JP2018006543A - 光電変換モジュールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光電変換モジュールの製造方法は、第1電極層上に形成された光電変換素層を分割する第2分割溝を第1分割溝の第1の側に形成する工程4と、第2分割溝に露出している第1電極層上及び光電変換層上にバッファ層を形成する工程5であって、酸素原子及び亜鉛原子を含み酸素原子数の亜鉛原子数に対する第1比を有する雰囲気に第2分割溝に露出している第1電極層及び光電変換層を曝す工程6と、酸素原子及び亜鉛原子を含み第1比よりも大きい酸素原子数の亜鉛原子数に対する第2比を有する雰囲気に第2分割溝及び光電変換層を曝す工程7とを有する工程5と、バッファ層上に第2電極層を形成する工程8と、第2電極層とバッファ層と光電変換層との積層体を分割する第3分割溝を、第2分割溝の第1の側に形成する工程9とを備える。
【選択図】図2
Description
プリカーサ膜を形成する方法としては、例えば、スパッタリング法、蒸着法又はインク塗布法が挙げられる。スパッタリング法は、ターゲットであるスパッタ源を用いて、イオン等をターゲットに衝突させ、ターゲットから叩き出された原子を用いて成膜する方法である。蒸着法は、蒸着源を加熱して気相となった原子等を用いて成膜する方法である。インク塗布法は、プリカーサ膜の材料を粉体にしたものを有機溶剤等の溶媒に分散して、第1電極層上に塗布し、溶剤を蒸発して、プリカーサ膜を形成する方法である。
蒸着法では、I族元素の蒸着源及びIII族元素の蒸着源及びVI族元素の蒸着源又はこれら複数の元素を含む蒸着源を加熱し、気相となった原子等を第1電極層12上に成膜して、光電変換層13が形成される。蒸着源としては、上述したプリカーサ法で説明したものを用いることができる。
基板11が固定された状態で、まず、酸素原子数の亜鉛原子数に対する第1比を有する雰囲気に、第2分割溝G2に露出している第1電極層12及びシード層14が曝されて、第2分割溝G2に露出している第1電極層12上及びシード層14上に、第1領域15aが形成される。なお、硫黄原子は上記の雰囲気に含まれても、含まれなくてもよい。
まず、酸素原子数の亜鉛原子数に対する第1比を有する雰囲気内に基板11を移動させて、第2分割溝G2に露出している第1電極層12及びシード層14が上記雰囲気に曝されて、第2分割溝G2に露出している第1電極層12上及びシード層14上に、第1領域15aが形成される。なお、硫黄原子は上記の雰囲気に含まれても、含まれなくてもよい。
まず、ガラス板である基板上に、スパッタリング法を用いて、Moを含む第1電極層が形成された。次に、レーザスクライブ法を用いて、第1電極層を分割する第1分割溝が形成された。次に、I族元素であるCu並びにIII族元素であるIn及びGaを有するプリカーサ膜が、スパッタリング法を用いて、第1電極層上に形成された。次に、プリカーサ膜を、VI族元素であるSeを含む雰囲気(セレン化水素含有雰囲気)において加熱して、プリカーサ膜とSeとの化合物を形成した。更に、プリカーサ膜を、VI族元素であるSを含む雰囲気(硫化水素含有雰囲気)において加熱し、プリカーサ膜とSとの化合物を形成して、Cu(In,Ga)(Se,S)2からなる光電変換層を得た。次に、CBD法を用いて、Zn(O、S、OH)であるシード層が光電変換層上に形成された。次に、メカニカルスクライブ法を用いて、シード層と光電変換素層との積層体を分割する第2分割溝が形成された。
バッファ層を形成する第1工程において、実施例1に対して水の供給量を1.2倍にして、第1比を1.2に変更したことを除いては、実施例1と同様にして、実施例2の複数の光電変換モジュールを得た。なお、バッファ層を形成する第2工程における硫黄原子数の亜鉛原子数に対する比は、第1工程と同じにした。実施例2の第1比と第2比との比は、0.80(=1.2/1.5)であった。
バッファ層を形成する第1工程において、実施例1に対して水の供給量を0.39倍とし且つジエチル亜鉛の供給量を0.5倍にして、第1比を0.8に変更したことを除いては、実施例1と同様にして、実施例3の複数の光電変換モジュールを得た。なお、バッファ層を形成する第2工程における硫黄原子数の亜鉛原子数に対する比は、第1工程と同じにした。実施例3の第1比と第2比との比は、0.53(=0.8/1.5)であった。
バッファ層を形成する第1工程において、実施例1に対して水の供給量を0.5倍とし且つジエチル亜鉛の供給量を0.5倍にして、第1比を1.0としたことを除いては、実施例1と同様にして、実施例4の複数の光電変換モジュールを得た。なお、バッファ層を形成する第2工程における硫黄原子数の亜鉛原子数に対する比は、第1工程と同じにした。実施例4の第1比と第2比との比は、0.67(=1.0/1.5)であった。
バッファ層を形成する第1工程において、実施例1に対して水の供給量を0.67倍とし且つジエチル亜鉛の供給量を0.5倍にして、第1比を1.33に変更したことを除いては、実施例1と同様にして、実施例5の複数の光電変換モジュールを得た。なお、バッファ層を形成する第2工程における硫黄原子数の亜鉛原子数に対する比は、第1工程と同じにした。実施例5の第1比と第2比との比は、0.89(=1.33/1.5)であった。
メカニカルスクライブ法を用いて、シード層と光電変換層との積層体を分割する第2分割溝の形成までは、実施例1と同様である。
亜鉛原子を含まず且つ酸素原子を含む雰囲気に、第2分割溝に露出している第1電極層及びシード層を曝さらす工程(バッファ層を形成する第0工程)を行わなかった。また、バッファ層を形成する第1工程において、実施例6に対して水の供給量を0.87倍とし且つジエチル亜鉛の供給量を0.66倍にして、第1比を1.3に変更した。また、バッファ層を形成する第2工程において、第1工程に対して水の供給量を2.13倍とし且つジエチル亜鉛の供給量を1.87倍にして、第2比を1.5にした。また、第2工程における硫化水素の供給量を第1工程の1.87倍として、バッファ層を形成する第2工程における硫黄原子数の亜鉛原子数に対する比を、第1工程と同じにしたことを除いては、実施例6と同様にして、実施例7の複数の光電変換モジュールを得た。実施例7の第1比と第2比との比は、0.87(=1.3/1.5)であった。バッファ層を形成する第1工程における第1の亜鉛供給量と、第2工程における第2の亜鉛供給量との比は、0.53であった。
バッファ層を形成する第1工程において、実施例6に対して水の供給量を2倍とし且つジエチル亜鉛の供給量を2倍にして、第1比を1.0にした。また、バッファ層を形成する第2工程において、第1工程に対して水の供給量を0.93倍とし且つジエチル亜鉛の供給量を0.62倍にして、第2比を1.5にした。また、第1工程における硫化水素の供給量を実施例6に対して2倍とし且つ第2工程における硫化水素の供給量を第1工程に対して0.62倍として、バッファ層を形成する第2工程における硫黄原子数の亜鉛原子数に対する比を、第1工程と同じにしたことを除いては、実施例6と同様にして、実施例8の複数の光電変換モジュールを得た。実施例8の第1比と第2比との比は、0.67(=1.0/1.5)であった。バッファ層を形成する第1工程における第1の亜鉛供給量と、第2工程における第2の亜鉛供給量との比は、1.67であった。
バッファ層を形成する第1工程において、実施例6に対して水の供給量を3.69倍とし且つジエチル亜鉛の供給量を3.69倍にして、第1比を1.0にした。また、バッファ層を形成する第2工程において、第1工程に対して水の供給量を0.50倍とし且つジエチル亜鉛の供給量を0.33倍にして、第2比を1.5にした。また、第1工程における硫化水素の供給量は実施例6に対して3.69倍とし且つ第2工程における硫化水素の供給量は第1工程に対して0.33倍として、バッファ層を形成する第2工程における硫黄原子数の亜鉛原子数に対する比を、第1工程と同じにしたことを除いては、実施例6と同様にして、実施例9の複数の光電変換モジュールを得た。実施例9の第1比と第2比との比は、0.67(=1.0/1.5)であった。バッファ層を形成する第1工程における第1の亜鉛供給量と、第2工程における第2の亜鉛供給量との比は、3.03であった。
バッファ層を形成する第1工程において、実施例1に対して水の供給量を1.5倍として、第1比を1.5に変更したことを除いては、実施例1と同様にして、比較例1の複数の光電変換モジュールを得た。比較例1の第1比と第2比との比は、1.00(=1.5/1.5)であった。
バッファ層を形成する第1工程において、実施例1に対して水の供給量を2.0倍として、第1比を2.0に変更したことを除いては、実施例1と同様にして、比較例2の複数の光電変換モジュールを得た。比較例2の第1比と第2比との比は、1.33(=2.0/1.5)であった。
1.バッファ層を形成する第1工程の雰囲気における酸素原子数の亜鉛原子数に対する第1比が、バッファ層を形成する第2工程の第2比よりも小さいこと。
2.バッファ層を形成する第2工程では、バッファ層を形成する第1工程よりも、雰囲気に含まれる亜鉛原子の数を増加させること。
10a 第1光電変換単位セル
10b 第2光電変換単位セル
11 基板
12 第1電極層
13 光電変換層
14 シード層
15 バッファ層
15a 第1領域
15b 第2領域
16 第2電極層
20 導電層
G1 第1分割溝
G2 第2分割溝
G3 第3分割溝
Claims (13)
- 基板上に第1電極層を形成する第1工程と、
前記第1電極層を分割する第1分割溝を形成する第2工程と、
前記第1電極層上に、化合物半導体を用いて光電変換層を形成する第3工程と、
前記光電変換素層を分割する第2分割溝を、前記第1分割溝の第1の側に形成する第4工程と、
前記第2分割溝に露出している前記第1電極層上、及び前記光電変換層上にバッファ層を形成する第5工程であって、
酸素原子及び亜鉛原子を含み、酸素原子数の亜鉛原子数に対する第1比を有する雰囲気に、前記第2分割溝に露出している前記第1電極層及び前記光電変換層を曝す第6工程と、
酸素原子及び亜鉛原子を含み、前記第1比よりも大きい、酸素原子数の亜鉛原子数に対する第2比を有する雰囲気に、前記第2分割溝及び前記光電変換層を曝す第7工程と、を有する第5工程と、
前記バッファ層上に第2電極層を形成する第8工程と、
前記第2電極層と前記バッファ層と前記光電変換層との積層体を分割する第3分割溝を、前記第2分割溝の前記第1の側に形成する第9工程と、
を備える光電変換モジュールの製造方法。 - 前記第6工程は、酸素原子及び亜鉛原子と共に硫黄原子を含み、酸素原子数の亜鉛原子数に対する前記第1比を有する雰囲気に、前記第2分割溝に露出している前記第1電極層及び前記光電変換層を曝し、
前記第7工程は、酸素原子及び亜鉛原子と共に硫黄原子を含み、酸素原子数の亜鉛原子数に対する前記第2比を有する雰囲気に、前記第2分割溝及び前記光電変換層を曝す請求項1に記載の光電変換モジュールの製造方法。 - 前記第6工程における硫黄原子数の亜鉛原子数に対する比は、前記第7工程における硫黄原子数の亜鉛原子数に対する比と同じである請求項2に記載の光電変換モジュールの製造方法。
- 前記第1比と前記第2比との比が、0.53〜0.89の範囲にある請求項1〜3の何れか一項に記載の光電変換モジュールの製造方法。
- 前記第7工程では、前記第6工程よりも、雰囲気に含まれる亜鉛原子の数を増加させる請求項1〜4の何れか一項に記載の光電変換モジュールの製造方法。
- 前記第5工程は、前記第6工程の前に、亜鉛原子を含まず且つ酸素原子を含む雰囲気に、前記第2分割溝に露出している前記第1電極層及び前記光電変換層を曝す第10工程を有する請求項1〜5の何れか一項に記載の光電変換モジュールの製造方法。
- 前記第5工程において前記バッファ層を形成する方法と、前記第8工程において前記第2電極層を形成する方法は、同じである請求項1〜6の何れか一項に記載の光電変換モジュールの製造方法。
- 前記第3工程では、I−III−VI2族化合物を用いて、前記光電変換層を形成し、
前記第5工程では、ZnOとZnSとの混晶を用いて、前記バッファ層を形成する請求項1〜7の何れか一項に記載の光電変換モジュールの製造方法。 - 前記第3工程では、Seを含まないI−III−VI2族化合物を用いて、前記光電変換層を形成し、
前記第5工程では、(Zn、Mg)O、又は、(Zn、Mg)(O、S)を用いて、前記バッファ層を形成する請求項1〜7の何れか一項に記載の光電変換モジュールの製造方法。 - 前記第3工程では、I2−(II−IV)−VI4族化合物を用いて、前記光電変換層を形成し、
前記第5工程では、ZnOとZnSとの混晶を用いて、前記バッファ層を形成する請求項1〜7の何れか一項に記載の光電変換モジュールの製造方法。 - 前記第5工程の前に、前記バッファ層の成長速度を高めるシード層を、前記光電変換層上に形成する第11工程を備える請求項1〜10の何れか一項に記載の光電変換モジュールの製造方法。
- 前記第8工程の前に、真性の導電性を有するZnO層を、前記バッファ層上に少なくとも部分的に形成する第12工程を備える請求項1〜11の何れか一項に記載の光電変換モジュールの製造方法。
- 前記第5工程では、水を原料として酸素原子を生成し、ジエチル亜鉛を原料として亜鉛原子を生成する請求項1〜12の何れか一項に記載の光電変換モジュールの製造方法。
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