JPH09199741A - 薄膜太陽電池 - Google Patents
薄膜太陽電池Info
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- JPH09199741A JPH09199741A JP8004875A JP487596A JPH09199741A JP H09199741 A JPH09199741 A JP H09199741A JP 8004875 A JP8004875 A JP 8004875A JP 487596 A JP487596 A JP 487596A JP H09199741 A JPH09199741 A JP H09199741A
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- 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
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】本来の光吸収層１と中間層２での光電変換に加
えて、窓層３と透明電極層４での光電変換が加わり、中
間層２と窓層３の間にはｋＴを越える電位障壁がないた
め、光吸収層１と中間層２での光電変換は影響を受けな
い構成とすることにより、窓層の電子親和力、仕事関
数、バンドギャップ等の電気的特性を最適化し、高効率
の薄膜太陽電池を提供する。 【解決手段】電極層を設けた基板または電極性を備えた
金属基板上に、ｐ型の半導体の光吸収層１、ｎ型の半導
体の中間層２、半導体の窓層３、ｎ型の透明電極層４を
順次積層する。または透明性基板上に、透明電極層４、
半導体の窓層３、ｎ型の半導体の中間層２、ｐ型の半導
体の窓層１を順次積層する。本来の光吸収層１と中間層
２での光電変換に加えて、窓層３と透明電極層４での光
電変換が加わり、特性の向上が図れる。
えて、窓層３と透明電極層４での光電変換が加わり、中
間層２と窓層３の間にはｋＴを越える電位障壁がないた
め、光吸収層１と中間層２での光電変換は影響を受けな
い構成とすることにより、窓層の電子親和力、仕事関
数、バンドギャップ等の電気的特性を最適化し、高効率
の薄膜太陽電池を提供する。 【解決手段】電極層を設けた基板または電極性を備えた
金属基板上に、ｐ型の半導体の光吸収層１、ｎ型の半導
体の中間層２、半導体の窓層３、ｎ型の透明電極層４を
順次積層する。または透明性基板上に、透明電極層４、
半導体の窓層３、ｎ型の半導体の中間層２、ｐ型の半導
体の窓層１を順次積層する。本来の光吸収層１と中間層
２での光電変換に加えて、窓層３と透明電極層４での光
電変換が加わり、特性の向上が図れる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高効率薄膜太陽電
池の改良に関する。さらに詳しくは、電気的特性を改良
し、高効率の薄膜太陽電池を提供する。
池の改良に関する。さらに詳しくは、電気的特性を改良
し、高効率の薄膜太陽電池を提供する。
【０００２】
【従来の技術】近い将来、エネルギー供給が次第に困難
になることが予想され、太陽電池の高効率化、低コスト
化が大きな課題となっている。なかでも、大面積化が容
易な薄膜系太陽電池は大幅な低コスト化が可能なので、
そのエネルギー変換効率の向上が強く望まれている。こ
の薄膜系太陽電池には化合物半導体特にI-III-VI2族薄
膜を用いたものが広く開発されつつある。I-III-VI2族
薄膜を用いた太陽電池の構成は、Ｍｏ薄膜を設けたガラ
ス基板上にｐ型ＣｕＩｎＳｅ2層を蒸着法で形成し、次
いで、化学析出法によってｎ型ＣｄＳ層を、その上に高
抵抗ＺｎＯ層を、最後に透明電極層を設けて太陽電池と
する（M. Nishitani et al.: 1st World Conference on
Photovoltaic Energy Conversion, Dec. 5-9, 199
4）。
になることが予想され、太陽電池の高効率化、低コスト
化が大きな課題となっている。なかでも、大面積化が容
易な薄膜系太陽電池は大幅な低コスト化が可能なので、
そのエネルギー変換効率の向上が強く望まれている。こ
の薄膜系太陽電池には化合物半導体特にI-III-VI2族薄
膜を用いたものが広く開発されつつある。I-III-VI2族
薄膜を用いた太陽電池の構成は、Ｍｏ薄膜を設けたガラ
ス基板上にｐ型ＣｕＩｎＳｅ2層を蒸着法で形成し、次
いで、化学析出法によってｎ型ＣｄＳ層を、その上に高
抵抗ＺｎＯ層を、最後に透明電極層を設けて太陽電池と
する（M. Nishitani et al.: 1st World Conference on
Photovoltaic Energy Conversion, Dec. 5-9, 199
4）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のI-III-VI2 族薄
膜太陽電池の構成では、ｐ型ＣｕＩｎＳｅ2 層とｎ型Ｃ
ｄＳ層で形成されるｐｎ接合に漏れ電流が発生した場合
に、太陽電池としての特性が劣化することを防ぐため
に、ＺｎＯ層が形成されており、これにより、漏れ電流
による特性の劣化は緩和されている。しかし、動作原理
からは本来不必要なＺｎＯを形成しながら、それが漏れ
電流の防止層としてしか動作せず、特性の向上への寄与
が考慮されていない。
膜太陽電池の構成では、ｐ型ＣｕＩｎＳｅ2 層とｎ型Ｃ
ｄＳ層で形成されるｐｎ接合に漏れ電流が発生した場合
に、太陽電池としての特性が劣化することを防ぐため
に、ＺｎＯ層が形成されており、これにより、漏れ電流
による特性の劣化は緩和されている。しかし、動作原理
からは本来不必要なＺｎＯを形成しながら、それが漏れ
電流の防止層としてしか動作せず、特性の向上への寄与
が考慮されていない。
【０００４】本発明は、前記従来の問題を解決するた
め、窓層の電子親和力、仕事関数、バンドギャップ等の
電気的特性を最適化し、高効率の薄膜太陽電池を提供す
ることを目的とする。
め、窓層の電子親和力、仕事関数、バンドギャップ等の
電気的特性を最適化し、高効率の薄膜太陽電池を提供す
ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の第１番目の薄膜太陽電池は、電極層を設け
た基板または電極性を備えた金属基板上に、電子親和力
がχ1 で仕事関数がΦ1で且つ禁制体幅がＥｇ1 である
ｐ型の半導体の光吸収層、その上に電子親和力がχ2 で
仕事関数がΦ2 で且つ禁制体幅がＥｇ2 であるｎ型の半
導体の中間層、その上に電子親和力がχ3 で仕事関数が
Φ3 で且つ禁制体幅がＥｇ3 である半導体の窓層、その
上に電子親和力がχ4 で仕事関数がΦ4 で且つ禁制体幅
がＥｇ4 であるｎ型の透明電極層を順次積層し、χ1 と
χ2 とχ3 とχ4 とは実質的にほぼ等しく、Ｅｇ1 ＜Ｅ
ｇ2 ＜Ｅｇ3 ＜Ｅｇ4 、Φ1 ＞Φ2 ＞Φ4 、Φ2 ≦Φ3
＜Φ 1 で、かつΦ2 とΦ3 の差は大きくてもｋＴ程度と
することを特徴とする。前記において、ｋはボルツマン
定数、Ｔは温度（単位：ケルビン）を示す（以下同
様）。
め、本発明の第１番目の薄膜太陽電池は、電極層を設け
た基板または電極性を備えた金属基板上に、電子親和力
がχ1 で仕事関数がΦ1で且つ禁制体幅がＥｇ1 である
ｐ型の半導体の光吸収層、その上に電子親和力がχ2 で
仕事関数がΦ2 で且つ禁制体幅がＥｇ2 であるｎ型の半
導体の中間層、その上に電子親和力がχ3 で仕事関数が
Φ3 で且つ禁制体幅がＥｇ3 である半導体の窓層、その
上に電子親和力がχ4 で仕事関数がΦ4 で且つ禁制体幅
がＥｇ4 であるｎ型の透明電極層を順次積層し、χ1 と
χ2 とχ3 とχ4 とは実質的にほぼ等しく、Ｅｇ1 ＜Ｅ
ｇ2 ＜Ｅｇ3 ＜Ｅｇ4 、Φ1 ＞Φ2 ＞Φ4 、Φ2 ≦Φ3
＜Φ 1 で、かつΦ2 とΦ3 の差は大きくてもｋＴ程度と
することを特徴とする。前記において、ｋはボルツマン
定数、Ｔは温度（単位：ケルビン）を示す（以下同
様）。
【０００６】次に本発明の第２番目の薄膜太陽電池は、
透明性基板上に、電子親和力がχ4で仕事関数がΦ4 で
且つ禁制体幅がＥｇ4 である透明電極層その上に電子親
和力がχ3 で仕事関数がΦ3 で且つ禁制体幅がＥｇ3 で
ある半導体の窓層、その上に電子親和力がχ2 で仕事関
数がΦ2 で且つ禁制体幅がＥｇ2 であるｎ型の半導体の
中間層、その上に電子親和力がχ1 で仕事関数がΦ1 で
且つ禁制体幅がＥｇ1であるｐ型の半導体の光吸収層を
順次積層し、χ1 とχ2 とχ3 とχ4 とは実質的にほぼ
等しく、Ｅｇ1 ＜Ｅｇ2 ＜Ｅｇ3 ＜Ｅｇ4 、Φ1 ＞Φ2
＞Φ4 、Φ2 ≦Φ3 ＜Φ1 で、かつΦ2 とΦ3 の差は大
きくてもｋＴ程度とすることを特徴とする。
透明性基板上に、電子親和力がχ4で仕事関数がΦ4 で
且つ禁制体幅がＥｇ4 である透明電極層その上に電子親
和力がχ3 で仕事関数がΦ3 で且つ禁制体幅がＥｇ3 で
ある半導体の窓層、その上に電子親和力がχ2 で仕事関
数がΦ2 で且つ禁制体幅がＥｇ2 であるｎ型の半導体の
中間層、その上に電子親和力がχ1 で仕事関数がΦ1 で
且つ禁制体幅がＥｇ1であるｐ型の半導体の光吸収層を
順次積層し、χ1 とχ2 とχ3 とχ4 とは実質的にほぼ
等しく、Ｅｇ1 ＜Ｅｇ2 ＜Ｅｇ3 ＜Ｅｇ4 、Φ1 ＞Φ2
＞Φ4 、Φ2 ≦Φ3 ＜Φ1 で、かつΦ2 とΦ3 の差は大
きくてもｋＴ程度とすることを特徴とする。
【０００７】前記第１〜２番目の薄膜太陽電池の構成に
おいては、光吸収層が、ＣｕＩｎＳｅ2、ＣｕＩｎＳ2、
ＣｕＧａＳｅ2、ＣｕＧａＳ2 及びこれらの固溶体から
選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。
おいては、光吸収層が、ＣｕＩｎＳｅ2、ＣｕＩｎＳ2、
ＣｕＧａＳｅ2、ＣｕＧａＳ2 及びこれらの固溶体から
選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。
【０００８】また前記構成においては、中間層が、溶液
析出のＣｄＳ層であることが好ましい。また前記構成に
おいては、窓層が、ＺｎＯであることが好ましい。
析出のＣｄＳ層であることが好ましい。また前記構成に
おいては、窓層が、ＺｎＯであることが好ましい。
【０００９】また前記構成においては、透明電極層が、
ＺｎＯまたはＩＴＯであることが好ましい。前記本発明
の第１〜２番目の薄膜太陽電池の構成によれば、本来の
光吸収層と中間層での光電変換に加えて、窓層と透明電
極層での光電変換が加わる。中間層と窓層の間にはｋＴ
を越える電位障壁がないため、光吸収層と中間層での光
電変換は影響を受けない。
ＺｎＯまたはＩＴＯであることが好ましい。前記本発明
の第１〜２番目の薄膜太陽電池の構成によれば、本来の
光吸収層と中間層での光電変換に加えて、窓層と透明電
極層での光電変換が加わる。中間層と窓層の間にはｋＴ
を越える電位障壁がないため、光吸収層と中間層での光
電変換は影響を受けない。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の一実施形態の太陽電池の
構成は図１に示すように、電極層を設けた基板または電
極性を備えた金属基板上に、電子親和力がχ1 で仕事関
数がΦ1 で且つ禁制体幅がＥｇ1 であるｐ型の半導体の
光吸収層１、その上に電子親和力がχ 2 で仕事関数がΦ
2 で且つ禁制体幅がＥｇ2 であるｎ型の半導体の中間層
２、その上に電子親和力がχ3 で仕事関数がΦ3 で且つ
禁制体幅がＥｇ3 である半導体の窓層３、その上に電子
親和力がχ4 で仕事関数がΦ4 で且つ禁制体幅がＥｇ4
であるｎ型の透明電極層４を順次積層した構成でなり、
しかもχ1 とχ2 とχ3とχ4 とは実質的にほぼ等し
く、Ｅｇ1 ＜Ｅｇ2 ＜Ｅｇ3 ＜Ｅｇ4 、Φ1 ＞Φ2＞Φ4
、Φ2 ≦Φ3 ＜Φ1 で、かつΦ2 とΦ3 の差は大きく
てもｋＴ程度とする。
構成は図１に示すように、電極層を設けた基板または電
極性を備えた金属基板上に、電子親和力がχ1 で仕事関
数がΦ1 で且つ禁制体幅がＥｇ1 であるｐ型の半導体の
光吸収層１、その上に電子親和力がχ 2 で仕事関数がΦ
2 で且つ禁制体幅がＥｇ2 であるｎ型の半導体の中間層
２、その上に電子親和力がχ3 で仕事関数がΦ3 で且つ
禁制体幅がＥｇ3 である半導体の窓層３、その上に電子
親和力がχ4 で仕事関数がΦ4 で且つ禁制体幅がＥｇ4
であるｎ型の透明電極層４を順次積層した構成でなり、
しかもχ1 とχ2 とχ3とχ4 とは実質的にほぼ等し
く、Ｅｇ1 ＜Ｅｇ2 ＜Ｅｇ3 ＜Ｅｇ4 、Φ1 ＞Φ2＞Φ4
、Φ2 ≦Φ3 ＜Φ1 で、かつΦ2 とΦ3 の差は大きく
てもｋＴ程度とする。
【００１１】または図２に示すように、透明性基板上
に、電子親和力がχ4 で仕事関数がΦ 4 で且つ禁制体幅
がＥｇ4 である透明電極層４、その上に電子親和力がχ
3 で仕事関数がΦ3 で且つ禁制体幅がＥｇ3 である半導
体の窓層３、その上に電子親和力がχ2 で仕事関数がΦ
2 で且つ禁制体幅がＥｇ2 であるｎ型の半導体の中間層
２、その上に電子親和力がχ1 で仕事関数がΦ1 で且つ
禁制体幅がＥｇ1 であるｐ型の半導体の光吸収層１を順
次積層した構成でなり、しかもχ1 とχ2 とχ3とχ4
とは実質的にほぼ等しく、Ｅｇ1 ＜Ｅｇ2 ＜Ｅｇ3 ＜Ｅ
ｇ4 、Φ1 ＞Φ2＞Φ4 、Φ2 ≦Φ3 ＜Φ1 で、かつΦ2
とΦ3 の差は大きくてもｋＴ程度とする。
に、電子親和力がχ4 で仕事関数がΦ 4 で且つ禁制体幅
がＥｇ4 である透明電極層４、その上に電子親和力がχ
3 で仕事関数がΦ3 で且つ禁制体幅がＥｇ3 である半導
体の窓層３、その上に電子親和力がχ2 で仕事関数がΦ
2 で且つ禁制体幅がＥｇ2 であるｎ型の半導体の中間層
２、その上に電子親和力がχ1 で仕事関数がΦ1 で且つ
禁制体幅がＥｇ1 であるｐ型の半導体の光吸収層１を順
次積層した構成でなり、しかもχ1 とχ2 とχ3とχ4
とは実質的にほぼ等しく、Ｅｇ1 ＜Ｅｇ2 ＜Ｅｇ3 ＜Ｅ
ｇ4 、Φ1 ＞Φ2＞Φ4 、Φ2 ≦Φ3 ＜Φ1 で、かつΦ2
とΦ3 の差は大きくてもｋＴ程度とする。
【００１２】前記の光吸収層１、中間層２、窓層３、透
明電極層４の電子親和力（χ1 〜χ 4 ）、仕事関数（Φ
1 〜＞Φ4 ）、禁制体幅（Ｅｇ1 〜Ｅｇ4 ）は、単体で
図３（ａ）に示す関係にある。それを接合させた本発明
の太陽電池のエネルギーバンド構造図は、図３（ｂ）の
ようになる。本来の光吸収層１と中間層２での光電変換
に加えて、窓層３と透明電極層４での光電変換が加わ
る。中間層２と窓層３の間にはｋＴを越える電位障壁が
ないため、光吸収層１と中間層２での光電変換は全く影
響を受けない。
明電極層４の電子親和力（χ1 〜χ 4 ）、仕事関数（Φ
1 〜＞Φ4 ）、禁制体幅（Ｅｇ1 〜Ｅｇ4 ）は、単体で
図３（ａ）に示す関係にある。それを接合させた本発明
の太陽電池のエネルギーバンド構造図は、図３（ｂ）の
ようになる。本来の光吸収層１と中間層２での光電変換
に加えて、窓層３と透明電極層４での光電変換が加わ
る。中間層２と窓層３の間にはｋＴを越える電位障壁が
ないため、光吸収層１と中間層２での光電変換は全く影
響を受けない。
【００１３】比較例として、従来のエネルギーバンド構
造を図４（ａ）、（ｂ）に示す。図４（ａ）のように窓
層３と中間層２にｋＴを越える電位障壁が生じた場合に
は光吸収層１と中間層２での光電変換により発生した光
電流は、窓層３と中間層２に生じた電位障壁のために減
少する。図４（ｂ）のように透明電極層４と窓層３に電
位障壁がない場合には、窓層３が透明電極層４と同程度
の低抵抗であるため、漏れ電流を減少させることができ
ず、本発明の構造に比べて太陽電池の特性が悪くなる。
造を図４（ａ）、（ｂ）に示す。図４（ａ）のように窓
層３と中間層２にｋＴを越える電位障壁が生じた場合に
は光吸収層１と中間層２での光電変換により発生した光
電流は、窓層３と中間層２に生じた電位障壁のために減
少する。図４（ｂ）のように透明電極層４と窓層３に電
位障壁がない場合には、窓層３が透明電極層４と同程度
の低抵抗であるため、漏れ電流を減少させることができ
ず、本発明の構造に比べて太陽電池の特性が悪くなる。
【００１４】
【実施例】以下実施例により、さらに具体的に説明す
る。
る。
【００１５】
【実施例１】ガラス基板上にＭｏ電極をＲＦマグネトロ
ンスパッタ法で１〜２μｍの厚さに作製した。その後、
所定領域にｐ−ＣｕＩｎＳｅ2 薄膜を真空蒸着法で２〜
３μｍの厚さに形成した。その上にヘテロｐｎ接合を形
成するため、ＣｄＳ薄膜を溶液析出法で、ＣｄＩ2、Ｎ
Ｈ4Ｃｌ2、ＮＨ3 、及びチオ尿素の混合溶液を用いて、
５０ｎｍ程度の厚さに形成した。その上にＲＦマグネト
ロンスパッタ法で、ＺｎＯターゲットを使用し、スパッ
タガスとしてＡｒを用い、導電率がＣｄＳ薄膜と同程度
のＺｎＯ薄膜を膜厚が１５０ｎｍ程度の厚さに形成し
た。さらにその上に同じくＲＦマグネトロンスパッタ法
で、ＩＴＯ（インジウム−錫酸化物合金、Ｓｎ：５ｗｔ
％）ターゲットを使用し、スパッタガスとしてＡｒを用
い、導電率が２×１０3（Ｓ／ｃｍ）程度のＩＴＯ薄膜
を５００ｎｍ程度厚さに形成した。下記の表１にこの実
施例の太陽電池のＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2）の
照射光に対する特性を示す。
ンスパッタ法で１〜２μｍの厚さに作製した。その後、
所定領域にｐ−ＣｕＩｎＳｅ2 薄膜を真空蒸着法で２〜
３μｍの厚さに形成した。その上にヘテロｐｎ接合を形
成するため、ＣｄＳ薄膜を溶液析出法で、ＣｄＩ2、Ｎ
Ｈ4Ｃｌ2、ＮＨ3 、及びチオ尿素の混合溶液を用いて、
５０ｎｍ程度の厚さに形成した。その上にＲＦマグネト
ロンスパッタ法で、ＺｎＯターゲットを使用し、スパッ
タガスとしてＡｒを用い、導電率がＣｄＳ薄膜と同程度
のＺｎＯ薄膜を膜厚が１５０ｎｍ程度の厚さに形成し
た。さらにその上に同じくＲＦマグネトロンスパッタ法
で、ＩＴＯ（インジウム−錫酸化物合金、Ｓｎ：５ｗｔ
％）ターゲットを使用し、スパッタガスとしてＡｒを用
い、導電率が２×１０3（Ｓ／ｃｍ）程度のＩＴＯ薄膜
を５００ｎｍ程度厚さに形成した。下記の表１にこの実
施例の太陽電池のＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2）の
照射光に対する特性を示す。
【００１６】
【比較例１〜２】比較のために、窓層のＺｎＯの作製時
にスパッタガスをＡｒ＋Ｏ2（５％）とし、半絶縁性と
してエネルギーバンド構造を図４（ａ）のようにした太
陽電池（比較例１）も作製した。さらに窓層のＺｎＯの
作製時に、ターゲットを、不純物としてＡｌを添加した
（２ｗｔ％）ＺｎＯターゲットとして、スパッタガスと
してＡｒを用い、ＺｎＯの導電率をＩＴＯ程度とし、エ
ネルギーバンド構造を図４（ｂ）のようにした太陽電池
（比較例２）も作製した。表１にこれらの太陽電池のＡ
Ｍ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2）の照射光に対する特性
を実施例１のデータとともに示す。
にスパッタガスをＡｒ＋Ｏ2（５％）とし、半絶縁性と
してエネルギーバンド構造を図４（ａ）のようにした太
陽電池（比較例１）も作製した。さらに窓層のＺｎＯの
作製時に、ターゲットを、不純物としてＡｌを添加した
（２ｗｔ％）ＺｎＯターゲットとして、スパッタガスと
してＡｒを用い、ＺｎＯの導電率をＩＴＯ程度とし、エ
ネルギーバンド構造を図４（ｂ）のようにした太陽電池
（比較例２）も作製した。表１にこれらの太陽電池のＡ
Ｍ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2）の照射光に対する特性
を実施例１のデータとともに示す。
【００１７】
【表１】
【００１８】表１に示すように、本実施例で得られた太
陽電池の特性は、従来の構成で得られる太陽電池の特性
よりはるかに優れていることが確認できた。
陽電池の特性は、従来の構成で得られる太陽電池の特性
よりはるかに優れていることが確認できた。
【００１９】
【実施例２】以下、本発明の実施例について図面を参照
して説明する。図２は本発明の１実施例を示す略示断面
図である。ガラス基板上にＲＦマグネトロンスパッタ法
で、ＩＴＯ（Ｓｎ：５ｗｔ％）ターゲットを使用し、ス
パッタガスとしてＡｒを用い、導電率が２×１０3 （Ｓ
／ｃｍ）程度のＩＴＯ薄膜を、５００ｎｍ程度の厚さに
形成した。その上にＲＦマグネトロンスパッタ法で、Ｚ
ｎＯターゲットを使用し、スパッタガスとしてＡｒを用
い、ＣｄＳ薄膜と同程度のＺｎＯ薄膜を膜厚１５０ｎｍ
程度の厚さに形成した。その上にヘテロｐｎ接合を形成
するため、ＣｄＳ薄膜を溶液析出法で、ＣｄＩ2、ＮＨ4
Ｃｌ2、ＮＨ3、チオ尿素の混合溶液を用いて、５０ｎｍ
程度の厚さに形成した。その上にｐ−ＣｕＩｎＳｅ2 薄
膜を真空蒸着法で２〜３μｍの厚さに形成した。その上
にＡｕ電極を真空蒸着法で１μｍ程度の厚さに形成し
た。表２にこれらの太陽電池のＡＭ１．５（１００ｍＷ
／ｃｍ2）の照射光に対する特性を示す。
して説明する。図２は本発明の１実施例を示す略示断面
図である。ガラス基板上にＲＦマグネトロンスパッタ法
で、ＩＴＯ（Ｓｎ：５ｗｔ％）ターゲットを使用し、ス
パッタガスとしてＡｒを用い、導電率が２×１０3 （Ｓ
／ｃｍ）程度のＩＴＯ薄膜を、５００ｎｍ程度の厚さに
形成した。その上にＲＦマグネトロンスパッタ法で、Ｚ
ｎＯターゲットを使用し、スパッタガスとしてＡｒを用
い、ＣｄＳ薄膜と同程度のＺｎＯ薄膜を膜厚１５０ｎｍ
程度の厚さに形成した。その上にヘテロｐｎ接合を形成
するため、ＣｄＳ薄膜を溶液析出法で、ＣｄＩ2、ＮＨ4
Ｃｌ2、ＮＨ3、チオ尿素の混合溶液を用いて、５０ｎｍ
程度の厚さに形成した。その上にｐ−ＣｕＩｎＳｅ2 薄
膜を真空蒸着法で２〜３μｍの厚さに形成した。その上
にＡｕ電極を真空蒸着法で１μｍ程度の厚さに形成し
た。表２にこれらの太陽電池のＡＭ１．５（１００ｍＷ
／ｃｍ2）の照射光に対する特性を示す。
【００２０】
【比較例３〜４】比較のために、窓層のＺｎＯの作製時
にスパッタガスをＡｒ＋Ｏ2 （５％）として半絶縁性と
して、エネルギーバンド構造を図４（ａ）のようにした
太陽電池（比較例３）も作製した。さらに窓層のＺｎＯ
の作製時に、ターゲットを、不純物としてＡｌを添加し
た（２ｗｔ％）ＺｎＯターゲットとして、スパッタガス
としてＡｒを用い、ＺｎＯの導電率をＩＴＯ程度とし、
エネルギーバンド構造を図４（ｂ）のようにした太陽電
池（比較例４）も作製した。表２にこれらの太陽電池の
ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2）の照射光に対する特
性を実施例２のデータとともに示す。
にスパッタガスをＡｒ＋Ｏ2 （５％）として半絶縁性と
して、エネルギーバンド構造を図４（ａ）のようにした
太陽電池（比較例３）も作製した。さらに窓層のＺｎＯ
の作製時に、ターゲットを、不純物としてＡｌを添加し
た（２ｗｔ％）ＺｎＯターゲットとして、スパッタガス
としてＡｒを用い、ＺｎＯの導電率をＩＴＯ程度とし、
エネルギーバンド構造を図４（ｂ）のようにした太陽電
池（比較例４）も作製した。表２にこれらの太陽電池の
ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2）の照射光に対する特
性を実施例２のデータとともに示す。
【００２１】
【表２】
【００２２】表２に示すように、本実施例の構成で得ら
れた太陽電池の特性は、従来の構成で得られる太陽電池
の特性よりはるかに優れていることが確認できた。
れた太陽電池の特性は、従来の構成で得られる太陽電池
の特性よりはるかに優れていることが確認できた。
【００２３】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、本
来の光吸収層と中間層での光電変換に加えて、窓層と透
明電極層での光電変換が加わり、中間層と窓層の間には
ｋＴを越える電位障壁がないため、光吸収層と中間層で
の光電変換は全く影響を受けないことにより、窓層の電
子親和力、仕事関数、バンドギャップ等の電気的特性を
最適化し、高効率の薄膜太陽電池を実現できる。したが
って、本発明の構成によって、変換効率の非常に高い優
れた太陽電池を容易に得ることが可能となる。
来の光吸収層と中間層での光電変換に加えて、窓層と透
明電極層での光電変換が加わり、中間層と窓層の間には
ｋＴを越える電位障壁がないため、光吸収層と中間層で
の光電変換は全く影響を受けないことにより、窓層の電
子親和力、仕事関数、バンドギャップ等の電気的特性を
最適化し、高効率の薄膜太陽電池を実現できる。したが
って、本発明の構成によって、変換効率の非常に高い優
れた太陽電池を容易に得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１の太陽電池の断面構造図。
【図２】 本発明の実施例２の太陽電池の断面構造図。
【図３】 （ａ）（ｂ）は本発明の一実施例の太陽電池
のエネルギーバンド図。
のエネルギーバンド図。
【図４】 （ａ）（ｂ）は従来の太陽電池のエネルギー
バンド図。
バンド図。
１ 光吸収層 ２ 半導体の中間層 ３ 窓層 ４ 透明電極層 ５ ガラス基板 ６ 下部電極
Claims (6)
- 【請求項１】 電極層を設けた基板または電極性を備え
た金属基板上に、電子親和力がχ1 で仕事関数がΦ1 で
且つ禁制体幅がＥｇ1 であるｐ型の半導体の光吸収層、
その上に電子親和力がχ2 で仕事関数がΦ2 で且つ禁制
体幅がＥｇ2 であるｎ型の半導体の中間層、その上に電
子親和力がχ3 で仕事関数がΦ3 で且つ禁制体幅がＥｇ
3 である半導体の窓層、その上に電子親和力がχ4 で仕
事関数がΦ4 で且つ禁制体幅がＥｇ4 であるｎ型の透明
電極層を順次積層し、χ1 とχ2とχ3 とχ4 とは実質
的にほぼ等しく、Ｅｇ1 ＜Ｅｇ2 ＜Ｅｇ3 ＜Ｅｇ4 、Φ
1＞Φ2 ＞Φ4 、Φ2 ≦Φ3 ＜Φ1 で、かつΦ2 とΦ3
の差は大きくてもｋＴ程度とすることを特徴とする薄膜
太陽電池。 - 【請求項２】 透明性基板上に、電子親和力がχ4 で仕
事関数がΦ4 で且つ禁制体幅がＥｇ4 である透明電極層
その上に電子親和力がχ3 で仕事関数がΦ3 で且つ禁制
体幅がＥｇ3 である半導体の窓層、その上に電子親和力
がχ2 で仕事関数がΦ2 で且つ禁制体幅がＥｇ2 である
ｎ型の半導体の中間層、その上に電子親和力がχ1 で仕
事関数がΦ1 で且つ禁制体幅がＥｇ1 であるｐ型の半導
体の光吸収層を順次積層し、χ1 とχ2 とχ3 とχ4 と
は実質的にほぼ等しく、Ｅｇ1 ＜Ｅｇ2 ＜Ｅｇ3 ＜Ｅｇ
4 、Φ1 ＞Φ2 ＞Φ4 、Φ2 ≦Φ3 ＜Φ1 で、かつΦ2
とΦ3 の差は大きくてもｋＴ程度とすることを特徴とす
る薄膜太陽電池。 - 【請求項３】 光吸収層が、ＣｕＩｎＳｅ2、ＣｕＩｎ
Ｓ2、ＣｕＧａＳｅ2、ＣｕＧａＳ2 及びこれらの固溶体
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
載の薄膜太陽電池。 - 【請求項４】 中間層が、溶液析出のＣｄＳ層である請
求項１または２に記載の薄膜太陽電池。 - 【請求項５】 窓層が、ＺｎＯである請求項１または２
に記載の薄膜太陽電池。 - 【請求項６】 透明電極層が、ＺｎＯまたはＩＴＯであ
る請求項１または２に記載の薄膜太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8004875A JPH09199741A (ja) | 1996-01-16 | 1996-01-16 | 薄膜太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8004875A JPH09199741A (ja) | 1996-01-16 | 1996-01-16 | 薄膜太陽電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09199741A true JPH09199741A (ja) | 1997-07-31 |
Family
ID=11595851
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8004875A Pending JPH09199741A (ja) | 1996-01-16 | 1996-01-16 | 薄膜太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09199741A (ja) |
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-
1996
- 1996-01-16 JP JP8004875A patent/JPH09199741A/ja active Pending
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