JP2776009B2 - 太陽電池とその製造方法 - Google Patents
太陽電池とその製造方法Info
- Publication number
- JP2776009B2 JP2776009B2 JP2189058A JP18905890A JP2776009B2 JP 2776009 B2 JP2776009 B2 JP 2776009B2 JP 2189058 A JP2189058 A JP 2189058A JP 18905890 A JP18905890 A JP 18905890A JP 2776009 B2 JP2776009 B2 JP 2776009B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cds
- zns
- solar cell
- layer
- thin film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/543—Solar cells from Group II-VI materials
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はCdS−ZnS固溶体薄膜を光透過窓層とする太陽
電池とその製造方法に関するものである。
電池とその製造方法に関するものである。
従来の技術 近い将来、エネルギー供給が次第に困難になることが
予想され、太陽電池の高効率化、低コスト化が大きな課
題になってきた。なかでも、大面積化が容易な薄膜系太
陽電池は大幅な低コスト化が可能なのでそのエネルギー
変換効率の向上が強く望まれている。この薄膜系太陽電
池には化合物半導体（II−VI族やＩ−III−VI2族）薄膜
を用いたものが広く開発されつつある。化合物半導体薄
膜を用いた太陽電池の構成は、バンドギャップが広くて
光を透過する窓層としてのｎ型CdS系半導体層とバンド
ギャップが狭くて光を吸収する吸収層としてのｐ型のCd
Te系あるいはClInSe2系半導体層を積層したヘテロ接合
などが用いられる。構成としては、例えばITO（Indium
Tin Oxide）を設けたガラス基板上にｎ型CdS層を、次い
でｐ型CdTe層を蒸着法で積層形成し、最後に金属電極を
設けて太陽電池とする。あるいは、ガラス基板上にスク
リーン印刷と焼成によってｎ型CdS層を、次いで同様に
スクリーン印刷と焼成によってｐ型CdTe層を、最後に金
属電極層を設けて太陽電池とする。
予想され、太陽電池の高効率化、低コスト化が大きな課
題になってきた。なかでも、大面積化が容易な薄膜系太
陽電池は大幅な低コスト化が可能なのでそのエネルギー
変換効率の向上が強く望まれている。この薄膜系太陽電
池には化合物半導体（II−VI族やＩ−III−VI2族）薄膜
を用いたものが広く開発されつつある。化合物半導体薄
膜を用いた太陽電池の構成は、バンドギャップが広くて
光を透過する窓層としてのｎ型CdS系半導体層とバンド
ギャップが狭くて光を吸収する吸収層としてのｐ型のCd
Te系あるいはClInSe2系半導体層を積層したヘテロ接合
などが用いられる。構成としては、例えばITO（Indium
Tin Oxide）を設けたガラス基板上にｎ型CdS層を、次い
でｐ型CdTe層を蒸着法で積層形成し、最後に金属電極を
設けて太陽電池とする。あるいは、ガラス基板上にスク
リーン印刷と焼成によってｎ型CdS層を、次いで同様に
スクリーン印刷と焼成によってｐ型CdTe層を、最後に金
属電極層を設けて太陽電池とする。
CdSの代わりにバンドギャップのより広いCdS−ZnS固
溶体薄膜を用いることは、透過光量を増やし変換効率を
上げることに大変有効である。このCdS−ZnS固溶体薄膜
の形成法としては、精密に温度制御された２つの蒸発源
からCdSとZnSを独立に蒸発させ基板上に付着させて固溶
体薄膜を形成する。さらには、この固溶体薄膜をより低
抵抗にするためにInの様なドナー不純物を同時に蒸発さ
せて固溶体薄膜中に添加させる。この様にして形成され
た膜の深さ方向の組成分布はCd、Zn、Ｓ、Inなどの比が
一定かあるいは精密制御された傾斜分布にしなければな
らない。
溶体薄膜を用いることは、透過光量を増やし変換効率を
上げることに大変有効である。このCdS−ZnS固溶体薄膜
の形成法としては、精密に温度制御された２つの蒸発源
