JPH0563224A - 薄膜太陽電池の製造方法 - Google Patents
薄膜太陽電池の製造方法Info
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L31/032—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312
- H01L31/0322—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312 comprising only AIBIIICVI chalcopyrite compounds, e.g. Cu In Se2, Cu Ga Se2, Cu In Ga Se2
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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
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- 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
Abstract
(57)【要約】
【目的】CuInSe2 薄膜層を用いた太陽電池では短絡電流
は大きいが開放電圧が低く、Cu (In1-x Gax ) Se2 薄膜
層を用いた太陽電池では開放電圧は向上するが短絡電流
は減少するという問題を解決する。 【構成】表面に金属電極層を有する基板上にCuInSe2 層
およびCu (In1-x Ga x ) Se2 層を基板温度を変えて順次
積層し、その上にCd(Zn)Ｓ層を積層してｐｎ接合を形成
する。これにより適正な光電変換層内のバンドプロファ
イルが得られる。そして、両薄膜層を総計してCu／ (In
＋Ga) 比が0.8〜1.0 であり、またCuInSe2 層の膜厚がC
u (In1-x Gax ) Se2 層の膜厚の1.5 〜２倍とすること
が望ましい。
は大きいが開放電圧が低く、Cu (In1-x Gax ) Se2 薄膜
層を用いた太陽電池では開放電圧は向上するが短絡電流
は減少するという問題を解決する。 【構成】表面に金属電極層を有する基板上にCuInSe2 層
およびCu (In1-x Ga x ) Se2 層を基板温度を変えて順次
積層し、その上にCd(Zn)Ｓ層を積層してｐｎ接合を形成
する。これにより適正な光電変換層内のバンドプロファ
イルが得られる。そして、両薄膜層を総計してCu／ (In
＋Ga) 比が0.8〜1.0 であり、またCuInSe2 層の膜厚がC
u (In1-x Gax ) Se2 層の膜厚の1.5 〜２倍とすること
が望ましい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽光等の光エネルギ
ーを半導体接合により電気エネルギーに変換する薄膜太
陽電池の製造方法に関する。
ーを半導体接合により電気エネルギーに変換する薄膜太
陽電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｉ−III −VI2 族カルコパイライト型三
元系化合物薄膜であるCuInSe2 ( 以下、ＣＩＳと略記)
は、バンドギャップが1.0eV であり、しかも直接遷移型
の材料であるため、赤外光まで吸収できる薄膜太陽電池
材料として期待されている。
元系化合物薄膜であるCuInSe2 ( 以下、ＣＩＳと略記)
は、バンドギャップが1.0eV であり、しかも直接遷移型
の材料であるため、赤外光まで吸収できる薄膜太陽電池
材料として期待されている。
【０００３】図２は、ＣＩＳ薄膜層を用いた従来技術の
太陽電池の断面構造を示す。すなわち、ガラス基板１上
に厚さ0.2 〜２μｍのモリブデン(Mo) からなる金属電
極層２を形成し、その上にｐ型半導体層として厚さ２〜
４μｍのＣＩＳ薄膜層３、ｎ型半導体層として厚さ0.05
〜0.5μｍの硫化カドミウム (CdＳ) 薄膜層４を堆積す
る。これらの膜の堆積には蒸着, スパッタなどの方法を
用いるのが一般的である。こうしてｐ／ｎ接合を形成し
たのち、その上に透明電極層として、酸化亜鉛(ZnＯ)
薄膜層５を１〜４μｍの厚さに積層して太陽電池が形成
される。
太陽電池の断面構造を示す。すなわち、ガラス基板１上
に厚さ0.2 〜２μｍのモリブデン(Mo) からなる金属電
