JP2010541261A - 太陽電池の製造方法 - Google Patents

太陽電池の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2010541261A
JP2010541261A JP2010527392A JP2010527392A JP2010541261A JP 2010541261 A JP2010541261 A JP 2010541261A JP 2010527392 A JP2010527392 A JP 2010527392A JP 2010527392 A JP2010527392 A JP 2010527392A JP 2010541261 A JP2010541261 A JP 2010541261A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
cdte
ppd
cds
deposition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2010527392A
Other languages
English (en)
Inventor
タリアーニ，カルロ
ノザール，ペトル
Original Assignee
タリアーニ，カルロ
ノザール，ペトル
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by タリアーニ，カルロ, ノザール，ペトル filed Critical タリアーニ，カルロ
Publication of JP2010541261A publication Critical patent/JP2010541261A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1828—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, CdTe
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0623—Sulfides, selenides or tellurides
    • C23C14/0629—Sulfides, selenides or tellurides of zinc, cadmium or mercury
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C23C14/28—Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation
    • C23C14/30—Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation by electron bombardment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02422—Non-crystalline insulating materials, e.g. glass, polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02425—Conductive materials, e.g. metallic silicides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02491—Conductive materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02551—Group 12/16 materials
    • H01L21/02557—Sulfides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02551—Group 12/16 materials
    • H01L21/02562—Tellurides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02623—Liquid deposition
    • H01L21/02628—Liquid deposition using solutions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02631—Physical deposition at reduced pressure, e.g. MBE, sputtering, evaporation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/543—Solar cells from Group II-VI materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

支持体、硫化カドミウム（ＣｄＳ）の層、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）の層、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）の層、導電性金属の層、及び随意でバッファ材料の層を有する太陽電池の製造方法であって、ＣｄＳの層及びＣｄＴｅの層をパルスプラズマ蒸着（ＰＰＤ）法により堆積させる太陽電池の製造方法を提供する。また、上述の方法により得られる太陽電池を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、硫化カドミウム（ＣｄＳ）及びテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）の薄層に基づく太陽電池の製造方法に関する。
テルル化カドミウムは、１．４５ｅＶの値（これはきわめて有利である）のいわゆる「エネルギーギャップ」によって特徴付けられるので、太陽電池の製造に特に適していることが知られている光活性物質である。さらに、数マイクロメートル（μｍ）の厚さのＣｄＴｅの多結晶質層は、物理蒸着法（ＰＶＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）、近接空間昇華法（ＣＳＳ）、スクリーン印刷法、スプレー法などを含めた幾つかの技術によって簡単に堆積させることができる。しかしながら、このような技術は一般に、電池の活性層の特性を最適化するために、堆積後にある種の処理を必要とする。
ＣｄＴｅは、１９６０年代に初めて太陽電池の製造に使用され、１９７０年代の終わりにはこのような電池の効率は９％の値に達した。使用される生産工程は、この材料の堆積の段階において酸素を導入し、高温（５６０〜５８０℃）で処理することによって、ＣｄＴｅのドーピングを伴っている。酸素雰囲気中での堆積後の処理も、効率の１〜２％の増加に貢献する。しかしながらこの方法は、ほとんど制御不能であり、且つ特にその手順にとって必要な耐熱ガラスから作られる基板の高コストのせいで、費用がかかるために、ほとんど現実的でないことが明らかになった。
その後、１９８０年代に近接空間蒸気輸送（Ｃｌｏｓｅｄ Ｓｐａｃｅ Ｖａｐｏｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ）（ＣＳＶＴ）タイプのＣｄＴｅ堆積方法が開発された。この方法は、６５０℃の温度まで急速に加熱されるという耐熱ガラス支持体の有利な特性を利用する。次いで、６００℃に加熱した供給源によってＣｄＴｅを堆積させる。
電解タイプの堆積方法も、１９８０年代に開発された。この場合、９０℃の温度のＣｄＳＯ４及びＴｅ２Ｏ３の水溶液を使用する。しかしながら、このような電解法は、ＣｄＴｅ層の化学量論的なゆらぎの発生を防止するために堆積速度を低く保たねばならないので、堆積のために長時間を必要とする。
スクリーン印刷技術は、その代わりにＣｄ及びＴｅの微粉粒子の懸濁液を使用し、これを支持体上に堆積し、次いで高温（７００℃を超える）で熱処理することよって、比較的厚いＣｄＴｅ層に転化する。この場合もまた、適切な基板のコストのせいで、この方法は費用がかかる。
スプレータイプの堆積方法は、Ｃｄ及びＴｅを含有する成分の水溶液を使用し、それを霧状にし、支持体上へ液滴の形で堆積させ、これを４００℃まで加熱する。堆積されるＣｄＴｅ層は多孔質構造体を形成する傾向があるので、堆積は厚い層が形成されるようにして行わなければならない。これは、その後に堆積されることになる層を構成する材料がＣｄＴｅ層のキャビティ内へ浸透するのを妨害するのに役立つことがある。この側面は、霧化段階の間にむだになる大量の材料と相まって、スプレー法を比較的厄介なものにする。
したがって、低コスト前駆体を過度でない量で使用し、比較的低温の条件を使用し、且つ太陽電池の費用のかからない大量生産を可能にするように産業分野で容易に応用できる、ＣｄＳ及びＣｄＴｅに基づく太陽電池の製造方法の開発の必要性が存在する。
本発明の目的は、費用がかからず且つ実現が容易なＣｄＳ及びＣｄＴｅに基づく太陽電池の製造方法を提供することである。
この目的の範囲内で本発明の目標は、産業分野において容易に実施することができる方法を提供することである。
本発明の別の目標は、信頼度が高く、比較的実施が容易で、且つ競争力のあるコストの方法を提供することである。
後に本明細書中で一層よく明らかになるであろうこの目的とこれら及び他の目標は、支持体と、硫化カドミウム（ＣｄＳ）の層と、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）の層と、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）の層と、導電性金属の層と、随意でバッファ材料の層とを含む太陽電池の製造方法であって、ＣｄＳの層及びＣｄＴｅの層をパルスプラズマ堆積（ＰＰＤ）法によって堆積させることを特徴とする太陽電池の製造方法によって達成される。
さらに、本発明の目的及び目標はまた、本発明の方法により得ることができる太陽電池によって達成される。
本発明のさらなる特徴及び利点は、添付図面中で非限定的な例として示す本発明の方法及び太陽電池の好ましくはあるが排他的ではない実施形態の説明からさらに明らかになるはずである。
本発明による方法を実施するのに適したＰＰＤ法に従って機能する装置の概念図である。 ターゲット上のＰＰＤ装置の一部でのアブレーション及びプラズマ発生の影響を示す図であり、ここでは、ガラス毛管の電子パルスの一次プラズマと、ターゲットの表面に電子パルスが到着することによって引き起こされる微小爆発により生ずるターゲット材料の二次プラズマとを見ることができる。 本発明の方法の１つの実施形態により得ることができる太陽電池の概念図である。 本発明の方法の１つの実施形態により得ることができる太陽電池の写真である。
その態様の１つにおいて本発明は、高エネルギー（２５ｋｅＶまで）での電子パルスの発生に基づいてパルスプラズマ蒸着（ＰＰＤ）技術を適合させることによって、且つ上記パルスを発生させるようにした装置と合わせて、特許文献１（参照により本明細書中に含まれたものとみなす）に開示されている低圧（１０−６〜１０−２ｍｂａｒ）の酸素、アルゴン、又は窒素などの作動ガスにより生ずるプラズマによって、光活性材料（ＣｄＳ及びＣｄＴｅ）の層及び随意でバッファ材の層を堆積させることに関する。使用される装置の概念図を図１に示す。このような装置は、ガスを入れた第一誘電体チューブ（ガラスバルブ）と、この第一チューブにつながった中空カソードと、このカソードにつながっており且つ少なくとも１個のターゲット及び支持体がその内部に配置された蒸着チャンバにつながっている第二誘電体チューブ（ガラス管）と、この第二誘電体チューブの周囲に配列されているアノードと、カソード及びアノードに電圧を印加するための手段（高電圧ＨＶ源及びキャパシターバンク）とを備える。
適切な電圧及び／又はガス圧力を加えることにより、中空カソード近傍に電子及びプラズマを発生させる。
次いでこの電子及びプラズマを取り出し、中空カソードとアノードの間の電位差（２５ｋＶに達する）により加速し、アノードとターゲットの間の等電位領域の第二誘電体チューブ内を通過させる。堆積させる材料で構成されるターゲットの表面に与えられる加速電子のパルスの衝撃によって、パルスのエネルギーがターゲット材料に移り、そのアブレーション、すなわち「プルーム」としても知られるターゲット材料のプラズマの形態での表面の爆発を引き起こし、それが支持体（基板）の方向に広がり、支持体に堆積する（図１）。
低圧ガスのイオン伝導性が、電子により発生した空間電荷に対する静電遮蔽を保証する。この結果、自立した（ｓｅｌｆ−ｓｕｓｔａｉｎｅｄ）ビームを、高いエネルギー密度及び出力で加速し、大地電圧に保たれたターゲットに向けることができる。これにより、ターゲット表面下での爆発（アブレーション又は「爆発昇華」過程）が起こり、適切なターゲットから材料が取り出される。こうしてプルームを形成し、それがターゲットの表面に対して垂直に拡がる。
アブレーション深さは、ビームのエネルギー密度によって、パルスの持続時間によって、ターゲットを構成する材料の気化熱及び熱伝導率によって、及び適切なターゲットの密度によって決まる。
ターゲット表面と支持体表面の間の経路において、プルームの材料は、蒸着チャンバ中に低圧（１０−６〜１０−２ｍｂａｒ）で存在する作動ガスと相互作用を起こす。ここで、この作業ガスは、そのままであっても、酸素、アルゴン、窒素を添加されていても、ドーピングされていてもよい。パルスの電子の少ない部分（約１％）のみが、カソードとアノードの間の電位差の全てによって加速される。大部分の電子のエネルギーは、５００ｅＶを超えない。材料の堆積速度（膜成長速度）は、電子パルスの発生速度（繰返し数）、カソードとアノードの間の電位の差、及び対応する平均電流（約３〜５０ｍＡ）、及びターゲットと支持体の間の距離によって制御することができる。
さらに、例えば支持体ホルダー中に組み込まれた加熱器によって、支持体の適切な温度を選択及び固定して、支持体上の膜の成長を最適化することができる。
本発明による方法の範囲内では、ＣｄＳ及びＣｄＴｅ材料に基づく太陽電池を製造するために、ＰＰＤ法を使用することができる。この電池は、支持体（基板）と、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）の層と、導電性金属層と、ＣｄＳ及びＣｄＴｅの層と、随意でバッファ材の層とを含む。ここで用語「バッファ材」は、ＣｄＴｅの層とのオーム接触を与えるのに適した半導体材料に言及するために用いられ、したがって５．７ｅＶよりも高い仕事関数を特徴とする。
電池を構成する層を堆積させる配置順（順序）は、「普通」でも「逆」でもよい。一般には、普通の配置順による堆積の場合、これまで使用されてきた堆積技術は、剛性基板、例えばガラス又は別の無機の透明な耐熱材料を常に必要としてきた。この必要性は、そのような技術の熱処理で用いられる高温に対する耐性を保証する必要性から生ずる。これに対してＰＰＤ法は、層の堆積の配置順には関係なく、電池を構成する後続の層をその上に堆積させる剛性又は可撓性の支持体を使用することを可能にする。好適な剛性支持体は、例えばガラス板、石英板、又はより一般的に、耐熱性で透明な剛性材料の板である。あるいは、可撓性支持体の例は、金属板、又は有機材料、例えばポリカーボネート（ＰＣ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）によって構成される。
本発明による方法の一実施形態では、層は、本明細書で「普通の配置順」として特定される配置順で堆積される。この「普通の配置順」による電池の製造方法では、支持体（例えばガラス板）をまず、例えばインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ、すなわちＩｎ２Ｏ３とＳｎＯ２の混合物）、又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの透明導電性酸化物（ＴＣＯ）の薄層で被覆する。支持体をガラス板により構成する場合、それは、太陽電池の構造用支持体としてだけでなく、光入射用の透明窓としても機能する。ＴＣＯ層は、透明な前面接触を構成する。ＣｄＳの薄層は、このＴＣＯ層上に堆積され、下にあるＴＣＯとのオーム接触をもたらし、また同時に、構造体の「ｐ−ｎ」界面の「ｎ」部分をもたらす。ここで、この構造体は、半導体の「ｐ」部分において光子を吸収することによって発生する電荷を分離するために使用される。この「ｐ」型半導体は、ＣｄＳの層上に堆積されるＣｄＴｅの層によって構成される。続いて、バッファ材料の層を、随意でこのＣｄＴｅ層上に堆積させることができる。例えばバッファ材料は、テルル化アンチモン（Ｓｂ２Ｔｅ３）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、アンチモン（Ｓｂ）、セレン化チタン（ＴｉＳｅ２）、硫化銅（ＣｕｘＳ）、又はリン化ニッケル（Ｎｉ２Ｐ）であることができる。好ましくはバッファ材料はＳｂ２Ｔｅ３である。この構造は、後面接触を構成する金属の層を堆積することによって完成される。
しかしながら、この普通の配置順による太陽電池の製造において剛性支持体に頼ることは、製造において幾つかの不都合及び限界を招く恐れがある。すなわち、電池に光を取り入れるための窓としての機能において、ガラス板などの支持体は、投入されるエネルギーのかなりの損失を引き起こす可能性があり、さらに、このような支持体の剛性は、柔軟な構造を有することが必要な用途を妨げて、その電池の設計目的とされ得る用途に影響を及ぼす。
ＰＰＤ法の使用によって、本発明による方法は、普通の配置順とは逆の順序で電池の層を堆積させる太陽電池の製造を可能にする。以下では、このようにして得られる電池の構造を「逆の配置順」として言及する。この種類の電池を得るためには、金属支持体、又は導電金属層を備えた材料を使用する。このような支持体は、可撓性（例えば金属板、又はＰＣ、ＰＴＦＥ若しくはＰＥＴ）、又は剛性であることができる。金属板などの金属支持体は、電気接触としての役割を直接果たすことができる。可撓性支持体の選択は、電池に柔軟な構造を与え、またより容易な加工を可能にする。随意でその上にバッファ材料（好ましくはＳｂ２Ｔｅ３、ＺｎＴｅ、Ｓｂ、ＴｉＳｅ２、ＣｕｘＳ、又はＮｉ２Ｐ、より好ましくはＳｂ２Ｔｅ３）の層を堆積することができる支持体上に、ＰＰＤ法によってＣｄＴｅの層を堆積させる。続いて、ＣｄＳの層をＰＰＤ法によって堆積させ、そして最後に、ＴＣＯ層を堆積させる。具体的にはＴＣＯは酸化亜鉛（ＺｎＯ）であることができ、この材料は、太陽電池に利用するための透明酸化物として特に適していることが明らかである。ＴＣＯがＩＴＯである電池と比較すると、電池のための透明窓として酸化亜鉛を使用することによって、約２５％の電池効率の増加が達成される。これは、赤色及び赤外線に対応する太陽スペクトル部分の光に対して、酸化亜鉛の透明度がより高いためである。さらに、スクリーン印刷によって、細かい金属メッシュの電荷コレクタ（電気接触）を堆積させることができる。最後に、保護層として働く追加のＳｉＯｘの薄層を堆積させることができる。
本発明による方法では、普通構造を有する電池の製造及び逆構造を有する電池の製造の両方において、ＣｄＳ層の堆積を、圧縮した非焼結のＣｄＳのターゲットを使用して行うことができる。さらに、ＣｄＳ層を堆積させるためのステップは、２００〜５５０℃、好ましくは３００℃の温度において、０．１〜３０体積％の六フッ化イオウ（ＳＦ６）及び７０〜９９．９体積％のアルゴン、好ましくは２体積％のＳＦ６及び９８体積％のアルゴンを含む成膜ガスの存在下で、１×１０−３〜１×１０−２ｍｂａｒの範囲、好ましくは４×１０−３〜５×１０−３ｍｂａｒの範囲のガス圧力において、且つ６〜１８ｋＶ、好ましくは８ｋＶのＰＰＤ法による加速で行うことができる。このＣｄＳ層の厚さは、４０〜１５０ｎｍ、好ましくは８０ｎｍであることができる。
ＣｄＴｅ層の堆積は、５０〜１００重量％、好ましくは８５重量％のＣｄＴｅ、０〜４０重量％、好ましくは１０重量％の塩化テルル（ＴｅＣｌ４）、及び０〜４０重量％、好ましくは５重量％の塩化カドミウム（ＣｄＣｌ２）を含む圧縮した非焼結のターゲットを使用して行うことができる。さらに、ＣｄＴｅの層の堆積は、２００〜５５０℃、好ましくは４００℃の温度において、０〜５０体積％の酸素及び５０〜１００体積％のアルゴン、好ましくは１０体積％の酸素及び９０体積％のアルゴンを含む成膜ガスの存在下で、１×１０−３〜１×１０−２ｍｂａｒの範囲、好ましくは４×１０−３ｍｂａｒの範囲のガス圧力において、且つ６〜１８ｋＶ、好ましくは８ｋＶのＰＰＤ法による加速で行われる。堆積させたＣｄＴｅ層は、０．５〜１５μｍ、好ましくは３〜８μｍ、より好ましくは６μｍの厚さを有することができる。
ＣｄＳ及びＣｄＴｅ層の堆積後、加熱を４００〜６５０℃、好ましくは５００℃の温度で、１〜６０分間、好ましくは１５分間にわたって、１×１０−７〜１×１０−５ｍｂａｒ、好ましくは１×１０−６ｍｂａｒの圧力において行う。このステップは、ＣｄＳ層及びＣｄＴｅ層の再結晶化、ＣｄＳとＣｄＴｅとの接触領域におけるイオウとテルルの相互拡散、及びＣｄＴｅ層のテルルの富化を生じさせる。
随意のバッファ材料の堆積は、ＰＰＤ法によって行うことができ、また２００〜５５０℃、好ましくは３００℃の温度において、１００体積％のアルゴンを含む成膜ガスの存在下で、１×１０−３〜１×１０−２ｍｂａｒの範囲、好ましくは３×１０−３ｍｂａｒのガス圧力において、且つ６〜１８ｋＶ、好ましくは８ｋＶのＰＰＤ法による加速で行うことができる。
適切な金属（銅、モリブデン）、又は導電性炭素若しくは銀のコーティングを堆積させることによって、金属導電層を設けることができる。
ＰＰＤ技術は、前述のすべての堆積材料に適合し、またその材料は、化学量論的性質、結晶構造、及び電子構造形状（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｓｈａｐｅ）に関して変更されずに、その堆積工程において対応するターゲットから支持体へと移行する。さらに、ＰＰＤ技術により堆積される層間の相互作用は、「伝統的な」方法（レーザアブレーション、近接空間昇華法、マグネトロンスパッタリング）によって堆積される層間に存在する相互作用に相当することが確認された。
具体的には、堆積の間の支持体の回転は、組成物の厚さの高度な均等性及び層の連続性につながることを確認した。実際に支持体の回転は、下にある層の中のピンホールの存在を実質的に減少させ、したがって短絡の点で電池の品質を高める。
さらに、「クリーンチャンバ」工程の使用、すなわち個々の層の表面を環境条件（特に大気中に含まれる水分）にさらすことなしにすべての層を完全に連続して堆積させることは、太陽電池のさらなる最適化を可能にする。具体的には「クリーンチャンバ」工程は、電池を製造するために必要なすべてのターゲットを保持し且つ「クリーンチャンバ」に収容できるターゲットホルダーを使用することによって実現することができる。
電池効率の増加に対するさらなる貢献は、ＴＣＯとしてＺｎＯを使用することによって達成される。ＺｎＯを用いた電池とＩＴＯを用いた電池との比較は、ＩＴＯを備えた同じ電池と比べて、ＺｎＯ電池の効率の方が２５％高いことを明らかにする。
実際に、本発明による方法は、激しくない操作条件で、且つ工業的規模にも適用可能な手順によって、ＣｄＳ及びＣｄＴｅの活性層を太陽電池に素早く与えることを可能にするので、意図する目的を完全に達成することが分かった。
上記の方法は、非常に多くの修正形態及び変形形態を許すことができ、それらのすべては、別添の特許請求の範囲の範囲内にあり、さらに前述の発明を実施するための形態のすべてを、他の技術的に等価の要素と置き換えることができる。
実際には、使用される材料及び寸法は、要求及び技術水準に応じて任意のものであることができる。
本出願が優先権を主張するイタリア特許出願第ＭＩ２００７Ａ００１９０７号明細書中の開示内容は、ここで参照して本明細書中の記載に含める。

Claims (35)

  1. 支持体と、硫化カドミウム（ＣｄＳ）の層と、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）の層と、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）の層と、導電性金属の層と、随意でバッファ材料の層とを有する太陽電池の製造方法であって、前記ＣｄＳの層及び前記ＣｄＴｅの層を、パルスプラズマ堆積（ＰＰＤ）法によって堆積させる、太陽電池の製造方法。
  2. （ａ）透明導電性酸化物（ＴＣＯ）の層によって被覆されている支持体上に、ＰＰＤ法によってＣｄＳの層を堆積させるステップ、
    （ｂ）前記ＣｄＳの層上に、ＰＰＤ法によってＣｄＴｅの層を堆積させるステップ、
    （ｃ）堆積させた前記材料の層を、１×１０−７〜１×１０−５ｍｂａｒの圧力において４００〜６５０℃の温度で１〜６０分間加熱するステップ、及び
    （ｄ）前記ＣｄＴｅ層上に導電性金属の層を堆積させるステップ、
    を含む、請求項１に記載の方法。
  3. ステップ（ｄ）に先立って、前記ＣｄＴｅの層上に、ＰＰＤ法によってバッファ材料の層を堆積させる、請求項２に記載の方法。
  4. （ａ）金属支持体上、又は導電金属の層によって被覆された支持体上に、ＰＰＤ法によってＣｄＴｅの層を堆積させるステップ、
    （ｂ）前記ＣｄＴｅの層上に、ＰＰＤ法によってＣｄＳの層を堆積させるステップ、
    （ｃ）堆積させた前記材料の層を、１×１０−７〜１×１０−５ｍｂａｒの圧力において４００〜６５０℃の温度で１〜６０分間加熱するステップ、及び
    （ｄ）前記ＣｄＳの層上に透明導電性酸化物（ＴＣＯ）の層を堆積させるステップ、
    を含む、請求項１に記載の方法。
  5. ステップ（ａ）に先立って、前記支持体上に、ＰＰＤ法によってバッファ材料の層を堆積させる、請求項２に記載の方法。
  6. 前記支持体が剛性又は可撓性である、請求項２又は４に記載の方法。
  7. 前記剛性支持体が、ガラス、石英、及び無機の透明且つ耐熱性の材料からなる群より選択される、請求項６に記載の方法。
  8. 前記可撓性支持体が、金属板及び固形有機材料からなる群より選択される、請求項６に記載の方法。
  9. 前記固形有機材料が、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる群より選択される、請求項８に記載の方法。
  10. 前記ＣｄＳの層の堆積を、２００〜５５０℃の温度において、０．１〜３０体積％の六フッ化イオウ（ＳＦ６）及び７０〜９９．９体積％のアルゴンを含む成膜ガスの存在下で、１×１０−３〜１×１０−２ｍｂａｒのガス圧力において、且つ６〜１８ｋＶのＰＰＤ法による加速で行う、請求項２又は４に記載の方法。
  11. 前記温度が３００℃である、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記成膜ガスが、２体積％のＳＦ６及び９８体積％のアルゴンを含む、請求項１０に記載の方法。
  13. 前記ガス圧力が、４×１０−３〜５×１０−３ｍｂａｒの範囲にある、請求項１０に記載の方法。
  14. ＰＰＤ法による前記加速が８ｋＶである、請求項１０に記載の方法。
  15. 前記ＣｄＴｅの層の堆積を、２００〜５５０℃の温度において、０〜５０体積％の酸素及び５０〜１００体積％のアルゴンを含む成膜ガスの存在下で、１×１０−３〜１×１０−２ｍｂａｒのガス圧力において、且つ６〜１８ｋＶのＰＰＤ法による加速で行う、請求項２又は４に記載の方法。
  16. 前記温度が４００℃である、請求項１５に記載の方法。
  17. 前記成膜ガスが、１０体積％の酸素及び９０体積％のアルゴンを含む、請求項１５に記載の方法。
  18. 前記ガス圧力が４×１０−３ｍｂａｒである、請求項１５に記載の方法。
  19. ＰＰＤ法による前記加速が８ｋＶである、請求項１５に記載の方法。
  20. 前記バッファ材料の層の堆積を、２００〜５５０℃の温度において、１００体積％のアルゴンを含む成膜ガスの存在下で、１×１０−３〜１×１０−２ｍｂａｒのガス圧力において、且つ６〜１８ｋＶのＰＰＤ法による加速で行う、請求項３又は５に記載の方法。
  21. 前記温度が３００℃である、請求項２０に記載の方法。
  22. 前記ガス圧力が３×１０−３ｍｂａｒである、請求項２０に記載の方法。
  23. ＰＰＤ法による前記加速が８ｋＶである、請求項２０に記載の方法。
  24. 堆積した前記ＣｄＳの層の厚さが、４０〜１５０ｎｍの範囲である、請求項２又は４に記載の方法。
  25. 前記ＣｄＳの層の厚さが８０ｎｍである、請求項２４に記載の方法。
  26. 堆積した前記ＣｄＴｅの層の厚さが、０．５〜１５μｍの範囲である、請求項２又は４に記載の方法。
  27. 前記ＣｄＴｅの層の厚さが６μｍである、請求項２６に記載の方法。
  28. 前記ＣｄＴｅの層の堆積を、５０〜１００重量％のＣｄＴｅ、０〜４０重量％の塩化テルル（ＴｅＣｌ４）、及び０〜４０重量％の塩化カドミウム（ＣｄＣｌ２）を含む圧縮した非焼結のターゲットを用いて行う、請求項２又は４に記載の方法。
  29. 前記ターゲットが、８５重量％のＣｄＴｅ、１０重量％のＴｅＣｌ４、及び５重量％のＣｄＣｌ２を含む、請求項２８に記載の方法。
  30. 前記材料の層を加熱する前記ステップを、５００℃の温度で１５分間、１×１０−６ｍｂａｒの圧力で行う、請求項２又は４に記載の方法。
  31. 前記ＴＣＯが、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）及び酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる群より選択される、請求項１〜３０のうちの１又は複数に記載の方法。
  32. 前記ＴＣＯが酸化亜鉛（ＺｎＯ）である、請求項３１に記載の方法。
  33. 前記バッファ材料が、テルル化アンチモン（Ｓｂ２Ｔｅ３）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、アンチモン（Ｓｂ）、セレン化チタン（ＴｉＳｅ２）、硫化銅（ＣｕｘＳ）、又はリン化ニッケル（Ｎｉ２Ｐ）からなる群より選択される、請求項３又は５に記載の方法。
  34. 前記バッファ材料がテルル化アンチモン（Ｓｂ２Ｔｅ３）である、請求項３３に記載の方法。
  35. 請求項１〜３４のうちの１又は複数に記載の方法により得られる太陽電池。
JP2010527392A 2007-10-04 2008-09-17 太陽電池の製造方法 Pending JP2010541261A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT001907A ITMI20071907A1 (it) 2007-10-04 2007-10-04 Processo per la preparazione di una cella solare.
PCT/EP2008/062383 WO2009043725A2 (en) 2007-10-04 2008-09-17 Process for preparing a solar cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010541261A true JP2010541261A (ja) 2010-12-24

Family

ID=40313770

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010527392A Pending JP2010541261A (ja) 2007-10-04 2008-09-17 太陽電池の製造方法

Country Status (8)

Country Link
US (1) US8343797B2 (ja)
EP (1) EP2206163A2 (ja)
JP (1) JP2010541261A (ja)
KR (1) KR20100089838A (ja)
CN (1) CN101884119B (ja)
CA (1) CA2701874A1 (ja)
IT (1) ITMI20071907A1 (ja)
WO (1) WO2009043725A2 (ja)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1391802B1 (it) * 2008-11-21 2012-01-27 Consiglio Nazionale Ricerche Metodo di realizzazione di celle solari multistrato a film sottile
EP2454755A4 (en) * 2009-07-13 2016-03-30 First Solar Inc CONTACT DOPING OF ANTERIOR FACE OF SOLAR CELL
US8829342B2 (en) * 2009-10-19 2014-09-09 The University Of Toledo Back contact buffer layer for thin-film solar cells
CN103329245B (zh) * 2010-12-17 2016-09-07 第一太阳能有限公司 光伏装置
CH704654A1 (de) * 2011-03-16 2012-09-28 Von Roll Solar Ag Verfahren zur Herstellung einer Photovoltaikvorrichtung.
CN102931243A (zh) * 2011-08-10 2013-02-13 无锡尚德太阳能电力有限公司 碲化镉薄膜太阳电池及其制备方法
US8835212B2 (en) * 2011-09-19 2014-09-16 Intermolecular, Inc. Combinatorial methods for developing superstrate thin film solar cells
WO2013089872A2 (en) * 2011-09-22 2013-06-20 Rosestreet Labs, Llc Band structure engineering for improved efficiency of cdte based photovoltaics
ITBO20110669A1 (it) * 2011-11-23 2013-05-24 Organic Spintronics S R L Metodo per la deposizione di uno strato di un materiale su un substrato
US20130160810A1 (en) * 2011-12-22 2013-06-27 General Electric Company Photovoltaic device and method of making
WO2014026099A1 (en) * 2012-08-10 2014-02-13 University Of Kansas Ultrathin group ii-vi semiconductor layers, group ii-vi semiconductor superlattice structures, photovoltaic devices incorporating the same, and related methods
US8728855B2 (en) 2012-09-28 2014-05-20 First Solar, Inc. Method of processing a semiconductor assembly
TWI542029B (zh) * 2012-12-03 2016-07-11 財團法人工業技術研究院 太陽能電池之製法
ITBO20120695A1 (it) * 2012-12-20 2014-06-21 Organic Spintronics S R L Dispositivo di deposizione a plasma impulsato
KR102303019B1 (ko) * 2015-06-16 2021-09-16 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치용 패널, 표시 장치용 패널의 코드 판독 방법 및 표시 장치용 패널의 제조 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06283748A (ja) * 1993-03-25 1994-10-07 Susumu Yoshitoku 化合物薄膜の形成方法及び化合物半導体太陽電池の製造方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4764261A (en) * 1986-10-31 1988-08-16 Stemcor Corporation Method of making improved photovoltaic heterojunction structures
US6137048A (en) * 1996-11-07 2000-10-24 Midwest Research Institute Process for fabricating polycrystalline semiconductor thin-film solar cells, and cells produced thereby
US6852614B1 (en) * 2000-03-24 2005-02-08 University Of Maine Method of manufacturing semiconductor having group II-group VI compounds doped with nitrogen
CN100530701C (zh) * 2002-09-30 2009-08-19 米亚索尔公司 薄膜太阳能电池大规模生产的制造装置与方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06283748A (ja) * 1993-03-25 1994-10-07 Susumu Yoshitoku 化合物薄膜の形成方法及び化合物半導体太陽電池の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP2206163A2 (en) 2010-07-14
CN101884119A (zh) 2010-11-10
ITMI20071907A1 (it) 2009-04-05
WO2009043725A2 (en) 2009-04-09
WO2009043725A3 (en) 2009-06-11
US20100282319A1 (en) 2010-11-11
US8343797B2 (en) 2013-01-01
CN101884119B (zh) 2013-09-25
KR20100089838A (ko) 2010-08-12
CA2701874A1 (en) 2009-04-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8343797B2 (en) Process for preparing a solar cell
US9735301B2 (en) Manufacture of N-type chalcogenide compositions and their uses in photovoltaic devices
CN102744520B (zh) 一种激光划刻膜堆叠及基于碲化镉薄膜的光伏器件的方法
KR101271753B1 (ko) 박막형 광 흡수층의 제조 방법, 이를 이용한 박막 태양전지 제조 방법 및 박막 태양전지
US8440497B2 (en) Fabricating kesterite solar cells and parts thereof
US20130045563A1 (en) Method and device for producing a semiconductor layer
US20110240118A1 (en) Method and device for scribing a thin film photovoltaic cell
TW201138144A (en) Method of manufacturing solar cell
US9911935B2 (en) Transparent conducting oxide as top-electrode in perovskite solar cell by non-sputtering process
KR101747395B1 (ko) Cigs 광전변환 소자의 몰리브데넘 기판
WO2018104943A1 (en) Photovoltaic cell and method of fabrication thereof
CN102208485A (zh) 基于碲化镉的薄膜光伏器件所用的导电透明氧化物膜层的形成方法
JP2009021607A (ja) 透明導電性酸化物コーティングの製造方法
CN102208484A (zh) 基于碲化镉的薄膜光伏器件所用的导电透明氧化物膜层的形成方法
KR101215624B1 (ko) Ｃｉｇｓ 화합물계 박막 태양전지 및 그 제조방법
KR100936487B1 (ko) ＣｄＳ／ＣｄＴｅ 박막 태양전지 제조 방법
CN104124290B (zh) 一种含Te-Ti-Cu预置层的碲化镉太阳电池
JP4397451B2 (ja) 透明導電性薄膜及びその製造方法
KR20190084454A (ko) 플렉시블 박막태양전지용 스테인레스 박판의 절연막 형성방법 및 그에 따라 제조된 태양전지
KR101967275B1 (ko) 플렉시블 박막태양전지를 위한 Na 공급방법 및 그에 따라 제조된 태양전지
RO128030B1 (ro) Metodă de obţinere a unui electrod transparent din zno pentru celule solare, prin arc termoionic
Singh et al. Low temperature deposition of Indium tin oxide (ITO) films on plastic substrates
KR20150136721A (ko) 고품질 cigs 광흡수층을 포함하는 태양전지 및 이의 제조방법
CN103681893A (zh) 光伏装置及其后触点形成方法
KR20130053747A (ko) 태양광 발전장치 및 이의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110916

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20121217

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130326

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20130827