JPH1074967A - Thin-film solar cell - Google Patents

Thin-film solar cell

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JPH1074967A
JPH1074967A JP8228412A JP22841296A JPH1074967A JP H1074967 A JPH1074967 A JP H1074967A JP 8228412 A JP8228412 A JP 8228412A JP 22841296 A JP22841296 A JP 22841296A JP H1074967 A JPH1074967 A JP H1074967A
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compound semiconductor
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a thin-film solar cell, used as a light absorbing layer having a proper carrier concentration by forming a p-type compound semiconductor thin film, containing Ib group element, III group element and VIb group element in a range where the ratio of Ib group element to III group element has a particular value. SOLUTION: An Mo film 11 is formed on a blue plate glass substrate 10. On this film, Na is added together with Cu vapor deposition in the first half of the film formation, in the last half of the film formation, a p-type Cu (In1-x Gax )3 Se5 film 12 is formed by creating no Cu state or an insufficient state for Cu, without adding Na. By doing this, Cu/(In+Ga) is in the ronge of more than 0.22 but less than 0.75. Thereafter, the surface of p-type Cu (In1-x Gax )3 Se5 film 12 is washed, a CdS film of a high resistance n-type buffer layer 13 is formed, moreover, ZnO:Al film 14 of the transparent conductive film is formed, by doing this, a thin-film solar cell having a p-type CIS-based material in a new range of composition as a light-absorbing layer can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、CuInSe2
表されるCIS系材料の薄膜を光吸収層に用いた太陽電
池の製造方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a solar cell using a thin film of a CIS material represented by CuInSe 2 for a light absorbing layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】安価な薄膜太陽電池として、p型のCI
S系薄膜を光吸収層として用いた薄膜太陽電池の開発が
行われている。
2. Description of the Related Art A p-type CI is used as an inexpensive thin-film solar cell.
Development of a thin film solar cell using an S-based thin film as a light absorbing layer has been performed.

【0003】近年では、CIS系薄膜を用いた太陽電池
のうち、基板としてソーダガラスを用いたものが高いエ
ネルギー変換効率を示すことが報告されたことから、N
a元素をCIS系薄膜に導入する研究が行われている。
In recent years, among solar cells using CIS-based thin films, those using soda glass as a substrate have been reported to exhibit high energy conversion efficiency.
Studies have been conducted to introduce element a into CIS-based thin films.

【0004】例えば、特開平8−102546号公報に
は、Ib族とIIIa族とVIa族元素からなる化合物半導
体薄膜を堆積する際に、Ia族とVIa族元素からなる
化合物を同時に堆積した半導体薄膜を用いた太陽電池
や、Ib族とIIIa族とVIa族元素からなる化合物半導
体薄膜と、Ia族とVIa族元素からなる化合物薄膜を
交互に少なくとも二層以上堆積した半導体薄膜を用いた
太陽電池が開示されている。
[0004] For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-102546 discloses a semiconductor thin film in which a compound comprising a group Ia and a group VIa element is simultaneously deposited when depositing a compound semiconductor thin film comprising a group Ib group, a group IIIa and a group VIa element. And a solar cell using a semiconductor thin film formed by alternately depositing at least two or more compound semiconductor thin films composed of a group Ib group, a IIIa group and a VIa element, and a compound thin film composed of a group Ia and a VIa group element. It has been disclosed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
CIS系薄膜を用いた太陽電池は、変換効率がCIS系
薄膜の組成に大きく依存しており、高効率を得られる範
囲は、組成CuInySezにおいてCu/(In+G
a)が0.85から0.95程度すなわち1.05≦y
≦1.18程度の狭い組成範囲に限られていた。これ
は、y組成がこの範囲からずれると、急激にキャリア濃
度が低下し、さらにはn型になってしまうため、pn接
合を構成できなくなるためである。
However, in a conventional solar cell using a CIS-based thin film, the conversion efficiency greatly depends on the composition of the CIS-based thin film, and the range in which high efficiency can be obtained depends on the composition CuIn y Se. in z Cu / (in + G
a) is about 0.85 to 0.95, that is, 1.05 ≦ y
It was limited to a narrow composition range of about ≦ 1.18. This is because, if the y composition deviates from this range, the carrier concentration sharply decreases and further becomes n-type, so that a pn junction cannot be formed.

【0006】また、CuInySezは、1.04eV程
度の禁制帯幅であるが、Inの一部をGaに置き換えC
u(In1ーxGaxySezにすることにより、太陽光の
波長に対応する禁制帯幅1.4に近づけることができる
ことが知られている。しかしながら、x組成を大きくす
ると、結晶性の劣化により高い変換効率の太陽電池が得
られなくなるため、x組成を0.25〜0.35に押さ
えざるを得ないという問題もある。そのため、従来のC
IS系薄膜太陽電池では、光吸収層の禁制帯幅を1.2
eV程度より大きくすることができなかった。
[0006] CuIn y Se z has a bandgap of about 1.04 eV.
By the u (an In 1 over x Ga x) y Se z, it is known that can be brought close to the band gap 1.4 corresponding to the wavelength of the sunlight. However, when the x composition is increased, a solar cell with high conversion efficiency cannot be obtained due to the deterioration of crystallinity, so that there is a problem that the x composition must be suppressed to 0.25 to 0.35. Therefore, the conventional C
In an IS-based thin film solar cell, the forbidden band width of the light absorbing layer is set to 1.2.
It could not be made larger than eV.

【0007】本発明は、従来用いることができなかった
新規な組成のp型CIS系材料を光吸収層とした太陽電
池を製造する方法を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a solar cell using a p-type CIS-based material having a novel composition, which could not be used conventionally, as a light absorbing layer.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、以下のような太陽電池が提供され
る。
In order to achieve the above object, according to the present invention, the following solar cell is provided.

【0009】すなわち、光吸収層として、Ib族元素
と、III族元素と、VIb族元素とを含むp型の化合物半
導体薄膜を有し、前記化合物半導体薄膜は、Ia族元素
が添加され、前記化合物半導体薄膜に含まれるIb族元
素のIII族元素に対する比率が、0.22以上0.75
以下であることを特徴とする薄膜太陽電池である。
That is, the light absorbing layer includes a p-type compound semiconductor thin film containing a group Ib element, a group III element, and a group VIb element, wherein the compound semiconductor thin film is doped with a group Ia element. The ratio of the group Ib element to the group III element contained in the compound semiconductor thin film is 0.22 or more and 0.75 or more.
It is a thin film solar cell characterized by the following.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態について図
面を用いて説明する。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0011】発明者らは、後述するNaを添加する成膜
方法を用いて、z組成およびx組成を固定し、y組成を
変化させて、Cu(In1ーxGax)ySez膜を作成し、そ
の特性を測定した。その結果、図10のように、従来は
キャリア濃度が低いため、太陽電池の光吸収層として不
向きであったCu/(In+Ga)≦0.75、すなわ
ち、1.33≦yの組成においても、1016〜1017
-3程度の太陽電池用材料として適当なキャリア濃度と
なることがわかった。また、熱起電力の測定から、この
組成領域では従来n型伝導であったが、Naの添加によ
ってp型伝導に反転することも明らかとなった。Na添
加によるn型からp型への伝導型の反転の理由は、今の
ところ明らかではないが、結晶格子を形成する3価のI
nと1価のNaが置換し、アクセプタが生成したものと
考えられる。
The inventors fixed the z composition and the x composition and changed the y composition to form a Cu (In 1 -x Ga x ) y Se z film by using a film formation method to add Na described later. Was prepared and its characteristics were measured. As a result, as shown in FIG. 10, even in the composition of Cu / (In + Ga) ≦ 0.75, that is, 1.33 ≦ y, which was conventionally unsuitable as a light absorption layer of a solar cell due to a low carrier concentration, 10 16 to 10 17 c
It was found that the carrier concentration was suitable as a solar cell material of about m −3 . The measurement of the thermoelectromotive force also revealed that in this composition region, n-type conduction was conventionally performed, but the addition of Na inverts to p-type conduction. Although the reason for the reversal of the conductivity type from n-type to p-type due to the addition of Na is not clear at present, trivalent I which forms a crystal lattice is present.
It is considered that n was substituted by monovalent Na and an acceptor was generated.

【0012】Cu/(In+Ga)≦0.75、すなわ
ち、1.33≦yの組成範囲には、図5の擬二元相図の
ように、欠陥擬カルコパイライト型構造のCuIn3
5結晶相(図5におけるβ相)が存在することが知ら
れている。よって、本発明の成膜方法で得られたCu
(In1ーxGax)ySez膜がCu/(In+Ga)≦0.
75、すなわち、1.33≦yの組成範囲では、少なく
ともCuIn3Se5結晶相が含まれると考えられる。そ
こで、X線回折により、本発明の成膜方法により得られ
たCu(In1ーxGax)ySez膜(Cu/(In+Ga)
=0.5)を分析したところ、図4に黒丸で示したよう
に、欠陥擬カルコパイライト構造に特有な回折ピークが
観測され、CuIn3Se5結晶相が存在することが確認
された。
In the composition range of Cu / (In + Ga) ≦ 0.75, that is, 1.33 ≦ y, as shown in the pseudo binary phase diagram of FIG. 5, a defect pseudo chalcopyrite type structure CuIn 3 S
e 5 crystal phase (beta-phase in Fig. 5) has been known to exist. Therefore, the Cu obtained by the film forming method of the present invention
(An In 1 over x Ga x) y Se z film Cu / (In + Ga) ≦ 0.
It is considered that at least 75, that is, a composition range of 1.33 ≦ y contains at least the CuIn 3 Se 5 crystal phase. Therefore, the X-ray diffraction, the film formation was Cu (an In 1 over x Ga x) which is obtained by the process y Se z film of the present invention (Cu / (In + Ga)
= 0.5), a diffraction peak peculiar to the defect pseudo chalcopyrite structure was observed as shown by a black circle in FIG. 4, and it was confirmed that a CuIn 3 Se 5 crystal phase was present.

【0013】また、CuIn3Se5結晶の均整帯幅は、
1.3eVであることが知られており、CuInSe2
系よりも禁制帯幅が0.2eV広くなり、太陽光スペク
トルに対する整合性が良好となるため、高効率太陽電池
の実現に有利である。
The uniform band width of the CuIn 3 Se 5 crystal is as follows:
1.3 eV, and CuInSe 2
The bandgap is 0.2 eV wider than that of the system, and the matching with the solar spectrum is improved, which is advantageous for realizing a high-efficiency solar cell.

【0014】このように、本発明によるNaを添加する
成膜方法を用いることにより、従来はキャリア濃度が極
めて低いために光吸収層として層として用いることので
きなかった組成のCu(In1ーxGax)ySez膜を、適切
なキャリア濃度をもつp型光吸収層として用いた薄膜太
陽電池を得ることが可能になった。よって、本発明の薄
膜太陽電池の光吸収層の組成は、図5の相図においてC
uIn3Se5結晶が形成される範囲であり、Cu/(I
n+Ga)が0.22以上0.75以下の範囲、すなわ
ち、1.33≦y≦4.5である。特に望ましくは、C
uIn3Se5結晶のみが形成される範囲であり、Cu/
(In+Ga)が0.28以上0.52以下の範囲、す
なわち、1.92≦y≦3.57である。また、Cu/
Seの範囲は、0.2以上0.5以下の範囲、すなわ
ち、2≦z≦5である。
As described above, by using the film formation method of adding Na according to the present invention, Cu (In 1 -Cu) having a composition which could not be used as a layer as a light absorbing layer because the carrier concentration was extremely low conventionally. It has become possible to obtain a thin film solar cell using the x Ga x ) y Se z film as a p-type light absorbing layer having an appropriate carrier concentration. Therefore, the composition of the light absorbing layer of the thin film solar cell of the present invention is represented by C in the phase diagram of FIG.
This is the range where uIn 3 Se 5 crystals are formed, and Cu / (I
n + Ga) is in the range of 0.22 or more and 0.75 or less, that is, 1.33 ≦ y ≦ 4.5. Particularly preferably, C
This is a range where only uIn 3 Se 5 crystal is formed, and Cu /
(In + Ga) is in the range of 0.28 to 0.52, that is, 1.92 ≦ y ≦ 3.57. In addition, Cu /
The range of Se is 0.2 or more and 0.5 or less, that is, 2 ≦ z ≦ 5.

【0015】ここで、本発明によるNaを添加したCu
(In1ーxGax)ySez膜(以下、CIGS膜ともいう)
の成膜方法を説明する。
Here, Cu to which Na according to the present invention is added is used.
(An In 1 over x Ga x) y Se z film (hereinafter, also referred to as CIGS film)
A method for forming a film will be described.

【0016】本実施の形態では、多源真空蒸着法を用い
て成膜している。蒸着源として、Cu、In、Ga、S
eの各蒸着源と、Naの蒸着源として、Na2Seを用
いる。各蒸着源の蒸発量の時間的変化を、図6〜図9の
いずれかのように制御することにより、CIGS膜を成
膜する。
In this embodiment, the film is formed by using a multi-source vacuum evaporation method. Cu, In, Ga, S as an evaporation source
Na 2 Se is used as each e source and the Na source. The CIGS film is formed by controlling the temporal change of the evaporation amount of each evaporation source as shown in any of FIGS.

【0017】すなわち、CIGS膜を成膜する際に、必
要な膜厚が得られる成膜時間を前半と後半の2段階に分
け、前半にCu過剰(Cu/(In+Ga)>1)にす
るとともに、Na2Seを蒸発させる。これに対し、後
半は、前半よりもCu不足にし、しかも、Na2Seは
蒸発させない。Seの蒸発量は、前半後半を通じて一定
にする。本実施の形態では、Se/(Cu+In+G
a)が2〜3になるようにした。
That is, when a CIGS film is formed, the film formation time for obtaining a required film thickness is divided into two stages, a first half and a second half, and the first half is made to have an excess of Cu (Cu / (In + Ga)> 1). , Na 2 Se is evaporated. On the other hand, in the latter half, Cu is less than in the first half, and Na 2 Se is not evaporated. The evaporation amount of Se is kept constant throughout the first half. In the present embodiment, Se / (Cu + In + G
a) was 2-3.

【0018】具体的には、CIGS膜、すなわちCu
(In1ーxGax)ySez膜の目的とする組成xyzを定め
ておき、この組成のCu(In1ーxGax)ySez膜を蒸着
法によって得るために必要なCu蒸発量、In蒸発量、
Ga蒸発量、Se蒸発量を、各元素の基板への付着率に
応じて計算または実験により予め求めておく。
Specifically, a CIGS film, ie, Cu
Is determined in advance of (an In 1 over x Ga x) y Se z composition xyz which is an object of the film, Cu evaporation required the composition of Cu (an In 1 over x Ga x) y Se z film in order to obtain by evaporation Amount, In evaporation amount,
The Ga evaporation amount and the Se evaporation amount are obtained in advance by calculation or experiment according to the adhesion rate of each element to the substrate.

【0019】そして、実際に、Cu(In1ーxGax)y
z膜を成膜する際には、例えば、図8の制御方法を用
いる場合には、成膜時間の前半に、上述の予め求めたC
u蒸発量よりもCuを多く蒸発させ、後半には、上述の
予め求めたCu蒸発量よりもCuを少なく蒸発させるよ
うにCu蒸発量を制御し、基板へ結果的に堆積されるC
u(In1ーxGax)ySez膜が予め定めた組成になるよう
にするのである。
Then, actually, Cu (In 1−x Ga x ) y S
When the ez film is formed, for example, when the control method of FIG. 8 is used, the above-described C
In the latter half, the amount of Cu evaporated is controlled so as to evaporate less Cu than the previously determined amount of Cu evaporation, and the amount of C deposited as a result on the substrate is determined.
u (an In 1 over x Ga x) y Se z film is to such that the predetermined composition.

【0020】また、図6の制御方法の場合には、CIG
S膜を目的とする組成にするために必要な量のCu元素
をすべて成膜前半に蒸発させ、後半にはCuの蒸発を停
止させる。
In the case of the control method shown in FIG.
All of the Cu elements necessary for forming the S film into the desired composition are evaporated in the first half of the film formation, and the evaporation of Cu is stopped in the second half.

