JPH07211927A - 太陽電池とその製造方法 - Google Patents
太陽電池とその製造方法Info
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- JPH07211927A JPH07211927A JP6005832A JP583294A JPH07211927A JP H07211927 A JPH07211927 A JP H07211927A JP 6005832 A JP6005832 A JP 6005832A JP 583294 A JP583294 A JP 583294A JP H07211927 A JPH07211927 A JP H07211927A
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/541—CuInSe2 material PV cells
Abstract
(57)【要約】
【目的】 スーパストレート構成の太陽電池における光
吸収層を改良して、エネルギー変換効率を向上する。 【構成】 窓層上に、Ｉ族元素のIII族元素に対する組
成比が０．５以下となるＩ族III族VI族からなる化合物
薄膜を堆積し、その上にほぼ化学量論比組成となるカル
コパイライト構造半導体薄膜を堆積して光吸収層を形成
した太陽電池。
吸収層を改良して、エネルギー変換効率を向上する。 【構成】 窓層上に、Ｉ族元素のIII族元素に対する組
成比が０．５以下となるＩ族III族VI族からなる化合物
薄膜を堆積し、その上にほぼ化学量論比組成となるカル
コパイライト構造半導体薄膜を堆積して光吸収層を形成
した太陽電池。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池とその製造方
法に関する。
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｉ族III族VI族元素からなるカルコパイ
ライト構造半導体薄膜としてＣｕＩｎＳｅ2を光吸収層
に用いた薄膜太陽電池は、高いエネルギー変換効率を示
し、光照射等による特性劣化がないという利点を有して
いることが報告されている。このＣｕＩｎＳｅ2薄膜を
用いた太陽電池は、膜の堆積工程により以下の２つのタ
イプに分類される。一つは、絶縁体基板上に形成された
Ｍｏ金属電極上に、光吸収層となるｐ形ＣｕＩｎＳｅ2
薄膜を堆積し、その上にｎ形窓層としてＣｄＳ薄膜を、
さらに透明電極層としてＺｎＯ薄膜を堆積したサブスト
レート構成である。
ライト構造半導体薄膜としてＣｕＩｎＳｅ2を光吸収層
に用いた薄膜太陽電池は、高いエネルギー変換効率を示
し、光照射等による特性劣化がないという利点を有して
いることが報告されている。このＣｕＩｎＳｅ2薄膜を
用いた太陽電池は、膜の堆積工程により以下の２つのタ
イプに分類される。一つは、絶縁体基板上に形成された
Ｍｏ金属電極上に、光吸収層となるｐ形ＣｕＩｎＳｅ2
薄膜を堆積し、その上にｎ形窓層としてＣｄＳ薄膜を、
さらに透明電極層としてＺｎＯ薄膜を堆積したサブスト
レート構成である。
【０００３】もう一つは、ガラス等の透明絶縁体上に電
極としてＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明導電膜を
形成し、その上にＣｄＳ膜とＣｕＩｎＳｅ2膜を順に形
成した後、ＡｕあるいはＰｔ等の金属電極を形成するス
ーパストレート構成である。スーパストレート構成のも
のでは、光が透光性基板面から入射するため、太陽電池
としてパッケージする時に、光が直接に透明導電膜に入
射するサブストレート構成において必要となる保護層を
簡略化することができる。従って、太陽電池を製造する
上で有利である。しかし、現在までの報告では、変換効
率はサブストレート構成の方がスーパストレート構成よ
り上回っている。
極としてＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明導電膜を
形成し、その上にＣｄＳ膜とＣｕＩｎＳｅ2膜を順に形
成した後、ＡｕあるいはＰｔ等の金属電極を形成するス
ーパストレート構成である。スーパストレート構成のも
のでは、光が透光性基板面から入射するため、太陽電池
としてパッケージする時に、光が直接に透明導電膜に入
射するサブストレート構成において必要となる保護層を
簡略化することができる。従って、太陽電池を製造する
上で有利である。しかし、現在までの報告では、変換効
率はサブストレート構成の方がスーパストレート構成よ
り上回っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】サブストーレート構成
が変換効率の高い理由の一つとして、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｓｅ
系化合物のホモ接合の存在が挙げられる。変換効率１０
％以上が得られるサブストレート構成では、ＣｕＩｎＳ
