JPH1126790A - Semiconductor thin film, method for manufacturing the same and thin film solar cell - Google Patents

Semiconductor thin film, method for manufacturing the same and thin film solar cell

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JPH1126790A
JPH1126790A JP9179534A JP17953497A JPH1126790A JP H1126790 A JPH1126790 A JP H1126790A JP 9179534 A JP9179534 A JP 9179534A JP 17953497 A JP17953497 A JP 17953497A JP H1126790 A JPH1126790 A JP H1126790A
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JP
Japan
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thin film
solar cell
substrate
film
atmosphere
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JP9179534A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Nakagawa
伸一 中川
Takeshi Iketani
剛 池谷
Takeshi Kamiya
武志 神谷
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Yazaki Corp
Original Assignee
Yazaki Corp
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • 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

PROBLEM TO BE SOLVED: To raise light collection efficiency by allowing a semiconductor thin film to comprise a solid solution represented by a specific equation as main component. SOLUTION: A main component is (Inx Ga1-x )(Sey S1-y )2 (where, x and y are value of 0-1, z is value of 1-1.5). On a CuInSe2 thin film formed on a soda lime glass substrate through an Mo thin film, In, Se, and S are simultaneously vapor- deposited while substrate temperature set to 100-300 deg.C, vacuum level set to 10<-5> toor or less. Here, with evaporation rate of vapor-deposition source as In; 5 Å/s, Se; 10 Å/s, S; 5 Å/s, a film of film thickness about 500 Å, In:Se:S =40:50:10 is formed. An absorption-end wavelength of a solid solution thin film moves to the short wavelength side as x becomes large, for wider band gap. Therefor, as the band gap of a film becomes larger, the number of photons P incident on a p-n joint interface increases, resulting in larger current value for raised light collection efficiency.

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、半導体薄膜及びそ
の製造方法並びにそれを太陽電池のバッファー層として
用いた薄膜太陽電池に関する。
The present invention relates to a semiconductor thin film, a method for producing the same, and a thin film solar cell using the same as a buffer layer of the solar cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】図2は、従来のカルコパイライト型太陽
電池の断面概略説明図である。図2に示すように、ガラ
ス板基板1に電極としてMo膜2が形成され、その上
に、CuInSe2 膜3よりなるカルコパイライト構造
のp型半導体層が形成されている。そして、このp型半
導体層上に、バッファー層として、CdS膜4よりなる
n型半導体層が形成され、さらに、ZnO膜5よりなる
透明電極層が形成されている。
2. Description of the Related Art FIG. 2 is a schematic sectional view of a conventional chalcopyrite solar cell. As shown in FIG. 2, a Mo film 2 is formed on a glass plate substrate 1 as an electrode, and a p-type semiconductor layer having a chalcopyrite structure made of a CuInSe 2 film 3 is formed thereon. Then, on this p-type semiconductor layer, an n-type semiconductor layer made of a CdS film 4 is formed as a buffer layer, and a transparent electrode layer made of a ZnO film 5 is formed.

【0003】このように、カルコパイライト型太陽電池
のバッファー層として、一般的に、CdS(バンドギャ
ップ:2.4eV)の薄膜が使用されている。このCd
Sの薄膜は、応用物理第62巻第2号(1993年2月
発行)、第139〜142頁に記載されているように、
主として、溶液成長法と呼ばれる湿式法により成膜され
ている。
As described above, a thin film of CdS (band gap: 2.4 eV) is generally used as a buffer layer of a chalcopyrite solar cell. This Cd
As described in Applied Physics Vol. 62, No. 2 (issued in February, 1993), pages 139-142,
The film is mainly formed by a wet method called a solution growth method.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来のカルコパイライト型太陽電池は、その製造時及び廃
棄時に有害なCd廃棄物を排出するので、環境保全の観
点から問題がある。最近では、Cdの代替物として、I
nのカルコゲン化物が提案されているが、このInのカ
ルコゲン化物は、例えば、In2Se3のバンドギャップ
が1.70eVであるように、そのバンドギャップがC
dSのバンドギャップ(2.4eV)と比べて小さいの
で、光収集効率が低下するという問題がある。
However, such a conventional chalcopyrite type solar cell discharges harmful Cd waste during its production and disposal, and thus has a problem from the viewpoint of environmental conservation. Recently, as an alternative to Cd, I
The chalcogenide of n has been proposed, but the chalcogenide of In has a band gap of C such that the band gap of In 2 Se 3 is 1.70 eV, for example.
Since it is smaller than the band gap of dS (2.4 eV), there is a problem that light collection efficiency is reduced.

【0005】また、カルコパイライト型太陽電池のバッ
ファー層として、ZnX−MgX固溶体薄膜(X=S、
Se又はTe)が提案されているが、変換効率が安定し
ない等の欠点があることが報告されている。
Further, as a buffer layer of a chalcopyrite solar cell, a ZnX—MgX solid solution thin film (X = S,
Although Se or Te) has been proposed, it has been reported that it has disadvantages such as unstable conversion efficiency.

【0006】本発明は、かかる問題を解決することを目
的としている。即ち、本発明は、有害なCd廃棄物を排
出させないで、光収集効率を高く維持した半導体薄膜及
びその製造方法並びにそれを用いた薄膜太陽電池を提供
することを目的とする。
An object of the present invention is to solve such a problem. That is, an object of the present invention is to provide a semiconductor thin film which maintains high light collection efficiency without discharging harmful Cd waste, a method for manufacturing the same, and a thin film solar cell using the same.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】Inのカルコゲン化物で
あるIn2Se3のバンドギャップが1.70eVである
は、前述のとおりであるが、本発明者は、かかるInの
カルコゲン化物にS又はGa或いはそれらの両方をドー
プしていくにつれて、次第にその膜のバンドギャップが
大きくなることを見出して、本発明を完成するに至っ
た。
As described above, the band gap of In 2 Se 3 , which is a chalcogenide of In, is 1.70 eV, as described above. The inventors have found that the band gap of the film gradually increases as Ga or both of them are doped, and have completed the present invention.

【0008】本第1発明は、半導体薄膜が(InxGa
1-x)(Sey1-yz [式中、x及びyは、0〜1の
値であり、そして、zは、1〜1.5の値である。]固
溶体を主体としてなることを特徴としている。
In the first invention, the semiconductor thin film is formed of (In x Ga).
1-x ) (Se y S 1-y ) z wherein x and y are values from 0 to 1 and z is a value from 1 to 1.5. ] It is characterized by being mainly composed of a solid solution.

【0009】本第2発明は、本第1発明の半導体薄膜の
製造において、基板上にIn、Ga、Se及びSのうち
少なくとも2つ以上の元素をそれぞれ別々の蒸着源とし
て同時に蒸着することを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, in the manufacture of the semiconductor thin film of the first aspect, at least two or more elements of In, Ga, Se, and S are simultaneously deposited on the substrate as separate deposition sources. Features.

【0010】本第3発明は、本第1発明の半導体薄膜の
製造において、基板上にIn、Ga、Se及びSを、そ
れらの元素の2つ以上を含む化合物並びにそれら個々の
元素の単体をそれぞれ別々の蒸着源として、同時に蒸着
することを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, in the production of the semiconductor thin film of the first aspect, In, Ga, Se and S are formed on a substrate by adding a compound containing two or more of these elements and a simple substance of each of the elements. It is characterized in that they are simultaneously deposited as separate deposition sources.

【0011】本第4発明は、本第3発明において、I
n、Ga、Se及びSを、Inx1-x(式中、xは、0
〜1の値である。)、Ga、Se及びSをそれぞれ別々
の蒸着源として、同時に蒸着することを特徴としてい
る。
The fourth invention is the third invention, wherein the I
n, Ga, Se and S are represented by In x S 1-x (where x is 0
11. ), Ga, Se and S as separate evaporation sources, and are simultaneously evaporated.

【0012】本第5発明は、本第1発明において、基板
上にIn、Ga、Se及びSを、それらの2つ以上を含
む化合物をそれぞれ別々の蒸着源として、同時に蒸着す
ることを特徴としている。
The fifth invention is characterized in that, in the first invention, In, Ga, Se and S are simultaneously vapor-deposited on a substrate, using compounds containing two or more of them as separate vapor deposition sources. I have.

【0013】本第6発明は、本第5発明において、I
n、Ga、Se及びSを、In2Se3及びGa2Se3
別々の蒸着源として、同時に蒸着することを特徴として
いる。
The sixth invention is the fifth invention, wherein the I
It is characterized in that n, Ga, Se and S are simultaneously evaporated using In 2 Se 3 and Ga 2 Se 3 as separate evaporation sources.

【0014】本第7発明は、本第1発明において、基板
上にIn、Ga、Se及びSの固溶体の蒸着源より蒸着
することを特徴としている。
According to a seventh aspect of the present invention, in the first aspect, vapor deposition is performed from a vapor deposition source of a solid solution of In, Ga, Se and S on the substrate.

【0015】本第8発明は、本第1発明において、基板
上にIn、Ga、Se及びSの内の少なくとも3つの薄
膜を積層し、これを、真空雰囲気、不活性ガス雰囲気、
Se雰囲気及びS雰囲気の内の少なくとも1つの雰囲気
中で、熱処理することを特徴としている。
According to an eighth aspect of the present invention, in the first aspect, at least three thin films of In, Ga, Se and S are stacked on the substrate, and the thin films are formed in a vacuum atmosphere, an inert gas atmosphere,
The heat treatment is performed in at least one of the Se atmosphere and the S atmosphere.

【0016】本第9発明は、本第1発明において、基板
上にIn又はGaの薄膜、或いは、それらの両方の薄膜
を積層し、これを、S雰囲気又はSe雰囲気、或いは、
それら2つを組み合わせた雰囲気中で、熱処理すること
を特徴としている。
According to a ninth aspect of the present invention, in the first aspect, a thin film of In or Ga or a thin film of both of them is laminated on a substrate, and the thin film is formed in an S atmosphere or a Se atmosphere or
The heat treatment is performed in an atmosphere in which the two are combined.

【0017】本第10発明は、基板上にカルコパイライ
ト構造の半導体層、バッファー層及び透明電極層を順次
有する太陽電池において、バッファー層として、(In
x Ga1-x)(Sey1-yz[式中、x及びyは、0〜
1の値であり、そして、zは、1〜1.5の値であ
る。]固溶体を主体としてなる半導体薄膜を有すること
を特徴としている。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a solar cell having a semiconductor layer having a chalcopyrite structure, a buffer layer, and a transparent electrode layer on a substrate in that order.
x Ga 1-x ) (Se y S 1-y ) z [where x and y are from 0 to
Is a value of 1 and z is a value of 1 to 1.5. ] It is characterized by having a semiconductor thin film mainly composed of a solid solution.

【0018】本第11発明は、本第10発明において、
カルコパイライト構造の半導体層がCuInSe2、C
u(In,Ga)Se2、CuIn(S,Se)2 、C
u(In,Ga)(S,Se)2又はCuInS2よりな
ることを特徴としている。
According to the eleventh invention, in the tenth invention,
The semiconductor layer having a chalcopyrite structure is made of CuInSe 2 , C
u (In, Ga) Se 2 , CuIn (S, Se) 2 , C
u (In, Ga) (S , Se) is characterized by consisting of 2 or CuInS 2.

【0019】本第12発明は、本第10又は11発明に
おいて、透明電極層がZnO又はZnOにIIIb族元
素をドープした半導体薄膜よりなることを特徴としてい
る。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the tenth or eleventh aspect, the transparent electrode layer is made of ZnO or a semiconductor thin film obtained by doping ZnO with a Group IIIb element.

【0020】本第13発明は、本第12発明において、
IIIb族元素がB又はAlであることを特徴としてい
る。
According to a thirteenth aspect, in the twelfth aspect,
It is characterized in that the group IIIb element is B or Al.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】本発明の太陽電池におけるカルコ
パイライト構造の半導体層を構成する化合物は、例え
ば、CuInSe2 、CuInS2、Cu(In,G
a)Se2、CuIn(S,Se)2、Cu(In,G
a)(S,Se)2又はCu(In,Ga)S 2 が挙げ
られるが、これらの化合物に限定されるものではなく、
本発明の目的に合致する限り、それら以外のカルコパイ
ライト構造の半導体層を構成する化合物をも含む。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The compounds that make up the pyrite structure semiconductor layer are, for example,
For example, CuInSeTwo , CuInSTwo, Cu (In, G
a) SeTwo, CuIn (S, Se)Two, Cu (In, G
a) (S, Se)TwoOr Cu (In, Ga) S Two Is raised
Is not limited to these compounds,
Other chalcopies as long as they meet the purpose of the present invention
It also includes a compound constituting a semiconductor layer having a light structure.

【0022】本発明のIn2(Se1-xx3による固溶
体膜の吸収端波長(nm)及びバンドギャップ(eV)
は、次の表1に示され、そして、それらの分光透過率を
測定した結果は、図1に示される。それぞれの膜厚は、
4000Åである。
The absorption edge wavelength (nm) and band gap (eV) of the solid solution film of In 2 (Se 1-x S x ) 3 of the present invention.
Are shown in Table 1 below, and the results of measuring their spectral transmittances are shown in FIG. Each film thickness is
4000 $.

【0023】[0023]

【表1】 [Table 1]

【0024】表1及び図1から、吸収端波長は、xが大
きくなると、端波長側に移動し、バンドギャップが広く
なることがわかる。太陽電池においては、膜のバンドギ
ャップが大きくなると、p−n接合界面に入射する光子
の数が増えるので、電流値が大きくなり、変換効率が向
上する。ただし、Tr=0.5となる波長を吸収端波
長、これに相当するエネルギーをバンドギャップとし
た。これらの膜は、いずれも、n型の伝導性を示し、抵
抗率も10〜104 Ω・cmとバッファー層に適した特
性を示している。
From Table 1 and FIG. 1, it can be seen that the absorption edge wavelength shifts to the edge wavelength side as x increases, and the band gap increases. In a solar cell, when the band gap of the film increases, the number of photons incident on the pn junction interface increases, so that the current value increases and the conversion efficiency improves. Here, the wavelength at which Tr = 0.5 is the absorption edge wavelength, and the energy corresponding to this is the band gap. Each of these films shows n-type conductivity and a resistivity of 10 to 10 4 Ω · cm, which is a property suitable for a buffer layer.

【0025】[0025]

【実施例】【Example】

(実施例1)ソーダライムガラス基板にMo薄膜を介し
て成膜されたCuInSe2 薄膜上に、基板温度100
〜300℃及び真空度10-5torr以下に設定して、I
n、Se及びSを3元同時蒸着させた。その際、これら
の蒸着源の蒸発レートをIn;5Å/s、Se;10Å
/s、及び、S;5Å/sとし、約2分間蒸着を行った
ところ、膜厚約500Å、In:Se:S=40:5
0:10の膜が成膜された。
(Example 1) A CuInSe 2 thin film formed on a soda lime glass substrate via a Mo thin film, and a substrate temperature of 100
~ 300 ° C and vacuum degree 10 -5 torr or less,
n, Se and S were simultaneously ternary deposited. At this time, the evaporation rates of these evaporation sources were set to In: 5 ° / s, Se: 10 °.
/ S and S; 5 ° / s, and vapor deposition was performed for about 2 minutes. As a result, the film thickness was about 500 °, and In: Se: S = 40: 5.
A 0:10 film was formed.

【0026】(実施例2)ソーダライムガラス基板にM
o薄膜を介して成膜されたCuInSe2 薄膜上に、基
板温度100〜300℃、及び、真空度10-5torr以下
に設定して、In 2Se3及びSを2元同時蒸着させた。
その際、これらの蒸着源の蒸発レートをIn2Se3;5
Å/s、及び、S;5Å/sとし、約3分間蒸着を行っ
たところ、膜厚約500Å、In:Se:S=40:5
5:5の膜が成膜された。
Example 2 A soda lime glass substrate was coated with M
oCuInSe formed via a thin filmTwo On a thin film,
Plate temperature 100-300 ° C and degree of vacuum 10-Fivebelow torr
Set to In TwoSeThreeAnd S were simultaneously deposited in a binary manner.
At this time, the evaporation rate of these evaporation sources was set to In.TwoSeThree; 5
Å / s and S; 5Å / s, vapor deposition for about 3 minutes
As a result, the film thickness was about 500 °, In: Se: S = 40: 5.
A 5: 5 film was formed.

【0027】(実施例3)ソーダライムガラス基板にM
o薄膜を介して成膜されたCuInSe2 薄膜上に、基
板温度100〜300℃及び真空度10-5 torr以下に
設定して、In2Se3 及びGa23を2元同時蒸着さ
せた。その際、これらの蒸着源の蒸発レートをIn2
3;5Å/s、及び、Ga23;5Å/sとし、約4
分間蒸着を行ったところ、膜厚約500Å、In:G
a:Se:S=30:10:50:10の膜が成膜され
た。
(Embodiment 3) M is applied to a soda-lime glass substrate.
On the CuInSe 2 thin film formed via the o thin film, In 2 Se 3 and Ga 2 S 3 were simultaneously vapor-deposited at a substrate temperature of 100 to 300 ° C. and a degree of vacuum of 10 −5 torr or less. . At that time, the evaporation rate of these evaporation sources was set to In 2 S
e 3 ; 5 ° / s and Ga 2 S 3 ; 5 ° / s, about 4
Minutes, a film thickness of about 500 °, In: G
A film of a: Se: S = 30: 10: 50: 10 was formed.

【0028】(実施例4)In、Ga、Se及びSの単
体を石英管に挿入して1200℃に加熱することによ
り、(In、Ga)2(Se、S)3バルクを作成した。
バルクの組成比は、In:Ga:Se:S=30:1
0:50:10であった。そして、ソーダライムガラス
基板にMo薄膜を介して成膜されたCuInSe2 薄膜
上に、基板温度100〜300℃及び真空度10-5torr
以下に設定して、前記バルクを蒸着源として用いて蒸着
させた。その際、蒸着源の蒸発レートを10Å/sと
し、約2分間蒸着を行ったところ、膜厚約500Å、I
n:Ga:Se:S=30:10:50:10の膜が成
膜された。
Example 4 A bulk of (In, Ga) 2 (Se, S) 3 was prepared by inserting a simple substance of In, Ga, Se and S into a quartz tube and heating to 1200 ° C.
The bulk composition ratio is In: Ga: Se: S = 30: 1.
0:50:10. Then, a substrate temperature of 100 to 300 ° C. and a degree of vacuum of 10 −5 torr are formed on a CuInSe 2 thin film formed on a soda lime glass substrate via a Mo thin film.
The deposition was performed using the bulk as a deposition source under the following conditions. At this time, when the evaporation rate of the evaporation source was 10 ° / s and the evaporation was performed for about 2 minutes, the film thickness was about 500 °, and I
A film of n: Ga: Se: S = 30: 10: 50: 10 was formed.

【0029】(実施例5)ソーダライムガラス基板にM
o薄膜を介して成膜されたCuInSe2 薄膜上に、基
板温度100〜300℃及び真空度10-5torr以下に設
定して、In、Se及びSの順でIn;200Å、S
e;500Å、及び、S;200Åの膜厚に連続して積
層した。これを300℃で熱処理したところ、膜厚約5
00Å、In:Se:S=40:50:10の膜が成膜
された。
(Embodiment 5) A soda-lime glass substrate was coated with M
o On a CuInSe 2 thin film formed via a thin film, the substrate temperature is set to 100 to 300 ° C. and the degree of vacuum is set to 10 −5 torr or less.
e; 500 ° and S; 200 °. When this was heat-treated at 300 ° C., a film thickness of about 5
00 °, a film of In: Se: S = 40: 50: 10 was formed.

【0030】(実施例6)ソーダライムガラス基板にM
o薄膜を介して成膜されたCuInSe2 薄膜上に、基
板温度100〜300℃及び真空度10-5torr以下に設
定して、Inを200Åの膜厚に蒸着し、次に、Se及
びSを2元同時蒸着させた。その際、Se及びSの蒸着
源の蒸発レートをSe;5Å/s、及び、S;5Å/s
とし、約3分間蒸着を行ったところ、膜厚約500Å、
In:Se:S=40:50:10の膜が成膜された。
(Embodiment 6) A soda-lime glass substrate was coated with M
On the CuInSe 2 thin film formed via the o thin film, In is deposited at a substrate temperature of 100 to 300 ° C. and a degree of vacuum of 10 −5 torr or less, and In is deposited to a thickness of 200 °, and then Se and S Was co-evaporated. At this time, the evaporation rates of the deposition sources of Se and S are set to Se; 5 ° / s and S; 5 ° / s.
And when vapor deposition was performed for about 3 minutes,
A film of In: Se: S = 40: 50: 10 was formed.

【0031】(実施例7)約1mm厚のガラス基板上
に、電極として、Moをスパッタ法で1.0μm厚に成
膜し、このMo薄膜上に、Cu、In及びSeを3元同
時蒸着させて、CuInSe2薄膜を約2μm厚に成膜
した。さらに、このCuInSe2薄膜上に、In及び
Seの2元同時蒸着により、In Se 薄膜を約0.2
μm厚に成膜し、続いて、このIn Se 薄膜上に、ス
パッタ法でZnO:Al[ZnOにAlを2〜3重量%
(以下、「wt%」という。)ドープしたもの]を約
1.0μm厚に成膜した。得られた太陽電池のソーラー
シュミレータによる0.1W/cm 2 の光照射下でのエ
ネルギー変換効率を測定したところ、そのエネルギー変
換効率は、9.3%であった。
(Example 7) On a glass substrate having a thickness of about 1 mm
Then, Mo was formed to a thickness of 1.0 μm by sputtering as an electrode.
Then, Cu, In and Se are ternarily deposited on the Mo thin film.
When deposited, CuInSeTwoDeposits a thin film about 2μm thick
did. Furthermore, this CuInSeTwoOn the thin film, In and
By the simultaneous binary deposition of Se, the InSe thin film is reduced to about 0.2.
μm thick, and subsequently, a film is formed on the InSe thin film.
ZnO: Al [2 to 3% by weight of Al in ZnO]
(Hereinafter referred to as “wt%”).
A film was formed to a thickness of 1.0 μm. Solar cell solar cell obtained
0.1W / cm by simulator Two Under light irradiation
When the energy conversion efficiency was measured, the energy conversion
The conversion efficiency was 9.3%.

【0032】(実施例8)約1mm厚のガラス基板上
に、裏面電極として、Moをスパッタ法で1.0μm厚
に成膜し、このMo薄膜上に、Cu、In、Ga及びS
eを4元同時蒸着させて、CuIn0.75Ga0.25Se2
薄膜を約2μm厚に成膜した。さらに、このCuIn
0.75Ga0.25Se2薄膜上に、In23薄膜を真空蒸着
することにより、InS薄膜を約0.2μm厚に成膜
し、続いて、このInS薄膜上に、スパッタ法でZn
O:Al(ZnOにAlを2〜3wt%ドープしたも
の)を約1.0μm厚に成膜した。得られた太陽電池の
ソーラーシュミレータによる0.1W/cm2 の光照射
下でのエネルギー変換効率を測定したところ、そのエネ
ルギー変換効率は、9.6%であった。
(Embodiment 8) On a glass substrate having a thickness of about 1 mm, Mo was formed as a back electrode to a thickness of 1.0 μm by sputtering, and Cu, In, Ga and S were formed on the Mo thin film.
e is quaternary deposited to obtain CuIn 0.75 Ga 0.25 Se 2
A thin film was formed to a thickness of about 2 μm. Furthermore, this CuIn
On the 0.75 Ga 0.25 Se 2 thin film, an In 2 S 3 thin film is vacuum-deposited to form an InS thin film with a thickness of about 0.2 μm. Then, Zn is deposited on the InS thin film by sputtering.
O: Al (ZnO doped with 2 to 3 wt% of Al) was formed to a thickness of about 1.0 μm. When the energy conversion efficiency of the obtained solar cell under irradiation of light of 0.1 W / cm 2 by a solar simulator was measured, the energy conversion efficiency was 9.6%.

【0033】(実施例9)約1mm厚のガラス基板上
に、電極として、Moをスパッタ法で1.0μm厚に成
膜し、このMo薄膜上に、真空蒸着法によりCu薄膜及
びIn薄膜をそれぞれ0.2μm厚及び0.5μm厚に
連続積層成膜し、そして、この積層体を硫黄雰囲気中に
おいて550℃で1時間加熱処理してCuInS2 薄膜
を約2μm厚に成膜した。さらに、このCuInS2
膜上に、In、S及びSeの3元蒸着により、In
2(S,Se)3薄膜を約0.2μm厚に成膜し、続い
て、このIn 2 (S,Se)薄膜上に、スパッタ法でZ
nO:Al(ZnOにAlを2〜3wt%ドープしたも
の)を約1.0μm厚に成膜した。得られた太陽電池の
ソーラーシュミレータによる0.1W/cm2 の光照射
下でのエネルギー変換効率を測定したところ、そのエネ
ルギー変換効率は、6.1%であった。
Example 9 On a glass substrate having a thickness of about 1 mm
Then, Mo was formed to a thickness of 1.0 μm by sputtering as an electrode.
Then, on this Mo thin film, a Cu thin film and a
And In thin films to a thickness of 0.2 μm and 0.5 μm, respectively.
Continuous lamination film formation, and this laminate is put in a sulfur atmosphere
Heat treatment at 550 ° C for 1 hourTwo Thin film
Was formed to a thickness of about 2 μm. Furthermore, this CuInSTwo Thin
On the film, In, S and Se are ternary deposited to form In
Two(S, Se)ThreeA thin film is formed to a thickness of about 0.2 μm,
This In Two On the (S, Se) thin film, Z
nO: Al (ZnO doped with 2-3 wt% of Al
Was formed to a thickness of about 1.0 μm. Of the obtained solar cell
0.1W / cm by solar simulatorTwo Light irradiation of
When measuring the energy conversion efficiency below, the energy
The energy conversion efficiency was 6.1%.

【0034】(実施例10)約1mm厚のガラス基板上
に、裏面電極として、Moをスパッタ法で1.0μm厚
に成膜し、このMo薄膜上に、Cu、In及びSeを3
元同時蒸着させて、CuInSe2 薄膜を約2μm厚に
成膜した。さらに、このCuInSe2 薄膜上に、Ga
2Se3を真空蒸着することにより、GaSe薄膜を約
0.2μm厚に成膜し、続いて、このGaSe薄膜上に
スパッタ法でZnO:Al(ZnOにAlを2〜3wt
%ドープしたもの)を約1.0μm厚に成膜した。得ら
れた太陽電池のソーラーシュミレータによる0.1W/
cm2 の光照射下でのエネルギー変換効率を測定したと
ころ、そのエネルギー変換効率は、9.1%であった。
Example 10 Mo was deposited as a back electrode to a thickness of 1.0 μm on a glass substrate having a thickness of about 1 mm by sputtering, and Cu, In and Se were deposited on the Mo thin film in a thickness of 3 μm.
The CuInSe 2 thin film was formed to a thickness of about 2 μm by simultaneous vapor deposition. Further, Ga on the CuInSe 2 thin film
By vacuum vapor deposition of 2 Se 3 , a GaSe thin film is formed to a thickness of about 0.2 μm, and then ZnO: Al (2 to 3 wt.
% Doped) to a thickness of about 1.0 μm. 0.1 W / of the obtained solar cell by a solar simulator
When the energy conversion efficiency under irradiation with light of cm 2 was measured, the energy conversion efficiency was 9.1%.

【0035】(従来例1)約1mm厚のガラス基板上
に、裏面電極として、Moをスパッタ法で1.0μm厚
に成膜し、このMo薄膜上に、Cu、In及びSeを3
元同時蒸着させて、CuInSe2 薄膜を約2μm厚に
成膜した。さらに、このCuInSe2 薄膜上に真空蒸
着法でCdS薄膜を約0.4μm厚に成膜し、続いて、
このCdS薄膜上にスパッタ法でZnO:Al(ZnO
にAlを2〜3wt%ドープしたもの)を約1.0μm
厚に成膜した。得られた太陽電池のソーラーシュミレー
タによる0.1W/cm2 の光照射下でのエネルギー変
換効率を測定したところ、そのエネルギー変換効率は、
9.0%であった。
(Conventional Example 1) Mo was formed as a back electrode to a thickness of 1.0 μm on a glass substrate having a thickness of about 1 mm by sputtering, and Cu, In and Se were deposited on the Mo thin film in a thickness of 3 μm.
The CuInSe 2 thin film was formed to a thickness of about 2 μm by simultaneous vapor deposition. Further, a CdS thin film is formed to a thickness of about 0.4 μm on the CuInSe 2 thin film by a vacuum evaporation method.
On this CdS thin film, ZnO: Al (ZnO
Doped with 2-3 wt% of Al) to about 1.0 μm
A thick film was formed. When the energy conversion efficiency of the obtained solar cell under irradiation of light of 0.1 W / cm 2 by a solar simulator was measured, the energy conversion efficiency was:
It was 9.0%.

【0036】(従来例2)約1mm厚のガラス基板上
に、裏面電極として、Moをスパッタ法で1.0μm厚
に成膜し、このMo薄膜上に、Cu、In、Ga及びS
eを4元同時蒸着させて、CuIn0.75Ga0.25Se2
薄膜を約2μm厚に成膜した。さらに、このCuIn
0.75Ga0.25Se2 薄膜上に真空蒸着法でCdS薄膜を
約0.4μm厚に成膜し、続いて、このCdS薄膜上
に、スパッタ法でZnO:Al(ZnOにAlを2〜3
wt%ドープしたもの)を約1.0μm厚に成膜した。
得られた太陽電池のソーラーシュミレータによる0.1
W/cm2 の光照射下でのエネルギー変換効率を測定し
たところ、そのエネルギー変換効率は、9.5%であっ
た。
(Conventional Example 2) Mo was formed as a back electrode to a thickness of 1.0 μm on a glass substrate having a thickness of about 1 mm by a sputtering method, and Cu, In, Ga and S were formed on the Mo thin film.
e is quaternary deposited to obtain CuIn 0.75 Ga 0.25 Se 2
A thin film was formed to a thickness of about 2 μm. Furthermore, this CuIn
A CdS thin film is formed in a thickness of about 0.4 μm on a 0.75 Ga 0.25 Se 2 thin film by a vacuum evaporation method, and then ZnO: Al (AlO is added to ZnO: 2 to 3) on the CdS thin film by a sputtering method.
wt.% doped) to a thickness of about 1.0 μm.
0.1 of the obtained solar cell was measured using a solar simulator.
When the energy conversion efficiency under irradiation with light of W / cm 2 was measured, the energy conversion efficiency was 9.5%.

【0037】(従来例3)約1mm厚のガラス基板上
に、電極として、Moをスパッタ法で1.0μm厚に成
膜し、このMo薄膜上に、真空蒸着法によりCu薄膜及
びIn薄膜をそれそれ0.2μm厚及び0.5μm厚に
連続積層成膜し、そして、この積層体を硫黄雰囲気中に
おいて550℃で1時間加熱処理してCuInS2 薄膜
を約2μm厚に成膜した。さらに、このCuInS2
膜上に真空蒸着法でCdS薄膜を約0.4μm厚に成膜
し、続いて、このCdS薄膜上に、スパッタ法でZn
O:Al(ZnOにAlを2〜3wt%ドープしたも
の)を約1.0μm厚に成膜した。得られた太陽電池の
ソーラーシュミレータによる0.1W/cm2 の光照射
下でのエネルギー変換効率を測定したところ、そのエネ
ルギー変換効率は、6.0%であった。
(Conventional Example 3) Mo was formed as a electrode to a thickness of 1.0 μm on a glass substrate having a thickness of about 1 mm by a sputtering method, and a Cu thin film and an In thin film were formed on the Mo thin film by a vacuum evaporation method. Each layer was continuously formed into a layer having a thickness of 0.2 μm and a layer having a thickness of 0.5 μm, and the layered body was heated in a sulfur atmosphere at 550 ° C. for 1 hour to form a CuInS 2 thin film having a thickness of about 2 μm. Further, a CdS thin film is formed to a thickness of about 0.4 μm on the CuInS 2 thin film by a vacuum evaporation method, and then Zn is formed on the CdS thin film by a sputtering method.
O: Al (ZnO doped with 2 to 3 wt% of Al) was formed to a thickness of about 1.0 μm. When the energy conversion efficiency of the obtained solar cell under irradiation of light of 0.1 W / cm 2 by a solar simulator was measured, the energy conversion efficiency was 6.0%.

【0038】以上説明したように、本発明の構成によれ
ば、カルコパイライト型の結晶構造をもつp型半導体薄
膜、例えば、CuInSe2 、Cu(In,Ga)Se
2 、CuInS2 等の薄膜に、バッファー層として、従
来のCdS薄膜に代えて、Cdを含まない、(Inx
1-x)(Sey1-yz [式中、x及びyは、0〜1
の値であり、そして、zは、1〜1.5の値である。]
固溶体を主体としてなる半導体薄膜を接触させ、さら
に、この薄膜に、例えば、ZnO:Al薄膜を接触させ
ることにより、無公害でしかも従来のCdS薄膜使用時
と同等のエネルギー変換効率を発揮する太陽電池が得ら
れる。
As described above, according to the structure of the present invention, a p-type semiconductor thin film having a chalcopyrite type crystal structure, for example, CuInSe 2 , Cu (In, Ga) Se
2 , a thin film of CuInS 2 or the like, as a buffer layer, containing no Cd instead of the conventional CdS thin film, (In x G
a 1-x ) (Se y S 1-y ) z [where x and y are from 0 to 1
And z is a value from 1 to 1.5. ]
By contacting a semiconductor thin film mainly composed of a solid solution and further contacting this thin film with, for example, a ZnO: Al thin film, a solar cell which is non-polluting and exhibits the same energy conversion efficiency as when using a conventional CdS thin film Is obtained.

【0039】[0039]

【発明の効果】有害なCd廃棄物を排出させないで、光
収集効率を高く維持した半導体薄膜及びその製造方法並
びにそれを用いた薄膜太陽電池を提供することができ
る。そして、同一真空装置内で各薄膜を成膜することが
できるので、工業的メリットも大きい。
As described above, it is possible to provide a semiconductor thin film having high light collection efficiency without discharging harmful Cd waste, a method of manufacturing the same, and a thin film solar cell using the same. And since each thin film can be formed in the same vacuum apparatus, there is great industrial merit.

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

【図1】本発明のIn2(Se1-xx3 固溶体薄膜の
分光透過率を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing the spectral transmittance of an In 2 (Se 1-x S x ) 3 solid solution thin film of the present invention.

【図2】従来のカルコパイライト型太陽電池の断面概略
説明図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional explanatory view of a conventional chalcopyrite solar cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ガラス基板 2 Mo膜 3 CuInSe2 膜 4 CdS膜 5 ZnO膜Reference Signs List 1 glass substrate 2 Mo film 3 CuInSe 2 film 4 CdS film 5 ZnO film

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 (InxGa1-x)(Sey1-yz [式
中、x及びyは、0〜1の値であり、そして、zは、1
〜1.5の値である。]固溶体を主体としてなることを
特徴とする半導体薄膜。
(1) (In x Ga 1-x ) (Se y S 1-y ) z wherein x and y are 0 to 1 and z is 1
1.51.5. ] A semiconductor thin film mainly comprising a solid solution.
【請求項2】 基板上にIn、Ga、Se及びSのうち
少なくとも2つ以上の元素をそれぞれ別々の蒸着源とし
て同時に蒸着することを特徴とする請求項1記載の半導
体薄膜の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein at least two elements of In, Ga, Se and S are simultaneously deposited on the substrate as separate deposition sources.
【請求項3】 基板上にIn、Ga、Se及びSを、そ
れらの元素の2つ以上を含む化合物並びにそれら個々の
元素の単体をそれぞれ別々の蒸着源として、同時に蒸着
することを特徴とする請求項1記載の半導体薄膜の製造
方法。
3. A method of simultaneously depositing In, Ga, Se and S on a substrate by using a compound containing two or more of these elements and a simple substance of each of these elements as separate evaporation sources. A method for manufacturing a semiconductor thin film according to claim 1.
【請求項4】 In、Ga、Se及びSを、Inx1-x
(式中、xは、0〜1の値である。)、Ga、Se及び
Sをそれぞれ別々の蒸着源として、同時に蒸着すること
を特徴とする請求項3記載の半導体薄膜の製造方法。
4. An In x S 1 -x
4. The method according to claim 3, wherein (x is a value of 0 to 1), and Ga, Se and S are simultaneously deposited as separate deposition sources.
【請求項5】 基板上にIn、Ga、Se及びSを、そ
れらの2つ以上を含む化合物をそれぞれ別々の蒸着源と
して、同時に蒸着することを特徴とする請求項1記載の
半導体薄膜の製造方法。
5. The method of manufacturing a semiconductor thin film according to claim 1, wherein In, Ga, Se and S are simultaneously vapor-deposited on the substrate by using a compound containing two or more of them as separate vapor deposition sources. Method.
【請求項6】 In、Ga、Se及びSを、In2Se3
及びGa2Se3を別々の蒸着源として、同時に蒸着する
ことを特徴とする請求項5記載の半導体薄膜の製造方
法。
6. In, Ga, Se and S are represented by In 2 Se 3
And Ga and 2 Se 3 as separate deposition source, a method of manufacturing a semiconductor thin film according to claim 5, characterized in that the simultaneously deposited.
【請求項7】 基板上にIn、Ga、Se及びSの固溶
体の蒸着源より蒸着することを特徴とする請求項1記載
の半導体薄膜の製造方法。
7. The method for producing a semiconductor thin film according to claim 1, wherein the vapor deposition is performed from a vapor deposition source of a solid solution of In, Ga, Se and S on the substrate.
【請求項8】 基板上にIn、Ga、Se及びSの内の
少なくとも3つの薄膜を積層し、これを、真空雰囲気、
不活性ガス雰囲気、Se雰囲気及びS雰囲気の内の少な
くとも1つの雰囲気中で、熱処理することを特徴とする
請求項1記載の半導体薄膜の製造方法。
8. At least three thin films of In, Ga, Se and S are stacked on a substrate, and the thin films are formed in a vacuum atmosphere.
2. The method according to claim 1, wherein the heat treatment is performed in at least one of an inert gas atmosphere, a Se atmosphere, and an S atmosphere.
【請求項9】 基板上にIn又はGaの薄膜、或いは、
それらの両方の薄膜を積層し、これを、S雰囲気又はS
e雰囲気、或いは、それら2つを組み合わせた雰囲気中
で、熱処理することを特徴とする請求項1記載の半導体
薄膜の製造方法。
9. A thin film of In or Ga on a substrate, or
Both of these thin films are laminated, and this is called S atmosphere or S atmosphere.
2. The method according to claim 1, wherein the heat treatment is performed in an e atmosphere or an atmosphere in which the two are combined.
【請求項10】 基板上にカルコパイライト構造の半導
体層、バッファー層及び透明電極層を順次有する太陽電
池において、バッファー層として、(InxGa1-x
(Sey1-yz[式中、x及びyは、0〜1の値であ
り、そして、zは、1〜1.5の値である。]固溶体を
主体としてなる半導体薄膜を有することを特徴とする太
陽電池。
10. A solar cell having a semiconductor layer having a chalcopyrite structure, a buffer layer, and a transparent electrode layer in that order on a substrate, wherein the buffer layer comprises (In x Ga 1 -x )
(Se y S 1-y ) z [where x and y are values from 0 to 1, and z is a value from 1 to 1.5. ] A solar cell comprising a semiconductor thin film mainly composed of a solid solution.
【請求項11】 カルコパイライト構造の半導体層がC
uInSe2 、CuInS2、Cu(In,Ga)S
2、CuIn(S,Se)2 、Cu(In,Ga)
(S,Se)2又はCu(In,Ga)S2よりなること
を特徴とする請求項10記載の太陽電池。
11. A semiconductor layer having a chalcopyrite structure comprising C
uInSe 2 , CuInS 2 , Cu (In, Ga) S
e 2 , CuIn (S, Se) 2 , Cu (In, Ga)
(S, Se) 2 or Cu (In, Ga) solar cell according to claim 10, wherein a formed of S 2.
【請求項12】 透明電極層がZnO又はZnOにII
Ib族元素をドープした半導体薄膜よりなることを特徴
とする請求項10又は11記載の太陽電池。
12. The transparent electrode layer is made of ZnO or ZnO.
The solar cell according to claim 10, comprising a semiconductor thin film doped with a group Ib element.
【請求項13】 IIIb族元素がB又はAlであるこ
とを特徴とする請求項12記載の太陽電池。
13. The solar cell according to claim 12, wherein the group IIIb element is B or Al.
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WO2009141132A2 (en) * 2008-05-19 2009-11-26 Avancis Gmbh & Co. Kg Layer system for solar cells
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