JP5635497B2 - 太陽電池用層システム - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位部分による、特に、薄膜太陽電池、太陽モジュール等用の層システム、およびこの層システムを備えた太陽電池または太陽電池モジュールに関する。

太陽電池および太陽モジュール用の薄膜システムが十分に知られており、基板およびその上に適用された材料に応じた様々な設計で、市場に出ている。材料は、入射太陽スペクトルが最大に利用されるように選択される。半導体材料からなる薄膜電池が現在市販されており、例えば、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）や銅−インジウム（ガリウム）−硫黄−セレン化合物（Ｃｕ（Ｉｎ／Ｇａ）（Ｓｅ／Ｓ））からなり、ＣＩＳ電池やＣＩＧＳ電池として知られており、ここで、電池の種類に応じて、Ｓは硫黄および／またはセレンを表すことができる。最も頻繁に、アモルファスシリコン（ａ：Ｓｉ：Ｈ）が薄膜電池に使用される。最近、ＣＩＳ薄膜電池は、多結晶シリコンからなるモジュールとおよそ同じレベルの効率を達成している。

現在のＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）_２系薄膜太陽電池および太陽モジュールでは、ｐ伝導型Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）_２吸収層とｎ伝導型前面電極との間に緩衝層が必要であり、ｎ伝導型前面電極は、通常、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含む。現在の情報によれば、この緩衝層は、吸収層材料と前面電極との間での電子適応を可能にする。さらに、緩衝層は、ＤＣマグネトロンスパッタによって前面電極を蒸着する後のプロセスステップにおいて、スパッタダメージに対する保護をもたらす。さらに、ｐ形半導体とｎ形半導体との間で高抵抗の中間層を構成することによって、電気的に良好なゾーンから不良ゾーンへのカレントドレインが防がれる。

現在まで、硫化カドミウム（ＣｄＳ）が、緩衝層として最も頻繁に使用されてきた。ＣｄＳは、電池の良好な効率をもたらすことができるために、現在まで、ＣＢＤプロセス（化学浴プロセス）、湿式化学プロセスにおいて蒸着されてきた。しかしながら、これに伴って、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）_２薄膜太陽電池の現在の製造プロセスサイクルに湿式化学プロセスがうまく適合しないという不利点がある。

ＣｄＳ緩衝層のさらなる不利点は、ＣｄＳ緩衝層が有毒重金属カドミウムを含んでいることにある。これは、製造プロセスにおいて、例えば廃水の処理において、さらなる安全措置が取られなければならないので、製造コストをより高くしてしまう。製品の処理は、特定の状況下で消費者により高いコストをもたらす可能性もある。なぜなら、メーカーは、地域法に応じて、製品を引き取る、製品を処理する、または再利用することを余儀なくされる可能性があり、結果として起こるコストは消費者に転嫁される可能性があるからである。

従って、ＣｄＳからなる緩衝層の様々な代替案として、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）_２半導体族からの種々の吸収層が試験されており、例えば、スパッタされたＺｎＭｇＯ、ＣＢＤによって蒸着されたＺｎ（Ｓ，ＯＨ）、ＣＢＤによって蒸着されたＩｎ（Ｏ，ＯＨ）、およびＡＬＤ（原子層蒸着）、スプレー熱分解またはＰＶＤ（物理的気相成長）プロセス、例えば、熱蒸発またはスパッタによって蒸着された硫化インジウム、ＩＬＧＡＲ（イオン層ガス蒸着）である。

しかしながら、これらの材料は、まだ、商業用途のＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）_２系太陽電池用の緩衝層として適切でない。なぜなら、それらの材料は、ＣｄＳ緩衝層を備えたものと同じ効率（日照パワーと太陽電池によって生成される電力との比）を達成しておらず、小表面の研究室電池についてはおよそ２０％以内であり、大面積モジュールについては１０％から１２％であるからである。さらに、それらの材料は、光、熱および／または水分にさらされる場合には、過度の不安定、ヒステリシス効果または効率の低下を示す。

