JPWO2009116626A1 - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
基板上に、下部電極層、Ｉｂ族元素、ＩＩＩｂ族元素及びＶＩｂ族元素を含むカルコパイライト構造の光電変換層、上部電極層を順次形成してなる太陽電池において、前記基板と前記下部電極層との間にケイ酸塩層を備えてなることを特徴とする太陽電池。
Description
本発明は、太陽電池及びその製造方法に関し、更に詳しくは、無アルカリガラス基板、金属基板、耐熱性のプラスチック基板等を用いたＣｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）（ＳｅｙＳ１−ｙ）２（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を主成分とするＣＩＳ系太陽電池のさらなる高効率化が可能な技術に関するものである。
近年、次世代の太陽電池として、従来の結晶シリコン系と異なり銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、セレン（Ｓｅ）等の金属化合物（ＣＩＳ系薄膜）からなる光電変換層に下部電極層及び上部電極層を設けた構造のＣＩＳ系太陽電池が注目されている。このＣＩＳ系太陽電池は、構造が簡単で大面積も容易、製造工程がシンプルで省エネルギー化が可能等の利点を備えていることから、様々な研究がなされ、提案もなされている。
ＣＩＳ系太陽電池を高性能化するためには、光電変換層にナトリウム（Ｎａ）等のアルカリ金属を添加する必要がある。一般にソーダ石灰（Ｎａ２Ｏ・ＣａＯ・５ＳｉＯ２）を主成分とするソーダ石灰ガラス等を基板に用いる場合には、基板に含まれるアルカリ金属が光電変換層のＣＩＳ系金属中に拡散するために、意図的にアルカリ金属を添加する必要は無い。一方、耐熱性に優れた無アルカリガラスや低アルカリガラスを基板に用いようとする場合、あるいは、フレキシブル太陽電池を作製する目的で金属箔基板やポリイミド等のプラスチック基板を用いようとする場合には、基板からのアルカリ金属の拡散が期待できないために、アルカリプリカーサを用いることによって、アルカリ金属をＣＩＳ系薄膜中に拡散する必要がある。
この場合、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）等をアルカリプリカーサとして用いるのが一般的であり、例えば、下部電極層上に蒸着する方法（非特許文献１）、あるいは、ＣＩＳ系光電変換層を形成した後、この光電変換層上に蒸着し、加熱処理することにより拡散させる方法（非特許文献２、３）等が用いられている。
Ｖ．プロブス他、「アドバンスト スタックト エレメンタル レイヤー プロセス フォー Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２ スィン フィルム フォトボルタイック デバイシズ」、エムアールエス シンポジウム プロシーディング、米国材料学会、１９９６年、４２６巻 ｐ．１６５ (V.Probst, et al., Advanced stacked elemental layer process for Cu(In,Ga)Se２ thin film photovoltaic devices, MRS Symp. Proc., Material Research Society, vol.426(1996) p.165) Ｄ．ルドマン他、「エフィシェンシー エンハンスメント オブ Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２ ソーラー セルズ デュー トウ ポストーデポジション Ｎａ インコーポレーション」、アプライド フィジックス レターズ、米国物理学会、２００４年、第８４巻、ｐ．１１２９ (D.Rudmann,et al., Efficiency enhancement of Cu(In,Ga)Se２ solar cells due to post-deposition Na incorporation, APL, American Institute of Physical, vol.84, 1129(2004)) Ｄ．ルドマン他、「Ｎａ インコーポレーション イントウ Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２ フォー ハイーエフィッシェンシー フレキシブル ソーラー セルズオン ポリマー フォイルス」、ジャーナル オブ アプライド フィジックス、米国物理学会、２００５年、第９７巻、ｐ．０８４９０３−１−５(D.Rudmann,et al., Na incorporation into Cu(In,Ga)Se２ for high-efficiency flexible solar cells on polymer foils, JAP, American Institute of Physics, vol.97, 084903-1-5(2004))
Ｖ．プロブス他、「アドバンスト スタックト エレメンタル レイヤー プロセス フォー Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２ スィン フィルム フォトボルタイック デバイシズ」、エムアールエス シンポジウム プロシーディング、米国材料学会、１９９６年、４２６巻 ｐ．１６５ (V.Probst, et al., Advanced stacked elemental layer process for Cu(In,Ga)Se２ thin film photovoltaic devices, MRS Symp. Proc., Material Research Society, vol.426(1996) p.165) Ｄ．ルドマン他、「エフィシェンシー エンハンスメント オブ Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２ ソーラー セルズ デュー トウ ポストーデポジション Ｎａ インコーポレーション」、アプライド フィジックス レターズ、米国物理学会、２００４年、第８４巻、ｐ．１１２９ (D.Rudmann,et al., Efficiency enhancement of Cu(In,Ga)Se２ solar cells due to post-deposition Na incorporation, APL, American Institute of Physical, vol.84, 1129(2004)) Ｄ．ルドマン他、「Ｎａ インコーポレーション イントウ Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２ フォー ハイーエフィッシェンシー フレキシブル ソーラー セルズオン ポリマー フォイルス」、ジャーナル オブ アプライド フィジックス、米国物理学会、２００５年、第９７巻、ｐ．０８４９０３−１−５(D.Rudmann,et al., Na incorporation into Cu(In,Ga)Se２ for high-efficiency flexible solar cells on polymer foils, JAP, American Institute of Physics, vol.97, 084903-1-5(2004))
ところで、従来からよく用いられているフッ化ナトリウム（ＮａＦ）等のアルカリプリカーサの多くは、吸湿性、潮解性等を有しているために、下部電極層上に蒸着する方法では、下部電極層上に蒸着した後に大気中に長時間放置することにより、光電変換層を形成する前に変質してしまう等の問題点があった。
また、光電変換層上に蒸着した後に加熱処理する方法では、蒸着工程後に加熱処理工程が必要となるために、工程数が増加し、製造コストも上昇することとなり、産業的にデメリットが大きいという問題点があった。
また、光電変換層上に蒸着した後に加熱処理する方法では、蒸着工程後に加熱処理工程が必要となるために、工程数が増加し、製造コストも上昇することとなり、産業的にデメリットが大きいという問題点があった。
また、いずれの方法においても、下部電極層と光電変換層との界面、あるいは、光電変換層とバッファ層との界面、というデバイス機能上極めて重要な部分にアルカリプリカーサという異物が存在するものであるから、太陽電池の高性能化を図る上で性能劣化を招きかねない懸案事項であった。
特に、近年、薄膜系太陽電池の中でも最も高性能のＣＩＳ系太陽電池の特徴を生かしたフレキシブル型太陽電池等への関心が高まっており、金属箔やプラスチックを初めとする各種フレキシブル基板等、無アルカリあるいは低アルカリの基板を用いた高性能のＣＩＳ系太陽電池を実用化するために、光電変換層にナトリウム（Ｎａ）等のアルカリ金属を添加するための簡便かつ機能的な方法の開発が望まれていた。
特に、近年、薄膜系太陽電池の中でも最も高性能のＣＩＳ系太陽電池の特徴を生かしたフレキシブル型太陽電池等への関心が高まっており、金属箔やプラスチックを初めとする各種フレキシブル基板等、無アルカリあるいは低アルカリの基板を用いた高性能のＣＩＳ系太陽電池を実用化するために、光電変換層にナトリウム（Ｎａ）等のアルカリ金属を添加するための簡便かつ機能的な方法の開発が望まれていた。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、ＣＩＳ系太陽電池の光電変換層にナトリウム（Ｎａ）等のアルカリ金属を簡便かつ機能的に添加した太陽電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者等は、上記の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、基板と下部電極層との間にケイ酸塩層を設ければ、このケイ酸塩層に由来するアルカリ金属が裏面電極層を通過してＣＩＳ系薄膜中に拡散されるため、Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）（ＳｅｙＳ１−ｙ）２（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を主成分とするＣＩＳ系太陽電池のさらなる高効率化が可能であり、特性劣化等の虞も無く、製造工程における変質や製造コストの上昇等も無いことを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の太陽電池は、基板上に、下部電極層、Ｉｂ族元素、ＩＩＩｂ族元素及びＶＩｂ族元素を含むカルコパイライト構造の光電変換層、上部電極層を順次形成してなる太陽電池において、前記基板と前記下部電極層との間にケイ酸塩層を備えてなることを特徴とする。
前記カルコパイライト構造の光電変換層は、Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）（ＳｅｙＳ１−ｙ）２（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を主成分とするＣＩＳ系光電変換層であることが好ましい。
前記ケイ酸塩層は、ａＸ２Ｏ・ｂＹＯ・ｃＳｉＯ２（ａ、ｂ、ｃは正の整数、ＸはＩａ族アルカリ金属元素、ＹはＩＩａ族アルカリ土類金属元素）を主成分としたことが好ましい。
前記基板は、耐熱性ポリイミドからなることが好ましい。
前記ケイ酸塩層は、ａＸ２Ｏ・ｂＹＯ・ｃＳｉＯ２（ａ、ｂ、ｃは正の整数、ＸはＩａ族アルカリ金属元素、ＹはＩＩａ族アルカリ土類金属元素）を主成分としたことが好ましい。
前記基板は、耐熱性ポリイミドからなることが好ましい。
前記耐熱性ポリイミドは、下記式（Ｉ）
（ただし、Ａｒ１は炭素数６〜２０の４価の芳香族基であり、Ａｒ２は炭素数６〜２０の非反応性の置換基を含んでもよい２価の芳香族基である）
からなる繰り返し単位を有する全芳香族ポリイミドであることが好ましい。
（ただし、Ａｒ１は炭素数６〜２０の４価の芳香族基であり、Ａｒ２は炭素数６〜２０の非反応性の置換基を含んでもよい２価の芳香族基である）
からなる繰り返し単位を有する全芳香族ポリイミドであることが好ましい。
本発明の太陽電池の製造方法は、基板上に、ケイ酸塩層、下部電極層、Ｉｂ族元素、ＩＩＩｂ族元素及びＶＩｂ族元素を含むカルコパイライト構造の光電変換層、上部電極層を順次形成してなる太陽電池の製造方法であって、前記基板上に、マグネトロンスパッタリングにより前記ケイ酸塩層を成膜することを特徴とする。
前記マグネトロンスパッタリングは、高周波マグネトロンスパッタリングであることが好ましい。
本発明の太陽電池によれば、基板と下部電極層との間に、吸湿性、潮解性等を有しないケイ酸塩層を備えたので、従来のように下部電極層上や光電変換層上にフッ化ナトリウム（ＮａＦ）等のアルカリプリカーサを蒸着する場合と異なり、基板と下部電極層との界面や光電変換層とバッファ層との界面における接合性を損なうこと無く、ＣＩＳ系太陽電池を高性能化することができる。
また、基板と下部電極層との間にケイ酸塩層を備えたことで、基板材料として無アルカリガラスや低アルカリガラス、金属箔、ポリイミド等のプラスチック等を広く用いることができる。特に金属箔を基板とした場合、太陽電池の集積化のために基板と下部電極層との間に電気的絶縁層が必要とされるが、ケイ酸塩層はこの絶縁層としての役割も果たす。したがって、基板材料の選択肢が拡がり、軽量フレキシブル等、多種多様の形状や特性を有するＣＩＳ系太陽電池を実現することができる。
本発明の太陽電池の製造方法によれば、基板上に、マグネトロンスパッタリングによりケイ酸塩層を成膜するので、基板と下部電極層との界面や光電変換層とバッファ層との界面における接合性を損なうことが無く、高性能のＣＩＳ系太陽電池を容易かつ低コストにて作製することができる。
また、基板上に、マグネトロンスパッタリングによりケイ酸塩層を成膜するので、基板材料として無アルカリガラスや低アルカリガラス、金属箔、ポリイミド等のプラスチック等を広く用いることができ、したがって、多種多様の形状や特性を有するＣＩＳ系太陽電池を作製することができる。
また、基板上に、マグネトロンスパッタリングによりケイ酸塩層を成膜するので、基板材料として無アルカリガラスや低アルカリガラス、金属箔、ポリイミド等のプラスチック等を広く用いることができ、したがって、多種多様の形状や特性を有するＣＩＳ系太陽電池を作製することができる。
１ 基板
２ ケイ酸塩層
３ 裏面電極層
４ ＣＩＳ系光電変換層
５ バッファ層
６ 高抵抗酸化亜鉛層
７ 透明導電層
８ グリッド電極
２ ケイ酸塩層
３ 裏面電極層
４ ＣＩＳ系光電変換層
５ バッファ層
６ 高抵抗酸化亜鉛層
７ 透明導電層
８ グリッド電極
本発明の太陽電池及びその製造方法を実施するための最良の形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
図１は、本発明の一実施形態のＣＩＳ系太陽電池の積層構造を示す断面図であり、図１において、１は基板、２はケイ酸塩層、３はモリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属からなる裏面電極層（下部電極層）、４はＣＩＳ系光電変換層、５は硫化カドミウム（ＣｄＳ）等からなるバッファ層、６は高抵抗酸化亜鉛層、７は酸化亜鉛系透明導電材料からなる透明導電層（上部電極層）、８はアルミニウム（Ａｌ）からなるグリッド電極である。
基板１の材料としては、無アルカリガラス、低アルカリガラス、セラミックス、チタン（Ｔｉ）やステンレススチール等の金属箔、耐熱性ポリイミド等のプラスチック、カーボンファイバ等の無機材料を用いることができる。この基板１の形状は、板状、シート状、フィルム状等、その用途や特性に応じて適宜選択して使用することができる。
耐熱性ポリイミドは、下記式（Ｉ）
（ただし、Ａｒ１は炭素数６〜２０の４価の芳香族基であり、Ａｒ２は炭素数６〜２０の非反応性の置換基を含んでもよい２価の芳香族基である）
からなる繰り返し単位を有する全芳香族ポリイミドが好適に用いられる。
（ただし、Ａｒ１は炭素数６〜２０の４価の芳香族基であり、Ａｒ２は炭素数６〜２０の非反応性の置換基を含んでもよい２価の芳香族基である）
からなる繰り返し単位を有する全芳香族ポリイミドが好適に用いられる。
好ましいＡｒ１およびＡｒ２の具体例としては、以下の芳香族テトラカルボン酸成分および芳香族ジアミン成分を構成するものが挙げられる。
ポリイミドを構成する芳香族テトラカルボン酸成分としては、ピロメリット酸を挙げることができるが、使用する芳香族テトラカルボン酸成分として、２５モル％を超えない範囲で他の芳香族テトラカルボン酸を使用しても良い。
ポリイミドを構成する芳香族テトラカルボン酸成分としては、ピロメリット酸を挙げることができるが、使用する芳香族テトラカルボン酸成分として、２５モル％を超えない範囲で他の芳香族テトラカルボン酸を使用しても良い。
使用可能な芳香族テトラカルボン酸としては、例えば１，２，３，４−ベンゼンテトラカルボン酸、２，３，５，６−ピリジンテトラカルボン酸、２，３，４，５−チオフェンテトラカルボン酸、２，２’，３，３’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、２，３’，３，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸、２，２’，３，３’−ビフェニルテトラカルボン酸、２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸、３，３’，４，４’−ｐ−テルフェニルテトラカルボン酸、２，２’，３，３’−ｐ−テルフェニルテトラカルボン酸、２，３，３’，４’−ｐ−テルフェニルテトラカルボン酸、１，２，４，５−ナフタレンテトラカルボン酸、１，２，５，６−ナフタレンテトラカルボン酸、１，２，６，７−ナフタレンテトラカルボン酸、１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸、２，３，６，７−ナフタレンテトラカルボン酸、２，３，６，７−アントラセンテトラカルボン酸、１，２，５，６−アントラセンテトラカルボン酸、１，２，６，７−フェナンスレンテトラカルボン酸、１，２，７，８−フェナンスレンテトラカルボン酸、１，２，９，１０−フェナンスレンテトラカルボン酸、３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸、２，６−ジクロロナフタレン−１，４，５，８−テトラカルボン酸、２，７−ジクロロナフタレン−１，４，５，８−テトラカルボン酸、２，３，６，７−テトラクロロナフタレン−１，４，５，８−テトラカルボン酸、１，４，５，８−テトラクロロナフタレン−２，３，６，７−テトラカルボン酸、ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）エーテル、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）エーテル、ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）メタン、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）メタン、ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）スルホン、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）スルホン、１，１−ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）エタン、１，１−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）エタン、２，２−ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）プロパン、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）プロパン、２，６−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ピリジン、１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロ−２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）プロパン、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ジメチルシラン等が挙げられる。
また、これらの芳香族テトラカルボン酸成分は二種以上を同時に併用することもできる。好ましい芳香族テトラカルボン酸成分としては、ピロメリット酸単独からなるものが好ましいが、その他にも、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、および、１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸あるいは、それらの組合せからなるものを使用したものが好ましいものとして例示される。
上記の式（１）におけるＡｒ２をイミド化反応後に構成する芳香族ジアミン成分としては、例えば１，４−フェニレンジアミン、１，３−フェニレンジアミン、１，４−ジアミノナフタレン、１，５−ジアミノナフタレン、２，６−ジアミノナフタレン、２，７−ジアミノナフタレン、２，５−ジアミノピリジン、２，６−ジアミノピリジン、３，５−ジアミノピリジン、２，４−ジアミノトルエンベンジジン、３，３’−ジアミノビフェニル、４，４’−ジアミノビフェニル、３，３’−ジクロロベンジジン、３，３’−ジメチルベンジジン、３，３’−ジメトキシベンジジン、２，２’−ジアミノベンゾフェノン、４，４’−ジアミノベンゾフェノン、３，３’−ジアミノジフェニルエーテル、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、３，４’−ジアミノジフェニルエーテル、３，３’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、３，４’−ジアミノジフェニルスルホン、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン、３，３’−ジアミノジフェニルスルフィド、３，４’−ジアミノジフェニルスルフィド、４，４’−ジアミノジフェニルスルフィド、４，４’−ジアミノジフェニルチオエーテル、１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，４−ビス（３−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、４，４’−ビス（３−アミノフェノキシ）ジフェニルスルホン、４，４’−ビス（４−アミノフェノキシ）ジフェニルスルホン、４，４’−ビス（４−アミノフェノキシ）ビフェニル、ビス［４−（３−アミノフェノキシ）フェニル］スルホン、ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］スルホン、ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］エーテル、等およびそれらのハロゲン原子あるいはアルキル基による芳香核置換体が挙げられる。
上記の芳香族ジアミン成分は二種以上を同時に併用することもできる。また、好ましい芳香族ジアミン成分としては、１，４−フェニレンジアミン、１，３−フェニレンジアミン、３，４’−ジアミノジフェニルエーテルおよび１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）ベンゼン、４，４’−ジアミノジフェニルエーテルが例示される。更に好ましい芳香族ジアミン成分としては、全ジアミン成分に基づき、１，４−フェニレンジアミンが３０モル％以上とすることで、１００〜２５０℃の温度での線膨張係数が１２ｐｐｍ／℃以下のポリイミドフィルムを得ることが可能である。１，４−フェニレンジアミン成分が多いほど、線膨張係数を１２ｐｐｍ／℃以下とすることが容易になるため、１，４−フェニレンジアミンの使用量としては、４０〜１００モル％が好ましく、より好ましくは１，４−フェニレンジアミンが５０〜１００モル％であり、更に好ましくは６０〜１００モル％である。
ただし、パラ配向のフェニレンジアミン、例えば、３，４’−ジアミノジフェニルエーテル、１，４−ジアミノナフタレン、２，６−ジアミノナフタレン、４，４’−ジアミノビフェニル、３，４’−ジアミノジフェニルスルフィドなどを使用する場合には、１，４−フェニレンジアミンの比率を少なくすることが可能である。この場合には、１，４−フェニレンジアミンの比率は、３０〜９０モル％であることがより好ましく、３５〜８０モル％であり、更に好ましくは４０〜７０モル％であり、更に好ましくは４５〜６０モル％である。
上述のようにポリイミドはピロメリット酸成分と別種の芳香族テトラカルボン酸成分、１，４−フェニレンジアミンと別種のジアミン成分とを含む共重合体であることが好ましいが、なかでも以下の繰り返し単位（Ａ）〜（Ｄ）からなり、繰り返し単位（Ａ）と繰り返し単位（Ｂ）とのモル比が８０：２０〜２０：８０であり、繰り返し単位（Ｃ）と繰り返し単位（Ｄ）とのモル比が９５：５〜５：９５である４元共重合ポリイミドが好ましい。
（Ａ）
（Ｂ）
（Ｃ）
（Ｄ）
繰り返し単位（Ａ）と繰り返し単位（Ｂ）とのモル比は、好ましくは７０：３０〜３０：７０であり、より好ましくは５５：４５〜４５：５５である。
繰り返し単位（Ｃ）と繰り返し単位（Ｄ）とのモル比は、好ましくは９５：５〜５０：５０である。
繰り返し単位（Ｃ）と繰り返し単位（Ｄ）とのモル比は、好ましくは９５：５〜５０：５０である。
ケイ酸塩層２は、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の網目状構造の中に、網目修飾体（Network-modifier）あるいは網目修飾イオンと称されるアルカリ金属（Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ）やアルカリ土類金属（Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ）が部分的に入り込んで安定な構造となったもので、薄膜形成後に大気中にしばらくの間放置しても安定であるために変質等の虞も無く、また、拡散等のための特別な加熱処理等も必要が無い。
このケイ酸塩層２としては、ａＸ２Ｏ・ｂＹＯ・ｃＳｉＯ２（ａ、ｂ、ｃは正の整数、ＸはＩａ族アルカリ金属元素、ＹはＩＩａ族アルカリ土類金属元素）を主成分としたものが好ましい。ａＸ２Ｏ・ｂＹＯ・ｃＳｉＯ２で表される主成分の具体例としては、Ｎａ２Ｏ・ＣａＯ・５ＳｉＯ２、Ｎａ２Ｏ・２ＭｇＯ・６ＳｉＯ２等が挙げられる。これらの中でも、Ｎａ２Ｏ・ＣａＯ・５ＳｉＯ２を主成分とするソーダ石灰ガラスが好適である。このケイ酸塩層２の膜厚は２０ｎｍ〜５００ｎｍ程度である。
このケイ酸塩層２としては、ａＸ２Ｏ・ｂＹＯ・ｃＳｉＯ２（ａ、ｂ、ｃは正の整数、ＸはＩａ族アルカリ金属元素、ＹはＩＩａ族アルカリ土類金属元素）を主成分としたものが好ましい。ａＸ２Ｏ・ｂＹＯ・ｃＳｉＯ２で表される主成分の具体例としては、Ｎａ２Ｏ・ＣａＯ・５ＳｉＯ２、Ｎａ２Ｏ・２ＭｇＯ・６ＳｉＯ２等が挙げられる。これらの中でも、Ｎａ２Ｏ・ＣａＯ・５ＳｉＯ２を主成分とするソーダ石灰ガラスが好適である。このケイ酸塩層２の膜厚は２０ｎｍ〜５００ｎｍ程度である。
このケイ酸塩層２は、従来の様に裏面電極層３上に設けるのではなく、基板１と裏面電極層３との間に設けたことにより、このケイ酸塩層２に含まれるアルカリ金属がＣＩＳ系光電変換層４成膜時に生じる高温により裏面電極層３を通過・拡散し、ＣＩＳ系光電変換層４に添加される。
この構造では、ＣＩＳ系太陽電池の特性発現の上で極めて重要な部分である裏面電極層３とＣＩＳ系光電変換層４との間、あるいはＣＩＳ系光電変換層４とバッファ層５との間に、アルカリプリカーサという異物を挟み込む必要がないので、この異物に起因する特性劣化が無く、高性能のＣＩＳ系太陽電池を得ることができる。
この構造では、ＣＩＳ系太陽電池の特性発現の上で極めて重要な部分である裏面電極層３とＣＩＳ系光電変換層４との間、あるいはＣＩＳ系光電変換層４とバッファ層５との間に、アルカリプリカーサという異物を挟み込む必要がないので、この異物に起因する特性劣化が無く、高性能のＣＩＳ系太陽電池を得ることができる。
ＣＩＳ系光電変換層４は、Ｉｂ族元素（Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ）、ＩＩＩｂ族元素（Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ）及びＶＩｂ族元素（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏ）を含むカルコパイライト構造の半導体薄膜であり、例えば、Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）（ＳｅｙＳ１−ｙ）２（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を主成分とするＣＩＳ系の半導体薄膜である。ここで、ＧａやＳが固溶していない場合（ｘ＝ｙ＝０）には、ＣｕＩｎＳｅ２からなる半導体薄膜となる。
次に、本実施形態のＣＩＳ系太陽電池の製造方法について説明する。
ケイ酸塩層２の出発原料となるケイ酸塩からなるスパッタリングターゲットを用いて、マグネトロンスパッタリング、好ましくは高周波（ＲＦ）マグネトロンスパッタリングにより、基板１上にケイ酸塩層２を、膜厚が２０ｎｍ〜５００ｎｍ程度となるように成膜する。
次いで、モリブデン（Ｍｏ）からなるスパッタリングターゲットを用いて、ケイ酸塩層２上にスパッタリングにより裏面電極層３を、膜厚が１００ｎｍ〜２０００ｎｍ、好ましくは８００ｎｍ程度となるように成膜する。
ケイ酸塩層２の出発原料となるケイ酸塩からなるスパッタリングターゲットを用いて、マグネトロンスパッタリング、好ましくは高周波（ＲＦ）マグネトロンスパッタリングにより、基板１上にケイ酸塩層２を、膜厚が２０ｎｍ〜５００ｎｍ程度となるように成膜する。
次いで、モリブデン（Ｍｏ）からなるスパッタリングターゲットを用いて、ケイ酸塩層２上にスパッタリングにより裏面電極層３を、膜厚が１００ｎｍ〜２０００ｎｍ、好ましくは８００ｎｍ程度となるように成膜する。
次いで、Ｉｂ族元素（Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ）、ＩＩＩｂ族元素（Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ）及びＶＩｂ族元素（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏ）をそれぞれ独立した蒸着源とし、これらの蒸着源を用いた多元蒸着法により、裏面電極層３上にＣＩＳ系光電変換層４を、膜厚が１μｍ〜３μｍ、好ましくは２μｍ程度となるように成膜する。このＣＩＳ系光電変換層４は、セレン化法、電着法、塗布法等を用いて成膜してもよい。
次いで、化学析出法（ＣＢＤ法）により、ＣＩＳ系光電変換層４上にバッファ層５を、膜厚が２０ｎｍ〜１５０ｎｍ、好ましくは５０ｎｍ程度となるように成膜する。
次いで、化学析出法（ＣＢＤ法）により、ＣＩＳ系光電変換層４上にバッファ層５を、膜厚が２０ｎｍ〜１５０ｎｍ、好ましくは５０ｎｍ程度となるように成膜する。
次いで、高抵抗酸化亜鉛層６の出発原料となる酸化亜鉛からなるスパッタリングターゲットを用いて、バッファ層５上に高抵抗酸化亜鉛層６を、膜厚が２０ｎｍ〜２００ｎｍ、好ましくは７０ｎｍ程度となるように成膜する。
次いで、透明導電層７の出発原料となる酸化亜鉛（ＺｎＯ）にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を１〜３質量％固溶したアルミニウム添加酸化亜鉛（ＡＺＯ）からなるスパッタリングターゲットを用いて、高抵抗酸化亜鉛層６上に透明導電層７を、膜厚が１００ｎｍ〜１０００ｎｍ、好ましくは５００ｎｍ程度となるように成膜する。
次いで、アルミニウムを蒸着源とし、真空蒸着法により、透明導電層７上にグリッド電極８を成膜する。
以上により、本実施形態のＣＩＳ系太陽電池を得ることができる。
次いで、透明導電層７の出発原料となる酸化亜鉛（ＺｎＯ）にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を１〜３質量％固溶したアルミニウム添加酸化亜鉛（ＡＺＯ）からなるスパッタリングターゲットを用いて、高抵抗酸化亜鉛層６上に透明導電層７を、膜厚が１００ｎｍ〜１０００ｎｍ、好ましくは５００ｎｍ程度となるように成膜する。
次いで、アルミニウムを蒸着源とし、真空蒸着法により、透明導電層７上にグリッド電極８を成膜する。
以上により、本実施形態のＣＩＳ系太陽電池を得ることができる。
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。ただし、これらの実施例は本発明の範囲を限定するものではない。
[実施例１]
温度計、撹拌装置及び原料投入口を備えた反応容器に、窒素雰囲気下、脱水ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）２１ｋｇを入れ、さらに１，４−フェニレンジアミン３４０．０ｇ、３，４’−ジアミノジフェニルエーテル６２９．３ｇを加え完全に溶解させた。その後、ジアミン溶液の温度を２０℃とした。このジアミン溶液に無水ピロメリット酸１３７１ｇを複数回に分けて、段階的に添加し１時間反応させた。この時反応溶液の温度は２０〜４０℃であった。さらに、この反応液を６０℃とし、２時間反応させ、粘調溶液としてポリアミック酸ＮＭＰ溶液を得た。
温度計、撹拌装置及び原料投入口を備えた反応容器に、窒素雰囲気下、脱水ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）２１ｋｇを入れ、さらに１，４−フェニレンジアミン３４０．０ｇ、３，４’−ジアミノジフェニルエーテル６２９．３ｇを加え完全に溶解させた。その後、ジアミン溶液の温度を２０℃とした。このジアミン溶液に無水ピロメリット酸１３７１ｇを複数回に分けて、段階的に添加し１時間反応させた。この時反応溶液の温度は２０〜４０℃であった。さらに、この反応液を６０℃とし、２時間反応させ、粘調溶液としてポリアミック酸ＮＭＰ溶液を得た。
得られたポリアミック酸溶液をガラス板上に、ドクターブレードを用いて、厚み４００μｍにキャストし、無水酢酸１０５０ｍｌ、ピリジン４５０ｇ及びＮＭＰ１５００ｍｌからなる３０℃の脱水縮合浴に８分浸漬してイミド／イソイミド化させ、支持体であるガラス板から分離し、ゲルフィルムを得た。
次いで、このゲルフィルムをＮＭＰに室温下にて２０分浸漬させ洗浄を行った後、このゲルフィルムの両端をチャックを用いて固定し、室温下、直交する２軸方向にそれぞれ２．０倍に１０ｍｍ／ｓｅｃの速度で同時二軸延伸した。
延伸後のゲルフィルムを枠固定し、乾燥空気を用いた熱風乾燥機にて１６０℃、２０分、乾燥処理を実施した。次いで、熱風循環式オーブンを用いて３００℃〜４５０℃まで多段的に昇温していき全芳香族ポリイミドフィルムからなる基材（Ａ）を得た。
次いで、このゲルフィルムをＮＭＰに室温下にて２０分浸漬させ洗浄を行った後、このゲルフィルムの両端をチャックを用いて固定し、室温下、直交する２軸方向にそれぞれ２．０倍に１０ｍｍ／ｓｅｃの速度で同時二軸延伸した。
延伸後のゲルフィルムを枠固定し、乾燥空気を用いた熱風乾燥機にて１６０℃、２０分、乾燥処理を実施した。次いで、熱風循環式オーブンを用いて３００℃〜４５０℃まで多段的に昇温していき全芳香族ポリイミドフィルムからなる基材（Ａ）を得た。
この基材（Ａ）は、下記式（Ｉ−ａ）
で表される繰り返し単位５０モル％，および下記式（Ｉ−ｂ）
で表される繰り返し単位５０モル％とからなる全芳香族ポリイミドフィルムよりなる基材（Ａ）であった。得られた基材（Ａ）の厚みは１４μｍであり、縦方向横方向のヤング率は９ＧＰａであった。
で表される繰り返し単位５０モル％，および下記式（Ｉ−ｂ）
で表される繰り返し単位５０モル％とからなる全芳香族ポリイミドフィルムよりなる基材（Ａ）であった。得られた基材（Ａ）の厚みは１４μｍであり、縦方向横方向のヤング率は９ＧＰａであった。
次いで、この基材（Ａ）上に、ソーダ石灰ガラスのターゲットを用いて、高周波（ＲＦ）マグネトロンスパッタリングにより、膜厚が２００ｎｍのケイ酸塩層を成膜した。
次いで、モリブデン（Ｍｏ）のターゲットを用いて、ケイ酸塩層上に、スパッタリングにより膜厚が８００ｎｍの裏面電極層を成膜した。
次いで、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｅをそれぞれ独立した蒸着源とし、これらの蒸着源を用いた三段階法による多元蒸着法により、裏面電極層３上に膜厚が２μｍのＣＩＳ系光電変換層を成膜した。
次いで、モリブデン（Ｍｏ）のターゲットを用いて、ケイ酸塩層上に、スパッタリングにより膜厚が８００ｎｍの裏面電極層を成膜した。
次いで、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｅをそれぞれ独立した蒸着源とし、これらの蒸着源を用いた三段階法による多元蒸着法により、裏面電極層３上に膜厚が２μｍのＣＩＳ系光電変換層を成膜した。
次いで、化学析出法（ＣＢＤ法）により、ＣＩＳ系光電変換層上に膜厚が５０ｎｍのバッファ層を成膜した。
次いで、酸化亜鉛のターゲットを用いて、バッファ層上に膜厚が７０ｎｍの高抵抗酸化亜鉛層を成膜した。
次いで、アルミニウム添加酸化亜鉛（ＡＺＯ）のターゲットを用いて、高抵抗酸化亜鉛層上に膜厚が５００ｎｍの透明導電層を成膜した。
次いで、アルミニウムを蒸着源とし、真空蒸着法により、透明導電層上にグリッド電極を成膜し、実施例１のＣＩＳ系太陽電池を得た。
次いで、酸化亜鉛のターゲットを用いて、バッファ層上に膜厚が７０ｎｍの高抵抗酸化亜鉛層を成膜した。
次いで、アルミニウム添加酸化亜鉛（ＡＺＯ）のターゲットを用いて、高抵抗酸化亜鉛層上に膜厚が５００ｎｍの透明導電層を成膜した。
次いで、アルミニウムを蒸着源とし、真空蒸着法により、透明導電層上にグリッド電極を成膜し、実施例１のＣＩＳ系太陽電池を得た。
図２は、ケイ酸塩層を有する本実施形態のＣＩＳ系太陽電池（図中、Ａ）及びケイ酸塩層を有しない従来のＣＩＳ系太陽電池（図中、Ｂ）それぞれの電流−電圧特性曲線を示す図であり、ＡＭ１．５Ｇ、１００ｍＷ／ｃｍ２である。
本実施形態のＣＩＳ系太陽電池の変換効率は１２．８％、開放電圧は０．５８５Ｖ、短絡電流密度は３４．６ｍＡ／ｃｍ２、曲線因子は０．６３２、実効面積は０．４６０ｃｍ２である。
本実施形態のＣＩＳ系太陽電池の変換効率は１２．８％、開放電圧は０．５８５Ｖ、短絡電流密度は３４．６ｍＡ／ｃｍ２、曲線因子は０．６３２、実効面積は０．４６０ｃｍ２である。
[実施例２]
温度計、攪拌装置及び原料投入口を備えた反応容器に、窒素雰囲気下、脱水Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（以下ＤＭＡｃと略す）１４１０ｇを入れ、更にパラ−フェニレンジアミン（ＰＰＤＡ）５２．０９９ｇ（０．４８１８モル）及び３，４’−ジアミノジフェニルエーテル（ＯＤＡ）１０．７２１ｇ（０．０５３５モル）を加え完全に溶解した。その後、氷浴にて冷却し、芳香族ジアミン化合物ＤＭＡｃ溶液の温度を３℃とした。この冷却した芳香族ジアミン化合物ＤＭＡｃ溶液にピロメリット酸二無水物（ＰＭＤＡ）５８．３８１ｇ（０．２６７５モル）、および３，３’,４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ＢＰＤＡ）７８．７５０ｇ（０．２６７５モル）を３回に分けて添加し１時間反応させた。この時、反応溶液の温度は３０〜４０℃であった。更に該反応液を６０℃にて３間反応させ、粘稠溶液として１２ｗｔ％ポリアミック酸ＤＭＡｃ溶液を得た。得られたポリアミック酸の還元粘度は５．８２ｄｌ／ｇであった。
得られた１２ｗｔ％ポリアミック酸ＤＭＡｃ溶液をガラス板（厚さ１．１ｍｍ）上にリップ開度４００μｍのアプリケーターを用いて流延し、乾燥空気を用いた熱風乾燥機にて２６０℃から３００℃まで多段的に昇温していき、乾燥及び熱処理を実施した。次いで、熱風循環式オーブンを用いて３００℃〜４５０℃まで多段的に昇温していき、ポリイミドフィルムを得た。次いで実施例１と同様にＣＩＳ系太陽電池を得た。実施例２のＣＩＳ系太陽電池の変換効率は１４．７％、開放電圧は０．６１９Ｖ、短絡電流密度は３６．０ｍＡ／ｃｍ２、曲線因子は０．６５８、実効面積は０．４９６ｃｍ２であった。
一方、従来のＣＩＳ系太陽電池の変換効率は７．６％、開放電圧は０．５４１Ｖ、短絡電流密度は３３．１ｍＡ／ｃｍ２、曲線因子は０．４２６、実効面積は０．５０６ｃｍ２である。
温度計、攪拌装置及び原料投入口を備えた反応容器に、窒素雰囲気下、脱水Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（以下ＤＭＡｃと略す）１４１０ｇを入れ、更にパラ−フェニレンジアミン（ＰＰＤＡ）５２．０９９ｇ（０．４８１８モル）及び３，４’−ジアミノジフェニルエーテル（ＯＤＡ）１０．７２１ｇ（０．０５３５モル）を加え完全に溶解した。その後、氷浴にて冷却し、芳香族ジアミン化合物ＤＭＡｃ溶液の温度を３℃とした。この冷却した芳香族ジアミン化合物ＤＭＡｃ溶液にピロメリット酸二無水物（ＰＭＤＡ）５８．３８１ｇ（０．２６７５モル）、および３，３’,４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ＢＰＤＡ）７８．７５０ｇ（０．２６７５モル）を３回に分けて添加し１時間反応させた。この時、反応溶液の温度は３０〜４０℃であった。更に該反応液を６０℃にて３間反応させ、粘稠溶液として１２ｗｔ％ポリアミック酸ＤＭＡｃ溶液を得た。得られたポリアミック酸の還元粘度は５．８２ｄｌ／ｇであった。
得られた１２ｗｔ％ポリアミック酸ＤＭＡｃ溶液をガラス板（厚さ１．１ｍｍ）上にリップ開度４００μｍのアプリケーターを用いて流延し、乾燥空気を用いた熱風乾燥機にて２６０℃から３００℃まで多段的に昇温していき、乾燥及び熱処理を実施した。次いで、熱風循環式オーブンを用いて３００℃〜４５０℃まで多段的に昇温していき、ポリイミドフィルムを得た。次いで実施例１と同様にＣＩＳ系太陽電池を得た。実施例２のＣＩＳ系太陽電池の変換効率は１４．７％、開放電圧は０．６１９Ｖ、短絡電流密度は３６．０ｍＡ／ｃｍ２、曲線因子は０．６５８、実効面積は０．４９６ｃｍ２であった。
一方、従来のＣＩＳ系太陽電池の変換効率は７．６％、開放電圧は０．５４１Ｖ、短絡電流密度は３３．１ｍＡ／ｃｍ２、曲線因子は０．４２６、実効面積は０．５０６ｃｍ２である。
図２によれば、ケイ酸塩層を有する本実施形態のＣＩＳ系太陽電池は、ケイ酸塩層を有しない従来のＣＩＳ系太陽電池と比べて、アルカリ金属添加効果特有の高開放電圧化が見られ、高効率であることが分かった。
したがって、基板１と裏面電極層３との間にケイ酸塩層２を設けることにより、無アルカリガラスや低アルカリガラス、金属箔、耐熱性ポリイミド等のプラスチック、カーボンファイバ等を基板材料としても、高効率のＣＩＳ系太陽電池を作製することができることが分かった。
したがって、基板１と裏面電極層３との間にケイ酸塩層２を設けることにより、無アルカリガラスや低アルカリガラス、金属箔、耐熱性ポリイミド等のプラスチック、カーボンファイバ等を基板材料としても、高効率のＣＩＳ系太陽電池を作製することができることが分かった。
本実施形態のＣＩＳ系太陽電池によれば、基板１と裏面電極層３との間にケイ酸塩層２を設けたので、基板１と裏面電極層３との界面における接合性を損なうこと無く、ＣＩＳ系太陽電池を高性能化することができる。
また、基板１と裏面電極層３との間にケイ酸塩層２を設けたので、無アルカリガラスや低アルカリガラス、金属箔、耐熱性ポリイミド等のプラスチック、カーボンファイバ等の材料を基板に用いることができ、したがって、軽量フレキシブル等、多種多様の形状や特性を有するＣＩＳ系太陽電池を実現することができる。
また、基板１と裏面電極層３との間にケイ酸塩層２を設けたので、無アルカリガラスや低アルカリガラス、金属箔、耐熱性ポリイミド等のプラスチック、カーボンファイバ等の材料を基板に用いることができ、したがって、軽量フレキシブル等、多種多様の形状や特性を有するＣＩＳ系太陽電池を実現することができる。
本実施形態の太陽電池の製造方法によれば、基板１上に、高周波（ＲＦ）マグネトロンスパッタリングによりケイ酸塩層２を成膜するので、基板１と裏面電極層３との界面における接合性を損なうこと無く、高性能のＣＩＳ系太陽電池を容易かつ低コストにて作製することができる。
なお、本実施形態のＣＩＳ系太陽電池は、作製後に太陽電池部分を、基板１とケイ酸塩層２との界面、ケイ酸塩層２と裏面電極層３との界面、のいずれかで分離しても太陽電池としての機能を維持することができる。したがって、作製後に基板１を剥離することも可能であり、作製後は、必ずしも基板１、ケイ酸塩層２、裏面電極層３、ＣＩＳ系光電変換層４、バッファ層５、高抵抗酸化亜鉛層６及び透明導電層７の構造を維持する必要はない。
【０００１】
技術分野
［０００１］
本発明は、太陽電池及びその製造方法に関し、更に詳しくは、無アルカリガラス基板、耐熱性のプラスチック基板等を用いたＣｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）（ＳｅｙＳ１−ｙ）２（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を主成分とするＣＩＳ系太陽電池のさらなる高効率化が可能な技術に関するものである。
背景技術
［０００２］
近年、次世代の太陽電池として、従来の結晶シリコン系と異なり銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、セレン（Ｓｅ）等の金属化合物（ＣＩＳ系薄膜）からなる光電変換層に下部電極層及び上部電極層を設けた構造のＣＩＳ系太陽電池が注目されている。このＣＩＳ系太陽電池は、構造が簡単で大面積も容易、製造工程がシンプルで省エネルギー化が可能等の利点を備えていることから、様々な研究がなされ、提案もなされている。
［０００３］
ＣＩＳ系太陽電池を高性能化するためには、光電変換層にナトリウム（Ｎａ）等のアルカリ金属を添加する必要がある。一般にソーダ石灰（Ｎａ２Ｏ・ＣａＯ・５ＳｉＯ２）を主成分とするソーダ石灰ガラス等を基板に用いる場合には、基板に含まれるアルカリ金属が光電変換層のＣＩＳ系金属中に拡散するために、意図的にアルカリ金属を添加する必要は無い。一方、耐熱性に優れた無アルカリガラスや低アルカリガラスを基板に用いようとする場合、あるいは、フレキシブル太陽電池を作製する目的でポリイミド等のプラスチック基板を用いようとする場合には、基板からのアルカリ金属の拡散が期待できないために、アルカリプリカーサを用いることによって、アルカリ金属をＣＩＳ系薄膜中に拡散する必要がある。
［０００４］
この場合、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）等をアルカリプリカーサとして用いるのが一般的であり、例えば、下部電極層上に蒸着する方法（非特許文献１）、あるいは、ＣＩＳ系光電変換層を形成した後、この光電変換層上に蒸着し、加熱処理することにより拡散させる方法（非特許文献２、３）等が用いられている。
非特許文献１：Ｖ．プロブス他、「アドバンスト スタックト エレメンタル レイヤー プロセス
技術分野
［０００１］
本発明は、太陽電池及びその製造方法に関し、更に詳しくは、無アルカリガラス基板、耐熱性のプラスチック基板等を用いたＣｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）（ＳｅｙＳ１−ｙ）２（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を主成分とするＣＩＳ系太陽電池のさらなる高効率化が可能な技術に関するものである。
背景技術
［０００２］
近年、次世代の太陽電池として、従来の結晶シリコン系と異なり銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、セレン（Ｓｅ）等の金属化合物（ＣＩＳ系薄膜）からなる光電変換層に下部電極層及び上部電極層を設けた構造のＣＩＳ系太陽電池が注目されている。このＣＩＳ系太陽電池は、構造が簡単で大面積も容易、製造工程がシンプルで省エネルギー化が可能等の利点を備えていることから、様々な研究がなされ、提案もなされている。
［０００３］
ＣＩＳ系太陽電池を高性能化するためには、光電変換層にナトリウム（Ｎａ）等のアルカリ金属を添加する必要がある。一般にソーダ石灰（Ｎａ２Ｏ・ＣａＯ・５ＳｉＯ２）を主成分とするソーダ石灰ガラス等を基板に用いる場合には、基板に含まれるアルカリ金属が光電変換層のＣＩＳ系金属中に拡散するために、意図的にアルカリ金属を添加する必要は無い。一方、耐熱性に優れた無アルカリガラスや低アルカリガラスを基板に用いようとする場合、あるいは、フレキシブル太陽電池を作製する目的でポリイミド等のプラスチック基板を用いようとする場合には、基板からのアルカリ金属の拡散が期待できないために、アルカリプリカーサを用いることによって、アルカリ金属をＣＩＳ系薄膜中に拡散する必要がある。
［０００４］
この場合、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）等をアルカリプリカーサとして用いるのが一般的であり、例えば、下部電極層上に蒸着する方法（非特許文献１）、あるいは、ＣＩＳ系光電変換層を形成した後、この光電変換層上に蒸着し、加熱処理することにより拡散させる方法（非特許文献２、３）等が用いられている。
非特許文献１：Ｖ．プロブス他、「アドバンスト スタックト エレメンタル レイヤー プロセス
【０００２】
フォー Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２ スィン フィルム フォトボルタイック デバイシズ」、エムアールエス シンポジウム プロシーディング、米国材料学会、１９９６年、４２６巻 ｐ．１６５（Ｖ．Ｐｒｏｂｓｔ，ｅｔ ａｌ．，Ａｄｖａｎｃｅｄ ｓｔａｃｋｅｄ ｅｌｅｍｅｎｔａｌ ｌａｙｅｒ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ，ＭＲＳ Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．，Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｏｃｉｅｔｙ，ｖｏｌ．４２６（１９９６）ｐ．１６５）
非特許文献２：Ｄ．ルドマン他、「エフィシェンシー エンハンスメント オブ Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２ ソーラー セルズ デュー トウ ポストーデポジション Ｎａ インコーポレーション」、アプライド フィジックス レターズ、米国物理学会、２００４年、第８４巻、ｐ．１１２９（Ｄ．Ｒｕｄｍａｎｎ，ｅｔ ａｌ．，Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ ｄｕｅ ｔｏ ｐｏｓｔ−ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｎａ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，ＡＰＬ，Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．８４，１１２９（２００４））
非特許文献３：Ｄ．ルドマン他、「Ｎａ インコーポレーション イントウ Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２ フォー ハイーエフィッシェンシー フレキシブル ソーラー セルズオン ポリマー フォイルス」、ジャーナル オブ アプライド フィジックス、米国物理学会、２００５年、第９７巻、ｐ．０８４９０３−１−５（Ｄ．Ｒｕｄｍａｎｎ，ｅｔ ａｌ．，Ｎａ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｉｎｔｏ Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２ ｆｏｒ ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ ｏｎ ｐｏｌｙｍｅｒ ｆｏｉｌｓ，ＪＡＰ，Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．９７，０８４９０３−１−５（２００４））
発明の開示
発明が解決しようとする課題
［０００５］
ところで、従来からよく用いられているフッ化ナトリウム（ＮａＦ）等のアルカリプリカーサの多くは、吸湿性、潮解性等を有しているために、下部電極層上に蒸着する方法では、下部電極層上に蒸着した後に大気中に長時間放置することにより、光電変換層を形成する前に変質してしまう等の問題点があった。
また、光電変換層上に蒸着した後に加熱処理する方法では、蒸着工程後に加熱処理工程が必要となるために、工程数が増加し、製造コストも上昇することとなり、産業的にデメリットが大きいという問題点があった。
［０００６］
また、いずれの方法においても、下部電極層と光電変換層との界面、あるいは、光電変換層とバッファ層との界面、というデバイス機能上極めて重要な部分にアルカリプリカーサという異物が存在するものであるから、太陽電池の高性能化を図る上で性
フォー Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２ スィン フィルム フォトボルタイック デバイシズ」、エムアールエス シンポジウム プロシーディング、米国材料学会、１９９６年、４２６巻 ｐ．１６５（Ｖ．Ｐｒｏｂｓｔ，ｅｔ ａｌ．，Ａｄｖａｎｃｅｄ ｓｔａｃｋｅｄ ｅｌｅｍｅｎｔａｌ ｌａｙｅｒ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ，ＭＲＳ Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．，Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｏｃｉｅｔｙ，ｖｏｌ．４２６（１９９６）ｐ．１６５）
非特許文献２：Ｄ．ルドマン他、「エフィシェンシー エンハンスメント オブ Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２ ソーラー セルズ デュー トウ ポストーデポジション Ｎａ インコーポレーション」、アプライド フィジックス レターズ、米国物理学会、２００４年、第８４巻、ｐ．１１２９（Ｄ．Ｒｕｄｍａｎｎ，ｅｔ ａｌ．，Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ ｄｕｅ ｔｏ ｐｏｓｔ−ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｎａ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，ＡＰＬ，Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．８４，１１２９（２００４））
非特許文献３：Ｄ．ルドマン他、「Ｎａ インコーポレーション イントウ Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２ フォー ハイーエフィッシェンシー フレキシブル ソーラー セルズオン ポリマー フォイルス」、ジャーナル オブ アプライド フィジックス、米国物理学会、２００５年、第９７巻、ｐ．０８４９０３−１−５（Ｄ．Ｒｕｄｍａｎｎ，ｅｔ ａｌ．，Ｎａ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｉｎｔｏ Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２ ｆｏｒ ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ ｏｎ ｐｏｌｙｍｅｒ ｆｏｉｌｓ，ＪＡＰ，Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．９７，０８４９０３−１−５（２００４））
発明の開示
発明が解決しようとする課題
［０００５］
ところで、従来からよく用いられているフッ化ナトリウム（ＮａＦ）等のアルカリプリカーサの多くは、吸湿性、潮解性等を有しているために、下部電極層上に蒸着する方法では、下部電極層上に蒸着した後に大気中に長時間放置することにより、光電変換層を形成する前に変質してしまう等の問題点があった。
また、光電変換層上に蒸着した後に加熱処理する方法では、蒸着工程後に加熱処理工程が必要となるために、工程数が増加し、製造コストも上昇することとなり、産業的にデメリットが大きいという問題点があった。
［０００６］
また、いずれの方法においても、下部電極層と光電変換層との界面、あるいは、光電変換層とバッファ層との界面、というデバイス機能上極めて重要な部分にアルカリプリカーサという異物が存在するものであるから、太陽電池の高性能化を図る上で性
【０００３】
能劣化を招きかねない懸案事項であった。
特に、近年、薄膜系太陽電池の中でも最も高性能のＣＩＳ系太陽電池の特徴を生かしたフレキシブル型太陽電池等への関心が高まっており、プラスチックを初めとする各種フレキシブル基板等、無アルカリあるいは低アルカリの基板を用いた高性能のＣＩＳ系太陽電池を実用化するために、光電変換層にナトリウム（Ｎａ）等のアルカリ金属を添加するための簡便かつ機能的な方法の開発が望まれていた。
［０００７］
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、ＣＩＳ系太陽電池の光電変換層にナトリウム（Ｎａ）等のアルカリ金属を簡便かつ機能的に添加した太陽電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
［０００８］
本発明者等は、上記の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、基板と下部電極層との間にケイ酸塩層を設ければ、このケイ酸塩層に由来するアルカリ金属が裏面電極層を通過してＣＩＳ系薄膜中に拡散されるため、Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）（ＳｅｙＳ１−ｙ）２（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を主成分とするＣＩＳ系太陽電池のさらなる高効率化が可能であり、特性劣化等の虞も無く、製造工程における変質や製造コストの上昇等も無いことを見出し、本発明を完成するに至った。
［０００９］
すなわち、本発明の太陽電池は、基板上に、下部電極層、Ｉｂ族元素、ＩＩＩｂ族元素及びＶＩｂ族元素を含むカルコパイライト構造の光電変換層、上部電極層を順次形成してなる太陽電池において、前記基板と前記下部電極層との間にケイ酸塩層を備えてなることを特徴とする。
［００１０］
前記カルコパイライト構造の光電変換層は、Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）（ＳｅｙＳ１−ｙ）２（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を主成分とするＣＩＳ系光電変換層であることが好ましい。
前記ケイ酸塩層は、ａＸ２Ｏ・ｂＹＯ・ｃＳｉＯ２（ａ、ｂ、ｃは正の整数、ＸはＩａ族アルカリ金属元素、ＹはＩＩａ族アルカリ土類金属元素）を主成分としたことが好ましい。
前記基板は、耐熱性ポリイミドからなることが好ましい。
［００１１］
前記耐熱性ポリイミドは、下記式（Ｉ）
［化１］
能劣化を招きかねない懸案事項であった。
特に、近年、薄膜系太陽電池の中でも最も高性能のＣＩＳ系太陽電池の特徴を生かしたフレキシブル型太陽電池等への関心が高まっており、プラスチックを初めとする各種フレキシブル基板等、無アルカリあるいは低アルカリの基板を用いた高性能のＣＩＳ系太陽電池を実用化するために、光電変換層にナトリウム（Ｎａ）等のアルカリ金属を添加するための簡便かつ機能的な方法の開発が望まれていた。
［０００７］
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、ＣＩＳ系太陽電池の光電変換層にナトリウム（Ｎａ）等のアルカリ金属を簡便かつ機能的に添加した太陽電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
［０００８］
本発明者等は、上記の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、基板と下部電極層との間にケイ酸塩層を設ければ、このケイ酸塩層に由来するアルカリ金属が裏面電極層を通過してＣＩＳ系薄膜中に拡散されるため、Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）（ＳｅｙＳ１−ｙ）２（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を主成分とするＣＩＳ系太陽電池のさらなる高効率化が可能であり、特性劣化等の虞も無く、製造工程における変質や製造コストの上昇等も無いことを見出し、本発明を完成するに至った。
［０００９］
すなわち、本発明の太陽電池は、基板上に、下部電極層、Ｉｂ族元素、ＩＩＩｂ族元素及びＶＩｂ族元素を含むカルコパイライト構造の光電変換層、上部電極層を順次形成してなる太陽電池において、前記基板と前記下部電極層との間にケイ酸塩層を備えてなることを特徴とする。
［００１０］
前記カルコパイライト構造の光電変換層は、Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）（ＳｅｙＳ１−ｙ）２（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を主成分とするＣＩＳ系光電変換層であることが好ましい。
前記ケイ酸塩層は、ａＸ２Ｏ・ｂＹＯ・ｃＳｉＯ２（ａ、ｂ、ｃは正の整数、ＸはＩａ族アルカリ金属元素、ＹはＩＩａ族アルカリ土類金属元素）を主成分としたことが好ましい。
前記基板は、耐熱性ポリイミドからなることが好ましい。
［００１１］
前記耐熱性ポリイミドは、下記式（Ｉ）
［化１］
【０００４】
（ただし、Ａｒ１は炭素数６〜２０の４価の芳香族基であり、Ａｒ２は炭素数６〜２０の非反応性の置換基を含んでもよい２価の芳香族基である）
からなる繰り返し単位を有する全芳香族ポリイミドであることが好ましい。
［００１２］
本発明の太陽電池の製造方法は、基板上に、ケイ酸塩層、下部電極層、Ｉｂ族元素、ＩＩＩｂ族元素及びＶＩｂ族元素を含むカルコパイライト構造の光電変換層、上部電極層を順次形成してなる太陽電池の製造方法であって、前記基板上に、マグネトロンスパッタリングにより前記ケイ酸塩層を成膜することを特徴とする。
［００１３］
前記マグネトロンスパッタリングは、高周波マグネトロンスパッタリングであることが好ましい。
発明の効果
［００１４］
本発明の太陽電池によれば、基板と下部電極層との間に、吸湿性、潮解性等を有しないケイ酸塩層を備えたので、従来のように下部電極層上や光電変換層上にフッ化ナトリウム（ＮａＦ）等のアルカリプリカーサを蒸着する場合と異なり、基板と下部電極層との界面や光電変換層とバッファ層との界面における接合性を損なうこと無く、ＣＩＳ系太陽電池を高性能化することができる。
［００１５］
また、基板と下部電極層との間にケイ酸塩層を備えたことで、基板材料として無アルカリガラスや低アルカリガラス、ポリイミド等のプラスチック等を広く用いることができる。したがって、基板材料の選択肢が拡がり、軽量フレキシブル等、多種多様の形状や特性を有するＣＩＳ系太陽電池を実現することができる。
［００１６］
本発明の太陽電池の製造方法によれば、基板上に、マグネトロンスパッタリングによりケイ酸塩層を成膜するので、基板と下部電極層との界面や光電変換層とバッファ層
からなる繰り返し単位を有する全芳香族ポリイミドであることが好ましい。
［００１２］
本発明の太陽電池の製造方法は、基板上に、ケイ酸塩層、下部電極層、Ｉｂ族元素、ＩＩＩｂ族元素及びＶＩｂ族元素を含むカルコパイライト構造の光電変換層、上部電極層を順次形成してなる太陽電池の製造方法であって、前記基板上に、マグネトロンスパッタリングにより前記ケイ酸塩層を成膜することを特徴とする。
［００１３］
前記マグネトロンスパッタリングは、高周波マグネトロンスパッタリングであることが好ましい。
発明の効果
［００１４］
本発明の太陽電池によれば、基板と下部電極層との間に、吸湿性、潮解性等を有しないケイ酸塩層を備えたので、従来のように下部電極層上や光電変換層上にフッ化ナトリウム（ＮａＦ）等のアルカリプリカーサを蒸着する場合と異なり、基板と下部電極層との界面や光電変換層とバッファ層との界面における接合性を損なうこと無く、ＣＩＳ系太陽電池を高性能化することができる。
［００１５］
また、基板と下部電極層との間にケイ酸塩層を備えたことで、基板材料として無アルカリガラスや低アルカリガラス、ポリイミド等のプラスチック等を広く用いることができる。したがって、基板材料の選択肢が拡がり、軽量フレキシブル等、多種多様の形状や特性を有するＣＩＳ系太陽電池を実現することができる。
［００１６］
本発明の太陽電池の製造方法によれば、基板上に、マグネトロンスパッタリングによりケイ酸塩層を成膜するので、基板と下部電極層との界面や光電変換層とバッファ層
【０００５】
との界面における接合性を損なうことが無く、高性能のＣＩＳ系太陽電池を容易かつ低コストにて作製することができる。
また、基板上に、マグネトロンスパッタリングによりケイ酸塩層を成膜するので、基板材料として無アルカリガラスや低アルカリガラス、ポリイミド等のプラスチック等を広く用いることができ、したがって、多種多様の形状や特性を有するＣＩＳ系太陽電池を作製することができる。
図面の簡単な説明
［００１７］
［図１］本発明の一実施形態のＣＩＳ系太陽電池を示す断面図である。
［図２］本発明の一実施形態のＣＩＳ系太陽電池及び従来のＣＩＳ系太陽電池それぞれの電流−電圧特性曲線を示す図である。
符号の説明
［００１８］
１ 基板
２ ケイ酸塩層
３ 裏面電極層
４ ＣＩＳ系光電変換層
５ バッファ層
６ 高抵抗酸化亜鉛層
７ 透明導電層
８ グリッド電極
発明を実施するための最良の形態
［００１９］
本発明の太陽電池及びその製造方法を実施するための最良の形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
［００２０］
図１は、本発明の一実施形態のＣＩＳ系太陽電池の積層構造を示す断面図であり、図１において、１は基板、２はケイ酸塩層、３はモリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属からなる裏面電極層（下部電極層）、４はＣＩＳ系光電変換層、５は硫化カドミウム（ＣｄＳ）等からなるバッファ層、６は高抵抗酸化亜鉛層、７は酸化亜鉛系透明導電材料からなる
との界面における接合性を損なうことが無く、高性能のＣＩＳ系太陽電池を容易かつ低コストにて作製することができる。
また、基板上に、マグネトロンスパッタリングによりケイ酸塩層を成膜するので、基板材料として無アルカリガラスや低アルカリガラス、ポリイミド等のプラスチック等を広く用いることができ、したがって、多種多様の形状や特性を有するＣＩＳ系太陽電池を作製することができる。
図面の簡単な説明
［００１７］
［図１］本発明の一実施形態のＣＩＳ系太陽電池を示す断面図である。
［図２］本発明の一実施形態のＣＩＳ系太陽電池及び従来のＣＩＳ系太陽電池それぞれの電流−電圧特性曲線を示す図である。
符号の説明
［００１８］
１ 基板
２ ケイ酸塩層
３ 裏面電極層
４ ＣＩＳ系光電変換層
５ バッファ層
６ 高抵抗酸化亜鉛層
７ 透明導電層
８ グリッド電極
発明を実施するための最良の形態
［００１９］
本発明の太陽電池及びその製造方法を実施するための最良の形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
［００２０］
図１は、本発明の一実施形態のＣＩＳ系太陽電池の積層構造を示す断面図であり、図１において、１は基板、２はケイ酸塩層、３はモリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属からなる裏面電極層（下部電極層）、４はＣＩＳ系光電変換層、５は硫化カドミウム（ＣｄＳ）等からなるバッファ層、６は高抵抗酸化亜鉛層、７は酸化亜鉛系透明導電材料からなる
【０００６】
透明導電層（上部電極層）、８はアルミニウム（Ａｌ）からなるグリッド電極である。
［００２１］
基板１の材料としては、無アルカリガラス、低アルカリガラス、セラミックス、耐熱性ポリイミド等のプラスチックを用いることができる。この基板１の形状は、板状、シート状、フィルム状等、その用途や特性に応じて適宜選択して使用することができる。
［００２２］
耐熱性ポリイミドは、下記式（Ｉ）
［化２］
（ただし、Ａｒ１は炭素数６〜２０の４価の芳香族基であり、Ａｒ２は炭素数６〜２０の非反応性の置換基を含んでもよい２価の芳香族基である）
からなる繰り返し単位を有する全芳香族ポリイミドが好適に用いられる。
［００２３］
好ましいＡｒ１およびＡｒ２の具体例としては、以下の芳香族テトラカルボン酸成分および芳香族ジアミン成分を構成するものが挙げられる。
ポリイミドを構成する芳香族テトラカルボン酸成分としては、ピロメリット酸を挙げることができるが、使用する芳香族テトラカルボン酸成分として、２５モル％を超えない範囲で他の芳香族テトラカルボン酸を使用しても良い。
［００２４］
使用可能な芳香族テトラカルボン酸としては、例えば１，２，３，４−ベンゼンテトラカルボン酸、２，３，５，６−ピリジンテトラカルボン酸、２，３，４，５−チオフェンテトラカルボン酸、２，２’，３，３’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、２，３’，３，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸、２，２’，３，３’−ビフェニルテトラカルボン酸、２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸、３，３’，４，４’−ｐ−テルフェニルテトラカルボン酸、２，２’，３，３’−ｐ−テルフェニルテトラカルボン酸、２，３，３’，４’−ｐ−テルフェニルテトラカルボン酸、１，２，４，５−ナフタレンテトラカルボン酸、１，２，５，６−ナフタレ
透明導電層（上部電極層）、８はアルミニウム（Ａｌ）からなるグリッド電極である。
［００２１］
基板１の材料としては、無アルカリガラス、低アルカリガラス、セラミックス、耐熱性ポリイミド等のプラスチックを用いることができる。この基板１の形状は、板状、シート状、フィルム状等、その用途や特性に応じて適宜選択して使用することができる。
［００２２］
耐熱性ポリイミドは、下記式（Ｉ）
［化２］
からなる繰り返し単位を有する全芳香族ポリイミドが好適に用いられる。
［００２３］
好ましいＡｒ１およびＡｒ２の具体例としては、以下の芳香族テトラカルボン酸成分および芳香族ジアミン成分を構成するものが挙げられる。
ポリイミドを構成する芳香族テトラカルボン酸成分としては、ピロメリット酸を挙げることができるが、使用する芳香族テトラカルボン酸成分として、２５モル％を超えない範囲で他の芳香族テトラカルボン酸を使用しても良い。
［００２４］
使用可能な芳香族テトラカルボン酸としては、例えば１，２，３，４−ベンゼンテトラカルボン酸、２，３，５，６−ピリジンテトラカルボン酸、２，３，４，５−チオフェンテトラカルボン酸、２，２’，３，３’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、２，３’，３，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸、２，２’，３，３’−ビフェニルテトラカルボン酸、２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸、３，３’，４，４’−ｐ−テルフェニルテトラカルボン酸、２，２’，３，３’−ｐ−テルフェニルテトラカルボン酸、２，３，３’，４’−ｐ−テルフェニルテトラカルボン酸、１，２，４，５−ナフタレンテトラカルボン酸、１，２，５，６−ナフタレ
【００１５】
陽電池の変換効率は１４．７％、開放電圧は０．６１９Ｖ、短絡電流密度は３６．０ｍＡ／ｃｍ２、曲線因子は０．６５８、実効面積は０．４９６ｃｍ２であった。
一方、従来のＣＩＳ系太陽電池の変換効率は７．６％、開放電圧は０．５４１Ｖ、短絡電流密度は３３．１ｍＡ／ｃｍ２、曲線因子は０．４２６、実効面積は０．５０６ｃｍ２である。
［００４５］
図２によれば、ケイ酸塩層を有する本実施形態のＣＩＳ系太陽電池は、ケイ酸塩層を有しない従来のＣＩＳ系太陽電池と比べて、アルカリ金属添加効果特有の高開放電圧化が見られ、高効率であることが分かった。
したがって、基板１と裏面電極層３との間にケイ酸塩層２を設けることにより、無アルカリガラスや低アルカリガラス、耐熱性ポリイミド等のプラスチック等を基板材料としても、高効率のＣＩＳ系太陽電池を作製することができることが分かった。
［００４６］
本実施形態のＣＩＳ系太陽電池によれば、基板１と裏面電極層３との間にケイ酸塩層２を設けたので、基板１と裏面電極層３との界面における接合性を損なうこと無く、ＣＩＳ系太陽電池を高性能化することができる。
また、基板１と裏面電極層３との間にケイ酸塩層２を設けたので、無アルカリガラスや低アルカリガラス、耐熱性ポリイミド等のプラスチック等の材料を基板に用いることができ、したがって、軽量フレキシブル等、多種多様の形状や特性を有するＣＩＳ系太陽電池を実現することができる。
［００４７］
本実施形態の太陽電池の製造方法によれば、基板１上に、高周波（ＲＦ）マグネトロンスパッタリングによりケイ酸塩層２を成膜するので、基板１と裏面電極層３との界面における接合性を損なうこと無く、高性能のＣＩＳ系太陽電池を容易かつ低コストにて作製することができる。
［００４８］
なお、本実施形態のＣＩＳ系太陽電池は、作製後に太陽電池部分を、基板１とケイ酸塩層２との界面、ケイ酸塩層２と裏面電極層３との界面、のいずれかで分離しても太陽電池としての機能を維持することができる。したがって、作製後に基板１を剥離することも可能であり、作製後は、必ずしも基板１、ケイ酸塩層２、裏面電極層３、ＣＩＳ系光電変換層４、バッファ層５、高抵抗酸化亜鉛層６及び透明導電層７の構造を維持する必要はない。
陽電池の変換効率は１４．７％、開放電圧は０．６１９Ｖ、短絡電流密度は３６．０ｍＡ／ｃｍ２、曲線因子は０．６５８、実効面積は０．４９６ｃｍ２であった。
一方、従来のＣＩＳ系太陽電池の変換効率は７．６％、開放電圧は０．５４１Ｖ、短絡電流密度は３３．１ｍＡ／ｃｍ２、曲線因子は０．４２６、実効面積は０．５０６ｃｍ２である。
［００４５］
図２によれば、ケイ酸塩層を有する本実施形態のＣＩＳ系太陽電池は、ケイ酸塩層を有しない従来のＣＩＳ系太陽電池と比べて、アルカリ金属添加効果特有の高開放電圧化が見られ、高効率であることが分かった。
したがって、基板１と裏面電極層３との間にケイ酸塩層２を設けることにより、無アルカリガラスや低アルカリガラス、耐熱性ポリイミド等のプラスチック等を基板材料としても、高効率のＣＩＳ系太陽電池を作製することができることが分かった。
［００４６］
本実施形態のＣＩＳ系太陽電池によれば、基板１と裏面電極層３との間にケイ酸塩層２を設けたので、基板１と裏面電極層３との界面における接合性を損なうこと無く、ＣＩＳ系太陽電池を高性能化することができる。
また、基板１と裏面電極層３との間にケイ酸塩層２を設けたので、無アルカリガラスや低アルカリガラス、耐熱性ポリイミド等のプラスチック等の材料を基板に用いることができ、したがって、軽量フレキシブル等、多種多様の形状や特性を有するＣＩＳ系太陽電池を実現することができる。
［００４７］
本実施形態の太陽電池の製造方法によれば、基板１上に、高周波（ＲＦ）マグネトロンスパッタリングによりケイ酸塩層２を成膜するので、基板１と裏面電極層３との界面における接合性を損なうこと無く、高性能のＣＩＳ系太陽電池を容易かつ低コストにて作製することができる。
［００４８］
なお、本実施形態のＣＩＳ系太陽電池は、作製後に太陽電池部分を、基板１とケイ酸塩層２との界面、ケイ酸塩層２と裏面電極層３との界面、のいずれかで分離しても太陽電池としての機能を維持することができる。したがって、作製後に基板１を剥離することも可能であり、作製後は、必ずしも基板１、ケイ酸塩層２、裏面電極層３、ＣＩＳ系光電変換層４、バッファ層５、高抵抗酸化亜鉛層６及び透明導電層７の構造を維持する必要はない。
Claims (7)
- 基板上に、下部電極層、Ｉｂ族元素、ＩＩＩｂ族元素及びＶＩｂ族元素を含むカルコパイライト構造の光電変換層、上部電極層を順次形成してなる太陽電池において、
前記基板と前記下部電極層との間にケイ酸塩層を備えてなることを特徴とする太陽電池。 - 前記カルコパイライト構造の光電変換層は、Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）（ＳｅｙＳ１−ｙ）２（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を主成分とするＣＩＳ系光電変換層であることを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
- 前記ケイ酸塩層は、ａＸ２Ｏ・ｂＹＯ・ｃＳｉＯ２（ａ、ｂ、ｃは正の整数、ＸはＩａ族アルカリ金属元素、ＹはＩＩａ族アルカリ土類金属元素）を主成分としたことを特徴とする請求項１または２記載の太陽電池。
- 前記基板は、耐熱性ポリイミドからなることを特徴とする請求項１、２または３記載の太陽電池。
- 前記耐熱性ポリイミドは、下記式（Ｉ）
（ただし、Ａｒ１は炭素数６〜２０の４価の芳香族基であり、Ａｒ２は炭素数６〜２０の非反応性の置換基を含んでもよい２価の芳香族基である）
からなる繰り返し単位を有する全芳香族ポリイミドであることを特徴とする請求項４記載の太陽電池。 - 基板上に、ケイ酸塩層、下部電極層、Ｉｂ族元素、ＩＩＩｂ族元素及びＶＩｂ族元素を含むカルコパイライト構造の光電変換層、上部電極層を順次形成してなる太陽電池の製造方法であって、
前記基板上に、マグネトロンスパッタリングにより前記ケイ酸塩層を成膜することを特徴とする太陽電池の製造方法。 - 前記マグネトロンスパッタリングは、高周波マグネトロンスパッタリングであることを特徴とする請求項６記載の太陽電池の製造方法。
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