ｅ2膜の成膜法として、Ｃｕ過剰ＣｕＩｎＳｅ2膜を形成
した後に、Ｉｎ過剰ＣｕＩｎＳｅ2膜を形成する方法が
用いられている。この成膜法を用いた場合、ＣｕＩｎＳ
ｅ2膜表面に過剰にＩｎが含有されたＣｕＩｎ3Ｓｅ5膜
が生成されるという報告がある。このＣｕＩｎ3Ｓｅ5は
ｎ形半導体である。従って、ｐ形ＣｕＩｎＳｅ2と表面
のｎ形ＣｕＩｎ3Ｓｅ5でｐｎ接合が形成される。このｐ
ｎ接合は、ＣｕＩｎＳｅ2膜の一貫した成膜プロセス中
に形成されるため、接合界面付近に不純物準位が生成す
る確率が低く、高い開放電圧が得られる。
が変換効率の高い理由の一つとして、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｓｅ
系化合物のホモ接合の存在が挙げられる。変換効率１０
％以上が得られるサブストレート構成では、ＣｕＩｎＳ
ｅ2膜の成膜法として、Ｃｕ過剰ＣｕＩｎＳｅ2膜を形成
した後に、Ｉｎ過剰ＣｕＩｎＳｅ2膜を形成する方法が
用いられている。この成膜法を用いた場合、ＣｕＩｎＳ
ｅ2膜表面に過剰にＩｎが含有されたＣｕＩｎ3Ｓｅ5膜
が生成されるという報告がある。このＣｕＩｎ3Ｓｅ5は
ｎ形半導体である。従って、ｐ形ＣｕＩｎＳｅ2と表面
のｎ形ＣｕＩｎ3Ｓｅ5でｐｎ接合が形成される。このｐ
ｎ接合は、ＣｕＩｎＳｅ2膜の一貫した成膜プロセス中
に形成されるため、接合界面付近に不純物準位が生成す
る確率が低く、高い開放電圧が得られる。
【０００５】これに対し、スーパストレート構成では、
ＣｄＳ等のｎ形窓層とＣｕＩｎＳｅ2系のｐ形光吸収層
により形成されるヘテロｐｎ接合を利用している。この
ヘテロ接合界面は、ＣｄＳとＣｕＩｎＳｅ2との元素の
相互拡散あるいはＣｄＳとＣｕＩｎＳｅ2との格子不整
合による格子欠陥等により不純物準位が形成される可能
性が高く、開放電圧あるいは短絡電流を低下させる原因
となっている。
ＣｄＳ等のｎ形窓層とＣｕＩｎＳｅ2系のｐ形光吸収層
により形成されるヘテロｐｎ接合を利用している。この
ヘテロ接合界面は、ＣｄＳとＣｕＩｎＳｅ2との元素の
相互拡散あるいはＣｄＳとＣｕＩｎＳｅ2との格子不整
合による格子欠陥等により不純物準位が形成される可能
性が高く、開放電圧あるいは短絡電流を低下させる原因
となっている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の太陽電池は、窓
層上に堆積された、Ｉ族元素のIII族元素に対する組成
比が０．５以下であるＩ族III族VI族元素からなる化合
物薄膜と、前記化合物薄膜上に堆積された、Ｉ族III族V
I族元素からなるカルコパイライト構造半導体薄膜とか
ら形成される光吸収層を具備する。また、本発明の太陽
電池は、窓層上に堆積された、Ｉ族元素のIII族元素に
対する組成比が小さいＩ族III族VI族元素からなる化合
物薄膜と、前記化合物薄膜上に堆積され、Ｉ族元素のII
I族元素に対する組成比が徐々に大きくなっているＩ族I
II族VI族元素からなるカルコパイライト構造半導体薄膜
とから形成される光吸収層を具備する。
層上に堆積された、Ｉ族元素のIII族元素に対する組成
比が０．５以下であるＩ族III族VI族元素からなる化合
物薄膜と、前記化合物薄膜上に堆積された、Ｉ族III族V
I族元素からなるカルコパイライト構造半導体薄膜とか
ら形成される光吸収層を具備する。また、本発明の太陽
電池は、窓層上に堆積された、Ｉ族元素のIII族元素に
対する組成比が小さいＩ族III族VI族元素からなる化合
物薄膜と、前記化合物薄膜上に堆積され、Ｉ族元素のII
I族元素に対する組成比が徐々に大きくなっているＩ族I
II族VI族元素からなるカルコパイライト構造半導体薄膜
とから形成される光吸収層を具備する。
【０００７】さらに、本発明の太陽電池の製造方法は、
窓層上に、Ｉ族元素のIII族元素に対する組成比が０．
５以下であるＩ族III族VI族元素からなる化合物薄膜を
堆積する工程と、前記化合物薄膜上に、Ｉ族III族VI族
元素からなるカルコパイライト構造半導体薄膜を堆積す
る工程とを有する光吸収層の形成過程、または、窓層上
に、Ｉ族元素のIII族元素に対する組成比が小さいＩ族I
II族VI族元素からなる化合物薄膜を堆積する工程と、前
記化合物薄膜上に、Ｉ族元素のIII族元素に対する組成
比が徐々に大きくなるようにＩ族III族VI族元素からな
るカルコパイライト構造半導体薄膜を堆積する工程とを
有する光吸収層の形成過程を有する。
窓層上に、Ｉ族元素のIII族元素に対する組成比が０．
５以下であるＩ族III族VI族元素からなる化合物薄膜を
堆積する工程と、前記化合物薄膜上に、Ｉ族III族VI族
元素からなるカルコパイライト構造半導体薄膜を堆積す
る工程とを有する光吸収層の形成過程、または、窓層上
に、Ｉ族元素のIII族元素に対する組成比が小さいＩ族I
II族VI族元素からなる化合物薄膜を堆積する工程と、前
記化合物薄膜上に、Ｉ族元素のIII族元素に対する組成
比が徐々に大きくなるようにＩ族III族VI族元素からな
るカルコパイライト構造半導体薄膜を堆積する工程とを
有する光吸収層の形成過程を有する。
【０００８】そして、前記光吸収層の形成過程において
は、薄膜堆積初期の基板温度を堆積後期の基板温度より
高温に設定する工程、または薄膜堆積中に基板温度を高
温から低温へと徐々に変化させる工程を含むことが好ま
しい。前記窓層としては、透明導電体薄膜、透明絶縁体
薄膜および半導体薄膜よりなる群から選ばれる少なくと
も一つを用いることが好ましい。
は、薄膜堆積初期の基板温度を堆積後期の基板温度より
高温に設定する工程、または薄膜堆積中に基板温度を高
温から低温へと徐々に変化させる工程を含むことが好ま
しい。前記窓層としては、透明導電体薄膜、透明絶縁体
薄膜および半導体薄膜よりなる群から選ばれる少なくと
も一つを用いることが好ましい。
【０００９】
【作用】前記した本発明の構成によれば、窓層上にIII
族元素に対しＩ族元素の組成比が０.５以下となるＩ族I
II族VI族（以下Ｉ−III−VIと記す）からなる化合物薄
膜を形成する。この化合物はｎ形伝導を示す。このＩ−
III−VI化合物上にほぼ化学量論比組成を満足するＣｕ
ＩｎＳｅ2膜を堆積することにより、組成比制御のみに
よって窓層上にｐｎ接合が形成される。従って、一貫し
たプロセスによるＩ族III族VI族元素のみで構成される
ホモ接合であるため、接合界面における他族の元素混入
による不純物準位や格子不整合による欠陥準位の生成が
抑制され、開放電圧が向上する。
族元素に対しＩ族元素の組成比が０.５以下となるＩ族I
II族VI族（以下Ｉ−III−VIと記す）からなる化合物薄
膜を形成する。この化合物はｎ形伝導を示す。このＩ−
III−VI化合物上にほぼ化学量論比組成を満足するＣｕ
ＩｎＳｅ2膜を堆積することにより、組成比制御のみに
よって窓層上にｐｎ接合が形成される。従って、一貫し
たプロセスによるＩ族III族VI族元素のみで構成される
ホモ接合であるため、接合界面における他族の元素混入
による不純物準位や格子不整合による欠陥準位の生成が
抑制され、開放電圧が向上する。
【００１０】また、窓層上にＩ族元素に対しIII族過剰
のＩ−III−VI化合物薄膜を形成した後に、徐々にＩ族
元素の組成比を高めながらカルコパイライト構造半導体
を含むＩ−III−VI化合物を堆積して光吸収層を形成す
ると、組成比が徐々に変化するため、格子欠陥の生成を
より抑制できる。さらに、ｎ形半導体からｐ形半導体へ
となだらかに変化するため、エネルギーバンドになだら
かな傾斜が形成され、電荷空乏層が光吸収層中の広い範
囲に形成されるため、光励起されたキャリアを効率良く
取り出せる。従って、短絡電流が増加する。また、窓層
として、ＩＴＯやＺｎＯ：Ａｌ等の透明導電体薄膜、Ｚ
ｎＯ等の透明絶縁体薄膜あるいはＣｄＳ等の半導体薄膜
を用いると、これらは光透過性に優れていることから、
基板から入射した光を効率良く光吸収層へ導くことがで
きる。
のＩ−III−VI化合物薄膜を形成した後に、徐々にＩ族
元素の組成比を高めながらカルコパイライト構造半導体
を含むＩ−III−VI化合物を堆積して光吸収層を形成す
ると、組成比が徐々に変化するため、格子欠陥の生成を
より抑制できる。さらに、ｎ形半導体からｐ形半導体へ
となだらかに変化するため、エネルギーバンドになだら
かな傾斜が形成され、電荷空乏層が光吸収層中の広い範
囲に形成されるため、光励起されたキャリアを効率良く
取り出せる。従って、短絡電流が増加する。また、窓層
として、ＩＴＯやＺｎＯ：Ａｌ等の透明導電体薄膜、Ｚ
ｎＯ等の透明絶縁体薄膜あるいはＣｄＳ等の半導体薄膜
を用いると、これらは光透過性に優れていることから、
基板から入射した光を効率良く光吸収層へ導くことがで
きる。
【００１１】また、光吸収層形成過程において、初期
に、つまりＩ族元素に対しIII族元素が過剰に混入した
Ｉ−III−VI化合物形成時に、基板温度を高温に設定す
ることにより、結晶性の優れた膜が生成できる。この膜
を核として、その上にカルコパイライト構造半導体薄膜
を成長させると、低温においても比較的結晶性に優れた
膜が得られる。高温に保持したまま光吸収層を成長させ
ると、基板である窓層との元素の相互拡散が生じ、接合
界面で不純物準位を生成する。相互拡散においてはＩ族
元素の拡散が早い。Ｉ族元素の空いた格子に、例えば、
窓層のII族元素が入りやすくなると考えられる。しか
し、本発明の光吸収層の窓層との界面付近のIII族元素
過剰のＩ−III−VI化合物は、Ｉ族元素の含有率が少な
いため、Ｉ族元素の過剰な拡散が抑制される。さらに、
膜形成初期だけを高温に設定するため、より相互拡散を
防ぐことができる。また、光吸収層の堆積中に基板温度
を高温から低温へと徐々に変化させることにより、急激
な温度変化で生じる膜中のストレスが緩和され、欠陥の
生成が抑制される。以上により、欠陥が少なくＩ族III
族VI元素のみからなるｐｎ接合を有する光吸収層を形成
できることから、高いエネルギー変換効率が得られる太
陽電池を作製できる。
に、つまりＩ族元素に対しIII族元素が過剰に混入した
Ｉ−III−VI化合物形成時に、基板温度を高温に設定す
ることにより、結晶性の優れた膜が生成できる。この膜
を核として、その上にカルコパイライト構造半導体薄膜
を成長させると、低温においても比較的結晶性に優れた
膜が得られる。高温に保持したまま光吸収層を成長させ
ると、基板である窓層との元素の相互拡散が生じ、接合
界面で不純物準位を生成する。相互拡散においてはＩ族
元素の拡散が早い。Ｉ族元素の空いた格子に、例えば、
窓層のII族元素が入りやすくなると考えられる。しか
し、本発明の光吸収層の窓層との界面付近のIII族元素
過剰のＩ−III−VI化合物は、Ｉ族元素の含有率が少な
いため、Ｉ族元素の過剰な拡散が抑制される。さらに、
膜形成初期だけを高温に設定するため、より相互拡散を
防ぐことができる。また、光吸収層の堆積中に基板温度
を高温から低温へと徐々に変化させることにより、急激
な温度変化で生じる膜中のストレスが緩和され、欠陥の
生成が抑制される。以上により、欠陥が少なくＩ族III
族VI元素のみからなるｐｎ接合を有する光吸収層を形成
できることから、高いエネルギー変換効率が得られる太
陽電池を作製できる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。 ［実施例１］図１は本発明の一実施例を示す太陽電池の
略示縦断面図である。透光性基板１としてガラスを用
い、その上に透明導電体膜２としてＩＴＯを厚さ０．３
μｍ被覆し、さらに透明絶縁体膜３としてＺｎＯを厚さ
０．３μｍ堆積した。その上に窓層４として半導体薄膜
ＣｄＳ膜を厚さ０．５μｍ蒸着した。次に、Ｃｕ、Ｉ
ｎ、Ｓｅを独立に同時に蒸発させて光吸収層を形成し
た。まず、ＣｄＳ膜上に組成比がＣｕ：Ｉｎ：Ｓｅ＝
１：３：５となるIII族元素であるＩｎが過剰なＩ−III
−VI化合物５を厚さ０．１μｍ形成した。次に、組成比
がＣｕ：Ｉｎ：Ｓｅ＝１：１：２となるカルコパイライ
ト構造半導体６であるＣｕＩｎＳｅ2膜を約２．０μｍ
蒸着した。次に、この積層膜を空気中において２７５℃
で３時間熱処理した後、光吸収層の上に金属電極７とし
てＡｕを厚さ０．１５μｍ蒸着した。
て説明する。 ［実施例１］図１は本発明の一実施例を示す太陽電池の
略示縦断面図である。透光性基板１としてガラスを用
い、その上に透明導電体膜２としてＩＴＯを厚さ０．３
μｍ被覆し、さらに透明絶縁体膜３としてＺｎＯを厚さ
０．３μｍ堆積した。その上に窓層４として半導体薄膜
ＣｄＳ膜を厚さ０．５μｍ蒸着した。次に、Ｃｕ、Ｉ
ｎ、Ｓｅを独立に同時に蒸発させて光吸収層を形成し
た。まず、ＣｄＳ膜上に組成比がＣｕ：Ｉｎ：Ｓｅ＝
１：３：５となるIII族元素であるＩｎが過剰なＩ−III
−VI化合物５を厚さ０．１μｍ形成した。次に、組成比
がＣｕ：Ｉｎ：Ｓｅ＝１：１：２となるカルコパイライ
ト構造半導体６であるＣｕＩｎＳｅ2膜を約２．０μｍ
蒸着した。次に、この積層膜を空気中において２７５℃
で３時間熱処理した後、光吸収層の上に金属電極７とし
てＡｕを厚さ０．１５μｍ蒸着した。
【００１３】上記のようにして、光吸収層形成時の基板
温度を３５０℃一定で作製した膜を用いた素子１と、Ｉ
ｎ過剰膜形成時の基板温度を４５０℃、化学量論比組成
ＣｕＩｎＳｅ2膜形成時の基板温度を３５０℃で形成し
た膜を用いた素子２の２つを作製した。さらに、比較の
ため窓層のＣｄＳ上に、光吸収層として組成比がＣｕ：
Ｉｎ：Ｓｅ＝０．８５：１．１５：２となる少しＩｎ過
剰のＣｕＩｎＳｅ2膜を一様に形成した従来の素子を作
製した。
温度を３５０℃一定で作製した膜を用いた素子１と、Ｉ
ｎ過剰膜形成時の基板温度を４５０℃、化学量論比組成
ＣｕＩｎＳｅ2膜形成時の基板温度を３５０℃で形成し
た膜を用いた素子２の２つを作製した。さらに、比較の
ため窓層のＣｄＳ上に、光吸収層として組成比がＣｕ：
Ｉｎ：Ｓｅ＝０．８５：１．１５：２となる少しＩｎ過
剰のＣｕＩｎＳｅ2膜を一様に形成した従来の素子を作
製した。
【００１４】図２に１００ｍＷ／ｃｍ2でＡＭ１．５の
太陽光を照射したときの各素子の特性を示す。本発明の
素子は、短絡電流（Ｊsc）においては従来の素子との違
いは少ないが、開放電圧（Ｖoc）および曲線因子（Ｆ
Ｆ）は大きく向上していることがわかる。従って、変換
効率も大幅に向上している。これは、Ｃｕ：Ｉｎ：Ｓｅ
＝１：３：５の組成比となるＩ−III−VI化合物と化学
量論比組成のＣｕＩｎＳｅ2膜とで形成されたｐｎ接合
は、ＣｄＳとＣｕＩｎＳｅ2で形成されたヘテロｐｎ接
合に比べて、欠陥が少なくキャリア捕獲中心が減少する
ことから、Ｖocが向上したと考えられる。さらに、良好
なｐｎ接合が形成されていることから、ダイオードの整
流性に左右される曲線因子も向上したと考えられる。
太陽光を照射したときの各素子の特性を示す。本発明の
素子は、短絡電流（Ｊsc）においては従来の素子との違
いは少ないが、開放電圧（Ｖoc）および曲線因子（Ｆ
Ｆ）は大きく向上していることがわかる。従って、変換
効率も大幅に向上している。これは、Ｃｕ：Ｉｎ：Ｓｅ
＝１：３：５の組成比となるＩ−III−VI化合物と化学
量論比組成のＣｕＩｎＳｅ2膜とで形成されたｐｎ接合
は、ＣｄＳとＣｕＩｎＳｅ2で形成されたヘテロｐｎ接
合に比べて、欠陥が少なくキャリア捕獲中心が減少する
ことから、Ｖocが向上したと考えられる。さらに、良好
なｐｎ接合が形成されていることから、ダイオードの整
流性に左右される曲線因子も向上したと考えられる。
【００１５】次に、図３にＣｕ：Ｉｎ：Ｓｅ＝１：３：
５となる組成比のＣｕ−Ｉｎ−Ｓｅ化合物堆積時の基板
温度を変化させたいくつかの素子の変換効率を示す。こ
こで、次に堆積する化学量論比組成のＣｕＩｎＳｅ2の
基板温度は３５０℃で一定とした。４５０℃までは基板
温度の上昇に連れ変換効率が増加しているが、基板温度
４５０℃を越えると逆に減少する。これは、基板温度の
上昇にともないＣｕ−Ｉｎ−Ｓｅ化合物の結晶性が向上
し、それを核として結晶性に優れたＣｕＩｎＳｅ2が成
長するため、膜全体のキャリア捕獲中心が減少するため
である。しかし、基板温度４５０℃を越えると窓層Ｃｄ
Ｓとの相互拡散が生じ、逆にキャリア捕獲中心が増加
し、効率が低下すると考えられる。従って、III族元素
過剰膜を形成するときの基板温度は、窓層材料と吸収層
材料との組合せで最適な温度が存在する。なお、Ｉｎの
代わりにＩｎ：Ｇａ＝３：１一定となる混合III族元素
を用いても同様に本発明の構成により変換効率が向上し
た。
５となる組成比のＣｕ−Ｉｎ−Ｓｅ化合物堆積時の基板
温度を変化させたいくつかの素子の変換効率を示す。こ
こで、次に堆積する化学量論比組成のＣｕＩｎＳｅ2の
基板温度は３５０℃で一定とした。４５０℃までは基板
温度の上昇に連れ変換効率が増加しているが、基板温度
４５０℃を越えると逆に減少する。これは、基板温度の
上昇にともないＣｕ−Ｉｎ−Ｓｅ化合物の結晶性が向上
し、それを核として結晶性に優れたＣｕＩｎＳｅ2が成
長するため、膜全体のキャリア捕獲中心が減少するため
である。しかし、基板温度４５０℃を越えると窓層Ｃｄ
Ｓとの相互拡散が生じ、逆にキャリア捕獲中心が増加
し、効率が低下すると考えられる。従って、III族元素
過剰膜を形成するときの基板温度は、窓層材料と吸収層
材料との組合せで最適な温度が存在する。なお、Ｉｎの
代わりにＩｎ：Ｇａ＝３：１一定となる混合III族元素
を用いても同様に本発明の構成により変換効率が向上し
た。
【００１６】［実施例２］図４は本発明の他の実施例を
示す太陽電池の略示縦断面図である。透光性基板１とし
てガラスを用い、その上に透明導電体膜２としてＩＴＯ
を厚さ０．３μｍ被覆し、その上に窓層４としてＺｎＯ
を厚さ０．５μｍ堆積した。次に、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓを独
立に同時に蒸発させて光吸収層８を形成した。まず、Ｚ
ｎＯ膜上に組成比がＣｕ：Ｉｎ：Ｓ＝１：２：３．５と
なるIII族元素であるＩｎが過剰なＩ−III−VI化合物を
厚さ０．１μｍ形成し、徐々にＣｕの組成比を上げてカ
ルコパイライト構造半導体であるＣｕＩｎＳ2膜を蒸着
した。光吸収層の全膜厚は約２．０μｍである。最後に
蒸着したＣｕＩｎＳ2膜の組成は、Ｃｕ：Ｉｎ：Ｓ＝
１．０５：０．９７：１．９８であった。この積層膜を
空気中において２００℃で２時間熱処理した後、光吸収
層の上に金属電極７としてＰｔを厚さ０．１５μｍ蒸着
した。
示す太陽電池の略示縦断面図である。透光性基板１とし
てガラスを用い、その上に透明導電体膜２としてＩＴＯ
を厚さ０．３μｍ被覆し、その上に窓層４としてＺｎＯ
を厚さ０．５μｍ堆積した。次に、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓを独
立に同時に蒸発させて光吸収層８を形成した。まず、Ｚ
ｎＯ膜上に組成比がＣｕ：Ｉｎ：Ｓ＝１：２：３．５と
なるIII族元素であるＩｎが過剰なＩ−III−VI化合物を
厚さ０．１μｍ形成し、徐々にＣｕの組成比を上げてカ
ルコパイライト構造半導体であるＣｕＩｎＳ2膜を蒸着
した。光吸収層の全膜厚は約２．０μｍである。最後に
蒸着したＣｕＩｎＳ2膜の組成は、Ｃｕ：Ｉｎ：Ｓ＝
１．０５：０．９７：１．９８であった。この積層膜を
空気中において２００℃で２時間熱処理した後、光吸収
層の上に金属電極７としてＰｔを厚さ０．１５μｍ蒸着
した。
【００１７】このようにして、光吸収層形成時において
は、基板温度を初期には４５０℃とし、徐々に降温して
最後に３５０℃に設定した。また、比較例として、窓層
ＺｎＯ上に光吸収層として組成比がＣｕ：Ｉｎ：Ｓ＝
０．８５：１．１５：２となる少しＩｎ過剰のＣｕＩｎ
Ｓ2膜を基板温度３５０℃一定で一様に形成した従来の
素子を作製した。表１に１００ｍＷ／ｃｍ2でＡＭ１．
５の太陽光を照射したときの各素子の特性を示す。
は、基板温度を初期には４５０℃とし、徐々に降温して
最後に３５０℃に設定した。また、比較例として、窓層
ＺｎＯ上に光吸収層として組成比がＣｕ：Ｉｎ：Ｓ＝
０．８５：１．１５：２となる少しＩｎ過剰のＣｕＩｎ
Ｓ2膜を基板温度３５０℃一定で一様に形成した従来の
素子を作製した。表１に１００ｍＷ／ｃｍ2でＡＭ１．
５の太陽光を照射したときの各素子の特性を示す。
【００１８】
【表１】
【００１９】本発明の素子は、Ｖoc、ＪscおよびＦＦと
もに大きく向上していることがわかる。ＶocおよびＦＦ
が向上した理由は、実施例１と同様に、良好なｐｎ接合
が得られたためと考えられる。Ｊscが向上した理由とし
ては、基板温度を徐々に降温したために、膜中に過剰な
ストレスが生じることなく、結晶性に優れたＣｕＩｎＳ
2膜が得られたためである。従って、キャリア拡散長が
伸び、光吸収層中で生成された光励起キャリアを有効に
取り出せるためである。なお、窓層に透明導電体膜であ
るＺｎＯ：Ａｌを用いた素子についても、同様に本実施
例の構成により従来素子よりも高い変換効率が得られ
た。
もに大きく向上していることがわかる。ＶocおよびＦＦ
が向上した理由は、実施例１と同様に、良好なｐｎ接合
が得られたためと考えられる。Ｊscが向上した理由とし
ては、基板温度を徐々に降温したために、膜中に過剰な
ストレスが生じることなく、結晶性に優れたＣｕＩｎＳ
2膜が得られたためである。従って、キャリア拡散長が
伸び、光吸収層中で生成された光励起キャリアを有効に
取り出せるためである。なお、窓層に透明導電体膜であ
るＺｎＯ：Ａｌを用いた素子についても、同様に本実施
例の構成により従来素子よりも高い変換効率が得られ
た。
【００２０】
【発明の効果】本発明によって、太陽電池のＩ族III族V
I族元素から構成される光吸収層内にｐｎ接合を形成す
ることが可能となり、ｐｎ接合界面及び空乏層内の不純
物の混入や欠陥の生成を抑制することが可能となる。従
って、キャリア捕獲中心が減少することから開放電圧や
曲線因子が向上する。さらに、光吸収層形成時に組成比
の変化及び基板温度の変化を設けることにより、結晶性
に優れた膜が得られる。従って、キャリア拡散長が伸長
し、短絡電流が増大する。以上のように、本発明によ
り、カルコパイライト構造半導体薄膜を用いた太陽電池
の高効率化が図れる。
I族元素から構成される光吸収層内にｐｎ接合を形成す
ることが可能となり、ｐｎ接合界面及び空乏層内の不純
物の混入や欠陥の生成を抑制することが可能となる。従
って、キャリア捕獲中心が減少することから開放電圧や
曲線因子が向上する。さらに、光吸収層形成時に組成比
の変化及び基板温度の変化を設けることにより、結晶性
に優れた膜が得られる。従って、キャリア拡散長が伸長
し、短絡電流が増大する。以上のように、本発明によ
り、カルコパイライト構造半導体薄膜を用いた太陽電池
の高効率化が図れる。
【図１】本発明の一実施例における太陽電池の構成を示
す縦断面図である。
す縦断面図である。
【図２】実施例の太陽電池素子の特性を示す。
【図３】Ｉ−III−VI化合物堆積時の基板温度と得られ
た太陽電池素子の変換効率との関係を示す。
た太陽電池素子の変換効率との関係を示す。
【図４】本発明の他の実施例における太陽電池の構成を
示す縦断面図である。
示す縦断面図である。
１ 透光性基板 ２ 透明導電体薄膜 ３ 透明絶縁体薄膜 ４ 窓層 ５ III族元素に対しＩ族元素の組成比が０．５以下と
なるＩ族III族VI族元素からなる化合物薄膜 ６ Ｉ族III族VI族元素からなるカルコパイライト構造
半導体薄膜 ７ 金属電極膜 ８ カルコパイライト構造半導体薄膜を含むＩ族III族V
I族元素からなる光吸収層
なるＩ族III族VI族元素からなる化合物薄膜 ６ Ｉ族III族VI族元素からなるカルコパイライト構造
半導体薄膜 ７ 金属電極膜 ８ カルコパイライト構造半導体薄膜を含むＩ族III族V
I族元素からなる光吸収層
Claims (7)
- 【請求項１】 窓層上に堆積された、Ｉ族元素のIII族
元素に対する組成比が０．５以下であるＩ族III族VI族
元素からなる化合物薄膜と、前記化合物薄膜上に堆積さ
れた、Ｉ族III族VI族元素からなるカルコパイライト構
造半導体薄膜とから形成される光吸収層を具備する太陽
電池。 - 【請求項２】 窓層上に堆積された、Ｉ族元素のIII族
元素に対する組成比が小さいＩ族III族VI族元素からな
る化合物薄膜と、前記化合物薄膜上に堆積され、Ｉ族元
素のIII族元素に対する組成比が徐々に大きくなってい
るＩ族III族VI族元素からなるカルコパイライト構造半
導体薄膜とから形成される光吸収層を具備する太陽電
池。 - 【請求項３】 前記窓層が、透明導電体薄膜、透明絶縁
体薄膜および半導体薄膜よりなる群から選ばれる少なく
とも一つである請求項１または２記載の太陽電池。 - 【請求項４】 窓層上に、Ｉ族元素のIII族元素に対す
る組成比が０．５以下であるＩ族III族VI族元素からな
る化合物薄膜を堆積する工程と、前記化合物薄膜上に、
Ｉ族III族VI族元素からなるカルコパイライト構造半導
体薄膜を堆積する工程とを有する光吸収層の形成過程に
おいて、薄膜堆積初期の基板温度を堆積後期の基板温度
より高温に設定する工程を含む太陽電池の製造方法。 - 【請求項５】 窓層上に、Ｉ族元素のIII族元素に対す
る組成比が０．５以下であるＩ族III族VI族元素からな
る化合物薄膜を堆積する工程と、前記化合物薄膜上に、
Ｉ族III族VI族元素からなるカルコパイライト構造半導
体薄膜を堆積する工程とを有する光吸収層の形成過程に
おいて、薄膜堆積中に基板温度を高温から低温へと徐々
に変化させる工程を含む太陽電池の製造方法。 - 【請求項６】 窓層上に、Ｉ族元素のIII族元素に対す
る組成比が小さいＩ族III族VI族元素からなる化合物薄
膜を堆積する工程と、前記化合物薄膜上に、Ｉ族元素の
III族元素に対する組成比が徐々に大きくなるようにＩ
族III族VI族元素からなるカルコパイライト構造半導体
薄膜を堆積する工程とを有する光吸収層の形成過程にお
いて、薄膜堆積初期の基板温度を堆積後期の基板温度よ
り高温に設定する工程を含む太陽電池の製造方法。 - 【請求項７】 窓層上に、Ｉ族元素のIII族元素に対す
る組成比が小さいＩ族III族VI族元素からなる化合物薄
膜を堆積する工程と、前記化合物薄膜上に、Ｉ族元素の
III族元素に対する組成比が徐々に大きくなるようにＩ
族III族VI族元素からなるカルコパイライト構造半導体
薄膜を堆積する工程とを有する光吸収層の形成過程にお
いて、薄膜堆積中に基板温度を高温から低温へと徐々に
変化させる工程を含む太陽電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00583294A JP3414814B2 (ja) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | 太陽電池とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00583294A JP3414814B2 (ja) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | 太陽電池とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07211927A true JPH07211927A (ja) | 1995-08-11 |
| JP3414814B2 JP3414814B2 (ja) | 2003-06-09 |
Family
ID=11622020
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00583294A Expired - Lifetime JP3414814B2 (ja) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | 太陽電池とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3414814B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0732752A2 (en) * | 1995-03-15 | 1996-09-18 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd | Method and apparatus for manufacturing chalcopyrite semiconductor thin films |
| EP1052702A2 (de) * | 1999-05-10 | 2000-11-15 | IST-Institut für Solartechnologien GmbH | Dünnschichtsolarzelle auf der Basis der Ib/IIIa/VIa-Verbindungshalbleiter mit Potentialbarriere innerhalb der Absorberschicht und Verfahren zum Herstellen einer solchen Solarzelle |
| DE19912961B4 (de) * | 1998-03-24 | 2012-03-22 | Panasonic Corporation | Halbleiterdünnfilm, Herstellungsverfahren dafür, sowie den Halbleiterdünnfilm aufweisende Solarzelle |
| WO2012165500A1 (ja) * | 2011-05-31 | 2012-12-06 | 京セラ株式会社 | 光電変換素子およびその製造方法 |
-
1994
- 1994-01-24 JP JP00583294A patent/JP3414814B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0732752A2 (en) * | 1995-03-15 | 1996-09-18 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd | Method and apparatus for manufacturing chalcopyrite semiconductor thin films |
| EP0732752A3 (en) * | 1995-03-15 | 1996-11-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd | Method and apparatus for manufacturing chalcopyrite semiconductor thin films |
| US5918111A (en) * | 1995-03-15 | 1999-06-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method and apparatus for manufacturing chalcopyrite semiconductor thin films |
| US6162296A (en) * | 1995-03-15 | 2000-12-19 | Mitsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method and apparatus for manufacturing chalcopyrite semiconductor thin films |
| DE19912961B4 (de) * | 1998-03-24 | 2012-03-22 | Panasonic Corporation | Halbleiterdünnfilm, Herstellungsverfahren dafür, sowie den Halbleiterdünnfilm aufweisende Solarzelle |
| EP1052702A2 (de) * | 1999-05-10 | 2000-11-15 | IST-Institut für Solartechnologien GmbH | Dünnschichtsolarzelle auf der Basis der Ib/IIIa/VIa-Verbindungshalbleiter mit Potentialbarriere innerhalb der Absorberschicht und Verfahren zum Herstellen einer solchen Solarzelle |
| DE19921514A1 (de) * | 1999-05-10 | 2000-11-30 | Ist Inst Fuer Solartechnologie | Dünnschichtsolarzelle auf der Basis der Ia/IIIb/VIa- Verbindungshalbleiter mit Potentialbarriere innerhalb der photoaktiven polykristallinen Absorberschicht und Verfahren zu ihrer Herstellung |
| EP1052702A3 (de) * | 1999-05-10 | 2007-03-07 | IST-Institut für Solartechnologien GmbH | Dünnschichtsolarzelle auf der Basis der Ib/IIIa/VIa-Verbindungshalbleiter mit Potentialbarriere innerhalb der Absorberschicht und Verfahren zum Herstellen einer solchen Solarzelle |
| WO2012165500A1 (ja) * | 2011-05-31 | 2012-12-06 | 京セラ株式会社 | 光電変換素子およびその製造方法 |
| US9064993B2 (en) | 2011-05-31 | 2015-06-23 | Kyocera Corporation | Photoelectric conversion device and method of manufacturing photoelectric conversion device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3414814B2 (ja) | 2003-06-09 |
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