JPWO2013099947A1 - 光電変換装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】光電変換効率の高い光電変換装置を提供する。【解決手段】光電変換装置は、電極層と、該電極層上に配置された、Ｉ−III−VI族のカルコパイライト系化合物半導体、カリウムおよびナトリウムを含む第１半導体層と、該第１半導体層上に配置された、該第１半導体層とともにｐｎ接合を形成する第２半導体層とを備えている。また、前記第１半導体層において、前記電極層との接触部近傍における前記カリウムの濃度が、前記電極層との接触部近傍における前記ナトリウムの濃度よりも大きい。

Description

本発明は、光電変換装置に関する。
太陽光発電などに使用される光電変換装置として、ガラス基板の上に複数の光電変換素子が設けられたものがある。これら各光電変換素子においては、下部電極層と半導体層と透明電極層とがこの順に積層されている。そして、これら各光電変換素子では、透明電極層を透過する光が半導体層に照射されることで、この半導体層における光電変換によって発生する電荷が下部電極層と透明電極層とによって取り出される。このような半導体層には、Ｉ−III−VI族のカルコパイライト系化合物半導体が用いられる。
このとき、ガラス基板にナトリウム（Ｎａ）が入っていると、半導体層の成膜過程でナトリウムが半導体層の中に拡散し、結晶成長の促進およびキャリア濃度の向上等に影響を与え、光電変換効率が向上すると言われている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１１−１２９６３１号公報
一方で、半導体層に拡散されるナトリウムの量が多くなりすぎると、半導体層と下部電極層との間で接触抵抗が高くなる傾向がある。この傾向の要因の候補の１つは、過剰なナトリウムが半導体層と下部電極層とのオーミック接触に影響を与えていることである。
本発明の目的の１つは、半導体層と下部電極層との間における接触抵抗を低減し、光電変換効率の高い光電変換装置を提供することにある。
本発明の一実施形態に係る光電変換装置は、電極層と、該電極層上に配置された、Ｉ−III−VI族のカルコパイライト系化合物半導体、カリウムおよびナトリウムを含む第１半導体層と、該第１半導体層上に配置された、該第１半導体層とｐｎ接合を形成する第２半導体層とを備えている。また、前記第１半導体層において、前記電極層との接触部における前記カリウムの濃度は、前記電極層との接触部における前記ナトリウムの濃度よりも大きい。
上記一実施形態に係る光電変換装置によれば、第１半導体層と電極層とのオーミック接触に影響を与えるナトリウムの作用がカリウムによって緩和される。これにより、第１半導体層と電極層との間における接触抵抗が低減される。その結果、光電変換効率が向上する。
一実施形態に係る光電変換装置の構成を模式的に示す平面図である。 図１にて一点鎖線II−IIで示した位置におけるＸＺ断面を示す図である。 図２の光吸収層の近傍を部分的に拡大して示す図である。 光電変換装置の製造フローを示すフローチャートである。
以下、本発明の一実施形態を図面を参照しつつ説明する。なお、図面においては同様な構成および機能を有する部分については同じ符号を付しており、下記説明では重複説明を省略する。また、図面は模式的に示されたものであり、各図における各種構造のサイズおよび位置関係などは正確に図示されたものではない。なお、図１乃至図３には、光電変換セル１０の配列方向（図１の図面視左右方向）をＸ軸方向とする右手系のＸＹＺ座標系を付している。
＜(１)光電変換装置の構成＞
＜(１−１)光電変換装置の概略構成＞
図１および図２で示すように、光電変換装置１００は、基板１と、この基板１の上に平面的に並べられた複数の光電変換セル１０とを備えている。隣り合う光電変換セル１０は溝部Ｐ３によって分離されている。図１および図２では、図示の都合上、２つの光電変換セル１０の一部のみを示している。光電変換装置１００には、図面の左右方向に、所定数の光電変換セル１０が平面的に配列され得る。ここで、所定数は、例えば８などであればよい。そして、例えば、光電変換装置１００のＸ軸方向の両端部に、発電による電圧および電流を得るための電極が配され得る。なお、光電変換装置１００には、例えば、多数の光電変換セル１０がマトリックス状に配置されていてもよい。
なお、光電変換装置１００では、多数の光電変換セル１０が高密度に平面的に配置されていれば、変換効率が向上する。変換効率は、光電変換装置１００において太陽光のエネルギーが電気エネルギーに変換される割合を示す。例えば、変換効率は、光電変換装置１００から出力される電気エネルギーの値が、光電変換装置１００に入射される太陽光のエネルギーの値で除されて、１００が乗じられることで導出され得る。
＜(１−２)光電変換セルの基本的な構成＞
各光電変換セル１０は、第１電極層としての下部電極層２、第１半導体層および第２半導体層を含む光電変換層３、第２電極層としての上部電極層４、線状導電部５を備えている。また、各光電変換セル１０には、溝部Ｐ１と溝部Ｐ２とが配されている。そして、光電変換装置１００では、上部電極層４が配されている側の主面が受光面となっている。
基板１は、複数の光電変換セル１０を支持するものである。基板１の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス、樹脂および金属などが採用され得る。なお、本実施形態では、基板１が青板ガラス（ソーダライムガラス）である例が示されている。また、基板１の厚さは、１ｍｍ以上で且つ３ｍｍ以下程度であればよい。さらに、例えば、基板１の形状は平板状であればよく、基板１の＋Ｚ側の主面（上面とも言う）は略平坦であればよい。
下部電極層２は、基板１の上面の上に配されている導電層である。下部電極層２に含まれる主な材料には、例えば、モリブデン、アルミニウム、チタン、タンタルおよび金などの導電性を有する各種金属などが採用され得る。また、下部電極層２の厚さは、例えば、０．１μｍ以上で且つ１μｍ以下程度であればよい。下部電極層２は、例えば、スパッタリング法または蒸着法などによって形成され得る。
光電変換層３は、下部電極層２の上に配されている。この光電変換層３は、第１半導体層としての光吸収層３１と第２半導体層としてのバッファ層３２とを備えている。光吸収層３１およびバッファ層３２は、この順に下部電極層２の上に積層されている。
光吸収層３１は、下部電極層２の＋Ｚ側の主面（上面とも言う）の上に配されている。この光吸収層３１は、第１導電型を有するＩ−III−VI族のカルコパイライト系化合物半導体を主に含んでおり、光を吸収して励起子を生じる。なお、第１導電型は、例えばｐ型の導電型であればよい。
I−III−VI族のカルコパイライト系化合物半導体とは、Ｉ−III−VI族化合物を主に含む半導体である。なお、Ｉ−III−VI族化合物を主に含む半導体とは、半導体がＩ−III−VI族化合物を７０ｍｏｌ％以上含むことを言う。以下の記載においても、「主に含む」は「７０ｍｏｌ％以上含む」ことを意味する。Ｉ−III−VI族化合物は、Ｉ−Ｂ族元素（１１族元素とも言う）とIII−Ｂ族元素（１３族元素とも言う）とVI−Ｂ族元素（１６族元素とも言う）とを主に含む化合物である。
I−III−VI族のカルコパイライト系化合物としては、例えば、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２（ＣＩＧＳとも言う）、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）２（ＣＩＧＳＳとも言う）、およびＣｕＩｎＳｅ２（ＣＩＳとも言う）などが採用され得る。なお、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２は、ＣｕとＩｎとＧａとＳｅとを主に含む化合物である。また、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）２は、ＣｕとＩｎとＧａとＳｅとＳとを主に含む化合物である。ここでは、光吸収層３１が、ＣＩＧＳを主に含むものとする。
なお、光吸収層３１がＩ−III−VI族カルコパイライト系化合物半導体を主に含んでいれば、光吸収層３１の厚さが１０μｍ以下であっても、光電変換セル１０の光電変換効率が高められ得る。このため、光吸収層３１の厚さは、例えば、１μｍ以上で且つ３μｍ以下程度であればよい。
光吸収層３１は、スパッタリング法または蒸着法などといった真空プロセスによって形成され得る。また、光吸収層３１は、塗布法あるいは印刷法と称されるプロセスによっても形成され得る。塗布法あるいは印刷法では、例えば、光吸収層３１に主に含まれる金属元素を含む溶液が下部電極層２の上に塗布され、その後、乾燥および熱処理が行われる。この塗布法あるいは印刷法と称されるプロセスが用いられることで、光電変換装置１００の製造に要するコストが低減され得る。
バッファ層３２は、光吸収層３１の＋Ｚ側の主面（上面とも言う）の上に配されている。また、バッファ層３２は、光吸収層３１の第１導電型とは異なる第２導電型を有する半導体を主に含む。ここで、導電型が異なる半導体とは、伝導担体（キャリア）が異なる半導体である。そして、第２導電型は、例えばｎ型の導電型であればよい。なお、光吸収層３１の導電型がｎ型であり、バッファ層３２の導電型がｐ型であってもよい。ここでは、光吸収層３１とバッファ層３２との間にヘテロ接合領域が形成されている。すなわち、バッファ層３２は、光吸収層３１とともにｐｎ接合を形成しているともいえる。このため、光電変換セル１０では、ヘテロ接合領域を形成する光吸収層３１とバッファ層３２とにおいて光電変換が生じ得る。
バッファ層３２は、化合物半導体を主に含む。バッファ層３２に含まれる化合物半導体としては、例えば、ＣｄＳ、Ｉｎ２Ｓ３、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｓｅ３、Ｉｎ（ＯＨ，Ｓ）、（Ｚｎ，Ｉｎ）（Ｓｅ，ＯＨ）および（Ｚｎ，Ｍｇ）Ｏなどが採用され得る。そして、バッファ層３２が１Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有していれば、リーク電流の発生が抑制され得る。なお、バッファ層３２は、例えば、ケミカルバスデポジション（ＣＢＤ）法などによって形成され得る。
また、バッファ層３２は、光吸収層３１の上面の法線方向に厚さを有する。バッファ層３２の厚さは、例えば、１０ｎｍ以上で且つ２００ｎｍ以下であればよい。バッファ層３２の厚さが１００ｎｍ以上で且つ２００ｎｍ以下であれば、バッファ層３２の上に上部電極層４がスパッタリング法などで形成される際に、バッファ層３２および光吸収層３１においてダメージが生じ難くなる。
上部電極層４は、光電変換層３の＋Ｚ側の主面（上面とも言う）の上に設けられている。そして、この上部電極層４は、例えば、ｎ型の導電型を有する透明の導電層（透明導電層とも言う）である。この上部電極層４は、光電変換層３において生じた電荷を取り出す電極となる。上部電極層４は、バッファ層３２よりも低い抵抗率を有する材料を主に含んでいればよい。上部電極層４には、いわゆる窓層と呼ばれるものが含まれてもよいし、窓層と透明導電層とが含まれてもよい。
上部電極層４は、禁制帯幅が広く且つ透明で低抵抗の材料を主に含んでいる。このような材料としては、例えば、ＺｎＯ、ＺｎＯの化合物、Ｓｎが含まれたＩＴＯおよびＳｎＯ２などの金属酸化物半導体などが採用され得る。ＺｎＯの化合物は、Ａｌ、Ｂ、Ｇａ、ＩｎおよびＦのうちの何れか１つの元素などが含まれたものであればよい。
上部電極層４は、スパッタリング法、蒸着法、スプレー法または化学的気相成長（ＣＶＤ）法などによって形成され得る。上部電極層４の厚さは、例えば、０．１μｍ以上で且つ２μｍ以下程度であればよい。ここで、上部電極層４が、１Ω・ｃｍ未満の抵抗率と、５０Ω／□以下のシート抵抗とを有していれば、上部電極層４を介して光電変換層３から電荷が良好に取り出され得る。
ここで、バッファ層３２および上部電極層４が、光吸収層３１が吸収し得る波長帯域の光に対して、光を透過させ易い性質（光透過性ともいう）を有していれば、光吸収層３１における光吸収の低下が抑制され得る。また、上部電極層４の厚さが０．０５μｍ以上で且つ０．５μｍ以下であれば、上部電極層４における光透過性が高められるとともに、光電変換によって生じた電流が上部電極層４によって良好に伝送され得る。さらに、上部電極層４の絶対屈折率とバッファ層３２の絶対屈折率とが略同一であれば、上部電極層４とバッファ層３２との界面で光が反射することで生じる入射光のロスが低減され得る。
線状導電部５は、上部電極層４の上面の上に配されている。また、複数の線状導電部５が設けられている場合は、各線状導電部５がＹ軸方向に離れており、Ｘ軸方向に延在している。線状導電部５は、例えば、金属ペーストが上部電極層４の上面の上に塗布された後に乾燥されてこの金属ペーストが固化されることで形成され得る。金属ペーストは、例えば、透光性を有する樹脂などのバインダーに光反射率が高く且つ導電性を有する粒子が添加されることで作製され得る。ここで、透光性を有する樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂などが採用され得る。また、金属ペーストに含まれる粒子としては、例えば、銅、アルミニウム、ニッケルならびに亜鉛と銀の合金などの金属粒子が採用され得る。この場合、線状導電部５には、導電性を有する多数の粒子が含まれており、該多数の粒子が相互に接触し合うことで、線状導電部５における良好な導電性が確保され得る。
線状導電部５は、光電変換層３において発生して上部電極層４において取り出された電荷を集電する役割を担う。線状導電部５が配されていることで、上部電極層４における導電性が補われるため、上部電極層４の薄層化が可能となる。その結果、電荷の取り出し効率の確保と、上部電極層４における光透過性の向上とが両立し得る。また、線状導電部５の幅が５０μｍ以上で且つ４００μｍ以下であれば、隣接する光電変換セル１０の間における良好な導電が確保され、光吸収層３１への光の入射量の低下が抑制され得る。１つの光電変換セル１０に配されている複数の線状導電部５のＹ方向における間隔は、例えば、２．５ｍｍ程度であればよい。
集電部６は、連結部６ａおよび垂下部６ｂを備えている。連結部６ａは、Ｙ軸方向に延在している。そして、連結部６ａには、各線状導電部５が電気的に接続されている。垂下部６ｂは、図２で示されるように、連結部６ａの下面に接続され、溝部Ｐ２を通って隣の光電変換セル１０から延伸されている下部電極層２の上面に接続され得る。
上部電極層４および複数の線状導電部５によって集電された電荷は、垂下部６ｂを通じて、隣の光電変換セル１０に伝達される。これにより、光電変換装置１００においては、隣り合う光電変換セル１０が電気的に直列に接続されている。
＜(１−３)溝部の配置とその役割＞
溝部Ｐ１は、Ｙ軸方向に延在している。溝部Ｐ１は、例えば、Ｙ軸方向に略直線状に延在している。１以上の溝部Ｐ１が配されていることで、下部電極層２がＸ軸方向に複数に分離されている。図２では、２つの下部電極層２が示されている。溝部Ｐ１には、直上に配された光吸収層３１の延在部分が埋入している。これにより、隣り合う光電変換セル１０において、一方の光電変換セル１０の下部電極層２と、他方の光電変換セル１０の下部電極層２とが電気的に分離されている。溝部Ｐ１の幅は、例えば、線状導電部５の幅と同程度の５０μｍ以上で且つ４００μｍ以下程度であればよい。
溝部Ｐ２は、Ｙ軸方向に延在している。溝部Ｐ２は、例えば、Ｙ軸方向に略直線状に延在している。そして、溝部Ｐ２は、上部電極層４の上面から下部電極層２の上面に至るまで配されている。このため、溝部Ｐ２は、１つの光電変換セル１０内において、光電変換層３と上部電極層４とが積層された積層部をＸ軸方向に分離している。
溝部Ｐ３は、隣り合う光電変換セル１０の間においてＹ軸方向に延在している。溝部Ｐ３は、例えば、Ｙ軸方向に略直線状に延在している。そして、溝部Ｐ３は、光電変換セル１０の＋Ｚ側の主面（上面とも言う）から下部電極層２の上面に至るまで配されている。つまり、溝部Ｐ３は、隣り合う光電変換セル１０を分離する領域である。溝部Ｐ３の幅は、例えば、４０μｍ以上で且つ１０００μｍ以下程度であればよい。なお、各溝部Ｐ３には、光電変換装置１００がモジュール化される際に、例えば、樹脂などの絶縁材料が入り込み得る。
また、受光面の上方（ここでは＋Ｚ側）から各光電変換セル１０を平面透視した場合に、各光電変換セル１０には、＋Ｘ方向に溝部Ｐ１と溝部Ｐ２と溝部Ｐ３とがこの順に配されている。このため、各光電変換セル１０においては、下部電極層２の上から溝部Ｐ１を越えて、隣の下部電極層２の上に至るまで光電変換層３が配されている。ここで、隣の下部電極層２は、隣の光電変換セル１０から延伸している下部電極層２である。
また、受光面の上方（ここでは＋Ｚ側）から各光電変換セル１０を平面透視した場合に、各光電変換セル１０には、溝部Ｐ２を包含して溝部Ｐ１と溝部Ｐ３とに挟まれた領域と、溝部Ｐ１が配されている領域と、残余の領域とがある。そして、この残余の領域が、発電に寄与する領域となる。
なお、本実施形態では、各光電変換セル１０において、光電変換層３が、下部電極層２の上から隣の下部電極層２の上にかけて配されていたが、本発明はこの構造に限られない。例えば、光電変換層３が、下部電極層２の上から溝部Ｐ１の内部に至るまで配されていればよい。
＜(１−４)光電変換層の詳細な構成＞
光電変換層３の光吸収層３１は、上述したＩ−III−VI族のカルコパイライト系化合物半導体に加えて、カリウム（Ｋ）およびナトリウム（Ｎａ）を含んでいる。カリウムおよびナトリウムは、Ｉ−III−VI族のカルコパイライト系化合物半導体のキャリア濃度を増大させる機能を有している。
そして、光吸収層３１において、下部電極層２との接触部近傍（以下、第１接触部３１ａとする）におけるカリウムの濃度は、第１接触部３１ａにおけるナトリウムの濃度よりも大きくなっている。カリウムは、下部電極層２の表面近傍にあるナトリウムによる上記オーミック接触の悪化を軽減する役割を担う。これにより、光電変換効率の低下が低減される。
また、光吸収層３１のナトリウムおよびカリウムの濃度の測定には、例えば、断面を電子顕微鏡観察しながらエネルギー分散型Ｘ線分析法（ＥＤＳ：Energy Dispersive X-ray Spectroscopy）で測定する方法を利用できる。また、上記濃度は、スパッタリング法などで光吸収層３１を深さ方向に削りながらＸ線光電子分光法（ＸＰＳ：X-ray photoelectron spectroscopy）で測定してもよい。また、同様に、スパッタリング法などで光吸収層３１を深さ方向に削りながらオージェ電子分光（ＡＥＳ：Auger Electron Spectroscopy）または２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Secondary Ion Mass Spectroscopy）で測定してもよい。
このとき、光吸収層３１の平均のナトリウムの濃度は、１×１０１９ａｔｍｓ／ｃｍ３以上で且つ１×１０２０ａｔｍｓ／ｃｍ３以下であればよい。また、光吸収層３１の平均のカリウムの濃度は、５×１０１９ａｔｍｓ／ｃｍ３以上で且つ５×１０２０ａｔｍｓ／ｃｍ３以下あればよい。光吸収層３１の平均のナトリウムおよびカリウムの濃度は、上記した測定方法によって、光吸収層３１の結晶が存在する位置における任意の１０箇所で測定を行ない、その平均値として得られる。ここで、上記結晶とは、カルコパイライト系化合物半導体の結晶を指す。
また、第１接触部３１ａにおけるナトリウムおよびカリウムの濃度は、上記した測定方法によって、第１接触部３１ａにおける任意の１０箇所で測定を行ない、その平均値として得られる。なお、第１接触部３１ａとは、図３に示すように、下部電極層２と光吸収層３１とが接している接触面およびこの接触面の近傍部位を指す。そして、この近傍部位とは、下部電極層２との接触面からの距離が光吸収層３１の全体の厚みに対して１０％以下の領域である。第１接触部３１ａにおけるナトリウムの濃度は、１×１０１９ａｔｍｓ／ｃｍ３以上で且つ１×１０２０ａｔｍｓ／ｃｍ３以下であればよい。また、第１接触部３１ａにおけるカリウムの濃度は、２×１０１９ａｔｍｓ／ｃｍ３以上で且つ５×１０２０ａｔｍｓ／ｃｍ３以下であればよい。そして、第１接触部３１ａにおけるカリウムの濃度は、第１接触部３１ａにおけるナトリウムの濃度の１．１倍以上で且つ２０倍以下程度であればよい。
また、光吸収層３１において、バッファ層３２との接触部近傍（以下、第２接触部３１ｂとする）におけるカリウムの濃度は、第２接触部３１ｂにおけるナトリウムの濃度よりも大きくてもよい。第２接触部３１ｂに相当する光吸収層３１のバッファ層３２側の表面では、光吸収層３１の製造途中でカリウムよりもナトリウムが失われやすい。そのため、第２接触部３１ｂにおけるカリウムの濃度を高めれば、ナトリウムの減少を低減できる。これにより、ｐｎ接合部の品質劣化が低減される。その結果、光電変換効率の低下が軽減される。第２接触部３１ｂにおけるナトリウムの濃度は、１×１０１８ａｔｍｓ／ｃｍ３以上で且つ１×１０２０ａｔｍｓ／ｃｍ３以下であればよい。また、第２接触部３１ｂにおけるカリウムの濃度は、１×１０１９ａｔｍｓ／ｃｍ３以上で且つ５×１０２０ａｔｍｓ／ｃｍ３以下であればよい。そして、第２接触部３１ｂにおけるカリウムの濃度は、第２接触部３１ｂにおけるナトリウムの濃度よりも１．１倍以上で且つ５０倍以下程度であればよい。
なお、第２接触部３１ｂにおけるカリウムおよびナトリウムの濃度は、上記した測定方法によって、第２接触部３１ｂの結晶が存在する位置における任意の１０箇所で測定を行ない、その平均値として得る。ここで、上記結晶とは、カルコパイライト系化合物半導体の結晶を指す。また、第２接触部３１ｂとは、光吸収層３１とバッファ層３２とが接している接触面および該接触面の近傍部位を指す。そして、この近傍部位とは、バッファ層３２との接触面からの距離が光吸収層３１の全体の厚みに対して１５％以下の領域である。
また、第２接触部３１ｂにおけるカリウムの濃度は、光吸収層３１におけるカリウムの平均の濃度よりも小さくてもよい。ｐｎ接合の近傍、すなわち、第２接触部３１ｂにおいて過剰にカリウムが存在している場合は、光吸収層３１のＩ−III−VI族のカルコパイライト系化合物半導体の一部の元素がカリウムに置換される現象が生じやすくなる。この場合には、ｐｎ接合の品質が劣化し、再結合等の不具合が発生しやすくなる。そこで、上述したように、第２接触部３１ｂにおけるカリウムの濃度を小さくすることによって、カリウムによるキャリア濃度の増大効果を維持しつつ、ｐｎ接合近傍における再結合の発生を低減できる。このとき、第２接触部３１ｂにおけるカリウムの濃度は、光吸収層３１におけるカリウムの平均の濃度の０．０５倍以上で且つ０．９１倍以下程度であればよい。
また、第２接触部３１ｂにおけるナトリウムの濃度は、光吸収層３１におけるナトリウムの平均の濃度よりも小さくてもよい。ｐｎ接合の近傍、すなわち、第２接触部３１ｂにおいて過剰にナトリウムが存在している場合は、光吸収層３１のＩ−III−VI族のカルコパイライト系化合物半導体の一部の元素がナトリウムに置換される現象が生じやすくなる。この場合には、ｐｎ接合の品質が劣化し、再結合等の不具合が発生しやすくなる。そこで、上述したように、第２接触部３１ｂにおけるナトリウムの濃度を小さくすることによって、キャリア濃度の増大効果を維持しつつ、ｐｎ接合近傍における再結合の発生を低減できる。このとき、第２接触部３１ｂにおけるナトリウムの濃度は、光吸収層３１におけるナトリウムの平均の濃度の０．０５倍以上で且つ０．９１倍以下程度であればよい。
＜(２)光電変換装置の製造プロセス＞
ここで、上記構成を有する光電変換装置１００の製造プロセスの一例について説明する。図４は、光電変換装置１００の製造フローを例示するフローチャートである。
まず、ステップＳｐ１では、略矩形の平板状の基板１を準備する。
ステップＳｐ２では、洗浄された基板１の一主面の略全面に、スパッタリング法または蒸着法などを用いて、下部電極層２を形成する。
ステップＳｐ３では、下部電極層２の上面のうちの所定の形成対象位置からその直下の基板１の上面にかけて、一方向（ここでは図１等に示されているＹ軸方向）に略直線状に延在する溝部Ｐ１を形成する。溝部Ｐ１は、例えば、ＹＡＧレーザーまたはその他のレーザーの光を所定の形成対象位置に走査することで形成され得る。
ステップＳｐ４では、下部電極層２の上に、光吸収層３１に主に含まれる金属元素を含む皮膜を形成する。皮膜は、例えば、光吸収層３１に主に含まれる金属元素を含む溶液を下部電極層２の上に塗布した後に乾燥する処理を行なうことで形成され得る。
具体的に、まず、下部電極層２上にＩ−Ｂ族元素、III−Ｂ族元素、VI−Ｂ族元素、ナトリウム源としてのＮａＣｌＯ４およびカリウム源としてのＫＣｌＯ４をピリジンで溶かしてなる原料溶液を塗布した後、乾燥させて皮膜を形成する。また、このステップＳｐ４は、複数回行なうことによって、複数層の皮膜を形成している。そして、ステップＳｐ４では、最初に下部電極層２上に塗布する原料溶液にナトリウムよりもカリウムを多く含有させることによって、下部電極層２に直に接する皮膜のナトリウムおよびカリウムの量を制御している。これにより、ステップＳｐ５を経て形成される光吸収層３１は、第１接触部３１ａにおけるカリウムの濃度が第１接触部３１ａにおけるナトリウムの濃度よりも大きくなる。
このように、積層する皮膜に応じて原料溶液に含有させる元素の量を調整すれば、光吸収層３１の積層方向における各元素の量を制御できる。そのため、第２接触部３１ｂにおけるカリウムを多くする場合には、下部電極層２と反対側（図２の＋Ｚ方向側）に形成する皮膜の原料溶液のカリウム源の量を多くすればよい。
ステップＳｐ５では、皮膜に対する加熱処理を行なうことで、皮膜における化合物半導体の結晶化が進み、光吸収層３１が形成される。
ステップＳｐ６では、光吸収層３１の上にバッファ層３２を形成する。これにより、光吸収層３１とバッファ層３２とが積層されている光電変換層３が形成される。バッファ層３２は、例えば、ケミカルバスデポジション（ＣＢＤ）法によって形成され得る。具体的には、例えば、酢酸カドミウムとチオ尿素とをアンモニア水に溶解することで作製した溶液に光吸収層３１を浸漬することで、ＣｄＳを主に含むバッファ層３２を形成する。
ステップＳｐ７では、光電変換層３の上に上部電極層４を形成する。上部電極層４は、例えば、スパッタリング法、蒸着法または化学的気相成長（ＣＶＤ）法などで形成され得る。具体的には、例えば、バッファ層３２の上に、Ａｌが添加されたＺｎＯを主に含む透明な上部電極層４を形成する。
ステップＳｐ８では、上部電極層４の上面のうちの所定の形成対象位置から下部電極層２の上面に至る領域に、一方向（ここでは図１等に示されているＹ軸方向）に略直線状に延在する溝部Ｐ２が形成される。溝部Ｐ２は、スクライブ針が用いられたメカニカルスクライビングなどによって形成され得る。
ステップＳｐ９では、上部電極層４の上面のうちの所定の形成対象位置から溝部Ｐ２の内部にかけて線状導電部５および集電部６（連結部６ａおよび垂下部６ｂ）を形成する。線状導電部５は、例えば、金属ペーストが所定のパターンを有するように印刷し、印刷後の金属ペーストを乾燥によって固化させることで形成され得る。
ステップＳｐ１０では、上部電極層４の上面のうちの所定の形成対象位置から下部電極層２の上面に至る領域に、一方向（ここでは図１等に示されているＹ軸方向）に略直線状に延在する溝部Ｐ３を形成する。これにより、基板１の上に複数の光電変換セル１０が配されている光電変換装置１００が得られる。溝部Ｐ３は、例えば、溝部Ｐ２と同様に、スクライブ針が用いられたメカニカルスクライビングなどによって形成され得る。
なお、本発明は上記一実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良などが可能である。
例えば、上記一実施形態では、直列に接続された複数の光電変換セル１０が光電変換装置１００に含まれていたが、これに限られない。例えば、光電変換装置１００には、１以上の光電変換セル１０が含まれていればよい。
１ 基板
２ 下部電極層
３ 光電変換層
３１ 光吸収層
３１ａ 第１接触部
３１ｂ 第２接触部
３２ バッファ層
４ 上部電極層
５ 線状導電部
６ 集電部
６ａ 連結部
６ｂ 垂下部
１０ 光電変換セル
１００ 光電変換装置

Claims (5)

  1. 電極層と、
    該電極層上に配置された、Ｉ−III−VI族のカルコパイライト系化合物半導体、カリウムおよびナトリウムを含む第１半導体層と、
    該第１半導体層上に配置された、該第１半導体層とともにｐｎ接合を形成する第２半導体層とを備えており、
    前記第１半導体層において、前記電極層との接触部近傍における前記カリウムの濃度が、前記電極層との接触部近傍における前記ナトリウムの濃度よりも大きい、光電変換装置。
  2. 前記第１半導体層において、前記電極層との接触部近傍における前記カリウムの濃度が２×１０１９ａｔｍｓ／ｃｍ３〜５×１０２０ａｔｍｓ／ｃｍ３であり、前記電極層との接触部近傍における前記ナトリウムの濃度は１×１０１９ａｔｍｓ／ｃｍ３〜１×１０２０ａｔｍｓ／ｃｍ３である、請求項１に記載の光電変換装置。
  3. 前記第１半導体層において、前記第２半導体層との接触部近傍における前記カリウムの濃度が、前記第２半導体層との接触部近傍における前記ナトリウムの濃度よりも大きい、請求項１または請求項２に記載の光電変換装置。
  4. 前記第１半導体層の前記第２半導体層との接触部近傍における前記カリウムの濃度が、前記第１半導体層における前記カリウムの平均の濃度よりも小さい、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光電変換装置。
  5. 前記第１半導体層の前記第２半導体層との接触部近傍における前記ナトリウムの濃度が、前記第１半導体層における前記ナトリウムの平均の濃度よりも小さい、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光電変換装置。
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