JP2014053572A - 光電変換素子の半導体層材料、光電変換素子及びその製造方法 - Google Patents
光電変換素子の半導体層材料、光電変換素子及びその製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】高変換効率光電変換素子10は、多結晶の亜酸化銅からなる第1半導体層11上に、第2半導体層12を形成し、その上に透明導電層13を形成する構造を有し、第2半導体層12として膜厚が10〜100nm程度の酸化ガリウム薄膜を採用する。高変換効率光電変換素子10の製造方法は、多結晶の亜酸化銅からなる第1半導体層11を準備する工程と、第1半導体層11の上に、酸化ガリウムからなる層厚が10〜100nmの第2半導体層12を形成する半導体層形成工程と、第2半導体層12の上に透明導電層13を形成する工程と、を含み、第2半導体層12形成工程は、低温成膜技術を用いて成膜温度50℃以下で行われる。
【選択図】図1
Description
はじめに、本実施の形態に係る光電変換素子における第2半導体層の材料及び形成条件の影響について説明する。本発明者らが鋭意検討した結果、多結晶のCu2O(亜酸化銅)層の上に形成する新規な第2半導体層の材料は太陽光、特に短波長(波長約350〜600nm程度)領域の透光性に優れたワイドギャップ半導体であり、化学的に安定であり、Cu2O表面の酸素と共有性を持って結合でき、且つCu2Oとの接合面においてクリフを形成しない材料であることが、高変換効率を実現するために極めて重要であることを見いだした。その材料としては酸化ガリウムが好適であることを見いだした。
次に、本実施の形態に係る光電変換素子の製造方法について説明する。はじめに、銅板(純度99.96[%])を洗浄後、約1010[℃]で酸化処理することで、基板および活性層を兼ねる多結晶のp型Cu2Oシート(厚さ150μm)を作製し、第1半導体層11を準備する。
Claims (17)
- オーム性電極を裏面に形成してなる多結晶の亜酸化銅からなる第1半導体層の表面上に、第2半導体層を形成し、その上に透明導電層を形成する構造において、第2半導体層として層厚が10〜100nmの酸化ガリウム薄膜を採用することを特徴とする光電変換素子。
- 前記請求項1記載の光電変換素子において、第2半導体層と透明導電層との間にさらに第3半導体層を第2半導体層上に形成してなる構造を有することを特徴とする光電変換素子。
- 前記請求項2記載の第3半導体層として層厚が10〜100nmの酸化亜鉛薄膜を採用することを特徴とする光電変換素子。
- 第2半導体層である酸化ガリウム薄膜は不純物を故意にドープしない、もしくは、任意の1種類の不純物、もしくは数種類の不純物を共ドープしてなることを特徴とする請求項1または2記載の光電変換素子。
- 第3半導体層である酸化亜鉛薄膜は不純物を故意にドープしない、もしくは、任意の1種類の不純物、もしくは数種類の不純物を共ドープしてなることを特徴とする請求項1または2記載の光電変換素子。
- 多結晶の亜酸化銅からなる第1半導体層と、前記第1半導体層の上に設けられる層厚が10〜100nmの酸化ガリウム薄膜からなる第2半導体層と、前記第2半導体層の上に設けられた透明導電層と、を備え、前記第2半導体層は、光電変換効率が5.0%以上であるように構成されていることを特徴とする請求項1記載の光電変換素子。
- 多結晶の亜酸化銅からなる第1半導体層と、前記第1半導体層の上に設けられる層厚が10〜100nmの酸化ガリウム薄膜からなる第2半導体層と、前記第2半導体層の上に設けられる層厚が10〜100nmの酸化亜鉛薄膜からなる第3半導体層と、前記第3半導体層の上に設けられた透明導電層と、を備え、前記第2及び第3半導体層は、光電変換効率が5.0%以上であるように構成されていることを特徴とする請求項2記載の光電変換素子。
- 前記第1半導体層は、p形半導体層であり、前記第2半導体層及び第3半導体層はi形もしくはn形半導体層であることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の光電変換素子。
- 前記透明導電層は、抵抗率が10−3Ωcm台より低い透明導電性薄膜からなることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の光電変換素子。
- 前記透明導電層は、不純物ドープした金属酸化物薄膜、カーボン系薄膜もしくは金属ナノ粒子塗布膜及び印刷からなることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の光電変換素子。
- 前記透明導電層は、不純物ドープ酸化亜鉛薄膜からなることを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の光電変換素子。
- 前記第2半導体層の層厚は、好ましくは20〜70nmであることを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の光電変換素子。
- 前記第3半導体層の層厚は、好ましくは20〜70nmであることを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載の光電変換素子。
- 前記第2半導体層は、故意に加熱することなく、もしくは50℃以下に加熱された第1半導体上に形成されたものであることを特徴とする請求項1から13のいずれか1項に記載の光電変換素子。
- 前記請求項1から14のいずれか1項に記載の光電変換素子をトップセルとし、薄膜、多結晶もしくは単結晶Si系光電変換素子をボトムセルとする素子構造を特徴とするタンデム型光電変換素子。
- 前記請求項1から14のいずれか1項に記載の光電変換素子をトップセルとし、CIGS系化合物薄膜光電変換素子をボトムセルとする素子構造を特徴とするタンデム型光電変換素子。
- 前記第2半導体層形成は、前記第1半導体層の上に到達する酸素粒子のエネルギーが約10eV未満となる方法で行われることを特徴とする請求項1から16のいずれか1項に記載のタンデム型光電変換素子。
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