JPH0685297A - 太陽電池の製造法 - Google Patents

太陽電池の製造法

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JPH0685297A
JPH0685297A JP4235508A JP23550892A JPH0685297A JP H0685297 A JPH0685297 A JP H0685297A JP 4235508 A JP4235508 A JP 4235508A JP 23550892 A JP23550892 A JP 23550892A JP H0685297 A JPH0685297 A JP H0685297A
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JP
Japan
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film
solar cell
window layer
cds
heat treatment
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Application number
JP4235508A
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English (en)
Inventor
Akira Hanabusa
彰 花房
Satoshi Shibuya
聡 澁谷
Nobuo Eda
信夫 江田
Takashi Arita
孝 有田
Mikio Murozono
幹夫 室園
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP4235508A priority Critical patent/JPH0685297A/ja
Publication of JPH0685297A publication Critical patent/JPH0685297A/ja
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/543Solar cells from Group II-VI materials
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 CdS膜またはCd1-x Znx Sの窓層の粒
径を増大させ、粒界表面積を減少させると共にCdSと
CdTeの相互拡散を抑え、発電領域であるCdTe膜
への到達光量を増大させ太陽電池の高効率化を図る。 【構成】 SnO2 基板1上にCdS膜2の窓層を形成
後、CdCl2 などのCdハロゲン化物の膜3、または
LiClなどのLiハロゲン化物膜3aを形成した後、
それら材料の融点の上下50℃の温度域で熱処理後、7
00℃へ昇温してCdTe膜の吸収層を形成する。また
CdS膜2の窓層を形成後、前記Liのハロゲン化物膜
3aを形成し、そのハロゲン化合物の融点以上の温度で
熱処理した後、CdTeの膜などの吸収層を形成する。
その形成はCdTeペーストをスクリーン印刷法で塗布
乾燥後650℃で焼付けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はCdS/CdTe系薄膜
太陽電池の製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の塗布・乾燥・焼結法によるCdS
/CdTe系薄膜太陽電池の製造法ではCdS膜をスク
リーン印刷法にて形成していた。しかしながら、このよ
うな方法で作製した太陽電池は、CdS膜の膜厚が20
〜30μmと厚く、CdSの吸収端の520nm以下の
波長の光はCdS膜内でほとんど吸収されてしまい発電
に寄与しないため高効率太陽電池を実現できなかった。
一方、520nm以下の波長の光を有効に活用するため
に、CdS膜の薄膜化が試みられ、スパッタ法などの通
常の真空成膜法でCdS膜を作製した場合にはCdS膜
のグレンサイズが小さく、そのためグレンバンダリの表
面積が増加し、発電したキャリアをトラップするため、
電流の増加も少なく、再結合電流が増大するため、開放
電圧も低下し、太陽電池性能を向上させることが困難で
あった。
【0003】また、Cd1-X ZnX S膜の場合も薄膜化
を実施しても同様に高効率太陽電池を実現できなかっ
た。
【0004】一方、CdS膜またはCdTe膜をパター
ニングする際には、それぞれその膜のみを順次レーザス
クライブしていた。しかしながら、このような方法では
作製した太陽電池は、CdS膜またはCdTe膜の分離
部近傍に与えられた熱的なダメージとスクライブ時に発
生し表面に付着する飛散物によって、再結合電流または
リーク電流が大きくなり高効率太陽電池を実現できなか
った。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】スパッタ法などにより
成膜したCdS薄膜の成膜直後は、グレンが明確でなく
結晶性の悪い膜であり、その後の熱処理により、グレン
も明確化し、結晶性もかなり改善されるが、グレンサイ
ズは膜厚分程度にしか増大しないためその上に成長する
CdTe多結晶膜のグレンも小さくなるとともに、Cd
S膜の結晶粒が小さいことにより、表面エネルギーが大
きくCdTeとの相互拡散が大きくなる。そのため発電
に寄与しないにもかかわらず、吸収係数が大きく光をよ
く吸収する混晶膜CdTe1-Y Y 膜(但しO<Y<
1)が接合近傍に厚く形成されるために、電流・電圧特
性が低下するという問題点があり、高効率太陽電池が作
製できないという技術課題を持っていた。
【0006】一方、CdS膜をレーザスクライブする場
合には、分離部近傍表面に、スクライブ時に蒸発した飛
散物が再付着して、P/N接合面となる表面の平坦性が
失われることと熱によるCdS膜のクラックや膜自身の
変質によって、良好な接合が得られず、電流・電圧特性
が低下するという問題点があった。
【0007】また、CdTe膜をレーザスクライブする
場合には、分離部近傍のCdTe膜にクラックが入るこ
とによって、リーク電流が多くなり、電流・電圧特性が
低下するという問題点があり、いずれの場合にも高効率
太陽電池が作製できないという技術課題を持っていた。
【0008】そこで本発明はCdS薄膜のグレンサイズ
を増大させ、グレンバンダリの表面積を減少させるとと
もに、CdSとCdTeの相互拡散を抑え、本来のCd
S薄膜化による、発電領域であるCdTe膜への光の到
達量を増大させて、高効率化を図ることを第1の目的と
するものである。
【0009】また、Cd1-X ZnX S膜の場合もCdS
膜と同様の課題が存在するため、CdTeとの相互拡散
を抑え同様に高効率化を図ることも合わせて第1の目的
とするものである。
【0010】一方、CdS膜をレーザスクライブした後
そのダメージを除去することと、CdTe膜をレーザス
クライブした後そのダメージを除去することの2点によ
り、リーク電流を減少させ、電流・電圧特性を改善する
ことにより、同一基板上で直列接続した太陽電池の高効
率化を図ることを第2の目的とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の第1の目的を達成
するため本発明の太陽電池の製造法の第1の手段は、少
くともCdS膜の窓層を備えた太陽電池において、窓層
形成後CdCl2 などのCdのハロゲン化合物またはL
iClなどのLiのハロゲン化合物などの膜を形成した
後、前記CdまたはLiのハロゲン化合物の融点の上下
50℃の温度領域で熱処理した後引続き700℃で熱処
理を行い、その後CdTeなどの吸収層を形成するもの
である。
【0012】また、上記第1の目的を達成するための本
発明の太陽電池の製造法の第2の手段は、少くともCd
S膜の窓層を備えた太陽電池において、前記窓層形成後
LiClなどのLiのハロゲン化合物の膜を形成し、前
記Liのハロゲン化合物の融点以上の温度で熱処理した
後、CdTe膜などの吸収層を形成するものである。
【0013】また、少くともCd1-X ZnX S(0<X
<1)膜の窓層を備えた太陽電池において、前記窓層形
成後LiClなどのLiのハロゲン化合物の膜を形成
し、前記Liのハロゲン化合物の融点以上の温度で熱処
理した後、CdTe膜などの吸収層を形成するものであ
る。
【0014】さらにまた、上記第2の目的を達成するた
め本発明の太陽電池の製造法は、透光性基板上に少くと
もCdS膜の窓層を備え、同一基板上で直列接続するた
めに、前記窓層に分離部を持つ太陽電池において、前記
窓層膜形成後CdCl2 膜を形成し、その後レーザスク
ライブして前記窓層およびCdCl2 膜に分離部を形成
した後、550〜700℃で熱処理してから吸収層を形
成するものである。また、透光性基板上に少くともCd
S膜の窓層と、吸収層としてCdTe膜とを備え、同一
基板上で直列接続するために、前記窓層とCdTe膜と
に分離部を持つ太陽電池において、前記窓層とCdTe
膜とを形成し、その後CdCl2 膜を形成し、その後レ
ーザスクライブして前記窓層とCdTe膜および前記C
dCl2膜とに分離部を形成した後、550〜700℃
で熱処理するものである。また、透光性基板上に少くと
もCdS膜の窓層と、吸収層としてCdTe膜とを備
え、同一基板上で、直列接続するために、前記窓層とC
dTe膜とに分離部を持つ太陽電池において、前記窓層
とCdTe膜とを形成し、その後CdCl2 およびCu
Cl2 の混合物の膜を形成し、その後レーザスクライブ
して前記窓層とCdTe膜と前記CdCl2 およびCu
Cl2 の混合物の膜とに分離部を形成した後、350〜
550℃で熱処理するものである。
【0015】
【作用】上記第1の目的を達成するための本発明の太陽
電池の製造法の第1と第2の手段により、CdS膜の表
面にCdF2 を除くCdCl2 などのCdのハロゲン化
合物、またはLiFを除くLiClなどのLiのハロゲ
ン化合物の膜を形成し、そのハロゲン化合物の融点の上
下50℃の温度領域で熱処理してCdS膜へ前記ハロゲ
ン化合物を拡散させた後、速かに700℃で熱処理して
表面に残存する前記ハロゲン化合物を系外に排出するこ
とにより、Li原子が拡散することによってドナーとな
ることによるCdS膜の低抵抗化と、Clの溶解作用に
よる再結晶過程で膜厚方向に偏平で大きなグレンを形成
させることができ、その結果グレンバンダリの表面積が
減少するとともに、その後CdTe膜形成、焼成時にお
けるCdSとCdTeとの相互拡散が抑制され、吸収係
数が大きく少数キャリヤーのライフタイムの極めて短い
CdTe1-Y Y 膜(但し0<Y<1)の形成が抑制さ
れるため、従来CdS膜が十分厚い場合には感度がなか
った520nm以下の波長の光にも光感度を持つため出
力電流を増大できることとなり、またグレンバンダリ表
面積の減少により出力電圧も増大させることとなる。
【0016】また、CdF2 およびLiFは700℃に
おいて適当な蒸発速度とCdS膜内への拡散速度を併せ
もつため、CdS膜内部への拡散と系外への蒸発を自動
的に抑制でき、700℃の熱処理のみで膜厚方向に偏平
な大きなグレンの形成ができるため、同様に出力電流・
電圧とも増大できることとなる。さらにCdS膜の低抵
抗化により太陽電池の内部抵抗も減少できることとな
る。
【0017】また、CdS膜またはCd1-X ZnX S膜
を窓層とした場合にも同様に、窓層形成後LiClなど
のLiのハロゲン化合物の膜を形成し、前記Liのハロ
ゲン化合物の融点以上の温度で熱処理することによって
上記と同様の作用が起ることとなる。
【0018】さらにまた、上記第2の目的を達成するた
めの本発明の太陽電池の製造法は、CdTe膜を形成し
た後CdCl2 膜を形成し、その後、レーザスクライブ
により両膜を同時にスクライブすることによって、分離
部近傍への飛散物の付着を防止することが可能となり、
さらにはその後、CdCl2 膜の融点以上の温度で熱処
理することで、CdCl2 膜は消滅し、再結晶過程によ
るCdS膜の熱的ダメージの除去が可能となり、グレン
サイズが増大し、電流・電圧特性が改善されることとな
る。また、CdTe膜を形成後CdCl2 または、Cd
Cl2 およびCuCl2 の膜を形成し、その後、レーザ
スクライブによりそれぞれ両膜を同時にスクライブする
ことと、その後熱処理することによって、CdCl2
たはCdCl2 およびCuCl2 の膜は消滅し、全く同
様にCdTe膜の熱的ダメージの除去と飛散物の付着防
止が可能となり、電流・電圧特性が改善されることとな
る。
【0019】この太陽電池の製造法による作用は、後述
の実施例における量子効率(Quantum effi
ciency(以後QEと表す))およびAir Ma
ss(以後AMと表す)1.5 100mW/cm2 下におけ
る電流電圧特性測定結果から明らかなように、CdS膜
の薄膜化により、全体の光感度の増大と光感度領域の拡
大を開放電圧の低下を伴わずに行うために有効なものと
なる。
【0020】
【実施例】以下本発明の実施例の太陽電池の製造法につ
いて図面を参照して説明する。
【0021】(実施例1)CdS焼結ターゲットを用
い、RFマグネトロンスパッタ法により、Ar分圧;5
×10-3Torr、基板加熱温度300℃にて、ガラス基板
10(コーニング#7059)上に、酸化第2錫(Sn
2 )膜11(4500Å)を成膜したSnO2 基板1
上にCdS薄膜2を1000Å堆積した後、抵抗加熱真
空蒸着法にて、CdCl2 膜3を1000Å蒸着し、図
1に示す構造にした後、大気圧アルゴン(Ar)雰囲気
中で600℃まで昇温し1時間熱処理を行い、そのまま
700℃まで昇温してさらに1時間熱処理を行った。
【0022】その後スクリーン印刷法で、Cd、Te、
プロピレングリコールなどよりなるCdTeペーストを
印刷し、乾燥した後650℃で焼成を行い、CdTe膜
4を形成した。その後、同様な塗布・乾燥・焼結プロセ
スにて、順次、C膜5、銀インジウム(AgIn)膜
6、および銀(Ag)膜7をスクリーン印刷法で形成し
て図2に示す構造の太陽電池を作製した。
【0023】(実施例2)CdS焼結ターゲットを用
い、RFマグネトロンスパッタ法により、Ar分圧;5
×103Torr 、基板加熱温度300℃にて、SnO2
板1上にCdS薄膜2を1000Å堆積した後、抵抗加
熱真空蒸着法にて、LiCl膜3aを1000Å蒸着
し、図1に示す構造にした後、大気圧Ar雰囲気中で6
50℃まで昇温し1時間熱処理を行い、そのまま700
℃まで昇温してさらに1時間熱処理を行った。
【0024】その後スクリーン印刷法で、Cd、Te、
プロピレングリコールなどよりなるCdTeペーストを
印刷し、乾燥した後650℃で焼成を行い、CdTe膜
4を形成した。その後、同様な塗布・乾燥・焼結プロセ
スにて、順次、C膜5、AgIn膜6、およびAg膜7
をスクリーン印刷法で形成して図2に示す構造の太陽電
池を作製した。
【0025】(実施例3)CdS焼結ターゲットを用
い、RFマグネトロンスパッタ法により、Ar分圧;5
×103Torr 、基板加熱温度300℃にて、SnO2
板1上にCdS薄膜2を1000Å堆積した後、抵抗加
熱真空蒸着法にて、CdF2 膜3bを1000Å蒸着
し、図1に示す構造にした後、大気圧Ar雰囲気中で7
00℃まで昇温して1時間熱処理を行った。
【0026】その後スクリーン印刷法で、Cd、Te、
プロピレングリコールなどよりなるCdTeペーストを
印刷し、乾燥した後650℃で焼成を行い、CdTe膜
4を形成した。その後、同様な塗布・乾燥・焼結プロセ
スにて、順次、C膜5、AgIn膜6、およびAg膜7
をスクリーン印刷法で形成して図2に示す構造の太陽電
池を作製した。
【0027】(実施例4)CdS焼結ターゲットを用
い、RFマグネトロンスパッタ法により、Ar分圧;5
×103Torr 、基板加熱温度300℃にて、SnO2
板1上にCdS薄膜2を1000Å堆積した後、抵抗加
熱真空蒸着法にて、LiF膜3cを1000Å蒸着し、
図1に示す構造にした後、大気圧Ar雰囲気中で、70
0℃まで昇温して1時間熱処理を行った。
【0028】その後スクリーン印刷法で、Cd、Te、
プロピレングリコールなどよりなるCdTeペーストを
印刷し乾燥した後650℃で焼成を行い、CdTe膜4
を形成した。その後、同様な塗布・乾燥・焼結プロセス
にて、順次、C膜5、AgIn膜6、およびAg膜7を
スクリーン印刷法で形成して図2に示す構造の太陽電池
を作製した。
【0029】(実施例5)実施例1と全く同様に、基板
1上にCdS膜2を1000Å堆積し、さらに、抵抗加
熱真空蒸着法にて、臭化カドミウム(CdBr2 )膜3
dを1000Å蒸着して図1に示す構造にした後、大気
圧Ar雰囲気中で600℃まで昇温し1時間熱処理を行
い、そのまま700℃まで昇温してさらに1時間熱処理
を行った。以後実施例1と全く同様の方法により図2に
示す構造の太陽電池を作製した。
【0030】(実施例6)実施例2と全く同様に、基板
1上にCdS膜2を1000Å堆積し、さらに、抵抗加
熱真空蒸着法にて、臭化リチウム(LiBr)膜3eを
1000Å蒸着して図1に示す構造にした後、大気圧A
r雰囲気中で590℃まで昇温し、1時間熱処理を行
い、そのまま700℃まで昇温してさらに1時間熱処理
を行った。以後実施例1と全く同様の方法により図2に
示す構造の太陽電池を作製した。
【0031】(比較例1)CdS粉末およびプロピレン
グリコールなどよりなるCdSペーストを用いてスクリ
ーン印刷法にて、塗布・乾燥・焼結プロセスにより20
〜30μmのCdS膜2をガラス(コーニング#705
9)基板100上に形成した後、実施例1と全く同様に
して図4に示す構造の太陽電池を作製した。
【0032】(比較例2)実施例1と同様に、基板1上
にCdS膜2を1000Å堆積後、熱処理を行わずに、
実施例1と全く同様にしてCdTe膜4などを形成して
図2に示す構造の太陽電池を作製した。
【0033】(比較例3)実施例1と同様に、基板1上
にCdS膜2を1000Å堆積した後、大気圧Ar雰囲
気中で650℃1時間熱処理を行い、以後実施例1と全
く同様の方法により図2に示す構造の太陽電池を作製し
た。
【0034】(比較例4)実施例1と全く同様に、基板
1上にCdS膜2を1000Å堆積し、さらに、抵抗加
熱真空蒸着法にて、CdCl2 膜3を1000Å蒸着し
て図1に示す構造にした後、大気圧Ar雰囲気中で50
0℃まで昇温し1時間熱処理を行い、そのまま700℃
まで昇温してさらに1時間熱処理を行った。以後実施例
1と全く同様の方法により図2に示す構造の太陽電池を
作製した。
【0035】(比較例5)実施例1と全く同様に、基板
1上にCdS膜2を1000Å堆積し、さらに、抵抗加
熱真空蒸着法にて、CdCl2 膜3を1000Å蒸着し
て図1に示す構造にした後、大気圧Ar雰囲気中で70
0℃まで昇温して1時間熱処理を行った。以後実施例1
と全く同様の方法により図2に示す構造の太陽電池を作
製した。
【0036】(比較例6)実施例1と全く同様に、基板
1上にCdS膜2を1000Å堆積し、さらに、抵抗加
熱真空蒸着法にて、LiCl膜3aを1000Å蒸着し
て図1に示す構造にした後、大気圧Ar雰囲気中で50
0℃まで昇温し1時間熱処理を行い、そのまま700℃
まで昇温してさらに1時間熱処理を行った。以後実施例
1と全く同様の方法により図2に示す構造の太陽電池を
作製した。
【0037】(比較例7)実施例1と全く同様に、基板
1上にCdS膜2を1000Å堆積し、さらに、抵抗加
熱真空蒸着法にて、LiCl膜3aを1000Å蒸着し
て図1に示す構造にした後、大気圧Ar雰囲気中で70
0℃まで昇温して1時間熱処理を行った。以後実施例1
と全く同様の方法により図2に示す構造の太陽電池を作
製した。
【0038】(比較例8)実施例1と全く同様に、基板
1上にCdS膜2を1000Å堆積し、さらに、抵抗加
熱真空蒸着法にて、CdF2 膜3bを1000Å蒸着し
て図1に示す構造にした後、大気圧Ar雰囲気中で60
0℃まで昇温して1時間熱処理を行った。以後実施例1
と全く同様の方法により図2に示す構造の太陽電池を作
製した。
【0039】(比較例9)実施例1と全く同様に、基板
1上にCdS膜2を1000Å堆積し、さらに、抵抗加
熱真空蒸着法にて、LiF膜3cを1000Å蒸着して
図1に示す構造にした後、大気圧Ar雰囲気中で600
℃まで昇温して1時間熱処理を行った。以後実施例1と
全く同様の方法により図2に示す構造の太陽電池を作製
した。
【0040】本発明の第1の目的を達成するための第1
の手段の効果を確認するために、まず、実施例1〜6お
よび比較例2〜9で作製した図2に示す構造の太陽電池
および図4に示す比較例1の従来のスクリーン印刷法で
作製した太陽電池のQE特性とAM 1.5 100mW/
cm2 下での短絡電流密度と開放電圧の比較評価を行っ
た。その全結果を(表1)に、代表的な実施例1、比較
例1、および比較例2のQE特性を図3にそれぞれ示
す。
【0041】
【表1】
【0042】この結果より明らかなように、比較例1で
は、高い開放電圧の値を持つが、CdS膜が厚いため、
短波長域でのQE特性が悪いため短絡電流密度が低い。
また比較例2と3は熱エネルギまたは促進材料の欠如に
よりグレン成長が促進されず、比較例4〜7はCdS膜
内に十分拡散する前に表面から蒸発によりグレン成長を
促進する材料が消失するために、いずれもCdS膜のグ
レンサイズが非常に小さいためCdTe膜焼結時にCd
Sとの相互拡散が著しくCdS膜がほとんど消失し、セ
ルが短絡状態になってしまった。比較例8および9で
は、熱エネルギが小さすぎて、熱処理後も拡散は不十分
で、まだ表面にCdF2 またはLiFが大量に存在しC
dTe材料との反応性が高く、熱処理によりCdSとC
dTe材料との混晶層が形成されてしまい、そのフィル
タ効果でQE特性および電流電圧特性が低下してしまっ
た。
【0043】しかしながら、本発明の実施例1〜6(第
1の目的を達成するための第1の手段)により作製され
た太陽電池は良好なQE特性と短絡電流、開放電圧を持
つことが明らかとなった。
【0044】さらに、上記実施例では吸収層としてCd
Teを用いたが、他のCuInSe 2 などの半導体材料
を用いても同様の効果が得られることも確認した。また
ここでは窓層の形成法としてスパッタ法についてのみ述
べたが、他の溶液へのディッピング法、蒸着法などでも
同様の効果があることも確認した。
【0045】またここでは、吸収層の作製法としては、
スクリーン印刷法についてのみ述べたが、他の電着法、
蒸着法、近接昇華法などで作製しても同様の効果がある
ことも確認した。
【0046】(実施例7)CdS焼結ターゲットを用
い、RFマグネトロンスパッタ法により、Ar分圧;5
×103Torr 、基板加熱温度300℃にて、ガラス基板
10(コーニング#7059)/SnO2 膜11(45
00Å)よりなるSnO2 基板1上にCdS薄膜2を1
000Å堆積した後、抵抗加熱真空蒸着法にて、LiC
l膜3aを1000Å蒸着し図1に示す構造にした後、
大気圧Ar雰囲気中で650℃、1時間熱処理を行っ
た。
【0047】その後スクリーン印刷法で、Cd、Te、
プロピレングリコールなどよりなるCdTeペーストを
印刷し、乾燥した後、650℃で焼成を行い、CdTe
膜4を形成した。その後同様な塗布・乾燥・焼結プロセ
スにて、順次、C膜5、AgIn膜6をスクリーン印刷
法で形成して図2に示す構造の太陽電池を作製した。
【0048】(実施例8)実施例7と全く同様に、基板
1上にCdS膜2を1000Å堆積後、重量比1/50
のLiClのメタノール溶液中に浸漬して、膜厚500
0ÅのLiCl膜3aを形成して図1に示す構造にした
後、以後実施例1と全く同様に熱処理を行うとともに、
図2に示す構造の太陽電池を作製した。
【0049】(実施例9)Cd0.7 Zn0.3 S焼結ター
ゲットを用い、RFマグネトロンスパッタ法により、A
r分圧;5×10-3Torr、基板加熱温度300℃にて、
基板1上にCd0. 7 Zn0.3 S薄膜21を3000Å堆
積し、さらに、抵抗加熱真空蒸着法にて、LiCl膜3
aを3000Å蒸着し図1に示す構造にした後、実施例
1と全く同様に熱処理を行うとともに、以後図2に示す
構造の太陽電池を作製した。
【0050】(実施例10)実施例7と全く同様に、基
板1上にCdS膜2を1000Å堆積し、さらに、抵抗
加熱真空蒸着法にて、LiBr膜3eを1000Å蒸着
して図1に示す構造にした後、大気圧Ar雰囲気中で6
50℃、1時間熱処理を行い、以後実施例7と全く同様
の方法により図2に示す構造の太陽電池を作製した。
【0051】(実施例11)実施例9と全く同様に、基
板1上にCd0.7 Zn0.3 S薄膜21を3000Å堆積
し、さらに、抵抗加熱真空蒸着法にて、LiBr膜3e
を3000Å蒸着して図1に示す構造にした後、大気圧
Ar雰囲気中で650℃、1時間熱処理を行い、以後実
施例1と全く同様の方法により図2に示す構造の太陽電
池を作製した。
【0052】(比較例10)CdS粉末およびプロピレ
ングリコールなどよりなるCdSペーストを用いてスク
リーン印刷法にて、塗布・乾燥・焼結プロセスにより2
0〜30μmのCdS膜2をガラス(コーニング#70
59)基板100上に形成した後、実施例7と全く同様
にして図4に示す構造の太陽電池を作製した。
【0053】(比較例11)実施例7と同様に、基板1
上にCdS膜2を1000Å堆積後、熱処理を行わず
に、実施例1と全く同様にしてCdTe膜4などを形成
して図2に示す構造の太陽電池を作製した。
【0054】(比較例12)実施例7と同様に、基板1
上にCdS膜2を1000Å堆積した後、大気圧Ar雰
囲気中で650℃、1時間熱処理を行い、以後実施例7
と全く同様の方法により図2に示す構造の太陽電池を作
製した。
【0055】(比較例13)実施例7と全く同様に、基
板1上にCdS膜2を1000Å堆積し、さらに、抵抗
加熱真空蒸着法にて、LiCl膜3aを1000Å蒸着
して図1に示す構造にした後、大気圧Ar雰囲気中で5
00℃、1時間熱処理を行い、以後実施例7と全く同様
の方法により図2に示す構造の太陽電池を作製した。
【0056】(比較例14)基板1上に抵抗加熱真空蒸
着法にて、LiCl膜3aを1000Å蒸着し、さら
に、CdS膜2を実施例7に示す方法により1000Å
堆積させて図1に示す構造にした後、大気圧Ar雰囲気
中で650℃、1時間熱処理を行い、以後実施例7と全
く同様の方法により図2に示す構造の太陽電池を作製し
た。
【0057】(比較例15)実施例7に示す方法によ
り、基板1上にCdS膜2を1000Å堆積させた後、
抵抗加熱真空蒸着法にて、LiCl膜3aを1000Å
蒸着しその後さらに同一方法にてCdS膜2を500Å
堆積させ図5に示す構造にした後、大気圧Ar雰囲気中
で650℃、1時間熱処理を行い、実施例7と全く同様
の方法により図2に示す構造の太陽電池を作製した。
【0058】本発明の第1の目的を達成するための第2
の手段の効果を確認するために、まず、実施例7〜11
および比較例11〜15で作製した図2に示す構造の太
陽電池および図4に示す比較例10の従来のスクリーン
印刷法で作製した太陽電池のQE特性とAM 1.5 1
00mW/cm2 での短絡電流密度、開放電圧、およびフィ
ルファクタの比較評価を行った。その全結果を(表2)
に、代表的な実施例7、比較例10、および比較例11
のQE特性を図3にそれぞれ示す。
【0059】
【表2】
【0060】この結果より明らかなように、比較例10
では、高い開放電圧値を持つが、CdS膜が厚いため、
短波長域でのQE特性が悪く短絡電流密度が悪い。また
比較例11ではCdS膜のグレンサイズが非常に小さい
ためCdTe膜焼結時にはCdSとの相互拡散が激しく
CdS膜がほとんど消失し、セルが短絡状態になってし
まった。比較例12では、熱処理によりグレンサイズが
多少増大し、比較例10に比べ短波長領域のQE特性は
増大するが比較的厚い層が形成されたためにそのフィル
タ効果によって、全領域にわたってQE特性が低下する
とともにグレンバンダリ表面積の増大により開放電圧が
低下した。比較例13では、窓層の熱処理後においても
表面にLiClが高濃度で存在するため、その後のCd
Te膜焼結時にClの溶解力によりCdSとCdTe膜
との相互拡散が激しくなり、比較例10に比べ、比較例
12と同様の原因によって、QE特性、短絡電流、開放
電圧とも低下した。
【0061】比較例14では、CdS膜より下部に存在
するLiCl膜はグレーンサイズ増大作用が小さく、ま
た熱処理後の膜がポーラスとなり、裏面電極の侵入によ
りセルが短絡してしまった。比較例15ではCdS膜が
グレンサイズの大きい下部層とポーラスでグレンサイズ
の小さい上部層の2層構造となりグレンバンダリの表面
積が増大し、QE特性、短絡電流密度、開放電圧とも低
下した。
【0062】しかしながら、本発明よりなる実施例7〜
11(第1の目的を達成するための第2の手段)により
作製された太陽電池は良好なQE特性と短絡電流密度、
開放電圧およびフィルファクタを持つことが明らかとな
った。
【0063】さらに、上記実施例では吸収層としてCd
Te膜を用いたが、他のCuInSe2 などの半導体材
料を用いても同様の効果が得られることも確認した。ま
たここでは窓層の形成法としてスパッタ法についてのみ
述べたが、他の溶液へのディッピング法、蒸着法などで
も同様の効果があることも確認した。
【0064】またここでは、吸収層の作製法としては、
スクリーン印刷法についてのみ述べたが、他の電着法、
蒸着法、近接昇華法などで作製しても同様の効果がある
ことも確認した。
【0065】(実施例12)CdS焼結ターゲットを用
い、RFマグネトロンスパッタ法により、Ar分圧;5
×103Torr 、基板加熱温度300℃にて、ガラス10
(コーニング#7059)/SnO2 膜11(4500
Å)よりなる基板1上にCdS薄膜2を1000Å堆積
した後、抵抗加熱真空蒸着法にて、CdCl2 膜3を1
000Å蒸着し図1の構造にした後、QスイッチつきN
d:YAGレーザを用いて、テーブル移動速度:50mm
/sec 、平均出力:0.5W、繰り返し周波数数:1kHz
にてSnO2 膜11、CdS膜2、およびCdCl2
3とを同時にレーザスクライブして、大気圧Ar雰囲気
中で600℃、1時間熱処理を行った。その後スクリー
ン印刷法で、Cd、Te、プロピレングリコールなどよ
りなるCdTeペーストを印刷した後乾燥し、その後6
50℃で焼成を行いCdTe膜4を形成し、同様な塗布
・乾燥・焼結プロセスにて、順次、C膜5、AgIn膜
6をスクリーン印刷法で形成して図6に示す構造の太陽
電池を作製した。
【0066】(実施例13)実施例12と全く同様に、
CdS膜2およびCdCl2 膜3を形成し、同様にレー
ザスクライブを行った後、大気圧H2 /Ar混合ガス
(H2 5%)中で600℃、1時間熱処理を行い、その
後全く同様にして、図6に示す構造の太陽電池を作製し
た。
【0067】(実施例14)実施例12と全く同様に、
SnO2 膜11、CdS膜2、およびCdCl2 膜3を
同時にレーザスクライブした後熱処理を行い、その後、
CdTe焼結ターゲットを用いてRFマグネトロンスパ
ッタ法で、基板温度:300℃RFパワ:1.5kWの条件
にてCdTe膜4を2μm堆積した後、CdCl2 膜3
を1000Å蒸着して図7に示す構造にした後、平均出
力を0.1Wに変更することを除いて、実施例12と同じ
条件でCdTe膜4およびCdCl2 膜3だけの選択レ
ーザスクライブを行い、その後、600℃、Ar雰囲気
中で1時間熱処理を行って、以後実施例12と全く同様
に図6に示す構造の太陽電池を作製した。
【0068】(実施例15)実施例14と全く同様にC
dTe膜4まで分離を行った後、大気圧H2 /Ar混合
ガス(H2 5%)中で600℃、1時間熱処理を行い、
以後全く同様に図6に示す構造の太陽電池を作製した。
【0069】(実施例16)CdTe膜4形成まで、実
施例14と全く同様に処理を行い、その後CdCl 2
31を1000Å、CuCl2 膜32を1000Å蒸着
して図8に示す構造にした後、実施例14と同じ条件で
CdTe膜4、CdCl2 膜31、およびCuCl2
32だけの選択レーザスクライブを行い、その後450
℃、O2 /Ar(O2 5%)中で20分間熱処理を行っ
て、以後全く同様に図6に示す構造の太陽電池を作製し
た。
【0070】(実施例17)実施例16と全く同様に、
CdTe膜4、CdCl2 膜31、およびCuCl 2
32だけの選択レーザスクライブまで行った後、450
℃、Ar中で20分間熱処理を行い、以後同様に図6に
示す構造の太陽電池を作製した。
【0071】(実施例18)実施例14と全く同様に、
CdTe膜4を3μm堆積した後、CdCl2 とCuC
2 の混合した膜33(モル比1:1)を抵抗加熱二元
蒸着法により2000Å成膜して図7に示す構造にした
後、実施例14と同じ条件でレーザスクライブを行い、
その後450℃、O2 /Ar(O2 5%)中で20分間
熱処理を行って、以後同様に図6に示す構造の太陽電池
を作製した。
【0072】(比較例16)CdS粉末およびプロピレ
ングリコールなどよりなるCdSペーストを用いてスク
リーン印刷法にて、塗布・乾燥・焼結プロセスにより膜
厚20μmのCdS膜200をガラス(コーニング#7
059)基板100上に形成した後、CdTe膜400
も全く同様に形成し、以後実施例12と同様に、C膜5
00、およびAgIn膜600をそれぞれ形成し、図9
に示す構造の太陽電池を作製した。
【0073】(比較例17)実施例12と同様に、スパ
ッタ法で基板1上にCdS膜2を1000Å堆積し、そ
の後実施例12と同様に、SnO2 膜11およびCdS
膜2を同時にレーザスクライブし、大気圧Ar雰囲気中
で600℃、1時間熱処理を行った。
【0074】以後、全く同様に、図6に示す構造の太陽
電池を作製した。 (比較例18)実施例12と全く同様に、基板1上にC
dS膜2およびCdCl2 膜3をそれぞれ1000Å堆
積し、実施例12に示す条件でSnO2 膜11、CdS
膜2およびCdCl2 膜3を同時にレーザスクライブし
た。
【0075】その後、大気圧Ar雰囲気中で500℃、
1時間熱処理を行った。以下、実施例12と同様に図6
に示す構造の太陽電池を作製した。
【0076】(比較例19)実施例12と同様に、基板
1上にCdS膜2およびCdCl2 膜3をそれぞれ10
00Å堆積し、実施例12に示す条件でレーザスクライ
ブを行った。
【0077】その後大気中で600℃、1時間熱処理を
行い、以後実施例12と同様に図6に示す構造の太陽電
池を作製した。
【0078】(比較例20)実施例14と全く同様にS
nO2 膜11およびCdS膜2を分離し、CdTe膜4
を形成した後、同じ条件でレーザスクライブを行い、そ
の後600℃、Ar雰囲気中で1時間熱処理を行って、
以後実施例12と全く同様に図6に示す構造の太陽電池
を作製した。
【0079】(比較例21)実施例14と全く同様にし
てCdTe膜4をレーザスクライブし、熱処理温度のみ
を300℃にして、以後も全く同様にして、図6に示す
構造の太陽電池を作製した。
【0080】(比較例22)実施例14と全く同様に、
CdS膜2およびCdTe膜4をレーザスクライブした
後、雰囲気のみをH2 /Ar(H2 5%)にして、熱処
理を行った。
【0081】本発明の第2の目的を達成するための手段
の効果を確認するために、まず、図6に示す構造の太陽
電池を構成する各膜の成膜とパターニングを従来のスク
リーン印刷法で実施した場合と実施例12〜18で作製
した場合の分離部近傍のダメージを評価するために低照
度(蛍光灯200Lx)における開放電圧を相対評価し
た。またさらに、CdSまたはCdTe膜の分離幅とグ
レンの増大効果を比較するために、AM 1.5 100
mW/cm2 、25℃での短絡電流を相対評価した。それら
の結果を(表3)に示す。
【0082】
【表3】
【0083】(表3)から明らかなように、本発明の第
2の目的を達成するための手段よりなる実施例12,1
3により作製された太陽電池は分離部近傍も良好な接合
特性を保っていることが明らかとなった。
【0084】さらに、同じく実施例14〜18は、同様
に分離部近傍にダメージが入らないことに加えて、分離
幅が狭くなり、短絡電流も増大することがわかった。
【0085】しかるに、比較例16では分離幅が大き
く、短絡電流が低いということ、比較例17〜22で
は、分離部近傍への熱的ダメージが回復しきれないとい
うことがわかった。
【0086】
【発明の効果】以上の実施例の説明で明らかなように、
本発明の太陽電池の製造法によれば、CdS膜またはC
1-X ZnX Sのグレンサイズを増大したことにより、
幅広い波長領域で高い光感度を持つとともに大きな開放
電圧を持つ太陽電池の作製が可能となった。また、膜に
ダメージを与えずに微細な幅の分離部を形成することが
可能になったため、大きい有効発電面積率をもち、高い
実効変換効率をもつ太陽電池の作製が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1〜18および比較例4〜9,
13,14,18〜22の太陽電池の製造法で作製した
太陽電池の熱処理前の窓層の縦断面図
【図2】本発明の実施例1〜11と比較例2〜9,11
〜15の太陽電池の製造法で製作した太陽電池の縦断面
【図3】本発明の実施例1,7と比較例1,10と比較
例2,11の太陽電池の製造法で製作した太陽電池のQ
E特性を示すグラフ
【図4】比較例1,10の太陽電池の製造法で作製した
従来構造の太陽電池の縦断面図
【図5】比較例15の太陽電池の製造法で作製した太陽
電池の窓層の縦断面図
【図6】本発明の実施例12〜18および比較例17〜
22の太陽電池の製造法で作製した太陽電池の縦断面図
【図7】本発明の実施例14,15,18と比較例2
1,22の太陽電池の製造法で作製した太陽電池のCd
Te膜レーザスクライブ前の積層膜の縦断面図
【図8】本発明の実施例16,17の太陽電池の製造法
で作製した太陽電池のCdTe膜レーザスクライブ前の
積層膜の縦断面図
【図9】比較例16の太陽電池の製造法で作製した従来
法による太陽電池の縦断面図
【符号の説明】
1 SnO2 基板 2,21 CdS膜 3 CdCl2 膜 3a LiCl膜 3b CdF2 膜 3c LiF膜 3d CdBr2 膜 3e LiBr膜 4 CdTe膜 5 C膜 6 AgIn膜 7 Ag膜 10 ガラス(コーニング#7059)基板 11 SnO2
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 有田 孝 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 室園 幹夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透光性基板上に少くともCdS膜の窓層を
    備えた太陽電池において、前記窓層形成後ふっ化カドミ
    ウム(CdF2 )を除くカドミウム(Cd)のハロゲン
    化合物の膜を形成し、その融点の上下50℃の温度領域
    で、熱処理した後引続き700℃で熱処理を行い、その
    後吸収層を形成する太陽電池の製造法。
  2. 【請求項2】透光性基板上に少くともCdS膜の窓層を
    備えた太陽電池において、前記窓層形成後ふっ化リチウ
    ム(LiF)を除くリチウム(Li)のハロゲン化合物
    の膜を形成し、その融点の上下50℃の温度領域で、熱
    処理した後引続き700℃で熱処理を行い、その後吸収
    層を形成する太陽電池の製造法。
  3. 【請求項3】透光性基板上に少くともCdS膜の窓層を
    備えた太陽電池において、前記窓層形成後ふっ化カドミ
    ウム(CdF2 )膜を形成した後700℃で熱処理を行
    い、その後吸収層を形成する太陽電池の製造法。
  4. 【請求項4】透光性基板上に少くともCdS膜の窓層を
    備えた太陽電池において、前記窓層形成後ふっ化リチウ
    ム(LiF)膜を形成した後700℃で熱処理を行い、
    その後吸収層を形成する太陽電池の製造法。
  5. 【請求項5】Cdのハロゲン化合物が塩化カドミウム
    (CdCL2 )である請求項1記載の太陽電池の製造
    法。
  6. 【請求項6】Liのハロゲン化合物が塩化リチウム(L
    iCl)である請求項2記載の太陽電池の製造法。
  7. 【請求項7】吸収層がカドミテルル(CdTe)膜であ
    る請求項1ないし6のいづれかに記載の太陽電池の製造
    法。
  8. 【請求項8】窓層およびCdまたはLiのハロゲン化合
    物の少くとも一方の膜を真空成膜法で形成する請求項1
    ないし6のいづれかに記載の太陽電池の製造法。
  9. 【請求項9】透光性基板上に少くともCdS膜の窓層を
    備えた太陽電池において、前記窓層形成後Liのハロゲ
    ン化合物の膜を形成し、前記Liハロゲン化合物の融点
    以上の温度で熱処理した後、吸収層を形成する太陽電池
    の製造法。
  10. 【請求項10】透光性基板上に少くともCd1-X ZnX
    S(但し0<X<1)膜を備えた太陽電池において、前
    記窓層形成後Liのハロゲン化合物の膜を形成し、前記
    Liのハロゲン化合物の融点以上の温度で熱処理した
    後、吸収層を形成する太陽電池の製造法。
  11. 【請求項11】Liのハロゲン化合物がLiClである
    請求項9または10記載の太陽電池の製造法。
  12. 【請求項12】吸収層がCdTe膜である請求項9また
    は10記載の太陽電池の製造法。
  13. 【請求項13】窓層およびLiのハロゲン化合物の膜の
    いづれか一方を真空成膜法で形成する請求項9ないし1
    2のいづれかに記載の太陽電池の製造法。
  14. 【請求項14】透光性基板上に少くともCdS膜の窓層
    を備え、同一基板上で直列接続するために、前記窓層に
    分離部を持つ太陽電池において、前記窓層形成後CdC
    2 膜を形成し、その後レーザスクライブして前記窓層
    とCdCl2 膜とに分離部を形成した後、550〜70
    0℃で熱処理してから吸収層を形成する太陽電池の製造
    法。
  15. 【請求項15】透光性基板上に少くともCdS膜の窓層
    と、吸収層としてCdTe膜とを備え、同一基板上で直
    列接続するために、前記窓層とCdTe膜とに分離部を
    持つ太陽電池において、前記窓層とCdTe膜を形成
    し、その後CdCl2 膜を形成し、その後レーザスクラ
    イブして前記窓層とCdTe膜および前記CdCl2
    とに分離部を形成した後、550〜700℃で熱処理す
    る太陽電池の製造法。
  16. 【請求項16】透光性基板上に少くともCdS膜の窓層
    と、吸収層としてCdTe膜とを備え、同一基板上で、
    直列接続するために、前記窓層と、CdTe膜とに分離
    部を持つ太陽電池において、前記窓層とCdTe膜とを
    形成し、その後CdCl2 および二塩化銅(CuC
    2 )の混合物の膜を形成し、その後レーザスクライブ
    して前記窓層とCdTe膜と前記CdCl2 およびCu
    Cl2 の混合物の膜とに分離部を形成した後、350〜
    550℃で熱処理する太陽電池の製造法。
  17. 【請求項17】熱処理雰囲気が還元性ガスまたは不活性
    ガス雰囲気である請求項14または15記載の太陽電池
    の製造法。
  18. 【請求項18】熱処理雰囲気が不活性ガスまたは酸化性
    ガス雰囲気である請求項16記載の太陽電池の製造法。
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