JP2006049768A - Ｃｉｓ系化合物半導体薄膜太陽電池及び該太陽電池の光吸収層の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 低温製膜で変換効率及び生産性を向上し、基板材料の選択範囲の拡大する。
【解決手段】 ＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池の光吸収層及びその製造方法に関し、Ｃｕx （Ｉｎ1-y Ｇａy ）（Ｓｅ1-z Ｓz ）2 からなる化合物でカルコパイライト型の構造で、組成比が、０．８６≦ｘ≦０．９８、０．０５≦ｙ≦０．２５、０≦ｚ≦０．３で、且つ、ｘ＝αＴ＋βで、α＝０．０１５ｙ−０．０００２５、β＝−７．９ｙ＋１．１０５、但しＴ（℃）は焼成温度、ｘの許容範囲は±０．０２である。セレン化法により、低温（略５００≦Ｔ≦５５０）で製膜する。基板は低融点のソーダライムガラスを使用。
【選択図】 図１
【解決手段】 ＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池の光吸収層及びその製造方法に関し、Ｃｕx （Ｉｎ1-y Ｇａy ）（Ｓｅ1-z Ｓz ）2 からなる化合物でカルコパイライト型の構造で、組成比が、０．８６≦ｘ≦０．９８、０．０５≦ｙ≦０．２５、０≦ｚ≦０．３で、且つ、ｘ＝αＴ＋βで、α＝０．０１５ｙ−０．０００２５、β＝−７．９ｙ＋１．１０５、但しＴ（℃）は焼成温度、ｘの許容範囲は±０．０２である。セレン化法により、低温（略５００≦Ｔ≦５５０）で製膜する。基板は低融点のソーダライムガラスを使用。
【選択図】 図１
Description
本発明は、ＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池及び該太陽電池の光吸収層の製造方法に関する。
ＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池１の基本構造は、図４に示すように、（青板）ガラス基板２の上に金属裏面電極３、光吸収層４、界面層（バッフアー層）５、窓層６及び上部電極７が順次積層された積層構造からなり、その光吸収層は、ｐ形のCu-III-VI2族カルコパイライト半導体、例えば、２セレン化銅インジウム(CIS) 、２セレン化銅インジウム・ガリウム(CIGS)、２セレン・イオウ化銅インジウム・ガリウム(CIGSS) 又はCIGSS を表面層とする薄膜層を有するCIGS等のＣＩＳ系化合物半導体薄膜から構成されている。
ＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池においては、変換効率向上のため、その光吸収層の組成成分であるＧａ、Ｓの含有量を多くする傾向があり（例えば、特許文献１、２及び３参照。）、そして、前記特許文献１に記載の前記ＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池の光吸収層の製膜方法においては、多元蒸着法によりＧａ含有量を０．１１７以上０．４３４以下（III 族元素中のＧａ組成）の領域にすることにより、高い変換効率を得ることが開示されている。しかし、前記多元蒸着法によって、Ｇａ組成比ｙ（ｙ＝Ｇａ／（Ｇａ＋Ｉｎ））が大きい化合物半導体薄膜を形成しようとする場合、工業技術としては、（１）Ｇａの使用量が多くなり高コストとなる。（２）多元蒸着での大面積での均一性が確保し難く、製膜設備が複雑で、且つ高価となる。（３）高温での製膜必要となり、基板材質に制限要素が多くなる。という大きな問題点がある。また、工業的に、大面積で均一にＣＩＳ系化合物半導体薄膜を形成するのに優れた適性を有するセレン化法においては、構成元素の熱拡散を元にしているため、（４）Ｇａの拡散速度が他の元素より大幅に遅いため、高温で且つ長時間のプロセス時間を必要とする等の問題があった。
