JP2014015662A - Method for producing compound semiconductor solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高い光変換効率(以下「変換効率」とする)を有し、I族、III族およびVI族の元素からなるCuInSe2(CIS)あるいはこれにGaを固溶させたCu(In,Ga)Se2(CIGS)化合物半導体(I−III−VI族化合物半導体)を光吸収層に用いた化合物太陽電池を、効率よく製造する方法に関するものである。 The present invention has high light conversion efficiency (hereinafter referred to as “conversion efficiency”), CuInSe 2 (CIS) composed of Group I, Group III and Group VI elements, or Cu (In) in which Ga is dissolved. , Ga) Se 2 (CIGS) compound semiconductor (I-III-VI group compound semiconductor) The present invention relates to a method for efficiently producing a compound solar cell using a light absorption layer.
太陽電池の中でも、CISまたはCIGS(以下「CIGS系」とする)化合物半導体を光吸収層に用いた化合物太陽電池は、高い変換効率を有し薄膜に形成できるとともに、光照射等による変換効率の劣化が少ないという利点を有していることが知られている。 Among solar cells, a compound solar cell using a CIS or CIGS (hereinafter referred to as “CIGS-based”) compound semiconductor for a light absorption layer has a high conversion efficiency and can be formed into a thin film, and has a conversion efficiency due to light irradiation or the like. It is known to have the advantage of less degradation.
本願出願人は、このようなCIGS系化合物半導体を光吸収層に用いた化合物太陽電池を効率よく製造する方法として、下記の特許文献1に記載の発明をすでに提案している。この特許文献1に記載の発明は、長尺状の基材を用いて連続的に光吸収層を蒸着法により形成する際に、基材と蒸着源との距離を近接させることを特徴としており、従来の蒸着法と比して高速かつ安定して光吸収層を形成できるという優れた効果を奏する。
The present applicant has already proposed the invention described in
しかしながら、特許文献1記載の発明は、上記の優れた効果を奏するものの、基材と蒸着源とが近接しているため、VI族の材料を、これ以外の材料(I族およびIII族材料)と充分に反応させることができず、得られる光吸収層におけるVI族の組成比が低くなる傾向にあることがわかった。そして、これを防止するには、VI族の材料を過剰に供給する必要があり、不経済であるため、さらに改善することが求められている。
However, although the invention described in
本発明は、上記の課題に鑑みなされたもので、光吸収層の形成を、基材と蒸着源とを近接させた蒸着法により行う際に、VI族の材料を過剰に供給することなく光吸収層におけるVI族の組成比を充分に高くすることができ、高変換効率を有する化合物太陽電池を、高速で安定して製造する方法を提供することをその目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems. When the light absorption layer is formed by a vapor deposition method in which a base material and a vapor deposition source are brought close to each other, light can be emitted without excessively supplying a group VI material. It is an object of the present invention to provide a method for stably producing a compound solar cell having a high conversion efficiency, in which the composition ratio of the VI group in the absorption layer can be sufficiently increased.
上記の目的を達成するため、本発明は、長尺状の基材を走行させながら、蒸着法により上記基材上に化合物半導体層を形成する化合物太陽電池の製造方法であって、上記化合物半導体層の形成を、VI族元素材料を供給するためのノズルが付設された蒸着源Aと、それ以外の元素材料を供給する供給口を備えた蒸着源Bを用いて行うようにし、上記蒸着源Bの供給口を基材から5〜70mm離れた位置に配置するとともに、上記蒸着源Aのノズルの先端開口と蒸着源Bの供給口と基材とを下記の一般式(1)〜(4)を満たす位置に配置し、上記VI族元素材料を、上記蒸着源Aのノズルの先端開口から加熱しながら噴射状態で供給するようにした化合物太陽電池の製造方法をその要旨とする。
L1/sinθ1≦L2/sinθ2・・・(1)
0°≦θ1≦30°・・・(2)
θ1≦θ2≦90°・・・(3)
L1<L2 ・・・(4)
θ1:蒸着源Aのノズルの先端開口からのVI族元素材料の噴出方向を示す仮想線I1と基材とがなす角(°)
θ2:蒸着源Bの供給口からのVI族以外の元素材料の供給方向を示す仮想線I2と基材とがなす角(°)
L1:蒸着源Aのノズルの先端開口と基材表面との最短距離(mm)
L2:蒸着源Bの供給口と基材表面との最短距離(mm)
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing a compound solar cell in which a compound semiconductor layer is formed on a substrate by vapor deposition while running a long substrate, and the compound semiconductor The layer is formed by using a vapor deposition source A provided with a nozzle for supplying a group VI element material and a vapor deposition source B having a supply port for supplying other element materials, The B supply port is disposed at a
L 1 / sin θ 1 ≦ L 2 / sin θ 2 (1)
0 ° ≦ θ 1 ≦ 30 ° (2)
θ 1 ≦ θ 2 ≦ 90 ° (3)
L 1 <L 2 (4)
θ 1 : Angle (°) formed by a virtual line I 1 indicating the ejection direction of the group VI element material from the tip opening of the nozzle of the evaporation source A and the base material
θ 2 : Angle (°) formed by a virtual line I 2 indicating the supply direction of elemental material other than the group VI from the supply port of the evaporation source B and the base material
L 1 : Shortest distance (mm) between the nozzle tip opening of the evaporation source A and the substrate surface
L 2 : The shortest distance (mm) between the supply port of the evaporation source B and the substrate surface
なお、蒸着法により「基材上に化合物半導体層を形成する」とは、基材の上方に化合物半導体層を形成することをいい、基材上に他の層を介して化合物半導体層を形成することを含む意味である。すなわち、基材上に直接、化合物半導体層を形成することのみを意味するものではない。 “Forming a compound semiconductor layer on a base material” by vapor deposition means forming a compound semiconductor layer above the base material, and forming the compound semiconductor layer on the base material via another layer. It means to include. That is, it does not mean that the compound semiconductor layer is formed directly on the substrate.
本発明の化合物太陽電池の製法は、化合物半導体層の形成を、VI族元素材料を供給するためのノズルが付設された蒸着源Aと、それ以外の元素材料を供給する供給口を備えた蒸着源Bを用いて行うようにし、上記蒸着源Bの供給口を基材から5〜70mm離れた位置に配置するとともに、上記蒸着源Aのノズルの先端開口と蒸着源Bの供給口と基材とを上記の一般式(1)〜(4)を満たす位置に配置している。この方法によれば、基材と各蒸着源とが極めて近接しているため、高速かつ安定して化合物半導体層を形成することができる。しかも、VI族の元素材料を、上記ノズルを経由させることにより、VI族以外の元素材料の供給口より基材に近い位置から噴射状態で供給するため、VI族の元素材料を、それ以外の元素材料(I族およびIII族材料)と充分に反応させることができ、化合物半導体層におけるVI族の組成比を効率よく高めることができる。また、上記蒸着源Aのノズルの先端開口と蒸着源Bの供給口と基材とを上記の一般式(1)〜(4)を満たす位置に配置しているため、VI族の元素材料を、それ以外の元素材料(I族およびIII族元素材料)の周りに回り込ませることができ、互いに充分に反応させることができる。したがって、本発明の製法によれば、従来のように、VI族元素材料を過剰に供給する必要がなく、変換効率の高いすぐれた化合物太陽電池を、低コストで効率よく製造することができる。
The method for producing a compound solar cell according to the present invention comprises forming a compound semiconductor layer by vapor deposition provided with a vapor deposition source A provided with a nozzle for supplying a group VI element material and a supply port for supplying other elemental material. The source B is used, and the supply port of the vapor deposition source B is disposed at a
そして、化合物半導体層が、I族とIII族とVI族の元素からなるカルコパイライト構造を有するものであると、薄膜でも高効率の光変換を行うことができるとともに、室温でも安定したものとなる。 If the compound semiconductor layer has a chalcopyrite structure composed of Group I, Group III, and Group VI elements, it is possible to perform high-efficiency light conversion even with a thin film and to be stable at room temperature. .
また、蒸着源Aに付設されたノズルが、複数に分岐するノズルに形成され、VI族元素材料が上記複数の分岐されたノズルによって多方向から噴射状態で供給されるようになっていると、上記VI族の元素材料を、それ以外(I族およびIII族)の元素材料の周りに、さらに一層効率よく回り込ませて、互いに充分反応させることができるため、VI族の元素材料のロスを少なくすることができる。 Further, the nozzle attached to the vapor deposition source A is formed into a plurality of branched nozzles, and the group VI element material is supplied in a sprayed state from multiple directions by the plurality of branched nozzles. The above group VI element materials can be more efficiently circulated around the other (group I and group III) element materials and allowed to sufficiently react with each other, reducing the loss of group VI element materials. can do.
さらに、上記化合物半導体層の形成が、真空槽内で行われており、上記VI族元素材料を噴射するためのノズルが上記真空槽内に配設されるとともに、上記ノズルに着脱可能な弁手段によって連結された蒸着源Aが上記真空槽外に配設され、上記蒸着源Aから真空槽内のノズルに上記VI族元素材料が供給されるようになっていると、蒸着源AからのVI族元素材料供給量の調整が容易であるため、VI族元素材料のロスを少なくできるとともに、化合物半導体層組成の制御性をさらに高めることができる。 Further, the compound semiconductor layer is formed in a vacuum chamber, and a nozzle for injecting the group VI element material is disposed in the vacuum chamber, and valve means detachable from the nozzle When the deposition source A connected by the above is disposed outside the vacuum chamber and the group VI element material is supplied from the deposition source A to the nozzle in the vacuum chamber, the VI from the deposition source A Since the supply amount of the group element material is easy, the loss of the group VI element material can be reduced and the controllability of the compound semiconductor layer composition can be further improved.
つぎに、本発明を実施するための形態について説明する。 Next, an embodiment for carrying out the present invention will be described.
図1は、本発明の一実施の形態により得られるCIGS太陽電池の断面図である。このCIGS太陽電池は、幅20mm×長さ20mm×厚み53μmの大きさで、ステンレス合金(SUS)からなる基材1(厚み50μm)と、モリブデン(Mo)からなる裏面電極層2(厚み800nm)と、カルコパイライト化合物からなる化合物半導体層(CIGS光吸収層)3(厚み2μm)と、ZnOからなるバッファ層4(厚み70nm)と、ITOからなる表面電極層5(厚み200nm)とをこの順で備えており、上記化合物半導体層3が特殊な蒸着法によって形成されている。以下に、このCIGS太陽電池を詳細に説明する。なお、図1において、各層の厚み、大きさ、外観等は模式的に示したものであり、実際とは異なっている(以下の図においても同じ)。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a CIGS solar cell obtained according to an embodiment of the present invention. This CIGS solar cell has a size of width 20 mm × length 20 mm × thickness 53 μm, a base material 1 (thickness 50 μm) made of stainless alloy (SUS), and a back electrode layer 2 (thickness 800 nm) made of molybdenum (Mo). And a compound semiconductor layer (CIGS light absorption layer) 3 (
上記基材1は、支持基板として用いられるものであり、上記SUSの他にも、ソーダライムガラス、柔軟性のある金属箔等を用いることができる。ただし、後の加熱工程での加熱(例えば、520℃を超える高温)に耐えうる材料を用いることが好ましい。
The
この基材1の上に形成された裏面電極層2としては、上記Moの他にも、タングステン(W)、クロム(Cr)、チタン(Ti)等を用いることができ、単層の他、複層に形成して用いることもできる。そして、その厚みは、100〜1000nmの範囲にあることが好ましい。
As the
そして、裏面電極層2の上に形成されたCIGS光吸収層(化合物半導体層)3は、銅(Cu)、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、セレン(Se)の4元素からなり、カルコパイライト構造を有する化合物半導体からなり、Cu、In、Gaの組成比は、22.1:21.2:7.5であり、Cu/(In+Ga)≒0.77となっている。このCIGS光吸収層3は、後述する特殊な多源蒸着法によって形成されている。
The CIGS light absorption layer (compound semiconductor layer) 3 formed on the
つぎに、上記CIGS光吸収層上に形成されたバッファ層4は、CIGS光吸収層3とpn接合ができるように、高抵抗のn型半導体であることが好ましく、単層の他、複数の層からなっていてもよい。バッファ層4として、複数の層からなるものを用いると、上記CIGS光吸収層3とのpn接合をより良好にできる。このようなバッファ層4としては、上記ZnOの他にも任意の材料を用いることができ、例えば、CdS、ZnMgO、Zn(O,S)等を用いることができる。また、バッファ層4として、複数の層からなるものを用いる場合には、各層の厚みは、それぞれ30〜200nmの範囲にあることが好ましい。そして、バッファ層4を単層とした場合でも、30〜200nmの厚みとすることが好ましい。
Next, the buffer layer 4 formed on the CIGS light absorption layer is preferably a high-resistance n-type semiconductor so that a pn junction can be formed with the CIGS
上記バッファ層4の上に形成された表面電極層5は、高透過率を有する材料を用いて形成することが好ましく、上記ITOの他、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化亜鉛アルミニウム(Al:ZnO)等を用いて形成することができる。また、その厚みは、100〜300nmの範囲にあることが好ましい。
The
このようなCIGS太陽電池は、例えば、長尺状の基材1の表面に裏面電極層2を形成し、この裏面電極層2の上に、図2に示す蒸着装置6を用いてCIGS光吸収層3を形成し、これを所定のサイズとなるよう基材1を切断した後、上記CIGS光吸収層3の上に、バッファ層4、表面電極層5をこの順で積層することによって製造することができる。以下にその製造方法を詳細に説明する。
In such a CIGS solar cell, for example, a
(裏面電極工程)
ロールトゥロール方式により、長尺状の基材1を走行させながら、その表面にMoからなる裏面電極層2をスパッタリング法により形成する。なお、裏面電極層2は、スパッタリング法の他にも、蒸着法により形成することもできる。
(Back electrode process)
The
(CIGS光吸収層形成工程)
つぎに、この裏面電極層2が形成された基材1(以下「基材」という)を、同じくロールトゥロール方式で走行させながら、その裏面電極層2の上に、CIGS光吸収層3を形成する。この工程では、例えば図2に示すような蒸着装置6が用いられる。この蒸着装置6は、基材1が巻き回された巻き出しロール7から基材1を巻き出すための巻き出し室8と、基材1に対してCIGS光吸収層3を蒸着により形成するための蒸着室9と、CIGS光吸収層3が形成された基材1を巻き取るための巻き取りロール10を収容するための巻き取り室11とで構成されている。そして、上記各室8,9,11は、圧力差を緩和するための差動排気機構によって連結されており、異なる圧力の室間でも基材1を連続的に移動させることができるようになっている。基材1をこのような各室8,9,11を経由させることにより、長尺状の基材1の上に、CIGS光吸収層3を連続的に形成することができる。
(CIGS light absorption layer forming step)
Next, the CIGS
上記蒸着室9には、Se(VI族元素)を供給するためのノズル12が付設された蒸着源Aが3個設けられており、Cu、InおよびGa(VI族元素以外の元素)を供給する供給口を備えた蒸着源Bが、それぞれの元素ごとに設けられている(合計3個)。そして、それぞれの蒸着源Bの供給口14は、基材1から5〜70mm離れた位置に配置されるとともに、上記ノズル12の先端開口13が上記蒸着源Bの供給口14より基材1に近い位置に配置されている。
The
上記蒸着源Aに付設されたノズル12の先端開口13と、蒸着源Bの供給口14と、基材1との位置関係について、より詳しく説明すると、図3に示すように、上記蒸着源Bの供給口14は、Cu、InおよびGaの供給方向を示す仮想線I2と基材1とがなす角θ2が60°になるとともに、基材1表面からの最短距離L2が50mmとなる位置に配置されている。また、上記ノズル12の先端開口13は、Seの噴出方向を示す仮想線I1と基材とがなす角θ1が20°になるとともに、基材1表面からの最短距離L1が10mmとなる位置に配置されている。すなわち、これらの関係は、下記の一般式(1)〜(4)を満たすようになっている。
L1/sinθ1≦L2/sinθ2・・・(1)
0°≦θ1≦30°・・・(2)
θ1≦θ2≦90°・・・(3)
L1<L2 ・・・(4)
θ1:蒸着源Aのノズルの先端開口からのVI族元素材料の噴出方向を示す仮想線I1と基材とがなす角(°)
θ2:蒸着源Bの供給口からのVI族以外の元素材料の供給方向を示す仮想線I2と基材とがなす角(°)
L1:蒸着源Aのノズルの先端開口と基材表面との最短距離(mm)
L2:蒸着源Bの供給口と基材表面との最短距離(mm)
The positional relationship between the tip opening 13 of the
L 1 / sin θ 1 ≦ L 2 / sin θ 2 (1)
0 ° ≦ θ 1 ≦ 30 ° (2)
θ 1 ≦ θ 2 ≦ 90 ° (3)
L 1 <L 2 (4)
θ 1 : Angle (°) formed by a virtual line I 1 indicating the ejection direction of the group VI element material from the tip opening of the nozzle of the evaporation source A and the base material
θ 2 : Angle (°) formed by a virtual line I 2 indicating the supply direction of elemental material other than the group VI from the supply port of the evaporation source B and the base material
L 1 : Shortest distance (mm) between the nozzle tip opening of the evaporation source A and the substrate surface
L 2 : The shortest distance (mm) between the supply port of the evaporation source B and the substrate surface
そして、上記蒸着源Aに付設されたノズル12の開口径は、10mmであるが、ノズル12の開口径はこれに限らず、1〜30mmの範囲にあることが好ましく、5〜20mmの範囲にあることがより好ましい。すなわち、径が大きすぎると、噴出する材料の分布は良好となるが、Seの噴出圧が低くなり、SeがCu、InおよびGaの周りに充分回り込めなくなるおそれがあり、逆に、径が小さすぎると、Seの噴出圧は向上するが、良好な分布が得られずCIGS光吸収層3内でのSe材料の組成ムラが発生するおそれがあるためである。そして、上記ノズル12の周囲には、蒸着源Aから供給されるSe温度を調整できるよう加熱手段(例えば、電熱線)が配置されている(図示せず)が、他の方法によりSe温度の調整ができる場合にはこの加熱手段は設けなくてもよい。また、上記蒸着源Bには、Cu、InおよびGaの各材料ごとに好適な加熱ができるように、各蒸着源Bごとに独立した状態で加熱手段を設置することが好ましい。
And although the opening diameter of the
なお、この例では、図3に示すように、ノズル12の先端開口13からSeの噴出方向(仮想線I1)と、蒸着源Bの供給口14からCu、In、Gaの供給方向(仮想線I2)とが、基材1の表面上(基材1表面からの距離が0mmの位置)で交わるように両者が配置されている。しかし、図4に示すように、両者の交点Pが、基材1の表面から下方に離れた位置となるように配置してもよく、とりわけ、交点Pが、基材1表面から下方に0〜5mm離れた位置となる配置にすることが好ましい。上記交点Pが、基材1表面からの距離が離れすぎるような配置では、Cu、In、Gaに対するSeの回り込みが基板1近傍で起こらず、得られるCIGS光吸収層3におけるSeの組成比が悪くなる傾向にある。
In this example, as shown in FIG. 3, the ejection direction of Se from the tip opening 13 of the nozzle 12 (virtual line I 1 ) and the supply direction of Cu, In, Ga from the
この蒸着装置6を用いて、CIGS光吸収層3を得るには、まず、蒸着時の基材1の温度が550℃となるよう、蒸着室9に備えた加熱機構(図示せず)によって加熱する。なお、このとき、蒸着源AおよびBから発せられる熱によって、基材1の温度が高くなりすぎる場合があり、別途、基材1を冷却するための冷却機構(図示せず)を蒸着室9内に設けるようにしてもよい。そして、蒸着室9を真空状態にし、蒸着源A(Se材料ユニット)を350℃に加熱し、ノズル12を450℃に加熱し、その先端開口13から基材1に対して20°の角度でSeを噴射するとともに、蒸着源Bとして配置された、Cu、In、Gaの各材料ユニットを、それぞれ1300℃、1100℃、1100℃に加熱し、供給口14から基材1に向かって60°の角度でCu、In、Gaを供給することにより、基材1と蒸着源A,Bとが近接した状態であっても、Seを充分にCu、In、Gaの周りに回り込ますことができ、所望の組成比を有するカルコパイライト構造〔Cu(In1-X,GaX)Se2〕のCIGS光吸収層3を基材1上に得ることができる。
In order to obtain the CIGS
なお、上記蒸着源Aのノズル12は、その先端開口13からのSeの噴出方向を示す仮想線I1と基材1とがなす角θ1が20°となるように配置されているが、これに限らず、しかし、角θ1が0〜30°の範囲の任意の角度となるように配置することが好ましい。また、上記蒸着源Bの供給口14は、Cu、InおよびGaの供給方向を示す仮想線I2と基材1とがなす角θ2が60°となるように配置されているが、これに限らず、しかし、上記角θ1より大きく、かつ、90°以下の範囲の任意の角度となるように配置することが好ましい。
The
また、上記ノズル12の先端開口13は、基材1表面からの最短距離L1が10mmに設定されているが、これに限らず、上記最短距離L1は、基材1表面から蒸着源Bの供給口14までの最短距離L2より短い距離の任意の範囲に設定することができる。そして、上記最短距離L2が50mmに設定されているが、これに限らず、5〜70mmの範囲の任意の範囲に設定することができる。
The
なお、Seを供給するためのノズル12が付設された蒸着源Aと、Cu、InおよびGaを供給する供給口14を備えた蒸着源Bとが、蒸着室9内に各3個備えられているが、蒸着室9、基材1等のサイズや基材1の搬送速度等を考慮して、その数を増減することができる。また、蒸着源Aと蒸着源Bとが1:1の割合で設置されているが、必ずしもその必要はない。すなわち、図5で示すように、蒸着源Aに付設されたノズル12として、基材1方向へ延びる途中で分岐し、その先端開口13が複数形成されたものを用いると、蒸着源Bの個数に対して蒸着源Aの個数を少なくすることができる。この場合、蒸着源AからのSeの供給を一個所で制御できるため、管理が容易となる。さらに、蒸着源Aと蒸着源Bとを1:1で設置する場合であっても、図6に示すように、蒸着源Aに付設されたノズル12として、基材1方向へ延びる途中で2方向に分岐したものを用い、その分岐した各先端開口13からSeを噴射するようにしてもよい。この場合、蒸着源Bから供給されるその他の元素材料(Cu、In、Ga)の周りに、Seをより一層、回り込ますことができ、変換効率の高いCIGS光吸収層3をより効率よく形成することができる。
In addition, three each of the vapor deposition source A provided with the
また、この蒸着装置6では、蒸着源Aとこれに付設されたノズル12の双方が、蒸着室9内に配設されているが、ノズル12を蒸着室9内に配設し、このノズル12を、蒸着室9外に配設された蒸着源Aと連結するようにしてもよい。蒸着源Aを蒸着室9の外に配設すると、蒸着源AからのSe供給の調整が容易となるため、Seのロスを少なくできるとともに、CIGS光吸収層の組成比をより容易に制御できる。そして、上記ノズル12と蒸着源Aとを着脱可能な弁手段によって連結すると、蒸着源Aの交換が容易となるため、好ましい。
In the
そして、CIGS光吸収層3が形成された後、基材1をそのまま巻き取りロール10で巻き取っているが、CIGS光吸収層3の結晶性を高めるために、所定の温度でCIGS光吸収層3を加熱燃成した後、基材1を巻き取りロール10で巻き取るようにしてもよい。また、このCIGS光吸収層3の加熱燃成は、CIGS光吸収層3を形成した基材1を、一旦、巻き取りロール10で巻き取り、その後、巻き取った基材1を巻き出して行ってもよい。
And after CIGS
さらに、上記CIGS光吸収層3の形成は、上記蒸着法だけでなく、その他にも、例えば、3段階法やバイレイヤー法等の蒸着法によっても行うことができる。
Furthermore, the CIGS
(バッファ層形成工程、表面電極層形成工程、電極形成工程)
つぎに、上記巻き取りロール10から、CIGS光吸収層3が形成された基材1を巻き出し、これを一定の長さごとに切断装置で切断し、所定サイズにする。そして、この所定サイズとなった基材1のCIGS光吸収層3上に、スパッタリング法によりバッファ層4を形成する。このバッファ層4は、スパッタリング法の他にも、化学浴堆積法(CBD法)等によっても形成することができる。そして、このバッファ層4上に、スパッタリング法により表面電極層5を形成し、基材1の裏面(CIGS光吸収層3等が形成された面の反対面)に、櫛型電極を形成することにより、CIGS太陽電池を得ることができる。
(Buffer layer forming step, surface electrode layer forming step, electrode forming step)
Next, the
上記CIGS太陽電池の製造方法によれば、基材1と蒸着源A,Bとが極めて近接しているため、高速かつ安定してCIGS光吸収層3を形成することができる。しかも、Seを、ノズル12を経由させることにより、Cu、In、Gaの供給口14より基材1に近い位置から噴射状態で供給するため、SeをCu、In、Gaと充分に反応させることができ、CIGS光吸収層3におけるSeの組成比を効率よく高めることができる。特に、蒸着源Aのノズル12の先端開口13と、蒸着源Bの供給口14と、基材1とが、上記の一般式(1)〜(4)を満たす関係にあるため、とりわけ、SeをCu、In、Gaの周りに回り込ませることができ、互いに充分に反応させることができる。さらに、CIGS光吸収層3が、カルコパイライト構造を有するものであるため、薄膜でも高効率の光変換を行うことができるとともに、室温でも安定したものとすることができる。したがって、本発明の製法によれば、従来のように、Seを過剰に供給する必要がなく、変換効率の高いすぐれたCIGS太陽電池を、低コストで効率よく製造することができる。
According to the manufacturing method of the CIGS solar cell, since the
なお、上記の実施の形態では、CIGS光吸収層形成工程までを、長尺状の基材1を用いたロールトゥロール方式で行い、バッファ層4以降の工程を、所定サイズに切断された基材1を用いた枚葉方式で行っているが、バッファ層4以降の工程を、CIGS光吸収層3形成工程と同様にロールトゥロール方式で行うようにしてもよい。この場合、表面電極層5の形成後、所定サイズに基材1を切断する。また、基材1を切断せずに用いてもよい。
In the above-described embodiment, the CIGS light absorption layer forming step is performed by a roll-to-roll method using the
また、上記の実施の形態では、長尺状の基材1の上に裏面電極層2を形成しているが、基材1に導電性があり、裏面電極層2の働きを兼ねることができる場合には、裏面電極層2を設けなくてもよい。
Moreover, in said embodiment, although the back
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。ただし、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。 Next, examples will be described together with comparative examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
〔実施例1〕
(裏面電極層の形成)
フェライト系SUS430からなる基材1(幅30nm、長さ100m、厚み50μm)の表面に、ロールトゥロール方式を用い、CrおよびMoをDCマグネトロンスパッタ法により、この順に積層して裏面電極層2(Cr:厚み100nm、Mo:厚み300nm)を形成した。
[Example 1]
(Formation of back electrode layer)
On the surface of a base material 1 (width 30 nm, length 100 m, thickness 50 μm) made of ferrite SUS430, a roll-to-roll method is used, and Cr and Mo are laminated in this order by a DC magnetron sputtering method. Cr: thickness 100 nm, Mo: thickness 300 nm).
(CIGS光吸収層の形成)
つぎに、裏面電極層2が形成された基材1を、上記の実施の形態で用いた蒸着装置6(図2参照)の巻き出しロール7および巻き取りロール10に掛け渡し、裏面電極層2の上に、CIGS光吸収層3を形成した。すなわち、蒸着源Aのノズル12として、その先端開口13の開口径が10mmのノズルを用意するとともに、蒸着源Bとして、その供給口14の開口径が27.5mmのものを用意した。そして、蒸着装置6の蒸着室9において、蒸着源Aのノズル12の先端開口13と、蒸着源Bの供給口14と、基材1とが、下記に示す関係となるように配置した。
・蒸着源Aのノズル12の先端開口13からSeの噴出方向を示す仮想線I1と基材1とがなす角θ1が20°。
・蒸着源Bの供給口14からCu、In、Gaの供給方向を示す仮想線I2と基材1とがなす角θ2が90°。
・蒸着源Aのノズル12の先端開口13と基材1表面との最短距離L1が15mm。
・蒸着源Bの供給口14と基材1表面との最短距離L2が50mm。
・仮想線I1と仮想線I2との交点Pが、基材1表面から下方に2mm離れた位置。
(Formation of CIGS light absorption layer)
Next, the
The angle θ 1 formed by the virtual line I 1 indicating the ejection direction of Se from the tip opening 13 of the
The angle θ 2 formed by the virtual line I 2 indicating the supply direction of Cu, In, and Ga from the
The shortest distance L 1 between the tip opening 13 of the
The shortest distance L 2 between the
A position where the intersection point P between the virtual line I 1 and the virtual line I 2 is 2 mm away from the surface of the
そして、蒸着装置6内の圧力を1×10-3Paにし、蒸着室9内に配設されたハロゲンランプを備えた基材加熱機構(図示せず)により、基材1の表面温度が250℃になるよう加熱するとともに、蒸着源Bとして配置されたCu、In、Gaの各材料ユニットを、それぞれ1300℃、1100℃、1100℃となるように加熱した。また、蒸着源Aの材料ユニットを350℃となるように加熱するとともに、ノズル12を450℃となるように加熱した。
And the surface temperature of the
そして、巻き出しロール7から基材1を1m/minの速度で巻き出し、巻き取りロール10に向かって蒸着室9内を走行させ、この基材1に対して、Ga、In、Cuの順で並べられた各材料ユニット由来のGa、In、Cuを蒸着源Bの供給口14から供給するとともに、Seを蒸着源Aのノズル12先端開口13から噴射状態で供給し、カルコパイライト構造を有するCIGS光吸収層3を、基材1の裏面電極層2が形成された面に連続的に形成した。さらに、CIGS光吸収層3の結晶性を良好なものとするため、蒸着室9内に備えられた焼成機構(図示せず)により、上記CIGS光吸収層3を550℃の温度で15分間焼成し、その後、巻き取り室11の巻き取りロール10で巻き取った。
Then, the
(CIGS太陽電池の製造)
上記巻き取りロール10から、裏面電極層2、CIGS光吸収層3がこの順で形成された基材1を巻き出し、これを100mmごとに切断装置で切断した。そして、この切断された基材1のCIGS光吸収層3が形成された面に、CBD法によりCdSからなるバッファ層4(厚み50μm)を形成した。さらに、上記バッファ層4の上に、スパッタリング法によりZnO層(厚み100nm)、ITO層(厚み300nm)をこの順で形成し、表面電極層5とした。そして、基材1の裏面(CIGS光吸収層3等が形成された面の反対面)に、NiCr/Alからなる櫛型電極を形成し、CIGS太陽電池を完成した。
(Manufacture of CIGS solar cells)
The
〔実施例2〕
蒸着源Aのノズル12として、図6に示すように、2つに分岐するノズルを用い、Seをこの2つに分岐されたノズルによって2方向から噴射状態で供給するようにした他は、実施例1と同様にして、CIGS太陽電池を製造した。
[Example 2]
As shown in FIG. 6, as the
〔実施例3〜12〕および〔比較例1〕、〔比較例3〜8〕
蒸着源Aのノズル12の先端開口13と、蒸着源Bの供給口14と、基材1とが、後記の〔表1〕〜〔表4〕に示す関係となるように配置を変更した他は、実施例1と同様にして、CIGS太陽電池を製造した。
[Examples 3-12] and [Comparative Example 1], [Comparative Examples 3-8]
Other than changing the arrangement so that the tip opening 13 of the
〔比較例2〕
蒸着源AからのSeの供給を、ノズル12を用いずに行うとともに、その蒸着源Aの供給口と、基材1とが、表4に示す関係となるようにそれぞれの位置を変更し、蒸着源Aの供給口からSeの供給方向を示す仮想線と、仮想線I2との交点が、基材1表面から上方に10mm(下方に−10mm)離れた位置となるように変更した他は、実施例1と同様にして、CIGS太陽電池を製造した。
[Comparative Example 2]
While supplying Se from the vapor deposition source A without using the
上記実施例および比較例のCIGS太陽電池をそれぞれ20個製造し、それらの変換効率を下記の手順に従って測定した。また、上記実施例および比較例におけるCIGS光吸収層3において、Seの回り込みの程度を評価するために、別途用意したフェライト系SUS430からなる基材(幅30nm、長さ100m、厚み50μm)の表面に、各実施例および比較例のCIGS光吸収層3の形成条件と同条件で、SeとInのみを蒸着し、SeとInとからなる蒸着層が積層された試験材を作製した。そして、この試験材の蒸着層におけるSe/Inの組成比を下記の手順に従って算出した。
測定および算出した結果を、後記の〔表1〕〜〔表4〕に併せて示す。
Twenty CIGS solar cells of the above examples and comparative examples were manufactured, and their conversion efficiency was measured according to the following procedure. In addition, in the CIGS
The measured and calculated results are also shown in the following [Table 1] to [Table 4].
〔変換効率〕
擬似太陽光(AM1.5)を100mm角以上の照射面積となるように、上記実施例および比較例のCIGS太陽電池のそれぞれ各20個に照射し、その変換効率をソーラシミュレータ(セルテスターYSS−150、山下電装社製)で測定した。そして、各実施例および比較例のCIGS太陽電池の平均変換効率を算出した。なお、上記測定は、放射照度1kW/m2、電池温度25℃の条件で行った。
〔Conversion efficiency〕
Pseudo sunlight (AM1.5) was irradiated to each 20 pieces of the CIGS solar cells of the above-mentioned examples and comparative examples so as to have an irradiation area of 100 mm square or more, and the conversion efficiency was measured with a solar simulator (cell tester YSS- 150, manufactured by Yamashita Denso Co., Ltd.). And the average conversion efficiency of the CIGS solar cell of each Example and a comparative example was computed. In addition, the said measurement was performed on the conditions of irradiance 1kW / m < 2 > and battery temperature 25 degreeC.
〔Se/Inの組成比〕
上記で作製した各試験材の蒸着層について、エネルギー分散型蛍光X線装置(EX−250、堀場製作所社製)を用いて、SeおよびIn元素の原子数濃度を測定し、それらの原子数濃度に元に、上記蒸着層のSe/Inの組成比を算出した。
[Se / In composition ratio]
About the vapor deposition layer of each test material produced above, using an energy dispersive X-ray fluorescence apparatus (EX-250, manufactured by HORIBA, Ltd.), the atomic number concentrations of Se and In elements are measured, and the atomic number concentrations thereof. Based on the above, the Se / In composition ratio of the vapor deposition layer was calculated.
上記の結果より、実施例1〜12は、試験材の蒸着層におけるSe/Inの組成比がいずれも1.36以上と高くなっており、本発明の蒸着法を用いることにより、基材と蒸着源との距離が近接していても、SeをInの周りに充分に回り込ますことができ、SeとInの反応が充分に行われたことが示された。これを裏付けるように、本発明の蒸着法によりCIGS光吸収層3を形成している実施例1〜12のCIGS太陽電池は、その変換効率はいずれも11.8%以上と高効率になっていた。一方、蒸着源AからのSeの供給をノズルを用いて行っているものの、ノズルの先端開口と、蒸着源Bの供給口と、基材との位置関係が、本発明の範囲外となっている比較例1は、試験材の蒸着層におけるSe/Inの組成比が0.22と極めて低くなっており、CIGS太陽電池は発電しなかった。また、従来通りの蒸着法(蒸着源AからのSeの供給にノズルを用いない)によりCIGS光吸収層3を形成している比較例2では、試験材の蒸着層におけるSe/Inの組成比が0.92と低く、これに比例するように、CIGS太陽電池の変換効率も9.1%と低くなっていた。さらに、蒸着源Aのノズルの先端開口と蒸着源Bの供給口と基材とが上記の一般式(1)〜(4)を満たす位置に配置されていない比較例3〜8では、Se/Inの組成比が良好でなく、CIGS太陽電池の変換効率も低いものになっていた。
From the above results, in Examples 1 to 12, the Se / In composition ratio in the vapor deposition layer of the test material is all 1.36 or higher, and by using the vapor deposition method of the present invention, Even when the distance to the vapor deposition source was close, Se could sufficiently wrap around In, indicating that the reaction between Se and In was sufficiently performed. In order to support this, the CIGS solar cells of Examples 1 to 12 in which the CIGS
本発明の化合物太陽電池の製造方法は、高変換効率を有する化合物太陽電池を高速で安定して製造するのに適している。 The method for producing a compound solar cell of the present invention is suitable for stably producing a compound solar cell having high conversion efficiency at a high speed.
1 基材
12 ノズル
13 先端開口
14 供給口
A 蒸着源
B 蒸着源
DESCRIPTION OF
Claims (4)
L1/sinθ1≦L2/sinθ2・・・(1)
0°≦θ1≦30°・・・(2)
θ1≦θ2≦90°・・・(3)
L1<L2 ・・・(4)
θ1:蒸着源Aのノズルの先端開口からのVI族元素材料の噴出方向を示す仮想線I1と基材とがなす角(°)
θ2:蒸着源Bの供給口からのVI族以外の元素材料の供給方向を示す仮想線I2と基材とがなす角(°)
L1:蒸着源Aのノズルの先端開口と基材表面との最短距離(mm)
L2:蒸着源Bの供給口と基材表面との最短距離(mm) A method of manufacturing a compound solar cell in which a compound semiconductor layer is formed on a base material by vapor deposition while running a long base material, and the formation of the compound semiconductor layer is supplied with a group VI element material The vapor deposition source A provided with a nozzle for the purpose and the vapor deposition source B provided with a supply port for supplying other elemental materials are used, and the supply port for the vapor deposition source B is separated from the substrate by 5 to 70 mm. In addition, the tip opening of the nozzle of the vapor deposition source A, the supply port of the vapor deposition source B, and the substrate are arranged at positions satisfying the following general formulas (1) to (4), and the group VI element A method for producing a compound solar cell, wherein the material is supplied in a sprayed state while being heated from the tip opening of the nozzle of the vapor deposition source A.
L 1 / sin θ 1 ≦ L 2 / sin θ 2 (1)
0 ° ≦ θ 1 ≦ 30 ° (2)
θ 1 ≦ θ 2 ≦ 90 ° (3)
L 1 <L 2 (4)
θ 1 : Angle (°) formed by a virtual line I 1 indicating the ejection direction of the group VI element material from the tip opening of the nozzle of the evaporation source A and the base material
θ 2 : Angle (°) formed by a virtual line I 2 indicating the supply direction of elemental material other than the group VI from the supply port of the evaporation source B and the base material
L 1 : Shortest distance (mm) between the nozzle tip opening of the evaporation source A and the substrate surface
L 2 : The shortest distance (mm) between the supply port of the evaporation source B and the substrate surface
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JP2005126757A (en) * | 2003-10-23 | 2005-05-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Apparatus and method for producing compound thin film |
JP4474324B2 (en) * | 2005-04-28 | 2010-06-02 | パナソニック株式会社 | Deposition equipment |
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
JP2017052194A (en) * | 2015-09-10 | 2017-03-16 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Method and apparatus for producing laminate |
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