JP2015164163A - Photoelectric conversion element and solar cell - Google Patents

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健一 森脇
Kenichi Moriwaki
健一 森脇
淳一 森
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淳一 森
美博 菅原
Yoshihiro Sugawara
美博 菅原
卓郎 椙山
Takuro Sugiyama
卓郎 椙山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion element capable of suppressing warpage of a substrate, and capable of improving productivity by lowering the set temperature of a heater, and to provide a solar cell having the photoelectric conversion element.SOLUTION: The photoelectric conversion element has a substrate, a back electrode formed on the substrate, and a photoelectric conversion layer formed on the back electrode and containing a CIGS-based semiconductor compound. The substrate has a base material constituted of an organic polymer, and a heat absorbing layer formed on a rear surface opposite to a front surface on which the back electrode is formed, of the base material. The average emissivity in a wavelength region of 0.4-2.5 μm of the heat absorbing layer is 0.30 or more.

Description

本発明は、CIGS系半導体化合物を含む光電変換層を有する光電変換素子および太陽電池に関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion element having a photoelectric conversion layer containing a CIGS semiconductor compound and a solar cell.

現在、太陽電池の研究が盛んに行われている。太陽電池は、光吸収で電流を発生する半導体の光電変換層を裏面電極と透明電極とで挟んだ積層構造を有する。
次世代の太陽電池として、光電変換層にカルコパイライト系のCuInSe2またはCu(In,Ga)Se2〔以下、CuInSe2およびCu(In,Ga)Se2を合わせて単に「CIGS」という。〕を用いたものが検討されており、また、CIGS膜を光電変換層に用いた太陽電池(以下、「CIGS系太陽電池」という。)は、光吸収率が高く薄膜化できることから、盛んに研究されている。
Currently, research on solar cells is actively conducted. The solar cell has a laminated structure in which a semiconductor photoelectric conversion layer that generates current by light absorption is sandwiched between a back electrode and a transparent electrode.
As a next-generation solar cell, chalcopyrite-based CuInSe 2 or Cu (In, Ga) Se 2 [hereinafter referred to as CuInSe 2 and Cu (In, Ga) Se 2 is simply referred to as “CIGS” in the photoelectric conversion layer. In addition, a solar cell using a CIGS film as a photoelectric conversion layer (hereinafter referred to as a “CIGS solar cell”) has high light absorption and can be thinned. It has been studied.

また、現在、太陽電池用基板として、主にガラス基板が使用されているが、太陽電池にもフレキシブル化が求められており、可撓性を有する可撓性樹脂基板を使用することが検討されている。   At present, glass substrates are mainly used as solar cell substrates, but solar cells are also required to be flexible, and it is considered to use flexible resin substrates having flexibility. ing.

例えば、特許文献1には、「ポリイミドフィルムと、その上に電極となる金属層とを有しており、カルコパイライト構造半導体層を有するCIS系太陽電池の製造に使用されるポリイミド金属積層体であって、前記ポリイミドフィルムが、芳香族テトラカルボン酸成分と芳香族ジアミン成分とから得られるポリイミド前駆体の溶液を支持体上に流延塗布し、加熱して製造されたポリイミド前駆体溶液の自己支持性フィルムをイミド化することによって製造されるポリイミドフィルムであり、前記電極となる金属層が、自己支持性フィルムの製造時にフィルムの支持体と接する側の面(B面)上に形成されていることを特徴とする積層体。」が記載されており([請求項1])、また、ポリイミドフィルムのB面の反対側の面(A面)上に、保護層となる金属層を有する態様や、その保護層となる金属層がモリブデンを含む層である態様が記載されている([請求項5][請求項6])。なお、特許文献1には、保護層を設けることにより、基板の反りを抑制できることが記載されている([0103])。   For example, Patent Document 1 states that “a polyimide metal laminate having a polyimide film and a metal layer serving as an electrode on the polyimide film and used for manufacturing a CIS solar cell having a chalcopyrite structure semiconductor layer” A polyimide precursor solution prepared by casting a polyimide precursor solution obtained from an aromatic tetracarboxylic acid component and an aromatic diamine component on a support and heating the polyimide film. It is a polyimide film manufactured by imidizing a support film, and the metal layer to be the electrode is formed on a surface (B surface) on the side in contact with the support of the film at the time of manufacturing the self-support film. (“Claim 1”) and the surface of the polyimide film opposite to the B surface (A surface). And embodiments having a metal layer serving as a layer, a metal layer serving as the protective layer is described embodiment is a layer containing molybdenum ([Claim 5] [Claim 6]). Note that Patent Document 1 describes that warpage of a substrate can be suppressed by providing a protective layer ([0103]).

特開2010−4029号公報JP 2010-4029 A

本発明者らは、特許文献1に記載のCIGS系太陽電池について検討したところ、基板の反りを抑制できることが分かったが、工業的なロールトゥロール方式で採用される非接触式加熱機構によりCIGS膜を成膜する際の温度(500℃以上)に加熱するためには、ヒーターの設定温度を700℃以上の高温に設定する必要があることが分かり、その結果、加熱機構やチャンバ周辺の部品の耐久性が低下したり、ヒーターの寿命が短くなったりする場合があり、生産性に劣る問題があることを明らかとした。   The present inventors have studied the CIGS solar cell described in Patent Document 1 and found that it is possible to suppress the warpage of the substrate. However, the CIGS is used by a non-contact heating mechanism employed in an industrial roll-to-roll method. It turns out that in order to heat the film to the temperature at which the film is formed (500 ° C. or higher), it is necessary to set the heater set temperature to a high temperature of 700 ° C. or higher. It has been clarified that there is a problem that productivity is inferior because the durability of the heater may be lowered or the life of the heater may be shortened.

そこで、本発明は、特許文献1と同様、基板の反りを抑制することができ、かつ、ヒーターの設定温度を低くし、生産性を向上させることができる光電変換素子およびそれを有する太陽電池を提供することを課題とする。   Therefore, as in Patent Document 1, the present invention provides a photoelectric conversion element capable of suppressing the warpage of the substrate, lowering the set temperature of the heater, and improving productivity, and a solar cell having the photoelectric conversion element. The issue is to provide.

本発明者らは、上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、基材において裏面電極が形成される面(表面)と反対側の面(裏面)に、0.4〜2.5μm波長域での平均放射率が特定の値以上となる熱吸収層を設けた基板を用いることにより、基板の反りを抑制することができ、かつ、ヒーターの設定温度を低くし、生産性を向上させることができることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、以下の構成により上記目的を達成することができることを見出した。
As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned problems, the present inventors have found that the surface (back surface) opposite to the surface on which the back electrode is formed on the substrate (back surface) in the wavelength range of 0.4 to 2.5 μm. By using a substrate provided with a heat absorption layer whose average emissivity is a specific value or more, it is possible to suppress the warpage of the substrate, and to lower the heater set temperature and improve productivity. The present invention has been completed by finding out what can be done.
That is, it has been found that the above object can be achieved by the following configuration.

[1] 基板と、基板上に形成された裏面電極と、裏面電極上に形成されたCIGS系半導体化合物を含む光電変換層とを有する光電変換素子であって、
基板は、有機高分子で構成された基材と、基材の裏面電極が形成される表面とは反対側の裏面に形成された熱吸収層とを有し、
熱吸収層の0.4〜2.5μm波長域での平均放射率が0.30以上である、光電変換素子。
[2] 熱吸収層が、セラミックスで構成されている、[1]に記載の光電変換素子。
[3] 熱吸収層が、融点が1000℃以上の非金属材料で構成されている、[1]または[2]に記載の光電変換素子。
[4] 熱吸収層が、酸化モリブデン(MoOx)および窒化モリブデン(MoNx)からなる群から選択される少なくとも1種で構成されている、[1]〜[3]のいずれかに記載の光電変換素子。
[5] 熱吸収層が、酸素または窒素を5原子%以上50原子%以下で含有するモリブデンで構成されている、[1]〜[4]のいずれかに記載の光電変換素子。
[6] 熱吸収層が、酸素または窒素を10原子%以上30原子%以下で含有するモリブデンで構成されている、[1]〜[5]のいずれかに記載の光電変換素子。
[7] [1]〜[6]のいずれかに記載の光電変換素子を有することを特徴とする太陽電池。
[8] 曲率半径が30mm以上である[7]に記載の太陽電池。
[1] A photoelectric conversion element having a substrate, a back electrode formed on the substrate, and a photoelectric conversion layer containing a CIGS semiconductor compound formed on the back electrode,
The substrate has a base material composed of an organic polymer, and a heat absorption layer formed on the back surface opposite to the surface on which the back electrode of the base material is formed,
The photoelectric conversion element whose average emissivity in the 0.4-2.5 micrometer wavelength range of a heat absorption layer is 0.30 or more.
[2] The photoelectric conversion element according to [1], wherein the heat absorption layer is made of ceramics.
[3] The photoelectric conversion element according to [1] or [2], wherein the heat absorption layer is made of a nonmetallic material having a melting point of 1000 ° C. or higher.
[4] The photoelectric conversion according to any one of [1] to [3], wherein the heat absorption layer is composed of at least one selected from the group consisting of molybdenum oxide (MoOx) and molybdenum nitride (MoNx). element.
[5] The photoelectric conversion element according to any one of [1] to [4], wherein the heat absorption layer is made of molybdenum containing oxygen or nitrogen at 5 atom% or more and 50 atom% or less.
[6] The photoelectric conversion element according to any one of [1] to [5], wherein the heat absorption layer is made of molybdenum containing oxygen or nitrogen in an amount of 10 atomic% to 30 atomic%.
[7] A solar cell comprising the photoelectric conversion element according to any one of [1] to [6].
[8] The solar cell according to [7], wherein the curvature radius is 30 mm or more.

本発明によれば、基板の反りを抑制することができ、かつ、ヒーターの設定温度を低くし、生産性を向上させることができる光電変換素子およびそれを有する太陽電池を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the photoelectric conversion element which can suppress the curvature of a board | substrate, can make the preset temperature of a heater low, and can improve productivity, and a solar cell which has it can be provided.

図1は、本発明の光電変換素子の実施形態の一例を示す模式的な断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention. 図2(A)は、本発明の光電変換素子に用いられる基板の実施形態の一例を示す模式的な断面図であり、図2(B)は、本発明の光電変換素子に用いられる基板の実施形態の他の一例を示す模式的な断面図である。FIG. 2A is a schematic cross-sectional view showing an example of an embodiment of a substrate used in the photoelectric conversion element of the present invention, and FIG. 2B shows a substrate used in the photoelectric conversion element of the present invention. It is a typical sectional view showing other examples of an embodiment. 図3は、本発明の太陽電池の実施形態の一例を示す模式的な断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of an embodiment of the solar cell of the present invention.

以下、本発明について詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
なお、本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The description of the constituent elements described below may be made based on typical embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to such embodiments.
In the present specification, a numerical range expressed using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value.

[光電変換素子]
本発明の光電変換素子は、基板と、基板上に形成された裏面電極と、裏面電極上に形成されたCIGS系半導体化合物を含む光電変換層とを有する光電変換素子であって、基板は、有機高分子で構成された基材と、基材の裏面電極が形成される表面とは反対側の裏面に形成された熱吸収層とを有し、熱吸収層の0.4〜2.5μm波長域での平均放射率が0.30以上である、光電変換素子である。
[Photoelectric conversion element]
The photoelectric conversion element of the present invention is a photoelectric conversion element having a substrate, a back electrode formed on the substrate, and a photoelectric conversion layer containing a CIGS semiconductor compound formed on the back electrode, It has the base material comprised with the organic polymer, and the heat absorption layer formed in the back surface on the opposite side to the surface in which the back surface electrode of a base material is formed, 0.4-2.5 micrometers of a heat absorption layer. It is a photoelectric conversion element whose average emissivity in a wavelength region is 0.30 or more.

このような構成を有する本発明の光電変換素子および後述する本発明の太陽電池は、基板の反りを抑制することができ、また、製造時においてヒーターの設定温度を低くし、生産性を向上させることができる。
これは、詳細には明らかではないが、およそ以下のとおりと推測される。
まず、後述する比較例3に示すように、モリブデン(Mo)から構成される金属層を基板の裏面に設けた場合には、基板の温度を550℃に加熱する場合にはヒーターの設定温度を850℃にする必要がある。これは、ヒーターの熱源である赤外線が金属層で反射してしまうため、ヒーターからの伝熱を効率よく利用できないためであると考えられる。
一方、後述する各実施例に示すように、酸化モリブデン(MoOx)や窒化モリブデン(MoNx)などから構成され、0.4〜2.5μm波長域での平均放射率(以下、単に「平均放射率」ともいう。)が0.30以上となる熱吸収層を設けると、ヒーターの設定温度は700℃未満としても基板の温度を550℃に加熱できることが分かった。
すなわち、本発明においては、基板の裏面に設けられた熱吸収層が、ヒーターからの伝熱を吸収し、効率よく利用できていると考えられる。これは、熱吸収層の平均放射率が高いほど、ヒーターの設定温度を低くすることができる事実からも推察できる。
一方、後述する各実施例に示す通り、平均放射率が高いほど、意外にも曲率半径が大きくなり、基板の反りがより抑制される傾向があることが分かった。
The photoelectric conversion element of the present invention having such a configuration and the solar cell of the present invention to be described later can suppress the warpage of the substrate, and lower the set temperature of the heater at the time of manufacturing to improve productivity. be able to.
This is not clear in detail, but is estimated to be as follows.
First, as shown in Comparative Example 3 to be described later, when a metal layer made of molybdenum (Mo) is provided on the back surface of the substrate, when the substrate temperature is heated to 550 ° C., the heater set temperature is set. It is necessary to make it 850 ° C. This is considered to be because heat transfer from the heater cannot be used efficiently because infrared rays, which are the heat source of the heater, are reflected by the metal layer.
On the other hand, as shown in each example described later, it is composed of molybdenum oxide (MoOx), molybdenum nitride (MoNx), etc., and has an average emissivity in the wavelength range of 0.4 to 2.5 μm (hereinafter simply referred to as “average emissivity”). It was also found that when the heat absorption layer having a temperature of 0.30 or more is provided, the temperature of the substrate can be heated to 550 ° C. even if the heater set temperature is less than 700 ° C.
That is, in the present invention, it is considered that the heat absorption layer provided on the back surface of the substrate absorbs heat transfer from the heater and can be used efficiently. This can also be inferred from the fact that the set temperature of the heater can be lowered as the average emissivity of the heat absorption layer is higher.
On the other hand, as shown in each Example described later, it was found that the higher the average emissivity, the larger the radius of curvature unexpectedly, and the more the substrate warpage tends to be suppressed.

次に、本発明の光電変換素子の全体の構成について図1を用いて説明した後に、各構成(基板、裏面電極、光電変換層など)について詳述する。   Next, after describing the entire configuration of the photoelectric conversion element of the present invention with reference to FIG.

図1は、本発明の光電変換素子の実施形態の一例を示す模式的な断面図である。
図1に示す光電変換素子30は、基板10と、基板10の表面(基材12の表面12a)に形成された裏面電極32と、裏面電極32上に形成されたCIGS系半導体化合物を含む光電変換層34とを有する。
また、本発明の光電変換素子は、図1に示すように、光電変換層34上に形成されたバッファ層36と、バッファ層36上に形成された透明電極38と、裏面電極32上および透明電極38上に形成された上部電極40とを有しているのが好ましい。
なお、光電変換素子30の曲率半径Rは、基板10の熱吸収層14の裏面14sにおける曲率半径とする。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention.
The photoelectric conversion element 30 shown in FIG. 1 includes a substrate 10, a back electrode 32 formed on the surface of the substrate 10 (the surface 12a of the base material 12), and a photoelectric including a CIGS semiconductor compound formed on the back electrode 32. A conversion layer 34.
As shown in FIG. 1, the photoelectric conversion element of the present invention includes a buffer layer 36 formed on the photoelectric conversion layer 34, a transparent electrode 38 formed on the buffer layer 36, a back electrode 32, and a transparent layer. It is preferable to have an upper electrode 40 formed on the electrode 38.
The curvature radius R of the photoelectric conversion element 30 is the curvature radius at the back surface 14 s of the heat absorption layer 14 of the substrate 10.

〔基板〕
図2(A)は、本発明の光電変換素子に用いられる基板の実施形態の一例を示す模式的な断面図であり、図2(B)は、本発明の光電変換素子に用いられる基板の実施形態の他の一例を示す模式的な断面図である。
図2(A)および図2(B)に示す基板10は、光電変換素子に用いられる基板であり、基材12と、基材12の裏面12bに設けられた熱吸収層14とを有する。なお、基材12の表面12aが基板10の表面であり、基材12の表面12aに光電変換素子および太陽電池の電極および光電変換層等の機能層が形成される。
また、熱吸収層14は、層全体の平均放射率が0.30以上であれば、図1(B)に示すように、第1の熱吸収層14aおよび第2の熱吸収層14bを積層させた態様であってもよく、図1においては図示していないが、3層以上の熱吸収層を積層させた態様であってもよい。
〔substrate〕
FIG. 2A is a schematic cross-sectional view showing an example of an embodiment of a substrate used in the photoelectric conversion element of the present invention, and FIG. 2B shows a substrate used in the photoelectric conversion element of the present invention. It is a typical sectional view showing other examples of an embodiment.
A substrate 10 illustrated in FIGS. 2A and 2B is a substrate used for a photoelectric conversion element, and includes a base material 12 and a heat absorption layer 14 provided on a back surface 12 b of the base material 12. In addition, the surface 12a of the base material 12 is the surface of the board | substrate 10, and functional layers, such as a photoelectric conversion element, the electrode of a solar cell, and a photoelectric conversion layer, are formed in the surface 12a of the base material 12. FIG.
If the average emissivity of the entire layer is 0.30 or more, the heat absorption layer 14 is formed by laminating the first heat absorption layer 14a and the second heat absorption layer 14b as shown in FIG. Although not shown in FIG. 1, the aspect which laminated | stacked the heat absorption layer of three or more layers may be sufficient.

<基材>
基材12は、基板10の芯材として機能するものである。
この基材12は、有機高分子で構成されるものであり、可撓性を有する。
基材12を構成する材料としては、例えば、ポリイミド系樹脂が挙げられ、これらのうち、ポリイミド系樹脂であるのが好ましい。
<Base material>
The base material 12 functions as a core material of the substrate 10.
This base material 12 is composed of an organic polymer and has flexibility.
As a material which comprises the base material 12, a polyimide-type resin is mentioned, for example, Among these, it is preferable that it is a polyimide-type resin.

基材12の厚みは、可撓性、軽量性およびハンドリング性の観点で選択されることが望ましく、5μm以上200μm以下が好ましく、7μm以上100μm以下がさらに好ましい。
基材12の厚みが5μm以上であると、ロールツーロール方式で基板加熱しながら搬送する際のハンドリングが良好となり、基材12の厚みが200μm以下であると、可撓性および軽量性が良好となる。
The thickness of the substrate 12 is preferably selected from the viewpoints of flexibility, lightness, and handling properties, preferably 5 μm to 200 μm, and more preferably 7 μm to 100 μm.
When the thickness of the base material 12 is 5 μm or more, handling when transporting while heating the substrate by a roll-to-roll method is good, and when the thickness of the base material 12 is 200 μm or less, flexibility and lightness are good. It becomes.

<熱吸収層>
熱吸収層14は、0.4〜2.5μm波長域での平均放射率が0.30以上となる層である。
本発明においては、上述したように、このような平均放射率を満たす熱吸収層を設けることにより、基板の反りを抑制することができ、また、製造時においてヒーターの設定温度を低くし、生産性を向上させることができる。
ここで、「0.4〜2.5μm波長域での平均放射率」とは、下記式(I)により算出される放射率の平均値をいい、例えば、積分球を利用した紫外−可視−近赤外分光光度計を用いて測定することができる。
放射率(εn)=1−分光反射率(ρn) ・・・ (I)
(分光反射率ρn:ランプヒーター(2500K)の熱放射の波長域(0.4〜2.5μm)を1nm毎に測定される反射率)
<Heat absorption layer>
The heat absorption layer 14 is a layer having an average emissivity of 0.30 or more in a wavelength range of 0.4 to 2.5 μm.
In the present invention, as described above, by providing a heat absorption layer satisfying such an average emissivity, warpage of the substrate can be suppressed, and the heater set temperature is reduced during production, Can be improved.
Here, “average emissivity in the wavelength range of 0.4 to 2.5 μm” refers to an average value of emissivity calculated by the following formula (I). For example, UV-visible using an integrating sphere It can be measured using a near-infrared spectrophotometer.
Emissivity (εn) = 1−spectral reflectance (ρn) (I)
(Spectral reflectance ρn: reflectance measured every 1 nm in the wavelength range (0.4 to 2.5 μm) of thermal radiation of the lamp heater (2500 K))

熱吸収層14は、基板の反りがより抑制され、ヒーターの設定温度をより低くすることができる理由から、0.4〜2.5μm波長域での平均放射率が0.40以上であるのが好ましく、0.50以上であるのがより好ましい。   Since the heat absorption layer 14 can further suppress the warpage of the substrate and lower the set temperature of the heater, the average emissivity in the wavelength range of 0.4 to 2.5 μm is 0.40 or more. Is more preferable and 0.50 or more is more preferable.

熱吸収層14は、0.4〜2.5μm波長域での平均放射率が0.30以上であれば、その構成材料は特に限定されないが、例えば、セラミックスや、融点が1000℃以上の非金属材料が挙げられ、具体的には、例えば、酸化モリブデン(MoOx)、窒化モリブデン(MoNx)、ケイ素(Si)等が挙げられる。
これらのうち、基板の耐熱性、特に、基板を高温にした状態での引っ張り耐性(以下、「引張耐性」ともいう。)が高くなる理由から、MoOx、MoNxであるのが好ましく、MoOxであるのがより好ましい。
The heat absorption layer 14 is not particularly limited as long as the average emissivity in the wavelength range of 0.4 to 2.5 μm is 0.30 or more. Examples of the metal material include molybdenum oxide (MoOx), molybdenum nitride (MoNx), and silicon (Si).
Of these, MoOx and MoNx are preferable because the heat resistance of the substrate, in particular, the tensile resistance (hereinafter also referred to as “tensile resistance”) when the substrate is at a high temperature is high. Is more preferable.

熱吸収層14は、平均放射率が高くなり、また、耐熱性(特に引張耐性)が高くなり、更に、圧縮応力も付与できる理由から、酸素または窒素を5原子%以上50原子%以下で含有するモリブデン(Mo)で構成されているのが好ましく、10原子%以上30原子%以下で含有するMoで構成されているのが好ましい。
また、基板の反りがより抑制され、ヒーターの設定温度をより低くすることができる理由から、酸素または窒素を10原子%以上50原子%以下で含有するモリブデン(Mo)で構成されているのが好ましい。
ここで、酸素または窒素の「原子%」とは、熱吸収層14の基材12とは反対側の面14sをX線光電子分光法(XPS:X-ray photoelectron spectroscopy)により測定して求められる酸素または窒素の含有量をいう。
The heat absorption layer 14 has a high average emissivity, a high heat resistance (particularly tensile resistance), and further a compressive stress, so that oxygen or nitrogen is contained at 5 atomic% or more and 50 atomic% or less. It is preferably composed of molybdenum (Mo), and is preferably composed of Mo contained in an amount of 10 atomic% to 30 atomic%.
Moreover, it is comprised with the molybdenum (Mo) which contains oxygen or nitrogen at 10 atomic% or more and 50 atomic% or less from the reason which the curvature of a board | substrate is suppressed more and the setting temperature of a heater can be made lower. preferable.
Here, the “atomic%” of oxygen or nitrogen is obtained by measuring the surface 14 s of the heat absorption layer 14 on the side opposite to the substrate 12 by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Refers to oxygen or nitrogen content.

熱吸収層14の厚みは、基板の反りがより抑制され、ヒーターの設定温度をより低くすることができる理由から、5nm以上10μm以下であることが好ましく、5nm以上1μm以下であるのがより好ましい。   The thickness of the heat absorption layer 14 is preferably 5 nm or more and 10 μm or less, and more preferably 5 nm or more and 1 μm or less, because the warpage of the substrate is further suppressed and the set temperature of the heater can be further lowered. .

熱吸収層14の形成方法は特に限定されないが、例えば、スパッタ法、イオンプレーティング法、CVD法等によって基材上に形成することができる。
ここで、熱吸収層14における放射率の調整は、基本的には構成材料に起因するものであるため特に限定されないが、例えば、酸化モリブデン(MoOx)または窒化モリブデン(MoNx)を用いた場合には、後述する実施例に示すように、スパッタガスの構成比やスパッタ圧力を調整し、酸素または窒素の含有量(原子%)を変更することにより調整することができる。
Although the formation method of the heat absorption layer 14 is not specifically limited, For example, it can form on a base material by a sputtering method, an ion plating method, CVD method etc.
Here, the adjustment of the emissivity in the heat absorption layer 14 is basically not caused by the fact that it is caused by the constituent material. For example, when molybdenum oxide (MoOx) or molybdenum nitride (MoNx) is used. Can be adjusted by adjusting the composition ratio of the sputtering gas and the sputtering pressure and changing the content (atomic%) of oxygen or nitrogen, as shown in the examples described later.

〔裏面電極〕
裏面電極32は、基板10の表面(基材12の表面12a)上に形成される電極であり、従来公知の光学素子の裏面電極を適宜採用することができ、単層構造でもあってもよく、2層構造等の積層構造であってもよい。
裏面電極32としては、例えば、Mo、クロム(Cr)、タングステン(W)およびこれらを組み合わせたものにより構成されるのが好ましい。これらのうち、Moで構成される裏面電極であるのがより好ましい。
また、裏面電極32の厚みは、100〜1000nm程度が好ましい。
[Back electrode]
The back electrode 32 is an electrode formed on the surface of the substrate 10 (the surface 12a of the base material 12), and a back electrode of a conventionally known optical element can be appropriately employed and may have a single layer structure. A laminated structure such as a two-layer structure may be used.
The back electrode 32 is preferably composed of, for example, Mo, chromium (Cr), tungsten (W), and a combination thereof. Of these, the back electrode made of Mo is more preferable.
The thickness of the back electrode 32 is preferably about 100 to 1000 nm.

裏面電極32の形成方法は特に限定されず、例えば、電子ビーム蒸着法、スパッタ法等の気相成膜法により形成することができる。   The method for forming the back electrode 32 is not particularly limited. For example, the back electrode 32 can be formed by a vapor deposition method such as an electron beam evaporation method or a sputtering method.

〔光電変換層〕
光電変換層34は、裏面電極32上に形成された光電変換層であり、カルコパイライト結晶構造を有するCIGS系半導体化合物を含む層である。すなわち、光電変換層34はCIGS膜で構成される。光電変換層34は、CuInSe2およびCu(In,Ga)Se2等のCIGS膜に利用される公知のもので構成される。
光電変換層34の厚みは、1.0〜3.0μmであるのが好ましく、1.5〜2.5μmであるのがより好ましい。
[Photoelectric conversion layer]
The photoelectric conversion layer 34 is a photoelectric conversion layer formed on the back electrode 32 and includes a CIGS semiconductor compound having a chalcopyrite crystal structure. That is, the photoelectric conversion layer 34 is composed of a CIGS film. The photoelectric conversion layer 34 is made of a known material used for CIGS films such as CuInSe 2 and Cu (In, Ga) Se 2 .
The thickness of the photoelectric conversion layer 34 is preferably 1.0 to 3.0 μm, and more preferably 1.5 to 2.5 μm.

ここで、一般に、アルカリ金属、特にNaが、CIGSで構成された光電変換層34に拡散されると光電変換効率が高くなることが知られている。
アルカリ供給法は、特に限定されるものではなく、光電変換層34(CIGS膜)を形成する前、成膜中、または、成膜後に添加する方法等を用いることができる。アルカリ供給材料としては、NaO2、Na2S、Na2Se、NaCl、NaF、モリブデン酸ナトリウム塩等、アルカリ金属を含む化合物(アルカリ金属化合物を含む組成物)を主成分とするものを各種利用可能である。
Here, it is generally known that when an alkali metal, particularly Na, is diffused into the photoelectric conversion layer 34 made of CIGS, the photoelectric conversion efficiency is increased.
The alkali supply method is not particularly limited, and a method of adding the photoelectric conversion layer 34 (CIGS film) before, during or after the formation of the photoelectric conversion layer 34 can be used. As the alkali supply material, various materials mainly containing a compound containing an alkali metal (a composition containing an alkali metal compound) such as NaO 2 , Na 2 S, Na 2 Se, NaCl, NaF, and sodium molybdate are used. Is possible.

光電変換層34の形成方法(CIGS膜の成膜方法)は特に限定されず、例えば、1)多源蒸着法、2)セレン化法、3)スパッタ法、4)ハイブリッドスパッタ法、および5)メカノケミカルプロセス法等の方法により形成することができる。その他のCIGS膜の成膜方法としては、スクリーン印刷法、近接昇華法、MOCVD法、およびスプレー法(ウェット成膜法)等が挙げられる。   A method for forming the photoelectric conversion layer 34 (a method for forming a CIGS film) is not particularly limited. For example, 1) a multi-source deposition method, 2) a selenization method, 3) a sputtering method, 4) a hybrid sputtering method, and 5) It can be formed by a method such as a mechanochemical process method. Examples of other CIGS film deposition methods include screen printing, proximity sublimation, MOCVD, and spray (wet deposition).

〔バッファ層〕
バッファ層36は、例えば、Cd、Zn、SnおよびInからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素を含む金属硫化物を含むことが好ましい。
金属硫化物としては、具体的には、例えば、CdS;ZnS、Zn(S,O)、Zn(S,O,OH);SnS,Sn(S,O)、Sn(S,O,OH);InS、In(S,O)、In(S,O,OH);等が挙げられる。
また、バッファ層36の厚みは、10nm〜2μmが好ましく、15〜200nmがより好ましい。
[Buffer layer]
The buffer layer 36 preferably includes, for example, a metal sulfide containing at least one metal element selected from the group consisting of Cd, Zn, Sn, and In.
Specific examples of the metal sulfide include CdS; ZnS, Zn (S, O), Zn (S, O, OH); SnS, Sn (S, O), Sn (S, O, OH). InS, In (S, O), In (S, O, OH); and the like.
Further, the thickness of the buffer layer 36 is preferably 10 nm to 2 μm, and more preferably 15 to 200 nm.

〔透明電極〕
透明電極38は、光を光電変換層34に取り込むと共に、裏面電極32と対になって、光電変換層34で生成された電流が流れる電極として機能するものである。透明電極38は、公知の組成で構成することができるが、アルミニウムがドープされたZnO等で構成することが好ましい。
透明電極38の厚みは、例えば、50nm〜2μmである。
[Transparent electrode]
The transparent electrode 38 captures light into the photoelectric conversion layer 34 and functions as an electrode through which a current generated in the photoelectric conversion layer 34 flows in a pair with the back electrode 32. The transparent electrode 38 can be composed of a known composition, but is preferably composed of ZnO doped with aluminum or the like.
The thickness of the transparent electrode 38 is, for example, 50 nm to 2 μm.

〔上部電極〕
上部電極40は、光電変換素子30がセルの場合に、光電変換層34で発生した電流を透明電極38から取り出すための電極であり、グリッド電極ともいう。このため、太陽電池モジュールの形態では、上部電極40は、設けられていなくてもよい。
上部電極40は、例えば、アルミニウムより構成されるものである。
上部電極40は、例えば、スパッタ法、蒸着法、CVD法等によって形成される。
[Upper electrode]
The upper electrode 40 is an electrode for taking out the current generated in the photoelectric conversion layer 34 from the transparent electrode 38 when the photoelectric conversion element 30 is a cell, and is also referred to as a grid electrode. For this reason, the upper electrode 40 may not be provided in the form of the solar cell module.
The upper electrode 40 is made of aluminum, for example.
The upper electrode 40 is formed by, for example, a sputtering method, a vapor deposition method, a CVD method, or the like.

〔光電変換素子の製造方法〕
光電変換素子30の構成は、基板10の構成以外は、公知の光電変換素子と同様の構成である。このため、その製造方法についても、基板10以外は、公知の光電変換素子の製造方法により製造することができる。
[Method for producing photoelectric conversion element]
The configuration of the photoelectric conversion element 30 is the same as that of a known photoelectric conversion element except for the configuration of the substrate 10. For this reason, also about the manufacturing method, except the board | substrate 10, it can manufacture with the manufacturing method of a well-known photoelectric conversion element.

本発明においては、熱吸収層14を有する基板10を用いることにより、製造時においてヒーターの設定温度を低くし、生産性を向上させることができる。
また、作製される光電変換素子30は、基板の反りを抑制することができる。
さらに、熱吸収層14を形成する際の成膜条件を最適化させ圧縮方向の膜応力を付与させることで、CIGS膜の光電変換層34の膜応力と相殺でき、カール量を低減することができる。これにより、光電変換素子30の製造工程でハンドリングできなくなることはなく、しかもハンドリング時にクラック等の物理欠陥の発生を大幅に低減でき、大幅に生産性を向上させることができる。
さらに、宇宙用途を想定した場合は、光電変換層34を付与しない面の放射率が高くなるため、放射冷却を促進でき、太陽光による温度上昇を軽減できる効果がある。
In the present invention, by using the substrate 10 having the heat absorption layer 14, the set temperature of the heater can be lowered at the time of production, and the productivity can be improved.
In addition, the produced photoelectric conversion element 30 can suppress warping of the substrate.
Furthermore, by optimizing the film forming conditions for forming the heat absorption layer 14 and applying a film stress in the compression direction, it can be offset with the film stress of the photoelectric conversion layer 34 of the CIGS film, and the curl amount can be reduced. it can. As a result, handling in the manufacturing process of the photoelectric conversion element 30 does not become impossible, and the occurrence of physical defects such as cracks during handling can be greatly reduced, and productivity can be greatly improved.
Furthermore, when the space application is assumed, since the emissivity of the surface not provided with the photoelectric conversion layer 34 is increased, radiation cooling can be promoted, and the temperature rise due to sunlight can be reduced.

[太陽電池]
本発明の太陽電池は、上述した本発明の光電変換素子を有する太陽電池である。
図3は、本発明の太陽電池の実施形態の一例を示す模式的な断面図である。
なお、図3に示す本実施形態の太陽電池50においては、図2(A)に示す基板10を用いるが、これに限定されるものではなく、図2(B)に示す基板10を用いることができることは言うまでもない。
[Solar cell]
The solar cell of the present invention is a solar cell having the above-described photoelectric conversion element of the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of an embodiment of the solar cell of the present invention.
In addition, although the board | substrate 10 shown to FIG. 2 (A) is used in the solar cell 50 of this embodiment shown in FIG. 3, it is not limited to this, The board | substrate 10 shown to FIG. 2 (B) is used. Needless to say, you can.

図3に示す太陽電池50は、図1に示す光電変換素子30を集積したものである。
太陽電池50において、図1に示す光電変換素子30と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
太陽電池50も、光電変換素子30と同じく、熱吸収層14の裏面14sが凸になるように反りが生じることがある。
この場合、各層の剥離等が生じにくく、ハンドリングが容易となる等の理由から、太陽電池50の曲率半径Rが30mm以上であることが好ましく、最も好ましいのはカールがなく略平坦なものである。
なお、太陽電池50の曲率半径Rは、図1に光電変換素子30と同様、熱吸収層14の裏面14sにおける曲率半径とする。
A solar cell 50 shown in FIG. 3 is obtained by integrating the photoelectric conversion elements 30 shown in FIG.
In the solar cell 50, the same components as those of the photoelectric conversion element 30 shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
Similarly to the photoelectric conversion element 30, the solar cell 50 may be warped so that the back surface 14 s of the heat absorption layer 14 is convex.
In this case, it is preferable that the radius of curvature R of the solar cell 50 is 30 mm or more for the reason that peeling of each layer hardly occurs and handling becomes easy, and the most preferable is a substantially flat surface without curling. .
In addition, the curvature radius R of the solar cell 50 is set to the curvature radius in the back surface 14s of the heat absorption layer 14 like the photoelectric conversion element 30 in FIG.

太陽電池50は、裏面電極32と光電変換層34とバッファ層36と透明電極38とが積層されており、裏面電極32のみを貫通する第1の開溝部P1、光電変換層34とバッファ層36とを貫通する第2の開溝部P2、および、光電変換層34とバッファ層36と透明電極38とを貫通する第3の開溝部P3が形成されている。   In the solar cell 50, the back electrode 32, the photoelectric conversion layer 34, the buffer layer 36, and the transparent electrode 38 are laminated, and the first groove P 1 that penetrates only the back electrode 32, the photoelectric conversion layer 34, and the buffer layer. And a third groove P3 that penetrates the photoelectric conversion layer 34, the buffer layer 36, and the transparent electrode 38 is formed.

太陽電池50では、第1の開溝部P1〜第3の開溝部P3によって、複数の光電変換素子52に分離されている。第2の開溝部62内に透明電極38が充填されることで、ある光電変換素子52の透明電極38が隣接する光電変換素子52の裏面電極32に直列接続した構造が得られる。各光電変換素子52で発生する電圧が加算されるように電気的に直列接続されており、このとき光電変換機能の有効部分は領域54である。
太陽電池50では、図3に示すD方向に電子が流れるように構成されており、裏面電極32がプラス極であり、透明電極38がマイナス極である。
なお、図3は光電変換素子52の繰返し直列接続構造をわかり易く図示したものであり、マイナス引出し電極の接続は図示したように透明電極38であってもよいし、第2の開溝部P2の下に位置する裏面電極32であってもよい。
In the solar cell 50, it is separated into a plurality of photoelectric conversion elements 52 by the first groove portion P1 to the third groove portion P3. By filling the second open groove 62 with the transparent electrode 38, a structure in which the transparent electrode 38 of a certain photoelectric conversion element 52 is connected in series to the back electrode 32 of the adjacent photoelectric conversion element 52 is obtained. Electrically connected in series so that the voltage generated in each photoelectric conversion element 52 is added. At this time, the effective portion of the photoelectric conversion function is the region 54.
The solar cell 50 is configured such that electrons flow in the direction D shown in FIG. 3, the back electrode 32 is a positive electrode, and the transparent electrode 38 is a negative electrode.
Note that FIG. 3 illustrates the repeated series connection structure of the photoelectric conversion elements 52 in an easy-to-understand manner, and the connection of the minus lead electrode may be the transparent electrode 38 as illustrated, or the second opening P2 The back electrode 32 located below may be used.

なお、太陽電池50においても、基板10の構成以外は、公知の太陽電池または太陽電池モジュールと同様の構成である。このため、その製造方法についても、公知の太陽電池または太陽電池モジュールの製造方法により製造することができる。   The solar cell 50 has the same configuration as a known solar cell or solar cell module except for the configuration of the substrate 10. For this reason, also about the manufacturing method, it can manufacture with the manufacturing method of a well-known solar cell or a solar cell module.

太陽電池50においても、光電変換素子30と同様の上述の効果を得ることができる。このため、太陽電池50も、製造時においてヒーターの設定温度を低くし、生産性を向上させることができる。
また、作製される太陽電池50は、基板の反りを抑制することができる。
さらに、熱吸収層14を形成する際の成膜条件を最適化させ圧縮方向の膜応力を付与させることで、CIGS膜の光電変換層34の膜応力と相殺でき、カール量を低減することができる。これにより、太陽電池50の製造工程でハンドリングできなくなることはなく、しかもハンドリング時にクラック等の物理欠陥の発生を大幅に低減でき、大幅に生産性を向上させることができる。
さらに、宇宙用途を想定した場合は、光電変換層34を付与しない面の放射率が高くなるため、放射冷却を促進でき、太陽光による温度上昇を軽減できる効果がある。
Also in the solar cell 50, the above-described effects similar to those of the photoelectric conversion element 30 can be obtained. For this reason, the solar cell 50 can also lower the preset temperature of the heater at the time of manufacture and improve productivity.
Moreover, the produced solar cell 50 can suppress warping of the substrate.
Furthermore, by optimizing the film forming conditions for forming the heat absorption layer 14 and applying a film stress in the compression direction, it can be offset with the film stress of the photoelectric conversion layer 34 of the CIGS film, and the curl amount can be reduced. it can. Thereby, it becomes impossible to handle in the manufacturing process of the solar cell 50, and furthermore, the occurrence of physical defects such as cracks at the time of handling can be greatly reduced, and the productivity can be greatly improved.
Furthermore, when the space application is assumed, since the emissivity of the surface not provided with the photoelectric conversion layer 34 is increased, radiation cooling can be promoted, and the temperature rise due to sunlight can be reduced.

本発明は、基本的に以上のように構成されるものである。以上、本発明の光電変換素子および太陽電池について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良または変更をしてもよいのはもちろんである。   The present invention is basically configured as described above. As mentioned above, although the photoelectric conversion element and solar cell of this invention were demonstrated in detail, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the main point of this invention, you may make various improvement or change. Of course.

以下に実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す実施例により限定的に解釈されるべきものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples. The materials, amounts used, ratios, processing details, processing procedures, and the like shown in the following examples can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the following examples.

<実施例1>
実施例1は、図1に示す光電変換素子30と同じ構成である。
実施例1では、基材として、厚さ0.025mmのポリイミド基材(宇部興産製ユーピレックス(登録商標)−S)を用いた。なお、CIGS膜の成膜にロールツーロール成膜装置を用いるため、ポリイミド基材には、ロールツーロール成膜装置の成膜可能な長さを有する長尺のものを用いた。
次に、基材上に、熱吸収層として、厚さ500nmのMoOx膜をスパッタ法により形成することにより、基板を作製した。ここで、形成した熱吸収層の種類、厚さ、酸素含有量および放射率については、下記第1表に示す通りである。なお、真空装置にアルゴンガスを流し、成膜時のガス圧を5Paとすることで、真空装置内にてMo膜中に酸素を導入した。また、酸素含有量は、X線光電子分光装置(XPS)を用いて測定し、0.4〜2.5μm波長域での平均放射率は、積分球を利用した紫外−可視−近赤外分光光度計を用いて測定した。
<Example 1>
Example 1 has the same configuration as the photoelectric conversion element 30 shown in FIG.
In Example 1, a 0.025 mm-thick polyimide base material (Ube Industries Upilex (registered trademark) -S) was used as the base material. Since a roll-to-roll film forming apparatus is used for forming the CIGS film, a long polyimide film having a length that can be formed by the roll-to-roll film forming apparatus was used.
Next, a MoOx film having a thickness of 500 nm was formed as a heat absorption layer on the base material by a sputtering method, thereby manufacturing a substrate. Here, the type, thickness, oxygen content and emissivity of the formed heat absorption layer are as shown in Table 1 below. Note that oxygen was introduced into the Mo film in the vacuum apparatus by flowing argon gas through the vacuum apparatus and setting the gas pressure during film formation to 5 Pa. The oxygen content is measured using an X-ray photoelectron spectrometer (XPS), and the average emissivity in the wavelength range of 0.4 to 2.5 μm is measured by ultraviolet-visible-near infrared spectroscopy using an integrating sphere. Measurement was performed using a photometer.

次に、ロールツーロール成膜装置を用いて、作製した基板の表面、すなわち、ポリイミド基板の表面に、ソーダライムガラス(SLG)層をNa供給層として形成した後に、スパッタ法により厚さ400nmのMo膜を裏面電極として形成した。
次に、ロールツーロール成膜装置を用いた3段階法により、光電変換層として膜厚が2μmのCIGS膜を成膜した。
CIGS膜の成膜については、まず、ロールツーロール成膜装置の巻出し部から送り出された裏面電極(Mo膜)が形成された基板に対し、1段階目にて、基板温度を350℃に加熱した状態でIn,Ga,Seを蒸着することで、(In,Ga)2Se3膜を形成する。その後、2段階目にて基板温度を550℃に加熱した状態でCu,Seを蒸着する。
ここで、Cu:(In+Ga):Se=1:1:2に達した時点で、カルコパイライト構造のCu(In,Ga)Se2結晶が形成される。さらにCu,Se蒸着を続けることで、最表面にCuxSe層が生成され、Cu過剰組成となる。3段階目にて基板温度を550℃に加熱した状態で、制御されたIn,Ga,Seを蒸着することで、Cu過剰組成からわずかにCu不足組成のCIGS膜を成膜することができる。
Next, using a roll-to-roll film forming apparatus, a soda lime glass (SLG) layer is formed as a Na supply layer on the surface of the produced substrate, that is, the surface of the polyimide substrate. A Mo film was formed as a back electrode.
Next, a CIGS film having a thickness of 2 μm was formed as a photoelectric conversion layer by a three-stage method using a roll-to-roll film forming apparatus.
Regarding the formation of the CIGS film, first, the substrate temperature is set to 350 ° C. in the first stage with respect to the substrate on which the back electrode (Mo film) sent from the unwinding part of the roll-to-roll film forming apparatus is formed. (In, Ga) 2 Se 3 film is formed by evaporating In, Ga, Se in a heated state. Thereafter, Cu and Se are vapor-deposited in a state where the substrate temperature is heated to 550 ° C. in the second stage.
Here, when Cu: (In + Ga): Se = 1: 1: 2, a Cu (In, Ga) Se 2 crystal having a chalcopyrite structure is formed. Further, by continuing the Cu and Se vapor deposition, a CuxSe layer is generated on the outermost surface, and the Cu excess composition is obtained. By depositing controlled In, Ga, and Se in a state where the substrate temperature is heated to 550 ° C. in the third stage, a CIGS film having a slightly Cu-deficient composition can be formed from the Cu-excess composition.

次に、CIGS膜上にバッファ層として、厚さ50nmのCdS層を、CBD法により形成した。そして、バッファ層形成後、スパッタリング法により、バッファ層(CdS層)上に、窓層として厚さ10nmのZnO層を形成し、連続して窓層(ZnO層)上に、透明電極として厚さ300nmのZnO:Al膜(アルミニウムがドープされたZnO膜)を成膜した。
次に、透明電極の表面に、スパッタ法にて、アルミニウムからなる集電電極を形成して光電変換素子を作製した。
Next, a CdS layer having a thickness of 50 nm was formed on the CIGS film as a buffer layer by the CBD method. Then, after forming the buffer layer, a ZnO layer having a thickness of 10 nm is formed as a window layer on the buffer layer (CdS layer) by a sputtering method, and the thickness is continuously formed as a transparent electrode on the window layer (ZnO layer). A 300 nm ZnO: Al film (aluminum-doped ZnO film) was formed.
Next, a current collecting electrode made of aluminum was formed on the surface of the transparent electrode by sputtering to produce a photoelectric conversion element.

<実施例2>
熱吸収層形成時にガス圧を0.3Paに変更し、基材上に下記第1表に示すMoOx膜(厚さ:500nm、酸素含有量:5.2原子%、放射率:0.30)を形成させた以外は、実施例1と同様の方法で光電変換素子を作製した。
<Example 2>
The gas pressure was changed to 0.3 Pa when forming the heat absorption layer, and the MoOx film shown in Table 1 below (thickness: 500 nm, oxygen content: 5.2 atomic%, emissivity: 0.30) on the base material A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1 except that was formed.

<実施例3−1>
熱吸収層形成時にアルゴンに10%酸素を混入したガスを用い、また、ガス圧を10Paに変更し、基材上に下記第1表に示すMoOx膜(厚さ:500nm、酸素含有量:30.0原子%、放射率:0.50)を形成させた以外は、実施例1と同様の方法で光電変換素子を作製した。
<Example 3-1>
At the time of forming the heat absorption layer, a gas in which 10% oxygen was mixed into argon was used, the gas pressure was changed to 10 Pa, and the MoOx film (thickness: 500 nm, oxygen content: 30 shown in Table 1 below) was formed on the substrate. 0.0 atomic%, emissivity: 0.50) was formed, and a photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1.

<実施例3−2>
ヒーターの設定温度を下記第1表に示す温度(650℃)に変更した以外は、実施例3−1と同様の方法で光電変換素子を作製した。
ここで、実施例3−2は、熱吸収層の放射率と曲率半径との関係を調べるために、あえてヒーターの設定温度を実施例1と同様の温度に上げて作製した例である。
<Example 3-2>
A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 3-1, except that the set temperature of the heater was changed to the temperature (650 ° C.) shown in Table 1 below.
Here, Example 3-2 is an example in which the set temperature of the heater was intentionally increased to the same temperature as in Example 1 in order to investigate the relationship between the emissivity of the heat absorption layer and the radius of curvature.

<実施例4>
熱吸収層形成時にアルゴンに20%酸素を混入したガスを用い、また、ガス圧を20Paに変更し、基材上に下記第1表に示すMoOx膜(厚さ:500nm、酸素含有量:48.0原子%、放射率:0.55)を形成させた以外は、実施例1と同様の方法で光電変換素子を作製した。
<Example 4>
At the time of forming the heat absorption layer, a gas in which 20% oxygen was mixed into argon was used, the gas pressure was changed to 20 Pa, and a MoOx film (thickness: 500 nm, oxygen content: 48 shown in Table 1 below) was formed on the substrate. A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1 except that 0.0 atomic% and emissivity: 0.55) were formed.

<実施例5>
熱吸収層形成時にアルゴンに10%窒素を混入したガスを用い、また、ガス圧を5Paに変更し、基材上に下記第1表に示すMoNx膜(厚さ:500nm、窒素含有量:15.0原子%、放射率:0.36)を形成させた以外は、実施例1と同様の方法で光電変換素子を作製した。
<Example 5>
At the time of forming the heat absorption layer, a gas in which 10% nitrogen is mixed into argon is used, the gas pressure is changed to 5 Pa, and a MoNx film (thickness: 500 nm, nitrogen content: 15 shown in Table 1 below) is formed on the substrate. A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1 except that 0.0 atomic% and emissivity: 0.36) were formed.

<実施例6>
熱吸収層形成時にアルゴンガスを用い、ガス圧を0.5Paに変更し、ターゲット材質をSiに変更し、RFマグネトロンスパッタ装置を用いて、基材上に下記第1表に示すSi膜(厚さ:500nm、放射率:0.65)を形成させた以外は、実施例1と同様の方法で光電変換素子を作製した。
<Example 6>
At the time of forming the heat absorption layer, argon gas is used, the gas pressure is changed to 0.5 Pa, the target material is changed to Si, and the Si film (thickness shown in Table 1 below) is formed on the substrate using an RF magnetron sputtering apparatus. A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1 except that 500 nm and emissivity: 0.65) were formed.

<比較例1>
熱吸収層を設けなかった以外は、実施例1と同様の方法で光電変換素子を作製した。
なお、比較例1では、光電変換素子の作製途中において、2段階目にて基板温度を550℃に加熱した際に、破断してしまい、光電変換素子を作製することができなかった。
<Comparative Example 1>
A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1 except that the heat absorption layer was not provided.
In Comparative Example 1, when the substrate temperature was heated to 550 ° C. in the second stage during the production of the photoelectric conversion element, the substrate was broken and the photoelectric conversion element could not be produced.

<比較例2>
熱吸収層形成時にアルゴンガスを用い、ガス圧を0.1Paに変更し、基材上に下記第1表に示すMoOx膜(厚さ:500nm、酸素含有量:4.6原子%、放射率:0.25)を形成させた以外は、実施例1と同様の方法で光電変換素子を作製した。
<Comparative Example 2>
Argon gas was used when forming the heat absorption layer, the gas pressure was changed to 0.1 Pa, and a MoOx film (thickness: 500 nm, oxygen content: 4.6 atomic%, emissivity) shown in Table 1 below on the substrate : 0.25) was formed in the same manner as in Example 1 except that a photoelectric conversion element was produced.

<比較例3>
熱吸収層形成時にアルゴンガスを用い、ガス圧を0.01Paに変更し、基材上に下記第1表に示すMo膜(厚さ:500nm、酸素含有量:2.9原子%、放射率:0.20)を形成させた以外は、実施例1と同様の方法で光電変換素子を作製した。
<Comparative Example 3>
Argon gas was used when forming the heat absorption layer, the gas pressure was changed to 0.01 Pa, and the Mo film (thickness: 500 nm, oxygen content: 2.9 atomic%, emissivity) shown in Table 1 below on the base material : 0.20), a photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1.

<比較例4>
熱吸収層形成時にアルゴンガスに1%窒素を混入したガスを用い、ガス圧を0.1Paに変更し、基材上に下記第1表に示すMoNx膜(厚さ:500nm、窒素含有量:4.0原子%、放射率:0.36)を形成させた以外は、実施例5と同様の方法で光電変換素子を作製した。
<Comparative Example 4>
Using a gas in which 1% nitrogen is mixed into argon gas when forming the heat absorption layer, the gas pressure is changed to 0.1 Pa, and the MoNx film (thickness: 500 nm, nitrogen content: A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 5 except that 4.0 atomic% and emissivity: 0.36) were formed.

作製した各光電変換素子に関して、以下に示す方法で、耐熱性、ヒーターの寿命、曲率半径、および、変換効率を評価した。その結果を下記第1表に示す。なお、下記第1表中に示す「ヒーターの設定温度」は、実施例3−2を除き、CIGS膜の形成時に必要な基板温度(550℃)に加熱するために必要な最低温度を表す。   About each produced photoelectric conversion element, heat resistance, the lifetime of a heater, the curvature radius, and conversion efficiency were evaluated by the method shown below. The results are shown in Table 1 below. The “set temperature of the heater” shown in Table 1 below represents the minimum temperature required for heating to the substrate temperature (550 ° C.) required when forming the CIGS film, except in Example 3-2.

(耐熱性)
耐熱性については、光電変換層としてCIGS膜を成膜した後、CIGS膜の剥離および熱吸収層における破断の有無を目視にて確認した。
(Heat-resistant)
About heat resistance, after forming the CIGS film | membrane as a photoelectric converting layer, the presence or absence of the fracture | rupture in a CIGS film | membrane and a heat absorption layer was confirmed visually.

(ヒーターの寿命)
各光電変換素子の作製の際に設定したヒーターの設定温度で、太陽電池素子の作製を継続した際の、ヒーターが故障するまでの時間(月単位)を調べた。
(Life of heater)
The time (monthly unit) until the heater failed when the production of the solar cell element was continued at the set temperature of the heater set at the time of production of each photoelectric conversion element was examined.

(曲率半径)
作製した光電変換素子を3cm角の大きさに切り出した後、CIGS膜が上側となるように水平面(定盤面)に非拘束状態で置き、水平方向から基板部分を観察した。
水平面に対して基板の鉛直方向に最も高い部分の高さの値を測定し、その値と、辺間の距離を用いて、曲率半径を求めた。
(curvature radius)
After the produced photoelectric conversion element was cut out to a size of 3 cm square, it was placed on a horizontal surface (surface plate surface) in an unconstrained state so that the CIGS film was on the upper side, and the substrate portion was observed from the horizontal direction.
The height value of the highest part in the vertical direction of the substrate with respect to the horizontal plane was measured, and the radius of curvature was determined using the value and the distance between the sides.

(変換効率)
3cm角サイズで作製した光電変換素子を8セル(1セル:0.5cm2)に分割して、太陽電池セルを作製した。次いで、AM(Air mass)1.5、100mW/cm2の疑似太陽の下での電流−電圧特性(I−V特性)を測定し、その測定結果を用いて、変換効率η(%)を測定した。
(Conversion efficiency)
The photoelectric conversion element produced by 3 cm square size was divided | segmented into 8 cells (1 cell: 0.5cm < 2 >), and the photovoltaic cell was produced. Next, the current-voltage characteristic (IV characteristic) under a pseudo sun of AM (Air mass) 1.5 and 100 mW / cm 2 is measured, and the conversion efficiency η (%) is calculated using the measurement result. It was measured.

上記第1表に示すように、0.4〜2.5μm波長域での平均放射率が0.30未満となる層を用いた光電変換素子については、ヒーターの設定温度を700度以上にする必要があり、ヒーターの寿命が短く、生産性が悪いことが分かった(比較例2〜4)。なお、比較例1については、上述した通り、光電変換素子の作製途中において、2段階目にて基板温度を550℃に加熱した際に、破断してしまい、光電変換素子を作製することができなかった。
これに対し、0.4〜2.5μm波長域での平均放射率が0.30以上となる熱吸収層を有する光電変換素子は、比較例2〜4と同等以上に基板の反りを抑制することができ、また、ヒーターの設定温度を1割以上も低く設定できることが分かった(実施例1〜6)。
また、実施例1〜5と実施例6との対比から、熱吸収層としてMoOx膜またはMoNx膜を用いると、耐熱性が良好となる傾向があることが分かり、特に、酸素または窒素を10原子%以上30原子%以下含有するMoOx膜またはMoNx膜を用いると(実施例1、実施例3−1、実施例3−2および実施例5)、ヒーターの設定温度をより低くすることができ、かつ、耐熱性がより良好となることが分かった。
また、実施例1〜5の結果から、特に、酸素または窒素を10原子%以上50原子%以下含有するMoOx膜またはMoNx膜を用いると(実施例1、実施例3−1、実施例3−2、実施例4および実施例5)、ヒーターの設定温度をより低くできることが分かり、特に、実施例1、実施例3−1および実施例3−2の結果から、熱吸収層の放射率が高いほど、ヒーターの設定温度とは無関係に、基板の曲率半径が大きくなることが分かり、熱吸収層の放射率が意外にも基板の反りの抑制に寄与していることが分かった。
As shown in Table 1 above, for a photoelectric conversion element using a layer having an average emissivity in the wavelength range of 0.4 to 2.5 μm of less than 0.30, the heater set temperature is set to 700 ° C. or more. It was found that the heater life was short and the productivity was poor (Comparative Examples 2 to 4). In Comparative Example 1, as described above, when the substrate temperature was heated to 550 ° C. in the second stage in the process of manufacturing the photoelectric conversion element, the photoelectric conversion element could be manufactured. There wasn't.
On the other hand, the photoelectric conversion element having the heat absorption layer having an average emissivity in the wavelength range of 0.4 to 2.5 μm of 0.30 or more suppresses the warpage of the substrate to be equal to or higher than those of Comparative Examples 2 to 4. Moreover, it turned out that the preset temperature of a heater can be set as low as 10% or more (Examples 1-6).
Further, from comparison between Examples 1 to 5 and Example 6, it is found that when a MoOx film or a MoNx film is used as the heat absorption layer, the heat resistance tends to be good, and in particular, oxygen or nitrogen is 10 atoms. When using a MoOx film or a MoNx film containing not less than 30% and not more than 30 atomic% (Example 1, Example 3-1, Example 3-2 and Example 5), the set temperature of the heater can be further lowered, And it turned out that heat resistance becomes more favorable.
Further, from the results of Examples 1 to 5, when a MoOx film or a MoNx film containing oxygen or nitrogen of 10 atomic% to 50 atomic% is used (Example 1, Example 3-1, Example 3). 2, Example 4 and Example 5), it can be seen that the set temperature of the heater can be lowered, and in particular, from the results of Example 1, Example 3-1, and Example 3-2, the emissivity of the heat absorption layer is It was found that the higher the temperature, the larger the radius of curvature of the substrate, regardless of the heater set temperature, and the emissivity of the heat absorption layer unexpectedly contributed to the suppression of the warp of the substrate.

10 基板
12 基材
14 熱吸収層
14a 第1の熱吸収層
14b 第2の熱吸収層
30,52 光電変換素子
32 裏面電極
34 光電変換層
36 バッファ層
38 透明電極
40 上部電極
50 太陽電池
54 領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Board | substrate 12 Base material 14 Heat absorption layer 14a 1st heat absorption layer 14b 2nd heat absorption layer 30,52 Photoelectric conversion element 32 Back surface electrode 34 Photoelectric conversion layer 36 Buffer layer 38 Transparent electrode 40 Upper electrode 50 Solar cell 54 Area | region

Claims (8)

基板と、前記基板上に形成された裏面電極と、前記裏面電極上に形成されたCIGS系半導体化合物を含む光電変換層とを有する光電変換素子であって、
前記基板は、有機高分子で構成された基材と、前記基材の前記裏面電極が形成される表面とは反対側の裏面に形成された熱吸収層とを有し、
前記熱吸収層の0.4〜2.5μm波長域での平均放射率が0.30以上である、光電変換素子。
A photoelectric conversion element having a substrate, a back electrode formed on the substrate, and a photoelectric conversion layer containing a CIGS semiconductor compound formed on the back electrode,
The substrate has a base material composed of an organic polymer, and a heat absorption layer formed on the back surface opposite to the surface on which the back electrode of the base material is formed,
The photoelectric conversion element whose average emissivity in the 0.4-2.5 micrometer wavelength range of the said heat absorption layer is 0.30 or more.
前記熱吸収層が、セラミックスで構成されている、請求項1に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the heat absorption layer is made of ceramics. 前記熱吸収層が、融点が1000℃以上の非金属材料で構成されている、請求項1または2に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element of Claim 1 or 2 with which the said heat absorption layer is comprised with the nonmetallic material whose melting | fusing point is 1000 degreeC or more. 前記熱吸収層が、酸化モリブデン(MoOx)および窒化モリブデン(MoNx)からなる群から選択される少なくとも1種で構成されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element of any one of Claims 1-3 comprised by the at least 1 sort (s) selected from the group which the said heat absorption layer consists of molybdenum oxide (MoOx) and molybdenum nitride (MoNx). 前記熱吸収層が、酸素または窒素を5原子%以上50原子%以下で含有するモリブデンで構成されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element of any one of Claims 1-4 with which the said heat absorption layer is comprised with the molybdenum which contains oxygen or nitrogen at 5 atomic% or more and 50 atomic% or less. 前記熱吸収層が、酸素または窒素を10原子%以上30原子%以下で含有するモリブデンで構成されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element of any one of Claims 1-5 by which the said heat absorption layer is comprised with the molybdenum which contains oxygen or nitrogen at 10 atomic% or more and 30 atomic% or less. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の光電変換素子を有することを特徴とする太陽電池。   It has a photoelectric conversion element of any one of Claims 1-6, The solar cell characterized by the above-mentioned. 曲率半径が30mm以上である請求項7に記載の太陽電池。   The solar cell according to claim 7, wherein the curvature radius is 30 mm or more.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112151622A (en) * 2019-06-27 2020-12-29 领凡新能源科技(北京)有限公司 Solar cell module and method for producing a solar module

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017199872A (en) * 2016-04-28 2017-11-02 ソーラーフロンティア株式会社 Method of manufacturing photoelectric conversion layer and method of manufacturing photoelectric conversion element
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