WO2005106968A1 - カルコパイライト型太陽電池 - Google Patents

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Satoshi Yonezawa
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a chalcopyrite solar cell having an insulating substrate containing a my force.
  • a chalcopyrite-type solar cell is a solar cell that includes a chalcopyrite conjugate as typified by Cu (inGa) Se (hereinafter also referred to as CIGS! As a light absorbing layer, and has a high energy conversion efficiency. It has attracted particular attention because it has various advantages such as high light resistance, little light degradation due to aging, excellent radiation resistance, a wide light absorption wavelength range, and a large light absorption coefficient. Various considerations have been made to! /
  • this type of chalcopyrite solar cell 10 is provided by stacking a laminate 14 on a glass substrate 12.
  • the laminated body 14 has a first electrode 16 made of Mo, a light absorption layer 18 made of CIGS, and a light absorption layer 18 having a basic structure of a transparent second electrode 20 made of ZnOZAl.
  • a buffer layer 22 and a high-resistance layer (semi-insulating layer) 24 for achieving band gap matching with the light absorption layer 18 are interposed between the second electrode 20 and the second electrode 20.
  • an anti-reflection layer 26 is provided for preventing light incident on the light absorption layer 18 from being reflected and leaking to the outside.
  • Each of the buffer layer 22, the high-resistance layer 24, and the antireflection layer 26 is made of, for example, CdS, ZnO, or MgF.
  • any one of the buffer layer 22 and the high-resistance layer 24 can be formed.
  • a part of the first electrode 16 is also exposed to a laminate 14 force, and a first lead portion 28 is provided at the exposed portion.
  • a part of the second electrode 20 is also exposed from the antireflection layer 26, and a second lead portion 30 is provided in the exposed part.
  • the chalcopyrite solar cell 10 configured as described above When the chalcopyrite solar cell 10 configured as described above is irradiated with light such as sunlight, a pair of electrons and holes is generated in the light absorption layer 18.
  • a pair of electrons and holes At the bonding interface between the CIGS light absorbing layer 18 as a P-type semiconductor and the second electrode 20 as an N-type semiconductor, electrons The holes collect at the interface of the light absorbing layer 18 (P-type side) while being collected at the interface of the 20 (N-type side).
  • an electromotive force is generated between the light absorbing layer 18 and the second electrode 20.
  • the electric energy generated by the electromotive force is taken out as an electric current from the first lead portion 28 and the second lead portion 30 connected to the first electrode 16 and the second electrode 20, respectively.
  • the chalcopyrite solar cell 10 shown in Fig. 5 is usually manufactured as follows. That is, first, the first electrode 16 made of Mo is formed on the glass substrate 12 having the same strength as soda lime glass by sputtering film formation.
  • the first electrode 16 is divided by irradiating a laser beam. This operation is called scribe.
  • Cu, In, and Ga are deposited on the first electrode 16 by sputtering film formation to provide a precursor.
  • This precursor is accommodated in a heat treatment furnace together with the substrate and the first electrode 16, and annealed in a HSe gas atmosphere.
  • the precursor is selenized at the time of the neal, and the light absorbing layer 18 made of CIGS is formed.
  • an N-type buffer layer 22 of CdS, ZnO, InS or the like is provided on the light absorption layer 18.
  • the buffer layer 22 is formed by, for example, sputtering film formation or chemical bath deposition (CBD).
  • the high-resistance layer 24 of ZnO or the like by sputtering film formation or the like, scribe the high-resistance layer 24, the buffer layer 22, and the light absorption layer 18 using a laser beam or a metal needle. I do. That is, the high resistance layer 24, the buffer layer 22, and the light absorption layer 18 are divided.
  • the second electrode 20 made of ZnOZAl is provided by sputtering film formation, the second electrode 20, the high resistance layer 24, the buffer layer 22, and the light absorption layer 18 are formed using laser light or a metal needle. Perform a scribe.
  • first lead portion 28 and a second lead portion 30 are provided on the exposed portions of the first electrode 16 and the second electrode 20, respectively. Thereby, the chalcopyrite solar cell 10 is obtained.
  • the chalcopyrite-type solar cell 10 obtained in this manner is a cell.
  • a cell in which a plurality of cells are electrically connected to each other and are enlarged in a panel shape is used for practical use. Is done.
  • glass is selected as the material of the substrate. This is because it is easily available and inexpensive, and the surface is smooth, so that the surface of the film deposited on the substrate can be made relatively smooth, and moreover, the sodium in the glass is reduced. This is because energy conversion efficiency increases as a result of diffusion to the light absorption layer.