【0021】また、図7の制御方法の場合には、Cuの
蒸発量を成膜中を通じて一定とし、成膜の前半にInと
Gaの蒸発量を少なく、後半に多くするように制御する
ことにより、成膜の前半をCu過剰にする。
In the case of the control method shown in FIG. 7, control is performed such that the evaporation amount of Cu is constant throughout the film formation, and the evaporation amounts of In and Ga are reduced in the first half of the film formation and increased in the second half. As a result, the first half of the film formation is excessive in Cu.

【0022】なお、図6〜図8の制御方法では、Se、
In、Ga、Cu、Na2Seの蒸発量の制御を正確に
行うために、各蒸着源からの蒸発量が一定となった時点
で蒸着装置のシャッターを開状態にしている。
In the control methods shown in FIGS. 6 to 8, Se,
In order to accurately control the evaporation amount of In, Ga, Cu, and Na 2 Se, the shutter of the evaporation apparatus is opened when the evaporation amount from each evaporation source becomes constant.

【0023】なお、図9の制御方法のように、シャッタ
ーが開状態になってからCuおよびNa2Seの蒸発を
開始させる方法を用いることもできる。
It is also possible to use a method of starting evaporation of Cu and Na 2 Se after the shutter is opened, as in the control method of FIG.

【0024】また、図6〜図9の各制御方法において、
CIGS膜の成膜中の基板の温度は、550℃にしてい
る。また、SeがCIGS膜の表面から再蒸発するのを
防ぐために、Cu、In、Gaの蒸発を停止させてか
ら、基板温度が350℃以下になるまで、Seを続けて
蒸発させている。
In each of the control methods shown in FIGS.
The temperature of the substrate during the formation of the CIGS film was 550 ° C. Further, in order to prevent Se from re-evaporating from the surface of the CIGS film, the evaporation of Cu, In, and Ga is stopped, and Se is continuously evaporated until the substrate temperature becomes 350 ° C. or lower.

【0025】本発明の成膜方法により得られたCIGS
膜をオージェ電子分光(AES)により分析した。な
お、成膜中の蒸発量の時間的変化の制御方法には、図9
の方法を用いた。その結果、得られたCIGS膜の膜厚
方向について、Cu、In、Ga、Seの各元素がほぼ
一定の濃度で検出され、Cu、In、Ga、Seの組成
が膜厚方向についてほぼ一様になっていることがわかっ
た。これは、Cuが膜厚方向に拡散したためであると考
えられる。
CIGS obtained by the film forming method of the present invention
The films were analyzed by Auger electron spectroscopy (AES). It should be noted that a method for controlling a temporal change in the evaporation amount during film formation is shown in FIG.
Was used. As a result, in the thickness direction of the obtained CIGS film, each element of Cu, In, Ga, and Se is detected at a substantially constant concentration, and the composition of Cu, In, Ga, and Se is substantially uniform in the thickness direction. It turned out to be. This is probably because Cu diffused in the film thickness direction.

【0026】また、Na元素は、表面近傍でのみ検出さ
れた。このことから、成膜の前半で供給されたNaは、
拡散して表面まで移動していることがわかった。また、
膜中には、AESの検出限界以下の濃度のNaが存在し
ていると考えられる。
Further, Na element was detected only near the surface. From this, Na supplied in the first half of film formation is:
It was found that it diffused and moved to the surface. Also,
It is considered that Na was present in the film at a concentration lower than the AES detection limit.

【0027】また、本発明の成膜方法において、y組成
1.33以上の範囲でもキャリア濃度が高くな理由は、
現在のところ明白ではないが、発明者らは、その理由
が、Naを添加するタイミングに関係している考えてい
る。
In the film forming method of the present invention, the reason why the carrier concentration is high even in the range of y composition of 1.33 or more is as follows.
Although it is not clear at this time, the inventors believe that the reason is related to the timing of adding Na.

【0028】そこで、Naを添加するタイミングを変え
て成膜した場合に、キャリア濃度がどのように変化する
かを調べるために、以下のような比較例の試料を作成
し、キャリア濃度を測定した。
Therefore, in order to examine how the carrier concentration changes when the film is formed by changing the timing of adding Na, the following comparative sample was prepared and the carrier concentration was measured. .

【0029】まず、第1の比較例として、CIGS膜を
成膜する際に、Cu、In、Ga、Seの蒸発量の制御
を本発明の成膜方法と同じにしながら、Na2Seを成
膜中の全ての時間中に蒸発させる方法を用いて、CIG
S膜試料を作成した。
First, as a first comparative example, when forming a CIGS film, Na 2 Se was formed while controlling the evaporation amounts of Cu, In, Ga, and Se in the same manner as in the film forming method of the present invention. Using a method that evaporates during all the time in the film, CIG
An S film sample was prepared.

【0030】また、さらに第2の比較例として、CIG
S膜を成膜する際に、Cu、In、Ga、Seの蒸発量
の制御を本発明の成膜方法と同じにしながら、Na2
eを成膜の前半には蒸発させず、後半のみ蒸発させる方
法で、CIGS膜試料を作成した。
Further, as a second comparative example, CIG
When forming the S film, Na 2 S was formed while controlling the amount of evaporation of Cu, In, Ga, and Se in the same manner as the film forming method of the present invention.
A CIGS film sample was prepared by a method in which e was not evaporated in the first half of the film formation, but only in the second half.

【0031】これらの第1および第2の比較例のCIG
S膜のキャリア濃度を測定したところ、図10に示した
ように、1016以上のキャリア濃度が得られる範囲は、
Cu/(Ga+In)が0.8以上、すなわち、y≦
1.25であり、Naを添加していない従来のCIGS
膜と同じであった。
The CIGs of the first and second comparative examples
Measurement of the carrier concentration of the S film, as shown in FIG. 10, the range is 10 16 or more carrier concentration obtained,
Cu / (Ga + In) is 0.8 or more, that is, y ≦
1.25, conventional CIGS without Na added
Same as membrane.

【0032】このことから、Naを成膜中添加し続ける
方法や、NaをCu不足な成膜の後半に添加する方法を
用いても、組成変動に許容できるCIGS膜は得られな
いことがわかった。これにより、Naを添加するタイミ
ングを、成膜の前半のCu蒸着と同時に行うことが望ま
しいことが確認された。
From this, it is understood that even if the method of continuously adding Na during the film formation or the method of adding Na in the latter half of the film formation lacking Cu is used, a CIGS film that can tolerate composition fluctuation cannot be obtained. Was. This confirmed that it is desirable to add Na at the same time as Cu deposition in the first half of film formation.

【0033】このように、本実施の形態では、CIGS
膜を成膜する際に、成膜の前半において、Cu蒸着とと
もにNaを添加し、成膜の後半は、Cuなし、またはC
u不足な条件にするとともに、Naの添加を行わないよ
うにすることにより、Cu(In1ーxGax)ySezの1.
33≦yの範囲でp型にすることができる。これによ
り、新規な組成のp型Cu(In1ーxGax)ySez膜を用
いた太陽電池が構成できる。
As described above, in the present embodiment, CIGS
When depositing a film, Na is added together with Cu vapor deposition in the first half of the film formation, and no Cu or C is added in the latter half of the film formation.
By making the conditions insufficient, and by not adding Na, Cu (In 1 -x Ga x ) y Se z is added.
It can be p-type within the range of 33 ≦ y. This allows the solar cell structure using a novel p-type Cu (an In 1 over x Ga x) composition y Se z film.

【0034】なお、上述の説明では、Na元素を添加す
る成膜方法を説明したが、Naの代わりにKやLiのよ
うな他のIa族元素を添加する成膜方法によっても、
1.33≦yの新しい組成範囲でp型のCIGS膜をえ
ることができることが実験により確認できている。
In the above description, the film formation method in which the Na element is added has been described. However, the film formation method in which another Ia group element such as K or Li is added instead of Na may be used.
Experiments have confirmed that a p-type CIGS film can be obtained in a new composition range of 1.33 ≦ y.

【0035】つぎに、本発明の成膜方法により形成し
た、p型Cu(In1ーxGax)ySez膜(1.33≦y≦
4.5、2≦z≦5)を用いて構成した薄膜太陽電池に
ついて説明する。以下の説明では、一例として、本発明
の成膜方法により形成したCu(In1ーxGax)3Se5
を用いた太陽電池について説明する。
Next, was formed by the film forming method of the present invention, p-type Cu (an In 1 over x Ga x) y Se z film (1.33 ≦ y ≦
4.5, 2 ≦ z ≦ 5) will be described. In the following description, as an example, a solar cell using a Cu (In 1 -x Ga x ) 3 Se 5 film formed by the film forming method of the present invention will be described.

【0036】まず、第一の実施の形態の薄膜太陽電池
は、図1に示すように、青板ガラス基板10上に、下部
電極のMo膜11、光吸収層としてp型Cu(In1ーx
x)3Se5膜12、i型または高抵抗のn型バッファ層
13、n+型の透明導電膜14を順に積層した構成のい
わゆるサブストレート型太陽電池である。
First, as shown in FIG. 1, a thin-film solar cell according to the first embodiment has a Mo film 11 as a lower electrode and a p-type Cu (In 1 -x G
This is a so-called substrate type solar cell having a configuration in which an a x ) 3 Se 5 film 12, an i-type or high-resistance n-type buffer layer 13, and an n + -type transparent conductive film 14 are sequentially stacked.

【0037】なお、p型Cu(In1ーxGax)3Se5膜1
2には、Ia族元素として、Naを添加している。
The p-type Cu (In 1 -x Ga x ) 3 Se 5 film 1
In No. 2, Na is added as a group Ia element.

【0038】透明導電膜14としては、Alを添加した
ZnO膜を用い、i型または高抵抗n型バッファ層13
としては、CdS膜を用いている。
As the transparent conductive film 14, a ZnO film to which Al is added is used, and the i-type or high-resistance n-type buffer layer 13 is used.
Is a CdS film.

【0039】また、Mo膜11の厚さは、0.8μm程
度、CIGS膜12の厚さは、1μm〜4μm、i型ま
たは高抵抗n型バッファ層13の厚さは、数nm〜0.
3μm、透明導電膜14の厚さは、0.3μm〜2μm
としている。
The thickness of the Mo film 11 is about 0.8 μm, the thickness of the CIGS film 12 is 1 μm to 4 μm, and the thickness of the i-type or high-resistance n-type buffer layer 13 is several nm to 0.1 μm.
3 μm, the thickness of the transparent conductive film 14 is 0.3 μm to 2 μm
And

【0040】図1のサブストレート型の太陽電池は、p
inヘテロ接合型の太陽電池である。光は、透明導電膜
14側から照射され、透明導電膜14およびi型または
高抵抗n型バッファ層13を透過してp型Cu(In1ーx
Gax)3Se5膜12に吸収され、電子正孔対を発生さ
せ、電流が流れる。
The substrate type solar cell shown in FIG.
This is an in-hetero junction type solar cell. Light is irradiated from the transparent conductive film 14 side, passes through the transparent conductive film 14 and the i-type or high-resistance n-type buffer layer 13, and is p-type Cu (In 1−x
The Ga x ) 3 Se 5 film 12 absorbs the electrons and generates an electron-hole pair, and a current flows.

【0041】図1の太陽電池を製造するための本実施の
形態の製造方法を説明する。
The manufacturing method of the present embodiment for manufacturing the solar cell of FIG. 1 will be described.

【0042】まず、青板ガラス基板10上にMo膜11
をスパッタ法により成膜する。
First, a Mo film 11 is formed on a blue glass substrate 10.
Is formed by a sputtering method.

【0043】つぎに、Mo膜11の上に、上述の成膜方
法によりp型Cu(In1ーxGax)3Se5膜12を成膜す
る。
Next, a p-type Cu (In 1 -x Ga x ) 3 Se 5 film 12 is formed on the Mo film 11 by the above-described film forming method.

【0044】この後、p型Cu(In1ーxGax)3Se5
12の表面を洗浄し、溶液成長法により、i型または高
抵抗n型バッファ層13のCdS膜を形成し、さらに、
高周波マグネトロンスパッタ法により、透明導電膜とし
て透明導電膜のZnO:Al膜を成膜する。以上によ
り、本実施の形態のサブストレート型太陽電池が製造さ
れる。
Thereafter, the surface of the p-type Cu (In 1 -x Ga x ) 3 Se 5 film 12 is washed, and a CdS film of an i-type or high-resistance n-type buffer layer 13 is formed by a solution growth method. further,
A ZnO: Al film as a transparent conductive film is formed as a transparent conductive film by a high-frequency magnetron sputtering method. As described above, the substrate type solar cell of the present embodiment is manufactured.

【0045】なお、CIGS膜12の表面の洗浄は、C
IGS膜12の表面に存在するアルカリ金属元素等を洗
い流し、CdS膜を良好に形成するために行う。洗浄方
法は、本実施の形態では、CIGS膜12付き基板10
を純水に数分間浸すことを数回繰り返し行う方法を用い
た。そして、純水から取り出した基板10をCdS膜成
長用の溶液中に移し、溶液成長法によりCIGS膜12
上にCdS膜を形成する。これにより、洗浄したCIG
S膜12の表面が大気中のチリなどに汚染されることな
く、清浄な状態でCdS膜とCIGS膜12との間のヘ
テロ接合を形成できる。なお、CdS成長用の溶液とし
ては、本実施の形態では、CdI2とチオウレアとアン
モニアとを溶解した水溶液を用いた。また、CIGS膜
12の表面を洗浄するために純水に浸す際には、超音波
洗浄を用いることもできる。
The cleaning of the surface of the CIGS film 12 is performed by the following method.
This is performed in order to wash out the alkali metal element and the like existing on the surface of the IGS film 12 and to form a CdS film favorably. In the present embodiment, the cleaning method uses the substrate 10 with the CIGS film 12.
Was repeatedly immersed in pure water for several minutes. Then, the substrate 10 removed from the pure water is transferred into a solution for growing a CdS film, and the CIGS film 12 is grown by a solution growing method.
A CdS film is formed thereon. Thereby, the cleaned CIG
A heterojunction between the CdS film and the CIGS film 12 can be formed in a clean state without the surface of the S film 12 being contaminated by dust and the like in the air. In this embodiment, an aqueous solution in which CdI 2 , thiourea, and ammonia are dissolved is used as a solution for growing CdS. When the surface of the CIGS film 12 is immersed in pure water for cleaning, ultrasonic cleaning may be used.

【0046】また、第2の実施の形態のpnホモ接合型
の薄膜太陽電池の構成を図2を用いて説明する。
The configuration of the pn homojunction type thin-film solar cell according to the second embodiment will be described with reference to FIG.

【0047】図2の太陽電池は、青板ガラス基板10上
に、電極のMo膜11、光吸収層としてp型Cu(In
1ーxGax)3Se5膜12を有する構成は、図1と同じで
あるが、この上に、n型Cu(In1ーxGax)3Se5膜2
3と透明導電膜24とを順に積層した構成である。この
構成は、同組成でありながら、p型とn型を示す膜を用
いたpnホモ接合型の薄膜太陽電池を構成している。
The solar cell shown in FIG. 2 has a Mo film 11 as an electrode and a p-type Cu (In
The structure having the 1-x Ga x ) 3 Se 5 film 12 is the same as that of FIG. 1, but an n-type Cu (In 1 -x Ga x ) 3 Se 5 film 2
3 and a transparent conductive film 24 are sequentially laminated. This configuration constitutes a pn homojunction thin-film solar cell using p-type and n-type films while having the same composition.

【0048】pnホモ接合の薄膜太陽電池は、本発明の
成膜方法により、Cu(In1ーxGax)3Se5膜をp型に
することができるようになったため、初めて可能になっ
た太陽電池の構成である。pnホモ接合は、同組成でそ
れぞれp型、n型のCu(In1ーxGax)3Se5膜を積層
するため、結晶の格子定数を一致させることができ、ヘ
テロ接合で問題となるバンド不整合や界面準位等の問題
を解決できるため、高い変換効率が期待できる。
A pn homojunction thin-film solar cell has become possible for the first time since the Cu (In 1 -x Ga x ) 3 Se 5 film can be made p-type by the film forming method of the present invention. FIG. pn homojunction is, p-type, respectively with the same composition, for laminating n-type Cu (an In 1 over x Ga x) 3 Se 5 film, it is possible to match the lattice constant of the crystal, a problem in heterozygous Since problems such as band mismatch and interface state can be solved, high conversion efficiency can be expected.