また、ＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池においては、変換効率向上のため、その光吸収層の組成成分であるＣｕ、ＩｎをＩｎに対するＣｕの組成比を低くした組成物もあるが、（例えば、特許文献４、５、６及び７参照。）、前記特許文献４、５及び７に記載の前記ＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池の光吸収層又はその製造方法は、その光吸収層の組成成分にＧａを含むものではなく、更に、特許文献４に記載のものは、セレン源として蒸着した固体層セレンを用いている点で、本発明のセレン源としてガスを用いるものとは相違する。特許文献６及び７に記載のものは、同時蒸着法によりＣＩＳ膜を製膜するものであり、本発明のような、Ｃｕ−Ｇａ合金層及びＩｎ層からなる所定組成比の積層プカーサ膜をスパッタリングにより作製し、これをセレン及び／又はイオウ含有ガスからなる雰囲気中で所定の低温で熱処理するものとは相違する。特許文献５に記載のものは、その光吸収層として、ＣＩＧＳ及びＣＩＧＳＳについての記載があるが、本発明のようなＧａ組成比ｙ（ｙ＝Ｇａ／（Ｇａ＋Ｉｎ））が小さいものではない。
本発明は前記問題点を解消するためになされたもので、ＣＩＳ系化合物半導体薄膜を作製する際に、（１）安価に、（２）均一大面積に、（３）幅広い基板材料の選択肢を前提として、（４）高い生産性を維持しつつ、プロセスを行い、且つ高い変換効率を持つＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池を製造することを目的とする。
（１）本発明は、基板上に、金属裏面電極、光吸収層、界面層（バッフアー層）、窓層及び上部電極が順次積層された積層構造のＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池（の光吸収層）であって、前記光吸収層は、Ｃｕx （Ｉｎ1-y Ｇａy ）（Ｓｅ1-z Ｓz ）2 からなる化合物でカルコパイライト型の構造を有し、且つ、その組成比が、０．８６≦ｘ≦０．９８（好ましい範囲は、０．９０≦ｘ≦０．９６）、０．０５≦ｙ≦０．２５、０≦ｚ≦０．３であることを特徴とするＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池である。
（２）本発明は、前記（１）に記載のＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池であって、 前記光吸収層は、Ｃｕx （Ｉｎ1-y Ｇａy ）（Ｓｅ1-z Ｓz ）2 からなる化合物でカルコパイライト型の構造を有し、且つ、その組成比が、０．８６≦ｘ≦０．９８（好ましい範囲は、０．９０≦ｘ≦０．９６）、０．０５≦ｙ≦０．２５、０≦ｚ≦０．３で、且つ、ｘ＝αＴ＋βで、α＝０．０１５ｙ−０．０００２５、β＝−７．９ｙ＋１．１０５、但しＴ（℃）は焼成温度、ｘの許容範囲は±０．０２であるであることを特徴とするＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池である。
（３）本発明は、前記基板がソーダライムガラスであることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載のＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池である。
（４）本発明は、基板上に、金属裏面電極、光吸収層、界面層（バッフアー層）、窓層及び上部電極が順次積層された積層構造のＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池の光吸収層の製膜方法であって、前記光吸収層は、Ｃｕx （Ｉｎ1-y Ｇａy ）（Ｓｅ1-z Ｓz ）2 からなる化合物でカルコパイライト型の構造を有し、且つ、その組成比が、０．８６≦ｘ≦０．９８（好ましい範囲は、０．９０≦ｘ≦０．９６）、０．０５≦ｙ≦０．２５、０≦ｚ≦０．３であり、セレン化法により、低温により前記光吸収層を製膜することを特徴とするＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池の光吸収層の製膜方法である。
（５）本発明は、前記（４）に記載のＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池の光吸収層の製膜方法であって、Ｃｕx 、Ｉｎ1-y 、Ｇａy の構成元素からなる光吸収層の前駆体（プリカーサー）の組成比がｘ＝αＴ＋βで、α＝０．０１５ｙ−０．０００２５、β＝−７．９ｙ＋１．１０５、但しＴ（℃）は焼成温度、ｘの許容範囲は±０．０２であることを特徴とする前記（４）に記載のＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池の光吸収層の製膜方法である。
（６）本発明は、前記光吸収層の焼成温度Ｔ（℃）が略５００℃≦Ｔ≦５５０℃（好ましくは、５００℃≦Ｔ≦５３０℃、更に好ましくは、５０５℃≦Ｔ≦５１５℃）の範囲であることを特徴とする前記（４）又は（５）に記載のＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池の光吸収層の製膜方法である。
本発明は、ＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池の光吸収層のＧａ組成比ｙ（ｙ＝Ｇａ／（Ｇａ＋Ｉｎ））が小さい領域においても、高変換効率を得ると共に、低温セレン化法により製膜することにより、生産性を向上し、製造エネルギーコストを低減すると共に、基板材料の選択の範囲を拡大することができる。
以下、本発明の実施の形態について、説明する。
先ず、ＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池１の基本構造は、図４に示すように、基板２の上に金属裏面電極３、光吸収層４、界面層（バッフアー層）５、窓層６及び上部電極７が順次積層された積層構造である。金属裏面電極３は前記ガラス基板２上に作製される１〜２μの厚さのMo又はTi等の高耐蝕性で高融点の金属である。光吸収層４はｐ形の導電形を有する厚さ１〜３μのＣＩＳ系化合物半導体薄膜、即ち、Cu-III-VI2族カルコパイライト（型）半導体、例えば、２セレン化銅インジウム(CIS) 、２セレン化銅インジウム・ガリウム(CIGS)、２セレン・イオウ化銅インジウム・ガリウム(CIGSS) 又はCIGSS を表面層とする薄膜層を有するCIGS等からなる。界面層（バッフアー層）５は透明で且つ高抵抗で、水酸化物を含んでも良いII−VI族化合物半導体薄膜で形成される。窓層６はｎ形の導電形を有する禁制帯幅が広く且つ透明で導電性を有する厚さ0.5 〜３μの酸化亜鉛からなる金属酸化物半導体透明導電膜薄膜である。前記光吸収層４と窓層６とにより、太陽電池の光起電力効果を発生するためのｐ−ｎ接合を形成するが、光吸収層（ｐ形）４の表面部分は、Cu、Se等の含有率が高く半金属の性質を有する低抵抗部分が形成されるため、光吸収層４と窓層６との間で完全に絶縁されたｐ−ｎ接合を形成することができない。前記光吸収層（ｐ形）４の表面部分の低抵抗部分を被覆するために、光吸収層（ｐ形）４の上に透明で且つ高抵抗の界面層（バッフアー層）５を形成する。また、太陽光が光吸収層４に到達し易くするために、光吸収層４の上に形成される界面層（バッフアー層）５、窓層６及び上部電極７を透明な材料とする。
先ず、ＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池１の基本構造は、図４に示すように、基板２の上に金属裏面電極３、光吸収層４、界面層（バッフアー層）５、窓層６及び上部電極７が順次積層された積層構造である。金属裏面電極３は前記ガラス基板２上に作製される１〜２μの厚さのMo又はTi等の高耐蝕性で高融点の金属である。光吸収層４はｐ形の導電形を有する厚さ１〜３μのＣＩＳ系化合物半導体薄膜、即ち、Cu-III-VI2族カルコパイライト（型）半導体、例えば、２セレン化銅インジウム(CIS) 、２セレン化銅インジウム・ガリウム(CIGS)、２セレン・イオウ化銅インジウム・ガリウム(CIGSS) 又はCIGSS を表面層とする薄膜層を有するCIGS等からなる。界面層（バッフアー層）５は透明で且つ高抵抗で、水酸化物を含んでも良いII−VI族化合物半導体薄膜で形成される。窓層６はｎ形の導電形を有する禁制帯幅が広く且つ透明で導電性を有する厚さ0.5 〜３μの酸化亜鉛からなる金属酸化物半導体透明導電膜薄膜である。前記光吸収層４と窓層６とにより、太陽電池の光起電力効果を発生するためのｐ−ｎ接合を形成するが、光吸収層（ｐ形）４の表面部分は、Cu、Se等の含有率が高く半金属の性質を有する低抵抗部分が形成されるため、光吸収層４と窓層６との間で完全に絶縁されたｐ−ｎ接合を形成することができない。前記光吸収層（ｐ形）４の表面部分の低抵抗部分を被覆するために、光吸収層（ｐ形）４の上に透明で且つ高抵抗の界面層（バッフアー層）５を形成する。また、太陽光が光吸収層４に到達し易くするために、光吸収層４の上に形成される界面層（バッフアー層）５、窓層６及び上部電極７を透明な材料とする。
本発明は、前記ＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池及び該太陽電池の光吸収層の製造方法に関するものである。従来、ＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池においては、前記のように、変換効率向上のため、その光吸収層の組成成分であるＧａ、Ｓの含有量を多くする傾向があったが、本発明においては、Ｇａ組成比ｙ（ｙ＝Ｇａ／（Ｇａ＋Ｉｎ））を小さくしてもその変換効率が、Ｇａ組成比ｙが大きいものと比べて遜色ないことである。また、多元蒸着法とは異なる構成元素の熱拡散を元にしたセレン化法による光吸収層の製膜方法により低温で製膜することにより、均質且つ良質の化合物半導体薄膜を得ると共に、生産性を向上し、製造エネルギーコストを低減すると共に、基板材料の選択の範囲を拡大することができる。
本発明のＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池１、特に、その光吸収層４は、Ｃｕx （Ｉｎ1-y Ｇａy ）（Ｓｅ1-z Ｓz ）2 からなる化合物でカルコパイライト型の構造を有し、且つ、その組成比が、０．８６≦ｘ≦０．９８（好ましい範囲は、０．９０≦ｘ≦０．９６）、０．０５≦ｙ≦０．２５、０≦ｚ≦０．３で、且つ、ｘ＝αＴ＋βで、α＝０．０１５ｙ−０．０００２５、β＝−７．９ｙ＋１．１０５、但しＴ（℃）は焼成温度、ｘの許容範囲は±０．０２である。
図１は、本発明のＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池の光吸収層４Ａ（Ｃｕを１、即ち、ｘ＝１とした場合）と従来（特許文献１）のＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池の光吸収層４Ｂとの組成範囲の比較図であり、図１に示すように、光吸収層４Ａの組成範囲と光吸収層４Ｂの組成範囲との間には、一部重複領域が存在するように見えるが、前記のように、Ｃｕを１、即ち、ｘ＝１にせずに、０．８６≦ｘ≦０．９８（好ましい範囲は、０．９０≦ｘ≦０．９６）とするものであり、これは、Ｇａ組成比ｙ（ｙ＝Ｇａ／（Ｇａ＋Ｉｎ））の変化により、III 族（例えば、Ｇａ＋Ｉｎ）に対するＣｕの組成比ｘ（以下、Ｃｕ組成比ｘという。）を変えることを特徴としている。その結果、光吸収層４Ａの組成範囲と光吸収層４Ｂの組成範囲との間に重複領域は存在しない。
図２は、本発明のＧａ組成比ｙが小さい（ｙが１３％、但し、ｙ＝Ｇａ／（Ｇａ＋Ｉｎ））ＣＩＳ系化合物半導体薄膜からなる光吸収層４Ａを用いた太陽電池１ＡとＧａ組成比ｙが大きい（ｙが３０％）のＣＩＳ系化合物半導体薄膜からなる光吸収層４Ｃを用いた太陽電池１Ｃとの電圧電流特性の比較図であり、電圧電流特性及び変換効率において、両者の間に差は認められないことが判明した。
なお、Ｇａ組成比ｙが１３％の場合には、Ｓ／（Ｓ＋Ｓｅ）は２０％であるため、前記従来（特許文献１）のＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池の光吸収層４Ｂとの組成範囲と重複することはない。
なお、Ｇａ組成比ｙが１３％の場合には、Ｓ／（Ｓ＋Ｓｅ）は２０％であるため、前記従来（特許文献１）のＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池の光吸収層４Ｂとの組成範囲と重複することはない。
そして、Ｇａ組成比ｙが大きい（ｙが３０％）のＣＩＳ系化合物半導体薄膜からなる光吸収層４Ｃを用いた太陽電池１Ｃの場合には、５３０゜Ｃ以上の焼成温度が必要であるが、前記Ｇａ組成比ｙが小さい（ｙが１３％）のＣＩＳ系化合物半導体薄膜からなる光吸収層４Ａを用いた太陽電池１Ａの場合、基板焼成温度は５２０゜Ｃ以下の低温焼成であるため、熱歪点が５１０℃〜５２０゜Ｃ程度で建築用等に利用される低価格のソーダライムガラスを使用することができる。前記ＣＩＳ系化合物半導体薄膜の焼成温度Ｔ（℃）は５００℃≦Ｔ≦５５０℃が可能範囲であり、好ましくは、５００℃≦Ｔ≦５３０℃、更に好ましくは、５０５℃≦Ｔ≦５１５℃である。なお、前記焼成温度Ｔ（℃）は、基板温度の推定値であり、炉体温度−３０℃を用いている。
前記のように本発明のＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池の光吸収層４Ａにおいては、低温焼成（５２０℃以下）によるセレン化法では、Ｇａ拡散が完全ではないため、Ｇａ組成比ｙと焼成温度に応じてＣｕ組成比ｘの最適値が、０．８６≦ｘ≦０．９８（好ましい範囲は、０．９０≦ｘ≦０．９６）の範囲で変化する。
図３はＣｕ／（Ｇａ＋Ｉｎ）組成比ｘと変換効率（％）の関係を表す実験データを示したものであり、（ａ）はＧａ組成比ｙが２５％の光吸収層からなる太陽電池の場合、（ｂ）はＧａ組成比ｙが１５％の光吸収層からなる太陽電池の場合、である。
図３（ａ）に示すように、Ｇａ組成比ｙが２５％で焼成温度５２０℃の光吸収層からなる太陽電池１Ｅでは、焼成温度が５２０℃と高温であるためＧａが十分に拡散しＣｕ／（Ｇａ＋Ｉｎ）組成比が０．９６近辺で変換効率が最適値となる。これに対して、Ｇａ組成比ｙが２５％で焼成温度５００℃の光吸収層からなる太陽電池１Ｆでは、Ｃｕ／（Ｇａ＋Ｉｎ）組成比が０．８８近辺で変換効率が最適値となる。
図３（ｂ）に示すように、Ｇａ組成比ｙが１５％の光吸収層からなる太陽電池１Ｇ及び１Ｈの場合は、拡散させるべきＧａの総量が減少するため、低温での焼成（５００〜５２０℃）を行っても最適なＣｕ／（Ｇａ＋Ｉｎ）組成比はＧａ組成比ｙが２５％の場合と比較して高く保たれる。
以上の実験結果により、低温での焼成を行った場合でも、Ｇａ組成比ｙ、焼成温度Ｔ（℃）に応じたＣｕ／（Ｇａ＋Ｉｎ）組成比で、且つ、Ｇａ組成比ｙを低め（１５％程度）に保ってＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池を作製すれば、Ｇａ組成比ｙの大きい組成物を、低温焼成により作製した場合より高い変換効率が得られることが判明した。なお、前記焼成温度Ｔ（℃）は、基板温度の推定値であり、炉体温度−３０℃を用いている。
図３（ａ）に示すように、Ｇａ組成比ｙが２５％で焼成温度５２０℃の光吸収層からなる太陽電池１Ｅでは、焼成温度が５２０℃と高温であるためＧａが十分に拡散しＣｕ／（Ｇａ＋Ｉｎ）組成比が０．９６近辺で変換効率が最適値となる。これに対して、Ｇａ組成比ｙが２５％で焼成温度５００℃の光吸収層からなる太陽電池１Ｆでは、Ｃｕ／（Ｇａ＋Ｉｎ）組成比が０．８８近辺で変換効率が最適値となる。
図３（ｂ）に示すように、Ｇａ組成比ｙが１５％の光吸収層からなる太陽電池１Ｇ及び１Ｈの場合は、拡散させるべきＧａの総量が減少するため、低温での焼成（５００〜５２０℃）を行っても最適なＣｕ／（Ｇａ＋Ｉｎ）組成比はＧａ組成比ｙが２５％の場合と比較して高く保たれる。
以上の実験結果により、低温での焼成を行った場合でも、Ｇａ組成比ｙ、焼成温度Ｔ（℃）に応じたＣｕ／（Ｇａ＋Ｉｎ）組成比で、且つ、Ｇａ組成比ｙを低め（１５％程度）に保ってＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池を作製すれば、Ｇａ組成比ｙの大きい組成物を、低温焼成により作製した場合より高い変換効率が得られることが判明した。なお、前記焼成温度Ｔ（℃）は、基板温度の推定値であり、炉体温度−３０℃を用いている。
ＧａとＣｕとの比率のみに注目した関係式は、概ね、以下のとおりとなる。
ｘ＝αＴ＋β（但し、ｘはＣｕ組成比、ｙはＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）で、且つ、α＝０．０１５ｙ−０．０００２５、β＝−７．９ｙ＋１．１０５、但し、Ｔ（℃）は焼成温度、５００℃≦Ｔ≦５５０℃である。）、ｘの許容範囲は±０．０２である。
ｘ＝αＴ＋β（但し、ｘはＣｕ組成比、ｙはＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）で、且つ、α＝０．０１５ｙ−０．０００２５、β＝−７．９ｙ＋１．１０５、但し、Ｔ（℃）は焼成温度、５００℃≦Ｔ≦５５０℃である。）、ｘの許容範囲は±０．０２である。
本発明のＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池の光吸収層は、図３に示すように、Ｇａ組成比ｙが小さい領域においても、高変換効率を得ると共に、前記その製膜においても、低温セレン化法を採用することにより、生産性を向上し、製造エネルギーコストを低減すると共に、基板材料の選択の範囲を拡大することができる。
本発明の前記ＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池の光吸収層の製造方法の詳細について、説明する。
基板上に、金属裏面電極を形成した後、前記特許文献２又は３に示すような低温焼成によるセレン化法により、前記Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅ、Ｓからなる光吸収層を製膜する。
例えば、Ｃｕ−Ｇａ合金層及びＩｎ層からなる光吸収層の前駆体（プリカーサー膜）を下記組成比でスパッタリングにより作製し、これをセレン及び／又はイオウ含有ガスからなる雰囲気中で前記のような低温で熱処理することにより、前記組成の光吸収層を製膜する。なお、前記光吸収層の前駆体（プリカーサー膜）は、Ｃｕx 、Ｉｎ1-y 、Ｇａy の構成元素からなり、その組成比が、０．８６≦ｘ≦０．９８（好ましい範囲は、０．９０≦ｘ≦０．９６）、０．０５≦ｙ≦０．２５、（０≦ｚ≦０．３）で、且つ、ｘ＝αＴ＋βで、α＝０．０１５ｙ−０．０００２５、β＝−７．９ｙ＋１．１０５、但しＴ（℃）は焼成温度、ｘの許容範囲は±０．０２である。
基板上に、金属裏面電極を形成した後、前記特許文献２又は３に示すような低温焼成によるセレン化法により、前記Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅ、Ｓからなる光吸収層を製膜する。
例えば、Ｃｕ−Ｇａ合金層及びＩｎ層からなる光吸収層の前駆体（プリカーサー膜）を下記組成比でスパッタリングにより作製し、これをセレン及び／又はイオウ含有ガスからなる雰囲気中で前記のような低温で熱処理することにより、前記組成の光吸収層を製膜する。なお、前記光吸収層の前駆体（プリカーサー膜）は、Ｃｕx 、Ｉｎ1-y 、Ｇａy の構成元素からなり、その組成比が、０．８６≦ｘ≦０．９８（好ましい範囲は、０．９０≦ｘ≦０．９６）、０．０５≦ｙ≦０．２５、（０≦ｚ≦０．３）で、且つ、ｘ＝αＴ＋βで、α＝０．０１５ｙ−０．０００２５、β＝−７．９ｙ＋１．１０５、但しＴ（℃）は焼成温度、ｘの許容範囲は±０．０２である。
１ ＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池
１Ａ 本発明のＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池
１Ａ 本発明のＧａ組成比ｙが小さい（ｙが１３％）ＣＩＳ系化合物半導体薄膜からなる光吸収層４Ａを用いた太陽電池
１Ｂ 従来のＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池
１Ｃ Ｇａ組成比ｙが大きい（ｙが３０％）ＣＩＳ系化合物半導体薄膜からなる光吸収層４Ｃを用いた太陽電池
１Ｅ Ｇａ組成比ｙが２５％で焼成温度５２０゜Ｃの光吸収層からなる太陽電池
１Ｆ Ｇａ組成比ｙが２５％で焼成温度５００゜Ｃの光吸収層からなる太陽電池
１Ｇ Ｇａ組成比ｙが１５％で焼成温度５２０゜Ｃの光吸収層からなる太陽電池
１Ｈ Ｇａ組成比ｙが１５％で焼成温度５００゜Ｃの光吸収層からなる太陽電池
２ 基板
３ 金属裏面電極
４ 光吸収層
４Ａ 本発明のＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池の光吸収層（ｘ＝１の場合）
４Ａ 本発明のＧａ組成比ｙが小さい（ｙが１３％）ＣＩＳ系化合物半導体薄膜からなる光吸収層
４Ｂ 従来（引用文献１）のＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池の光吸収層
４Ｃ Ｇａ組成比ｙが大きい（ｙが３０％）ＣＩＳ系化合物半導体薄膜からなる光吸収層
５ 界面層（バッフアー層）
６ 窓層
７ 上部電極
１Ａ 本発明のＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池
１Ａ 本発明のＧａ組成比ｙが小さい（ｙが１３％）ＣＩＳ系化合物半導体薄膜からなる光吸収層４Ａを用いた太陽電池
１Ｂ 従来のＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池
１Ｃ Ｇａ組成比ｙが大きい（ｙが３０％）ＣＩＳ系化合物半導体薄膜からなる光吸収層４Ｃを用いた太陽電池
１Ｅ Ｇａ組成比ｙが２５％で焼成温度５２０゜Ｃの光吸収層からなる太陽電池
１Ｆ Ｇａ組成比ｙが２５％で焼成温度５００゜Ｃの光吸収層からなる太陽電池
１Ｇ Ｇａ組成比ｙが１５％で焼成温度５２０゜Ｃの光吸収層からなる太陽電池
１Ｈ Ｇａ組成比ｙが１５％で焼成温度５００゜Ｃの光吸収層からなる太陽電池
２ 基板
３ 金属裏面電極
４ 光吸収層
４Ａ 本発明のＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池の光吸収層（ｘ＝１の場合）
４Ａ 本発明のＧａ組成比ｙが小さい（ｙが１３％）ＣＩＳ系化合物半導体薄膜からなる光吸収層
４Ｂ 従来（引用文献１）のＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池の光吸収層
４Ｃ Ｇａ組成比ｙが大きい（ｙが３０％）ＣＩＳ系化合物半導体薄膜からなる光吸収層
５ 界面層（バッフアー層）
６ 窓層
７ 上部電極
Claims (6)
- 基板上に、金属裏面電極、光吸収層、界面層（バッフアー層）、窓層及び上部電極が順次積層された積層構造のＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池であって、
前記光吸収層は、Ｃｕx （Ｉｎ1-y Ｇａy ）（Ｓｅ1-z Ｓz ）2 からなる化合物でカルコパイライト型の構造を有し、且つ、その組成比が、０．８６≦ｘ≦０．９８、０．０５≦ｙ≦０．２５、０≦ｚ≦０．３であることを特徴とするＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池。 - 前記請求項１に記載のＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池であって、 前記光吸収層は、Ｃｕx （Ｉｎ1-y Ｇａy ）（Ｓｅ1-z Ｓz ）2 からなる化合物でカルコパイライト型の構造を有し、且つ、その組成比が、０．８６≦ｘ≦０．９８、０．０５≦ｙ≦０．２５、０≦ｚ≦０．３で、且つ、ｘ＝αＴ＋βで、α＝０．０１５ｙ−０．０００２５、β＝−７．９ｙ＋１．１０５、但しＴ（℃）は焼成温度、ｘの許容範囲は±０．０２であることを特徴とするＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池。
- 前記基板がソーダライムガラスであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池。
- 基板上に、金属裏面電極、光吸収層、界面層（バッフアー層）、窓層及び上部電極が順次積層された積層構造のＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池の光吸収層の製膜方法であって、
前記光吸収層は、Ｃｕx （Ｉｎ1-y Ｇａy ）（Ｓｅ1-z Ｓz ）2 からなる化合物でカルコパイライト型の構造を有し、且つ、その組成比が、０．８６≦ｘ≦０．９８、０．０５≦ｙ≦０．２５、０≦ｚ≦０．３であり、セレン化法により、低温により前記光吸収層を製膜することを特徴とするＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池の光吸収層の製膜方法。 - 前記請求項４に記載のＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池の光吸収層の製膜方法であって、Ｃｕx 、Ｉｎ1-y 、Ｇａy の構成元素からなる光吸収層の前駆体（プリカーサー）の組成比がｘ＝αＴ＋βで、α＝０．０１５ｙ−０．０００２５、β＝−７．９ｙ＋１．１０５、但しＴ（℃）は焼成温度、ｘの許容範囲は±０．０２であることを特徴とする請求項４に記載のＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池の光吸収層の製膜方法。
- 前記光吸収層の焼成温度Ｔ（℃）が略５００℃≦Ｔ≦５５０℃の範囲であることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のＣＩＳ系化合物半導体薄膜太陽電池の光吸収層の製膜方法。
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