  • Patent Document 1 proposes a chalcopyrite solar cell using a polymer film as a substrate.
  • Patent Document 2 discloses stainless steel as a material for a substrate of a chalcopyrite fuel cell
  • Patent Document 3 discloses glass, alumina, my force, polyimide, molybdenum, tungsten, nickel, and graphite. Ait and stainless steel are listed.
  • this stainless steel substrate is provided with a protective layer made of SiO or FeF to prevent the selenium force from being attacked during selenium bonding.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-259494
  • Patent Document 2 JP 2001-339081 A
  • Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-58893
  • Patent Document 2 has an aspect that it is difficult to say that the protection of the stainless steel substrate by the protective layer is sufficient. That is, in some cases, the stainless substrate may be corroded during selenization, and the first electrode may fall off. In addition, since the conductive layer is exposed and the conductive stainless steel substrate is exposed, scribing using a metal needle cannot be performed.
  • Patent Document 3 various materials are listed as the material of the substrate, but the substrates of the chalcopyrite solar cell disclosed in Patent Document 3 are all glass substrates. For this reason, it is not clear whether corrosion can be avoided at the time of selenium even if other materials are used. For example, when a laminated body is provided using a laminated my force in which my force particles are bonded by resin as a substrate, it is recognized that the laminated body easily falls off the laminated my force substrate force, and that the energy conversion efficiency decreases.
  • a general object of the present invention is to provide a chalcopyrite solar cell that can be mass-produced.
  • a main object of the present invention is to provide a chalcopyrite type solar cell having high energy conversion efficiency and high open circuit voltage.
  • Another object of the present invention is to provide a chalcopyrite solar cell that can prevent the substrate laminate from falling off.
  • a first electrode made of a metal, a light absorbing layer formed on the first electrode and made of a chalcopyrite compound which is a P-type semiconductor, and a light absorbing layer
  • a chalcopyrite solar cell having a laminate with a second electrode formed of an N-type semiconductor thereon,
  • My force is included in the insulating substrate holding the laminate
  • a chalcopyrite solar cell in which at least a binder layer functioning as a binder is interposed between the insulating substrate and the laminate.
  • My power is rich in flexibility. For this reason, for example, it is possible to form a substrate by winding and sending out a mica to be described later and cutting it into a predetermined size. In other words, it is possible to wind the collected my strength into a roll, so that the roll-to- It is easy to adopt a process. That is, mass production of chalcopyrite solar cells can be achieved.
  • the precursor of Cu, In, and Ga adhered on the first electrode to form the light absorbing layer has a higher H resistance.
  • Selenization can be performed at about 600 to 700 ° C. Under such conditions, the precursor can be surely advanced, so that a chalcopyrite solar cell having a large open circuit voltage (open voltage) can be constructed.
  • the binder layer is interposed between the my-force substrate and the laminate, the bonding strength between the my-force substrate and the laminate is ensured. For this reason, it is possible to prevent the stacked body from falling off the my-force substrate.
  • the presence of the binder layer prevents impurities contained in the my-force substrate from diffusing into the light absorbing layer. For this reason, the energy conversion efficiency of the chalcopyrite solar cell can be improved.
  • a material containing TiN or TaN can be mentioned.
  • the thickness of the binder layer is preferably 0.5 to 1 ⁇ m.
  • suitable materials for the insulating substrate include powdery and granular My powers and integrated My powers that are fired after the resin is mixed.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a chalcopyrite solar cell according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged view of a main part of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view of a chalcopyrite solar cell according to another embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view of a chalcopyrite solar cell according to another embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional view of a chalcopyrite solar cell according to a conventional technique.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of chalcopyrite solar cell 50 according to the present embodiment.
  • the chalcopyrite solar cell 50 includes a substrate 52, a laminate 14, a smoothing layer 54 and a binder layer 56 interposed between the substrate 52 and the laminate 14.
  • the substrate 52 is formed by an integrated my force.
  • the integrated mica refers to one that is fired after mixing the powdered and granular my power and the resin.
  • assembly Mai force has a resistance value is significantly greater insulators and 10 12 to 10 16 Omega, The acid, alkali, a property that resistance is high with respect to H Se gas.
  • insulators 10 12 to 10 16 Omega
  • the acid, alkali a property that resistance is high with respect to H Se gas.
  • the my assemblage shows a relatively high heat resistance temperature of 600 to 800 ° C.
  • a concave portion 58 and a convex portion 60 are present on the upper end surface of the substrate 52 composed of the integrated my force. That is, the upper end surface of the integrated my-force board 52 is greatly undulated.
  • the undulation is also transferred to the upper end surface of the first electrode 16.
  • the light absorbing layer 18 is provided on such a first electrode 16, the open circuit voltage of the chalcopyrite solar cell 50 as a final product tends to decrease.
  • a smoothing layer 54 having smaller undulations than the integrated my-force substrate 52 is interposed.
  • the smooth ridge layer 54 with smaller undulations will be interposed Thus, undulations transferred to the upper end surfaces of the first electrode 16 and the light absorbing layer 18 are reduced. Therefore, it is possible to avoid a decrease in the open circuit voltage of the fulcopyrite solar cell 50.
  • the smoothing layer 54 for example, SiN or SiO is selected. in this case,
  • the binder layer 56 provided on the smoothing layer 54 is a layer for firmly joining both the laminated substrate 52 and the smoothing layer 54. In addition, it functions as a diffusion preventing layer for preventing further diffusion of the impurities diffused from the integrated substrate 52. In other words, the presence of the binder layer 56 prevents the impurities contained in the integrated my substrate 52 from diffusing into the light absorbing layer 18.
  • Suitable materials for the binder layer 56 include TiN or TaN. Such a material may be as good as SiN or SiO as the material of the smoothing layer 54 or Mo as the material of the first electrode 16.
  • the laminated body 14 can be held on the mica substrate 52 with good bonding strength via the smoothing layer 54.
  • the thickness of the binder layer 56 is preferably 0.5 to 1 m. 0.5 m
  • the laminated body 14 includes a first electrode 16 made of Mo, a light absorption layer 18 made of CIGS, a buffer layer 22 made of CdS, a high resistance layer 24 made of ZnO, a transparent second electrode 20 made of ⁇ , M
  • the antireflection layer 26 which also has a gF force is formed by laminating the binder layer 56 side force in this order.
  • first electrode 16 and the second electrode 20 are exposed, and a first lead portion 28 and a second lead portion 30 are provided at each of the exposed portions.
  • the chalcopyrite-type solar cell 50 according to the present embodiment thus configured is rich in flexibility because the substrate 52 is formed by the my-assembly force as described above. For this reason, it is easy to adopt the roll-to-roll process, which is a mass-production method, because the assembled force can be wound in a roll and sent out. That is, mass production of chalcopyrite solar cell 50 can be achieved.
  • the integrated my power is cheaper and lighter than soda lime glass.
  • the manufacturing cost of the rucopyrite-type solar cell 50 can be reduced, and the mass of the chalcopyrite-type solar cell 50 can be reduced.
  • the heat resistance of the laminated force is significantly superior to that of the glass substrate 12.
  • the precursor of Cu, In, and Ga adhered on the first electrode 16 to provide the light absorbing layer 18 is subjected to selenium dying at about 600 to 700 ° C using H Se gas. Can be.
  • the selenium sintering of the precursor can proceed reliably, and thus the chalcopyrite solar cell 50 as the final product has an extremely large open circuit voltage.
  • the solder layer 56 is interposed between the laminated my-force substrate 52 and the laminated body 14, the bonding strength between the laminated my-force substrate 52 and the laminated body 14 is improved. Is secured. Therefore, the stacked body 14 is prevented from falling off from the integrated my-force board 52.
  • a force binder layer 56 containing impurities such as Al, K, Li, Na, Mg, and F on the integrated substrate 52 allows these impurities to enter the light absorbing layer 18. Spreading is prevented. Therefore, a chalcopyrite solar cell 50 excellent in energy conversion efficiency can be obtained.
  • the upper end surface of the integrated my force substrate 52 is so smooth that the energy conversion efficiency of the force chalcopyrite solar cell 50 in which the smoothing layer 54 is provided is not reduced.
  • the binder layer 56 may be provided directly on the assembled my power substrate 52 without providing the smoothing layer 54.
  • TiN or TaN which is the material of the binder layer 56, is also satisfactorily bonded to the assembled force, which is the material of the substrate 52. Therefore, in this case, the bonding strength between the substrate 52 and the laminate 14 can be ensured even in this case.
  • the thickness of the binder layer 56 is preferably set to 0.5 to 1 ⁇ m.
  • TiN or TaN has a larger bonding compared to SiN or SiO, which is the material of the smoothing layer 54.
  • a binder layer 56 is further provided between the integrated my strength substrate 52 and the smoothing layer 54 to secure further bonding strength because the bonding is performed with the integrated my strength substrate 52 with strength. Just like that.
  • the laminate 14 may be formed without providing the buffer layer 22, the high-resistance layer 24, and the antireflection layer 26.
  • the first electrode 16 may be made of titanium Ti or tungsten W.

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Abstract

　カルコパイライト型太陽電池（５０）は、粉粒状のマイカが樹脂で結合された集成マイカ基板（５２）を有する。この集成マイカ基板（５２）上には、第１電極（１６）と、光吸収層（１８）と、第２電極（２０）とを有する積層体（１４）が積層されており、集成マイカ基板（５２）と積層体（１４）との間には、平滑化層（５４）とバインダ層（５６）とが介装されている。平滑化層（５４）は、好ましくはＳｉＮ又はＳｉＯ2からなり、一方、バインダ層（５６）は、例えば、ＴｉＮ又はＴａＮからなる。

Description

カルコパイライト型太陽電池
技術分野
[0001] 本発明は、マイ力を含む絶縁性基板を有するカルコパイライト型太陽電池に関する
背景技術
[0002] カルコパイライト型太陽電池は、 Cu (inGa) Se (以下、 CIGSとも!/、う）に代表される カルコパイライトイ匕合物を光吸収層として備える太陽電池であり、エネルギ変換効率 が高い、経年変化による光劣化がほとんど起こらない、耐放射線特性に優れる、光吸 収波長領域が広い、光吸収係数が大きい等、種々の利点を有することから特に着目 されており、量産化のために様々な検討がなされて!/、る。
[0003] 図 5に示すように、この種のカルコパイライト型太陽電池 10は、ガラス基板 12上に 積層体 14が積層されることによって設けられる。ここで、積層体 14は、 Moからなる第 1電極 16と、 CIGSからなる光吸収層 18と、 ZnOZAlからなる透明な第 2電極 20とを 基本構造とするものである力 光吸収層 18と第 2電極 20との間に、光吸収層 18との バンドギャップ整合を図るためのバッファ層 22及び高抵抗層（半絶縁層） 24が介装さ れるのが一般的である。さらに、第 2電極 20上には、光吸収層 18に入射された光が 反射して外部に漏れることを防止するための反射防止層 26が設けられている。バッ ファ層 22、高抵抗層 24、反射防止層 26の各々は、例えば、 CdS、 ZnO、 MgFから
2 なる。ノ ッファ層 22の材質には、 ZnO、 InSが選定されることもある。また、バッファ層 22と高抵抗層 24は、いずれか 1層を形成することも可能である。
[0004] 第 1電極 16の一部は積層体 14力も露呈されており、この露呈した部位には、第 1リ ード部 28が設けられる。その一方で、第 2電極 20の一部も反射防止層 26から露呈さ れており、この露呈した部位には、第 2リード部 30が設けられている。
[0005] このように構成されたカルコパイライト型太陽電池 10に太陽光等の光が照射される と、光吸収層 18に電子と正孔の対が生じる。そして、 P型半導体である CIGS製の光 吸収層 18と、 N型半導体である第 2電極 20との接合界面において、電子が第 2電極 20 (N型側）の界面に集合するとともに、正孔が光吸収層 18 (P型側）の界面に集合 する。この現象が起こることにより、光吸収層 18と第 2電極 20との間に起電力が生じ る。この起電力による電気工ネルギを、第 1電極 16と第 2電極 20にそれぞれ接続され た第 1リード部 28、第 2リード部 30から電流として外部へと取り出すようにして!/、る。
