JPH0888379A - Chalcopyrite type compound thin film solar battery - Google Patents

Chalcopyrite type compound thin film solar battery

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JPH0888379A
JPH0888379A JP6221832A JP22183294A JPH0888379A JP H0888379 A JPH0888379 A JP H0888379A JP 6221832 A JP6221832 A JP 6221832A JP 22183294 A JP22183294 A JP 22183294A JP H0888379 A JPH0888379 A JP H0888379A
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JP
Japan
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type
chalcopyrite
layer
type compound
group
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JP6221832A
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Japanese (ja)
Inventor
Takayuki Watanabe
隆行 渡辺
Tetsuya Yamamoto
哲也 山本
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Asahi Chemical Industry Co Ltd
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    • Y02E10/541CuInSe2 material PV cells

Abstract

PURPOSE: To restrain recombination in a heterojunction interface and to improve an open voltage by forming an intermediate layer consisting of a specified chalcopyrite type compound between a p-type chalcopyrite type compound layer and an n-type compound semiconductor layer. CONSTITUTION: A p-type chalcopyrite type compound layer 3 consisting of a group Ib element, a group IIIb element and a chalcogen element and an n-type compound semiconductor layer 5 consisting of a group IIb element and a group VIb element are provided on a substrate 1. An intermediate layer 4 consisting of a chalcopyrite type compound whose mole ratio of a group Ib element to a group Wb element is small when compared to a p-type chalcopyrite type compound is formed between the p-type chalcopyrite type compound layer 3 and the n-type compound semiconductor layer 5. Thereby, recombination caused between the p-type chalcopyrite compound layer 3 and the n-type compound semiconductor layer 5 can be restrained, thus improving an open voltage. High photoelectric conversion efficiency can be obtained in this way.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、カルコパイライト型化
合物薄膜を用いた太陽電池に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solar cell using a chalcopyrite type compound thin film.

【0002】[0002]

【従来の技術】カルコパイライト型化合物は、太陽電池
や発光素子等への応用が期待される材料である。特に、
CuInSe2 、CuGaSe2 、CuInS2 及びそ
れらの混晶化合物は、直接遷移型であるために光吸収係
数が大きく、またバンドギャップが太陽光スペクトルに
マッチしていることから、太陽電池材料としての応用が
期待されている。太陽電池の構造としては、ガラス基板
上にMo電極層を形成し、その上に、p型のCuInS
2 あるいはCuInS2 等の化合物半導体を積層し、
次いでその上に、Cdx Zn1-x S(0≦x≦1)、Z
nSe、ZnO等の光学バンドギャップの広いn型半導
体を積層し、さらにAlドープZnO、SnドープIn
2 3 等の透明電極を形成したものが知られている。
2. Description of the Related Art Chalcopyrite type compounds are materials expected to be applied to solar cells, light emitting devices and the like. In particular,
Since CuInSe 2 , CuGaSe 2 , CuInS 2 and their mixed crystal compounds are direct transition type, they have a large optical absorption coefficient and their band gaps match the solar spectrum, so they are applied as solar cell materials. Is expected. As the structure of the solar cell, a Mo electrode layer is formed on a glass substrate, and p-type CuInS is formed on the Mo electrode layer.
stacking compound semiconductors such as e 2 or CuInS 2 ,
Then, Cd x Zn 1-x S (0 ≦ x ≦ 1), Z
An n-type semiconductor having a wide optical band gap such as nSe or ZnO is stacked, and Al-doped ZnO or Sn-doped In is further stacked.
It is known that a transparent electrode such as 2 O 3 is formed.

【0003】しかしながら、これらの構造の太陽電池に
は以下の問題がある。2つの異種半導体によるヘテロ接
合であるが故に、接合界面に欠陥準位があり、例えば、
p型CuInSe2 の正孔とn型CdSの電子が、その
欠陥準位を介して再結合する。そのため、開放電圧が低
下し、さらには変換効率が低下する。
However, the solar cells having these structures have the following problems. Due to the heterojunction of two different semiconductors, there are defect levels at the junction interface.
The holes of p-type CuInSe 2 and the electrons of n-type CdS are recombined via the defect level. Therefore, the open circuit voltage is lowered, and further the conversion efficiency is lowered.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ヘテロ接合
界面における再結合を抑制し、開放電圧を向上すること
により、変換効率の高い太陽電池を提供することを目的
とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a solar cell having high conversion efficiency by suppressing recombination at the heterojunction interface and improving open circuit voltage.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】かかる状況下において、
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した
結果、p型のカルコパイライト型化合物層とn型のII
b族元素含有化合物半導体層との間に、上記p型カルコ
パイライト型化合物よりIIIb族元素に対するIb族
元素のモル比が小さい、つまり正孔密度が小さいカルコ
パイライト型化合物層を挿入すると、界面における再結
合が減少することを見いだし、本発明をなすに至った。
In such a situation,
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that a p-type chalcopyrite-type compound layer and an n-type II
When a chalcopyrite type compound layer having a smaller molar ratio of the group Ib element to the group IIIb element than the p-type chalcopyrite compound, that is, a hole density lower than that of the p-type chalcopyrite compound, is inserted between the group b element-containing compound semiconductor layer and the p-type chalcopyrite compound. The inventors have found that recombination is reduced and have completed the present invention.

【0006】すなわち、本発明は以下の通りである。 1.元素周期律表のIb族元素、IIIb族元素及びカ
ルコゲン元素(S、Se及びTe)からなるp型のカル
コパイライト型化合物層と、IIb族元素及びVIb族
元素からなるn型の化合物半導体層とを有する薄膜太陽
電池において、上記p型のカルコパイライト型化合物層
と上記n型の化合物半導体層との間に、該p型のカルコ
パイライト型化合物と比べて、IIIb族元素に対する
Ib族元素のモル比が小さいカルコパイライト型化合物
からなる中間層が形成されていることを特徴とする薄膜
太陽電池。 2.中間層として形成されたカルコパイライト型化合物
がn型半導体であることを特徴とする上記1の薄膜太陽
電池。 3.中間層として形成されたカルコパイライト型化合物
のバンドギャップが、p型カルコパイライト型化合物の
バンドギャップより大きく、かつIIb族元素およびV
Ib族元素からなるn型の化合物半導体層のバンドギャ
ップより小さいことを特徴とする上記1の薄膜太陽電
池。 4.p型カルコパイライト型化合物がCuInS2 であ
ることを特徴とする上記1、2又は3の薄膜太陽電池。 5.p型のカルコパイライト型化合物層と、該カルコパ
イライト型化合物と比べて、IIIb族元素に対するI
b族元素のモル比が小さいカルコパイライト型化合物層
とからなる積層膜の作製方法において、p型のカルコパ
イライト型化合物層を形成した後に、該形成温度より低
い温度で、該p型のカルコパイライト型化合物と比べて
IIIb族元素に対するIb族元素のモル比を小さくし
て、中間層としてのカルコパイライト型化合物層を形成
することを特徴とするカルコパイライト型化合物積層膜
の作製方法。 6.p型のCuInS2 層と、該CuInS2 と比べて
IIIb族元素に対するIb族元素のモル比が小さいカ
ルコパイライト型化合物層とからなる積層膜の作製方法
において、上記p型のCuInS2 層を450〜600
℃の範囲で形成した後に、該p型のCuInS2 層と比
べてIIIb族元素に対するIb族元素のモル比を小さ
くして、300〜450℃の範囲で中間層としてのカル
コパイライト型化合物層を形成することを特徴とするカ
ルコパイライト型化合物積層膜の作製方法。
That is, the present invention is as follows. 1. A p-type chalcopyrite type compound layer composed of an Ib group element, a IIIb group element and a chalcogen element (S, Se and Te) of the Periodic Table of Elements, and an n type compound semiconductor layer composed of a IIb group element and a VIb group element In the thin-film solar cell having, the mol of the lb group element relative to the IIIb group element between the p-type chalcopyrite-type compound layer and the n-type compound semiconductor layer is higher than that of the p-type chalcopyrite-type compound. A thin-film solar cell, wherein an intermediate layer made of a chalcopyrite type compound having a small ratio is formed. 2. 2. The thin-film solar cell according to the above 1, wherein the chalcopyrite type compound formed as the intermediate layer is an n-type semiconductor. 3. The band gap of the chalcopyrite type compound formed as the intermediate layer is larger than the band gap of the p type chalcopyrite type compound, and the IIb group element and V
The thin film solar cell according to the above 1, wherein the band gap is smaller than that of an n-type compound semiconductor layer made of an Ib group element. 4. The p-type chalcopyrite type compound is CuInS 2 ; 5. Compared to the p-type chalcopyrite-type compound layer and the chalcopyrite-type compound, I for the group IIIb element
In a method for producing a laminated film including a chalcopyrite type compound layer having a small molar ratio of a b-group element, after forming a p-type chalcopyrite type compound layer, the p-type chalcopyrite is formed at a temperature lower than the formation temperature. A method for producing a chalcopyrite type compound laminated film, comprising forming a chalcopyrite type compound layer as an intermediate layer by reducing a molar ratio of a group Ib element to a group IIIb element as compared with a type compound. 6. p-type and CuInS 2 layer of a method for manufacturing a laminated film molar ratio of Group Ib element to the Group IIIb element in comparison with the CuInS 2 is composed of a small chalcopyrite-type compound layer, the CuInS 2 layer of the p-type 450 ~ 600
After the formation in the range of ° C, the molar ratio of the group Ib element to the group IIIb element is made smaller than that of the p-type CuInS 2 layer to form a chalcopyrite type compound layer as an intermediate layer in the range of 300 to 450 ° C. A method for producing a chalcopyrite type compound laminated film, which is characterized in that the film is formed.

【0007】本発明における薄膜太陽電池は図1の構造
を有する。ガラスなどの基板1上に、膜厚0.5〜2μ
mのMo等の導電性薄膜2を形成し、その上に1〜3μ
mのp型カルコパイライト化合物層3を形成し、さらに
その上に5〜1000nmの中間層としてのカルコパイ
ライト化合物層4を形成し、その上に5〜1000nm
のCdS等のn型半導体層5と、0.1〜2μmのZn
O:Al等の透明電極層6を順次形成することにより、
薄膜太陽電池は作製される。
The thin film solar cell according to the present invention has the structure shown in FIG. 0.5 ~ 2μ film thickness on the substrate 1 such as glass
m conductive film 2 such as Mo is formed, and 1-3 μm is formed on the conductive thin film 2.
m p-type chalcopyrite compound layer 3 is further formed, and a chalcopyrite compound layer 4 as an intermediate layer having a thickness of 5 to 1000 nm is further formed thereon, and a layer having a thickness of 5 to 1000 nm is formed thereon.
N-type semiconductor layer 5 such as CdS and Zn of 0.1 to 2 μm
By sequentially forming the transparent electrode layer 6 such as O: Al,
Thin film solar cells are fabricated.

【0008】本発明におけるカルコパイライト化合物と
は、Cu、Ag等の元素周期律表Ib族元素及びAl、
Ga、In等の元素周期律表IIIb族元素並びにS、
Se、Teのカルコゲン元素からなり、カルコパイライ
ト(黄銅鉱)型構造をとる化合物を総称したものである
が、CuInS2 、AgInS2 、CuInSe2 、C
uGaSe2 、AgInSe2 、AgGaSe2 、Cu
InTe2 、CuGaTe2 、AgInTe2 、AgG
aTe2 或いはそれらの固溶体などが、適当なバンドギ
ャップを持っており、薄膜太陽電池用材料として好まし
い。
The chalcopyrite compound in the present invention means an element of Group Ib of the Periodic Table of Elements such as Cu and Ag and Al,
Group IIIb elements of the periodic table of elements such as Ga and In, and S,
Compounds composed of chalcogen elements such as Se and Te and having a chalcopyrite (chalcopyrite) type structure are collectively referred to as CuInS 2 , AgInS 2 , CuInSe 2 , C
uGaSe 2 , AgInSe 2 , AgGaSe 2 , Cu
InTe 2 , CuGaTe 2 , AgInTe 2 , AgG
aTe 2 or a solid solution thereof has an appropriate band gap and is preferable as a material for a thin film solar cell.

【0009】本発明のp型のカルコパイライト型化合物
は、その導電型がp型であれば特に限定はしないが、I
IIb族元素に対するIb族元素のモル比が0.9〜
1.2の範囲にあることが好ましい。また、中間層とし
てのカルコパイライト型化合物は、IIIb族元素に対
するIb族元素のモル比が、p型のカルコパイライト型
化合物のそれより小さければ、特に限定はされないが、
0.6〜1.0の範囲にあることが好ましく、さらには
その伝導型がn型であることが、より好ましい。さら
に、例えば、p型のカルコパイライト型化合物がCuI
nS2 の場合、中間層として、Cu(In、Ga)S2
などのバンドギャップの大きい化合物を用いると、本発
明の効果は大きくなり好ましい。ただし、この場合の中
間層のバンドギャップは、IIb族元素含有化合物のバ
ンドギャップより大きくならない範囲である必要があ
る。本発明によれば、中間層の挿入によりp型カルコパ
イライト型化合物層の正孔とIIb族元素含有半導体層
の電子を空間的に分離することができることから、p型
カルコパイライト化合物層とn型半導体層の接合界面に
おける再結合を抑制することができ、薄膜太陽電池にお
いて良好な特性を示す。
The p-type chalcopyrite compound of the present invention is not particularly limited as long as its conductivity type is p-type.
The molar ratio of the group Ib element to the group IIb element is 0.9 to
It is preferably in the range of 1.2. The chalcopyrite type compound as the intermediate layer is not particularly limited as long as the molar ratio of the group Ib element to the group IIIb element is smaller than that of the p type chalcopyrite type compound.
It is preferably in the range of 0.6 to 1.0, and more preferably the conductivity type is n type. Furthermore, for example, the p-type chalcopyrite-type compound is CuI.
In the case of nS 2 , Cu (In, Ga) S 2 is used as the intermediate layer.
It is preferable to use a compound having a large band gap, such as the above because the effect of the present invention is large. However, the band gap of the intermediate layer in this case needs to be in a range not larger than the band gap of the IIb group element-containing compound. According to the present invention, the holes of the p-type chalcopyrite compound layer and the electrons of the IIb-group element-containing semiconductor layer can be spatially separated by inserting the intermediate layer. Recombination at the bonding interface of the semiconductor layers can be suppressed, and good characteristics are exhibited in thin film solar cells.

【0010】p型層及び中間層のカルコパイライト型化
合物薄膜の形成方法としては、スパッタ法、真空蒸着
法、MOCVD法もしくはカルコゲン化法など、いかな
る方法でも可能である。例えば、Cu、In、Sを別々
の蒸発源とした真空蒸着法により、p型のCuInS2
層を形成して、次いでCuの供給量を減らし、同様に中
間層のCuInS2 層を形成することにより実施でき
る。
As a method of forming the chalcopyrite type compound thin film of the p-type layer and the intermediate layer, any method such as a sputtering method, a vacuum deposition method, a MOCVD method or a chalcogenization method can be used. For example, p-type CuInS 2 is formed by a vacuum vapor deposition method using Cu, In, and S as separate evaporation sources.
This can be carried out by forming a layer, then reducing the supply amount of Cu, and similarly forming an intermediate CuInS 2 layer.

【0011】p型カルコパイライト化合物層および中間
層を形成する温度としては、カルコパイライト化合物が
形成される温度であれば特に限定はされないが、結晶性
の点から300℃以上が好ましい。また、ソーダライム
ガラスなどの安価な基板に薄膜を形成する場合には、ガ
ラスの性質を考慮に入れて、600℃以下が好ましい。
さらには、中間層の形成温度をp型カルコパイライト化
合物層の形成温度より低くすることにより、両者の界面
における元素相互拡散が抑制され、急峻な組成変化が実
現できる。組成変化が急峻なほど、電子・正孔の空間的
分離が有効に行われ、中間層の効果が大きいと考えられ
る。例えば、CuInS2 の場合においては、光吸収層
であるp型CuInS2 層は、高い結晶性を有するため
に、その形成温度は450〜600℃の範囲が好まし
く、より好ましくは、500〜550℃の範囲である。
550℃は、ソーダライムガラス基板が歪む温度に対し
て十分に低い温度である。また、p型CuInS2 層上
に積層する中間層の形成温度は、300〜450℃の範
囲が好ましいが、結晶性の点より400〜450℃の範
囲であることがより好ましい。
The temperature for forming the p-type chalcopyrite compound layer and the intermediate layer is not particularly limited as long as it is a temperature at which the chalcopyrite compound is formed, but is preferably 300 ° C. or higher from the viewpoint of crystallinity. When forming a thin film on an inexpensive substrate such as soda lime glass, the temperature is preferably 600 ° C. or lower in consideration of the properties of glass.
Furthermore, by setting the formation temperature of the intermediate layer lower than the formation temperature of the p-type chalcopyrite compound layer, mutual diffusion of elements at the interface between the two is suppressed, and a sharp composition change can be realized. It is considered that the steeper the compositional change, the more effectively the electrons and holes are spatially separated, and the greater the effect of the intermediate layer. For example, in the case of CuInS 2 , the p-type CuInS 2 layer, which is a light absorption layer, has high crystallinity, and therefore the formation temperature thereof is preferably in the range of 450 to 600 ° C., more preferably 500 to 550 ° C. Is the range.
550 ° C. is a temperature sufficiently lower than the temperature at which the soda lime glass substrate is distorted. Further, the formation temperature of the intermediate layer laminated on the p-type CuInS 2 layer is preferably in the range of 300 to 450 ° C., but more preferably in the range of 400 to 450 ° C. from the viewpoint of crystallinity.

【0012】[0012]

【実施例】以下に、この発明の実施例を具体的に説明す
る。
EXAMPLES Examples of the present invention will be specifically described below.

【0013】[0013]

【実施例1】ガラス基板上に、スパッタ法により1μm
のMo電極を形成して、次にCu、In、Sを蒸発源と
した真空同時蒸着法により、Cu/Inモル比が1.0
のp型のCuInS2 層を基板温度550℃で、Cu/
Inモル比が0.9である中間層としてのCuInS2
層を基板温度425℃で順次形成した。さらに、その上
に、n型CdS層を溶液成長法により50nm、Zn
O:Al透明電極をスパッタ法により2μmの厚さで順
次形成することにより、図1と同じ構造の薄膜太陽電池
を作製した。p型のCuInS2 層の膜厚は2μm程度
であり、中間層CuInS2 層は5nmから1000n
mの範囲で変化させた。また、中間層の伝導型は高抵抗
のp型であった。
[Example 1] 1 μm on a glass substrate by sputtering
Mo electrode is formed, and then the Cu / In molar ratio is 1.0 by the vacuum co-evaporation method using Cu, In, and S as evaporation sources.
Of the p-type CuInS 2 layer of Cu / Cu at the substrate temperature of 550 ° C.
CuInS 2 as an intermediate layer having an In molar ratio of 0.9
The layers were sequentially formed at a substrate temperature of 425 ° C. Further, an n-type CdS layer is further formed thereon by a solution growth method to a thickness of 50 nm and Zn.
A thin film solar cell having the same structure as that of FIG. 1 was produced by sequentially forming an O: Al transparent electrode with a thickness of 2 μm by a sputtering method. The p-type CuInS 2 layer has a thickness of about 2 μm, and the intermediate CuInS 2 layer has a thickness of 5 nm to 1000 n.
It was changed in the range of m. The conductivity type of the intermediate layer was a high resistance p-type.

【0014】この太陽電池素子にAM1.5の光を照射
して特性を評価した。開放電圧は、中間層の膜厚が増加
するとともに増加して、膜厚300nm程度でほぼ飽和
した。また、曲線因子は、中間層の膜厚が増加すると、
界面リーク電流が抑制されることにより増加するが、7
00nm以上になると直列抵抗成分が大きくなり、逆に
減少傾向になった。500nmの中間層を形成したとき
に、変換効率は最大となり、10.8%であった。
The characteristics of the solar cell element were evaluated by irradiating it with light of AM 1.5. The open circuit voltage increased as the film thickness of the intermediate layer increased, and was almost saturated at a film thickness of about 300 nm. Also, the fill factor is as the thickness of the intermediate layer increases,
It increases due to the suppression of interfacial leakage current.
When the thickness is more than 00 nm, the series resistance component becomes large and conversely tends to decrease. When the 500 nm intermediate layer was formed, the conversion efficiency reached the maximum and was 10.8%.

【0015】[0015]

【実施例2】ガラス基板上に、スパッタ法により1μm
のMo電極を形成して、次にCu、In、Sを蒸発源と
した真空同時蒸着法により、Cu/Inモル比が1.0
のp型CuInS2 層を基板温度550℃で、Cu/I
nモル比が0.7である中間層としてのCuInS2
を基板温度425℃で順次形成した。さらに、その上
に、n型CdS層を溶液成長法により50nm、Zn
O:Al透明電極をスパッタ法により2μmの厚さで順
次形成することにより、図1と同じ構造の薄膜太陽電池
を作製した。p型CuInS2 層の膜厚は2μm程度で
あり、中間層CuInS2 層は5nmから1000nm
の範囲で変化させた。また、中間層の伝導型はn型であ
った。
[Example 2] 1 μm on a glass substrate by sputtering
Mo electrode is formed, and then the Cu / In molar ratio is 1.0 by the vacuum co-evaporation method using Cu, In, and S as evaporation sources.
P-type CuInS 2 layer of Cu / I at a substrate temperature of 550 ° C.
A CuInS 2 layer as an intermediate layer having an n molar ratio of 0.7 was sequentially formed at a substrate temperature of 425 ° C. Further, an n-type CdS layer is further formed thereon by a solution growth method to a thickness of 50 nm and Zn.
A thin film solar cell having the same structure as that of FIG. 1 was produced by sequentially forming an O: Al transparent electrode with a thickness of 2 μm by a sputtering method. The p-type CuInS 2 layer has a thickness of about 2 μm, and the intermediate CuInS 2 layer has a thickness of 5 nm to 1000 nm.
Was changed in the range. The conductivity type of the intermediate layer was n-type.

【0016】この太陽電池素子にAM1.5の光を照射
して特性を評価した。開放電圧は、中間層の膜厚が増加
するとともに増加して、膜厚100nm程度でほぼ飽和
した。また、曲線因子は、中間層の膜厚が増加すると、
界面リーク電流が抑制されることにより増加するが、3
00nm以上になると直列抵抗成分が大きくなり、逆に
減少傾向になった。200nmの中間層を形成したとき
に、変換効率は最大となり、11.5%であった。
The characteristics of the solar cell element were evaluated by irradiating it with light of AM 1.5. The open circuit voltage increased as the film thickness of the intermediate layer increased, and was almost saturated at a film thickness of about 100 nm. Also, the fill factor is as the thickness of the intermediate layer increases,
Increased due to the suppression of interfacial leakage current.
When the thickness is more than 00 nm, the series resistance component becomes large and conversely tends to decrease. When the 200 nm intermediate layer was formed, the conversion efficiency reached its maximum and was 11.5%.

【0017】[0017]

【実施例3】ガラス基板上に、スパッタ法により1μm
のMo電極を形成して、次にCu、In、Sを蒸発源と
した真空同時蒸着法により、Cu/Inモル比が1.0
のp型CuInS2 層を基板温度550℃で、Cu、I
n、Ga、Sを蒸発源とした真空蒸着法により、Cu/
(In+Ga)モル比が0.7、Ga/Inモル比が
0.2である中間層としてのCu(In、Ga)S2
を基板温度425℃で順次形成した。さらに、その上
に、n型CdS層を溶液成長法により50nm、Zn
O:Al透明電極をスパッタ法により2μmの厚さで順
次形成することにより、図1と同じ構造の薄膜太陽電池
を作製した。p型CuInS2 層の膜厚は2μm程度で
あり、中間層Cu(In、Ga)S2 層は5nmから1
000nmの範囲で変化させた。また、中間層の伝導型
はn型であった。
[Example 3] 1 μm on a glass substrate by sputtering
Mo electrode is formed, and then the Cu / In molar ratio is 1.0 by the vacuum co-evaporation method using Cu, In, and S as evaporation sources.
Of p-type CuInS 2 layer of Cu, I at a substrate temperature of 550 ° C.
Cu / Cu by the vacuum evaporation method using n, Ga, and S as evaporation sources.
A Cu (In, Ga) S 2 layer as an intermediate layer having an (In + Ga) molar ratio of 0.7 and a Ga / In molar ratio of 0.2 was sequentially formed at a substrate temperature of 425 ° C. Further, an n-type CdS layer is further formed thereon by a solution growth method to a thickness of 50 nm and Zn.
A thin film solar cell having the same structure as that of FIG. 1 was produced by sequentially forming an O: Al transparent electrode with a thickness of 2 μm by a sputtering method. The p-type CuInS 2 layer has a thickness of about 2 μm, and the intermediate layer Cu (In, Ga) S 2 layer has a thickness of 5 nm to 1 nm.
It was changed in the range of 000 nm. The conductivity type of the intermediate layer was n-type.

【0018】この太陽電池素子にAM1.5の光を照射
して特性を評価した。開放電圧は、中間層の膜厚が増加
するとともに増加して、膜厚50nm程度でほぼ飽和し
た。また、曲線因子は、中間層の膜厚が増加すると、界
面リーク電流が抑制されることにより増加するが、25
0nm以上になると直列抵抗成分が大きくなり、逆に減
少傾向になった。また、短絡電流はバンドギャップの大
きい中間層の膜厚が増加すると、わずかに減少する傾向
があった。100nmの中間層を形成したときに、変換
効率は最大となり、12.0%であった。
The characteristics of the solar cell element were evaluated by irradiating it with light of AM 1.5. The open circuit voltage increased as the film thickness of the intermediate layer increased, and was almost saturated at a film thickness of about 50 nm. Further, the fill factor increases as the film thickness of the intermediate layer increases, because the interface leak current is suppressed.
When it was 0 nm or more, the series resistance component increased, and on the contrary, it tended to decrease. Further, the short-circuit current tended to decrease slightly as the film thickness of the intermediate layer having a large band gap increased. When the 100 nm intermediate layer was formed, the conversion efficiency reached the maximum and was 12.0%.

【0019】[0019]

【比較例1】ガラス基板上に、スパッタ法により1μm
のMo電極を形成して、次にCu、In、Sを蒸発源と
した真空同時蒸着法により、Cu/Inモル比が1.0
のp型CuInS2 層を基板温度550℃で2μm程度
形成した。さらに、その上に、n型CdS層を溶液成長
法により50nm、ZnO:Al透明電極をスパッタ法
により2μmの厚さで順次形成することにより、図2の
構造の薄膜太陽電池を作製した。この太陽電池素子にA
M1.5の光を照射して特性を評価したところ、変換効
率は8.0%であった。
[Comparative Example 1] 1 μm on a glass substrate by sputtering
Mo electrode is formed, and then the Cu / In molar ratio is 1.0 by the vacuum co-evaporation method using Cu, In, and S as evaporation sources.
The p-type CuInS 2 layer was formed at a substrate temperature of 550 ° C. to a thickness of about 2 μm. Further, an n-type CdS layer having a thickness of 50 nm and a ZnO: Al transparent electrode having a thickness of 2 μm were sequentially formed on the n-type CdS layer by a solution growth method to form a thin film solar cell having the structure shown in FIG. A for this solar cell element
When the characteristics were evaluated by irradiation with M1.5 light, the conversion efficiency was 8.0%.

【0020】[0020]

【実施例4】ガラス基板上に、スパッタ法により1μm
のMo電極を形成して、次にCu、In、Seを蒸発源
とした真空同時蒸着法により、Cu/Inモル比が1.
0のp型CuInSe2 層を基板温度550℃で、Cu
/Inモル比が0.7である中間層としてのCuInS
2 層を基板温度425℃で順次形成した。さらに、そ
の上に、n型CdS層を溶液成長法により50nm、Z
nO:Al透明電極をスパッタ法により2μmの厚さで
順次形成することにより、図1と同じ構造の薄膜太陽電
池を作製した。p型CuInSe2 層の膜厚は2μm程
度であり、中間層CuInSe2 層は5nmから100
0nmの範囲で変化させた。また、中間層の伝導型はn
型であった。
[Example 4] 1 μm on a glass substrate by sputtering
Mo electrode was formed, and then the Cu / In molar ratio was 1. by the vacuum co-evaporation method using Cu, In, and Se as evaporation sources.
0 p-type CuInSe 2 layer at a substrate temperature of 550 ° C.
/ In molar ratio of 0.7 CuInS as an intermediate layer
The e 2 layer was sequentially formed at a substrate temperature of 425 ° C. Further, an n-type CdS layer is further formed thereon by a solution growth method at 50 nm, Z
A thin film solar cell having the same structure as in FIG. 1 was produced by sequentially forming nO: Al transparent electrodes with a thickness of 2 μm by a sputtering method. The thickness of the p-type CuInSe 2 layer is about 2 μm, and the thickness of the intermediate layer CuInSe 2 layer is 5 nm to 100 nm.
It was changed in the range of 0 nm. The conductivity type of the intermediate layer is n.
It was a mold.

【0021】この太陽電池素子にAM1.5の光を照射
して特性を評価した。開放電圧は、中間層の膜厚が増加
するとともに増加して、膜厚200nm程度でほぼ飽和
した。また、曲線因子は、中間層の膜厚が増加すると、
界面リーク電流が抑制されることにより増加するが、4
00nm以上になると直列抵抗成分が大きくなり、逆に
減少傾向になった。250nmの中間層を形成したとき
に、変換効率は最大となり、13.0%であった。
The characteristics of the solar cell element were evaluated by irradiating it with light of AM 1.5. The open circuit voltage increased as the film thickness of the intermediate layer increased, and was almost saturated at a film thickness of about 200 nm. Also, the fill factor is as the thickness of the intermediate layer increases,
It increases by suppressing the interface leak current, but
When the thickness is more than 00 nm, the series resistance component becomes large and conversely tends to decrease. When the 250 nm intermediate layer was formed, the conversion efficiency reached the maximum and was 13.0%.

【0022】[0022]

【比較例2】ガラス基板上に、スパッタ法により1μm
のMo電極を形成して、次にCu、In、Seを蒸発源
とした真空同時蒸着法により、Cu/Inモル比が1.
0のp型CuInSe2 層を基板温度550℃で2μm
程度形成した。さらに、その上に、n型CdS層を溶液
成長法により50nm、ZnO:Al透明電極をスパッ
タ法により2μmの厚さで順次形成することにより、図
2の構造の薄膜太陽電池を作製した。この太陽電池素子
にAM1.5の光を照射して特性を評価したところ、変
換効率は11.5%であった。
Comparative Example 2 1 μm on a glass substrate by sputtering method
Mo electrode was formed, and then the Cu / In molar ratio was 1. by the vacuum co-evaporation method using Cu, In, and Se as evaporation sources.
0 p-type CuInSe 2 layer of 2 μm at a substrate temperature of 550 ° C.
Formed to a degree. Further, an n-type CdS layer having a thickness of 50 nm and a ZnO: Al transparent electrode having a thickness of 2 μm were sequentially formed on the n-type CdS layer by a solution growth method to form a thin film solar cell having the structure shown in FIG. When the characteristics of this solar cell element were irradiated with light of AM1.5, the conversion efficiency was 11.5%.

【0023】[0023]

【発明の効果】本発明によれば、開放電圧を向上するこ
とができ、変換効率の高い太陽電池を提供することが可
能になり、大いに有用である。
According to the present invention, the open circuit voltage can be improved and a solar cell with high conversion efficiency can be provided, which is very useful.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の、カルコパイライト型化合物層を用い
た太陽電池の素子構造の1例を示す断面説明図。
FIG. 1 is an explanatory sectional view showing an example of an element structure of a solar cell using a chalcopyrite type compound layer of the present invention.

【図2】従来のカルコパイライト型化合物層を用いた太
陽電池の素子構造の1例を示す断面説明図。
FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view showing an example of a device structure of a solar cell using a conventional chalcopyrite type compound layer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1.基板 2.導電性薄膜 3.p型カルコパイライト化合物層 4.カルコパイライト化合物中間層 5.n型半導体層 6.透明電極層 1. Substrate 2. Conductive thin film 3. 3. P-type chalcopyrite compound layer 4. Chalcopyrite compound intermediate layer 5. n-type semiconductor layer 6. Transparent electrode layer

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 元素周期律表のIb族元素、IIIb族
元素及びカルコゲン元素(S、Se及びTe)からなる
p型のカルコパイライト型化合物層と、IIb族元素及
びVIb族元素からなるn型の化合物半導体層とを有す
る薄膜太陽電池において、上記p型のカルコパイライト
型化合物層と上記n型の化合物半導体層との間に、該p
型のカルコパイライト型化合物と比べて、IIIb族元
素に対するIb族元素のモル比が小さいカルコパイライ
ト型化合物からなる中間層が形成されていることを特徴
とする薄膜太陽電池。
1. A p-type chalcopyrite type compound layer composed of an Ib group element, a IIIb group element and a chalcogen element (S, Se and Te) of the Periodic Table of Elements, and an n type composed of a IIb group element and a VIb group element. In a thin film solar cell having the compound semiconductor layer of p.
A thin-film solar cell, wherein an intermediate layer made of a chalcopyrite type compound having a smaller molar ratio of the group Ib element to the group IIIb element than that of the type chalcopyrite type compound is formed.
【請求項2】 中間層として形成されたカルコパイライ
ト型化合物がn型半導体であることを特徴とする請求項
1記載の薄膜太陽電池。
2. The thin film solar cell according to claim 1, wherein the chalcopyrite type compound formed as the intermediate layer is an n-type semiconductor.
【請求項3】 中間層として形成されたカルコパイライ
ト型化合物のバンドギャップが、p型カルコパイライト
型化合物のバンドギャップより大きく、かつIIb族元
素およびVIb族元素からなるn型の化合物半導体層の
バンドギャップより小さいことを特徴とする請求項1記
載の薄膜太陽電池。
3. The band gap of the chalcopyrite-type compound formed as the intermediate layer is larger than the band gap of the p-type chalcopyrite-type compound, and the band of the n-type compound semiconductor layer composed of the IIb group element and the VIb group element. It is smaller than a gap, The thin film solar cell of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
【請求項4】 p型カルコパイライト型化合物がCuI
nS2 であることを特徴とする請求項1、2又は3記載
の薄膜太陽電池。
4. The p-type chalcopyrite compound is CuI.
thin-film solar cell of claim 1, 2 or 3, wherein the a nS 2.
【請求項5】 p型のカルコパイライト型化合物層と、
該カルコパイライト型化合物と比べて、IIIb族元素
に対するIb族元素のモル比が小さいカルコパイライト
型化合物層とからなる積層膜の作製方法において、p型
のカルコパイライト型化合物層を形成した後に、該形成
温度より低い温度で、該p型のカルコパイライト型化合
物と比べてIIIb族元素に対するIb族元素のモル比
を小さくして、中間層としてのカルコパイライト型化合
物層を形成することを特徴とするカルコパイライト型化
合物積層膜の作製方法。
5. A p-type chalcopyrite type compound layer,
In a method for producing a laminated film comprising a chalcopyrite type compound layer having a smaller molar ratio of the Ib group element to the IIIb group element than the chalcopyrite type compound, after forming a p type chalcopyrite type compound layer, A chalcopyrite-type compound layer as an intermediate layer is formed at a temperature lower than the formation temperature to reduce the molar ratio of the group Ib element to the group IIIb element as compared with the p-type chalcopyrite type compound. A method for producing a chalcopyrite type compound laminated film.
【請求項6】 p型のCuInS2 層と、該CuInS
2 と比べてIIIb族元素に対するIb族元素のモル比
が小さいカルコパイライト型化合物層とからなる積層膜
の作製方法において、上記p型のCuInS2 層を45
0〜600℃の範囲で形成した後に、該p型のCuIn
2 層と比べてIIIb族元素に対するIb族元素のモ
ル比を小さくして、300〜450℃の範囲で中間層と
してのカルコパイライト型化合物層を形成することを特
徴とするカルコパイライト型化合物積層膜の作製方法。
6. A p-type CuInS 2 layer and the CuInS
In the method for producing a laminated film comprising a chalcopyrite type compound layer in which the molar ratio of the group Ib element to the group IIIb element is smaller than that of 2 , the p-type CuInS 2 layer is
After forming in the range of 0 to 600 ° C., the p-type CuIn
A chalcopyrite-type compound laminate, characterized by forming a chalcopyrite-type compound layer as an intermediate layer in the range of 300 to 450 ° C. by reducing the molar ratio of the Ib-group element to the IIIb-group element as compared with the S 2 layer. Membrane fabrication method.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009117431A (en) * 2007-11-02 2009-05-28 Univ Of Yamanashi P-n junction type photovoltaic cell and production method therefor
JP2014053420A (en) * 2012-09-06 2014-03-20 Sharp Corp Solar cell
WO2016171157A1 (en) * 2015-04-24 2016-10-27 京セラ株式会社 Photoelectric conversion device

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