JP3077574B2 - 光電変換素子 - Google Patents
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池をはじめ
とする光電変換素子に関する。
とする光電変換素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】光電変換素子は、太陽光という無尽蔵な
エネルギーを利用するため化石燃料利用発電と異なり化
石燃料の枯渇の心配の無いこと、さらに燃焼の際に発生
する有害ガスなどの発生のないクリーンなエネルギーで
あることから、太陽電池としてまた各種光センサなどの
電子デバイス商品への利用が盛んとなっており、大きな
期待がかけられている。
エネルギーを利用するため化石燃料利用発電と異なり化
石燃料の枯渇の心配の無いこと、さらに燃焼の際に発生
する有害ガスなどの発生のないクリーンなエネルギーで
あることから、太陽電池としてまた各種光センサなどの
電子デバイス商品への利用が盛んとなっており、大きな
期待がかけられている。
【０００３】これら光電変換素子の材料としては、単結
晶、多結晶、あるいはアモルファスのシリコンやII−VI
族あるいはIII−Ｖ族化合物半導体、あるいは有機物半
導体などが挙げられ、中でも、化合物半導体はその多く
が直接遷移型の光吸収を示し、吸収係数が大きなこと、
シリコンに比べて禁制帯幅が広く高い変換効率が期待で
きること、高温動作時における効率の減少が小さく高集
光動作が可能であるなどの特徴をもっている。
晶、多結晶、あるいはアモルファスのシリコンやII−VI
族あるいはIII−Ｖ族化合物半導体、あるいは有機物半
導体などが挙げられ、中でも、化合物半導体はその多く
が直接遷移型の光吸収を示し、吸収係数が大きなこと、
シリコンに比べて禁制帯幅が広く高い変換効率が期待で
きること、高温動作時における効率の減少が小さく高集
光動作が可能であるなどの特徴をもっている。
【０００４】光電変換素子の一つである太陽電池では、
シリコン太陽電池がよく知られているが、製造コスト問
題がその市場性の拡大を阻害している。それに対し、硫
化カドミウム(CdS)層とテルル化カドミウム(CdTe)層よ
りなるCdS/CdTe系化合物太陽電池は、その製造法におい
てシリコン半導体製造プロセスに比べ、印刷方式による
製造工程もとることができるため極めて安価で、かつ大
面積化が可能であり、さらに作製した素子の変換効率は
17%にものぼることが理論的に示されていることから、
太陽電池市場の拡大が期待されている。
シリコン太陽電池がよく知られているが、製造コスト問
題がその市場性の拡大を阻害している。それに対し、硫
化カドミウム(CdS)層とテルル化カドミウム(CdTe)層よ
りなるCdS/CdTe系化合物太陽電池は、その製造法におい
てシリコン半導体製造プロセスに比べ、印刷方式による
製造工程もとることができるため極めて安価で、かつ大
面積化が可能であり、さらに作製した素子の変換効率は
17%にものぼることが理論的に示されていることから、
太陽電池市場の拡大が期待されている。
【０００５】CdS/CdTe系化合物太陽電池の製造法の一例
を、図２を用いて以下に説明する。まず、高融点のガラ
ス基板１上に約２０〜５０μｍの厚さの硫化カドミウム
層をスクリーン印刷法により塗布した後、７００℃の温
度で２時間、焼結を行い硫化カドミウム層３を作製す
る。この半導体層はｎ型であり、集電層を兼ねるものと
なる。続いて、テルル化カドミウム層を同様な手法で塗
布した後、６６０℃で焼結を行いテルル化カドミウム層
４を作製する。
を、図２を用いて以下に説明する。まず、高融点のガラ
ス基板１上に約２０〜５０μｍの厚さの硫化カドミウム
層をスクリーン印刷法により塗布した後、７００℃の温
度で２時間、焼結を行い硫化カドミウム層３を作製す
る。この半導体層はｎ型であり、集電層を兼ねるものと
なる。続いて、テルル化カドミウム層を同様な手法で塗
布した後、６６０℃で焼結を行いテルル化カドミウム層
４を作製する。
【０００６】しかる後、銅を混入させたカーボンペース
トをテルル化カドミウム層４上に塗布し、４００℃で２
時間焼結を行い、カーボンからなる集電体層６を設け
る。この焼成により、カーボンに含まれる銅はテルル化
カドミウム層４内に拡散し、アクセプターとして働き、
テルル化カドミウムはｐ型半導体となる。以上の様にし
てｐ−ｎ接合された化合物半導体太陽電池が構成され
る。
トをテルル化カドミウム層４上に塗布し、４００℃で２
時間焼結を行い、カーボンからなる集電体層６を設け
る。この焼成により、カーボンに含まれる銅はテルル化
カドミウム層４内に拡散し、アクセプターとして働き、
テルル化カドミウムはｐ型半導体となる。以上の様にし
てｐ−ｎ接合された化合物半導体太陽電池が構成され
る。
【０００７】このような本太陽電池の集電体材料として
はカーボンが一般に用いられ、実験的にはAu、Pt、Ni等仕
事関数の大きい材料も検討されている。しかし、これら
の材料は純粋状態では大きい仕事関数を示すが、実用雰
囲気で扱うと酸素、硫黄、水分等が吸着し、その表面状
態が変化し、多くの場合CdTe膜の仕事関数より小さくな
る。このため、接合面がショットキー障壁を構成してオ
ーミックとならず望ましい特性を与えないことから、従
来よりカーボンが用いられてきた。
はカーボンが一般に用いられ、実験的にはAu、Pt、Ni等仕
事関数の大きい材料も検討されている。しかし、これら
の材料は純粋状態では大きい仕事関数を示すが、実用雰
囲気で扱うと酸素、硫黄、水分等が吸着し、その表面状
態が変化し、多くの場合CdTe膜の仕事関数より小さくな
る。このため、接合面がショットキー障壁を構成してオ
ーミックとならず望ましい特性を与えないことから、従
来よりカーボンが用いられてきた。
【０００８】その他、CdS/CdTe系化合物太陽電池と同様
な手法で製造可能な太陽電池としてCdS/Cu2S系太陽電池
が存在する。この太陽電池の場合、Cu2Sが電子伝導性に
優れているため集電体との接合は容易となるが、電池動
作中あるいは保存中において銅イオンがセル内を拡散
し、集電体表面に析出したり、あるいはCdS層内に入る
ことにより、CdS層の抵抗が増大し、電池作動特性を劣
化させることが知られており、今日ではCdS/CdTe系化合
物太陽電池が主に検討されている。
な手法で製造可能な太陽電池としてCdS/Cu2S系太陽電池
が存在する。この太陽電池の場合、Cu2Sが電子伝導性に
優れているため集電体との接合は容易となるが、電池動
作中あるいは保存中において銅イオンがセル内を拡散
し、集電体表面に析出したり、あるいはCdS層内に入る
ことにより、CdS層の抵抗が増大し、電池作動特性を劣
化させることが知られており、今日ではCdS/CdTe系化合
物太陽電池が主に検討されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】前記のように化合物太
陽電池においては、集電体層としてカーボンが一般に用
いられる。例えば、CdS/CdTe化合物太陽電池を例にとる
と、CdTe層面とカーボン集電体との接合において、Cuを
ドーピングしたCdTe膜の仕事関数を測定すると約５．０
３ｅＶを示し、ドーパントを含むカーボン層の仕事関数
は４．７ｅＶを示す。この結果、CdTe層とカーボン集電
体との接合面はショットキー障壁を形成し、オーミック
とはらず、変換効率を低下させていた。このため接合面
を改善することにより高効率化が可能であることが判明
した。
陽電池においては、集電体層としてカーボンが一般に用
いられる。例えば、CdS/CdTe化合物太陽電池を例にとる
と、CdTe層面とカーボン集電体との接合において、Cuを
ドーピングしたCdTe膜の仕事関数を測定すると約５．０
３ｅＶを示し、ドーパントを含むカーボン層の仕事関数
は４．７ｅＶを示す。この結果、CdTe層とカーボン集電
体との接合面はショットキー障壁を形成し、オーミック
とはらず、変換効率を低下させていた。このため接合面
を改善することにより高効率化が可能であることが判明
した。
【００１０】本発明は、ｐ型化合物半導体と集電体との
接合問題を解決することにより、変換効率の高い光電変
換素子を提供することを目的とする。
接合問題を解決することにより、変換効率の高い光電変
換素子を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明はｐ型化合物半導体と集電体層の間にシェブ
レル相化合物が接合された構造の光電変換素子とする。
に、本発明はｐ型化合物半導体と集電体層の間にシェブ
レル相化合物が接合された構造の光電変換素子とする。
【００１２】さらにシェブレル相化合物としては、MxMo
6A8-y（Aは硫黄、セレン、テルルより選ばれる１種類以
上のカルコゲン元素、xは4以下の非化学量、yはカルコ
ゲンの欠損量）で表され、かつMが銅、銀、水銀より選
ばれる元素を主体とする少なくとも一種類の元素よりな
るものを用いる。
6A8-y（Aは硫黄、セレン、テルルより選ばれる１種類以
上のカルコゲン元素、xは4以下の非化学量、yはカルコ
ゲンの欠損量）で表され、かつMが銅、銀、水銀より選
ばれる元素を主体とする少なくとも一種類の元素よりな
るものを用いる。
【００１３】また、シェブレル相化合物としては、MxMo
6A8-y（Aは硫黄、セレン、テルルより選ばれる１種類以
上のカルコゲン元素、xは4以下の非化学量、yはカルコ
ゲンの欠損量）で表され、かつMがカドミウム、アンチ
モン、テルル、インジウムより選ばれる元素を主体とす
る少なくとも一種類の元素よりなるものを用いる。
6A8-y（Aは硫黄、セレン、テルルより選ばれる１種類以
上のカルコゲン元素、xは4以下の非化学量、yはカルコ
ゲンの欠損量）で表され、かつMがカドミウム、アンチ
モン、テルル、インジウムより選ばれる元素を主体とす
る少なくとも一種類の元素よりなるものを用いる。
【００１４】上記発明によれば、変換効率の高い光電変
換素子が得られる。
