JP3444700B2 - 太陽電池 - Google Patents
太陽電池Info
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- semiconductor thin
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- semiconductor
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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
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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
- 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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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エネルギー変換効
率の高い太陽電池に関する。
率の高い太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の化合物薄膜を用いた太陽電池は、
図３に示すように広いバンドギャップを持つ化合物半導
体薄膜４（窓層として機能する）と狭いバンドギャップ
を持つ化合物薄膜３（吸収層として機能する）のヘテロ
接合で構成されている。通常は、太陽電池の窓層に適し
た広いバンドギャップ（＞２．４ｅＶ）を持つｐ型半導
体薄膜があまり存在しないことや少数キャリアの拡散長
が電子のほうが長いことから窓層としてｎ型半導体を吸
収層としてｐ型半導体を用いる。
図３に示すように広いバンドギャップを持つ化合物半導
体薄膜４（窓層として機能する）と狭いバンドギャップ
を持つ化合物薄膜３（吸収層として機能する）のヘテロ
接合で構成されている。通常は、太陽電池の窓層に適し
た広いバンドギャップ（＞２．４ｅＶ）を持つｐ型半導
体薄膜があまり存在しないことや少数キャリアの拡散長
が電子のほうが長いことから窓層としてｎ型半導体を吸
収層としてｐ型半導体を用いる。
【０００３】より高いエネルギー変換効率を得るために
必要とされる条件は、より多くの光電流を得るための光
学的な最適設計と、界面または特に吸収層においてキャ
リアの再結合のない高品質なヘテロ接合及び薄膜を作る
ことである。高品質なヘテロ界面は、窓層と吸収層の組
合せと関係が深く、従来ＣｄＳ／ＣｄＴｅ系やＣｄＳ／
ＣｕＩｎＳｅ2 系において有用なヘテロ接合が得られて
いる。また、太陽電池の高効率化の試みとして、より広
いバンドギャップをもつ半導体、たとえば、図３に示し
た窓層の半導体薄膜４としてＣｄＺｎＳ等の試みによっ
て、太陽光の短波長光の感度向上がはかられている。さ
らに、ＣｄＳやＣｄＺｎＳの入射光側には、それらの薄
膜よりバンドギャップの大きな半導体５、たとえば、Ｚ
ｎＯ薄膜などを配することより再現性の高い高性能な太
陽電池が得られる提案されている。なお、透明導電膜７
としては、ＩＴＯ（インジウム−スズ−酸化物合金）ま
たは、ＺｎＯ：Ａｌなどが好適である。
必要とされる条件は、より多くの光電流を得るための光
学的な最適設計と、界面または特に吸収層においてキャ
リアの再結合のない高品質なヘテロ接合及び薄膜を作る
ことである。高品質なヘテロ界面は、窓層と吸収層の組
合せと関係が深く、従来ＣｄＳ／ＣｄＴｅ系やＣｄＳ／
ＣｕＩｎＳｅ2 系において有用なヘテロ接合が得られて
いる。また、太陽電池の高効率化の試みとして、より広
いバンドギャップをもつ半導体、たとえば、図３に示し
た窓層の半導体薄膜４としてＣｄＺｎＳ等の試みによっ
て、太陽光の短波長光の感度向上がはかられている。さ
らに、ＣｄＳやＣｄＺｎＳの入射光側には、それらの薄
膜よりバンドギャップの大きな半導体５、たとえば、Ｚ
ｎＯ薄膜などを配することより再現性の高い高性能な太
陽電池が得られる提案されている。なお、透明導電膜７
としては、ＩＴＯ（インジウム−スズ−酸化物合金）ま
たは、ＺｎＯ：Ａｌなどが好適である。
【０００４】
【発明が解決すべき課題】従来技術の化合物薄膜ヘテロ
接合型太陽電池の場合の共通する１つの課題は、窓層の
バンドギャップによってその太陽電池における短波長感
度がほとんど決まることである。図４の（ａ）線は、図
３に示した構成の太陽電池において、ＣｄＳの窓層を用
いた場合のバンドギャップ付近における量子効率を示し
ている。また、図４の（ａ´）線は、ＣｄＺｎＳの窓層
を用いた場合のバンドギャップ付近における量子効率を
示している。（ａ´）線の場合においては、窓層の広バ
ンドギャップ化によって得られる光電流を向上させるこ
とができるが、窓層としてＣｄＳを用いた場合に比べて
得られる開放端電圧が少し低下する傾向があり、結果と
して変換効率を大きく向上させることは達成できていな
い。この原因として、ＣｄＺｎＳ薄膜と光吸収層半導体
で形成されたヘテロ接合の品質が、ＣｄＳ薄膜とその光
吸収層半導体とのものに比べて、低下してしまうことに
よると考えられる。
接合型太陽電池の場合の共通する１つの課題は、窓層の
バンドギャップによってその太陽電池における短波長感
度がほとんど決まることである。図４の（ａ）線は、図
３に示した構成の太陽電池において、ＣｄＳの窓層を用
いた場合のバンドギャップ付近における量子効率を示し
ている。また、図４の（ａ´）線は、ＣｄＺｎＳの窓層
を用いた場合のバンドギャップ付近における量子効率を
示している。（ａ´）線の場合においては、窓層の広バ
ンドギャップ化によって得られる光電流を向上させるこ
とができるが、窓層としてＣｄＳを用いた場合に比べて
得られる開放端電圧が少し低下する傾向があり、結果と
して変換効率を大きく向上させることは達成できていな
い。この原因として、ＣｄＺｎＳ薄膜と光吸収層半導体
で形成されたヘテロ接合の品質が、ＣｄＳ薄膜とその光
吸収層半導体とのものに比べて、低下してしまうことに
よると考えられる。
【０００５】さらに、ＳｎＯ2、ＩＴＯ及びＺｎＯなど
の透明導電膜（バンドギャップ＞3.0ｅＶ）と吸収層と
のショットキー接合の太陽電池も考えられる。この太陽
電池の場合は、短波長の感度が飛躍的に向上するが、Ｃ
ｄＳを窓層に用いた場合に比べ、開放端電圧が若干低下
するのと同様に、製造プロセス上の再現性においても困
難がある。このことは、半導体薄膜の表面状態や幾何学
的形状に起因する。接合を作る半導体薄膜の相手が非常
に電気伝導性の高い膜であるために、表面状態が不均一
であったりゴミなどの付着等または激しい半導体薄膜表
面の凹凸に対して、ショットキー接合は、非常に敏感で
局部的な短絡が生じやすく、そのことが素子全体の特性
を大きく悪化させる原因となる。
の透明導電膜（バンドギャップ＞3.0ｅＶ）と吸収層と
のショットキー接合の太陽電池も考えられる。この太陽
電池の場合は、短波長の感度が飛躍的に向上するが、Ｃ
ｄＳを窓層に用いた場合に比べ、開放端電圧が若干低下
するのと同様に、製造プロセス上の再現性においても困
難がある。このことは、半導体薄膜の表面状態や幾何学
的形状に起因する。接合を作る半導体薄膜の相手が非常
に電気伝導性の高い膜であるために、表面状態が不均一
であったりゴミなどの付着等または激しい半導体薄膜表
面の凹凸に対して、ショットキー接合は、非常に敏感で
局部的な短絡が生じやすく、そのことが素子全体の特性
を大きく悪化させる原因となる。
【０００６】本発明は、前記従来技術の問題を解決する
ため、光電流及び開放端電圧が共に大きくとれ、製造プ
ロセス上も安定した太陽電池の構成を提供し、結果とし
てエネルギー変換効率の高い太陽電池を提供することを
目的とする。
ため、光電流及び開放端電圧が共に大きくとれ、製造プ
ロセス上も安定した太陽電池の構成を提供し、結果とし
てエネルギー変換効率の高い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】前記目的を達成するた
め、本発明の太陽電池は、絶縁基板と、下部電極と、伝
導型Ｐ型からなる第１の半導体薄膜と、その半導体薄膜
と接合を形成するための伝導型Ｎ型からなる第２の半導
体薄膜と、前記第２の半導体薄膜より大きなバンドギャ
ップを持ちかつ電子親和力が同程度の伝導型Ｎ型からな
る第３の半導体薄膜と、前記第３の半導体薄膜の電子親
和力と同程度またはそれ以上であってかつ価電子帯のト
ップのエネルギーレベルが前記半導体薄膜３のそれに比
べて低いレベルの伝導型Ｎ型からなる第４の半導体薄膜
と透明電極をこの順序に積層してなり、前記第２の半導
体薄膜がＣｄＳ、第３の半導体薄膜がＺｎＯまたはＩｎ
2 Ｏ 3 、第４の半導体薄膜がＳｎＯ 2 であるという構成を
備えたものである。
め、本発明の太陽電池は、絶縁基板と、下部電極と、伝
導型Ｐ型からなる第１の半導体薄膜と、その半導体薄膜
と接合を形成するための伝導型Ｎ型からなる第２の半導
体薄膜と、前記第２の半導体薄膜より大きなバンドギャ
ップを持ちかつ電子親和力が同程度の伝導型Ｎ型からな
る第３の半導体薄膜と、前記第３の半導体薄膜の電子親
和力と同程度またはそれ以上であってかつ価電子帯のト
ップのエネルギーレベルが前記半導体薄膜３のそれに比
べて低いレベルの伝導型Ｎ型からなる第４の半導体薄膜
と透明電極をこの順序に積層してなり、前記第２の半導
体薄膜がＣｄＳ、第３の半導体薄膜がＺｎＯまたはＩｎ
2 Ｏ 3 、第４の半導体薄膜がＳｎＯ 2 であるという構成を
備えたものである。
【０００８】前記構成においては、第３の半導体薄膜
が、厚さ５０〜５００ｎｍの範囲のＺｎＯであることが
好ましい。
が、厚さ５０〜５００ｎｍの範囲のＺｎＯであることが
好ましい。
【０００９】また前記構成においては、第１の半導体薄
膜がＰ型ＣｕＩｎＳｅ2 、ＣｕＩｎＳ2 、ＣｕＧａＳｅ
2 薄膜、及びそれらの組み合わせによる混晶系薄膜から
選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。
膜がＰ型ＣｕＩｎＳｅ2 、ＣｕＩｎＳ2 、ＣｕＧａＳｅ
2 薄膜、及びそれらの組み合わせによる混晶系薄膜から
選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。
【００１０】また前記構成においては、第４の半導体薄
膜がＰ型ＣｄＴｅ薄膜であることが好ましい。さらに本
発明の好ましい例は、前記絶縁基板上に形成された半導
体薄膜がＰ型のＣｕＩｎＳｅ2、ＣｕＩｎＳ2、ＣｕＧａ
Ｓｅ2薄膜またはそれらの組み合わせによる混晶系薄膜
もしくはＰ型ＣｄＴｅ薄膜からなりかつその半導体薄膜
と接合を形成するための半導体薄膜がＣｄＳであり、そ
の上にＺｎＯがあり、ホールブロッキング層としてＳｎ
Ｏ2 を配し、透明電極として低抵抗ＺｎＯまたはＩＴＯ
薄膜を設けてなるものである。
膜がＰ型ＣｄＴｅ薄膜であることが好ましい。さらに本
発明の好ましい例は、前記絶縁基板上に形成された半導
体薄膜がＰ型のＣｕＩｎＳｅ2、ＣｕＩｎＳ2、ＣｕＧａ
Ｓｅ2薄膜またはそれらの組み合わせによる混晶系薄膜
もしくはＰ型ＣｄＴｅ薄膜からなりかつその半導体薄膜
と接合を形成するための半導体薄膜がＣｄＳであり、そ
の上にＺｎＯがあり、ホールブロッキング層としてＳｎ
Ｏ2 を配し、透明電極として低抵抗ＺｎＯまたはＩＴＯ
薄膜を設けてなるものである。
【００１１】本発明は、従来構成の太陽電池の構造に加
えて、透明電極の内側にホールブロッキング層を挿入し
たことによって、窓層側で発生する少数キャリアである
ホールの透明電極層での再結合が抑制される。その結
果、ｐ型半導体光吸収層と接合を形成している窓層で発
生するホールを光電流として獲得できるようになる。以
上の作用により、従来構成の太陽電池に比べ短波長光を
有効に取り込める構造を実現でき、高いエネルギー変換
効率を得ることが可能となった。
えて、透明電極の内側にホールブロッキング層を挿入し
たことによって、窓層側で発生する少数キャリアである
ホールの透明電極層での再結合が抑制される。その結
果、ｐ型半導体光吸収層と接合を形成している窓層で発
生するホールを光電流として獲得できるようになる。以
上の作用により、従来構成の太陽電池に比べ短波長光を
有効に取り込める構造を実現でき、高いエネルギー変換
効率を得ることが可能となった。
【００１２】
【実施例】以下実施例を用いて本発明をさらに具体的に
説明する。 （実施例１）図１（ａ）には本発明の太陽電池の一構成
を示しており、図２にはその構成のバンド図を示してい
る。これらの構造が上下しても、太陽光の入射が上部電
極側から行なわれるか、または下部電極側から行なわれ
るかの相違だけで本質的な違いはない。以下に図１
（ａ）の構成について説明する。絶縁基板としてガラス
基板１の表面にＭｏ電極２をスパッタ法により、厚さ１
μｍに形成し、その上にｐ型のＣｕＩｎＳｅ2 薄膜３を
Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｅの三源蒸着法で２〜３μｍ程度の膜厚
で形成した。接合の形成のための半導体層４として、Ｃ
ｄＳ薄膜を溶液析出法によって、５００オングストロー
ム（５０ｎｍ）の厚さに形成した。そのあと、スパッタ
リングによって中間半導体５として高抵抗のＺｎＯ薄膜
を、厚さ０．３μｍに形成した。さらに、ホールブロッ
キング層６として、ＳｎＯ2 をスパッタリングによって
厚さ５００オングストローム（５０ｎｍ）に形成し、透
明導電膜７としてＡｌをドープした低抵抗ＺｎＯ薄膜ま
たはＩＴＯ薄膜をスパッタリングで厚さ０．５μｍに形
成した。ＺｎＯの電子親和力はＣｕＩｎＳｅ2 と同程度
であり、本発明の構成を実現する中間層の材料としては
好適である。中間半導体５の高抵抗ＺｎＯ薄膜の厚さ
は、太陽電池の特性に敏感である。安定した太陽電池特
性を得るためには、その膜厚として５００オングストロ
ーム（５０ｎｍ）程度以上必要であり、５００オングス
トローム（５０ｎｍ）程度以上０．５μｍ（５００ｎ
ｍ）以下の膜厚において最適な太陽電池特性を得ること
ができる。その膜厚がさらに厚くなると、太陽電池特性
における短絡光電流の低下と曲線因子の劣化が生じエネ
ルギー変換効率が低下する。
説明する。 （実施例１）図１（ａ）には本発明の太陽電池の一構成
を示しており、図２にはその構成のバンド図を示してい
る。これらの構造が上下しても、太陽光の入射が上部電
極側から行なわれるか、または下部電極側から行なわれ
るかの相違だけで本質的な違いはない。以下に図１
（ａ）の構成について説明する。絶縁基板としてガラス
基板１の表面にＭｏ電極２をスパッタ法により、厚さ１
μｍに形成し、その上にｐ型のＣｕＩｎＳｅ2 薄膜３を
Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｅの三源蒸着法で２〜３μｍ程度の膜厚
で形成した。接合の形成のための半導体層４として、Ｃ
ｄＳ薄膜を溶液析出法によって、５００オングストロー
ム（５０ｎｍ）の厚さに形成した。そのあと、スパッタ
リングによって中間半導体５として高抵抗のＺｎＯ薄膜
を、厚さ０．３μｍに形成した。さらに、ホールブロッ
キング層６として、ＳｎＯ2 をスパッタリングによって
厚さ５００オングストローム（５０ｎｍ）に形成し、透
明導電膜７としてＡｌをドープした低抵抗ＺｎＯ薄膜ま
たはＩＴＯ薄膜をスパッタリングで厚さ０．５μｍに形
成した。ＺｎＯの電子親和力はＣｕＩｎＳｅ2 と同程度
であり、本発明の構成を実現する中間層の材料としては
好適である。中間半導体５の高抵抗ＺｎＯ薄膜の厚さ
は、太陽電池の特性に敏感である。安定した太陽電池特
性を得るためには、その膜厚として５００オングストロ
ーム（５０ｎｍ）程度以上必要であり、５００オングス
トローム（５０ｎｍ）程度以上０．５μｍ（５００ｎ
ｍ）以下の膜厚において最適な太陽電池特性を得ること
ができる。その膜厚がさらに厚くなると、太陽電池特性
における短絡光電流の低下と曲線因子の劣化が生じエネ
ルギー変換効率が低下する。
【００１３】ＳｎＯ2 の電子親和力は、ＣｕＩｎＳｅ2
より若干深く中間層のＺｎＯとＳｎＯ2 とのバンド構造
の接続状態は、図２の半導体層５と６に示したような関
係となる。ＳｎＯ2 の価電子帯のトップがＺｎＯのそれ
に比べて下のレベルにあることによって、ホールに対す
る障壁（ホールブロッキング層）となり、図２に示し
た、半導体層５（ここでは、ＺｎＯ層）で生じたホール
が透明電極に数多く存在している電子との再結合を阻止
できる。その結果、それらのホールは、光電流として獲
得できることになる。図４（ｂ）に本発明の太陽電池の
量子効率の波長依存性を示している。従来構成における
太陽電池の量子効率に比べ、短波長域が優れている。こ
の効果は、ホールブロッキング層を設けたことによって
中間層のＺｎＯ薄膜がこの波長域の光吸収層の機能を果
たしているためである。図５（ｂ）には本発明の太陽電
池の特性（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2 照射時）を
従来構造の太陽電池の特性（図５（ａ））とともに示し
ている。前記したように、短波長域でのホールの獲得に
より、短絡光電流及び開放端電圧ともに優れた特性を示
している。同様にＣｕＩｎＳ2 薄膜、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇ
ａ）Ｓｅ2 薄膜、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）2 を
光吸収層とした場合においても、従来構造に比べホール
ブロッキング層を導入した本発明の構造において短波長
域でのホールの獲得により短絡光電流及び開放端電圧と
もに優れた特性を示した。
より若干深く中間層のＺｎＯとＳｎＯ2 とのバンド構造
の接続状態は、図２の半導体層５と６に示したような関
係となる。ＳｎＯ2 の価電子帯のトップがＺｎＯのそれ
に比べて下のレベルにあることによって、ホールに対す
る障壁（ホールブロッキング層）となり、図２に示し
た、半導体層５（ここでは、ＺｎＯ層）で生じたホール
が透明電極に数多く存在している電子との再結合を阻止
できる。その結果、それらのホールは、光電流として獲
得できることになる。図４（ｂ）に本発明の太陽電池の
量子効率の波長依存性を示している。従来構成における
太陽電池の量子効率に比べ、短波長域が優れている。こ
の効果は、ホールブロッキング層を設けたことによって
中間層のＺｎＯ薄膜がこの波長域の光吸収層の機能を果
たしているためである。図５（ｂ）には本発明の太陽電
池の特性（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2 照射時）を
従来構造の太陽電池の特性（図５（ａ））とともに示し
ている。前記したように、短波長域でのホールの獲得に
より、短絡光電流及び開放端電圧ともに優れた特性を示
している。同様にＣｕＩｎＳ2 薄膜、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇ
ａ）Ｓｅ2 薄膜、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）2 を
光吸収層とした場合においても、従来構造に比べホール
ブロッキング層を導入した本発明の構造において短波長
域でのホールの獲得により短絡光電流及び開放端電圧と
もに優れた特性を示した。
【００１４】（実施例２）本発明の別の実施例を以下に
示す。図１（ｂ）には本発明の太陽電池の一構成を示し
ており、図２にはその構成のバンド図を示している。こ
れらの構造が上下しても、太陽光の入射が上部電極側か
ら行なわれるか下部電極側から行なわれるかの相違だけ
で本質的な違いはない。以下に図１（ｂ）の構成につい
て説明する。絶縁基板としてガラス基板１に形成したＩ
ＴＯからなる透明電極７の上にホールブロッキング層６
としてＳｎＯ2 をスパッタリングによって厚さ５００オ
ングストローム（５０ｎｍ）に形成し、そのあと、スパ
ッタリングによって中間半導体５として高抵抗のＺｎＯ
薄膜を厚さ0.3μｍに形成する。続いて接合形成のため
のＮ型半導体層４としてＣｄＳ薄膜を溶液析出法または
真空蒸着法によって、５００オングストロームの膜厚に
形成し、さらにＣｄＴｅ薄膜３を近接昇華法またはホッ
トウオール法などの５５０℃以上の基板温度で形成可能
な方法で形成し、ＰＮ接合を作製する。ＣｄＴｅ薄膜３
の表面の電極８としては、グラファイトまたはＡｕをも
ちいる。ＳｎＯ2 の電子親和力は、中間層のＺｎＯに比
べて若干深く、ＺｎＯとＳｎＯ2 とのバンド構造の接続
状態は、図２の半導体層５と６に示したような関係とな
る。図２に示したようにＳｎＯ2 の価電子帯のトップが
ＺｎＯのそれに比べて下のレベルにあることによって、
ホールに対する障壁（ホールブロッキング層）となり、
図２に示した、半導体層５（ここでは、ＺｎＯ層）で生
じたホールが透明電極に数多く存在している電子との再
結合を阻止できる。その結果、それらのホールは、光電
流として獲得できることになる。
示す。図１（ｂ）には本発明の太陽電池の一構成を示し
ており、図２にはその構成のバンド図を示している。こ
れらの構造が上下しても、太陽光の入射が上部電極側か
ら行なわれるか下部電極側から行なわれるかの相違だけ
で本質的な違いはない。以下に図１（ｂ）の構成につい
て説明する。絶縁基板としてガラス基板１に形成したＩ
ＴＯからなる透明電極７の上にホールブロッキング層６
としてＳｎＯ2 をスパッタリングによって厚さ５００オ
ングストローム（５０ｎｍ）に形成し、そのあと、スパ
ッタリングによって中間半導体５として高抵抗のＺｎＯ
薄膜を厚さ0.3μｍに形成する。続いて接合形成のため
のＮ型半導体層４としてＣｄＳ薄膜を溶液析出法または
真空蒸着法によって、５００オングストロームの膜厚に
形成し、さらにＣｄＴｅ薄膜３を近接昇華法またはホッ
トウオール法などの５５０℃以上の基板温度で形成可能
な方法で形成し、ＰＮ接合を作製する。ＣｄＴｅ薄膜３
の表面の電極８としては、グラファイトまたはＡｕをも
ちいる。ＳｎＯ2 の電子親和力は、中間層のＺｎＯに比
べて若干深く、ＺｎＯとＳｎＯ2 とのバンド構造の接続
状態は、図２の半導体層５と６に示したような関係とな
る。図２に示したようにＳｎＯ2 の価電子帯のトップが
ＺｎＯのそれに比べて下のレベルにあることによって、
ホールに対する障壁（ホールブロッキング層）となり、
図２に示した、半導体層５（ここでは、ＺｎＯ層）で生
じたホールが透明電極に数多く存在している電子との再
結合を阻止できる。その結果、それらのホールは、光電
流として獲得できることになる。
【００１５】図４の（ｂ）線に本発明の太陽電池の量子
効率の波長依存性を示す。（ｂ）線から明らかな通り、
従来構成における太陽電池の量子効率に比べ、短波長域
が優れている。この効果は、ホールブロッキング層を設
けたことによって中間層のＺｎＯ薄膜がこの波長域の光
吸収層の機能を果たしているためである。
効率の波長依存性を示す。（ｂ）線から明らかな通り、
従来構成における太陽電池の量子効率に比べ、短波長域
が優れている。この効果は、ホールブロッキング層を設
けたことによって中間層のＺｎＯ薄膜がこの波長域の光
吸収層の機能を果たしているためである。
【００１６】図５（ｂ）には本発明の太陽電池の特性
（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2 照射時）を従来構造
の太陽電池の特性（図５（ａ））とともに示している。
すでに、述べたように短波長域でのホールの獲得により
短絡光電流及び開放端電圧ともに優れた特性を示してい
る。
（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2 照射時）を従来構造
の太陽電池の特性（図５（ａ））とともに示している。
すでに、述べたように短波長域でのホールの獲得により
短絡光電流及び開放端電圧ともに優れた特性を示してい
る。
【００１７】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、絶
縁基板と、下部電極と、伝導型Ｐ型からなる第１の半導
体薄膜と、その半導体薄膜と接合を形成するための伝導
型Ｎ型からなる第２の半導体薄膜と、前記第２の半導体
薄膜より大きなバンドギャップを持ちかつ電子親和力が
同程度の伝導型Ｎ型からなる第３の半導体薄膜と、前記
第３の半導体薄膜の電子親和力と同程度またはそれ以上
であってかつ価電子帯のトップのエネルギーレベルが前
記半導体薄膜３のそれに比べて低いレベルの伝導型Ｎ型
からなる第４の半導体薄膜と透明電極をこの順序に積層
してなるという構成を備えたことにより、光電流及び開
放端電圧が共に大きくとれ、製造プロセス上も安定した
太陽電池の構成を提供し、結果としてエネルギー変換効
率の高い太陽電池を実現できる。
縁基板と、下部電極と、伝導型Ｐ型からなる第１の半導
体薄膜と、その半導体薄膜と接合を形成するための伝導
型Ｎ型からなる第２の半導体薄膜と、前記第２の半導体
薄膜より大きなバンドギャップを持ちかつ電子親和力が
同程度の伝導型Ｎ型からなる第３の半導体薄膜と、前記
第３の半導体薄膜の電子親和力と同程度またはそれ以上
であってかつ価電子帯のトップのエネルギーレベルが前
記半導体薄膜３のそれに比べて低いレベルの伝導型Ｎ型
からなる第４の半導体薄膜と透明電極をこの順序に積層
してなるという構成を備えたことにより、光電流及び開
放端電圧が共に大きくとれ、製造プロセス上も安定した
太陽電池の構成を提供し、結果としてエネルギー変換効
率の高い太陽電池を実現できる。
【図１】 本発明の一実施例の太陽電池の模式的断面図
で、（ａ）は実施例１の太陽電池の模式的断面図、
（ｂ）は実施例２の太陽電池の模式的断面図。
で、（ａ）は実施例１の太陽電池の模式的断面図、
（ｂ）は実施例２の太陽電池の模式的断面図。
【図２】 本発明の太陽電池のバンド図。
【図３】 従来の太陽電池のバンド図。
【図４】 本発明及び従来の太陽電池の量子効率の波長
依存性を示す図。
依存性を示す図。
【図５】 本発明及び従来の太陽電池の電流−電圧特性
（AM1.5、100mW/cm2照射時）を示す図。
（AM1.5、100mW/cm2照射時）を示す図。
１ 絶縁基板
２ 下部電極
３ 第１の半導体薄膜（ＣｕＩｎＳｅ2 、ＣｄＴｅ）
４ 第２の半導体薄膜（ＣｄＳ）
５ 第３の半導体薄膜（ＺｎＯ）
６ 第４の半導体薄膜（ホールブロッキング層、ＳｎＯ
2 ） ７ 透明電極 ８ 透明電極
2 ） ７ 透明電極 ８ 透明電極
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 和田 隆博
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電
器産業株式会社内
(56)参考文献 特開 平６−232436（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−74376（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−218475（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−338624（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 31/04 - 31/078
Claims (4)
- 【請求項１】 絶縁基板と、下部電極と、伝導型Ｐ型か
らなる第１の半導体薄膜と、その半導体薄膜と接合を形
成するための伝導型Ｎ型からなる第２の半導体薄膜と、
前記第２の半導体薄膜より大きなバンドギャップを持ち
かつ電子親和力が同程度の伝導型Ｎ型からなる第３の半
導体薄膜と、前記第３の半導体薄膜の電子親和力と同程
度またはそれ以上であってかつ価電子帯のトップのエネ
ルギーレベルが前記半導体薄膜３のそれに比べて低いレ
ベルの伝導型Ｎ型からなる第４の半導体薄膜と透明電極
をこの順序に積層してなり、前記第２の半導体薄膜がＣ
ｄＳ、第３の半導体薄膜がＺｎＯまたはＩｎ 2 Ｏ 3 、第４
の半導体薄膜がＳｎＯ 2 である太陽電池。 - 【請求項２】 第３の半導体薄膜が、厚さ５０〜５００
ｎｍの範囲のＺｎＯである請求項１に記載の太陽電池。 - 【請求項３】 第１の半導体薄膜がＰ型ＣｕＩｎＳ
ｅ2、ＣｕＩｎＳ2、ＣｕＧａＳｅ2薄膜、及びそれらの
組み合わせによる混晶系薄膜から選ばれる少なくとも一
つである請求項１に記載の太陽電池。 - 【請求項４】 第４の半導体薄膜がＰ型ＣｄＴｅ薄膜で
ある請求項１に記載の太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20971495A JP3444700B2 (ja) | 1995-08-17 | 1995-08-17 | 太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20971495A JP3444700B2 (ja) | 1995-08-17 | 1995-08-17 | 太陽電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0955526A JPH0955526A (ja) | 1997-02-25 |
| JP3444700B2 true JP3444700B2 (ja) | 2003-09-08 |
Family
ID=16577436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20971495A Expired - Lifetime JP3444700B2 (ja) | 1995-08-17 | 1995-08-17 | 太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3444700B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JP4556407B2 (ja) | 2002-10-04 | 2010-10-06 | 住友金属鉱山株式会社 | 酸化物透明電極膜とその製造方法、透明導電性基材、太陽電池および光検出素子 |
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| KR20090006755A (ko) * | 2007-07-12 | 2009-01-15 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 투명 전도성 산화물 코팅의 제조 방법 |
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-
1995
- 1995-08-17 JP JP20971495A patent/JP3444700B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0955526A (ja) | 1997-02-25 |
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