JP2010129648A - Method of manufacturing thin-film solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一対の電極層間に光吸収層を有する薄膜太陽電池の製法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a thin film solar cell having a light absorption layer between a pair of electrode layers.
図1は、一般的な薄膜太陽電池の基本構造を示している。この薄膜太陽電池は、図1に示すように、例えば、ソーダライムガラスからなる基板1上に裏面電極となる、例えば、Moからなる第1電極層2が形成され、この第1電極層2上に化合物半導体薄膜からなる光吸収層3が形成され、その光吸収層3上にZnS、CdSなどからなるバッファ層4を介して、ZnOなどからなる透明の第2電極層5が形成されている。
FIG. 1 shows a basic structure of a general thin film solar cell. As shown in FIG. 1, the thin-film solar cell has a
化合物半導体からなる光吸収層3としては、高いエネルギー変換効率が得られるものとして、Cu(In,Ga)Se2からなる化合物半導体薄膜が用いられている。
As the
そして、従来、第1電極層2、光吸収層3、バッファ層4、第2電極層5は、通常、乾式法といわれる蒸着法やスパッタリング法によって形成されていた。
Conventionally, the
このような薄膜太陽電池は、ソーダライムガラスからなる基板1からのアルカリ金属が光吸収層3に拡散し、Cu(In,Ga)Se2の粒子を粒成長させ、これにより、エネルギー変換効率を向上することができる。
In such a thin-film solar cell, alkali metal from the
また、従来、第1電極層2にセレン化ナトリウムを蒸着法で析出させ、その上にスパッタリング法により光吸収層3を形成する製法が知られている(特許文献1参照)。このような薄膜太陽電池の製法では、セレン化ナトリウム層中のナトリウムが光吸収層3中に拡散し、光吸収層3中の粒子を粒成長させることができる。
しかしながら、特許文献1の製法のように、第1電極層2上に蒸着法またはスパッタリング法によってアルカリ金属層を形成する場合、Na等のアルカリ金属層が吸湿性を有しているため、アルカリ金属層を形成した後、積層プリカーサを形成するまでの間に、アルカリ金属層が大気に触れ、変質して、第1電極層2から剥離してしまう等の問題があった。
However, when an alkali metal layer is formed on the
そこで、近年では、アルカリ金属を用いる以外の方法で、光吸収層3中の粒子を粒成長させる方法が要求されていた。
Therefore, in recent years, a method for growing particles in the
本発明は、光吸収層を構成する粒子の粒成長を促進することができる薄膜太陽電池の製法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the manufacturing method of the thin film solar cell which can accelerate | stimulate the grain growth of the particle | grains which comprise a light absorption layer.
本発明の薄膜太陽電池の製法は、第1電極層と第2電極層との間に光吸収層を有する薄膜太陽電池の製法であって、CuとInおよびGaのうち少なくとも1種とを含有する光吸収層溶液を、前記第1電極層上に塗布することにより光吸収塗布膜を形成する工程と、前記光吸収塗布膜を還元雰囲気で熱処理することによりCuとInおよびGaのうち少なくとも1種とを含有する光吸収層を形成する工程と、前記光吸収層上にSeを含有するSe含有膜を形成する工程と、前記Se含有膜を還元雰囲気で熱処理してSeを前記光吸収層に拡散させる工程と、前記光吸収層上に前記第2電極層を形成する工程とを具備することを特徴とする。 The manufacturing method of the thin film solar cell of this invention is a manufacturing method of the thin film solar cell which has a light absorption layer between the 1st electrode layer and the 2nd electrode layer, Comprising: At least 1 sort (s) among Cu, In, and Ga is contained. Applying a light absorbing layer solution to the first electrode layer to form a light absorbing coating film; and heat-treating the light absorbing coating film in a reducing atmosphere to at least one of Cu, In, and Ga. Forming a light-absorbing layer containing seeds, forming a Se-containing film containing Se on the light-absorbing layer, and heat-treating the Se-containing film in a reducing atmosphere to form Se into the light-absorbing layer And a step of forming the second electrode layer on the light absorption layer.
このような薄膜太陽電池の製法では、光吸収層上にSeを含有するSe含有膜を形成し、該Se含有膜を還元雰囲気で熱処理してSe含有膜中のSeを光吸収層に拡散させたため、光吸収層を構成するCuとInおよびGaのうち少なくとも1種とSeとを含有する粒子が生成するとともに、Seが過剰に存在するため、光吸収塗布膜中に熱処理温度で液相となるSeとCuとの化合物Cu2Seが多量に生成し、粒子の粒成長を促進することができる。 In such a method for manufacturing a thin-film solar cell, an Se-containing film containing Se is formed on the light absorption layer, and the Se-containing film is heat-treated in a reducing atmosphere to diffuse Se in the Se-containing film to the light absorption layer. Therefore, particles containing at least one of Cu, In and Ga constituting the light absorption layer and Se are generated, and Se is excessively present, so that the liquid phase is formed at the heat treatment temperature in the light absorption coating film. Thus, a large amount of Se 2 Cu compound Cu 2 Se is generated, and the grain growth of the particles can be promoted.
本発明の薄膜太陽電池の製法は、第1電極層と第2電極層との間に光吸収層を有する薄膜太陽電池の製法であって、CuとInおよびGaのうち少なくとも1種とを含有する光吸収層溶液を、前記第1電極層上に塗布することにより光吸収塗布膜を形成する工程と、前記光吸収塗布膜上にSeを含有するSe含有溶液を塗布して形成されたSe含有膜を形成する工程と、還元雰囲気で熱処理することにより前記光吸収塗布膜中に前記Se含有膜のSeを拡散させ、CuとInおよびGaのうち少なくとも1種とSeとを含有する光吸収層を形成する工程と、前記光吸収層上に前記第2電極層を形成する工程とを具備することを特徴とする。 The manufacturing method of the thin film solar cell of this invention is a manufacturing method of the thin film solar cell which has a light absorption layer between the 1st electrode layer and the 2nd electrode layer, Comprising: At least 1 sort (s) among Cu, In, and Ga is contained. Forming a light-absorbing coating film by applying the light-absorbing layer solution on the first electrode layer, and forming Se by applying a Se-containing solution containing Se on the light-absorbing coating film. A step of forming a containing film, and heat treatment in a reducing atmosphere to diffuse Se in the light-absorbing coating film, and to absorb light containing at least one of Cu, In, and Ga and Se A step of forming a layer, and a step of forming the second electrode layer on the light absorption layer.
このような薄膜太陽電池の製法では、光吸収塗布膜上にSe含有膜を形成し、還元雰囲気で熱処理することにより光吸収塗布膜中にSe含有膜のSeを拡散させるため、元素としてCuとInおよびGaのうち少なくとも1種とSeとを含有する光吸収層を作製できるとともに、Seが過剰に存在するため、光吸収塗布膜中に熱処理温度で液相となるSeとCuとの化合物Cu2Seが多量に生成し、光吸収層を構成する粒子の粒成長を促進することができる。 In such a method for manufacturing a thin-film solar cell, an Se-containing film is formed on a light-absorbing coating film and heat-treated in a reducing atmosphere to diffuse Se in the light-absorbing coating film. A light-absorbing layer containing at least one of In and Ga and Se can be produced, and since Se is excessive, a compound Cu of Se and Cu that becomes a liquid phase at the heat treatment temperature in the light-absorbing coating film 2 Se is generated in a large amount, and the grain growth of the particles constituting the light absorption layer can be promoted.
本発明の薄膜太陽電池の製法は、第1電極層と第2電極層との間に光吸収層を有する薄膜太陽電池の製法であって、前記第1電極層上にSeを含有するSe含有膜を形成する工程と、前記Se含有膜を還元雰囲気で熱処理して、前記第1電極層中に前記Se含有膜のSeを拡散させる工程と、前記第1電極層上に、CuとInおよびGaのうち少なくとも1種とを含有する光吸収層溶液を塗布することにより光吸収塗布膜を形成する工程と、還元雰囲気で熱処理することにより、前記光吸収塗布膜に前記第1電極層のSeを拡散させ、前記第1電極層上にCuとInおよびGaのうち少なくとも1種とSeとを含有する光吸収層を形成する工程と、前記光吸収層上に前記第2電極層を形成する工程とを具備することを特徴とする。 The method for producing a thin film solar cell of the present invention is a method for producing a thin film solar cell having a light absorption layer between a first electrode layer and a second electrode layer, and contains Se containing Se on the first electrode layer. Forming a film; heat treating the Se-containing film in a reducing atmosphere to diffuse Se in the Se-containing film into the first electrode layer; and Cu, In and On on the first electrode layer A step of forming a light-absorbing coating film by applying a light-absorbing layer solution containing at least one of Ga, and a heat treatment in a reducing atmosphere, whereby the Se of the first electrode layer is formed on the light-absorbing coating film. And forming a light absorption layer containing at least one of Cu, In and Ga and Se on the first electrode layer, and forming the second electrode layer on the light absorption layer And a process.
このような薄膜太陽電池の製法では、第1電極層上にSe含有膜を形成し、このSe含有膜を還元雰囲気で熱処理して、第1電極層中にSe含有膜のSeを拡散させ、第1電極層上に光吸収塗布膜を形成し、還元雰囲気で熱処理することにより、光吸収塗布膜中に第1電極層のSeを拡散させ、CuとInおよびGaのうち少なくとも1種とSeとを含有する光吸収層を形成できるとともに、Seが過剰に存在するため、光吸収塗布膜中に熱処理温度で液相となるCu2Seが多量に生成し、光吸収層を構成する粒子の粒成長を促進することができる。 In such a method for manufacturing a thin-film solar cell, an Se-containing film is formed on the first electrode layer, the Se-containing film is heat-treated in a reducing atmosphere, and Se in the Se-containing film is diffused in the first electrode layer. A light absorbing coating film is formed on the first electrode layer and heat-treated in a reducing atmosphere to diffuse Se of the first electrode layer into the light absorbing coating film, and at least one of Cu, In, and Ga and Se. In addition, since Se is present in excess, a large amount of Cu 2 Se that becomes a liquid phase at the heat treatment temperature is generated in the light absorption coating film, and the particles constituting the light absorption layer Grain growth can be promoted.
本発明の薄膜太陽電池の製法は、第1電極層と第2電極層との間に光吸収層を有する薄膜太陽電池の製法であって、前記第1電極層上にSeを含有するSe含有膜を形成する工程と、前記Se含有膜上に、CuとInおよびGaのうち少なくとも1種とを含有する光吸収層溶液を塗布することにより光吸収塗布膜を形成する工程と、還元雰囲気で熱処理することにより、前記光吸収塗布膜に前記Se含有膜のSeを拡散させ、前記第1電極層上にCuとInおよびGaのうち少なくとも1種とSeとを含有する光吸収層を形成する工程と、前記光吸収層上に前記第2電極層を形成する工程とを具備することを特徴とする。 The method for producing a thin film solar cell of the present invention is a method for producing a thin film solar cell having a light absorption layer between a first electrode layer and a second electrode layer, and contains Se containing Se on the first electrode layer. A step of forming a film, a step of forming a light absorption coating film by applying a light absorption layer solution containing at least one of Cu, In and Ga on the Se-containing film, and a reducing atmosphere. By heat-treating, Se of the Se-containing film is diffused into the light-absorbing coating film, and a light-absorbing layer containing at least one of Cu, In, and Ga and Se is formed on the first electrode layer. And a step of forming the second electrode layer on the light absorption layer.
このような薄膜太陽電池の製法では、Se含有膜上に光吸収層溶液を塗布することにより光吸収塗布膜を形成し、還元雰囲気で熱処理することにより、光吸収塗布膜中にSe含有膜のSeを拡散させ、CuとInおよびGaのうち少なくとも1種とSeとを含有する光吸収層を形成できるとともに、Seが過剰に存在するため、光吸収塗布膜中に熱処理温度で液相となるCu2Seが多量に生成し、光吸収層を構成する粒子の粒成長を促進することができる。 In such a method for manufacturing a thin-film solar cell, a light-absorbing coating film is formed on a Se-containing film by applying a light-absorbing layer solution, and heat treatment is performed in a reducing atmosphere, whereby the Se-containing film is formed in the light-absorbing coating film. Se can be diffused to form a light absorption layer containing at least one of Cu, In and Ga and Se, and since Se is excessive, it becomes a liquid phase at the heat treatment temperature in the light absorption coating film. A large amount of Cu 2 Se is generated, and the grain growth of the particles constituting the light absorption layer can be promoted.
また、本発明の薄膜太陽電池の製法では、第1電極層上にSe含有膜を形成する製法において、第1電極層はMoを含有することが望ましい。このような薄膜太陽電池の製法では、第1電極層表面にSeが多く存在するため、第1電極層と光吸収層との接合強度を向上することができる。 Moreover, in the manufacturing method of the thin film solar cell of this invention, in the manufacturing method which forms a Se containing film | membrane on a 1st electrode layer, it is desirable for a 1st electrode layer to contain Mo. In such a method for manufacturing a thin-film solar cell, since a large amount of Se is present on the surface of the first electrode layer, the bonding strength between the first electrode layer and the light absorption layer can be improved.
さらに、本発明の薄膜太陽電池の製法では、光吸収層溶液はSeを含有することが望ましい。このような薄膜太陽電池の製法では、Seを、Se含有膜から光吸収層に供給するだけでなく、光吸収層溶液中にSeを含有しているため、光吸収層中にSeを十分にかつ均一に存在させることができる。 Furthermore, in the manufacturing method of the thin film solar cell of this invention, it is desirable that the light absorption layer solution contains Se. In such a method for manufacturing a thin-film solar cell, Se is not only supplied from the Se-containing film to the light absorption layer, but also Se is contained in the light absorption layer solution, so that Se is sufficiently contained in the light absorption layer. And can exist uniformly.
本発明の薄膜太陽電池の製法によれば、CuとInおよびGaのうち少なくとも1種とSeとを含有する光吸収層を形成できるとともに、Seが過剰に存在するため、熱処理温度で液相となるCu2Seが多量に生成し、光吸収層を構成する粒子の粒成長を促進することができる。これにより、エネルギー変換効率を向上することが可能となる。 According to the method for manufacturing a thin film solar cell of the present invention, a light absorption layer containing at least one of Cu, In, and Ga and Se can be formed, and since Se is excessively present, the liquid phase is formed at the heat treatment temperature. Thus, a large amount of Cu 2 Se is generated, and the grain growth of the particles constituting the light absorption layer can be promoted. Thereby, energy conversion efficiency can be improved.
本発明の製法により作製された薄膜太陽電池は、一対の電極層間に光吸収層を有する薄膜太陽電池であり、例えば、図1に示したように、基板1上に裏面電極となる第1電極層2が形成され、この第1電極層2上に化合物半導体薄膜からなる光吸収層3が形成され、その光吸収層3上にバッファ層4を介して透明の第2電極層5が形成されている。
The thin film solar cell produced by the manufacturing method of the present invention is a thin film solar cell having a light absorption layer between a pair of electrode layers. For example, as shown in FIG. A
基板1としては、例えば、ソーダライムガラス基板、Mo、SUSなどの金属基板、ポリイミドなどの樹脂基板等を用いることができる。この基板1上には第1電極層2が形成され、この第1電極層2上に光吸収層3が形成されている。この光吸収層3上にバッファ層4を介して第2電極層5が形成され、光吸収層3は第1電極層2と第2電極層5により挟持されており、これにより、一対の第1、第2電極層2、5間に光吸収層3を有する薄膜太陽電池が構成されている。
As the
尚、基板1、第1電極層2、光吸収層3、バッファ層4、第2電極層5を順次積層した例について説明したが、本発明では、一対の第1、第2電極層2、5間に光吸収層3を有する限り、上記層の間に種々の中間層を形成しても良い。また、本発明は基板1を有しないタイプ、言い換えれば、第1電極層2が基板として機能するタイプであっても良い。
In addition, although the example which laminated | stacked the board |
化合物半導体からなる光吸収層3としては、高いエネルギー変換効率が得られるものとして、カルコパイライト構造からなる化合物半導体である、CuInSe2、CuGaSe2、Cu(In,Ga)Se2が用いられている。
As the
本発明の薄膜太陽電池の製法について説明する。先ず、例えば、ソーダライムガラスからなる基板1を準備する。この基板1に第1電極層2を形成する。この第1電極層2は、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、クロム(Cr)、ポリシリコン(SiO2)、メタルシリサイド、またはアルミニウム(Al)等のうちいずれかの電極材料を用いることが望ましい。第1電極層2は、蒸着法、スパッタリング法、塗布法などで形成することができる。
The manufacturing method of the thin film solar cell of this invention is demonstrated. First, for example, a
次に、第1電極層2上に光吸収層3を形成する。先ず、光吸収層3を形成するための光吸収層溶液を作製する。この光吸収層溶液は、CuおよびInが溶解した溶液であり、CuおよびInと、含窒素溶媒とを含有して構成されている。光吸収層溶液は、Cu、InおよびGaが溶解した溶液であることが望ましい。さらには、Cu、In、GaおよびSeが溶解した溶液であることが望ましい。以下、光吸収層溶液が、Cu、InおよびGaを含有する場合について説明する。
Next, the
含窒素溶媒としては、例えば、アンモニア、ヒドラジン、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、エチレンジアミン、エタノールアミン、アリルアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンおよびアニリンのうち少なくとも一種を用いることができる。 As the nitrogen-containing solvent, for example, at least one of ammonia, hydrazine, methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, diethylamine, triethylamine, ethylenediamine, ethanolamine, allylamine, ethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, and aniline should be used. Can do.
光吸収層溶液は、銅化合物、インジウム化合物およびガリウム化合物を、上記した含窒素溶媒に溶解して構成されている。銅化合物としては、例えば、銅、セレン化銅、硫化銅があり、インジウム化合物としては、例えば、インジウム、セレン化インジウム、硫化インジウムがあり、ガリウム化合物としては、例えば、ガリウム、セレン化ガリウム、硫化ガリウムが用いられる。尚、銅は銅化合物ではないが、便宜上、本願明細書中では、銅を銅化合物として記載した。インジウム化合物中のインジウム、ガリウム化合物中のガリウムも同様である。 The light absorption layer solution is constituted by dissolving a copper compound, an indium compound, and a gallium compound in the nitrogen-containing solvent described above. Examples of the copper compound include copper, copper selenide, and copper sulfide. Examples of the indium compound include indium, indium selenide, and indium sulfide. Examples of the gallium compound include gallium, gallium selenide, and sulfide. Gallium is used. In addition, although copper is not a copper compound, in this specification, copper was described as a copper compound for convenience. The same applies to indium in an indium compound and gallium in a gallium compound.
光吸収層溶液は、例えば、銅化合物を含窒素溶媒に溶解した溶液、インジウム化合物を含窒素溶媒に溶解した溶液、ガリウム化合物を含窒素溶媒に溶解した溶液の3種の溶液を混合することにより作製できる。これにより、Cu、InおよびGaが有機溶媒に所定比率で溶解した光吸収層溶液を調合することができる。 The light absorption layer solution is prepared by, for example, mixing three types of solutions: a solution in which a copper compound is dissolved in a nitrogen-containing solvent, a solution in which an indium compound is dissolved in a nitrogen-containing solvent, and a solution in which a gallium compound is dissolved in a nitrogen-containing solvent. Can be made. Thereby, the light absorption layer solution which Cu, In, and Ga melt | dissolved in the organic solvent in the predetermined ratio can be prepared.
そして、この光吸収層溶液を、上記した基板1の第1電極層2上に塗布することにより光吸収塗布膜を作製し、この光吸収塗布膜を還元雰囲気で熱処理して、第1電極層2上に、元素としてCuとInおよびGaのうち少なくとも1種とを含有する光吸収層を作製することができる。この光吸収層3の厚みは、例えば、1.0〜2.5μmとされている。
And this light absorption layer solution is apply | coated on the above-mentioned
第1電極層2上への光吸収層溶液の塗布は、スピンコータ、スクリーン印刷、ディッピング、スプレー、ダイコータなどを用いることが望ましい。光吸収溶液の塗布後乾燥を行う。乾燥は、還元雰囲気下で行うことが望ましい。乾燥時の温度は、例えば、50〜300℃で行う。
The application of the light absorption layer solution onto the
光吸収層溶液は、有機溶媒または配位子のC、H、N等とCu、InおよびGaとが結合したものと、Cu、InおよびGaと結合していないC、H、N等が存在しているが、乾燥することにより得られる塗布膜(前駆体とも言う)は、C、H、N等とCu、InおよびGaとが結合したもので構成されている。 The light absorption layer solution includes organic solvents or ligands such as C, H, and N that are bonded to Cu, In, and Ga, and C, H, and N that are not bonded to Cu, In, and Ga. However, the coating film (also referred to as a precursor) obtained by drying is composed of a combination of C, H, N, etc., and Cu, In, and Ga.
熱処理は、還元雰囲気下で行うことが望ましい。特には、窒素雰囲気、フォーミングガス雰囲気および水素雰囲気のうちいずれかであることが望ましい。熱処理温度は、例えば、400℃〜600℃とされている。 The heat treatment is desirably performed in a reducing atmosphere. In particular, any one of a nitrogen atmosphere, a forming gas atmosphere, and a hydrogen atmosphere is desirable. The heat treatment temperature is set to 400 ° C. to 600 ° C., for example.
光吸収塗布膜の乾燥と熱処理は、乾燥後冷却して再度加熱することにより熱処理することができるが、光吸収塗布膜の乾燥と熱処理を連続して行うことができ、この場合には工程を簡略化できる。 The drying and heat treatment of the light absorption coating film can be performed by cooling after drying and then heating again, but the light absorption coating film can be continuously dried and heat treatment. It can be simplified.
この後、光吸収層3上にSeを含有するSe含有膜を形成し、Se含有膜を還元雰囲気で熱処理してSe含有膜中のSeを光吸収層3に拡散させる。
Thereafter, a Se-containing film containing Se is formed on the
Seを含有するSe含有膜は、例えば、セレン化合物が上記した含窒素溶媒に溶解したSe含有溶液を塗布乾燥して構成されており、セレン化合物としては、例えば、セレン、硫化セレンがある。このようなSe含有溶液の塗布は、スピンコータ、スクリーン印刷、ディッピング、スプレー、ダイコータなどを用いることが望ましい。Se含有膜の厚みは、0.5〜2.0μmとされており、その後の還元雰囲気での熱処理にてSeが光吸収層3中に拡散し、膜としては存在していない状態となる厚みであることが望ましい。
The Se-containing film containing Se is configured, for example, by applying and drying a Se-containing solution in which a selenium compound is dissolved in the nitrogen-containing solvent described above. Examples of the selenium compound include selenium and selenium sulfide. Such a Se-containing solution is preferably applied by using a spin coater, screen printing, dipping, spraying, a die coater, or the like. The thickness of the Se-containing film is 0.5 to 2.0 μm, and Se is diffused into the
Se含有膜を熱処理する還元雰囲気は、光吸収層3を作製する際の雰囲気とすることができ、より粒成長を促進するという理由から光吸収層3を作製する際の雰囲気と同一であることが望ましい。また、その際の熱処理温度は、400℃〜600℃とされている。
The reducing atmosphere in which the Se-containing film is heat-treated can be an atmosphere for producing the
この後に、表面のCu2Seなどからなる高抵抗層をKCN水溶液でエッチングし、除去することが望ましい。 Thereafter, the high resistance layer made of Cu 2 Se or the like on the surface is preferably removed by etching with an aqueous KCN solution.
このような薄膜太陽電池の製法では、光吸収層3上にSeを含有するSe含有膜を形成し、このSe含有膜を還元雰囲気で熱処理してSe含有膜中のSeを光吸収層3に拡散させたため、光吸収層3を構成するCu、In、GaおよびSeを含有する粒子が生成するとともに、Seが過剰に存在するため、熱処理で液相となるSeとCuとの化合物Cu2Seが多量に生成し、粒子の粒成長を促進することができる。尚、液相となったCu2Seは、殆どが固化する際に、Cu(In,Ga)Se2からなる粒子を生成する。
In such a method for manufacturing a thin-film solar cell, a Se-containing film containing Se is formed on the
また、Cu、InおよびGaを含有する光吸収層溶液を作製し、塗布し熱処理して光吸収層3を形成するため、また、Se含有膜も同様に塗布して形成できるため、従来のように、蒸着法またはスパッタリング法を用いることがないため、製造工程を簡略化でき、また、高価なガスや装置等を使用することがないため、製造コストも安価とできる。
In addition, since a light absorption layer solution containing Cu, In and Ga is prepared, applied and heat-treated to form the
この後、光吸収層3の上にヘテロ接合のためのn型のバッファ層4を形成する。バンドギャップが小さくて、短波長側の光を透過しにくい、CdS、ZnS、ZnSe、ZnMgO、ZnS/ZnMgO、ZnO、InS、InSe、In(OH)3、ZnInSe、ZnInS、ZnSSe、CuI、Mg(OH)2などの材料が用いられる。これらは、浸漬塗布法、CBD法(溶液成長法)等により光吸収層3まで形成した基板1を水溶液に浸して微粒子を堆積させ、熱処理することにより作製することができる。
Thereafter, an n-
次に、バッファ層4上にITO、ZnOからなる透明の第2電極層5を形成する。この第2電極層5は、スパッタ、スプレー、コーティングにより形成することができる。バッファ層4の厚みは、例えば、10〜200nmとされ、第2電極層5の厚みは、例えば、0.5〜3.0μmとされている。
Next, a transparent
尚、上記形態では、熱処理して形成された光吸収層3上にSeを含有するSe含有膜を形成し、このSe含有膜を還元雰囲気で熱処理してSe含有膜中のSeを光吸収層3に拡散させた例について説明したが、光吸収層溶液を第1電極層2上に塗布することにより光吸収塗布膜を作製し、光吸収塗布膜上にSe含有溶液を塗布してSe含有膜を形成し、光吸収塗布膜およびSe含有膜を還元雰囲気で熱処理することにより光吸収塗布膜中にSe含有膜のSeを拡散させ、元素としてCu、In、GaおよびSeを含有する光吸収層3を作製することもできる。この場合にも、光吸収塗布膜にSeが過剰に存在するため、光吸収塗布膜中に熱処理で液相となるSeとCuとの化合物Cu2Seを多量に生成し、光吸収層3を構成する粒子の粒成長を促進することができるとともに、光吸収塗布膜とSe含有膜との還元雰囲気での熱処理を1回で済ませることができ、工程を簡略化できる。
(その他の形態)
上記形態では、光吸収層3上にSe含有膜を形成した例について説明したが、第1電極層2上にSe含有膜を形成した場合であっても良い。
In the above embodiment, a Se-containing film containing Se is formed on the
(Other forms)
In the above embodiment, the example in which the Se-containing film is formed on the
すなわち、第1電極層2上にSe含有膜を形成し、このSe含有膜を還元雰囲気で熱処理して、第1電極層2中にSe含有膜のSeを拡散させ、第1電極層2上に光吸収塗布膜を形成し、還元雰囲気で熱処理することにより、光吸収塗布膜中に第1電極層2中のSeを拡散させ、光吸収層3を構成するCu、In、GaおよびSeを含有する粒子が生成し、元素としてCu、In、GaおよびSeを含有する光吸収層3を作製することができる。この場合も、光吸収塗布膜にSeが過剰に存在するため、熱処理で液相となるSeとCuとの化合物であるCu2Seが多量に生成し、光吸収層3を構成する粒子の粒成長を促進することができる。また、この場合には、Moを含有する第1電極層2に光吸収塗布膜を形成することにより、第1電極層2と光吸収層3との接合強度を向上できる。
That is, a Se-containing film is formed on the
また、第1電極層2上にSeを含有するSe含有膜を形成し、このSe含有膜上に光吸収層溶液を塗布することにより光吸収塗布膜を形成し、還元雰囲気で熱処理することにより、光吸収塗布膜中にSe含有膜のSeを拡散させ、光吸収層3を構成するCu、In、GaおよびSeを含有する粒子が生成し、元素としてCu、In、GaおよびSeを含有する光吸収層3を作製することもできる。この場合も、光吸収塗布膜にSeが過剰に存在するため、光吸収塗布膜に熱処理で液相となるSeとCuとの化合物であるCu2Seが多量に生成し、光吸収層3を構成する粒子の粒成長を促進することができる。さらに、Moを含有する第1電極層2に光吸収塗布膜を形成することにより、第1電極層2と光吸収層3との接合強度を向上できるとともに、光吸収塗布膜とSe含有膜の還元雰囲気での熱処理を1回で済ませることができ、工程を簡略化できる。
Also, by forming a Se-containing film containing Se on the
尚、上記形態では、Cu、InおよびGaからなる光吸収層溶液を用いた場合について説明したが、本発明では、光吸収層溶液中に、Cu、In、Gaのみならず、Seを含有させることも可能である。この場合には、Seを、Se含有膜から光吸収層3に供給するだけでなく、光吸収層溶液中にSeを含有しているため、光吸収層3中にSeを十分にかつ均一に存在させることができる。Seは、セレン化合物が、上記した含窒素溶媒に溶解して構成されており、セレン化合物としては、例えば、セレン、硫化セレンがあり、これをCu、In、Gaの溶液と混合した光吸収層溶液を用いて光吸収塗布膜を形成できる。また、銅化合物としてセレン化銅、またはインジウム化合物としてセレン化インジウム、またはガリウム化合物としてセレン化ガリウム、またはアルカリ金属化合物としてセレン化アルカリ金属を用いることにより、光吸収層3中にSeを含有せしめることもできる。
In addition, although the case where the light absorption layer solution which consists of Cu, In, and Ga was demonstrated with the said form, in this invention, not only Cu, In, Ga but Se is contained in a light absorption layer solution. It is also possible. In this case, Se is not only supplied from the Se-containing film to the
上記例では、含窒素溶媒中にセレン化銅などの金属カルコゲナイドを溶解させ、この光吸収溶液を塗布焼成する方法で説明したが、銅、インジウム、ガリウム、さらにセレンを一つの分子中に含有させた単一前駆体を含窒素化合物、例えばアンモニア、ヒドラジン、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、エチレンジアミン、エタノールアミン、アリルアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、アニリン、ピリジン、さらにアルコール類、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、テルピネオール、プロピレングリコール、さらにアセトン、アセトニトリル、トルエン、キシレンなどに溶解させた光吸収溶液を、塗布焼成する方法にも適用できる。 In the above example, the metal chalcogenide such as copper selenide was dissolved in a nitrogen-containing solvent, and this light absorbing solution was applied and baked. However, copper, indium, gallium, and selenium were further contained in one molecule. Single precursors such as ammonia, hydrazine, methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, diethylamine, triethylamine, ethylenediamine, ethanolamine, allylamine, ethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, aniline, pyridine, and more Light absorption solution dissolved in alcohols such as methanol, ethanol, propanol, butanol, terpineol, propylene glycol, acetone, acetonitrile, toluene, xylene, etc. is applied and baked. It can also be applied in that way.
以下、実施例および比較例を挙げて本発明の薄膜太陽電池の製法を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。 Hereinafter, although the example and the comparative example are given and the manufacturing method of the thin film solar cell of this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited only to a following example.
銅化合物としてセレン化銅(Cu2Se)を0.206g(1mmol)、インジウム化合物としてセレン化インジウム(In2Se3)を0.467g(1mmol)、ガリウム化合物としてセレン化ガリウム(Ga2Se3)を0.236g(1mmol)をそれぞれピリジン30mlに溶解し、Cu2Se、In2Se3、Ga2Se3のそれぞれが溶解した3種の溶液を作製した。3種の溶液は、Cu、InまたはGaがそれぞれピリジンに溶解していた。 0.206 g (1 mmol) of copper selenide (Cu 2 Se) as the copper compound, 0.467 g (1 mmol) of indium selenide (In 2 Se 3 ) as the indium compound, and gallium selenide (Ga 2 Se 3 as the gallium compound) ) Was dissolved in 30 ml of pyridine to prepare three types of solutions in which Cu 2 Se, In 2 Se 3 and Ga 2 Se 3 were dissolved. In the three types of solutions, Cu, In, or Ga was dissolved in pyridine.
この後、Cu、In、Gaがピリジンに溶解した3種の溶液を混合し、Cu、InおよびGaが有機溶媒に溶解した光吸収層溶液を作製した。 Thereafter, three kinds of solutions in which Cu, In and Ga were dissolved in pyridine were mixed to prepare a light absorption layer solution in which Cu, In and Ga were dissolved in an organic solvent.
この光吸収層溶液をスプレー熱分解法にて、ソーダライムガラス基板のMoからなる第1電極層上に薄膜形成した。薄膜は、グローブボックス内で、キャリアガスとして窒素ガスを用いて光吸収層溶液を噴霧し、第1電極層への塗布を行った。塗布の際には、ソーダライムガラス基板をホットプレートで110℃に加熱しながら、10分間光吸収層溶液を噴霧し、光吸収塗布膜を形成し、乾燥させた。 This light absorption layer solution was formed into a thin film on the first electrode layer made of Mo of the soda lime glass substrate by spray pyrolysis. The thin film was applied to the first electrode layer by spraying the light absorption layer solution using nitrogen gas as a carrier gas in the glove box. At the time of coating, the soda lime glass substrate was heated to 110 ° C. with a hot plate, and the light absorbing layer solution was sprayed for 10 minutes to form a light absorbing coating film and dried.
光吸収塗布膜形成後、水素ガスの雰囲気下で熱処理を実施した。熱処理条件は、525℃まで5分間で昇温し、525℃で1時間保持することで行い、自然冷却し、厚み2μmの化合物半導体薄膜からなる光吸収層を形成した。 After forming the light absorbing coating film, heat treatment was performed in an atmosphere of hydrogen gas. The heat treatment was performed by raising the temperature to 525 ° C. over 5 minutes and holding at 525 ° C. for 1 hour, followed by natural cooling to form a light absorption layer composed of a compound semiconductor thin film having a thickness of 2 μm.
この後、セレン金属からなるセレン化合物がピリジン30mlに溶解したSe含有溶液を作製し、このSe含有溶液を光吸収層の上面にスプレー熱分解法で塗布し、Se含有膜を形成した。薄膜は、グローブボックス内で、キャリアガスとして窒素ガスを用い、ソーダライムガラス基板をホットプレートで110℃に加熱しながら、10分間Se含有溶液を噴霧し、薄膜を形成し、乾燥させ、Se含有膜を作製した。 Thereafter, a Se-containing solution in which a selenium compound composed of selenium metal was dissolved in 30 ml of pyridine was prepared, and this Se-containing solution was applied to the upper surface of the light absorption layer by a spray pyrolysis method to form a Se-containing film. The thin film is made of nitrogen gas as a carrier gas in a glove box, while a soda lime glass substrate is heated to 110 ° C. on a hot plate, sprayed with a Se-containing solution for 10 minutes, formed into a thin film, dried, and contains Se A membrane was prepared.
これを、水素ガスの雰囲気下で熱処理した。熱処理条件は、525℃まで5分間で昇温し、525℃で1時間保持することで行った。熱処理後には、光吸収層上にはSe含有膜は存在しておらず、光吸収層が露出していた。 This was heat-treated in an atmosphere of hydrogen gas. The heat treatment was performed by raising the temperature to 525 ° C. over 5 minutes and holding at 525 ° C. for 1 hour. After the heat treatment, no Se-containing film was present on the light absorption layer, and the light absorption layer was exposed.
この後、酢酸カドミウム、チオ尿素をアンモニアに溶解し、これに基板を浸漬し、化合物半導体薄膜上に厚み50nmのCdSからなるバッファー層を形成した。さらに、バッファー層の上に、スパッタリング法にてAlドープ酸化亜鉛膜からなる透明の第2電極層を形成した。最後に蒸着にてアルミ電極(取出電極)を形成して、薄膜太陽電池セルを作製した。 Thereafter, cadmium acetate and thiourea were dissolved in ammonia, and the substrate was immersed therein to form a buffer layer made of CdS having a thickness of 50 nm on the compound semiconductor thin film. Furthermore, a transparent second electrode layer made of an Al-doped zinc oxide film was formed on the buffer layer by sputtering. Finally, an aluminum electrode (extraction electrode) was formed by vapor deposition to produce a thin film solar cell.
薄膜太陽電池セルの断面を走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察したところ、光吸収層を構成する粒子はCu、In、GaおよびSeから構成されており、その粒子の平均粒径は1.5μmであった。平均粒径は、3万倍のSEM写真に現れる結晶粒子について、光吸収層の厚み方向の長さを測定し、それらの平均値を求め、平均粒径とした。 When the cross section of the thin film solar cell was observed with a scanning electron microscope (SEM), the particles constituting the light absorption layer were composed of Cu, In, Ga and Se, and the average particle size of the particles was 1. It was 5 μm. The average particle size was determined by measuring the length of the light absorption layer in the thickness direction of the crystal particles appearing in the SEM photograph of 30,000 times, and obtaining the average value thereof.
比較例として、光吸収塗布膜形成後、水素ガスの雰囲気下で熱処理を実施し、光吸収層にSe含有膜を形成せずに、そのまま第2電極層を形成する以外は、上記と同様にして薄膜太陽電池セルを作製したところ、光吸収層の平均粒径は0.2μmであった。 As a comparative example, after forming the light-absorbing coating film, heat treatment is performed in an atmosphere of hydrogen gas, and the second electrode layer is formed as it is without forming the Se-containing film in the light-absorbing layer. When the thin-film solar battery was manufactured, the average particle diameter of the light absorption layer was 0.2 μm.
従って、本発明の製法によれば、光吸収層上にSeを含有するSe含有膜を形成し、このSe含有膜を還元雰囲気で熱処理してSe含有膜中のSeを光吸収層に拡散させることにより、光吸収層中にSeを過剰に存在せしめ、SeとCuとの化合物である液相のCu2Seを多量に生成し、粒子を粒成長させることができ、これにより、エネルギー変換効率を向上できることがわかる。 Therefore, according to the manufacturing method of the present invention, a Se-containing film containing Se is formed on the light absorption layer, and the Se-containing film is heat-treated in a reducing atmosphere to diffuse Se in the Se-containing film into the light absorption layer. As a result, Se can be excessively present in the light absorption layer, and a large amount of liquid-phase Cu 2 Se, which is a compound of Se and Cu, can be produced and particles can be grown. It can be seen that can be improved.
上記実施例1と同様にして、光吸収層溶液を第1電極層上に塗布することにより光吸収塗布膜を形成し、この光吸収塗布膜上に、上記と同様にしてSe含有膜を形成し、還元雰囲気で熱処理して、第1電極層上に光吸収層を形成した。この後、上記実施例1と同様にして、光吸収層上にバッファー層、第2電極層を形成し、薄膜太陽電池を作製した。 In the same manner as in Example 1, a light absorbing coating film is formed by coating the light absorbing layer solution on the first electrode layer, and a Se-containing film is formed on the light absorbing coating film in the same manner as described above. Then, a light absorption layer was formed on the first electrode layer by heat treatment in a reducing atmosphere. Thereafter, in the same manner as in Example 1, a buffer layer and a second electrode layer were formed on the light absorption layer to produce a thin film solar cell.
そして、上記実施例1と同様にして、光吸収層を構成する粒子の平均粒径を測定したところ、1.6μmであった。 And it was 1.6 micrometers when the average particle diameter of the particle | grains which comprise a light absorption layer was measured like the said Example 1. FIG.
第1電極層上に、上記実施例1と同様にして、Seを含有するSe含有膜を形成し、Se含有膜を熱処理し、第1電極層中にSe含有膜のSeを拡散させた。この後、第1電極層上に、上記実施例1と同様にして光吸収層溶液を塗布して光吸収塗布膜を形成し、熱処理して第1電極層上に光吸収層を形成した。この後、上記実施例1と同様にして、光吸収層上にバッファー層、第2電極層を形成し、薄膜太陽電池を作製した。 A Se-containing film containing Se was formed on the first electrode layer in the same manner as in Example 1 described above, and the Se-containing film was heat-treated to diffuse Se in the first electrode layer. Thereafter, a light absorption layer solution was applied on the first electrode layer in the same manner as in Example 1 to form a light absorption coating film, and heat treatment was performed to form a light absorption layer on the first electrode layer. Thereafter, in the same manner as in Example 1, a buffer layer and a second electrode layer were formed on the light absorption layer to produce a thin film solar cell.
そして、上記実施例1と同様にして、光吸収層を構成する粒子の平均粒径を測定したところ、1.5μmであった。 And when it carried out similarly to the said Example 1 and measured the average particle diameter of the particle | grains which comprise a light absorption layer, it was 1.5 micrometers.
第1電極層上に、上記実施例1と同様にして、Seを含有するSe含有膜を形成し、この後、Seを含有するSe含有膜に、上記実施例1と同様にして光吸収層溶液を塗布して光吸収塗布膜を形成し、熱処理して第1電極層上に光吸収層を形成した。この後、上記実施例1と同様にして、光吸収層上にバッファー層、第2電極層を形成し、薄膜太陽電池を作製した。 A Se-containing film containing Se is formed on the first electrode layer in the same manner as in the first embodiment, and then a light-absorbing layer is formed on the Se-containing film containing Se in the same manner as in the first embodiment. The solution was applied to form a light absorption coating film, and heat treatment was performed to form a light absorption layer on the first electrode layer. Thereafter, in the same manner as in Example 1, a buffer layer and a second electrode layer were formed on the light absorption layer to produce a thin film solar cell.
そして、上記実施例1と同様にして、光吸収層を構成する粒子の平均粒径を測定したところ、1.6μmであった。 And it was 1.6 micrometers when the average particle diameter of the particle | grains which comprise a light absorption layer was measured like the said Example 1. FIG.
1・・・基板
2・・・第1電極層
3・・・光吸収層
4・・・バッファー層
5・・・第2電極層
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