換素子が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の光電変換素子は、ｐ型化
合物半導体と集電体層の間にシェブレル相化合物を接合
した構成のものである。
合物半導体と集電体層の間にシェブレル相化合物を接合
した構成のものである。
【００１６】シェブレル相化合物は、Mo6A8（A：カルコ
ゲン元素）のクラスターが三次元格子を形成しており、
このクラスター間のイオンサイトを銅、銀などのカチオ
ンが占めた構造となっており、カチオンはこのMo6A8よ
り形成される三次元網目状構造の間を拡散することがで
きる。また、シェブレル相化合物は電子伝導性も大き
く、その結果電子−イオン混合導電体として作用する。
ゲン元素）のクラスターが三次元格子を形成しており、
このクラスター間のイオンサイトを銅、銀などのカチオ
ンが占めた構造となっており、カチオンはこのMo6A8よ
り形成される三次元網目状構造の間を拡散することがで
きる。また、シェブレル相化合物は電子伝導性も大き
く、その結果電子−イオン混合導電体として作用する。
【００１７】例えば、CdTe層上にシェブレル相化合物層
として銅シェブレル相化合物（例えばCuxMo6S8）層を接
合し焼成すると、CdTe層に銅を容易に拡散させ、ｐ型半
導体に変化させることができる。CdTeをｐ型半導体に変
化させるために必要なドーパントとしての銅は数ｐｐｍ
〜数１０ｐｐｍの極めて少量でよく、その結果、銅の組
成比によっても異なるが、CdTe表面に残存するシェブレ
ル層化合物は仕事関数が５ｅＶ前後の低抵抗の半導体層
となり、CdTe層との接合が極めて良好な状態となる。
として銅シェブレル相化合物（例えばCuxMo6S8）層を接
合し焼成すると、CdTe層に銅を容易に拡散させ、ｐ型半
導体に変化させることができる。CdTeをｐ型半導体に変
化させるために必要なドーパントとしての銅は数ｐｐｍ
〜数１０ｐｐｍの極めて少量でよく、その結果、銅の組
成比によっても異なるが、CdTe表面に残存するシェブレ
ル層化合物は仕事関数が５ｅＶ前後の低抵抗の半導体層
となり、CdTe層との接合が極めて良好な状態となる。
【００１８】このような目的で選択されるシェブレル相
化合物としては、CdTeへドーパントを導入する必要よ
り、カチオンの拡散に優れたものが好ましい。一般に、
シェブレル相化合物はMxMo6A8-y（Aは硫黄、セレン、テ
ルルより選ばれる１種類以上のカルコゲン元素、xは4以
下の非化学量、yはカルコゲンの欠損量）で表される
が、Mとしては形式電荷が+1価のカチオンがシェブレル
相化合物中での拡散が特に速く、そのためMとしては+1
価のカチオンとなり得る銅、銀、水銀より選ばれる元素
を主体とする少なくとも一種類の元素よりなるものが特
に好ましく用いられる。
化合物としては、CdTeへドーパントを導入する必要よ
り、カチオンの拡散に優れたものが好ましい。一般に、
シェブレル相化合物はMxMo6A8-y（Aは硫黄、セレン、テ
ルルより選ばれる１種類以上のカルコゲン元素、xは4以
下の非化学量、yはカルコゲンの欠損量）で表される
が、Mとしては形式電荷が+1価のカチオンがシェブレル
相化合物中での拡散が特に速く、そのためMとしては+1
価のカチオンとなり得る銅、銀、水銀より選ばれる元素
を主体とする少なくとも一種類の元素よりなるものが特
に好ましく用いられる。
【００１９】また、CdTeへのMのドープ量は先に述べた
ようにごく少量であることから、+1価のカチオンとなり
得ないものについても高温でドーパントを拡散させるこ
とで同様の効果を引き起こすことができる。このような
元素としては、カドミウム、アンチモン、テルル、イン
ジウムより選ばれる元素を主体とする少なくとも一種類
の元素よりなるものが特に好ましく用いられる。
ようにごく少量であることから、+1価のカチオンとなり
得ないものについても高温でドーパントを拡散させるこ
とで同様の効果を引き起こすことができる。このような
元素としては、カドミウム、アンチモン、テルル、イン
ジウムより選ばれる元素を主体とする少なくとも一種類
の元素よりなるものが特に好ましく用いられる。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参考にしなが
ら詳細に説明する。
ら詳細に説明する。
【００２１】（実施例１）本実施例においては、シェブ
レル相化合物としてCu2Mo6S8で表される銅シェブレル層
化合物を用い、光電変換素子としてCdS/CdTe太陽電池を
構成した例について図１を用いて説明を行う。
レル相化合物としてCu2Mo6S8で表される銅シェブレル層
化合物を用い、光電変換素子としてCdS/CdTe太陽電池を
構成した例について図１を用いて説明を行う。
【００２２】まず、酸化スズからなる透明電極２（伝導
率Ca,10Ω／ｃｍ2、光透過率９８％）を備えた透明ガラ
ス基板１上に５００Åの厚さのCdS層３をジエチルジチ
オカーバマトカドミウム錯体を３５０℃１分間加熱分解
することにより形成した。続いて、CdS層３上に近接昇
華法にてCdTe層４を３０００Åの厚さに形成し、その後
