JPH1051016A - 太陽電池およびその製造方法 - Google Patents

太陽電池およびその製造方法

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JPH1051016A
JPH1051016A JP8201612A JP20161296A JPH1051016A JP H1051016 A JPH1051016 A JP H1051016A JP 8201612 A JP8201612 A JP 8201612A JP 20161296 A JP20161296 A JP 20161296A JP H1051016 A JPH1051016 A JP H1051016A
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JP
Japan
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substrate
film
solar cell
semiconductor material
conversion efficiency
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JP8201612A
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English (en)
Inventor
Seiji Kumazawa
誠二 熊澤
Hiroshi Higuchi
洋 樋口
Akira Hanabusa
彰 花房
Mikio Murozono
幹夫 室園
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
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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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、製膜時の基板およびソースの昇温速度および雰囲気
である不活性ガスのチャンバーの断面積当たりの流量と
変換効率の関係を検討し、前記条件の最適化を行うこと
により、変換効率の向上を行うことを目的とする。 【解決手段】 半導体材料4に接している下部カーボン
サセプター3および基板5に接している上部カーボンサ
セプター6の昇温速度を100℃/分以上とする。ま
た、製膜時の不活性ガスの石英管2のチャンバーの断面
積当たりの流量を0.661cc/分/cm2 以下とす
る。これらにより、変換効率の高い太陽電池が得られ
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、太陽電池とその製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体材料と基板を空隙を挟んで近接し
て対向配置し、半導体材料を基板より高温に加熱するこ
とにより基板上へ半導体薄膜を形成する方法である近接
昇華法(CSS法)は、テルル化カドミウム(以下Cd
Te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)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。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】
【発明が解決しようとする課題】近接昇華法では、ソー
ス温度、基板温度、製膜時間、雰囲気、製膜時の圧力、
基板とソース間のギャップ長等の製膜条件が太陽電池特
性に影響することは容易に予測できるが、基板あるいは
ソースの昇温速度および製膜中の雰囲気の不活性ガス流
量に特性が依存することは確認されておらず、また検討
も行われていなかった。
【0004】従来、前記製膜法において、基板あるいは
ソースの昇温速度は75℃/分と一定で行っていた。ま
た、基板およびソースを加熱する前に雰囲気の不活性ガ
スを導入し、製膜時も連続して不活性ガスを2.203
cc/分/cm2の流量で導入し続けていた。
【0005】本発明はこのような従来の課題を解決する
ものであり、基板およびソースの昇温速度、および製膜
中の雰囲気の不活性ガス流量を最適化することにより、
太陽電池の変換効率の向上を目的とする。
【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、近接昇華法による製膜時の基板
およびソースの昇温速度を100℃/分以上としたもの
である。また、同製膜法による製膜時の雰囲気の不活性
ガス流量を0.661cc/分/cm2以下としたもの
である。さらに、前記製造方法により作製した太陽電池
である。
【0007】上記方法によって、近接昇華法により製膜
された膜の結晶性がより向上し、この膜を用いることに
より変換効率の高い太陽電池が得られる。また、従来の
ものより昇温速度を早くすることで製造時間が短縮さ
れ、不活性ガスの使用量も減少することより、製造コス
トが低減される。
【0008】
【発明の実施の形態】請求項1に記載の本発明は、半導
体材料と基板を空隙を挟んで近接して対向配置し、前記
半導体材料を基板より高温にすることにより基板上へ半
導体材料を形成する方法において、前記基板および前記
半導体材料の昇温速度を100℃/分以上として製膜を
行うものである。この方法により、変換効率の高い太陽
電池を得ることができる。これは昇温速度を速めること
により、昇温中に半導体材料が早く析出し始めるため、
事前に基板上に形成していた膜が昇華するのを抑制され
結晶性が良くなると考えられる。さらに、昇温速度を速
くすることにより製膜時間を短縮でき、生産コストが低
減される。ただし、基板に用いるガラスは急激な昇温に
より割れや反りを生じるため、昇温速度の上限はガラス
が割れるかあるいは反る昇温速度までとする必要がある
が、この昇温速度はガラスの組成、板厚あるいは加熱方
法などにより異なるものである。
【0009】また、請求項2に記載の本発明は、半導体
材料と基板を空隙を挟んで近接して対向配置し、前記半
導体材料を基板より高温に加熱することにより基板上へ
半導体薄膜を形成する方法において、空隙の雰囲気であ
る不活性ガスの流量が0.661cc/分/cm2以下
として製膜を行うものである。この方法により、変換効
率の高い太陽電池を得ることができる。これは不活性ガ
スの流量が少ないので、ソースの昇華が均一に安定的に
行われ結晶性が良くなるためと考えられる。さらに、不
活性ガス流量を少なくすることで生産コストが低減され
る。
【0010】また、請求項3に記載の本発明は、半導体
材料と基板を空隙を挟んで近接して対向配置し、前記半
導体材料を基板より高温に加熱することにより基板上へ
半導体薄膜を形成する方法において、前記基板および前
記半導体材料の昇温速度を100℃/分以上とし、かつ
空隙の雰囲気である不活性ガスの流量を0.661cc
/分/cm2以下として製膜を行うものである。
【0011】さらに、本発明は上記製造方法において、
半導体薄膜としてはテルル化カドミウム薄膜を用い、基
板としてはガラス基板上に透明導電膜と硫化カドミウム
膜を順次積層させたものを用いるものである。
【0012】また、請求項5に記載の本発明は、透明導
電膜と、硫化カドミウムから成るn型半導体膜が予め形
成された基板上に請求項1〜3記載の方法によりテルル
化カドミウムから成るp型半導体膜を形成してp−n接
合を形成した太陽電池である。
【0013】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は本発明の近接昇華法に用いる、
赤外線ランプヒーター1により加熱を行う雰囲気炉の構
造断面図を示す。図1において石英管2のチャンバー内
に下部カーボンサセプター3上に薄膜形成を行う半導体
材料4を配置する。半導体材料4に対し数mm以下の空
隙を隔てて薄膜形成を行う基板5を配置し、その上部に
上部カーボンサセプター6を配置する。
【0014】赤外線ランプヒーター1により下部カーボ
ンサセプター3および上部カーボンサセプター6を加熱
し、石英管2の内部に不活性ガスを導入し、半導体材料
4と基板5の空隙に不活性ガスを導入しながら基板5上
に半導体薄膜を形成する。
【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)図2に本発明の太陽電池の構
造断面図を示す。ガラス基板7としては、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
ラスを用い、その表面に化学気相成長法(CVD法)に
より0.1〜1μmの厚さの酸化錫膜を得る。このと
き、ガラス基板7とSnO2膜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(SiO
2膜)を形成する場合もある。
【0017】n型半導体である硫化カドミウムは、有機
金属錯体材料を熱分解する方法により形成する。イソプ
ロピルキサントゲン酸カドミウムを1−メチル−2−ピ
ロリドンに溶解した溶液を塗布、乾燥後、450℃で熱
分解を行うことにより、透明導電膜8上に0.05〜
0.2μmの厚さの硫化カドミウム膜9を形成し、これ
を近接昇華法用における基板5とする。次に、半導体材
料としてCdTeを用い、実施の形態1で示した方法で
基板とソースとを75〜250℃/分で昇温し、基板温
度を400〜650℃、ソースを基板温度に対して5〜
100℃高い温度に保持し、雰囲気ガスとしてアルゴン
を用いそのチャンバーの単位断面積当たりの流量を0〜
2.203cc/分/cm2とし、30秒〜数分間製膜
を行うことによって、基板5の表面にCdTe膜10を
形成する。
【0018】CdTe膜10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
付けることによりカーボン電極層11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とカーボン電極層上に塗布し、乾
燥、焼付けを行い+側電極12および−側電極13と
し、CdS/CdTe太陽電池を作製し、変換効率を測
定した。
【0019】図3にチャンバーの単位断面積当たりのア
ルゴンガス流量が0.661cc/分/cm2の場合
の、基板およびソースの昇温速度に対する太陽電池の変
換効率を示す。昇温速度を100℃/分以上に速くする
ことにより、従来の75℃/分で変換効率が6%であっ
たのに対し8%以上と2%以上向上し、高性能な太陽電
池が得られた。また、200℃/分以上では10%以上
と4%以上の向上となりさらに好ましいが、現在の赤外
線ランプヒーターの容量の点より、連続製膜においては
175〜200℃/分が最も望ましい値となった。
【0020】図4にチャンバーの単位断面積当たりのア
ルゴンガスの流量に対する太陽電池の変換効率を示す。
この時の基板およびソースの昇温速度は175℃/分で
ある。単位断面積当たりのアルゴンガス流量を2.20
3cc/分/cm2から0.661cc/分/cm2に少
なくすることにより、従来の変換効率が6%であったの
に対し9%以上と3%程度向上した。さらに0cc/分
/cm2にすることにより10%以上と4%程度向上す
る。従って、チャンバーの単位断面積当たりのアルゴン
ガス流量は0.661cc/分/cm2以下が好まし
く、0cc/分/cm2が最も好ましい。
【0021】なお、本実施例では透明導電膜としてSn
2膜について説明したが、酸化インジウム錫膜あるい
は酸化亜鉛膜についても同様の効果が得られ、またその
製膜方法はスパッタ法や蒸着法を用いても同様の効果が
得られる。
【0022】また、雰囲気の不活性ガスとしてアルゴン
を用いて説明したが、窒素を用いても同様の効果が得ら
れる。
【0023】また、硫化カドミウム膜の形成法として、
有機金属錯体材料を熱分解する方法を用いたが、硫化カ
ドミウムを塗布、焼結する方法や、近接昇華法を用いて
も同様の効果が得られ、また、有機金属化合物錯体材料
としてジベンジルジチオカルバミン酸カドミウム、n−
ブチルキサントゲン酸カドミウムなどを用いても同様の
効果が得られる。
【0024】
【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】本発明の製膜方法を用いて作製する装置の構造
断面図
【図2】本発明の太陽電池の構造断面図
【図3】本発明の基板およびソースの昇温速度に対する
変換効率を示す図
【図4】本発明の雰囲気であるアルゴンガス流量に対す
る変換効率を示す図
【符号の説明】
1 赤外線ランプヒーター 2 石英管 3 下部カーボンサセプター 4 半導体材料 5 基板 6 上部カーボンサセプター 7 ガラス基板 8 透明導電膜 9 硫化カドミウム膜 10 テルル化カドミウム膜 11 カーボン電極 12 +側電極 13 −側電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 室園 幹夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体材料と基板を空隙を挟んで近接し
    て対向配置し、前記半導体材料を基板より高温に加熱す
    ることにより基板上へ半導体薄膜を形成する方法におい
    て、前記基板および前記半導体材料の昇温速度が100
    ℃/分以上である太陽電池の製造方法。
  2. 【請求項2】 半導体材料と基板を空隙を挟んで近接し
    て対向配置し、前記半導体材料を基板より高温に加熱す
    ることにより基板上へ半導体薄膜を形成する方法におい
    て、空隙の雰囲気である不活性ガスの流量が0.661
    cc/分/cm 2以下である太陽電池の製造方法。
  3. 【請求項3】 半導体材料と基板を空隙を挟んで近接し
    て対向配置し、前記半導体材料を基板より高温に加熱す
    ることにより基板上へ半導体薄膜を形成する方法におい
    て、前記基板および前記半導体材料の昇温速度が100
    ℃/分以上であり、かつ空隙の雰囲気である不活性ガス
    の流量が0.661cc/分/cm2以下である太陽電
    池の製造方法。
  4. 【請求項4】 不活性ガスの流量は0cc/分/cm2
    である請求項2あるいは3記載の太陽電池の製造方法。
  5. 【請求項5】 半導体薄膜はテルル化カドミウム薄膜で
    あり、基板はガラス基板上に透明導電膜と硫化カドミウ
    ム膜を順次積層させたものである請求項1〜4記載の太
    陽電池の製造方法。
  6. 【請求項6】 透明導電膜と、硫化カドミウムから成る
    n型半導体膜が予め形成された基板上に請求項1〜4記
    載の方法によりテルル化カドミウムから成るp型半導体
    膜を形成してp−n接合を形成した太陽電池。
JP8201612A 1996-07-31 1996-07-31 太陽電池およびその製造方法 Pending JPH1051016A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011016121A1 (ja) * 2009-08-06 2011-02-10 住友電気工業株式会社 成膜装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2011016121A1 (ja) * 2009-08-06 2011-02-10 住友電気工業株式会社 成膜装置

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