JP2012209518A - 光電素子及び太陽電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】p型半導体層である光吸収層16と、バッファ層18と、窓層20と、を備え、光吸収層16、バッファ層18及び窓層20がこの順に設けられている光電素子10。光吸収層16が、Cu、Zn、Sn及びSを含む硫化物系化合物半導体の膜である。バッファ層18が、Zn1−xMgxO膜である。
【選択図】図1
Description
以下の手順に従い、図1の光電素子10と同様の構成を有する光電素子を備える評価用の太陽電池を作製した。
(1)石英ガラス(QZG)基板上に、下部電極14としてのMo膜をスパッタ法によって形成した。
(2)Mo膜上に、CZTS前駆体膜をスパッタ法によって形成した。
(3)大気圧、20体積%のH2SとN2との混合ガス雰囲気中、550〜580℃、3時間の硫化処理により、上記前駆体膜からCZTS膜(光吸収層16)を形成させた。
(4)ZnO及びMgOを同時にターゲットとして用いたRFマグネトロンスパッタリング(背圧3.0×10−4Pa以下、Arガス圧0.2Pa、電力50W)により、CZTS層上に、バッファ層18としてのZMO膜を形成した。蛍光X線分析法により分析したところ、ZnとMgとの総量に対するMgの比率は10原子%であった。バッファ層の厚さは、80nmであった。
(5)ZnO、MgO、及びGa2O3を同時にターゲットとして用いたRFマグネトロンスパッタリング(背圧3.0×10−4Pa以下、Arガス圧0.2Pa、電力50W)により、バッファ層18上に窓層20としてのZMO:Gaの膜を形成した。窓層の厚さは、500nmであった。
(6)窓層20上に、行列状に配列された12個の櫛形電極(Al膜)をスパッタ法によって形成した。
(7)1個の櫛形電極を囲む4mm×5mmの升目の下部に位置する柱状の部分以外の部分の窓層20、バッファ層18及び光吸収層16を除去して、下部電極14を露出させた。下部電極14上に、櫛形電極、窓層20、バッファ層18及び光吸収層16から構成される12個の柱状の積層体が4行×3列の行列状に配列された。
(8)露出した下部電極14の端部の表面に、銀ペーストを塗布した。
バッファ層18におけるZnとMgとの総量に対するMgの比率を10原子%から15原子%に変えたこと以外は、実施例1と同様の手順で評価用の太陽電池を作製した。
バッファ層18におけるZnとMgとの総量に対するMgの比率を10原子%から20原子%に変えたこと以外は、実施例1と同様の手順で評価用の太陽電池を作製した。
バッファ層18におけるZnとMgとの総量に対するMgの比率を10原子%から40原子%に変えたこと以外は、実施例1と同様の手順で評価用の太陽電池を作製した。
バッファ層18として、ZMO膜に代えて、CdSの膜を形成させたこと以外は、実施例と同様の手順で評価用の太陽電池を作製した。
バッファ層18として、ZMO膜に代えて、ZnOの膜を形成させたこと以外は、実施例と同様の手順で評価用の太陽電池を作製した。
実施例3及び比較例1の太陽電池に関して、300〜1000nmの波長域における量子効率を測定した。測定は、分光計器社製CEP−2000を用いて行った。図2は、量子効率と波長との関係を示すグラフである。図2のグラフの縦軸は、それぞれの太陽電池の量子効率の最大値を100として規格化した数値である。図2に示されるように、バッファ層としてZMO膜を用いた実施例3の太陽電池は、バッファ層としてCdSの膜を用いた比較例1の太陽電池よりも、520nm以下の可視光をより効率的に利用できることが確認された。
擬似太陽光(AM=1.5、1sun)を用いて、各太陽電池のI−V測定を行った。図3は、電圧と電流との関係を示すグラフである。これら測定結果から、短絡電流密度(Jsc)、開放端電圧(Voc)、及び曲線因子(FF)を求め、更に発電効率(η)をη=Voc・Jsc・FF/(単位面積当りの擬似太陽光エネルギー)から算出した。得られた結果を表1に示す。
Claims (3)
- p型半導体層である光吸収層と、バッファ層と、窓層と、を備え、前記光吸収層、前記バッファ層及び前記窓層がこの順に設けられている光電素子において、
前記光吸収層が、Cu、Zn、Sn及びSを含む硫化物系化合物半導体の膜であり、
前記バッファ層が、Zn1−xMgxO膜である、光電素子。 - 前記バッファ層におけるMgの比率が、ZnとMgとの総量を基準として10〜40原子%である請求項1に記載の光電素子。
- 請求項1又は2に記載の光電素子を備える太陽電池。
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