JP2866475B2 - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents
太陽電池及びその製造方法Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は化合物半導体を用いた太陽電池及びその製造
方法に関し、さらに詳しくは、II−VI族半導体薄膜を光
透過窓層とする太陽電池の構成とその製造方法に関する
ものである。
方法に関し、さらに詳しくは、II−VI族半導体薄膜を光
透過窓層とする太陽電池の構成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、低コスト化と共に安定
性の向上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と安定性の向上が強
く望まれている。
予想され、太陽電池の高効率化、低コスト化と共に安定
性の向上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と安定性の向上が強
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型のII
−VI族化合物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II−VI族あるいはＩ−III
−VI2化合物半導体層を積層したヘテロ接合などが用い
られる。
−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型のII
−VI族化合物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II−VI族あるいはＩ−III
−VI2化合物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、例えばガラス基板上に順次Mo金属層、
ｐ型CuInSe2層、ｎ型CdS層、透明導電層であるITO（Ind
ium Tin Oxide）層を積層したものがある。あるいは、
例えばガラス基板上に順次スクリーン印刷と焼成による
ｎ型CdS層、ｐ型CdTe層、金属電極層を積層した構成も
ある。何れにしてもｐ型半導体層はCu、Agなどを主成分
とするか（CuInSe2など）、これらを不純物アクセプタ
ーとして含有する（CdTe:Cuなど）。
ｐ型CuInSe2層、ｎ型CdS層、透明導電層であるITO（Ind
ium Tin Oxide）層を積層したものがある。あるいは、
例えばガラス基板上に順次スクリーン印刷と焼成による
ｎ型CdS層、ｐ型CdTe層、金属電極層を積層した構成も
ある。何れにしてもｐ型半導体層はCu、Agなどを主成分
とするか（CuInSe2など）、これらを不純物アクセプタ
ーとして含有する（CdTe:Cuなど）。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら前記した従来技術では、Cu、Agなどの金
属元素はCdS、CdSeはじめｎ型II−VI族半導体との親和
性に優れるため、この中に拡散移動し易く、pn接合特性
を損ねると共に半導体層を電気的に高抵抗にし、結局太
陽電池の安定性を損なう主原因となる。
属元素はCdS、CdSeはじめｎ型II−VI族半導体との親和
性に優れるため、この中に拡散移動し易く、pn接合特性
を損ねると共に半導体層を電気的に高抵抗にし、結局太
陽電池の安定性を損なう主原因となる。
この様に、ｐ型半導体の主成分あるいはアクセプター
不純物としてCu、Agなどの金属元素を含有する太陽電池
では、相接するII−VI族化合物で成るｎ型半導体層中に
これら金属元素が拡散し特性を劣化させる主原因となっ
ている。
不純物としてCu、Agなどの金属元素を含有する太陽電池
では、相接するII−VI族化合物で成るｎ型半導体層中に
これら金属元素が拡散し特性を劣化させる主原因となっ
ている。
本発明は、前記従来技術の課題を解決するため、前記
金属元素のｎ型半導体層への拡散を防ぎ、安定性を向上
した太陽電池及びその製造方法を提供することを目的と
する。
金属元素のｎ型半導体層への拡散を防ぎ、安定性を向上
した太陽電池及びその製造方法を提供することを目的と
する。
［課題を解決するための手段］ 前記目的を達成するため、本発明の太陽電池は、透光
性基板上に少なくとも透明導電層、ｎ型半導体の窓層、
ｐ型半導体の光吸収層および電極層が順次形成された太
陽電池であって、前記ｎ型半導体の窓層がII−VI族半導
体を主成分とした薄膜で形成され、かつ少なくとも前記
ｐ型半導体の光吸収層との界面近傍にIV族元素が分散し
て存在することを特徴とする。
性基板上に少なくとも透明導電層、ｎ型半導体の窓層、
ｐ型半導体の光吸収層および電極層が順次形成された太
陽電池であって、前記ｎ型半導体の窓層がII−VI族半導
体を主成分とした薄膜で形成され、かつ少なくとも前記
ｐ型半導体の光吸収層との界面近傍にIV族元素が分散し
て存在することを特徴とする。
前記本発明の構成においては、IV族元素がＣ、Siおよ
びGeから選ばれる少なくとも一つの元素であることが好
ましい。
びGeから選ばれる少なくとも一つの元素であることが好
ましい。
また前記本発明の構成においては、ｎ型半導体中のVI
族元素の添加濃度が、ピーク濃度の位置で0.01〜10モル
％であることが好ましい。
族元素の添加濃度が、ピーク濃度の位置で0.01〜10モル
％であることが好ましい。
次に本発明の太陽電池の製造方法は、透光性基板上に
少なくとも透明導電層、ｎ型半導体の窓層、ｐ型半導体
の光吸収層および電極層が順次形成された太陽電池の製
造方法であって、前記透明導電層を設けた透光性基板上
に、ｎ型のII−VI族半導体の窓層を形成し、前記窓層の
少なくとも表面近傍にIV族元素を添加分散し、その上に
ｐ型半導体の光吸収層を形成し、さらにその上に電極層
を形成することを特徴とする。
少なくとも透明導電層、ｎ型半導体の窓層、ｐ型半導体
の光吸収層および電極層が順次形成された太陽電池の製
造方法であって、前記透明導電層を設けた透光性基板上
に、ｎ型のII−VI族半導体の窓層を形成し、前記窓層の
少なくとも表面近傍にIV族元素を添加分散し、その上に
ｐ型半導体の光吸収層を形成し、さらにその上に電極層
を形成することを特徴とする。
前記本発明方法においては、IV族元素の添加方法がイ
オン注入法またはプラズマCVD法であることが好まし
い。
オン注入法またはプラズマCVD法であることが好まし
い。
［作用］ 前記本発明の構成によれば、ｎ型半導体の窓層がII−
TVI族半導体を主成分とした薄膜で形成され、かつ少な
くとも前記ｐ型半導体の光吸収層との界面近傍にIV族元
素が分散して存在するので、ｐ型半導体層に接するｎ型
半導体層中に配置されたIV族元素によりｐ型半導体層中
の金属元素のｎ型半導体層中への拡散が妨げられ、しか
もIV族元素であるから電気的特性に対する障害もなく、
高効率化を妨げずして著しく安定性を高めることができ
る。
TVI族半導体を主成分とした薄膜で形成され、かつ少な
くとも前記ｐ型半導体の光吸収層との界面近傍にIV族元
素が分散して存在するので、ｐ型半導体層に接するｎ型
半導体層中に配置されたIV族元素によりｐ型半導体層中
の金属元素のｎ型半導体層中への拡散が妨げられ、しか
もIV族元素であるから電気的特性に対する障害もなく、
高効率化を妨げずして著しく安定性を高めることができ
る。
また前記IV族元素がＣ、SiおよびGeから選ばれる少な
くとも一つの元素であるという本発明の好ましい構成に
よれば、ｐ型半導体層中の金属元素のｎ型半導体層中へ
の拡散をさらに効果的に防ぐことができる。
くとも一つの元素であるという本発明の好ましい構成に
よれば、ｐ型半導体層中の金属元素のｎ型半導体層中へ
の拡散をさらに効果的に防ぐことができる。
また前記ｎ型半導体中のVI族元素の存在する濃度が、
ピーク濃度の位置で0.01〜10モル％であるいう本発明の
好ましい構成によれば、ｐ型半導体層中の金属元素のｎ
型半導体層中への拡散をさらに効果的に防ぐことができ
る。
ピーク濃度の位置で0.01〜10モル％であるいう本発明の
好ましい構成によれば、ｐ型半導体層中の金属元素のｎ
型半導体層中への拡散をさらに効果的に防ぐことができ
る。
次に前記本発明方法によれば、透明導電層を設けた透
光性基板上に、ｎ型II−VI族半導体の窓層を形成し、前
記窓層の少なくとも表面近傍にIV族元素を添加分散し、
その上にｐ型半導体の光吸収層を形成し、さらにその上
に電極を形成するので、本発明の太陽電池を効率良く合
理的に製造することができる。
光性基板上に、ｎ型II−VI族半導体の窓層を形成し、前
記窓層の少なくとも表面近傍にIV族元素を添加分散し、
その上にｐ型半導体の光吸収層を形成し、さらにその上
に電極を形成するので、本発明の太陽電池を効率良く合
理的に製造することができる。
前記、IV族元素の添加方法がイオン注入法またはプラ
ズマCVD法を用いるという本発明方法の好ましい構成に
よれば、前記光吸収層に接する少なくとも界面近傍にIV
族元素を効率良く添加分散することができる。
ズマCVD法を用いるという本発明方法の好ましい構成に
よれば、前記光吸収層に接する少なくとも界面近傍にIV
族元素を効率良く添加分散することができる。
［実施例］ 以下、一実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明
する。なお、本発明は下記の実施例に限定されるもので
はない。
する。なお、本発明は下記の実施例に限定されるもので
はない。
本実施例の太陽電池は第１図に示す様に、透明導電層
２を設けた透光性基板１上に、順次積層した例えばCdあ
るいはZnのカルコゲナイドを主成分とするｎ型II−VI化
合物半導体の窓層３、CuやAgなどの不純物を含有するCd
TeなどのII−VI族化合物、あるいはCuやAgなどを主成分
とするCuInSe2などのＩ−III−VI2族化合物で成るｐ型
半導体の光吸収層５、電極層６の構成の太陽電池で、ｎ
型半導体の少なくとも表面層４すなわちｐ型半導体との
界面近傍の層中にIV族元素、例えばＣ、Si、Geなどを添
加分散した構成とする。
２を設けた透光性基板１上に、順次積層した例えばCdあ
るいはZnのカルコゲナイドを主成分とするｎ型II−VI化
合物半導体の窓層３、CuやAgなどの不純物を含有するCd
TeなどのII−VI族化合物、あるいはCuやAgなどを主成分
とするCuInSe2などのＩ−III−VI2族化合物で成るｐ型
半導体の光吸収層５、電極層６の構成の太陽電池で、ｎ
型半導体の少なくとも表面層４すなわちｐ型半導体との
界面近傍の層中にIV族元素、例えばＣ、Si、Geなどを添
加分散した構成とする。
IV族元素のｎ型半導体中での添加濃度は厚さ方向で違
っていて良く界面近傍で高くした構成が実現容易であ
り、最高濃度の部分で0.01〜10モル％であることが効果
的である。
っていて良く界面近傍で高くした構成が実現容易であ
り、最高濃度の部分で0.01〜10モル％であることが効果
的である。
ｎ型層の膜厚は0.1〜10μｍ、ｐ型層の膜厚は0.5〜10
μｍが普通である。この構成の太陽電池では太陽光照射
の下、100℃近い温度でもｐ型半導体層の構成要素であ
る金属元素がｎ型半導体層へ拡散しないので劣化が極め
て小さい。
μｍが普通である。この構成の太陽電池では太陽光照射
の下、100℃近い温度でもｐ型半導体層の構成要素であ
る金属元素がｎ型半導体層へ拡散しないので劣化が極め
て小さい。
次に本発明の製造方法の一実施例を説明する。
SnO2層を設けたガラス基板上に１μｍ厚のｎ型CdS
層、この膜の表面層にＣを母体CdSに対してピーク濃度
約１％、ピーク位置が深さ約10nmである様に5keVでイオ
ン注入法によって添加分散し、さらに５μｍ厚のCdTe:C
u層、電極層を積層して太陽電池を製造した。IV族元素
の添加のプラズマCVD法などによっても良い。
層、この膜の表面層にＣを母体CdSに対してピーク濃度
約１％、ピーク位置が深さ約10nmである様に5keVでイオ
ン注入法によって添加分散し、さらに５μｍ厚のCdTe:C
u層、電極層を積層して太陽電池を製造した。IV族元素
の添加のプラズマCVD法などによっても良い。
このようにして得られた太陽電池は、AM1.5の太陽光
照射下11％の変換効率を有し、１年後でも10％以上の効
率を有するものであった。
照射下11％の変換効率を有し、１年後でも10％以上の効
率を有するものであった。
これに対して、Ｃを添加してない従来の構成では、１
年後の効率は９％以下に減ずるものであった。
年後の効率は９％以下に減ずるものであった。
以上説明した本実施例によれば、安定性の非常に高い
太陽電池を実現す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安価であり、大幅な実用化促進もは
かれる。
太陽電池を実現す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安価であり、大幅な実用化促進もは
かれる。
［発明の効果］ 以上の通り本発明によれば、ｎ型半導体の窓層がII−
VI族半導体を主成分とした薄膜で形成され、かつ少なく
とも前記ｐ型半導体の光吸収層との界面近傍にIV族元素
が分散して存在するので、ｐ型半導体層に接するｎ型半
導体層中に配置されたIV族元素によりｐ型半導体層中の
金属元素のｎ型半導体層中への拡散が妨げられ、しかも
IV族元素であるから電気的特性に対する障害もなく、高
効率化を妨げずして著しく安定性を高めることができ
る。
VI族半導体を主成分とした薄膜で形成され、かつ少なく
とも前記ｐ型半導体の光吸収層との界面近傍にIV族元素
が分散して存在するので、ｐ型半導体層に接するｎ型半
導体層中に配置されたIV族元素によりｐ型半導体層中の
金属元素のｎ型半導体層中への拡散が妨げられ、しかも
IV族元素であるから電気的特性に対する障害もなく、高
効率化を妨げずして著しく安定性を高めることができ
る。
次に前記本発明方法によれば、金属電極層を設けた基
板上に、ｐ型半導体の光吸収層を形成し、その上に前記
光吸収層に接する少なくとも界面近傍にIV族元素を添加
分散したｎ型II−VI族半導体を主成分とする窓層を形成
し、さらにその上に透明導電層を形成するので、本発明
の太陽電池を効率良く合理的に製造するこができる。
板上に、ｐ型半導体の光吸収層を形成し、その上に前記
光吸収層に接する少なくとも界面近傍にIV族元素を添加
分散したｎ型II−VI族半導体を主成分とする窓層を形成
し、さらにその上に透明導電層を形成するので、本発明
の太陽電池を効率良く合理的に製造するこができる。
第１図は本発明の一実施例の太陽電池の概略断面図であ
る。 １……透光性基板、２……透明導電層、３……ｎ型半導
体窓層、４……IV族元素添加層、５……ｐ型半導体光吸
収層、６……電極層。
る。 １……透光性基板、２……透明導電層、３……ｎ型半導
体窓層、４……IV族元素添加層、５……ｐ型半導体光吸
収層、６……電極層。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−13383（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−159193（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−3992（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−181976（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 31/04
Claims (5)
- 【請求項１】透光性基板上に少なくとも透明導電層、ｎ
型半導体の窓層、ｐ型半導体の光吸収層および電極層が
順次形成された太陽電池であって、前記ｎ型半導体の窓
層がII−VI族半導体を主成分とした薄膜で形成され、か
つ少なくとも前記ｐ型半導体の光吸収層との界面近傍に
IV族元素が分散して存在することを特徴とする太陽電
池。 - 【請求項２】IV族元素がＣ、SiおよびGeから選ばれる少
なくとも一つの元素である請求項１記載の太陽電池。 - 【請求項３】ｎ型半導体中のVI族元素の添加濃度が、ピ
ーク濃度の位置で0.01〜10モル％である請求項１または
２記載の太陽電池。 - 【請求項４】透光性基板上に少なくとも透明導電層、ｎ
型半導体の窓層、ｐ型半導体の光吸収層および電極層が
順次形成された太陽電池の製造方法であって、前記透明
導電層を設けた透光性基板上に、ｎ型のII−VI族半導体
の窓層を形成し、前記窓層の少なくとも表面近傍にIV族
元素を添加分散し、その上にｐ型半導体の光吸収層を形
成し、さらに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】IV族元素の添加方法がイオン注入法または
プラズマCVD法である請求項４記載の太陽電池の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2335918A JP2866475B2 (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 太陽電池及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2335918A JP2866475B2 (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 太陽電池及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04199882A JPH04199882A (ja) | 1992-07-21 |
| JP2866475B2 true JP2866475B2 (ja) | 1999-03-08 |
Family
ID=18293820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2335918A Expired - Fee Related JP2866475B2 (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 太陽電池及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2866475B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5595246B2 (ja) * | 2010-11-29 | 2014-09-24 | 京セラ株式会社 | 光電変換素子および光電変換装置 |
-
1990
- 1990-11-29 JP JP2335918A patent/JP2866475B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04199882A (ja) | 1992-07-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |