JPH04233772A - 黄銅鉱太陽電池の製造方法 - Google Patents
黄銅鉱太陽電池の製造方法Info
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- JPH04233772A JPH04233772A JP3203203A JP20320391A JPH04233772A JP H04233772 A JPH04233772 A JP H04233772A JP 3203203 A JP3203203 A JP 3203203A JP 20320391 A JP20320391 A JP 20320391A JP H04233772 A JPH04233772 A JP H04233772A
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Classifications
-
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- 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
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/032—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312
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-
- 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
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- 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
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S438/00—Semiconductor device manufacturing: process
- Y10S438/93—Ternary or quaternary semiconductor comprised of elements from three different groups, e.g. I-III-V
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、黄銅鉱太陽電池の製造
方法に関する。
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池により光を電力に変換する場合
、慣用の発電法と対抗し得るには決定的に低価格でなけ
ればならない。更に太陽エネルギーの利用に際して要求
される比較的大きな表面積を限定するには、少なくとも
１５％の効率を有する高性能の太陽電池が必要である。
、慣用の発電法と対抗し得るには決定的に低価格でなけ
ればならない。更に太陽エネルギーの利用に際して要求
される比較的大きな表面積を限定するには、少なくとも
１５％の効率を有する高性能の太陽電池が必要である。
【０００３】従来の太陽電池は通常単結晶又は多結晶の
シリコンからなり、また最近では非晶質シリコンからな
るものも増えてきている。しかしこれらの型の太陽電池
の欠点は、結晶及び多結晶変体の場合は製造コストが高
くなることであり、また非晶質太陽電池では安定性が十
分でなくかつ効率が低過ぎることである。
シリコンからなり、また最近では非晶質シリコンからな
るものも増えてきている。しかしこれらの型の太陽電池
の欠点は、結晶及び多結晶変体の場合は製造コストが高
くなることであり、また非晶質太陽電池では安定性が十
分でなくかつ効率が低過ぎることである。
【０００４】一層新しい研究対称としてはいわゆる黄銅
鉱太陽電池があり、その核心となる部分はＩ−ＩＩＩ−
ＶＩ２ 化合物半導体からなる吸収体層である。エミッ
タ及び表面安定化層としての格子適合された半導体材料
からなる適当な窓層と組み合わせた場合、効率的な太陽
電池が得られる。
鉱太陽電池があり、その核心となる部分はＩ−ＩＩＩ−
ＶＩ２ 化合物半導体からなる吸収体層である。エミッ
タ及び表面安定化層としての格子適合された半導体材料
からなる適当な窓層と組み合わせた場合、効率的な太陽
電池が得られる。
【０００５】ミッチェル（Ｋ．Ｍｉｔｃｈｅｌｌ）その
他による“ＩＥＥＥ １９８８”、第１３８４〜１３
８９頁に掲載された論文から、例えば吸収体として二セ
レン化銅インジウム（ＣＩＳ）を有する太陽電池は公知
である。この半導体層は背面電極としてモリブデンで被
覆されたガラス基板上に多結晶の形で設けられている。 このｐ導電性ＣＩＳ層を介して、薄いｎ導電性硫化カド
ミウム層が電子エミッタとして、また酸化亜鉛層が透明
電極として用いられる。アルミニウム格子は従来の最高
効率１４．１％で造られた電流を電池から導き出す。
他による“ＩＥＥＥ １９８８”、第１３８４〜１３
８９頁に掲載された論文から、例えば吸収体として二セ
レン化銅インジウム（ＣＩＳ）を有する太陽電池は公知
である。この半導体層は背面電極としてモリブデンで被
覆されたガラス基板上に多結晶の形で設けられている。 このｐ導電性ＣＩＳ層を介して、薄いｎ導電性硫化カド
ミウム層が電子エミッタとして、また酸化亜鉛層が透明
電極として用いられる。アルミニウム格子は従来の最高
効率１４．１％で造られた電流を電池から導き出す。
【０００６】黄銅鉱太陽電池を製造する際の大きな問題
点は、窓層として適当な材料を見出すことである。吸収
体と窓層との間に不純物の少ない接合を造るために、窓
材の析出処理に対してその結晶格子が更に吸収体の格子
から最高１％ずれることを許されるに過ぎない高度の条
件が設定される。窓層中のカドミウム元素は、その環境
との非相容性により太陽電池の生産、使用及びごみ処理
に際して特殊な安全予防策を必要とするという他の問題
点を有する。更に従来の最大効率を有する公知のＣＩＳ
電池中のインジウム成分は極めて希少な元素であること
から、生産の拡大に際して材料の獲得が難しくなりまた
価格も上昇することが予想される。
点は、窓層として適当な材料を見出すことである。吸収
体と窓層との間に不純物の少ない接合を造るために、窓
材の析出処理に対してその結晶格子が更に吸収体の格子
から最高１％ずれることを許されるに過ぎない高度の条
件が設定される。窓層中のカドミウム元素は、その環境
との非相容性により太陽電池の生産、使用及びごみ処理
に際して特殊な安全予防策を必要とするという他の問題
点を有する。更に従来の最大効率を有する公知のＣＩＳ
電池中のインジウム成分は極めて希少な元素であること
から、生産の拡大に際して材料の獲得が難しくなりまた
価格も上昇することが予想される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の課題は
、良好な格子適合性を有する電池構造を生じ、また欠点
を有するカドミウム及びインジウム元素の使用を回避す
る黄銅鉱太陽電池の製造方法を提供することにある。
、良好な格子適合性を有する電池構造を生じ、また欠点
を有するカドミウム及びインジウム元素の使用を回避す
る黄銅鉱太陽電池の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
、本発明においては、吸収体としてのｐ導電性二セレン
化銅ガリウム層と、ｎ導電性の窓層とを有する黄銅鉱太
陽電池を次の工程により製造するものである。−電気絶
縁性基板上に第１の電極層を作る、−二セレン化銅ガリ
ウム又は二セレン化銅アルミニウムから選択され、第１
の導電型を有する黄銅鉱材料からなる半導体層を作る、
−この半導体層を金属イオンを含む水溶液で処理して、
イオン交換により上方層領域内に逆の第２の導電型から
なる半導体材料を作り、こうして二セレン化銅ガリウム
吸収体層を形成する層領域と窓層を形成する層領域との
間にヘテロ接合を作る、−半導体層の表面上に第２の電
極層を作る。
、本発明においては、吸収体としてのｐ導電性二セレン
化銅ガリウム層と、ｎ導電性の窓層とを有する黄銅鉱太
陽電池を次の工程により製造するものである。−電気絶
縁性基板上に第１の電極層を作る、−二セレン化銅ガリ
ウム又は二セレン化銅アルミニウムから選択され、第１
の導電型を有する黄銅鉱材料からなる半導体層を作る、
−この半導体層を金属イオンを含む水溶液で処理して、
イオン交換により上方層領域内に逆の第２の導電型から
なる半導体材料を作り、こうして二セレン化銅ガリウム
吸収体層を形成する層領域と窓層を形成する層領域との
間にヘテロ接合を作る、−半導体層の表面上に第２の電
極層を作る。
【０００９】本発明の他の構成は請求項２以下から明か
である。
である。
【００１０】本発明方法においては吸収体層及び窓層を
１工程で単一の均質な半導体層の形で作る。その際不純
物の少ない、従って良好な電子特性を有する半導体材料
が得られる。吸収体層及び窓層を異なる物質から別個に
製造するのとは異なり、第２の半導体材料を作るための
付加的な装置に関する支出はない。その代わりに本発明
方法では、簡単でかつ僅少な技術費で行うことのできる
イオン交換法を用いる。従って付加的な時間も費用も節
約される。
１工程で単一の均質な半導体層の形で作る。その際不純
物の少ない、従って良好な電子特性を有する半導体材料
が得られる。吸収体層及び窓層を異なる物質から別個に
製造するのとは異なり、第２の半導体材料を作るための
付加的な装置に関する支出はない。その代わりに本発明
方法では、簡単でかつ僅少な技術費で行うことのできる
イオン交換法を用いる。従って付加的な時間も費用も節
約される。
【００１１】半導体層の材料を上方層領域内で陽イオン
交換により化学的に変えるが、この場合適切な陽イオン
を比較的薄い層領域内に導入することにより窓層を作る
か、又は他の適切な陽イオンを比較的厚い層領域に導入
することにより吸収体層をも作ることができる。第１の
場合まず二セレン化銅ガリウムからなる半導体層から出
発するが、これは１．６８ｅＶのエネルギーギャップで
可視領域内に高い吸収定数を有し、従って太陽電池の吸
収体材料として特に好適である。適切な窓層は例えば二
セレン化銅アルミニウムであるが、これは本発明方法で
はガリウムをアルミニウムイオンと交換することにより
得ることができる。２個の可能な陽イオンの１つを意図
的に交換する処理は、第２陽イオン（Ｃｕ＋）を水性溶
液中で緩 衝することにより達成されるが、この場合銅
イオンは平衡濃度に相応する量で溶液中に用意する。同
様に窓層材料として適したセレン化亜鉛は二セレン化銅
ガリウムの２個の陽イオンを亜鉛（Ｚｎ２＋）と交換す
ることにより一層簡単に得ることができる。
交換により化学的に変えるが、この場合適切な陽イオン
を比較的薄い層領域内に導入することにより窓層を作る
か、又は他の適切な陽イオンを比較的厚い層領域に導入
することにより吸収体層をも作ることができる。第１の
場合まず二セレン化銅ガリウムからなる半導体層から出
発するが、これは１．６８ｅＶのエネルギーギャップで
可視領域内に高い吸収定数を有し、従って太陽電池の吸
収体材料として特に好適である。適切な窓層は例えば二
セレン化銅アルミニウムであるが、これは本発明方法で
はガリウムをアルミニウムイオンと交換することにより
得ることができる。２個の可能な陽イオンの１つを意図
的に交換する処理は、第２陽イオン（Ｃｕ＋）を水性溶
液中で緩 衝することにより達成されるが、この場合銅
イオンは平衡濃度に相応する量で溶液中に用意する。同
様に窓層材料として適したセレン化亜鉛は二セレン化銅
ガリウムの２個の陽イオンを亜鉛（Ｚｎ２＋）と交換す
ることにより一層簡単に得ることができる。
【００１２】本発明の第２の構成では、窓層用に適した
材料からなる半導体層を製造する。二セレン化銅アルミ
ニウム（ＣｕＡｌＳｅ２）から出発して、爾後的にアル
ミニ ウムイオンをガリウムイオンと交換することによ
り、今度は比較的厚い上方層領域を二セレン化銅ガリウ
ムに変え、こうして吸収体層を作る。この工程も、半導
体層中の銅の交換を阻止するために、イオン交換溶液中
での銅イオンの緩衝処理を必要とする。
材料からなる半導体層を製造する。二セレン化銅アルミ
ニウム（ＣｕＡｌＳｅ２）から出発して、爾後的にアル
ミニ ウムイオンをガリウムイオンと交換することによ
り、今度は比較的厚い上方層領域を二セレン化銅ガリウ
ムに変え、こうして吸収体層を作る。この工程も、半導
体層中の銅の交換を阻止するために、イオン交換溶液中
での銅イオンの緩衝処理を必要とする。
【００１３】本発明方法で使用される吸収体層及び窓層
用の半導体材料が同一の結晶格子であることにより、イ
オン交換に際して上方層領域内の半導体層の結晶格子は
変化せず留まることが保証される。その結果電荷担体対
に対する再結合中心となり得る付加的な不純物が生じる
ことはない。従って上方層領域と下方層領域との境界面
に形成される半導体接合（ヘテロ接合）の質は最初に作
られた半導体層の質に関係するに過ぎない。
用の半導体材料が同一の結晶格子であることにより、イ
オン交換に際して上方層領域内の半導体層の結晶格子は
変化せず留まることが保証される。その結果電荷担体対
に対する再結合中心となり得る付加的な不純物が生じる
ことはない。従って上方層領域と下方層領域との境界面
に形成される半導体接合（ヘテロ接合）の質は最初に作
られた半導体層の質に関係するに過ぎない。
【００１４】イオン交換の方法それ自体は簡単かつ迅速
に行うことができ、更に良好に制御可能である。これら
の交換すべき“新しい”イオンは、この交換を高めた温
度で例えば半導体層を浸漬することによって行う水溶液
中に十分な濃度で存在する。半導体層が約１〜５μｍの
適切な層厚を有する場合、所望の交換は例えば７０℃に
温めた溶液中で数分以内に完了する。溶液の温度及びイ
オン濃度を一層高めることによりイオン交換は促進され
る。陽イオン交換が行われる層領域の深さは例えば処理
時間によって調整可能である。その際接合領域内に“旧
”及び“新”陽イオンが混合相を形成する薄層領域が観
察されるとしてもそれは半導体接合の品質にとって何ら
の意味をも有さない。
に行うことができ、更に良好に制御可能である。これら
の交換すべき“新しい”イオンは、この交換を高めた温
度で例えば半導体層を浸漬することによって行う水溶液
中に十分な濃度で存在する。半導体層が約１〜５μｍの
適切な層厚を有する場合、所望の交換は例えば７０℃に
温めた溶液中で数分以内に完了する。溶液の温度及びイ
オン濃度を一層高めることによりイオン交換は促進され
る。陽イオン交換が行われる層領域の深さは例えば処理
時間によって調整可能である。その際接合領域内に“旧
”及び“新”陽イオンが混合相を形成する薄層領域が観
察されるとしてもそれは半導体接合の品質にとって何ら
の意味をも有さない。
【００１５】吸収体層の厚さは、入射する太陽光線がそ
の中に完全に吸収されるように定める。そのためには層
厚１〜２μｍの二セレン化銅ガリウムで十分である。層
厚がこの最適の厚さ範囲を越える場合、これから構成さ
れた太陽電池の効率は減少することが観察される。窓層
の材料は可視光線を極く僅か吸収するに過ぎない。それ
は二セレン化銅アルミニウムに対して２．５ｅＶを上回
るエネルギーギャップ例えば２．７ｅＶを有するからで
ある。窓層はできる限り薄く構成し、半導体層の全層厚
の約１〜５０％とする。しかしこれは少なくとも、窓層
に入り込む空間電荷帯域分を収容することができる程度
に厚くなければならない。例えば空間電荷帯域の半分の
長さ、すなわち約２０〜１００ｎｍに相当する厚さで十
分である。
の中に完全に吸収されるように定める。そのためには層
厚１〜２μｍの二セレン化銅ガリウムで十分である。層
厚がこの最適の厚さ範囲を越える場合、これから構成さ
れた太陽電池の効率は減少することが観察される。窓層
の材料は可視光線を極く僅か吸収するに過ぎない。それ
は二セレン化銅アルミニウムに対して２．５ｅＶを上回
るエネルギーギャップ例えば２．７ｅＶを有するからで
ある。窓層はできる限り薄く構成し、半導体層の全層厚
の約１〜５０％とする。しかしこれは少なくとも、窓層
に入り込む空間電荷帯域分を収容することができる程度
に厚くなければならない。例えば空間電荷帯域の半分の
長さ、すなわち約２０〜１００ｎｍに相当する厚さで十
分である。
【００１６】本発明方法をベースとするこの２つの基本
的構成は、２つの異なる型の太陽電池を作る。半導体層
をまず窓材料から形成する場合、透明な第１の電極層を
有する透明な基板を使用しなければならない。このいわ
ゆるスーパーストレート電池（Ｓｕｐｅｒｓｔｒａｔｅ
−Ｚｅｌｌｅ）の場合の光の入射は基板、透明な第１の
電極層及び窓層を通って吸収体層に達する。第２の構成
はいわゆる基板電池をもたらすが、これは標準的な一般
に金属性の第１の電極層を有する非透明の基板上に形成
することができる。その際光の入射は透明に施された第
２の電極層及び窓層を通って吸収体層に達する。
的構成は、２つの異なる型の太陽電池を作る。半導体層
をまず窓材料から形成する場合、透明な第１の電極層を
有する透明な基板を使用しなければならない。このいわ
ゆるスーパーストレート電池（Ｓｕｐｅｒｓｔｒａｔｅ
−Ｚｅｌｌｅ）の場合の光の入射は基板、透明な第１の
電極層及び窓層を通って吸収体層に達する。第２の構成
はいわゆる基板電池をもたらすが、これは標準的な一般
に金属性の第１の電極層を有する非透明の基板上に形成
することができる。その際光の入射は透明に施された第
２の電極層及び窓層を通って吸収体層に達する。
【００１７】
【実施例】次に本発明を実施例及びその図面に基づき詳
述する。
述する。
【００１８】まずスーパーストレート配列での太陽電池
の製造方法を、各工程を示す図１ａ〜ｃについて説明す
る。
の製造方法を、各工程を示す図１ａ〜ｃについて説明す
る。
【００１９】基板としてはガラス板１を用い、このガラ
ス板１は透明な導体（ＴＣＯ）の薄い層２、例えば弗素
ドープされた酸化錫（ＳｎＯ２：Ｆ）で被覆されている
。こ の第１の電極層２及び基板１の材料は、可視光線
に対して最小の吸収性を有し、従ってこれらは基板を介
して照射される太陽電池用として極めて適している。
ス板１は透明な導体（ＴＣＯ）の薄い層２、例えば弗素
ドープされた酸化錫（ＳｎＯ２：Ｆ）で被覆されている
。こ の第１の電極層２及び基板１の材料は、可視光線
に対して最小の吸収性を有し、従ってこれらは基板を介
して照射される太陽電池用として極めて適している。
【００２０】半導体層３を作るため、すでに二セレン化
銅インジウム（ＣＩＳ）を作るのに効果的に使用されて
いるような、テスト済みの技術を利用する。本方法の場
合、半導体層を多結晶の二セレン化銅アルミニウム（Ｃ
ｕＡｌＳｅ２）の窓層材料か ら、有利には銅及びアル
ミニウムの金属層をスパッタリングすることにより作り
、これを引続きセレン化水素を含む雰囲気中で約４００
〜５００℃で熱処理する。これらの条件の下に金属性の
銅及びアルミニウム層は三元化合物すなわち二セレン化
銅アルミニウムに移行する。これは厚さ１〜５μｍ、し
かし有利には１〜２μｍの均質な多結晶半導体層３を生
じる。半導体層３を得る他の方法において、銅層及びア
ルミニウム層のスパッタリングを蒸着法によって代える
ことも可能であり、さらにセレン化水素雰囲気中でのセ
レン化に先立って元素状セレンを蒸着させることもでき
る。しかし層のスパッタリング処理は、この方法がかな
り大きな基板表面に対しても適している点で有利である
。図１ａはこの工程までに得られたもの（１、２、３）
を示す。
銅インジウム（ＣＩＳ）を作るのに効果的に使用されて
いるような、テスト済みの技術を利用する。本方法の場
合、半導体層を多結晶の二セレン化銅アルミニウム（Ｃ
ｕＡｌＳｅ２）の窓層材料か ら、有利には銅及びアル
ミニウムの金属層をスパッタリングすることにより作り
、これを引続きセレン化水素を含む雰囲気中で約４００
〜５００℃で熱処理する。これらの条件の下に金属性の
銅及びアルミニウム層は三元化合物すなわち二セレン化
銅アルミニウムに移行する。これは厚さ１〜５μｍ、し
かし有利には１〜２μｍの均質な多結晶半導体層３を生
じる。半導体層３を得る他の方法において、銅層及びア
ルミニウム層のスパッタリングを蒸着法によって代える
ことも可能であり、さらにセレン化水素雰囲気中でのセ
レン化に先立って元素状セレンを蒸着させることもでき
る。しかし層のスパッタリング処理は、この方法がかな
り大きな基板表面に対しても適している点で有利である
。図１ａはこの工程までに得られたもの（１、２、３）
を示す。
【００２１】半導体層３の材料は、２．７ｅＶのエネル
ギーギャップを有する窓材料である。この半導体層の１
部すなわち上方層領域５はこの時点で二セレン化銅ガリ
ウムに移行する。更に二セレン化銅アルミニウム層を、
２０〜１００℃の温度に保持されたガリウムイオン含有
水溶液に浸漬する。この溶液は高濃度のガリウムイオン
の他に平衡濃度の銅イオンを含有している。二セレン化
銅アルミニウム及び二セレン化銅ガリウムは同じ結晶格
子を有することから、アルミニウムからガリウムへのイ
オン交換は急速に行われ、溶液の温度にのみ関係する。 イオン交換の程度又はイオン交換された上方層領域５の
厚さは窓材料（ＣｕＡｌＳｅ２ ）の導電率によって決
定され、半導体層３の全層厚の５０〜９９％であってよ
い。導電率の不良な層はこれよりも薄く構成するのが有
利である。所望の厚さはイオン交換工程の温度のパラメ
ータ及び継続時間を変えることにより調整される。例え
ば溶液の温度９０℃及び継続時間最大１０分間がこの処
理にとって代表的なものである。図１ｂは元の半導体層
３の上方層領域５がこの時点で二セレン化銅ガリウムに
移行された配列を示すものである。上方層領域５のｐ導
電性吸収体材料と比べて下方層領域４中の不変の窓材料
の電子伝導性は異なることから、両層領域間の境界面に
ヘテロ接合６が生じ、その周囲には空間電荷帯域が形成
される。
ギーギャップを有する窓材料である。この半導体層の１
部すなわち上方層領域５はこの時点で二セレン化銅ガリ
ウムに移行する。更に二セレン化銅アルミニウム層を、
２０〜１００℃の温度に保持されたガリウムイオン含有
水溶液に浸漬する。この溶液は高濃度のガリウムイオン
の他に平衡濃度の銅イオンを含有している。二セレン化
銅アルミニウム及び二セレン化銅ガリウムは同じ結晶格
子を有することから、アルミニウムからガリウムへのイ
オン交換は急速に行われ、溶液の温度にのみ関係する。 イオン交換の程度又はイオン交換された上方層領域５の
厚さは窓材料（ＣｕＡｌＳｅ２ ）の導電率によって決
定され、半導体層３の全層厚の５０〜９９％であってよ
い。導電率の不良な層はこれよりも薄く構成するのが有
利である。所望の厚さはイオン交換工程の温度のパラメ
ータ及び継続時間を変えることにより調整される。例え
ば溶液の温度９０℃及び継続時間最大１０分間がこの処
理にとって代表的なものである。図１ｂは元の半導体層
３の上方層領域５がこの時点で二セレン化銅ガリウムに
移行された配列を示すものである。上方層領域５のｐ導
電性吸収体材料と比べて下方層領域４中の不変の窓材料
の電子伝導性は異なることから、両層領域間の境界面に
ヘテロ接合６が生じ、その周囲には空間電荷帯域が形成
される。
【００２２】太陽電池を完成させる最終工程として、適
切な、すなわち高導電性、反射性で半導体層中に拡散し
ない第２の電極層７（これは太陽電池の背面電極である
）を作ることが行われる。これらの前提を満たしかつ二
セレン化銅ガリウムに対し良好な付着性を有する適切な
金属はモリブデンである。図１ｃは太陽電池の完成構造
を示す。
切な、すなわち高導電性、反射性で半導体層中に拡散し
ない第２の電極層７（これは太陽電池の背面電極である
）を作ることが行われる。これらの前提を満たしかつ二
セレン化銅ガリウムに対し良好な付着性を有する適切な
金属はモリブデンである。図１ｃは太陽電池の完成構造
を示す。
【００２３】次に基板配列での黄銅鉱太陽電池の製造方
法を、各工程を示す図２ａ〜ｃについて説明する。
法を、各工程を示す図２ａ〜ｃについて説明する。
【００２４】この配列は背面から太陽電池を照射するの
に適しており、従って不透明な基板８から出発すること
ができる。第１の製造工程で電気絶縁性基板８上に、例
えば良導電性で高反射性の金属からなる第１の電極層９
を設ける。その上に二セレン化銅ガリウムからなる半導
体層１０を厚さ１〜５μｍ、有利には１〜２μｍに析出
させる。この製造もＣＩＳを製造する方法と同様にして
行うかまたは第１の実施例におけるように二セレン化銅
アルミニウムの製造と同様に行うことができる。図２ａ
はこの段階における配列（８、９、１０）を示す。
に適しており、従って不透明な基板８から出発すること
ができる。第１の製造工程で電気絶縁性基板８上に、例
えば良導電性で高反射性の金属からなる第１の電極層９
を設ける。その上に二セレン化銅ガリウムからなる半導
体層１０を厚さ１〜５μｍ、有利には１〜２μｍに析出
させる。この製造もＣＩＳを製造する方法と同様にして
行うかまたは第１の実施例におけるように二セレン化銅
アルミニウムの製造と同様に行うことができる。図２ａ
はこの段階における配列（８、９、１０）を示す。
【００２５】１．６８ｅＶの良好な吸収体である多結晶
半導体層１０を、その上方層領域１２内においてイオン
交換することにより窓層に移行させる。このため第１の
実施例のイオン交換を逆の方向で行い、半導体層１０を
アルミニウムイオンを含有する溶液中に浸漬する。イオ
ン交換により、半導体層１０の全層厚の約１〜５０％に
当たる上方層領域内に、良好な多結晶性の二セレン化銅
アルミニウム層１２を作る。同時にこれにより上方層領
域１２中のエネルギーギャップは拡大され、こうして太
陽電池の窓層が得られる（図２ｂ）。
半導体層１０を、その上方層領域１２内においてイオン
交換することにより窓層に移行させる。このため第１の
実施例のイオン交換を逆の方向で行い、半導体層１０を
アルミニウムイオンを含有する溶液中に浸漬する。イオ
ン交換により、半導体層１０の全層厚の約１〜５０％に
当たる上方層領域内に、良好な多結晶性の二セレン化銅
アルミニウム層１２を作る。同時にこれにより上方層領
域１２中のエネルギーギャップは拡大され、こうして太
陽電池の窓層が得られる（図２ｂ）。
【００２６】本発明方法の１変形例では、ガリウムイオ
ンをアルミニウムイオンと交換する代わりに、層１０の
両陽イオン（銅及びガリウム）を亜鉛と交換することも
でき、この場合セレン化亜鉛を有する上方層領域内に同
様に窓材料として極めて適した半導体が得られる。この
方法は、陽イオンを全く緩衝する必要がなく、従って平
衡濃度の調整を省くことができるという利点を有する。
ンをアルミニウムイオンと交換する代わりに、層１０の
両陽イオン（銅及びガリウム）を亜鉛と交換することも
でき、この場合セレン化亜鉛を有する上方層領域内に同
様に窓材料として極めて適した半導体が得られる。この
方法は、陽イオンを全く緩衝する必要がなく、従って平
衡濃度の調整を省くことができるという利点を有する。
【００２７】図２ｃは、最終層として第２の電極層１３
を有する基板配列の完成太陽電池を示すものである。上
側が光の入射側であることから、この場合にも透明な導
電性の酸化物を使用する。これは例えば酸化亜鉛又はイ
ンジウム酸化錫（ＩＴＯ）で実現することができる。
を有する基板配列の完成太陽電池を示すものである。上
側が光の入射側であることから、この場合にも透明な導
電性の酸化物を使用する。これは例えば酸化亜鉛又はイ
ンジウム酸化錫（ＩＴＯ）で実現することができる。
【００２８】本発明による黄銅鉱太陽電池の上記の全て
の実施例は、吸収体層の高品質性、不純物の少ないヘテ
ロ接合及び高い効率において優れている。本発明の方法
は他の公知の黄銅鉱材料からなる太陽電池に比べて簡単
である。電池構造に使用される化合物は環境汚染の恐れ
のないものである。
の実施例は、吸収体層の高品質性、不純物の少ないヘテ
ロ接合及び高い効率において優れている。本発明の方法
は他の公知の黄銅鉱材料からなる太陽電池に比べて簡単
である。電池構造に使用される化合物は環境汚染の恐れ
のないものである。
【図１】本発明の一実施例の各工程における太陽電池の
断面図である。
断面図である。
【図２】本発明の別の実施例の各工程における太陽電池
の断面図である。
の断面図である。
１ 基板
２ 第１の電極層
３ 半導体層
４ 下方層領域
５ 上方層領域
６ ヘテロ接合
７ 第２の電極層
８ 基板
９ 第１の電極層
１０ 半導体層
１２ 上方層領域
１３ 第２の電極層
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4023510 | 1990-07-24 | ||
| DE4023510.6 | 1990-07-24 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04233772A true JPH04233772A (ja) | 1992-08-21 |
Family
ID=6410920
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3203203A Withdrawn JPH04233772A (ja) | 1990-07-24 | 1991-07-19 | 黄銅鉱太陽電池の製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5137835A (ja) |
| EP (1) | EP0468094B1 (ja) |
| JP (1) | JPH04233772A (ja) |
| DE (1) | DE59009771D1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2004532501A (ja) * | 2001-01-31 | 2004-10-21 | サン−ゴバン グラス フランス | 電極を備えた透明基材 |
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