JP6015994B2 - Optical element and manufacturing method thereof - Google Patents
Optical element and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP6015994B2 JP6015994B2 JP2015521328A JP2015521328A JP6015994B2 JP 6015994 B2 JP6015994 B2 JP 6015994B2 JP 2015521328 A JP2015521328 A JP 2015521328A JP 2015521328 A JP2015521328 A JP 2015521328A JP 6015994 B2 JP6015994 B2 JP 6015994B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- alkali metal
- metal
- substrate
- film
- 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.)
- Active
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 102
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 15
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 369
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 182
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 claims description 144
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims description 143
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 126
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 126
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 92
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims description 84
- 150000004770 chalcogenides Chemical class 0.000 claims description 70
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 45
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 29
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 19
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 claims description 12
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 11
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 10
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000002585 base Substances 0.000 claims description 7
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 4
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 claims description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 70
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 45
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 34
- 239000005361 soda-lime glass Substances 0.000 description 33
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 31
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 17
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 12
- DVRDHUBQLOKMHZ-UHFFFAOYSA-N chalcopyrite Chemical compound [S-2].[S-2].[Fe+2].[Cu+2] DVRDHUBQLOKMHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 10
- 229910052951 chalcopyrite Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 7
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 5
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 4
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 4
- 238000001004 secondary ion mass spectrometry Methods 0.000 description 4
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 4
- PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M sodium fluoride Chemical compound [F-].[Na+] PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 3-(oxolan-2-yl)propanoic acid Chemical compound OC(=O)CCC1CCCO1 WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 3
- 238000004453 electron probe microanalysis Methods 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 3
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 3
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- -1 chalcopyrite Chemical class 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 2
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 description 2
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 2
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 150000001339 alkali metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052798 chalcogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001787 chalcogens Chemical class 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 238000000224 chemical solution deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 235000013024 sodium fluoride Nutrition 0.000 description 1
- 239000011775 sodium fluoride Substances 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000005486 sulfidation Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 238000005987 sulfurization reaction Methods 0.000 description 1
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000026683 transduction Effects 0.000 description 1
- 238000010361 transduction Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 238000001947 vapour-phase growth Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
- H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
- H01L31/0749—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type including a AIBIIICVI compound, e.g. CdS/CulnSe2 [CIS] heterojunction solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
- H01L31/0392—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate
- H01L31/03923—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate including AIBIIICVI compound materials, e.g. CIS, CIGS
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/541—CuInSe2 material PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Led Devices (AREA)
Description
本発明は光学素子及びその製造方法に係り、特にカルコゲン化物(カルコパイライト、ケステライト等を含む)系材料を光吸収層又は発光層として用いた光学素子及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an optical element and a manufacturing method thereof, and more particularly to an optical element using a chalcogenide (including chalcopyrite, kesterite, etc.)-Based material as a light absorbing layer or a light emitting layer and a manufacturing method thereof.
カルコゲン化物(カルコパイライト、ケステライト等を含む)系材料を光吸収層又は発光層として用いた光学素子(太陽電池、光センサ、発光素子、受光素子等)は、高効率で費用効率が高い光学素子として注目を集めている。カルコゲン化物系材料のうち特にカルコパイライト系材料を光吸収層として用いた光学素子に対してはアルカリ金属の微量な添加が特性の改善に有用であることが報告されている(例えば、非特許文献1参照)。 Optical elements (solar cells, light sensors, light emitting elements, light receiving elements, etc.) using chalcogenide (including chalcopyrite, kesterite, etc.) materials as light absorbing layers or light emitting layers are highly efficient and cost effective optical elements. Has attracted attention as. It has been reported that the addition of a small amount of an alkali metal is useful for improving the characteristics particularly for optical elements using a chalcopyrite material as a light absorption layer among chalcogenide materials (for example, non-patent literature). 1).
一般的に基板として用いられるソーダライムガラス(SLG)は、ナトリウム(Na)、カリウム(K)等のアルカリ金属を含有している。そのため、SLG基板上に金属裏面電極、カルコゲン化物系材料を用いた光吸収層(又は発光層)を積層した光学素子の場合、SLG基板のアルカリ金属が自然拡散により金属裏面電極を通過し、光吸収(発光)層に供給される。この方法を用いて、カルコゲン化物系材料を用いた光吸収層又は発光層に非常に容易にアルカリ金属添加が行え、特性を改善できる。 Soda lime glass (SLG) generally used as a substrate contains alkali metals such as sodium (Na) and potassium (K). Therefore, in the case of an optical element in which a metal back electrode and a light absorption layer (or light emitting layer) using a chalcogenide-based material are laminated on the SLG substrate, the alkali metal of the SLG substrate passes through the metal back electrode by natural diffusion, and light Supplied to the absorption (light emission) layer. By using this method, the alkali metal can be added to the light absorption layer or the light emitting layer using the chalcogenide-based material very easily, and the characteristics can be improved.
ところが、近年、光学素子の裏面構造の多機能化(反射鏡やテクスチャ形成等)の目的で、透明導電膜などの酸化物層(酸化ケイ素:SiO2、酸化チタン:TiO2、酸化亜鉛:ZnO、アルミナ:Al2O3、酸化スズ:SnO2等)をSLG基板とカルコゲン化物系材料を用いた光吸収層(又は発光層)との間に挿入形成することが行われるようになった。しかしながら、この構造の場合は、上記酸化物層がアルカリバリアとして働き、SLG基板から自然拡散により供給されるアルカリ金属が上記酸化物層を十分に通過することができず、カルコゲン化物系材料を用いた光吸収層(又は発光層)へのアルカリ金属の供給が阻害されてしまう。なお、酸化物層がアルカリバリアとしての機能を有することは公知である(例えば、特許文献1参照)。However, in recent years, oxide layers (silicon oxide: SiO 2 , titanium oxide: TiO 2 , zinc oxide: ZnO, etc.) such as a transparent conductive film have been developed for the purpose of multifunctionalization of the back surface structure of optical elements (reflection mirrors, texture formation, etc.). Alumina: Al 2 O 3 , tin oxide: SnO 2, etc.) are inserted between the SLG substrate and the light absorption layer (or light emitting layer) using a chalcogenide-based material. However, in the case of this structure, the oxide layer functions as an alkali barrier, and the alkali metal supplied by natural diffusion from the SLG substrate cannot sufficiently pass through the oxide layer, and a chalcogenide-based material is used. The supply of alkali metal to the light absorbing layer (or light emitting layer) was hindered. It is known that the oxide layer has a function as an alkali barrier (see, for example, Patent Document 1).
そこで、上記の問題を解決するために、主として以下の2つの対策方法のいずれかが用いられている。第1の対策方法は、図14の素子断面図に示すように、基板1とカルコゲン化物系材料を用いた光吸収層(又は発光層)3との間に酸化物層(単層若しくは複層構造:3次元構造を含む)2を挿入した構造を製造する際に、カルコゲン化物系材料を用いた光吸収層(又は発光層)3の形成中にアルカリ金属であるナトリウム(Na)を、黒丸で模式的に示すようにフッ化ナトリウム(NaF)等の形態で添加する方法である(例えば、非特許文献2参照)。なお、カルコゲン化物系材料を用いた光吸収層(又は発光層)3の形成工程の前後の工程にてナトリウム(Na)をフッ化ナトリウム(NaF)等の形態で添加するようにしてもよい。
Therefore, in order to solve the above problem, one of the following two countermeasure methods is mainly used. As shown in the element cross-sectional view of FIG. 14, the first countermeasure method is an oxide layer (single layer or multilayer) between the
また、第2の対策方法は、図15の素子断面図に示すように、基板1とカルコゲン化物系材料を用いた光吸収層(又は発光層)5との間に酸化物層(単層若しくは複層構造:3次元構造を含む)2を挿入した構造における光吸収層(又は発光層)5の直下にアルカリ金属供給層4を形成する方法である(例えば、非特許文献3参照)。すなわち、この場合、基板1の上に、酸化物層2、アルカリ金属供給層4、カルコゲン化物系材料を用いた光吸収層(又は発光層)5の順で積層された構造が得られる。アルカリ金属供給層4としては、ケイ酸塩ガラス薄膜、アルカリ金属を添加したモリブデン(Mo)が用いられる。この第2の対策方法によれば、アルカリ金属供給層4からのアルカリ金属がカルコゲン化物系材料を用いた光吸収層(又は発光層)5に添加される。
なお、アルカリ金属供給層4とカルコゲン化物系材料を用いた光吸収層(又は発光層)5との間にアルカリ金属の拡散を妨げない層(金属膜等)を挿入する場合もある。Further, as shown in the device cross-sectional view of FIG. 15, the second countermeasure method is an oxide layer (single layer or single layer) between the
In some cases, a layer (metal film or the like) that does not prevent the diffusion of alkali metal is inserted between the alkali metal supply layer 4 and the light absorption layer (or light emitting layer) 5 using the chalcogenide-based material.
しかしながら、上記の第1の対策方法は、アルカリ金属であるNaの供給タイミング、供給量の細かい最適化が必要となり、従来用いられていた光吸収層(又は発光層)の製膜方法(3段階法、セレン化法等)をそのまま利用できず、改良を加えなければならないという課題がある。 However, the above first countermeasure method requires a fine optimization of the supply timing and supply amount of Na, which is an alkali metal, and a conventionally used light absorption layer (or light emitting layer) film forming method (three steps). Method, selenization method, etc.) cannot be used as they are, and there is a problem that improvements must be made.
また、上記の第2の対策方法では、酸化物層2が透明導電膜で、アルカリ金属供給層4がケイ酸塩ガラス薄膜等の絶縁体の場合は、透明導電膜の導電性を損なってしまうという課題がある。また、酸化物層2が透明導電膜で、アルカリ金属供給層4がアルカリ金属添加Mo等のアルカリ金属を供給する材料からなる場合は、透明導電膜の透明性を損なってしまうという課題がある。
In the second countermeasure method, when the
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、カルコゲン化物系材料を用いた光吸収層(又は発光層)の公知の製膜方法をそのまま利用でき、また、酸化物層(透明導電膜等)とカルコゲン化物系材料を用いた光吸収層(又は発光層)との境界部分での導電性、透明性に影響を与えることのない光学素子及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and can use a known film-forming method of a light-absorbing layer (or light-emitting layer) using a chalcogenide-based material as it is, and an oxide layer (such as a transparent conductive film). It is an object of the present invention to provide an optical element that does not affect the conductivity and transparency at the boundary between the light-absorbing layer (or light-emitting layer) using a chalcogenide-based material and a method for manufacturing the same.
上記の目的を達成するため、本発明の光学素子は、アルカリ金属を供給する基板の上方に、単層若しくは複層構造若しくは3次元構造の酸化物層、及びアルカリ金属の添加を必要とするカルコゲン化物系材料からなる光吸収層又は発光層の順で積層された光学素子において、アルカリ金属を供給する基板と酸化物層との間にアルカリ金属拡散促進層としての機能を有する金属膜を挿入した構造であり、金属膜によりアルカリ金属を供給する基板からのアルカリ金属の酸化物層中での拡散を促進させ、そのアルカリ金属を光吸収層又は発光層へ供給する構造であることを特徴とする。
ここで、上記アルカリ金属を供給する基板は、アルカリ金属含有基板そのもの、又は基体の基板上にアルカリ金属含有膜を形成した構造の基板である。また、上記アルカリ金属を供給する基板と上記金属膜とは、アルカリ金属を含有した金属基板そのもの、又は基体の基板上にアルカリ金属を含有した金属層を形成した構造の、金属膜兼用基板でもよい。In order to achieve the above object, the optical element of the present invention includes a chalcogen that requires addition of an oxide layer having a single layer, a multilayer structure, or a three-dimensional structure, and an alkali metal above a substrate that supplies the alkali metal. In an optical element laminated in the order of a light-absorbing layer or a light-emitting layer made of a fluoride-based material, a metal film having a function as an alkali metal diffusion promoting layer is inserted between an alkali metal substrate and an oxide layer. The structure is characterized in that the metal film promotes diffusion in the oxide layer of the alkali metal from the substrate supplying the alkali metal and supplies the alkali metal to the light absorption layer or the light emitting layer. .
Here, the substrate for supplying the alkali metal is an alkali metal-containing substrate itself or a substrate having a structure in which an alkali metal-containing film is formed on a base substrate. Further, the substrate for supplying the alkali metal and the metal film may be a metal film-containing substrate having a structure in which a metal substrate itself containing an alkali metal or a metal layer containing an alkali metal is formed on a base substrate. .
また、上記の目的を達成するため、本発明の光学素子の製造方法は、アルカリ金属を供給する基板の上に、金属膜を製膜する製膜工程と、製膜された前記金属膜の上に、単層若しくは複層構造若しくは3次元構造の酸化物層を形成する酸化物層形成工程と、形成された酸化物層の上に、アルカリ金属の添加を必要とするカルコゲン化物系材料からなる光吸収層又は発光層を形成する層形成工程とを含み、基板と酸化物層との間に形成された金属膜を、基板からのアルカリ金属の酸化物層中での拡散を促進させるアルカリ金属拡散促進層として機能させ、基板からのアルカリ金属を酸化物層を通して光吸収層又は発光層へ供給する構造の光学素子を製造することを特徴とする。
ここで、上記製膜工程及び上記酸化物層形成工程は、アルカリ金属を含有した金属基板そのもの、又は基体の基板上にアルカリ金属を含有した金属層を形成した構造の、上記アルカリ金属を供給する基板と上記金属膜とを兼ね備えた金属膜兼用基板の上に、上記酸化物層を形成するようにしてもよい。In order to achieve the above object, the optical element manufacturing method of the present invention includes a film forming step of forming a metal film on a substrate to which an alkali metal is supplied, and an upper surface of the formed metal film. And an oxide layer forming step for forming an oxide layer having a single layer, a multilayer structure, or a three-dimensional structure, and a chalcogenide-based material that requires addition of an alkali metal on the formed oxide layer. A layer forming step for forming a light absorbing layer or a light emitting layer, and a metal film formed between the substrate and the oxide layer is used to promote diffusion of alkali metal from the substrate into the oxide layer. An optical element having a structure that functions as a diffusion promoting layer and supplies an alkali metal from a substrate to an optical absorption layer or an emission layer through an oxide layer is manufactured.
Here, the film forming step and the oxide layer forming step supply the alkali metal having a structure in which a metal substrate itself containing an alkali metal or a metal layer containing an alkali metal is formed on a base substrate. The oxide layer may be formed on a metal film combined substrate having both the substrate and the metal film.
本発明によれば、酸化物層をアルカリ金属含有層とカルコゲン化物系光吸収層(又は発光層)との間に導入した構造の光学素子においても、カルコゲン化物系光吸収層(又は発光層)にアルカリ金属を十分に供給でき、光吸収層又は発光層の公知の製膜方法(3段階法、セレン化法等)をそのまま利用できる。また、本発明によれば、酸化物層(透明導電膜等)と光吸収層又は発光層との境界部分での導電性、透明性を劣化させることのない光学素子を製造できる。 According to the present invention, even in an optical element having a structure in which an oxide layer is introduced between an alkali metal-containing layer and a chalcogenide-based light absorption layer (or light-emitting layer), the chalcogenide-based light absorption layer (or light-emitting layer) Alkali metal can be sufficiently supplied to the substrate, and a known film forming method (three-stage method, selenization method, etc.) of the light absorption layer or the light emitting layer can be used as it is. Further, according to the present invention, it is possible to manufacture an optical element that does not deteriorate the conductivity and transparency at the boundary between the oxide layer (transparent conductive film or the like) and the light absorbing layer or the light emitting layer.
(第1の実施形態)
図1は、本発明に係る光学素子の第1の実施形態の概略断面図を示す。同図において、光学素子10は、SLG基板等のアルカリ金属含有層11の上に金属膜12、酸化物層13、及びカルコゲン化物系光吸収(発光)層14の順に積層された構造である。金属膜12はモリブデン(Mo)やタングステン(W)等の金属からなる薄膜である。酸化物層13は、アルカリ金属の拡散がしにくい膜の一例であり、例えば透明導電膜である。酸化物層13には、酸化ケイ素(SiO2)、酸化チタン(TiO2)、酸化亜鉛(ZnO)、アルミナ(Al2O3)、酸化スズ(SnO2)、酸化インジウムスズ(ITO)等が用いられる。なお、図1では酸化物層13は単層としているが、後述するように複層構造あるいは3次元構造でもよい。(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a first embodiment of an optical element according to the present invention. In the figure, an
カルコゲン化物系光吸収層(又は発光層)14は、アルカリ金属の添加を必要とするカルコゲン化物系材料を用いた光吸収層(又は発光層)で、光学素子10が太陽電池、光センサ、受光素子等として用いられる場合は光吸収層として用いられ、発光素子として用いられるときは発光層として用いられる。なお、本明細書において、以下、「光吸収層(又は発光層)」を簡単のため「光吸収(発光)層」と表記するものとする。
The chalcogenide-based light absorption layer (or light-emitting layer) 14 is a light-absorption layer (or light-emitting layer) using a chalcogenide-based material that requires the addition of an alkali metal, and the
光学素子10は、アルカリ金属含有層11とカルコゲン化物系光吸収(発光)層14との間に酸化物層13を挿入した構造において、アルカリ金属含有層11と酸化物層13との間に金属膜12が挿入された構造に特徴がある。金属膜12はアルカリ金属含有層11から自然拡散により供給されるアルカリ金属(例えばNa)の、酸化物層13中の拡散を促進するアルカリ金属拡散促進層としての機能を有する。これにより、酸化物層13がアルカリ金属の拡散がしにくい材料であっても、図1に黒丸で模式的に示すアルカリ金属が、矢印で示すように、アルカリ金属含有層11から金属膜12、酸化物層13を通過してカルコゲン化物系光吸収(発光)層14に十分な量で供給される。なお、金属膜12により酸化物層13中のアルカリ金属が促進されることについての検証実験結果については後述する。
The
本実施形態の光学素子10によれば、多機能化のために酸化物層13をアルカリ金属含有層11とカルコゲン化物系光吸収(発光)層14との間に導入した構造でも、金属膜12が酸化物層13中のアルカリ金属の拡散を促進するアルカリ金属拡散促進層としての機能を有することから、カルコゲン化物系光吸収(発光)層14にアルカリ金属を供給できるので、既存のアルカリ金属供給方法(ソーダライムガラス基板からの自然拡散によるアルカリ金属供給方法)をそのまま利用できる。そのため、本実施形態の光学素子10によれば、公知のカルコゲン化物系光吸収(発光)層の製膜方法(3段階法、セレン化法等)をそのまま利用できる。また、透明導電膜等の酸化物層13の下に金属膜12を形成するため、金属膜12がカルコゲン化物系光吸収(発光)層14と酸化物層13との境界部分での導電性、透明性を劣化させるような影響を与えることはない。
According to the
なお、光学素子10において、カルコゲン化物系光吸収(発光)層14と酸化物層13との間に、オーミック特性改善のために薄い金属層(電極)を形成する場合もある。この構造の光学素子では、上記の電極の一部又はすべてを酸化物層13に置き換えることにより、電極形成にかかるコストを低減することが可能となる。また、上記の電極として一般に用いられている電極材料Moに比べ、亜鉛(Zn)の地殻存在度は高い。そこで、Moからなる電極の一部若しくはすべてを酸化亜鉛(ZnO)に置き換えて形成した場合は、原料価格を抑えることができる。
In the
なお、上記の電極の一部を酸化物層に代替する構造の光学素子は、酸化物層は電極であるMoの一部もしくはすべてを酸化亜鉛(ZnO)以外の他の導電性を有する酸化物(例えば、酸化スズ(SnO2)、酸化インジウムスズ(ITO)等)で置き換えてもよい。このような構造の光学素子においても、金属膜12が酸化物層中のアルカリ金属の拡散を促進するアルカリ金属拡散促進層としての機能を有することから、アルカリ金属がアルカリ金属含有層11から金属膜12、酸化物層及び電極(又は電極機能を有する酸化物層)を通過してカルコゲン化物系光吸収(発光)層14に十分な量で供給される。
(第2の実施形態)The optical element having a structure in which a part of the electrode is replaced with an oxide layer is an oxide having a conductivity other than zinc oxide (ZnO) in which the oxide layer is a part or all of Mo as an electrode. (For example, tin oxide (SnO 2 ), indium tin oxide (ITO), etc.) may be substituted. Also in the optical element having such a structure, since the metal film 12 has a function as an alkali metal diffusion promoting layer that promotes diffusion of alkali metal in the oxide layer, the alkali metal is converted from the alkali metal-containing layer 11 to the metal film. 12, a sufficient amount is supplied to the chalcogenide-based light absorption (light emission) layer 14 through the oxide layer and the electrode (or the oxide layer having an electrode function).
(Second Embodiment)
図2は、本発明に係る光学素子の第2の実施形態の概略断面図を示す。同図中、図1と同一構造部分には同一符号を付してある。ところで、有効光路長を増大するためにカルコゲン化物系光吸収(発光)層の下層(上層でもよい)に直接反射鏡や散乱層(アルミニウム(Al)、銀(Ag)等:ナノ粒子を含む)を形成すると、カルコゲン化物系光吸収(発光)層の形成元素(特にセレン(Se)や硫黄(S))と反射鏡や散乱層材料とが反応して反射鏡や散乱層材料の変質が発生する。そこで、カルコゲン化物系光吸収(発光)層と反射鏡や散乱層との間に透明膜等の酸化物層を挿入して、反射鏡や散乱層の反射・散乱特性を保ちながら、上記の変質を防止することが行われる。 FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a second embodiment of the optical element according to the invention. In the figure, the same reference numerals are given to the same structural portions as those in FIG. By the way, in order to increase the effective optical path length, a direct reflecting mirror or scattering layer (aluminum (Al), silver (Ag), etc .: including nanoparticles) is directly under the chalcogenide-based light absorption (light emission) layer (may be an upper layer). When the element is formed, the elements forming the chalcogenide-based light absorption (emission) layer (especially selenium (Se) or sulfur (S)) react with the reflecting mirror or scattering layer material to cause alteration of the reflecting mirror or scattering layer material. To do. Therefore, an oxide layer such as a transparent film is inserted between the chalcogenide-based light absorption (emission) layer and the reflecting mirror or scattering layer to maintain the above-mentioned alteration while maintaining the reflecting / scattering characteristics of the reflecting mirror and scattering layer. It is done to prevent.
しかしながら、この構造の場合は前述したように、透明膜等の酸化物層がアルカリバリアとして働き、アルカリ金属含有層から供給されるアルカリ金属が上記酸化物層を十分に通過することができず、カルコゲン化物系光吸収(発光)層へのアルカリ金属の供給が阻害されてしまう。 However, in the case of this structure, as described above, the oxide layer such as a transparent film functions as an alkali barrier, and the alkali metal supplied from the alkali metal-containing layer cannot sufficiently pass through the oxide layer. Supply of the alkali metal to the chalcogenide-based light absorption (light emission) layer is hindered.
そこで、本実施形態の光学素子20は、図2に示すように、カルコゲン化物系光吸収(発光)層14と反射鏡若しくは散乱層(Al、Ag等:ナノ粒子を含む)22との間に透明膜23を挿入した光学素子において、SLG基板等のアルカリ金属含有層11と反射鏡もしくは散乱層(Al、Ag等:ナノ粒子を含む)22との間にMoやW等の金属からなる金属膜21を介在させた構造としている。この光学素子20は、酸化物層が反射鏡若しくは散乱層22と透明膜23との複層構造である。
Therefore, as shown in FIG. 2, the
前述した金属膜12と同様に、金属膜21はアルカリ金属拡散促進層としての機能を有し、供給されるアルカリ金属の、反射鏡若しくは散乱層22と透明膜23との複層構造の酸化物層中の拡散を促進する。このため、光学素子20では、図2に黒丸で模式的に示すアルカリ金属が矢印で示すように、アルカリ金属含有層11から金属膜21、反射鏡若しくは散乱層22、透明膜23を通過してカルコゲン化物系光吸収(発光)層14に十分な量で供給される。
Similar to the metal film 12 described above, the
従って、光学素子20の製造に際しては、従来から行われているアルカリ金属含有層11からカルコゲン化物系光吸収(発光)層14への自然拡散によるアルカリ金属の供給方法をそのまま用いることができる。そのため、本実施形態の光学素子20によれば、公知のカルコゲン化物系光吸収(発光)層の製膜方法(3段階法、セレン化法等)をそのまま利用できる。また、透明膜23の下方に金属膜21を形成するため、金属膜21がカルコゲン化物系光吸収(発光)層14と透明膜23との境界部分での導電性、透明性を劣化させる影響を与えることはない。
Therefore, when the
なお、光学素子20において、カルコゲン化物系光吸収(発光)層14と透明膜23との間に、オーミック特性改善のために薄い金属層(電極)を形成する場合もあるが、この構造の場合も、上記と同様の効果が得られる。また、上記の電極の一部又は全部を透明膜23に導電性をもたせて代替することも可能である。
(第3の実施形態)In the
(Third embodiment)
図3は、本発明に係る光学素子の第3の実施形態の概略断面図を示す。同図中、図1と同一構造部分には同一符号を付してある。ところで、SnO2、In2O3、ZnO等の酸化物層は、化学エッチングや製膜条件の最適化などの形成方法により容易にテクスチャ構造を形成することができることが公知文献(O.Kluth,et al.,“Texture etched ZnO:Al coated glass substrates for silicon based thin film solar cells”,Thin Solid Films 351(1999)247±253)に開示されている。このテクスチャ構造の酸化物層を透明導電膜としてカルコゲン化物系光吸収(発光)層とアルカリ金属含有層との間に挿入することで、カルコゲン化物系光吸収(発光)層中の有効光路長の増大が図れ、その結果カルコゲン化物系光吸収(発光)層の光吸収率(発光率)を向上させることができる。FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of a third embodiment of the optical element according to the invention. In the figure, the same reference numerals are given to the same structural portions as those in FIG. By the way, it is known that an oxide layer of SnO 2 , In 2 O 3 , ZnO or the like can easily form a texture structure by a forming method such as chemical etching or optimization of film forming conditions (O. Kluth, et al., “Texture etched ZnO: Al coated glass substrates for silicon based thin film solar cells”, Thin Solid Films 351 (1999) 247 ± 253). By inserting this textured oxide layer as a transparent conductive film between the chalcogenide-based light absorption (emission) layer and the alkali metal-containing layer, the effective optical path length in the chalcogenide-based light absorption (emission) layer can be reduced. As a result, the light absorption rate (light emission rate) of the chalcogenide-based light absorption (light emission) layer can be improved.