ＣｄＳのさらなる不利点は、ＣｄＳがおよそ２．４ｅＶの直接電子バンドギャップを備えた直接半導体であるということに基づき、従って、既に数１０ｎｍのＣｄＳフィルム厚みを備えたＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）_２／ＣｄＳ／ＺｎＯ太陽電池において、入射光線が吸収される。このヘテロ遷移の範囲、および緩衝材料に多くの結晶欠陥がある、つまり、再結合中心があるので、この層で生成した荷電粒子はすぐに再結合する。したがって、緩衝層で吸収された光は、電気的収率のために失われ、つまり、太陽電池の効率が低減され、それは、薄膜電池には不都合である。

従って、本発明の目的は、高性能および高安定性を有する緩衝層を備え、それによって、製造は費用対効果があり、環境上無害である、特に、太陽電池、太陽モジュール等用のＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）_２系層システムを提供することである。

この目的は、請求項１に記載の層システムおよび請求項１１に記載の太陽電池または太陽電池モジュールによる本発明によって達成される。本発明の有利な改良は従属請求項で示される。

本発明は、層システムが、黄銅鉱構造（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ_１−ｙ，Ｓｅ_ｙ）_２、ここで、０≦ｙ≦１）を備えた化合物半導体材料からなる吸収層と、第１の緩衝層と、を含む点で区別され、第１の緩衝層は、Ｉｎ_２（Ｓ_１−ｘ，Ｓｅ_ｘ）_３＋δ（セレンインジウム硫化物）を含み、０≦ｘ≦１および−１≦δ≦１（ｘおよびδは０でもよい）である。さらに、Ｉｎ_２（Ｓ_１−ｘ，Ｓｅ_ｘ）_３＋δ緩衝層はアモルファスである。

この層システムで製造された太陽電池は、同時に高い長期安定性を備えた高性能を有する。これから有害物質は使用されないので、製造プロセスは、環境上より簡単であり、より安価であり、ＣｄＳ緩衝層のようにその後のコストはない。

特に、驚いたことには、本発明による層システムで、先行技術のＣｄＳ緩衝層と同等の良好な太陽電池特性が達成されることができることが判明した。実際、本発明による構造で、１２．２％から１４．３％の高性能が達成されることができる。

本発明の文脈では、「アモルファス」は、Ｘ線構造検討において、結晶構造が反射する信号が検出限界未満であることを意味する。さらに、２２０ｃｍ^−１から３８０ｃｍ^−１の波数範囲において層のラマンスペクトル（４８８ｎｍの励起波長で）は、２９０ｃｍ^−１で最大値を備えた広帯域を示し、ここで、個々のラインはもはや分解することができない。本発明の基礎にある検討において、硫化インジウム層が、通常、ガラス基板上でアモルファス状に成長したことが示された。吸収層上においては、硫化インジウム層は、プロセス条件に応じて、アモルファスまたは結晶性であった。驚いたことに、吸収層上の硫化インジウム層がアモルファス状に成長した層システムのみが、１２％より大きい特に良好な効率をもたらした。結晶構造の硫化インジウムを備えた層は６から１２％の効率をもたらした。

好ましくは、第１の緩衝層は不純物を含まず、言いかえれば、第１の緩衝層は、酸素、炭素または塩素などのさらなる元素を意図的に備えておらず、製造技術の事情で、最大限でも１Ｍｏｌ％以下の不可避的な濃度でこれらを含んでいる。これによって、より高い効率を確実にすることが可能となる。

有利には、「δ」とされた化学量論からの偏差は、−０．５と＋０．５の間であり、好ましくは−０．２と０の間である。ここで、値は、おおよそδ＝−０．１であることが好ましい。なぜなら、このわずかにインジウムリッチな組成で、最良の電池が得られることができたからである。

高性能は、第１の緩衝層のアモルファス形成によって大部分は決まる。検討から、実際には、層の効率および結晶化度とここで使用される蒸着プロセスとの間の相互関係が分かる。少ない結晶性、つまり、構造がよりアモルファスであれば、効率のためにはより有利である。さらに、アモルファス層は、低温で生成されることができ、その結果、緩衝層と吸収層との間での大量の元素の相互拡散がそのまま回避され、製造は一般的により容易とされる。アモルファス半導体層は、現在まで、結晶性シリコンおよびアモルファスシリコンのヘテロ遷移と同様に、アモルファスシリコンゲルマニウム層システムの場合のみに太陽電池で使用されていた。黄銅鉱半導体について、アモルファス緩衝層またはアモルファス前面電極との組み合わせは現在まで知られていない。

本発明による層システムのさらなる利点は、電池が機械的応力および電気的応力と同様に、温度、光、水分に対してより大きな安定性を有することにある。先行技術の黄銅鉱系太陽電池では、ヒステリシス効果が実際しばしば観察され、効率は、熱および／または水分の影響によって低下される可能性がある。光ソーキングによって、効率は部分的に確実に回復されることができる。しかしながら、最悪の場合、不可逆的損失が残る。多くの場合、効率は長い光ソーキングによってのみ電池の製造後に調整される。本発明による層システムで太陽電池が製造される状態で、湿式加熱（相対湿度８５％、温度８５℃）下の変化する効果を測定することによって、非カプセル化電池またはカプセル化電池がＣｄＳ緩衝層およびＺｎＯ前面電極を備えたものと同じ、またはそれよりも良好な挙動をすることが示される。本発明による電池の露光量は、また、効率の変化をほとんど引き起こさず、すなわち５％未満であり、これによって、層システムの安定性は著しく改良される。

ガラス上のＩｎ_２（Ｓ_１−ｘ，Ｓｅ_ｘ）_３＋δ層の波長に応じて光透過を測定して、第１の緩衝層のバンドギャップＥ_Ｇが２．０から２．２ｅＶであることがＴａｕｃプロットを使用して決まった。このバンドギャップは、確実にＣｄＳのものより小さいが、ＣｄＳは直接半導体であるのに対して、Ｔａｕｃプロットの評価は、使用されたＩｎ_２（Ｓ_１−ｘ，Ｓｅ_ｘ）_３＋δ層が、バンドギャップの直接機能、禁止機能または間接機能を有することを示し、その結果、緩衝層における光のより低い吸収が類似の層厚で可能である。しかしながら、より低い光吸収は、光の電力へのより高い変換効率をもたらす。

好ましくは、セレン含有量ｘは０から０．５、好ましくは０から０．１である。最小セレン含有量ｘは便宜的とすることができ、例えば、ｘ＝０．０８、ｘ＝０．０５、ｘ＝０．０３、ｘ＝０．０１またはｘ＝０．００１である。セレン含有量は、実際にはｘ＝０とすることもできる。セレン含有量を変化させて、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）_２からなる吸収層に対する第１の緩衝層のバンドギャップおよびそのバンド整合が生じ、効率レベルはこれらのセレン含有量で最も高い。したがって、セレン含有量の調整によって、バンドギャップおよびバンド整合の微調整は、Ｉｎ_２（Ｓ_１−ｘ，Ｓｅ_ｘ）_３＋δに対して可能であり、それによって、効率はさらに向上されることができる。

本発明の有利な実施形態では、吸収層は、吸収層の表面上でのモル濃度の比［Ｓ］／（［Ｓｅ］＋［Ｓ］）が１０％から９０％、特に、２０％から６５％、好ましくは３５％であり、硫黄が黄銅鉱構造の陰イオン格子に組み入れられた状態で、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）_２を含む。これによっても、Ｉｎ_２（Ｓ_１−ｘ，Ｓｅ_ｘ）_３＋δに対するバンドギャップおよびバンド整合の微調整を達成することができる。

吸収層と緩衝層の組み合わせは、吸収層中の硫黄含有量および緩衝層中のセレン含有量の正確な調整によって決まることが留意されることができる。本発明のさらなる利点は、このさらなる自由度にある。ヘテロ遷移における最適電子構造を調整するためには、相互拡散によって適切な組成をもたらすために高温は必要ではない。

好ましい実施形態では、吸収層中の硫黄濃度は、表面から、つまり第１の緩衝層との界面から吸収層内部に対して減少する勾配を有し、それによって、効率は同様によい影響を受ける。硫黄の勾配は、適温およびガス時間プロフィールによって、金属層のセレン化および硫化プロセスによって、ＣＩＳ吸収層の製造プロセスで調整されることができる。モル比Ｓ／（Ｓｅ＋Ｓ）は、吸収層の内部で、例えば、表面から、２０％から６０％から約５から１０％の値に減少し、その結果、比Ｓ／（Ｓｅ＋Ｓ）は表面上でよりも完全に明らかに小さい。比Ｓ／（Ｓｅ＋Ｓ）は、また、背面接触層までずっと増加することができる。硫黄の勾配はバンドギャップの勾配をもたらす。太陽電池のベースでのバンドギャップの減少する勾配が効率を向上することができるということが、様々な太陽電池技術から知られている。しかしながら、アモルファス硫化インジウム層を備えた本発明による組み合わせでは、勾配は、さらに、硫化インジウム／Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）_２層システムのヘテロ遷移でのバンド構造の整合を可能とする。

有利には、Ｉｎ_２（Ｓ_１−ｘ，Ｓｅ_ｘ）_３＋δ層は、１０ｎｍから２００ｎｍの厚みであり、特に４０ｎｍから１４０ｎｍであり、好ましくは６０ｎｍである。なぜなら、このために、Ｉｎ_２（Ｓ_１−ｘ，Ｓｅ_ｘ）_３＋δ緩衝層を介しての光吸収が低いからである。

有利には、本発明による層システムは、好ましくは、第１の緩衝層と前面電極との間に配置された第２の緩衝層を含む。好ましくは、第１の緩衝層上に適用された第２の緩衝層は、ドープされていないＺｎ_１−ｚＭｇ_ｚＯを含み、０≦ｚ≦１である。その層厚は、合目的には２００ｎｍ以下であり、特に、２０ｎｍから１４０ｎｍ、好ましくは６０ｎｍである。

有利には、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）を含む前面電極が提供される。特に、前面電極は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）および／またはＺｎＯを含み、ドープされたＺｎＯ、特にＡｌまたはＧａがドープされたＺｎＯが好ましい。

本発明による層システムでは、キャリヤとして金属基板、ガラス基板、合成基板またはセラミック基板が設けられることが好ましく、ガラスが好ましい。しかしながら、他の透明キャリヤ材料、特に合成材料も使用されることができる。

吸収層の下に、例えば、モリブデン（Ｍｏ）や他の金属を含む背面電極が設けられることが好ましい。背面電極の有利な実施形態では、背面電極は、吸収層に隣接するモリブデンサブ層と、Ｍｏサブ層に隣接する窒化ケイ素サブ層（ＳｉＮ）とを有する。

本発明による層システムを備えた太陽電池、およびこれらの太陽電池を含む太陽電池モジュールが独立請求項として保護される。

便宜的には、好ましくは、層システム全体の生成が真空中で行われる状態で、少なくとも第１の緩衝層の蒸着が真空中で行われるように、そのような層システムを製造する方法が行われる。

この真空プロセスの利点は、一つには、より高い原料歩留まりが得られることにある。さらに、真空プロセスは、湿式蒸着とは異なり、より環境上無害であり、例えば、化学浴蒸着とは異なり、ＣｄＳからなる緩衝層は汚染水を生成しないからである。そして最後に、異なる真空プロセス、例えば、第２のドープされていないＺｎＯ緩衝層またはドープされたＺｎＯ前面電極の製造でさえ、１つの工場設備において組み合わせることができ、それによって、より高いコスト効率で製造が行われることができる。吸収層の製造のためのプロセスの実施形態に応じて、大気暴露のない吸収層プロセスとの組み合わせが考えられる。

さらなる利点は、真空プロセスによって、酸素または水酸化物の混和が防止されることにある。緩衝層中の水酸化物成分は、実際、熱および光の作用で効率的に過渡電流に関与すると疑われる。

有利には、緩衝層の適用が、１５０℃以下で、特に、１３０℃以下、好ましくは５０℃から１００℃の温度で行われる。これによって、真空工場設備のコストを低減することが可能となる。対照的に、例えば、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ_２上の硫化インジウム緩衝層は、硫黄を含まず、１５０℃より高い温度で蒸着されなければならず、または比較的高温でＺｎＯ前面電極の蒸着の後に全体の電池構造が焼き戻されなければならない。本発明では、明らかに１５０℃より低い、層を製造するための温度が可能となり、電池構造は後に調節される必要はない。これは、本発明による吸収層／緩衝層構造のＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）_２の硫黄含有表面が、緩衝層との適切なバンド整合を既に有することに起因することがあり得る。

便宜的には、吸収層は、Ａｖａｎｃｉｓ ＲＴＰ（「急速熱処理」）プロセスにおいて適用される。そこで、前駆体層は、まず背面電極を備えた基板上に蒸着され、元素Ｃｕ、ＩｎおよびＧａがスパッタによって適用され、同様に、アモルファスセレンが熱蒸着によって適用される。これらのプロセスでは、基板温度は、層が合金さらには元素セレンとして得られる実質的に未反応のままであるように１００℃未満である。次いで、この前駆体層が硫黄含有雰囲気で、急速熱プロセス（ＲＴＰ急速熱加工）において反応されて、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ９（Ｓ、Ｓｅ）_２黄銅鉱半導体を形成する。

有利には、第１の緩衝層は、この緩衝層が吸収層上にアモルファス状に蒸着されるように加工条件が好ましく選択された状態で、高真空下で熱蒸発される。したがって、多結晶吸収層上でのアモルファス層の成長は、本発明による層システムにとって不可欠である。薄膜が異なる基板上に異なって成長するので、グレイジング入射回析におけるＸ線偏向によって、およびラマン分光を使用して、実際の層システム吸収層／緩衝層上で、または完成した太陽電池においてのみ検出は可能であるが、制御試料上では可能ではない。また、ラマン分光が使用されるなら、第１の緩衝層および第２の緩衝層の両方が高周波スパッタ（ＲＦスパッタ）を使用して適用されることが考えられる。前面電極は、順に、ＤＣマグネトロンスパッタプロセスにおいて適用されることが好ましい。

本発明のさらなる詳細および利点が、図面と関連して以下の説明から明らかとなる。図面は以下を表す。

本発明による層システムの概略断面図である。 セレンインジウム硫化物緩衝層を備えた３２個の電池の効率分布をグラフで示したものである。 アモルファスセレンインジウム硫化物緩衝層（横軸）を備えた薄膜電池でのラマン分光の結果（縦軸）である。 結晶性セレンインジウム硫化物緩衝層（横軸）を備えた薄膜電池でのラマン分光の結果（縦軸）であり、加えて、計算ラインがＣｕＩｎＳｅ_２相、ＣｕＩｎＳ_２相、ＺｎＯ相およびＩｎ_２Ｓ_３相の位置に引かれている。 ３２６ｃｍ^−１でのピークのラマン線幅（縦軸）と立方晶セレンインジウム硫化物の（１１１）反射の線幅（横軸）との相関性である。 ３２６ｃｍ^−１でのピークのラマン線幅（横軸）と効率（縦軸）との相関性である。

図１を参照して、本発明による層システムおよびその製造方法は、まず、以下のように処理される。

図１は、全く概略的に、本発明による層システム１の好ましい例示的な実施形態を断面図において表す。層システム１は、基板２、背面電極３、吸収層４、第１の緩衝層５、第２の緩衝層６および前面電極７を含む。