極層２を形成し、その上にｐ型半導体層として厚さ２〜
４μｍのＣＩＳ薄膜層３、ｎ型半導体層として厚さ0.05
〜0.5μｍの硫化カドミウム (CdＳ) 薄膜層４を堆積す
る。これらの膜の堆積には蒸着, スパッタなどの方法を
用いるのが一般的である。こうしてｐ／ｎ接合を形成し
たのち、その上に透明電極層として、酸化亜鉛(ZnＯ)
薄膜層５を１〜４μｍの厚さに積層して太陽電池が形成
される。
【０００４】しかし、ＣＩＳはバンドギャップが小さい
分だけ太陽電池にしたときの開放電圧が低い。そこで、
ＣＩＳのInに置換させる形でGaを混合させたCu (In1-x
Gax ) Se2 ( 以下、ＣＩＧＳと略記) 膜はバンドギャッ
プが大きいため、これをＣＩＳの代わりに用いることが
検討されている。ただし、バンドギャップが大きい分だ
け長波長域での光の吸収は小さくなるため、開放電圧は
上がる代わりに短絡電流は減少する。そのほか、CdＳ薄
膜層４による光吸収ロスを低くするために、Cdの一部を
Znで置換して硫化亜鉛カドミウム (Cd(Zn)Ｓ) として光
学ギャップを広げることも行われる。
分だけ太陽電池にしたときの開放電圧が低い。そこで、
ＣＩＳのInに置換させる形でGaを混合させたCu (In1-x
Gax ) Se2 ( 以下、ＣＩＧＳと略記) 膜はバンドギャッ
プが大きいため、これをＣＩＳの代わりに用いることが
検討されている。ただし、バンドギャップが大きい分だ
け長波長域での光の吸収は小さくなるため、開放電圧は
上がる代わりに短絡電流は減少する。そのほか、CdＳ薄
膜層４による光吸収ロスを低くするために、Cdの一部を
Znで置換して硫化亜鉛カドミウム (Cd(Zn)Ｓ) として光
学ギャップを広げることも行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来のＣ
ＩＳ系の太陽電池においては、ＣＩＳを用いた場合には
短絡電流は大きいが開放電圧が低いという問題点があ
り、ＣＩＧＳを用いた場合には開放電圧の向上は図れる
が短絡電流が減少するという問題点があった。
ＩＳ系の太陽電池においては、ＣＩＳを用いた場合には
短絡電流は大きいが開放電圧が低いという問題点があ
り、ＣＩＧＳを用いた場合には開放電圧の向上は図れる
が短絡電流が減少するという問題点があった。
【０００６】本発明は、ＣＩＳ系の太陽電池において作
成方法を複雑にすることなく上記の問題を解決し、開放
電圧, 短絡電流共に改善することを可能にする薄膜太陽
電池の製造方法を提供することにある。
成方法を複雑にすることなく上記の問題を解決し、開放
電圧, 短絡電流共に改善することを可能にする薄膜太陽
電池の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【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、本発明の薄膜太陽電池の製造方法は、少なくとも
表面が導電性電極層である基板の電極層の上に基板をそ
れぞれ所定の温度に保持してＣＩＳ層およびＣＩＧＳ層
を順次積層し、さらにその上にCd(Zn)Ｓ層および透明電
極層を順次積層するものとする。そして，ＣＩＳ層成膜
時の基板の保持温度が 350〜450 ℃であり、ＣＩＧＳ層
成膜時の基板の保持温度が 450〜500 ℃であること、Ｃ
ＩＳ層とＣＩＧＳ層の総計でCuと (In＋Ga)の比が0.8
〜1.0 であること、また成膜時のＣＩＳ層の膜厚がＣＩ
ＧＳ層の膜厚の1.5 〜２倍であることが有効である。
めに、本発明の薄膜太陽電池の製造方法は、少なくとも
表面が導電性電極層である基板の電極層の上に基板をそ
れぞれ所定の温度に保持してＣＩＳ層およびＣＩＧＳ層
を順次積層し、さらにその上にCd(Zn)Ｓ層および透明電
極層を順次積層するものとする。そして，ＣＩＳ層成膜
時の基板の保持温度が 350〜450 ℃であり、ＣＩＧＳ層
成膜時の基板の保持温度が 450〜500 ℃であること、Ｃ
ＩＳ層とＣＩＧＳ層の総計でCuと (In＋Ga)の比が0.8
〜1.0 であること、また成膜時のＣＩＳ層の膜厚がＣＩ
ＧＳ層の膜厚の1.5 〜２倍であることが有効である。
【０００８】
【作用】Cd(Zn)Ｓ層のｐ／ｎ接合面に近い部分はＣＩＧ
Ｓ層からなることにより接合面の拡散電位が大きくなっ
て開放電圧が高くなり、接合面から離れた部分がＣＩＳ
層からなることによってバンドギャップが小さくなるた
め長波長光に対する感度が向上し、短絡電流が増大す
る。
Ｓ層からなることにより接合面の拡散電位が大きくなっ
て開放電圧が高くなり、接合面から離れた部分がＣＩＳ
層からなることによってバンドギャップが小さくなるた
め長波長光に対する感度が向上し、短絡電流が増大す
る。
【０００９】
【実施例】図１は本発明の一実施例のCuInSe2 系薄膜太
陽電池の断面構造を示し、図２と共通の部分には同一の
符号が付されている。この太陽電池は、ガラス基板１の
上に0.2 〜２μｍの厚さのMo電極層２を成膜し、その上
にCu, In, Seの三つの蒸着源を用いて三元同時蒸着法に
より350 〜450 ℃の基板１の電極層２の上にCu／In比が
1.0 〜1.1 の範囲になるようにＣＩＳ薄膜層３を形成す
る。次にその上にCu, In, SeのほかにGaの蒸着源を用い
て四元同時蒸着法により 450〜500 ℃の基板温度におい
てＣＩＧＳ薄膜層６を積層する。ＣＩＳ層３とＣＩＧＳ
層６の全膜厚は２μｍ程度にする。このｐ型のＣＩＧＳ
薄膜層６の上にｎ型半導体層として数百〜数千Åの厚さ
のCd(Zn)Ｓ薄膜層７を成膜し、ｐ／ｎ接合を形成する。
このときのZn／ (Cd＋Zn) 比は0.15〜0.20程度であるこ
とが望ましい。最後に透明電極層としてZnＯ薄膜層５を
１〜４μｍの厚さに形成して太陽電池ができ上がる。
陽電池の断面構造を示し、図２と共通の部分には同一の
符号が付されている。この太陽電池は、ガラス基板１の
上に0.2 〜２μｍの厚さのMo電極層２を成膜し、その上
にCu, In, Seの三つの蒸着源を用いて三元同時蒸着法に
より350 〜450 ℃の基板１の電極層２の上にCu／In比が
1.0 〜1.1 の範囲になるようにＣＩＳ薄膜層３を形成す
る。次にその上にCu, In, SeのほかにGaの蒸着源を用い
て四元同時蒸着法により 450〜500 ℃の基板温度におい
てＣＩＧＳ薄膜層６を積層する。ＣＩＳ層３とＣＩＧＳ
層６の全膜厚は２μｍ程度にする。このｐ型のＣＩＧＳ
薄膜層６の上にｎ型半導体層として数百〜数千Åの厚さ
のCd(Zn)Ｓ薄膜層７を成膜し、ｐ／ｎ接合を形成する。
このときのZn／ (Cd＋Zn) 比は0.15〜0.20程度であるこ
とが望ましい。最後に透明電極層としてZnＯ薄膜層５を
１〜４μｍの厚さに形成して太陽電池ができ上がる。
【００１０】
【表１】
【００１１】表１に、こうして作成された面積１cm2 の
太陽電池の出力特性の一例を示す。この実施例では、Ｃ
ＩＧＳ膜６中のGa／(Ga＋In) 比は0.4 であり、ＣＩＳ
層３, ＣＩＧＳ層６の膜厚は各々1.3 μｍ、0.7 μｍで
あった。この表には、光電変換層をGaを入れないＣＩＳ
層で形成した太陽電池、及びＣＩＧＳ層で形成した太陽
電池の代表的な特性も比較のために合わせて示されてい
る。これらの特性の比較から、本発明の太陽電池では開
放電圧はバンドギャップの大きなＣＩＧＳ太陽電池の場
合に近く、また短絡電流はバンドギャップの小さなＣＩ
Ｓ太陽電池の場合に近く、両者の長所を兼備えた特性を
示すことがわかる。そしてこれは、ＣＩＧＳ層６成膜時
にGaが適当にＣＩＳ層３内に拡散しながら結晶成長を行
うために、光電変換層内に適正なバンドプロファイルが
形成されたことによると考えられる。
太陽電池の出力特性の一例を示す。この実施例では、Ｃ
ＩＧＳ膜６中のGa／(Ga＋In) 比は0.4 であり、ＣＩＳ
層３, ＣＩＧＳ層６の膜厚は各々1.3 μｍ、0.7 μｍで
あった。この表には、光電変換層をGaを入れないＣＩＳ
層で形成した太陽電池、及びＣＩＧＳ層で形成した太陽
電池の代表的な特性も比較のために合わせて示されてい
る。これらの特性の比較から、本発明の太陽電池では開
放電圧はバンドギャップの大きなＣＩＧＳ太陽電池の場
合に近く、また短絡電流はバンドギャップの小さなＣＩ
Ｓ太陽電池の場合に近く、両者の長所を兼備えた特性を
示すことがわかる。そしてこれは、ＣＩＧＳ層６成膜時
にGaが適当にＣＩＳ層３内に拡散しながら結晶成長を行
うために、光電変換層内に適正なバンドプロファイルが
形成されたことによると考えられる。
【００１２】図３は、他の条件を変えずに総計のCu／
(In＋Ga) 比を変化させて太陽電池を作成した時の変換
効率の変化をプロットしたものである。これから、Cu／
(In＋Ga) 比が0.8 から1.0 の範囲で良好な太陽電池が
得られることがわかる。また、ＣＩＳ層３とＣＩＧＳ層
６の膜厚比は1.5 〜２の範囲にあることが望ましい。
(In＋Ga) 比を変化させて太陽電池を作成した時の変換
効率の変化をプロットしたものである。これから、Cu／
(In＋Ga) 比が0.8 から1.0 の範囲で良好な太陽電池が
得られることがわかる。また、ＣＩＳ層３とＣＩＧＳ層
６の膜厚比は1.5 〜２の範囲にあることが望ましい。
【００１３】
【発明の効果】本発明によれば、深さ方向にGaの組成を
厳密に制御する必要なしに、ＣＩＳ層とＣＩＧＳ層を成
膜時の温度を変えて積層し、Cd(Zn)Ｓ層との間に接合を
形成するだけで太陽電池にとって適正な光電変換層内の
バンドプロファイルを得ることができる。この結果、容
易に高効率の薄膜太陽電池を製造することが可能とな
り、製造装置の低コスト化あるいは製造工程の簡略化が
実現される。
厳密に制御する必要なしに、ＣＩＳ層とＣＩＧＳ層を成
膜時の温度を変えて積層し、Cd(Zn)Ｓ層との間に接合を
形成するだけで太陽電池にとって適正な光電変換層内の
バンドプロファイルを得ることができる。この結果、容
易に高効率の薄膜太陽電池を製造することが可能とな
り、製造装置の低コスト化あるいは製造工程の簡略化が
実現される。
【図１】本発明の一実施例の薄膜太陽電池の断面図
【図２】従来のＣＩＳ太陽電池の断面図
【図３】Cu／ (In＋Ga) 比と太陽電池の変換効率との関
係線図
係線図
１ ガラス基板 ２ Mo層 ３ ＣＩＳ薄膜層 ５ ZnＯ層 ６ ＣＩＧＳ薄膜層 ７ Cd(Zn)Ｓ薄膜層
Claims (4)
- 【請求項１】少なくとも表面が導電性電極層である基板
の電極層の上に基板をそれぞれ所定の温度に保持してCu
InSe2 層およびCu (In1-x Gax ) Se2 層を順次積層し、
さらにその上にCd(Zn)Ｓ層および透明電極層を順次積層
することを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項２】CuInSe2 層成膜時の基板の保持温度が 350
〜450 ℃であり、Cu(In1-x Gax ) Se2 層成膜時の基板
の保持温度が 450〜500 ℃である請求項１記載の薄膜太
陽電池の製造方法。 - 【請求項３】CuInSe2 層とCu (In1-x Gax ) Se2 層の総
計でCuと (In＋Ga)の比が0.8 〜1.0 である請求項１あ
るいは２記載の薄膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項４】成膜時のCuInSe2 層の膜厚がCu (In1-x Ga
x ) Se2 層の膜厚の1.5 〜２倍である請求項１, ２ある
いは３記載の薄膜太陽電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3220809A JPH0563224A (ja) | 1991-09-02 | 1991-09-02 | 薄膜太陽電池の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3220809A JPH0563224A (ja) | 1991-09-02 | 1991-09-02 | 薄膜太陽電池の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0563224A true JPH0563224A (ja) | 1993-03-12 |
Family
ID=16756903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3220809A Pending JPH0563224A (ja) | 1991-09-02 | 1991-09-02 | 薄膜太陽電池の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0563224A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6107562A (en) * | 1998-03-24 | 2000-08-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor thin film, method for manufacturing the same, and solar cell using the same |
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