JP2848993B2 - 薄膜太陽電池の製造方法および製造装置 - Google Patents
薄膜太陽電池の製造方法および製造装置Info
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は金属電極上に形成された
Ｉ−III −VI族化合物半導体の薄膜層を含むヘテロ接合
を有する薄膜太陽電池の製造方法および製造装置に関す
る。
Ｉ−III −VI族化合物半導体の薄膜層を含むヘテロ接合
を有する薄膜太陽電池の製造方法および製造装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】光起電装置として、Ｉ−III −VI族化合
物半導体層、例えば銅インジウムダイセレナイド (CuIn
Se2 ) の薄膜層を含むヘテロ接合薄膜太陽電池がある。
図２は、CuInSe2 薄膜層を用いた従来技術の薄膜太陽電
池の一部の断面図である。厚さ１〜４mmのガラス基板10
上には厚さ0.２〜２μｍのモリブデン (Mo) からなる金
属電極層11が形成されている。半導体層は、ｐ型半導体
層として厚さ２〜４μｍのCuInSe2 薄膜層12、ｎ型半導
体層として厚さ250 〜500 Åの硫化カドミウム (CdＳ)
薄膜層13および広いバンドギャップを有し、窓層として
のｎ型半導体層である厚さ２〜４μｍの酸化亜鉛 (Zn
Ｏ) 薄膜層14からなる。層14の上にはスパッタリング、
蒸着またはめっき法によりアルミニウム (Al) からなる
金属電極層15が形成される。
物半導体層、例えば銅インジウムダイセレナイド (CuIn
Se2 ) の薄膜層を含むヘテロ接合薄膜太陽電池がある。
図２は、CuInSe2 薄膜層を用いた従来技術の薄膜太陽電
池の一部の断面図である。厚さ１〜４mmのガラス基板10
上には厚さ0.２〜２μｍのモリブデン (Mo) からなる金
属電極層11が形成されている。半導体層は、ｐ型半導体
層として厚さ２〜４μｍのCuInSe2 薄膜層12、ｎ型半導
体層として厚さ250 〜500 Åの硫化カドミウム (CdＳ)
薄膜層13および広いバンドギャップを有し、窓層として
のｎ型半導体層である厚さ２〜４μｍの酸化亜鉛 (Zn
Ｏ) 薄膜層14からなる。層14の上にはスパッタリング、
蒸着またはめっき法によりアルミニウム (Al) からなる
金属電極層15が形成される。
【０００３】ここで、CuInSe2 薄膜層12の形成は、金属
電極11の上に、マグネトロン・スパッタリングによって
厚さ１〜２μｍの銅(Cu)薄膜層および厚さ１〜２μｍの
インジウム(In)薄膜層を重畳して形成した後、例えば特
開昭61−237476号公報で公知のセレン化水素 (Ｈ2 Se)
雰囲気中で加熱するセレン化法によって行われる。すな
わち窒素ガスで希釈された12％Ｈ2 eを含む気体で満た
された加熱炉内で、金属電極層11およびCu、In薄膜層が
順次形成されたガラス基板10を、まず300 ℃で15〜20分
間加熱し、次に450 ℃において30分間加熱することによ
ってCuInSe2 薄膜層12を得る。CuInSe2 は、セレン(Se)
雰囲気中での加熱によって銅、インジウムおよびセレン
の相互拡散により生じ、カルコパイライト構造からなる
多結晶粒を形成する。
電極11の上に、マグネトロン・スパッタリングによって
厚さ１〜２μｍの銅(Cu)薄膜層および厚さ１〜２μｍの
インジウム(In)薄膜層を重畳して形成した後、例えば特
開昭61−237476号公報で公知のセレン化水素 (Ｈ2 Se)
雰囲気中で加熱するセレン化法によって行われる。すな
わち窒素ガスで希釈された12％Ｈ2 eを含む気体で満た
された加熱炉内で、金属電極層11およびCu、In薄膜層が
順次形成されたガラス基板10を、まず300 ℃で15〜20分
間加熱し、次に450 ℃において30分間加熱することによ
ってCuInSe2 薄膜層12を得る。CuInSe2 は、セレン(Se)
雰囲気中での加熱によって銅、インジウムおよびセレン
の相互拡散により生じ、カルコパイライト構造からなる
多結晶粒を形成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術におい
て、CuInSe2 薄膜層はセレン化水素 (Ｈ2 Se) を用いる
セレン化法により、銅、インジウムおよびセレンの相互
拡散によって生成される。このセレン化の反応は、セレ
ン化水素の濃度、供給流量および基板の加熱温度によっ
て支配される。したがって、これらのパラメータを精密
に制御し、最適な反応条件を把握することが、セレン化
法によってCuInSe2 薄膜層を形成し、変換効率の高い光
起電装置を得るために重要である。しかしながら、従来
技術においては、セレン化反応により銅、インジウムが
CuInSe2 に変化する反応の過程において、その変化をモ
ニタしていないため、変換効率の高い光起電装置を得る
べく最適な条件を得ることが困難であった。
て、CuInSe2 薄膜層はセレン化水素 (Ｈ2 Se) を用いる
セレン化法により、銅、インジウムおよびセレンの相互
拡散によって生成される。このセレン化の反応は、セレ
ン化水素の濃度、供給流量および基板の加熱温度によっ
て支配される。したがって、これらのパラメータを精密
に制御し、最適な反応条件を把握することが、セレン化
法によってCuInSe2 薄膜層を形成し、変換効率の高い光
起電装置を得るために重要である。しかしながら、従来
技術においては、セレン化反応により銅、インジウムが
CuInSe2 に変化する反応の過程において、その変化をモ
ニタしていないため、変換効率の高い光起電装置を得る
べく最適な条件を得ることが困難であった。
【０００５】本発明の目的は、上記の問題を解決し、セ
レン化反応の反応変化をモニタすることにより最適な反
応条件を把握して変換効率の高い薄膜太陽電池を製造す
る方法およびそれに用いる製造装置を提供することにあ
る。
レン化反応の反応変化をモニタすることにより最適な反
応条件を把握して変換効率の高い薄膜太陽電池を製造す
る方法およびそれに用いる製造装置を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、少なくとも表面層が導電層である基板
の導電層上にCuInSe2 よりなる層を形成し、セレンを含
む雰囲気中で加熱するセレン化法により生成したCuInSe
2 層を用いたヘテロ接合を有する薄膜太陽電池の製造方
法において、CuおよびInよりなる層にレーザ光を照射
し、そのレーザ光の反射光強度の測定によりセレン化反
応の開始点および終点を把握するものとする。そして、
CuおよびInよりなる層をCu層およびIn層の積層により形
成すること、セレンを含む雰囲気としてＨ2 Seを用いる
ことが有効である。また、本発明の薄膜太陽電池の製造
装置は、光電変換のためのヘテロ接合を形成するCuInSe
2 層を基板上に生成する装置であって、一端にＨ2 Seの
導入口、他端にＨ2 Seの排出口を有する透明反応室と、
その反応室内に配置され、一側にCuおよびInよりなる層
が形成された基板を支持し、他側に加熱体を有する支持
体と、反応室外に配置され、支持体上の前記CuおよびIn
よりなる層の表面に所定の角度をなすレーザ光を投射す
るレーザ光源と、反応室外の前記CuおよびInよりなる層
の表面で反射したレーザ光の入射する位置に配置された
光強度検出器とを備えたものとする。
めに、本発明は、少なくとも表面層が導電層である基板
の導電層上にCuInSe2 よりなる層を形成し、セレンを含
む雰囲気中で加熱するセレン化法により生成したCuInSe
2 層を用いたヘテロ接合を有する薄膜太陽電池の製造方
法において、CuおよびInよりなる層にレーザ光を照射
し、そのレーザ光の反射光強度の測定によりセレン化反
応の開始点および終点を把握するものとする。そして、
CuおよびInよりなる層をCu層およびIn層の積層により形
成すること、セレンを含む雰囲気としてＨ2 Seを用いる
ことが有効である。また、本発明の薄膜太陽電池の製造
装置は、光電変換のためのヘテロ接合を形成するCuInSe
2 層を基板上に生成する装置であって、一端にＨ2 Seの
導入口、他端にＨ2 Seの排出口を有する透明反応室と、
その反応室内に配置され、一側にCuおよびInよりなる層
が形成された基板を支持し、他側に加熱体を有する支持
体と、反応室外に配置され、支持体上の前記CuおよびIn
よりなる層の表面に所定の角度をなすレーザ光を投射す
るレーザ光源と、反応室外の前記CuおよびInよりなる層
の表面で反射したレーザ光の入射する位置に配置された
光強度検出器とを備えたものとする。
【０００７】
【作用】セレン化の過程でCuおよびInよりなる層の表面
にレーザ光を照射すると、セレン化反応により生成する
CuInSe2 層は、レーザ光を吸収するため、セレン化の進
行により反射光強度が変化する。従って、その強度変化
を測定することによって反応の開始点および終点を把握
し、解析することによって最適な反応条件を得ることが
できる。
にレーザ光を照射すると、セレン化反応により生成する
CuInSe2 層は、レーザ光を吸収するため、セレン化の進
行により反射光強度が変化する。従って、その強度変化
を測定することによって反応の開始点および終点を把握
し、解析することによって最適な反応条件を得ることが
できる。
【０００８】
【実施例】図１は本発明の一実施例であって薄膜太陽電
池の製造装置の一部の断面図である。石英ガラス製反応
室１の内部に太陽電池のガラス基板の支持体２が配置さ
れ、その支持体２の下側にはガラス基板を所定の温度に
加熱するためのヒータ３が取付けられている。反応室１
は両端にセレン化水素 (Ｈ2 Se) の導入口４および排出
口５を有し、反応管１内に一定量のＨ2 Seが供給され
る。この反応管内の基板ホルダー２上に、図２に示した
ようにスパッタリングによりモリブデン電極層11、厚さ
１μｍの銅 (Cu) 薄膜層16、厚さ１μｍのインジウム
(In)17 を連続的に形成したガラス基板10を置き、300
〜500 ℃の所定温度にて加熱しながら、Ｈ 2 Seを導入口
４より供給してCuInSe2 薄膜層を形成した。このとき、
CuおよびInの薄膜層16、17が形成されたガラス基板10に
レーザ光源６を用いて所定の角度でレーザ光７を照射
し、その反射光を検出器８にて検出した。検出されたレ
ーザ光強度の変化を図３に示す。セレン化反応の開始に
より、Cu、Inの薄膜層の表面層がCuInSe2 に変化し、Cu
InSe2 にレーザ光が吸収されるため、図中のａ点にて反
射光強度が低下した。さらに下層へ反応が進行すること
により、形成されるCuInSe2 の量が増すため強度が低下
し、反応の終了によりｂ点以降は一定となった。これに
より反応の終点を確認して基板の加熱を止め、冷却後反
応室１の外に取出し、ガラス基板10上に形成したCuInSe
2 層12の上に硫化カドミウム (CdＳ) 薄膜層13および酸
化亜鉛 (ZnＯ) 薄膜層14を蒸着法により積層した後、最
後にスパッタリングにより被着したアルミニウム層をパ
ターニングして金属電極層15を形成した。本実施例によ
り得たｐ型銅インジウムダイセレナイド (CuInSe2 ) 薄
膜層とｎ型硫化カドミウム (CdＳ) 薄膜層とのヘテロ接
合を有する薄膜太陽電池は、10％以上の変換効率を有
し、従来の製造装置によるものに比べてより高い変換効
率の値を示した。
池の製造装置の一部の断面図である。石英ガラス製反応
室１の内部に太陽電池のガラス基板の支持体２が配置さ
れ、その支持体２の下側にはガラス基板を所定の温度に
加熱するためのヒータ３が取付けられている。反応室１
は両端にセレン化水素 (Ｈ2 Se) の導入口４および排出
口５を有し、反応管１内に一定量のＨ2 Seが供給され
る。この反応管内の基板ホルダー２上に、図２に示した
ようにスパッタリングによりモリブデン電極層11、厚さ
１μｍの銅 (Cu) 薄膜層16、厚さ１μｍのインジウム
(In)17 を連続的に形成したガラス基板10を置き、300
〜500 ℃の所定温度にて加熱しながら、Ｈ 2 Seを導入口
４より供給してCuInSe2 薄膜層を形成した。このとき、
CuおよびInの薄膜層16、17が形成されたガラス基板10に
レーザ光源６を用いて所定の角度でレーザ光７を照射
し、その反射光を検出器８にて検出した。検出されたレ
ーザ光強度の変化を図３に示す。セレン化反応の開始に
より、Cu、Inの薄膜層の表面層がCuInSe2 に変化し、Cu
InSe2 にレーザ光が吸収されるため、図中のａ点にて反
射光強度が低下した。さらに下層へ反応が進行すること
により、形成されるCuInSe2 の量が増すため強度が低下
し、反応の終了によりｂ点以降は一定となった。これに
より反応の終点を確認して基板の加熱を止め、冷却後反
応室１の外に取出し、ガラス基板10上に形成したCuInSe
2 層12の上に硫化カドミウム (CdＳ) 薄膜層13および酸
化亜鉛 (ZnＯ) 薄膜層14を蒸着法により積層した後、最
後にスパッタリングにより被着したアルミニウム層をパ
ターニングして金属電極層15を形成した。本実施例によ
り得たｐ型銅インジウムダイセレナイド (CuInSe2 ) 薄
膜層とｎ型硫化カドミウム (CdＳ) 薄膜層とのヘテロ接
合を有する薄膜太陽電池は、10％以上の変換効率を有
し、従来の製造装置によるものに比べてより高い変換効
率の値を示した。
【０００９】上記の実施例におけるCu層16、In層17の代
わりに、Cu−In合金のスパッタリングで形成したCuIn合
金薄膜層を用いてもよく、Ｈ2 Seガスの代わりにセレン
蒸気を用いてもよい。またｎ型層としてCdＳ薄膜層の代
わりにCdZnＳ薄膜層を用いることもできる。
わりに、Cu−In合金のスパッタリングで形成したCuIn合
金薄膜層を用いてもよく、Ｈ2 Seガスの代わりにセレン
蒸気を用いてもよい。またｎ型層としてCdＳ薄膜層の代
わりにCdZnＳ薄膜層を用いることもできる。
【００１０】
【発明の効果】本発明によれば、セレン化法によりCuIn
Se2 層を生成する場合のセレン化反応の過程を、基板上
に照射したレーザ光強度の変化を測定することによって
モニタすることが可能となり、加熱温度、セレン化水素
供給量等のパラメータを替えた実験を行うことにより、
最適反応条件を見出すことが可能となった。このため従
来技術により得られた薄膜太陽電池より、高い変換効率
が得られた。また、薄膜太陽電池の生産工程においてセ
レン化反応の状態をモニタすることによって、工程管理
が容易となり、良品の歩留まり向上が可能となった。
Se2 層を生成する場合のセレン化反応の過程を、基板上
に照射したレーザ光強度の変化を測定することによって
モニタすることが可能となり、加熱温度、セレン化水素
供給量等のパラメータを替えた実験を行うことにより、
最適反応条件を見出すことが可能となった。このため従
来技術により得られた薄膜太陽電池より、高い変換効率
が得られた。また、薄膜太陽電池の生産工程においてセ
レン化反応の状態をモニタすることによって、工程管理
が容易となり、良品の歩留まり向上が可能となった。
【図１】本発明の一実施例のCuInSe2 薄膜層生成装置の
一部の断面図
一部の断面図
【図２】本発明により製造される薄膜太陽電池の一部の
断面図
断面図
【図３】セレン化反応過程における反射レーザ光強度の
変化線図
変化線図
１ 反応室 ２ 支持体 ３ ヒータ ４ 導入口 ５ 排出口 ６ レーザ光源 ７ レーザ光 ８ 検出器 １０ ガラス基板 １１ 金属電極層 １２ CuInSe2 層 １３ CdＳ層 １４ ZnＯ層 １６ Cu薄膜層 １７ In薄膜層
Claims (4)
- 【請求項１】少なくとも表面層が導電層である基板の導
電層上に銅およびインジウムよりなる層を形成し、セレ
ンを含む雰囲気中で加熱するセレン化法により生成した
銅インジウムダイセレナイド層を用いたヘテロ接合を有
する薄膜太陽電池の製造方法において、銅およびインジ
ウムよりなる層にレーザ光を照射し、そのレーザ光の反
射光強度の測定によりセレン化反応の開始点および終点
を把握することを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項２】銅およびインジウムよりなる層を銅層およ
びインジウム層の積層により形成する請求項１記載の薄
膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項３】セレンを含む雰囲気としてセレン化水素を
用いる請求項１あるいは２記載の薄膜太陽電池の製造方
法。 - 【請求項４】光電変換のためのヘテロ接合を形成する銅
インジウムダイセレナイド層を基板上に生成する装置で
あって、一端にセレン化水素の導入口、他端にセレン化
水素の排出口を有する透明反応室と、その反応室内に配
置され、一側上に銅およびインジウムよりなる層が形成
された基板を支持し、他側に加熱体を有する支持体と、
反応室外に配置され、支持体上に前記銅およびインジウ
ムよりなる層の表面に所定の角度をなすレーザ光を投射
するレーザ光源と、反応室外の前記銅およびインジウム
よりなる層の表面で反射したレーザ光の入射する位置に
配置された光強度検出器とを備えたことを特徴とする薄
膜太陽電池の製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3305154A JP2848993B2 (ja) | 1991-11-21 | 1991-11-21 | 薄膜太陽電池の製造方法および製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3305154A JP2848993B2 (ja) | 1991-11-21 | 1991-11-21 | 薄膜太陽電池の製造方法および製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05145100A JPH05145100A (ja) | 1993-06-11 |
| JP2848993B2 true JP2848993B2 (ja) | 1999-01-20 |
Family
ID=17941726
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3305154A Expired - Fee Related JP2848993B2 (ja) | 1991-11-21 | 1991-11-21 | 薄膜太陽電池の製造方法および製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2848993B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101762958B1 (ko) * | 2011-04-11 | 2017-07-28 | 엘지이노텍 주식회사 | 태양전지 및 이의 제조방법 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5633033A (en) * | 1994-04-18 | 1997-05-27 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for manufacturing chalcopyrite film |
| DE10119463C2 (de) * | 2001-04-12 | 2003-03-06 | Hahn Meitner Inst Berlin Gmbh | Verfahren zur Herstellung einer Chalkogenid-Halbleiterschicht des Typs ABC¶2¶ mit optischer Prozesskontrolle |
| DE102008040879A1 (de) * | 2008-07-31 | 2010-02-11 | Sulfurcell Solartechnik Gmbh | Verfahren zur optischen In-Situ-Prozesskontrolle des Herstellungsprozesses eines Halbleiterbauelements |
| JP2012079997A (ja) * | 2010-10-05 | 2012-04-19 | Kobe Steel Ltd | 化合物半導体薄膜太陽電池用光吸収層の製造方法、およびＩｎ−Ｃｕ合金スパッタリングターゲット |
| JP2014090014A (ja) * | 2012-10-29 | 2014-05-15 | Fujifilm Corp | 化合物薄膜成膜方法及び化合物薄膜成膜装置 |
| CN106835062A (zh) * | 2017-01-22 | 2017-06-13 | 福州大学 | 一种利用激光快速制备过渡金属硫族化合物的方法 |
-
1991
- 1991-11-21 JP JP3305154A patent/JP2848993B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101762958B1 (ko) * | 2011-04-11 | 2017-07-28 | 엘지이노텍 주식회사 | 태양전지 및 이의 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05145100A (ja) | 1993-06-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |