JP2023156235A - 太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
第1実施形態は、太陽電池と太陽電池の製造方法に関する。図1に、第1実施形態の太陽電池100の断面図を示す。図1に示すように、本実施形態に係る太陽電池100は、基板1、第1電極であるp電極2と、p型光吸収層3と、n型層4と、第2電極であるn電極5を有する。n型層4のn電極5との間等には、図示しない中間層が含まれていてもよい。太陽光はn電極5側、p電極2側いずれから入射しても良いが、n電極5側から入射するのがより好ましい。実施形態の太陽電池100は、透過型の太陽電池であるため、多接合型太陽電池のトップセル(光入射側)に用いることが好ましい。図1では基板1をp電極2のp型光吸収層3側とは反対側に設けているが、基板1をn電極5のn型層4側とは反対側に設けてもよい。以下は、図1に示す形態について説明するが、基板1の位置が異なること以外はn電極5側に基板1が設けられた形態も同様である。実施形態の太陽電池100は、n電極5側からp電極2側に向かって光が入射する。
第2実施形態は多接合型太陽電池に関する。図4に第2実施形態の多接合型太陽電池の断面概念図を示す。図4の多接合型太陽電池200は、光入射側に第1実施形態の太陽電池(第1太陽電池)100と、第2太陽電池201を有する。第1太陽電池100は、第1実施形態の太陽電池である。第2太陽電池201の光吸収層のバンドギャップは、第2実施形態の多接合型太陽電池200のp型光吸収層3よりも小さいバンドギャップを有する。なお、実施形態の多接合型太陽電池は、3以上の太陽電池を接合させた太陽電池も含まれる。
第3実施形態は、太陽電池モジュールに関する。図5に第3実施形態の太陽電池モジュール300の斜視図を示す。図5の太陽電池モジュール300は、第1太陽電池モジュール301と第2太陽電池モジュール302を積層した太陽電池モジュールである。第1太陽電池モジュール301は、光入射側であり、第1実施形態の太陽電池100を用いている。第2太陽電池モジュール302には、第2太陽電池201を用いることが好ましい。
第4実施形態は太陽光発電システムに関する。第3実施形態の太陽電池モジュールは、第4実施形態の太陽光発電システムにおいて、発電を行う発電機として用いることができる。実施形態の太陽光発電システムは、太陽電池モジュールを用いて発電を行うものであって、具体的には、発電を行う太陽電池モジュールと、発電した電気を電力変換する手段と、発電した電気をためる蓄電手段又は発電した電気を消費する負荷とを有する。図7に実施形態の太陽光発電システム400の構成図を示す。図7の太陽光発電システムは、太陽電池モジュール401(300)と、コンバーター402と、蓄電池403と、負荷404とを有する。蓄電池403と負荷404は、どちらか一方を省略しても良い。負荷404は、蓄電池403に蓄えられた電気エネルギーを利用することもできる構成にしてもよい。コンバーター402は、DC-DCコンバーター、DC-ACコンバーター、AC-ACコンバーターなど変圧や直流交流変換などの電力変換を行う回路又は素子を含む装置である。コンバーター402の構成は、発電電圧、蓄電池403や負荷404の構成に応じて好適な構成を採用すればよい。
以下、実施例に基づき本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
ガラス基板上に、裏面側のp電極として、ガラスと接する側に上面にITO(In:Sn=80:20、膜厚20nm)とATO(Sn:Sb=98:2 150nm)を堆積する。透明なp電極上に酸素、アルゴンガス雰囲気中でスパッタリング法により500[℃]で加熱してCu2O光吸収層を成膜する。その後、Cu2O光吸収層の表面を図10の表に示した条件で酸化処理する。そして、XPSで酸化処理したCu2O光吸収層の表面をXPSで観察する。Cu2O、CuO及びCu(OH)2に対応するピークの高さを求める。図11にXPSで求めた積分強度を示す。
ガラス基板上に、裏面側のp電極として、ガラスと接する側に上面にITO(In:Sn=80:20、膜厚20nm)とATO(Sn:Sb=98:2 150μm)を堆積する。透明なp電極上に酸素、アルゴンガス雰囲気中でスパッタリング法により500[℃]で加熱してCu2O光吸収層を成膜する。その後、Cu2O光吸収層の表面を図12の表に示した条件で酸化処理する。次いでALD法により、n型層としてGa2O3を10nm堆積させる。n型層上にn電極としてAZO透明導電膜を堆積する。そして、反射防止膜としてMgF2膜を成膜することで太陽電池を得る。得られた太陽電池について、短絡電流(Jsc)、開放電圧(Voc)及び変換効率を評価する。
ガラス基板上に、裏面側のp電極として、ガラスと接する側に上面にITO(In:Sn=80:20、膜厚20nm)とATO(Sn:Sb=98:2 150nm)を堆積する。透明なp電極上に酸素及びアルゴンガス雰囲気中でスパッタリング法により500℃で加熱して5.0μm厚のCu2O光吸収層を成膜する。その後、Cu2O光吸収層の表面を図14の表に示した条件で酸化処理する。酸化処理後に速やかに酸化処理された部材を25℃で封止して分析する。
Al2O3上に200μm厚の単結晶Cu2O層が形成された部材に図14の表に示した条件で酸化処理を行う。酸化処理後に速やかに酸化処理された部材を25℃で封止して分析する。
Al2O3上に200μm厚の単結晶Cu2O層が形成された部材のCu2O層の表面に水蒸気で処理をする。水蒸気処理された部材に図14の表に示した条件で酸化処理を行う。酸化処理後に速やかに酸化処理された部材を25℃で封止して分析する。
ガラス基板上に、裏面側のp電極として、ガラスと接する側に上面にITO(In:Sn=80:20、膜厚20nm)とATO(Sn:Sb=98:2 150nm)を堆積する。透明なp電極上に酸素、アルゴンガス雰囲気中でスパッタリング法により500℃で加熱して5.0μm厚のCu2O光吸収層を成膜する。その後、Cu2O光吸収層の表面を図16の表に示した条件で酸化処理する。次いでALD法により、n型層としてGa2O3を10nm堆積させる。n型層上にn電極としてAZO透明導電膜を堆積する。そして、反射防止膜としてMgF2膜を成膜することで太陽電池を得る。得られた太陽電池について、開放電圧(Voc)と電流密度(Jsc)を評価する。
技術案1
基板上にp電極が形成する工程と、
前記p電極上に亜酸化銅及び/又は亜酸化銅の複合酸化物を主体とする膜を形成する工程と、
前記亜酸化銅及び/又は亜酸化銅の複合酸化物を主体とする膜に酸化処理を行なう工程とを含み、
前記酸化処理において、酸素分圧は、5000[Pa]以上200000[Pa]以下であり、
前記酸化処理において、水蒸気濃度が9.4×10-1[g/m3]以上2.5×103[g/m3]であり、
前記酸化処理において、処理温度は、40[℃]以上150[℃]以下であり、
前記酸化処理において、処理時間は、5分以上150分以下である太陽電池の製造方法。
技術案2
前記酸化処理において、前記酸素分圧が5000[Pa]以上50000[Pa]以下で、前記処理温度が50[℃]以上150[℃]以下ある場合、前記処理時間は、5分以上150分以下である技術案1に記載の太陽電池の製造方法。
技術案3
前記酸化処理において、前記酸素分圧が10000[Pa]以上200000[Pa]以下で、前記処理温度が40[℃]以上120[℃]以下ある場合、前記処理時間は、10秒以上120分以下である技術案1に記載の太陽電池の製造方法。
技術案4
前記酸化処理において、前記処理温度が75[℃]以上125[℃]以下である場合、前記酸素分圧は5000[Pa]以上200000[Pa]以下であり、前記処理時間は5分以上45分以下である技術案1に記載の太陽電池の製造方法。
技術案5
前記処理温度が80[℃]以上120[℃]以下である場合、前記酸素分圧は5000[Pa]以上100000[Pa]以下であり、前記処理時間は10分以上45分以下である技術案1に記載の太陽電池の製造方法。
技術案6
前記水蒸気濃度は9.4×10-1[g/m3]以上2.5×101[g/m3]である技術案4に記載の太陽電池の製造方法。
技術案7
前記酸化処理において、前記処理時間が10秒以上5分未満で、前記処理温度が40[℃]以上110[℃]未満である場合、前記酸素分圧は、30000[Pa]以上200000[Pa]以下である技術案1に記載の太陽電池の製造方法。
技術案8
前記酸化処理において、前記処理時間が10秒以上5分未満で、前記処理温度が110[℃]以上150[℃]以下である場合、前記酸素分圧は、10000[Pa]以上100000[Pa]未満である技術案1に記載の太陽電池の製造方法。
技術案9
前記酸化処理において、前記処理時間が5分以上10分未満であり、前記処理温度が40[℃]以上80[℃]未満である場合、前記酸素分圧は、10000[Pa]以上100000[Pa]未満である技術案1に記載の太陽電池の製造方法。
技術案10
前記酸化処理において、前記処理時間が10分以上60分未満で、前記処理温度が40[℃]以上80[℃]未満である場合、前記酸素分圧は、10000[Pa]以上50000[Pa]以下である技術案1に記載の太陽電池の製造方法。
技術案11
前記酸化処理において、前記処理時間が60分以上90分未満で、前記処理温度が40[℃]以上120[℃]以下である場合、前記酸素分圧は、10000[Pa]以上40000[Pa]以下である技術案1に記載の太陽電池の製造方法。
技術案12
前記酸化処理において、前記処理時間が90分以上150分以下で、前記処理温度が40[℃]以上60[℃]以下である場合、前記酸素分圧は、5000[Pa]以上25000[Pa]以下である技術案1に記載の太陽電池の製造方法。
技術案13
前記酸化処理された前記亜酸化銅及び/又は亜酸化銅の複合酸化物を主体とする膜上にn型層を形成する工程を含む技術案1ないし12のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。
技術案14
前記酸化処理された前記亜酸化銅及び/又は亜酸化銅の複合酸化物を主体とする膜上にn型層を形成する工程と、
前記n型層上にn電極を形成する工程を含む技術案1ないし13のいずれか1案に記載の太陽電池の製造方法。
技術案15
前記亜酸化銅及び/又は亜酸化銅の複合酸化物を主体とする膜は、スパッタリングで成膜され、
前記スパッタリングは、前記基板上にp電極2が成された部材を300℃以上600℃以下に加熱して、
前記スパッタリングの酸素分圧は0.01[Pa]以上4.8[Pa]以下の範囲内で0.02μm/min以上20μm/min以下の範囲内であり、
前記スパッタリングの堆積速度をdとしたとき、前記酸素分圧は、0.55xd[Pa]以上1.00xd[Pa]以下を満たす技術案1ないし14のいずれか1案に記載の太陽電池の製造方法。
技術案16
前記スパッタリングの前記加熱温度は、350℃以上500℃以下である技術案1ないし14のいずれか1案に記載の太陽電池の製造方法。
技術案17
技術案1ないし16のいずれか1案に記載の製造方法で製造された太陽電池を有する多接合型太陽電池。
技術案18
技術案1ないし16のいずれか1案に記載の製造方法で製造された太陽電池又は技術案17に記載の多接合型太陽電池を用いた太陽電池モジュール。
技術案19
技術案18に記載の太陽電池モジュールを用いて太陽光発電を行う太陽光発電システム。
2 :p電極
3 :p型光吸収層
4 :n型層
5 :n電極
100 :太陽電池(第1太陽電池)
200 :多接合型太陽電池
201 :第2太陽電池
300 :太陽電池モジュール
301 :第1太陽電池モジュール
302 :第2太陽電池モジュール
303 :サブモジュール
304 :配線
305 :バスバー
400 :太陽光発電システム
401 :太陽電池モジュール
402 :コンバーター
403 :蓄電池
404 :負荷
500 :車両
501 :車体
502 :太陽電池モジュール
503 :電力変換装置
504 :蓄電池
505 :モーター
600 :飛翔体
601 :機体骨格
602 :モーター
603 :回転翼
604 :制御ユニット
Claims (15)
- 基板上にp電極が形成する工程と、
前記p電極上に亜酸化銅及び/又は亜酸化銅の複合酸化物を主体とする膜を形成する工程と、
前記亜酸化銅及び/又は亜酸化銅の複合酸化物を主体とする膜に酸化処理を行なう工程とを含み、
前記酸化処理において、酸素分圧は、5000[Pa]以上200000[Pa]以下であり、
前記酸化処理において、水蒸気濃度が9.4×10-1[g/m3]以上2.5×103[g/m3]であり、
前記酸化処理において、処理温度は、40[℃]以上150[℃]以下であり、
前記酸化処理において、処理時間は、10秒以上150分以下である太陽電池の製造方法。 - 前記酸化処理において、前記酸素分圧が5000[Pa]以上50000[Pa]以下で、前記処理温度が50[℃]以上150[℃]以下ある場合、前記処理時間は、5分以上150分以下である請求項1に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記酸化処理において、前記酸素分圧が10000[Pa]以上200000[Pa]以下で、前記処理温度が40[℃]以上120[℃]以下ある場合、前記処理時間は、10秒以上120分以下である請求項1に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記酸化処理において、前記処理温度が75[℃]以上125[℃]以下である場合、前記酸素分圧は5000[Pa]以上200000[Pa]以下であり、前記処理時間は5分以上45分以下である請求項1に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記処理温度が80[℃]以上120[℃]以下である場合、前記酸素分圧は5000[Pa]以上100000[Pa]以下であり、前記処理時間は10分以上45分以下である請求項1に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記水蒸気濃度は9.4×10-1[g/m3]以上2.5×101[g/m3]である請求項4に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記酸化処理において、前記処理時間が10秒以上5分未満で、前記処理温度が40[℃]以上110[℃]未満である場合、前記酸素分圧は、30000[Pa]以上200000[Pa]以下である請求項1に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記酸化処理において、前記処理時間が10秒以上5分未満で、前記処理温度が110[℃]以上150[℃]以下である場合、前記酸素分圧は、10000[Pa]以上100000[Pa]未満である請求項1に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記酸化処理において、前記処理時間が5分以上10分未満であり、前記処理温度が40[℃]以上80[℃]未満である場合、前記酸素分圧は、10000[Pa]以上100000[Pa]未満である請求項1に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記酸化処理において、前記処理時間が10分以上60分未満で、前記処理温度が40[℃]以上80[℃]未満である場合、前記酸素分圧は、10000[Pa]以上50000[Pa]以下である請求項1に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記酸化処理において、前記処理時間が60分以上90分未満で、前記処理温度が40[℃]以上120[℃]以下である場合、前記酸素分圧は、10000[Pa]以上40000[Pa]以下である請求項1に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記酸化処理において、前記処理時間が90分以上150分以下で、前記処理温度が40[℃]以上60[℃]以下である場合、前記酸素分圧は、5000[Pa]以上25000[Pa]以下である請求項1に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記酸化処理された前記亜酸化銅及び/又は亜酸化銅の複合酸化物を主体とする膜上にn型層を形成する工程を含む請求項1ないし12のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記酸化処理された前記亜酸化銅及び/又は亜酸化銅の複合酸化物を主体とする膜上にn型層を形成する工程と、
前記n型層上にn電極を形成する工程を含む請求項1ないし12のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記亜酸化銅及び/又は亜酸化銅の複合酸化物を主体とする膜は、スパッタリングで成膜され、
前記スパッタリングは、前記基板上にp電極2が成された部材を300℃以上600℃以下に加熱して、
前記スパッタリングの前記酸素分圧は0.01[Pa]以上4.8[Pa]以下の範囲内で0.02μm/min以上20μm/min以下の範囲内であり、
前記スパッタリングの堆積速度をdとしたとき、前記酸素分圧は、0.55xd[Pa]以上1.00xd[Pa]以下を満たす請求項1ないし12のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。
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