JPWO2008120306A1 - Cis系薄膜太陽電池デバイスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、併せて、バッファ層表面に付着するコロイド状固形物を除去することにより、バッファ層被覆部での透明性及び高抵抗がさらに効果的に保持される。
本実施形態に係るCIS系薄膜太陽電池デバイスの製造方法を用いたCIS系薄膜太陽電池デバイスの一連の製造工程は、図2に示すように、アルカリバリア層3Bの製膜工程P1、金属裏面電極層3Cの製膜工程P2、p型CIS系光吸収層3Dの製膜工程P3、p型光吸収層3D表面に付着する付着物を洗浄除去するプレリンス工程P4、n型高抵抗バッファ層3Eの製膜を行なうバッファ層製膜工程P5、n型高抵抗バッファ層3E表面のコロイド状固形物を洗浄除去するリンス工程P6、リンス工程P6後のデバイスの水きり・乾燥を行なう乾燥工程P7、n型窓層3Fの製膜工程P8からなる。
プレリンス工程P4は、p型光吸収層3Dの製膜工程においてp型光吸収層3Dの表面に付着した付着物を、第一のプレリンス槽A1内においてプレリンス液により洗浄する工程と、当該洗浄に使用したプレリンス液をフィルタにかけて濾過することにより液中の上記付着物を除去した後、これを循環させて第2のプレリンス槽A2内に導水し、当該プレリンス槽A2内で光吸収層が製膜された基板の表面を濯ぐ工程とからなる。なお、プレリンス液ないしプレリンス槽A1、A2は、バッファ層成長槽と温度差がないように、バッファ層成長槽の温度と略同一の60〜85℃程度に加熱して使用する。
この付着物は、p型CIS系光吸収層3Dの製膜時に付着したもので、イオウ又はセレンの単体、化合物あるいは混合物からなる。
プレリンス液は、純水が好ましいが、アンモニア水又は低級アミン溶液を使用することもできる。
なお、プレリンス液による洗浄においては、プレリンス液中でエア又は窒素ガスを泡立てることで、洗浄効果を高めることができる。
また、プレリンス工程P4において使用され、プレリンス槽A1、A2から排出されるプレリンス液は、フィルタにかけて濾過することにより液中の上記付着物を除去した後、これを循環させてプレリンス槽A1、A2内に導水させて再利用することもできる。
この際、プレリンス槽Aとバッファ層成長槽Bとの間に温度差がないので、バッファ層成長槽Bの温度が安定し、温度制御が容易になる。
リンス工程P6は、バッファ層製膜工程P5においてn型高抵抗バッファ層3Eの表面に付着したコロイド状固形物を、第1のリンス槽C1内でリンス液により洗浄する工程と、当該洗浄に使用したリンス液をフィルタにかけて濾過することにより液中の上記コロイド状固形物を除去した後、これを循環させて第2のリンス槽C2内に導水し、当該リンス槽C2内でバッファ層3Eが製膜された基板の表面を濯ぐ工程とからなる。
リンス液としては、純水を用いるのが好適である。
なお、リンス液による洗浄においては、リンス液中でエア又は窒素ガスを泡立てることで、洗浄効果を高めることができる。
また、リンス工程P6において使用され、リンス槽C1、C2から排出されるリンス液は、フィルタにかけて濾過することにより液中の上記コロイド状固形物を除去した後、これを循環させてリンス槽C1、C2内に導水させて再利用することもできる。
乾燥工程P7における水切り・乾燥は、例えば、ドライエアナイフ等により行なうことができる。
乾燥工程P7により乾燥した後、n型窓層製膜工程P8において、スパッタリング法、MOCVD法などによりn型窓層3Fを製膜することになるが、製膜時に所定温度に設定したホットプレート上に基板3Aを載せて加熱状態で製膜することで、加熱・乾燥工程を別途設ける必要がない。
Eff〔%〕=VOC〔V〕×ISC〔A〕×FF/(受光面積〔m2〕×1000〔W/m2〕)…(1)
したがって、図3のFFの測定結果から、本実施形態により製造されたCIS系薄膜太陽電池デバイス3は、従来のCIS系薄膜太陽電池デバイス3’よりもFFが向上することが判明し、上記式(1)からEff〔%〕はFFに正比例するので、Eff〔%〕も向上する。
3A 基板
3B アルカリバリア層
3C 金属裏面電極層
3D p型CIS系光吸収層
3E n型高抵抗バッファ層
3F n型窓層(透明導電膜)
P1 アルカリバリア層製膜工程
P2 金属裏面電極層製膜工程
P3 p型光吸収層製膜工程
P4 プレリンス工程
P5 バッファ層製膜工程
P6 リンス工程
P7 乾燥工程
P8 n型窓層製膜工程
A1 第1プレリンス槽
A2 第2プレリンス槽
B バッファ層成長槽
C リンス槽
C1 第1リンス槽
C2 第2リンス槽
Claims (18)
- 基板上に、金属裏面電極層、p型の導電形を有するCIS系光吸収層(第1の多元化合物半導体薄膜)、n型バッファ層、上記CIS系光吸収層と反対の導電形を有し導電性を有するn型窓層(透明導電膜)が順次積層されたサブストレート構造のpnヘテロ接合からなるCIS系薄膜太陽電池デバイスの製造方法であって、