【0049】なお、n型Cu(In1ーxGax)3Se5膜2
3は、従来のNaを添加しない成膜方法により形成する
ことができる。
The n-type Cu (In 1 -x Ga x ) 3 Se 5 film 2
3 can be formed by a conventional film forming method without adding Na.

【0050】また、図2の構成では、n型Cu(In1ーx
Gax)3Se5膜23によって光が吸収されるのを防ぐた
めに、n型Cu(In1ーxGax)3Se5膜23の膜厚を薄
くすることが望ましい。また、n型Cu(In1ーxGax)
3Se5膜23は、キャリア濃度を最適にするために、不
純物を添加することができる。
In the configuration shown in FIG. 2, the n-type Cu (In 1−x
To prevent light from being absorbed by Ga x) 3 Se 5 film 23, it is desirable to reduce the thickness of the n-type Cu (an In 1 over x Ga x) 3 Se 5 film 23. Further, n-type Cu (In 1−x Ga x )
The 3 Se 5 film 23 can be doped with an impurity to optimize the carrier concentration.

【0051】また、第3の実施の形態として、バリード
型ヘテロ接合の太陽電池の構成を図3を用いて説明す
る。
As a third embodiment, the structure of a buried heterojunction solar cell will be described with reference to FIG.

【0052】基板10上には、図2の構成と同じく、電
極のMo膜11、光吸収層としてp型Cu(In1ーxGa
x)3Se5膜12、n型Cu(In1ーxGax)3Se5膜23
が積層され、さらにその上に、i型または高抵抗n型バ
ッファ層34、n+型透明導電膜35が積層される。i
型または高抵抗n型バッファ層34としては、CdS膜
を、n+型透明導電膜35としては、Alを添加したZ
nO膜を用いることができる。
2, a Mo film 11 of an electrode and a p-type Cu (In 1 -x Ga)
x ) 3 Se 5 film 12, n-type Cu (In 1 -x Ga x ) 3 Se 5 film 23
Are stacked, and an i-type or high-resistance n-type buffer layer 34 and an n + -type transparent conductive film 35 are further stacked thereon. i
The type or high-resistance n-type buffer layer 34, a CdS film, the n + -type transparent conductive film 35, was added Al Z
An nO film can be used.

【0053】上述してきたように、本発明の成膜方法を
用いることにより、Cu(In1ーxGax)ySez膜を1.
33≦yの新規な範囲でp型にすることができるため、
新規な組成の光吸収層を提供することができる。また、
このp型のCu(In1ーxGax)ySez膜を光吸収層とし
て用いることにより、新規な薄膜太陽電池を得ることが
できる。特に、同組成でありながらp型とn型のCu
(In1ーxGax)ySez膜を形成することができるため、
従来構成できなかったホモ接合の薄膜太陽電池を得るこ
とができる。
[0053] As described above, the use of the deposition method of the present invention, Cu and (an In 1 over x Ga x) y Se z film 1.
Since it can be p-type within a new range of 33 ≦ y,
A light absorbing layer having a novel composition can be provided. Also,
By using this p-type Cu (an In 1 over x Ga x) y Se z film as the light absorbing layer, it is possible to obtain a novel thin-film solar cells. In particular, p-type and n-type Cu
(An In 1 over x Ga x) it is possible to form a y Se z film,
It is possible to obtain a homojunction thin-film solar cell that could not be formed conventionally.

【0054】また、図1、図2、図3の薄膜太陽電池に
おいては、p型Cu(In1ーxGax)3Se5膜12の組成
が変動した場合にも、図10のように広い組成範囲で高
いキャリア濃度を保つことができるため、大面積の薄膜
太陽電池を容易に製造することができる。また、p型C
u(In1ーxGax)3Se5膜12の組成変動が許容できる
ため、量産にも適している。
In the thin-film solar cells of FIGS. 1, 2 and 3, even when the composition of the p-type Cu (In 1 -x Ga x ) 3 Se 5 film 12 fluctuates, as shown in FIG. Since a high carrier concentration can be maintained in a wide composition range, a large-area thin-film solar cell can be easily manufactured. Also, p-type C
Since the composition variation of the u (In 1−x Ga x ) 3 Se 5 film 12 can be tolerated, it is suitable for mass production.

【0055】なお、CuIn3Se5の禁制帯幅は、従来
から知られているように1.3eV(D.Schmid et al,
J.Appl.Phys.73(6),15 March 1993)と大きい。したがっ
て、ごく小さいx組成で、わずかにGaを添加すること
により、本発明によるp型Cu(In1ーxGax)ySez
(1.33≦y≦4.5、2≦z≦5)の禁制帯幅を
1.4eVにすることができる。よって、本発明のp型
Cu(In1ーxGax)ySez膜(1.33≦y≦4.5、
2≦z≦5)を光吸収層として用いることにより、光吸
収層の吸収率の高い太陽電池を得ることが可能である。
また、本発明のp型Cu(In1ーxGax)ySez膜(1.
33≦y≦4.5、2≦z≦5)は、禁制帯幅を1.4
eVにするために添加するGaの量がわずかで良いた
め、Gaの大量添加により結晶性を損なうおそれもな
い。したがって、結晶性の良い膜で、禁制帯幅を大きく
できるため、高い変換効率を得ることができる。
The band gap of CuIn 3 Se 5 is 1.3 eV (D. Schmid et al,
J. Appl. Phys. 73 (6), 15 March 1993). Therefore, a very small x composition, slightly by adding Ga, p-type Cu (an In 1 over x Ga x) y Se z film (1.33 ≦ y ≦ 4.5,2 ≦ z ≦ according to the invention The bandgap of 5) can be set to 1.4 eV. Thus, p-type Cu (an In 1 over x Ga x) of the present invention y Se z film (1.33 ≦ y ≦ 4.5,
By using (2 ≦ z ≦ 5) as the light absorbing layer, it is possible to obtain a solar cell having a high absorption rate of the light absorbing layer.
Further, p-type Cu (an In 1 over x Ga x) of the present invention y Se z film (1.
33 ≦ y ≦ 4.5, 2 ≦ z ≦ 5), the forbidden band width is 1.4.
Since the amount of Ga added for eV is small, the crystallinity may not be impaired by a large amount of Ga added. Accordingly, a band gap can be widened with a film having good crystallinity, so that high conversion efficiency can be obtained.

【0056】なお、上述の実施の形態では、成膜時のN
aの蒸着源として、Na2Seを用いたが、金属Na、
または、Naを含む化合物、Naを含む合金を用いるこ
とができる。たとえば、CuとIa族元素とからなる合
金、一例としてはCuNaを用いることができる。ま
た、Na2O、Na2S、Na2Te等のIa族元素−VI
b族元素化合物を用いることができる。さらに、Na
F、NaCl、NaBr等のIa族元素−VIIb族元素
化合物を用いることができる。CuとIa族元素とから
なる合金や、Ia族元素−VIb族元素化合物を用いた
場合、CuやVIb族元素は、Cu(In1ーxGax)ySe
z膜にもともと含まれているVIb族元素と同じ族である
ため、結晶中に不純物として含まれても、膜の悪影響を
与えない。Ia族元素−VIIb族元素化合物を用いた場
合、VIIb族元素は、500℃以上の高温の基板温度に
より蒸発し、Cu(In1ーxGax)ySez膜12には取り
込まれない。
In the above embodiment, the N
Na 2 Se was used as the vapor deposition source of “a”.
Alternatively, a compound containing Na or an alloy containing Na can be used. For example, an alloy composed of Cu and a group Ia element, for example, CuNa can be used. Group Ia elements such as Na 2 O, Na 2 S, and Na 2 Te—VI
Group b element compounds can be used. Further, Na
Group Ia element-Group VIIb element compounds such as F, NaCl, and NaBr can be used. When an alloy composed of Cu and a Group Ia element or a Group Ia-Group VIb element compound is used, Cu or a Group VIb element is Cu (In 1−x Ga x ) y Se.
Since it belongs to the same group as the group VIb element originally contained in the z film, even if it is contained as an impurity in the crystal, it does not adversely affect the film. When using a Ia group element -VIIb group element compound, VIIb group element is evaporated by high temperature of the substrate temperature above 500 ℃, Cu (In 1 over x Ga x) is not taken into y Se z film 12.

【0057】同様に、LiやK等の他のIa族元素を添
加する際の蒸着源として、Li−VIb族元素化合物
や、K−VIb族元素化合物や、Li−VIIb族元素化
合物や、K−VIIb族元素化合物を用いることができ
る。
Similarly, as a vapor deposition source when adding another Group Ia element such as Li or K, a Li-VIb group element compound, a K-VIb group element compound, a Li-VIIb group element compound, a K Group VIIb element compounds can be used.

【0058】また、図6〜図9では、CIGS膜の成膜
時間を前半と後半の半分に分け、前半をCu過剰にして
いるが、必ずしも前半と後半にわける必要はなく、成膜
がCu過剰な第1段階とCu不足な第2段階とに分かれ
ればよい。よって、各段階の時間の配分を自由に設定す
ることができる。
In FIGS. 6 to 9, the CIGS film formation time is divided into the first half and the second half, and the first half is made to be excessive in Cu. However, it is not always necessary to divide the first half into the second half. It may be divided into an excessive first stage and a Cu-deficient second stage. Therefore, the time distribution at each stage can be set freely.

【0059】また、Na元素の蒸発を終了させるタイミ
ングを、図6〜図9のようにCuを過剰から不足に切り
換えるタイミングと完全に一致させる必要はない。Na
元素の蒸発時間をCu過剰な時間よりも、短め、また
は、長めにすることができる。
It is not necessary to completely match the timing for terminating the evaporation of the Na element with the timing for switching Cu from excess to insufficient as shown in FIGS. Na
The element evaporation time can be made shorter or longer than the Cu excess time.

【0060】さらに、本実施の形態では、組成をCu
(In1ーxGax)ySez膜について説明したが、これに限
らず、CuInySez膜、CuGaySez膜、CuIn
yz膜、CuIny(SmSe1ーmz膜、Cu(In1ーx
x)y(SmSe1ーmz膜にすることができる。これらの
組成の膜を用いる場合にも、成膜の前半にCu過剰にす
るとともに、Na等のIa族元素を添加し、後半にCu
不足とすることにより、新規な組成範囲でp型の膜が得
られる。
Further, in this embodiment, the composition is Cu
(An In 1 over x Ga x) has been described y Se z film is not limited thereto, CuIn y Se z film, CuGa y Se z film, CuIn
y S z film, CuIn y (S m Se 1 over m) z film, Cu (In 1 over x G
a x ) y (S m Se 1 -m ) z film. When films having these compositions are used, Cu is excessively added in the first half of film formation, and a Group Ia element such as Na is added, and Cu is added in the second half.
By making it insufficient, a p-type film can be obtained in a novel composition range.

【0061】また、本実施の形態では、透明導電膜14
として、Alを添加したZnO膜を用いているが、n+
型の透明導電膜であれば他の組成の膜でも良い。例え
ば、BやGaやIn等の元素を添加したZnO膜、In
23にSnO2を10%加えたいわゆるITO膜、およ
び、F等の元素を添加したSnO2膜等を用いることが
できる。
In this embodiment, the transparent conductive film 14
Is a ZnO film to which Al is added, but n +
Any other type of transparent conductive film may be used. For example, a ZnO film to which an element such as B, Ga, or In is added;
A so-called ITO film obtained by adding 10% of SnO 2 to 2 O 3 , a SnO 2 film obtained by adding an element such as F, and the like can be used.

【0062】また、i型または高抵抗n型バッファ層1
3としては、CdSを用いたが、CdS以外にも、Zn
O、Zn(OH)2、ZnS、In23、InN、Ga
N、In23、ZnSe、InSe、ZnInSe等を
用いることができる。
The i-type or high-resistance n-type buffer layer 1
CdS was used for No. 3, but in addition to CdS, Zn
O, Zn (OH) 2 , ZnS, In 2 O 3 , InN, Ga
N, In 2 S 3 , ZnSe, InSe, ZnInSe, or the like can be used.

【0063】さらに、本実施の形態では、太陽電池の形
態として、図1、図2、図3のサブストレート型の太陽
電池を示したが、太陽電池の形態としては、この形態に
限定されるものではない。例えば、図1の構成とは逆
に、青板ガラス基板10上に、透明導電膜14、i型ま
たは高抵抗n型バッファ層13、p型Cu(In1ーx
x)3Se512、Mo膜11を順に積層し、基板20側
から光を照射するスーパーストレート型の薄膜太陽電池
にすることもできる。
Further, in the present embodiment, the substrate type solar cell shown in FIGS. 1, 2 and 3 has been described as the type of solar cell, but the type of solar cell is limited to this type. Not something. For example, contrary to the configuration of FIG. 1, a transparent conductive film 14, an i-type or high-resistance n-type buffer layer 13, a p-type Cu (In 1 -xG)
a x ) 3 Se 5 12 and the Mo film 11 may be laminated in this order to form a super-straight type thin-film solar cell in which light is irradiated from the substrate 20 side.

【0064】また、図1、図2、図3の太陽電池の構成
において、青板ガラス基板10に含まれるNa元素がC
IGS膜12まで拡散するのを防ぐために、青板ガラス
基板10とMo膜11との間に、Na等のアルカリ金属
のブロック層として、SiO2膜等を配置することがで
きる。
In the structure of the solar cell shown in FIGS. 1, 2 and 3, the Na element contained in the blue glass substrate 10 is C
In order to prevent diffusion to the IGS film 12, an SiO 2 film or the like can be disposed between the blue glass substrate 10 and the Mo film 11 as a block layer of an alkali metal such as Na.

【0065】さらに、本実施の形態では、CIGS膜を
成膜する方法として多源真空蒸着法を用いたが、多源真
空蒸着法以外の方法を用いることができる。たとえば、
基板上にCu膜とIn−Ga膜とSe膜とを順に積層し
ておき、加熱拡散させてCIGS膜にする固相セレン化
法や、基板上にCu膜とIn−Ga膜とを順に積層して
おき、相互に拡散させるとともにSe蒸気やH2Seガ
スによりセレン化する気相セレン化法や、スパッタ法等
をもちいることができる。セレン化法の場合には、Cu
膜にNaを添加しておくことにより、本実施の形態と同
様に新規な組成範囲でp型のCIGS膜が得られると考
えられる。また、スパッタ法の場合には、本実施の形態
と同じように、成膜の前半にCu過剰にするとともにN
aを添加することにより、本実施の形態と同じく、新規
な組成範囲でp型のCIGS膜が得られると考えられ
る。
Further, in this embodiment, a multi-source vacuum evaporation method is used as a method of forming a CIGS film, but a method other than the multi-source vacuum evaporation method can be used. For example,
A Cu film, an In-Ga film, and a Se film are sequentially laminated on a substrate, and a solid-phase selenization method in which a CIGS film is formed by heating and diffusing, or a Cu film and an In-Ga film are sequentially laminated on a substrate. In addition, a vapor-phase selenization method in which they are mutually diffused and selenized by Se vapor or H 2 Se gas, a sputtering method, or the like can be used. In the case of selenization, Cu
It is considered that by adding Na to the film, a p-type CIGS film can be obtained in a novel composition range as in the present embodiment. Further, in the case of the sputtering method, as in the case of the present embodiment, an excessive amount of Cu and an N
It is considered that by adding a, a p-type CIGS film can be obtained in a novel composition range as in the present embodiment.

【0066】[0066]

【発明の効果】上述してきたように、本発明によれば、
新規な組成範囲でp型CIS系材料を光吸収層とした薄
膜太陽電池を提供することができる。
As described above, according to the present invention,
It is possible to provide a thin-film solar cell using a p-type CIS-based material as a light absorbing layer in a novel composition range.

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

【図1】本発明の一実施の形態のpinヘテロ接合型薄
膜太陽電池の構成を示す断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a pin heterojunction thin-film solar cell according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施の形態のpnホモ接合型薄膜太
陽電池の構成を示す断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a pn homojunction thin-film solar cell according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施の形態のバリード型ヘテロ接合
薄膜太陽電池の構成を示す断面図。
FIG. 3 is a sectional view showing a configuration of a buried heterojunction thin-film solar cell according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の成膜方法によって得られたCIGS膜
のX線回折による分析結果を示すグラフ。
FIG. 4 is a graph showing an analysis result of a CIGS film obtained by a film forming method of the present invention by X-ray diffraction.

【図5】CuInySezの結晶相状態を示す説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a crystal phase state of CuIn y Se z .

【図6】本発明の一実施の形態の成膜方法によってCI
GS膜を成膜する際の各蒸着源の蒸発量の時間的変化を
示すグラフ。
FIG. 6 is a diagram illustrating a CI method according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing a temporal change in the evaporation amount of each evaporation source when forming a GS film.

【図7】本発明の一実施の形態の成膜方法によってCI
GS膜を成膜する際の各蒸着源の蒸発量の時間的変化を
示すグラフ。
FIG. 7 is a diagram showing a CI method according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing a temporal change in the evaporation amount of each evaporation source when forming a GS film.

【図8】本発明の一実施の形態の成膜方法によってCI
GS膜を成膜する際の各蒸着源の蒸発量の時間的変化を
示すグラフ。
FIG. 8 is a diagram illustrating a CI method according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing a temporal change in the evaporation amount of each evaporation source when forming a GS film.

【図9】本発明の一実施の形態の成膜方法によってCI
GS膜を成膜する際の各蒸着源の蒸発量の時間的変化を
示すグラフ。
FIG. 9 is a diagram illustrating a CI method according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing a temporal change in the evaporation amount of each evaporation source when forming a GS film.

【図10】本発明の成膜方法により得られたCIGS膜
のキャリア濃度を示すグラフ。
FIG. 10 is a graph showing the carrier concentration of a CIGS film obtained by the film forming method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10・・・青板ガラス、11・・・Mo膜、12・・・
p−Cu(In1ーxGax)3Se5膜、13、34・・・i
型または高抵抗n型バッファ層、14、35・・・n+
型の透明導電膜、23・・・n−Cu(In1ーxGax)3
Se5膜、24・・・透明導電膜。
10 ... Blue plate glass, 11 ... Mo film, 12 ...
p-Cu (In 1 over x Ga x) 3 Se 5 film, 13, 34 · · · i
Type or high resistance n-type buffer layer, 14, 35... N +
The transparent conductive film type, 23 ··· n-Cu (In 1 over x Ga x) 3
Se 5 film, 24 ... Transparent conductive film.

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光吸収層として、Ib族元素と、III族元
素と、VIb族元素とを含むp型の化合物半導体薄膜を
有し、 前記化合物半導体薄膜は、Ia族元素が添加され、 前記化合物半導体薄膜に含まれるIb族元素のIII族元
素に対する比率が、0.22以上0.75以下であるこ
とを特徴とする薄膜太陽電池。
1. A light absorbing layer comprising a p-type compound semiconductor thin film containing a group Ib element, a group III element, and a group VIb element, wherein said compound semiconductor thin film is doped with a group Ia element, A thin-film solar cell, wherein a ratio of a group Ib element to a group III element contained in the compound semiconductor thin film is 0.22 or more and 0.75 or less.
【請求項2】請求項1において、前記化合物半導体薄膜
に含まれるIb族元素のVIb族元素に対する比率が、
0.2以上0.5以下であることを特徴とする薄膜太陽
電池。
2. The method according to claim 1, wherein the ratio of the group Ib element to the group VIb element contained in the compound semiconductor thin film is:
A thin-film solar cell characterized by being 0.2 or more and 0.5 or less.
【請求項3】請求項1において、前記化合物半導体薄膜
に含まれるIb族元素のIII族元素に対する比率が、
0.28以上0.52以下であることを特徴とする薄膜
太陽電池。
3. The compound semiconductor thin film according to claim 1, wherein a ratio of a group Ib element to a group III element contained in the compound semiconductor thin film is:
A thin-film solar cell having a thickness of 0.28 or more and 0.52 or less.
【請求項4】請求項1において、前記化合物半導体薄膜
は、前記Ib族元素として、Cuを含み、前記III族元
素として、InおよびGaのうちの少なくとも一方を含
み、前記VIb族元素として、SおよびSeのうちの少
なくとも一方を含むことを特徴とする薄膜太陽電池。
4. The compound semiconductor thin film according to claim 1, wherein the compound semiconductor thin film contains Cu as the group Ib element, contains at least one of In and Ga as the group III element, and contains S as the group VIb element. And at least one of Se.
【請求項5】請求項4において、前記化合物半導体薄膜
の組成は、Cu(In1ーxGax)y(SmSe1ーmz膜で表
され、0≦x≦1、1.33≦y≦4.5、2≦z≦
5、0≦m≦1であることを特徴とする薄膜太陽電池。
5. The method of claim 4, wherein the compound composition of the semiconductor thin film is represented by Cu (an In 1 over x Ga x) y (S m Se 1 over m) z film, 0 ≦ x ≦ 1,1. 33 ≦ y ≦ 4.5, 2 ≦ z ≦
5. A thin-film solar cell, wherein 0 ≦ m ≦ 1.
【請求項6】請求項1において、前記化合物半導体薄膜
には、前記Ia族元素として、Na、Li、KおよびR
bのうちの少なくとも一つが添加されていることを特徴
とする薄膜太陽電池。
6. The compound semiconductor thin film according to claim 1, wherein Na, Li, K and R
b. A thin-film solar cell, wherein at least one of b is added.
【請求項7】請求項1において、前記p型の化合物半導
体薄膜に接する位置に配置された、n型の化合物半導体
薄膜を有し、 前記n型の化合物半導体薄膜は、Ib族元素と、III族
元素と、VIb族元素とを前記p型の化合物半導体薄膜
と同じ組成で含むことを特徴とする薄膜太陽電池。
7. The semiconductor device according to claim 1, further comprising an n-type compound semiconductor thin film disposed at a position in contact with said p-type compound semiconductor thin film, wherein said n-type compound semiconductor thin film comprises an Ib group element, A thin-film solar cell comprising: a group IV element and a group VIb element having the same composition as the p-type compound semiconductor thin film.
【請求項8】請求項1において、前記化合物半導体薄膜
は、基板上にIb族元素と、III族元素と、VIb族元素
とを供給する工程により成膜され、 前記工程は、 Ib族元素供給量のIII族元素供給量に対する比率を、
目的とする組成の前記化合物半導体薄膜に含まれるIb
族元素のIII族元素に対する比率よりも高くするととも
に、Ia族元素を前記基板上に供給する第1ステップ
と、 Ib族元素供給量のIII族元素供給量に対する比率を、
前記第1ステップよりも小さくする第2ステップとを有
することを特徴とする薄膜太陽電池。
8. The compound semiconductor thin film according to claim 1, wherein the compound semiconductor thin film is formed on a substrate by a step of supplying a group Ib element, a group III element, and a group VIb element. The ratio of the amount to the supply of group III elements,
Ib contained in the compound semiconductor thin film having a desired composition
A first step of supplying the group Ia element onto the substrate while increasing the ratio of the group III element to the group III element, and the step of supplying the group Ib element supply amount to the group III element supply amount,
A second step of making the first step smaller than the first step.
【請求項9】請求項8において、前記第2ステップにお
けるIb族元素供給量を0にすることを特徴とする薄膜
太陽電池。
9. The thin-film solar cell according to claim 8, wherein the supply amount of the Ib group element in the second step is set to zero.
【請求項10】請求項8において、前記第1ステップに
おけるIII族元素供給量を0にすることを特徴とする薄
膜太陽電池。
10. The thin-film solar cell according to claim 8, wherein the supply amount of the group III element in the first step is set to zero.
【請求項11】請求項8において、前記第1ステップで
前記Ia族元素を供給するために、Ia族元素とVIb
族元素との化合物、および、Ia族元素とVIIb族元素
との化合物のうちの少なくとも一方を供給することを特
徴とする薄膜太陽電池。
11. The method according to claim 8, wherein said group Ia element and VIb are supplied to supply said group Ia element in said first step.
A thin-film solar cell characterized by supplying at least one of a compound with a Group I element and a compound with a Group Ia element and a Group VIIb element.
【請求項12】請求項11において、前記Ia族元素と
VIb族元素との化合物のVIb族元素が、S、Se、お
よび、Teのいずれかであり、前記Ia族元素とVIIb
族元素との化合物のVIIb族元素がF、Cl、および、
Brのいずれかであることを特徴とする薄膜太陽電池。
12. The compound according to claim 11, wherein the group VIb element of the compound of the group Ia element and the group VIb element is any of S, Se and Te.
The group VIIb element of the compound with the group element is F, Cl, and
A thin-film solar cell, which is any one of Br.
【請求項13】請求項8において、前記成膜工程におい
て、Ib族元素と、III族元素と、VIb族元素と、Ia
族元素とを基板に供給する方法が、気相成長法であるこ
とを特徴とする薄膜太陽電池。
13. The method according to claim 8, wherein in the film forming step, a group Ib element, a group III element, a group VIb element, and a group Ia
A thin-film solar cell, wherein the method for supplying a group III element to a substrate is a vapor phase growth method.
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Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008153438A (en) * 2006-12-18 2008-07-03 Honda Motor Co Ltd Method for measuring buffer layer film thickness
WO2009041657A1 (en) 2007-09-28 2009-04-02 Fujifilm Corporation Substrate for solar cell and solar cell
WO2009041659A1 (en) 2007-09-28 2009-04-02 Fujifilm Corporation Solar cell
WO2009041660A1 (en) 2007-09-28 2009-04-02 Fujifilm Corporation Substrate for solar cell and solar cell
US7557294B2 (en) 2004-01-13 2009-07-07 Panasonic Corporation Solar cell and production thereof
WO2010071874A2 (en) * 2008-12-19 2010-06-24 Applied Quantum Technology, Llc Chalcogenide-based photovoltaic devices and methods of manufacturing the same
KR101004452B1 (en) 2003-08-14 2010-12-28 유니버시티 오브 요하네스버그 Group i-?-? quaternary or higher alloy semiconductor films
WO2011084926A2 (en) * 2010-01-05 2011-07-14 Miasole Photovoltaic materials with controllable zinc and sodium content and method of making thereof
KR101063748B1 (en) 2010-06-18 2011-09-08 (주) 다쓰테크 Method for fabricating cis type solar cell with ultra thin flexible glass substrate
WO2011114657A1 (en) * 2010-03-18 2011-09-22 三菱マテリアル株式会社 Sputtering target and manufacturing method therefor
KR101115484B1 (en) 2004-03-15 2012-02-27 솔로파워, 인코포레이티드 Technique and apparatus for depositing thin layers of semiconductors for solar cell fabrication
KR101231364B1 (en) * 2009-10-01 2013-02-07 엘지이노텍 주식회사 Solar cell and method of fabircating the same
JP2013028836A (en) * 2011-07-28 2013-02-07 Ulvac Japan Ltd TARGET FOR CuGaNa-BASED SPATTERING AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME
JP2013062547A (en) * 2009-06-19 2013-04-04 Korea Electronics Telecommun Solar cell and method of fabricating the same
US8415557B2 (en) 2009-03-09 2013-04-09 Fujifilm Corporation Photoelectric conversion device and solar cell using the photoelectric conversion device
US8779282B2 (en) 2009-09-30 2014-07-15 Lg Innotek Co., Ltd. Solar cell apparatus and method for manufacturing the same
JP2015045091A (en) * 2010-01-07 2015-03-12 Jx日鉱日石金属株式会社 Cu-Ga-BASED SPUTTERING TARGET, METHOD OF MANUFACTURING THE TARGET, LIGHT ABSORBING LAYER AND SOLAR CELL USING THE LIGHT ABSORPTION LAYER
WO2016031974A1 (en) * 2014-08-28 2016-03-03 三菱マテリアル株式会社 Cu-Ga SPUTTERING TARGET AND PRODUCTION METHOD FOR Cu-Ga SPUTTERING TARGET
JP2017017218A (en) * 2015-07-02 2017-01-19 三菱マテリアル株式会社 Method of manufacturing photoelectric conversion element and photoelectric conversion element

Cited By (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101004452B1 (en) 2003-08-14 2010-12-28 유니버시티 오브 요하네스버그 Group i-?-? quaternary or higher alloy semiconductor films
US7557294B2 (en) 2004-01-13 2009-07-07 Panasonic Corporation Solar cell and production thereof
KR101115484B1 (en) 2004-03-15 2012-02-27 솔로파워, 인코포레이티드 Technique and apparatus for depositing thin layers of semiconductors for solar cell fabrication
JP4734224B2 (en) * 2006-12-18 2011-07-27 本田技研工業株式会社 Buffer layer thickness measurement method
JP2008153438A (en) * 2006-12-18 2008-07-03 Honda Motor Co Ltd Method for measuring buffer layer film thickness
WO2009041657A1 (en) 2007-09-28 2009-04-02 Fujifilm Corporation Substrate for solar cell and solar cell
WO2009041659A1 (en) 2007-09-28 2009-04-02 Fujifilm Corporation Solar cell
WO2009041660A1 (en) 2007-09-28 2009-04-02 Fujifilm Corporation Substrate for solar cell and solar cell
WO2010071874A2 (en) * 2008-12-19 2010-06-24 Applied Quantum Technology, Llc Chalcogenide-based photovoltaic devices and methods of manufacturing the same
WO2010071874A3 (en) * 2008-12-19 2010-10-14 Applied Quantum Technology, Llc Chalcogenide-based photovoltaic devices and methods of manufacturing the same
US8969719B2 (en) 2008-12-19 2015-03-03 Zetta Research and Development LLC—AQT Series Chalcogenide-based photovoltaic devices and methods of manufacturing the same
US8415557B2 (en) 2009-03-09 2013-04-09 Fujifilm Corporation Photoelectric conversion device and solar cell using the photoelectric conversion device
JP2013062547A (en) * 2009-06-19 2013-04-04 Korea Electronics Telecommun Solar cell and method of fabricating the same
US8779282B2 (en) 2009-09-30 2014-07-15 Lg Innotek Co., Ltd. Solar cell apparatus and method for manufacturing the same
KR101231364B1 (en) * 2009-10-01 2013-02-07 엘지이노텍 주식회사 Solar cell and method of fabircating the same
WO2011084926A2 (en) * 2010-01-05 2011-07-14 Miasole Photovoltaic materials with controllable zinc and sodium content and method of making thereof
WO2011084926A3 (en) * 2010-01-05 2011-11-03 Miasole Photovoltaic materials with controllable zinc and sodium content and method of making thereof
JP2015045091A (en) * 2010-01-07 2015-03-12 Jx日鉱日石金属株式会社 Cu-Ga-BASED SPUTTERING TARGET, METHOD OF MANUFACTURING THE TARGET, LIGHT ABSORBING LAYER AND SOLAR CELL USING THE LIGHT ABSORPTION LAYER
JP5877510B2 (en) * 2010-01-07 2016-03-08 Jx金属株式会社 Cu-Ga-based sputtering target, method for producing the target, light absorption layer, and solar cell using the light absorption layer
CN102753721A (en) * 2010-03-18 2012-10-24 三菱综合材料株式会社 Sputtering target and manufacturing method therefor
WO2011114657A1 (en) * 2010-03-18 2011-09-22 三菱マテリアル株式会社 Sputtering target and manufacturing method therefor
US8968491B2 (en) 2010-03-18 2015-03-03 Mitsubishi Materials Corporation Sputtering target and method for producing same
KR101063748B1 (en) 2010-06-18 2011-09-08 (주) 다쓰테크 Method for fabricating cis type solar cell with ultra thin flexible glass substrate
JP2013028836A (en) * 2011-07-28 2013-02-07 Ulvac Japan Ltd TARGET FOR CuGaNa-BASED SPATTERING AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME
WO2016031974A1 (en) * 2014-08-28 2016-03-03 三菱マテリアル株式会社 Cu-Ga SPUTTERING TARGET AND PRODUCTION METHOD FOR Cu-Ga SPUTTERING TARGET
JP2016050363A (en) * 2014-08-28 2016-04-11 三菱マテリアル株式会社 Cu-Ga SPUTTERING TARGET, AND PRODUCTION METHOD OF Cu-Ga SPUTTERING TARGET
JP2017017218A (en) * 2015-07-02 2017-01-19 三菱マテリアル株式会社 Method of manufacturing photoelectric conversion element and photoelectric conversion element

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