[0006] 図 5に示されるカルコパイライト型太陽電池 10は、通常、以下のようにして作製され る。すなわち、先ず、スパッタリング成膜により、ソーダライムガラス等力もなるガラス基 板 12に Moからなる第 1電極 16を成膜する。
[0007] 次に、レーザ光を照射することによってこの第 1電極 16を分割する。この操作は、ス クライブと呼称される。
[0008] 分割時に発生した切削屑を水洗によって除去した後、スパッタリング成膜によって C u、 In, Gaを第 1電極 16上に付着させ、前駆体を設ける。この前駆体を、基板及び第 1電極 16ごと加熱処理炉内に収容し、 H Seガス雰囲気中でァニールを行う。このァ
2
ニールの際に前駆体のセレン化が起こり、 CIGSからなる光吸収層 18が形成される。
[0009] 次に、 CdS、 ZnO、 InS等の N型のバッファ層 22を光吸収層 18上に設ける。バッフ ァ層 22は、例えば、スパッタリング成膜やケミカルバスデポジション (CBD)等によつ て形成される。
[0010] さらに、場合によっては、 ZnO等の高抵抗層 24をスパッタリング成膜等によって形 成した後、レーザ光や金属針を用い、高抵抗層 24、バッファ層 22及び光吸収層 18 のスクライブを行う。すなわち、高抵抗層 24、バッファ層 22及び光吸収層 18を分割 する。
[0011] 次に、スパッタリング成膜によって ZnOZAlからなる第 2電極 20を設けた後、レー ザ光や金属針を用いて第 2電極 20、高抵抗層 24、バッファ層 22及び光吸収層 18の スクライブを行う。
[0012] 最後に、第 1電極 16及び第 2電極 20において露呈した部位に、第 1リード部 28及 び第 2リード部 30をそれぞれ設ける。これにより、カルコパイライト型太陽電池 10が得 られるに至る。
[0013] このようにして得られたカルコパイライト型太陽電池 10はセルであり、通常は、複数 個のセルが互いに電気的に連結されてパネル形状に大型化されたものが実用に供 される。
[0014] 上記したように、基板の材質としてはガラスが選定されることが通例である。この理 由は、入手が容易であり且つ価格が安価であり、表面が平滑であるので該基板に積 層される膜の表面を比較的平滑にすることができ、しかも、ガラス中のナトリウムが光 吸収層まで拡散する結果、エネルギ変換効率が大きくなるからである。
[0015] し力しながら、ガラス基板を用いた場合、前駆体をセレン化する際の温度を高く設 定することができないのでエネルギ効率が著しく大きくなる組成までセレンィ匕を進行さ せることが困難である。また、基板が厚いのでカルコパイライト型太陽電池を製造する 際に該ガラス基板を送り出す送り出し装置等が大型化するとともに、製造されたカル コパイライト型太陽電池の質量が大きくなるという不具合がある。し力も、ガラス基板に は可撓性がほとんどないため、ロールトウロールプロセスと呼称される大量生産製法 を適用することが困難である。
[0016] この不具合を解決する方策として、基板の材質をガラス以外のものに変更すること が想起される。例えば、特許文献 1には、高分子フィルムを基板とするカルコパイライ ト型太陽電池が提案されている。その他、特許文献 2には、カルコパイライト型燃料電 池の基板の材質としてステンレス鋼が挙げられており、特許文献 3には、ガラス、アル ミナ、マイ力、ポリイミド、モリブデン、タングステン、ニッケル、グラフアイト、ステンレス 鋼が列挙されている。ここで、特許文献 2においては、このステンレス基板がセレンィ匕 の際にセレン力も攻撃を受けることを回避するべぐ SiO又は FeFからなる保護層を
2 2
設けることが提案されている。
特許文献 1：特開平 5 - 259494号公報
特許文献 2 :特開 2001— 339081号公報
特許文献 3：特開 2000— 58893号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0017] し力しながら、特許文献 1に記載されたように高分子フィルムを基板とする場合、力 ルコパイライト型太陽電池に可撓性は生じるものの、セレンィ匕の際に高温とすることが できないという問題がある。例えば、ポリイミドでは 260°C以上とすることができないの で、 H Seガスを使用して 500°C以上となるセレン化を行うことができない。
2
[0018] また、特許文献 2記載の技術には、保護層によるステンレス基板の保護が十分であ るとは言い難い側面がある。すなわち、場合によっては、セレン化の際にステンレス基 板が腐食し、このために第 1電極が脱落することがある。また、保護層が脱落して導 電性のステンレス基板が露呈してしまうため、金属針によるスクライブを行うことができ な ヽと 、う不具合が顕在化して 、る。
[0019] さらに、特許文献 3では、各種の材料が基板の材質として挙げられているものの、該 特許文献 3中で開示されたカルコパイライト型太陽電池の基板は、すべてガラス基板 である。このため、他の材料を使用してもセレンィ匕の際に腐食を回避することが可能 であるか否かは明らかではない。例えば、マイ力粒子が榭脂で結合された集成マイ力 を基板として積層体を設けると、この積層体が集成マイ力基板力 脱落し易ぐまた、 エネルギ変換効率が低下することが認められる。
[0020] 本発明の一般的な目的は、大量生産を行うことが可能なカルコパイライト型太陽電 池を提供することにある。
[0021] 本発明の主たる目的は、ヱネルギ変換効率や開回路電圧が大き!/、カルコパイライト 型太陽電池を提供することにある。
[0022] 本発明の別の目的は、基板力 積層体が脱落することを回避することが可能なカル コパイライト型太陽電池を提供することにある。
[0023] 本発明の一実施形態によれば、金属からなる第 1電極と、前記第 1電極上に形成さ れて P型半導体であるカルコパイライト化合物からなる光吸収層と、前記光吸収層上 に形成されて N型半導体である第 2電極との積層体を有するカルコパイライト型太陽 電池であって、
前記積層体を保持する絶縁性基板にマイ力が含まれ、
且つ前記絶縁性基板と前記積層体との間に、少なくともバインダとして機能するバ インダ層が介装されているカルコパイライト型太陽電池が提供される。
[0024] マイ力は、可撓性に富む。このため、例えば、後述する集成マイカを卷回して送り出 し、所定の寸法に切断することで基板を形成することが可能である。換言すれば、集 成マイ力をロール状に卷回することができるので、大量生産製法であるロールトゥロー ルプロセスを採用することが容易である。すなわち、カルコパイライト型太陽電池の大 量生産を図ることができる。
[0025] また、マイ力はソーダライムガラスに比して安価であるので、カルコパイライト型太陽 電池の製造コストを低廉ィ匕することができる。し力も、軽量であるので、カルコパイライ ト型太陽電池の質量を小さくすることもできる。
[0026] さらに、マイ力の耐熱性がガラス基板に比して著しく優れているので、光吸収層を設 けるべく第 1電極上に付着された Cu、 In、 Gaの前駆体に対し、 H Seガスを使用して
2
600〜700°C程度でセレン化を施すことができる。このような条件下においては、前 駆体のセレンィ匕を確実に進行させることができるので、開回路電圧（開放電圧）が大 きなカルコパイライト型太陽電池を構成することができる。
[0027] さらにまた、マイ力基板と積層体との間にバインダ層を介装させるので、マイ力基板 と積層体との接合強度が確保される。このため、積層体がマイ力基板から脱落するこ とが回避される。
[0028] そして、このバインダ層が存在することによって、マイ力基板に含まれる不純物が光 吸収層まで拡散することが阻止される。このため、カルコパイライト型太陽電池のエネ ルギ変換効率を向上させることができる。
[0029] ここで、バインダ層の好適な材質としては、 TiN又は TaNを含む物質が挙げられる
。バインダ層の厚みは、 0. 5〜1 μ mであることが好ましい。
[0030] 一方、絶縁性基板の好適な材質としては、粉粒状のマイ力と樹脂が混合された後 に焼成された集成マイ力を挙げることができる。
[0031] この場合、絶縁性基板とバインダ層との間に、 SiN又は SiOを含むとともに上端面
2
の起伏が絶縁性基板の上端面の起伏に比して小さい平滑ィ匕層を設けることが好まし い。これにより、第 1電極や光吸収層に起伏が転写されることを回避することができ、 その結果、カルコパイライト型太陽電池の開回路電圧が大きくなるという利点が得ら れる。
図面の簡単な説明
[0032] [図 1]図 1は、本実施の形態に係るカルコパイライト型太陽電池の概略縦断面図であ る。 [図 2]図 2は、図 1の要部拡大図である。
[図 3]図 3は、別の実施の形態に係るカルコパイライト型太陽電池の概略縦断面図で ある。
[図 4]図 4は、また別の実施の形態に係るカルコパイライト型太陽電池の概略縦断面 図である。
[図 5]図 5は、従来技術に係るカルコパイライト型太陽電池の概略縦断面図である。 発明を実施するための最良の形態
[0033] 以下、本発明に係るカルコパイライト型太陽電池にっき好適な実施の形態を挙げ、 添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、図 5に示される構成要素と同一の構 成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
[0034] 図 1は、本実施の形態に係るカルコパイライト型太陽電池 50の概略縦断面図である
。このカルコパイライト型太陽電池 50は、基板 52と、積層体 14と、これら基板 52と積 層体 14の間に介装された平滑ィ匕層 54及びバインダ層 56とを有する。
[0035] 本実施の形態にぉ 、て、基板 52は、集成マイ力で形成されて 、る。ここで、集成マ イカとは、粉粒状のマイ力と樹脂が混合された後に焼成されたものを指称する。
[0036] 集成マイ力は、抵抗値が 1012〜1016Ωと著しく大きい絶縁体であり、また、酸、アル カリ、 H Seガス等に対する耐性も高いという性質を有する。さらに、軽量であり且つ可
2
撓性に富む。しかも、ソーダライムガラス等のガラス基板の耐熱温度が 500〜550°C であるのに対し、集成マイ力は、 600〜800°Cと比較的高い耐熱温度を示す。
[0037] ここで、図 2に拡大して示すように、集成マイ力からなる基板 52の上端面には、凹部 58及び凸部 60が存在する。すなわち、集成マイ力基板 52の上端面は、大きく起伏し ている。
[0038] この起伏した集成マイ力基板 52上に積層体 14を構成する第 1電極 16を積層した 場合、該第 1電極 16の上端面にも起伏が転写される。このような第 1電極 16上に光 吸収層 18を設けた場合、最終製品であるカルコパイライト型太陽電池 50の開回路電 圧が低下する傾向がある。
[0039] そこで、本実施の形態においては、集成マイ力基板 52に比して起伏が小さい平滑 化層 54を介装するようにしている。起伏がより小さい平滑ィ匕層 54が介装されることに より、第 1電極 16や光吸収層 18の上端面に転写される起伏が小さくなる。従って、力 ルコパイライト型太陽電池 50の開回路電圧が低下することを回避することができる。
[0040] この平滑ィ匕層 54の材質としては、例えば、 SiN又は SiOが選定される。この場合、
2
成膜が容易であるという利点がある。また、平滑ィ匕層 54が集成マイ力基板 52及びバ インダ層 56と良好に接合するので、接合強度を確保することができる。
[0041] 平滑ィ匕層 54上に設けられたバインダ層 56は、集成マイ力基板 52及び平滑化層 54 の双方を強固に接合させるための層である。また、集成マイ力基板 52から拡散した 不純物のそれ以上の拡散を阻止するための拡散防止層としての役割を果たす。すな わち、バインダ層 56が存在することによって、集成マイ力基板 52に含まれていた不 純物が光吸収層 18に拡散することが回避される。
[0042] バインダ層 56の好適な材質としては、 TiN又は TaNが挙げられる。このような物質 は、平滑化層 54の材質である SiN又は SiOや、第 1電極 16の材質である Mo等と良
2
好に接合する。従って、平滑ィ匕層 54を介し、良好な接合強度で積層体 14を集成マ イカ基板 52に保持することができる。
[0043] バインダ層 56の厚みは、 0. 5〜1 mであることが好ましい。 0. 5 m未満であると
、ノリアとして機能することが容易でなくなる。また、 1 μ mを超えると、接合強度を確 保することが容易でなくなる。
[0044] 積層体 14は、 Moからなる第 1電極 16、 CIGSからなる光吸収層 18、 CdSからなる バッファ層 22、 ZnOからなる高抵抗層 24、 ΖηθΖΑΙからなる透明な第 2電極 20、 M gF力もなる反射防止層 26がバインダ層 56側力もこの順序で積層されて形成されて
2
いる。また、第 1電極 16及び第 2電極 20の一部は露呈されており、露呈した各部位 には、第 1リード部 28及び第 2リード部 30がそれぞれ設けられる。
[0045] このように構成された本実施の形態に係るカルコパイライト型太陽電池 50は、上記 したように、基板 52が集成マイ力からなるので、可撓性に富む。このため、集成マイ力 をロール状に卷回して送り出すことができるので、大量生産製法であるロールトゥロー ルプロセスを採用することが容易である。すなわち、カルコパイライト型太陽電池 50の 大量生産を図ることができる。
[0046] しかも、集成マイ力はソーダライムガラスに比して一層安価且つ軽量であるので、力 ルコパイライト型太陽電池 50の製造コストを低廉ィ匕することができるとともに、該カル コパイライト型太陽電池 50の質量を小さくすることもできる。
[0047] また、上記したように、集成マイ力の耐熱性はガラス基板 12に比して著しく優れて ヽ る。このため、光吸収層 18を設けるべく第 1電極 16上に付着された Cu、 In、 Gaの前 駆体に対し、 H Seガスを使用して 600〜700°C程度でセレンィ匕を施すことができる。