製造方法は、ガラス基板２上にＭｏからなる背面接触層３を熱蒸着する従来の方法で開始する。Ｍｏからなる背面電極３の代わりに、ガラス基板に適用された第１のＳｉＮサブ層およびその上に適用された第２のＭｏサブ層からなる層状電極を使用することも可能であり、これは、この背面接触層の特性を向上する。さらなるステップでは、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）_２からなる吸収層４は、背面電極３上に適用される。さらなるステップでは、第１の緩衝層５は、そのときＩｎ_２（Ｓ_１−ｘ，Ｓｅ_ｘ）_３＋δからなり、第２の緩衝層６は、ドープされていないＺｎＯからなり、次に、前面電極７は、アルミニウムがドープされたＺｎＯからなる。

次のパラメータが使用される。モリブデンからなる背面電極３は、４００ｎｍの層厚を有する。吸収層４は、ＡＶＡＮＣＩＳ ＲＴＰプロセスを使用して１．５μｍの厚みで製造される。吸収層４の表面は、およそ３５％の陰イオン組成［Ｓ］／（［Ｓｅ］＋［Ｓ］）を有する。表面上のガリウム濃度は１％未満である。Ｉｎ_２（Ｓ_１−ｘ，Ｓｅ_ｘ）_３＋δ緩衝層５は、高真空下で熱蒸発された。緩衝層のセレン含有量ｘは０から３％である。化学量論からの偏差δはおよそ−０．１である（これは、Ｉｎ_２Ｓ_２．９に相当する）。第１の緩衝層の層厚は８０ｎｍである。第２の緩衝層として、６０ｎｍのドープされていないＺｎＯが、ＲＦスパッタプロセスによって蒸着される。前面電極として、１２００ｎｍのＺｎＯ：ＡｌがＤＣマグネトロンスパッタによって蒸着される。吸収層４およびその後の層５、６、７の蒸着中の処理温度は、明らかに１５０℃未満、すなわち７０℃である。

図２では、サイズが１０×１０ｃｍ^２（開口表面１．４ｃｍ^２）のガラス基板上に同時にともに適用される３２個の太陽電池の効率分布が３次元的に表されている。これらの３２個の太陽電池は、本発明による上記層システムを含み、１３．２％の平均効率を有する。極大値は１４．０％である。

完成した太陽電池部品でのラマン分光試験の結果が、図３および図４に表されている。これらのラマンスペクトルは、各場合において、アモルファスＩｎ_２（Ｓ_１−ｘ，Ｓｅ_ｘ）_３＋δ層（図３）および結晶性Ｉｎ_２（Ｓ_１−ｘ，Ｓｅ_ｘ）_３＋δ層（図４）を備えた太陽電池について、４８８ｎｍの波長で、アルゴンイオン励起レーザーによって室温で測定された。結晶性Ｉｎ_２（Ｓ_１−ｘ，Ｓｅ_ｘ）_３＋δ層は、構造化スペクトルによって識別され、β−Ｉｎ_２Ｓ_３のスペクトルの位置での個々のラインは容易に識別可能である。観察されたラマンモードは、以下のように、寄与相ＣｕＩｎＳｅ_２、ＣｕＩｎＳ_２、Ｉｎ_２Ｓ_３およびＺｎＯに割り当てられることができた。１７９ｃｍ^−１でのラインおよび相ＣｕＩｎＳｅ_２に対する２１０から２２０ｃｍ^−１での隣接する第２のモード、相ＣｕＩｎＳ_２に対する１９０ｃｍ^−１でのライン、相Ｉｎ_２Ｓ_３に対する１８９、２４４、２６６、３０６、３２６および３６７ｃｍ^−１でのライン、および相ＺｎＯに対する過剰に小さな波数のフランクを含む４３０および５７０ｃｍ^−１でのライン。この層は、Ｘ線偏向（ＸＲＤ）で、立方晶Ｉｎ_２Ｓ_３の回折図形を示し、それは、同様に試料の結晶の性質を証明する。図３のアモルファスＩｎ_２（Ｓ_１−ｘ，Ｓｅ_ｘ）_３＋δ層では、ラマンスペクトルでは、対照的に、非構造化ピークが、結晶性硫化インジウムの信号も特に２２０から３８０ｃｍ^−１の範囲にある波数範囲で見られる。この試料についても、硫化インジウム相に割り当てることができたＸ線偏向において反射は識別可能ではない。

図５において、３２６ｃｍ^−１でのピークのラマンライン幅と、Ｉｎ_２（Ｓ_１−ｘ，Ｓｅ_ｘ）_３＋δ層のＸＲＤ（１１１）反射のライン幅との相関性が示されている。硫化インジウム反射が回折図形で識別される場合、ラマンラインの幅は、Ｘ線偏向回折図形からの（１１１）反射の幅とよく一致する。（１１１）反射のラインが広ければ、ラマンラインはより広く、試料の構造はよりアモルファスである。図５は、また、２つのライン幅の間で決定された相関性を形成する式で示される。ラマンラインの幅は、引かれたＩｎ_２Ｓ_３のラインの位置上でガウス−ローレンツラインを適合することによって決まった。

図６は、再び、Ｉｎ_２（Ｓ_１−ｘ，Ｓｅ_ｘ）_３＋δ層についての３２６ｃｍ^−１でのピークのラマンライン幅と効率との相関性を示す。ラマンラインがより広ければ、言いかえれば、構造がよりアモルファスであれば、層の効率はより高いことが分かる。これは、本明細書で調査された処理パラメータで、非常に良好な太陽電池、つまり高性能を備えた電池、および使用される吸収層は、非構造化ラマンスペクトル、非常に広いラマンライン、および硫化インジウム層の結晶性Ｘ線偏向反射の不足によって識別されることを意味する。図６は、また、３２６ｃｍ^−１でのピークのラマンライン幅と効率との間で決まる相関性を形成する式で示される。高いアモルファス層で、ライン幅の決定は不明確になる。完全非構造化スペクトルを備えた層は、最良の太陽電池効率をもたらす。

上記記載から、本発明を通してＣｄＳ緩衝層またはこれまで使用した代替の緩衝層の不利点は、薄膜太陽電池によって克服されることができ、それによって、薄膜太陽電池によって製造された太陽電池の効率および安定性も良好であることが明らかになった。同時に、製造方法は、経済的で、効率的で、環境上無害である。

Claims (10)

1. 吸収層（４）と、第１の緩衝層（５）と、を含み、
   吸収層（４）がＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ_１−ｙ，Ｓｅ_ｙ）_２半導体化合物材料系、ｙ≦１である薄膜太陽電池、太陽モジュール等用の層システム（１）であって、
   第１の緩衝層（５）がＩｎ_２（Ｓ_１−ｘ，Ｓｅ_ｘ）_３＋δを含み、０≦ｘ≦１および−０．２＜δ≦−０．１であり、第１の緩衝層（５）がアモルファスであり、
   吸収層（４）のモル濃度の比［Ｓ］／（［Ｓｅ］＋［Ｓ］）が、第１の緩衝層（５）に面する吸収層（４）の表面から吸収層の内部に向かって、該表面上の２０％から６０％から吸収層の内部での５から１０％まで減少していることを特徴とする、層システム。
2. ０≦ｘ≦０．５であることを特徴とする、請求項１に記載の層システム（１）。
   
3. 第１の緩衝層（５）の層厚が、１０ｎｍから２００ｎｍであることを特徴とする、請求項１または２に記載の層システム（１）。
4. さらに、第１の緩衝層（５）上に配置された第２の緩衝層（６）を含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の層システム（１）。
5. 第２の緩衝層（６）が、ドープされていないＺｎ_１−ｚＭｇ_ｚＯを含み、０≦ｚ≦１であることを特徴とする、請求項４に記載の層システム（１）。
6. 第２の緩衝層の層厚が２００ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項４または５に記載の層システム（１）。
7. 第１の緩衝層（５）上方に、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）からなる前面電極（７）を含むことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の層システム（１）。
8. 吸収層（４）の表面上のガリウム濃度は１％未満であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の層システム（１）。
9. 第１の緩衝層（５）の塩素濃度および／または酸素濃度は、１Ｍｏｌ％以下であることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の層システム（１）。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の層システム（１）を特徴とする、太陽電池または太陽電池モジュール。

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