銅シェブレル相化合物層であるCu2Mo6S8層５を１００Å
になるようスッパタ蒸着法により形成した。最後に、カ
ーボンペーストを塗布し、１５０℃で加熱硬化させカー
ボンからなる集電体層６を形成し、銀ペースト７でリー
ド線８を装着して光電変換素子Ａを構成した。
率Ca,10Ω／ｃｍ2、光透過率９８％）を備えた透明ガラ
ス基板１上に５００Åの厚さのCdS層３をジエチルジチ
オカーバマトカドミウム錯体を３５０℃１分間加熱分解
することにより形成した。続いて、CdS層３上に近接昇
華法にてCdTe層４を３０００Åの厚さに形成し、その後
銅シェブレル相化合物層であるCu2Mo6S8層５を１００Å
になるようスッパタ蒸着法により形成した。最後に、カ
ーボンペーストを塗布し、１５０℃で加熱硬化させカー
ボンからなる集電体層６を形成し、銀ペースト７でリー
ド線８を装着して光電変換素子Ａを構成した。
【００２３】このようにして得た光電変換素子１の変換
効率を疑似太陽光下で測定したところ、変換効率は15.9
5%の値を示した。
効率を疑似太陽光下で測定したところ、変換効率は15.9
5%の値を示した。
【００２４】比較のために、CdTe層を形成した後、銅シ
ェブレル相化合物の層を設けないで酸化銅粒子を２０ｐ
ｐｍ含むカーボンペーストを塗布し４００℃で加熱硬化
させた集電体を用いた従来法による光電変換素子を構成
し、その変換効率を測定したところ14.87%の値を示し
た。
ェブレル相化合物の層を設けないで酸化銅粒子を２０ｐ
ｐｍ含むカーボンペーストを塗布し４００℃で加熱硬化
させた集電体を用いた従来法による光電変換素子を構成
し、その変換効率を測定したところ14.87%の値を示し
た。
【００２５】また、光電変換素子１で用いたCu2Mo6S8で
表される銅シェブレル相化合物に代えて、（表１）に示
すシェブレル相化合物を用いた以外は光電変換素子１と
同様にして光電変換素子２〜８を構成した。これらの光
電変換素子の変換効率を疑似太陽光下で測定した結果を
（表１）に示す。
表される銅シェブレル相化合物に代えて、（表１）に示
すシェブレル相化合物を用いた以外は光電変換素子１と
同様にして光電変換素子２〜８を構成した。これらの光
電変換素子の変換効率を疑似太陽光下で測定した結果を
（表１）に示す。
【００２６】
【表１】
【００２７】以上の結果より、本発明によると高効率の
光電変換素子が得られることがわかった。
光電変換素子が得られることがわかった。
【００２８】（実施例２）本実施例においては、実施例
１の光電変換素子１で用いた材料と同じ材料を用い、印
刷法により光電変換素子を形成した例について説明を行
う。
１の光電変換素子１で用いた材料と同じ材料を用い、印
刷法により光電変換素子を形成した例について説明を行
う。
【００２９】まず、CdS粉末に融剤としてCdCl2とプロピ
レングリコールを混合したペーストを透明電極を形成し
たガラス基板上に塗布し、乾燥後焼成することでCdS層
を形成した。次に、CdS層上にCdとTeを混合したペース
トを印刷し焼成することによりCdTe層を形成した。その
後、銅シェブレル相化合物を混合したペーストを印刷焼
成することで銅シェブレル相化合物層を形成するととも
に、銅をCdTe層中に拡散させCdTe層をp型半導体とし
た。
レングリコールを混合したペーストを透明電極を形成し
たガラス基板上に塗布し、乾燥後焼成することでCdS層
を形成した。次に、CdS層上にCdとTeを混合したペース
トを印刷し焼成することによりCdTe層を形成した。その
後、銅シェブレル相化合物を混合したペーストを印刷焼
成することで銅シェブレル相化合物層を形成するととも
に、銅をCdTe層中に拡散させCdTe層をp型半導体とし
た。
【００３０】このようにして得た光電変換素子９の変換
効率を疑似太陽光下で測定したところ、変換効率は11.9
8%の値を示した。
効率を疑似太陽光下で測定したところ、変換効率は11.9
8%の値を示した。
【００３１】比較のために、CdTe層を形成したのち銅シ
ェブレル相化合物層を形成せずに、銅微粉末を混合した
カーボン電極をスクリーン印刷により形成した後、375
℃で銅をCdTe層中に拡散させCdTe層をp型半導体とし光
電変換素子を構成した。このようにして得られた光電変
換素子の変換効率を測定したところ9.87%の値を示し
た。
ェブレル相化合物層を形成せずに、銅微粉末を混合した
カーボン電極をスクリーン印刷により形成した後、375
℃で銅をCdTe層中に拡散させCdTe層をp型半導体とし光
電変換素子を構成した。このようにして得られた光電変
換素子の変換効率を測定したところ9.87%の値を示し
た。
【００３２】また、光電変換素子９で用いたCu2Mo6S8で
表される銅シェブレル相化合物に代えて、（表２）に示
すシェブレル相化合物を用いた以外は光電変換素子９と
同様にして光電変換素子１０〜１１を構成した。これら
の光電変換素子の変換効率を疑似太陽光下で測定した結
果を（表２）に示す。
表される銅シェブレル相化合物に代えて、（表２）に示
