JPH07122762A - 薄膜光起電力装置 - Google Patents
薄膜光起電力装置Info
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- JPH07122762A JPH07122762A JP5264852A JP26485293A JPH07122762A JP H07122762 A JPH07122762 A JP H07122762A JP 5264852 A JP5264852 A JP 5264852A JP 26485293 A JP26485293 A JP 26485293A JP H07122762 A JPH07122762 A JP H07122762A
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- 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
- 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】 （修正有）
【構成】 タンデム構造の光起電力装置において、光吸
収層として、バンドギャップが小さいＣｕＩｎＳｅ2 な
どのカルコパイライト化合物３を下部セル６に、それよ
りバンドギャップが大きいＣｕＩｎＳ2 などのカルコパ
イライト化合物１０を上部セル１２に用いた。 【効果】 変換効率が高く、光照射時の耐久性に優れ、
かつ安価なタンデム構造の光起電力装置が作製できる。
収層として、バンドギャップが小さいＣｕＩｎＳｅ2 な
どのカルコパイライト化合物３を下部セル６に、それよ
りバンドギャップが大きいＣｕＩｎＳ2 などのカルコパ
イライト化合物１０を上部セル１２に用いた。 【効果】 変換効率が高く、光照射時の耐久性に優れ、
かつ安価なタンデム構造の光起電力装置が作製できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、タンデム構造を有する
高効率の薄膜光起電力装置に関するものである。
高効率の薄膜光起電力装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体光起電力素子において、電気エネ
ルギーに変換できる光の波長範囲は、その半導体材料の
バンドギャップにより決定される。バンドギャップより
低いエネルギー、即ち長波長の光は半導体に吸収されず
に透過してしまう。一方、バンドギャップより高いエネ
ルギー、即ち短波長の光は半導体に吸収され、電子を価
電子帯から伝導帯に励起することにより光電流を発生さ
せる。ただし、吸収された光エネルギーのうち、バンド
ギャップより大きい分は熱エネルギーとして損失され光
電流に寄与しない。太陽光スペクトルが広い波長範囲に
渡り分布しているため、単一接合の光起電力素子では、
太陽光の入射エネルギーの５０％以上が利用されずに損
失してしまい、これが光電変換効率の飛躍的向上が達成
されない一因となっている。
ルギーに変換できる光の波長範囲は、その半導体材料の
バンドギャップにより決定される。バンドギャップより
低いエネルギー、即ち長波長の光は半導体に吸収されず
に透過してしまう。一方、バンドギャップより高いエネ
ルギー、即ち短波長の光は半導体に吸収され、電子を価
電子帯から伝導帯に励起することにより光電流を発生さ
せる。ただし、吸収された光エネルギーのうち、バンド
ギャップより大きい分は熱エネルギーとして損失され光
電流に寄与しない。太陽光スペクトルが広い波長範囲に
渡り分布しているため、単一接合の光起電力素子では、
太陽光の入射エネルギーの５０％以上が利用されずに損
失してしまい、これが光電変換効率の飛躍的向上が達成
されない一因となっている。
【０００３】近年、太陽光を広い波長範囲で有効に利用
する目的から、バンドギャップの異なる半導体を構成材
料とする二つ以上の光起電力素子を積層したタンデム構
造と呼ばれる光起電力装置が報告されている。タンデム
構造の光起電力装置（以下、タンデム・セルと略す。）
は、バンドギャップが広い半導体材料を光吸収層として
有する第２の光起電力素子（以下、上部セルと略す。）
を光の入射側に、上部セルよりバンドギャップが狭い半
導体材料を光吸収層として有する第１の光起電力素子
（以下、下部セルと略す。）を上部セルの光の進行方向
側に設置した構成となる。タンデム・セルとして、アモ
ルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉと略す。）のＰＩＮ
型光起電力素子を上部セル、結晶シリコン（以下、ｃ−
Ｓｉと略す。）のＰＮ型光起電力素子、ａ−ＳｉをＰ
層、アモルファスシリコンゲルマニウムをＩ層、ａ−Ｓ
ｉをＮ層としたＰＩＮ型光起電力素子またはセレン化銅
インジウム（ＣｕＩｎＳｅ2 ）などのａ−Ｓｉよりもバ
ンドギャップの狭いI −III −VI族化合物半導体（以
下、カルコパイライト化合物と称す。）をＰ層、硫化カ
ドミウム（ＣｄＳ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）若しくはそれ
らの固溶体をＮ層としたＰＮ型光起電力素子を下部セル
として構成されたものがある。また、砒素化ガリウム
（ＧａＡｓ）、硫化銅インジウム（ＣｕＩｎＳ2 ）など
のｃ−Ｓｉよりもバンドギャップの広い化合物半導体の
ＰＮ型光起電力素子を上部セル、ｃ−Ｓｉを下部セルと
して構成されたものもある。
する目的から、バンドギャップの異なる半導体を構成材
料とする二つ以上の光起電力素子を積層したタンデム構
造と呼ばれる光起電力装置が報告されている。タンデム
構造の光起電力装置（以下、タンデム・セルと略す。）
は、バンドギャップが広い半導体材料を光吸収層として
有する第２の光起電力素子（以下、上部セルと略す。）
を光の入射側に、上部セルよりバンドギャップが狭い半
導体材料を光吸収層として有する第１の光起電力素子
（以下、下部セルと略す。）を上部セルの光の進行方向
側に設置した構成となる。タンデム・セルとして、アモ
ルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉと略す。）のＰＩＮ
型光起電力素子を上部セル、結晶シリコン（以下、ｃ−
Ｓｉと略す。）のＰＮ型光起電力素子、ａ−ＳｉをＰ
層、アモルファスシリコンゲルマニウムをＩ層、ａ−Ｓ
ｉをＮ層としたＰＩＮ型光起電力素子またはセレン化銅
インジウム（ＣｕＩｎＳｅ2 ）などのａ−Ｓｉよりもバ
ンドギャップの狭いI −III −VI族化合物半導体（以
下、カルコパイライト化合物と称す。）をＰ層、硫化カ
ドミウム（ＣｄＳ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）若しくはそれ
らの固溶体をＮ層としたＰＮ型光起電力素子を下部セル
として構成されたものがある。また、砒素化ガリウム
（ＧａＡｓ）、硫化銅インジウム（ＣｕＩｎＳ2 ）など
のｃ−Ｓｉよりもバンドギャップの広い化合物半導体の
ＰＮ型光起電力素子を上部セル、ｃ−Ｓｉを下部セルと
して構成されたものもある。
【０００４】しかしながら、ａ−ＳｉのＰＩＮ型光起電
力素子は、ｃ−Ｓｉおよび化合物半導体のＰＮ型光起電
力素子と比較して光電変換効率が低く、光照射に対する
耐久性において劣るためａ−Ｓｉを構成材料としたタン
デム・セルでも同様な問題がある。また、ｃ−ＳｉやＧ
ａＡｓなどのIII −Ｖ族化合物半導体の光起電力素子は
光電変換効率は高いが、その半導体材料の結晶バルク基
板が高価であるために、これらを構成材料としたタンデ
ム・セルにおいても高価になるという問題がある。
力素子は、ｃ−Ｓｉおよび化合物半導体のＰＮ型光起電
力素子と比較して光電変換効率が低く、光照射に対する
耐久性において劣るためａ−Ｓｉを構成材料としたタン
デム・セルでも同様な問題がある。また、ｃ−ＳｉやＧ
ａＡｓなどのIII −Ｖ族化合物半導体の光起電力素子は
光電変換効率は高いが、その半導体材料の結晶バルク基
板が高価であるために、これらを構成材料としたタンデ
ム・セルにおいても高価になるという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、単一接合の
光起電力素子では実現困難な、高光電変換効率、長寿命
かつ低コストを可能にするタンデム構造の光起電力装置
を提供することを目的とする。
光起電力素子では実現困難な、高光電変換効率、長寿命
かつ低コストを可能にするタンデム構造の光起電力装置
を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、高光電変
換効率、長寿命かつ低コストの光起電力装置の構成につ
いて検討した結果、上部セル及び下部セルの光吸収層と
してカルコパイライト化合物を用いた薄膜型のタンデム
・セルが、ａ−Ｓｉを構成材料としたタンデム・セルと
比較して光照射に対して安定で光電変換効率が高く、か
つｃ−Ｓｉ、ＧａＡｓなどの高価な半導体材料を有する
タンデム・セルに比べ安価に作製できることを見いだし
本発明をなすに至った。
換効率、長寿命かつ低コストの光起電力装置の構成につ
いて検討した結果、上部セル及び下部セルの光吸収層と
してカルコパイライト化合物を用いた薄膜型のタンデム
・セルが、ａ−Ｓｉを構成材料としたタンデム・セルと
比較して光照射に対して安定で光電変換効率が高く、か
つｃ−Ｓｉ、ＧａＡｓなどの高価な半導体材料を有する
タンデム・セルに比べ安価に作製できることを見いだし
本発明をなすに至った。
【０００７】すなわち本発明は、元素周期律表のI −II
I −VI族化合物薄膜を光吸収層として有する第１の薄膜
光起電力素子と、第１の薄膜光起電力素子の光吸収層の
I −III −VI族化合物薄膜よりもバンドギャップの広い
元素周期律表のI −III −VI族化合物薄膜を光吸収層と
して有する第２の薄膜光起電力素子とを積層することを
特徴とする薄膜光起電力装置である。
I −VI族化合物薄膜を光吸収層として有する第１の薄膜
光起電力素子と、第１の薄膜光起電力素子の光吸収層の
I −III −VI族化合物薄膜よりもバンドギャップの広い
元素周期律表のI −III −VI族化合物薄膜を光吸収層と
して有する第２の薄膜光起電力素子とを積層することを
特徴とする薄膜光起電力装置である。
【０００８】以下に、本発明を詳細に説明する。図１か
ら図４は、本発明を適用した薄膜光起電力装置の例であ
る。図１中の、１は下部セル用の絶縁性透明基板、２は
Ｍｏ等からなる金属電極、３はＰ型またはＮ型のカルコ
パイライト化合物からなる光吸収層、４は光吸収層とＰ
Ｎ接合を形成する半導体層、５はアルミ添加酸化亜鉛
（以下、ＺｎＯ：Ａｌと略す。）等からなる透明電極層
であり、６は基板１上に、２から５を順次積層して形成
された下部セルである。７は上部セル用の絶縁性透明基
板、８、１１はＺｎＯ：Ａｌ等からなる透明電極層であ
り、１０はバンドギャップが下部セルの光吸収層材料よ
りも大きいＰ型またはＮ型のカルコパイライト化合物か
らなる上部セルの光吸収層、９はこの光吸収層とＰＮ接
合を形成する半導体層であり、１２は基板７上に、８か
ら１１を順次積層して形成された上部セルである。下部
セル６と上部セル１２とは別々に形成され、それらの透
明電極５と透明電極１１とが、防湿用ポリマー１３を介
して接合され、タンデムセルが形成されている。
ら図４は、本発明を適用した薄膜光起電力装置の例であ
る。図１中の、１は下部セル用の絶縁性透明基板、２は
Ｍｏ等からなる金属電極、３はＰ型またはＮ型のカルコ
パイライト化合物からなる光吸収層、４は光吸収層とＰ
Ｎ接合を形成する半導体層、５はアルミ添加酸化亜鉛
（以下、ＺｎＯ：Ａｌと略す。）等からなる透明電極層
であり、６は基板１上に、２から５を順次積層して形成
された下部セルである。７は上部セル用の絶縁性透明基
板、８、１１はＺｎＯ：Ａｌ等からなる透明電極層であ
り、１０はバンドギャップが下部セルの光吸収層材料よ
りも大きいＰ型またはＮ型のカルコパイライト化合物か
らなる上部セルの光吸収層、９はこの光吸収層とＰＮ接
合を形成する半導体層であり、１２は基板７上に、８か
ら１１を順次積層して形成された上部セルである。下部
セル６と上部セル１２とは別々に形成され、それらの透
明電極５と透明電極１１とが、防湿用ポリマー１３を介
して接合され、タンデムセルが形成されている。
【０００９】ＰＮ接合を形成する場合には、Ｐ層、Ｎ層
の材料を同一のカルコパイライト化合物として、ホモＰ
Ｎ接合を形成しても良いし、或いは、Ｐ型またはＮ型の
カルコパイライト化合物を光吸収層として、光吸収層よ
りバンドギャップの広いＮ型またはＰ型の半導体を窓層
として、それらを接合してヘテロＰＮ接合を形成しても
良い。
の材料を同一のカルコパイライト化合物として、ホモＰ
Ｎ接合を形成しても良いし、或いは、Ｐ型またはＮ型の
カルコパイライト化合物を光吸収層として、光吸収層よ
りバンドギャップの広いＮ型またはＰ型の半導体を窓層
として、それらを接合してヘテロＰＮ接合を形成しても
良い。
【００１０】光吸収層としてのカルコパイライト化合物
のバンドギャップは、下部セルよりも上部セルの方が広
ければ特に限定されないが、好ましくは、下部セルが
０．８ｅＶ〜１．３ｅＶ、上部セルが１．３ｅＶ〜２．
５ｅＶの範囲であり、上部セルと下部セルのバンドギャ
ップの差が０．２ｅＶ以上あるのがより好ましい。下部
セルの光吸収層に適用されるカルコパイライト化合物と
しては、特に限定はないが、ＣｕＩｎＴｅ2 、ＡｇＩｎ
Ｔｅ2 、ＣｕＩｎＳｅ2 、ＡｇＩｎＳｅ2 、ＡｇＧａＴ
ｅ2 、ＣｕＧａＴｅ2 およびこれらの混晶等が挙げられ
る。また、上部セルの光吸収層に適用されるカルコパイ
ライト化合物としては、特に限定はないが、ＣｕＩｎＳ
2 、ＣｕＧａＳｅ2 、ＡｇＧａＳｅ2 、ＡｇＩｎＳ2 、
ＣｕＧａＳ 2 およびこれらの混晶等が挙げられる。
のバンドギャップは、下部セルよりも上部セルの方が広
ければ特に限定されないが、好ましくは、下部セルが
０．８ｅＶ〜１．３ｅＶ、上部セルが１．３ｅＶ〜２．
５ｅＶの範囲であり、上部セルと下部セルのバンドギャ
ップの差が０．２ｅＶ以上あるのがより好ましい。下部
セルの光吸収層に適用されるカルコパイライト化合物と
しては、特に限定はないが、ＣｕＩｎＴｅ2 、ＡｇＩｎ
Ｔｅ2 、ＣｕＩｎＳｅ2 、ＡｇＩｎＳｅ2 、ＡｇＧａＴ
ｅ2 、ＣｕＧａＴｅ2 およびこれらの混晶等が挙げられ
る。また、上部セルの光吸収層に適用されるカルコパイ
ライト化合物としては、特に限定はないが、ＣｕＩｎＳ
2 、ＣｕＧａＳｅ2 、ＡｇＧａＳｅ2 、ＡｇＩｎＳ2 、
ＣｕＧａＳ 2 およびこれらの混晶等が挙げられる。
【００１１】光吸収層とＰＮ接合を形成する材料として
は、光吸収層の材料として挙げたカルコパイライト化合
物に加え、ＡｇＧａＳ2 、ＣｕＡｌＳｅ2 、ＣｕＡｌＳ
2 およびこれらの混晶、ＣｄＳ、ＺｎＳ、（Ｃｄ、Ｚ
ｎ）Ｓ、ＺｎＳｅ等のII−VI族化合物、さらにＳｎ
Ｏ2 、Ｉｎ2 Ｏ3 、Ｉｎ2 Ｓｅ3 、Ｉｎ2 Ｓ3 等が挙げ
られる。ＰＮ接合を形成するとき、この材料はバンドギ
ャップが光吸収層と同等若しくは広いものが選択され
る。
は、光吸収層の材料として挙げたカルコパイライト化合
物に加え、ＡｇＧａＳ2 、ＣｕＡｌＳｅ2 、ＣｕＡｌＳ
2 およびこれらの混晶、ＣｄＳ、ＺｎＳ、（Ｃｄ、Ｚ
ｎ）Ｓ、ＺｎＳｅ等のII−VI族化合物、さらにＳｎ
Ｏ2 、Ｉｎ2 Ｏ3 、Ｉｎ2 Ｓｅ3 、Ｉｎ2 Ｓ3 等が挙げ
られる。ＰＮ接合を形成するとき、この材料はバンドギ
ャップが光吸収層と同等若しくは広いものが選択され
る。
【００１２】上部セル、下部セルの光吸収層であるカル
コパイライト化合物薄膜およびこの光吸収層とｐｎ接合
を形成する半導体層としてカルコパイライト化合物を用
いる場合の薄膜の形成方法としては特に限定はないが、
例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、カルコゲナイ
ド化法、ＭＯＣＶＤ法、塗布法、スプレー法、溶液法等
がある。スパッタリング法、真空蒸着法でカルコパイラ
イト化合物薄膜を形成する場合には、成膜用材料として
カルコパイライト化合物を用いても良いし、I−VI族化
合物およびIII −Ｖ族化合物の２元化合物を用いても良
いし、カルコパイライト化合物を構成する各元素を用い
ても良い。カルコゲナイド化法には大きく分類して固相
カルコゲナイド化法と気相カルコゲナイド化法とがあ
り、前者の例としてＩ族元素、III 族元素、VI族元素の
積層膜を不活性ガス雰囲気中で熱処理する方法、後者の
例として、Ｉ族元素、III 族元素の積層膜をカルコゲナ
イド（VI族元素）含有ガス雰囲気中で熱処理する方法が
ある。
コパイライト化合物薄膜およびこの光吸収層とｐｎ接合
を形成する半導体層としてカルコパイライト化合物を用
いる場合の薄膜の形成方法としては特に限定はないが、
例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、カルコゲナイ
ド化法、ＭＯＣＶＤ法、塗布法、スプレー法、溶液法等
がある。スパッタリング法、真空蒸着法でカルコパイラ
イト化合物薄膜を形成する場合には、成膜用材料として
カルコパイライト化合物を用いても良いし、I−VI族化
合物およびIII −Ｖ族化合物の２元化合物を用いても良
いし、カルコパイライト化合物を構成する各元素を用い
ても良い。カルコゲナイド化法には大きく分類して固相
カルコゲナイド化法と気相カルコゲナイド化法とがあ
り、前者の例としてＩ族元素、III 族元素、VI族元素の
積層膜を不活性ガス雰囲気中で熱処理する方法、後者の
例として、Ｉ族元素、III 族元素の積層膜をカルコゲナ
イド（VI族元素）含有ガス雰囲気中で熱処理する方法が
ある。
【００１３】上部セル、下部セルを形成する、電極層お
よびカルコパイライト化合物を用いない半導体層の形成
方法としても特に限定はないが、例えばスパッタリング
法、真空蒸着法、ＭＯＣＶＤ法、塗布法、スプレー法、
溶液法等がある。図２中の、１は絶縁性透明基板、２は
Ｍｏ等からなる金属電極、３はＰ型またはＮ型のカルコ
パイライト化合物からなる光吸収層、４は光吸収層とＰ
Ｎ接合を形成する半導体層、５はＺｎＯ：Ａｌ等からな
る透明電極層であり、１４は基板１上に２から５を順次
積層して形成された下部セルである。１５は透明電極層
５上に形成された酸化シリコン等からなる透明絶縁層で
あり、これは下部セルと上部セルとを電気的に絶縁する
ためのものである。８、１１はＺｎＯ：Ａｌ等からなる
透明電極層、１０はバンドギャップが下部セルの光吸収
層材料よりも大きいＰ型またはＮ型のカルコパイライト
化合物からなる上部セルの光吸収層、９はこの光吸収層
とＰＮ接合を形成する半導体層であり、１６は透明絶縁
層１４上に１１から８の順に積層して形成された上部セ
ルである。
よびカルコパイライト化合物を用いない半導体層の形成
方法としても特に限定はないが、例えばスパッタリング
法、真空蒸着法、ＭＯＣＶＤ法、塗布法、スプレー法、
溶液法等がある。図２中の、１は絶縁性透明基板、２は
Ｍｏ等からなる金属電極、３はＰ型またはＮ型のカルコ
パイライト化合物からなる光吸収層、４は光吸収層とＰ
Ｎ接合を形成する半導体層、５はＺｎＯ：Ａｌ等からな
る透明電極層であり、１４は基板１上に２から５を順次
積層して形成された下部セルである。１５は透明電極層
５上に形成された酸化シリコン等からなる透明絶縁層で
あり、これは下部セルと上部セルとを電気的に絶縁する
ためのものである。８、１１はＺｎＯ：Ａｌ等からなる
透明電極層、１０はバンドギャップが下部セルの光吸収
層材料よりも大きいＰ型またはＮ型のカルコパイライト
化合物からなる上部セルの光吸収層、９はこの光吸収層
とＰＮ接合を形成する半導体層であり、１６は透明絶縁
層１４上に１１から８の順に積層して形成された上部セ
ルである。
【００１４】図３中の、１は絶縁性透明基板、２はＭｏ
等からなる金属電極、３はＰ型またはＮ型のカルコパイ
ライト化合物からなる光吸収層、４は光吸収層とＰＮ接
合を形成する半導体層、１７はＺｎＯ：Ａｌ等からなる
透明電極層であり、１８は以上の２、３、４、１７で構
成されている下部セルである。８はＺｎＯ：Ａｌ等から
なる透明電極層、１０はバンドギャップが下部セルの光
吸収層材料よりも大きいＰ型またはＮ型のカルコパイラ
イト化合物からなる上部セルの光吸収層、９はこの光吸
収層とＰＮ接合を形成する半導体層であり、１９は以上
の８、９、１０、１７で構成されている上部セルであ
る。この構造では、下部セルの光吸収層３がＰ型の場
合、上部セルの光吸収層１０はＮ型、下部セルの光吸収
層３がＮ型の場合、上部セルの光吸収層１０はＰ型であ
り、下部セルと上部セルとが透明電極１７を共通の端子
として電気的に並列に接合されている。
等からなる金属電極、３はＰ型またはＮ型のカルコパイ
ライト化合物からなる光吸収層、４は光吸収層とＰＮ接
合を形成する半導体層、１７はＺｎＯ：Ａｌ等からなる
透明電極層であり、１８は以上の２、３、４、１７で構
成されている下部セルである。８はＺｎＯ：Ａｌ等から
なる透明電極層、１０はバンドギャップが下部セルの光
吸収層材料よりも大きいＰ型またはＮ型のカルコパイラ
イト化合物からなる上部セルの光吸収層、９はこの光吸
収層とＰＮ接合を形成する半導体層であり、１９は以上
の８、９、１０、１７で構成されている上部セルであ
る。この構造では、下部セルの光吸収層３がＰ型の場
合、上部セルの光吸収層１０はＮ型、下部セルの光吸収
層３がＮ型の場合、上部セルの光吸収層１０はＰ型であ
り、下部セルと上部セルとが透明電極１７を共通の端子
として電気的に並列に接合されている。
【００１５】図４中の、１は絶縁性透明基板、２はＭｏ
等からなる金属電極、３はＰ型またはＮ型のカルコパイ
ライト化合物からなる光吸収層、４は光吸収層３とＰＮ
接合を形成する半導体層、８はＺｎＯ：Ａｌ等からなる
透明電極層、１０はバンドギャップが下部セルの光吸収
層材料よりも大きいＰ型またはＮ型のカルコパイライト
化合物からなる上部セルの光吸収層、９はこの光吸収層
１０とＰＮ接合を形成する半導体層であり、３、４から
なる下部セル２０と、９、１０からなる上部セル２１が
直接、接合されてタンデムセルが形成されている。この
構造では、下部セルの光吸収層３がＰ型の場合、上部セ
ルの光吸収層１０もＰ型、下部セルの光吸収層３がＮ型
の場合、上部セルの光吸収層１０もＮ型であり、下部セ
ルと上部セルは電気的に直列に接合されている。
等からなる金属電極、３はＰ型またはＮ型のカルコパイ
ライト化合物からなる光吸収層、４は光吸収層３とＰＮ
接合を形成する半導体層、８はＺｎＯ：Ａｌ等からなる
透明電極層、１０はバンドギャップが下部セルの光吸収
層材料よりも大きいＰ型またはＮ型のカルコパイライト
化合物からなる上部セルの光吸収層、９はこの光吸収層
１０とＰＮ接合を形成する半導体層であり、３、４から
なる下部セル２０と、９、１０からなる上部セル２１が
直接、接合されてタンデムセルが形成されている。この
構造では、下部セルの光吸収層３がＰ型の場合、上部セ
ルの光吸収層１０もＰ型、下部セルの光吸収層３がＮ型
の場合、上部セルの光吸収層１０もＮ型であり、下部セ
ルと上部セルは電気的に直列に接合されている。
【００１６】
【実施例】以下に、本発明の実施例を具体的に説明す
る。
る。
【００１７】
【実施例１】厚さ１ｍｍのガラス基板上に、スパッタリ
ング法によりＭｏを電極として形成して、その上にＣ
ｕ、Ｉｎ、Ｓｅを真空蒸着法を用いて順次積層して、そ
の積層膜をＡｒ雰囲気中で熱処理することによりＰ型Ｃ
ｕＩｎＳｅ2 を形成した。さらに、溶液法によりＮ型Ｃ
ｄＳ、２ｗｔ％Ａｌ2 Ｏ3 含有ＺｎＯ（以下、ＺｎＯ：
Ａｌと略す。）焼結体をターゲットとして用いたスパッ
タリング法により透明電極を順次成膜して下部セルを作
製した。次に、別の厚さ１ｍｍのガラス基板上に、スパ
ッタリング法によりＺｎＯ：Ａｌ透明電極、真空蒸着法
によりＮ型ＣｄＳを形成した。その上に、Ｃｕ、Ｉｎ、
Ｓを蒸発源とした３源同時蒸着法により、Ｐ型ＣｕＩｎ
Ｓ2 を形成した。さらに、スパッタリング法によりＺｎ
Ｏ：Ａｌ透明電極を形成して、上部セルを作製した。下
部セルと上部セルをそれぞれ作製した後に、ＺｎＯ：Ａ
ｌ透明電極の面の間に防湿用ポリマーを挟んで接合して
タンデム構造の薄膜起電力装置を作製した。上部セル、
下部セルからそれぞれ正負の電極を取り出し、ＡＭ１．
５の光源を用いて太陽電池特性を評価したところ、変換
効率は上部セルが１０．０％、下部セルが８．０％、タ
ンデム・セルで１８．０％であった。また、１０００時
間連続して光照射した後の変換効率は１７．５％であ
り、初期変換効率の９７％であった。
ング法によりＭｏを電極として形成して、その上にＣ
ｕ、Ｉｎ、Ｓｅを真空蒸着法を用いて順次積層して、そ
の積層膜をＡｒ雰囲気中で熱処理することによりＰ型Ｃ
ｕＩｎＳｅ2 を形成した。さらに、溶液法によりＮ型Ｃ
ｄＳ、２ｗｔ％Ａｌ2 Ｏ3 含有ＺｎＯ（以下、ＺｎＯ：
Ａｌと略す。）焼結体をターゲットとして用いたスパッ
タリング法により透明電極を順次成膜して下部セルを作
製した。次に、別の厚さ１ｍｍのガラス基板上に、スパ
ッタリング法によりＺｎＯ：Ａｌ透明電極、真空蒸着法
によりＮ型ＣｄＳを形成した。その上に、Ｃｕ、Ｉｎ、
Ｓを蒸発源とした３源同時蒸着法により、Ｐ型ＣｕＩｎ
Ｓ2 を形成した。さらに、スパッタリング法によりＺｎ
Ｏ：Ａｌ透明電極を形成して、上部セルを作製した。下
部セルと上部セルをそれぞれ作製した後に、ＺｎＯ：Ａ
ｌ透明電極の面の間に防湿用ポリマーを挟んで接合して
タンデム構造の薄膜起電力装置を作製した。上部セル、
下部セルからそれぞれ正負の電極を取り出し、ＡＭ１．
５の光源を用いて太陽電池特性を評価したところ、変換
効率は上部セルが１０．０％、下部セルが８．０％、タ
ンデム・セルで１８．０％であった。また、１０００時
間連続して光照射した後の変換効率は１７．５％であ
り、初期変換効率の９７％であった。
【００１８】
【比較例１】ＳｎＯ2 （酸化錫）付ガラス基板上に、ｒ
ｆ（radio frequency ）ＣＶＤ法を用いてＰ型ａ−Ｓ
ｉ、Ｉ型ａ−Ｓｉ、Ｎ型ａ−Ｓｉを順次成膜して、その
上に、ＩＴＯを形成して上部セルを作製した。Ｐ型結晶
シリコンウェハに、熱拡散法を用いてリン（Ｐ）をドー
プしてＮ型層を形成した後、表面のＮ型層に櫛形Ａｇ−
Ａｌを形成した。最後に、リンを熱拡散した際にシリコ
ン裏面に形成されたＮ型層を酸処理により除去し、Ａｇ
電極を形成して下部セルを作製した。下部セルと上部セ
ルをそれぞれ作製した後、ＩＴＯ透明電極とシリコン表
面との間に防湿用ポリマーを挟んで接合して、タンデム
構造の薄膜起電力装置を作製した。上部セル、下部セル
からそれぞれ正負の電極を取り出し、ＡＭ１．５の光源
を用いて太陽電池特性を評価したところ、変換効率は上
