JPH0974210A - 太陽電池の製造方法 - Google Patents

太陽電池の製造方法

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JPH0974210A
JPH0974210A JP7226673A JP22667395A JPH0974210A JP H0974210 A JPH0974210 A JP H0974210A JP 7226673 A JP7226673 A JP 7226673A JP 22667395 A JP22667395 A JP 22667395A JP H0974210 A JPH0974210 A JP H0974210A
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JP
Japan
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film
cds
type
cds film
cdte
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JP7226673A
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English (en)
Inventor
Takaaki Akoin
高明 安居院
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Eneos Corp
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Japan Energy Corp
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Publication date
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    • 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
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    • 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

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い変換効率を有し、製造が容易かつ短時間
で製造できるCdTe/CdS太陽電池を得る。 【解決手段】 n型CdS層3とp型CdTe層4から
なるpn接合を有する太陽電池のCdS層3の形成を、
基板温度300〜370℃、蒸着速度0.1〜1μm/
minで行い、低抵抗率、高透過率のCdS層3を得
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽光エネルギー
を電気エネルギーに変換するための半導体素子である太
陽電池に関し、特にCdS薄膜やCdTe薄膜を用いて
変換効率を高めるために工夫されたII−VI族化合物半導
体を用いた太陽電池等の光電変換素子の製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】II−VI族化合物半導体のひとつであるC
dTeの禁制帯は1.5evであり、太陽光のスペクト
ルに対し適合性が良く、しかも吸収係数が104 cm-1
以上と大きいため光吸収層は薄くてよい。したがってC
dTeを光吸収層に用いた図5に示すような太陽電池が
安価で高効率の太陽電池として期待されている。図5に
おいて、上下は逆に示されているが、ガラス基板1に酸
化錫インジウム(ITO)等の透明導電膜2が形成さ
れ、その上にn型CdS膜3が形成され、その上にp型
CdTe膜4が形成され、その上部にCu/Au等のオ
ーミック電極5が形成されている。透明導電膜にはAg
等の金属によりオーミック電極6が形成されている。ま
た、各オーミック電極5,6にはリード51,61が形
成されている。
【0003】図5に示すCdTe/CdS太陽電池は、
従来は以下のような製造工程で製造されていた。つま
り、(1)ガラス基板1上にITO等透明導電膜2をス
パッタリング法等を用いて堆積させる、(2)次にn型
CdS膜3を基板温度250℃以下,通常は150〜2
00℃で真空蒸着法を用いて、蒸着速度50nm/mi
n以下で堆積させる、(3)n型CdS膜3の表面を酸
処理した後、p型CdTe膜を真空蒸着法で堆積する、
(4)そのp型CdTe膜を塩化カドミウム(CdCl
2 )含有メタノール(CH3 OH)溶液等の溶液中にデ
ィップし、その後自然乾燥させた後に所定のアニールを
行い、p型CdTe多結晶膜を形成する、(5)CdT
e膜表面を所定のエッチング液でエッチングした後で、
Cu/Au等を真空蒸着し、さらに空気中等でシンタリ
ングを行い、オーミック電極5を形成する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
によるCdTe/CdS太陽電池の製造方法では、蒸着
により堆積し、成長したCdS膜の抵抗が十分低くなら
ないため開放電圧Vocが0.65〜0.70Vと低
く、また変換効率は7〜8%であり、十分高い変換効率
を有する太陽電池が製造できないという問題点があっ
た。
【0005】またCdS膜の抵抗を下げるためにはIn
等の不純物のCdS膜中へのドーピングが必要で、ドー
パントとなる物質の薄膜をCdS膜の蒸着の後に行いア
ニールを行ったり、ドーピング用蒸着源を別に用意して
同時に蒸着する等の複雑な工程が必要で、手間がかかる
という欠点があった。
【0006】さらに従来技術におけるCdS膜の成長速
度は50nm/min以下であり、製造工程に要する時
間が長いという問題点があった。
【0007】上記問題点を鑑み、本発明はドーピングな
しで、簡単に低抵抗のCdS膜を成長することが可能
で、しかも高い変換効率を有した太陽電池が実現可能な
製造方法を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明による太陽電池の製造方法は、図5に示す
ようなn型CdS膜3とp型CdTe膜4とから成るp
n接合を有する太陽電池の製造方法であって、n型Cd
S膜3を基板温度300〜370℃、蒸着速度0.1〜
1μm/minで真空蒸着する工程を含むことを第1の
特徴とする。好ましくは、基板温度は350℃が良い。
【0009】また本発明の第2の特徴は図1(a)〜
(f)に示すように、以下の各工程を少なくとも含むこ
とである。すなわち、本発明の第2の特徴における製造
方法は、(イ)図1(a)〜(b)に示すように、ガラ
ス基板等の絶縁性透明基板1上にITO膜等の透明導電
層2を形成する第1工程、(ロ)図1(c)に示すよう
に、透明導電層2の上部に基板温度300〜370℃、
蒸着速度0.1〜1μm/minでn型CdS膜を真空
蒸着する第2工程、(ハ)図1(a)に示すように、n
型CdS膜3の上部にp型CdTe膜4を形成する第3
工程、を少なくとも行うことである。第2工程における
基板温度は350℃が好ましい。第3工程の後は、従来
周知の表面処理、熱処理、メタライゼーション(金属電
極形成)工程を行い最終的には図5に示したような構造
を実現すればよいことはもちろんである。
【0010】上述した本発明の第1および第2の特徴に
おいて、最も重要なのはn型CdS膜3の形成方法であ
り、蒸着時の基板温度と、その蒸着速度が最も重要であ
る。この点について以下に説明する。
【0011】図2はn型CdS膜の真空蒸着時の基板温
度とそのCdS膜の抵抗率の関係を示す。従来の基板温
度200℃でCdS膜を成膜すると102 Ωcm以上と
高い抵抗率であった。基板温度Tsub をさらに高い温度
にして、本発明の基板温度Tsub =300〜370℃に
すれば抵抗率は50Ωcm以下となり、特にTsub =3
50℃にすることで抵抗率を20Ωcmにまで低減でき
ることがわかる。抵抗率50Ωcm以下がほぼ実用にな
るCdS膜の抵抗率と言える。
【0012】図2は蒸着速度を0.1μm/minと一
定にした場合のデータであるが、Tsu b を350℃より
も高くし、Tsub =400℃とすると再び抵抗率は10
2 Ωcm以上に増大することがわかる。したがってT
sub =350℃近傍の温度が最適であることがわかる。
【0013】さらに、CdS膜の透過率についても同様
に蒸着時の基板温度および蒸着速度に最適値が存在す
る。図3はn型CdS膜の透過率の蒸着時の基板温度依
存性を示す。図3の蒸着速度は図2と同じく0.1μm
/minである。基板温度を高くすることで、透過率の
立ち上がりが短波長側にシフトしており、基板温度35
0℃において最も高い透過率が得られることがわかる。
図4に示すように蒸着(成膜)速度が本発明の上限1μ
m/minを超える値とすると開放電圧が低下し、変換
効率が5%以下に低下して好ましくない。また蒸着速度
を0.1μm/min未満とすれば、開放電圧が低下
し、変換効率が8%以下となり好ましくない。したがっ
て、基板温度300〜370℃で0.1〜1μm/mi
nの蒸着速度でn型CdS膜を真空蒸着することにより
変換効率の向上と、製造工程時間の短縮が可能となる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図1(a)〜(f)は本発明の実
施の形態に係るCdTe/CdS太陽電池の製造工程を
示す図である。本発明の実施の形態においては、 (1)まず図1(a)に示すようにガラス基板、たとえ
ばコーニング7059基板1を用意し、このガラス基板
1を洗浄した後、スパッタリング法等によりITO膜2
を図1(b)に示すようにたとえば200〜300nm
形成する。
【0015】(2)300℃〜370℃、好ましくは3
50℃の基板温度において、ITO膜2の上に、図1
(c)に示すように、真空蒸着法により蒸着速度0.1
〜1μm/minでn型のCdS膜3を100nm形成
する。この時の蒸着装置はEB蒸着装置等の通常の装置
でよく、蒸着時の圧力は1.3×10-3Pa 〜1.3×
10-5Pa で行えばよい。
【0016】(3)続いて、図1(d)に示すように3
50℃の基板温度において、真空蒸着法によりp型のC
dTe膜4を3〜5μm形成する。CdS膜3の真空蒸
着とCdTe膜4の真空蒸着は同一チャンバー中で連続
的に行えばよい。
【0017】(4)次に、上記CdTe膜/CdS膜を
堆積したガラス基板1を塩化カドミウム(CdCl2
含有メタノール(CH3 OH)溶液にディップさせ、自
然乾燥させ図1(e)に示すようにCdCl2 層41を
形成し、N2 +O2 (4:1)雰囲気中又は空気中で3
80℃〜450℃の間、好ましくは400℃で15分間
〜30分間熱処理をすることによりCdTe多結晶膜4
を形成する。ここでディップに用いる溶液はCH3 OH
が1リットルに対しCdCl2 を1.1gを攪拌しなが
ら溶かしたもの等を用いればよい。なお、メタノールの
かわりにエタノール(C2 5 OH)、あるいはプロパ
ノール(C3 7 OH)を用いてもよい。
【0018】(5)最後に、CdTe表面をK2 Cr2
7 +H2 SO4 +H2 O溶液等の所定のエッチャント
によりスライトエッチングする等の前処理をした後、C
uを5〜10nm、代表的には10nmの厚さに真空蒸
着法等により形成し、その後200℃以下の基板温度で
30分〜60分間熱処理を行う。その後、Cuを除去
し、図1(f)に示すようにAuを真空蒸着法等により
100〜300nmの厚さに形成し、又、透明導電層2
の上部にはAg等の金属を蒸着し、所定のパターンに形
成し、さらにH2 +O2 雰囲気中又は空気中で所定のシ
ンタリングを行う。
【0019】図4にCdS膜の蒸着速度(成膜速度)と
開放電圧Voc、変換効率Effの関係を示す。ここで見ら
れるように、従来技術における0.05μm/minの
成膜速度よりも速度を速めることで、開放電圧の向上に
よる変換効率の向上が見られる。これは、CdS膜の配
向によるものと考えられる。また成膜速度を1μm/m
in以上とすると開放電圧Voc、変換効率Effが低下す
ることがわかる。CdSの成膜速度は0.1〜1[μm
/min]が最適であり、従来よりも数〜数十倍の速さ
で成膜できることから、工程速度を速めることができる
ことがわかる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ド
ーピングなしでも低い抵抗率のCdS膜を得ることがで
きるため、蒸着工程が簡単,容易となり生産性が向上す
る。
【0021】また本発明によれば、太陽電池の開放電圧
ocが向上し変換効率Effの向上に効果が得られる。
【0022】さらに本発明によれば、成膜速度が速まる
ことで工程速度も速くなり、太陽電池の生産性が向上す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る太陽電池の製造方法
を説明するための工程断面図である。
【図2】CdS膜蒸着時の基板温度と蒸着されたCdS
膜の抵抗率の関係を示す図である。
【図3】CdS膜蒸着時の基板温度と蒸着されたCdS
の透過率の関係を示す図である。
【図4】CdS膜の成膜速度(蒸着速度)と開放電圧、
変換効率との関係を示す図である。
【図5】CdTe/CdS太陽電池の断面の概略を示す
模式図である。
【符号の説明】
1 ガラス基板 2 透明導電膜(ITO膜) 3 CdS膜 4 CdTe多結晶膜 5 Au電極 6 In電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 n型CdS膜とp型CdTe膜とから成
    るpn接合を有する太陽電池の製造方法であって、 該n型CdS膜を基板温度300〜370℃、蒸着速度
    0.1〜1μm/minで真空蒸着する工程を含むこと
    を特徴とする太陽電池の製造方法。
  2. 【請求項2】 次の各工程を少なくとも含むことを特徴
    とする太陽電池の製造方法。 (イ)絶縁性透明基板上に透明導電層を形成する第1工
    程、 (ロ)該透明導電層の上部に基板温度300〜370
    ℃、蒸着速度0.1〜1μm/minでn型CdS膜を
    真空蒸着する第2工程、 (ハ)該n型CdS膜の上部にp型CdTe膜を形成す
    る第3工程。
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