2
このような条件下においては、前駆体のセレンィ匕を確実に進行させることができるの で、最終製品であるカルコパイライト型太陽電池 50は、開回路電圧が著しく大きいも のとなる。
[0048] この理由は、 600〜700°Cで気相によるセレンィ匕を行うことにより、 Gaが結晶状態 で略均一に分散した光吸収層 18が形成されるためにバンドギャップが拡大するため であると推察される。
[0049] さらに、本実施の形態によれば、集成マイ力基板 52と積層体 14との間にノインダ 層 56を介装させているので、集成マイ力基板 52と積層体 14との接合強度が確保さ れる。このため、積層体 14が集成マイ力基板 52から脱落することが回避される。
[0050] さらにまた、集成マイ力基板 52には、 Al、 K、 Li、 Na、 Mg、 F等の不純物が含まれ る力 バインダ層 56が存在することによって、これら不純物が光吸収層 18へ拡散す ることが阻止される。このため、エネルギ変換効率に優れたカルコパイライト型太陽電 池 50を得ることができる。
[0051] その上、この場合、集成マイ力基板 52の上端面の起伏を平滑ィ匕層 54によって可及 的に小さくしているので、第 1電極 16や光吸収層 18に起伏が転写されることを回避 することができ、その結果、カルコパイライト型太陽電池 50の開回路電圧が大きくなる という利点がある。
[0052] なお、本実施の形態では、平滑ィ匕層 54を設けるようにしている力 カルコパイライト 型太陽電池 50のエネルギ変換効率が低下しない程度に集成マイ力基板 52の上端 面が平滑であるならば、図 3に示すように、平滑ィ匕層 54を設けることなく集成マイ力基 板 52上に直接バインダ層 56を設けるようにしてもょ ヽ。バインダ層 56の材質である T iNや TaNは、基板 52の材質である集成マイ力とも良好に接合する。従って、この場 合にぉ ヽても基板 52と積層体 14との接合強度を確保することができる。この場合に おいても、バインダ層 56の厚みは 0. 5〜1 μ mとすることが好ましい。
[0053] また、 TiNや TaNは、平滑化層 54の材質である SiN又は SiOに比して大きな接合
2
強度で集成マイ力基板 52と接合することから、さらなる接合強度を確保するべぐ図 4 に示すように、集成マイ力基板 52と平滑ィ匕層 54との間にさらにバインダ層 56を設け るようにしてちょい。
[0054] さらに、図 3及び図 4から諒解されるように、ノ ッファ層 22、高抵抗層 24及び反射防 止層 26を設けることなく積層体 14としてもよい。
[0055] さらにまた、第 1電極 16は、チタン Tiやタングステン Wからなるものであってもよい。

Claims

請求の範囲
[1] 金属力 なる第 1電極（16)と、前記第 1電極（16)の上方に形成されて P型半導体 であるカルコパイライト化合物からなる光吸収層（18)と、前記光吸収層（18)の上方 に形成されて N型半導体である第 2電極（20)との積層体（14)を有するカルコパイラ イト型太陽電池（50)であって、
前記積層体（14)を保持する絶縁性基板 (52)にマイ力が含まれ、
且つ前記絶縁性基板 (52)と前記積層体（14)との間に、窒素化合物からなるバイ ンダ層 (56)が介装されて 、ることを特徴とするカルコパイライト型太陽電池（50)。
[2] 請求項 1記載の太陽電池（50)にお 、て、前記バインダ層 (56)が TiN又は TaNを 含むとともに、 0. 5〜1 /ζ πιの厚みに設定されていることを特徴とするカルコパイライト 型太陽電池 (50)。
[3] 請求項 1又は 2記載の太陽電池（50)において、前記絶縁性基板（52)は、マイ力と 榭脂が混合された後に焼成された集成マイ力であることを特徴とするカルコパイライト 型太陽電池 (50)。
[4] 請求項 3記載の太陽電池（50)にお 、て、前記絶縁性基板 (52)と前記バインダ層 ( 56)との間に、 SiN又は SiOを含むとともに上端面の起伏が前記絶縁性基板（52)の
2
上端面の起伏に比して小さい平滑ィ匕層（54)が設けられていることを特徴とするカル コパイライト型太陽電池（50)。
[5] 請求項 1〜4のいずれか 1項に記載の太陽電池（50)において、前記光吸収層（18 )と前記第 2電極 (20)との間にバッファ層（22)、及び半絶縁層 (24)が介装されたこ とを特徴とするカルコパイライト型太陽電池（50)。
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