すシェブレル相化合物を用いた以外は光電変換素子９と
同様にして光電変換素子１０〜１１を構成した。これら
の光電変換素子の変換効率を疑似太陽光下で測定した結
果を（表２）に示す。
【００３３】
【表２】
【００３４】以上のことより、本発明によると高効率の
光電変換素子が得られることがわかった。
光電変換素子が得られることがわかった。
【００３５】（実施例３）本実施例においては、実施例
１で用いた集電体材料のカーボンに代えてニッケル金属
を用いた以外、実施例１の光電変換素子１と同様にして
太陽電池を構成した。ここで、ニッケル集電体の形成方
法は無電解ニッケルめっき法を用いた。即ち、Cu2Mo6S8
を形成した後、該基板を塩化白金酸溶液中に浸漬し、Cu
2Mo6S8の一部を白金に置換した後、該基板を水洗し、つ
づいて無電解ニッケルめっき浴中に浸漬することによ
り、ニッケル金属層を形成した。ニッケルめっきは５μ
ｍの厚さになるよう浸漬時間を調整した。
１で用いた集電体材料のカーボンに代えてニッケル金属
を用いた以外、実施例１の光電変換素子１と同様にして
太陽電池を構成した。ここで、ニッケル集電体の形成方
法は無電解ニッケルめっき法を用いた。即ち、Cu2Mo6S8
を形成した後、該基板を塩化白金酸溶液中に浸漬し、Cu
2Mo6S8の一部を白金に置換した後、該基板を水洗し、つ
づいて無電解ニッケルめっき浴中に浸漬することによ
り、ニッケル金属層を形成した。ニッケルめっきは５μ
ｍの厚さになるよう浸漬時間を調整した。
【００３６】このようにして得た光電変換素子の変換効
率を疑似太陽光下で測定したところ、変換効率は16.03%
の値を示した。
率を疑似太陽光下で測定したところ、変換効率は16.03%
の値を示した。
【００３７】比較のために、CdTe層を形成した後、銅シ
ェブレル相化合物層を形成せずに、酸化銅粒子を２０ｐ
ｐｍ含むカーボンペーストを塗布し４００℃で加熱硬化
させた集電体を用いる従来法による光電変換素子を構成
し、その変換効率を測定したところ14.87%の値を示し
た。
ェブレル相化合物層を形成せずに、酸化銅粒子を２０ｐ
ｐｍ含むカーボンペーストを塗布し４００℃で加熱硬化
させた集電体を用いる従来法による光電変換素子を構成
し、その変換効率を測定したところ14.87%の値を示し
た。
【００３８】以上のことより、本発明によると高効率の
光電変換素子が得られることがわかった。
光電変換素子が得られることがわかった。
【００３９】（実施例４）本実施例においては、実施例
１で作製した光電変換素子においてCdS層を設けないSnO
2/CdTe系光電変換素子を構成した以外、実施例１の光電
変換素子１と同様にして光電変換素子を作製した。
１で作製した光電変換素子においてCdS層を設けないSnO
2/CdTe系光電変換素子を構成した以外、実施例１の光電
変換素子１と同様にして光電変換素子を作製した。
【００４０】得られた光電変換素子の変換効率を疑似太
陽光下で測定したところ、変換効率は13.44%の値を示し
た。
陽光下で測定したところ、変換効率は13.44%の値を示し
た。
【００４１】比較のために、CdTe層を形成した後、銅シ
ェブレル相化合物層を形成せずに、酸化銅粒子を２０ｐ
ｐｍ含むカーボンペーストを塗布し４００℃で加熱硬化
させた集電体を用いた従来法による光電変換素子を構成
し、その変換効率を測定したところ10.87%の値を示し
た。
ェブレル相化合物層を形成せずに、酸化銅粒子を２０ｐ
ｐｍ含むカーボンペーストを塗布し４００℃で加熱硬化
させた集電体を用いた従来法による光電変換素子を構成
し、その変換効率を測定したところ10.87%の値を示し
た。
【００４２】以上のことより、本発明によると高効率の
光電変換素子が得られることがわかった。
光電変換素子が得られることがわかった。
【００４３】（実施例５）本実施例においては、実施例
１で作製した光電変換素子のCdTe層に代えてCuInSe2を
用いた以外、実施例１の光電変換素子１と同様にして光
電変換素子を作製した。
１で作製した光電変換素子のCdTe層に代えてCuInSe2を
用いた以外、実施例１の光電変換素子１と同様にして光
電変換素子を作製した。
【００４４】得られた光電変換素子の変換効率を疑似太
陽光下で測定したところ、変換効率は12.50%の値を示し
た。
陽光下で測定したところ、変換効率は12.50%の値を示し
た。
【００４５】比較のために、CuInSe2層を形成した後、
銅シェブレル相化合物層を形成せずに、酸化銅粒子を２
０ｐｐｍ含むカーボンペーストを塗布し４００℃で加熱
硬化させた集電体を用いた従来法による光電変換素子を
構成し、その変換効率を測定したところ10.65%の値が得
られた。
銅シェブレル相化合物層を形成せずに、酸化銅粒子を２
０ｐｐｍ含むカーボンペーストを塗布し４００℃で加熱
硬化させた集電体を用いた従来法による光電変換素子を
構成し、その変換効率を測定したところ10.65%の値が得
られた。
【００４６】以上のことより、本発明によると高効率の
光電変換素子が得られることがわかった。
光電変換素子が得られることがわかった。
【００４７】（実施例６）本実施例においては、実施例
１で作製した光電変換素子のCdTe層に代えてInPを用い
た以外、実施例１との光電変換素子１と同様にして光電
変換素子を作製した。
１で作製した光電変換素子のCdTe層に代えてInPを用い
た以外、実施例１との光電変換素子１と同様にして光電
変換素子を作製した。
【００４８】得られた光電変換素子の変換効率を疑似太
陽光下で測定したところ、変換効率は16.13%の値を示し
た。
陽光下で測定したところ、変換効率は16.13%の値を示し
た。
【００４９】比較のために、InP層を形成した後、銅シ
ェブレル相化合物層を形成せずに、酸化銅粒子を２０ｐ
ｐｍ含むカーボンペーストを塗布し４００℃で加熱硬化
させた集電体を用いた従来法による光電変換素子を構成
し、その変換効率を測定したところ14.72%の値が得られ
た。
ェブレル相化合物層を形成せずに、酸化銅粒子を２０ｐ
ｐｍ含むカーボンペーストを塗布し４００℃で加熱硬化
させた集電体を用いた従来法による光電変換素子を構成
し、その変換効率を測定したところ14.72%の値が得られ
た。
【００５０】以上のことより、本発明によると高効率の
光電変換素子が得られることがわかった。
光電変換素子が得られることがわかった。
【００５１】（実施例７）本実施例においては、実施例
１と同様に有機カドミウム硫化物錯体としてジエチルジ
チオカーバマトカドミウム錯体（DEDTCC）を用いCdS層
を形成し、めっき法によりCd層とTe層を交互に形成し、
光電変換素子を構成した例について説明を行う。
１と同様に有機カドミウム硫化物錯体としてジエチルジ
チオカーバマトカドミウム錯体（DEDTCC）を用いCdS層
を形成し、めっき法によりCd層とTe層を交互に形成し、
光電変換素子を構成した例について説明を行う。
【００５２】CdS層は、実施例１と同様の方法で形成し
た。このCdS層上に下記のめっき法によりCd層とTe層を
交互に形成した。まず、CdS層上にCd層を形成した。そ
の際、めっき液としてはCdSO4水溶液を用い、陽極とし
ては金属Cdのロッドを用いた。続いて、Cd層上にTe層を
形成した。その際、めっき液としてはテルル化水素の飽
和水溶液を用い、Cd層を形成した基板を陽極に、陰極に
金属テルルのロッドを用いた。以上のCd層の形成ならび
にTe層の形成を繰り返し行うことでCdS層上にCd層とTe
層を交互に形成した。
た。このCdS層上に下記のめっき法によりCd層とTe層を
交互に形成した。まず、CdS層上にCd層を形成した。そ
の際、めっき液としてはCdSO4水溶液を用い、陽極とし
ては金属Cdのロッドを用いた。続いて、Cd層上にTe層を
形成した。その際、めっき液としてはテルル化水素の飽
和水溶液を用い、Cd層を形成した基板を陽極に、陰極に
金属テルルのロッドを用いた。以上のCd層の形成ならび
にTe層の形成を繰り返し行うことでCdS層上にCd層とTe
層を交互に形成した。
【００５３】その後銅シェブレル相化合物層を実施例１
の光電変換素子１と同様にして設けると同時に、銅をCd
Te中に拡散させCdTe層をp型とした。続いて、カーボン
電極をスクリーン印刷により形成し、１５０℃で加熱硬
化し集電体層を形成した。
の光電変換素子１と同様にして設けると同時に、銅をCd
Te中に拡散させCdTe層をp型とした。続いて、カーボン
電極をスクリーン印刷により形成し、１５０℃で加熱硬
化し集電体層を形成した。
【００５４】得られた光電変換素子の変換効率を疑似太
陽光下で測定したところ、変換効率は16.00%の値を示し
た。
陽光下で測定したところ、変換効率は16.00%の値を示し
た。
【００５５】比較のために、CdTe層を形成した後、銅シ
ェブレル相化合物層を形成せずに、酸化銅粒子を２０ｐ
ｐｍ含むカーボンペーストをCdTe層に塗布し、４００℃
で加熱硬化させた集電体を用いた従来法による光電変換
素子を構成し、その変換効率を測定したところ14.78%の
値が得られた。
ェブレル相化合物層を形成せずに、酸化銅粒子を２０ｐ
ｐｍ含むカーボンペーストをCdTe層に塗布し、４００℃
で加熱硬化させた集電体を用いた従来法による光電変換
素子を構成し、その変換効率を測定したところ14.78%の
値が得られた。
【００５６】以上のことより、本発明によると高効率の
光電変換素子が得られることがわかった。
光電変換素子が得られることがわかった。
【００５７】（実施例８）本実施例においては、実施例
１と同様に有機カドミウム硫化物錯体としてジエチルジ
チオカーバマトカドミウム錯体（DEDTCC）を用いCdS層
を形成し、めっき法によりCd層とTe層を交互に形成し、
光電変換素子を構成した例について説明を行う。
１と同様に有機カドミウム硫化物錯体としてジエチルジ
チオカーバマトカドミウム錯体（DEDTCC）を用いCdS層
を形成し、めっき法によりCd層とTe層を交互に形成し、
光電変換素子を構成した例について説明を行う。
【００５８】CdS層は、実施例１と同様の方法で形成し
た。このCdS層上に下記のめっき法によりCd層とTe層を
交互に形成した。Cd層の形成は実施例７と同様の方法で
行った。続いて、Cd層上にTe層を形成した。その際、め
っき液としてはTeO2の飽和水溶液を用い、Cd層を形成し
た基板を陰極に、陽極に金属テルルのロッドを用いた。
以上のCd層の形成ならびにTe層の形成を繰り返し行うこ
とでCdS層上にCd層とTe層を交互に形成した。
た。このCdS層上に下記のめっき法によりCd層とTe層を
交互に形成した。Cd層の形成は実施例７と同様の方法で
行った。続いて、Cd層上にTe層を形成した。その際、め
っき液としてはTeO2の飽和水溶液を用い、Cd層を形成し
た基板を陰極に、陽極に金属テルルのロッドを用いた。
以上のCd層の形成ならびにTe層の形成を繰り返し行うこ
とでCdS層上にCd層とTe層を交互に形成した。
【００５９】その後銅シェブレル相化合物層を実施例１
の光電変換素子１と同様にして設けると同時に、銅をCd
Te中に拡散させCdTe層をp型とした。続いて、カーボン
電極をスクリーン印刷により形成し、１５０℃で加熱硬
化し集電体層を形成した。
の光電変換素子１と同様にして設けると同時に、銅をCd
Te中に拡散させCdTe層をp型とした。続いて、カーボン
電極をスクリーン印刷により形成し、１５０℃で加熱硬
化し集電体層を形成した。
【００６０】得られた光電変換素子の変換効率を疑似太
陽光下で測定したところ、変換効率は15.00%の値を示し
た。
陽光下で測定したところ、変換効率は15.00%の値を示し
た。
【００６１】以上のことより、本発明によると高効率の
光電変換素子が得られることがわかった。
光電変換素子が得られることがわかった。
【００６２】なお、本実施例においては、シェブレル相
化合物として銅シェブレル化合物など特に好ましい特性
を与えるものについて説明を行ったが、その他MxMo6A
8-yで表されるシェブレル相化合物のカチオンMの組成比
の異なったもの、カルコゲンの不定比の異なったもの、
また、リチウムシェブレル相化合物などカチオンMを代
えたものなどについても効果が得られ、本発明はシェブ
レル相化合物として本実施例で説明を行ったものに限定
されるものでない。
化合物として銅シェブレル化合物など特に好ましい特性
を与えるものについて説明を行ったが、その他MxMo6A
8-yで表されるシェブレル相化合物のカチオンMの組成比
の異なったもの、カルコゲンの不定比の異なったもの、
また、リチウムシェブレル相化合物などカチオンMを代
えたものなどについても効果が得られ、本発明はシェブ
レル相化合物として本実施例で説明を行ったものに限定
されるものでない。
【００６３】また、本実施例においては、光電変換素子
のｎ型半導体としてCdS、ｐ型半導体としてCdTeなどを
用いた光電変換素子についてのみ説明を行ったが、その
他ｎ型半導体としてｎ型テルル化カドミウム、酸化ス
ズ、酸化インジウム、酸化亜鉛など、またｐ型半導体と
してテルル化亜鉛、銅硫化インジウム、銅ガリウムセレ
ナイド、銅ガリウムインジウムセレナイドなどを用いた
場合でも同様の効果が得られ、本発明は光電変換素子を
構成する半導体として本実施で説明を行ったものに限定
されるものではない。
のｎ型半導体としてCdS、ｐ型半導体としてCdTeなどを
用いた光電変換素子についてのみ説明を行ったが、その
他ｎ型半導体としてｎ型テルル化カドミウム、酸化ス
ズ、酸化インジウム、酸化亜鉛など、またｐ型半導体と
してテルル化亜鉛、銅硫化インジウム、銅ガリウムセレ
ナイド、銅ガリウムインジウムセレナイドなどを用いた
場合でも同様の効果が得られ、本発明は光電変換素子を
構成する半導体として本実施で説明を行ったものに限定
されるものではない。
【００６４】また、本実施例においては、p型半導体側
の集電体としてとしてカーボン、ニッケルなどを用いた
光電変換素子について説明を行ったが、その他集電体と
して白金や電子導電性高分子などについても同様の効果
が得られ、本発明は光電変換素子に用いられる集電体と
して実施例で説明を行ったものに限定されるものではな
い。
の集電体としてとしてカーボン、ニッケルなどを用いた
光電変換素子について説明を行ったが、その他集電体と
して白金や電子導電性高分子などについても同様の効果
が得られ、本発明は光電変換素子に用いられる集電体と
して実施例で説明を行ったものに限定されるものではな
い。
【００６５】
【発明の効果】このように本発明によれば、少なくとも
ｐ型化合物半導体と集電体層を有する構成の光電変換素
子において、ｐ型化合物半導体と集電体層の間にシェブ
レル相化合物が接合された構造とすることで、高い変換
効率を示す光電変換素子を得ることができた。
ｐ型化合物半導体と集電体層を有する構成の光電変換素
子において、ｐ型化合物半導体と集電体層の間にシェブ
レル相化合物が接合された構造とすることで、高い変換
効率を示す光電変換素子を得ることができた。
【００６６】さらにシェブレル相化合物として、MxMo6A
8-y（Aは硫黄、セレン、テルルより選ばれる１種類以上
のカルコゲン元素、xは4以下の非化学量、yはカルコゲ
ンの欠損量）で表され、かつMが銅、銀、水銀より選ば
れる元素を主体とする少なくとも一種類の元素よりなる
ものを用いることで、特に高い変換効率を示す光電変換
素子を得ることができた。
8-y（Aは硫黄、セレン、テルルより選ばれる１種類以上
のカルコゲン元素、xは4以下の非化学量、yはカルコゲ
ンの欠損量）で表され、かつMが銅、銀、水銀より選ば
れる元素を主体とする少なくとも一種類の元素よりなる
ものを用いることで、特に高い変換効率を示す光電変換
素子を得ることができた。
【００６７】また、Mがカドミウム、アンチモン、テル
ル、インジウムより選ばれる元素を主体とする少なくと
も一種類の元素よりなるものを用いることで、高い変換
効率を示す光電変換素子を得ることができた。
ル、インジウムより選ばれる元素を主体とする少なくと
も一種類の元素よりなるものを用いることで、高い変換
効率を示す光電変換素子を得ることができた。
【図１】本発明の一実施例における光電変換素子の断面
の概念図
の概念図
【図２】従来例における光電変換素子の断面の概念図
【符号の説明】 １ ガラス基板 ２ 透明電極 ３ 硫化カドミ層 ４ テルル化カドミ層 ５ Ｃｕ2Ｍｏ6Ｓ8層 ６ カーボン層 ７ 銀ペースト ８ リード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−221348（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−262673（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−53465（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 31/04 - 31/078
Claims (3)
- 【請求項１】 少なくともｐ型化合物半導体と集電体層
を有する構成の光電変換素子において、ｐ型化合物半導
体と集電体層の間にシェブレル相化合物が接合された構
造であることを特徴とする光電変換素子。 - 【請求項２】 請求項１記載のシェブレル相化合物がMx
Mo6A8-y（Aは硫黄、セレン、テルルより選ばれる１種類
以上のカルコゲン元素、xは4以下の非化学量、yはカル
コゲンの欠損量）で表され、かつMが銅、銀、水銀より
選ばれる元素を主体とする少なくとも一種類の元素より
なることを特徴とする請求項１記載の光電変換素子。 - 【請求項３】 請求項１記載のシェブレル相化合物がMx
Mo6A8-y（Aは硫黄、セレン、テルルより選ばれる１種類
以上のカルコゲン元素、xは4以下の非化学量、yはカル
コゲンの欠損量）で表され、かつMがカドミウム、アン
チモン、テルル、インジウムより選ばれる元素を主体と
する少なくとも一種類の元素よりなることを特徴とする
請求項１記載の光電変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07308704A JP3077574B2 (ja) | 1995-11-28 | 1995-11-28 | 光電変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07308704A JP3077574B2 (ja) | 1995-11-28 | 1995-11-28 | 光電変換素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09148595A JPH09148595A (ja) | 1997-06-06 |
| JP3077574B2 true JP3077574B2 (ja) | 2000-08-14 |
Family
ID=17984283
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07308704A Expired - Fee Related JP3077574B2 (ja) | 1995-11-28 | 1995-11-28 | 光電変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3077574B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001009959A1 (en) * | 1999-07-29 | 2001-02-08 | Matsushita Battery Industrial Co., Ltd. | Solar cell module |
-
1995
- 1995-11-28 JP JP07308704A patent/JP3077574B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09148595A (ja) | 1997-06-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |