JP2010177266A - Method for manufacturing tandem type thin film solar cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a tandem type thin film solar cell without breakage of a pn junction of a lower cell. <P>SOLUTION: The manufacturing method of the tandem type thin film solar cell 100 including a plurality of photoelectric conversion units stacked on a substrate 10, includes a first electrode layer film formation process of forming a first electrode layer of a photoelectric conversion unit, a precursor layer film formation process of forming a plurality of semiconductor precursor layers on the formed first electrode layer, a second electrode layer film formation process of forming a second electrode layer on the formed semiconductor precursor layers, and a precursor layer diffusion process of producing a crystal of a semiconductor by heating semiconductor precursor layers of a plurality of photoelectric conversion units each having a semiconductor precursor layer formed between a first electrode layer and a second electrode layer after stacking the photoelectric conversion units. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、タンデム型薄膜太陽電池の製造方法に関し、より詳しくは、CIS系半導体に適したタンデム型薄膜太陽電池の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a tandem thin film solar cell, and more particularly to a method for manufacturing a tandem thin film solar cell suitable for a CIS semiconductor.

近年、太陽電池の高効率化への一つの方法として、pn接合を2つ以上形成する多接合(タンデム)型太陽電池が提案されている。例えば、2接合型の太陽電池の場合、光入射側に近いところのセル(トップセル)には比較的禁制帯幅の大きい半導体材料を配し、光入射側から遠いところ(ボトムセル)に禁制帯幅の小さい半導体材料を配した構造を有している。このような構造を採用すると、太陽光が照射された場合、トップセルにおいて短波長の光エネルギーが吸収され、トップセルを透過する長波長の光はボトムセルで吸収されることにより、太陽光を無駄なく効率的に利用することが可能となる。   In recent years, a multi-junction (tandem) solar cell in which two or more pn junctions are formed has been proposed as one method for increasing the efficiency of solar cells. For example, in the case of a two-junction solar cell, a semiconductor material having a relatively large forbidden band is arranged in a cell near the light incident side (top cell), and a forbidden band is located far from the light incident side (bottom cell). It has a structure in which a semiconductor material with a small width is arranged. When such a structure is employed, when sunlight is irradiated, short-wavelength light energy is absorbed in the top cell, and long-wavelength light that passes through the top cell is absorbed in the bottom cell, so that sunlight is wasted. Can be used efficiently.

タンデム型太陽電池については、例えば、特許文献1には、基板の一主面に導電酸化膜を介してアモルファスSi又は結晶質Siよりなる第1導電型発電膜、i型発電膜及びアモルファスSi又は結晶質Siよりなる第2導電型発電膜を順次形成してなるセルを多段に積層した太陽電池が記載されている。また、特許文献2には、Ge基板上に形成された直上層と、この直上層上に積層された複数の成長層を有する多接合型太陽電池が記載されている。   As for the tandem solar cell, for example, in Patent Document 1, a first conductive power generation film, i-type power generation film, and amorphous Si made of amorphous Si or crystalline Si through a conductive oxide film on one main surface of a substrate is disclosed in Patent Document 1. A solar cell is described in which cells formed by sequentially forming a second conductivity type power generation film made of crystalline Si are stacked in multiple stages. Further, Patent Document 2 describes a multi-junction solar cell having an immediately upper layer formed on a Ge substrate and a plurality of growth layers stacked on the immediately upper layer.

特開2004−128083号公報JP 2004-128083 A 特開2007−189025号公報JP 2007-189025 A

ところで、太陽電池への期待は、地球温暖化対策の一環として高まっている。特にカルコパイライト型化合物半導体を用いるCIS系太陽電池は、光電変換効率が高く、長期安定性に優れ、比較的低コストであることから注目されている。現在、発表されているところでは、小面積セルで変換効率20%、大面積モジュールで15%程度が達成されている。   By the way, expectations for solar cells are increasing as part of global warming countermeasures. In particular, CIS solar cells using chalcopyrite type compound semiconductors are attracting attention because of their high photoelectric conversion efficiency, excellent long-term stability, and relatively low cost. At present, a conversion efficiency of 20% is achieved with a small area cell, and about 15% is achieved with a large area module.

CIS系太陽電池の製造方法としては、通常、基板上に成膜した裏面電極上に銅(Cu)、インジウム(In)及びこれらの化合物等からなる前駆体層を成膜し、基板を500℃程度に加熱しながらセレン化水素(HeSe)ガス中で前駆体層をセレンと反応させてCIS系吸収層を得た後、溶液成長法によりCdS、ZnS等からなるバッファ層を成膜し、続いて、ITO、AZO等の表面電極層を成膜する。CIS系吸収層としては、通常、CuInSeのInの一部をGaで置換したCu(Ga,In)Seや、Seの一部をSで置換したCuIn(S,Se)が使用されている。 As a method for producing a CIS solar cell, a precursor layer made of copper (Cu), indium (In), or a compound thereof is usually formed on a back electrode formed on a substrate, and the substrate is heated to 500 ° C. After the CIS-based absorption layer is obtained by reacting the precursor layer with selenium in hydrogen selenide (He 2 Se) gas while heating to the extent, a buffer layer made of CdS, ZnS or the like is formed by a solution growth method. Subsequently, a surface electrode layer such as ITO or AZO is formed. As the CIS-based absorption layer, Cu (Ga, In) Se 2 in which a part of In in CuInSe 2 is substituted with Ga or CuIn (S, Se) 2 in which a part of Se is substituted with S is usually used. ing.

このようなCIS系太陽電池の変換効率の限界は22%程度と推定されるが、最新のシミュレーション結果によれば、2接合タンデム型太陽電池にすると変換効率26〜28%の実現が可能であると報告されている。従って、CIS系タンデム型太陽電池の期待は大きいと言える。   Although the limit of the conversion efficiency of such a CIS solar cell is estimated to be about 22%, according to the latest simulation results, a conversion efficiency of 26 to 28% can be realized when a two-junction tandem solar cell is used. It is reported. Therefore, it can be said that the CIS tandem solar cell has high expectations.

しかし、従来の2接合タンデム型太陽電池の製造方法は、CIS系太陽電池には適さないという問題がある。即ち、上述したように、CIS系吸収層は、通常450℃〜550℃の高温で成膜されるため、2接合タンデム型太陽電池の下部セルを成膜後、連続して上部セルをその上に直接成膜する際に、上部セル成膜時の熱の影響によって下部セルのpn接合が破壊され、太陽電池の性能が劣化するという問題が生じる。
また、一般的なCIS系太陽電池の製造工程では、少なくとも2種類のスパッタ装置と、加熱反応炉及び溶液成長槽が必要になる。また、有毒ガスであるHSeガスを使用するため、有毒ガス処理装置や特別な安全対策が必要である。これに加え、溶液成長法ではアルカリ水溶液を使用するため、アルカリ処理施設が必要となる。
However, there is a problem that the conventional method for manufacturing a two-junction tandem solar cell is not suitable for a CIS solar cell. That is, as described above, since the CIS-based absorption layer is usually formed at a high temperature of 450 ° C. to 550 ° C., after forming the lower cell of the two-junction tandem solar cell, the upper cell is continuously formed thereon. When directly forming a film, the pn junction of the lower cell is destroyed due to the influence of heat at the time of forming the upper cell, resulting in a problem that the performance of the solar cell deteriorates.
Further, in a general CIS solar cell manufacturing process, at least two types of sputtering devices, a heating reactor, and a solution growth tank are required. Moreover, since the use of H 2 Se gas is toxic gas, it is necessary to toxic gas treatment apparatus and special safety measures. In addition, since an aqueous solution of alkali is used in the solution growth method, an alkali treatment facility is required.

さらに、pn接合を形成する際に、基板の温度を200℃〜300℃程度の低温に長時間保持する必要がある。また、気相セレン化法では、数十分から数時間の間、前駆体となる組成の薄膜を加熱しながらセレン含有ガスに暴露する必要があるため、長時間の成膜時間が必要となる。
このように、従来の2接合タンデム型太陽電池の製造方法では、CIS系タンデム型太陽電池の各層を高速で一貫成膜し、且つ、上部セルと下部セルの両者が、良好な結晶性とpn接合を形成する吸収層を有することが出来ないのが現状である。
Furthermore, when forming the pn junction, it is necessary to maintain the temperature of the substrate at a low temperature of about 200 ° C. to 300 ° C. for a long time. Further, in the vapor phase selenization method, it is necessary to expose a thin film having a composition as a precursor to the selenium-containing gas while heating for several tens of minutes to several hours, and thus a long film formation time is required. .
Thus, in the conventional method for manufacturing a two-junction tandem solar cell, each layer of the CIS-based tandem solar cell is consistently formed at a high speed, and both the upper cell and the lower cell have good crystallinity and pn. At present, it is not possible to have an absorption layer that forms a bond.

本発明の目的は、下部セルのpn接合が破壊されることなくCIS系のタンデム型薄膜太陽電池が得られるタンデム型薄膜太陽電池の製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a tandem thin film solar cell from which a CIS tandem thin film solar cell can be obtained without destroying the pn junction of the lower cell.

本発明によれば、基板上に積層された複数の光電変換ユニットを備えたタンデム型薄膜太陽電池の製造方法であって、光電変換ユニットの第1電極層を形成する第1電極層成膜工程と、成膜された第1電極層上に複数の半導体前駆体層を成膜する前駆体層成膜工程と、成膜された半導体前駆体層上に第2電極層を成膜する第2電極層成膜工程と、第1電極層と第2電極層との間に半導体前駆体層とが成膜された光電変換ユニットの複数個を積層した後に、光電変換ユニットの半導体前駆体層を加熱し、半導体の結晶を生成させる前駆体層拡散工程と、を有することを特徴とするタンデム型薄膜太陽電池の製造方法が提供される。   According to this invention, it is a manufacturing method of a tandem-type thin film solar cell provided with the some photoelectric conversion unit laminated | stacked on the board | substrate, Comprising: The 1st electrode layer film-forming process which forms the 1st electrode layer of a photoelectric conversion unit A precursor layer forming step of forming a plurality of semiconductor precursor layers on the formed first electrode layer; and a second step of forming a second electrode layer on the formed semiconductor precursor layer After laminating a plurality of photoelectric conversion units in which a semiconductor precursor layer is formed between the electrode layer forming step and the first electrode layer and the second electrode layer, the semiconductor precursor layer of the photoelectric conversion unit is There is provided a method for producing a tandem-type thin film solar cell, characterized by comprising a precursor layer diffusion step of heating and generating semiconductor crystals.

ここで、本発明が適用されるタンデム型薄膜太陽電池の製造方法において、タンデム型薄膜太陽電池を構成する複数の光電変換ユニットの第1電極層、複数の半導体前駆体層、第2電極層は、いずれもスパッタリングにより成膜されることが好ましい。
また、本発明が適用されるタンデム型薄膜太陽電池の製造方法では、前駆体層拡散工程において、複数の半導体前駆体層を、溶融拡散により相互に拡散させることにより、半導体の結晶を生成させることが好ましい。
Here, in the method for manufacturing a tandem thin film solar cell to which the present invention is applied, the first electrode layer, the plurality of semiconductor precursor layers, and the second electrode layer of the plurality of photoelectric conversion units constituting the tandem thin film solar cell are: These are preferably formed by sputtering.
Further, in the method of manufacturing a tandem thin film solar cell to which the present invention is applied, in the precursor layer diffusion step, a plurality of semiconductor precursor layers are mutually diffused by melt diffusion to generate semiconductor crystals. Is preferred.

また、本発明が適用されるタンデム型薄膜太陽電池の製造方法において、前駆体層拡散工程により生成する半導体は、カルコパイライト型化合物の結晶により構成されることが好ましい。
さらに、前駆体層拡散工程により生成する半導体は、少なくとも銅(Cu)、インジウム(In)及びセレン(Se)が含有されていることが好ましい。
Moreover, in the manufacturing method of the tandem-type thin film solar cell to which the present invention is applied, it is preferable that the semiconductor generated by the precursor layer diffusion step is composed of crystals of chalcopyrite type compounds.
Furthermore, the semiconductor produced by the precursor layer diffusion step preferably contains at least copper (Cu), indium (In), and selenium (Se).

本発明によれば、下部セルのpn接合が破壊されることなくCIS系のタンデム型薄膜太陽電池が得られる。   According to the present invention, a CIS tandem thin film solar cell can be obtained without destroying the pn junction of the lower cell.

本実施の形態が適用されるタンデム型薄膜太陽電池の製造方法の概要を説明する図である。It is a figure explaining the outline | summary of the manufacturing method of the tandem-type thin film solar cell to which this Embodiment is applied. 本実施の形態の製造方法により製造されるタンデム型薄膜太陽電池の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the tandem-type thin film solar cell manufactured by the manufacturing method of this Embodiment. 下部セルIを調製する工程を説明する図である。It is a figure explaining the process of preparing the lower cell. 下部セルIに上部セルIIを積層する工程を説明する図である。It is a figure explaining the process of laminating | stacking upper cell II on lower cell I.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することが出来る。また、使用する図面は本実施の形態を説明するためのものであり、実際の大きさを表すものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, It can implement by changing variously within the range of the summary. Further, the drawings to be used are for explaining the present embodiment and do not represent the actual size.

図1は、本実施の形態が適用されるタンデム型薄膜太陽電池の製造方法の概要を説明する図である。図1に示すように、本実施の形態が適用されるタンデム型薄膜太陽電池の製造方法では、スパッタ装置を用い、先ず、絶縁基板上に第1の光電変換ユニット(下部セル)を構成する裏面電極層、半導体前駆体層等の多層膜をスパッタリング法により成膜する(下部セル多層膜成膜工程)。次に、下部セルが形成された絶縁基板をスパッタ装置から取り出すことなく、引き続き、下部セル上に第2の光電変換ユニット(上部セル)の半導体前駆体層等の多層膜をスパッタリング法により成膜する(上部セル多層膜成膜工程)。半導体前駆体層にはセレン(Se)が含まれることが好ましい。尚、必要に応じて、さらに光電変換ユニットを積層してもよい。   FIG. 1 is a diagram for explaining the outline of a method for manufacturing a tandem-type thin film solar cell to which the present embodiment is applied. As shown in FIG. 1, in the manufacturing method of the tandem-type thin film solar cell to which the present embodiment is applied, a sputtering apparatus is used, and first, the back surface constituting the first photoelectric conversion unit (lower cell) on the insulating substrate. A multilayer film such as an electrode layer and a semiconductor precursor layer is formed by sputtering (lower cell multilayer film forming step). Next, without removing the insulating substrate on which the lower cell is formed from the sputtering apparatus, a multilayer film such as a semiconductor precursor layer of the second photoelectric conversion unit (upper cell) is subsequently formed on the lower cell by sputtering. (Upper cell multilayer film forming step). The semiconductor precursor layer preferably contains selenium (Se). In addition, you may laminate | stack a photoelectric conversion unit further as needed.

次に、下部セルと上部セルとが積層された絶縁基板を、加熱装置(例えば、ハロゲンランプ等による光照射)により、下部セルと上部セルにそれぞれ成膜された半導体前駆体層を構成する化合物の融点以上に加熱し、半導体の結晶を生成させる(アニール工程)。本実施の形態では、使用する装置としては、スパッタ装置と加熱装置とが1台ずつあれば良い。また、有毒ガスの処理施設や、廃液処理施設も必要ない。さらに工程数が少ないため、格段の低コスト化が可能となる。
次に、本実施の形態におけるタンデム型薄膜太陽電池について説明する。
Next, the compound constituting the semiconductor precursor layer formed on the lower cell and the upper cell, respectively, by heating the insulating substrate in which the lower cell and the upper cell are laminated, using a heating device (for example, light irradiation with a halogen lamp or the like). The semiconductor crystal is formed by heating to the melting point of the semiconductor (annealing step). In this embodiment mode, it is only necessary to use one sputtering device and one heating device. Also, no toxic gas treatment facility or waste liquid treatment facility is required. Furthermore, since the number of processes is small, the cost can be significantly reduced.
Next, the tandem thin film solar cell in this embodiment will be described.

図2は、本実施の形態の製造方法により製造されるタンデム型薄膜太陽電池の一例を説明する図である。ここでは、2個の光電変換ユニット(下部セル,上部セル)が積層された2接合タンデム型薄膜太陽電池を例に挙げて説明する。
本実施の形態が適用されるタンデム型薄膜太陽電池の製造方法では、初めに、図2(a)に示すタンデム型太陽電池前駆体100Aを調製し、次に、このタンデム型太陽電池前駆体100Aを加熱処理することにより、図2(b)に示すタンデム型薄膜太陽電池100を製造する。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a tandem thin film solar cell manufactured by the manufacturing method of the present embodiment. Here, a two-junction tandem thin film solar cell in which two photoelectric conversion units (lower cell and upper cell) are stacked will be described as an example.
In the method for manufacturing a tandem thin film solar cell to which the present embodiment is applied, first, a tandem solar cell precursor 100A shown in FIG. 2A is prepared, and then this tandem solar cell precursor 100A. Is heat-treated to produce a tandem-type thin film solar cell 100 shown in FIG.

図2(a)に示すタンデム型太陽電池前駆体100Aは、基板10上に形成された下部セル(第1の光電変換ユニット)Iと、下部セルI上に積層された上部セル(第2の光電変換ユニット)IIとから構成されている。下部セルIは、絶縁材料からなる基板10上に成膜された裏面電極層(第1電極層)20と、裏面電極層20上に成膜された第1半導体前駆体層30と、第1半導体前駆体層30上に成膜された第1バッファ層40と、第1バッファ層40上に成膜された第1透明導電膜(第2電極層)50とから構成されている。   A tandem solar cell precursor 100A shown in FIG. 2A includes a lower cell (first photoelectric conversion unit) I formed on a substrate 10 and an upper cell (second photoelectric layer) stacked on the lower cell I. Photoelectric conversion unit) II. The lower cell I includes a back electrode layer (first electrode layer) 20 formed on a substrate 10 made of an insulating material, a first semiconductor precursor layer 30 formed on the back electrode layer 20, a first The first buffer layer 40 is formed on the semiconductor precursor layer 30, and the first transparent conductive film (second electrode layer) 50 is formed on the first buffer layer 40.

下部セルIの第1半導体前駆体層30は、化合物半導体からなる複数の前駆体層(31,32,・・・36,37)が積層されている。具体的には、p型半導体形成用前駆体層、拡散制御用前駆体層及びn型半導体形成用前駆体層である。p型半導体形成用前駆体層とn型半導体形成用前駆体層は、拡散制御用前駆体層を挟んでそれぞれ複数層が順番に積層されている。
ここで、本実施の形態では、化合物半導体としてCu−In−Se系半導体を採用する場合、p型半導体形成用前駆体層は、溶融拡散によってp型半導体を形成しやすい前駆体層であり、n型半導体形成用前駆体層は、n型半導体を形成しやすい前駆体層である。また、拡散制御用前駆体層は、p型半導体形成用前駆体層とn型半導体形成用前駆体層の相互拡散を制御するための層である。後述するように、各層は、スパッタ装置を使用し、スパッタリングにより行われる。
The first semiconductor precursor layer 30 of the lower cell I is formed by laminating a plurality of precursor layers (31, 32,... 36, 37) made of a compound semiconductor. Specifically, a precursor layer for p-type semiconductor formation, a precursor layer for diffusion control, and a precursor layer for n-type semiconductor formation. A plurality of p-type semiconductor forming precursor layers and n-type semiconductor forming precursor layers are sequentially stacked with a diffusion control precursor layer interposed therebetween.
Here, in this embodiment, when a Cu-In-Se based semiconductor is employed as the compound semiconductor, the p-type semiconductor forming precursor layer is a precursor layer that easily forms a p-type semiconductor by melt diffusion, The precursor layer for forming an n-type semiconductor is a precursor layer that easily forms an n-type semiconductor. The diffusion control precursor layer is a layer for controlling mutual diffusion of the p-type semiconductor formation precursor layer and the n-type semiconductor formation precursor layer. As will be described later, each layer is formed by sputtering using a sputtering apparatus.

次に、上部セルIIは、下部セルIの第1透明導電膜50上に成膜された第2半導体前駆体層60と、第2半導体前駆体層60上に成膜された第2バッファ層70と、第2バッファ層70上に成膜された第2透明導電膜80とから構成されている。
本実施の形態では、下部セルIの第1透明導電膜50は、第2の光電変換ユニットである上部セルIIの裏面電極(第1電極層)を兼ねている。また、第2透明導電膜80は、第2の光電変換ユニットである上部セルIIの第2電極層を構成する。
上部セルIIの第2半導体前駆体層60は、下部セルIの第1半導体前駆体層30と同様に、p型半導体形成用前駆体層、拡散制御用前駆体層及びn型半導体形成用前駆体層からなる複数の前駆体層(61,62,・・・66,67)が積層されている。各層は、スパッタ装置を使用し、スパッタリングにより行われる。
Next, the upper cell II includes a second semiconductor precursor layer 60 formed on the first transparent conductive film 50 of the lower cell I and a second buffer layer formed on the second semiconductor precursor layer 60. 70 and a second transparent conductive film 80 formed on the second buffer layer 70.
In the present embodiment, the first transparent conductive film 50 of the lower cell I also serves as the back electrode (first electrode layer) of the upper cell II that is the second photoelectric conversion unit. The second transparent conductive film 80 constitutes the second electrode layer of the upper cell II that is the second photoelectric conversion unit.
Similar to the first semiconductor precursor layer 30 of the lower cell I, the second semiconductor precursor layer 60 of the upper cell II is a p-type semiconductor formation precursor layer, a diffusion control precursor layer, and an n-type semiconductor formation precursor. A plurality of precursor layers (61, 62,... 66, 67) made of body layers are laminated. Each layer is formed by sputtering using a sputtering apparatus.

次に、図2(b)に示すタンデム型薄膜太陽電池100は、図2(a)に示すタンデム型太陽電池前駆体100Aを加熱処理することにより製造される。タンデム型薄膜太陽電池100は、下部セルIと上部セルIIから構成される。下部セルIは、第1半導体前駆体層30(図2(a)参照)を溶融拡散することにより形成された第1半導体層300を有し、上部セルIIは、第2半導体前駆体層60(図2(a)参照)を溶融拡散することにより形成された第2半導体層600を有している。さらに、上部セルIIの第2透明導電膜80側に、集電のために櫛形電極(負極)90が設けられている。   Next, the tandem-type thin film solar cell 100 shown in FIG. 2 (b) is manufactured by heat-treating the tandem-type solar cell precursor 100A shown in FIG. 2 (a). The tandem thin film solar cell 100 is composed of a lower cell I and an upper cell II. The lower cell I includes a first semiconductor layer 300 formed by melting and diffusing the first semiconductor precursor layer 30 (see FIG. 2A), and the upper cell II includes a second semiconductor precursor layer 60. The second semiconductor layer 600 is formed by melting and diffusing (see FIG. 2A). Further, a comb-shaped electrode (negative electrode) 90 is provided on the second transparent conductive film 80 side of the upper cell II for current collection.

次に、タンデム型太陽電池前駆体100Aとタンデム型薄膜太陽電池100の構成要素について説明する。
基板10を構成する材料としては、例えば、ステンレス等の金属フィルム、有機フィルム、ガラス等が挙げられる。基板10の大きさは特に限定されないが、本実施の形態では縦×横が5cm×5cmであり、厚さは、0.5mmである。
Next, components of the tandem solar cell precursor 100A and the tandem thin film solar cell 100 will be described.
As a material which comprises the board | substrate 10, metal films, such as stainless steel, an organic film, glass etc. are mentioned, for example. Although the magnitude | size of the board | substrate 10 is not specifically limited, In this Embodiment, length x width is 5 cm x 5 cm, and thickness is 0.5 mm.

裏面電極層20を構成する材料は、金属が好ましく、例えば、Mo、Ti、Cr、Al、Ag、Au、CuおよびPtから選択された少なくとも1つの金属またはこれらの合金が挙げられる。裏面電極層20は、本実施の形態では、厚さ0.3μm程度の金属薄膜である。裏面電極層20は、例えば、蒸着法、スパッタ法、CVD法(化学気相成長法:Chemical Vapor Deposition)等によって基板10上に成膜することができる。本実施の形態では、スパッタ法により形成されることが好ましい。   The material constituting the back electrode layer 20 is preferably a metal, and examples thereof include at least one metal selected from Mo, Ti, Cr, Al, Ag, Au, Cu, and Pt, or an alloy thereof. In this embodiment, the back electrode layer 20 is a metal thin film having a thickness of about 0.3 μm. The back electrode layer 20 can be formed on the substrate 10 by, for example, a vapor deposition method, a sputtering method, a CVD method (Chemical Vapor Deposition), or the like. In this embodiment mode, it is preferably formed by a sputtering method.

第1半導体層300と第2半導体層600を構成する半導体は、例えば、周期表IB族、IIIB族、VIB族の元素を含むカルコパイライト型化合物半導体が挙げられる。カルコパイライト型化合物半導体は、太陽電池の光吸収層の材料として、シリコンの代わりに、使用され、Cu、In、Ga、Al、Se、S等から成るカルコパイライト系と呼ばれる半導体材料である。代表的なものとしては、Cu(In,Ga)Se、Cu(In,Ga)(Se,S)、CuInS等が挙げられ、それぞれCIGS、CIGSS、CISと略称される。
本実施の形態では、銅(Cu)、インジウム(In)及びセレン(Se)を含むカルコパイライト構造を有するCu−In−Se系半導体材料により構成されることが好ましい。
第1半導体層300と第2半導体層600の厚さは、本実施の形態では、それぞれ0.3μm〜2μmの範囲内である。
Examples of the semiconductor composing the first semiconductor layer 300 and the second semiconductor layer 600 include chalcopyrite type compound semiconductors containing elements of groups IB, IIIB, and VIB of the periodic table. A chalcopyrite type compound semiconductor is a semiconductor material called a chalcopyrite system that is used in place of silicon as a material of a light absorption layer of a solar cell and is made of Cu, In, Ga, Al, Se, S, or the like. Typical examples include Cu (In, Ga) Se 2 , Cu (In, Ga) (Se, S) 2 , CuInS 2 and the like, which are abbreviated as CIGS, CIGSS, and CIS, respectively.
In this embodiment mode, it is preferably formed using a Cu—In—Se semiconductor material having a chalcopyrite structure including copper (Cu), indium (In), and selenium (Se).
In the present embodiment, the thicknesses of the first semiconductor layer 300 and the second semiconductor layer 600 are in the range of 0.3 μm to 2 μm, respectively.

ここで、第1半導体層300と第2半導体層600を構成する半導体として、銅(Cu)、インジウム(In)及びセレン(Se)が含まれるCu−In−Se系半導体材料を採用する場合、タンデム型太陽電池前駆体100Aの第1半導体前駆体層30と第2半導体前駆体層60を構成するp型半導体形成用前駆体層は、p型半導体を形成しやすい銅(Cu)とセレン(Se)との混合物により成膜されることが好ましい。また、n型半導体形成用前駆体層は、n型半導体を形成しやすいインジウム(In)とセレン(Se)との混合物であることが望ましい。   Here, when a Cu—In—Se based semiconductor material containing copper (Cu), indium (In), and selenium (Se) is employed as a semiconductor constituting the first semiconductor layer 300 and the second semiconductor layer 600, The p-type semiconductor forming precursor layer constituting the first semiconductor precursor layer 30 and the second semiconductor precursor layer 60 of the tandem solar cell precursor 100A is made of copper (Cu) and selenium (which easily form a p-type semiconductor). It is preferable to form a film by a mixture with Se). The precursor layer for forming an n-type semiconductor is preferably a mixture of indium (In) and selenium (Se) that easily forms an n-type semiconductor.

ここで、本実施の形態では、下部セルIの第1半導体層300には、禁制帯幅の小さいCu−In−Se系半導体材料を配し、上部セルIIの第2半導体層600には、比較的禁制帯幅の大きいCu−In−Se系半導体材料を配することが好ましい。下部セルIのCu−In−Se系半導体材料としては、例えば、CuInSe、低濃度ガリウムを含むCu(In1−xGa)Seが挙げられる。上部セルIIのCu−In−Se系半導体材料としては、例えば、CuGaSe、Cu(In1−xGa)Se、Cu(In1−xGa)(Se1−y、Ag(In1−xGa)Se、Ag(In1−xGa)(Se1−yが挙げられる。 Here, in the present embodiment, a Cu-In-Se-based semiconductor material having a small forbidden band width is disposed in the first semiconductor layer 300 of the lower cell I, and the second semiconductor layer 600 of the upper cell II is It is preferable to arrange a Cu—In—Se based semiconductor material having a relatively large forbidden bandwidth. Examples of the Cu—In—Se based semiconductor material of the lower cell I include CuInSe 2 and Cu (In 1-x Ga x ) Se 2 containing low-concentration gallium. Examples of the Cu—In—Se based semiconductor material of the upper cell II include CuGaSe 2 , Cu (In 1-x Ga x ) Se 2 , and Cu (In 1-x Ga x ) (Se 1-y S y ) 2. , Ag (In 1-x Ga x) Se 2, Ag (In 1-x Ga x) (Se 1-y S y) 2 and the like.

本実施の形態が適用されるタンデム型薄膜太陽電池100の製造方法において、拡散制御用前駆体層を構成する化合物の元素組成、融点及び膜厚を制御することにより、p型半導体形成用前駆体層とn型半導体形成用前駆体層とが、溶融拡散により相互に拡散することを制御することが可能となる。
このことは、Cu−In−Se系半導体材料を使用する場合、溶融拡散後の第1半導体層300と第2半導体層600のX線回折測定により、結晶ピークが観測されることから確認される。
また、2個の半導体前駆体層(30,60:図2(a)参照)における複数の前駆体層(31〜37,61〜67:図2(a)参照)を構成する化合物の元素組成と膜厚を変化させ、これらを溶融拡散させることにより、良好な結晶性を有する半導体層(300,600:図2(b)参照)を生成させ、同時にpn接合を形成させることができる。これを、カルコパイライト型化合物の一つであるCuInSe2系化合物を採用する場合を例として説明する。
In the manufacturing method of the tandem-type thin film solar cell 100 to which the present embodiment is applied, the precursor for forming a p-type semiconductor is controlled by controlling the elemental composition, melting point and film thickness of the compound constituting the diffusion control precursor layer. It is possible to control the diffusion of the layer and the n-type semiconductor forming precursor layer by melt diffusion.
This is confirmed from the fact that when a Cu—In—Se based semiconductor material is used, a crystal peak is observed by X-ray diffraction measurement of the first semiconductor layer 300 and the second semiconductor layer 600 after melt diffusion. .
Moreover, the elemental composition of the compound which comprises the several precursor layer (31-37, 61-67: refer Fig.2 (a)) in two semiconductor precursor layers (30,60: refer Fig.2 (a)). By changing the film thickness and melting and diffusing them, a semiconductor layer having good crystallinity (300, 600: see FIG. 2B) can be generated and a pn junction can be formed at the same time. This will be described by taking as an example the case of adopting a CuInSe2-based compound which is one of chalcopyrite type compounds.

一般的に、CuInSeは、安定な化合物であるCuSe50モル%とInSe50モル%とを、反応させることにより得ることができる。ここで、CuSeとInSeとは、共にそれぞれの2元相図内で、最終生成物であるCuInSeの融点(986℃)より高融点を有することが知られている(例えば、CuSeの融点は1,130℃を示す。)。このため、加熱処理によりCuSeとInSeを拡散させる場合、これらの化合物が未反応のまま残留する可能性がある。
そこで、InSe化合物層とCuSe化合物層との間に、これらの化合物よりも高融点を有する化合物を配置することにより、InSeとCuSeの相互拡散を制御することが可能となる。その結果、負極側には、わずかにCuが不足したカルコパイライト型のn型Cu−In−Se膜が形成され、一方、正極側には、わずかにInが不足したカルコパイライト型のp型Cu−In−Se膜が形成されると考えられる。
Generally, CuInSe 2 is a Cu 2 SE50 mol% and an In 2 Se 3 50 mole% is a stable compound, can be obtained by reacting. Here, it is known that both Cu 2 Se and In 2 Se 3 have a melting point higher than the melting point (986 ° C.) of CuInSe 2 which is the final product in each binary phase diagram (for example, Cu 2 Se has a melting point of 1,130 ° C.). Therefore, when diffusing the Cu 2 Se and an In 2 Se 3 by heat treatment, it is possible that these compounds remains remain unreacted.
Therefore, by disposing a compound having a higher melting point than these compounds between the InSe compound layer and the CuSe compound layer, mutual diffusion of InSe and CuSe can be controlled. As a result, a chalcopyrite n-type Cu—In—Se film slightly lacking Cu is formed on the negative electrode side, while a chalcopyrite p-type Cu slightly lacking In is formed on the positive electrode side. It is considered that an -In-Se film is formed.

さらに、Cu−Se系化合物のSe濃度と融点(℃)との関係は、Se濃度が33.3at%〜52.5at%の範囲で、融点(℃)が急激に変化することが分かっている。また、In−Se系化合物のSe濃度と融点(℃)との関係は、Se濃度が50at%〜60at%の範囲で、融点が急激に変化することが分かっている。
Cu−Se系化合物とIn−Se系化合物のこのような性質を利用することにより、p型半導体形成用前駆体層とn型半導体形成用前駆体層の融点を調整すると同時に、各化合物の拡散方向、拡散量の制御が可能である。
Furthermore, the relationship between the Se concentration and the melting point (° C.) of the Cu—Se compound is known to change rapidly when the Se concentration ranges from 33.3 at% to 52.5 at%. . Moreover, as for the relationship between Se concentration and melting | fusing point (degreeC) of an In-Se type compound, it is known that melting | fusing point changes rapidly in the range of Se concentration of 50at% -60at%.
By utilizing such properties of the Cu—Se compound and In—Se compound, the melting points of the p-type semiconductor forming precursor layer and the n-type semiconductor forming precursor layer are adjusted, and at the same time, the diffusion of each compound The direction and amount of diffusion can be controlled.

即ち、n型半導体形成用前駆体層を、Se濃度が50at%〜60at%の範囲で、Se濃度が増加すると融点が上昇するIn−Se系化合物を用いて成膜する。また、p型半導体形成用前駆体層を、Se濃度が33.3at%〜52.5at%の範囲で、Se濃度が増加すると融点が低下するCu−Se系化合物を用いて成膜する。そして、拡散制御用前駆体層に含まれるSeの濃度を調整することにより、p型半導体形成用前駆体層とn型半導体形成用前駆体層の各融点を制御し、同時に拡散の方向、拡散量を制御することが可能である。
また、この結果、複数の前駆体層の溶融拡散により生成する第1半導体層300,第2半導体層600にはpn接合が形成され、形成されたpn接合近傍の空乏層の幅、深さ方向の分布の制御も可能である。
That is, the n-type semiconductor forming precursor layer is formed using an In—Se compound in which the melting point increases as the Se concentration increases in the range of Se concentration from 50 at% to 60 at%. In addition, the p-type semiconductor forming precursor layer is formed using a Cu—Se-based compound whose melting point is lowered when the Se concentration is increased in the Se concentration range of 33.3 at% to 52.5 at%. Then, by adjusting the concentration of Se contained in the diffusion control precursor layer, the respective melting points of the p-type semiconductor formation precursor layer and the n-type semiconductor formation precursor layer are controlled, and at the same time, the direction of diffusion and diffusion It is possible to control the amount.
As a result, a pn junction is formed in the first semiconductor layer 300 and the second semiconductor layer 600 generated by melting and diffusion of the plurality of precursor layers, and the width and depth direction of the depletion layer in the vicinity of the formed pn junction It is also possible to control the distribution of.

次に、第1透明導電膜50と第2透明導電膜80を構成する材料は特に限定されず、本実施の形態では、周期表第IIB族、第IIIB族、第IVB族から選ばれる金属元素を含む透明導電膜材料が用いられる。
具体的には、例えば、周期表第IIB族から選ばれる金属元素を含む透明導電膜材料としては、ZnOにAlをドーパントとして添加したAZO、ZnOにGaをドーパントとして添加したGZO、ZnOにInをドーパントとして添加したIZO等の酸化亜鉛系金属材料等;周期表第IIIB族から選ばれる金属元素を含む透明導電膜材料としては、InにSnをドーパントとして添加したITO(Indium Tin Oxide)等の酸化インジウム系金属材料;第IVB族から選ばれる金属元素を含む透明導電膜材料としては、ドーパントを添加したSnO等の酸化スズ系金属材料等が挙げられる。
これらの中でも、金属元素としては、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、スズ(Sn)が好ましい。本実施の形態では、ZnO、ITO、SnOから選択された少なくとも1つを含む金属材料を用い、スパッタリングにより成膜することが好ましい。
Next, the material which comprises the 1st transparent conductive film 50 and the 2nd transparent conductive film 80 is not specifically limited, In this Embodiment, the metal element chosen from periodic table IIB group, IIIB group, and IVB group A transparent conductive film material containing is used.
Specifically, for example, as a transparent conductive film material containing a metal element selected from Group IIB of the periodic table, AZO added with Al as a dopant to ZnO, GZO added with Ga as a dopant to ZnO, and In to ZnO. A zinc oxide based metal material such as IZO added as a dopant; a transparent conductive film material containing a metal element selected from Group IIIB of the periodic table is ITO (Indium Tin Oxide) in which Sn is added to In 2 O 3 as a dopant. Examples of the transparent conductive film material containing a metal element selected from Group IVB include tin oxide-based metal materials such as SnO 2 to which a dopant is added.
Among these, zinc (Zn), indium (In), and tin (Sn) are preferable as the metal element. In this embodiment, it is preferable to form a film by sputtering using a metal material containing at least one selected from ZnO, ITO, and SnO 2 .

本実施の形態では、第1透明導電膜50は、ITO等の酸化インジウム系金属材料を用いて形成されている。また、第2透明導電膜80は、AZO、GZO、IZO等の酸化亜鉛系金属材料を用いて形成されている。第1透明導電膜50と第2透明導電膜80の厚さは、本実施の形態では、約0.5μm〜1.5μmである。
ここで、本実施の形態では、第1透明導電膜50と第2透明導電膜80は、透明且つ電気伝導度が高い導電薄膜として形成される。具体的には、可視光の波長領域380nm〜780nmで透過率が80%以上であり、電気抵抗率がおよそ1×10−3Ωcm以下であるという性質を有している。
In the present embodiment, the first transparent conductive film 50 is formed using an indium oxide-based metal material such as ITO. The second transparent conductive film 80 is formed using a zinc oxide-based metal material such as AZO, GZO, IZO. The thickness of the first transparent conductive film 50 and the second transparent conductive film 80 is about 0.5 μm to 1.5 μm in the present embodiment.
Here, in the present embodiment, the first transparent conductive film 50 and the second transparent conductive film 80 are formed as conductive thin films that are transparent and have high electrical conductivity. Specifically, it has a property that the transmittance is 80% or more in the visible light wavelength region of 380 nm to 780 nm, and the electrical resistivity is about 1 × 10 −3 Ωcm or less.

尚、本実施の形態では、第1半導体層300と第1透明導電膜50の間と、第2半導体層600と第2透明導電膜80の間とに、それぞれ、第1バッファ層40と第2バッファ層70を設けている。この場合、第1バッファ層40と第2バッファ層70を構成する材料は特に限定されないが、本実施の形態では、InS、ZnS等の硫化物を用いることが好ましい。これにより、第1半導体層300と第1透明導電膜50の間と、第2半導体層600と第2透明導電膜80の間との界面で発生する欠陥を抑制することができる。 In the present embodiment, the first buffer layer 40 and the first transparent conductive film 50, and the second semiconductor layer 600 and the second transparent conductive film 80, respectively, Two buffer layers 70 are provided. In this case, the material constituting the first buffer layer 40 and the second buffer layer 70 is not particularly limited, in the present embodiment, it is preferable to use a InS 3, sulfides such as ZnS. Thereby, defects generated at the interface between the first semiconductor layer 300 and the first transparent conductive film 50 and between the second semiconductor layer 600 and the second transparent conductive film 80 can be suppressed.

次に、本実施の形態が適用されるタンデム型薄膜太陽電池の製造方法の各工程を説明する。図3は、下部セルIを調製する工程を説明する図である。
図3(a)に示すように、2接合タンデム型薄膜太陽電池の第1の光電変換ユニットである下部セルIの調製では、真空状態に保たれたスパッタリング装置内で、先ず、絶縁基板である基板10上に、スパッタリングにより金属材料からなる裏面電極層(第1電極層)20を成膜する(第1電極層成膜工程)。次に、図3(b)に示すように、裏面電極層20上に、スパッタリングにより複数の前駆体層が順番に積層された第1半導体前駆体層30を成膜する(前駆体層成膜工程)。続いて、図3(c)に示すように、スパッタリングにより第1半導体前駆体層30上に第1バッファ層40を成膜し、次に、図3(d)に示すように、スパッタリングにより第1バッファ層40上に透明導電材料からなる第1透明導電膜50(第2電極層)を成膜する(第2電極層成膜工程)。各層は、スパッタ装置内において、スパッタリングにより一貫成膜される。
Next, each process of the manufacturing method of the tandem-type thin film solar cell to which this Embodiment is applied is demonstrated. FIG. 3 is a diagram illustrating a process of preparing the lower cell I.
As shown in FIG. 3A, in the preparation of the lower cell I which is the first photoelectric conversion unit of the two-junction tandem thin-film solar cell, first, an insulating substrate is used in a sputtering apparatus kept in a vacuum state. A back electrode layer (first electrode layer) 20 made of a metal material is formed on the substrate 10 by sputtering (first electrode layer forming step). Next, as shown in FIG. 3B, a first semiconductor precursor layer 30 in which a plurality of precursor layers are sequentially stacked is formed on the back electrode layer 20 by sputtering (precursor layer deposition). Process). Subsequently, as shown in FIG. 3C, a first buffer layer 40 is formed on the first semiconductor precursor layer 30 by sputtering, and then, as shown in FIG. A first transparent conductive film 50 (second electrode layer) made of a transparent conductive material is formed on one buffer layer 40 (second electrode layer film forming step). Each layer is formed in a sputtering apparatus consistently by sputtering.

続いて、上部セルIIを積層する工程を説明する。
図4は、下部セルIに上部セルIIを積層する工程を説明する図である。2接合タンデム型薄膜太陽電池の第2の光電変換ユニットである上部セルIIの調製では、図4(a)に示すように、スパッタリングにより、第2の光電変換ユニットの第1電極層に相当する下部セルIの第1透明導電膜50上に、複数の前駆体層が順番に積層された第2半導体前駆体層60を成膜する(前駆体層成膜工程)。続いて、図4(b)に示すように、スパッタリングにより第2半導体前駆体層60上に第2バッファ層70と、第2の光電変換ユニットの第2電極層に相当する第2透明導電膜80を順番に成膜する(第2電極層成膜工程)。このように、上部セルIIの各層は、スパッタ装置内において、スパッタリングにより一貫成膜される。
Subsequently, a process of stacking the upper cell II will be described.
FIG. 4 is a diagram illustrating a process of stacking the upper cell II on the lower cell I. In the preparation of the upper cell II which is the second photoelectric conversion unit of the two-junction tandem thin film solar cell, as shown in FIG. 4A, it corresponds to the first electrode layer of the second photoelectric conversion unit by sputtering. On the 1st transparent conductive film 50 of the lower cell I, the 2nd semiconductor precursor layer 60 in which the several precursor layer was laminated | stacked in order is formed into a film (precursor layer film-forming process). Subsequently, as shown in FIG. 4B, the second transparent conductive film corresponding to the second buffer layer 70 and the second electrode layer of the second photoelectric conversion unit on the second semiconductor precursor layer 60 by sputtering. 80 are sequentially formed (second electrode layer forming step). As described above, each layer of the upper cell II is formed by sputtering in the sputtering apparatus.

次に、図4(c)に示すように、第2透明導電膜80側から、電磁波としての赤外線200を一定時間照射し、前述した複数のp型半導体形成用前駆体層、拡散制御用前駆体層及びn型半導体形成用前駆体層から構成される第1半導体前駆体層30と第2半導体前駆体層60を加熱する。本実施の形態では、赤外線200の光源としてはハロゲンランプが好ましい。
赤外線200を照射されたp型半導体形成用前駆体層、拡散制御用前駆体層及びn型半導体形成用前駆体層の各層に含まれる化合物は、溶融拡散により相互に拡散する。そして、下部セルIと上部セルIIに、それぞれp型半導体層及びn型半導体層からなる第1半導体層300と第2半導体層600が形成される。
Next, as shown in FIG. 4C, infrared rays 200 as electromagnetic waves are irradiated for a certain period of time from the second transparent conductive film 80 side, and the plurality of p-type semiconductor forming precursor layers and the diffusion control precursor described above. The first semiconductor precursor layer 30 and the second semiconductor precursor layer 60 composed of the body layer and the n-type semiconductor forming precursor layer are heated. In the present embodiment, a halogen lamp is preferable as the light source of the infrared ray 200.
The compounds contained in each of the p-type semiconductor forming precursor layer, the diffusion control precursor layer, and the n-type semiconductor forming precursor layer irradiated with the infrared rays 200 diffuse to each other by melt diffusion. Then, a first semiconductor layer 300 and a second semiconductor layer 600 made of a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer are formed in the lower cell I and the upper cell II, respectively.

ここで、p型半導体形成用前駆体層とn型半導体形成用前駆体層との間に設けた拡散制御用前駆体層は、隣接するp型半導体形成用前駆体層とn型半導体形成用前駆体層との相互拡散を制御するための拡散制御層として機能する。具体的には、拡散制御用前駆体層が溶融拡散することにより、隣接するp型半導体形成用前駆体層とn型半導体形成用前駆体層とのそれぞれの界面の融点を高め、p型半導体形成用前駆体層側からn型半導体形成用前駆体層側に、p型半導体を生成する元素が拡散することが抑制される。   Here, the diffusion control precursor layer provided between the p-type semiconductor formation precursor layer and the n-type semiconductor formation precursor layer is adjacent to the p-type semiconductor formation precursor layer and the n-type semiconductor formation layer. It functions as a diffusion control layer for controlling interdiffusion with the precursor layer. Specifically, the diffusion control precursor layer melts and diffuses to increase the melting point of each interface between the adjacent p-type semiconductor formation precursor layer and the n-type semiconductor formation precursor layer, and thereby the p-type semiconductor. Diffusion of an element that generates a p-type semiconductor from the forming precursor layer side to the n-type semiconductor forming precursor layer side is suppressed.

その後、スパッタリングにより、第2透明導電膜80上に集電のための櫛形電極(負極)90を設け、また、スパッタリングまたは導電性ペーストを印刷することにより裏面電極層20上に電極(正極)を設置し(図示せず)、タンデム型薄膜太陽電池100が製造される。   Thereafter, a comb-shaped electrode (negative electrode) 90 for collecting current is provided on the second transparent conductive film 80 by sputtering, and an electrode (positive electrode) is formed on the back electrode layer 20 by sputtering or printing a conductive paste. Installed (not shown), the tandem thin film solar cell 100 is manufactured.

尚、赤外線200を照射する方向は、必ずしも第2透明導電膜80側に限定する必要はなく、例えば、基板10が赤外線200を透過する強化ガラス製のものであれば、基板110側から赤外線200を照射することも可能である。   The direction in which the infrared ray 200 is irradiated is not necessarily limited to the second transparent conductive film 80 side. For example, if the substrate 10 is made of tempered glass that transmits the infrared ray 200, the infrared ray 200 is emitted from the substrate 110 side. It is also possible to irradiate.

尚、以上の説明は、本発明の実施の形態を説明するための一例に過ぎず、本発明は本実施の形態に限定されるものではない。
本発明は複数の元素から構成される半導体層と、これを挟む二つの電極層を備える光発電素子や、このような構造を有するタンデム型薄膜太陽電池の製造方法に応用することができる。例えば、Cd−Te系に代表されるIII−V族半導体、Cu−In−Se系に代表されるI−III−VI族半導体、Cu−Zn−Sn−S系化合物に代表されるI−II−IV−VI族半導体、II−IV−V族半導体、Si−Ge系等の2種類以上の元素からなるIV族半導体に適用することも可能である。
In addition, the above description is only an example for demonstrating embodiment of this invention, and this invention is not limited to this embodiment.
The present invention can be applied to a photovoltaic device including a semiconductor layer composed of a plurality of elements and two electrode layers sandwiching the semiconductor layer, and a method for manufacturing a tandem thin film solar cell having such a structure. For example, a III-V group semiconductor typified by a Cd-Te system, an I-III-VI group semiconductor typified by a Cu-In-Se system, and an I-II typified by a Cu-Zn-Sn-S system compound The present invention can also be applied to an IV group semiconductor composed of two or more elements such as an -IV-VI group semiconductor, an II-IV-V group semiconductor, and a Si-Ge group.

以上、詳述したように、本発明が適用されるタンデム型薄膜太陽電池の製造方法によれば、光電変換ユニットの半導体層に含まれる元素から構成される複数の半導体前駆体層と、半導体前駆体層以外の各層を予め成膜した後、加熱することにより、半導体層の結晶とpn接合を同時に形成することにより、高速一貫成膜を可能となる。
尚、半導体前駆体層の構成方法は、各半導体層の各構成元素により最適な方法は異なるが、基本的には、少なくとも3層の半導体前駆体層を設け、n型を形成しやすい半導体前駆体層を負極側に、p型を形成しやすい半導体前駆体層を正極側に設け、さらに、これらの層の間に、これらの層の相互拡散を制御するための拡散制御層を設けることが極めて重要である。
As described above in detail, according to the method for manufacturing a tandem-type thin film solar cell to which the present invention is applied, a plurality of semiconductor precursor layers composed of elements contained in a semiconductor layer of a photoelectric conversion unit, and a semiconductor precursor By forming each layer other than the body layer in advance and then heating, the crystal of the semiconductor layer and the pn junction are simultaneously formed, thereby enabling high-speed consistent film formation.
The method for configuring the semiconductor precursor layer differs depending on each constituent element of each semiconductor layer. However, basically, at least three semiconductor precursor layers are provided to easily form an n-type semiconductor precursor. A body layer is provided on the negative electrode side, a p-type semiconductor precursor layer is provided on the positive electrode side, and a diffusion control layer for controlling interdiffusion of these layers is provided between these layers. Very important.

10…基板、20…裏面電極層、30…第1半導体前駆体層、40…第1バッファ層、50…第1透明導電膜、60…第2半導体前駆体層、70…第2バッファ層、80…第2透明導電膜、90…櫛形電極(負極)、100…タンデム型薄膜太陽電池、100A…タンデム型太陽電池前駆体、200…赤外線、300…第1半導体層、600…第2半導体層、I…下部セル、II…上部セル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Board | substrate, 20 ... Back electrode layer, 30 ... 1st semiconductor precursor layer, 40 ... 1st buffer layer, 50 ... 1st transparent conductive film, 60 ... 2nd semiconductor precursor layer, 70 ... 2nd buffer layer, DESCRIPTION OF SYMBOLS 80 ... 2nd transparent conductive film, 90 ... Comb-shaped electrode (negative electrode), 100 ... Tandem-type thin film solar cell, 100A ... Tandem-type solar cell precursor, 200 ... Infrared, 300 ... 1st semiconductor layer, 600 ... 2nd semiconductor layer , I ... Lower cell, II ... Upper cell

Claims (5)

基板上に積層された複数の光電変換ユニットを備えたタンデム型薄膜太陽電池の製造方法であって、
光電変換ユニットの第1電極層を形成する第1電極層成膜工程と、
成膜された前記第1電極層上に複数の半導体前駆体層を成膜する前駆体層成膜工程と、
成膜された前記半導体前駆体層上に第2電極層を成膜する第2電極層成膜工程と、
前記第1電極層と前記第2電極層との間に前記半導体前駆体層とが成膜された前記光電変換ユニットの複数個を積層した後に、当該光電変換ユニットの前記半導体前駆体層を加熱し、半導体の結晶を生成させる前駆体層拡散工程と、
を有することを特徴とするタンデム型薄膜太陽電池の製造方法。
A method for producing a tandem thin film solar cell including a plurality of photoelectric conversion units stacked on a substrate,
A first electrode layer forming step of forming a first electrode layer of the photoelectric conversion unit;
A precursor layer film forming step of forming a plurality of semiconductor precursor layers on the formed first electrode layer;
A second electrode layer film forming step of forming a second electrode layer on the semiconductor precursor layer formed;
After laminating a plurality of the photoelectric conversion units in which the semiconductor precursor layer is formed between the first electrode layer and the second electrode layer, the semiconductor precursor layer of the photoelectric conversion unit is heated. And a precursor layer diffusion step for generating semiconductor crystals,
A method for producing a tandem-type thin-film solar cell.
前記第1電極層、複数の前記半導体前駆体層、前記第2電極層は、いずれもスパッタリングにより成膜されることを特徴とする請求項1に記載のタンデム型薄膜太陽電池の製造方法。   2. The method of manufacturing a tandem thin-film solar cell according to claim 1, wherein the first electrode layer, the plurality of semiconductor precursor layers, and the second electrode layer are all formed by sputtering. 前記前駆体層拡散工程において、複数の前記半導体前駆体層を、溶融拡散により相互に拡散させることを特徴とする請求項1又は2に記載のタンデム型薄膜太陽電池の製造方法。   The method for producing a tandem-type thin film solar cell according to claim 1 or 2, wherein in the precursor layer diffusion step, the plurality of semiconductor precursor layers are diffused mutually by melt diffusion. 前記前駆体層拡散工程により生成する半導体は、カルコパイライト型化合物の結晶により構成されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のタンデム型薄膜太陽電池の製造方法。   The method for producing a tandem thin film solar cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the semiconductor produced by the precursor layer diffusion step is composed of crystals of chalcopyrite type compounds. 前記前駆体層拡散工程により生成する半導体は、少なくとも銅(Cu)、インジウム(In)及びセレン(Se)が含有されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のタンデム型薄膜太陽電池の製造方法。   5. The semiconductor according to claim 1, wherein the semiconductor generated by the precursor layer diffusion step contains at least copper (Cu), indium (In), and selenium (Se). A method for producing a tandem thin film solar cell.
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JP2020186454A (en) * 2019-05-16 2020-11-19 株式会社豊田中央研究所 Artificial photosynthetic cell

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