JP5964713B2 - Method for manufacturing photoelectric conversion device - Google Patents
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Description
本発明は、光電変換装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a photoelectric conversion device.
太陽光発電などに使用される光電変換装置として、光吸収係数が高いCIGSなどのI−III−VI族化合物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、ガラスな
どの基板の上に、金属裏面電極などの下部電極層と、光吸収層と、バッファ層と、透明導電膜とをこの順に積層した構成が知られている(例えば、特許文献1参照)。
As a photoelectric conversion device used for solar power generation or the like, there is one using an I-III-VI group compound such as CIGS having a high light absorption coefficient as a light absorption layer. This photoelectric conversion device has a known structure in which a lower electrode layer such as a metal back electrode, a light absorption layer, a buffer layer, and a transparent conductive film are laminated in this order on a substrate such as glass (for example, , See Patent Document 1).
このような光電変換装置に用いられる透明導電膜は、バッファ層および光吸収層に与えるダメージが少ない有機金属化学気相成長法(以下、MOCVD法とする)を用いる場合がある。MOCVD法としては、例えば、酸化亜鉛(ZnO)の透明導電膜を成膜する場合は、ジエチル亜鉛、ジボランおよび水(水蒸気)を気相で反応させるものがある(例えば、特許文献2参照)。 In some cases, the transparent conductive film used in such a photoelectric conversion device uses a metal organic chemical vapor deposition method (hereinafter referred to as MOCVD method) that causes little damage to the buffer layer and the light absorption layer. As an MOCVD method, for example, when forming a transparent conductive film of zinc oxide (ZnO), there is a method in which diethyl zinc, diborane, and water (water vapor) are reacted in a gas phase (for example, see Patent Document 2).
特許文献2に開示されているように、バッファ層および光吸収層を含む光電変換層上に、MOCVD法で透明導電膜からなる透明電極を成膜すると、ジエチル亜鉛などのアルキル亜鉛が光電変換層の一部と反応し、該光電変換層を変質させる場合があった。このような光電変換層の変質は、光電変換層装置の光電変換効率を低下させるおそれがあった。
As disclosed in
本発明の1つの目的は、透明電極の成膜時における光電変換層の変質を低減した光電変換装置の製造方法を提供することにある。 One object of the present invention is to provide a method for manufacturing a photoelectric conversion device in which alteration of a photoelectric conversion layer during film formation of a transparent electrode is reduced.
本発明の一実施形態に係る光電変換装置の製造方法では、基板上にI−III−VI族化合
物を主に含む光電変換層を形成する光電変換層形成工程と、前記光電変換層上に透明電極を形成する透明電極形成工程とを備えている。本実施形態において、前記透明電極形成工
程は、前記光電変換層上に水分を供給する水分供給工程と、前記透明電極の成膜時の温度まで前記基板を昇温する加熱工程と、該加熱工程後にアルキル亜鉛含有化合物ガス、ドーパント含有化合物ガスおよび水蒸気を反応させて、前記水分が供給された前記光電変換層上に前記透明電極を成膜する成膜工程とを有する。そして、本実施形態において、前記水分供給工程は、前記成膜工程よりも前に行なう。
In the method for manufacturing a photoelectric conversion device according to one embodiment of the present invention, a group I-III-VI compound is formed on a substrate.
A photoelectric conversion layer forming step of forming a photoelectric conversion layer mainly containing an object, and a transparent electrode forming step of forming a transparent electrode on the photoelectric conversion layer. In the present embodiment, the transparent electrode forming step includes a moisture supplying step for supplying moisture onto the photoelectric conversion layer, a heating step for raising the temperature of the substrate to the temperature at which the transparent electrode is formed, and the heating step. And a film forming step of forming the transparent electrode on the photoelectric conversion layer to which the moisture is supplied by reacting an alkylzinc-containing compound gas, a dopant-containing compound gas, and water vapor. And in this embodiment, the said water supply process is performed before the said film-forming process.
本発明の一実施形態によれば、光電変換装置における光電変換効率の低下が低減される。 According to one embodiment of the present invention, a decrease in photoelectric conversion efficiency in a photoelectric conversion device is reduced.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、図面においては同様な構成および機能を有する部分については同じ符号が付されており、下記説明では重複説明が省略される。また、図面は模式的に示されたものであり、各図における各種構造のサイズおよび位置関係等は正確に図示されたものではない。なお、図1、図2、図4〜図9、図12および図13には、光電変換セル10の配列方向(図1の図面視右方向)を+X方向とする右手系のXYZ座標系が付されている。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, parts having the same configuration and function are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted in the following description. Further, the drawings are schematically shown, and the sizes, positional relationships, and the like of various structures in the drawings are not accurately illustrated. 1, 2, 4 to 9, 12, and 13, there is a right-handed XYZ coordinate system in which the arrangement direction of photoelectric conversion cells 10 (the right direction in the drawing of FIG. 1) is the + X direction. It is attached.
<(1)一実施形態>
<(1−1)光電変換装置の概略構成>
図1および図2で示されるように、一実施形態に係る光電変換装置100は、基板1と、該基板1の上に平面的に並べられた複数の光電変換セル10とを備えている。隣り合う光電変換セル10は溝部P3によって分離されている。図1および図2では、図示の都合上、2つの光電変換セル10の一部のみが示されている。
<(1) One Embodiment>
<(1-1) Schematic configuration of photoelectric conversion device>
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, a
光電変換装置100には、図面の左右方向に、所定数の光電変換セル10が平面的に配列され得る。ここで、所定数は、例えば8つ等であれば良い。そして、例えば、光電変換装置100の±X方向の両端部に、発電によって生じる電圧および電流を出力するための電極が配され得る。なお、光電変換装置100には、例えば、多数の光電変換セル10が行列状に配置されていても良い。
In the
複数の光電変換セル10は、第1方向としての+X方向に順に配された第1光電変換セル10aおよび第2光電変換セル10bを含んでいる。ここで、第1光電変換セル10aと第2光電変換セル10bとを電気的に直列に接続する接続部5が、第1光電変換セル10aに位置する隙間部としての第2溝部(以下、溝部P2)に配されている。また、接続部5が接続されている下部電極2上に第3溝部(以下、溝部P3)が配されている。
The plurality of
<(1−2)光電変換セルの基本的な構成>
各光電変換セル10は、基板1上において、下部電極2と光電変換層3と受光面側電極部4とが順に積み重なっている積層部34とを備えている。また、各光電変換セル10には、第1溝部(以下、溝部P1)および溝部P2が配されている。そして、各光電変換セ
ル10では、受光面側電極部4が配されている側の主面が受光面となっている。
<(1-2) Basic configuration of photoelectric conversion cell>
Each
基板1は、複数の光電変換セル10を支持するものである。基板1に含まれる主な材料としては、例えば、ガラス、セラミックス、樹脂および金属等が採用され得る。なお、本実施形態では、基板1がソーダライムガラスである。また、基板1の厚さは、例えば、1mm以上で且つ3mm以下程度であれば良い。さらに、例えば、基板1の形状は平板状であれば良い。
The
下部電極2は、基板1の+Z側の一主面(上面とも言う)の上に配されている導電層である。下部電極2に含まれる主な材料としては、例えば、Mo、Al、Ti、TaおよびAu等の導電性を有する各種金属等が採用され得る。また、下部電極2の厚さは、例えば、0.2μm以上で且つ1μm以下程度であれば良い。下部電極2は、例えば、スパッタリング法または蒸着法等によって形成され得る。
The
光電変換層3は、下部電極2の上に配されている。光電変換層3は、第1半導体層31と第2半導体層32とを備えている。第1半導体層31および第2半導体層32は、この順に下部電極2の上に積層されている。
The
第1半導体層31は、下部電極2の+Z側の一主面(上面とも言う)の上に配されている。第1半導体層31は、第1導電型を有する半導体を主に含んでおり、光を吸収して電荷を生じる。ここで、第1導電型を有する半導体としては、例えば、カルコパイライト系の化合物半導体であるI−III−VI族化合物半導体等が適用され得る。なお、第1導電型
は、例えばp型の導電型であれば良い。
The
I−III−VI族化合物半導体とは、I−III−VI族化合物を主に含む半導体である。なお
、I−III−VI族化合物を主に含む半導体とは、半導体がI−III−VI族化合物を70mol%以上含むことを言う。以下の記載においても、「主に含む」は「70mol%以上含む」ことを意味する。I−III−VI族化合物は、I−B族元素(11族元素とも言う)とIII−B族元素(13族元素とも言う)とVI−B族元素(16族元素とも言う)とを主に含む化合物である。
The I-III-VI group compound semiconductor is a semiconductor mainly containing an I-III-VI group compound. Note that the semiconductor mainly containing the I-III-VI group compound means that the semiconductor contains 70 mol% or more of the I-III-VI group compound. Also in the following description, “mainly included” means “70 mol% or more included”. I-III-VI group compounds mainly consist of group IB elements (also referred to as group 11 elements), group III-B elements (also referred to as group 13 elements), and group VI-B elements (also referred to as group 16 elements). It is a compound contained in.
I−III−VI族化合物としては、例えば、Cu(In,Ga)Se2(CIGSとも言う)、Cu(In,Ga)(Se,S)2(CIGSSとも言う)、およびCuInSe2(CISとも言う)等が採用され得る。なお、Cu(In,Ga)Se2は、CuとInとGaとSeとを主に含む化合物である。また、Cu(In,Ga)(Se,S)2は、CuとInとGaとSeとSとを主に含む化合物である。ここでは、第1半導体層31が、CIGSを主に含む。
Examples of the I-III-VI group compound include Cu (In, Ga) Se 2 (also referred to as CIGS), Cu (In, Ga) (Se, S) 2 (also referred to as CIGSS), and CuInSe 2 (also referred to as CIS). Say) can be employed. Cu (In, Ga) Se 2 is a compound mainly containing Cu, In, Ga, and Se. Cu (In, Ga) (Se, S) 2 is a compound mainly containing Cu, In, Ga, Se, and S. Here, the
なお、第1半導体層31がI−III−VI族化合物半導体を主に含んでいれば、第1半導
体層31の厚さが10μm以下であっても、第1半導体層31による光電変換の効率が高めら得る。このため、第1半導体層31の厚さは、例えば、0.5μm以上で且つ3μm以下程度であれば良い。
In addition, if the
第1半導体層31は、例えば、Cu、In、Ga、Seを基板を550℃程度に加熱しながらそれぞれの元素を同時に蒸着する蒸着法で形成される。また、第1半導体層31は、スパッタリング法を用いてCu−In層およびGa層を形成した後にセレン蒸気内で加熱(セレン化)することによって形成してもよい。また、第1半導体層31は、めっき法または塗布法などで形成することもできる。
The
第2半導体層32は、第1半導体層31の+Z側の一主面(上面とも言う)の上に配さ
れており、第1半導体層31の第1導電型とは異なる第2導電型を有する半導体を主に含む。ここで、導電型が異なる半導体とは、伝導担体(キャリア)が異なる半導体である。そして、第2導電型は、例えばn型の導電型であれば良い。なお、第1半導体層31の導電型がn型であり、第2半導体層32の導電型がp型であっても良い。ここでは、第1半導体層31と第2半導体層32との間にヘテロ接合が形成されている。このため、第1半導体層31と第2半導体層32とにおいて光電変換が生じ得る。
The
第2半導体層32は、化合物半導体を主に含む。第2半導体層32に含まれる化合物半導体としては、例えば、CdS、In2S3、ZnS、ZnO、In2Se3、In(OH,S)、(Zn,In)(Se,OH)および(Zn,Mg)O等が採用され得る。そして、第2半導体層32が1Ω・cm以上の抵抗率を有していれば、リーク電流の発生が低減され得る。なお、第2半導体層32は、例えば、化学浴槽堆積(CBD)法等によって形成され得る。また、第2半導体層32の厚さは、例えば、1nm以上で且つ200nm以下程度であれば良い。
The
受光面側電極部4は、光電変換層3の+Z側の一主面(上面とも言う)の上に配されている。そして、受光面側電極部4は、透明電極41と複数の上部電極42とを備えている。透明電極41および上部電極42は、この順に光電変換層3上に積み重ねられている。
The light receiving surface
透明電極41は、光電変換層3の+Z側の一主面(上面とも言う)の上に配されている。透明電極41は、例えば、n型の導電型を有する透明の導電層である。透明電極41は、光電変換層3において生じた電荷を取り出す電極である。透明電極41は、禁制帯幅が広く且つ透明で低抵抗の材料を主に含んでいる。このような材料としては、例えば、ZnO、ZnOの化合物の金属酸化物半導体等が採用され得る。また、透明電極41は、ZnOのドーパントとして、例えば、Al、B、Ga、InおよびFうちの何れか1つの元素等を含有させれば、抵抗値を制御することができる。
The
本実施形態において、透明電極41は、MOCVD法によって形成され得る。透明電極41の厚さは、例えば、0.08μm以上で且つ2μm以下程度であれば良い。
In the present embodiment, the
上部電極42は、透明電極41の+Z側の一主面(上面とも言う)の上に配されている。上部電極42は、線状を成しており、透明電極41の上面の上に複数配されている。上部電極42は、例えば、導電性ペーストが透明電極41の上面の上に塗布された後に乾燥されて該導電性ペーストが固化されることで形成され得る。
The
複数の上部電極42は、第1方向としての+X方向と直交する+Y方向に離間しており、各上部電極42が+X方向に延在している。ここで、光電変換層3には、隙間部としてのスリット状の溝部P2が配されている。そして、上部電極42は、溝部P2に配されている接続部5によって、隣の光電変換セル10の下部電極2に電気的に接続されている。具体的には、第1光電変換セル10aにおける複数の第1上部電極42aは、溝部P2に配されている接続部5によって、第2光電変換セル10bから第1光電変換セル10a内まで延伸されている第2下部電極2bに接続されている。つまり、隣り合う第1光電変換セル10aと第2光電変換セル10bとの間で、第1光電変換セル10aに配されている第1受光面側電極部4aと、隣の第2光電変換セル10bに配されている第2下部電極2bとが、接続部5によって接続されている。
The plurality of
上部電極42は、光電変換層3において発生して透明電極41において取り出された電荷を集電する役割を担う。上部電極42が配されていることで、透明電極41における導電性が補われる。このため、透明電極41の薄層化が可能となる。その結果、電荷の取り出し効率の確保と、透明電極41における光透過性の向上とが両立し得る。
The
透明電極41および上部電極42によって集電された電荷は、接続部5を通じて、隣の光電変換セル10に伝達される。これにより、光電変換装置100においては、隣り合う光電変換セル10が電気的に直列に接続されている。
The charges collected by the
<(1−3)光電変換装置の製造プロセス>
ここで、上記構成を有する光電変換装置100の製造プロセスの一例について説明する。
<(1-3) Photoelectric Conversion Device Manufacturing Process>
Here, an example of a manufacturing process of the
図3のステップSp1では、基板1(図4参照)が準備される。基板1は、例えば、ソーダライムガラスなどから成る、略矩形の盤面を有する平板状のものであれば良い。
In step Sp1 of FIG. 3, the substrate 1 (see FIG. 4) is prepared. The board |
ステップSp2では、洗浄された基板1の一主面の略全面に、スパッタリング法または蒸着法等が用いられて、下部電極2(図5参照)が形成される。本実施形態において、下部電極2は、高融点で、セレンとの反応性が低く、かつ実用材料であるモリブデンを好適に用いることができる。
In step Sp2, the lower electrode 2 (see FIG. 5) is formed on substantially the entire main surface of the cleaned
ステップSp3では、下部電極2の上面のうちの所定の形成対象位置からその直下の基板1の上面にかけて、+Y方向に延在する溝部P1(図6参照)が形成される。溝部P1は、例えば、YAG(イットリウム、アルミニウム、ガーネット)レーザーまたはその他のレーザーの光が走査されつつ所定の形成対象位置に照射されることで形成され得る。このとき、基板1上に、+X方向に配列されている複数の下部電極2が形成される。具体的には、例えば、図6で示されるように、下部電極2は、+X方向に沿って溝部P1分の間隔を空けて第1下部電極2aと第2下部電極2bとが交互に並ぶように形成されている。すなわち、ステップSp2およびステップSp3が、下部電極形成工程に相当する。なお、図6では、第1下部電極2aおよび第2下部電極2bは、1つずつ形成されているが、それぞれ複数形成されている。
In Step Sp3, a groove portion P1 (see FIG. 6) extending in the + Y direction is formed from a predetermined formation target position on the upper surface of the
ステップSp4では、下部電極2の上に、第1半導体層31(図7参照)が形成される。ここでは、例えば、下部電極2の上に、第1半導体層31に主に含まれる金属元素を含む皮膜310(図7参照)が形成される。
In Step Sp4, the first semiconductor layer 31 (see FIG. 7) is formed on the
本実施形態において、前駆体層310は、以下のように形成される。
In the present embodiment, the
まず、Cu−Ga合金ターゲットを用いてDCマグネトロンスパッタを行なって基板1上にCu−Ga層を形成する。次に、Inターゲットを用いてDCマグネトロンスパッタを行なってCu−Ga層上にIn層を形成することによってIn/Cu−Gaの前駆体層が形成される。
First, a Cu-Ga layer is formed on the
次いで、上記前駆体層が形成された基板1をセレン化水素(H2Se)ガスを含有した水素ガス雰囲気中で、400℃以上で且つ600℃以下程度に加熱する。この加熱処理工程において、上記前駆体は、セレンが化合することにより、第1導電型の第1半導体層31となる。この膜厚はセレンが化合することで増加し、最終的に0.5μmから3μm程度になるように調整される。
Next, the
ステップSp5では、第1半導体層31の上に第2導電型の第2半導体層32(図8参照)が形成される。これにより、第1半導体層31と第2半導体層32とが積層されている光電変換層3が形成される。
In step Sp5, the second conductivity type second semiconductor layer 32 (see FIG. 8) is formed on the
第2半導体層32は、例えば、化学浴槽堆積(CBD)法によって形成され得る。具体
的には、例えば、酢酸カドミウムとチオ尿素とがアンモニア水に溶解させられることで作製された溶液に第1半導体層31が浸漬されることで、CdSを主に含む第2半導体層32が形成され得る。
The
このように、ステップSp4およびステップSp5によって、光電変換層3が形成される。すなわち、ステップSp4およびステップSp5が、光電変換層形成工程に相当する。
In this way, the
ステップSp6は、光電変換層3の上に透明電極41(図9参照)が形成される透明電極形成工程である。具体的には、例えば、第2半導体層32の上に、ホウ素(B)が添加されたZnOを主に含む透明な透明電極41が形成される。この透明電極形成工程は、MOCVD法により行なわれる。
Step Sp6 is a transparent electrode forming step in which the transparent electrode 41 (see FIG. 9) is formed on the
次に、透明電極形成工程で用いられる成膜装置の一例について説明する。成膜装置50は、図10(a)に示すように、チャンバー51と、載置台52と、排気管53と、真空ポンプ54と、導入管55、56とを備えている。
Next, an example of a film forming apparatus used in the transparent electrode forming process will be described. As shown in FIG. 10A, the
チャンバー51には、光電変換層3が形成された基板1が配置される。基板1は、チャンバー51の略中央に位置する載置台52上に配置されている。このチャンバー51は、透明電極41を成膜するための成膜室としての機能を担う。載置台52には、基板1を所定の温度にまで昇温し、維持するためのヒーターが設けられている(不図示)。なお、このヒーターは、載置台52の下部に配置されていてもよい。また、ヒーターは、載置台52の内部に配置されていてもよい。
In the
排気管53は、チャンバー51に導入されたガスを排気する機能を有している。この排気管53には、真空ポンプ54およびチャンバー内の圧力を調整するための圧力調整バルブ(不図示)が設けられている。この真空ポンプ54は、チャンバー51内を排気して減圧を行い、圧力調整バルブは透明電極41の成膜時に圧圧力を制御する機能を有している。
The
導入管55および導入管56は、透明電極41の原料となるガス(以下、原料ガスともいう)をチャンバー51に供給する機能を有する。導入管55は、アルキル亜鉛含有化合物ガスを供給する導入管55aと、ドーパント含有化合物ガスを供給する導入管55bとを有している。すなわち、導入管55は、途中から導入管55aおよび導入管55bに分岐されるように形成されている。導入管55aおよび導入管55bにそれぞれ導入されたガス(アルキル亜鉛含有化合物ガスおよびドーパント含有化合物ガス)は、図10(a)に示すように、チャンバー51に供給される前に混合される。そのため、チャンバー51には、アルキル亜鉛含有化合物ガスおよびドーパント含有化合物ガスの混合ガスの状態で供給される。導入管56は、透明電極41の原料ガスの1つである水蒸気をチャンバー51に供給する。
The
次に、原料ガスの調製方法について説明する。原料ガスは、液体を気化する装置の1つであるバブラーを用いて調製される。なお、バブラーは、成膜装置50の一部である。バブラー60は、図10(b)に示すように、本体容器61と、恒温槽62と、キャリアガス導入管63と、混合ガス導出管64とを備えている。
Next, a method for preparing the source gas will be described. The source gas is prepared using a bubbler, which is one of devices for vaporizing a liquid. The bubbler is a part of the
本体容器61には、キャリアガス導入管63、混合ガス導出管64は、例えば、ステンレス等の金属で構成される。本体容器61には、液体の状態の原料が配される。この本体容器61は、恒温槽62内に配されている。恒温槽62は、本体容器61を所定の温度で保持する機能を有している。そのため、恒温槽62には、加熱機構および冷却機構が設け
られている(不図示)。
In the
キャリアガス導入管63は、窒素またはアルゴン等のキャリアガスを本体容器61内に配された液体原料Lに導入する機能を有している。そのため、キャリアガス導入管63の一端側の開口端部は、図10(b)に示すように、液体原料L内に位置するように設けられている。キャリアガス導入管63から導出されたキャリアガスは、液体原料Lの中でバブリングされる。このバブリングによって、液体原料Lが気化されて原料ガスとなる。この原料ガスは、キャリアガスと合わさった混合ガスとして混合ガス導出管64から導入管55(導入管55a)または導入管56に流れる。アルキル亜鉛含有化合物ガスを調製する場合、液体原料Lは、アルキル亜鉛(Zn(CnH2n+1)2) (nは整数)、例
えば、ジエチル亜鉛、ジメチル亜鉛、望ましくはジエチル亜鉛を用いる。ジエチル亜鉛を用いる場合は、バブラー内の液体原料Lの温度は20℃以上で且つ65℃以下の間で調整すればよい。また、水蒸気を調製する場合、液体原料Lとしては、例えば、純水が用いられる。このとき、純水を気化させるために、純水は20〜100℃程度まで加熱される。
The carrier
なお、原料ガスの1つであるドーパント含有化合物ガスはバブラー60ではなく、例えば、以下の方法で調製される。まず、ドーパント含有化合物であるジボランを水素によって0.1%以上で且つ3%以下程度に希釈したガスが注入されているガスボンベを準備する。次に、圧力制御弁等を用いてガスボンベから導出されるガスの圧力を所望の値まで下げて、マスフローコントローラーなどで流量を制御し、ドーパント含有化合物ガスを導入する導入管55bに流す。
In addition, the dopant containing compound gas which is one of source gas is not the
この透明電極形成工程は、水分供給工程、加熱工程および成膜工程を有している。各工程について以下に説明する。 This transparent electrode forming step includes a moisture supplying step, a heating step, and a film forming step. Each step will be described below.
水分供給工程は、透明電極41の成膜前に光電変換層3上に水分を供給する工程である。水分供給工程では、光電変換層3が形成された基板1を載置台52に載置した後、水分を水蒸気の状態で導入管56からチャンバー51に供給することによって行なわれる。
The moisture supply step is a step of supplying moisture onto the
加熱工程は、透明電極41の成膜時の温度まで基板1を昇温する工程である。加熱工程は、例えば、真空ポンプ54によりチャンバー51内を数Pa程度に減圧した後、載置台52に設けたヒーターで基板1を成膜時の温度である80℃以上で且つ230℃以下程度まで昇温することで行なわれる。
The heating step is a step of raising the temperature of the
そして、本実施形態において、上記した水分供給工程は、加熱工程と同時または該加熱工程の前に行なわれる。光電変換層3への水分供給と基板1の加熱との関係について図11を用いて説明する。図11において、温度T1は加熱工程前の基板1の温度であり、例えば、室温と同等の温度である。また、温度T3は加熱工程後の基板1の温度であり、成膜時の基板1の温度である。すなわち、加熱工程は、図11に示された時間M1まで行なわれる。そのため、水分供給工程も時間M1までに実施される。温度T2は、基板1が昇温中のある時間における基板1の温度である。
And in this embodiment, the above-mentioned moisture supply process is performed simultaneously with a heating process or before this heating process. The relationship between the moisture supply to the
水分供給工程は、加熱工程の前、すなわち、基板1が温度T1であるときに開始すればよい。また、水分供給工程は、加熱工程において基板1が昇温している際の温度である温度T2のときに行なってもよい。換言すれば、水分供給工程は、成膜時の温度である温度T3に基板1の温度が達する前に行なえばよい。
The moisture supply process may be started before the heating process, that is, when the
後述する成膜工程では、アルキル亜鉛含有化合物としてジエチル亜鉛(Zn(C2H5)2)を使用する場合、下記化学反応が起こる。
Zn(C2H5)2+H2O→ZnO+2C2H6
ジエチル亜鉛は、強い還元性を有しているため、チャンバー51内に同時に供給された水蒸気(H2O)と反応して、酸化亜鉛(ZnO)が透明電極41として光電変換層3上に成膜される。このとき、未反応のジエチル亜鉛が残存していた場合には、その強い還元作用によって光電変換層3の表面の一部が変質するおそれがある。
In the film-forming process described later, when diethyl zinc (Zn (C 2 H 5 ) 2 ) is used as the alkyl zinc-containing compound, the following chemical reaction occurs.
Zn (C 2 H 5 ) 2 + H 2 O → ZnO + 2C 2 H 6
Since diethyl zinc has a strong reducing property, it reacts with water vapor (H 2 O) simultaneously supplied into the
そこで、本実施形態では、透明電極41の成膜前に光電変換層3の表面に水分を供給する工程を実施している。これにより、光電変換層3の表面が水分子または水酸基で覆われる。そのため、ジエチル亜鉛(アルキル亜鉛含有化合物ガス)が光電変換層3に接触しにくくなる。その結果、アルキル亜鉛含有化合物ガスによって生じ得る光電変換層3の変質が低減される。このような変質が低減されることによって、光電変換効率の低下が小さくできる。
Therefore, in this embodiment, a step of supplying moisture to the surface of the
また、本実施形態では、上述のように成膜時の温度に達する前に水分供給工程を行なっているため、成膜時の温度(80℃以上で且つ230℃以下程度)下で水分を供給するよりも、より室温に近い温度で水分を供給できる。それゆえ、光電変換層3の表面に水分を吸着させやすい。
In the present embodiment, since the moisture supply step is performed before reaching the temperature at the time of film formation as described above, water is supplied at the temperature at the time of film formation (about 80 ° C. or more and about 230 ° C. or less). It is possible to supply moisture at a temperature closer to room temperature than to do. Therefore, it is easy to adsorb moisture on the surface of the
成膜工程は、上記した加熱工程後に行なわれる。また、この成膜工程は、上記した水分供給工程において水分が供給された光電変換層3上に透明電極41を成膜するように行なわれる。そして、成膜工程は、基板1の温度が成膜を開始する温度T3に達した後、導入管55からアルキル亜鉛含有化合物ガスとドーパント含有化合物ガスとの混合ガスをチャンバー51内に導入するとともに、導入管56から水蒸気を導入することによって、これらの原料ガス(混合ガスおよび水蒸気)を反応させて行なわれる。なお、成膜工程時に導入管56からチャンバー51内に導入される水蒸気は、水分供給工程および加熱工程から連続してチャンバー51内に供給されていてもよい。また、成膜工程では、成膜時の温度T3に基板1の温度を保つために、載置台52のヒーターを用いてもよい。以上の工程によって、透明電極41が形成される。
The film forming process is performed after the heating process described above. In addition, this film forming step is performed so that the
なお、成膜工程は、アルキル亜鉛含有化合物ガスおよびドーパント含有化合物ガスのモル濃度よりも水蒸気のモル濃度が高い雰囲気で行なってもよい。これにより、未反応のアルキル亜鉛含有化合物ガスが光電変換層3に直に接触する確率を低減することができる。これにより、光電変換層3の変質がより低減される。このとき、水蒸気のモル濃度は、アルキル亜鉛含有化合物ガスおよびドーパント含有化合物ガスのモル濃度の2倍程度であればよい。
In addition, you may perform a film-forming process in the atmosphere whose molar concentration of water vapor | steam is higher than the molar concentration of alkyl zinc containing compound gas and dopant containing compound gas. Thereby, the probability that the unreacted alkylzinc-containing compound gas directly contacts the
ステップSp7では、透明電極41の上面から下部電極2の上面に至る領域に、+Y方向に延在する隙間部(以下、溝部P2という、図12参照)が形成される。このステップSp7が、隙間部形成工程に相当する。溝部P2は、下部電極2上における光電変換層3及び透明電極41を部分的に除去することにより形成される。溝部P2の形成方法は、例えば、金属針や金属刃などの加工ツールを用いて機械的に除去する、メカニカルスクライブ法が用いられる。すなわち、メカニカルスクライブ法では、透明電極41上の所定の位置に配置した、加工ツールに所定の圧力をかけて直線的に移動させて、加工ツールを移動させた部分の光電変換層3及び透明電極41を除去することによって、底面で下部電極の上面が露出するような溝部P2を形成する。
In Step Sp7, a gap portion (hereinafter referred to as a groove portion P2, see FIG. 12) extending in the + Y direction is formed in a region extending from the upper surface of the
ステップSp8では、透明電極41の上面のうちの所定の形成対象位置から溝部P2の内部にかけて上部電極42が形成される。上部電極42は、例えば、透明電極41の上面のうちの所定の形成対象位置から溝部P2の内部にかけて導電性ペーストが所定の線状パターンを有するように塗布され、塗布後の導電性ペーストが乾燥によって固化されることで形成され得る。これにより、上部電極42は、図1に示されるように、第1下部電極2
a上に位置する第1透明電極41a上から溝部P2を通って第2下部電極2bに電気的に接続される。なお、溝部P2に配されている接続部5は、上部電極42に一部に相当する。上部電極42および接続部5は、例えば、スクリーン印刷等によって、導電性ペーストが塗布されて形成され得る。この導電性ペーストは、例えば、金、銀、パラジウム、銅、ニッケルなどの金属や合金のフィラーがエポキシ樹脂やアクリル樹脂に混練されたものである。このように、上部電極42が形成されることによって、透明電極41を溝部P2まで延在させて隣接する光電変換セル同士を電気的に接続する形態に比べて、抵抗成分が低減される。
In step Sp8, the
The first
次のステップSp9では、受光面側電極部4の上面から下部電極2の上面に至る領域に溝部P3(図1および図2参照)が形成される。これにより、基板1の上に複数の光電変換セル10が配されている光電変換装置100が得られる。
In the next step Sp9, a groove P3 (see FIGS. 1 and 2) is formed in a region extending from the upper surface of the light receiving surface
具体的には、ステップSp9では、工具によって、積層体234のうちの少なくとも接続部5よりも第1方向としての+X方向側に位置する部分がY方向に沿って線状に削られる。線状の溝部P3は、積層体234の受光面側電極部4の上面から下部電極2の上面まで至っている。これにより、+X方向に並んでいる、第1積層部34aと第2積層部34bとが形成される。この第1積層部34aは、例えば、第1下部電極2a上から少なくとも第1下部電極2aと第2下部電極2bとの隙間部としての溝部P2を経て基板1上にかけた領域に配されていれば良い。また、第2積層部34bは、例えば、第2下部電極2b上に配されていれば良い。また、溝部P3は、例えば上述のメカニカルスクライブ法を用いて形成される。
Specifically, in Step Sp9, at least a portion of the
以上のステップSp1〜Sp8によって、基板1上に、複数の下部電極2、第1半導体層31、第2半導体層32および受光面側電極部4が第2方向としての+Z方向に順に積み重ねられている積層体234が形成される(図13参照)。また、第2半導体層32および第1半導体層31に配置された溝部P2内に位置する接続部5を介して下部電極2と電気的に接続する受光面側電極部4が形成される。
Through the above steps Sp1 to Sp8, the plurality of
<(2) 変形例>
<(2−1)変形例1>
本発明の他の実施形態について図13を参照しつつ説明する。本実施形態では、透明電極形成工程が上述した実施形態の透明電極形成工程と相違する。まず、本実施形態に係る製造方法において用いる成膜装置について説明する。
<(2) Modification>
<(2-1)
Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the transparent electrode forming step is different from the transparent electrode forming step of the above-described embodiment. First, a film forming apparatus used in the manufacturing method according to this embodiment will be described.
透明電極41を成膜する成膜装置50Aは、図14に示すように、複数のチャンバーを有している。具体的に、成膜装置50Aは、第1チャンバー51a、第2チャンバー51bおよび第3チャンバー51cを有している。また、各チャンバーの内部には、載置台52a、52b、52cがそれぞれ設けられている。さらに、各チャンバーには、真空ポンプ53a、53b、53cおよび排気管54a、54b、54cがそれぞれ設けられている。また、各チャンバーの両側には、ゲートバルブ57(57a〜57b)が設けられている。また、第1チャンバー51aおよび第3チャンバー51cには、チャンバー内の圧力を大気圧程度まで戻すために窒素などを供給する給気配管58(58aおよび58b)がそれぞれ設けられている。また、第2チャンバー51bには、原料ガスが導入される導入管55、56が設けられている。それゆえ、成膜装置50Aでは、第2チャンバー51bが成膜室としての機能を担う。この成膜装置50Aにおいて、基板1は、例えば、各チャンバー間をチェーン駆動などで移動できる構造となっている。
A
本実施形態における透明電極形成工程は、水分供給工程および加熱工程よりも前に、加熱工程よりも低い温度で基板1を加熱する低温加熱工程を備えている。そして、この低温
加熱工程は、第1チャンバー51a内で行なわれる。一方、水分供給工程、加熱工程および成膜工程は、第2チャンバー51b内で行なわれる。
The transparent electrode forming step in the present embodiment includes a low temperature heating step of heating the
次に、図14に示した成膜装置50Aを用いた本実施形態に係る透明電極形成工程の一例について説明する。まず、ゲートバルブ57aを開けて、光電変換層3が形成された基板1を第1チャンバー51a内の載置台52aに載置する。次いで、ゲートバルブ57aを閉じた後、真空ポンプ54aを作動させて排気管53aから余分な気体を排気し、第1チャンバー51aの内部の圧力を数Pa程度に減圧する。次に、載置台52aに設けられたヒーターで基板1を加熱する。このときの基板1の温度は、常温以上で且つ透明電極41の成膜時の温度よりも10℃以上低い温度とすればよい。この工程が上述した低温加熱工程に相当する。
Next, an example of the transparent electrode forming process according to this embodiment using the
次いで、真空ポンプ54bを作動させて排気管53bから第2チャンバー51b内の余分な気体を排気する。これにより、第1チャンバー51aおよび第2チャンバー51bの内部の圧力がほぼ等しくなる。次に、ゲートバルブ57bを開けて、基板1を第2チャンバー51b内の載置台52bに載置する。第2チャンバー51b内部の載置台52bに載置する。次に、載置台52bに設けられたヒーター(不図示)に通電して、基板1を成膜時の所定の温度まで昇温するように加熱する(加熱工程)。この加熱工程の際に、導入管56を用いて水蒸気を基板1の光電変換層3上に供給する(水分供給工程)。なお、この水分供給工程は、上記加熱工程前に行なってもよい。
Next, the
次いで、上記加熱工程を経て基板1が所定の成膜時の温度T3に達した後、導入管55からアルキル亜鉛含有化合物ガスおよびドーパント含有化合物ガスの混合ガスを第2チャンバー51b内に供給するとともに、導入管56から水蒸気を供給することによって、透明電極41を成膜する(成膜工程)。
Next, after the
また、所定の厚みに透明電極41を成膜終了後、原料ガスの供給を止めるとともに、第2チャンバー51b内の残留ガスを排気する。次に、真空ポンプ54cを作動させて排気管53cから第3チャンバー51c内の余分な気体を排気する。これにより、第2チャンバー51bおよび第3チャンバー51cの内部の圧力がほぼ等しくなる。次いで、ゲートバルブ57cを開けて、基板1を第3チャンバー51c内の載置台52cに載置する。次に、ゲートバルブ57cを閉じて排気を止める。次いで、給気配管58bから窒素などを供給して第3チャンバー51cの内部の圧力をほぼ大気圧まで戻す。最後に、基板1が十分に冷却された後に、ゲートバルブ57dを開けて、成膜装置50Aから基板1を取り出す。
Further, after the film formation of the
このように、本実施形態では、低温加熱工程と、該低温加熱工程以降の工程(水分供給、加熱および成膜)を異なるチャンバーで行なっている。これにより、本実施形態では、連続して透明電極41を成膜する際に、第2チャンバー51bで水分供給、加熱および成膜の工程を行なうのと並行して、第1チャンバー51aで低温加熱工程を進めることができる。その結果、透明電極形成工程のタクトタイムを短縮できるため、透明電極41を効率良く成膜できる。また、さらにタクトアップを行なうために、第2チャンバー51bの数を複数直列に接続する構成としてもよい。
Thus, in this embodiment, the low temperature heating process and the processes after the low temperature heating process (water supply, heating, and film formation) are performed in different chambers. Accordingly, in the present embodiment, when the
<(2−2)変形例2>
本実施形態は、水分供給工程を透明電極41の成膜時の温度よりも低い温度で基板1を加熱しながら第1チャンバー51a内で行ない、加熱工程および成膜工程を第2チャンバー51b内で行なう点で上述した実施形態と相違する。
<(2-2)
In the present embodiment, the moisture supply process is performed in the
本実施形態の製造方法では、例えば、図15に示された成膜装置50Bが用いられる。
成膜装置50Bは、成膜装置50Aの第1チャンバー51aに水蒸気を供給する導入管56が設けられた構造である。
In the manufacturing method of the present embodiment, for example, the
The
次に、図15に示した成膜装置50Bを用いた本実施形態に係る透明電極形成工程の一例について説明する。まず、ゲートバルブ57aを開けて、光電変換層3が形成された基板1を第1チャンバー51a内の載置台52aに載置する。次いで、第1チャンバー51aの内部を所定の圧力まで減圧する。次に、基板1を透明電極41の成膜時の温度よりも低い温度まで加熱し、その温度で維持する。このときの基板1の温度は、透明電極41を成膜するときの温度よりも、例えば、5℃以上で且つ30℃以下程度低い温度であればよい。そして、この基板1の加熱時に導入管56から水蒸気を第1チャンバー51a内に供給することによって、基板1の光電変換層3上に水分を供給する(水分供給工程)。
Next, an example of a transparent electrode forming process according to the present embodiment using the
次いで、基板1を第1チャンバー51aから第2チャンバー51bの載置台52bに移動させて、基板1を成膜時の所定の温度まで昇温する(加熱工程)。次に、成膜温度である温度T3に達した後、導入管56から水蒸気を第2チャンバー51b内に供給するとともに、導入管55からアルキル亜鉛含有化合物ガスおよびドーパント含有化合物ガスの混合ガスを第2チャンバー51b内に供給して、透明電極41を成膜する(成膜工程)。
Next, the
なお、上記一実施形態および各種変形例は、上述の記載内容に限定されるものではなく、適宜変更可能である。例えば、アルキル亜鉛含有化合物および水分の気化方法は、バブラーを使用する他に、加熱などで直接気化させる方法であってもよい。 In addition, the said one Embodiment and various modifications are not limited to the above-mentioned description content, It can change suitably. For example, the method of vaporizing the alkylzinc-containing compound and moisture may be a method of directly vaporizing by heating or the like in addition to using a bubbler.
1 基板
2 下部電極
2a 第1下部電極
2b 第2下部電極
3 光電変換層
4 受光面側電極部
4a 第1受光面側電極部
4b 第2受光面側電極部
5 接続部
10 光電変換セル
10a,10b 第1,第2光電変換セル
31,31a,31b 第1半導体層
32,32a,32b 第2半導体層
34 積層部
34a,34b 第1,第2積層部
41 透明電極
41a,41b 第1,第2透明電極
42 上部電極
42a,42b 第1,第2上部電極
50,50A,50B 成膜装置
51 チャンバー
51a 第1チャンバー
51b 第2チャンバー
51c 第3チャンバー
52,52a〜52c 載置台
53,53a〜53c 排気管
54,54a〜54c 真空ポンプ
55,56 導入管
57,57a〜57d ゲートバルブ
58,58a,58b 給気配管
60 バブラー
61 本体容器
62 恒温槽
63 キャリアガス導入管
64 混合ガス導入管
100 光電変換装置
234 積層体
310 前駆体層
P1〜P3 溝部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
、
前記光電変換層上に透明電極を形成する透明電極形成工程とを備え、
該透明電極形成工程は、前記光電変換層上に水分を供給する水分供給工程と、前記透明電極の成膜時の温度まで前記基板を昇温する加熱工程と、該加熱工程後にアルキル亜鉛含有化合物ガス、ドーパント含有化合物ガスおよび水蒸気を反応させて、前記水分が供給された前記光電変換層上に前記透明電極を成膜する成膜工程とを有し、
前記水分供給工程は、前記成膜工程よりも前に行なう、光電変換装置の製造方法。 A photoelectric conversion layer forming step of forming a photoelectric conversion layer mainly containing an I-III-VI group compound on the substrate;
A transparent electrode forming step of forming a transparent electrode on the photoelectric conversion layer,
The transparent electrode forming step includes a moisture supplying step for supplying moisture onto the photoelectric conversion layer, a heating step for raising the temperature of the substrate to a temperature during film formation of the transparent electrode, and an alkylzinc-containing compound after the heating step. A film forming step of reacting a gas, a dopant-containing compound gas, and water vapor to form the transparent electrode on the photoelectric conversion layer supplied with the moisture, and
The method for manufacturing a photoelectric conversion device, wherein the water supply step is performed before the film formation step.
前記低温加熱工程は、第1チャンバー内で行ない、
前記水分供給工程、前記加熱工程および前記成膜工程は、第2チャンバー内で行なう、請求項1に記載の光電変換装置の製造方法。 The transparent electrode forming step further includes a low-temperature heating step of heating the substrate at a temperature lower than the temperature at the time of film formation of the transparent electrode before the moisture supply step and the heating step,
The low temperature heating step is performed in the first chamber,
The method for manufacturing a photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the moisture supply step, the heating step, and the film forming step are performed in a second chamber.
前記加熱工程および前記成膜工程は、第2チャンバー内で行なう、請求項1に記載の光電変換装置の製造方法。 The moisture supply step is performed in the first chamber while heating the substrate at a temperature lower than the temperature at the time of forming the transparent electrode,
The method for manufacturing a photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the heating step and the film forming step are performed in a second chamber.
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