JP2014045155A - Method of manufacturing photoelectric conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、I−III−VI族化合物を含む半導体層を用いた光電変換装置の製造方法に関
するものである。
The present invention relates to a method for manufacturing a photoelectric conversion device using a semiconductor layer containing an I-III-VI group compound.
太陽光発電等に使用される光電変換装置として、CuInSe2(CIS)やCu(In,Ga)Se2(CIGS)等のI−III−VI族化合物を含む半導体層を光吸収層に用
い、この光吸収層上にII−VI族化合物等のバッファ層を形成したものがある。
As a photoelectric conversion device used for photovoltaic power generation or the like, a semiconductor layer containing an I-III-VI group compound such as CuInSe 2 (CIS) or Cu (In, Ga) Se 2 (CIGS) is used as a light absorption layer. There is one in which a buffer layer such as a II-VI group compound is formed on this light absorption layer.
このような光電変換装置は、光電変換効率の向上が要求されている。例えば特許文献1では、上記光吸収層の表面にCu(In,Ga)(Se,S)2(CIGSS)からなる、厚さが150nm程度の表面層を設け、この表面層における硫黄元素濃度をバッファ層側の表面から光吸収層の内部に向かって減少する濃度勾配にして、光吸収層とバッファ層との界面接合性を改善するにより、光電変換効率を向上することが提案されている。
Such photoelectric conversion devices are required to improve photoelectric conversion efficiency. For example, in
この特許文献1では、光吸収層の表面に硫黄元素を導入するため、CIGS層を形成した後、このCIGS層を、硫黄元素を含む雰囲気中で加熱することによって、CIGS層の表面のセレン元素を硫黄元素に置換する方法を用いている。
In
しかしながら、上記のような方法では、CIGS層を、硫黄元素を含む雰囲気中で加熱する際、CIGS層からセレン元素が抜け、VI族欠陥が生じやすくなる。そのため、光電変換効率をさらに高めることは困難である。 However, in the method as described above, when the CIGS layer is heated in an atmosphere containing sulfur element, the selenium element escapes from the CIGS layer, and group VI defects are likely to occur. Therefore, it is difficult to further increase the photoelectric conversion efficiency.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、光電変換効率の高い光電変換装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a photoelectric conversion device having high photoelectric conversion efficiency.
本発明の一実施形態に係る光電変換装置の製造方法は、電極層上に、I−B族元素およびIII−B族元素を含むとともに、厚み方向の中央部よりも前記電極層とは反対側の表面
部に硫黄元素を多く含む皮膜を作製する工程と、該皮膜をセレン元素および硫黄元素を含む第1雰囲気で加熱することによってVI−B族元素としてセレン元素および硫黄元素を含むI−III−VI族化合物半導体層にする工程とを具備する。
A manufacturing method of a photoelectric conversion device according to an embodiment of the present invention includes a group I-B element and a group III-B element on an electrode layer, and is opposite to the electrode layer with respect to a central portion in the thickness direction. A step of producing a film containing a large amount of sulfur element on the surface of the film, and heating the film in a first atmosphere containing selenium element and sulfur element to obtain I-III containing selenium element and sulfur element as a VI-B group element And -VI group compound semiconductor layer.
本発明の他の実施形態に係る光電変換装置の製造方法は、電極層上に、I−B族元素、III−B族元素およびセレン元素を含むとともに、厚み方向の中央部よりも前記電極層と
は反対側の表面部に硫黄元素を多く含む皮膜を作製する工程と、該皮膜をセレン元素および硫黄元素を含む第1雰囲気で加熱することによってVI−B族元素としてセレン元素および硫黄元素を含むI−III−VI族化合物半導体層にする工程とを具備する。
A method for manufacturing a photoelectric conversion device according to another embodiment of the present invention includes an IB group element, a III-B group element, and a selenium element on the electrode layer, and the electrode layer is more than the central portion in the thickness direction. Forming a film containing a large amount of sulfur element on the surface portion opposite to the surface, and heating the film in a first atmosphere containing selenium element and sulfur element to convert selenium element and sulfur element as VI-B group elements And a step of forming an I-III-VI group compound semiconductor layer.
本発明の上記いずれの実施形態によっても、光電変換効率の高い光電変換装置を提供す
ることが可能となる。
Any of the above embodiments of the present invention can provide a photoelectric conversion device with high photoelectric conversion efficiency.
以下、本発明の一実施形態に係る光電変換装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。なお、図面においては同様な構成および機能を有する部分については同一符号が付されており、下記説明では重複説明が省略される。また、図面は模式的に示されたものであり、各図における各種構造のサイズおよび位置関係等は正確に図示されたものではない。 Hereinafter, a method for manufacturing a photoelectric conversion device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, parts having similar configurations and functions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted in the following description. Further, the drawings are schematically shown, and the sizes, positional relationships, and the like of various structures in the drawings are not accurately illustrated.
<(1)光電変換装置の構成>
図1は、本発明の一実施形態に係る光電変換装置の製造方法を用いて作製した光電変換装置11の一例を示す斜視図である。図2は、図1の光電変換装置11のXZ断面図である。なお、図1から図9には、光電変換セル10の配列方向(図1の図面視左右方向)をX軸方向とする右手系のXYZ座標系が付されている。
<(1) Configuration of photoelectric conversion device>
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a
光電変換装置11は、基板1の上に複数の光電変換セル10が並設された構成を有している。図1では、図示の都合上、2つの光電変換セル10のみが示されているが、実際の光電変換装置11には、図面のX軸方向、或いは更に図面のY軸方向に、多数の光電変換セル10が平面的に(二次元的に)配列されている。
The
各光電変換セル10は、下部電極層2、I−III−VI族化合物半導体層3(以下では、
I−III−VI族化合物半導体層のことを第1の半導体層ともいう)、第2の半導体層4、
上部電極層5、および集電電極7を主に備えている。光電変換装置11では、上部電極層5および集電電極7が設けられた側の主面が受光面となっている。また、光電変換装置11には、第1〜3溝部P1,P2,P3といった3種類の溝部が設けられている。
Each
I-III-VI group compound semiconductor layer is also referred to as first semiconductor layer),
An
基板1は、複数の光電変換セル10を支持するものであり、例えば、ガラス、セラミックス、樹脂、または金属等の材料で構成されている。例えば、基板1として、1〜3mm程度の厚さを有する青板ガラス(ソーダライムガラス)が用いられてもよい。
The
下部電極層2は、基板1の一主面の上に設けられた導電層であり、例えば、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、または金(Au)等の金属、あるいはこれらの金属の積層構造体からなる。また、下部電極層2は、0.2〜1μm程度の厚さを有し、例えば、スパッタリング法または蒸着法等の公知の薄膜形成方法によって形成される。
The
光吸収層としてのI−III−VI族化合物半導体層3(第1の半導体層3)は、下部電極
層2の+Z側の主面(一主面ともいう)の上に設けられた、第1の導電型(ここではp型
の導電型)を有する半導体層であり、1〜3μm程度の厚さを有している。第1の半導体層3はI−III−VI族化合物を含む半導体層である。I−III−VI族化合物とは、I−B族元素(11族元素ともいう)と、III−B族元素(13族元素ともいう)と、VI−B族元
素(16族元素ともいう)とを含んだ化合物である。そして、第1の半導体層3は、VI−B族元素として硫黄元素(S)およびセレン元素(Se)を含んでいる。このようなI−III−VI族化合物としては、例えば、Cu(In,Ga)(Se,S)2(二セレン・イ
オウ化銅インジウム・ガリウム、CIGSSともいう)、CuIn(Se,S)2(二セレン・イオウ化銅インジウム、CISSともいう)、CuGa(Se,S)2(二セレン・イオウ化銅ガリウム、CGSSともいう)等が挙げられる。
The I-III-VI group compound semiconductor layer 3 (first semiconductor layer 3) as a light absorption layer is provided on the main surface (also referred to as one main surface) on the + Z side of the
なお、第1の半導体層3は、厚み方向の前部において硫黄元素およびセレン元素が含まれていなくてもよい。例えば、第1の半導体層3の下部電極層2側の部位等において、Cu(In,Ga)Se2(二セレン化銅インジウム・ガリウム、CIGSともいう)、CuInSe2(二セレン化銅インジウム、CISともいう)、CuGaSe2(二セレン化銅ガリウム、CGSともいう)等となっている場合もあり得る。
In addition, the
第2の半導体層4は、第1の半導体層3の一主面の上に設けられた半導体層である。この第2の半導体層4は、第1の半導体層3の導電型とは異なる導電型(ここではn型の導電型)を有している。第1の半導体層3と第2の半導体層4との接合によって、第1の半導体層3で光電変換されて生じた正負キャリアが良好に電荷分離される。なお、導電型が異なる半導体とは、伝導担体(キャリア)が異なる半導体のことである。また、上記のように第1の半導体層3の導電型がp型である場合、第2の半導体層4の導電型は、n型でなく、i型であっても良い。更に、第1の半導体層3の導電型がn型またはi型であり、第2の半導体層4の導電型がp型である態様も有り得る。
The
第2の半導体層4は、例えば、硫化カドミウム(CdS)、硫化インジウム(In2S3)、硫化亜鉛(ZnS)、酸化亜鉛(ZnO)、セレン化インジウム(In2Se3)、In(OH,S)、(Zn,In)(Se,OH)、および(Zn,Mg)O等の化合物半導体によって構成されている。そして、電流の損失が低減される観点から言えば、第2の半導体層4は、1Ω・cm以上の抵抗率を有するものとすることができる。なお、第2の半導体層4は、例えばケミカルバスデポジション(CBD)法等で形成される。
The
また、第2の半導体層4は、第1の半導体層3の一主面の法線方向に厚さを有する。この厚さは、例えば10〜200nmに設定される。
The
上部電極層5は、第2の半導体層4の上に設けられた透明導電膜であり、第1の半導体層3において生じた電荷を取り出す電極である。上部電極層5は、第2の半導体層4よりも低い抵抗率を有する物質によって構成されている。上部電極層5には、いわゆる窓層と呼ばれるものも含まれ、この窓層に加えて更に透明導電膜が設けられる場合には、これらが一体の上部電極層5とみなされても良い。
The
上部電極層5は、禁制帯幅が広く且つ透明で低抵抗の材料を主に含んでいる。このような材料としては、例えば、ZnO、In2O3およびSnO2等の金属酸化物半導体等が採用され得る。これらの金属酸化物半導体には、Al、B、Ga、InおよびF等のうちの何れかの元素が含まれても良い。このような元素が含まれた金属酸化物半導体の具体例としては、例えば、AZO(Aluminum Zinc Oxide)、GZO(Gallium Zinc Oxide)、
IZO(Indium Zinc Oxide)、ITO(Indium Tin Oxide)、FTO(Fluorine tin Oxide)等がある。
The
Examples include IZO (Indium Zinc Oxide), ITO (Indium Tin Oxide), and FTO (Fluorine tin Oxide).
上部電極層5は、スパッタリング法、蒸着法、または化学的気相成長(CVD)法等に
よって、0.05〜3.0μmの厚さを有するように形成される。ここで、第1の半導体層3から電荷が良好に取り出される観点から言えば、上部電極層5は、1Ω・cm未満の抵抗率と、50Ω/□以下のシート抵抗とを有するものとすることができる。
The
第2の半導体層4および上部電極層5は、第1の半導体層3が吸収する光の波長領域に対して光を透過させ易い性質(光透過性ともいう)を有する素材によって構成され得る。これにより、第2の半導体層4と上部電極層5とが設けられることで生じる、第1の半導体層3における光の吸収効率の低下が低減される。
The
また、光透過性が高められると同時に、光反射のロスが防止される効果と光散乱効果とが高められ、更に光電変換によって生じた電流が良好に伝送される観点から言えば、上部電極層5は、0.05〜0.5μmの厚さとなるようにすることができる。更に、上部電極層5と第2の半導体層4との界面で光反射のロスが低減される観点から言えば、上部電極層5と第2の半導体層4との間で絶対屈折率が略同一となるようにすることができる。
In addition, from the viewpoint of improving the light transmittance, the effect of preventing loss of light reflection and the light scattering effect, and further transmitting the current generated by the photoelectric conversion, the
集電電極7は、Y軸方向に離間して設けられ、それぞれがX軸方向に延在している。集電電極7は、導電性を有する電極であり、例えば、銀(Ag)等の金属からなる。
The collecting
集電電極7は、第1の半導体層3において発生して上部電極層5において取り出された電荷を集電する役割を担う。集電電極7が設けられれば、上部電極層5の薄層化が可能となる。
The collecting
集電電極7および上部電極層5によって集電された電荷は、第2溝部P2に設けられた接続導体6を通じて、隣の光電変換セル10に伝達される。接続導体6は、例えば、図2に示されるように集電電極7のY軸方向への延在部分によって構成されている。これにより、光電変換装置11においては、隣り合う光電変換セル10の一方の下部電極層2と、他方の集電電極7とが、第2溝部P2に設けられた接続導体6を介して電気的に直列に接続されている。なお、接続導体6は、これに限定されず、上部電極層5の延在部分によって構成されていてもよい。
The charges collected by the
集電電極5は、良好な導電性が確保されつつ、第1の半導体層3への光の入射量を左右する受光面積の低下が最小限にとどめられるように、50〜400μmの幅を有するものとすることができる。
The
<(2)光電変換装置の製造方法の第1の例>
図3から図9は、光電変換装置11の製造途中の様子をそれぞれ模式的に示す断面図である。なお、図3から図9で示される各断面図は、図2で示された断面に対応する部分の製造途中の様子を示す。
<(2) First Example of Manufacturing Method of Photoelectric Conversion Device>
3 to 9 are cross-sectional views each schematically showing a state during the manufacture of the
まず、図3で示されるように、洗浄された基板1の略全面に、スパッタリング法等を用いて、Mo等からなる下部電極層2を成膜する。そして、下部電極層2の上面のうちのY方向に沿った直線状の形成対象位置からその直下の基板1の上面にかけて、第1溝部P1を形成する。第1溝部P1は、例えば、YAGレーザー等によるレーザー光を走査しつつ形成対象位置に照射することで溝加工を行なう、レーザースクライブ加工によって形成することができる。図4は、第1溝部P1を形成した後の状態を示す図である。
First, as shown in FIG. 3, a
第1溝部P1を形成した後、下部電極層2の上に、I−B族元素およびIII−B族元素
を含むとともに、厚み方向の中央部よりも下部電極層2とは反対側の表面部に硫黄元素を多く含む皮膜Mを作製する(以下、皮膜Mの下部電極層2とは反対側の表面部のことを、単に皮膜Mの表面部ともいう)。なお、皮膜Mの中央部には硫黄元素が含まれていなくて
もよい。そして、この皮膜Mを、セレン元素および硫黄元素を含む第1雰囲気で加熱することによってVI−B族元素としてセレン元素および硫黄元素を含むI−III−VI族化合物
半導体層(第1の半導体層3)にする。
After forming the first groove portion P1, the surface portion on the opposite side of the
このように厚み方向の中央部よりも表面部に硫黄元素を多く含む皮膜Mを形成し、この皮膜Mを第1雰囲気で加熱することによって、所望の硫黄元素の濃度分布(厚み方向の中央部よりも表面部に硫黄元素を多く含む)を有する第1の半導体層3を、欠陥の少ない良好な状態で作製することが可能となる。その結果、光電変換効率が向上する。つまり、予め硫黄元素を含めておいた皮膜Mを、硫黄元素とセレン元素の両方を含む雰囲気で加熱することにより、皮膜M内における硫黄元素の拡散を抑制して硫黄元素の濃度分布をある程度維持することができるとともに、雰囲気中の硫黄元素およびセレン元素の両方によって良好に第1の半導体層3内の欠陥を埋めることができる。
Thus, by forming a film M containing more sulfur element in the surface portion than in the central part in the thickness direction and heating this film M in the first atmosphere, a desired concentration distribution of sulfur element (the central part in the thickness direction) It is possible to produce the
I−B族元素、III−B族元素および硫黄元素の各元素は、それぞれ皮膜M中に化合物
の状態、合金の状態、および単体の状態のいずれの状態で存在していてもよい。
Each of the IB group element, the III-B group element, and the sulfur element may be present in the film M in a compound state, an alloy state, or a single state.
皮膜Mにおける硫黄元素の濃度は、皮膜Mを厚み方向に3等分したときに、表面部におけるIII−B族元素のモル数(MIII)に対する硫黄元素のモル数(MS)の比率(MS/MIII)の平均値が0.01〜5であり、中央部におけるMS/MIIIの平均値が表面部におけるMS/MIIIの平均値の0〜0.9倍であればよい。これにより、表面部の硫黄元
素濃度の高い第1の半導体層3を良好に作製することができる。
The concentration of sulfur element in the film M, when divided into three equal parts the film M in the thickness direction, the ratio of moles of Group III-B element in the surface portion (M III) the number of moles of elemental sulfur relative to (M S) ( The average value of M S / M III ) is 0.01 to 5, and the average value of M S / M III in the central portion is 0 to 0.9 times the average value of M S / M III in the surface portion. That's fine. Thereby, the
皮膜Mは、I−B族元素、III−B族元素および硫黄元素のうち、いずれか1種または
複数種を含む原料を用いて、これらを所望の組成比となるように組み合わせて作製することができる。具体的には、上記原料を含む原料溶液を塗布することによって、あるいは、スパッタリング法や蒸着法等によって、皮膜Mを形成することができる。皮膜Mは複数層から成る積層体であってもよい。
The coating M is produced by using a raw material containing any one or more of group I-B elements, group III-B elements and sulfur elements, and combining them so as to obtain a desired composition ratio. Can do. Specifically, the coating M can be formed by applying a raw material solution containing the above raw materials, or by sputtering, vapor deposition, or the like. The coating M may be a laminate composed of a plurality of layers.
皮膜Mを所望の組成で容易に作製できるという観点から、上記皮膜Mを、原料溶液を用いて作製してもよい。原料溶液は、I−B族元素、III−B族元素および硫黄元素が溶媒
中に溶解されている。反応性を高くして結晶性を高めるという観点からは、I−B族元素およびIII−B族元素の少なくとも1種に有機硫黄化合物が配位した有機錯体を含む原料
溶液を用いてもよい。このような有機錯体であれば、金属元素と硫黄元素とが接近した状態となるため、反応性が高くなる。
From the viewpoint that the film M can be easily produced with a desired composition, the film M may be produced using a raw material solution. In the raw material solution, a group I-B element, a group III-B element and a sulfur element are dissolved in a solvent. From the viewpoint of increasing the crystallinity by increasing the reactivity, a raw material solution containing an organic complex in which an organic sulfur compound is coordinated to at least one of the IB group element and the III-B group element may be used. With such an organic complex, the metal element and the sulfur element are brought close to each other, so that the reactivity is increased.
なお、有機硫黄化合物とは、硫黄元素を含む有機化合物であり、炭素元素と硫黄元素との共有結合を有する有機化合物である。有機硫黄化合物としては、例えば、チオールや、スルフィド、ジスルフィド等を用いることができる。有機硫黄化合物が配位した有機錯体の具体例としては、銅元素や銀元素等のI−B族元素に有機硫黄化合物が配位した有機錯体、インジウム元素やガリウム元素等のIII−B族元素に有機硫黄化合物が配位した有機
錯体、または、有機硫黄化合物がI−B族元素およびIII−B族元素の両方に配位して1
つの分子中にI−B族元素とIII−B族元素と硫黄元素とを有する単一源有機錯体(米国
特許第7341917号明細書参照)等を用いることができる。
In addition, an organic sulfur compound is an organic compound containing a sulfur element, and is an organic compound having a covalent bond between a carbon element and a sulfur element. As the organic sulfur compound, for example, thiol, sulfide, disulfide and the like can be used. Specific examples of organic complexes in which organic sulfur compounds are coordinated include organic complexes in which organic sulfur compounds are coordinated to group IB elements such as copper elements and silver elements, and group III-B elements such as indium elements and gallium elements An organic complex in which an organic sulfur compound is coordinated to the organic sulfur compound, or an organic sulfur compound is coordinated to both an IB group element and an III-B group element.
A single source organic complex having a group I-B element, a group III-B element, and a sulfur element in one molecule (see U.S. Pat. No. 7,341,919) can be used.
例えば、原料溶液を塗布することによって皮膜Mを作製する場合、以下のようにすればよい。まず、上述した有機錯体等の原料を、ピリジンやアニリン等の有機溶媒に溶解して原料溶液を作製する。そして、この原料溶液を、例えば、スピンコータ、スクリーン印刷、ディッピング、スプレー、ダイコータ等によって下部電極層2上に膜状に被着し、溶媒を乾燥によって除去する。この工程を異なる組成の原料溶液を用いて繰り返して積層皮膜を形成することにより、I−B族元素およびIII−B族元素を含むとともに、厚み方向の
中央部よりも下部電極層2とは反対側の表面部に硫黄元素を多く含む皮膜Mを作製することができる。図5は、皮膜Mを形成した後の状態を示す図である。
For example, when the film M is produced by applying a raw material solution, the following may be performed. First, raw materials such as the above-described organic complex are dissolved in an organic solvent such as pyridine and aniline to prepare a raw material solution. Then, this raw material solution is deposited in the form of a film on the
なお、上記有機錯体を用いて作製した皮膜Mを後述する第1雰囲気(セレン元素と硫黄元素とを含む雰囲気)で加熱する前に、皮膜Mに含まれる有機成分を、セレン元素および硫黄元素を含まない雰囲気中で、例えば50〜350℃で加熱して、皮膜M中の有機成分を熱分解しておいてもよい。これにより、第1の半導体層3中に有機成分が残存するのを低減でき、第1の半導体層3の光電変換効率をより高めることができる。
In addition, before heating the film M produced using the organic complex in a first atmosphere (an atmosphere containing selenium element and sulfur element) described later, the organic components contained in the film M are changed to selenium element and sulfur element. You may heat-decompose the organic component in the film | membrane M by heating at 50-350 degreeC in the atmosphere which does not contain, for example. Thereby, it can reduce that an organic component remains in the
また、上記皮膜Mを第1雰囲気で加熱する前に、皮膜Mの一部を酸化してもよい。皮膜Mを酸化する方法としては、窒素やアルゴン等の不活性ガス中に水蒸気や酸素等の酸化性ガスを、例えば分圧比で50〜300ppmv程度含有する雰囲気中で皮膜Mを加熱すればよい。これにより、皮膜Mの金属元素の一部が比較的安定な酸化物として存在することとなり、その後の第1雰囲気での加熱工程において、他の金属元素の液化速度や結晶化速度等の反応性に比べ、酸化物として存在する金属元素が異なる反応性を示す。その結果、I−III−VI族化合物の微結晶の生成とともにその周囲を、まだ液化状態の原料が取り囲
んだ状態で反応が進行するため、緻密で結晶性の高い第1の半導体層3が得られやすくなる傾向がある。
Further, a part of the film M may be oxidized before the film M is heated in the first atmosphere. As a method for oxidizing the film M, the film M may be heated in an atmosphere containing an oxidizing gas such as water vapor or oxygen in an inert gas such as nitrogen or argon, for example, at a partial pressure ratio of about 50 to 300 ppmv. As a result, a part of the metal element of the film M exists as a relatively stable oxide, and in the subsequent heating step in the first atmosphere, the reactivity of the liquefaction rate and the crystallization rate of other metal elements. In contrast, the metal elements present as oxides exhibit different reactivities. As a result, the reaction proceeds while the microcrystals of the I-III-VI group compound are generated and the surrounding material is still surrounded by the liquefied raw material, so that the
そして、作製した皮膜Mを、セレン元素および硫黄元素を含む第1雰囲気において、450〜600℃で加熱する。これによって、皮膜Mの硫化およびセレン化を進行させ、I−III−VI族化合物を主として含むとともに、厚み方向の中央部よりも下部電極層2とは
反対側の表面部に硫黄元素を多く含む第1の半導体層3を作製することができる。
And the produced membrane | film | coat M is heated at 450-600 degreeC in the 1st atmosphere containing a selenium element and a sulfur element. As a result, sulfidation and selenization of the coating M proceeds, and the I-III-VI group compound is mainly contained, and more sulfur element is contained in the surface portion opposite to the
上記第1雰囲気は、セレン元素を例えばセレン蒸気やセレン化水素等として含んでおり、硫黄元素を例えば硫黄蒸気や硫化水素等として含んでいる。第1雰囲気には、窒素やアルゴン等の不活性ガスや、水素等の還元ガスが混合されていてもよい。また、第1雰囲気におけるセレン元素のモル数MSeに対する硫黄元素のモル数MSの比MS/MSeは、例えば1以上5以下程度であればよい。図6は、第1の半導体層3を形成した後の状態を示す図である。
The first atmosphere contains a selenium element as, for example, selenium vapor or hydrogen selenide, and contains a sulfur element as, for example, sulfur vapor or hydrogen sulfide. An inert gas such as nitrogen or argon, or a reducing gas such as hydrogen may be mixed in the first atmosphere. Further, the ratio M S / M Se of the mole number M S of the sulfur element to the mole number M Se of the selenium element in the first atmosphere may be, for example, about 1 or more and 5 or less. FIG. 6 is a diagram showing a state after the
第1の半導体層3を形成した後、第1の半導体層3の上に、第2の半導体層4および上部電極層5を順に形成する。
After the formation of the
第2の半導体層4は、溶液成長法(CBD法ともいう)によって形成することができる。例えば、酢酸カドミウムとチオ尿素とをアンモニア水に溶解し、これに第1の半導体層3の形成まで行なった基板1を浸漬することで、第1の半導体層3の上にCdSを含む第2の半導体層4を形成することができる。
The
上部電極層5は、例えば、Snが含まれた酸化インジウム(ITO)等を主成分とする透明導電膜であり、スパッタリング法、蒸着法、またはCVD法等で形成することができる。図7は、第2の半導体層4および上部電極層5を形成した後の状態を示す図である。
The
上部電極層5を形成した後、上部電極層5の上面のうちのY方向に沿った直線状の形成対象位置からその直下の下部電極層2の上面にかけて、第2溝部P2を形成する。第2溝部P2は、例えば、スクライブ針を用いたメカニカルスクライビング加工によって形成することができる。図8は、第2溝部P2を形成した後の状態を示す図である。第2溝部P2は、第1溝部P1よりも若干X方向(図中では+X方向)にずれた位置に形成する。
After the
第2溝部P2を形成した後、集電電極7および接続導体6を形成する。集電電極7およ
び接続導体6については、例えば、Ag等の金属粉を樹脂バインダー等に分散した導電性を有するペースト(導電ペーストともいう)を、所望のパターンを描くように印刷し、これを加熱することで形成できる。図9は、集電電極7および接続導体6を形成した後の状態を示す図である。
After forming the second groove P2, the
集電電極7および接続導体6を形成した後、上部電極層5の上面のうちの直線状の形成対象位置からその直下の下部電極層2の上面にかけて、第3溝部P3を形成する。第3溝部P3の幅は、例えば、40〜1000μm程度とすることができる。また、第3溝部P3は、第2溝部P2と同様に、メカニカルスクライビング加工によって形成することができる。このようにして、第3溝部P3の形成によって、図1および図2で示された光電変換装置11を製作したことになる。
After forming the
<(3)光電変換装置の製造方法の第2の例>
上記光電変換装置の製造方法の第1の例において、皮膜Mに、さらにセレン元素を添加しておいてもよい。つまり、皮膜Mを、I−B族元素、III−B族元素およびセレン元素
を含むとともに、厚み方向の中央部よりも下部電極層2とは反対側の表面部に硫黄元素を多く含むものとしてもよい。皮膜Mにセレン元素をさらに添加しておくことによって、皮膜Mの第1雰囲気での加熱工程において、雰囲気中のセレン元素だけでなく、皮膜M中のセレン元素をもセレン源として利用することができ、セレン化反応をより良好に行なうことができる。
<(3) Second Example of Manufacturing Method of Photoelectric Conversion Device>
In the first example of the method for manufacturing a photoelectric conversion device, a selenium element may be further added to the coating M. That is, the coating M includes a group I-B element, a group III-B group element, and a selenium element, and includes a larger amount of sulfur element in the surface portion on the side opposite to the
反応性を高くして結晶性を高めるという観点からは、皮膜Mを、I−B族元素およびIII−B族元素の少なくとも1種に有機硫黄化合物が配位した有機錯体と、I−B族元素お
よびIII−B族元素の少なくとも1種に有機セレン化合物が配位した有機錯体とを含む原
料溶液を用いて作製してもよい。このような有機錯体であれば、金属元素と硫黄元素とが、および金属元素とセレン元素とが接近した状態となるため、反応性が高くなる。
From the viewpoint of increasing the reactivity and increasing the crystallinity, the coating M is formed of an organic complex in which an organic sulfur compound is coordinated to at least one of the group IB element and the group III-B element, and the group IB. You may produce using the raw material solution containing the organic complex which the organic selenium compound coordinated to at least 1 sort (s) of an element and a III-B group element. With such an organic complex, the metal element and the sulfur element, and the metal element and the selenium element are brought close to each other, so that the reactivity is increased.
なお、有機セレン化合物とは、セレン元素を含む有機化合物であり、炭素元素とセレン元素との共有結合を有する有機化合物である。有機セレン化合物としては、例えば、セレノールや、セレニド、ジセレニド等を用いることができる。有機セレン化合物が配位した有機錯体の具体例としては、銅元素や銀元素等のI−B族元素に有機セレン化合物が配位した有機錯体、インジウム元素に有機セレン化合物が配位した有機錯体、ガリウム元素に有機セレン化合物が配位した有機錯体、または、有機セレン化合物がI−B族元素およびIII−B族元素の両方に配位して1つの分子中にI−B族元素とIII−B族元素とセレン元素とを有する単一源有機錯体(米国特許第7341917号明細書参照)等を用いることができる。 The organic selenium compound is an organic compound containing a selenium element, and is an organic compound having a covalent bond between a carbon element and a selenium element. As the organic selenium compound, for example, selenol, selenide, diselenide and the like can be used. Specific examples of the organic complex in which an organic selenium compound is coordinated include an organic complex in which an organic selenium compound is coordinated with an IB group element such as copper element or silver element, and an organic complex in which an organic selenium compound is coordinated with an indium element An organic complex in which an organic selenium compound is coordinated to a gallium element, or an organic selenium compound is coordinated to both a group IB element and a group III-B element, and a group IB element and III in one molecule A single-source organic complex having a group B element and a selenium element (see US Pat. No. 7,341,919) or the like can be used.
また、上記有機錯体を用いて作製した皮膜Mを第1雰囲気(セレン元素と硫黄元素とを含む雰囲気)で加熱する前に、皮膜Mに含まれる有機成分を、セレン元素および硫黄元素を含まない雰囲気中で、例えば50〜350℃で加熱して、皮膜M中の有機成分を熱分解しておいてもよい。これにより、第1の半導体層3中に有機成分が残存するのを低減でき、第1の半導体層3の光電変換効率をより高めることができる。
Moreover, before heating the film M produced using the organic complex in the first atmosphere (an atmosphere containing selenium element and sulfur element), the organic component contained in the film M does not contain selenium element and sulfur element. For example, the organic component in the film M may be thermally decomposed by heating at 50 to 350 ° C. in an atmosphere. Thereby, it can reduce that an organic component remains in the
また、第1の例と同様に、上記皮膜Mを第1雰囲気で加熱する前に、皮膜Mを酸化してもよい。これにより、緻密で結晶性の高い第1の半導体層3が得られやすくなる傾向がある。
Similarly to the first example, the film M may be oxidized before the film M is heated in the first atmosphere. As a result, the
第2の例では、上記のように皮膜Mにセレン元素を添加すること以外は、第1の例と同様にして、光電変換装置11を作製することができる。
In the second example, the
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良などが可能である。例えば、上記の実施形態では、少なくとも表面部に硫黄元素を含む皮膜Mを、硫黄元素を含む原料を用いて作製したが、金属元素を含む層を形成した後、これを、硫黄元素を含む雰囲気で加熱することによって、少なくとも表面部に硫黄元素を含む皮膜Mを形成してもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes and improvements can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the coating M containing sulfur element at least on the surface portion is produced using a raw material containing sulfur element. After forming a layer containing a metal element, this film is formed in an atmosphere containing sulfur element. The film M containing sulfur element at least on the surface portion may be formed by heating at
1:基板
2:下部電極層
3:第1の半導体層
4:第2の半導体層
5:上部電極層
6:接続導体
7:集電電極
10:光電変換セル
11:光電変換装置
M:皮膜
1: Substrate 2: Lower electrode layer 3: First semiconductor layer 4: Second semiconductor layer 5: Upper electrode layer 6: Connection conductor 7: Current collecting electrode 10: Photoelectric conversion cell 11: Photoelectric conversion device M: Film
Claims (8)
りも前記電極層とは反対側の表面部に硫黄元素を多く含む皮膜を作製する工程と、
該皮膜をセレン元素および硫黄元素を含む第1雰囲気で加熱することによってVI−B族元素としてセレン元素および硫黄元素を含むI−III−VI族化合物半導体層にする工程と
を具備する光電変換装置の製造方法。 On the electrode layer, a step of producing a film containing a group I-B element and a group III-B element and containing a large amount of sulfur element on the surface portion opposite to the electrode layer from the central portion in the thickness direction;
A step of heating the film in a first atmosphere containing selenium element and sulfur element to form an I-III-VI group compound semiconductor layer containing selenium element and sulfur element as a VI-B group element. Manufacturing method.
配位した有機錯体を含む原料溶液を用いて作製する、請求項1に記載の光電変換装置の製造方法。 The manufacturing of the photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the film is prepared using a raw material solution containing an organic complex in which an organic sulfur compound is coordinated to at least one of a group I-B element and a group III-B element. Method.
向の中央部よりも前記電極層とは反対側の表面部に硫黄元素を多く含む皮膜を作製する工程と、
該皮膜をセレン元素および硫黄元素を含む第1雰囲気で加熱することによってVI−B族元素としてセレン元素および硫黄元素を含むI−III−VI族化合物半導体層にする工程と
を具備する光電変換装置の製造方法。 On the electrode layer, a film containing a group I-B element, a group III-B element, and a selenium element and containing a larger amount of sulfur element in the surface portion opposite to the electrode layer than the central portion in the thickness direction is prepared. Process,
A step of heating the film in a first atmosphere containing selenium element and sulfur element to form an I-III-VI group compound semiconductor layer containing selenium element and sulfur element as a VI-B group element. Manufacturing method.
配位した有機錯体と、I−B族元素およびIII−B族元素の少なくとも1種に有機セレン
化合物が配位した有機錯体とを含む原料溶液を用いて作製する、請求項5に記載の光電変換装置の製造方法。 An organic complex in which an organic sulfur compound is coordinated to at least one of the IB group element and the III-B group element, and an organic selenium compound as at least one of the IB group element and the III-B element. The manufacturing method of the photoelectric conversion apparatus of Claim 5 produced using the raw material solution containing the organic complex which coordinated.
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