JP2012119351A - Photoelectric conversion element, method of manufacturing the same, and photoelectric conversion device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion element that is free from Cd and has high photoelectric conversion efficiency.SOLUTION: A photoelectric conversion element has: a light absorption layer that is provided on a lower electrode layer and contains Cu, a group III-B element, and a group VI-B element; and a semiconductor layer that is provided above the light absorption layer and contains a group II-VI compound or a group III-VI compound. Conductors containing at least one of an Ag element and a Pt element are scattered above the light absorption layer. The photoelectric conversion element further has a conductive layer containing at least one of the Ag element and the Pt element on the light absorption layer at the semiconductor layer side.

Description

本発明は光電変換素子およびその製造方法並びに光電変換装置に関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion element, a manufacturing method thereof, and a photoelectric conversion apparatus.

光電変換素子は年々さらに光電変換効率の高いものが求められてきており、このような光電変換素子の光吸収層としてCIS膜あるいはCIGS膜が用いられ、それらの光吸収層上に積層する最適なバッファ層の開発が進められている。   A photoelectric conversion element having a higher photoelectric conversion efficiency has been demanded year by year, and a CIS film or a CIGS film is used as a light absorption layer of such a photoelectric conversion element, and is optimally stacked on the light absorption layer. The buffer layer is being developed.

このようなバッファ層としては、例えば特許文献1においては、Cd−S結合を有する有機化合物を熱分解法により形成したCdS膜をバッファ層として用いることなどが記載されている。   As such a buffer layer, for example, Patent Document 1 describes that a CdS film formed by thermal decomposition of an organic compound having a Cd—S bond is used as the buffer layer.

また、特許文献2においては、CBD法により形成したCdS膜をバッファ層として用いることが記載されている。   Patent Document 2 describes that a CdS film formed by a CBD method is used as a buffer layer.

特開2001−308353号公報JP 2001-308353 A 米国特許第4611091号明細書US Pat. No. 4611091

CIGSでは、Cuの欠損による再結合が見られることが分かっており、この欠損は、CIGS内部で発生した電流が再結合してしまい、変換効率を低下させるが、CdS成膜時のCdを拡散させることで抑制できることが分かっている。   In CIGS, it is known that recombination due to Cu deficiency is observed, and this deficiency causes recombination of current generated inside CIGS, which reduces conversion efficiency, but diffuses Cd during CdS film formation. It is known that it can be suppressed by making it.

しかし近年では、Cdフリーとする必要が高まり、Cdの拡散は使用できない。   However, in recent years, the need for Cd-free has increased, and Cd diffusion cannot be used.

またCdS成膜を成膜してCdを拡散させる代わりに、CIGS上にCuをスパッタしてアニールすれば、Cuの欠損は補えることになるが、近年ではさらに高い光電変換効率が求められるようになった。特に、Cdフリーのバッファ層の価電子帯、伝導帯がCIGSと乖離しており、接触抵抗が大きいためFFが小さく、バッファ層の選択の自由度がないことが課題となっている。   Also, instead of forming a CdS film and diffusing Cd, if Cu is sputtered and annealed on CIGS, Cu deficiency can be compensated. However, in recent years, higher photoelectric conversion efficiency is required. became. In particular, the valence band and the conduction band of the Cd-free buffer layer are different from those of CIGS, and since the contact resistance is large, the FF is small and there is no degree of freedom in selecting the buffer layer.

上記に鑑みて本発明は、下部電極層上に設けられた、Cu、III−B族元素およびVI−B族元素を含む光吸収層と、該光吸収層上に設けられた、II−VI族化合物またはIII−VI族化合物を含む半導体層とを有する光電変換素子であって、前記光吸収層上にはAg元素およびPt元素の少なくとも一方を含む導電体が点在しているとともに、前記光吸収層の前記半導体層側にはAg元素およびPt元素の少なくとも一方を含む導電層を有している。   In view of the above, the present invention provides a light absorbing layer containing Cu, a group III-B element and a group VI-B element provided on the lower electrode layer, and a II-VI provided on the light absorbing layer. And a semiconductor layer containing a group III compound or a group III-VI compound, wherein the light absorbing layer is dotted with conductors containing at least one of an Ag element and a Pt element, and The semiconductor layer side of the light absorption layer has a conductive layer containing at least one of Ag element and Pt element.

さらに本発明の製造方法は、下部電極層上にCu、III−B族元素およびVI−B族元素を含む光吸収層を形成する第1工程と、スパッタリング法によって前記光吸収層上にAg元素およびPt元素の少なくとも一方を含む導電体を形成する第2工程と、アニールによって前記導電体から前記光吸収層へAg元素およびPt元素の少なくとも一方を熱拡散させて、前記光吸収層の一部にAg元素およびPt元素の少なくとも一方を含む導電層を形
成する第3工程と、前記導電層を形成した前記光吸収層上に、II−VI族化合物またはIII−VI族化合物を含む半導体層を形成する第4工程とを有する。
Furthermore, the manufacturing method of the present invention includes a first step of forming a light absorption layer containing Cu, a group III-B element and a group VI-B element on the lower electrode layer, and an Ag element on the light absorption layer by a sputtering method. And a second step of forming a conductor containing at least one of Pt element and Pt element, and by annealing, at least one of Ag element and Pt element is thermally diffused from the conductor to the light absorption layer, and a part of the light absorption layer A semiconductor layer containing a II-VI group compound or a III-VI group compound on the light absorption layer on which the conductive layer is formed, and a third step of forming a conductive layer containing at least one of an Ag element and a Pt element. 4th process to form.

本発明によれば、光吸収層上に接触抵抗を下げる金属の導電層を点在させることで、光吸収層と半導体層との界面における電荷の移動を容易にすることができる。   According to the present invention, it is possible to facilitate the movement of charges at the interface between the light absorption layer and the semiconductor layer by interspersing the light absorption layer with a metal conductive layer that lowers the contact resistance.

光吸収層と半導体層との接触抵抗が低下することで、変換効率が向上するとともに、半導体層の材質の選択の自由度も増す。   By reducing the contact resistance between the light absorption layer and the semiconductor layer, the conversion efficiency is improved and the degree of freedom in selecting the material of the semiconductor layer is also increased.

本実施形態の光電変換素子の全体構成の斜視断面図である。It is a perspective sectional view of the whole photoelectric conversion element composition of this embodiment. 本実施形態の光電変換素子の製造プロセスおよび層構成の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the manufacturing process and layer structure of the photoelectric conversion element of this embodiment. 本実施形態の光電変換素子の製造プロセスおよび層構成の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the manufacturing process and layer structure of the photoelectric conversion element of this embodiment. 本実施形態の光電変換素子の光吸収層と半導体層との界面付近を拡大した断面模式図である。It is the cross-sectional schematic diagram which expanded the interface vicinity of the light absorption layer of the photoelectric conversion element of this embodiment, and a semiconductor layer. 本実施形態の光電変換素子の光吸収層表面の模式図である。It is a schematic diagram of the light absorption layer surface of the photoelectric conversion element of this embodiment.

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

<光電変換素子>
図1のように光電変換装置は、基板の上に複数の光電変換素子を並設した構成を有する。
<Photoelectric conversion element>
As shown in FIG. 1, the photoelectric conversion device has a configuration in which a plurality of photoelectric conversion elements are arranged in parallel on a substrate.

各光電変換素子20は、下部電極9と、光吸収層3と、第1半導体層1と、第2半導体層2と、上部電極層5、7と、グリッド電極8とを主として備える。   Each photoelectric conversion element 20 mainly includes a lower electrode 9, a light absorption layer 3, a first semiconductor layer 1, a second semiconductor layer 2, upper electrode layers 5 and 7, and a grid electrode 8.

光電変換装置21においては、上部電極層5、7およびグリッド電極8が設けられた側の主面が受光面側となっている。   In the photoelectric conversion device 21, the main surface on the side where the upper electrode layers 5 and 7 and the grid electrode 8 are provided is the light receiving surface side.

<基板>
基板1は、複数の光電変換素子20を支持するためのものである。基板1に用いられる材料としては、ガラス、セラミックス、樹脂、および金属などが挙げられる。ここでは、基板1として、厚さ1〜3mm程度の青板ガラス(ソーダライムガラス)が用いられているものとする。
<Board>
The substrate 1 is for supporting a plurality of photoelectric conversion elements 20. Examples of the material used for the substrate 1 include glass, ceramics, resin, and metal. Here, a blue plate glass (soda lime glass) having a thickness of about 1 to 3 mm is used as the substrate 1.

<下部電極>
下部電極層2は、基板1の一主面上に設けられた、Mo、Al、Ti、Ta、またはAuなどの金属、あるいはこれらの金属の積層構造体からなる導体である。
<Lower electrode>
The lower electrode layer 2 is a conductor made of a metal such as Mo, Al, Ti, Ta, or Au provided on one main surface of the substrate 1 or a laminated structure of these metals.

下部電極層2は、スパッタリング法または蒸着法などの公知の薄膜形成方法を用いて、0.2〜1μm程度の厚みに形成される。   The lower electrode layer 2 is formed to a thickness of about 0.2 to 1 μm using a known thin film forming method such as a sputtering method or a vapor deposition method.

<光吸収層>
光吸収層3は、下部電極層9の上に設けられた、カルコパライト系(以下CIS系とも言う)のCu、III−B族元素およびVI−B族元素を含む化合物からなる、p型の導電型を有する半導体層である。この光吸収層4は、1〜3μm程度の厚みを有している。
<Light absorption layer>
The light absorption layer 3 is a p-type conductive layer made of a compound containing a chalcopyrite-based (hereinafter also referred to as CIS-based) Cu, III-B group element and VI-B group element provided on the lower electrode layer 9. A semiconductor layer having a mold. The light absorption layer 4 has a thickness of about 1 to 3 μm.

このような光吸収層3については、スパッタ法、蒸着法などのいわゆる真空プロセスに
よって形成可能であるほか、光吸収層4の構成元素を含む溶液を下部電極層9の上に塗布し、その後、乾燥・熱処理を行う、いわゆる塗布法あるいは印刷法と称されるプロセスによって形成することもできる。
Such a light absorption layer 3 can be formed by a so-called vacuum process such as a sputtering method or a vapor deposition method, and a solution containing the constituent elements of the light absorption layer 4 is applied on the lower electrode layer 9, and then It can also be formed by a so-called coating method or printing method in which drying and heat treatment are performed.

<導電体>
導電体6は、AgおよびPt元素の少なくとも1つを含む元素もしくは化合物であり光吸収層3上に点在している。
<Conductor>
The conductors 6 are elements or compounds containing at least one of Ag and Pt elements, and are scattered on the light absorption layer 3.

後述されるように、導電層6aは光吸収層3と半導体層4との間に配置され、導電体6から光吸収層3へAgおよびPt元素の少なくとも1つを含む元素もしくは化合物を拡散する拡散源の役目を担っている。   As will be described later, the conductive layer 6 a is disposed between the light absorption layer 3 and the semiconductor layer 4, and diffuses an element or compound containing at least one of Ag and Pt elements from the conductor 6 to the light absorption layer 3. It plays the role of a diffusion source.

このような動伝送6aはスパッタリング法でAgおよびPt元素の少なくとも1つを含む化合物を短時間成膜して島状構造に形成される。   Such a dynamic transmission 6a is formed into an island-like structure by depositing a compound containing at least one of Ag and Pt elements for a short time by sputtering.

<導電層>
導電層6aは、AgおよびPt元素の少なくとも1つを含む元素もしくは化合物が、光吸収層3の半導体層4側に拡散した状態のものであり、光吸収層3内においてAgおよびPt元素の少なくとも1つの組成比率が相対的に多い層である。
<Conductive layer>
The conductive layer 6a is a state in which an element or compound containing at least one of Ag and Pt elements is diffused to the semiconductor layer 4 side of the light absorption layer 3, and at least of Ag and Pt elements in the light absorption layer 3 One layer has a relatively large composition ratio.

後述されるように、導電層6aは、光吸収層3と半導体層4との接触抵抗を低下させ、光吸収層3と半導体層4との界面における電荷の移動を容易にすることができろ。   As will be described later, the conductive layer 6a can reduce the contact resistance between the light absorption layer 3 and the semiconductor layer 4 and facilitate the movement of charges at the interface between the light absorption layer 3 and the semiconductor layer 4. .

このような導電層6aは、アニールによって導電体6から光吸収層3へAgおよびPtの少なくとも一方を熱拡散させて形成される。   Such a conductive layer 6a is formed by thermally diffusing at least one of Ag and Pt from the conductor 6 to the light absorption layer 3 by annealing.

<半導体層>
半導体層4は、光吸収層上に設けられ、光吸収層3の導電型とは異なるn型の導電型を有する、II−B族元素とVI−B族元素、または、III−B族元素とVI−B族元素を含む半導体層である。
<Semiconductor layer>
The semiconductor layer 4 is provided on the light absorption layer, and has an n-type conductivity type different from the conductivity type of the light absorption layer 3. And a semiconductor layer containing a VI-B group element.

半導体層4は、Agドープ層を介して光吸収層3とヘテロ接合する態様で設けられ、
光電変換素子20では、このヘテロ接合を構成する光吸収層3または半導体層4とにおいて光電変換が生じる。
The semiconductor layer 4 is provided in a mode of heterojunction with the light absorption layer 3 via the Ag-doped layer,
In the photoelectric conversion element 20, photoelectric conversion occurs in the light absorption layer 3 or the semiconductor layer 4 constituting the heterojunction.

また、本実施形態においては、半導体層4はCBD法(ケミカルバス成膜法)によって、1〜30nmの厚みに形成されることが好ましい。   In the present embodiment, the semiconductor layer 4 is preferably formed to a thickness of 1 to 30 nm by a CBD method (chemical bath film formation method).

<上部電極層>
上部電極層7は、第1半導体層4a、第2半導体層4bの上に設けられた、n型の導電型を有する透明導電膜である。
<Upper electrode layer>
The upper electrode layer 7 is a transparent conductive film having an n-type conductivity provided on the first semiconductor layer 4a and the second semiconductor layer 4b.

上部電極層7は、光電変換層において生じた電荷を第1半導体層4aまたは第2半導体層4bを介して取り出す電極として設けられており、上部電極層7は第1半導体層4aおよび第2半導体層4bよりも低い抵抗率を有する物質、例えば錫を含んだ酸化インジウム(ITO)などによって構成され、スパッタ法、蒸着法などによって形成される。   The upper electrode layer 7 is provided as an electrode for extracting charges generated in the photoelectric conversion layer through the first semiconductor layer 4a or the second semiconductor layer 4b, and the upper electrode layer 7 includes the first semiconductor layer 4a and the second semiconductor layer. It is made of a material having a lower resistivity than that of the layer 4b, for example, indium oxide (ITO) containing tin, and is formed by a sputtering method, a vapor deposition method, or the like.

なお、第1半導体層4a、第2半導体層4b、上部電極層7は、光吸収層3が吸収する光の波長領域に対して光透過性を有する物質によって構成されることが好ましく、また、第1半導体層4a、第2半導体層4b、上部電極層7は、絶対屈折率が略同一であること
が好ましい。これにより、光吸収層3での光の吸収効率の低下が抑制される。
The first semiconductor layer 4a, the second semiconductor layer 4b, and the upper electrode layer 7 are preferably made of a material having light transparency with respect to the wavelength region of light absorbed by the light absorption layer 3, The first semiconductor layer 4a, the second semiconductor layer 4b, and the upper electrode layer 7 preferably have substantially the same absolute refractive index. Thereby, the fall of the light absorption efficiency in the light absorption layer 3 is suppressed.

<グリッド電極>
グリッド電極8はAgなどの金属からなる集電部8aと連結部8b(不図示)とからなり、光電変換素子20において発生して上部電極層7において取り出された電荷を集電する役割を担う。これにより上部電極層7の薄層化が可能となる。
<Grid electrode>
The grid electrode 8 includes a current collecting portion 8a made of a metal such as Ag and a connecting portion 8b (not shown), and plays a role of collecting charges generated in the photoelectric conversion element 20 and taken out in the upper electrode layer 7. . Thereby, the upper electrode layer 7 can be thinned.

グリッド電極8は、導電性と、光吸収層3への光透過性とを考慮すると、50〜400μmの幅を有することが好ましい。   The grid electrode 8 preferably has a width of 50 to 400 μm in consideration of conductivity and light transmittance to the light absorption layer 3.

以下、本発明の一実施形態を詳細に説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail.

本実施形態は、下部電極層上に設けられた、Cu、III−B族元素およびVI−B族元素を含む光吸収層と、該光吸収層上に設けられた、II−VI族化合物またはIII−VI族化合物を含む半導体層とを有する光電変換素子であって、光吸収層上にはAg元素およびPt元素の少なくとも一方を含む導電体が点在しているとともに、光吸収層の半導体層側にはAg元素およびPt元素の少なくとも一方を含む導電層を有している。   In the present embodiment, a light absorption layer containing Cu, a group III-B element and a group VI-B element provided on the lower electrode layer, and a group II-VI compound or a compound provided on the light absorption layer A photoelectric conversion element having a semiconductor layer containing a III-VI group compound, wherein a conductor containing at least one of an Ag element and a Pt element is scattered on the light absorption layer, and the semiconductor of the light absorption layer On the layer side, a conductive layer containing at least one of Ag element and Pt element is provided.

これにより、導電層6aが光吸収層3と半導体層4との接触抵抗を低下させることができるので、光吸収層3と半導体層4との界面における電荷の移動を容易にすることができる。特に導電層6aがAgであれば、光吸収層3におけるCuの欠損を補償する作用によって、再結合を低減することができる。   Thereby, since the conductive layer 6a can reduce the contact resistance between the light absorption layer 3 and the semiconductor layer 4, the movement of charges at the interface between the light absorption layer 3 and the semiconductor layer 4 can be facilitated. In particular, when the conductive layer 6a is Ag, recombination can be reduced by the effect of compensating for Cu defects in the light absorption layer 3.

また、光吸収層3の表面の導電層6aのバンドギャップが残部よりも大きくなる構造となり、さらに光電変換効率を向上できる。例えば、光吸収層3がCu−In−Ga−Se化合物(バンドギャップが1.1eV)の場合、導電層6aがAg−Cu―In−Ga−Se化合物となることによって、バンドギャップが1.2eV以上に広がる構造となり、さらに光電変換効率を向上できる。   In addition, the band gap of the conductive layer 6a on the surface of the light absorption layer 3 is larger than the remaining portion, and the photoelectric conversion efficiency can be further improved. For example, when the light absorption layer 3 is a Cu—In—Ga—Se compound (with a band gap of 1.1 eV), the conductive layer 6 a becomes an Ag—Cu—In—Ga—Se compound. The structure extends to 2 eV or more, and the photoelectric conversion efficiency can be further improved.

さらに本実施形態は、光吸収層の上面において導電体が占める面積の面積比率は5〜30%である。   Furthermore, in this embodiment, the area ratio of the area occupied by the conductor on the upper surface of the light absorption layer is 5 to 30%.

この範囲であれば、導電体6が光吸収層3への光を遮断して光電変換効率をかえって低下させてしまうことを低減することができる。   If it is this range, it can reduce that the conductor 6 interrupts | blocks the light to the light absorption layer 3, and reduces photoelectric conversion efficiency on the contrary.

さらに本実施形態は、導電体の平均厚さは0.5〜10nmであり、導電体の平均径は5〜100nmである。   Furthermore, in this embodiment, the average thickness of the conductor is 0.5 to 10 nm, and the average diameter of the conductor is 5 to 100 nm.

この範囲であれば、導電体6の大きさを光電変換に実効的に寄与する波長以下にできるので、光の反射、吸収を低減することができ、透過率の低下を低減することができる。   If it is this range, since the magnitude | size of the conductor 6 can be made below into the wavelength which contributes effectively to photoelectric conversion, reflection and absorption of light can be reduced and the fall of the transmittance | permeability can be reduced.

さらに本実施形態は、導電層の平均厚さは50〜100nmである。   Furthermore, in this embodiment, the average thickness of the conductive layer is 50 to 100 nm.

この範囲であれば、光吸収層3と半導体層4との界面における電荷の移動をさらに容易にすることができる。特に導電層6aがAgであれば、再結合をさらに低減することができ、また、バンドギャップがさらに広い材料とすることができる。   Within this range, the movement of charges at the interface between the light absorption layer 3 and the semiconductor layer 4 can be further facilitated. In particular, when the conductive layer 6a is Ag, recombination can be further reduced, and a material having a wider band gap can be obtained.

また本実施形態の光電変換素子の製造方法は、下部電極層上にCu、III−B族元素およびVI−B族元素を含む光吸収層を形成する第1工程と、スパッタリング法によって光吸収層上にAg元素およびPt元素の少なくとも一方を含む導電体を形成する第2工程と、
アニールによって導電体から光吸収層へAg元素およびPt元素の少なくとも一方を熱拡散させて、光吸収層の一部にAg元素およびPt元素の少なくとも一方を含む導電層を形成する第3工程と、導電層を形成した光吸収層上に、II−VI族化合物またはIII−VI族化合物を含む半導体層を形成する第4工程とを有する。
Moreover, the manufacturing method of the photoelectric conversion element of this embodiment includes the first step of forming a light absorption layer containing Cu, a group III-B element and a group VI-B element on the lower electrode layer, and a light absorption layer by a sputtering method. A second step of forming a conductor containing at least one of an Ag element and a Pt element;
A third step of thermally diffusing at least one of Ag element and Pt element from the conductor to the light absorption layer by annealing to form a conductive layer containing at least one of Ag element and Pt element in a part of the light absorption layer; And a fourth step of forming a semiconductor layer containing a II-VI group compound or a III-VI group compound on the light absorption layer on which the conductive layer is formed.

これにより、導電体6を光吸収層3上に適度に点在させることができる。これは第2工程でのスパッタリング法によって形成される初期層が島状構造を成す特性を利用したものであり、このような島状構造の導電体6を第3工程のアニールによって熱拡散すれば、それぞれが面内方向でも拡散して連続した導電層6aを得ることができる。   Thereby, the conductors 6 can be appropriately scattered on the light absorption layer 3. This utilizes the property that the initial layer formed by the sputtering method in the second step forms an island-like structure. If the conductor 6 having such an island-like structure is thermally diffused by annealing in the third step, Each of the conductive layers 6a can be obtained by diffusing even in the in-plane direction.

仮に、光吸収層3の全面に導電体6を形成した場合、光吸収層3への光の透過を完全に妨げてしまうことになる。   If the conductor 6 is formed on the entire surface of the light absorption layer 3, light transmission to the light absorption layer 3 is completely hindered.

(試料作製)
以下の製造方法のそれぞれによって試料を作製した。
(Sample preparation)
Samples were prepared by each of the following manufacturing methods.

基板1として、厚さ2mmの青板ガラス(ソーダライムガラス)を用いて、下部電極層2として、Moからなる導体をスパッタリング法を用いて0.5μm形成し、光吸収層3として、Cu−In−Ga−Se化合物を含む溶液を下部電極層9の上に塗布し、その後、乾燥・熱処理を行い2μmの厚みに形成した(第1工程)。   As a substrate 1, a 2 mm thick blue plate glass (soda lime glass) is used, and as a lower electrode layer 2, a conductor made of Mo is formed with a thickness of 0.5 μm using a sputtering method. A solution containing a -Ga-Se compound was applied on the lower electrode layer 9, and then dried and heat-treated to form a thickness of 2 m (first step).

次に、実施例1としてPt、実施例2としてAgをスパッタリング法(0.3kW、0.4Pa、0.01nm/秒)によって光吸収層3上に島状に形成して導電体6とした(第2工程)。ここで成膜時間は、成膜レートから換算して面内方向に導電体6が連続してつながらない範囲で実施した。   Next, Pt as Example 1 and Ag as Example 2 were formed in an island shape on the light absorption layer 3 by a sputtering method (0.3 kW, 0.4 Pa, 0.01 nm / second) to form a conductor 6. (Second step). Here, the film formation time was performed in a range where the conductor 6 was not continuously connected in the in-plane direction in terms of the film formation rate.

次に、実施例1としてPt、実施例2としてAgをアニール(窒素雰囲気中250℃、30分)によって導電体6から光吸収層3へ熱拡散させ導電層6aを形成した(第3工程)。   Next, Pt as Example 1 and Ag as Example 2 were thermally diffused from the conductor 6 to the light absorption layer 3 by annealing (in a nitrogen atmosphere at 250 ° C. for 30 minutes) to form the conductive layer 6a (third step). .

次に、半導体層4として、ZnSをCBD法(ケミカルバス成膜法)によって20nm、上部電極層7として、酸化インジウム(ITO)をスパッタ法、蒸着法などによって20nm形成した後、グリッド電極8を形成した。   Next, after forming ZnS as a semiconductor layer 4 by 20 nm by CBD method (chemical bath film-forming method) and indium oxide (ITO) as 20 nm by sputtering method, vapor deposition method or the like as an upper electrode layer 7, a grid electrode 8 is formed. Formed.

(評価方法)
前記した製造方法による光電変換素子を用いて図1の態様とし、光電変換効率を評価した。
(Evaluation methods)
The photoelectric conversion element according to the above-described manufacturing method was used as the embodiment shown in FIG. 1, and the photoelectric conversion efficiency was evaluated.

(実施例1)
以下、光吸収層3にPtを拡散させた結果を表1に示す。
Example 1
The results of diffusing Pt in the light absorption layer 3 are shown in Table 1.

Figure 2012119351
Figure 2012119351

導電体6を有さない試料1に対して、導電体6を有する試料2−21は高い光電変換効率を有している。   Sample 2-21 having conductor 6 has higher photoelectric conversion efficiency than sample 1 having no conductor 6.

導電体6の面積比率、平均厚さD1、平均径R1が、光吸収層3と半導体層4との接触抵抗を下げ、かつ、光吸収層3に入射する光を妨げない範囲である試料3−5、8−10、13−15については、特に高い変換効率を得ることができた。   Sample 3 in which the area ratio, the average thickness D1, and the average diameter R1 of the conductor 6 are ranges in which the contact resistance between the light absorption layer 3 and the semiconductor layer 4 is lowered and the light incident on the light absorption layer 3 is not disturbed. For -5, 8-10, and 13-15, particularly high conversion efficiency could be obtained.

また、導電層6aの厚さD2は試料18−20の50−100nmの範囲で最も光電変換効率を向上させることがわかった。   Moreover, it turned out that the thickness D2 of the conductive layer 6a improves the photoelectric conversion efficiency most in the range of 50-100 nm of the sample 18-20.

(実施例2)
以下、光吸収層3にAgを拡散させた結果を表2に示す。
(Example 2)
The results of diffusing Ag in the light absorption layer 3 are shown in Table 2 below.

Figure 2012119351
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導電体6を有さない試料1に対して、導電体6を有する試料22−41は高い光電変換効率を有している。   Compared to the sample 1 that does not have the conductor 6, the sample 22-41 that has the conductor 6 has higher photoelectric conversion efficiency.

導電体6の面積比率、平均厚さD1、平均径R1が、光吸収層3と半導体層4との接触抵抗を下げ、かつ、光吸収層3に入射する光を妨げない範囲である試料23−25、28−30、33−35については、特に高い変換効率を得ることができた。   Sample 23 in which the area ratio, the average thickness D1, and the average diameter R1 of the conductors 6 are ranges in which the contact resistance between the light absorption layer 3 and the semiconductor layer 4 is lowered and the light incident on the light absorption layer 3 is not hindered. For -25, 28-30 and 33-35, particularly high conversion efficiency could be obtained.

また、導電層6aの厚さD2は試料38−40の50−100nmの範囲で最も光電変換効率を向上させることがわかった。   Moreover, it turned out that the thickness D2 of the conductive layer 6a improves the photoelectric conversion efficiency most in the range of 50-100 nm of the sample 38-40.

実施例2−21に比べて、実施例22−41の方が、全体的に1%程度変換効率が高いのは、導電層6aがAg−Cu―In−Ga−Se化合物となることによって、バンドギャップが1.2eV以上に広がったことによるものと考えられる。   Compared to Example 2-21, the conversion efficiency of Example 22-41 is generally higher by about 1% because the conductive layer 6a becomes an Ag—Cu—In—Ga—Se compound. This is considered to be due to the band gap expanding to 1.2 eV or more.

1:基板
2:下部電極層
3:光吸収層
4:半導体層
5、7:上部電極層
6:導電体
6a:導電層
8:電極
20:光電変換素子
21:光電変換装置
1: Substrate 2: Lower electrode layer 3: Light absorption layer 4: Semiconductor layer 5, 7: Upper electrode layer 6: Conductor 6a: Conductive layer 8: Electrode 20: Photoelectric conversion element 21: Photoelectric conversion device

Claims (6)

下部電極層上に設けられた、Cu、III−B族元素およびVI−B族元素を含む光吸収層と、該光吸収層上に設けられた、II−VI族化合物またはIII−VI族化合物を含む半導体層とを有する光電変換素子であって、
前記光吸収層上にはAg元素およびPt元素の少なくとも一方を含む導電体が点在しているとともに、
前記光吸収層の前記半導体層側にはAg元素およびPt元素の少なくとも一方を含む導電層を有している光電変換素子。
A light absorbing layer containing Cu, III-B group element and VI-B group element provided on the lower electrode layer, and a II-VI group compound or III-VI group compound provided on the light absorbing layer A photoelectric conversion element having a semiconductor layer containing
On the light absorption layer are scattered conductors containing at least one of Ag element and Pt element,
A photoelectric conversion element having a conductive layer containing at least one of an Ag element and a Pt element on the semiconductor layer side of the light absorption layer.
前記光吸収層の上面において前記導電体が占める面積の面積比率は5〜30%である請求項1に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein an area ratio of an area occupied by the conductor on the upper surface of the light absorption layer is 5 to 30%. 前記導電体の平均厚さは0.5〜10nmであり、前記導電体の平均径は5〜100nmである請求項1または2に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1 or 2, wherein an average thickness of the conductor is 0.5 to 10 nm, and an average diameter of the conductor is 5 to 100 nm. 前記導電層の平均厚さは50〜100nmである請求項1〜3のいずれかに記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the conductive layer has an average thickness of 50 to 100 nm. 請求項1〜4のいずれかに記載の光電変換素子の製造方法であって、
下部電極層上にCu、III−B族元素およびVI−B族元素を含む光吸収層を形成する第1工程と、
スパッタリング法によって前記光吸収層上にAg元素およびPt元素の少なくとも一方を含む導電体を形成する第2工程と、
アニールによって前記導電体から前記光吸収層へAg元素およびPt元素の少なくとも一方を熱拡散させて、前記光吸収層の一部にAg元素およびPt元素の少なくとも一方を含む導電層を形成する第3工程と、
前記導電層を形成した前記光吸収層上に、II−VI族化合物またはIII−VI族化合物を含む半導体層を形成する第4工程とを有する光電変換素子の製造方法。
It is a manufacturing method of the photoelectric conversion element in any one of Claims 1-4,
Forming a light absorption layer containing Cu, a group III-B element and a group VI-B element on the lower electrode layer;
A second step of forming a conductor containing at least one of an Ag element and a Pt element on the light absorption layer by a sputtering method;
A third layer is formed by thermally diffusing at least one of an Ag element and a Pt element from the conductor to the light absorption layer by annealing to form at least one of an Ag element and a Pt element in a part of the light absorption layer. Process,
And a fourth step of forming a semiconductor layer containing a II-VI group compound or a III-VI group compound on the light absorption layer on which the conductive layer is formed.
請求項1〜4のいずれかに記載の光電変換素子を用いた光電変換装置。   The photoelectric conversion apparatus using the photoelectric conversion element in any one of Claims 1-4.
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