上記バッファ層の製膜工程前に、上記CIS系光吸収層の表面に付着する付着物を、プレリンス液により洗浄して除去する第一のプレリンス工程を有する、
ことを特徴とするCIS系薄膜太陽電池デバイスの製造方法。 - プレリンス液はバッファ層成長槽の温度と略同一の温度に加熱されている、
請求項1記載のCIS系薄膜太陽電池デバイスの製造方法。 - プレリンス液として、純水、アンモニア水、又は低級アミン溶液のいずれかを使用する、
請求項1又は2記載のCIS系薄膜太陽電池デバイスの製造方法。 - 上記プレリンス工程において、プレリンス液中でエアまたは窒素ガスを泡立てる、
請求項1乃至3いずれかの項に記載のCIS系薄膜太陽電池デバイスの製造方法。 - 上記基板表面をプレリンス液により濯ぐ第二のプレリンス工程と、を有する、
請求項1乃至4いずれかの項に記載のCIS系薄膜太陽電池デバイスの製造方法。 - フィルタにより、上記第一又は第二のプレリンス工程において使用した使用済みプレリンス液から上記付着物を除去した後にプレリンス液として再使用する工程を有する、
請求項5記載のCIS系薄膜太陽電池デバイスの製造方法。 - 上記第一又は第二のプレリンス工程において使用され、廃液とした排出されるプレリンス液をフィルタにより濾過する工程と、
上記濾過されたプレリンス液をバッファ層を成長させるための薬液調合用純水として使用する、
請求項1乃至6いずれかの項に記載のCIS系薄膜太陽電池デバイスの製造方法。 - 基板上に、金属裏面電極層、p型の導電形を有するCIS系光吸収層(第1の多元化合物半導体薄膜)、n型バッファ層、上記CIS系光吸収層と反対の導電形を有し導電性を有するn型窓層(透明導電膜)が順次積層されたサブストレート構造のpnヘテロ接合からなるCIS系薄膜太陽電池デバイスの製造方法であって、
上記バッファ層製膜工程後に、バッファ層製膜時にバッファ層表面に生成し付着するコロイド状固形物をリンス液により洗浄除去する第一のリンス工程、を有する、
ことを特徴とするCIS系薄膜太陽電池デバイスの製造方法。 - 上記リンス液は純水である、
請求項8記載のCIS系薄膜太陽電池デバイスの製造方法。 - 上記第一又は第二のリンス工程において、リンス液中でエアまたは窒素ガスを泡立てる、
請求項8又は9記載のCIS系薄膜太陽電池デバイスの製造方法。 - 上記基板表面をリンス液により濯ぐ第二のリンス工程、を有する、
請求項8乃至10いずれかの項に記載のCIS系薄膜太陽電池デバイスの製造方法。 - フィルタにより、上記第一又は第二のリンス工程において使用した使用済みリンス液から上記コロイド状固形物を除去した後にリンス液として再使用する工程、を有する、
請求項8乃至11いずれかの項に記載のCIS系薄膜太陽電池デバイスの製造方法。 - 上記第一又は第二のリンス工程において使用され、廃液とした排出されるリンス液をフィルタにより濾過する工程と、
上記濾過されたリンス液をバッファ層を成長させるための薬液調合用純水として使用する、
請求項8乃至12いずれかの項に記載のCIS系薄膜太陽電池デバイスの製造方法。 - 上記第一又は第二のリンス工程後に、水切り・乾燥を行なう工程、を有する、
請求項8乃至13いずれかの項に記載のCIS系薄膜太陽電池デバイスの製造方法。 - 上記CIS系薄膜太陽電池デバイスは、基板と金属裏面電極層との間にアルカリバリア層が形成されている、
請求項1乃至14いずれかの項に記載のCIS系薄膜太陽電池デバイスの製造方法。 - 上記p型CIS系光吸収層は、2セレン化銅インジウム(CuInSe2)、2セレン化銅インジウム・ガリウム(CuInGaSe2)、2セレン化銅ガリウム(CuGaSe2)、2セレン・イオウ化銅インジウム・ガリウム(Cu(InGa)(SSe)2)、2イオウ化銅インジウム(CuInS2)、2イオウ化銅ガリウム(CuGaS2)、2イオウ化銅インジウム・ガリウム(CuInGaS2)、薄膜の2セレン・イオウ化銅インジウム・ガリウム(Cu(InGa)(SSe)2)のいずれか一つ又はこれらの組合せからなるI-III-VI2族カルコパイライト半導体を表面層として有する2セレン化銅インジウム・ガリウム(CuInGaSe2)などのp型半導体からなる、
請求項1乃至15いずれかの項に記載のCIS系薄膜太陽電池デバイスの製造方法。 - 上記バッファ層は亜鉛混晶化合物半導体薄膜で、ZnO、ZnS、Zn(OH)2 のいずれか1つ又はこれらの組合せからなる、
請求項1乃至16いずれかの項に記載のCIS系薄膜太陽電池デバイスの製造方法。 - 上記バッファ層の製膜工程において、純水中に、アンモニア水、亜鉛源、硫黄源を溶解して所定の高抵抗バッファ層成長溶液を調合する溶液成長法により、バッファ層成長槽を70〜90℃の溶液温度に保持して、バッファ層を製膜する、
請求項1乃至17いずれかの項に記載のCIS系薄膜太陽電池デバイスの製造方法。
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