JPH01111380A - 光起電力素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は太陽電池等に利用可能な光起電力素子及びその
製造方法に関する。

〔従来技術〕

ガラス基板にＣｄＳまたはそれを含む化合物半導体層と
、ＣｄＴｅまたはそれを含む化合物半導体層とを積層し
てなる光起電力素子が公知であり（特開昭５４−１４１
５９７号公報等）、このような光起電力素子は以下に示
すような方法にて製造されていた。

まずＣｄＴｅ粉末にＣｄＣ１□と有機質粘結剤とを添加
してＣｄＴｅペーストを作成し、このペーストをガラス
基板にスクリーン印刷した後、焼結させてガラス基板上
に叶型ＣｄＴｅＮを形成する。次いでＣｄＳ粉末にＣｄ
ＣＩｚと有機質粘結剤とを添加してＣｄＳペーストを作
成し、このペーストを前記ｐ−型ＣｄＴｅ層にスクリー
ン印刷した後、焼結させてｐ−型ＣｄＴｅ層上にｎ−型
ＣｄＳ層を形成する。次にｎ−型ＣｄＴｅ層が形成され
ていないｐ−型ＣｄＳ層上及びｎ−型ＣｄＴｅ層上にＩ
ｎ膜を蒸着して、光起電力素子を製造する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述したような光起電力素子の製造方法では、原料粉末
を使用する印刷・焼結方法にてｐ−型ＣｄＴｅ層及びｎ
−型ＣｄＳ層を形成するので、製造された光起電力素子
では、両層の界面にボイドが形成されて電流密度が低下
したり、受光層であるｎ−型ＣｄＳ層が不均一となった
り、両層の界面近傍においてＳ（またはＴｅ）がｐ−型
Ｃｄ５Ｊｉｉ（またはｎ−型ＣｄＴｅ層）に拡散して急
峻な界面が形成されないことがあり、変換効率が低いと
いう問題点があった。

また従来の光起電力素子では基板としてガラスを使用し
ているので、ガラス製基板を用いて製造される従来の光
起電力素子は機械的強度が弱く、また加工性に乏しいと
いう問題点があった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、ｎ−
型ＣｄＴｅまたはそれを含む化合物半導体層を形成する
方法として電気化学反応を利用することにより、形成さ
れたｐ−型ＣｄＳまたはそれを含む化合物半導体層とｎ
−型ＣｄＴｅまたはそれを含む化合物半導体層との界面
においてボイドが形成されず、また両層の急峻な界面が
形成されて、変換効率が高く、また基板として高耐食性
を有する高合金鋼または低合金鋼を使用することにより
、機械的強度が増大し、また加工性に優れた光起電力素
子及びその製造方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る光起電力素子は、ＣｄＳまたはそれを含む
化合物半導体層と、ＣｄＴｅまたはそれを含む化合物半
導体層とが基板に積層されている光起電力素子において
、高耐食性を存する高合金鋼または低合金銅からなる基
板に、単一金属層、ｐ−型ＣｄＳまたはそれを含む化合
物半導体層、及びｎ−型ＣｄＴｅまたはそれを含む化合
物半導体層がこの順に積層されてなることを特徴とし、
その製造方法は、ＣｄＳまたはそれを含む化合物半導体
層と、ＣｄＴｅまたはそれを含む化合物半導体層とが基
板に積層されている光起電力素子の製造方法において、
高耐食性を存する高合金鋼または低合金鋼からなる基板
上に、単一金属層を電気化学反応にて形成し、形成した
単一金属層上にＣｄＳ粉末またはそれを含む金属粉末を
塗布した後焼結してｐ−型ＣｄＳまたはそれを含む化合
物半導体層を形成し、次いでこの層上にｎ−型ＣｄＴｅ
またはそれを含む化合物半導体層を電気化学反応にて形
成することを特徴とする。

〔作用〕

本発明の光起電力素子の製造方法にあっては、単一金属
層を基板上に形成した後、その層上にｐ−型ＣｄＳまた
はそれを含む化合物半導体層を形成し、その層上に電気
化学反応を用いてｎ−型ＣｄＴｅまたはそれを含む化合
物半導体層を形成する。そうすると高合金または低合金
基板から直接リード線をとらなくてすみ、基板中の非金
属介在物による電流密度の低下を防ぎ、同時に基板中諸
元素のｐ−型ＣｄＳへの焼結時の拡散を防止する。また
ｎ−型ＣｄＴｅは電気化学反応を用いるため、形成され
た両層の界面においてボイドが発生しない。またその界
面近傍において、Ｓ　（Ｔｅ）がｎ−型ＣｄＴｅまたは
それを含む化合物半導体Ｎ（ｐ−型ＣｄＳまたはそれを
含む化合物半導体層）に殆ど拡散されないので、急峻な
界面が得られる。この結果、製造される光起電力素子は
変換効率が高い。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて具体的に
説明する。

第１図は本発明に係る光起電力素子の断面模式図であり
、図中１は基板を示す。基板１は例えば肉厚１鶴の５Ｕ
Ｓ３０４鋼板であり、基板１上にはオーミック接触を低
下させるための単一金属層たる層厚５μｍの０６層２が
被着形成されている。Ｃｄ層層上上は層厚２０〜２００
μｍ程度のｐ−型Ｃｄ５Ｊｉ３がパターン形成されてお
り、ｐ−型Ｃ６３層３上には、層厚１〜１０μｍ程度の
ｎ−型ＣｄＴｅ層４が積層形成されている。また０６層
２のｐ−型ＣｄＳ層３が形成されていない部分、及びｎ
−型ＣｄＴｅ層４には銀電極５，６が形成されており、
銀電極５．６からり一ド７゜８が夫々引き出されている
。更にｎ−型ＣｄＴｅ層４及び０６層２の露出部上には
、素子を保護するための透明エポキシ樹脂層９が積層形
成されている。

かかる構成の光起電力素子において、エポキシ樹脂Ｎ９
側から光（図中へ）が入射されると、ｐ−型ＣｄＳ層３
．ｎ−型ＣｄＴｅ層４において電力が生じ、生じた電力
がリード７．８を介し才取り出される。

次にこのような構成の光起電力素子の製造方法について
説明する。

肉厚１酊、−辺が３０重重の方形状のｓｕｓ３０４ｗ４
板に、アセトンにて超音波脱脂処理を行った後、該鋼板
を２０％フッ素を含む水溶液に２分間浸漬させて酸洗処
理を行い、基板１を得る。Ｃｄ５０．を含む水溶液中に
陽極としてｐｔ板、陰極として基板１を設け、２０℃に
て０．５Ａ／ｄｍ”の電流を３０分間通電して基板１表
面に層厚５μｍのＣｄメツキを施し、０６層２を基板１
上に被着形成する。次いで銀電極５を形成すべき部分に
シールテープを貼付した後、０６層２が形成された基板
１を５．０％硫酸を含む水溶液に３分間浸漬させ、表面
の酸化被膜を除去する。

ＣｄＳ粉末９７−ｔ％に、ＮｉＳからなる無機性添加剤
３ｗｔ％とプロピレングリコールからなるＪｌｆｆｉの
有機粘結剤とを添加して十分に混練し、ＣｄＳペースト
を得る。このＣｄＳペーストをＣｄ層層上上、厚さ２０
〜２００μｍ程度塗布する。次にシールテープを剥離し
、乾燥器内にて有機粘結剤を蒸発させた後、Ｎ２雰囲気
にて７００℃で焼成し、ｐ−型ＣｄＳ層３をＣｄ層層上
上パターン形成する。なお、有機粘結剤として微量のポ
リエチレングリコール、ＣｕＳが添加されたプロピレン
グリコールを使用する場合には、上述の温度（７００℃
）よりも低い温度で焼成することができる。

銀電極５を形成すべき部分に再びシールテープを貼付し
た後、０６層２及びｐ−型ＣｄＳ層３が形成された基板
１を６０℃の１０％ＫＯＨ水溶液に浸漬し、ｐ−型Ｃｄ
３層３表面に形成された酸化被膜を除去する。

次いでこれを、ＣｄＳＯ４１ｍｏｌ／　（！　、Ｔｅｎ
ｔ　Ｏ，５ｍｏｌ／　ｅ　。

少量のＩｎｚ　（ＳＯ４）　３１硫酸を含むＰｌ＋　１
．５．６０℃の水溶液に浸漬し、スターラー攪拌を施し
ながら、陽極を白金板、陰極をこの基板として０．５Ａ
／ｄｍ”の直流電流を３０分間通電し、基板（ｐ−型Ｃ
ｄＳ層３）にＣｄＴｅをメンキしてｐ−型Ｃ６３層３上
にｎ−型ＣｄＴｅ層４を形成する。なおこの際の電流は
直流電流に限らずパルス電流であってもよい。

シールテープを剥離した後、２００〜３００℃のＮ２雰
囲気にて３０分間加熱する。最後に０６層２のｐ−型ｃ
ａｓＪｔ！３及びｎ−型ＣｄＴｅ層４が形成されていな
い部分と、ｎ−型ＣｄＴｅ層４とに銀電極５．６を夫々
形成し、銀電極５，６夫々にリード７．８を結線した後
、全表面に透明エポキシ樹脂層９を積層形成する。

本発明の光起電力素子におけるｐ−型ＣｄＳ層３及びｎ
−型ＣｄＴｅ層４の界面近傍の元素（Ｓ及びＴｅ）分布
を第２図に示す。第２図において中央の一点鎖線は両層
の界面を示しており、横軸はこの界面からの距離（人）
を示し、縦軸はＳ　？Ｗ度（ｍｏ１％）、Ｔｅ濃度（ｍ
ｏ１％）を示す。また実線（ａ＋がＳ濃度を示すグラフ
、実線（ｂ）がＴｅ濃度を示すグラフである。参考のた
めに、従来の方法（印刷・焼結方法）にて製造された光
起電力素子における両層の界面近傍における両元素の分
布も併せて示す。従来の光起電力素子における元素分布
は破線にて示してあり、破線（Ｃ）が３　ｆｇ度、破線
（ｄ）がＴｅｆＱ度を夫々示す。

第２図から理解される如く、従来の光起電力素子ではそ
の両層の界面を境にして緩やかに両元素の濃度が逆転し
ているのに比して、本発明方法にて製造される光起電力
素子は、その両層の界面において急峻に両元素の濃度が
逆転している。

第３図は、０６層２を施した場合と施さない場合とのｐ
−型ＣｄＳ層３層面界傍のＦｅ元素の分布を示すグラフ
である。第３図において縦軸はＦｅ濃度（ｐｐｍ）を示
し、横軸は界面からの距離（人）を示し、また実線（ｅ
）はＣｄ層２を施した場合、破線（「）は施さない場合
を夫々示す。なおグラフは焼結条件が４５０’ＣＸ２ｈ
ｒである場合を示す。第３図から理解される如＜、Ｃｄ
層２を施した場合のｐ−型Ｃｄ３層３中の基板１に由来
するＦｅ元素の濃度は低レベルである。

従って本発明の光起電力素子では、従来の光起電力素子
に比して、急峻な界面を形成することができ、かつ化合
物半導体中の不純物元素レベルが低いため、交換効率が
向上する。

本発明の光起電力素子に光を照射した際の変換効率を、
その製造条件（基板及び単一金属層の材質、ｐ−型Ｃｄ
Ｓ層の焼成温度、ｎ−型ＣｄＴｅ層形成のための通電条
件）と共に下記第１表に示す。なお参考のために従来の
光起電力素子の変換効率もその製造条件と共に第１表に
示す。　　　□（以　下　余　白） 第　　　１　　　表 但し、第１表においてｐ−型ＣｄＳ層の欄の数値は焼成
温度（’Ｃ）を示す。ｎ−型ＣｄＴｅ層の欄における記
号は通電条件を示し、具体的にはＡ＋　：　０．５Ａ／
ｄｍｔの直流電流＊　Ａｔ　：　５．ＯＡ／ｄｍ”の直
流電流＊　Ｐｔ　”　０．５Ａ／（１＋＋”のパルス電
流（オン１０（ｌｓｓ、オフ５０ａｓ）　、　Ｐｇ　：
５、ＯＡ／ｄｍ”のパルス電流（オン１００ｍ５．オフ
５０ｍ５）　。

Ｐ３　：　０．５Ａ／ｄｎ＋”のパルス電流（オン１ｍ
ｓ、オフ０　、５ｍｓ　）を示す。また従来例における
ｎ−型ＣｄＴｅ層の欄の数値は焼成温度（’Ｃ）を示し
ている。

第１表から理解される如く本発明の光起電力素子では、
従来の光起電力素子に比して大幅に変換効率が向上して
いる。

〔効果〕

以上詳述した如く本発明の光起電力素子では、ｎ−型Ｃ
ｄＴｅＪｉｉを形成する際に電気化学反応を利用するの
で、ｐ−型ＣｄＳ層、ｎ−型ＣｄＴｅ層の界面において
元素Ｓ及びＴｅの急峻な分布特性を有することができ、
変換効率が向上する。

またｐ−型ＣｄＳ層、ｎ−型ＣｄＴｅ層の界面にボイド
が生じないので、従来のような界面における電流密度の
低下が起こらない。

更に基板として高耐食性を有する高合金鋼または低合金
鋼を使用するので、機械的強度及び加工性に優れるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光起電力素子の構造を示し模式的
断面図、第２図はｐ−型ＣｄＳ層、ｎ−型ＣｄＴｅ層の
界面近傍における元素Ｓ及びＴｅの分布特性を示すグラ
フ、第３図はＣｄ層を施した場合と施さない場合とにお
けるｐ−型ＣｄＳｊｇ界面近傍における元素Ｆｅの分布
特性を示すグラフである。 １・・・基板　２・・・Ｃｄ層　３・・・ｐ−型ＣｄＳ
層　４・・・ｎ−型ＣｄＴｅ層　５．６・・・銀電極　
７．訃・・リード９・・・透明エポキシ樹脂層 特許出願人　　　住友金属工業株式会社代理人　弁理士
　河　　野　　登　　夫第　１　　霞 こり倉、ｇＨＪ 第　２　図 距離ｃ人） 算　３　目 昭和６３年５月２０日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＣｄＳまたはそれを含む化合物半導体層と、ＣｄＴ
   ｅまたはそれを含む化合物半導体層とが基板に積層され
   ている光起電力素子において、高耐食性を有する高合金
   鋼または低合金綱 からなる基板に、単一金属層、ｐ−型ＣｄＳまたはそれ
   を含む化合物半導体層、及びｎ−型ＣｄＴｅまたはそれ
   を含む化合物半導体層がこの順に積層されてなることを
   特徴とする光起電力素子。 ２、ＣｄＳまたはそれを含む化合物半導体層と、ＣｄＴ
   ｅまたはそれを含む化合物半導体層とが基板に積層され
   ている光起電力素子の製造方法において、 高耐食性を有する高合金鋼または低合金鋼 からなる基板上に、単一金属層を電気化学反応にて形成
   し、形成した単一金属層上にＣｄＳ粉末またはそれを含
   む金属粉末を塗布した後焼結してｐ−型ＣｄＳまたはそ
   れを含む化合物半導体層を形成し、次いでこの層上にｎ
   −型ＣｄＴｅまたはそれを含む化合物半導体層を電気化
   学反応にて形成することを特徴とする光起電力素子の製
   造方法。 ３、単一金属層を形成する電気化学反応は、単一金属層
   を構成する金属の塩を含む水溶液に基板を陰極として通
   電する反応である特許請求の範囲第２項記載の光起電力
   素子の製造方法。 ４、ｎ−型ＣｄＴｅまたはそれを含む化合物半導体層を
   形成する電気化学反応は、Ｔｅ酸化物を含む水溶液に基
   板を陰極として通電する反応である特許請求の範囲第２
   項記載の光起電力素子の製造方法。