からCdSとZnSを独立に蒸発させ基板上に付着させて固溶
体薄膜を形成する。さらには、この固溶体薄膜をより低
抵抗にするためにInの様なドナー不純物を同時に蒸発さ
せて固溶体薄膜中に添加させる。この様にして形成され
た膜の深さ方向の組成分布はCd、Zn、Ｓ、Inなどの比が
一定かあるいは精密制御された傾斜分布にしなければな
らない。
発明が解決しようとする課題 この様に、バンドギャップの広い低抵抗の半導体薄膜
で成る窓層を形成するには組成比を深さ方向に所定の値
に保つため精密に温度制御された２〜３ケの蒸発源を必
要とする。
で成る窓層を形成するには組成比を深さ方向に所定の値
に保つため精密に温度制御された２〜３ケの蒸発源を必
要とする。
課題を解決するための手段 ｎ型半導体の窓層とＰ型半導体の光吸収層とを積層し
た構成の太陽電池において、前記ｎ型半導体の窓層をが
CdCl2蒸気中で熱処理形成された活性化CdS−ZnS固溶体
を主体として構成する。
た構成の太陽電池において、前記ｎ型半導体の窓層をが
CdCl2蒸気中で熱処理形成された活性化CdS−ZnS固溶体
を主体として構成する。
また、その製造方法においては、透明導電層を設けた
透光性基板上に、CdSおよびZnSを同時に蒸着して半導体
薄膜を形成し、前記薄膜を高温でCdCl2の蒸気に暴露し
て活性化しCdS−ZnS固溶体を主体とする半導体窓層を形
成し、その上にＰ型半導体の光吸収層を形成し、その上
に電極層を形成する。
透光性基板上に、CdSおよびZnSを同時に蒸着して半導体
薄膜を形成し、前記薄膜を高温でCdCl2の蒸気に暴露し
て活性化しCdS−ZnS固溶体を主体とする半導体窓層を形
成し、その上にＰ型半導体の光吸収層を形成し、その上
に電極層を形成する。
あるいは、透明導電層を設けた透光性基板上に、CdS
およびZnSの半導体薄膜を積層して形成し、前記積層薄
膜を高温でCdCl2の蒸気に暴露して活性化しCdS−ZnS固
溶体を主体とする半導体窓層を形成し、その上にＰ型半
導体の光吸収層を形成し、その上に電極層を形成する。
およびZnSの半導体薄膜を積層して形成し、前記積層薄
膜を高温でCdCl2の蒸気に暴露して活性化しCdS−ZnS固
溶体を主体とする半導体窓層を形成し、その上にＰ型半
導体の光吸収層を形成し、その上に電極層を形成する。
作用 本発明の太陽電池の構成と製造方法によれば、バンド
ギャップの広いCdS−ZnS固溶体薄膜を安価な蒸着装置
で、CdSとZnSの２源による同時蒸着膜（両者の蒸着レー
ト比は一定でなくて、全量でのモル比が一定であれば良
い）あるいは、CdSとZnSの２回にわたる積層蒸着膜を、
すなわち深さ方向に組成が不均一な蒸着形成膜をCdCl2
蒸気中の活性化熱処理することによって固溶体が容易に
でき、また活性化膜であるため蒸着形成膜に比べてはる
かに欠陥が少なく、移動度が高く、低抵抗である。Inな
どの添加により一層低抵抗化が可能であり、高効率化に
有効である。
ギャップの広いCdS−ZnS固溶体薄膜を安価な蒸着装置
で、CdSとZnSの２源による同時蒸着膜（両者の蒸着レー
ト比は一定でなくて、全量でのモル比が一定であれば良
い）あるいは、CdSとZnSの２回にわたる積層蒸着膜を、
すなわち深さ方向に組成が不均一な蒸着形成膜をCdCl2
蒸気中の活性化熱処理することによって固溶体が容易に
でき、また活性化膜であるため蒸着形成膜に比べてはる
かに欠陥が少なく、移動度が高く、低抵抗である。Inな
どの添加により一層低抵抗化が可能であり、高効率化に
有効である。
実 施 例 本発明の太陽電池の構成は、第１図に示すように、ｎ
型半導体の窓層３とＰ型半導体の光吸収層４との積層構
成からなる。ｎ型半導体の窓層３はCdCl2蒸気中で熱処
理形成された活性化CdS−ZnS固溶体を主体とする。１は
透光性基板、２は透明導電層、５は電極層である。
型半導体の窓層３とＰ型半導体の光吸収層４との積層構
成からなる。ｎ型半導体の窓層３はCdCl2蒸気中で熱処
理形成された活性化CdS−ZnS固溶体を主体とする。１は
透光性基板、２は透明導電層、５は電極層である。
上記構成の太陽電池の製造方法としては、透明導電層
２を設けた透光性基板１上に、CdSおよびZnSを同時に蒸
着して半導体薄膜を形成し、その薄膜を高温でCdCl2の
蒸気に暴露して活性化しCdS−ZnS固溶体を主体とする半
導体窓層３を形成し、その上にＰ型半導体の光吸収層４
を形成し、その上に電極層５を形成するか、あるいは透
明導電層２を設けた透光性基板１上に、CdSおよびZnSの
半導体薄膜を積層して形成し、前記積層薄膜を高温でCd
Cl2の蒸気に暴露して活性化しCdS−ZnS固溶体を主体と
する半導体窓層３を形成し、その上にＰ型半導体の光吸
収層４を形成し、その上に電極層５を形成する。
２を設けた透光性基板１上に、CdSおよびZnSを同時に蒸
着して半導体薄膜を形成し、その薄膜を高温でCdCl2の
蒸気に暴露して活性化しCdS−ZnS固溶体を主体とする半
導体窓層３を形成し、その上にＰ型半導体の光吸収層４
を形成し、その上に電極層５を形成するか、あるいは透
明導電層２を設けた透光性基板１上に、CdSおよびZnSの
半導体薄膜を積層して形成し、前記積層薄膜を高温でCd
Cl2の蒸気に暴露して活性化しCdS−ZnS固溶体を主体と
する半導体窓層３を形成し、その上にＰ型半導体の光吸
収層４を形成し、その上に電極層５を形成する。
以下、本発明の実施例を説明する。
透明導電層ITOを設けたガラス基板上に、CdSとZnSの
モル比が8:2で、全体の厚さ1.1μｍのCdSとZnSとInの同
時混成蒸着膜を形成した。Inの量はCdS、ZnSの全体に対
して0.1％とした。このCdS、ZnS、In混成膜を550℃でCd
Cl2の蒸気中で加熱処理して固溶体化と同時に結晶化を
起こさせ（活性化プロセス）、Inの有効添加を施した。
固溶体化によって、吸収端波長は短波長側へシフトし
た。この活性化したCd0.8Zn0.2Ｓ固溶体を主体とするｎ
型半導体窓層の上に、５μｍ厚のCdTeを主体とするＰ型
半導体光吸収層を蒸着形成し、その上にCu電極を形成し
た。比較のため、Cd0.8Zn0.2Ｓ固溶体層を通常の製法す
なわち精密制御した３つの蒸発源からCdS、ZnS、Inを同
時蒸着し、400℃でアニールして形成し、他は上記と同
様にした太陽電池の特性についても調べた。これら太陽
電池のAM1.5（84mW/cm2）の照射光に対する特性を第１
表に示す。なおVOC（Ｖ）は解放電圧、JSC（mA/cm2）は
閉路電流、η（％）は変換効率、F.F.は曲線因子を表
す。
モル比が8:2で、全体の厚さ1.1μｍのCdSとZnSとInの同
時混成蒸着膜を形成した。Inの量はCdS、ZnSの全体に対
して0.1％とした。このCdS、ZnS、In混成膜を550℃でCd
Cl2の蒸気中で加熱処理して固溶体化と同時に結晶化を
起こさせ（活性化プロセス）、Inの有効添加を施した。
固溶体化によって、吸収端波長は短波長側へシフトし
た。この活性化したCd0.8Zn0.2Ｓ固溶体を主体とするｎ
型半導体窓層の上に、５μｍ厚のCdTeを主体とするＰ型
半導体光吸収層を蒸着形成し、その上にCu電極を形成し
た。比較のため、Cd0.8Zn0.2Ｓ固溶体層を通常の製法す
なわち精密制御した３つの蒸発源からCdS、ZnS、Inを同
時蒸着し、400℃でアニールして形成し、他は上記と同
様にした太陽電池の特性についても調べた。これら太陽
電池のAM1.5（84mW/cm2）の照射光に対する特性を第１
表に示す。なおVOC（Ｖ）は解放電圧、JSC（mA/cm2）は
閉路電流、η（％）は変換効率、F.F.は曲線因子を表
す。
第１表に見られる様に、本発明の構成、製法で得られ
た太陽電池の特性は、従来の構成、製法で得られる太陽
電池の特性よりはるかに優れている。これは本発明の太
陽電池のCdS−ZnS活性化固溶体膜は従来の太陽電池のCd
S−ZnS固溶体膜に比べて分光透過率が大である上に、電
気伝導度も非常に高いからである。これは活性化固溶体
膜は従来法の固溶体膜より欠陥が少ないので移動度もず
っと大きく再結合中心も少ないことを反映していると考
えられる。
た太陽電池の特性は、従来の構成、製法で得られる太陽
電池の特性よりはるかに優れている。これは本発明の太
陽電池のCdS−ZnS活性化固溶体膜は従来の太陽電池のCd
S−ZnS固溶体膜に比べて分光透過率が大である上に、電
気伝導度も非常に高いからである。これは活性化固溶体
膜は従来法の固溶体膜より欠陥が少ないので移動度もず
っと大きく再結合中心も少ないことを反映していると考
えられる。
この様に、CdS、ZnS、Inの同時蒸着膜を形成して後Cd
Cl2蒸気中で活性化熱処理して得られたCdS−ZnS固溶体
膜を備えた太陽電池は優れた特性を有する。ZnSとCdS:I
nを積層蒸着しておいても良く、後の活性化熱処理のプ
ロセスで均一な組成のCdS−ZnS固溶体となる。この際In
はZnS蒸発源に添加しておいても良い。Inの添加は光透
過率と電気伝導度を高める。CdSとZnSの他の組成比の固
溶体CdS−ZnSを用いても、またInの代わりにAlやGaを用
いても同様の効果が得られる。
Cl2蒸気中で活性化熱処理して得られたCdS−ZnS固溶体
膜を備えた太陽電池は優れた特性を有する。ZnSとCdS:I
nを積層蒸着しておいても良く、後の活性化熱処理のプ
ロセスで均一な組成のCdS−ZnS固溶体となる。この際In
はZnS蒸発源に添加しておいても良い。Inの添加は光透
過率と電気伝導度を高める。CdSとZnSの他の組成比の固
溶体CdS−ZnSを用いても、またInの代わりにAlやGaを用
いても同様の効果が得られる。
発明の効果 本発明によれば、変換効率の非常に高い優れた太陽電
池を容易に得ることが可能となる。この太陽電池は薄膜
形成であるから大幅なコストダウンもはかれる。
池を容易に得ることが可能となる。この太陽電池は薄膜
形成であるから大幅なコストダウンもはかれる。
第１図は本発明の一実施例における太陽電池の構成を示
す断面図である。 １……透光性基板、２……透明導電層、３……ｎ型CdS
−ZnS活性化固溶体窓層、４……ｐ型半導体光吸収層、
５……電極層。
す断面図である。 １……透光性基板、２……透明導電層、３……ｎ型CdS
−ZnS活性化固溶体窓層、４……ｐ型半導体光吸収層、
５……電極層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−129827（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−61476（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−60257（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−23374（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−43775（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−143568（ＪＰ，Ａ) 特表 平４−504027（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 31/04 H01L 31/08
Claims (5)
- 【請求項１】ｎ型半導体の窓層とＰ型半導体の光吸収層
とを積層した構成の太陽電池において、前記ｎ型半導体
の窓層がCdCl2蒸気中で熱処理形成された活性化CdS−Zn
S固溶体を主体とすることを特徴とする太陽電池。 - 【請求項２】透明導電層を設けた透光性基板上に、CdS
およびZnSを同時に蒸着して半導体薄膜を形成し、前記
薄膜を高温でCdCl2の蒸気に暴露して活性化しCdS−ZnS
固溶体を主体とする半導体窓層を形成し、その上にＰ型
半導体の光吸収層を形成し、その上に電極層を形成する
ことを特徴とする太陽電池の製造方法。 - 【請求項３】半導体薄膜中に予めIn、GaあるいはAlを添
加することを特徴とする請求項２記載の太陽電池の製造
方法。 - 【請求項４】透明導電層を設けた透光性基板上に、CdS
およびZnSの半導体薄膜を積層して形成し、前記積層薄
膜を高温でCdCl2の蒸気に暴露して活性化しCdS−ZnS固
溶体を主体とする半導体窓層を形成し、その上にＰ型半
導体の光吸収層を形成し、その上に電極層を形成するこ
とを特徴とする太陽電池の製造方法。 - 【請求項５】CdS、ZnS薄膜のうち少なくとも一方に予め
In、GaあるいはAlを含有することを特徴とする請求項４
記載の太陽電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2189058A JP2776009B2 (ja) | 1990-07-16 | 1990-07-16 | 太陽電池とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2189058A JP2776009B2 (ja) | 1990-07-16 | 1990-07-16 | 太陽電池とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0474481A JPH0474481A (ja) | 1992-03-09 |
| JP2776009B2 true JP2776009B2 (ja) | 1998-07-16 |
Family
ID=16234588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2189058A Expired - Fee Related JP2776009B2 (ja) | 1990-07-16 | 1990-07-16 | 太陽電池とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2776009B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5673236B2 (ja) * | 2010-03-17 | 2015-02-18 | 株式会社リコー | 薄膜太陽電池及びその製造方法 |
-
1990
- 1990-07-16 JP JP2189058A patent/JP2776009B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0474481A (ja) | 1992-03-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3975211A (en) | Solar cells and method for making same | |
| US4335266A (en) | Methods for forming thin-film heterojunction solar cells from I-III-VI.sub.2 | |
| USRE31968E (en) | Methods for forming thin-film heterojunction solar cells from I-III-VI.sub.2 | |
| US4113531A (en) | Process for fabricating polycrystalline inp-cds solar cells | |
| JP2776009B2 (ja) | 太陽電池とその製造方法 | |
| JP2868598B2 (ja) | 太陽電池とその製造方法 | |
| JP3049889B2 (ja) | 太陽電池とその製造方法 | |
| JP3064658B2 (ja) | 太陽電池とその製造方法 | |
| JP3063326B2 (ja) | 太陽電池とその製造方法 | |
| JP3061338B2 (ja) | 太陽電池およびその製造方法 | |
| JP3069158B2 (ja) | 太陽電池及びその製造方法 | |
| JP2005303201A (ja) | 化合物半導体及び太陽電池並びにそれらの製造方法 | |
| JP3146612B2 (ja) | 固溶体薄膜の製造方法および太陽電池の製造方法 | |
| JP3069159B2 (ja) | 太陽電池及びその製造方法 | |
| Savelli et al. | Photovoltaic performances of Cu2S/CdS sprayed solar cells | |
| JP3076729B2 (ja) | 太陽電池とその製造方法 | |
| JPH0483379A (ja) | ＣｄＳ―ＺｎＳ固溶体薄膜の製造方法 | |
| JPH0474442A (ja) | ＣｄＳ―ＺｎＳ固溶体薄膜の製造方法 | |
| JPH08195501A (ja) | Ｉｂ−ＩＩＩｂ−ＶＩｂ族化合物半導体 | |
| JP2532727B2 (ja) | 太陽電池の製造方法 | |
| JP3022129B2 (ja) | 薄膜太陽電池とその製造方法 | |
| JP3178248B2 (ja) | 半導体薄膜の製造方法 | |
| JPH0474480A (ja) | 太陽電池とその製造方法 | |
| JPH0766440A (ja) | 太陽電池およびその製造方法 | |
| JPH06151931A (ja) | ＺｎＳｅ−ＭｎＳｅ固溶体薄膜及びその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |