JPH04348542A - ＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜太陽電池の製造方法 - Google Patents
ＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜太陽電池の製造方法Info
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- JPH04348542A JPH04348542A JP3120522A JP12052291A JPH04348542A JP H04348542 A JPH04348542 A JP H04348542A JP 3120522 A JP3120522 A JP 3120522A JP 12052291 A JP12052291 A JP 12052291A JP H04348542 A JPH04348542 A JP H04348542A
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Classifications
-
- 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
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- 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
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- 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
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
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、ＣｕＩｎＳｅ２ 系化
合物薄膜を活性層として用いたＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜
太陽電池の製造方法に関する。
合物薄膜を活性層として用いたＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜
太陽電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜太陽電池は非晶
質シリコン薄膜太陽電池と共に低コストで大面積の太陽
電池として実用化が期待されている。特にＣｕＩｎＳｅ
２ 膜の光学的バンドギャップＥｇが約１．０ｅＶと狭
いので、Ｅｇが約１．７ｅＶであるａ−Ｓｉ膜では利用
できない長波長光を有効に光電変換できるため、ａ−Ｓ
ｉ太陽電池とＣｕＩｎＳｅ２ 薄膜太陽電池を積層する
ことにより高効率のタンデム型薄膜太陽電池とする方式
も有望である。
質シリコン薄膜太陽電池と共に低コストで大面積の太陽
電池として実用化が期待されている。特にＣｕＩｎＳｅ
２ 膜の光学的バンドギャップＥｇが約１．０ｅＶと狭
いので、Ｅｇが約１．７ｅＶであるａ−Ｓｉ膜では利用
できない長波長光を有効に光電変換できるため、ａ−Ｓ
ｉ太陽電池とＣｕＩｎＳｅ２ 薄膜太陽電池を積層する
ことにより高効率のタンデム型薄膜太陽電池とする方式
も有望である。
【０００３】図２はＣｕＩｎＳｅ２ 薄膜太陽電池の代
表的な構造を示す。図において、表面平滑なものが入手
しやすいガラス板１の上に裏面電極としてのＭｏ薄膜２
が被着され、その上に１〜４μｍ程度の厚さのｐ型のＣ
ｕＩｎＳｅ２ 膜３， ０．０５〜０．１μｍ程度の厚
さのｎ型のＣｄＳ膜４またはＣｄＺｎＳ膜および約１．
０μｍの厚さの透明導電膜であるＺｎＯ膜５が積層され
ている。この積層構造に光９が入射したときに生ずる起
電力は、裏面電極２に設けられた端子６とＺｎＯ膜５に
設けられた電極端子７から負荷８に供給される。
表的な構造を示す。図において、表面平滑なものが入手
しやすいガラス板１の上に裏面電極としてのＭｏ薄膜２
が被着され、その上に１〜４μｍ程度の厚さのｐ型のＣ
ｕＩｎＳｅ２ 膜３， ０．０５〜０．１μｍ程度の厚
さのｎ型のＣｄＳ膜４またはＣｄＺｎＳ膜および約１．
０μｍの厚さの透明導電膜であるＺｎＯ膜５が積層され
ている。この積層構造に光９が入射したときに生ずる起
電力は、裏面電極２に設けられた端子６とＺｎＯ膜５に
設けられた電極端子７から負荷８に供給される。
【０００４】この太陽電池の製造における最も重要な工
程は活性層であるＣｕＩｎＳｅ２ 膜３の形成である。 このＣｕＩｎＳｅ２ 膜の形成方法としては、三源同時
蒸着法， 二段階セレン化法， Ｈ２ Ｓｅを用いたセ
レン化法， スパッタ法， スプレー法， 電着法など
種々の方法が試みられている。このうち、良好な太陽電
池特性が得られているのは、例えば雑誌「材料科学」第
２５巻， Ｐ．１６８（１９８８年） に中田らによっ
て述べられている三源同時蒸着法などである。三源同時
蒸着法は、真空槽中にＣｕ蒸発源， Ｉｎ蒸発源および
Ｓｅ蒸発源を備えた蒸着装置を用い、３５０ 〜４００
℃に加熱した基板上にそれぞれの蒸発源から同時に蒸
発させたＣｕ， Ｉｎ， Ｓｅを蒸着する方法である。 いずれの方法を用いても、形成されるＣｕＩｎＳｅ２
膜中のＣｕ， Ｉｎ， Ｓｅの組成を制御することが重
要であることが知られている。
程は活性層であるＣｕＩｎＳｅ２ 膜３の形成である。 このＣｕＩｎＳｅ２ 膜の形成方法としては、三源同時
蒸着法， 二段階セレン化法， Ｈ２ Ｓｅを用いたセ
レン化法， スパッタ法， スプレー法， 電着法など
種々の方法が試みられている。このうち、良好な太陽電
池特性が得られているのは、例えば雑誌「材料科学」第
２５巻， Ｐ．１６８（１９８８年） に中田らによっ
て述べられている三源同時蒸着法などである。三源同時
蒸着法は、真空槽中にＣｕ蒸発源， Ｉｎ蒸発源および
Ｓｅ蒸発源を備えた蒸着装置を用い、３５０ 〜４００
℃に加熱した基板上にそれぞれの蒸発源から同時に蒸
発させたＣｕ， Ｉｎ， Ｓｅを蒸着する方法である。 いずれの方法を用いても、形成されるＣｕＩｎＳｅ２
膜中のＣｕ， Ｉｎ， Ｓｅの組成を制御することが重
要であることが知られている。
【０００５】図３は従来のＣｕＩｎＳｅ２ 薄膜太陽電
池の製造工程を示す。この工程で、ＣｕＩｎＳｅ２膜の
上にＣｄＳ膜を積層した後でＯ２ または空気中で２０
０ ℃程度で熱処理することが重要であることも知られ
ている。
池の製造工程を示す。この工程で、ＣｕＩｎＳｅ２膜の
上にＣｄＳ膜を積層した後でＯ２ または空気中で２０
０ ℃程度で熱処理することが重要であることも知られ
ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、実際にＣｕＩ
ｎＳｅ２ 膜を三源同時蒸着法で形成し、図３の工程に
より図２の構造をもつＣｕＩｎＳｅ２ 薄膜太陽電池を
試作したところ、ＣｕＩｎＳｅ２ 膜の成膜ロットによ
り特性が大きく異なり、ＣｕＩｎＳｅ２ 膜の組成がほ
ぼ等しいにもかかわらず、特性の良いものと悪いものが
あり、良品率が低いことが判明した。イオンマイクロア
ナライザによりＣｕＩｎＳｅ２ 膜の厚さ方向の組成分
布、電子プローブマイクロアナライザにより膜面内の組
成分布、走査型電子顕微鏡により膜表面の形状観察、Ｘ
線回折あるいはレーザラマン分光によりＣｕＩｎＳｅ２
結晶構造、ＩＣＰプラズマ発光分析により膜の組成定
量分析を行ったが、いずれの場合も得られたデータに特
性の良・不良の間の有意差を見出すことはできなかった
。この試作の詳細は次の通りである。
ｎＳｅ２ 膜を三源同時蒸着法で形成し、図３の工程に
より図２の構造をもつＣｕＩｎＳｅ２ 薄膜太陽電池を
試作したところ、ＣｕＩｎＳｅ２ 膜の成膜ロットによ
り特性が大きく異なり、ＣｕＩｎＳｅ２ 膜の組成がほ
ぼ等しいにもかかわらず、特性の良いものと悪いものが
あり、良品率が低いことが判明した。イオンマイクロア
ナライザによりＣｕＩｎＳｅ２ 膜の厚さ方向の組成分
布、電子プローブマイクロアナライザにより膜面内の組
成分布、走査型電子顕微鏡により膜表面の形状観察、Ｘ
線回折あるいはレーザラマン分光によりＣｕＩｎＳｅ２
結晶構造、ＩＣＰプラズマ発光分析により膜の組成定
量分析を行ったが、いずれの場合も得られたデータに特
性の良・不良の間の有意差を見出すことはできなかった
。この試作の詳細は次の通りである。
【０００７】ガラス基板１の上のＭｏからなる裏面電極
２はスパッタ法で約１．０μｍの厚さに形成した。その
上のｐ型ＣｕＩｎＳｅ２ 薄膜３は、組成を少し変えた
２層構造で、全体の厚さを２〜４μｍになるようにした
。１層目のＣｕＩｎＳｅ２ 膜はＣｕ／Ｉｎ＝１．１の
設定で基板温度３５０ ℃で形成し、２層目のＣｕＩｎ
Ｓｅ２ 膜はＣｕ／Ｉｎ＝０．７の設定で基板温度４５
０ ℃で形成した。形成された二層構造のＣｕＩｎＳｅ
２ 膜の平均の組成はＩＣＰプラズマ発光分析を用いた
化学分析の結果、多くのＣｕＩｎＳｅ２ ロットにおい
てＣｕ／Ｉｎ＝０．８５〜１．０， Ｓｅ／ （Ｃｕ＋
Ｉｎ） ＝１．０〜１．１とほぼ一定であった。ｎ型Ｃ
ｄＳ膜４は電子ビーム蒸着法により約０．１μｍの厚さ
に成膜し、ＺｎＯ膜５はＡｌ２ Ｏ３ を約２〜３％含
有するＺｎＯをターゲツトとしてスパッタ法により約１
μｍの厚さに形成した。熱処理は乾燥空気中， ２３０
℃で２〜１０時間行った。
２はスパッタ法で約１．０μｍの厚さに形成した。その
上のｐ型ＣｕＩｎＳｅ２ 薄膜３は、組成を少し変えた
２層構造で、全体の厚さを２〜４μｍになるようにした
。１層目のＣｕＩｎＳｅ２ 膜はＣｕ／Ｉｎ＝１．１の
設定で基板温度３５０ ℃で形成し、２層目のＣｕＩｎ
Ｓｅ２ 膜はＣｕ／Ｉｎ＝０．７の設定で基板温度４５
０ ℃で形成した。形成された二層構造のＣｕＩｎＳｅ
２ 膜の平均の組成はＩＣＰプラズマ発光分析を用いた
化学分析の結果、多くのＣｕＩｎＳｅ２ ロットにおい
てＣｕ／Ｉｎ＝０．８５〜１．０， Ｓｅ／ （Ｃｕ＋
Ｉｎ） ＝１．０〜１．１とほぼ一定であった。ｎ型Ｃ
ｄＳ膜４は電子ビーム蒸着法により約０．１μｍの厚さ
に成膜し、ＺｎＯ膜５はＡｌ２ Ｏ３ を約２〜３％含
有するＺｎＯをターゲツトとしてスパッタ法により約１
μｍの厚さに形成した。熱処理は乾燥空気中， ２３０
℃で２〜１０時間行った。
【０００８】このようにして作製したＣｕＩｎＳｅ２
薄膜太陽電池の特性、すなわち変換効率はＣｕＩｎＳｅ
２ 膜の形成ロットにより大きく異なった値を示した。 このうちＣｕＩｎＳｅ２ の化学分析結果の組成のＣｕ
／Ｉｎ＝０．８５〜１．０， Ｓｅ／（Ｃｕ＋Ｉｎ）
＝１．０〜１．１とほぼ一定であるロットだけでみても
、変換効率ηの値がη〜１０％程度と良いものと、η＜
０．１％と非常に悪いものがあった。表１はＣｕＩｎＳ
ｅ２ 膜の組成がＣｕ／Ｉｎ＝０．８５〜１．０， Ｓ
ｅ／ （Ｃｕ＋Ｉｎ） ＝１．０〜１．１の間にあり、
そのセル特性が良いものおよび悪いもの合計６ロットに
ついてのＣｕＩｎＳｅ２ 膜の組成とセル特性の値を示
したものである。
薄膜太陽電池の特性、すなわち変換効率はＣｕＩｎＳｅ
２ 膜の形成ロットにより大きく異なった値を示した。 このうちＣｕＩｎＳｅ２ の化学分析結果の組成のＣｕ
／Ｉｎ＝０．８５〜１．０， Ｓｅ／（Ｃｕ＋Ｉｎ）
＝１．０〜１．１とほぼ一定であるロットだけでみても
、変換効率ηの値がη〜１０％程度と良いものと、η＜
０．１％と非常に悪いものがあった。表１はＣｕＩｎＳ
ｅ２ 膜の組成がＣｕ／Ｉｎ＝０．８５〜１．０， Ｓ
ｅ／ （Ｃｕ＋Ｉｎ） ＝１．０〜１．１の間にあり、
そのセル特性が良いものおよび悪いもの合計６ロットに
ついてのＣｕＩｎＳｅ２ 膜の組成とセル特性の値を示
したものである。
【０００９】
【表１】
【００１０】この６ロットのＣｕＩｎＳｅ２ 膜につい
て組成の化学分析の他にイオンマイクロアナライザによ
る深さ方向元素分布分析， 電子プローブマイクロアナ
ライザによる元素の面内分布分析， 走査型電子顕微鏡
による表面形状観察， Ｘ線回折およびレーザラマン分
光による結晶構造解析などを行ったが、いずれの分析あ
るいは解析結果にも特性 （変換効率） の良品ロット
と不良品ロットとの間の有意差は認められなかった。
て組成の化学分析の他にイオンマイクロアナライザによ
る深さ方向元素分布分析， 電子プローブマイクロアナ
ライザによる元素の面内分布分析， 走査型電子顕微鏡
による表面形状観察， Ｘ線回折およびレーザラマン分
光による結晶構造解析などを行ったが、いずれの分析あ
るいは解析結果にも特性 （変換効率） の良品ロット
と不良品ロットとの間の有意差は認められなかった。
【００１１】本発明の目的は、上述の問題を解決し、Ｃ
ｕＩｎＳｅ２ 系薄膜の成膜後、その膜の効果的評価を
行うことによって良品率を向上させることのできるＣｕ
ＩｎＳｅ２ 系薄膜太陽電池の製造方法を提供すること
にある。
ｕＩｎＳｅ２ 系薄膜の成膜後、その膜の効果的評価を
行うことによって良品率を向上させることのできるＣｕ
ＩｎＳｅ２ 系薄膜太陽電池の製造方法を提供すること
にある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜太陽電池の製造
方法は活性層に用いるＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜の評価を
、その薄膜に１．０ｅＶ以上の光子エネルギーを持つ光
を照射した場合に発するルミネッセンス光の発光強度の
測定結果により行うものとする。ルミネッセンス発光の
ための光の照射を露出したＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜へ行
っても、少なくとも表面層が導電性である基板上に形成
したＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜の上に成膜したＣｄＳ膜あ
るいはＣｄＺｎＳ膜を通して行っても、もしくはＣｄＳ
膜あるいはＣｄＺｎＳ膜とその上にさらに成膜したＺｎ
Ｏ膜を通して行ってもよい。そして、少なくとも表面層
が導電性である基板上に少なくともＣｕＩｎＳｅ２ 系
薄膜を形成する工程が終了後、同一工程で作製したＣｕ
ＩｎＳｅ２ 系薄膜試料を液体ちっ素温度に冷却し、レ
ーザ光を照射してその試料の発するルミネッセンス光を
測定し、そのスペクトルの光子エネルギー０．８〜０．
９ｅＶの領域での最大発光強度が所定の値以上にあるか
、あるいは０．９〜１．０ｅＶの領域での最大発光強度
の２倍以上である場合にそれ以後の工程に進むことが効
果的である。もしくは、上述のＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜
試料を液体ヘリウム温度に冷却し、レーザ光を照射して
その試料の発するルミネッセンス光を測定し、そのスペ
クトルの光子エネルギー０．８〜０．９ｅＶの領域での
最大発光強度が所定の値以上にある場合にそれ以後の工
程に進むことが効果的である。なお、照射レーザ光の光
源としては、ＡｒレーザあるいはＨｅ−Ｎｅレーザを用
いるとよい。
めに、本発明のＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜太陽電池の製造
方法は活性層に用いるＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜の評価を
、その薄膜に１．０ｅＶ以上の光子エネルギーを持つ光
を照射した場合に発するルミネッセンス光の発光強度の
測定結果により行うものとする。ルミネッセンス発光の
ための光の照射を露出したＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜へ行
っても、少なくとも表面層が導電性である基板上に形成
したＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜の上に成膜したＣｄＳ膜あ
るいはＣｄＺｎＳ膜を通して行っても、もしくはＣｄＳ
膜あるいはＣｄＺｎＳ膜とその上にさらに成膜したＺｎ
Ｏ膜を通して行ってもよい。そして、少なくとも表面層
が導電性である基板上に少なくともＣｕＩｎＳｅ２ 系
薄膜を形成する工程が終了後、同一工程で作製したＣｕ
ＩｎＳｅ２ 系薄膜試料を液体ちっ素温度に冷却し、レ
ーザ光を照射してその試料の発するルミネッセンス光を
測定し、そのスペクトルの光子エネルギー０．８〜０．
９ｅＶの領域での最大発光強度が所定の値以上にあるか
、あるいは０．９〜１．０ｅＶの領域での最大発光強度
の２倍以上である場合にそれ以後の工程に進むことが効
果的である。もしくは、上述のＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜
試料を液体ヘリウム温度に冷却し、レーザ光を照射して
その試料の発するルミネッセンス光を測定し、そのスペ
クトルの光子エネルギー０．８〜０．９ｅＶの領域での
最大発光強度が所定の値以上にある場合にそれ以後の工
程に進むことが効果的である。なお、照射レーザ光の光
源としては、ＡｒレーザあるいはＨｅ−Ｎｅレーザを用
いるとよい。
【００１３】
【作用】薄膜太陽電池の活性層として用いるＣｕＩｎＳ
ｅ２ 系薄膜としては、どのような格子欠陥の存在が望
ましくないのか、あるいはバンドギャップ内にどういう
準位に存在するのが望ましいのかがわかっていない。そ
のため、各種の分析あるいは解析の結果を製造されたＣ
ｕＩｎＳｅ２ 系薄膜太陽電池の特性に結び付けること
ができなかった。 一方、フォトルミネッセンスは発光材料の発光特性，
発光スペクトルあるいはバンドギャップ内の準位の状態
と関係づけられていたが、ＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜の膜
質との関係は知られていなかった。しかし、フォトルミ
ネッセンスの測定はＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜の太陽電池
の活性層として適当な準位の状態を検知するのに役立つ
ことがわかったので、これを利用してＣｕＩｎＳｅ２
系薄膜の評価を行うことが可能になった。
ｅ２ 系薄膜としては、どのような格子欠陥の存在が望
ましくないのか、あるいはバンドギャップ内にどういう
準位に存在するのが望ましいのかがわかっていない。そ
のため、各種の分析あるいは解析の結果を製造されたＣ
ｕＩｎＳｅ２ 系薄膜太陽電池の特性に結び付けること
ができなかった。 一方、フォトルミネッセンスは発光材料の発光特性，
発光スペクトルあるいはバンドギャップ内の準位の状態
と関係づけられていたが、ＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜の膜
質との関係は知られていなかった。しかし、フォトルミ
ネッセンスの測定はＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜の太陽電池
の活性層として適当な準位の状態を検知するのに役立つ
ことがわかったので、これを利用してＣｕＩｎＳｅ２
系薄膜の評価を行うことが可能になった。
【００１４】
【実施例】図１は本発明の一実施例のＣｕＩｎＳｅ２
薄膜太陽電池の製造工程を示す。図３と比較すれば明ら
かなように、この実施例ではＣｕＩｎＳｅ２ 膜成膜後
にテストピースのフォトルミネッセンス測定工程が挿入
されている。
薄膜太陽電池の製造工程を示す。図３と比較すれば明ら
かなように、この実施例ではＣｕＩｎＳｅ２ 膜成膜後
にテストピースのフォトルミネッセンス測定工程が挿入
されている。
【００１５】図４は表１に示した６ロットのＣｕＩｎＳ
ｅ２ 膜について測定したフォトルミネッセンスのスペ
クトルを示す。測定条件は次の通りである。 （１） 励起光： Ａｒレーザ光 （５１４．５
ｎｍ）， １０〜３００ｍＷ（２） 試料温度： ７
７Ｋ （液体ちっ素に浸漬）（３） 測定波長域：１〜
１．７μｍ （４） 検出器： Ｇｅ検出器 図４の実線はηが約１０％の特性の良い３ロットのスペ
クトルを示し、点線はη＜０．１％の特性不良の３ロッ
トのスペクトルを示す。特性の良いロットのルミネッセ
ンス強度は特性不良のルミネッセンス強度に比べ大きく
、また、特性の良いロットでは０．８〜０．９ｅＶの領
域で発光が強く、０．９ｅＶ〜１．０ｅＶでは発光が非
常に弱いのに対し、特性不良のロットでは０．９〜１．
０ｅＶの領域にも比較的強い発光成分が存在する。
ｅ２ 膜について測定したフォトルミネッセンスのスペ
クトルを示す。測定条件は次の通りである。 （１） 励起光： Ａｒレーザ光 （５１４．５
ｎｍ）， １０〜３００ｍＷ（２） 試料温度： ７
７Ｋ （液体ちっ素に浸漬）（３） 測定波長域：１〜
１．７μｍ （４） 検出器： Ｇｅ検出器 図４の実線はηが約１０％の特性の良い３ロットのスペ
クトルを示し、点線はη＜０．１％の特性不良の３ロッ
トのスペクトルを示す。特性の良いロットのルミネッセ
ンス強度は特性不良のルミネッセンス強度に比べ大きく
、また、特性の良いロットでは０．８〜０．９ｅＶの領
域で発光が強く、０．９ｅＶ〜１．０ｅＶでは発光が非
常に弱いのに対し、特性不良のロットでは０．９〜１．
０ｅＶの領域にも比較的強い発光成分が存在する。
【００１６】図５は同じ６ロットのＣｕＩｎＳｅ２ 膜
について試料温度を液体ヘリウムに浸漬することによっ
て４．２Ｋにした以外は上述と同じ条件で測定したフォ
トルミネッセンスのスペクトルを示し、実線， 点線の
別は図４と同じである。７７Ｋとは異なり、すべてのロ
ットのＣｕＩｎＳｅ２ 膜で０．９〜１．０ｅＶに比較
的強い発光がみられるが、０．８〜０．９ｅＶの領域で
は特性良品の方が特性不良のロットに比べ強い発光がみ
られる。
について試料温度を液体ヘリウムに浸漬することによっ
て４．２Ｋにした以外は上述と同じ条件で測定したフォ
トルミネッセンスのスペクトルを示し、実線， 点線の
別は図４と同じである。７７Ｋとは異なり、すべてのロ
ットのＣｕＩｎＳｅ２ 膜で０．９〜１．０ｅＶに比較
的強い発光がみられるが、０．８〜０．９ｅＶの領域で
は特性良品の方が特性不良のロットに比べ強い発光がみ
られる。
【００１７】このように、ＣｕＩｎＳｅ２ 膜の組成・
構造を調べる他の方法では良品ロットと不良品ロットと
の間に有意差を見出すことができなかったが、フォトル
ミネッセンスでは両者に顕著な差がみられ、フォトルミ
ネッセンスによりＣｕＩｎＳｅ２ 膜の評価ができるこ
とがわかった。ＣｕＩｎＳｅ２ 膜の組成・構造を調べ
る他の方法では差がみられなかったのに対し、フォトル
ミネッセンスにおいて差がみられたのはフォトルミネッ
センスが結晶格子欠陥や結晶粒界欠陥に敏感であるため
と考えられる。ＣｕＩｎＳｅ２ 膜における０．８〜１
．０ｅＶの発光はＣｕＩｎＳｅ２ の光学的バンドギャ
ップである約１．０ｅＶより若干小さなエネルギーを有
するものであり、レーザ光で励起された光生成キャリア
がバンドギャップ近傍の浅い準位にトラップされ、その
トラップされた電子とホール素子が再結合する際に発光
するものであるが、浅い準位は結晶の格子欠陥に起因す
ると考えられ、また結晶粒界の欠陥は光を放出しない再
結合中心となりルミネッセンス強度を低下させるものと
考えられる。
構造を調べる他の方法では良品ロットと不良品ロットと
の間に有意差を見出すことができなかったが、フォトル
ミネッセンスでは両者に顕著な差がみられ、フォトルミ
ネッセンスによりＣｕＩｎＳｅ２ 膜の評価ができるこ
とがわかった。ＣｕＩｎＳｅ２ 膜の組成・構造を調べ
る他の方法では差がみられなかったのに対し、フォトル
ミネッセンスにおいて差がみられたのはフォトルミネッ
センスが結晶格子欠陥や結晶粒界欠陥に敏感であるため
と考えられる。ＣｕＩｎＳｅ２ 膜における０．８〜１
．０ｅＶの発光はＣｕＩｎＳｅ２ の光学的バンドギャ
ップである約１．０ｅＶより若干小さなエネルギーを有
するものであり、レーザ光で励起された光生成キャリア
がバンドギャップ近傍の浅い準位にトラップされ、その
トラップされた電子とホール素子が再結合する際に発光
するものであるが、浅い準位は結晶の格子欠陥に起因す
ると考えられ、また結晶粒界の欠陥は光を放出しない再
結合中心となりルミネッセンス強度を低下させるものと
考えられる。
【００１８】以上の結果に基づき、ＣｕＩｎＳｅ２ 膜
形成後、フォトルミネッセンスによる中間評価を行って
ロット選別を行えば良品率を向上させることができる。 中間評価の方法としては、薄膜太陽電池製造のために同
一条件でＣｕＩｎＳｅ２ 膜を形成した複数枚の基板の
うちの１枚をテストピースとし、そのテストピースを液
体ちっ素に浸漬してレーザ光を照射してそのルミネッセ
ンス光のスペクトルの光子エネルギー０．８〜０．９ｅ
Ｖの領域での最大発光強度が所定値， 例えば５０ｍＶ
以上であるか、あるいは光子エネルギー０．８〜０．９
ｅＶの領域での最大発光強度が０．９〜１．０ｅＶの領
域での最大発光強度の２倍以上であるロットを良品ロッ
トとし、それ以外のロットを不良品ロットとして以後の
工程に使用しないようにする。テストピースを液体ヘリ
ウムに浸漬した場合には、同様にルミネッセンス光のス
ペクトルの光子エネルギー０．８〜０．９ｅＶの領域で
の最大発光強度が所定価、例えば４０ｍＶ以上であるも
のを良品ロットとする。このような選別によれば、変換
効率ηが約１０．０％の太陽電池が製造できることは表
１から明らかである。もちろん、このような中間評価の
結果をＣｕＩｎＳｅ２ 膜形成条件へフィードバックす
れば、良品率は一層向上する。
形成後、フォトルミネッセンスによる中間評価を行って
ロット選別を行えば良品率を向上させることができる。 中間評価の方法としては、薄膜太陽電池製造のために同
一条件でＣｕＩｎＳｅ２ 膜を形成した複数枚の基板の
うちの１枚をテストピースとし、そのテストピースを液
体ちっ素に浸漬してレーザ光を照射してそのルミネッセ
ンス光のスペクトルの光子エネルギー０．８〜０．９ｅ
Ｖの領域での最大発光強度が所定値， 例えば５０ｍＶ
以上であるか、あるいは光子エネルギー０．８〜０．９
ｅＶの領域での最大発光強度が０．９〜１．０ｅＶの領
域での最大発光強度の２倍以上であるロットを良品ロッ
トとし、それ以外のロットを不良品ロットとして以後の
工程に使用しないようにする。テストピースを液体ヘリ
ウムに浸漬した場合には、同様にルミネッセンス光のス
ペクトルの光子エネルギー０．８〜０．９ｅＶの領域で
の最大発光強度が所定価、例えば４０ｍＶ以上であるも
のを良品ロットとする。このような選別によれば、変換
効率ηが約１０．０％の太陽電池が製造できることは表
１から明らかである。もちろん、このような中間評価の
結果をＣｕＩｎＳｅ２ 膜形成条件へフィードバックす
れば、良品率は一層向上する。
【００１９】なお、ｐ型ＣｕＩｎＳｅ２ 膜３の上に形
成するｎ型ＣｄＳ膜４あるいはＣｄＺｎＳ膜はフォトル
ミネッセンスの励起光であるＡｒの波長５１４．５ｎｍ
の光およびＣｕＩｎＳｅ２ 膜からのルミネッセンス
光を共に透過するため、フォトルミネッセンスの測定は
図６のようにＣｄＳ膜あるいはＣｄＺｎＳ膜形成後に行
っても良い。同様にしてフォトルミネッセンスの測定は
ＺｎＯ膜５形成後に行うこともできるし、またセル製作
の最終工程である熱処理後に行うこともできる。
成するｎ型ＣｄＳ膜４あるいはＣｄＺｎＳ膜はフォトル
ミネッセンスの励起光であるＡｒの波長５１４．５ｎｍ
の光およびＣｕＩｎＳｅ２ 膜からのルミネッセンス
光を共に透過するため、フォトルミネッセンスの測定は
図６のようにＣｄＳ膜あるいはＣｄＺｎＳ膜形成後に行
っても良い。同様にしてフォトルミネッセンスの測定は
ＺｎＯ膜５形成後に行うこともできるし、またセル製作
の最終工程である熱処理後に行うこともできる。
【００２０】このようにフォトルミネッセンスの測定は
製作が完了したＣｕＩｎＳｅ２ 薄膜太陽電池に対して
も行うことができるため、ＣｕＩｎＳｅ２ 薄膜太陽電
池の検査法としても使用できると共に、フォトルミネッ
センス測定結果によりＣｕＩｎＳｅ２ 薄膜太陽電池を
特徴付けることが可能である。
製作が完了したＣｕＩｎＳｅ２ 薄膜太陽電池に対して
も行うことができるため、ＣｕＩｎＳｅ２ 薄膜太陽電
池の検査法としても使用できると共に、フォトルミネッ
センス測定結果によりＣｕＩｎＳｅ２ 薄膜太陽電池を
特徴付けることが可能である。
【００２１】フォトルミネッセンスの測定の励起光とし
てはＡｒレーザの他に、波長６３３ｎｍ のＨｅ−Ｎｅ
レーザを用いてもよいし、ＣｕＩｎＳｅ２ 膜のキャリ
アを励起できるように光子エネルギーが１ｅＶ以上の他
のレーザ光を用いてもよい。ただし、良品ロット選別の
ための０．８〜０．９ｅＶの領域での最大発光強度の所
定値は、フォトルミネッセンス測定のための装置が変わ
るごとに決めなければならない。
てはＡｒレーザの他に、波長６３３ｎｍ のＨｅ−Ｎｅ
レーザを用いてもよいし、ＣｕＩｎＳｅ２ 膜のキャリ
アを励起できるように光子エネルギーが１ｅＶ以上の他
のレーザ光を用いてもよい。ただし、良品ロット選別の
ための０．８〜０．９ｅＶの領域での最大発光強度の所
定値は、フォトルミネッセンス測定のための装置が変わ
るごとに決めなければならない。
【００２２】また、活性層であるＣｕＩｎＳｅ２ のＩ
ｎの一部をＧａで置き換えたものやＳｅの一部をＳで置
き換えた場合においても同様にフォトルミネッセンスに
よる評価は有効である。
ｎの一部をＧａで置き換えたものやＳｅの一部をＳで置
き換えた場合においても同様にフォトルミネッセンスに
よる評価は有効である。
【００２３】あるいは、活性層であるＣｕＩｎＳｅ２
系薄膜の形成方法に三源同時蒸着法の他の二段階セレン
化法， Ｈ２ Ｓｅを用いたセレン化法， スパッタ法
， スプレー法， 電着法などを用いた場合にも本発明
を実施することができる。
系薄膜の形成方法に三源同時蒸着法の他の二段階セレン
化法， Ｈ２ Ｓｅを用いたセレン化法， スパッタ法
， スプレー法， 電着法などを用いた場合にも本発明
を実施することができる。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、ＣｕＩｎＳｅ２ 系薄
膜の膜質評価にフォトルミネッセンスを採用することに
より、ルミネッセンス光の発光強度によって成膜された
ＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜を活性層に用いた薄膜太陽電池
の特性を予測することができ、製造工程の中間段階での
不良ロットの除外あるいはフォトルミネッセンス測定結
果のフィードバックによる成膜工程の制御が可能となっ
て、ＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜太陽電池の製造における良
品率の向上を達成することができた。
膜の膜質評価にフォトルミネッセンスを採用することに
より、ルミネッセンス光の発光強度によって成膜された
ＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜を活性層に用いた薄膜太陽電池
の特性を予測することができ、製造工程の中間段階での
不良ロットの除外あるいはフォトルミネッセンス測定結
果のフィードバックによる成膜工程の制御が可能となっ
て、ＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜太陽電池の製造における良
品率の向上を達成することができた。
【図１】本発明の一実施例のＣｕＩｎＳｅ２ 薄膜太陽
電池の製造工程図
電池の製造工程図
【図２】本発明によって製造される太陽電池の断面図
【
図３】従来のＣｕＩｎＳｅ２ 薄膜太陽電池の製造工程
図
図３】従来のＣｕＩｎＳｅ２ 薄膜太陽電池の製造工程
図
【図４】ＣｕＩｎＳｅ２ 薄膜の７７Ｋでのフォトル
ミネッセンススペクトル図
ミネッセンススペクトル図
【図５】ＣｕＩｎＳｅ２ 薄膜の４．２Ｋでのフォトル
ミネッセンススペクトル図
ミネッセンススペクトル図
【図６】本発明の別の実施例のＣｕＩｎＳｅ２ 薄膜太
陽電池の製造工程図
陽電池の製造工程図
１ 基板
２ 裏面電極
３ ＣｕＩｎＳｅ２ 膜
４ ＣｄＳ膜
５ ＺｎＯ膜
Claims (9)
- 【請求項１】活性層に用いるＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜の
評価を、その薄膜に１．０ｅＶ以上の光子エネルギーを
持つ光を照射した場合に発するルミネッセンス光の発光
強度の測定結果により行うことを特徴とするＣｕＩｎＳ
ｅ２ 系薄膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項２】ルミネッセンス発光のための光の照射を露
出したＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜へ行う請求項１記載のＣ
ｕＩｎＳｅ２ 系薄膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項３】ルミネッセンス発光のための光の照射を少
なくとも表面層が導電性である基板上に形成したＣｕＩ
ｎＳｅ２ 系薄膜の上に成膜したＣｄＳ膜あるいはＣｄ
ＺｎＳ膜を通して行う請求項１記載のＣｕＩｎＳｅ２
系薄膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項４】ルミネッセンス発光のための光の照射を少
なくとも表面層が導電性である基板上に形成したＣｕＩ
ｎＳｅ２ 系薄膜の上に成膜したＣｄＳ膜あるいはＣｄ
ＺｎＳ膜とその上にさらに成膜したＺｎＯ膜を通して行
う請求項１記載のＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜太陽電池の製
造方法。 - 【請求項５】少なくとも表面層が導電性である基板上に
少なくともＣｕＩｎＳｅ２系薄膜を形成する工程が終了
後、同一工程で作製したＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜試料を
液体ちっ素温度に冷却し、レーザ光を照射してその試料
の発するルミネッセンス光を測定し、そのスペクトルの
光子エネルギー０．８〜０．９ｅＶの領域での最大発光
強度が所定の値以上の場合にそれ以後の工程に進む請求
項１ないし４のいずれかに記載のＣｕＩｎＳｅ２ 系薄
膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項６】少なくとも表面層が導電性である基板上に
少なくともＣｕＩｎＳｅ２系薄膜を形成する工程が終了
後、同一工程で作製したＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜試料を
液体ちっ素温度に冷却し、レーザ光を照射してその試料
の発するルミネッセンス光を測定し、そのスペクトルの
光子エネルギー０．８〜０．９ｅＶの領域での最大発光
強度が０．９〜１．０ｅＶの領域での最大発光強度の２
倍以上の場合にそれ以後の工程に進む請求項１ないし４
のいずれかに記載のＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜太陽電池の
製造方法。 - 【請求項７】少なくとも表面層が導電性である基板上に
少なくともＣｕＩｎＳｅ２系薄膜を形成する工程が終了
後、同一工程で作製したＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜試料を
液体ヘリウム温度に冷却し、レーザ光を照射してその試
料の発するルミネッセンス光を測定し、そのスペクトル
の光子エネルギー０．８〜０．９ｅＶの領域での最大発
光強度が所定の値以上にある場合にそれ以後の工程に進
む請求項１ないし４のいずれかに記載のＣｕＩｎＳｅ２
系薄膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項８】照射レーザ光の光源がＡｒレーザである請
求項５， ６あるいは７記載のＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜
太陽電池の製造方法。 - 【請求項９】照射レーザ光の光源がＨｅ−Ｎｅレーザで
ある請求項５， ６あるいは７記載のＣｕＩｎＳｅ２
系薄膜太陽電池の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3120522A JPH04348542A (ja) | 1991-05-27 | 1991-05-27 | ＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜太陽電池の製造方法 |
| JP3305155A JP2984114B2 (ja) | 1991-05-27 | 1991-11-21 | ＣｕＩｎＳｅ２系薄膜太陽電池の製造方法 |
| DE4217454A DE4217454B4 (de) | 1991-05-27 | 1992-05-26 | CuInSe-2-Dünnschicht-Solarzelle und Verfahren zu ihrer Herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3120522A JPH04348542A (ja) | 1991-05-27 | 1991-05-27 | ＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜太陽電池の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04348542A true JPH04348542A (ja) | 1992-12-03 |
Family
ID=14788343
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3120522A Pending JPH04348542A (ja) | 1991-05-27 | 1991-05-27 | ＣｕＩｎＳｅ２ 系薄膜太陽電池の製造方法 |
| JP3305155A Expired - Fee Related JP2984114B2 (ja) | 1991-05-08 | 1991-11-21 | ＣｕＩｎＳｅ２系薄膜太陽電池の製造方法 |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3305155A Expired - Fee Related JP2984114B2 (ja) | 1991-05-08 | 1991-11-21 | ＣｕＩｎＳｅ２系薄膜太陽電池の製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (2) | JPH04348542A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013229487A (ja) * | 2012-04-26 | 2013-11-07 | Kyocera Corp | 光電変換装置の製造方法 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2012115267A1 (ja) * | 2011-02-25 | 2014-07-07 | 京セラ株式会社 | 光電変換素子および光電変換装置 |
| WO2012115265A1 (ja) * | 2011-02-25 | 2012-08-30 | 京セラ株式会社 | 光電変換素子および光電変換装置 |
| JP5694042B2 (ja) | 2011-04-28 | 2015-04-01 | 三洋電機株式会社 | 太陽電池モジュールの評価方法及び太陽電池モジュールの製造方法 |
| JP5741627B2 (ja) * | 2013-04-25 | 2015-07-01 | 株式会社豊田中央研究所 | 光電素子 |
-
1991
- 1991-05-27 JP JP3120522A patent/JPH04348542A/ja active Pending
- 1991-11-21 JP JP3305155A patent/JP2984114B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013229487A (ja) * | 2012-04-26 | 2013-11-07 | Kyocera Corp | 光電変換装置の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0541531A (ja) | 1993-02-19 |
| JP2984114B2 (ja) | 1999-11-29 |
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