間に形成された電極膜としてのモリブデン層１２を給電層とする電解めっきを施す。この電解めっきでは、モリブデン層１２を覆っているｐ型半導体層１４上にめっき金属が析出することがなく、モリブデン層１２が底面に露出又は露出しているに等しいピンホール１００内に選択的にめっき金属を析出させることができる。
例えば、基板１０にＣｕＩｎＳ2から成るｐ型半導体層１４を形成した図８に示すハーフセルＨには、電解めっきによって、ｐ型半導体層１４のピンホール１００内に銅充填層とインジウム充填層とを形成する。
ピンホール１００内に銅充填層を形成する際には、図１に示す様に、ハーフセルＨを電解銅めっき液２１に浸漬し、基板１０の一面側に形成したモリブデン層１２を陰極とすると共に、陽極２２に銅板を用いる電解銅めっきを施し、ピンホール１００内に選択的に銅を析出して銅充填層を形成する。この電解銅めっき液２１としては、硫酸銅五水和物（CuSO4・５H2O）が添加された電解銅めっき液を好適に用いることができる。
かかる電解銅めっきでは、ピンホール１００の底面のみに給電層としてのモリブデン層１２が露出又は露出しているに等しいため、銅がピンホール１００の底面側から選択的に析出する。所定厚さの銅充填層がピンホール１００内に形成されたとき、電解銅めっきを終了する。
本発明では、ハーフセルＨを、図１に示す様に、電解めっき液２１に浸漬し、基板１０とｐ型半導体層１４との間に形成された電極膜としてのモリブデン層１２を給電層とする電解めっきを施す。この電解めっきでは、モリブデン層１２を覆っているｐ型半導体層１４上にめっき金属が析出することがなく、モリブデン層１２が底面に露出又は露出しているに等しいピンホール１００内に選択的にめっき金属を析出させることができる。
例えば、基板１０にＣｕＩｎＳ2から成るｐ型半導体層１４を形成した図８に示すハーフセルＨには、電解めっきによって、ｐ型半導体層１４のピンホール１００内に銅充填層とインジウム充填層とを形成する。
ピンホール１００内に銅充填層を形成する際には、図１に示す様に、ハーフセルＨを電解銅めっき液２１に浸漬し、基板１０の一面側に形成したモリブデン層１２を陰極とすると共に、陽極２２に銅板を用いる電解銅めっきを施し、ピンホール１００内に選択的に銅を析出して銅充填層を形成する。この電解銅めっき液２１としては、硫酸銅五水和物（CuSO4・５H2O）が添加された電解銅めっき液を好適に用いることができる。
かかる電解銅めっきでは、ピンホール１００の底面のみに給電層としてのモリブデン層１２が露出又は露出しているに等しいため、銅がピンホール１００の底面側から選択的に析出する。所定厚さの銅充填層がピンホール１００内に形成されたとき、電解銅めっきを終了する。
次いで、電解銅めっき液２１から取り出して水洗したハーフセルＨを、電解インジウムめっき液に浸漬し、基板１０の一面側に形成したモリブデン層１２を陰極とすると共に、陽極にインジウム板を用いる電解インジウムめっきを施し、ピンホール１００内に形成した銅充填層上に選択的にインジウムを析出してインジウム充填層を形成する。この電解インジウムめっき液としては、硫酸インジウム九水和物［In2(SO4)3・９H2O］が添加された電解インジウムめっき液を好適に用いることができる。
かかる電解インジウムめっきでは、ピンホール１００の底面側に充填された銅充填層が、給電層としてのモリブデン層１２に電気的に接続されているため、インジウムが銅充填層の上面側から選択的に析出する。所定厚さのインジウム充填層が銅充填層上に形成され、ピンホール１００が銅充填層とインジウム充填層とによって充填されたとき、電解インジウムめっきを終了する。
尚、この説明では、ピンホール１００内に銅充填層を形成した後、インジウム充填層を形成してピンホール１００を充填しているが、ピンホール１００内にインジウム充填層を形成した後、銅充填層を形成してピンホール１００を充填してもよい。
かかる電解インジウムめっきでは、ピンホール１００の底面側に充填された銅充填層が、給電層としてのモリブデン層１２に電気的に接続されているため、インジウムが銅充填層の上面側から選択的に析出する。所定厚さのインジウム充填層が銅充填層上に形成され、ピンホール１００が銅充填層とインジウム充填層とによって充填されたとき、電解インジウムめっきを終了する。
尚、この説明では、ピンホール１００内に銅充填層を形成した後、インジウム充填層を形成してピンホール１００を充填しているが、ピンホール１００内にインジウム充填層を形成した後、銅充填層を形成してピンホール１００を充填してもよい。
この様に、ｐ型半導体層１４のピンホール１００を充填する銅充填層とインジウム充填層とに、硫化水素雰囲気中で加熱処理して硫化処理を施すことによって、図２に示す様に、ＣｕＩｎＳ2から成る半導体層２４によってピンホール１００内を充填できる。
ｐ型半導体層１４に形成された多数の微細なピンホール１００の各々に、ＣｕＩｎＳ2から成る半導体層２４が形成されたハ−フセルＨには、図７（ｃ）に示す様に、ｐ型半導体層１４上にＣｄＳから成るｎ型半導体層１６を形成する。かかるｎ型半導体層１６は、ヨウ化カドミニウム、ＮＨ3水溶液及びヨウ化アンモニウムを混合した液にハーフセルＨを浸漬し、加温して所定温度に到達したところでチオ尿素を添加し、更に所定温度に加熱して所定時間保持することによって形成できる。
更に、ｎ型半導体層１６上に、図７（ｄ）に示す様に、ＡｌがドープされたＺｎＯから成る透明電極１８を形成した後、透明電極１８上に、アルミニウムによって櫛形電極２０を形成して太陽電池を得ることができる。
ｐ型半導体層１４に形成された多数の微細なピンホール１００の各々に、ＣｕＩｎＳ2から成る半導体層２４が形成されたハ−フセルＨには、図７（ｃ）に示す様に、ｐ型半導体層１４上にＣｄＳから成るｎ型半導体層１６を形成する。かかるｎ型半導体層１６は、ヨウ化カドミニウム、ＮＨ3水溶液及びヨウ化アンモニウムを混合した液にハーフセルＨを浸漬し、加温して所定温度に到達したところでチオ尿素を添加し、更に所定温度に加熱して所定時間保持することによって形成できる。
更に、ｎ型半導体層１６上に、図７（ｄ）に示す様に、ＡｌがドープされたＺｎＯから成る透明電極１８を形成した後、透明電極１８上に、アルミニウムによって櫛形電極２０を形成して太陽電池を得ることができる。
これまでの説明では、ｐ型半導体層１４に形成されたピンホール１００を、ｐ型半導体層１４を形成する組成と同一組成の半導体層２４によって充填しているが、ｐ型半導体層１４を形成する組成と異なる組成の半導体層で充填してもよい。
例えば、基板１０にＣｕＩｎＳ2から成るｐ型半導体層１４を形成した図８に示すハーフセルＨを、電解インジウムめっき液に浸漬し、基板１０の一面側に形成したモリブデン層１２を陰極とすると共に、陽極にインジウム板を用いる電解インジウムめっきを施し、ピンホール１００内に選択的にインジウムを析出し、ピンホール１００をインジウム充填層によって充填する。
次いで、ピンホール１００を充填するインジウム充填層に、硫化水素雰囲気中で加熱処理して硫化処理を施すことによって、硫化インジウム（Ｉｎ-Ｓ）から成る半導体層によってピンホール１００内を充填できる。
この様に、ピンホール１００を、ｐ型半導体層１４を形成する組成と異なる組成の半導体層で充填することによって、最終的に得られる太陽電池の変換効率を向上できる。
ここで、ｐ型半導体層１４のピンホール１００に充填するインジウムに代えて、亜鉛、インジウム・亜鉛合金を充填することもできる。ピンホール１００内に亜鉛を充填した場合には、硫化処理によって硫化亜鉛（Zn-S）から成る半導体層をピンホール１００内に形成でき、ピンホール１００内にインジウム・亜鉛合金を充填した場合には、硫化処理によって硫化インジウム・亜鉛（In-Zn-S）から成る半導体層をピンホール１００内に形成できる。
尚、ピンホール１００を充填する半導体層は、ｐ型半導体層でなくてもよく、ｎ型半導体層であってもよい。
例えば、基板１０にＣｕＩｎＳ2から成るｐ型半導体層１４を形成した図８に示すハーフセルＨを、電解インジウムめっき液に浸漬し、基板１０の一面側に形成したモリブデン層１２を陰極とすると共に、陽極にインジウム板を用いる電解インジウムめっきを施し、ピンホール１００内に選択的にインジウムを析出し、ピンホール１００をインジウム充填層によって充填する。
次いで、ピンホール１００を充填するインジウム充填層に、硫化水素雰囲気中で加熱処理して硫化処理を施すことによって、硫化インジウム（Ｉｎ-Ｓ）から成る半導体層によってピンホール１００内を充填できる。
この様に、ピンホール１００を、ｐ型半導体層１４を形成する組成と異なる組成の半導体層で充填することによって、最終的に得られる太陽電池の変換効率を向上できる。
ここで、ｐ型半導体層１４のピンホール１００に充填するインジウムに代えて、亜鉛、インジウム・亜鉛合金を充填することもできる。ピンホール１００内に亜鉛を充填した場合には、硫化処理によって硫化亜鉛（Zn-S）から成る半導体層をピンホール１００内に形成でき、ピンホール１００内にインジウム・亜鉛合金を充填した場合には、硫化処理によって硫化インジウム・亜鉛（In-Zn-S）から成る半導体層をピンホール１００内に形成できる。
尚、ピンホール１００を充填する半導体層は、ｐ型半導体層でなくてもよく、ｎ型半導体層であってもよい。
また、ｐ型半導体層１４に形成されたピンホール１００を、電解めっきによって電気絶縁性材料を充填することによっても、最終的に得られる太陽電池の変換効率を向上できる。かかる電気絶縁性材料としては、電気絶縁性の金属酸化物、好ましくは酸化亜鉛又は酸化コバルトを好適に用いることができる。
ｐ型半導体層１４のピンホール１００内への電気絶縁性材料の電解めっきによる充填は、電解めっきによって行う。例えば、電気絶縁性材料としての酸化亜鉛をピンホール１００に充填する場合には、基板１０にＣｕＩｎＳ2から成るｐ型半導体層１４を形成した図８に示すハーフセルＨを、硝酸亜鉛六水和物が溶解された電解酸化亜鉛めっき液に浸漬し、基板１０の一面側に形成したモリブデン層１２を陰極とすると共に、陽極に白金板を用いる電解酸化亜鉛めっきを施すことによって、ピンホール１００内に選択的に酸化亜鉛を析出し、ピンホール１００を酸化亜鉛充填層によって充填できる。
この様に、ｐ型半導体層１４の多数個の微細なピンホール１００内に電気絶縁性材料を充填することによっても、ｐ型半導体層１４に形成されたピンホール１００に因る、電極間ショートを防止でき、最終的に得られた太陽電池の変換効率を向上できる。
ｐ型半導体層１４のピンホール１００内への電気絶縁性材料の電解めっきによる充填は、電解めっきによって行う。例えば、電気絶縁性材料としての酸化亜鉛をピンホール１００に充填する場合には、基板１０にＣｕＩｎＳ2から成るｐ型半導体層１４を形成した図８に示すハーフセルＨを、硝酸亜鉛六水和物が溶解された電解酸化亜鉛めっき液に浸漬し、基板１０の一面側に形成したモリブデン層１２を陰極とすると共に、陽極に白金板を用いる電解酸化亜鉛めっきを施すことによって、ピンホール１００内に選択的に酸化亜鉛を析出し、ピンホール１００を酸化亜鉛充填層によって充填できる。
この様に、ｐ型半導体層１４の多数個の微細なピンホール１００内に電気絶縁性材料を充填することによっても、ｐ型半導体層１４に形成されたピンホール１００に因る、電極間ショートを防止でき、最終的に得られた太陽電池の変換効率を向上できる。
以上の説明では、インジウム層１３と銅層１５とから成る金属膜に硫化処理を施してＣｕＩｎＳ2から成るｐ型半導体層１４を形成しているが、インジウム層１３と銅層１５とから成る金属膜にセレン化処理を施してＣｕＩｎＳe2から成るｐ型半導体層１４を形成してもよい。このセレン化処理には、セレン化水素ガスを好適に用いることができる。
青板ガラスから成る基板１０の一面側にスパッタ法により、電極膜としての厚さ１μｍのモリブデン層１２を形成した。このモリブデン層１２上に、蒸着法によってインジウム層１３と銅層１５と形成した。このインジウム層１３と銅層１５とは、銅／インジウム原子組成比が１．６となるように厚さを調整した。このため、インジウム層１３の厚さを０．７μｍとし、銅層１５の厚さを０．５μｍとした。
かかるインジウム層１３及び銅層１５には、基板１０ごと硫化水素雰囲気の電気炉内に１２０分間載置して硫化処理を施した。この硫化処理では、硫化水素雰囲気の温度を５５０℃に保持した。
かかる硫化処理によって、基板１０の一面側に形成されたモリブデン層１２上にＣｕＩｎＳ2から成るｐ型半導体層１４を形成する。
但し、硫化処理直後のｐ型半導体層１４には、硫酸銅等の銅の硫化物が不純物として混在するため、ＫＣＮ水溶液によってｐ型半導体層１４を洗浄し、高純度なＣｕＩｎＳ2から成るｐ型半導体層１４を形成した。
この様に、基板１０の一面側に形成されたモリブデン層１２上に高純度のＣｕＩｎＳ2から成るｐ型半導体層１４を形成して成るハーフセルＨには、直径１μｍ程度の微細なピンホール１００がｐ型半導体層１４に多数形成されていた。
かかるインジウム層１３及び銅層１５には、基板１０ごと硫化水素雰囲気の電気炉内に１２０分間載置して硫化処理を施した。この硫化処理では、硫化水素雰囲気の温度を５５０℃に保持した。
かかる硫化処理によって、基板１０の一面側に形成されたモリブデン層１２上にＣｕＩｎＳ2から成るｐ型半導体層１４を形成する。
但し、硫化処理直後のｐ型半導体層１４には、硫酸銅等の銅の硫化物が不純物として混在するため、ＫＣＮ水溶液によってｐ型半導体層１４を洗浄し、高純度なＣｕＩｎＳ2から成るｐ型半導体層１４を形成した。
この様に、基板１０の一面側に形成されたモリブデン層１２上に高純度のＣｕＩｎＳ2から成るｐ型半導体層１４を形成して成るハーフセルＨには、直径１μｍ程度の微細なピンホール１００がｐ型半導体層１４に多数形成されていた。
次いで、ハーフセルＨを電解銅めっき液２１に浸漬し、基板１０の一面側に形成したモリブデン層１２を陰極とすると共に、陽極２２に銅板を用いる電解銅めっきを施した。この電解銅めっきでは、電解銅めっき液２１として、硫酸銅五水和物（CuSO4・５H2O）が５０〜２５０ｇ／リットル溶解されている電解銅めっき液を用い、陰極としてのモリブデン層１２と陽極２２との間に、２Ｖの電圧を２分間印加して、ピンホール１００の底部側に厚さ０．３μｍの銅充填層を形成した。
更に、電解銅めっき液から取り出し洗浄したハーフセルＨを、電解インジウムめっき液に浸漬し、基板１０の一面側に形成したモリブデン層１２を陰極とすると共に、陽極にインジウム板を用いる電解インジウムめっきを施した。この電解インジウムめっきでは、電解インジウムめっき液として、硫酸インジウム九水和物［In2(SO4)3・９H2O］が添加された電解インジウムめっき液を用い、陰極としてのモリブデン層１２と陽極２２との間に、２Ｖの電圧を１０分間印加して、ピンホール１００の底部側に形成した銅充填層上に、厚さ０．７μｍのインジウム充填層を形成した。
形成した銅充填層及びインジウム充填層によって、ｐ型半導体層１４のピンホール１００を充填でき、銅充填層及びインジウム充填層の銅／インジウム原子組成比は１．０であった。
更に、電解銅めっき液から取り出し洗浄したハーフセルＨを、電解インジウムめっき液に浸漬し、基板１０の一面側に形成したモリブデン層１２を陰極とすると共に、陽極にインジウム板を用いる電解インジウムめっきを施した。この電解インジウムめっきでは、電解インジウムめっき液として、硫酸インジウム九水和物［In2(SO4)3・９H2O］が添加された電解インジウムめっき液を用い、陰極としてのモリブデン層１２と陽極２２との間に、２Ｖの電圧を１０分間印加して、ピンホール１００の底部側に形成した銅充填層上に、厚さ０．７μｍのインジウム充填層を形成した。
形成した銅充填層及びインジウム充填層によって、ｐ型半導体層１４のピンホール１００を充填でき、銅充填層及びインジウム充填層の銅／インジウム原子組成比は１．０であった。
ｐ型半導体層１４のピンホール１００に充填された銅充填層及びインジウム充填層に硫化処理を施すべく、ハーフセルＨを、硫化水素雰囲気の電気炉内に６０分間載置して硫化処理を施した。この硫化処理では、硫化水素雰囲気の温度を５５０℃に保持した。
かかる硫化処理によって、ｐ型半導体層１４のピンホール１００をＣｕＩｎＳ2から成る半導体層によって充填できる。
その後、ｐ型半導体層１４上にＣｄＳから成る８０ｎｍのｎ型半導体層１６を形成する。かかるｎ型半導体層１６は、ヨウ化カドミニウム、ＮＨ3水溶液及びヨウ化アンモニウムを混合した液にハーフセルＨを浸漬し、加温して約４０℃に到達したところでチオ尿素を添加し、更に８０℃に加熱して５分間保持することによって形成できる。
更に、ｎ型半導体層１６上に、ＡｌがドープされたＺｎＯから成る透明電極１８を形成した後、透明電極１８上に、アルミニウムによって櫛形電極２０を形成して太陽電池を得た。
かかる硫化処理によって、ｐ型半導体層１４のピンホール１００をＣｕＩｎＳ2から成る半導体層によって充填できる。
その後、ｐ型半導体層１４上にＣｄＳから成る８０ｎｍのｎ型半導体層１６を形成する。かかるｎ型半導体層１６は、ヨウ化カドミニウム、ＮＨ3水溶液及びヨウ化アンモニウムを混合した液にハーフセルＨを浸漬し、加温して約４０℃に到達したところでチオ尿素を添加し、更に８０℃に加熱して５分間保持することによって形成できる。
更に、ｎ型半導体層１６上に、ＡｌがドープされたＺｎＯから成る透明電極１８を形成した後、透明電極１８上に、アルミニウムによって櫛形電極２０を形成して太陽電池を得た。
比較例として、実施例１において、ｐ型半導体層１４に形成された多数の微細なピンホール１００を充填することなくｎ型半導体層１６を形成した他は、実施例１と同様にして太陽電池を作成した。
実施例１で得た太陽電池と比較例で得た太陽電池との各々について、照射光強度がＡＭ１．５で測定したＩ-Ｖ特性を図３に示す。この図３のＩ-Ｖ特性を示すグラフの縦軸の電流密度は、セル面積１ｃｍ2当りの発電電流量を表す。
図３から明らかな様に、実施例１の太陽電池の発電量は、ｐ型半導体層１４のピンホール１００を充填することなくｎ型半導体層１６を形成した比較例の太陽電池に比較して増加されており、実施例１の太陽電池の変換効率も、比較例の太陽電池よりも向上されている。
実施例１で得た太陽電池と比較例で得た太陽電池との各々について、照射光強度がＡＭ１．５で測定したＩ-Ｖ特性を図３に示す。この図３のＩ-Ｖ特性を示すグラフの縦軸の電流密度は、セル面積１ｃｍ2当りの発電電流量を表す。
図３から明らかな様に、実施例１の太陽電池の発電量は、ｐ型半導体層１４のピンホール１００を充填することなくｎ型半導体層１６を形成した比較例の太陽電池に比較して増加されており、実施例１の太陽電池の変換効率も、比較例の太陽電池よりも向上されている。
実施例１と同様にしてハーフセルＨを形成した。このハーフセルＨを構成するｐ型半導体層１４に形成された多数の微細なピンホール１００を充填する際に、ハーフセルＨを電解インジウムめっき液に浸漬し、基板１０の一面側に形成したモリブデン層１２を陰極とすると共に、陽極にインジウム板を用いる電解インジウムめっきを施した。この電解インジウムめっきでは、電解インジウムめっき液として、硫酸インジウム九水和物［In2(SO4)3・９H2O］が添加された電解インジウムめっき液を用い、陰極としてのモリブデン層１２と陽極２２との間に、２Ｖの電圧を１０分間印加して、ピンホール１００をインジウム充填層のみによって充填した。
更に、ｐ型半導体層１４のピンホール１００に充填したインジウム充填層に硫化処理を施すべく、ハーフセルＨを、硫化水素雰囲気の電気炉内に３０分間載置して硫化処理を施した。この硫化処理では、硫化水素雰囲気の温度を５５０℃に保持した。
かかる硫化処理によって、ｐ型半導体層１４のピンホール１００をIn-Sから成る半導体層によって充填できる。
その後、ｐ型半導体層１４上にＣｄＳから成る８０ｎｍのｎ型半導体層１６を形成する。かかるｎ型半導体層１６は、ヨウ化カドミニウム、ＮＨ3水溶液及びヨウ化アンモニウムを混合した液にハーフセルＨを浸漬し、加温して約４０℃に到達したところでチオ尿素を添加し、更に８０℃に加熱して５分間保持することによって形成できる。
更に、ｎ型半導体層１６上に、ＡｌがドープされたＺｎＯから成る透明電極１８を形成した後、透明電極１８上に、アルミニウムによって櫛形電極２０を形成して太陽電池を得た。
更に、ｐ型半導体層１４のピンホール１００に充填したインジウム充填層に硫化処理を施すべく、ハーフセルＨを、硫化水素雰囲気の電気炉内に３０分間載置して硫化処理を施した。この硫化処理では、硫化水素雰囲気の温度を５５０℃に保持した。
かかる硫化処理によって、ｐ型半導体層１４のピンホール１００をIn-Sから成る半導体層によって充填できる。
その後、ｐ型半導体層１４上にＣｄＳから成る８０ｎｍのｎ型半導体層１６を形成する。かかるｎ型半導体層１６は、ヨウ化カドミニウム、ＮＨ3水溶液及びヨウ化アンモニウムを混合した液にハーフセルＨを浸漬し、加温して約４０℃に到達したところでチオ尿素を添加し、更に８０℃に加熱して５分間保持することによって形成できる。
更に、ｎ型半導体層１６上に、ＡｌがドープされたＺｎＯから成る透明電極１８を形成した後、透明電極１８上に、アルミニウムによって櫛形電極２０を形成して太陽電池を得た。
比較例として、実施例２において、ｐ型半導体層１４に形成された多数の微細なピンホール１００を充填することなくｎ型半導体層１６を形成した他は、実施例２と同様にして太陽電池を作成した。
実施例２で得た太陽電池と比較例で得た太陽電池との各々について、照射光強度がＡＭ１．５で測定したＩ-Ｖ特性を図４に示す。この図４のＩ-Ｖ特性を示すグラフの縦軸の電流密度は、セル面積１ｃｍ2当りの発電電流量を表す。
図４から明らかな様に、実施例２の太陽電池の発電量は、ｐ型半導体層１４のピンホール１００を充填することなくｎ型半導体層１６を形成した比較例の太陽電池に比較して増加されており、実施例２の太陽電池の変換効率も、比較例の太陽電池よりも向上されている。
実施例２で得た太陽電池と比較例で得た太陽電池との各々について、照射光強度がＡＭ１．５で測定したＩ-Ｖ特性を図４に示す。この図４のＩ-Ｖ特性を示すグラフの縦軸の電流密度は、セル面積１ｃｍ2当りの発電電流量を表す。
図４から明らかな様に、実施例２の太陽電池の発電量は、ｐ型半導体層１４のピンホール１００を充填することなくｎ型半導体層１６を形成した比較例の太陽電池に比較して増加されており、実施例２の太陽電池の変換効率も、比較例の太陽電池よりも向上されている。
実施例１と同様にしてハーフセルＨを形成した。このハーフセルＨを構成するｐ型半導体層１４に形成された多数の微細なピンホール１００を充填する際に、ハーフセルＨを電解酸化亜鉛めっき液に浸漬し、基板１０の一面側に形成したモリブデン層１２を陰極とすると共に、陽極に白金板を用いる電解酸化亜鉛めっきを施すことによって、ピンホール１００内に選択的に酸化亜鉛を析出し、ピンホール１００を酸化亜鉛充填層によって充填する。
かかる電解酸化亜鉛めっきでは、電解酸化亜鉛めっき液として、硝酸亜鉛六水和物（０．１mol／リットル）及び硝酸ナトリウム（０．１mol／リットル）が溶解されているめっき液を用い、めっき液を６０℃に保持しつつ、定電位電解法により電位−１．０Ｖvs.ＳＣＥで5分間の電解めっきを行った。
次いで、ｐ型半導体層１４上にＣｄＳから成る８０ｎｍのｎ型半導体層１６を形成する。かかるｎ型半導体層１６は、ヨウ化カドミニウム、ＮＨ3水溶液及びヨウ化アンモニウムを混合した液にハーフセルＨを浸漬し、加温して約４０℃に到達したところでチオ尿素を添加し、更に８０℃に加熱して５分間保持することによって形成できる。
更に、ｎ型半導体層１６上に、ＡｌがドープされたＺｎＯから成る透明電極１８を形成した後、透明電極１８上に、アルミニウムによって櫛形電極２０を形成して太陽電池を得た。
かかる電解酸化亜鉛めっきでは、電解酸化亜鉛めっき液として、硝酸亜鉛六水和物（０．１mol／リットル）及び硝酸ナトリウム（０．１mol／リットル）が溶解されているめっき液を用い、めっき液を６０℃に保持しつつ、定電位電解法により電位−１．０Ｖvs.ＳＣＥで5分間の電解めっきを行った。
次いで、ｐ型半導体層１４上にＣｄＳから成る８０ｎｍのｎ型半導体層１６を形成する。かかるｎ型半導体層１６は、ヨウ化カドミニウム、ＮＨ3水溶液及びヨウ化アンモニウムを混合した液にハーフセルＨを浸漬し、加温して約４０℃に到達したところでチオ尿素を添加し、更に８０℃に加熱して５分間保持することによって形成できる。
更に、ｎ型半導体層１６上に、ＡｌがドープされたＺｎＯから成る透明電極１８を形成した後、透明電極１８上に、アルミニウムによって櫛形電極２０を形成して太陽電池を得た。
比較例として、実施例３において、ｐ型半導体層１４に形成された多数の微細なピンホール１００を充填することなくｎ型半導体層１６を形成した他は、実施例３と同様にして太陽電池を作成した。
実施例３で得た太陽電池と比較例で得た太陽電池との各々について、照射光強度がＡＭ１．５で測定したＩ-Ｖ特性を図４に示す。この図４のＩ-Ｖ特性を示すグラフの縦軸の電流密度は、セル面積１ｃｍ2当りの発電電流量を表す。
図４から明らかな様に、実施例３の太陽電池の発電量は、ｐ型半導体層１４のピンホール１００を充填することなくｎ型半導体層１６を形成した比較例の太陽電池に比較して増加されており、実施例２の太陽電池の変換効率も、比較例の太陽電池よりも向上されている。
実施例３で得た太陽電池と比較例で得た太陽電池との各々について、照射光強度がＡＭ１．５で測定したＩ-Ｖ特性を図４に示す。この図４のＩ-Ｖ特性を示すグラフの縦軸の電流密度は、セル面積１ｃｍ2当りの発電電流量を表す。
図４から明らかな様に、実施例３の太陽電池の発電量は、ｐ型半導体層１４のピンホール１００を充填することなくｎ型半導体層１６を形成した比較例の太陽電池に比較して増加されており、実施例２の太陽電池の変換効率も、比較例の太陽電池よりも向上されている。
１０ 基板
１２ モリブデン層
１３ インジウム層
１４ ｐ型半導体層
１５ 銅層
１６ ｎ型半導体層
１８ 透明電極
２０ 櫛形電極
２１ 電解めっき液
２２ 陽極
２４ 半導体層
１００ ピンホール
Ｈ ハーフセル
１２ モリブデン層
１３ インジウム層
１４ ｐ型半導体層
１５ 銅層
１６ ｎ型半導体層
１８ 透明電極
２０ 櫛形電極
２１ 電解めっき液
２２ 陽極
２４ 半導体層
１００ ピンホール
Ｈ ハーフセル
Claims (8)
- 基板の一面側に形成した電極膜上に、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とを順次形成して化合物半導体太陽電池を製造する際に、
該基板の電極膜上に形成した金属膜に硫化処理又はセレン化処理を施して得た硫化物又はセレン化物から成るｐ型半導体層に、ＫＣＮ溶液で洗浄して硫化物中の不純物を除去するＫＣＮ処理を施し、
次いで、前記電極膜を給電層とする電解めっきをｐ型半導体層に施して、前記ｐ型半導体層に形成されたピンホール内に金属を充填して形成した充填金属層を、硫化処理によって半導体層とした後、
前記ｐ型半導体層上にｎ型半導体層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。 - ｐ型半導体層を、基板の一面側に形成した電極膜上に積層したインジウム層と銅層とから成る金属膜に硫化処理を施して得た、ＣｕＩｎＳ2から成るｐ型半導体層とする請求項１記載の化合物半導体太陽電池の製造方法。
- ｐ型半導体層に形成されたピンホール内に電解めっきによって金属を選択的に充填する際に、電解インジウムめっきで形成したインジウム充填層と電解銅めっきで形成した銅充填層とによって前記ピンホールを充填した後、前記インジウム充填層と銅充填層とに硫化処理を施す請求項２記載の化合物半導体太陽電池の製造方法。
- ｐ型半導体層に形成されたピンホール内に金属を選択的に充填する電解めっきとして、電解インジウムめっきを採用し、前記ピンホール内に充填したインジウム充填層に硫化処理を施す請求項２記載の化合物半導体太陽電池の製造方法。
- 基板の一面側に形成した電極膜上に、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とを順次形成して化合物半導体太陽電池を製造する際に、
該基板の電極膜上に形成した金属膜に硫化処理又はセレン化処理を施して得た硫化物又はセレン化物から成るｐ型半導体層に、ＫＣＮ溶液で洗浄して硫化物中の不純物を除去するＫＣＮ処理を施し、
次いで、前記電極膜を給電層とする電解めっきをｐ型半導体層に施し、前記ｐ型半導体層に形成されたピンホール内に電気絶縁性材料を充填した後、
前記ｐ型半導体層上にｎ型半導体層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。 - ｐ型半導体層として、基板の一面側に形成した電極膜上に積層したインジウム層と銅層とから成る金属膜に硫化処理を施して得た、ＣｕＩｎＳ2から成るｐ型半導体層を形成する請求項５記載の化合物半導体太陽電池の製造方法。
- 電気絶縁性材料として、電気絶縁性の金属酸化物を用いる請求項５又は請求項６記載の化合物半導体太陽電池の製造方法。
- 電気絶縁性材料として、電気絶縁性の金属酸化物である酸化亜鉛又は酸化コバルトを用いる請求項５〜７のいずれか一項記載の化合物半導体太陽電池の製造方法。
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| JP2003302940A JP2005072459A (ja) | 2003-08-27 | 2003-08-27 | 化合物半導体太陽電池の製造方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015177177A (ja) * | 2014-03-18 | 2015-10-05 | シャープ株式会社 | 化合物半導体太陽電池セルおよび化合物半導体太陽電池セルの製造方法 |
-
2003
- 2003-08-27 JP JP2003302940A patent/JP2005072459A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015177177A (ja) * | 2014-03-18 | 2015-10-05 | シャープ株式会社 | 化合物半導体太陽電池セルおよび化合物半導体太陽電池セルの製造方法 |
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