JP5832229B2 - Photoelectric conversion device - Google Patents

Photoelectric conversion device Download PDF

Info

Publication number
JP5832229B2
JP5832229B2 JP2011231633A JP2011231633A JP5832229B2 JP 5832229 B2 JP5832229 B2 JP 5832229B2 JP 2011231633 A JP2011231633 A JP 2011231633A JP 2011231633 A JP2011231633 A JP 2011231633A JP 5832229 B2 JP5832229 B2 JP 5832229B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor layer
photoelectric conversion
layer
electrode layer
conversion device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2011231633A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2012231110A (en
Inventor
博昭 落合
博昭 落合
誠司 小栗
誠司 小栗
新太郎 久保
新太郎 久保
英章 浅尾
英章 浅尾
誠一郎 稲井
誠一郎 稲井
寿一 二宮
寿一 二宮
秀司 中澤
秀司 中澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP2011231633A priority Critical patent/JP5832229B2/en
Publication of JP2012231110A publication Critical patent/JP2012231110A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5832229B2 publication Critical patent/JP5832229B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/541CuInSe2 material PV cells

Description

本発明は、I−III−VI族化合物半導体を用いた光電変換装置に関するものである。   The present invention relates to a photoelectric conversion device using a group I-III-VI compound semiconductor.

太陽電池等の光電変換装置として、カルコパライト系のI−III−VI族化合物半導体を光吸収層として用いたものがある。この光電変換装置は、例えば、ソーダライムガラスからなる基板上にMoからなる電極層が形成され、この電極層上に光吸収層が形成されている。さらに、その光吸収層上には、ZnS、CdS、Inなどを含むバッファ層を介して、ZnO、ITOなどからなる透明の透明導電膜が形成されている。 As a photoelectric conversion device such as a solar cell, there is one using a chalcopyrite-based I-III-VI group compound semiconductor as a light absorption layer. In this photoelectric conversion device, for example, an electrode layer made of Mo is formed on a substrate made of soda lime glass, and a light absorption layer is formed on the electrode layer. Further, a transparent transparent conductive film made of ZnO, ITO or the like is formed on the light absorption layer through a buffer layer containing ZnS, CdS, In 2 S 3 or the like.

特開平08−330614号公報Japanese Patent Laid-Open No. 08-330614

光電変換装置は光電変換効率のさらなる向上が望まれている。よって、本発明の目的は、光電変換効率の高い光電変換装置を提供することである。   The photoelectric conversion device is desired to further improve the photoelectric conversion efficiency. Therefore, an object of the present invention is to provide a photoelectric conversion device with high photoelectric conversion efficiency.

本発明の一実施形態に係る光電変換装置は、電極層と、該電極層上に位置するガリウム元素を含むI−III−VI族化合物半導体層と、前記電極層および前記I−III−VI族化合物半導体層の界面に独立して複数配置されている、前記I−III−VI族化合物半導体層よりもガリウム元素および酸素元素を多く含む中間層とを具備する。   A photoelectric conversion device according to an embodiment of the present invention includes an electrode layer, an I-III-VI group compound semiconductor layer containing a gallium element located on the electrode layer, the electrode layer, and the I-III-VI group And an intermediate layer containing a larger amount of a gallium element and an oxygen element than the I-III-VI group compound semiconductor layer, which are arranged independently at the interface of the compound semiconductor layer.

本発明によれば、光電変換効率の高い光電変換装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a photoelectric conversion apparatus with high photoelectric conversion efficiency can be provided.

光電変換装置の実施の形態の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of embodiment of a photoelectric conversion apparatus. 図1の光電変換装置の断面図である。It is sectional drawing of the photoelectric conversion apparatus of FIG.

<(1)光電変換装置の構成>
図1は、本発明の一実施形態に係る光電変換装置を示す断面図であり、図2はその断面図である。図1および図2において同じ構成のものには同じ符号を付している。光電変換装置11は、基板1と、第1の電極層2と、中間層3と、I−III−VI族化合物半導体層(以下では第1の半導体層ともいう)4と、第2の半導体層5と、第2の電極層6とを具備している。
<(1) Configuration of photoelectric conversion device>
FIG. 1 is a sectional view showing a photoelectric conversion device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view thereof. 1 and 2 are assigned the same reference numerals. The photoelectric conversion device 11 includes a substrate 1, a first electrode layer 2, an intermediate layer 3, an I-III-VI group compound semiconductor layer (hereinafter also referred to as a first semiconductor layer) 4, and a second semiconductor. A layer 5 and a second electrode layer 6 are provided.

第1の半導体層4と第2の半導体層5は導電型が異なっており、第1の半導体層4と第2の半導体層5とで光照射により生じた正負のキャリアの電荷分離を良好に行うことができる。例えば、第1の半導体層4がp型であれば、第2の半導体層5はn型である。あるいは、第2の半導体層5が、バッファ層と第1の半導体層4とは異なる導電型の半導体層とを含む複数層であってもよい。本実施形態では、第1の半導体層4が一方導電型の光吸収層であり、第2の半導体層5がバッファ層と他方導電型半導体層とを兼ねている例を示している。   The first semiconductor layer 4 and the second semiconductor layer 5 have different conductivity types, and the first semiconductor layer 4 and the second semiconductor layer 5 have good charge separation of positive and negative carriers generated by light irradiation. It can be carried out. For example, if the first semiconductor layer 4 is p-type, the second semiconductor layer 5 is n-type. Alternatively, the second semiconductor layer 5 may be a plurality of layers including a buffer layer and a semiconductor layer having a conductivity type different from that of the first semiconductor layer 4. In the present embodiment, an example is shown in which the first semiconductor layer 4 is a one-conductivity type light absorption layer, and the second semiconductor layer 5 serves as both a buffer layer and the other conductivity-type semiconductor layer.

