JP2011159920A - 化合物半導体、光電素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Cu、Zn、Ge及びSを含む硫化物であり、Cu/Ge比(原子比)が2.00未満である化合物半導体若しくはCu、Zn、Ge、Sn及びSを含む硫化物であり、Cu/(Sn+Ge)比(原子比)が2.00未満である化合物半導体を光電素子の光吸収層とする。
【選択図】図1
Description
・実施例1−1
以下の手順に従い、図1に示す構造を有する太陽電池を作製した。
(1)ガラス基板12上にMo膜(下部電極14)を真空蒸着法により形成した。
(2)Mo膜14上に、Zn、Cu、Geの順に積層膜Mo/Zn/Cu/Ge前駆体膜を作製した。
(3)これを硫黄0.10gとともにガラスシャーレに入れ、窒素ガス雰囲気、大気圧下において、室温から10℃/minで580℃まで昇温後、2時間580℃を保持し、その後、室温まで法令することによって硫化することでCZGS系薄膜を得た。
(4)CZGS膜を形成した後、濃塩酸に漬すことで表面の不純物相をエッチング除去した。
(5)CZGS膜上にCdS膜(バッファ層)をCBD法により形成した。
(6)CdS膜上にZnO:Al膜(窓層)をスパッタ法により形成した。
(7)ZnO:Al膜に、Alの櫛形電極(上部電極)を真空蒸着法により形成した。
(8)図2(右)に示すように、櫛形電極の周囲を4mm×5mmの大きさが残るように、その周囲の窓層、バッファ層、光吸収層を除去し、Mo膜を露出させ、露出したMo膜上に、銀ペーストを塗布した。
実施例1−1のCZGS膜を形成後、上記(4)の洗浄工程を経ずにバッファ層を形成し、その他は、実施例1−1と同様に太陽電池を作製し、評価を行った。
以下の手順に従い、図1に示す構造を有する太陽電池を作製した。
(1)ガラス基板12上にMo膜(下部電極14)を真空蒸着法により形成した。
(2)Mo膜14上に、Zn、Cuの順に積層膜Mo/Zn/Cu前駆体膜を作製した。
(3)(2)の積層膜Mo/Zn/Cu前駆体膜上にGeを堆積させ、積層膜Mo/Zn/Cu/Ge前駆体膜を作製した。
(4)(3)の積層膜Mo/Zn/Cu/Ge前駆体膜上に、Snを堆積させ、積層膜Mo/Zn/Cu/Ge/Sn前駆体膜を作製した。
(5)硫黄0.10gとともにガラスシャーレに入れ、窒素ガス雰囲気、大気圧下において、室温から10℃/minで580℃まで昇温後、2時間580℃を保持し、その後、室温まで法令することによって硫化することでCZGTS系薄膜を得た。
(6)CZGTS膜を形成した後、濃塩酸に漬すことで表面の不純物相をエッチング除去した。
(7)CZGTS膜上にCdS膜(バッファ層)をCBD法により形成した。
(8)CdS膜上にZnO:Al膜(窓層)をスパッタ法により形成した。
(9)ZnO:Al膜に、Alの櫛形電極(上部電極)を真空蒸着法により形成した。
(10)図2(右)に示すように、櫛形電極の周囲を4mm×5mmの大きさが残るように、その周囲の窓層、バッファ層、光吸収層を除去し、Mo膜を露出させ、露出したMo膜上に、銀ペーストを塗布した。
(1)ガラス基板12上にMo膜(下部電極14)を真空蒸着法により形成した。
(2)Mo膜14上に、Zn、Cuの順に積層膜Mo/Zn/Cu前駆体膜を作製した。
(3)(2)の積層膜Mo/Zn/Cu前駆体膜上にGeを堆積させ、積層膜Mo/Zn/Cu/Ge前駆体膜を作製した。
(4)硫黄0.10gとともにガラスシャーレに入れ、窒素ガス雰囲気、大気圧下において、室温から10℃/minで580℃まで昇温後、2時間580℃を保持し、その後、室温まで法令することによって硫化することでCZGS系薄膜を得た。
(5)CZGS膜を形成した後、濃塩酸に漬すことで表面の不純物相をエッチング除去した。
(6)CZGS膜上にCdS膜(バッファ層)をCBD法により形成した。
(7)CdS膜上にZnO:Al膜(窓層)をスパッタ法により形成した。
(8)ZnO:Al膜に、Alの櫛形電極(上部電極)を真空蒸着法により形成した。
(9)図2(右)に示すように、櫛形電極の周囲を4mm×5mmの大きさが残るように、その周囲の窓層、バッファ層、光吸収層を除去し、Mo膜を露出させた。
(10)露出したMo膜上に、銀ペーストを塗布した。
(1)ガラス基板12上にMo膜(下部電極14)を真空蒸着法により形成した。
(2)Mo膜14上に、Zn、Cuの順に積層膜Mo/Zn/Cu前駆体膜を作製した。
(3)(2)の積層膜Mo/Zn/Cu前駆体膜上にSnを堆積させ、積層膜Mo/Zn/Cu/Sn前駆体膜を作製した。
(4)硫黄0.10gとともにガラスシャーレに入れ、窒素ガス雰囲気、大気圧下において、室温から10℃/minで580℃まで昇温後、2時間580℃を保持し、その後、室温まで法令することによって硫化することでCZTS系薄膜を得た。
(5)CZTS膜を形成した後、濃塩酸に漬すことで表面の不純物相をエッチング除去した。
(6)CZTS膜上にCdS膜(バッファ層)をCBD法により形成した。
(7)CdS膜上にZnO:Al膜(窓層)をスパッタ法により形成した。
(8)ZnO:Al膜に、Alの櫛形電極(上部電極)を真空蒸着法により形成した。
(9)図2(右)に示すように、櫛形電極の周囲を4mm×5mmの大きさが残るように、その周囲の窓層、バッファ層、光吸収層を除去し、Mo膜を露出させ、露出したMo膜上に、銀ペーストを塗布した。
・比較例3
以下の手順に従い、図1に示す構造を有する太陽電池を作製した。
(1)ガラス基板12上にMo膜(下部電極14)を真空蒸着法により形成した。
(2)Mo膜14上に、Zn、Cu、Geの順に、積層膜Mo/Zn/Cu/Ge前駆体膜を作製した。
(3)これを硫黄0.10gとともにガラスシャーレに入れ、窒素ガス雰囲気、大気圧下において、室温から10℃/minで540℃まで昇温後、2時間540℃を保持し、その後、室温まで放冷することによって硫化することでCZGS系薄膜を得た。
(4)CZGS膜上にCdS膜(バッファ層)をCBD法により形成した。
(5)CdS膜上にZnO:Al膜(窓層)をスパッタ法により形成した。
(6)ZnO:Al膜に、Alの櫛形電極(上部電極)を真空蒸着法により形成した。
(7)図2(右)に示すように、櫛形電極の周囲を4mm×5mmの大きさが残るように、その周囲の窓層、バッファ層、光吸収層を除去し、Mo膜を露出させ、露出したMo膜上に、銀ペーストを塗布した。
比較例3に比しCZGS系薄膜がCu不足、Ge過剰となるように各膜厚を設定した以外は比較例3と同様に太陽電池を作製し、評価を行った。
・比較例4−1
以下の手順に従い、図1に示す構造を有する太陽電池を作製した。
(1)ガラス基板12上にMo膜(下部電極14)を真空蒸着法により形成した。
(2)Mo膜14上に、Zn、Cu、Geの順に積層膜Mo/Zn/Cu/Ge前駆体膜を作製した。
(3)これを硫黄0.10gとともにガラスシャーレに入れ、窒素ガス雰囲気、大気圧下において、室温から10℃/minで500℃まで昇温後、2時間500℃を保持し、その後、室温まで放冷することによって硫化することでCZGS系薄膜を得た。
(4)CZGS膜を形成した後、濃塩酸に漬すことで表面の不純物相をエッチング除去した。
(5)CZGS膜上にCdS膜(バッファ層)をCBD法により形成した。
(6)CdS膜上にZnO:Al膜(窓層)をスパッタ法により形成した。
(7)ZnO:Al膜に、Alの櫛形電極(上部電極)を真空蒸着法により形成した。
(8)図2(右)に示すように、櫛形電極の周囲を4mm×5mmの大きさが残るように、その周囲の窓層、バッファ層、光吸収層を除去し、Mo膜を露出させ、露出したMo膜上に、銀ペーストを塗布した。
比較例4−1のCZGS膜を形成後、上記(4)の洗浄工程を経ずにバッファ層を形成し、その他は、比較例4−1と同様に太陽電池を作製し、評価を行った。
比較例4−1に比しCZGS系薄膜がCu不足、Ge過剰となるように各膜厚を設定した以外は比較例4−1と同様に太陽電池を作製し、評価を行った。
比較例4−2に比しCZGS系薄膜がCu不足、Ge過剰となるように各膜厚を設定した以外は比較例4−2と同様に太陽電池を作製し、評価を行った。
Claims (11)
- Cu、Zn、Ge及びSを含む硫化物であり、Cu/Ge比(原子比)が2.00未満であることを特徴とする化合物半導体。
- Cu、Zn、Ge、Sn及びSを含む硫化物であり、Cu/(Sn+Ge)比(原子比)が2.00未満であることを特徴とする化合物半導体。
- 正方晶系構造を主とすることを特徴とする請求項1,2のいずれか1項に記載の化合物半導体。
- バンドギャップが2.2eV以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の化合物半導体。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の化合物半導体を光吸収層に用いたことを特徴とする光電素子。
- 基板上に、少なくとも下部電極、前記光吸収層、バッファ層、窓層及び上部電極がこの順で積層されてなることを特徴とする請求項5記載の光電素子。
- 基板上に、少なくとも下部電極、請求項1〜4のいずれか1項に記載の化合物半導体からなる光吸収層、バッファ層、窓層及び上部電極がこの順で積層されてなる光電素子の製造方法であって、前記下部電極上に前記化合物半導体からなる光吸収層を形成する際、硫黄蒸気または硫黄原子を含む雰囲気中で加熱する工程を含むことを特徴とする光電素子の製造方法。
- 前記下部電極上に前記化合物半導体からなる光吸収層を形成する光吸収層形成工程と、ZnS系粒子およびSn−S系粒子を溶解可能な溶媒を用いて前記光吸収層を洗浄する工程とを含むことを特徴とする請求項7記載の光電素子の製造方法。
- 前記溶媒は塩酸であることを特徴とする請求項8記載の光電素子の製造方法。
- 洗浄された前記光吸収層上に、バッファ層を形成するバッファ層形成工程と、前記バッファ層上に、窓層を形成する窓層形成工程と、前記窓層上に、上部電極を形成する上部電極形成工程とを含むことを特徴とする請求項8,9のいずれか1項に記載の光電素子の製造方法。
- 請求項7〜10のいずれか1項に記載の光電素子の製造方法によって製造された光電素子であって、開放電圧が483mV以上であることを特徴とする光電素子。
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