部セルが７．８％、下部セルが９．６％、タンデム・セ
ルで１７．４％であった。また、１０００時間連続して
光照射した後の変換効率は１５．７％であり、初期変換
効率の９０％であった。
ｆ（radio frequency ）ＣＶＤ法を用いてＰ型ａ−Ｓ
ｉ、Ｉ型ａ−Ｓｉ、Ｎ型ａ−Ｓｉを順次成膜して、その
上に、ＩＴＯを形成して上部セルを作製した。Ｐ型結晶
シリコンウェハに、熱拡散法を用いてリン（Ｐ）をドー
プしてＮ型層を形成した後、表面のＮ型層に櫛形Ａｇ−
Ａｌを形成した。最後に、リンを熱拡散した際にシリコ
ン裏面に形成されたＮ型層を酸処理により除去し、Ａｇ
電極を形成して下部セルを作製した。下部セルと上部セ
ルをそれぞれ作製した後、ＩＴＯ透明電極とシリコン表
面との間に防湿用ポリマーを挟んで接合して、タンデム
構造の薄膜起電力装置を作製した。上部セル、下部セル
からそれぞれ正負の電極を取り出し、ＡＭ１．５の光源
を用いて太陽電池特性を評価したところ、変換効率は上
部セルが７．８％、下部セルが９．６％、タンデム・セ
ルで１７．４％であった。また、１０００時間連続して
光照射した後の変換効率は１５．７％であり、初期変換
効率の９０％であった。
【００１９】
【実施例２】厚さ１ｍｍのガラス基板上に、スパッタリ
ング法によりＭｏを電極として形成して、その上にＣ
ｕ、Ｉｎ、Ｓｅを蒸発源とした３源同時蒸着法によりＰ
型のＣｕＩｎＳｅ2 を、ＣｄＳ、ＺｎＳを蒸発源とした
真空蒸着法によりＣｄ0.9 Ｚｎ 0.1 Ｓを順次積層して、
さらに、ＭＯＣＶＤ法によりボロン（Ｂ）ドープ酸化亜
鉛（以下、ＺｎＯ：Ｂと略す。）透明電極を形成して下
部セルを作製した。次に、下部セルと上部セルとを電気
的に絶縁するために、下部セルの透明電極層の上に、プ
ラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ2 を形成した。ＳｉＯ2 上
にＭＯＣＶＤ法によりＺｎＯ：Ｂを形成した後、Ｃｕ、
Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅを蒸発源とした３源同時蒸着法により
Ｐ型ＣｕＧａ0.9 Ｉｎ0.1 Ｓｅ2 を、ＣｄＳ、ＺｎＳを
蒸発源とした真空蒸着法によりＣｄ0.7 Ｚｎ0.3 Ｓを、
ＭＯＣＶＤ法によりＺｎＯ：Ｂを順次積層してタンデム
構造の薄膜光起電力装置を作製した。上部セル、下部セ
ルからそれぞれ正負の電極を取り出し、ＡＭ１．５の光
源を用いて太陽電池特性を評価したところ、変換効率
は、上部セルが８．８％、下部セルが８．２％、タンデ
ム・セルで１７．０％であった。
ング法によりＭｏを電極として形成して、その上にＣ
ｕ、Ｉｎ、Ｓｅを蒸発源とした３源同時蒸着法によりＰ
型のＣｕＩｎＳｅ2 を、ＣｄＳ、ＺｎＳを蒸発源とした
真空蒸着法によりＣｄ0.9 Ｚｎ 0.1 Ｓを順次積層して、
さらに、ＭＯＣＶＤ法によりボロン（Ｂ）ドープ酸化亜
鉛（以下、ＺｎＯ：Ｂと略す。）透明電極を形成して下
部セルを作製した。次に、下部セルと上部セルとを電気
的に絶縁するために、下部セルの透明電極層の上に、プ
ラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ2 を形成した。ＳｉＯ2 上
にＭＯＣＶＤ法によりＺｎＯ：Ｂを形成した後、Ｃｕ、
Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅを蒸発源とした３源同時蒸着法により
Ｐ型ＣｕＧａ0.9 Ｉｎ0.1 Ｓｅ2 を、ＣｄＳ、ＺｎＳを
蒸発源とした真空蒸着法によりＣｄ0.7 Ｚｎ0.3 Ｓを、
ＭＯＣＶＤ法によりＺｎＯ：Ｂを順次積層してタンデム
構造の薄膜光起電力装置を作製した。上部セル、下部セ
ルからそれぞれ正負の電極を取り出し、ＡＭ１．５の光
源を用いて太陽電池特性を評価したところ、変換効率
は、上部セルが８．８％、下部セルが８．２％、タンデ
ム・セルで１７．０％であった。
【００２０】
【実施例３】厚さ１ｍｍのガラス基板上に、スパッタリ
ング法によりＷを電極として形成して、その上にＣｕ、
Ｉｎ、Ｓｅ、Ｓを蒸発源として、３源同時蒸着法により
Ｐ型のＣｕＩｎＳｅ2 、Ｎ型のＣｕＩｎＳ2 を連続して
形成した。その上に、５ｗｔ％ＳｎＯ2 含有Ｉｎ2 Ｏ3
（以下、ＩＴＯと略す。）の焼結体をターゲットとして
用いたスパッタリング法により透明電極を作製した。次
に、ＩＴＯ透明電極上にＣｕ、Ｇａ、Ｓｅ、Ｓを蒸発源
として、３源同時蒸着法によりＮ型のＣｕＧａＳｅ2 、
Ｐ型のＣｕＧａＳ2 を連続形成し、さらに、スパッタリ
ング法によりＩＴＯ透明電極を形成してタンデム構造の
薄膜光起電力装置を作製した。セル最上部のＩＴＯ透明
電極とＷ電極を正極、セル中央部のＩＴＯ透明電極を負
極として、ＡＭ１．５の光源を用いて太陽電池特性を評
価したところ、変換効率は１６．０％であった。
ング法によりＷを電極として形成して、その上にＣｕ、
Ｉｎ、Ｓｅ、Ｓを蒸発源として、３源同時蒸着法により
Ｐ型のＣｕＩｎＳｅ2 、Ｎ型のＣｕＩｎＳ2 を連続して
形成した。その上に、５ｗｔ％ＳｎＯ2 含有Ｉｎ2 Ｏ3
（以下、ＩＴＯと略す。）の焼結体をターゲットとして
用いたスパッタリング法により透明電極を作製した。次
に、ＩＴＯ透明電極上にＣｕ、Ｇａ、Ｓｅ、Ｓを蒸発源
として、３源同時蒸着法によりＮ型のＣｕＧａＳｅ2 、
Ｐ型のＣｕＧａＳ2 を連続形成し、さらに、スパッタリ
ング法によりＩＴＯ透明電極を形成してタンデム構造の
薄膜光起電力装置を作製した。セル最上部のＩＴＯ透明
電極とＷ電極を正極、セル中央部のＩＴＯ透明電極を負
極として、ＡＭ１．５の光源を用いて太陽電池特性を評
価したところ、変換効率は１６．０％であった。
【００２１】
【実施例４】厚さ１ｍｍのガラス基板上に、スパッタリ
ング法によりＭｏを電極として形成して、その上にＣ
ｕ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｓｅ、Ｓを蒸発源として、３源同時蒸
着法によりＰ型のＣｕＩｎＳｅ2 、Ｎ型のＣｕＡｌＳｅ
2 、Ｐ型のＣｕＩｎＳ2 、Ｎ型のＣｕＡｌＳ2 を連続形
成して、さらにスパッタリング法によりＺｎＯ：Ａｌを
形成して、タンデム構造の薄膜光起電力素子を作製し
た。以上のように作製したセルの太陽電池特性をＡＭ
１．５の光源を用いて評価したところ、変換効率は１
６．５％であった。
ング法によりＭｏを電極として形成して、その上にＣ
ｕ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｓｅ、Ｓを蒸発源として、３源同時蒸
着法によりＰ型のＣｕＩｎＳｅ2 、Ｎ型のＣｕＡｌＳｅ
2 、Ｐ型のＣｕＩｎＳ2 、Ｎ型のＣｕＡｌＳ2 を連続形
成して、さらにスパッタリング法によりＺｎＯ：Ａｌを
形成して、タンデム構造の薄膜光起電力素子を作製し
た。以上のように作製したセルの太陽電池特性をＡＭ
１．５の光源を用いて評価したところ、変換効率は１
６．５％であった。
【００２２】
【比較例２】厚さ１ｍｍのガラス基板上に、スパッタリ
ング法によりＭｏを電極として形成して、その上にＣ
ｕ、Ｉｎ、Ｓｅを蒸発源とした３源同時蒸着法によりＰ
型のＣｕＩｎＳｅ2 を、ＣｄＳ、ＺｎＳを蒸発源とした
真空蒸着法によりＣｄ0.9 Ｚｎ 0.1 Ｓを順次積層して、
さらに、ＭＯＣＶＤ法によりボロン（Ｂ）ドープ酸化亜
鉛（以下、ＺｎＯ：Ｂと略す。）透明電極を形成して、
下部セルを作製した。以上のように作製した太陽電池の
特性を評価したところ、変換効率は１４．０％であっ
た。
ング法によりＭｏを電極として形成して、その上にＣ
ｕ、Ｉｎ、Ｓｅを蒸発源とした３源同時蒸着法によりＰ
型のＣｕＩｎＳｅ2 を、ＣｄＳ、ＺｎＳを蒸発源とした
真空蒸着法によりＣｄ0.9 Ｚｎ 0.1 Ｓを順次積層して、
さらに、ＭＯＣＶＤ法によりボロン（Ｂ）ドープ酸化亜
鉛（以下、ＺｎＯ：Ｂと略す。）透明電極を形成して、
下部セルを作製した。以上のように作製した太陽電池の
特性を評価したところ、変換効率は１４．０％であっ
た。
【００２３】
【発明の効果】本発明によると、安価で光電変換効率が
高く、かつ光照射に対する耐久性に優れた薄膜光起電力
装置を提供することができる。
高く、かつ光照射に対する耐久性に優れた薄膜光起電力
装置を提供することができる。
【図１】本発明が適用される薄膜光起電力装置を示す断
面説明図である。
面説明図である。
【図２】本発明が適用される薄膜光起電力装置を示す断
面説明図である。
面説明図である。
【図３】本発明が適用される薄膜光起電力装置を示す断
面説明図である。
面説明図である。
【図４】本発明が適用される薄膜光起電力装置を示す断
面説明図である。
面説明図である。
１、７ 絶縁性透明基板 ２ 金属電極 ３ 下部セルの光吸収層 ４ 下部セルの半導体層 ５、８、１１、１７ 透明電極層 ６、１４、１８、２０ 下部セル ９ 上部セルの半導体層 １０ 上部セルの光吸収層 １２、１５、１９、２１ 上部セル １３ 防湿用ポリマー １５ 透明絶縁層
Claims (1)
- 【請求項１】 元素周期律表のI −III −VI族化合物薄
膜を光吸収層として有する第１の薄膜光起電力素子と、
第１の薄膜光起電力素子の光吸収層のI −III −VI族化
合物薄膜よりもバンドギャップの広い元素周期律表のI
−III −VI族化合物薄膜を光吸収層として有する第２の
薄膜光起電力素子とを積層することを特徴とする薄膜光
起電力装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5264852A JPH07122762A (ja) | 1993-10-22 | 1993-10-22 | 薄膜光起電力装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5264852A JPH07122762A (ja) | 1993-10-22 | 1993-10-22 | 薄膜光起電力装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07122762A true JPH07122762A (ja) | 1995-05-12 |
Family
ID=17409118
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5264852A Withdrawn JPH07122762A (ja) | 1993-10-22 | 1993-10-22 | 薄膜光起電力装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07122762A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6899954B2 (en) | 2001-08-22 | 2005-05-31 | Schott Ag | Cadmium-free optical steep edge filters |
| JP2010524216A (ja) * | 2007-04-04 | 2010-07-15 | スイノ・オイ | 能動的太陽電池および製造方法 |
| WO2011024534A1 (ja) | 2009-08-27 | 2011-03-03 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 多接合光電変換装置、集積型多接合光電変換装置、並びにその製造方法 |
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| WO2014171457A1 (ja) * | 2013-04-17 | 2014-10-23 | 独立行政法人科学技術振興機構 | フォトニック結晶及びそれを利用した光機能デバイス |
| US9190458B2 (en) | 2011-04-05 | 2015-11-17 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Method and apparatus for providing a window with an at least partially transparent one side emitting OLED lighting and an IR sensitive photovoltaic panel |
| US9997571B2 (en) | 2010-05-24 | 2018-06-12 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Method and apparatus for providing a charge blocking layer on an infrared up-conversion device |
| US10134815B2 (en) | 2011-06-30 | 2018-11-20 | Nanoholdings, Llc | Method and apparatus for detecting infrared radiation with gain |
| US10700141B2 (en) | 2006-09-29 | 2020-06-30 | University Of Florida Research Foundation, Incorporated | Method and apparatus for infrared detection and display |
| US10749058B2 (en) | 2015-06-11 | 2020-08-18 | University Of Florida Research Foundation, Incorporated | Monodisperse, IR-absorbing nanoparticles and related methods and devices |
-
1993
- 1993-10-22 JP JP5264852A patent/JPH07122762A/ja not_active Withdrawn
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2011024534A1 (ja) | 2009-08-27 | 2011-03-03 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 多接合光電変換装置、集積型多接合光電変換装置、並びにその製造方法 |
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| EP2695205A4 (en) * | 2011-04-05 | 2014-10-08 | Univ Florida | METHOD AND APPARATUS FOR INTEGRATING INFRARED PHOTOVOLTAIC CELL (IR) ON THIN-FILM PHOTOVOLTAIC CELL |
| JP2014511041A (ja) * | 2011-04-05 | 2014-05-01 | ユニバーシティー オブ フロリダ リサーチ ファウンデーション，インコーポレイテッド | 赤外線（ｉｒ）光電池を薄膜光電池上に集積する方法及び装置 |
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| US10749058B2 (en) | 2015-06-11 | 2020-08-18 | University Of Florida Research Foundation, Incorporated | Monodisperse, IR-absorbing nanoparticles and related methods and devices |
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|---|---|---|---|
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