JP2974107B2 - 太陽電池吸収層の製造方法 - Google Patents
太陽電池吸収層の製造方法Info
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- JP2974107B2 JP2974107B2 JP5241126A JP24112693A JP2974107B2 JP 2974107 B2 JP2974107 B2 JP 2974107B2 JP 5241126 A JP5241126 A JP 5241126A JP 24112693 A JP24112693 A JP 24112693A JP 2974107 B2 JP2974107 B2 JP 2974107B2
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- indium
- selenium
- thin layer
- forming
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- 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
- Y02E10/541—CuInSe2 material PV cells
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は周期律表の１Ｂ族、３Ｂ
族、及び６Ｂ族の元素からなる化合物半導体で形成され
た太陽電池吸収層の製造方法に関し、特に銅−インジウ
ム−セレン三元合金からなる太陽電池吸収層の製造方法
に関する。
族、及び６Ｂ族の元素からなる化合物半導体で形成され
た太陽電池吸収層の製造方法に関し、特に銅−インジウ
ム−セレン三元合金からなる太陽電池吸収層の製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池は光エネルギーを電気エネルギ
ーに変換する装置であり、電気絶縁性基板上に、電極層
と光電変換性半導体からなる吸収層と光透過性電極層と
を順次積層して構成されるのが普通である。かかる光電
変換性半導体層としては、原子比率が１：１：２である
銅−インジウム−セレン三元合金の薄層が最も優れた光
電変換効率を示すものと考えられているが、これらの３
成分の比率を制御しながら合金薄層の厚さも制御するこ
とは必ずしも容易なことではなかった。
ーに変換する装置であり、電気絶縁性基板上に、電極層
と光電変換性半導体からなる吸収層と光透過性電極層と
を順次積層して構成されるのが普通である。かかる光電
変換性半導体層としては、原子比率が１：１：２である
銅−インジウム−セレン三元合金の薄層が最も優れた光
電変換効率を示すものと考えられているが、これらの３
成分の比率を制御しながら合金薄層の厚さも制御するこ
とは必ずしも容易なことではなかった。
【０００３】すなわち、薄層を形成するのに広く用いら
れている蒸着法を利用して吸収層を製造しようとする
と、同時蒸着では銅、インジウム、セレンの比率を正確
に制御することが極めて困難であるので、各成分をそれ
ぞれ順次に積層蒸着してから熱処理を加えて合金化する
方法がある。また蒸着法に代えて電解めっき法を利用
し、銅やインジウム、あるいはこれらの合金を比較的に
低いコストで薄膜状に電着させる方法もあり、更には電
着法と蒸着法との併用も提案されている。
れている蒸着法を利用して吸収層を製造しようとする
と、同時蒸着では銅、インジウム、セレンの比率を正確
に制御することが極めて困難であるので、各成分をそれ
ぞれ順次に積層蒸着してから熱処理を加えて合金化する
方法がある。また蒸着法に代えて電解めっき法を利用
し、銅やインジウム、あるいはこれらの合金を比較的に
低いコストで薄膜状に電着させる方法もあり、更には電
着法と蒸着法との併用も提案されている。
【０００４】これに対して、セレンの微細粒子を分散懸
濁させた銅とインジウムとの合金電着浴を用いてセレン
粒子が分散含有された銅−インジウム合金層を形成し、
これを熱処理して銅−インジウム−セレン三元合金の吸
収層を製造する方法が提案されている（国際公開ＷＯ
９２／０５５８６号）。しかしながらこれらの方法を用
いて組成及び厚さが制御された薄層を形成しても、次の
熱処理工程において合金化することが必要であり、結晶
性の良好な合金層に転化できなければ光電変換特性のよ
い太陽電池吸収層は得られない。
濁させた銅とインジウムとの合金電着浴を用いてセレン
粒子が分散含有された銅−インジウム合金層を形成し、
これを熱処理して銅−インジウム−セレン三元合金の吸
収層を製造する方法が提案されている（国際公開ＷＯ
９２／０５５８６号）。しかしながらこれらの方法を用
いて組成及び厚さが制御された薄層を形成しても、次の
熱処理工程において合金化することが必要であり、結晶
性の良好な合金層に転化できなければ光電変換特性のよ
い太陽電池吸収層は得られない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、結晶
性の優れた銅−インジウム−セレン三元合金薄層からな
り光電変換特性のよい太陽電池吸収層を安定して製造す
ることができる方法を提供しようとするものである。
性の優れた銅−インジウム−セレン三元合金薄層からな
り光電変換特性のよい太陽電池吸収層を安定して製造す
ることができる方法を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の太陽電池吸収層
の製造方法は、銅−インジウム−セレン三元合金結晶核
粒子を分散含有する銅、インジウム、又は銅−インジウ
ム二元合金の薄層を形成する工程と、セレン微粉末を分
散含有する銅、インジウム、又は銅−インジウム二元合
金の薄層、セレン微粉末を含有しない銅、インジウム、
又は銅−インジウム二元合金の薄層、及びセレンの薄層
から選ばれた少なくも一種の薄層を形成する工程とを少
なくも併用して、導電性基板上に銅、インジウム、及び
セレンの３成分を含む複数層構成の積層体を形成し、次
いで熱処理して該積層体を銅−インジウム−セレン三元
合金結晶層に転換する方法である。
の製造方法は、銅−インジウム−セレン三元合金結晶核
粒子を分散含有する銅、インジウム、又は銅−インジウ
ム二元合金の薄層を形成する工程と、セレン微粉末を分
散含有する銅、インジウム、又は銅−インジウム二元合
金の薄層、セレン微粉末を含有しない銅、インジウム、
又は銅−インジウム二元合金の薄層、及びセレンの薄層
から選ばれた少なくも一種の薄層を形成する工程とを少
なくも併用して、導電性基板上に銅、インジウム、及び
セレンの３成分を含む複数層構成の積層体を形成し、次
いで熱処理して該積層体を銅−インジウム−セレン三元
合金結晶層に転換する方法である。
【０００７】本発明の方法において、銅−インジウム−
セレン三元合金結晶核粒子を分散含有する銅、インジウ
ム、又は銅−インジウム二元合金の薄層を形成する工
程、セレン微粉末を分散含有する銅、インジウム、又は
銅−インジウム二元合金の薄層を形成する工程、及びセ
レン微粉末を含有しない銅、インジウム、又は銅−イン
ジウム二元合金の薄層を形成する工程の少なくも一つが
電着法を利用して薄層を形成する工程であることが好ま
しい。
セレン三元合金結晶核粒子を分散含有する銅、インジウ
ム、又は銅−インジウム二元合金の薄層を形成する工
程、セレン微粉末を分散含有する銅、インジウム、又は
銅−インジウム二元合金の薄層を形成する工程、及びセ
レン微粉末を含有しない銅、インジウム、又は銅−イン
ジウム二元合金の薄層を形成する工程の少なくも一つが
電着法を利用して薄層を形成する工程であることが好ま
しい。
【０００８】特に銅−インジウム−セレン三元合金結晶
核粒子を分散含有する銅、インジウム、又は銅−インジ
ウム二元合金の薄層を形成する工程は、それぞれ銅、イ
ンジウム、又は銅−インジウム二元合金の薄層を電着さ
せることができるメッキ浴中に銅−インジウム−セレン
三元合金結晶核粒子を分散懸濁させておき、メッキ浴を
攪拌しながらそれぞれの金属層を電着させると同時に結
晶核粒子を析出させる方法が好ましく用いられる。
核粒子を分散含有する銅、インジウム、又は銅−インジ
ウム二元合金の薄層を形成する工程は、それぞれ銅、イ
ンジウム、又は銅−インジウム二元合金の薄層を電着さ
せることができるメッキ浴中に銅−インジウム−セレン
三元合金結晶核粒子を分散懸濁させておき、メッキ浴を
攪拌しながらそれぞれの金属層を電着させると同時に結
晶核粒子を析出させる方法が好ましく用いられる。
【０００９】またセレン微粉末を分散含有する銅、イン
ジウム、又は銅−インジウム二元合金の薄層を形成する
工程も、上記と同様にセレン微粉末を分散懸濁させたメ
ッキ浴を攪拌しながらそれぞれの金属層を電着させると
同時にセレン微粉末を析出させる方法が好ましく用いら
れる。そしてまた、セレン微粉末を分散含有する薄層が
同時に銅−インジウム−セレン三元合金結晶核粒子を分
散含有するものであってもよい。
ジウム、又は銅−インジウム二元合金の薄層を形成する
工程も、上記と同様にセレン微粉末を分散懸濁させたメ
ッキ浴を攪拌しながらそれぞれの金属層を電着させると
同時にセレン微粉末を析出させる方法が好ましく用いら
れる。そしてまた、セレン微粉末を分散含有する薄層が
同時に銅−インジウム−セレン三元合金結晶核粒子を分
散含有するものであってもよい。
【００１０】一方、セレン微粉末を含有しない銅、イン
ジウム、又は銅−インジウム二元合金の薄層を形成する
工程は、電着法、蒸着法、或いはスパッタリング法など
任意の薄膜形成手段を利用することができ、またセレン
の薄層を形成する方法も特に限定されない。
ジウム、又は銅−インジウム二元合金の薄層を形成する
工程は、電着法、蒸着法、或いはスパッタリング法など
任意の薄膜形成手段を利用することができ、またセレン
の薄層を形成する方法も特に限定されない。
【００１１】本発明において積層体を構成する複数層の
いずれかに分散含有されている銅−インジウム−セレン
三元合金結晶核粒子は、５００〜６００℃の熱処理には
安定な、銅：インジウム：セレンのモル比が１：１：２
のものである。
いずれかに分散含有されている銅−インジウム−セレン
三元合金結晶核粒子は、５００〜６００℃の熱処理には
安定な、銅：インジウム：セレンのモル比が１：１：２
のものである。
【００１２】本発明の方法に従って、まず導電性基板上
には銅−インジウム−セレン三元合金結晶核粒子を分散
含有する銅、インジウム、又は銅−インジウム二元合金
の薄層と、その他の銅、インジウム、セレンの３成分を
含む１層以上の薄層とからなる複数層構成の積層体が形
成されるが、この積層体は次の熱処理によって三元合金
に転化する。しかし積層体中の銅：インジウム：セレン
のモル比は熱処理の際のセレンの揮発などによって変化
するので、このような組成変化をあらかじめ考慮に入れ
て、合金化した後の銅：インジウム：セレンのモル比が
１：１：２となるように選択されることが望ましい。
には銅−インジウム−セレン三元合金結晶核粒子を分散
含有する銅、インジウム、又は銅−インジウム二元合金
の薄層と、その他の銅、インジウム、セレンの３成分を
含む１層以上の薄層とからなる複数層構成の積層体が形
成されるが、この積層体は次の熱処理によって三元合金
に転化する。しかし積層体中の銅：インジウム：セレン
のモル比は熱処理の際のセレンの揮発などによって変化
するので、このような組成変化をあらかじめ考慮に入れ
て、合金化した後の銅：インジウム：セレンのモル比が
１：１：２となるように選択されることが望ましい。
【００１３】
【作用】本発明の方法によれば、積層体を構成する複数
層のいずれかに分散含有されている銅−インジウム−セ
レン三元合金結晶核粒子が分散含有されているので、比
較的に低温度での短時間熱処理によっても、生成する銅
−インジウム−セレン三元合金の結晶化が促進されて光
電特性のよい太陽電池吸収層が得られる。
層のいずれかに分散含有されている銅−インジウム−セ
レン三元合金結晶核粒子が分散含有されているので、比
較的に低温度での短時間熱処理によっても、生成する銅
−インジウム−セレン三元合金の結晶化が促進されて光
電特性のよい太陽電池吸収層が得られる。
【００１４】
【実施例】銅：インジウム：セレンのモル比が１：１：
２の銅−インジウム−セレン三元合金結晶核粒子を１g/
l となるよう第２銅イオン０．５mol/l を含むスルファ
ミン酸系電着浴に混合し、モリブデン薄膜電極を表面に
設けたガラス基板を陰極として攪拌しながら電流密度５
A/dm2 で６分間電着を行なって、厚さ６．０μｍの結晶
核粒子を含む電着銅層を得た。
２の銅−インジウム−セレン三元合金結晶核粒子を１g/
l となるよう第２銅イオン０．５mol/l を含むスルファ
ミン酸系電着浴に混合し、モリブデン薄膜電極を表面に
設けたガラス基板を陰極として攪拌しながら電流密度５
A/dm2 で６分間電着を行なって、厚さ６．０μｍの結晶
核粒子を含む電着銅層を得た。
【００１５】次に、インジウム１．０mol/l を含む硫酸
系電着浴にセレン微粉末を２０g/lとなるよう混合し、
上記の電着銅層の上に攪拌しながら電流密度２A/dm2 で
５分間電着を行なって、厚さ３．３μｍのセレンを含む
電着インジウム層を得た。
系電着浴にセレン微粉末を２０g/lとなるよう混合し、
上記の電着銅層の上に攪拌しながら電流密度２A/dm2 で
５分間電着を行なって、厚さ３．３μｍのセレンを含む
電着インジウム層を得た。
【００１６】こうして得た電着積層体を分析したとこ
ろ、銅：インジウム：セレンのモル比は１：１：２．６
であった。次いでこの積層体をセレン粉末を入れたボー
トと共に真空加熱炉中に装入し、１０-3Torrの真空とし
た後に２００℃に１時間続いて４００℃に１時間熱処理
したところ、銅：インジウム：セレンのモル比が１：
１：２であってＰ型の結晶性のよい太陽電池吸収層Ａが
得られた。
ろ、銅：インジウム：セレンのモル比は１：１：２．６
であった。次いでこの積層体をセレン粉末を入れたボー
トと共に真空加熱炉中に装入し、１０-3Torrの真空とし
た後に２００℃に１時間続いて４００℃に１時間熱処理
したところ、銅：インジウム：セレンのモル比が１：
１：２であってＰ型の結晶性のよい太陽電池吸収層Ａが
得られた。
【００１７】また比較のために、結晶核粒子を懸濁しな
い銅電着浴を用いた他は上記と全く同様にして厚さ６．
０μｍの電着銅層を得、次いで厚さ３．３μｍのセレン
を含む電着インジウム層を積層させた。そしてこの積層
体を上記と同様の方法で２００℃に１時間続いて４００
℃に１時間熱処理した太陽電池吸収層Ｂと、２００℃に
１時間続いて４００℃に３時間熱処理した太陽電池吸収
層Ｃとを製造した。
い銅電着浴を用いた他は上記と全く同様にして厚さ６．
０μｍの電着銅層を得、次いで厚さ３．３μｍのセレン
を含む電着インジウム層を積層させた。そしてこの積層
体を上記と同様の方法で２００℃に１時間続いて４００
℃に１時間熱処理した太陽電池吸収層Ｂと、２００℃に
１時間続いて４００℃に３時間熱処理した太陽電池吸収
層Ｃとを製造した。
【００１８】これらの太陽電池吸収層の光電変換効率を
調べたところ、吸収層Ａが最も優れ、次いで吸収層Ｃが
よく、吸収層Ｂは最も効率が低かった。
調べたところ、吸収層Ａが最も優れ、次いで吸収層Ｃが
よく、吸収層Ｂは最も効率が低かった。
【００１９】
【発明の効果】本発明の太陽電池吸収層の製造方法によ
れば、銅、インジウム、セレンの３成分を含む１層以上
の薄層とからなる複数層構成の積層体中に銅−インジウ
ム−セレン三元合金の結晶核粒子を分散含有させてある
ために、厳しい条件で熱処理しなくても結晶性が優れて
光電変換効率が高い太陽電池吸収層を容易に製造するこ
とができる。
れば、銅、インジウム、セレンの３成分を含む１層以上
の薄層とからなる複数層構成の積層体中に銅−インジウ
ム−セレン三元合金の結晶核粒子を分散含有させてある
ために、厳しい条件で熱処理しなくても結晶性が優れて
光電変換効率が高い太陽電池吸収層を容易に製造するこ
とができる。
Claims (2)
- 【請求項１】 銅−インジウム−セレン三元合金結晶核
粒子を分散含有する銅、インジウム、又は銅−インジウ
ム二元合金の薄層を形成する工程と、セレン微粉末を分
散含有する銅、インジウム、又は銅−インジウム二元合
金の薄層、セレン微粉末を含有しない銅、インジウム、
又は銅−インジウム二元合金の薄層、及びセレンの薄層
から選ばれた少なくも一種の薄層を形成する工程とを少
なくも併用して、導電性基板上に銅、インジウム、及び
セレンの３成分を含む複数層構成の積層体を形成し、次
いで熱処理して該積層体を銅−インジウム−セレン三元
合金結晶層に転換することを特徴とする太陽電池吸収層
の製造方法。 - 【請求項２】 銅−インジウム−セレン三元合金結晶核
粒子を分散含有する銅、インジウム、又は銅−インジウ
ム二元合金の薄層を形成する工程、セレン微粉末を分散
含有する銅、インジウム、又は銅−インジウム二元合金
の薄層を形成する工程、及びセレン微粉末を含有しない
銅、インジウム、又は銅−インジウム二元合金の薄層を
形成する工程の少なくも一つが電着法を利用して薄層を
形成する工程である、請求項１記載の太陽電池吸収層の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5241126A JP2974107B2 (ja) | 1993-09-28 | 1993-09-28 | 太陽電池吸収層の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5241126A JP2974107B2 (ja) | 1993-09-28 | 1993-09-28 | 太陽電池吸収層の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0799330A JPH0799330A (ja) | 1995-04-11 |
| JP2974107B2 true JP2974107B2 (ja) | 1999-11-08 |
Family
ID=17069676
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5241126A Expired - Lifetime JP2974107B2 (ja) | 1993-09-28 | 1993-09-28 | 太陽電池吸収層の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2974107B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101853889B (zh) * | 2003-12-01 | 2012-07-04 | 加利福尼亚大学董事会 | 用于光伏器件的多频带半导体组合物 |
-
1993
- 1993-09-28 JP JP5241126A patent/JP2974107B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101853889B (zh) * | 2003-12-01 | 2012-07-04 | 加利福尼亚大学董事会 | 用于光伏器件的多频带半导体组合物 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0799330A (ja) | 1995-04-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990727 |