JP2013201187A - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents
太陽電池及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013201187A JP2013201187A JP2012067405A JP2012067405A JP2013201187A JP 2013201187 A JP2013201187 A JP 2013201187A JP 2012067405 A JP2012067405 A JP 2012067405A JP 2012067405 A JP2012067405 A JP 2012067405A JP 2013201187 A JP2013201187 A JP 2013201187A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sns
- layer
- solar cell
- light absorption
- doped
- 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.)
- Granted
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 10
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims abstract description 51
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 48
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 claims abstract description 29
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 4
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 63
- 239000010408 film Substances 0.000 description 32
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 15
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 14
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 11
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 11
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 10
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 7
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 7
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 4
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000224 chemical solution deposition Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005749 Copper compound Substances 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 229910000796 S alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001880 copper compounds Chemical class 0.000 description 1
- PDZKZMQQDCHTNF-UHFFFAOYSA-M copper(1+);thiocyanate Chemical compound [Cu+].[S-]C#N PDZKZMQQDCHTNF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 1
- 229920006332 epoxy adhesive Polymers 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910052976 metal sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000007788 roughening Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 1
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
【課題】ＳｎＳを含む太陽電池の開放電圧をより高める。
【解決手段】本発明の太陽電池１０は、導電性を有する透明導電性基板１４と透明導電性基板１４に隣接し電子を輸送するバッファ層１６とバッファ層１６に隣接し光を吸収する光吸収層１８とを有する光電極１２と、対極２０と、光電極１２と対極２０との間に形成された正孔輸送層２２と、を備えている。この光吸収層１８は、ＣｕがドープされたＳｎＳを含んでいる。この光吸収層１８は、５．０ａｔ％以下のＣｕがＳｎＳにドープされていることが好ましく、１．０ａｔ％以上２．０ａｔ％以下のＣｕがＳｎＳにドープされていることがより好ましい。また、光吸収層１８は、ＳｎＳを含む第１ターゲットと、Ｃｕを含む第２ターゲットとを用いたスパッタ処理により形成されているものとしてもよい。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の太陽電池１０は、導電性を有する透明導電性基板１４と透明導電性基板１４に隣接し電子を輸送するバッファ層１６とバッファ層１６に隣接し光を吸収する光吸収層１８とを有する光電極１２と、対極２０と、光電極１２と対極２０との間に形成された正孔輸送層２２と、を備えている。この光吸収層１８は、ＣｕがドープされたＳｎＳを含んでいる。この光吸収層１８は、５．０ａｔ％以下のＣｕがＳｎＳにドープされていることが好ましく、１．０ａｔ％以上２．０ａｔ％以下のＣｕがＳｎＳにドープされていることがより好ましい。また、光吸収層１８は、ＳｎＳを含む第１ターゲットと、Ｃｕを含む第２ターゲットとを用いたスパッタ処理により形成されているものとしてもよい。
【選択図】図１
Description
本発明は、太陽電池及びその製造方法に関する。
従来、太陽電池としては、光吸収層で被覆されたバッファ層（電子輸送層）を透明導電性基板上に備えた光電極と、この光電極に向かい合うように配置される対極との間に、正孔輸送層が介在するものが提案されている。なかでも、光吸収層にＳｎＳを用いたものが提案されている（例えば、非特許文献１，２参照）。ＳｎＳは光吸収係数が１０5ｃｍ-1、バンドギャップが１．１〜１．４ｅＶであり、光吸収層に用いるのに好適な光電子特性を有している。このようなＳｎＳ太陽電池は、バッファ層としてｎ型半導体を用いて作製されている。
Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ ９１（２００７）７７４
Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ ９０（２００６）３０４１
しかしながら、ＳｎＳを光吸収層に用いた太陽電池では、開放電圧Ｖｏｃが低いことが問題であった。この点について、例えばＣｄＳをバッファ層に用いたセルでは、開放電圧Ｖｏｃが０．２７Ｖ（非特許文献１）、０．２６Ｖ（非特許文献２）であるが、産業応用上、Ｃｄの使用は好ましくないと考えられる。このように、ＳｎＳを光吸収層に用いた太陽電池では、開放電圧Ｖｏｃを高めることが求められていた。
本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、ＳｎＳを含むものにおいて、開放電圧をより高めることができる太陽電池を提供することを主目的とする。
上述した目的を達成するために鋭意研究したところ、本発明者らは、光吸収層であるＳｎＳにＣｕをドープさせると、ＳｎＳを含む太陽電池の開放電圧をより高めることができることを見いだし、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明の太陽電池は、
導電性を有する透明導電性基板と、前記透明導電性基板に隣接し電子を輸送するバッファ層と、前記バッファ層に隣接し光を吸収する光吸収層と、を有する光電極と、
対極と、
前記光電極と対極との間に形成された正孔輸送層と、を備え、
前記光吸収層は、ＣｕがドープされたＳｎＳを含むものである。
導電性を有する透明導電性基板と、前記透明導電性基板に隣接し電子を輸送するバッファ層と、前記バッファ層に隣接し光を吸収する光吸収層と、を有する光電極と、
対極と、
前記光電極と対極との間に形成された正孔輸送層と、を備え、
前記光吸収層は、ＣｕがドープされたＳｎＳを含むものである。
本発明の太陽電池の製造方法は、導電性を有する透明導電性基板と前記透明導電性基板に隣接し電子を輸送するバッファ層と前記バッファ層に隣接し光を吸収する光吸収層とを有する光電極と、対極と、前記光電極と対極との間に形成された正孔輸送層と、を備えた太陽電池を製造する方法であって、
（ａ）前記透明導電性基板に前記バッファ層を形成する工程と、
（ｂ）ＳｎＳを含む第１ターゲットと、Ｃｕを含む第２ターゲットとを用いたスパッタ処理により前記形成したバッファ層上にＣｕがドープされたＳｎＳを含む前記光吸収層を形成する工程と、
（ｃ）前記形成した光吸収層上に前記正孔輸送層及び前記対極を形成する工程と、
を含むものである。
（ａ）前記透明導電性基板に前記バッファ層を形成する工程と、
（ｂ）ＳｎＳを含む第１ターゲットと、Ｃｕを含む第２ターゲットとを用いたスパッタ処理により前記形成したバッファ層上にＣｕがドープされたＳｎＳを含む前記光吸収層を形成する工程と、
（ｃ）前記形成した光吸収層上に前記正孔輸送層及び前記対極を形成する工程と、
を含むものである。
本発明の太陽電池は、開放電圧をより高めることができる。このような効果が得られる理由は明らかではないが、以下のように推測される。例えば、ＳｎＳにＣｕがドープされることにより、Ｃｕがアクセプターとして振る舞うなどすることにより、ＳｎＳのキャリア密度が向上したためであると推察される。また、ＳｎＳにＣｕをドープすることにより、太陽電池の形状因子（フィルファクター，ＦＦ）を向上させる効果も得ることができる。なお、このＣｕをドープしたＳｎＳは、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｓ化合物、例えば、Ｃｕ2ＳｎＳ3化合物ではないことを確認している。
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の太陽電池１０の構成を示す概略断面図である。本発明の太陽電池１０は、導電性を有する透明導電性基板１４と、透明導電性基板１４に隣接し電子を輸送するバッファ層１６と、ＳｎＳを含みバッファ層１６に隣接し光を吸収する光吸収層１８と、を有する光電極１２と、対極２０と、光電極１２と対極２０との間に形成された正孔輸送層２２と、を備えている。この太陽電池１０のうち、透明導電性基板１４と対極２０との間の領域の外周は、シール材２４によって被覆されている。
透明導電性基板１４は、ガラス基板などの透明基板１４ａのうちバッファ層１６側に透明導電膜１４ｂを積層した構成となっている。この透明導電性基板１４の材質としては、例えば、フッ素ドープＳｎＯ2コートガラス（ＦＴＯ）、ＩＴＯコートガラス、ＺｎＯ：Ａｌコートガラス、アンチモンドープ酸化スズ（ＳｎＯ2−Ｓｂ）コートガラス、ガリウムドープ酸化亜鉛コートガラス（ＧＺＯ）等が挙げられる。また、酸化スズや酸化インジウムに原子価の異なる陽イオン又は陰イオンをドープしたものや、メッシュ状、ストライプ状など光が透過できる構造にした金属電極をガラス基板上に設けたものも透明導電性基板１４として使用できる。なお、透明基板１４ａとしては、透明なガラス基板のほか、ガラス基板表面を適当に荒らすなどして光の反射を防止したものやすりガラス状の半透明のガラス基板などの光を透過する基板、透明プラスチック板、透明プラスチック膜、無機物透明結晶体などを用いることもできるが、透明なガラス基板が好ましい。
バッファ層１６は、光吸収層１８で発生した電子を透明導電性基板１４へ輸送する層である。このバッファ層１６の材料としては、例えば、ＴｉＯ2、ＺｎＯ、ＳｎＯ2及びＺｎ(1-X)ＭｇXＯ（但し、０＜Ｘ＜１を満たす）などに代表されるｎ型半導体材料が挙げられ、これらのうちＺｎ(1-X)ＭｇXＯ（以下、ＺＭＯとも称する）が好ましい。以下、ＺＭＯを用いたものを主として太陽電池１０を説明する。このバッファ層１６のＺＭＯは、例えば、Ｚｎ(1-X)ＭｇXＯのＸが、０．１＜Ｘ＜０．２を満たすことがより好ましく、０．１５≦Ｘ≦０．１７を満たすことが更に好ましい。ここで、光吸収層（ＳｎＳ）を基準としたバッファ層と光吸収層（ＳｎＳ）との伝導帯下端の差をコンダクションバンドオフセット（ＣＢＯとも称する）と定義する。このとき、Ｘが０．１を超えると、ＣＢＯがより小さな負の値となり、透明導電性基板における電子と光吸収層であるＳｎＳのホールとの再結合をより抑制することができ、好ましい。また、Ｘが０．２未満では、ＣＢＯがより小さな正の値となり、光吸収層１８（ＳｎＳ）から透明導電性基板１４へ電子が輸送され易くなり、好ましい。
光吸収層１８は、バッファ層１６を被覆する層であり、ＣｕがドープされたＳｎＳを含む層である。ＳｎＳは、可視光領域および／または赤外光領域に吸収を持つ金属硫化物である。ＳｎＳは、光吸収係数が１０5ｃｍ-1、バンドギャップが１．１〜１．４ｅＶであり、太陽電池に用いる光吸収剤として好適な光電子特性を有している。この光吸収層１８は、Ｃｕがドープされ、ＸＲＤ測定においてＳｎＳの（１３１）及び（００２）のピークが消失したプロファイルを示すＳｎＳからなるものとしてもよい。ＣｕのドープによりＸＲＤの高角側（２θ＝３８°以上）でのピークが消失することは、ＳｎＳの結晶が配向し、格子間距離が変化しているものと推察され、好ましい。また、光吸収層１８は、Ｃｕがドープされ、ＸＲＤ測定においてＳｎＳの（１０１）及び（１１１）が一体化したピークを示すＳｎＳからなるものとしてもよい。ＣｕのドープによりＸＲＤの低角側（２θ＝３８°未満）でのピークが一体化することは、ＳｎＳの結晶が配向し、格子間距離が変化しているものと推察され、好ましい。
また、光吸収層１８は、０．１原子（ａｔ）％以上のＣｕがＳｎＳにドープされていることが好ましく、０．５ａｔ％以上のＣｕがＳｎＳにドープされていることがより好ましく、１．０ａｔ％以上のＣｕがＳｎＳにドープされていることが更に好ましい。Ｃｕドープ量が０．１ａｔ％以上では、開放電圧をより高めることができ、好ましい。また、５．０ａｔ％以下のＣｕがＳｎＳにドープされていることが好ましく、４．０ａｔ％以下のＣｕがＳｎＳにドープされていることがより好ましく、３．０ａｔ％以下のＣｕがＳｎＳにドープされていることが更に好ましい。Ｃｕドープ量が５．０ａｔ％以下では、例えば、Ｃｕの存在により生じうる不純物（例えばＳｎＳ2など）の生成をより抑制することができ好ましい。このうち、１．０ａｔ％以上３．０ａｔ％以下のＣｕがＳｎＳにドープされていることがより好ましい。この範囲では、開放電圧をより高めると共に、不純物の生成をより抑制することができる。
対極２０は、電子が通過可能な導電層であり、例えばＡｕ，Ｐｔなどの金属薄膜や多孔質の炭素薄膜などを使用することができるほか、上述した透明導電性基板１４と同じ構成のもの（この場合、透明導電膜が正孔輸送層２２と接触するように配置する）を使用することもできる。
正孔輸送層２２は、太陽電池１０の両極に負荷を接続した状態で対極２０から電子を受け取る一方、光を吸収することにより光吸収層１８で発生した正孔を輸送する層である。この正孔輸送層２２の材料としては、例えば、ＣｕＩ、ＣｕＳＣＮ、ＣｕＯ、Ｃｕ2Ｏ及びＣｕなどの銅化合物や、ＬｉドープしたＮｉＯなどに代表されるｐ型半導体材料が挙げられる。
シール材２４は、バッファ層１６や光吸収層１８、正孔輸送層２２が外気と接触するのを防止するためのものである。このシール材２４としては、例えば、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂フィルム、あるいはエポキシ系接着剤を使用することができる。
次に、太陽電池１０の作用について説明する。太陽電池１０の両極に負荷を接続した状態で光を透明導電性基板１４へ照射すると、光吸収層１８では、電子と正孔とが生成し、バッファ層１６へ電子が伝導すると共に、正孔輸送層２２へ正孔が伝導する。放出された電子はバッファ層１６を経由して透明導電性基板１４の透明導電膜１４ｂに移動し、負荷へ流れていく。正孔輸送層２２は、電子を対極２０から受け取る。このような一連の反応が起こることにより、太陽電池１０に太陽光を照射すると負荷に電流が流れる。
次に、太陽電池１０の製法について説明する。本発明の太陽電池１０の製法は、（ａ）透明導電性基板１４にバッファ層１６を形成する工程と、（ｂ）ＳｎＳを含む第１ターゲットと、Ｃｕを含む第２ターゲットとを用いたスパッタ処理によりバッファ層１６上にＣｕがドープされたＳｎＳを含む光吸収層１８を形成する工程と、（ｃ）形成した光吸収層１８上に正孔輸送層２２及び対極２０を形成する工程と、を含む。
まず、スプレーコート法などの公知の薄膜製造技術を用いてガラス基板などの透明基板１４ａに透明導電膜１４ｂを形成することにより透明導電性基板１４を得る。続いて、透明導電性基板１４の透明導電膜１４ｂ上にバッファ層１６を形成する。具体的には、所定の大きさ（例えば粒子径が２０〜４００ｎｍ程度）のｎ型半導体粒子を分散させた分散液を調製し、この分散液を透明導電膜１４ｂ上にバーコーター法や印刷法などにより塗布し、乾燥後焼成することによりバッファ層１６を形成してもよい。あるいは、電子ビーム蒸着、抵抗加熱蒸着、スパッタ蒸着、クラスタイオンビーム蒸着等の物理蒸着法又はＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等の化学蒸着法により透明導電膜１４ｂ上にｎ型半導体からなる薄膜状のバッファ層１６を形成してもよい。例えば、Ｚｎ(1-X)ＭｇXＯ（但し、０．１＜Ｘ＜０．２を満たす）などを用いることが好ましい。ここで、Ｘ値の変更は、例えば、Ｚｎ(1-X)ＭｇXＯターゲットを用いたスパッタにより調整してもよいし、Ｚｎ(1-X)ＭｇXＯターゲット及びＺｎＯターゲットを用いた二元同時スパッタなどにより調整するものとしてもよい。
続いて、バッファ層１６上に光吸収層１８を形成する。具体的には、ＳｎＳを含む第１ターゲットと、Ｃｕを含む第２ターゲットとを用いたスパッタ処理により、バッファ層１６上にＣｕがドープされたＳｎＳを含む光吸収層１８を形成する。このとき、第１ターゲットは、ＳｎＳ以外の物質を含んで形成されていてもよいが、ＳｎＳで形成されていることがより好ましい。また、第２ターゲットは、Ｃｕ以外の物質を含んで形成されていてもよいが、Ｃｕで形成されていることがより好ましい。スパッタ処理条件としては、例えば、成膜ガスを不活性ガスとし、ガス圧を０．１〜０．８Ｐａ、印加電力を５〜１００Ｗ、成膜温度を室温とする、などが挙げられる。その後、１８０〜２１０℃の条件下で加熱することにより光吸収層１８を形成する。このスパッタ処理は複数回繰り返してもよい。
なお、光吸収層１８は、例えば、電子ビーム蒸着、抵抗加熱蒸着、クラスタイオンビーム蒸着等の物理蒸着法又はＣＶＤやＣＢＤ（Chemical Bath Deposition）等の化学蒸着法によりＣｕをドープしたＳｎＳからなる薄膜を形成するものとしてもよい。
なお、光吸収層１８は、例えば、電子ビーム蒸着、抵抗加熱蒸着、クラスタイオンビーム蒸着等の物理蒸着法又はＣＶＤやＣＢＤ（Chemical Bath Deposition）等の化学蒸着法によりＣｕをドープしたＳｎＳからなる薄膜を形成するものとしてもよい。
続いて、光吸収層１８上に正孔輸送層２２を形成する。具体的には、所定の大きさ（例えば粒子径が２０〜４００ｎｍ程度）のｐ型半導体粒子を分散させた分散液を調製し、この分散液を光吸収層１８上にバーコーター法や印刷法などにより塗布し、乾燥後焼成することにより正孔輸送層２２を形成してもよい。あるいは、電子ビーム蒸着、抵抗加熱蒸着、スパッタ蒸着、クラスタイオンビーム蒸着等の物理蒸着法又はＣＶＤ等の化学蒸着法により光吸収層１８上にｐ型半導体からなる薄膜状の正孔輸送層２２を形成してもよい。その後、対極２０を正孔輸送層２２上に形成する。具体的には、電子ビーム蒸着、抵抗加熱蒸着、スパッタ蒸着、クラスタイオンビーム蒸着等の物理蒸着法又はＣＶＤ等の化学蒸着法により正孔輸送層２２上にＡｕやＰｔなどの金属薄膜からなる対極２０を形成してもよい。あるいは、上述した透明導電性基板１４と同じ基板を用意し、透明導電膜１４ｂが正孔輸送層２２と接触するように積層してもよい。そして、最後にバッファ層１６，光吸収層１８及び正孔輸送層２２のそれぞれの側面をシール材２４で被覆し、太陽電池１０が完成する。
以上詳述した本実施形態の太陽電池１０は、ＣｕがドープされたＳｎＳを含む光吸収層１８を備えるため、開放電圧をより高めることができる。このような効果が得られる理由は、例えば、ＳｎＳにＣｕがドープされることにより、Ｃｕがアクセプターとして振る舞うなどすることにより、ＳｎＳのキャリア密度が向上したためであると推察される。また、ＳｎＳにＣｕをドープすることにより、太陽電池の形状因子（フィルファクター，ＦＦ）を向上させる効果も得ることができる。
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
例えば、上述した実施形態では、一つの太陽電池１０について説明したが、図２に示すように複数の太陽電池（以下、単セルという）１１０を直列に接続した電池モジュール１００としてもよい。単セル１１０は、図２で一点鎖線で囲まれた部分である。この単セル１１０は、透明導電性基板１１４の透明導電膜１１４ｂと対極１２０との間に、上述した実施形態の太陽電池１０のバッファ層１６、光吸収層１８及び正孔輸送層２２と同様のバッファ層１１６、光吸収層１１８及び正孔輸送層１２２を有するものである。一つの単セル１１０の対極１２０は、セルの厚み方向に屈曲されて隣接する一方の単セル１１０の透明導電膜１１４ｂと電気的に接続されているが、隣接する他方の単セル１１０の透明導電膜１１４ｂや隣接する両方の単セル１１０の対極１２０とはシール材１２４により電気的に絶縁されている。透明導電性基板１１４のうち、透明基板１１４ａはすべての単セル１１０に共通の部材であるが、透明導電膜１１４ｂは各単セル１１０ごとに形成されている。この電池モジュール１００は、高出力が要求される場合に有効である。また、平面的なスペースに配置することが可能である。なお、電池を配置するスペースによっては、複数の太陽電池１０を縦方向に積み上げて直列接続してもよい。もちろん並列接続することも可能である。
以下には本発明の太陽電池（以下、素子ともいう）を具体的に作製した例を実験例として説明する。ここでは、光吸収層をＣｕがドープされたＳｎＳとし、バッファ層をＺｎ(1-X)ＭｇXＯとした素子を作製し、その特性について検討した。
図１に示す積層型の素子を以下の手順にしたがって作製した。透明導電性基板としてのＩＴＯ薄膜（１４０ｎｍ）／ガラス基板上に、ＲＦマグネトロンスパッタ法により、バッファ層としてのＺｎ(1-X)ＭｇXＯ（ＺＭＯ）の薄膜を成膜した。ＺＭＯ成膜は、Ｚｎ0.8Ｍｇ0.2ＯターゲットとＺｎＯターゲットとを用いた二元同時スパッタにより行った。Ｍｇ量は、Ｘ＝０．１７となるようにＺｎＯターゲットへの印加電力によって制御した。この成膜条件は、到達真空度を３×１０-5Ｐａ未満、成膜ガスをＡｒガス、成膜ガス圧を０．５Ｐａ、印加電力をＺｎ0.8Ｍｇ0.2Ｏターゲットでは１００Ｗ、ＺｎＯターゲットでは５０Ｗ、成膜温度を室温（２０℃）とした。バッファ層１６、光吸収層１８、正孔輸送層２２の成膜条件を表１に示す。また、バッファ層１６のスパッタ後に、Ａｒ雰囲気中、３００℃、３０分間に亘り熱処理を施し、表面改質を行った。得られたＺＭＯ薄膜の膜厚は１００ｎｍ、Ｍｇ量は１７％（Ｚｎ(1-X)ＭｇXＯのＸ＝０．１７）、光学バンドギャップは約３．７ｅＶであり、ＺｎＯと同様のウルツ鉱構造をもつことを確認した。
次に、光吸収層としてのＣｕドープＳｎＳ薄膜を、ＲＦマグネトロンスパッタ法により、表１に示す条件でバッファ層１６上に形成した。ＣｕドープＳｎＳ成膜は、ＳｎＳターゲットとＣｕターゲットとを用いた二元同時スパッタにより行った。また、Ｃｕドープ量は、Ｃｕターゲットの印加電力により制御した。この成膜条件は、到達真空度を３×１０-5Ｐａ未満、成膜ガスをＡｒガス、成膜ガス圧を０．５Ｐａ、印加電力をＳｎＳターゲットでは２０Ｗ、Ｃｕターゲットでは０Ｗ，１０Ｗ，２０Ｗ，５０Ｗ、成膜温度を室温（２０℃）とした。Ｃｕドープ量は、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）により測定した。ここでは、Ｃｕドープ量が０ａｔ％、１．０ａｔ％、２．０ａｔ％、５．０ａｔ％のサンプルをそれぞれ実験例１〜４とした。
図３は、ＣｕをドープしたＳｎＳのＸＲＤプロファイルである。Ｃｕのドープ量に関わらずＳｎＳに起因するピークが得られたことと、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｓ合金（例えばＣｕ2ＳｎＳ3）に起因するピークが現れなかったことから、ＣｕはＳｎＳへドープされたものと推察された。ただし，Ｃｕのドープ量に応じて、２θ＝３８°以上の高角側ピーク（１３１），（００２）が消失し、２θ＝３８°未満の低角側ピーク（１０１），（１１１）が一体化していく傾向が見られた。この結果から、Ｃｕ導入によって、ＳｎＳの結晶が配向し、更にＳｎＳの格子間距離が変化したことが推察された。なお、ＣｕドープＳｎＳ薄膜を成膜後に、大気中、２００℃で１５分間、熱処理を行い、表面改質を行った。
続いて、正孔輸送層２２としてのＣｕ薄膜を、ＲＦマグネトロンスパッタ法により、表１に示す条件で光吸収層１８上に形成した。この成膜条件は、到達真空度を４×１０-4Ｐａ未満、成膜ガスをＡｒガス、成膜ガス圧を０．４Ｐａ、印加電力を３０Ｗ、成膜温度を室温（２０℃）とした。Ｃｕ成膜後に、Ａｒ雰囲気、８０℃で１０分間加熱を行った。そして、対極２０としてのＰｔを正孔輸送層２２上に形成し、太陽電池１０を得た。
以上のように作製したＩＴＯ／ＺＭＯ／ＳｎＳ：Ｃｕ／Ｃｕ太陽電池の特性を表２に示す。図４は、Ｃｕドープ量と、開放電圧及びＦＦ値との関係図である。表２及び図４に示すように、Ｃｕドープ量の増加に伴い、開放電圧Ｖｏｃ及びフィルファクターＦＦが増加した。これは、例えば、ＳｎＳにＣｕがドープされることにより、Ｃｕがアクセプターとして振る舞うなどすることにより、ＳｎＳのキャリア密度が向上したためであると推察された。Ｃｕドープ量が２．０ａｔ％で開放電圧Ｖｏｃが最大となり、５．０ａｔ％で０．０１Ｖ低下する傾向を示した。ＦＦは、Ｃｕドープ量が２．０ａｔ％と５．０ａｔ％とでは大きな変化は見られなかった。したがって、更に高い開放電圧Ｖｏｃを得るには、Ｃｕを１．０ａｔ％以上３．０ａｔ％以下の範囲でドープするのがよいものと推察された。
本発明の太陽電池は、例えば家庭用、オフィス用、工場用の各種電化製品の電源や電気自動車、ハイブリッド自動車、電動自転車などのバッテリのほか、ソーラーパネルなどに利用可能である。
１０ 太陽電池、１２ 光電極、１４ 透明導電性基板、１４ａ 透明基板、１４ｂ 透明導電膜、１６ バッファ層、１８ 光吸収層、２０ 対極、２２ 正孔輸送層、２４ シール材、１００ 電池モジュール、１１０ 単セル、１１４ 透明導電性基板、１１４ａ 透明基板、１１４ｂ 透明導電膜、１１６ バッファ層、１１８ 光吸収層、１２０ 対極、１２２ 正孔輸送層、１２４ シール材。
Claims (6)
- 導電性を有する透明導電性基板と、前記透明導電性基板に隣接し電子を輸送するバッファ層と、前記バッファ層に隣接し光を吸収する光吸収層と、を有する光電極と、
対極と、
前記光電極と対極との間に形成された正孔輸送層と、を備え、
前記光吸収層は、ＣｕがドープされたＳｎＳを含む、太陽電池。 - 前記光吸収層は、Ｃｕがドープされ、ＸＲＤ測定においてＳｎＳの（１３１）及び（００２）のピークが消失したプロファイルを示すＳｎＳからなる、請求項１に記載の太陽電池。
- 前記光吸収層は、Ｃｕがドープされ、ＸＲＤ測定においてＳｎＳの（１０１）及び（１１１）が一体化したピークを示すＳｎＳからなる、請求項１又は２に記載の太陽電池。
- 前記光吸収層は、５．０ａｔ％以下のＣｕがＳｎＳにドープされている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池。
- 前記光吸収層は、１．０ａｔ％以上３．０ａｔ％以下のＣｕがＳｎＳにドープされている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池。
- 導電性を有する透明導電性基板と前記透明導電性基板に隣接し電子を輸送するバッファ層と前記バッファ層に隣接し光を吸収する光吸収層とを有する光電極と、対極と、前記光電極と対極との間に形成された正孔輸送層と、を備えた太陽電池を製造する方法であって、
（ａ）前記透明導電性基板に前記バッファ層を形成する工程と、
（ｂ）ＳｎＳを含む第１ターゲットと、Ｃｕを含む第２ターゲットとを用いたスパッタ処理により前記形成したバッファ層上にＣｕがドープされたＳｎＳを含む前記光吸収層を形成する工程と、
（ｃ）前記形成した光吸収層上に前記正孔輸送層及び前記対極を形成する工程と、
を含む太陽電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012067405A JP5621804B2 (ja) | 2012-03-23 | 2012-03-23 | 太陽電池及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012067405A JP5621804B2 (ja) | 2012-03-23 | 2012-03-23 | 太陽電池及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2013201187A true JP2013201187A (ja) | 2013-10-03 |
| JP5621804B2 JP5621804B2 (ja) | 2014-11-12 |
Family
ID=49521222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012067405A Expired - Fee Related JP5621804B2 (ja) | 2012-03-23 | 2012-03-23 | 太陽電池及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5621804B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014227316A (ja) * | 2013-05-22 | 2014-12-08 | 住友金属鉱山株式会社 | 硫化スズ焼結体およびその製造方法 |
| JP2018157099A (ja) * | 2017-03-17 | 2018-10-04 | 株式会社東芝 | 太陽電池、多接合型太陽電池、太陽電池モジュール及び太陽光発電システム |
| CN110194482A (zh) * | 2019-06-21 | 2019-09-03 | 安阳师范学院 | 三维超薄碳点/铜掺杂二硫化锡复合纳米片制备方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011113683A (ja) * | 2009-11-24 | 2011-06-09 | Toyota Central R&D Labs Inc | 色素増感型太陽電池及びその製法 |
-
2012
- 2012-03-23 JP JP2012067405A patent/JP5621804B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011113683A (ja) * | 2009-11-24 | 2011-06-09 | Toyota Central R&D Labs Inc | 色素増感型太陽電池及びその製法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| JPN6014016230; Ｚｈａｎｇ Ｓｈｕａｉ， ｅｔ ａｌ．: 'Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ｅｖａｐｏｒａｔｅｄ ＳｎＳ：Ｃｕ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｆｏｒ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ' Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２０１１ ６ｔｈ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｎａｎｏ／Ｍｉｃｒｏ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ ａｎｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｓｙｓ , 2011, ｐ．８８９-８９２ * |
| JPN6014016233; Ａｎｉｓ Ａｋｋａｒｉ， ｅｔ ａｌ．: 'Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｃｏｐｐｅｒ ｄｏｐｉｎｇ ｏｎ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅｄ ＳｎＳ ｚｉｎｃ ｂｌｅｎｄ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｇｒｏｗｎ ｂ' Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｖｏｌ．４７， Ｎｏ．３, 201202, ｐ．１３６５-１３７１ * |
| JPN6014016236; Ｋａｔｙ Ｈａｒｔｍａｎ， ｅｔ ａｌ．: 'Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ' ＳｎＳ ｔｈｉｎ-ｆｉｌｍｓ ｂｙ ＲＦ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ａｔ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒｔｕｒｅ Ｖｏｌ．５１９, 2011, ｐ．７４２１-７４２４ * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014227316A (ja) * | 2013-05-22 | 2014-12-08 | 住友金属鉱山株式会社 | 硫化スズ焼結体およびその製造方法 |
| JP2018157099A (ja) * | 2017-03-17 | 2018-10-04 | 株式会社東芝 | 太陽電池、多接合型太陽電池、太陽電池モジュール及び太陽光発電システム |
| US11031512B2 (en) | 2017-03-17 | 2021-06-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Solar cell, multijunction solar cell, solar cell module, and solar power generation system |
| CN110194482A (zh) * | 2019-06-21 | 2019-09-03 | 安阳师范学院 | 三维超薄碳点/铜掺杂二硫化锡复合纳米片制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP5621804B2 (ja) | 2014-11-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11764001B2 (en) | Perovskite solar cell configurations | |
| US20160284882A1 (en) | Solar Cell | |
| CN113853687B (zh) | 太阳能电池、层叠体、多结太阳能电池、太阳能电池组件和太阳能发电系统 | |
| JP5204079B2 (ja) | 色素増感型太陽電池及びその製法 | |
| CN103681913A (zh) | 太阳能电池模块及其制造方法 | |
| CN117178649A (zh) | 钙钛矿太阳能电池和包括其的串联太阳能电池 | |
| KR101870236B1 (ko) | 투명 전도 산화막 기판을 이용한 양면 czts계 태양전지의 제조방법 및 이로부터 제조된 태양전지 | |
| CN102810581B (zh) | 基于碲化镉的薄膜光伏器件的多层n型堆栈及其制造方法 | |
| JP5621804B2 (ja) | 太陽電池及びその製造方法 | |
| JP5400470B2 (ja) | 太陽電池 | |
| JP2013197514A (ja) | 太陽電池 | |
| JP5548073B2 (ja) | 太陽電池 | |
| JP6297038B2 (ja) | 薄膜太陽電池及び薄膜太陽電池の製造方法 | |
| KR20140129037A (ko) | 화합물 태양 전지의 제법 | |
| JP5508966B2 (ja) | 光電変換素子 | |
| US9640685B2 (en) | Solar cell and method of fabricating the same | |
| JP2014013857A (ja) | 太陽電池の製造方法及び太陽電池 | |
| US9935229B2 (en) | Solar cell and method of fabricating the same | |
| CN102810593B (zh) | 基于碲化镉的薄膜光伏器件的多层n型堆栈及其制造方法 | |
| JP2013201186A (ja) | 太陽電池 | |
| WO2011090134A1 (ja) | 太陽電池 | |
| CN116134628A (zh) | 太阳能电池、多结型太阳能电池、太阳能电池模块及太阳能发电系统 | |
| WO2023281761A1 (ja) | 太陽電池、太陽電池の製造方法、多接合型太陽電池、太陽電池モジュール及び太陽光発電システム | |
| JP2011181695A (ja) | 光電変換素子及びその製造方法 | |
| US20130112257A1 (en) | Composite encapsulation material for photovoltaic devices and methods of their manufacture |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20131205 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140410 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140422 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140530 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140708 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140722 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140826 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140908 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |