JP2015057809A - 太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第2ステップでは、炉内温度を上げてセレン化を促しつつセレン化炉の内部温度を250℃以上450℃未満の範囲に保ち、第1ステップでの導入量より少ない量のセレン化水素をセレン化炉内へ導入する。第3ステップでは、炉内温度を上げてセレン化を促しつつセレン化炉の内部温度を450℃以上650℃未満の範囲に保ち、セレン化炉内へセレン化水素を追加導入する。
【選択図】図4
Description
陽光を太陽電池で電気エネルギーに変換する。太陽電池は、シリコン結晶やシリコンアモ
ルファスを基本とするシリコン系のものや、無機質化合物を基本とする化合物系ものが知
られている。さらに、化合物系の太陽電池のなかには、カルコパイライト型化合物を含む
CIGS系太陽電池があり、このようなCIGS系太陽電池の製造方法が各種提案されて
きた(例えば、特許文献1参照。)。
の裏面電極上に、インジウムターゲット、銅−ガリウム合金ターゲットを用いたスパッタ
リングにより金属プリカーサを形成する。次に、金属プリカーサが形成された基板を炉内
に入れ、セレン化水素雰囲気中で図5に示されるような温度管理の下加熱し、セレンと反
応させてカルコパイライト型光吸収層を形成する。
でセレン化水素を導入する第1セレン化工程と、炉内温度を250℃〜450℃に保ち、
時間t3でセレン化水素を追加導入する第2セレン化工程とを含む。第2セレン化工程で
セレン化水素を追加導入することで、時間経過によるセレン化水素の供給量不足を補うも
のである。
い。しかし、第2セレン化工程の段階でセレン化水素を多量に導入し過ぎると、温度の低
い反応しきれないセレン化水素が生じる。このため、裏面電極を構成するモリブデンと反
応し、カルコパイライト型光吸収層との界面で剥離が生じ易くなる。
そこで、金属からなるプリカーサとセレンとの反応を十分に促進するとともに、温度の
低い段階でのモリブデンとの反応を抑制し、変換効率を高める太陽電池の製造方法が求め
られる。
の低い段階でのモリブデンとの反応を抑制し、変換効率を高める太陽電池の製造方法を提
供することを課題とする。
囲気中でセレン化し、カルコパイライト型光吸収層を形成するセレン化工程を備える太陽
電池の製造方法において、前記セレン化工程は、セレン化炉の内部温度を室温以上250
℃未満の範囲に保ち前記セレン化炉内へセレン化水素を導入する第1ステップと、炉内温
度を上げてセレン化を促しつつ前記セレン化炉の内部温度を250℃以上450℃未満の
範囲に保ち前記第1ステップでの導入量より少ない量のセレン化水素を前記セレン化炉内
へ導入する第2ステップと、炉内温度を上げてセレン化をさらに促しつつ前記セレン化炉
の内部温度を450℃以上650℃未満の範囲に保ち前記セレン化炉内へセレン化水素を
導入する第3ステップとを備えることを特徴とする。
ン化炉の内部温度を250℃以上450℃未満の範囲に保ち第1ステップでの導入量より
少ない量のセレン化水素をセレン化炉内へ導入する第2ステップを備える。
仮に、セレン化炉の内部温度が250℃以上450℃未満の範囲のときに、セレン化水
素を多量に導入すると、温度の低い反応しきれないセレン化水素が生じ、裏面電極を構成
するモリブデンと反応してしまう。逆に、セレン化水素の導入量が少な過ぎると、セレン
が抜けてしまう。この点、本発明では、第1ステップでの導入量よりも少ない量のセレン
化水素を導入するので、温度の低い段階における裏面電極のモリブデンとの反応を抑制し
、且つセレンが抜けないようにすることができる。
部温度を450℃以上650℃未満の範囲に保ちセレン化炉内へセレン化水素を導入する
第3ステップとを備える。
最高温度範囲の第3ステップでセレン化水素を追加導入するので、プリカーサとセレン
との反応を十分に促進することができるとともに、裏面電極のモリブデンとの反応を抑制
することができる。結果、変換効率が高い太陽電池を製造することができる。
布の差異が小さくなった後にセレンと反応するので、均一な反応を生じさせることができ
、歩留まりを向上させることができる。
るものとする。
a)Se2:CIGS)からなるCIGS光吸収層20を、p型の光吸収層として備える
薄膜型の電池である。
デン(Mo)金属層からなる正極の裏面電極層12と、この裏面電極層12上に形成され
たカルコパイライト型光吸収層20(以下、CIGS光吸収層20という。)と、CIG
S光吸収層20上に形成されたn型のバッファ層14と、このバッファ層14上に形成さ
れた負極の透明電極層15とを備える。
ッファ層14とのp−n接合付近では、励起されることで一対の電子及び正孔が生成する
。励起された電子と正孔は、電子がn型の領域に集合し、正孔がp型の領域に集合する。
結果、n型の領域に設けた電極16と、p型の領域に設けた電極17との間に電位差が生
じ、太陽電池10として機能する。
先ず、図2(a)に示されるように、金属モリブデンターゲット12aを用いたスパッ
タリングにより、基板11上に裏面電極層12を成膜する(モリブデン電極層成膜工程)
。
次に、図2(b)に示されるように、裏面電極層12を、レーザー切削により、所望の
形状に分割する(第1スクライブ工程)。
ングにより、裏面電極層12上にインジウム層21を形成する。さらに、銅−ガリウム合
金ターゲット22aを用いたスパッタリングにより、インジウム層上に銅−ガリウム合金
層22を形成する(光吸収層のプリカーサ形成工程)。
次に、図2(d)に示されるように、前記合金層が形成された基板11を、ナトリウム
含有化合物の希釈溶液13aに浸漬し(アルカリディップ工程)、図2(e)に示される
金属からなるプリカーサが形成された基板11を得る。ここでは、インジウム層21と、
銅−ガリウム合金層22とでプリカーサを形成する。
セレン化炉30に装入する。詳細は後述するが、高温のセレン化水素(H2Se)雰囲気
中でセレン化処理する(セレン化工程)。結果、図2(g)に示されるように、銅(Cu
)、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、セレン(Se)からなるCIGS光吸収層
20(カルコパイライト型光吸収層20)が形成される。熱処理終了後、炉内のセレン化
水素含有ガスをアルゴン(Ar)ガス等のパージガスと置換して冷却する。
、硫化インジウム(InS)等のn型半導体材料としてのバッファ層成膜液14aを用い
て、n型のバッファ層14が形成される(バッファ層形成工程)。なお、バッファ層形成
工程は、スパッタリングにより実施しても差し支えない。
やレーザー照射を用いて切削加工を行う(第2スクライブ工程)。
次に、図2(j)に示されるように、バッファ層14の上に、酸化亜鉛−アルミニウム
合金ターゲット15aを用いたスパッタリングにより、透明電極層(図1、符号15)を
形成する。
属針やレーザー照射を用いて切削加工を行う(第3スクライブ工程)。以上の太陽電池の
製造工程により、太陽電池(図1、符号10)が得られる。
に設けられる石英製プロセスチューブ32と、このプロセスチューブ32の下方開口を塞
ぐ閉塞部材33と、このプロセスチューブ32内に設置される石英製サセプタ34と、プ
ロセスチューブ32の外部に設けられるヒータ35,35とを備える。
示せず)。このボンベにガス配管37が接続され、このガス配管37に設けられる弁42
を開けることで、セレン化水素が石英製プロセスチューブ32内に導入される。
たガス排出管44が設けられる。石英製プロセスチューブ32は密閉されており、ガス排
出管44に設けられた弁45を開けて、真空ポンプ43を稼働することで、石英製プロセ
スチューブ32内のガスを排出して内部の圧力を下げることができる。また、弁45を閉
じて、ボンベ36からセレン化水素を導入することで、石英製プロセスチューブ32の内
部の圧力を上げることができる。
ベを接続しても差し支えない。
れる。この石英製ボード46に収容された複数の基板11は、石英製サセプタ34により
直立状態に保たれる。
間と炉内ガス量(モル量)の関係を表すグラフである。
図4(a)、図4(b)に示されるように、セレン化工程は、セレン化炉30(図3参
照)の炉内へのセレン化水素含有ガスの導入タイミングにより、第1ステップ、第2ステ
ップ、第3ステップに分けられる。
℃未満の範囲に保ちセレン化炉内30へセレン化水素含有ガス(例えば、セレン化水素を
アルゴンで所定濃度に希釈したガス)を導入し、金属からなるプリカーサ形成された基板
11(図2参照)を、セレン化水素雰囲気中でセレン化する。
温度を250℃以上450℃未満の範囲に保ち、真空引きしてから第1ステップでの導入
量より少ない量(例えば、約半分)のセレン化水素含有ガスをセレン化炉30内へ導入し
、金属からなるプリカーサ形成された基板11を、セレン化水素雰囲気中でセレン化する
。
反応させることとなるが、第2ステップでは、第1ステップでの導入量より少ない量のセ
レン化水素を導入するので、裏面電極層12との過剰反応を抑制することができる。
らセレンが抜けてしまうが、第2ステップでは、セレン化水素含有ガスを適量導入するの
で、金属からなるプリカーサからセレンが抜けないようにすることができる。
の内部温度を450℃以上650℃未満の範囲に保ち、セレン化炉30内へセレン化水素
含有ガスを追加導入し、金属からなるプリカーサ形成された基板11を、セレン化水素雰
囲気中でセレン化する。
ン化水素含有ガスを追加導入するので、金属からなるプリカーサとセレンとの反応を十分
に促進することができるとともに、温度の低い状態でのモリブデンの裏面電極層12との
反応を抑制することができる。加えて、第3ステップでセレン化水素含有ガスを追加導入
することは、セレン化炉30内部の温度分布の差異が低減した後に、プリカーサとセレン
が反応することになるので、より均一なセレン化反応を生じさせ、歩留まりを向上させる
ことができる。
、金属からなるプリカーサが形成された基板11を、高温のセレン化水素(H2Se)雰
囲気中でセレン化処理することができれば、セレン化炉の構造は問わない。
る。
ライト型光吸収層(CIGS光吸収層)、21…インジウム層、22…銅−ガリウム合金
層、30…セレン化炉。
Claims (1)
- 金属からなるプリカーサが形成された基板を、セレン化水素雰囲気中でセレン化し、カ
ルコパイライト型光吸収層を形成するセレン化工程を備える太陽電池の製造方法において
、
前記セレン化工程は、
セレン化炉の内部温度を室温以上250℃未満の範囲に保ち前記セレン化炉内へセレン
化水素を導入する第1ステップと、
炉内温度を上げてセレン化を促しつつ前記セレン化炉の内部温度を250℃以上450℃
未満の範囲に保つ第2ステップと、
炉内温度をさらに上げてセレン化をさらに促しつつ前記セレン化炉の内部温度を450℃
以上650℃未満の範囲に保つ第3ステップと、を備え、
前記第2ステップでは、炉内の前記第1ステップでの導入量より少ない量のセレン化水素
を前記セレン化炉内へ導入する第2ステップと、炉内温度を上げてセレン化をさらに促し
つつ前記セレン化炉の内部温度を450℃以上650℃未満の範囲に保ち前記セレン化炉
内へセレン化水素を導入する第3ステップとを備えることを特徴とする太陽電池の製造方
法。
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2013
- 2013-11-26 JP JP2013244236A patent/JP5985459B2/ja not_active Expired - Fee Related
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