JP5156090B2 - Ｃｉｓ系太陽電池の集積構造 - Google Patents

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Description

本発明は、ＣＩＳ系薄膜太陽電池の集積構造に関する。
現在、ＣＩＳ系薄膜太陽電池は広範囲に実用化されている。このＣＩＳ系薄膜太陽電池を製造する際、ＣｕＩｎＳｅ２系薄膜からなる光吸収層上に高抵抗バッファ層として、硫化カドミウム（ＣｄＳ）層を成長させることが高い交換効率の薄膜太陽電池を得ることができるとされている。
特許文献１には、溶液から化学的にＣｄＳ薄膜を製膜する溶液成長法は、ＣｕＩｎＳｅ２薄膜光吸収層を溶液中へ浸漬することにより、薄膜光吸収層と高品質なヘテロ接合を形成し、且つシャント抵抗を高める効果を有するとしている。
また、特許文献２には、ｐ型光吸収層上に溶液から化学的に成長した酸素、硫黄及び水酸基を含んだ亜鉛混晶化合物、即ち、Ｚｎ（Ｏ，Ｓ，ＯＨ）ｘを高抵抗バッファ層として使用することで、ＣｄＳ層をバッファ層とした場合と同等の高い変換効率の薄膜太陽電池を得ることができる製造方法が開示されている。
また、特許文献３には、有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、ガラス基板上に、バッファ層、窓層の順序で連続的に製膜する技術が開示されている。
米国特許第４６１１０９１号 特許第３２４９３４２号公報 特開２００６−３３２４４０号
しかし、従来の特許文献１記載の発明では、高抵抗バッファ層として、硫化カドミウム（ＣｄＳ）層を成長させる場合は、毒性の高いカドミウム（Ｃｄ）を含む廃液を最小にする努力が行われているが、固体のＣｄＳとアルカリ性廃液が大量に生成されるため、廃棄物処理コストが高くなり、ＣＩＳ太陽電池の製造コストが高くなってしまうという問題があった。
また、特許文献２は、高い変換効率の薄膜太陽電池の製造方法において必須と理解されているＣｄＳバッファ層を排除するために有効な製造方法を開示しているが、特許文献２記載の発明はＣＢＤバッファ層によりリーク抑制を行うものであり、また特許文献３記載の発明は、有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により製膜したバッファ層によりリーク抑制を行うものであり、いずれも改良の余地があった。
特に、光吸収層の高品質化のために、硫化反応の温度を高温、長時間として製膜した光吸収層表面は、低抵抗のＣｕ−Ｓｅ化合物、Ｃｕ−Ｓ化合物等のリーク成分が多いため、太陽電池性能向上のために、リーク抑制の強化が求められていた。
一方で、このリーク抑制のために、リーク抑制の主体であるＣＢＤバッファ層を厚くしてリーク抑制を行うことも考えられるが、ＣＢＤバッファ層を厚くすると直列抵抗増加という不具合が発生し、かつ、結果的にリーク抑制は不十分になってしまうという問題があった。また、生成する廃棄物の量も増大するため製造コストの増大にも繋がってしまうという問題があった。
本発明は上記課題、問題点を解決するためになされたものであって、直列抵抗を増加させることなく、リーク抑制が可能で、ｐｎヘテロ接合界面特性を向上させ、高効率な太陽電池を得ることを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一の観点にかかるＣＩＳ系薄膜太陽電池の集積構造は、ｐ型ＣＩＳ系光吸収層、バッファ層、ｎ型透明導電膜の順に積層されたＣＩＳ系薄膜太陽電池において、前記バッファ層は３層以上の積層構造であり、前記ｐ型ＣＩＳ系光吸収層と接する第１のバッファ層は、カドミウム（Ｃｄ）、又は、亜鉛（Ｚｎ）、又は、インジウム（Ｉｎ）を含む化合物からなり、前記第１のバッファ層と接する第２のバッファ層は酸化亜鉛系薄膜からなり、前記ｐ型ＣＩＳ系光吸収層、前記第１のバッファ層及び第２のバッファ層に配線パターンを形成することにより露出した端面及び、前記第２のバッファ層の前記ｎ型透明導電膜との間の端面を覆う第３のバッファ層が形成されており、前記第３のバッファ層は、酸化亜鉛系薄膜からなり、抵抗率が０．１〜１００Ωｃｍの範囲内であることを特徴とする。
前記第３のバッファ層の抵抗率が、前記第２のバッファ層の抵抗率より小さくしてもよい。
前記第３のバッファ層の膜厚が１０〜３００ｎｍの範囲内であってもよい。
前記第３のバッファ層が有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により形成されていてもよい。
前記第３のバッファ層に含まれるドーピング不純物元素濃度が１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であってもよい。
また、このドーピング不純物元素がアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、ホウ素（Ｂ）であってもよい。
前記第１のバッファ層の膜厚が２０ｎｍ以下、かつ、前記第２のバッファ層の膜厚が１００ｎｍ以上であってもよい。
前記第１のバッファ層の膜厚と、前記第２のバッファ層の膜厚の比（第２のバッファ層の膜厚／第１のバッファ層の膜厚）が５以上であってもよい。
前記第１のバッファ層が、ＣＢＤ法（溶液成長法）により形成されていてもよい。
前記第２のバッファ層が、有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により形成されていてもよい。
前記第２のバッファ層に含まれるドーピング不純物元素濃度が、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であってもよい。
このドーピング不純物元素が、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、ホウ素（Ｂ）であってもよい。
前記第１のバッファ層が、ＣｄｘＳｙ、ＺｎｘＳｙ、ＺｎｘＯｙ、Ｚｎｘ（ＯＨ）ｙ、ＩｎｘＳｙ、Ｉｎｘ（ＯＨ）ｙ、ＩｎｘＯｙ（ここで、ｘ、ｙは自然数）のいずれかを含む化合物であってもよい。
前記ＣＩＳ系光吸収層表面における硫黄濃度が、０．５atoms％以上であってもよい。
前記第２のバッファ層の抵抗率が０．１Ωｃｍ以上であってもよい。
本発明によれば、高抵抗な第２のバッファ層が、配線パターン部に存在することによる直列抵抗の増加を避けることができる。
また、第２のバッファ層の抵抗率を上げることで、リーク抑制の強化を図ることができる。このため、第１のバッファ層の膜厚を低減することができ、ｐｎ接合部における直列抵抗を低減させることができる。
第３のバッファ層の抵抗率が、第２のバッファ層の抵抗率より小さいことで、配線パターン部に製膜しても直列抵抗として不具合を起こすことがなくなり、また、配線パターン形成により露出した光吸収層及び第１のバッファ層、第２のバッファ層の端面を覆うことで、端面でのリークを抑制することができる。また端面におけるパッシベーション効果を得ることができる。
第３のバッファ層を有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により製膜することで、配線パターンの端面という製膜しにくい部分であっても、カバーレッジよく製膜することができる。
本発明を適用した集積構造の一実施形態について図１を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態に係るＣＩＳ系薄膜太陽電池１は、ガラス基板１１、金属裏面電極層１２、ｐ型ＣＩＳ系光吸収層（以下、単に「光吸収層」という。）１３、高抵抗バッファ層１４、ｎ型透明導電膜、（以下、単に「窓層」という。）１５の順に積層されたサブストレート構造のｐｎ型へテロ接合デバイスを構成している。
ガラス基板１１は、その上に上記各層が積層される基板となるものであって、青板ガラス等のガラス基板やステンレス板等の金属基板、ポリイミド膜等の樹脂基板が用いられる。
金属裏面電極層１２は、ガラス基板１１上に作製される０．２〜２μｍの厚さのモリブデン（Ｍｏ）又はチタン（Ｔｉ）等の高耐蝕性で高融点の金属であり、これらの金属をターゲットとしてＤＣスパッタ法等により製膜される。
光吸収層１３は、ｐ型の導電性を有するI−III −VI2 族カルコパイライト構造の厚さ１〜３μｍの薄膜であり、例えば、ＣｕＩｎＳｅ２ 、Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ2 、Ｃｕ（ＩｎＧａ）（ＳＳｅ）2 等の多元化合物半導体薄膜である。光吸収層１３としては、その他、セレン化物系ＣＩＳ系光吸収層、硫化物系ＣＩＳ系光吸収層及びセレン化・硫化物系ＣＩＳ系光吸収層があり、前記セレン化物系ＣＩＳ系光吸収層は、ＣｕＩｎＳｅ2 、Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ2 又はＣｕＧａＳｅ2 からなり、前記硫化物系ＣＩＳ系光吸収層は、ＣｕＩｎＳ2 、Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓ2 、ＣｕＧａＳ2 からなり、前記セレン化・硫化物系ＣＩＳ系光吸収層は、ＣｕＩｎ（ＳＳｅ）2 、Ｃｕ（ＩｎＧａ）（ＳＳｅ）2 、ＣｕＧａ（ＳＳｅ）2 、また、表面層を有するものとしては、ＣｕＩｎ（ＳＳｅ）2 を表面層として持つＣｕＩｎＳｅ2 、ＣｕＩｎ（ＳＳｅ）2 を表面層として持つＣｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ2 、ＣｕＩｎ（ＳＳｅ）2 を表面層として持つＣｕ（ＩｎＧａ）（ＳＳｅ）2 、ＣｕＩｎ（ＳＳｅ）2 を表面層として持つＣｕＧａＳｅ2 、Ｃｕ（ＩｎＧａ）（ＳＳｅ）2 を表面層として持つＣｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ2 、Ｃｕ（ＩｎＧａ）（ＳＳｅ）2 を表面層として持つＣｕＧａＳｅ2 、ＣｕＧａ（ＳＳｅ）2 を表面層として持つＣｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ2 又はＣｕＧａ（ＳＳｅ）2 を表面層として持つＣｕＧａＳｅ2 がある。
光吸収層１３は代表的には２種の製法があり、一つがセレン化／硫化法であり、一つが多元同時蒸着法である。
セレン化／硫化法では、裏面電極層１２上に、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）を含む積層構造または混晶の金属プリカーサー膜（Ｃｕ／Ｉｎ、Ｃｕ／Ｇａ、Ｃｕ−Ｇａ合金／Ｉｎ、Ｃｕ−Ｇａ−Ｉｎ合金等）を、スパッタ法や蒸着法等により製膜した後、セレン及び／又は硫黄含有雰囲気中で熱処理することによって光吸収層１３を製膜することができる。
また多元同時蒸着法では、５００℃程度以上に加熱した裏面電極層１２が形成されたガラス基板１１上に、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、セレン（Ｓｅ）を含む原料を適当な組合せで同時に蒸着することによって光吸収層１３を製膜することができる。
この光吸収層１３の表面（概ね表面より１００ｎｍまで）における硫黄濃度が０．５atoms％以上、より好ましくは３atoms％以上とすることで光入射側での光学的禁制帯幅を増大させることができるため、より効果的に光を吸収させることができる。また、後述のＣＢＤバッファ層との接合界面特性が向上する効果がある。
窓層１５は、ｎ型の導電性を有する禁制帯幅が広く、透明且つ低抵抗で膜厚０．０５〜２．５μｍの透明導電膜であり、代表的には酸化亜鉛系薄膜やＩＴＯ薄膜である。
この窓層１５は、酸化亜鉛系薄膜の場合、周期律表III族元素、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、ホウ素（Ｂ）のいずれか１つ、又はこれらを組み合わせてドーパントとする。
高抵抗バッファ層１４は、本実施形態では、第１のバッファ層であるＣＢＤバッファ層１４１と、第２のバッファ層であるＭＯＣＶＤバッファ層１４２、第３のバッファ層であるＭＯＣＶＤバッファ層１４３の３層から構成されているが、４層以上の積層構造とすることも可能である。
ＣＢＤバッファ層１４１は、光吸収層１３上端部と接しており、カドミウム（Ｃｄ）、又は亜鉛（Ｚｎ）、又はインジウム（Ｉｎ）を含む化合物により構成される。
このＣＢＤバッファ層１４１の膜厚は、２０ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以下に形成されている。
ＣＢＤバッファ層１４１は、溶液成長法（ＣＢＤ法）により製膜されている。溶液成長法（ＣＢＤ法）とは前駆体となる化学種を含む溶液に基材を浸し、溶液と基材表面との間で不均一反応を進行させることによって薄膜を基材上に析出させるという方法である。
具体的には、例えば、光吸収層１３上に、酢酸亜鉛を液温８０℃の水酸化アンモニウムに溶解して亜鉛アンモニウム錯塩を形成させ、その溶液中に硫黄含有塩であるチオリアを溶解し、この溶液を光吸収層１３に１０分間接触させて、光吸収層１３上に当該溶液から硫黄含有亜鉛混晶化合物半導体薄膜を化学的に成長させる。さらに成長した硫黄含有亜鉛混晶化合物半導体薄膜を大気中で設定温度２００
℃で１５分間アニールすることで乾燥し、かつ膜中の水酸化亜鉛の一部を酸化亜鉛に転化すると同時に硫黄により改質を促進することにより、硫黄含有亜鉛混晶化合物を高品質化させることができる。
なお、このＣＢＤバッファ層１４１は、溶液を調整することによりＣｄｘＳｙ、ＺｎｘＳｙ、ＺｎｘＯｙ、Ｚｎｘ（ＯＨ）ｙ、ＩｎｘＳｙ、Ｉｎｘ（ＯＨ）ｙ、ＩｎｘＯｙ（ここで、ｘ、ｙは自然数）が含まれてもよい。
第２のバッファ層であるＭＯＣＶＤバッファ層１４２は、酸化亜鉛系薄膜により構成されており、ＣＢＤバッファ層１４１の上端面を覆うように形成されている。
ＭＯＣＶＤバッファ層１４２に含まれるドーピング不純物元素としては、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、ホウ素（Ｂ）などのいずれかであり、そのドーピング不純物元素濃度を１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下となるように調整することによりバッファ層として好適な高抵抗な膜とすることができる。
そして、このＭＯＣＶＤバッファ層１４２の抵抗率は、０．１Ωｃｍ以上、より好ましくは１Ωｃｍ以上となっている。
このＭＯＣＶＤバッファ層１４２は、本実施形態では有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により形成されている。
このＭＯＣＶＤバッファ層１４２は、例えば、亜鉛（Ｚｎ）の有機金属化物（例えば、ジエチル亜鉛、ジメチル亜鉛）と純水を原料として、これをバブラー等に充填し、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスで泡立てて、同伴させてＭＯＣＶＤ装置内にて成膜する。
なお、ＭＯＣＶＤバッファ層１４２は、有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）だけでなく、スパッタ法等により形成してもよいが、光吸収層と良好なｐｎ接合界面を得るには、高エネルギー粒子が製膜種となるスパッタ法よりも製膜時にダメージの生じない有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）が好適である。
ここで、ＭＯＣＶＤバッファ層１４２の膜厚は１００ｎｍ以上に形成されている。従って、ＣＢＤバッファ層１４１の膜厚とＭＯＣＶＤバッファ層１４２の膜厚の比（（ＭＯＣＶＤバッファ層１４２）／（ＣＢＤバッファ層１４１））≧５となっている。
従来はリーク抑制を主にＣＢＤバッファ層が担っていたため、概ねＣＢＤバッファ層の膜厚は５０ｎｍ以上とする必要があったが、本実施形態においてはリーク抑制を主にＭＯＣＶＤバッファ層１４２で担うようにＭＯＣＶＤバッファ層１４２の膜厚を厚くしたことから、ＣＢＤバッファ層１４１の膜厚を２０ｎｍ以下とすることが可能となった。このためＣＢＤバッファ層１４１の製膜時間が大幅に短縮できることで高タクトが実現され、製造コストの低減となるだけでなく、ＣＢＤバッファ層１４１の製膜時の廃棄物の生成も従来より大幅に減少させることができるため、さらに製造コストの低減に有効である。また、リーク抑制を主にＭＯＣＶＤバッファ層１４２で担うために、通常ではリーク抑制の補完的な役割を担っているために５０ｎｍ程度以下と薄いＭＯＣＶＤバッファ層１４２の膜厚を１００ｎｍ以上の膜厚とし、また、ドーピング不純物濃度や抵抗率を調整している。
第３のバッファ層であるＭＯＣＶＤバッファ層１４３は、酸化亜鉛系薄膜により構成されており、このＭＯＣＶＤバッファ層１４３が、光吸収層１３、ＣＢＤバッファ層１４１及びＭＯＣＶＤバッファ層１４２に配線パターンＰ２を形成することにより露出した端面及び、ＭＯＣＶＤバッファ層１４２の上端面を覆うように形成されている。
ＭＯＣＶＤバッファ層１４３に含まれるドーピング不純物元素としては、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、Ｂ（ホウ素）などのいずれかであり、その濃度は、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下となっている。
また、ＭＯＣＶＤバッファ層１４３の膜厚は１０〜３００ｎｍの範囲内、より好ましくは５０〜２００ｎｍの範囲内となっている。
また、第３のバッファ層であるＭＯＣＶＤバッファ層１４３の抵抗率は第２のバッファ層であるＭＯＣＶＤバッファ層１４２の抵抗率よりも小さく構成されている。
具体的には、第２のバッファ層であるＭＯＣＶＤバッファ層１４２の抵抗率は０．１Ωｃｍ以上、好ましくは１Ωｃｍ以上、より好ましくは１０Ωｃｍ以上となっており、第３のバッファ層であるＭＯＣＶＤバッファ層１４３の抵抗率は０．１〜１００Ωｃｍ、好ましくは０．１〜１０Ωｃｍとなっている。
これにより、第３のバッファ層であるＭＯＣＶＤバッファ層１４３は、第２のバッファ層であるＭＯＣＶＤバッファ層１４２よりも抵抗率が低くなっている。
ＣＩＳ系薄膜太陽電池の積層構造としてみた場合、ｐｎ接合部におけるリーク抑制は主にＭＯＣＶＤバッファ層１４２が担い、またＣＢＤバッファ層１４１もリーク抑制の一部を担っている。ＭＯＣＶＤバッファ層１４３はリーク抑制の補完的な役割は担っているが、積層構造としては不要である。
一方、薄膜太陽電池の特徴である集積構造としてみた場合、光吸収層１３を分離するパターン２部において高抵抗バッファ層が形成されていないと、光吸収層１３の端部にｎ型窓層１５が直接接することになり、リークが発生する。逆にパターン２部に、ｐｎ接合部におけるリーク抑制が可能なほどの高抵抗なバッファ層が形成されると、パターン２部を通して集電されるべき電流に対して抵抗ロスとなり、太陽電池の出力が低下してしまう。
このため、本発明においては、積層構造からの要求と集積構造からの要求を同時に満たす構造として、パターン２部にはＭＯＣＶＤバッファ層１４３のみを形成する構造とした。すなわち、積層構造としてリーク抑制に十分なＣＢＤバッファ層１４１とＭＯＣＶＤバッファ層１４２を形成した後にパターン２を形成し、露出した光吸収層１３端面をＭＯＣＶＤバッファ層１４３が覆った構造とした。ここでＭＯＣＶＤバッファ層１３の抵抗率は光吸収層端部におけるリーク抑制と、パターン２部における抵抗ロスを最小限にするため、その抵抗率及び膜厚を調整している。
なお、本実施形態では、高抵抗バッファ層１４は３層であるが、本発明では、高抵抗バッファ層１４は、３層以上に積層してもよい。この場合も、最も上端に積層されているバッファ層を、上述のＭＯＣＶＤバッファ層１４３と同様に構成することで、同様な効果を得ることができる。
上述の実施形態にかかる太陽電池の特性について説明する。
図２〜図７に示した結果はいずれも、３０ｃｍ×３０ｃｍ基板サイズの集積構造となっている。
図２にＭＯＣＶＤバッファ層１４２の膜厚（ｎｍ）と、太陽電池の変換効率の特性のグラフを示し、図３にＭＯＣＶＤバッファ層１４２の膜厚（ｎｍ）と、太陽電池の曲線因子（ＦＦ）の関係を示す。
図４にＭＯＣＶＤバッファ層１４２／ＣＢＤバッファ層１４１の膜厚比と、変換効率（％）の関係を示し、図５にＭＯＣＶＤバッファ層１４２／ＣＢＤバッファ層１４１の膜厚比と、曲線因子（ＦＦ）との関係を示す。
また、図６にＭＯＣＶＤバッファ層１４３の膜厚と太陽電池の変換効率の特性のグラフを示し、図７にＭＯＣＶＤバッファ層１４３の膜厚（ｎｍ）と、太陽電池の曲線因子（ＦＦ）の関係をそれぞれ示す。
図２のグラフでは、横軸にＭＯＣＶＤバッファ層１４２の膜厚、縦軸に変換効率（％）、図３のグラフでは、横軸にＭＯＣＶＤバッファ層１４２の膜厚、縦軸に曲線因子（ＦＦ）を示している。
図４のグラフでは、横軸にＭＯＣＶＤバッファ層１４２／Ｃホウ素（Ｂ）Ｄバッファ層１４１の膜厚比、縦軸に変換効率（％）、図５のグラフでは、横軸にＭＯＣＶＤバッファ層１４２／ＣＢＤバッファ層１４１の膜厚比、縦軸に変換効率（％）を示している。
そして、それぞれのグラフにおいて、ＣＢＤバッファ層１４１の膜厚に応じた変換効率、曲線因子（ＦＦ）の変化を表している。また、図２〜図５においては、ＭＯＣＶＤバッファ層１４３の膜厚は７０ｎｍ、抵抗率は０．５Ωｃｍである。
図６のグラフでは、横軸にＭＯＣＶＤバッファ層１４３の膜厚、縦軸に変換効率（％）、図７のグラフでは、横軸にＭＯＣＶＤバッファ層１４３の膜厚、縦軸に曲線因子（ＦＦ）を示している。
そして、それぞれのグラフにおいて、ＭＯＣＶＤバッファ層１４３の抵抗率に応じた変換効率、曲線因子（ＦＦ）の変化を表している。
図２、図３に示すように、ＭＯＣＶＤバッファ層１４２の膜厚を６０ｎｍ以上とすることにより、さらに好ましくは、ＭＯＣＶＤバッファ層１４２の膜厚を１００ｎｍ以上とすることで、ＣＢＤバッファ層５ｎｍ、１０ｎｍ、１５ｎｍ、２０ｎｍのいずれの場合も、変換効率１３．５％以上を達成することができた。
また、（ＭＯＣＶＤバッファ層１４２）／（ＣＢＤバッファ層１４１）の膜厚比の関係では、この膜厚比を５以上、好ましくは１０以上、より好ましくは２０以上とすることで、ＣＢＤバッファ層５ｎｍ、１０ｎｍ、１５ｎｍ、２０ｎｍのいずれの場合も、変換効率１３．５％以上を達成することができた。
またＦＦは０．６５以上であり大面積・集積構造のＣＩＳ系薄膜太陽電池としては高い値を達成することができた。これは本発明のバッファ層構造による直列抵抗の低減とリーク抑制の両立により達成できた。本実施形態においてはＭＯＣＶＤバッファ層１４３の膜厚を７０ｎｍ、抵抗率を０．５Ωｃｍとした場合の結果を示したが、ＭＯＣＶＤバッファ層１４３の膜厚が１０〜３００ｎｍ、抵抗率が０．１〜１００Ωｃｍの場合、同様な結果となる。
次に、図６、図７に示すように、ＭＯＣＶＤバッファ層１４３の膜厚を１０〜３００ｎｍとすることにより、さらに好ましくは、ＭＯＣＶＤバッファ層１４３の膜厚を５０〜２００ｎｍとすることで、ＭＯＣＶＤバッファ層１４３の抵抗率０．１５Ωｃｍ、０．５Ωｃｍ、１０Ωｃｍ、８０Ωｃｍのいずれの場合も、変換効率１３．５％以上を達成することができた。一方、ＭＯＣＶＤバッファ層１４３の抵抗率が０．１Ωｃｍ未満の場合は、光吸収層１３端面におけるリーク抑制効果が十分でないため、若干のＦＦ低下が認められ、またＭＯＣＶＤバッファ層１４３の抵抗率が１００Ωｃｍより大きい場合は、直列抵抗の増加からＦＦの低下が認められた。
上述の実施形態の集積構造の製造方法について説明する。
まず、ガラス基板１１上に金属裏面電極層１２の電極パターンＰ１を形成し、その上に光吸収層１３及びＣＢＤバッファ層１４１、ＭＯＣＶＤバッファ層１４２を製膜する。
そして、ＭＯＣＶＤバッファ層１４２を製膜した時点で、メカニカルスクライブ装置又はレーザスクライブ装置により光吸収層１３及びＣＢＤバッファ層１４１、ＭＯＣＶＤバッファ層１４２を削ることによりパターン２を形成し、その上にさらに有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により第３のバッファ層としてＭＯＣＶＤバッファ層１４３を製膜したものである。
なお、ＭＯＣＶＤバッファ層１４２、ＭＯＣＶＤバッファ層１４３は、有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）だけでなく、スパッタ法等により形成してもよいが、光吸収層と良好なｐｎ接合界面を得るには、高エネルギー粒子が製膜種となるスパッタ法よりも製膜時にダメージの生じない有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）が好適である。
このように、上述の実施形態によれば、高抵抗な第２のバッファ層であるＭＯＣＶＤバッファ層１４２が、配線パターンＰ２部に存在することによる直列抵抗の増加を避けることが可能となり、また、ＭＯＣＶＤバッファ層１４２の抵抗率を上げることでリーク抑制の強化を図ることができる。
また、第３のバッファ層であるＭＯＣＶＤバッファ層１４３の抵抗率を、第２のバッファ層であるＭＯＣＶＤバッファ層１４２の抵抗率より小さくすることで配線パターンＰ２部に製膜しても、直列抵抗として不具合を起こすことなく、また、配線パターンＰ２を形成することにより露出した光吸収層１３及びＣＢＤバッファ層１４１、ＭＯＣＶＤバッファ層１４２の側端面を覆うことで端面でのリークを抑制することができる。また端面におけるパッシベーション効果を得ることができる。
また、ＭＯＣＶＤバッファ層１４３は、配線パターンの端面という製膜しにくい部分であるが、有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により製膜することで、カバーレッジよく製膜することができる。
本発明の実施形態に係るＣＩＳ系太陽電池の集積構造を示した図。 第２のバッファ層であるＭＯＣＶＤバッファ層膜厚と変換効率との関係を示したグラフ。 第２のバッファ層であるＭＯＣＶＤバッファ層膜厚と曲線因子（ＦＦ）との関係を示したグラフ。 第２のバッファ層であるＭＯＣＶＤバッファ層／第１のバッファ層であるＣＢＤバッファ層の膜厚比と変換効率との関係を示したグラフ。 第２のバッファ層であるＭＯＣＶＤバッファ層／第１のバッファ層であるＣＢＤバッファ層の膜厚比と曲線因子（ＦＦ）との関係を示したグラフ。 第３のバッファ層であるＭＯＣＶＤバッファ層膜厚と変換効率との関係を示したグラフ。 第３のバッファ層であるＭＯＣＶＤバッファ層膜厚と曲線因子（ＦＦ）との関係を示したグラフ。
１１ ガラス基板
１２ 金属裏面電極層
１３ 光吸収層
１４ 高抵抗バッファ層
１５ 窓層
１４１ ＣＢＤバッファ層（第１のバッファ層）
１４２ ＭＯＣＶＤバッファ層（第２のバッファ層）
１４３ ＭＯＣＶＤバッファ層（第３のバッファ層）
Ｐ１ パターン１
Ｐ２ パターン２
Ｐ３ パターン３

Claims (15)

  1. ｐ型ＣＩＳ系光吸収層、バッファ層、ｎ型透明導電膜の順に積層されたＣＩＳ系薄膜太陽電池において、
    前記バッファ層は３層以上の積層構造であり、
    前記ｐ型ＣＩＳ系光吸収層と接する第１のバッファ層は、カドミウム（Ｃｄ）、又は、亜鉛（Ｚｎ）、又は、インジウム（Ｉｎ）を含む化合物からなり、
    前記第１のバッファ層と接する第２のバッファ層は酸化亜鉛系薄膜からなり、
    前記ｐ型ＣＩＳ系光吸収層、前記第１のバッファ層及び第２のバッファ層に配線パターンを形成することにより露出した端面及び、前記第２のバッファ層の前記ｎ型透明導電膜との間の端面を覆う第３のバッファ層が形成されており、
    前記第３のバッファ層は、酸化亜鉛系薄膜からなり、抵抗率が０．１〜１００Ωｃｍの範囲内である、
    ことを特徴とするＣＩＳ系薄膜太陽電池の集積構造。
  2. 前記第３のバッファ層の抵抗率が、前記第２のバッファ層の抵抗率より小さい、
    請求項１記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池の集積構造。
  3. 前記第３のバッファ層の膜厚が１０〜３００ｎｍの範囲内である、
    請求項１又は２記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池の集積構造。
  4. 前記第３のバッファ層が有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により形成される、
    請求項１〜３のいずれかに記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池の集積構造。
  5. 前記第３のバッファ層に含まれるドーピング不純物元素濃度が１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である、
    請求項１〜４のいずれかに記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池の集積構造。
  6. 前記ドーピング不純物元素が、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、ホウ素（Ｂ）のいずれかである、
    請求項５記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池の集積構造。
  7. 前記第１のバッファ層の膜厚が２０ｎｍ以下、かつ、前記第２のバッファ層の膜厚が１００ｎｍ以上である、
    請求項１〜６のいずれかに記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池の集積構造。
  8. 前記第１のバッファ層の膜厚と、前記第２のバッファ層の膜厚の比（第２のバッファ層の膜厚／第１のバッファ層の膜厚）が５以上である、
    請求項１〜７のいずれかに記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池の集積構造。
  9. 前記第１のバッファ層が、溶液成長法（ＣＢＤ法）により形成される、
    請求項１〜８のいずれかに記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池の集積構造。
  10. 前記第２のバッファ層が、有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により形成される、
    請求項１〜９のいずれかに記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池の集積構造。
  11. 前記第２のバッファ層に含まれるドーピング不純物元素濃度が、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である、
    請求項１〜１０のいずれかに記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池の集積構造。
  12. 前記ドーピング不純物元素が、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、ホウ素（Ｂ）のいずれかである、
    請求項１１記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池の集積構造。
  13. 前記第１のバッファ層が、ＣｄｘＳｙ、ＺｎｘＳｙ、ＺｎｘＯｙ、Ｚｎｘ（ＯＨ）ｙ、ＩｎｘＳｙ、Ｉｎｘ（ＯＨ）ｙ、ＩｎｘＯｙ（ｘ、ｙは自然数）のいずれかを含む化合物である、
    請求項１〜１２のいずれかに記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池の集積構造。
  14. 前記ＣＩＳ系光吸収層表面における硫黄濃度が、０．５ａｔｏｍｓ％以上である、
    請求項１〜１３のいずれかに記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池の集積構造。
  15. 前記第２のバッファ層の抵抗率が０．１Ωｃｍ以上である、
    請求項１〜１４のいずれかに記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池の集積構造。
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