JP3434259B2 - 太陽電池 - Google Patents
太陽電池Info
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- JP3434259B2 JP3434259B2 JP2000057481A JP2000057481A JP3434259B2 JP 3434259 B2 JP3434259 B2 JP 3434259B2 JP 2000057481 A JP2000057481 A JP 2000057481A JP 2000057481 A JP2000057481 A JP 2000057481A JP 3434259 B2 JP3434259 B2 JP 3434259B2
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- Japan
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- solar cell
- film
- layer
- electron affinity
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- 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
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池に関し、
特にたとえば、Ｉｂ族とIIIｂ族とVIｂ族とを含む化合
物半導体層を光吸収層とする太陽電池に関する。
特にたとえば、Ｉｂ族とIIIｂ族とVIｂ族とを含む化合
物半導体層を光吸収層とする太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｉｂ族元素、IIIｂ族元素およびVIｂ族
元素からなる化合物半導体薄膜（カルコパイライト構造
半導体薄膜）であるＣｕＩｎＳｅ2膜（以下、ＣＩＳ膜
という場合がある）あるいはＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2
膜（以下、ＣＩＧＳ膜という場合がある）を光吸収層に
用いた薄膜太陽電池は、高いエネルギー変換効率を示
し、光照射等による効率の劣化がないため、注目されて
いる。
元素からなる化合物半導体薄膜（カルコパイライト構造
半導体薄膜）であるＣｕＩｎＳｅ2膜（以下、ＣＩＳ膜
という場合がある）あるいはＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2
膜（以下、ＣＩＧＳ膜という場合がある）を光吸収層に
用いた薄膜太陽電池は、高いエネルギー変換効率を示
し、光照射等による効率の劣化がないため、注目されて
いる。
【０００３】太陽電池では、理論的に、光吸収層の禁制
帯幅が１．４ｅＶ〜１．５ｅＶの範囲内であるときに、
最も高い変換効率が得られるとされている。ＣＩＧＳ膜
を用いた太陽電池の場合は、ＧａとＩｎの比率を変える
ことによって禁制帯幅を制御することが可能であり、Ｇ
ａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）の原子数比が０．５〜０．８のとき
に、禁制帯幅が１．４ｅＶ〜１．５ｅＶとなる。
帯幅が１．４ｅＶ〜１．５ｅＶの範囲内であるときに、
最も高い変換効率が得られるとされている。ＣＩＧＳ膜
を用いた太陽電池の場合は、ＧａとＩｎの比率を変える
ことによって禁制帯幅を制御することが可能であり、Ｇ
ａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）の原子数比が０．５〜０．８のとき
に、禁制帯幅が１．４ｅＶ〜１．５ｅＶとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現在の
ＣＩＧＳ太陽電池では、ＣＩＧＳ膜の禁制帯幅が１．２
ｅＶ〜１．３ｅＶの範囲（これは、Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇ
ａ）の原子数比が０．２〜０．３であるＣＩＧＳ膜に対
応する）で最も高い変換効率が得られる。現在のＣＩＧ
Ｓ太陽電池では、Ｇａ濃度を増加させてＣＩＧＳ膜の禁
制帯幅を広げても、理論とは逆に変換効率が低下すると
いう問題がある。
ＣＩＧＳ太陽電池では、ＣＩＧＳ膜の禁制帯幅が１．２
ｅＶ〜１．３ｅＶの範囲（これは、Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇ
ａ）の原子数比が０．２〜０．３であるＣＩＧＳ膜に対
応する）で最も高い変換効率が得られる。現在のＣＩＧ
Ｓ太陽電池では、Ｇａ濃度を増加させてＣＩＧＳ膜の禁
制帯幅を広げても、理論とは逆に変換効率が低下すると
いう問題がある。
【０００５】また、現在報告されている高変換効率のＣ
ＩＧＳ太陽電池は、窓層であるＣｄＳ膜と光吸収層であ
るＣＩＧＳ膜とのヘテロ接合を備える。一方、近年、環
境汚染等の観点からＣｄＳを用いないＣＩＧＳ太陽電池
が注目されており、ＣｄＳの代わりに窓層としてＺｎＯ
系半導体を用いるＣＩＧＳ太陽電池が幾つか報告されて
いる。しかしながら、変換効率はＣｄＳ膜を用いた場合
よりも低いという問題がある。ＺｎＯ系半導体を窓層に
用いた場合には、特に、開放電圧が低い値となる。
ＩＧＳ太陽電池は、窓層であるＣｄＳ膜と光吸収層であ
るＣＩＧＳ膜とのヘテロ接合を備える。一方、近年、環
境汚染等の観点からＣｄＳを用いないＣＩＧＳ太陽電池
が注目されており、ＣｄＳの代わりに窓層としてＺｎＯ
系半導体を用いるＣＩＧＳ太陽電池が幾つか報告されて
いる。しかしながら、変換効率はＣｄＳ膜を用いた場合
よりも低いという問題がある。ＺｎＯ系半導体を窓層に
用いた場合には、特に、開放電圧が低い値となる。
【０００６】上記問題を解決するため、本発明は、ｐｎ
接合を形成する半導体層がＣｄＳ膜を含まず、かつ高効
率である太陽電池を提供することを目的とする。
接合を形成する半導体層がＣｄＳ膜を含まず、かつ高効
率である太陽電池を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の太陽電池は、ｎ形である第１の半導
体層とｐ形である第２の半導体層とを含み、前記第１の
半導体層と前記第２の半導体層とがｐｎ接合を形成して
いる太陽電池であって、前記第１の半導体層はＣｄを含
まず、前記第２の半導体層は光吸収層であり且つＩｂ族
元素、IIIｂ族元素およびVIｂ族元素を含む化合物半導
体層であり、前記第１の半導体層の禁制帯幅Ｅｇ1と前
記第２の半導体層の禁制帯幅Ｅｇ2とが、Ｅｇ1＞Ｅｇ2
の関係を満たし、前記第１の半導体層の電子親和力χ1
（ｅＶ）と前記第２の半導体層の電子親和力χ2（ｅ
Ｖ）とが、０≦（χ2−χ1）＜０．５の関係を満たすこ
とを特徴とする。上記構成によれば、ｐｎ接合を形成す
る半導体層がＣｄＳを含まず、かつ高効率である太陽電
池が得られる。また、上記構成によれば、光劣化が少な
いカルコパイライト構造化合物半導体を光吸収層とする
太陽電池が得られる。
に、本発明の第１の太陽電池は、ｎ形である第１の半導
体層とｐ形である第２の半導体層とを含み、前記第１の
半導体層と前記第２の半導体層とがｐｎ接合を形成して
いる太陽電池であって、前記第１の半導体層はＣｄを含
まず、前記第２の半導体層は光吸収層であり且つＩｂ族
元素、IIIｂ族元素およびVIｂ族元素を含む化合物半導
体層であり、前記第１の半導体層の禁制帯幅Ｅｇ1と前
記第２の半導体層の禁制帯幅Ｅｇ2とが、Ｅｇ1＞Ｅｇ2
の関係を満たし、前記第１の半導体層の電子親和力χ1
（ｅＶ）と前記第２の半導体層の電子親和力χ2（ｅ
Ｖ）とが、０≦（χ2−χ1）＜０．５の関係を満たすこ
とを特徴とする。上記構成によれば、ｐｎ接合を形成す
る半導体層がＣｄＳを含まず、かつ高効率である太陽電
池が得られる。また、上記構成によれば、光劣化が少な
いカルコパイライト構造化合物半導体を光吸収層とする
太陽電池が得られる。
【０００８】上記第１の太陽電池では、前記第１の半導
体層が、前記第２の半導体層よりも光入射側に形成され
ていることが好ましい。上記構成によれば、入射光の損
失を少なくできる。
体層が、前記第２の半導体層よりも光入射側に形成され
ていることが好ましい。上記構成によれば、入射光の損
失を少なくできる。
【０００９】上記第１の太陽電池では、前記第１の半導
体層と前記第２の半導体層との間に、第３の半導体層を
さらに備え、前記第３の半導体層の禁制帯幅Ｅｇ3と前
記禁制帯幅Ｅｇ2が、Ｅｇ3＞Ｅｇ2の関係を満たすこと
が好ましい。上記構成によって、特に高効率である太陽
電池が得られる。
体層と前記第２の半導体層との間に、第３の半導体層を
さらに備え、前記第３の半導体層の禁制帯幅Ｅｇ3と前
記禁制帯幅Ｅｇ2が、Ｅｇ3＞Ｅｇ2の関係を満たすこと
が好ましい。上記構成によって、特に高効率である太陽
電池が得られる。
【００１０】上記第１の太陽電池では、前記第３の半導
体層が、ｎ形半導体または高抵抗半導体のいずれかから
なることが好ましい。上記構成によって、前記第１の半
導体層の形成過程における前記第２の半導体層へのダメ
ージを低減でき、かつ良好なｐｎ接合を提供できること
から、高い変換効率の太陽電池が得られる。
体層が、ｎ形半導体または高抵抗半導体のいずれかから
なることが好ましい。上記構成によって、前記第１の半
導体層の形成過程における前記第２の半導体層へのダメ
ージを低減でき、かつ良好なｐｎ接合を提供できること
から、高い変換効率の太陽電池が得られる。
【００１１】上記第１の太陽電池では、前記第３の半導
体層の電子親和力χ3（ｅＶ）と前記電子親和力χ2と
が、（χ2−χ3）≧０．５の関係を満たし、前記第３の
半導体層の膜厚が５０ｎｍ以下であることが好ましい。
上記構成によって、第３の半導体層をトンネルしてキャ
リアが輸送されるため、変換効率が高い太陽電池が得ら
れる。
体層の電子親和力χ3（ｅＶ）と前記電子親和力χ2と
が、（χ2−χ3）≧０．５の関係を満たし、前記第３の
半導体層の膜厚が５０ｎｍ以下であることが好ましい。
上記構成によって、第３の半導体層をトンネルしてキャ
リアが輸送されるため、変換効率が高い太陽電池が得ら
れる。
【００１２】上記第１の太陽電池では、前記第３の半導
体層が、ＺｎおよびIIIｂ族元素から選ばれる少なくと
も一つの元素を含む酸化物、あるいはＺｎおよびIIIｂ
族元素から選ばれる少なくとも一つの元素を含むカルコ
ゲン化合物であることが好ましい。
体層が、ＺｎおよびIIIｂ族元素から選ばれる少なくと
も一つの元素を含む酸化物、あるいはＺｎおよびIIIｂ
族元素から選ばれる少なくとも一つの元素を含むカルコ
ゲン化合物であることが好ましい。
【００１３】上記第１の太陽電池では、前記第１の半導
体層と前記第２の半導体層との間に、絶縁層をさらに備
え、前記絶縁層の禁制帯幅ＥｇINSと前記禁制帯幅Ｅｇ2
とが、ＥｇINS＞Ｅｇ2の関係を満たすことが好ましい。
上記構成によって、特に高効率である太陽電池が得られ
る。
体層と前記第２の半導体層との間に、絶縁層をさらに備
え、前記絶縁層の禁制帯幅ＥｇINSと前記禁制帯幅Ｅｇ2
とが、ＥｇINS＞Ｅｇ2の関係を満たすことが好ましい。
上記構成によって、特に高効率である太陽電池が得られ
る。
【００１４】上記第１の太陽電池では、前記絶縁層の電
子親和力χINS（ｅＶ）と前記電子親和力χ2とが、（χ
2−χINS）≧０．５の関係を満たし、前記絶縁層の膜厚
が５０ｎｍ以下であることが好ましい。上記構成によっ
て、絶縁層をトンネルしてキャリアが輸送されるため、
変換効率が高い太陽電池が得られる。
子親和力χINS（ｅＶ）と前記電子親和力χ2とが、（χ
2−χINS）≧０．５の関係を満たし、前記絶縁層の膜厚
が５０ｎｍ以下であることが好ましい。上記構成によっ
て、絶縁層をトンネルしてキャリアが輸送されるため、
変換効率が高い太陽電池が得られる。
【００１５】上記第１の太陽電池では、前記絶縁層が、
Ａｌ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2およ
びＭｇＯから選ばれる少なくとも一つの絶縁物からなる
ことが好ましい。
Ａｌ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2およ
びＭｇＯから選ばれる少なくとも一つの絶縁物からなる
ことが好ましい。
【００１６】また、上記第１の半導体層では、前記第２
の半導体層は、前記第１の半導体層側の表面に、ｎ形半
導体層または高抵抗半導体層をさらに備えることが好ま
しい。上記構成によって、前記第２の半導体層の中にｐ
ｎ接合が形成され、接合界面の欠陥密度が低減できるこ
とから、高い変換効率の太陽電池が得られる。
の半導体層は、前記第１の半導体層側の表面に、ｎ形半
導体層または高抵抗半導体層をさらに備えることが好ま
しい。上記構成によって、前記第２の半導体層の中にｐ
ｎ接合が形成され、接合界面の欠陥密度が低減できるこ
とから、高い変換効率の太陽電池が得られる。
【００１７】
【００１８】また、上記第１の太陽電池では、前記第１
の半導体層が、Ｚｎを含む化合物からなることが好まし
い。上記構成によって、ｐｎ接合を形成する半導体層が
ＣｄＳを含まず、かつ特に変換効率が高い太陽電池が得
られる。
の半導体層が、Ｚｎを含む化合物からなることが好まし
い。上記構成によって、ｐｎ接合を形成する半導体層が
ＣｄＳを含まず、かつ特に変換効率が高い太陽電池が得
られる。
【００１９】また、上記第１の太陽電池では、前記化合
物が、ＺｎとIIａ族元素とを含む酸化物、あるいはＺｎ
とIIａ族元素とを含むカルコゲン化合物であることが好
ましい。
物が、ＺｎとIIａ族元素とを含む酸化物、あるいはＺｎ
とIIａ族元素とを含むカルコゲン化合物であることが好
ましい。
【００２０】また、上記第１の太陽電池では、前記化合
物が、一般式Ｚｎ1-XＡXＯ（ただし、元素ＡはＢｅ、Ｍ
ｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも一つ
であり、０＜Ｘ＜１である。）で表される酸化物を主成
分とすることが好ましい。上記構成によって、第２の半
導体層に応じて元素ＡおよびＸを変化させることによっ
て、第１の半導体層の電子親和力を変化させることがで
き、変換効率が特に高い太陽電池が得られる。
物が、一般式Ｚｎ1-XＡXＯ（ただし、元素ＡはＢｅ、Ｍ
ｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも一つ
であり、０＜Ｘ＜１である。）で表される酸化物を主成
分とすることが好ましい。上記構成によって、第２の半
導体層に応じて元素ＡおよびＸを変化させることによっ
て、第１の半導体層の電子親和力を変化させることがで
き、変換効率が特に高い太陽電池が得られる。
【００２１】また、上記第１の太陽電池では、前記元素
ＡがＭｇであり、前記Ｘが０＜Ｘ＜０．５の関係を満た
すことが好ましい。これによって、特性がさらに高い太
陽電池が得られる。
ＡがＭｇであり、前記Ｘが０＜Ｘ＜０．５の関係を満た
すことが好ましい。これによって、特性がさらに高い太
陽電池が得られる。
【００２２】また、上記第１の太陽電池では、前記化合
物が、ＺｎとIIIｂ族元素とを含む酸化物、あるいはＺ
ｎとIIIｂ族元素とを含むカルコゲン化合物であること
が好ましい。上記構成によって、ｐｎ接合を形成する半
導体層がＣｄＳを含まず、かつ特に変換効率が高い太陽
電池が得られる。
物が、ＺｎとIIIｂ族元素とを含む酸化物、あるいはＺ
ｎとIIIｂ族元素とを含むカルコゲン化合物であること
が好ましい。上記構成によって、ｐｎ接合を形成する半
導体層がＣｄＳを含まず、かつ特に変換効率が高い太陽
電池が得られる。
【００２３】また、上記第１の太陽電池では、前記化合
物が、一般式ＺｎYＢ2-2YＯ3-2Y（ただし、元素ＢはＡ
ｌ、ＧａおよびＩｎから選ばれる少なくとも一つであ
り、０＜Ｙ＜１である。）で表される酸化物を主成分と
することが好ましい。上記構成によって、第２の半導体
層に応じて元素ＢおよびＹを変化させることによって、
第１の半導体層の電子親和力を変化させることができ、
変換効率が特に高い太陽電池が得られる。
物が、一般式ＺｎYＢ2-2YＯ3-2Y（ただし、元素ＢはＡ
ｌ、ＧａおよびＩｎから選ばれる少なくとも一つであ
り、０＜Ｙ＜１である。）で表される酸化物を主成分と
することが好ましい。上記構成によって、第２の半導体
層に応じて元素ＢおよびＹを変化させることによって、
第１の半導体層の電子親和力を変化させることができ、
変換効率が特に高い太陽電池が得られる。
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。
て図面を参照しながら説明する。
【００２７】（実施形態１）実施形態１では、本発明の
太陽電池について、一例を説明する。実施形態１では、
基板とは反対側から入射した光によって起電力を生じる
太陽電池について、一例を説明する。
太陽電池について、一例を説明する。実施形態１では、
基板とは反対側から入射した光によって起電力を生じる
太陽電池について、一例を説明する。
【００２８】実施形態１の太陽電池について、図１に断
面図を示す。図１を参照して、実施形態１の太陽電池１
０は、基板１１と、基板１１上に順次積層された下部電
極膜１２、半導体層１３（第２の半導体層）、半導体層
１４（第１の半導体層）、上部電極膜１５および反射防
止膜１６と、上部電極膜１５上に形成された取り出し電
極１７とを含む。すなわち、半導体層１４は、半導体層
１３よりも光入射側に配置されている。
面図を示す。図１を参照して、実施形態１の太陽電池１
０は、基板１１と、基板１１上に順次積層された下部電
極膜１２、半導体層１３（第２の半導体層）、半導体層
１４（第１の半導体層）、上部電極膜１５および反射防
止膜１６と、上部電極膜１５上に形成された取り出し電
極１７とを含む。すなわち、半導体層１４は、半導体層
１３よりも光入射側に配置されている。
【００２９】基板１１には、たとえばガラス、ステンレ
ス、ポリイミド膜などを用いることができる。
ス、ポリイミド膜などを用いることができる。
【００３０】下部電極膜１２には、たとえばＭｏからな
る金属膜を用いることができる。
る金属膜を用いることができる。
【００３１】半導体層１３（第２の半導体層）は、光吸
収層として機能する半導体層であり、ｐ形の半導体層で
ある。半導体層１３は、半導体層１４よりも裏面側に配
置されている。半導体層１３には、たとえば、Ｉｂ族元
素、IIIｂ族元素およびVIｂ族元素を含む化合物半導体
層を用いることができ、たとえば、ＣｕＩｎＳｅ2、Ｃ
ｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2、ＣｕＩｎＳ2、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇ
ａ）Ｓ2などを用いることができる。なお、半導体層１
３は、半導体層１４側の表面に、表面半導体層１３ａを
備えていてもよい（以下の実施形態において同様であ
る）。表面半導体層１３ａを備える太陽電池１０ａの断
面図を、図２に示す。表面半導体層１３ａは、ｎ形半導
体層または高抵抗（抵抗率が１０4Ωｃｍ以上）の半導
体層である。高抵抗の半導体層としては、たとえばＣｕ
Ｉｎ3Ｓｅ5やＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）3Ｓｅ5が挙げられる。
収層として機能する半導体層であり、ｐ形の半導体層で
ある。半導体層１３は、半導体層１４よりも裏面側に配
置されている。半導体層１３には、たとえば、Ｉｂ族元
素、IIIｂ族元素およびVIｂ族元素を含む化合物半導体
層を用いることができ、たとえば、ＣｕＩｎＳｅ2、Ｃ
ｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2、ＣｕＩｎＳ2、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇ
ａ）Ｓ2などを用いることができる。なお、半導体層１
３は、半導体層１４側の表面に、表面半導体層１３ａを
備えていてもよい（以下の実施形態において同様であ
る）。表面半導体層１３ａを備える太陽電池１０ａの断
面図を、図２に示す。表面半導体層１３ａは、ｎ形半導
体層または高抵抗（抵抗率が１０4Ωｃｍ以上）の半導
体層である。高抵抗の半導体層としては、たとえばＣｕ
Ｉｎ3Ｓｅ5やＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）3Ｓｅ5が挙げられる。
【００３２】半導体層１４（第１の半導体層）は、半導
体層１３とともにｐｎ接合を形成する層であり、窓層と
して機能する。半導体層１４は、ｎ形の半導体層であ
る。半導体層１４はＣｄを含まない（構成元素またはド
ーパントとして含まない）。半導体層１４には、たとえ
ば、Ｚｎを含む化合物を用いることができる。Ｚｎを含
む化合物としては、たとえば、ＺｎとIIａ族元素とを含
む酸化物またはカルコゲン化合物、あるいは、ＺｎとII
Iｂ族元素とを含む酸化物あるいはカルコゲン化合物を
用いることができる。具体的には、たとえば、一般式Ｚ
ｎ1-XＡXＯ（ただし、元素ＡはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ
およびＢａから選ばれる少なくとも一つであり、０＜Ｘ
＜１である。）で表される酸化物を主成分（含有率が９
０ｗｔ％以上）とする化合物を用いることができる。こ
の場合、元素Ａの含有率は、０．１ａｔ％以上であるこ
とが好ましい。また、一般式ＺｎYＢ2-2YＯ3-2Y（ただ
し、元素ＢはＡｌ、ＧａおよびＩｎから選ばれる少なく
とも一つであり、０＜Ｙ＜１である。）で表される酸化
物を主成分（含有率が９０ｗｔ％以上）とする化合物を
用いてもよい。この場合、元素Ｂの含有率は、５ａｔ％
以上であることが好ましい。
体層１３とともにｐｎ接合を形成する層であり、窓層と
して機能する。半導体層１４は、ｎ形の半導体層であ
る。半導体層１４はＣｄを含まない（構成元素またはド
ーパントとして含まない）。半導体層１４には、たとえ
ば、Ｚｎを含む化合物を用いることができる。Ｚｎを含
む化合物としては、たとえば、ＺｎとIIａ族元素とを含
む酸化物またはカルコゲン化合物、あるいは、ＺｎとII
Iｂ族元素とを含む酸化物あるいはカルコゲン化合物を
用いることができる。具体的には、たとえば、一般式Ｚ
ｎ1-XＡXＯ（ただし、元素ＡはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ
およびＢａから選ばれる少なくとも一つであり、０＜Ｘ
＜１である。）で表される酸化物を主成分（含有率が９
０ｗｔ％以上）とする化合物を用いることができる。こ
の場合、元素Ａの含有率は、０．１ａｔ％以上であるこ
とが好ましい。また、一般式ＺｎYＢ2-2YＯ3-2Y（ただ
し、元素ＢはＡｌ、ＧａおよびＩｎから選ばれる少なく
とも一つであり、０＜Ｙ＜１である。）で表される酸化
物を主成分（含有率が９０ｗｔ％以上）とする化合物を
用いてもよい。この場合、元素Ｂの含有率は、５ａｔ％
以上であることが好ましい。
【００３３】実施形態１の太陽電池１０では、半導体層
１３の禁制帯幅Ｅｇ2と半導体層１４の禁制帯幅Ｅｇ1と
が、Ｅｇ1＞Ｅｇ2の関係を満たす。また、半導体層１３
の電子親和力χ2（ｅＶ）と半導体層１４の電子親和力
χ1（ｅＶ）とが、０≦（χ 2−χ1）＜０．５の関係を
満たす。
１３の禁制帯幅Ｅｇ2と半導体層１４の禁制帯幅Ｅｇ1と
が、Ｅｇ1＞Ｅｇ2の関係を満たす。また、半導体層１３
の電子親和力χ2（ｅＶ）と半導体層１４の電子親和力
χ1（ｅＶ）とが、０≦（χ 2−χ1）＜０．５の関係を
満たす。
【００３４】上部電極膜１５は、透明導電膜であり、た
とえば、ＺｎＯにＡｌがドープされたＺｎＯ：Ａｌや、
ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を用いる
ことができる。
とえば、ＺｎＯにＡｌがドープされたＺｎＯ：Ａｌや、
ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を用いる
ことができる。
【００３５】反射防止膜１６は、上部電極膜１５の界面
で入射光が反射することを防止する膜であり、上部電極
膜１５がＩＴＯやＺｎＯ：Ａｌである場合には、たとえ
ばＭｇＦ2を用いることができる。
で入射光が反射することを防止する膜であり、上部電極
膜１５がＩＴＯやＺｎＯ：Ａｌである場合には、たとえ
ばＭｇＦ2を用いることができる。
【００３６】取り出し電極１７には、たとえばＮｉＣｒ
膜とＡｕ膜とを積層した金属膜を用いることができる。
膜とＡｕ膜とを積層した金属膜を用いることができる。
【００３７】次に、太陽電池１０の製造方法の一例につ
いて説明する。
いて説明する。
【００３８】まず、たとえばスパッタリング法や蒸着法
によって、基板１１上に下部電極膜１２を形成する。そ
の後、たとえば蒸着法やスパッタリング法によって、下
部電極膜１２上に半導体層１３を形成する。その後、た
とえば化学析出法やスパッタリング法によって、半導体
層１３上に半導体層１４を形成する。その後、たとえば
スパッタリング法によって、半導体層１４上に上部電極
膜１５を形成する。その後、たとえば電子ビーム蒸着法
によって、上部電極膜１５上の一部に取り出し電極１７
を形成する。その後、たとえば蒸着法によって、上部電
極膜１５上に反射防止膜１６を形成する。このようにし
て、太陽電池１０を形成できる。なお、半導体層１３の
表面にｎ形半導体層または高抵抗の半導体層を形成する
場合には、たとえば溶液浸漬法、蒸着法または気相拡散
法で形成できる。
によって、基板１１上に下部電極膜１２を形成する。そ
の後、たとえば蒸着法やスパッタリング法によって、下
部電極膜１２上に半導体層１３を形成する。その後、た
とえば化学析出法やスパッタリング法によって、半導体
層１３上に半導体層１４を形成する。その後、たとえば
スパッタリング法によって、半導体層１４上に上部電極
膜１５を形成する。その後、たとえば電子ビーム蒸着法
によって、上部電極膜１５上の一部に取り出し電極１７
を形成する。その後、たとえば蒸着法によって、上部電
極膜１５上に反射防止膜１６を形成する。このようにし
て、太陽電池１０を形成できる。なお、半導体層１３の
表面にｎ形半導体層または高抵抗の半導体層を形成する
場合には、たとえば溶液浸漬法、蒸着法または気相拡散
法で形成できる。
【００３９】太陽電池１０の一例について、バンド図
を、図３に模式的に示す。なお、図３では、半導体層１
３がＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2であり、半導体層１３の
表面に、表面半導体層１３ａであるＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）
3Ｓｅ5が形成されている場合について示している。
を、図３に模式的に示す。なお、図３では、半導体層１
３がＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2であり、半導体層１３の
表面に、表面半導体層１３ａであるＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）
3Ｓｅ5が形成されている場合について示している。
【００４０】次に、光吸収層である半導体層１３にＣＩ
ＧＳ膜を用いた太陽電池を例にとって、太陽電池１０の
機能について説明する。
ＧＳ膜を用いた太陽電池を例にとって、太陽電池１０の
機能について説明する。
【００４１】光吸収層にＣＩＧＳ膜を用いた太陽電池の
効率の向上にはＣＩＧＳ膜の禁制帯幅の拡大が有効な方
法であるが、ＣｄＳからなる窓層を備える従来の太陽電
池において、ＣＩＧＳ膜の禁制帯幅を１．３ｅＶ以上に
広げると、理論とは逆に効率が低下する。この原因の一
つとして、光吸収層であるＣＩＧＳ膜と窓層であるＣｄ
Ｓ膜とのヘテロ接合における伝導帯のエネルギー差（オ
フセット）が指摘されている。ヘルベルホルツ（Ｅ．Ｈ
ｅｒｂｅｒｈｏｌｚ）等は、ＣＩＧＳ膜中の原子数比
｛Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）｝＜０．５の場合には、ＣｄＳ
の伝導帯とＣＩＧＳの伝導帯とのオフセットによるバン
ドの不連続がＣｄＳの伝導帯が持ち上がって接合近傍で
伝導帯が突出するスパイク状となり、原子数比｛Ｇａ／
（Ｉｎ＋Ｇａ）｝＞０．５ではＣＩＧＳ膜の伝導帯が持
ち上がってＣｄＳの伝導帯とＣＩＧＳの伝導帯とで段差
（とび）が生じるクリフ状となるモデルを提唱している
（ソーラ エナジー マテリアルズ アンド ソーラ
セルズ、Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｔｅｒｉａｌ
ｓ ａｎｄ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ、１９９７年発刊
４９巻３号２２７頁）。ＣｄＳとＣＩＧＳとのオフセッ
トがスパイク状となるときのバンド図を図４（ａ）に、
ＣｄＳとＣＩＧＳとのオフセットがクリフ状となるとき
のバンド図を図４（ｂ）に示す。このモデルでは、伝導
帯のバンド不連続がクリフ状となることによってヘテロ
接合界面および界面近傍での再結合が増加し、変換効率
が低下することが示唆されている。この現象と同様にＣ
ＩＧＳ膜の禁制帯幅が１．２ｅＶ〜１．３ｅＶである場
合を考えると、窓層であるＣｄＳ膜をＺｎＯ膜に代えた
場合には、ＺｎＯ膜とＣＩＧＳ膜との伝導帯のバンド不
連続は、ＣＩＧＳ膜の伝導帯が持ち上がるクリフ状とな
ることが予想される。
効率の向上にはＣＩＧＳ膜の禁制帯幅の拡大が有効な方
法であるが、ＣｄＳからなる窓層を備える従来の太陽電
池において、ＣＩＧＳ膜の禁制帯幅を１．３ｅＶ以上に
広げると、理論とは逆に効率が低下する。この原因の一
つとして、光吸収層であるＣＩＧＳ膜と窓層であるＣｄ
Ｓ膜とのヘテロ接合における伝導帯のエネルギー差（オ
フセット）が指摘されている。ヘルベルホルツ（Ｅ．Ｈ
ｅｒｂｅｒｈｏｌｚ）等は、ＣＩＧＳ膜中の原子数比
｛Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）｝＜０．５の場合には、ＣｄＳ
の伝導帯とＣＩＧＳの伝導帯とのオフセットによるバン
ドの不連続がＣｄＳの伝導帯が持ち上がって接合近傍で
伝導帯が突出するスパイク状となり、原子数比｛Ｇａ／
（Ｉｎ＋Ｇａ）｝＞０．５ではＣＩＧＳ膜の伝導帯が持
ち上がってＣｄＳの伝導帯とＣＩＧＳの伝導帯とで段差
（とび）が生じるクリフ状となるモデルを提唱している
（ソーラ エナジー マテリアルズ アンド ソーラ
セルズ、Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｔｅｒｉａｌ
ｓ ａｎｄ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ、１９９７年発刊
４９巻３号２２７頁）。ＣｄＳとＣＩＧＳとのオフセッ
トがスパイク状となるときのバンド図を図４（ａ）に、
ＣｄＳとＣＩＧＳとのオフセットがクリフ状となるとき
のバンド図を図４（ｂ）に示す。このモデルでは、伝導
帯のバンド不連続がクリフ状となることによってヘテロ
接合界面および界面近傍での再結合が増加し、変換効率
が低下することが示唆されている。この現象と同様にＣ
ＩＧＳ膜の禁制帯幅が１．２ｅＶ〜１．３ｅＶである場
合を考えると、窓層であるＣｄＳ膜をＺｎＯ膜に代えた
場合には、ＺｎＯ膜とＣＩＧＳ膜との伝導帯のバンド不
連続は、ＣＩＧＳ膜の伝導帯が持ち上がるクリフ状とな
ることが予想される。
【００４２】このようなヘテロ接合の伝導帯のバンド不
連続は、窓層の電子親和力と光吸収層であるＣＩＧＳ膜
との電子親和力との違いに起因する。一般に、禁制帯幅
が異なるｎ形半導体とｐ形半導体について、それぞれの
電子親和力をχnおよびχpとすると、χn＜χpでは、伝
導帯の不連続はスパイク状となる。一方、χn＞χpの場
合は、伝導帯の不連続はクリフ状となる。ここで、Ｇａ
を含有しないＣｕＩｎＳｅ2膜とＣｄＳ膜の電子親和力
の関係は、ＣｄＳの方が約０．２ｅＶ〜０．３ｅＶ小さ
い値となっている。したがって、ヘテロ接合を形成する
とＣｄＳ側にスパイクが生じる。しかしながら、Ｇａ濃
度が増加するにつれＣＩＧＳの電子親和力は小さくな
る。したがって、あるＧａ濃度以上では、ＣｄＳの電子
親和力より小さな値となり、ヘテロ接合を形成するとＣ
ＩＧＳ側にクリフが生じる。
連続は、窓層の電子親和力と光吸収層であるＣＩＧＳ膜
との電子親和力との違いに起因する。一般に、禁制帯幅
が異なるｎ形半導体とｐ形半導体について、それぞれの
電子親和力をχnおよびχpとすると、χn＜χpでは、伝
導帯の不連続はスパイク状となる。一方、χn＞χpの場
合は、伝導帯の不連続はクリフ状となる。ここで、Ｇａ
を含有しないＣｕＩｎＳｅ2膜とＣｄＳ膜の電子親和力
の関係は、ＣｄＳの方が約０．２ｅＶ〜０．３ｅＶ小さ
い値となっている。したがって、ヘテロ接合を形成する
とＣｄＳ側にスパイクが生じる。しかしながら、Ｇａ濃
度が増加するにつれＣＩＧＳの電子親和力は小さくな
る。したがって、あるＧａ濃度以上では、ＣｄＳの電子
親和力より小さな値となり、ヘテロ接合を形成するとＣ
ＩＧＳ側にクリフが生じる。
【００４３】また、窓層とＣＩＧＳ膜のバンド不連続の
形態も窓層とＣＩＧＳ膜の電子親和力に支配される。こ
こで、窓層としてＣｄＳ膜とＺｎＯ膜を比較すると、Ｚ
ｎＯの方がＣｄＳより電子親和力が約０．４ｅＶ大きい
ために、ＧａのないＣｕＩｎＳｅ2膜でもヘテロ接合を
形成した場合には、クリフが生じて損失となる可能性が
ある。
形態も窓層とＣＩＧＳ膜の電子親和力に支配される。こ
こで、窓層としてＣｄＳ膜とＺｎＯ膜を比較すると、Ｚ
ｎＯの方がＣｄＳより電子親和力が約０．４ｅＶ大きい
ために、ＧａのないＣｕＩｎＳｅ2膜でもヘテロ接合を
形成した場合には、クリフが生じて損失となる可能性が
ある。
【００４４】さらに、窓層の電子親和力が光吸収層のそ
れより小さく、伝導帯にスパイクが生ずる場合は、伝導
帯のエネルギー差が大きいため太陽電池の変換効率に影
響を与える。ＣｄＳとＣＩＧＳのエネルギー差は約０．
２ｅＶ〜０．３ｅＶであり、キャリア輸送の障壁にはほ
とんどならないが、たとえば、ＺｎＳを窓層に用いると
ＣＩＧＳとのエネルギー差は約１．６ｅＶあり、光励起
されたキャリアの障壁となる。この場合はキャリアの輸
送が妨げられるため、光電流がほとんど外部に取り出せ
なくなる。したがって、変換効率は低下する。このよう
に、窓層と光吸収層の伝導帯にスパイクが生じる場合
は、高効率が得られるエネルギー差（オフセット）の最
適範囲があることがわかる。実施形態１の太陽電池は、
上記最適範囲を考慮して半導体層１３（光吸収層）およ
び半導体層１４（窓層）の電子親和力および禁制帯幅を
規定している。したがって、実施形態１の太陽電池１０
では、半導体層１３と半導体層１４との接合界面におけ
るキャリアの再結合が少なくなる。
れより小さく、伝導帯にスパイクが生ずる場合は、伝導
帯のエネルギー差が大きいため太陽電池の変換効率に影
響を与える。ＣｄＳとＣＩＧＳのエネルギー差は約０．
２ｅＶ〜０．３ｅＶであり、キャリア輸送の障壁にはほ
とんどならないが、たとえば、ＺｎＳを窓層に用いると
ＣＩＧＳとのエネルギー差は約１．６ｅＶあり、光励起
されたキャリアの障壁となる。この場合はキャリアの輸
送が妨げられるため、光電流がほとんど外部に取り出せ
なくなる。したがって、変換効率は低下する。このよう
に、窓層と光吸収層の伝導帯にスパイクが生じる場合
は、高効率が得られるエネルギー差（オフセット）の最
適範囲があることがわかる。実施形態１の太陽電池は、
上記最適範囲を考慮して半導体層１３（光吸収層）およ
び半導体層１４（窓層）の電子親和力および禁制帯幅を
規定している。したがって、実施形態１の太陽電池１０
では、半導体層１３と半導体層１４との接合界面におけ
るキャリアの再結合が少なくなる。
【００４５】以上説明したように、上記実施形態１の太
陽電池１０によれば、窓層にＣｄＳを用いず、かつ高効
率である太陽電池が得られる。なお、上記実施形態で
は、第１の半導体層が第２の半導体層よりも光入射側に
配置されている場合について説明したが、第１の半導体
層が第２の半導体層よりも裏面側に配置されていてもよ
い。
陽電池１０によれば、窓層にＣｄＳを用いず、かつ高効
率である太陽電池が得られる。なお、上記実施形態で
は、第１の半導体層が第２の半導体層よりも光入射側に
配置されている場合について説明したが、第１の半導体
層が第２の半導体層よりも裏面側に配置されていてもよ
い。
【００４６】（実施形態２）実施形態２では、本発明の
太陽電池について、他の一例を説明する。
太陽電池について、他の一例を説明する。
【００４７】実施形態２の太陽電池２０について、断面
図を図５に示す。実施形態２の太陽電池２０は、実施形
態１の太陽電池１０と比較して、半導体層２１を備える
点のみが異なるため重複する説明は省略する。
図を図５に示す。実施形態２の太陽電池２０は、実施形
態１の太陽電池１０と比較して、半導体層２１を備える
点のみが異なるため重複する説明は省略する。
【００４８】半導体層２１（第３の半導体層）は、半導
体層１３と半導体層１４との間に配置されている。半導
体層２１の禁制帯幅Ｅｇ3と半導体層１３の禁制帯幅Ｅ
ｇ2とは、Ｅｇ3＞Ｅｇ2の関係を満たす。第３の半導体
層としては、たとえば、ＺｎおよびIIIｂ族元素から選
ばれる少なくとも一つの元素を含む酸化物、またはＺｎ
およびIIIｂ族元素から選ばれる少なくとも一つの元素
を含むカルコゲン化合物を用いることができる。また、
半導体層２１として、ＳｎＯ2を用いてもよい。
体層１３と半導体層１４との間に配置されている。半導
体層２１の禁制帯幅Ｅｇ3と半導体層１３の禁制帯幅Ｅ
ｇ2とは、Ｅｇ3＞Ｅｇ2の関係を満たす。第３の半導体
層としては、たとえば、ＺｎおよびIIIｂ族元素から選
ばれる少なくとも一つの元素を含む酸化物、またはＺｎ
およびIIIｂ族元素から選ばれる少なくとも一つの元素
を含むカルコゲン化合物を用いることができる。また、
半導体層２１として、ＳｎＯ2を用いてもよい。
【００４９】なお、半導体層２１の電子親和力χ3（ｅ
Ｖ）と半導体層１３の電子親和力χ2とが、（χ2―
χ3）≧０．５の関係を満たすことが好ましい。また、
半導体層２１の膜厚は、５０ｎｍ以下であることが好ま
しい。半導体層２１としては、たとえば、Ｚｎ（Ｏ，
Ｓ）膜を用いることができる。ここで、Ｚｎ（Ｏ，Ｓ）
とは、ＺｎとＯとＳからなる化合物であって、Ｚｎ−Ｏ
結合とＺｎ−Ｓ結合とを含む化合物を意味する。
Ｖ）と半導体層１３の電子親和力χ2とが、（χ2―
χ3）≧０．５の関係を満たすことが好ましい。また、
半導体層２１の膜厚は、５０ｎｍ以下であることが好ま
しい。半導体層２１としては、たとえば、Ｚｎ（Ｏ，
Ｓ）膜を用いることができる。ここで、Ｚｎ（Ｏ，Ｓ）
とは、ＺｎとＯとＳからなる化合物であって、Ｚｎ−Ｏ
結合とＺｎ−Ｓ結合とを含む化合物を意味する。
【００５０】太陽電池２０は、実施形態１で説明した太
陽電池１０と同様の方法で製造できる。なお、半導体層
２１は、たとえば化学析出法や蒸着法によって形成でき
る。
陽電池１０と同様の方法で製造できる。なお、半導体層
２１は、たとえば化学析出法や蒸着法によって形成でき
る。
【００５１】上記実施形態２の太陽電池２０によれば、
窓層としてＣｄＳを用いず、高効率な太陽電池が得られ
る。
窓層としてＣｄＳを用いず、高効率な太陽電池が得られ
る。
【００５２】（実施形態３）実施形態３では、本発明の
太陽電池について、その他の一例を説明する。
太陽電池について、その他の一例を説明する。
【００５３】実施形態３の太陽電池３０について、断面
図を図６に示す。実施形態３の太陽電池３０は、実施形
態１の太陽電池１０と比較して、絶縁層３１を備える点
のみが異なるため重複する説明は省略する。
図を図６に示す。実施形態３の太陽電池３０は、実施形
態１の太陽電池１０と比較して、絶縁層３１を備える点
のみが異なるため重複する説明は省略する。
【００５４】絶縁層３１の禁制帯幅ＥｇINSと半導体層
１３の禁制帯幅Ｅｇ2は、ＥｇINS＞Ｅｇ2の関係を満た
す。絶縁層３１としては、たとえば、Ａｌ2Ｏ3、Ｇａ2
Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2およびＭｇＯから選
ばれる少なくとも一つの絶縁物からなる絶縁層を用いる
ことができる。
１３の禁制帯幅Ｅｇ2は、ＥｇINS＞Ｅｇ2の関係を満た
す。絶縁層３１としては、たとえば、Ａｌ2Ｏ3、Ｇａ2
Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2およびＭｇＯから選
ばれる少なくとも一つの絶縁物からなる絶縁層を用いる
ことができる。
【００５５】なお、絶縁層３１の電子親和力χINSと半
導体層１３の電子親和力χ2とは、（χ2―χINS）≧
０．５の関係を満たすことが好ましい。また、絶縁層３
１の膜厚は５０ｎｍ以下であることが好ましい。
導体層１３の電子親和力χ2とは、（χ2―χINS）≧
０．５の関係を満たすことが好ましい。また、絶縁層３
１の膜厚は５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００５６】太陽電池３０は、実施形態１で説明した太
陽電池１０と同様の方法で製造できる。なお、絶縁層３
１は、たとえばスパッタリング法や蒸着法によって形成
できる。
陽電池１０と同様の方法で製造できる。なお、絶縁層３
１は、たとえばスパッタリング法や蒸着法によって形成
できる。
【００５７】上記実施形態３の太陽電池３０によれば、
窓層としてＣｄＳを用いず、高効率な太陽電池が得られ
る。
窓層としてＣｄＳを用いず、高効率な太陽電池が得られ
る。
【００５８】
【実施例】（実施例１）実施例１では、実施形態１で説
明した太陽電池１０ａについて、半導体層１３の伝導帯
と半導体層１４の伝導帯とのオフセットを変化させたと
きの太陽電池特性を計算した一例を示す。計算に用いた
太陽電池のバンド構造は、図３と同様である。
明した太陽電池１０ａについて、半導体層１３の伝導帯
と半導体層１４の伝導帯とのオフセットを変化させたと
きの太陽電池特性を計算した一例を示す。計算に用いた
太陽電池のバンド構造は、図３と同様である。
【００５９】実施例１の計算では、光吸収層である半導
体層１３に禁制帯幅Ｅｇ2が１．２ｅＶで電子親和力が
χ2のＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜（ＣＩＧＳ膜）を用い
た。このＣＩＧＳ膜の表面には、表面半導体層１３ａで
あるＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）3Ｓｅ5層が形成されているとし
て計算した。また、窓層である半導体層１４には、Ｚｎ
Ｏと略等しい禁制帯幅（約３．２ｅＶ）を有し、電子親
和力がχ1である半導体層を用いた。各々の膜厚はＣＩ
ＧＳが２μｍ、表面半導体層であるＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）
3Ｓｅ5層が２０ｎｍ、窓層が０．１μｍである。
体層１３に禁制帯幅Ｅｇ2が１．２ｅＶで電子親和力が
χ2のＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜（ＣＩＧＳ膜）を用い
た。このＣＩＧＳ膜の表面には、表面半導体層１３ａで
あるＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）3Ｓｅ5層が形成されているとし
て計算した。また、窓層である半導体層１４には、Ｚｎ
Ｏと略等しい禁制帯幅（約３．２ｅＶ）を有し、電子親
和力がχ1である半導体層を用いた。各々の膜厚はＣＩ
ＧＳが２μｍ、表面半導体層であるＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）
3Ｓｅ5層が２０ｎｍ、窓層が０．１μｍである。
【００６０】そして、半導体層１３の伝導帯と半導体層
１４の伝導帯とのオフセット（χ2−χ1）の影響を調べ
るため、半導体層１３と半導体層１４の電子親和力の差
を変化させて太陽電池特性の計算を行った。なお、計算
では、表面半導体層１３ａであるＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）3
Ｓｅ5層と半導体層１４との界面に、欠陥を仮定し、欠
陥において再結合が生じるようにした。
１４の伝導帯とのオフセット（χ2−χ1）の影響を調べ
るため、半導体層１３と半導体層１４の電子親和力の差
を変化させて太陽電池特性の計算を行った。なお、計算
では、表面半導体層１３ａであるＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）3
Ｓｅ5層と半導体層１４との界面に、欠陥を仮定し、欠
陥において再結合が生じるようにした。
【００６１】計算結果を図７および図８に示す。図７の
（ａ）は短絡電流密度（ＪSC）、（ｂ）は開放端電圧
（ＶOC）、図８の（ａ）は曲線因子（ＦＦ）、（ｂ）は
変換効率（Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を示している。
（ａ）は短絡電流密度（ＪSC）、（ｂ）は開放端電圧
（ＶOC）、図８の（ａ）は曲線因子（ＦＦ）、（ｂ）は
変換効率（Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を示している。
【００６２】まず、伝導帯のオフセット（Ｃｏｎｄｕｃ
ｔｉｏｎ Ｂａｎｄ Ｏｆｆｓｅｔ）が負、つまり、窓
層の電子親和力がＣＩＧＳ膜の電子親和力よりも大きい
場合に注目すると、ＪSCはオフセットが負に大きくなる
につれ徐々に減少するが、その減少率は小さい。これに
対して、ＶOCとＦＦはオフセットが負に大きくなると急
激に減少する。これは、オフセットが負になると、注入
されたキャリアが窓層と光吸収層との界面に留まる時間
が長くなり、界面に存在する欠陥を介した再結合が増大
するためである。次に、オフセットが正、つまり窓層の
電子親和力が光吸収層の電子親和力よりも小さい場合で
は、オフセットの増加に伴いＶOCは若干減少する。これ
に対し、ＪSCとＦＦはオフセットが０．５ｅＶ以上にな
ると急激に減少する。これは、オフセットが０．５ｅＶ
以上になると、窓層が光励起された電子輸送の障壁とな
り、電子が流れなくなるためである。以上のことから、
窓層の伝導帯と光吸収層の伝導帯とのオフセットを０．
５ｅＶ以下とすることによって、特性が高い太陽電池が
得られることがわかる。
ｔｉｏｎ Ｂａｎｄ Ｏｆｆｓｅｔ）が負、つまり、窓
層の電子親和力がＣＩＧＳ膜の電子親和力よりも大きい
場合に注目すると、ＪSCはオフセットが負に大きくなる
につれ徐々に減少するが、その減少率は小さい。これに
対して、ＶOCとＦＦはオフセットが負に大きくなると急
激に減少する。これは、オフセットが負になると、注入
されたキャリアが窓層と光吸収層との界面に留まる時間
が長くなり、界面に存在する欠陥を介した再結合が増大
するためである。次に、オフセットが正、つまり窓層の
電子親和力が光吸収層の電子親和力よりも小さい場合で
は、オフセットの増加に伴いＶOCは若干減少する。これ
に対し、ＪSCとＦＦはオフセットが０．５ｅＶ以上にな
ると急激に減少する。これは、オフセットが０．５ｅＶ
以上になると、窓層が光励起された電子輸送の障壁とな
り、電子が流れなくなるためである。以上のことから、
窓層の伝導帯と光吸収層の伝導帯とのオフセットを０．
５ｅＶ以下とすることによって、特性が高い太陽電池が
得られることがわかる。
【００６３】ここで、実際の窓層材料とＣＩＧＳ膜の伝
導帯のオフセットを検討する。窓層にＣｄＳ膜を用いた
場合は、オフセットは０．２ｅＶ〜０．３ｅＶであり、
高い変換効率が得られる範囲内である。これに対し、窓
層にＺｎＯを用いた場合は、オフセットは約−０．２ｅ
Ｖとなり、ＣｄＳを用いた場合の約７０％に低下するこ
とがわかる。
導帯のオフセットを検討する。窓層にＣｄＳ膜を用いた
場合は、オフセットは０．２ｅＶ〜０．３ｅＶであり、
高い変換効率が得られる範囲内である。これに対し、窓
層にＺｎＯを用いた場合は、オフセットは約−０．２ｅ
Ｖとなり、ＣｄＳを用いた場合の約７０％に低下するこ
とがわかる。
【００６４】ここで、重要となるのは、光吸収層の電子
親和力や窓層の電子親和力の絶対値ではなくて、その差
である。したがって、高い変換効率の太陽電池を構成す
るには、電子親和力がχ2（ｅＶ）である光吸収層に対
しては、０≦（χ2−χ1）＜０．５（好ましくは、０≦
（χ2−χ1）＜０．４）の関係を満たす電子親和力χ 1
を有する窓層を選択する必要がある。たとえば、ＣＩＧ
Ｓ膜のＧａ濃度を変化させると禁制帯幅が増大し、かつ
電子親和力が減少する。したがって、太陽光を最も効率
的に電気エネルギーに変換する禁制帯幅を有するＣＩＧ
Ｓ膜に対しても電子親和力差が０ｅＶ〜０．５ｅＶ以内
である窓層を用いることによって高効率の太陽電池が得
られる。
親和力や窓層の電子親和力の絶対値ではなくて、その差
である。したがって、高い変換効率の太陽電池を構成す
るには、電子親和力がχ2（ｅＶ）である光吸収層に対
しては、０≦（χ2−χ1）＜０．５（好ましくは、０≦
（χ2−χ1）＜０．４）の関係を満たす電子親和力χ 1
を有する窓層を選択する必要がある。たとえば、ＣＩＧ
Ｓ膜のＧａ濃度を変化させると禁制帯幅が増大し、かつ
電子親和力が減少する。したがって、太陽光を最も効率
的に電気エネルギーに変換する禁制帯幅を有するＣＩＧ
Ｓ膜に対しても電子親和力差が０ｅＶ〜０．５ｅＶ以内
である窓層を用いることによって高効率の太陽電池が得
られる。
【００６５】なお、ここでは、光吸収層となるｐ形半導
体として、表面にｎ形Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）3Ｓｅ5が薄く
形成されたＣＩＧＳ膜を仮定したが、ｎ形ＣＩＧＳ膜に
よって被覆されたｐ形ＣＩＧＳ膜、または表面が高抵抗
Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓ2層で覆われたｐ形ＣＩＧＳ膜を
用いた場合でも同様な結果が得られた。
体として、表面にｎ形Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）3Ｓｅ5が薄く
形成されたＣＩＧＳ膜を仮定したが、ｎ形ＣＩＧＳ膜に
よって被覆されたｐ形ＣＩＧＳ膜、または表面が高抵抗
Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓ2層で覆われたｐ形ＣＩＧＳ膜を
用いた場合でも同様な結果が得られた。
【００６６】（実施例２）実施例２では、まず、半導体
層１４（窓層）となるＺｎ1-XＭｇXＯ膜の作製法および
特性について述べる。Ｚｎ1-XＭｇXＯ膜はＺｎＯターゲ
ットとＭｇＯターゲットの２元同時スパッタで形成し
た。ＺｎとＭｇの組成比は、２つのターゲットへ印加す
る高周波パワーを変化させることによって制御した。作
製したＺｎ1- XＭｇXＯ膜のＸ線回折測定から、Ｘが０．
３（Ｚｎ0.7Ｍｇ0.3Ｏ）まではｃ軸に強く配向した単一
相であり、Ｘが０．５（Ｚｎ0.5Ｍｇ0.5Ｏ）までは、Ｚ
ｎＯの構造を基本とした回折が強く観測された。電子デ
バイスを構成する場合、一般に、単一相の半導体あるい
は誘電体を用いた方が、電流あるいは電圧ロスが少ない
ため有利である。したがって、電子デバイスにＺｎ1-X
ＭｇXＯ膜を用いる場合の組成比としては、０＜Ｘ＜
０．５の範囲が好ましい。
層１４（窓層）となるＺｎ1-XＭｇXＯ膜の作製法および
特性について述べる。Ｚｎ1-XＭｇXＯ膜はＺｎＯターゲ
ットとＭｇＯターゲットの２元同時スパッタで形成し
た。ＺｎとＭｇの組成比は、２つのターゲットへ印加す
る高周波パワーを変化させることによって制御した。作
製したＺｎ1- XＭｇXＯ膜のＸ線回折測定から、Ｘが０．
３（Ｚｎ0.7Ｍｇ0.3Ｏ）まではｃ軸に強く配向した単一
相であり、Ｘが０．５（Ｚｎ0.5Ｍｇ0.5Ｏ）までは、Ｚ
ｎＯの構造を基本とした回折が強く観測された。電子デ
バイスを構成する場合、一般に、単一相の半導体あるい
は誘電体を用いた方が、電流あるいは電圧ロスが少ない
ため有利である。したがって、電子デバイスにＺｎ1-X
ＭｇXＯ膜を用いる場合の組成比としては、０＜Ｘ＜
０．５の範囲が好ましい。
【００６７】次に、組成比の異なるＺｎ1-XＭｇXＯ膜の
透過率を測定することによって、光吸収係数とフォトン
エネルギーとの関係を算出した。算出した結果を、図９
に示す。図９において、υは入射光の振動数を表し、α
は光吸収係数を表す。各組成比における膜についてプロ
ットしたデータの外挿線から、光学バンドギャップを求
めることができる。ＺｎＯの光学バンドギャップは約
３．２４ｅＶであり、Ｍｇの含有率が増加するにつれ光
学バンドギャップが拡大する。バンドギャップの拡大に
より電子親和力が小さくなることから、Ｍｇの含有率を
変化させることによって電子親和力を制御できることが
わかる。
透過率を測定することによって、光吸収係数とフォトン
エネルギーとの関係を算出した。算出した結果を、図９
に示す。図９において、υは入射光の振動数を表し、α
は光吸収係数を表す。各組成比における膜についてプロ
ットしたデータの外挿線から、光学バンドギャップを求
めることができる。ＺｎＯの光学バンドギャップは約
３．２４ｅＶであり、Ｍｇの含有率が増加するにつれ光
学バンドギャップが拡大する。バンドギャップの拡大に
より電子親和力が小さくなることから、Ｍｇの含有率を
変化させることによって電子親和力を制御できることが
わかる。
【００６８】そこで、Ｚｎ1-XＭｇXＯ膜のＭｇ含有率を
変化させたときの、ＣＩＧＳ膜の電子親和力とＺｎ1-X
ＭｇXＯ膜の電子親和力との差の変化を計算した。計算
結果を図１０に示す。計算は、以下のように行った。ま
ず、光電子分光分析法（ＸＰＳ）を用いて、Ｚｎ1-XＭ
ｇXＯ膜とＣＩＧＳ膜のそれぞれについて、膜のコアレ
ベルと価電子帯の最大（Ｖａｌｅｎｃｅ Ｂａｎｄ Ｍ
ａｘｉｍｕｍ）との差（Ｅ VBM CL）を測定した。次に、
測定結果から、Ｚｎ1-XＭｇXＯ膜とＣＩＧＳ膜とのコア
レベルの差（△ＥCL）を求めた。これらの値を以下の式
（１）に適用することよって、Ｚｎ1-XＭｇXＯ膜とＣＩ
ＧＳ膜との価電子帯のレベル差△ＥV（Ｖａｌｅｎｃｅ
Ｂａｎｄ Ｏｆｆｓｅｔ）が求められる。次に、以下
の式（２）によって、Ｚｎ1-XＭｇXＯ膜とＣＩＧＳ膜と
の電子親和力の差△ＥCが求められる。なお、Ｚｎ1-XＭ
ｇXＯ膜のバンドギャップＥｇ（ＺｎＭｇＯ）とＣＩＧ
Ｓ膜のバンドギャップＥｇ（ＣＩＧＳ）とは、光透過特
性または反射特性や、入射光の波長に対する太陽電池の
量子効率の変化から測定できる。 （１） △ＥV＝ＥVBM CL（ＣＩＧＳ）−ＥVBM CL（Ｚｎ
ＭｇＯ）−△ＥCL （２） △ＥC＝Ｅｇ（ＺｎＭｇＯ）−Ｅｇ（ＣＩＧ
Ｓ）−△ＥV なお、ここでは、ＸＰＳ測定を用いた電子親和力の差の
計算方法を示したが、紫外線による光電子分光分析法
（ＵＰＳ）を用いても計算することができる。ＵＰＳ法
を用いる場合には、伝導帯レベルを測定できるため、電
子親和力の差を直接計算することができる。
変化させたときの、ＣＩＧＳ膜の電子親和力とＺｎ1-X
ＭｇXＯ膜の電子親和力との差の変化を計算した。計算
結果を図１０に示す。計算は、以下のように行った。ま
ず、光電子分光分析法（ＸＰＳ）を用いて、Ｚｎ1-XＭ
ｇXＯ膜とＣＩＧＳ膜のそれぞれについて、膜のコアレ
ベルと価電子帯の最大（Ｖａｌｅｎｃｅ Ｂａｎｄ Ｍ
ａｘｉｍｕｍ）との差（Ｅ VBM CL）を測定した。次に、
測定結果から、Ｚｎ1-XＭｇXＯ膜とＣＩＧＳ膜とのコア
レベルの差（△ＥCL）を求めた。これらの値を以下の式
（１）に適用することよって、Ｚｎ1-XＭｇXＯ膜とＣＩ
ＧＳ膜との価電子帯のレベル差△ＥV（Ｖａｌｅｎｃｅ
Ｂａｎｄ Ｏｆｆｓｅｔ）が求められる。次に、以下
の式（２）によって、Ｚｎ1-XＭｇXＯ膜とＣＩＧＳ膜と
の電子親和力の差△ＥCが求められる。なお、Ｚｎ1-XＭ
ｇXＯ膜のバンドギャップＥｇ（ＺｎＭｇＯ）とＣＩＧ
Ｓ膜のバンドギャップＥｇ（ＣＩＧＳ）とは、光透過特
性または反射特性や、入射光の波長に対する太陽電池の
量子効率の変化から測定できる。 （１） △ＥV＝ＥVBM CL（ＣＩＧＳ）−ＥVBM CL（Ｚｎ
ＭｇＯ）−△ＥCL （２） △ＥC＝Ｅｇ（ＺｎＭｇＯ）−Ｅｇ（ＣＩＧ
Ｓ）−△ＥV なお、ここでは、ＸＰＳ測定を用いた電子親和力の差の
計算方法を示したが、紫外線による光電子分光分析法
（ＵＰＳ）を用いても計算することができる。ＵＰＳ法
を用いる場合には、伝導帯レベルを測定できるため、電
子親和力の差を直接計算することができる。
【００６９】次に、Ｍｇの含有率を変化させた時の太陽
電池の特性を調べた。
電池の特性を調べた。
【００７０】実施例２では、実施形態２の太陽電池２０
を実際に作製した一例について述べる。なお、実施例２
の太陽電池は、半導体層１３の表面に、表面半導体層１
３ａとして、Ｃｄを含有させたＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ
2層を有する。また、実施例２の太陽電池では、半導体
層１４（窓層）としてＺｎ1-XＭｇXＯ膜を用いた。
を実際に作製した一例について述べる。なお、実施例２
の太陽電池は、半導体層１３の表面に、表面半導体層１
３ａとして、Ｃｄを含有させたＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ
2層を有する。また、実施例２の太陽電池では、半導体
層１４（窓層）としてＺｎ1-XＭｇXＯ膜を用いた。
【００７１】実施例２では、まず、ガラス基板上にＭｏ
電極膜を形成し、その上に半導体層１３（光吸収層）と
なるＣｕ（Ｉｎ0.8Ｇａ0.2）Ｓｅ2（ＣＩＧＳ）膜を形
成した。Ｍｏ膜およびＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜は、
以下の方法で作成した（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎ
ａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ、１９９
５年、３４巻、Ｌ１１４１参照）。まず、Ｍｏ膜はＡｒ
ガス雰囲気中のスパッタリング法で形成した。膜厚は約
１μｍであった。次に、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜
は、３段階蒸着法で形成した。まず、第１段階として、
Ｍｏ膜の上に基板温度３５０℃にて（Ｉｎ，Ｇａ）2Ｓ
ｅ3膜を形成し、次に、第２段階として、基板温度５０
０℃以上に昇温してＣｕ、Ｓｅを蒸着してＣｕ過剰組成
のＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜を形成した。最後に、第
３段階として、基板温度を保持したまま、Ｉｎ、Ｇａお
よびＳｅを同時に蒸着して少し（Ｉｎ，Ｇａ）が過剰な
組成のＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜を形成した。Ｃｕ
（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜の膜厚は約２μｍであった。
電極膜を形成し、その上に半導体層１３（光吸収層）と
なるＣｕ（Ｉｎ0.8Ｇａ0.2）Ｓｅ2（ＣＩＧＳ）膜を形
成した。Ｍｏ膜およびＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜は、
以下の方法で作成した（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎ
ａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ、１９９
５年、３４巻、Ｌ１１４１参照）。まず、Ｍｏ膜はＡｒ
ガス雰囲気中のスパッタリング法で形成した。膜厚は約
１μｍであった。次に、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜
は、３段階蒸着法で形成した。まず、第１段階として、
Ｍｏ膜の上に基板温度３５０℃にて（Ｉｎ，Ｇａ）2Ｓ
ｅ3膜を形成し、次に、第２段階として、基板温度５０
０℃以上に昇温してＣｕ、Ｓｅを蒸着してＣｕ過剰組成
のＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜を形成した。最後に、第
３段階として、基板温度を保持したまま、Ｉｎ、Ｇａお
よびＳｅを同時に蒸着して少し（Ｉｎ，Ｇａ）が過剰な
組成のＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜を形成した。Ｃｕ
（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜の膜厚は約２μｍであった。
【００７２】次に、上記ＣＩＧＳ膜を硝酸カドミウムと
アンモニアの水溶液中に浸して、ＣＩＧＳ膜の表面に、
ＣｄをドープしたＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2からなる表
面半導体層を形成した。次に、半導体層１３上に、半導
体層２１（バッファー層）となるＺｎ（Ｏ，Ｓ）膜（膜
厚１０ｎｍ）を化学析出法によって形成した。このＺｎ
（Ｏ，Ｓ）バッファー層の電子親和力はＣＩＧＳ膜の電
子親和力より０．５ｅＶ以上小さく、Ｚｎ（Ｏ，Ｓ）膜
の伝導帯レベルがＣＩＧＳ膜の伝導帯レベルより高いエ
ネルギー位置にある。
アンモニアの水溶液中に浸して、ＣＩＧＳ膜の表面に、
ＣｄをドープしたＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2からなる表
面半導体層を形成した。次に、半導体層１３上に、半導
体層２１（バッファー層）となるＺｎ（Ｏ，Ｓ）膜（膜
厚１０ｎｍ）を化学析出法によって形成した。このＺｎ
（Ｏ，Ｓ）バッファー層の電子親和力はＣＩＧＳ膜の電
子親和力より０．５ｅＶ以上小さく、Ｚｎ（Ｏ，Ｓ）膜
の伝導帯レベルがＣＩＧＳ膜の伝導帯レベルより高いエ
ネルギー位置にある。
【００７３】その後、Ｚｎ（Ｏ，Ｓ）膜の上に半導体層
１４（窓層）として、Ｍｇの含有率が異なるＺｎ1-XＭ
ｇXＯ膜（膜厚０．１μｍ）を形成した。Ｚｎ1-XＭｇX
Ｏ膜は、前述の方法で形成した。その後、半導体層１４
上に、上部電極膜１５としてＩＴＯ膜（膜厚０．１μ
ｍ）をスパッタリング法によって形成した。さらに、上
部電極膜１５上に、取り出し電極１７と反射防止膜１６
であるＭｇＦ2（膜厚０．１２μｍ）を電子ビーム蒸着
によって形成した。このようにして、太陽電池２０を作
製した。
１４（窓層）として、Ｍｇの含有率が異なるＺｎ1-XＭ
ｇXＯ膜（膜厚０．１μｍ）を形成した。Ｚｎ1-XＭｇX
Ｏ膜は、前述の方法で形成した。その後、半導体層１４
上に、上部電極膜１５としてＩＴＯ膜（膜厚０．１μ
ｍ）をスパッタリング法によって形成した。さらに、上
部電極膜１５上に、取り出し電極１７と反射防止膜１６
であるＭｇＦ2（膜厚０．１２μｍ）を電子ビーム蒸着
によって形成した。このようにして、太陽電池２０を作
製した。
【００７４】Ｘが０．０３であるＺｎ0.97Ｍｇ0.03Ｏ膜
を窓層に用いたときの電流−電圧特性を図１１に示す。
このとき、変換効率として１６．０％が得られた。この
値はＣｄＳ膜を窓層に用いた太陽電池の効率と同程度で
ある。次に、Ｍｇの含有率に対する変換効率の変化を図
１２に示す。Ｍｇを添加すると、ＺｎＯのみを用いた太
陽電池の効率より約３０％向上している。ここで用いた
ＺｎＯ膜の電子親和力χ1（ｅＶ）とＣＩＧＳ膜の電子
親和力χ2（ｅＶ）との差（χ2−χ1）は約−０．１
（ｅＶ）であり、窓層ＺｎＯの伝導帯レベルが低いた
め、ＺｎＯ／Ｚｎ（Ｏ，Ｓ）の界面において再結合が増
大する。したがって、太陽電池の変換効率は低下してい
る。これに対し、Ｍｇを添加すると図９に示すようにバ
ンドギャップが増大し、かつ電子親和力が減少するた
め、ＣＩＧＳ膜とのオフセット（χ2−χ1）が正とな
り、界面再結合速度が減少し、変換効率が向上する。実
施例２の太陽電池では、Ｍｇの含有率を０．２付近まで
増加させても効率はほとんど変わらない。これは、オフ
セット（χ2−χ1）の値が０．５ｅＶ以下の範囲内であ
るためと考えられる。このように、電子親和力を制御で
きるＺｎ1-XＭｇXＯ膜を窓層に用いることによって、太
陽電池の変換効率を向上できることがわかった。
を窓層に用いたときの電流−電圧特性を図１１に示す。
このとき、変換効率として１６．０％が得られた。この
値はＣｄＳ膜を窓層に用いた太陽電池の効率と同程度で
ある。次に、Ｍｇの含有率に対する変換効率の変化を図
１２に示す。Ｍｇを添加すると、ＺｎＯのみを用いた太
陽電池の効率より約３０％向上している。ここで用いた
ＺｎＯ膜の電子親和力χ1（ｅＶ）とＣＩＧＳ膜の電子
親和力χ2（ｅＶ）との差（χ2−χ1）は約−０．１
（ｅＶ）であり、窓層ＺｎＯの伝導帯レベルが低いた
め、ＺｎＯ／Ｚｎ（Ｏ，Ｓ）の界面において再結合が増
大する。したがって、太陽電池の変換効率は低下してい
る。これに対し、Ｍｇを添加すると図９に示すようにバ
ンドギャップが増大し、かつ電子親和力が減少するた
め、ＣＩＧＳ膜とのオフセット（χ2−χ1）が正とな
り、界面再結合速度が減少し、変換効率が向上する。実
施例２の太陽電池では、Ｍｇの含有率を０．２付近まで
増加させても効率はほとんど変わらない。これは、オフ
セット（χ2−χ1）の値が０．５ｅＶ以下の範囲内であ
るためと考えられる。このように、電子親和力を制御で
きるＺｎ1-XＭｇXＯ膜を窓層に用いることによって、太
陽電池の変換効率を向上できることがわかった。
【００７５】なお、実施例２では、Ｚｎ1-XＭｇXＯ膜を
ＺｎＯとＭｇＯの２元同時スパッタリング法によって形
成したが、あらかじめ任意のＭｇＯを添加した（ＺｎＯ
＋ＭｇＯ）の焼結体ターゲットを用いてもＺｎ1-XＭｇX
Ｏ膜が形成できる。さらに、Ｚｎ1-XＭｇXＯにＺｎＯの
結晶構造を変化させない少量のＡｌ2Ｏ3等の不純物を添
加しても同様な効果が得られる。また、ここでは、電子
親和力の小さい半導体層２１（バッファー層）として、
高抵抗ｎ形半導体であるＺｎ（Ｏ，Ｓ）膜を用いたが、
ＣＩＧＳ膜とのオフセットが１．３ｅＶ以上のＺｎＳ膜
等を用いても同様な効果が得られる。また、ここでは、
Ｃｄをドープしてｐ形ＣＩＧＳ膜表面に極薄いｎ形の表
面半導体層を形成しているが、この表面半導体層を形成
していない場合でも、ＺｎＯ膜を用いる従来の太陽電池
よりも、窓層としてＺｎ1-XＭｇXＯ膜を用いる本実施例
の太陽電池の方が、高効率となる。
ＺｎＯとＭｇＯの２元同時スパッタリング法によって形
成したが、あらかじめ任意のＭｇＯを添加した（ＺｎＯ
＋ＭｇＯ）の焼結体ターゲットを用いてもＺｎ1-XＭｇX
Ｏ膜が形成できる。さらに、Ｚｎ1-XＭｇXＯにＺｎＯの
結晶構造を変化させない少量のＡｌ2Ｏ3等の不純物を添
加しても同様な効果が得られる。また、ここでは、電子
親和力の小さい半導体層２１（バッファー層）として、
高抵抗ｎ形半導体であるＺｎ（Ｏ，Ｓ）膜を用いたが、
ＣＩＧＳ膜とのオフセットが１．３ｅＶ以上のＺｎＳ膜
等を用いても同様な効果が得られる。また、ここでは、
Ｃｄをドープしてｐ形ＣＩＧＳ膜表面に極薄いｎ形の表
面半導体層を形成しているが、この表面半導体層を形成
していない場合でも、ＺｎＯ膜を用いる従来の太陽電池
よりも、窓層としてＺｎ1-XＭｇXＯ膜を用いる本実施例
の太陽電池の方が、高効率となる。
【００７６】（実施例３）実施例３では、実施形態１の
太陽電池１０ａについて作製した一例について述べる。
実施例３では、基板１１としてガラス基板、下部電極膜
１２としてＭｏ膜、半導体層１３（光吸収層）としてＣ
ｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2、半導体層１４（窓層）とし
て、電子親和力が異なるＺｎYＡｌ2-2YＯ3-2Y膜（０＜
Ｙ＜１）、上部電極膜１５としてＩＴＯ、反射防止膜１
６としてＭｇＦ2を用いた。なお、半導体層１３の表面
には、表面半導体層１３ａとして、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）
Ｓｅ2を形成した。
太陽電池１０ａについて作製した一例について述べる。
実施例３では、基板１１としてガラス基板、下部電極膜
１２としてＭｏ膜、半導体層１３（光吸収層）としてＣ
ｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2、半導体層１４（窓層）とし
て、電子親和力が異なるＺｎYＡｌ2-2YＯ3-2Y膜（０＜
Ｙ＜１）、上部電極膜１５としてＩＴＯ、反射防止膜１
６としてＭｇＦ2を用いた。なお、半導体層１３の表面
には、表面半導体層１３ａとして、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）
Ｓｅ2を形成した。
【００７７】実施例３の太陽電池では、Ａｌ2Ｏ3の方が
ＺｎＯよりも電子親和力が小さいことから、ＺｎＯ膜に
Ａｌ2Ｏ3を添加することによって電子親和力を制御でき
ることが予想できる。ＺｎYＡｌ2-2YＯ3-2Y膜はＺｎＯ
ターゲットとＡｌ2Ｏ3ターゲットの２元同時スパッタで
形成した。ＺｎとＡｌとの組成比は、２つのターゲット
へ印加する高周波パワーによって制御した。Ａｌ含有率
に対する太陽電池の変換効率の変化を、図１３に示す。
図の縦軸の変換効率は、ＺｎＯを用いた時の変換効率で
規格化してある。ＺｎYＡｌ2-2YＯ3-2Y膜中の原子数比
｛Ａｌ／（Ｚｎ＋Ａｌ）｝の値が０．１までのときは、
Ａｌを添加していないＺｎＯ膜を用いた場合よりも変換
効率が低下している。これは、少量のＡｌを添加するこ
とによりＺｎYＡｌ2-2YＯ3-2Y膜が低抵抗化して、漏れ
電流が流れるためと考えられる。次に、Ａｌ／（Ｚｎ＋
Ａｌ）の値が０．２から０．７までは効率が向上し、ほ
ほ一定の値となっている。これは、Ａｌ2Ｏ3の添加量が
増加することにより膜の電子親和力がＣＩＧＳ膜のそれ
より小さくなるためである。次に、Ａｌ／（Ｚｎ＋Ａ
ｌ）の値が０．７以上では、効率が急激に低下してい
る。これは、ＺｎYＡｌ2 -2YＯ3-2Y膜の電子親和力χ1と
ＣＩＧＳ膜の電子親和力χ2との差（χ2−χ1）が０．
５ｅＶ以上となり、ＺｎYＡｌ2-2YＯ3-2Y膜が障壁とな
るため、ＣＩＧＳ膜で光励起されたキャリアが流れなく
なることによると考えられる。このように、Ａｌの含有
率を変化させることによって、ＺｎYＡｌ2-2YＯ3-2Y膜
の電子親和力が制御でき、Ａｌ／（Ｚｎ＋Ａｌ）の値が
０．２〜０．７の範囲内で変換効率が改善できることが
わかった。
ＺｎＯよりも電子親和力が小さいことから、ＺｎＯ膜に
Ａｌ2Ｏ3を添加することによって電子親和力を制御でき
ることが予想できる。ＺｎYＡｌ2-2YＯ3-2Y膜はＺｎＯ
ターゲットとＡｌ2Ｏ3ターゲットの２元同時スパッタで
形成した。ＺｎとＡｌとの組成比は、２つのターゲット
へ印加する高周波パワーによって制御した。Ａｌ含有率
に対する太陽電池の変換効率の変化を、図１３に示す。
図の縦軸の変換効率は、ＺｎＯを用いた時の変換効率で
規格化してある。ＺｎYＡｌ2-2YＯ3-2Y膜中の原子数比
｛Ａｌ／（Ｚｎ＋Ａｌ）｝の値が０．１までのときは、
Ａｌを添加していないＺｎＯ膜を用いた場合よりも変換
効率が低下している。これは、少量のＡｌを添加するこ
とによりＺｎYＡｌ2-2YＯ3-2Y膜が低抵抗化して、漏れ
電流が流れるためと考えられる。次に、Ａｌ／（Ｚｎ＋
Ａｌ）の値が０．２から０．７までは効率が向上し、ほ
ほ一定の値となっている。これは、Ａｌ2Ｏ3の添加量が
増加することにより膜の電子親和力がＣＩＧＳ膜のそれ
より小さくなるためである。次に、Ａｌ／（Ｚｎ＋Ａ
ｌ）の値が０．７以上では、効率が急激に低下してい
る。これは、ＺｎYＡｌ2 -2YＯ3-2Y膜の電子親和力χ1と
ＣＩＧＳ膜の電子親和力χ2との差（χ2−χ1）が０．
５ｅＶ以上となり、ＺｎYＡｌ2-2YＯ3-2Y膜が障壁とな
るため、ＣＩＧＳ膜で光励起されたキャリアが流れなく
なることによると考えられる。このように、Ａｌの含有
率を変化させることによって、ＺｎYＡｌ2-2YＯ3-2Y膜
の電子親和力が制御でき、Ａｌ／（Ｚｎ＋Ａｌ）の値が
０．２〜０．７の範囲内で変換効率が改善できることが
わかった。
【００７８】なお、ＣＩＧＳ膜中の原子数比（Ｇａ／
（Ｉｎ＋Ｇａ））を変化させることによってＣＩＧＳ膜
の電子親和力が変化することから、変換効率が向上する
Ａｌの組成比の範囲は変化する。また、実施例３では、
窓層としてＺｎYＡｌ2-2YＯ3-2 Y膜を用いたが、Ａｌの
代わりにIIIｂ族元素を用いたＺｎYＧａ2-2YＯ3-2Y（０
＜Ｙ＜１）等でも同様な効果が得られる。ただし、変換
効率の向上に最適なIIIｂ族元素の組成比の範囲は、用
いる元素によって異なる。
（Ｉｎ＋Ｇａ））を変化させることによってＣＩＧＳ膜
の電子親和力が変化することから、変換効率が向上する
Ａｌの組成比の範囲は変化する。また、実施例３では、
窓層としてＺｎYＡｌ2-2YＯ3-2 Y膜を用いたが、Ａｌの
代わりにIIIｂ族元素を用いたＺｎYＧａ2-2YＯ3-2Y（０
＜Ｙ＜１）等でも同様な効果が得られる。ただし、変換
効率の向上に最適なIIIｂ族元素の組成比の範囲は、用
いる元素によって異なる。
【００７９】（実施例４）実施例４では、実施形態３の
太陽電池３０について作製した一例について説明する。
実施例４の太陽電池では、基板１１としてガラス基板、
下部電極膜１２としてＭｏ膜、半導体層１３としてＣｕ
（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2、半導体層１４（窓層）としてＺ
ｎ0.9Ｍｇ0.1Ｏ膜、上部電極膜１５としてＩＴＯ、反射
防止膜１６としてＭｇＦ2、絶縁層３１（バッファー
層）としてＡｌ2Ｏ3膜を用いた。なお、半導体層１３の
表面には、表面半導体層１３ａとして、Ｃｄを含有させ
たＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2を形成した。
太陽電池３０について作製した一例について説明する。
実施例４の太陽電池では、基板１１としてガラス基板、
下部電極膜１２としてＭｏ膜、半導体層１３としてＣｕ
（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2、半導体層１４（窓層）としてＺ
ｎ0.9Ｍｇ0.1Ｏ膜、上部電極膜１５としてＩＴＯ、反射
防止膜１６としてＭｇＦ2、絶縁層３１（バッファー
層）としてＡｌ2Ｏ3膜を用いた。なお、半導体層１３の
表面には、表面半導体層１３ａとして、Ｃｄを含有させ
たＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2を形成した。
【００８０】ここで、半導体層１４（窓層）の電子親和
力χ1と半導体層１３（光吸収層）の電子親和力χ2との
差（χ2−χ1）は、０〜０．５ｅＶの範囲内である。ま
た、絶縁層３１の電子親和力χINS（ｅＶ）と電子親和
力χ2（ｅＶ）とは、（χ2−χINS）≧０．５（ｅＶ）
の関係を満たす。各々の作製法は実施例２と同様であ
る。なお、Ａｌ2Ｏ3膜は電子ビーム蒸着によってＣＩＧ
Ｓ膜上に形成した。
力χ1と半導体層１３（光吸収層）の電子親和力χ2との
差（χ2−χ1）は、０〜０．５ｅＶの範囲内である。ま
た、絶縁層３１の電子親和力χINS（ｅＶ）と電子親和
力χ2（ｅＶ）とは、（χ2−χINS）≧０．５（ｅＶ）
の関係を満たす。各々の作製法は実施例２と同様であ
る。なお、Ａｌ2Ｏ3膜は電子ビーム蒸着によってＣＩＧ
Ｓ膜上に形成した。
【００８１】Ａｌ2Ｏ3の膜厚を変えた時の、太陽電池の
変換効率の変化について、図１４に示す。ここで、縦軸
の効率は、Ａｌ2Ｏ3の膜厚が０の時（Ａｌ2Ｏ3膜がない
時）の効率で規格化してある。Ａｌ2Ｏ3の膜厚が１０ｎ
ｍ程度で効率が最高となり、膜厚の増加により効率が減
少し、５０ｎｍ以上では出力が大きく低下した。この理
由について以下に述べる。まず、Ａｌ2Ｏ3の膜厚が１０
ｎｍよりも小さくなるときは、ＣＩＧＳ膜を覆うＡｌ2
Ｏ3膜の被覆率が低く、部分的にＣＩＧＳ膜表面にＺｎ
1-XＭｇXＯ膜を形成する際の飛翔加速粒子あるいはイオ
ン化したガス分子の衝突によるスパッタリングダメージ
が生じ、ＣＩＧＳ膜界面の欠陥密度が増加し、変換効率
が減少すると考えられる。
変換効率の変化について、図１４に示す。ここで、縦軸
の効率は、Ａｌ2Ｏ3の膜厚が０の時（Ａｌ2Ｏ3膜がない
時）の効率で規格化してある。Ａｌ2Ｏ3の膜厚が１０ｎ
ｍ程度で効率が最高となり、膜厚の増加により効率が減
少し、５０ｎｍ以上では出力が大きく低下した。この理
由について以下に述べる。まず、Ａｌ2Ｏ3の膜厚が１０
ｎｍよりも小さくなるときは、ＣＩＧＳ膜を覆うＡｌ2
Ｏ3膜の被覆率が低く、部分的にＣＩＧＳ膜表面にＺｎ
1-XＭｇXＯ膜を形成する際の飛翔加速粒子あるいはイオ
ン化したガス分子の衝突によるスパッタリングダメージ
が生じ、ＣＩＧＳ膜界面の欠陥密度が増加し、変換効率
が減少すると考えられる。
【００８２】次に、絶縁層の膜厚が１０ｎｍよりも大き
くなると変換効率が低下し、５０ｎｍ以上で急激に低下
する理由について述べる。電子親和力が小さい絶縁体層
Ａｌ 2Ｏ3はＣＩＧＳ膜とＺｎ1-XＭｇXＯ膜とで形成され
るｐｎ接合の障壁となる。しかし、膜厚が薄いと光キャ
リアはこの障壁をトンネルしてｎ形の窓層へと流れる。
これに対し、膜厚が増加すると障壁の厚さが増すことに
よりトンネル電流が極端に減少し、効率が低下する。し
たがって、電子親和力がＣＩＧＳの電子親和力よりも
０．５ｅＶ以上小さい絶縁層をバッファー層として用い
る場合は、膜厚は５０ｎｍ以下が好ましく、また、最適
な膜厚範囲が存在する。
くなると変換効率が低下し、５０ｎｍ以上で急激に低下
する理由について述べる。電子親和力が小さい絶縁体層
Ａｌ 2Ｏ3はＣＩＧＳ膜とＺｎ1-XＭｇXＯ膜とで形成され
るｐｎ接合の障壁となる。しかし、膜厚が薄いと光キャ
リアはこの障壁をトンネルしてｎ形の窓層へと流れる。
これに対し、膜厚が増加すると障壁の厚さが増すことに
よりトンネル電流が極端に減少し、効率が低下する。し
たがって、電子親和力がＣＩＧＳの電子親和力よりも
０．５ｅＶ以上小さい絶縁層をバッファー層として用い
る場合は、膜厚は５０ｎｍ以下が好ましく、また、最適
な膜厚範囲が存在する。
【００８３】なお、絶縁層の代わりに、実施例２で述べ
た高抵抗の半導体層（電子親和力が光吸収層の電子親和
力よりも０．５ｅＶ以上大きい半導体層）を用いても、
同様の結果が得られる。また、絶縁層として、Ａｌ2Ｏ3
の代わりにＧａ2Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2等を
用いても同様な結果が得られる。
た高抵抗の半導体層（電子親和力が光吸収層の電子親和
力よりも０．５ｅＶ以上大きい半導体層）を用いても、
同様の結果が得られる。また、絶縁層として、Ａｌ2Ｏ3
の代わりにＧａ2Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2等を
用いても同様な結果が得られる。
【００８４】（実施例５）実施例５では、実施形態２で
説明した太陽電池２０について、その他の一例を説明す
る。実施例５では、半導体層１４（窓層）を固定し、半
導体層１３（光吸収層）の電子親和力を変化させた場合
の、太陽電池の変換効率の変化について測定した。実施
例５の太陽電池では、基板１１としてガラス基板、下部
電極膜１２としてＭｏ膜、半導体層１３としてＳを固溶
させたＣｕＩｎ（Ｓｅ1-XＳX）2膜（０≦Ｘ≦１）、半
導体層１４（窓層）として、Ｚｎ0.8Ｍｇ0.2Ｏ膜、上部
電極膜１５としてＩＴＯ、反射防止膜１６としてＭｇＦ
2、半導体層２１（バッファー層）としてＺｎＳ膜（膜
厚１０ｎｍ）を用いた。なお、半導体層１３の表面に
は、表面半導体層１３ａとして、Ｃｄを含有させたＣｕ
Ｉｎ（Ｓｅ1-XＳX）2膜を形成した。
説明した太陽電池２０について、その他の一例を説明す
る。実施例５では、半導体層１４（窓層）を固定し、半
導体層１３（光吸収層）の電子親和力を変化させた場合
の、太陽電池の変換効率の変化について測定した。実施
例５の太陽電池では、基板１１としてガラス基板、下部
電極膜１２としてＭｏ膜、半導体層１３としてＳを固溶
させたＣｕＩｎ（Ｓｅ1-XＳX）2膜（０≦Ｘ≦１）、半
導体層１４（窓層）として、Ｚｎ0.8Ｍｇ0.2Ｏ膜、上部
電極膜１５としてＩＴＯ、反射防止膜１６としてＭｇＦ
2、半導体層２１（バッファー層）としてＺｎＳ膜（膜
厚１０ｎｍ）を用いた。なお、半導体層１３の表面に
は、表面半導体層１３ａとして、Ｃｄを含有させたＣｕ
Ｉｎ（Ｓｅ1-XＳX）2膜を形成した。
【００８５】ＣｕＩｎＳ2はＣｕＩｎＳｅ2に比べ電子親
和力が約０．４ｅＶほど小さい。したがって、Ｓの固溶
率Ｘを変化させることによって、半導体層１３の電子親
和力が変化する。Ｓの固溶率Ｘに対する変換効率の変化
を、図１５に示す。縦軸の変換効率は、ＣｕＩｎＳｅ2
膜（Ｘ＝０）を用いた時の変換効率で規格化した値であ
る。
和力が約０．４ｅＶほど小さい。したがって、Ｓの固溶
率Ｘを変化させることによって、半導体層１３の電子親
和力が変化する。Ｓの固溶率Ｘに対する変換効率の変化
を、図１５に示す。縦軸の変換効率は、ＣｕＩｎＳｅ2
膜（Ｘ＝０）を用いた時の変換効率で規格化した値であ
る。
【００８６】図１５に示すように、Ｓの固溶率Ｘが０〜
０．８である間は、変換効率はほとんど変化しないが、
Ｘ＞０．８以上では効率が減少する。これは以下の理由
による。ＣｕＩｎＳｅ2に対して窓層Ｚｎ0.8Ｍｇ0.2Ｏ
膜の電子親和力は約０．３ｅＶ小さい。したがって、Ｘ
が０．８以下の場合には、窓層の電子親和力と光吸収層
の電子親和力とは、高い変換効率が得られる本発明の太
陽電池の条件を満たす。一方、Ｓの固溶率Ｘが大きくな
ると、ＣｕＩｎ（Ｓｅ1-XＳX）2膜の電子親和力が減少
する。この時、Ｚｎ0.8Ｍｇ0.2Ｏの電子親和力χ1（ｅ
Ｖ）とＣｕＩｎ（Ｓｅ1-XＳX）2の電子親和力χ2（ｅ
Ｖ）とが、０≦χ2−χ1＜０．５の関係を満たす範囲で
は効率は変化しない。しかし、Ｓの固溶率Ｘがさらに増
加すると、（χ2−χ1）＜０（ｅＶ）となり、界面再結
合の影響を強く受けて効率が低下する。実施例１および
２からもわかるように、光吸収層の電子親和力が小さく
なった場合には、それに適した電子親和力を有する窓層
を形成する必要がある。このように、窓層として、電子
親和力が制御できるＺｎ1-XＭｇXＯ膜を用いることが好
ましい。
０．８である間は、変換効率はほとんど変化しないが、
Ｘ＞０．８以上では効率が減少する。これは以下の理由
による。ＣｕＩｎＳｅ2に対して窓層Ｚｎ0.8Ｍｇ0.2Ｏ
膜の電子親和力は約０．３ｅＶ小さい。したがって、Ｘ
が０．８以下の場合には、窓層の電子親和力と光吸収層
の電子親和力とは、高い変換効率が得られる本発明の太
陽電池の条件を満たす。一方、Ｓの固溶率Ｘが大きくな
ると、ＣｕＩｎ（Ｓｅ1-XＳX）2膜の電子親和力が減少
する。この時、Ｚｎ0.8Ｍｇ0.2Ｏの電子親和力χ1（ｅ
Ｖ）とＣｕＩｎ（Ｓｅ1-XＳX）2の電子親和力χ2（ｅ
Ｖ）とが、０≦χ2−χ1＜０．５の関係を満たす範囲で
は効率は変化しない。しかし、Ｓの固溶率Ｘがさらに増
加すると、（χ2−χ1）＜０（ｅＶ）となり、界面再結
合の影響を強く受けて効率が低下する。実施例１および
２からもわかるように、光吸収層の電子親和力が小さく
なった場合には、それに適した電子親和力を有する窓層
を形成する必要がある。このように、窓層として、電子
親和力が制御できるＺｎ1-XＭｇXＯ膜を用いることが好
ましい。
【００８７】なお、ここでは、光吸収層としてＣｕＩｎ
（Ｓｅ1-XＳX）2膜を用いたが、Ｃｕ（Ｉｎ1-XＧａX）
Ｓｅ2膜（０≦Ｘ≦１）でも同様な結果が得られる。こ
の場合、ＣｕＧａＳｅ2の電子親和力はＣｕＩｎＳｅ2の
それより約０．６ｅＶ小さいことから、Ｇａ固溶率Ｘに
より電子親和力は大きく変化する。ただし、Ｃｕ（Ｉｎ
1-XＧａX）Ｓｅ2膜のＸが変化しても、それに適した電
子親和力を有する窓層を適用することにより高い変換効
率が得られる。また、同様にＣｕ（Ｉｎ1-XＧａX）（Ｓ
ｅ1-YＳY）2膜において、電子親和力は、Ｇａの固溶率
ＸとＳの固溶率Ｙとによって変化するが、それに適した
電子親和力を有する窓層を用意することによって変換効
率が高い太陽電池が得られる。さらに、Ｇａの固溶率や
Ｓの固溶率が膜厚方向に変化しているグレーデッド形の
光吸収層においても、空乏層内にある光吸収層の電子親
和力と比較して、電子親和力が０．５ｅＶ小さい窓層を
用いることによって、同様に高い変換効率が得られる。
（Ｓｅ1-XＳX）2膜を用いたが、Ｃｕ（Ｉｎ1-XＧａX）
Ｓｅ2膜（０≦Ｘ≦１）でも同様な結果が得られる。こ
の場合、ＣｕＧａＳｅ2の電子親和力はＣｕＩｎＳｅ2の
それより約０．６ｅＶ小さいことから、Ｇａ固溶率Ｘに
より電子親和力は大きく変化する。ただし、Ｃｕ（Ｉｎ
1-XＧａX）Ｓｅ2膜のＸが変化しても、それに適した電
子親和力を有する窓層を適用することにより高い変換効
率が得られる。また、同様にＣｕ（Ｉｎ1-XＧａX）（Ｓ
ｅ1-YＳY）2膜において、電子親和力は、Ｇａの固溶率
ＸとＳの固溶率Ｙとによって変化するが、それに適した
電子親和力を有する窓層を用意することによって変換効
率が高い太陽電池が得られる。さらに、Ｇａの固溶率や
Ｓの固溶率が膜厚方向に変化しているグレーデッド形の
光吸収層においても、空乏層内にある光吸収層の電子親
和力と比較して、電子親和力が０．５ｅＶ小さい窓層を
用いることによって、同様に高い変換効率が得られる。
【００８８】以上、本発明の実施形態について例を挙げ
て説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず
本発明の技術的思想に基づき他の実施形態に適用するこ
とができる。
て説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず
本発明の技術的思想に基づき他の実施形態に適用するこ
とができる。
【００８９】たとえば、上記実施形態では、基板と反対
側から入射した光によって発電する太陽電池を示した
が、基板側から入射した光によって発電する太陽電池で
もよい。
側から入射した光によって発電する太陽電池を示した
が、基板側から入射した光によって発電する太陽電池で
もよい。
【００９０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１の太
陽電池によれば、第１の半導体層（窓層）と第２の半導
体層（光吸収層）について禁制帯幅および電子親和力の
関係を規定することによって、高い変換効率の太陽電池
が得られる。これは、前記範囲内の電子親和力を有する
窓層を用いることにより、接合界面での再結合を抑制で
き、かつ光キャリアの障壁とならない窓層及び光吸収層
を提供できることによる。さらに、上記第１の太陽電池
によれば、窓層としてＣｄＳを用いず、かつ変換効率が
高い太陽電池が得られる。
陽電池によれば、第１の半導体層（窓層）と第２の半導
体層（光吸収層）について禁制帯幅および電子親和力の
関係を規定することによって、高い変換効率の太陽電池
が得られる。これは、前記範囲内の電子親和力を有する
窓層を用いることにより、接合界面での再結合を抑制で
き、かつ光キャリアの障壁とならない窓層及び光吸収層
を提供できることによる。さらに、上記第１の太陽電池
によれば、窓層としてＣｄＳを用いず、かつ変換効率が
高い太陽電池が得られる。
【００９１】また、本発明の第２の太陽電池では、窓層
が一般式Ｚｎ1-ZＣzＯ（ただし、元素ＣはＢｅ、Ｍｇ、
Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも一つであ
り、０＜Ｚ＜１である。）で表される酸化物を主成分と
しているため、窓層の欠陥が少なく、窓層のバンドギャ
ップおよび電子親和力を自由に変えることができる。し
たがって、変換効率が高い太陽電池が得られる。
が一般式Ｚｎ1-ZＣzＯ（ただし、元素ＣはＢｅ、Ｍｇ、
Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも一つであ
り、０＜Ｚ＜１である。）で表される酸化物を主成分と
しているため、窓層の欠陥が少なく、窓層のバンドギャ
ップおよび電子親和力を自由に変えることができる。し
たがって、変換効率が高い太陽電池が得られる。
【図１】 本発明の太陽電池について、一例を示す断面
図である。
図である。
【図２】 本発明の太陽電池について、他の一例を示す
断面図である。
断面図である。
【図３】 図１に示した太陽電池について、バンド図の
一例を示す模式図である。
一例を示す模式図である。
【図４】 従来の太陽電池について、バンド図の一例を
示す模式図である。
示す模式図である。
【図５】 本発明の太陽電池について、その他の一例を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図６】 本発明の太陽電池について、さらにその他の
一例を示す断面図である。
一例を示す断面図である。
【図７】 本発明の太陽電池の一例について、（ａ）短
絡電流密度、および（ｂ）開放電圧を示すグラフであ
る。
絡電流密度、および（ｂ）開放電圧を示すグラフであ
る。
【図８】 本発明の太陽電池の一例について、（ａ）曲
線因子、および（ｂ）変換効率を示すグラフである。
線因子、および（ｂ）変換効率を示すグラフである。
【図９】 組成比の異なるＺｎ1-XＭｇXＯ膜について、
光吸収係数とフォトンエネルギーとの関係を示すグラフ
である。
光吸収係数とフォトンエネルギーとの関係を示すグラフ
である。
【図１０】 Ｚｎ1-XＭｇXＯ膜のＭｇ含有率を変化させ
たときの、Ｚｎ1-XＭｇXＯ膜の電子親和力とＣＩＧＳ膜
の電子親和力との差の変化を示すグラフである。
たときの、Ｚｎ1-XＭｇXＯ膜の電子親和力とＣＩＧＳ膜
の電子親和力との差の変化を示すグラフである。
【図１１】 本発明の太陽電池の一例について、電流−
電圧特性を示すグラフである。
電圧特性を示すグラフである。
【図１２】 Ｚｎ1-XＭｇXＯ膜のＭｇ含有率の変化に対
する変換効率の変化を示すグラフである。
する変換効率の変化を示すグラフである。
【図１３】 ＺｎYＡｌ2-2YＯ3-2Y膜中のＹの値を変化
させたときの、規格化変換効率の変化を示すグラフであ
る。
させたときの、規格化変換効率の変化を示すグラフであ
る。
【図１４】 バッファー層であるＡｌ2Ｏ3膜の膜厚を変
化させたときの、規格化変換効率の変化を示すグラフで
ある。
化させたときの、規格化変換効率の変化を示すグラフで
ある。
【図１５】 光吸収層であるＣｕＩｎ（Ｓｅ1-XＳX）2
膜の固溶率Ｘを変化させたときの、規格化変換効率の変
化を示すグラフである。
膜の固溶率Ｘを変化させたときの、規格化変換効率の変
化を示すグラフである。
１０、１０ａ、２０、３０ 太陽電池
１１ 基板
１２ 下部電極膜
１３ 半導体層（第２の半導体層）
１３ａ 表面半導体層
１４ 半導体層（第１の半導体層）
１５ 上部電極膜
１６ 反射防止膜
１７ 取り出し電極
２１ 半導体層
３１ 絶縁層
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平８−125207（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−135498（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−330614（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−199741（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−145493（ＪＰ，Ａ)
米国特許5078804（ＵＳ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 31/04 - 31/078
Claims (15)
- 【請求項１】 ｎ形である第１の半導体層とｐ形である
第２の半導体層とを含み、前記第１の半導体層と前記第
２の半導体層とがｐｎ接合を形成している太陽電池であ
って、 前記第１の半導体層はＣｄを含まず、 前記第２の半導体層は光吸収層であり且つＩｂ族元素、
IIIｂ族元素およびVIｂ族元素を含む化合物半導体層で
あり、 前記第１の半導体層の禁制帯幅Ｅｇ1と前記第２の半導
体層の禁制帯幅Ｅｇ2とが、Ｅｇ1＞Ｅｇ2の関係を満た
し、 前記第１の半導体層の電子親和力χ1（ｅＶ）と前記第
２の半導体層の電子親和力χ2（ｅＶ）とが、０≦（χ2
−χ1）＜０．５の関係を満たすことを特徴とする太陽
電池。 - 【請求項２】 前記第１の半導体層が、前記第２の半導
体層よりも光入射側に形成されている請求項１に記載の
太陽電池。 - 【請求項３】 前記第１の半導体層と前記第２の半導体
層との間に、第３の半導体層をさらに備え、 前記第３の半導体層の禁制帯幅Ｅｇ3と前記禁制帯幅Ｅ
ｇ2が、Ｅｇ3＞Ｅｇ2の関係を満たす請求項１または２
に記載の太陽電池。 - 【請求項４】 前記第３の半導体層が、ｎ形半導体また
は高抵抗半導体のいずれかからなる請求項３に記載の太
陽電池。 - 【請求項５】 前記第３の半導体層の電子親和力χ
3（ｅＶ）と前記電子親和力χ2とが、（χ2−χ3）≧
０．５の関係を満たし、 前記第３の半導体層の膜厚が５０ｎｍ以下である請求項
３に記載の太陽電池。 - 【請求項６】 前記第３の半導体層が、ＺｎおよびIII
ｂ族元素から選ばれる少なくとも一つの元素を含む酸化
物、あるいはＺｎおよびIIIｂ族元素から選ばれる少な
くとも一つの元素を含むカルコゲン化合物である請求項
５に記載の太陽電池。 - 【請求項７】 前記第１の半導体層と前記第２の半導体
層との間に、絶縁層をさらに備え、 前記絶縁層の禁制帯幅ＥｇINSと前記禁制帯幅Ｅｇ2と
が、ＥｇINS＞Ｅｇ2の関係を満たす請求項１または２に
記載の太陽電池。 - 【請求項８】 前記絶縁層の電子親和力χINS（ｅＶ）
と前記電子親和力χ2とが、（χ2−χINS）≧０．５の
関係を満たし、 前記絶縁層の膜厚が５０ｎｍ以下である請求項７に記載
の太陽電池。 - 【請求項９】 前記絶縁層が、Ａｌ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、Ｓ
ｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2およびＭｇＯから選ばれる少
なくとも一つの絶縁物からなる請求項８に記載の太陽電
池。 - 【請求項１０】 前記第２の半導体層が、前記第１の半
導体層側の表面に、ｎ形半導体層または高抵抗半導体層
をさらに備える請求項１または２に記載の太陽電池。 - 【請求項１１】 前記第１の半導体層が、Ｚｎを含む化
合物からなる請求項１ないし１０のいずれかに記載の太
陽電池。 - 【請求項１２】 前記化合物が、ＺｎとIIａ族元素とを
含む酸化物、またはＺｎとIIａ族元素とを含むカルコゲ
ン化合物である請求項１１に記載の太陽電池。 - 【請求項１３】 前記化合物が、一般式Ｚｎ1-XＡXＯ
（ただし、元素ＡはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａ
から選ばれる少なくとも一つであり、０＜Ｘ＜１であ
る）で表される酸化物を主成分とする請求項１１に記載
の太陽電池。 - 【請求項１４】 前記元素ＡがＭｇであり、前記Ｘが０
＜Ｘ＜０．５の関係を満たす請求項１３に記載の太陽電
池。 - 【請求項１５】 前記化合物が、ＺｎとIIIｂ族元素と
を含む酸化物、あるいはＺｎとIIIｂ族元素とを含むカ
ルコゲン化合物である請求項１１に記載の太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000057481A JP3434259B2 (ja) | 1999-03-05 | 2000-03-02 | 太陽電池 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11-58768 | 1999-03-05 | ||
| JP5876899 | 1999-03-05 | ||
| JP2000057481A JP3434259B2 (ja) | 1999-03-05 | 2000-03-02 | 太陽電池 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003008726A Division JP3837114B2 (ja) | 1999-03-05 | 2003-01-16 | 太陽電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000323733A JP2000323733A (ja) | 2000-11-24 |
| JP3434259B2 true JP3434259B2 (ja) | 2003-08-04 |
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ID=26399781
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000057481A Expired - Lifetime JP3434259B2 (ja) | 1999-03-05 | 2000-03-02 | 太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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