また、本実施形態における光電変換装置11は第2の電極層6側から光が入射されるものを示しているが、これに限定されず、基板1側から光が入射されるものであってもよい。   Moreover, although the photoelectric conversion apparatus 11 in this embodiment has shown what injects light from the 2nd electrode layer 6 side, it is not limited to this, Light is incident from the board | substrate 1 side, Also good.

図1において、光電変換装置11は複数個の光電変換セル10が並べられて形成されている。光電変換セル10は、第1の半導体層4の基板1側に第1の電極層2と離間して設けられた第3の電極層9を具備している。そして、第1の半導体層4に設けられた接続導体7によって、第2の電極層6と第3の電極層9とが電気的に接続されている。図1においては、この第3の電極層9は、隣接する光電変換セル10の第1の電極層2が延伸されたものである。この構成により、隣接する光電変換セル10同士が直列接続されている。また、一つの光電変換セル10内において、接続導体7は第1の半導体層4および第2の半導体層5を貫通するように設けられており、第1の電極層2と第2の電極層6とで挟まれた第1の半導体層4と第2の半導体層5とで光電変換が行なわれる。   In FIG. 1, the photoelectric conversion device 11 is formed by arranging a plurality of photoelectric conversion cells 10. The photoelectric conversion cell 10 includes a third electrode layer 9 provided on the substrate 1 side of the first semiconductor layer 4 so as to be separated from the first electrode layer 2. The second electrode layer 6 and the third electrode layer 9 are electrically connected by the connection conductor 7 provided in the first semiconductor layer 4. In FIG. 1, the third electrode layer 9 is obtained by extending the first electrode layer 2 of the adjacent photoelectric conversion cell 10. With this configuration, adjacent photoelectric conversion cells 10 are connected in series. In one photoelectric conversion cell 10, the connection conductor 7 is provided so as to penetrate the first semiconductor layer 4 and the second semiconductor layer 5, and the first electrode layer 2 and the second electrode layer are provided. Photoelectric conversion is performed between the first semiconductor layer 4 and the second semiconductor layer 5 sandwiched between the first semiconductor layer 4 and the second semiconductor layer 5.

基板1は、第1の半導体層4および第2の半導体層5を支持するためのものである。基板1に用いられる材料としては、例えば、ガラス、セラミックス、樹脂および金属等が挙げられる。   The substrate 1 is for supporting the first semiconductor layer 4 and the second semiconductor layer 5. Examples of the material used for the substrate 1 include glass, ceramics, resin, and metal.

第1の電極層2および第3の電極層9は、Mo、Al、TiおよびAu等から選ばれる導電体が用いられ、基板1上にスパッタリング法および蒸着法等から選ばれる方法で形成される。   The first electrode layer 2 and the third electrode layer 9 are made of a conductor selected from Mo, Al, Ti, Au, and the like, and are formed on the substrate 1 by a method selected from sputtering, vapor deposition, and the like. .

中間層3は、第1の電極層2および第1の半導体層4の界面において、独立して複数配置されている。言い換えれば、中間層3は第1の電極層2および第1の半導体層4の界面において点在している。また、中間層3は、第1の半導体層4よりもガリウム元素および酸素元素を多く含んでいる。つまり、第1の半導体層4におけるガリウム元素の平均含有率よりも中間層3におけるガリウム元素の平均含有率の方が多いとともに、第1の半導体層4における酸素元素の平均含有率(第1の半導体層4に酸素元素は含まれていなくてもよい)よりも中間層3における酸素元素の平均含有率の方が多い。このような中間層3は、例えば、Ga等の酸化ガリウムとして存在している可能性が高いと考えられる。このような中間層3が設けられることにより、第1の半導体層4と第1の電極層2との接着性が向上するとともにキャリアの再結合を低減できる。その結果、光電変換装置11の光電変換効率が向上する。 A plurality of intermediate layers 3 are arranged independently at the interface between the first electrode layer 2 and the first semiconductor layer 4. In other words, the intermediate layer 3 is scattered at the interface between the first electrode layer 2 and the first semiconductor layer 4. Further, the intermediate layer 3 contains more gallium element and oxygen element than the first semiconductor layer 4. That is, the average content of gallium elements in the intermediate layer 3 is higher than the average content of gallium elements in the first semiconductor layer 4 and the average content of oxygen elements in the first semiconductor layer 4 (first The average content of oxygen element in the intermediate layer 3 is greater than that in which the semiconductor layer 4 may not contain oxygen element). It is considered that such an intermediate layer 3 is likely to exist as gallium oxide such as Ga 2 O 3 . By providing such an intermediate layer 3, the adhesiveness between the first semiconductor layer 4 and the first electrode layer 2 can be improved and the recombination of carriers can be reduced. As a result, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion device 11 is improved.

中間層3は、例えば、数nm〜数十nm程度の粒子状のものが、第1の電極層2および第1の半導体層4の界面において点在していてもよい。このような構成により、第1の半導体層4と第1の電極層2との間での電荷移動が良好に行なわれ、光電変換装置11の光電変換効率がより向上する。   The intermediate layer 3 may be, for example, in the form of particles of about several nm to several tens of nm scattered at the interface between the first electrode layer 2 and the first semiconductor layer 4. With such a configuration, charge transfer between the first semiconductor layer 4 and the first electrode layer 2 is favorably performed, and the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion device 11 is further improved.

第1の半導体層4における光電変換効率をさらに高めるという観点から、第1の半導体層4はインジウム元素をさらに含んでいてもよい。また、この場合、第1の半導体層4において、III−B族元素の合計モル数(In+Ga)に対するGaのモル比(Ga/(In+Ga))が、第1の電極層2に近いほど大きくなるようにGa濃度が傾斜していてもよい。これにより伝導帯が傾斜し、電荷移動がさらに良好と成る。   From the viewpoint of further increasing the photoelectric conversion efficiency in the first semiconductor layer 4, the first semiconductor layer 4 may further contain an indium element. Further, in this case, in the first semiconductor layer 4, the Ga molar ratio (Ga / (In + Ga)) to the total number of moles of group III-B elements (In + Ga) (Ga / (In + Ga)) increases as the distance from the first electrode layer 2 increases. Thus, the Ga concentration may be inclined. This tilts the conduction band and further improves charge transfer.

中間層3の厚みは、寒暖差等の環境変化に対する耐久性を高めるという観点で0.001μm以上であってもよい。また、中間層3の厚みは、電荷移動を良好にするという観点で0.2μm以下であってもよい。また、中間層3の厚みが0.005μm以上0.03μm以下であれば、光電変換効率がより長期にわたって高く維持される。   The thickness of the intermediate layer 3 may be 0.001 μm or more from the viewpoint of enhancing durability against environmental changes such as temperature difference. Further, the thickness of the intermediate layer 3 may be 0.2 μm or less from the viewpoint of improving charge transfer. Moreover, if the thickness of the intermediate | middle layer 3 is 0.005 micrometer or more and 0.03 micrometer or less, photoelectric conversion efficiency will be maintained highly over a long period of time.

また、中間層3はアモルファスまたは微結晶構造を有していてもよい。この場合、第1の半導体層4と第1の電極層2との接着性がより向上する。なお、微結晶構造とは、平均粒径が10nm以下のナノサイズの結晶粒子で主に構成されたものを言う。   The intermediate layer 3 may have an amorphous or microcrystalline structure. In this case, the adhesion between the first semiconductor layer 4 and the first electrode layer 2 is further improved. Note that the microcrystalline structure means a structure mainly composed of nano-sized crystal particles having an average particle size of 10 nm or less.

第1の半導体層4はカルコパイライト構造を有するI−III−VI族化合物を主に含んだ半導体層である。I−III−VI族化合物半導体とは、I−B族元素(11族元素ともいう)とIII−B族元素(13族元素ともいう)とVI−B族元素との化合物半導体(16族元素ともいう)である。また、第1の半導体層4はIII−B族元素として少なくともGaを含んでいる。このようなI−III−VI族化合物半導体としては、例えば、Cu(In,Ga)Se(CIGSともいう)、Cu(In,Ga)(Se,S)(CIGSSともいう)、およびCuGaSe(CGSともいう)等が挙げられる。なお、Cu(In,Ga)Seとは、CuとInとGaとSeとから主に構成された化合物をいう。また、Cu(In,Ga)(Se,S)とは、CuとInとGaとSeとSとを主成分として含む化合物をいう。 The first semiconductor layer 4 is a semiconductor layer mainly containing an I-III-VI group compound having a chalcopyrite structure. The I-III-VI group compound semiconductor is a compound semiconductor (group 16 element) of a group IB element (also referred to as a group 11 element), a group III-B element (also referred to as a group 13 element), and a group VI-B element. It is also called). The first semiconductor layer 4 contains at least Ga as a III-B group element. Examples of such an I-III-VI group compound semiconductor include Cu (In, Ga) Se 2 (also referred to as CIGS), Cu (In, Ga) (Se, S) 2 (also referred to as CIGSS), and CuGaSe. 2 (also referred to as CGS). Cu (In, Ga) Se 2 refers to a compound mainly composed of Cu, In, Ga, and Se. Cu (In, Ga) (Se, S) 2 refers to a compound containing Cu, In, Ga, Se, and S as main components.

第2の半導体層5は上記第1の半導体層4上に形成されている。本実施形態では、第1の半導体層4が一方導電型の光吸収層であり、第2の半導体層5がバッファ層と他方導電型半導体層とを兼ねている例を示している。リーク電流の低減という観点からは、第2の半導体層5は抵抗率が1Ω・cm以上であってもよい。第2の半導体層5としては、CdS、ZnS、ZnO、InSe、In(OH,S)、(Zn,In)(Se,OH)、および(Zn,Mg)O等が挙げられる。第2の半導体層5は、例えばケミカルバスデポジション(CBD)法等で形成される。なお、In(OH,S)とは、InとOHとSとを主成分として含む化合物をいう。(Zn,In)(Se,OH)は、ZnとInとSeとOHとを主成分として含む化合物をいう。(Zn,Mg)Oは、ZnとMgとOとを主成分として含む化合物をいう。第2の半導体層5は、第1の半導体層4の吸収効率を高めるため、第1の半導体層4が吸収する光の波長領域に対して高い光透過性を有するものであってもよい。 The second semiconductor layer 5 is formed on the first semiconductor layer 4. In the present embodiment, an example is shown in which the first semiconductor layer 4 is a one-conductivity type light absorption layer, and the second semiconductor layer 5 serves as both a buffer layer and the other conductivity-type semiconductor layer. From the viewpoint of reducing leakage current, the second semiconductor layer 5 may have a resistivity of 1 Ω · cm or more. Examples of the second semiconductor layer 5 include CdS, ZnS, ZnO, In 2 Se 3 , In (OH, S), (Zn, In) (Se, OH), and (Zn, Mg) O. The second semiconductor layer 5 is formed by, for example, a chemical bath deposition (CBD) method or the like. Note that In (OH, S) refers to a compound containing In, OH, and S as main components. (Zn, In) (Se, OH) refers to a compound containing Zn, In, Se, and OH as main components. (Zn, Mg) O refers to a compound containing Zn, Mg, and O as main components. In order to increase the absorption efficiency of the first semiconductor layer 4, the second semiconductor layer 5 may have a high light transmittance with respect to the wavelength region of light absorbed by the first semiconductor layer 4.

また、第2の半導体層5は、その厚みが10〜200nmである。第2の半導体層5上に第2の電極層6がスパッタリング等で製膜される際のダメージが抑制される観点から言えば、第2の半導体層5の厚みは100〜200nmとされ得る。   The second semiconductor layer 5 has a thickness of 10 to 200 nm. From the viewpoint of suppressing damage when the second electrode layer 6 is formed on the second semiconductor layer 5 by sputtering or the like, the thickness of the second semiconductor layer 5 can be 100 to 200 nm.

第2の電極層6は、ITO、ZnO等の0.05〜3.0μmの厚みを有する透明導電膜である。第2の電極層6は、スパッタリング法、蒸着法または化学的気相成長(CVD)法等で形成される。第2の電極層6は、第2の半導体層5よりも抵抗率の低い層であり、第1の半導体層4で生じた電荷を取り出すためのものである。電荷を良好に取り出すという観点からは、第2の電極層6の抵抗率が1Ω・cm未満でシート抵抗が50Ω/□以下であってもよい。   The second electrode layer 6 is a transparent conductive film having a thickness of 0.05 to 3.0 μm, such as ITO or ZnO. The second electrode layer 6 is formed by sputtering, vapor deposition, chemical vapor deposition (CVD), or the like. The second electrode layer 6 is a layer having a resistivity lower than that of the second semiconductor layer 5, and is for taking out electric charges generated in the first semiconductor layer 4. From the viewpoint of taking out charges well, the resistivity of the second electrode layer 6 may be less than 1 Ω · cm and the sheet resistance may be 50 Ω / □ or less.

第2の電極層6としては、第1の半導体層4の吸収効率を高めるため、第1の半導体層4の吸収光に対して高い光透過性を有するものが用いられてもよい。光透過性を高めると同時に光反射ロス低減効果および光散乱効果を高め、さらに光電変換によって生じた電流を良好に伝送するという観点から、第2の電極層6は0.05〜0.5μmの厚さであってもよい。また、第2の電極層6と第2の半導体層5との界面での光反射ロスを低減する観点からは、第2の電極層6と第2の半導体層5の屈折率は略等しくてもよい。   As the second electrode layer 6, a material having high light transmittance with respect to the absorbed light of the first semiconductor layer 4 may be used in order to increase the absorption efficiency of the first semiconductor layer 4. The second electrode layer 6 has a thickness of 0.05 to 0.5 μm from the viewpoint of enhancing the light transmittance and at the same time enhancing the light reflection loss reducing effect and the light scattering effect and further transmitting the current generated by the photoelectric conversion. It may be a thickness. Further, from the viewpoint of reducing light reflection loss at the interface between the second electrode layer 6 and the second semiconductor layer 5, the refractive indexes of the second electrode layer 6 and the second semiconductor layer 5 are substantially equal. Also good.

第2の電極層6上には、集電電極8が設けられていてもよい。集電電極8が設けられることによって、第2の電極層6の厚さを薄くして光透過性を高めることができるとともに第1の半導体層4で発生した電流が効率よく取り出される。その結果、光電変換装置11の光電変換効率が高められる。   A collecting electrode 8 may be provided on the second electrode layer 6. By providing the current collecting electrode 8, the thickness of the second electrode layer 6 can be reduced to increase the light transmittance, and the current generated in the first semiconductor layer 4 can be efficiently extracted. As a result, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion device 11 is increased.

集電電極8の幅は、第1の半導体層4への光を遮るのを低減するとともに良好な導電性を有するという観点からは、50〜400μmとされ得る。また、集電電極8は、枝分かれした複数の分岐部を有していてもよい。   The width of the current collecting electrode 8 can be set to 50 to 400 μm from the viewpoint of reducing light shielding to the first semiconductor layer 4 and having good conductivity. The current collecting electrode 8 may have a plurality of branched portions.

集電電極8は、例えば、Ag等の金属粉を樹脂バインダー等に分散させた導電ペーストがパターン状に印刷され、これが硬化されることによって形成される。   The current collecting electrode 8 is formed, for example, by printing a conductive paste in which a metal powder such as Ag is dispersed in a resin binder or the like in a pattern and curing it.

光電変換セル10は、複数個が並べられて電気的に接続され、光電変換装置11と成る。隣接する光電変換セル10同士を容易に直列接続するために、図1に示すように、光電変換セル10は、第1の半導体層4の基板1側に第1の電極層2と離間して設けられた第3の電極層9を具備している。そして、第1の半導体層4に設けられた接続導体7によって、第2の電極層6と第3の電極層9とが電気的に接続されている。図1および図2においては、接続導体7は、集電電極8の一部が第3の電極層9に達するように延出されることによって形成されている。   A plurality of photoelectric conversion cells 10 are arranged and electrically connected to form a photoelectric conversion device 11. In order to easily connect adjacent photoelectric conversion cells 10 in series, as shown in FIG. 1, the photoelectric conversion cell 10 is separated from the first electrode layer 2 on the substrate 1 side of the first semiconductor layer 4. A third electrode layer 9 is provided. The second electrode layer 6 and the third electrode layer 9 are electrically connected by the connection conductor 7 provided in the first semiconductor layer 4. In FIG. 1 and FIG. 2, the connection conductor 7 is formed by extending a part of the current collecting electrode 8 so as to reach the third electrode layer 9.

<(2)光電変換装置の製造方法>
上記第1の半導体層4は以下のようにして作製される。まず、溝P1によって分割された所望のパターンを有する第1の電極層2が表面に設けられた基板1が準備される。次に、第1の電極層2上にI−B族元素およびIII−B族元素を含む原料溶液を用いて皮膜が形成される。原料溶液は、有機溶媒等の溶媒にI−B族元素およびIII−B族元素が種々の化合物の状態で溶解されている。この原料溶液中のI−B族元素とIII−B族元素との混合比は、I−III−VI族化合物と成る理論比よりもIII−B族元素が過剰となるように調整される。原料溶液を用いた皮膜の形成方法としては、スピンコータ、スクリーン印刷、ディッピング、スプレーまたはダイコータなどを用いた方法が用いられる。なお、原料溶液にはVI−B族元素が含有されていてもよい。
<(2) Manufacturing method of photoelectric conversion device>
The first semiconductor layer 4 is produced as follows. First, a substrate 1 having a first electrode layer 2 having a desired pattern divided by the grooves P1 provided on the surface is prepared. Next, a film is formed on the first electrode layer 2 using a raw material solution containing an IB group element and an III-B group element. In the raw material solution, a group IB element and a group III-B element are dissolved in various compounds in a solvent such as an organic solvent. The mixing ratio of the group I-B element and the group III-B element in the raw material solution is adjusted so that the group III-B element is in excess of the theoretical ratio of the group I-III-VI compound. As a method for forming a film using a raw material solution, a method using a spin coater, screen printing, dipping, spraying, or a die coater is used. The raw material solution may contain a VI-B group element.

次に、上記皮膜が水または酸素を含む雰囲気下で50〜350℃の温度で乾燥される。この乾燥では有機成分が蒸発されるか、または熱分解されてもよい。この乾燥の際、皮膜中のI−B族元素およびIII−B族元素の少なくとも一部が酸化され、酸化物が形成される。なお、皮膜の形成時に用いた原料溶液の溶媒としてアルコール等の酸素を含む溶媒が用いられた場合、上記酸化物の形成がより促進される。   Next, the film is dried at a temperature of 50 to 350 ° C. in an atmosphere containing water or oxygen. In this drying, the organic components may be evaporated or pyrolyzed. At the time of drying, at least a part of the IB group element and the III-B group element in the film is oxidized to form an oxide. In addition, when the solvent containing oxygen, such as alcohol, is used as the solvent of the raw material solution used when forming the film, the formation of the oxide is further promoted.

次に、この乾燥後の皮膜がカルコゲン元素(カルコゲン元素とは、VI−B族元素のうち、S、SeおよびTeをいう)を含む雰囲気下で400〜600℃の温度で加熱される。この加熱時に皮膜中の酸素がカルコゲン元素によって置き換えられるとともに、このカルコゲン元素がI−B族元素およびIII−B族元素と反応し、I−III−VI族化合物が生成し結晶化する。I−III−VI族化合物が生成するにつれ、皮膜の第1の電極層2との界面付近へは雰囲気中のカルコゲン元素が到達しにくくなる。その結果、皮膜の第1の電極層2との界面付近の部位では、過剰に含まれるIII−B族元素の酸化物が残存して中間層3となり、それ以外の部位では第1の半導体層4となると考えられる。このような方法により、中間層3と第1の半導体層4とが同じ工程で形成され、工程が簡略化される。なお、上記の皮膜がカルコゲン元素を含む雰囲気下で加熱される際、皮膜の上方からIRランプ等でIR照射されることにより加熱されれば、皮膜の上面側での結晶化が促進されるため、より中間層3が形成されやすくなる。   Next, the dried film is heated at a temperature of 400 to 600 ° C. in an atmosphere containing a chalcogen element (the chalcogen element refers to S, Se, and Te among VI-B group elements). During this heating, oxygen in the film is replaced by the chalcogen element, and this chalcogen element reacts with the IB group element and the III-B group element to form an I-III-VI group compound and crystallize. As the I-III-VI group compound is generated, the chalcogen element in the atmosphere is less likely to reach the vicinity of the interface with the first electrode layer 2 of the coating. As a result, in the portion of the film near the interface with the first electrode layer 2, the excessively contained III-B group element oxide remains to form the intermediate layer 3, and in other portions, the first semiconductor layer. 4 is considered. By such a method, the intermediate layer 3 and the first semiconductor layer 4 are formed in the same process, and the process is simplified. When the above film is heated in an atmosphere containing a chalcogen element, crystallization on the upper surface side of the film is promoted if heated by IR irradiation from above the film with an IR lamp or the like. Thus, the intermediate layer 3 is more easily formed.

なお、生成した中間層3および第1の半導体層4の構成元素については、中間層3および第1の半導体層4の各断面がエネルギー分散型X線分析法(EDS:Energy Dispersive x-ray Spectroscopy)によって分析されることよって特定される。あるいはスパッタリングで第1の半導体層4および中間層3を深さ方向に削りながらX線光電子分光法(XPS:X-ray photoelectron spectroscopy)、オージェ電子分光(AES:Auger Electron Spectroscopy)または2次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectroscopy)等によって分析されてもよい。   Regarding the constituent elements of the generated intermediate layer 3 and the first semiconductor layer 4, each cross section of the intermediate layer 3 and the first semiconductor layer 4 has an energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS). ) To be identified. Alternatively, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Auger Electron Spectroscopy (AES), or secondary ion mass while scraping the first semiconductor layer 4 and the intermediate layer 3 in the depth direction by sputtering. Analysis may be performed by an analysis method (SIMS: Secondary Ion Mass Spectroscopy) or the like.

中間層3および第1の半導体層4の作製は、上記のような工程に限らず、他の方法で形成されてもよい。例えば、第1の電極層2上に先にスパッタリング法等で中間層3が形成され、この中間層2の上に第1の半導体層4が形成されてもよい。   The production of the intermediate layer 3 and the first semiconductor layer 4 is not limited to the above process, and may be formed by other methods. For example, the intermediate layer 3 may be first formed on the first electrode layer 2 by sputtering or the like, and the first semiconductor layer 4 may be formed on the intermediate layer 2.

以上のようにして中間層3および第1の半導体層4が形成された後、第1の半導体層4上にCBD法等によって第2の半導体層5が形成され、されにその上にスパッタリング法等によって第2の電極層6が形成される。   After the intermediate layer 3 and the first semiconductor layer 4 are formed as described above, the second semiconductor layer 5 is formed on the first semiconductor layer 4 by the CBD method or the like, and the sputtering method is formed thereon. Thus, the second electrode layer 6 is formed.

次に、上記中間層3、第1の半導体層4、第2の半導体層5および第2の電極層6の積層体の一部がメカニカルスクライブ等によって除去されることによって、接続導体7を形成するための溝P2が形成される。そして、第2の電極層6上にスクリーン印刷法等によって金属ペーストが印刷されるとともに上記溝P2内にも金属ペーストが充填されることで、集電電極8と接続導体7が形成される。   Next, a part of the laminated body of the intermediate layer 3, the first semiconductor layer 4, the second semiconductor layer 5, and the second electrode layer 6 is removed by mechanical scribing or the like to form the connection conductor 7 A groove P2 is formed. Then, a metal paste is printed on the second electrode layer 6 by a screen printing method or the like, and the metal paste is also filled in the groove P2, whereby the collecting electrode 8 and the connection conductor 7 are formed.

最後に、上記接続導体7から少しずれた位置における中間層3から集電電極8までの積層体がメカニカルスクライブ等によって除去されることによって、個々の光電変換セル10に分離するための溝P3が形成される。以上により、隣接する光電変換セル10同士が直列接続された光電変換装置11が完成する。   Finally, the laminated body from the intermediate layer 3 to the collector electrode 8 at a position slightly deviated from the connection conductor 7 is removed by mechanical scribing or the like, so that a groove P3 for separation into individual photoelectric conversion cells 10 is formed. It is formed. Thus, the photoelectric conversion device 11 in which the adjacent photoelectric conversion cells 10 are connected in series is completed.

なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が施されることは何等差し支えない。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications may be made without departing from the scope of the present invention.

<原料溶液の調整>
まず、I−B族元素とIII−B族元素とVI−B族元素が1つの分子内に含まれる単一源前駆体が以下のa1〜a3のようにして作製された。
<Preparation of raw material solution>
First, single source precursors containing a group I-B element, a group III-B element, and a group VI-B element in one molecule were prepared as shown in a1 to a3 below.

[a1]10ミリモル(mmol)のCu(CHCN)・PFと、100mmolのP(Cとが、100mlのアセトニトリルに溶解された後、室温(25℃)における5時間の攪拌によって第1錯体溶液が調製された。 [A1] 10 mmol (mmol) of Cu (CH 3 CN) 4 .PF 6 and 100 mmol of P (C 6 H 5 ) 3 were dissolved in 100 ml of acetonitrile, and then 5 at room temperature (25 ° C.). A first complex solution was prepared by stirring over time.

[a2]40mmolのナトリウムメトキシド(CHONa)と、カルコゲン元素含有有機化合物である40mmolのフェニルセレノール(CSeH)とが、300mlのメタノールに溶解され、更に、6mmolのInClと4mmolのGaClとが溶解された後、室温における5時間の攪拌によって第2錯体溶液が調製された。 [A2] 40 mmol of sodium methoxide (CH 3 ONa) and 40 mmol of phenylselenol (C 6 H 5 SeH) which is a chalcogen element-containing organic compound were dissolved in 300 ml of methanol, and further 6 mmol of InCl 3. And 4 mmol of GaCl 3 were dissolved, and then a second complex solution was prepared by stirring at room temperature for 5 hours.

[a3]工程[a1]で調製された第1錯体溶液に対して、工程[a2]で調製された第2錯体溶液が滴下され、沈殿物が生じた。上記沈殿物が抽出され、メタノールで洗浄され、室温で乾燥されることで、一般式(1)および一般式(2)に示すような単一源前駆体の混合体を含む沈殿物が得られた。この単一源前駆体の混合体では、1つの錯体分子に、CuとGaとSeとが含まれるか、またはCuとInとSeとが含まれる。   [A3] The second complex solution prepared in step [a2] was added dropwise to the first complex solution prepared in step [a1], and a precipitate was formed. The precipitate is extracted, washed with methanol, and dried at room temperature to obtain a precipitate containing a mixture of single source precursors as shown in general formula (1) and general formula (2). It was. In this mixture of single source precursors, one complex molecule includes Cu, Ga, and Se, or includes Cu, In, and Se.

Figure 0005832229
Figure 0005832229

Figure 0005832229
Figure 0005832229

次に、ガリウム元素を含む化合物が以下のb1〜b3のようにして作製された。   Next, a compound containing a gallium element was prepared as in the following b1 to b3.

[b1]10mmolのアニリンと、10mmolのフェニルセレノールとが混合されて混合液Mが作製された。   [B1] 10 mmol of aniline and 10 mmol of phenylselenol were mixed to prepare a mixed solution M.

[b2]この混合液Mに2mmolの金属Gaが溶解された。   [B2] 2 mmol of metal Ga was dissolved in the mixed solution M.

[b3]このガリウムが溶解した混合液Mにヘキサンが添加されることによって、Gaとフェニルセレノールとの錯体化合物を含む沈殿物が析出し、この沈殿物が取り出された。   [B3] By adding hexane to the mixed solution M in which this gallium was dissolved, a precipitate containing a complex compound of Ga and phenyl selenol was deposited, and this precipitate was taken out.

次に、[a3]で得られた単一源前駆体を含む沈殿物と、[b3]で得られたGaの錯体化合物を含む沈殿物が、ピリジンに溶解されることで原料溶液が作製された。   Next, the precipitate containing the single source precursor obtained in [a3] and the precipitate containing the Ga complex compound obtained in [b3] are dissolved in pyridine to prepare a raw material solution. It was.

<第1の半導体層の作製>
次に、ガラスを含む基板の表面に、Mo等を含む第1の電極層が成膜されたものが複数枚用意された。そして、窒素ガスの雰囲気下において、各第1の電極層の上に上記原料溶液がブレード法によって塗布され、皮膜が形成された。
<Production of first semiconductor layer>
Next, a plurality of substrates in which a first electrode layer containing Mo or the like was formed on the surface of a substrate containing glass was prepared. Then, in a nitrogen gas atmosphere, the raw material solution was applied on each first electrode layer by a blade method to form a film.

次に、これら皮膜が、50ppmv(試料No.1)、100ppmv(試料No.2)、150ppmv(試料No.3)、0ppmv(試料No.4)の各濃度の水分を有する窒素ガスの雰囲気下において、表面からIRライトが照射された。これにより、皮膜は、温度が300℃で10分間加熱され、皮膜中の有機成分が熱分解により除去された。   Next, these coatings are in an atmosphere of nitrogen gas having moisture at respective concentrations of 50 ppmv (sample No. 1), 100 ppmv (sample No. 2), 150 ppmv (sample No. 3), and 0 ppmv (sample No. 4). The IR light was irradiated from the surface. Thereby, the film was heated at 300 ° C. for 10 minutes, and the organic components in the film were removed by thermal decomposition.

次に、これらの有機成分が除去された各皮膜が、Se蒸気(5ppmv)と水素ガスの混合ガス雰囲気下において、300℃で15分、さらに550℃で1時間加熱されることにより、主にCIGSを含む第1の半導体層が形成された。   Next, each film from which these organic components have been removed is mainly heated by heating at 300 ° C. for 15 minutes and further at 550 ° C. for 1 hour in a mixed gas atmosphere of Se vapor (5 ppmv) and hydrogen gas. A first semiconductor layer containing CIGS was formed.

<光電変換装置の作製>
上述のように作製された各第1の半導体層の上に、それぞれ、第2の半導体層と第2の電極層とが順に形成されて光電変換装置が作製された。
<Production of photoelectric conversion device>
A second semiconductor layer and a second electrode layer were sequentially formed on each first semiconductor layer manufactured as described above to manufacture a photoelectric conversion device.

具体的には、アンモニア水に酢酸カドミウムおよびチオ尿素が溶解された溶液に、上記第1の半導体層が形成された基板が浸漬されることで、第1の半導体層の上に厚さが50nmのCdSを含む第2の半導体層が形成された。更に、この第2の半導体層の上に、スパッタリング法によってAlがドープされた酸化亜鉛を含む第2の電極層が形成された。   Specifically, the substrate on which the first semiconductor layer is formed is immersed in a solution in which cadmium acetate and thiourea are dissolved in ammonia water, whereby a thickness of 50 nm is formed on the first semiconductor layer. A second semiconductor layer containing CdS was formed. Furthermore, a second electrode layer containing zinc oxide doped with Al was formed on the second semiconductor layer by a sputtering method.

以上のようにして作製された試料No.1〜4について、その断面のSEM観察を行なったところ、試料1〜3については、第1の半導体層と第1の電極層との界面に、直径が5〜40nm程度の第1の半導体層とは異なる相領域が第1の電極層に沿って点在しており、中間層が形成されていることがわかった。試料4にはそのような中間層は観察されなかった。   Sample No. manufactured as described above was obtained. 1 to 4 were subjected to SEM observation of the cross section. As for samples 1 to 3, the first semiconductor layer having a diameter of about 5 to 40 nm was formed at the interface between the first semiconductor layer and the first electrode layer. It was found that phase regions different from those were scattered along the first electrode layer, and an intermediate layer was formed. In Sample 4, such an intermediate layer was not observed.

これらの試料No.1〜4の第1の半導体層および中間層について、透過型電子顕微鏡分析(Transmission Electron Microscope:TEM)によって組成分析が行なわれた。なお、第1の半導体層の平均ガリウム含有率および平均酸素含有率は、第1の半導体層の任意の10点の測定結果の平均値である。また、中間層の平均ガリウム含有率および平均酸素含有率は、点在した任意の10個の相領域の各中央部における含有率が測定され、これら10点の測定結果の平均値が算出されたものである。試料No.1〜4の組成分析の結果が表1に示されている。   These sample Nos. Composition analysis was performed on the first to fourth first semiconductor layers and intermediate layers by transmission electron microscope analysis (TEM). In addition, the average gallium content rate and the average oxygen content rate of the first semiconductor layer are average values of measurement results at arbitrary 10 points of the first semiconductor layer. Further, the average gallium content and the average oxygen content of the intermediate layer were measured by measuring the content at each central part of any 10 phase regions interspersed, and the average value of these 10 measurement results was calculated. Is. Sample No. The results of the composition analysis of 1-4 are shown in Table 1.

Figure 0005832229
Figure 0005832229

表1より、試料No.1〜3の中間層は、第1の半導体層の平均ガリウム含有率および平均酸素含有率に比べ、ガリウム含有率および酸素含有率が高くなっていることがわかった。   From Table 1, Sample No. It was found that the intermediate layers 1 to 3 had higher gallium content and oxygen content than the average gallium content and average oxygen content of the first semiconductor layer.

<光電変換装置における光電変換効率の測定>
作製された光電変換装置の光電変換効率が、定常光ソーラーシミュレーターを用いて測定された。ここでは、光電変換装置の受光面に対する光の照射強度が100mW/cmであり且つエアマス(AM)が1.5である条件下で光電変換効率が測定された。なお、光電変換効率は、光電変換装置において太陽光のエネルギーが電気エネルギーに変換される割合を示し、ここでは、光電変換装置から出力される電気エネルギーの値が、光電変換装置に入射される太陽光のエネルギーの値で除されて、100が乗じられることで導出された。
<Measurement of photoelectric conversion efficiency in photoelectric conversion device>
The photoelectric conversion efficiency of the produced photoelectric conversion device was measured using a steady light solar simulator. Here, the photoelectric conversion efficiency was measured under conditions where the light irradiation intensity on the light receiving surface of the photoelectric conversion device was 100 mW / cm 2 and the air mass (AM) was 1.5. Note that the photoelectric conversion efficiency indicates the rate at which sunlight energy is converted into electric energy in the photoelectric conversion device. Here, the value of the electric energy output from the photoelectric conversion device is the sun incident on the photoelectric conversion device. Divided by the value of the energy of light and derived by multiplying by 100.

光電変換効率測定の結果、表1に示されるように、中間層を有する試料No.1〜3の光電変換効率は、それぞれ12.1%、12.8%、13.4%であり、中間層を有しない試料No.4の11.5%に比べて高くなっていることがわかった。   As a result of the photoelectric conversion efficiency measurement, as shown in Table 1, sample No. having an intermediate layer was obtained. The photoelectric conversion efficiencies of 1 to 3 are 12.1%, 12.8%, and 13.4%, respectively. 4 was found to be higher than 11.5%.

1:基板
2:第1の電極層
3:中間層
4:I−III−VI族化合物半導体層(第1の半導体層)
5:第2の半導体層
6:第2の電極層
7:接続導体
8:集電電極
9:第3の電極層
11:光電変換装置
1: Substrate 2: First electrode layer 3: Intermediate layer 4: I-III-VI group compound semiconductor layer (first semiconductor layer)
5: Second semiconductor layer 6: Second electrode layer 7: Connection conductor 8: Current collecting electrode 9: Third electrode layer 11: Photoelectric conversion device

Claims (3)

電極層と、
該電極層上に位置する、ガリウム元素を含むI−III−VI族化合物半導体層と、
前記電極層および前記I−III−VI族化合物半導体層の界面に独立して複数配置されている、前記I−III−VI族化合物半導体層よりもガリウム元素および酸素元素を多く含む中間層と
を具備することを特徴とする光電変換装置。
An electrode layer;
An I-III-VI group compound semiconductor layer containing a gallium element located on the electrode layer;
A plurality of intermediate layers that are arranged independently at the interface between the electrode layer and the I-III-VI group compound semiconductor layer and that contain more gallium and oxygen elements than the I-III-VI group compound semiconductor layer; A photoelectric conversion device comprising:
前記I−III−VI族化合物半導体層はインジウム元素をさらに含む、請求項1に記載の光電変換装置。   The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the I-III-VI group compound semiconductor layer further contains an indium element. 前記中間層はアモルファスまたは微結晶構造を有する、請求項1または2に記載の光電変換装置。   The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the intermediate layer has an amorphous or microcrystalline structure.
JP2011231633A 2011-04-11 2011-10-21 Photoelectric conversion device Expired - Fee Related JP5832229B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011231633A JP5832229B2 (en) 2011-04-11 2011-10-21 Photoelectric conversion device

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011086927 2011-04-11
JP2011086927 2011-04-11
JP2011231633A JP5832229B2 (en) 2011-04-11 2011-10-21 Photoelectric conversion device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012231110A JP2012231110A (en) 2012-11-22
JP5832229B2 true JP5832229B2 (en) 2015-12-16

Family

ID=47432407

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011231633A Expired - Fee Related JP5832229B2 (en) 2011-04-11 2011-10-21 Photoelectric conversion device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5832229B2 (en)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001274176A (en) * 2000-03-24 2001-10-05 Central Glass Co Ltd Method of manufacturing compound semiconductor film
JP5311984B2 (en) * 2008-11-26 2013-10-09 京セラ株式会社 Thin film solar cell manufacturing method
CN102318077B (en) * 2009-09-29 2013-08-14 京瓷株式会社 Photoelectric conversion device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012231110A (en) 2012-11-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5687343B2 (en) Semiconductor layer manufacturing method, photoelectric conversion device manufacturing method, and semiconductor raw material
JP2013098191A (en) Photoelectric conversion device
JP5174248B2 (en) Method for producing chalcogen compound semiconductor layer and method for producing photoelectric conversion device
JP5832229B2 (en) Photoelectric conversion device
US9184329B2 (en) Photoelectric conversion device
WO2013111443A1 (en) Photoelectric conversion device
JP5570650B2 (en) Manufacturing method of semiconductor layer and manufacturing method of photoelectric conversion device
JP5566335B2 (en) Method for manufacturing photoelectric conversion device
JP2012015257A (en) Photoelectric conversion device and method for manufacturing photoelectric conversion device
JP5918042B2 (en) Method for manufacturing photoelectric conversion device
JP5683377B2 (en) Manufacturing method of semiconductor layer and manufacturing method of photoelectric conversion device
JP5618942B2 (en) Method for manufacturing photoelectric conversion device
JP2013012722A (en) Photoelectric conversion device manufacturing method
JP5813120B2 (en) Method for manufacturing photoelectric conversion device
JP2015142001A (en) Method for manufacturing photoelectric conversion device
JP2012114344A (en) Precursor for forming group i-iii-vi compound semiconductor, method for manufacturing group i-iii-vi compound semiconductor, and method for manufacturing photoelectric conversion device
JP6039695B2 (en) Photoelectric conversion device
JP5791802B2 (en) Method for manufacturing photoelectric conversion device
JP2012195553A (en) Method for manufacturing semiconductor layer and method for manufacturing photoelectric conversion device
JP6189604B2 (en) Photoelectric conversion device
WO2014017354A1 (en) Photoelectric converting device
JP2012169485A (en) Production method of compound for forming semiconductor, production method of semiconductor layer and manufacturing method of photoelectric conversion device
JP2012160514A (en) Method for producing metal chalcogenide layer and method for manufacturing photoelectric conversion device
JP2012209302A (en) Method for manufacturing semiconductor layer and method for manufacturing photoelectric conversion device
JP2012227377A (en) Method for manufacturing semiconductor layer and method for manufacturing photoelectric conversion device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140616

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150212

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150217

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150929

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20151027

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5832229

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees