JPH10303441A - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

太陽電池及びその製造方法

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JPH10303441A
JPH10303441A JP9110728A JP11072897A JPH10303441A JP H10303441 A JPH10303441 A JP H10303441A JP 9110728 A JP9110728 A JP 9110728A JP 11072897 A JP11072897 A JP 11072897A JP H10303441 A JPH10303441 A JP H10303441A
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JP
Japan
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film
semiconductor material
cdte
thin film
solar cell
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JP9110728A
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English (en)
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Seiji Kumazawa
誠二 熊澤
Hiroshi Higuchi
洋 樋口
Akira Hanabusa
彰 花房
Mikio Murozono
幹夫 室園
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Battery Industrial Co Ltd
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Publication date
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    • 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
    • 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

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  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 近接昇華法を用いて作製する太陽電池におい
て、ソースはCdTe粉末を皿状の容器に敷きつめたも
のであった。このソースに太陽電池特性を向上させるた
めにドーパントを混入させる場合、均一にソース中から
形成膜に取り込まれにくく、性能向上の妨げとなってい
た。また、前記ソースを用いて連続してCdTe製膜を
行うと、ソースの経時変化により、性能のバラツキが大
きかった。本発明は、ソースへ均一にドーパントを混入
することにより、変換効率の向上と安定を目的とする。 【解決手段】 テルル化カドミウム粉および/あるいは
カドミウム粉とテルル粉に塩化カドミウムを0.1〜
1.75重量%混合して作製したペーストを、耐熱性の
プレート上に印刷し近接昇華法におけるソース基板9と
し、近接昇華法における製膜基板8上にCdTe膜を形
成する。これにより、変換効率が高く、特性が安定した
太陽電池が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池、特に硫
化カドミウム/テルル化カドミウム太陽電池とその製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近接昇華法(CSS法)は、テルル化カ
ドミウム(以下CdTeと記す)系太陽電池のCdTe
製膜法としてよく用いられており、また同系の世界最高
である15.8%の変換効率の太陽電池も前記法で得ら
れたCdTe膜を用いている。近接昇華法は、半導体材
料(以下ソースと記す)のCdTeに対して僅かな空隙
を挟んで置いた基板上に、主に減圧の不活性ガス雰囲気
中でソース温度を基板温度より高く加熱し、基板上に昇
華したCdTeを析出させる方法である。上記近接昇華
法については、T. L. Chu らによってThe Conference R
e-cord of the 22nd IEEE Photovoltaic Specialists C
onference (1991) Vol.2, p952-956などで技術開示され
ている。この文献中には、ソース材料として市販の5N
の純度のCdTe多結晶もしくは構成元素とドーパント
を直接合成させたCdTe多結晶を適当なホルダーにセ
ットすることが記述されている。この製膜法の最大の特
徴は、結晶性の良好なCdTe膜が得られることであ
る。
【0003】また、Cd粉末とTe粉末に塩化カドミウ
ムを添加してペーストを作製し、CdSもしくはそれを
含む化合物半導体の焼結膜上にスクリーン印刷し、不活
性雰囲気中において焼成してCdTe焼結膜を形成する
塗布・焼結法が、特開昭58−118167号公報に示
されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来、上記のように近
接昇華法においては、ソースとしてCdTe粉末を皿状
の容器に高密度に敷き詰めたものを用いるのが一般的で
あった。しかしながらCdTe粉末を皿状の容器に入
れ、何度も製膜を行った場合、製膜を行うごとに材料が
変質し、作製した太陽電池の性能にバラツキが生じ、ま
たソースの管理も困難であるという問題があった。特
に、太陽電池性能の向上の為にソース中にドーパントを
混入させる場合、均一にソース中から形成膜に取り込ま
れにくく、性能のバラツキの要因であると共に性能向上
の妨げとなっていた。
【0005】本発明は、近接昇華法のソースとして塩化
カドミウムを混合したペーストを印刷した膜を用いるこ
とにより、太陽電池の変換効率の向上と安定性を目的と
する。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の太陽電池は、近接昇華法の半導体材料膜と
して、半導体材料であるソースに0.1〜1.75重量
%の塩化カドミウムを混合してペーストを作製し、耐熱
性のプレート上に印刷した膜を用いたものである。
【0007】これにより、近接昇華法により製膜された
CdTe膜の結晶性が向上し、変換効率の高い太陽電池
が得られる。また、ソースの使用回数による太陽電池性
能のバラツキも低減され、安定した性能の太陽電池を得
ることができる。さらに、CdTe粉より遥かに低コス
トなカドミウムとテルルを粉砕して得られた粉砕粉をソ
ースとして用いることにより、低コストな太陽電池の作
製が可能である。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、半導体材料膜と薄膜形成用基板を空隙を挟んで近接
させて対向配置し、前記半導体材料を前記薄膜形成用基
板よりも高温に加熱することにより基板上へテルル化カ
ドミウム薄膜を形成する太陽電池の製造方法において、
前記半導体材料膜は半導体材料に塩化カドミウムを0.
1〜1.75重量%混合して作製したペーストを、耐熱
性のプレート上に印刷した膜である太陽電池の製造方法
である。半導体材料に塩化カドミウムを添加することに
よりCdTe膜の結晶性が向上し、またCdTe粒径が
増大することにより、変換効率の高い太陽電池が製造可
能である。結晶性の向上は、テルルの欠陥に塩素が置換
し、CdTeの結晶性を向上させているものと考えられ
る。さらに塩化カドミウムをペースト中に混合して印刷
して半導体材料膜とし、1回の製膜ごとに交換するた
め、塩化カドミウムがCdTe中に均一に分散され、ソ
ースの使用回数や作製条件による膜質のバラツキが低減
される。塩化カドミウムの添加量は、0.1重量%以下
では太陽電池の性能に添加効果がなく、また1.75重
量%以上では性能が低下してしまうため、0.1重量%
以上1.75重量%以下がよい。さらに好ましくは、太
陽電池の性能が著しく向上する0.3重量%以上1.0
重量%以下である。
【0009】請求項2に記載の発明は、半導体材料とし
てテルルとカドミウムを粉砕して得られた粉砕粉を用い
るものである。半導体材料をテルル化カドミウムに対し
て遥かに低コストなテルルとカドミウムとすることで、
低コストな太陽電池が作製できる。
【0010】請求項3に記載の発明は、透明導電膜と硫
化カドミウムからなる半導体が予め形成された薄膜形成
用基板上に請求項1あるいは2いずれかに記載の方法に
よりテルル化カドミウムからなる半導体膜を形成し構成
した太陽電池である。塩化カドミウムの添加によりCd
Te膜の結晶性が改善され、またCdTe粒径が増大す
ることにより、太陽電池の変換効率が向上する。さら
に、塩化カドミウムをペースト中に混合して印刷して半
導体材料膜とし、1回の製膜ごとに交換するにより、塩
化カドミウムがCdTe中に均一に分散され、ソースの
使用回数や作製条件による太陽電池性能のバラツキが低
減される。
【0011】以下、本発明の実施の形態について、図1
を用いて説明する。 (実施の形態1)図1に本発明の近接昇華法における半
導体材料膜塗布基板と薄膜形成用基板の配置断面図を示
す。この図を用いて本発明の太陽電池の製造方法を説明
する。図において硼珪酸ガラス、低アルカリガラス、白
板ガラス又はソーダライムガラス等のガラス基板1の表
面に化学気相成長法(CVD法)またはスパッタ法によ
り1000〜10000Å厚さの酸化錫膜または酸化イ
ンジウム錫膜(ITO膜)等の透明導電膜2を形成す
る。このとき、ガラス基板1と透明導電膜2の間にガラ
スからのアルカリ分の拡散を防止するために、シリカ膜
(SiO2膜)を形成することもある。透明導電膜2上
にn型半導体として有機金属錯体(MO)材料を透明導
電膜2上で熱分解する方法により500〜2000Åの
厚さの硫化カドミウム膜3を形成し、これを近接昇華法
における薄膜形成用基板4とする。
【0012】次に、半導体材料としてCdTe粉を用
い、これに塩化カドミウムを添加してペーストを作製す
る。このペーストを耐熱性のプレート5上に印刷、乾燥
し半導体材料膜6を形成したものを半導体材料膜塗布基
板7とし、薄膜形成用基板4との間にスペーサー8を用
いて空隙を挟んで近接して対向させる。薄膜形成用基板
4温度を400〜650℃、半導体材料膜塗布基板7を
薄膜形成用基板4温度に対して5〜100℃高い温度に
保持し、雰囲気ガスとしてアルゴンを用い圧力を1To
rrとし、30秒〜数分間製膜を行うことによって、薄
膜形成用基板4の表面にCdTe膜9を形成する。
【0013】CdTe膜形成後、CdTe膜9上に塩化
カドミウムのメタノール飽和溶液あるいは水溶液をコー
トし、メタノールあるいは水を蒸発させた後、400℃
で30分間熱処理し、CdTe のグレインを成長させ
る。
【0014】さらに、図2に示す構造の太陽電池に構成
する。図1において薄膜形成基板4の上に形成したテル
ル化カドミウム膜9上に炭素粉末と樹脂の有機溶媒溶液
からなる増粘剤とを練合して得られたカーボンペースト
をスクリーン印刷法により塗布し、乾燥後焼きつけるこ
とによりカーボン電極層10を形成する。この後、銀と
インジウムとの混合粉末と樹脂の有機溶媒溶液からなる
増粘剤を練合して得られたペーストをスクリーン印刷法
によりCdS膜3とカーボン電極層10上に塗布し、乾
燥、焼付けを行い+側電極11および−側電極12と
し、CdS/CdTe太陽電池を作製する。
【0015】
【実施例】次に、本発明の太陽電池の作製方法の具体例
を説明する。
【0016】(実施例1)CdTe粉に対する塩化カド
ミウムの添加量を実施の形態1の方法により太陽電池を
構成し検討を行った。半導体材料としてはCdTe粉を
用い、塩化カドミウムを0〜2.0重量%添加してペー
ストを作製した。
【0017】図3にCdTe粉に対する塩化カドミウム
の添加量を重量%で表したものを横軸に、それぞれのソ
ースを用いて作製した太陽電池の真性効率を縦軸とした
グラフを示す。図3より塩化カドミウムの添加量が0.
1重量%以上になると添加しない場合と比較して変換効
率が向上する。また、1.75重量%以上になると変換
効率が低下するので、塩化カドミウムの添加量は0.1
重量%以上1.75重量%以下が望ましい。特に、0.
3重量%以上1.0重量%以下で変換効率の向上が著し
く、0.5重量%近傍が最も望ましい。
【0018】(実施例2)半導体材料としてCdとTe
の単体を出発材料とし、両粉を湿式粉砕して得られた泥
状物を乾燥した粉砕粉に、塩化カドミウムを添加してペ
ーストを作製した以外は実施例1と同様にして太陽電池
を作製した。
【0019】図4に粉砕粉に対する塩化カドミウムの添
加量を重量%で表したものを横軸に、に、それぞれのソ
ースを用いて作製した太陽電池の真性効率を縦軸とした
グラフを示す。図4より塩化カドミウムの添加量が0.
1重量%以上になると添加しない場合と比較して変換効
率が向上する。また、1.75重量%以上になると変換
効率が低下するので、塩化カドミウムの添加量は0.1
重量%以上1.75重量%以下が望ましい。特に、0.
3重量%以上1.0重量%以下で変換効率の向上が著し
く、0.5重量%近傍が最も望ましい。
【0020】(実施例3)実施例1と同様の方法による
太陽電池の作製において、塩化カドミウムを0.5重量
%添加したCdTe粉をソースとして用い、ペーストを
塗布して半導体材料膜とし、1回の製膜ごとに交換した
場合の製膜回数における変換効率を(表1)に示す。比
較として従来法のCdTe粉末に塩化カドミウムを0.
5重量%添加したものを皿状の容器に高密度に敷き詰め
たものをソースとし、このソースを用いて連続製膜した
太陽電池の製膜回数における変換効率を示す。
【0021】
【表1】
【0022】(表1)の結果より、本発明のペーストを
塗布した半導体材料膜を用いたものは、製膜回数に関係
なく安定した特性を示すが、従来法のソースでは製膜回
数が増えるごとに性能が低下していくことが分かる。従
って、本発明の太陽電池では、従来のソースと比較して
太陽電池特性の安定性が向上した。
【0023】なお、本実施例ではn型半導体としてCd
Sについて説明したが、CdZnSを用いた場合でも同
様の効果が得られる。
【0024】また、雰囲気の不活性ガスとしてアルゴン
を用いた場合について説明したが、窒素等の不活性ガス
または水素あるいはヘリウムガスについても同様の効果
が得られ、圧力についても2気圧以下での製膜において
は同様の効果が得られる。
【0025】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、太陽電池
の変換効率が向上し、製造コストが低減され、特性の安
定した太陽電池を作製することが可能であるという有利
な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の近接昇華法における基板の配置図
【図2】本発明の太陽電池の構造断面図
【図3】塩化カドミウムの添加量に対する変換効率の関
係を示す図
【図4】塩化カドミウムの添加量に対する変換効率の関
係を示す図
【符号の説明】
1 ガラス基板 2 透明導電膜 3 硫化カドミウム膜 4 薄膜形成用基板 5 プレート 6 半導体材料膜 7 半導体材料膜塗布基板 8 スペーサ 9 テルル化カドミウム膜 10 カーボン電極 11 +側電極 12 −側電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 室園 幹夫 大阪府守口市松下町1番1号 松下電池工 業株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体材料膜と薄膜形成用基板を空隙を
    挟んで近接させて対向配置し、前記半導体材料を前記薄
    膜形成用基板よりも高温に加熱することにより基板上へ
    テルル化カドミウム薄膜を形成する太陽電池の製造方法
    において、前記半導体材料膜は半導体材料に塩化カドミ
    ウムを0.1〜1.75重量%混合して作製したペース
    トを、耐熱性のプレート上に印刷した膜である太陽電池
    の製造方法。
  2. 【請求項2】 半導体材料はテルルとカドミウムを粉砕
    して得られた粉砕粉である請求項1記載の太陽電池の製
    造方法。
  3. 【請求項3】 透明導電膜と硫化カドミウムからなる半
    導体が予め形成された薄膜形成用基板上に請求項1ある
    いは2いずれかに記載の方法によりテルル化カドミウム
    からなる半導体膜を形成し構成した太陽電池。
JP9110728A 1996-05-28 1997-04-28 太陽電池及びその製造方法 Pending JPH10303441A (ja)

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EP97922196A EP0853345B1 (en) 1996-05-28 1997-05-27 METHOD FOR FORMING CdTe FILM
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