図3に示す光学素子30は、カルコゲン化物系光吸収(発光)層33の直下に、テクスチャ構造を有する酸化物層32を設けてカルコゲン化物系光吸収(発光)層33の光路長を長くした構造において、テクスチャ構造を有する酸化物層32とアルカリ金属含有層11との間にMoやW等の金属からなる金属膜31を介在させた構造としている。酸化物層32はテクスチャ構造を有する3次元構造の酸化物層で、例えば透明導電膜である。
In the
前述した金属膜12、21と同様に、金属膜31はアルカリ金属拡散促進層としての機能を有し、アルカリ金属含有層11から供給されるアルカリ金属のテクスチャ構造を有する酸化物層32中の拡散を促進する。このため、光学素子30では、図3に黒丸で模式的に示すアルカリ金属が矢印で示すように、アルカリ金属含有層11から金属膜31、テクスチャ構造を有する酸化物層32を通過してカルコゲン化物系光吸収(発光)層33に十分な量で供給される。
Similar to the
従って、光学素子30では、従来から行われているアルカリ金属含有層11からカルコゲン化物系光吸収(発光)層33への自然拡散によるアルカリ金属の供給方法を用いることができる。そのため、本実施形態の光学素子30によれば、公知のカルコゲン化物系光吸収(発光)層の製膜方法(3段階法、セレン化法等)をそのまま利用できる。また、透明導電膜等の酸化物層32の直下に金属膜31を形成するため、金属膜31がカルコパイライト系光吸収層33と酸化物層32との境界部分での導電性、透明性を劣化させるような影響を与えることはない。
Therefore, in the
なお、光学素子30において、テクスチャ構造を有する酸化物層32とカルコゲン化物系光吸収(発光)層33との間に、オーミック特性改善のために薄い金属層(電極)を形成する場合もあるが、この構造の場合も、上記と同様の効果が得られる。また、上記の電極の一部又は全部を酸化物層32に導電性を与えて代替することも可能である。
In the
また、光学素子30の変形例として、テクスチャ構造を有する酸化物層32とカルコゲン化物系光吸収(発光)層33との間に、テクスチャ表面での反射率を向上させる目的で、透明膜/反射膜(Al,Ag等)からなる反射鏡を形成する構造がある。この構造の場合も、テクスチャ構造を有する酸化物層32とアルカリ金属含有層11との間にMoやW等の金属からなる金属膜31を介在させた構造とすることにより、第3の実施形態と同様の効果が得られる。
As a modification of the
なお、この変形例においても、透明膜/反射膜(Al,Ag等)からなる反射鏡の上部にオーミック特性改善のために薄い金属層(電極)を形成する場合もあるが、この構造の場合も、上記と同様の効果が得られる。また、上記の電極の一部又は全部を酸化物層32に導電性を与えて代替することも可能である。
(第4の実施形態)In this modified example, a thin metal layer (electrode) may be formed on the upper part of the reflector made of a transparent film / reflective film (Al, Ag, etc.) to improve ohmic characteristics. The same effect as above can be obtained. It is also possible to replace part or all of the electrodes by giving conductivity to the oxide layer 32.
(Fourth embodiment)
図4は、本発明に係る光学素子の第4の実施形態の概略断面図を示す。同図中、図1と同一構造部分には同一符号を付してある。ところで、シリコン系太陽電池において、透明導電膜中に金属粒子(Agナノ粒子等)を埋め込んだ構造を作製することにより、光閉じ込め効果により太陽電池の光吸収特性が改善することが非特許文献(Hidenori Mizuno,et al.,“Light Trapping by Ag Nanoparticles Chemically Assembled inside Thin-Film Hydrogenated Microcrystalline Si Solar Celles”,Japanese Journal of Applied Physics 51(2012)042302.)にて報告されている。カルコゲン化物系材料においても、透明導電膜中に金属粒子(Agナノ粒子等)を埋め込んだ構造を作製することにより同様の効果が期待できる。 FIG. 4 shows a schematic sectional view of a fourth embodiment of an optical element according to the invention. In the figure, the same reference numerals are given to the same structural portions as those in FIG. By the way, in silicon-based solar cells, it is known that the light absorption characteristics of solar cells are improved by the light confinement effect by producing a structure in which metal particles (Ag nanoparticles, etc.) are embedded in a transparent conductive film. Hidenori Mizuno, et al., “Light Trapping by Ag Nanoparticles Chemically Assembled inside Thin-Film Hydrogenated Microcrystalline Si Solar Celles”, Japanese Journal of Applied Physics 51 (2012) 042302.). In the chalcogenide-based material, a similar effect can be expected by producing a structure in which metal particles (Ag nanoparticles, etc.) are embedded in a transparent conductive film.
そこで、本実施形態の光学素子40は、図4に示すように、カルコゲン化物系光吸収(発光)層14の直下に、金属粒子(Ag,Al等)43を導入した散乱鏡構造の酸化物層42を設けて光吸収(発光)特性を改善した光学素子において、SLG基板等のアルカリ金属含有層11と散乱鏡構造の酸化物層42との間にMoやW等の金属からなる金属膜41を介在させた構造としている。散乱鏡構造の酸化物層42は複層構造の酸化物層で、例えば透明導電膜である。
Therefore, as shown in FIG. 4, the
前述した金属膜12、21、31と同様に、金属膜41はアルカリ金属拡散促進層としての機能を有し、供給されるアルカリ金属の、散乱鏡構造の酸化物層42中の拡散を促進する。このため、光学素子40では、図4に黒丸で模式的に示すアルカリ金属が矢印で示すように、アルカリ金属含有層11から金属膜41、散乱鏡構造の酸化物層42を通過してカルコゲン化物系光吸収(発光)層14に十分な量で供給される。
Similar to the
従って、光学素子40の製造に際しては、従来から行われているアルカリ金属含有層11からカルコゲン化物系光吸収(発光)層14への自然拡散によるアルカリ金属の供給方法をそのまま用いることができる。そのため、本実施形態の光学素子40によれば、公知のカルコゲン化物系光吸収(発光)層の製膜方法(3段階法、セレン化法等)をそのまま利用できる。また、散乱鏡構造の酸化物層42の下に金属膜41を形成するため、金属膜41がカルコゲン化物系光吸収(発光)層14と散乱鏡構造の酸化物層42との境界部分での導電性、透明性を劣化させるような影響を与えることはない。
Therefore, when the
なお、光学素子40において、散乱鏡構造の酸化物層42とカルコゲン化物系光吸収(発光)層14との間に、オーミック特性改善のために薄い金属層(電極)を形成する場合もあるが、この構造の場合も、上記と同様の効果が得られる。また、散乱鏡構造の酸化物層42が導電性を有する場合、上記の電極の一部又は全部を導電性を有する散乱鏡構造の酸化物層42で代替することも可能である。
(第5の実施形態)In the
(Fifth embodiment)
図5は、本発明に係る光学素子の第5の実施形態の概略断面図を示す。同図中、図1と同一構造部分には同一符号を付してある。図5に示す光学素子50は、アルカリ金属含有層11の上に金属膜51、酸化物から成る光吸収(発光)層52の順で積層された構造であり、カルコゲン化物系光吸収(発光)層は存在しない。金属膜51はMoやW等の金属材料で形成された薄膜である。また、酸化物から成る光吸収(発光)層52は、単層あるいは複層構造、あるいは3次元構造の酸化物層である。
FIG. 5 shows a schematic cross-sectional view of a fifth embodiment of the optical element according to the invention. In the figure, the same reference numerals are given to the same structural portions as those in FIG. The
金属膜51は、前述した金属膜12、21、31と同様に、アルカリ金属拡散促進層としての機能を有し、供給されるアルカリ金属の酸化物から成る光吸収(発光)層52中の拡散を促進する。このため、光学素子50では、図5に黒丸で模式的に示すアルカリ金属が矢印で示すように、アルカリ金属含有層11から金属膜51を通して酸化物から成る光吸収(発光)層52に供給され、酸化物から成る光吸収(発光)層52内で横方向にも拡散される。この光学素子50は、酸化物層そのものが、光吸収(発光)層として用いられる。酸化物から成る光吸収(発光)層52自体の発光(紫外線等)を使用する場合、アルカリ金属ドープによるキャリア寿命の低下により光応答が速くなる可能性がある。この光学素子50では、金属膜51によるアルカリ金属拡散機能により、アルカリ金属含有層11から酸化物から成る光吸収(発光)層52への自然拡散によるアルカリ金属の供給方法を用いることができる。
(第6の実施形態)Similar to the
(Sixth embodiment)
図6は、本発明に係る光学素子の第6の実施形態の概略断面図を示す。同図中、図1と同一構造部分には同一符号を付してある。以上の第1〜第5の実施形態の光学素子では、アルカリ金属含有層11の上に金属膜12、21、41、あるいは51を製膜していたが、図6に示す本実施形態の光学素子55は、金属膜がアルカリ金属含有層を兼ねる金属膜兼用基板56を用いる点に特徴がある。
FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view of a sixth embodiment of the optical element according to the invention. In the figure, the same reference numerals are given to the same structural portions as those in FIG. In the optical elements of the first to fifth embodiments described above, the
具体的には、金属膜兼用基板56は、アルカリ金属を含有した金属基板、または基体の基板上にアルカリ金属を含有した金属層を形成した構造の基板で、例えばMo、W、Al、Ag、ステンレス、あるいは鋼板からなる。上記のアルカリ金属含有金属基板や、アルカリ金属を含有した金属層は、前述した金属膜12,21,41,51と同様に、アルカリ金属拡散促進層として働くと同時に、アルカリ金属供給層としても働く。このため、光学素子55では、図6に黒丸で模式的に示すアルカリ金属が矢印で示すように、金属膜兼用基板56から酸化物層13を通過してカルコゲン化物系光吸収(発光)層14に十分な量で供給される。
Specifically, the metal film combined substrate 56 is a metal substrate containing an alkali metal or a substrate having a structure in which a metal layer containing an alkali metal is formed on a substrate of a base. For example, Mo, W, Al, Ag, Made of stainless steel or steel plate. The alkali metal-containing metal substrate or the metal layer containing the alkali metal functions as an alkali metal diffusion promoting layer and at the same time as an alkali metal supply layer, similarly to the
従って、光学素子55の製造に際しては、従来から行われているアルカリ金属含有層からカルコゲン化物系光吸収(発光)層14への自然拡散によるアルカリ金属の供給方法をそのまま用いることができる。そのため、本実施形態の光学素子55によれば、公知のカルコゲン化物系光吸収(発光)層の製膜方法(3段階法、セレン化法等)をそのまま利用できる。また、散乱鏡構造の酸化物層13の下に金属膜兼用基板56を形成するため、金属膜兼用基板56がカルコゲン化物系光吸収(発光)層14と酸化物層13との境界部分での導電性、透明性を劣化させるような影響を与えることはない。
Therefore, when the
なお、光学素子55においても、酸化物層13とカルコゲン化物系光吸収(発光)層14との間に、オーミック特性改善のために薄い金属層(電極)を形成する場合もあるが、この構造の場合も、上記と同様の効果が得られる。また、酸化物層13が導電性を有する場合、上記の電極の一部又は全部を導電性を有する酸化物層13で代替することも可能である。
In the
次に、本発明に係る光学素子の製造方法の一実施形態について説明する。
図7は、本発明に係る光学素子の製造方法の一実施形態の各工程における素子断面図を示す。本実施形態では、まず、図7(A)に示すように、基板61上に金属膜62を製膜する。ここで、基板61は、アルカリ金属含有基板(ソーダライムガラス等)そのものか、あるいは基体の基板上にアルカリ金属含有膜(アルカリ金属化合物(NaF、KF等)、ケイ酸塩ガラス薄膜等)を形成した構造の基板である。基板61は、前述したアルカリ金属含有層11に相当する。金属膜62はMoやW等の金属材料で形成された薄膜であり、前述した金属膜12等に相当する。基板61にはポリイミド箔や、金属箔のようにフレキシブル製を有するフィルムである場合も含む。なお、前述した金属膜兼用基板56を用いる場合は、金属膜62の製膜は不要である。Next, an embodiment of a method for manufacturing an optical element according to the present invention will be described.
FIG. 7: shows element sectional drawing in each process of one Embodiment of the manufacturing method of the optical element which concerns on this invention. In the present embodiment, first, a metal film 62 is formed on a substrate 61 as shown in FIG. Here, the substrate 61 is an alkali metal-containing substrate (soda lime glass, etc.) itself, or an alkali metal-containing film (alkali metal compound (NaF, KF, etc.), silicate glass thin film, etc.) is formed on the base substrate. This is a substrate having the above structure. The substrate 61 corresponds to the alkali metal-containing layer 11 described above. The metal film 62 is a thin film formed of a metal material such as Mo or W, and corresponds to the above-described metal film 12 or the like. The substrate 61 includes a case of a film made of flexible material such as polyimide foil or metal foil. In addition, when using the metal film combined substrate 56 described above, the metal film 62 is not required to be formed.
基板61上に金属膜62を製膜する方法としては、スパッタ法、特開2008−255389号公報に開示されているミラートロン法、反応性プラズマ蒸着(RPD)法、蒸着法、電子ビーム(EB)蒸着法、イオンプレーティング法、めっき法、レーザーアブレーション法、水溶液析出法などがある。なお、金属膜62の透明度を高めるために、酸化、セレン化、硫化処理を金属膜62に対して行う場合もある。 As a method for forming the metal film 62 on the substrate 61, a sputtering method, a mirrortron method disclosed in JP-A-2008-255389, a reactive plasma deposition (RPD) method, a deposition method, an electron beam (EB) There are evaporation methods, ion plating methods, plating methods, laser ablation methods, aqueous solution precipitation methods and the like. In order to increase the transparency of the metal film 62, oxidation, selenization, and sulfidation may be performed on the metal film 62.
続いて、図7(B)に示すように、金属膜62上に酸化物層63を製膜する。酸化物層63は、酸化ケイ素(SiO2)、酸化チタン(TiO2)、酸化亜鉛(ZnO)、アルミナ(Al2O3)、酸化スズ(SnO2)等の、単層あるいは複層構造、あるいは3次元構造である。複層構造の例としては、金属膜/透明導電膜の構造、あるいは透明導電膜中に金属粒子を埋め込んだ構造などがある。3次元構造の例としてはテクスチャ構造がある。金属膜62上に酸化物層63を製膜する方法としては、スパッタ法、ミラートロン法、反応性プラズマ蒸着(RPD)法、ゾルゲル法、化学気相成長法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、水溶液析出法などがある。なお、酸化物層63は一部に金属等の非酸化膜を含んでいてもよい。Subsequently, as illustrated in FIG. 7B, an oxide layer 63 is formed over the metal film 62. The oxide layer 63 has a single-layer or multi-layer structure such as silicon oxide (SiO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), alumina (Al 2 O 3 ), tin oxide (SnO 2 ), Or it is a three-dimensional structure. Examples of the multilayer structure include a metal film / transparent conductive film structure or a structure in which metal particles are embedded in a transparent conductive film. An example of a three-dimensional structure is a texture structure. As a method for forming the oxide layer 63 on the metal film 62, a sputtering method, a mirrortron method, a reactive plasma deposition (RPD) method, a sol-gel method, a chemical vapor deposition method, a vacuum deposition method, and an ion plating method are used. , Laser ablation, and aqueous solution deposition. Note that the oxide layer 63 may partially include a non-oxide film such as a metal.
最後に、図7(C)に示すように、酸化物層63の表面にカルコゲン化物系光吸収(発光)層64を製膜して光学素子の製造が完成する。アルカリ金属の添加を必要とする光吸収(発光)層であるカルコゲン化物系光吸収(発光)層の製膜方法としては、多元蒸着法(3段階法等)、セレン化法、硫化法、原子層堆積(ALD)法、湿式製膜法、分子線エピタキシー法、気相成長法(CVD、MOCVD法等)、真空蒸着法、スピンコート法、塗布法などがある。製造された光学素子は前述した光学素子10に相当する。
Finally, as shown in FIG. 7C, a chalcogenide-based light absorption (light emission) layer 64 is formed on the surface of the oxide layer 63 to complete the manufacture of the optical element. As a method for forming a chalcogenide-based light absorption (light emission) layer, which is a light absorption (light emission) layer that requires the addition of an alkali metal, a multi-source deposition method (such as a three-stage method), a selenization method, a sulfurization method, an atom There are a layer deposition (ALD) method, a wet film forming method, a molecular beam epitaxy method, a vapor phase growth method (CVD, MOCVD method, etc.), a vacuum deposition method, a spin coating method, and a coating method. The manufactured optical element corresponds to the
本実施形態の光学素子の製造方法では、アルカリ金属拡散層としての機能を有する金属膜62を基板61と酸化物層63との間に形成しているため、基板61からカルコゲン化物系光吸収(発光)層64へのアルカリ金属の供給方法として、従来の自然拡散によるアルカリ金属の供給方法をそのまま用いることができるため、公知のカルコゲン化物系光吸収(発光)層の製膜方法(3段階法、セレン化法等)をそのまま利用できる。
なお、酸化物形成工程により形成された酸化物層63の上にオーミック特性改善のために薄い金属層(電極)を形成する工程を挟み、その後に金属層(電極)の上にカルコゲン化物系光吸収(発光)層64を製膜するようにしてもよい。In the manufacturing method of the optical element of the present embodiment, the metal film 62 having a function as an alkali metal diffusion layer is formed between the substrate 61 and the oxide layer 63, so that the chalcogenide-based light absorption ( Since the conventional alkali metal supply method by natural diffusion can be used as it is as the alkali metal supply method to the (light emission) layer 64, a known chalcogenide-based light absorption (light emission) layer forming method (three-stage method) , Selenization method, etc.) can be used as they are.
In addition, a step of forming a thin metal layer (electrode) for improving ohmic characteristics is sandwiched on the oxide layer 63 formed by the oxide formation step, and then a chalcogenide-based light is formed on the metal layer (electrode). The absorption (light emission) layer 64 may be formed.
次に、本発明の光学素子の実施例1と、その検証実験の結果について説明する。
図8(a)は、本発明に係る光学素子の実施例1の断面図、同図(b)は、一般的な透明導電膜利用CIGS太陽電池の一例の断面図を示す。図8(a)、(b)中、同一構造部分には同一符号を付してある。図8(a)の断面図に示す本発明に係る光学素子の実施例1は、CIGS太陽電池100で、アルカリ金属含有基板であるソーダライムガラス(SLG)基板101上に、Moからなる金属膜102を形成し、更に金属膜102の上に透明導電膜(ZnO:Ga)103、Moからなる裏面電極(正極)104、カルコパイライト[Cu(In,Ga)Se2(=CIGS)]からなる光吸収層(CIGS層)105、硫化カドミウム(CdS)からなるバッファ層106、i−ZnO層(半絶縁層)107、透明導電膜(ZnO:Al)108、Alからなる表面電極(負極)109が順次積層された構造である。Next, Example 1 of the optical element of the present invention and the result of the verification experiment will be described.
FIG. 8A is a cross-sectional view of Example 1 of the optical element according to the present invention, and FIG. 8B is a cross-sectional view of an example of a general transparent conductive film utilizing CIGS solar cell. In FIGS. 8A and 8B, the same reference numerals are given to the same structural portions. Example 1 of the optical element according to the present invention shown in the sectional view of FIG. 8A is a CIGS
SLG基板101は前述した光学素子の実施形態におけるアルカリ金属含有層11に相当する。金属膜102は前述した光学素子の実施形態におけるアルカリ金属拡散促進層としての機能を有する金属膜12に相当する。また、透明導電膜(ZnO:Ga)103は前述した光学素子の実施形態における酸化物層13に相当する。更に、CIGS層105は前述した実施形態におけるカルコゲン化物系光吸収(発光)層14の一例であり、カルコパイライト系材料からなる光吸収層である。更に、前述した図1等の光学素子の実施形態では図示を省略したが、本実施例では、オーミック特性改善のための電極104が透明導電膜(ZnO:Ga)103とCIGS層105との間に形成されている。
The
SLG基板101上に、Moからなる金属膜102と透明導電膜(ZnO:Ga)103と裏面電極104とが、それぞれ高周波マグネトロンスパッタリングおよび反応性プラズマ堆積法により積層されている。CIGS層105は、裏面電極104上に例えば3段階法により堆積されている。3段階法自体は公知であり、また本発明の要旨ではないので、その詳細な説明は省略するが、インジウム(In)、ガリウム(Ga)及びセレン(Se)を同時蒸着する第1段階と、続いて銅(Cu)及びSeを同時蒸着する第2段階と、最後にIn、Ga及びSeを同時蒸着する第3段階を経る蒸着方法である。また、バッファ層106、i−ZnO層107、透明導電膜108は、それぞれ化学浴析出法及び高周波マグネトロンスパッタリングにより形成されている。更に、表面電極109は、真空蒸着法により透明導電膜108上に形成されている。
On the
ここで、一例として、SLG基板101は0.7mmの厚さであり、金属膜102の膜厚は0.07μm、透明導電膜(ZnO:Ga)103の膜厚は0.4〜0.7μm、Moからなる裏面電極104の厚さは0.03μm、カルコパイライト系光吸収層(CIGS層)105の厚さは1.8μmである。また、バッファ層106は0.06μm、i−ZnO層107は0.07μm、透明導電膜108は0.5μmの厚さである。また、各セルの有効面積は0.48cm2とした。Here, as an example, the
図8(b)に示す断面構造のCIGS太陽電池150は、カルコパイライト(CIGS)を光吸収層として用いる、高い変換効率が得られる薄膜太陽電池として一般的に知られている代表的な太陽電池である。本実施例のCIGS太陽電池100は、図8(b)に示す一般的なCIGS太陽電池150と比較すると、SLG基板101と透明導電膜103との間に、Mo膜である金属膜102が挿入された構造である点に特徴がある。なお、光は、表面電極109の上方から入射する。
A CIGS
次に、本実施例のCIGS太陽電池100におけるCIGS層105へのアルカリ金属(Na)の拡散の程度について、一般的なCIGS太陽電池150などと比較した検証実験結果について説明する。
Next, a description will be given of the results of verification experiments comparing the degree of diffusion of alkali metal (Na) into the
図9〜図11は、二次イオン質量分析法(SIMS)によるCIGS層中のNa濃度分布を示す。図9〜図11中、横軸はCIGS層105からSLG基板101方向に進むほど大となる値の深さ(Depth)を示し、縦軸はNa濃度を示す。CIGS層105は図9〜図11において約0.8μm〜約2.0μmの範囲内に形成されている。なお、図9〜図11において「GZO」は透明導電膜(ZnO:Ga)を示す(後述の図12、図13も同様)。
9 to 11 show the Na concentration distribution in the CIGS layer by secondary ion mass spectrometry (SIMS). 9 to 11, the horizontal axis indicates the depth (Depth) that increases as it proceeds from the
図8(b)に示した一般的な透明導電膜利用CIGS太陽電池150の分布特性は、図10に示されるのに対し、図8(a)に示した本実施例の太陽電池100の分布特性は図11に示す如くになった。一般的な透明導電膜利用CIGS太陽電池150の場合は、図10に示すようにSLG基板101からCIGS層105へのNa拡散層は非常に少なく、拡散が透明導電膜103で阻害されていることが確認された。
The distribution characteristic of the general CIGS
これに対し、本実施例の太陽電池100では、図11に示すように、SLG基板101からCIGS層105へのNa拡散量が多く、金属膜102によりアルカリ金属(Na)の透明導電膜103での拡散が大きく促進されることが確認された。本実施例の太陽電池100におけるこのCIGS層中のNa拡散量は、SLG上に透明導電膜を設けずに直接、Moによる裏面電極、CIGS層の順で積層した一般的な構造の場合に得られる図9に示されるNa濃度分布特性と同程度であり、非常に多い。
On the other hand, in the
図12は、電子線マイクロプローブアナライザ(EPMA)により評価したCIGS層中のNa濃度分布を示す。図12の電子線マイクロプローブアナライザ(EPMA)によって(加速電圧5kV)評価されたNa濃度分布において、図8(b)に示した「Mo/GZO/SLG」や「GZO/SLG」のようにSLG基板と透明導電膜GZOとの間に金属膜を設けない構造では、CIGS層中にNaは観察されなかった。これに対し、図12に「GZO/Mo/SLG」、及び図8(a)に示した「Mo/GZO/Mo/SLG」のようにSLG基板と透明導電膜GZOとの間にMoからなる金属膜を挿入した構造では、CIGS層中にNa濃度が存在することが観察された。この結果、金属膜102によりSLG基板からのアルカリ金属(Na)の透明導電膜103での拡散が大きく促進されたことが確認された。なお、図12において、黒丸が複数個あるのは、複数回の評価を行い、各評価時に得られたNa濃度であることを示している。
FIG. 12 shows the Na concentration distribution in the CIGS layer evaluated by an electron beam microprobe analyzer (EPMA). In the Na concentration distribution evaluated by the electron microprobe analyzer (EPMA) in FIG. 12 (acceleration voltage 5 kV), SLG like “Mo / GZO / SLG” and “GZO / SLG” shown in FIG. In the structure in which the metal film is not provided between the substrate and the transparent conductive film GZO, Na was not observed in the CIGS layer. On the other hand, as shown in “GZO / Mo / SLG” in FIG. 12 and “Mo / GZO / Mo / SLG” shown in FIG. 8A, Mo is formed between the SLG substrate and the transparent conductive film GZO. In the structure in which the metal film was inserted, it was observed that Na concentration was present in the CIGS layer. As a result, it was confirmed that the diffusion of alkali metal (Na) from the SLG substrate in the transparent
図9〜図12により、本実施例の太陽電池100では、Moによる金属膜102がSLG基板101に含有するアルカリ金属(Na)の透明導電膜103での拡散が促進する作用があることが示された。Na拡散のメカニズムとしては、(1)アルカリ金属(Na)と金属膜102のMoとが、Na2MoO4等の化合物を形成し、化合物の形態でスムーズに上部層のCIGS層へ拡散している可能性、もしくは(2)上部の透明導電膜103の膜質が変化して透明導電膜103中の拡散を促進していることが考えられる。9-12, in the
次に、本実施例の太陽電池の電気特性及び効率を一般的な太陽電池の電気特性及び効率と対比して説明する。
図13は、本実施例の太陽電池の電流-電圧特性を、一般的な太陽電池の電流-電圧特性と対比して示す。図13の電流-電圧特性は、横軸が光照射時の太陽電池の電圧、縦軸が光照射時の太陽電池の電流を有効面積で除算した電流密度を示す。金属膜102を有しない一般的な透明導電膜利用CIGS太陽電池150の場合は、図13に点線Iで示すようにCIGS層のアルカリ金属供給量不足のときに見られる典型的な特性劣化(特に開放電圧の低下)が確認された。Next, the electrical characteristics and efficiency of the solar cell of this example will be described in comparison with the electrical characteristics and efficiency of a general solar cell.
FIG. 13 shows the current-voltage characteristics of the solar cell of this example in comparison with the current-voltage characteristics of a general solar cell. In the current-voltage characteristics of FIG. 13, the horizontal axis represents the voltage of the solar cell during light irradiation, and the vertical axis represents the current density obtained by dividing the current of the solar cell during light irradiation by the effective area. In the case of a general CIGS
一方、SLG基板上に透明導電膜を設けずに直接、裏面電極、CIGS層の順で積層した一般的な構造の太陽電池の電流-電圧特性は、CIGS層のアルカリ金属供給量が十分であり、図13に実線IIIで示されるように、開放電圧が上記の特性Iに比べて大きく改善される。また、本実施例の太陽電池100は、図13に破線IIで示すように、上記の一般的な構造の太陽電池の電流-電圧特性IIIに比べて遜色のない特性が得られた。
On the other hand, the current-voltage characteristics of a solar cell having a general structure in which the back electrode and the CIGS layer are directly stacked without providing a transparent conductive film on the SLG substrate are sufficient for supplying the alkali metal in the CIGS layer. As shown by a solid line III in FIG. 13, the open circuit voltage is greatly improved as compared with the above characteristic I. In addition, as shown by a broken line II in FIG. 13, the
ここで、上記のSLG基板上に透明導電膜を設けずに直接、裏面電極、CIGS層の順で積層した一般的な構造の太陽電池(1)と、本発明利用構造の本実施例の太陽電池100(2)と、一般的な透明導電膜利用構造の太陽電池(3)のそれぞれについて、変換効率と、端子を開放した時の出力電圧である開放電圧と、短絡した時の電流である短絡電流を有効面積で除算した短絡電流密度と、開放電圧と短絡電流との積を最大電圧Vmaxと最大電流Imaxとの積で除算したパラメータである曲線因子とを、まとめると表1のようになった。 Here, a solar cell (1) having a general structure in which a back electrode and a CIGS layer are directly laminated in this order without providing a transparent conductive film on the above SLG substrate, and the solar cell of the present embodiment using the structure of the present invention. For each of the battery 100 (2) and a solar cell (3) having a general transparent conductive film utilization structure, the conversion efficiency, the open voltage that is the output voltage when the terminal is opened, and the current that is shorted Table 1 summarizes the short-circuit current density obtained by dividing the short-circuit current by the effective area and the curve factor that is a parameter obtained by dividing the product of the open-circuit voltage and the short-circuit current by the product of the maximum voltage Vmax and the maximum current Imax. became.
表1から分かるように、本実施例の太陽電池の特性(特に変換効率)は、SLG基板とCIGS層との間に透明導電膜を有しない一般的な構造の太陽電池の特性にほぼ匹敵し、一般的な透明導電膜利用構造の太陽電池に比べて特性が大幅に改善されていることが確認された。 As can be seen from Table 1, the characteristics (particularly the conversion efficiency) of the solar cell of this example are almost comparable to the characteristics of a solar cell having a general structure that does not have a transparent conductive film between the SLG substrate and the CIGS layer. As a result, it was confirmed that the characteristics were greatly improved as compared with a solar cell having a general structure using a transparent conductive film.
なお、以上の実施形態及び実施例において、単層若しくは複層構造若しくは3次元構造の酸化物層13等は、一部に金属等の非酸化物を含んでいてもよい。また、第2〜第5実施形態の光学素子20,30,40,50におけるアルカリ金属含有層11と金属膜21,31,41,51とからなる構造部分を、第6の実施形態の金属膜兼用基板56と同様の金属膜兼用基板に置き換えてもよい。
Note that in the above embodiments and examples, the oxide layer 13 or the like having a single layer structure, a multilayer structure, or a three-dimensional structure may partially include a non-oxide such as a metal. Moreover, the structural part which consists of the alkali metal containing layer 11 and the
本発明の光学素子は、裏面構造の多機能化と高光吸収率(又は高光発光率)とを実現した透明導電膜利用の太陽電池のほか、受光素子、光センサ、発光素子などに用いることができる。 The optical element of the present invention can be used for a light receiving element, a light sensor, a light emitting element, etc. in addition to a solar cell using a transparent conductive film that realizes a multifunctional back surface structure and a high light absorption rate (or high light emission rate). it can.
10、20、30、40、50、55 光学素子
11 アルカリ金属含有層
12、21、41、51、62 金属膜
13、63 酸化物層
14、33、64 カルコゲン化物系光吸収層(又は発光層)
22 反射鏡若しくは散乱層
23 透明膜
32 テクスチャ構造を有する酸化物層
42 散乱鏡構造の酸化物層
52 酸化物から成る光吸収(発光)層
56 金属膜兼用基板
61 基板
100 実施例1のCIGS太陽電池
101 SLG基板
102 Moからなる金属膜
103 透明導電膜(ZnO:Ga)
104 Moからなる裏面電極
105 カルコパイライト系光吸収層(CIGS層)
106 バッファ層(CdS)
107 i−ZnO層(半絶縁層)
108 透明導電膜(ZnO:Al)
109 Alからなる表面電極
150 一般的な透明導電膜利用CIGS太陽電池
10, 20, 30, 40, 50, 55 Optical element 11 Alkali metal-containing
DESCRIPTION OF
104 Back electrode made of
106 Buffer layer (CdS)
107 i-ZnO layer (semi-insulating layer)
108 Transparent conductive film (ZnO: Al)
109 Surface electrode made of
Claims (12)
前記アルカリ金属を供給する基板と前記酸化物層との間にアルカリ金属拡散促進層としての機能を有する金属膜を挿入した構造であり、前記金属膜により前記アルカリ金属を供給する基板からのアルカリ金属の前記酸化物層中での拡散を促進させ、そのアルカリ金属を前記光吸収層又は発光層へ供給する構造であることを特徴とする光学素子。A light-absorbing layer or a light-emitting layer made of a chalcogenide-based material that requires addition of an alkali metal and a single layer, a multilayer structure, or a three-dimensional oxide layer, and a light-emitting layer are stacked in this order above the substrate that supplies the alkali metal. In the optical element,
An alkali metal from the substrate that supplies the alkali metal by the metal film, wherein a metal film having a function as an alkali metal diffusion promoting layer is inserted between the substrate that supplies the alkali metal and the oxide layer. An optical element having a structure in which diffusion in the oxide layer is promoted and the alkali metal is supplied to the light absorbing layer or the light emitting layer.
製膜された前記金属膜の上に、単層若しくは複層構造若しくは3次元構造の酸化物層を形成する酸化物層形成工程と、
形成された前記酸化物層の上に、アルカリ金属の添加を必要とするカルコゲン化物系材料からなる光吸収層又は発光層を形成する層形成工程と
を含み、前記基板と前記酸化物層との間に形成された前記金属膜を、前記基板からのアルカリ金属の前記酸化物層中での拡散を促進させるアルカリ金属拡散促進層として機能させ、前記基板からのアルカリ金属を前記酸化物層を通して前記光吸収層又は発光層へ供給する構造の光学素子を製造することを特徴とする光学素子の製造方法。A film forming step of forming a metal film on a substrate for supplying an alkali metal;
An oxide layer forming step of forming an oxide layer having a single layer, a multilayer structure, or a three-dimensional structure on the metal film formed;
Forming a light-absorbing layer or a light-emitting layer made of a chalcogenide-based material that requires the addition of an alkali metal on the formed oxide layer, and including the substrate and the oxide layer. The metal film formed therebetween functions as an alkali metal diffusion promoting layer that promotes diffusion of alkali metal from the substrate in the oxide layer, and the alkali metal from the substrate passes through the oxide layer to A method for producing an optical element, comprising producing an optical element having a structure for supplying to a light absorbing layer or a light emitting layer.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013116942 | 2013-06-03 | ||
JP2013116942 | 2013-06-03 | ||
PCT/JP2014/059565 WO2014196256A1 (en) | 2013-06-03 | 2014-03-31 | Optical element and method for manufacturing same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP6015994B2 true JP6015994B2 (en) | 2016-10-26 |
JPWO2014196256A1 JPWO2014196256A1 (en) | 2017-02-23 |
Family
ID=52007911
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015521328A Active JP6015994B2 (en) | 2013-06-03 | 2014-03-31 | Optical element and manufacturing method thereof |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6015994B2 (en) |
WO (1) | WO2014196256A1 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10727374B2 (en) | 2015-09-04 | 2020-07-28 | Seoul Semiconductor Co., Ltd. | Transparent conductive structure and formation thereof |
US10981800B2 (en) | 2016-04-14 | 2021-04-20 | Seoul Semiconductor Co., Ltd. | Chamber enclosure and/or wafer holder for synthesis of zinc oxide |
US10981801B2 (en) | 2016-04-14 | 2021-04-20 | Seoul Semiconductor Co., Ltd. | Fluid handling system for synthesis of zinc oxide |
US10407315B2 (en) | 2016-04-14 | 2019-09-10 | Seoul Semiconductor Co., Ltd. | Method and/or system for synthesis of zinc oxide (ZnO) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006210424A (en) * | 2005-01-25 | 2006-08-10 | Honda Motor Co Ltd | Method of manufacturing chalcopyrite thin-film solar cell |
WO2009116626A1 (en) * | 2008-03-21 | 2009-09-24 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Solar cell and manufacturing method thereof |
JP2011155146A (en) * | 2010-01-27 | 2011-08-11 | Fujifilm Corp | Solar cell and method of manufacturing the same |
WO2011158841A1 (en) * | 2010-06-18 | 2011-12-22 | 旭硝子株式会社 | Cigs-type solar cell, and electrode-attached glass substrate for use in the solar cell |
JP2013084921A (en) * | 2011-09-28 | 2013-05-09 | Fujifilm Corp | Photoelectric conversion element and solar cell |
-
2014
- 2014-03-31 WO PCT/JP2014/059565 patent/WO2014196256A1/en active Application Filing
- 2014-03-31 JP JP2015521328A patent/JP6015994B2/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006210424A (en) * | 2005-01-25 | 2006-08-10 | Honda Motor Co Ltd | Method of manufacturing chalcopyrite thin-film solar cell |
WO2009116626A1 (en) * | 2008-03-21 | 2009-09-24 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Solar cell and manufacturing method thereof |
JP2011155146A (en) * | 2010-01-27 | 2011-08-11 | Fujifilm Corp | Solar cell and method of manufacturing the same |
WO2011158841A1 (en) * | 2010-06-18 | 2011-12-22 | 旭硝子株式会社 | Cigs-type solar cell, and electrode-attached glass substrate for use in the solar cell |
JP2013084921A (en) * | 2011-09-28 | 2013-05-09 | Fujifilm Corp | Photoelectric conversion element and solar cell |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPWO2014196256A1 (en) | 2017-02-23 |
WO2014196256A1 (en) | 2014-12-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2007528600A (en) | Thin film solar cell and manufacturing method | |
EP2668666B1 (en) | Solar cell apparatus | |
KR101230973B1 (en) | Cis/cigs based-thin film solar cell having back side tco layer and method for manufacturing the same | |
US9941424B2 (en) | Solar cell | |
US20130284252A1 (en) | Back contact structure for photovoltaic devices such as copper-indium-diselenide solar cells | |
JP6015994B2 (en) | Optical element and manufacturing method thereof | |
KR20090123645A (en) | High-efficiency cigs solar cells and manufacturing method thereof | |
KR20170036596A (en) | A solar cell comprising CZTS Thin film with a oxide buffer layer and a method of manufacturing the same | |
WO2014025176A1 (en) | Flexible-substrate cigs solar cell having improved na supply method, and method for manufacturing same | |
JP6297038B2 (en) | Thin film solar cell and method for manufacturing thin film solar cell | |
US20140000673A1 (en) | Photovoltaic device and method of making | |
JP2011023520A (en) | P-type semiconductor film and solar cell | |
US20210135041A1 (en) | Method of fabricating see-through thin film solar cell | |
JP6004460B2 (en) | Solar cell manufacturing method and solar cell | |
KR102057234B1 (en) | Preparation of CIGS thin film solar cell and CIGS thin film solar cell using the same | |
KR101971398B1 (en) | Bifacial CdS/CdTe thin film solar cell and method for the same | |
KR20170036606A (en) | A CZTS based solar cell comprising a double light aborbing layer | |
JP2014504038A (en) | Solar cell and manufacturing method thereof | |
JP5594949B2 (en) | Photovoltaic element and manufacturing method thereof | |
US20150249171A1 (en) | Method of making photovoltaic device comprising i-iii-vi2 compound absorber having tailored atomic distribution | |
US20140060608A1 (en) | Photovoltaic device and method of making | |
KR101315311B1 (en) | Back contact and cis-based solar cell comprising the same | |
JP2004158556A (en) | Solar cell | |
KR20120084203A (en) | Solar cell and manufacturing method of the same | |
KR101480394B1 (en) | Low-resistance metal layer including backcontact and solar cell using the same, and methods of manufacturing them |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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: 20160906 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160913 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6015994 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |