WO2013129297A1 - 化合物太陽電池の製法 - Google Patents
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Abstract
高変換効率の化合物太陽電池を低コストで製造することのできる方法を提供するため、基板１の層形成面に対して垂直状に延びる仮想中心軸Ｘを想定したときに、その仮想中心軸Ｘの両側に、２枚のスパッタリング用の陰極ターゲット６，６'を対向させた状態で配置し、高周波（ＲＦ）電源、もしくは直流（ＤＣ）電源を重畳した高周波（ＲＦ）電源を用いるスパッタリング法により、バッファ層の形成を行うようにした。
Description
本発明は、高い光変換効率（以下「変換効率」とする）を有し、Ib族、IIIb族およびVib族の元素からなるＣｕＩｎＳｅ2（ＣＩＳ）あるいはこれにＧａを固溶させたＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2（ＣＩＧＳ）化合物半導体（I－III－VI族化合物半導体）を光吸収層に用いた化合物太陽電池を、効率よく製造する方法に関するものである。
太陽電池の中でも、ＣＩＳまたはＣＩＧＳ（以下「ＣＩＧＳ系」とする）化合物半導体を光吸収層に用いた化合物太陽電池は、高い変換効率を有し薄膜に形成できるとともに、光照射等による変換効率の劣化が少ないという利点を有していることが知られている。
このようなＣＩＧＳ系化合物半導体を光吸収層に用いた化合物太陽電池のバッファ層には、一般に、化学析出法で形成したＣｄＳやＺｎ（Ｏ，Ｓ）等が用いられている（例えば、特許文献１参照）。しかし、化学析出法でバッファ層を形成する場合には、真空下でＣＩＧＳ系化合物半導体層を形成した後に、一旦、大気下に取り出してバッファ層を形成し、再び真空下で透明電極層を形成する必要があり、生産性に劣るという問題がある。
そこで、この問題を解決するため、上記化合物太陽電池におけるバッファ層の形成を、大気下に取り出すことなく真空下で連続的にスパッタリング法で行うことが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、特許文献２にあるように、スパッタ装置として汎用されているマグネトロンスパッタ装置を用いて真空下で連続的にバッファ層を形成すると、生産効率は向上するものの、スパッタリングで発生するプラズマ中の負イオンや高エネルギー電子により、バッファ層および光吸収層にダメージが生じて、化合物太陽電池の特性が低下するという新たな問題が生じることが判明した。このことは、生産性を向上させるため、陰極ターゲットに印加する電力を増大すると、殊更顕著に現れるため、その改善が強く望まれている。
本発明は、上記の課題に鑑みなされたもので、バッファ層の形成を、大気下に取り出すことなく真空下で連続的に行うことができ、しかも、高変換効率を有する化合物太陽電池を製造する方法を提供することをその目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明は、基板上に、少なくともI－III－VI族化合物半導体層と、バッファ層と、透明電極層とをこの順で備えた化合物太陽電池の製法であって、上記基板の層形成面に対して垂直状に延びる仮想中心軸を想定したときに、その仮想中心軸の両側に、２枚のスパッタリング用の陰極ターゲットを対向させた状態で配置し、高周波（ＲＦ）電源、もしくは直流（ＤＣ）電源を重畳した高周波（ＲＦ）電源を用いるスパッタリング法により、上記バッファ層の形成を行うことを特徴とする化合物太陽電池の製法をその要旨とする。
本発明の化合物太陽電池の製法は、少なくともI－III－VI族化合物半導体層と、バッファ層と、透明電極層とをこの順で備えた化合物太陽電池の製法であって、上記バッファ層を、特殊なスパッタリング法により形成するようにしている。このため、I－III－VI族化合物半導体層の形成に引き続き、バッファ層の形成を真空下で連続的に行うことができ、化合物太陽電池の生産効率を高めることができる。しかも、上記バッファ層の形成を、基板の層形成面に対して垂直状に延びる仮想中心軸を想定したときに、その仮想中心軸の両側に、２枚のスパッタリング用の陰極ターゲットを対向させた状態で配置するとともに、高周波（ＲＦ）電源、もしくはおよび直流（ＤＣ）電源を重畳した高周波（ＲＦ）電源を用いるスパッタリング法を用いて行っているため、発生した電子等を上記両陰極ターゲット間に閉じ込めることができ、バッファ層の高速形成と、I－III－VI族化合物半導体層へ与えるダメージの低減の両立を実現することができる。したがって、本発明の製法により得られる化合物太陽電池は、低コストで製造され、しかも高変換効率を有するものとなる。
また、上記２枚の対向する陰極ターゲットが、基板側に向かって広がる略Ｖ字状に配置されていると、バッファ層をより高速で形成することができ、化合物太陽電池の一層の低コスト化を図ることができる。
そして、上記２枚の対向する陰極ターゲットが、平行に配置されていると、発生した電子を上記両陰極間により多く閉じ込めることができ、I－III－VI族化合物半導体層に与えるダメージの一層の低減化を図ることができる。
つぎに、本発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明の一実施の形態により得られるＣＩＧＳ太陽電池の断面図である。このＣＩＧＳ太陽電池は、幅２０ｍｍ×長さ２０ｍｍ×厚み５３μｍの大きさで、基板１と、裏面電極層２（厚み８００ｎｍ）と、カルコパイライト化合物からなるＣＩＧＳ光吸収層（化合物半導体層）３（厚み２μｍ）と、バッファ層４（厚み７０ｎｍ）と、ＩＴＯからなる透明電極層５（厚み２００ｎｍ）とをこの順で備えており、上記バッファ層４が特殊なスパッタリング法によって形成されている。以下に、このＣＩＧＳ太陽電池をその製法とともに、詳細に説明する。なお、図１において、各層の厚み、大きさ、外観等は模式的に示したものであり、実際とは異なっている（以下の図においても同じ）。
上記基板１は、脱脂したＳＵＳ４３０（幅２０ｍｍ×長さ２０ｍｍ×厚み５０μｍ）を用いている。そして、上記基板１の上に形成された裏面電極層２はモリブデン（Ｍｏ）からなり、このような裏面電極層２は、スパッタリング法、蒸着法、インクジェット法により形成することができる。この実施の形態では、スパッタリング法を用いて形成している。
さらに、裏面電極層２の上に形成されたＣＩＧＳ光吸収層（化合物半導体層）３は、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、セレン（Ｓｅ）の４元素を含む化合物半導体からなっている。このようなＣＩＧＳ光吸収層３を形成する方法としては、真空蒸着法、セレン化／硫化法、スパッタリング法等があげられる。この実施の形態では、多源蒸着法を用いている。
そして、この実施の形態では、ＣＩＧＳ光吸収層３を形成するのに先立ち、裏面電極層２の上に、４０ｎｍの厚みとなるようＮａＦを蒸着することにより、Ｎａの微量添加を行い、その後に以下のようにＣＩＧＳ光吸収層３を形成している。すなわち、まず、真空蒸着装置のチャンバー内に、Ｇａ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｓｅをそれぞれ蒸着源として配置する。つぎに、上記チャンバー内を真空度１×１０-4Ｐａとし、基板１を５５０℃になるよう、昇温速度５５０℃／ｈで加熱する。そして、上記各蒸着源であるＣｕ（１１００℃）、Ｉｎ（７８０℃）、Ｇａ（９５０℃）、Ｓｅ（１４０℃）をそれぞれ括弧内の温度になるよう加熱し、各蒸着源を同時に蒸発させることにより、上記ＣＩＧＳ光吸収層３を形成している。
なお、上記ＣＩＧＳ光吸収層３におけるＣｕ、Ｉｎ、Ｇａの組成比は、０．７＜Ｃｕ／（Ｇａ＋Ｉｎ）＜０．９５（モル比）の式を満たすことが好ましい。この式を満たすようになっていると、上記ＣＩＧＳ光吸収層３内に、Ｃｕ(2-x)Ｓｅが過剰に取り込まれることを阻止でき、しかも層全体としてわずかにＣｕが不足した状態にできるためである。また、同属元素であるＧａとＩｎとの比は、０．１０＜Ｇａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）＜０．４０（モル比）の範囲にあることが好ましい。この実施の形態では、上記ＣＩＧＳ光吸収層３の組成は、Ｃｕ／III族が０．８９、Ｇａ／III族が０．３１（モル比）となっている。
そして、上記ＣＩＧＳ光吸収層３の上にバッファ層４を形成するが、このバッファ層４の形成を、上記基板１の層形成面に対して垂直状に延びる仮想中心軸を想定したときに、その仮想中心軸の両側に、２枚のスパッタリング用の陰極ターゲットを対向させた状態で配置し、高周波（ＲＦ）電源、もしくは直流（ＤＣ）電源を重畳した高周波（ＲＦ）電源を用いるスパッタリング法により行うようにする。これが本発明の最大の特徴である。
上記バッファ層４の形成について、より詳しく説明すると、まず、２枚のＺｎ0.85Ｍｇ0.15Ｏからなる組成のスパッタリング用の陰極ターゲットを準備し、図２に示すように、基板１の層形成面から垂直状に延びる仮想中心軸Ｘを想定し、この仮想中心軸Ｘを挟んだ両側にこれら２枚の陰極ターゲット６，６’を対向させて配置する。この実施の形態では、上記両陰極ターゲット６，６’を、基板１の層形成面側（以下「基板１側」という）に向かって広がる略Ｖ字状に配置し、その両陰極ターゲット６，６’の略Ｖ字状の程度を、上記仮想中心軸Ｘと陰極ターゲット６の対向面７とのなす角度θが１０°になるようにしている。また、上記両陰極ターゲット６，６’への印加を、高周波（ＲＦ）電源を用いて行っている。なお、図２においては、基板１に形成された裏面電極層２およびＣＩＧＳ光吸収層３の図示を省略している（以下の図においても同じ）。
つぎに、上記バッファ層４の上に形成された透明電極層５は、厚み２００ｎｍのＩＴＯからなり、ＩＴＯターゲット（Ｉｎ2Ｏ3，９０〔原子数％〕、ＳｎＯ2，１０〔原子数％〕）および高周波（ＲＦ）電源を用いたスパッタリング法によって、スパッタリングレート２０ｎｍ／ｍｉｎの条件で形成されている。このような透明電極層５は、上記スパッタリング法の他、蒸着法，有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）等により形成することができ、また、透明電極層５の光透過率は５５０ｎｍ波長において８０％を超えることが好ましく、この実施の形態では、透明電極層５の光透過率は５５０ｎｍ波長において９０％である。
このような工程を経由することにより、基板１上に、裏面電極層２、ＣＩＧＳ光吸収層３、バッファ層４、透明電極層５が形成されたＣＩＧＳ太陽電池を得ることができる。
この製法によれば、バッファ層４を、特殊なスパッタリング法により形成するようにしているため、ＣＩＧＳ光吸収層３の形成に引き続き、真空下で連続的にバッファ層４を形成することができ、ＣＩＧＳ太陽電池の生産効率を高めることができる。また、上記バッファ層４の形成を、２枚のスパッタリング用の陰極ターゲット６，６’を準備し、基板１の層形成面から垂直状に延びる仮想中心軸Ｘに対し、仮想中心軸Ｘを挟んだ両側にこれら２枚の陰極ターゲット６，６’を対向させて配置するとともに、高周波（ＲＦ）電源を用いるスパッタリング法を用いて行っているため、バッファ層４の高速形成と、ＣＩＧＳ光吸収層３へ与えるダメージの低減の両立を実現することができる。しかも、上記２枚の対向する陰極ターゲット６，６’が、基板１側に向かって広がる略Ｖ字状に配置されているため、バッファ層４をより高速で形成することができ、ＣＩＧＳ太陽電池の一層の低コスト化を図ることができる。
なお、上記実施の形態では、基板１として、脱脂したＳＵＳ４３０を用いているが、この他にも、ガラス基板、金属基板、樹脂基板等を用いることができる。上記ガラス基板としては、アルカリ金属元素の含有量が極めて少ない低アルカリガラス、アルカリ金属元素を含まない無アルカリガラス、青板ガラス等があげられる。ただし、低アルカリガラス、無アルカリガラス、金属基板、樹脂基板を用いる場合には、上記実施の形態で示すように、ＣＩＧＳ光吸収層３の形成中もしくは形成後に、Ｎａを微量添加することが望ましい。
また、上記実施の形態では、基板１の厚みを５０μｍとしているが、これに限らず任意の厚みとすることができる。なかでも、基板１の厚みを、５～２００μｍの範囲にすることが好ましく、より好ましくは１０～１００μｍの範囲とすることである。すなわち、厚みが厚すぎると、ＣＩＧＳ太陽電池の屈曲性が損なわれ、これを曲げた際にかかる応力が大きくなり、ＣＩＧＳ光吸収層３等の積層構造にダメージを与えるおそれがあり、逆に薄すぎると、ＣＩＧＳ太陽電池を製造する際に、基板１が座曲して、ＣＩＧＳ太陽電池の製品不良率が高くなる傾向がみられるためである。
さらに、上記実施の形態では、基板１として、枚葉タイプのものを用いているが、これに限らず他の形状のものを用いてもよい。なかでも、長尺状のものを用いると、ロールトゥロール方式またはステッピングロール方式を用いて、ＣＩＧＳ太陽電池を製造することができ、より生産性を高めることができる。なお、上記「長尺状」とは、長さ方向が幅方向の１０倍以上あるものをいい、３０倍以上あるものがより好ましく用いられる。
そして、上記実施の形態では、裏面電極層２を、Ｍｏからなる単層で形成しているが、この他にも、タングステン、Ｔｉ、Ｃｒ等を単層もしくは複層に形成することができる。また、その厚み（複層の場合は、各層の厚みの合計）も任意に設定することができるが、とりわけ、１０～１０００μｍの範囲にあることが好ましい。
さらに、基板１が裏面電極層２の機能を有する場合（導電性を有する場合等）には、この裏面電極層２を設けなくてもよい。そして、基板１に由来する不純物が熱拡散すると、ＣＩＧＳ太陽電池の性能が低下するため、これを防止することを目的として、基板１とＣＩＧＳ光吸収層３との間（基板１または裏面電極層２の上）に、金属拡散防止層（図示せず）を設けてもよい。このような金属拡散防止層は、例えば、Ｃｒ、Ｎｉ、ＮｉＣｒ、Ｃｏ等を用いてスパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法、ゾル・ゲル法、液相析出法等によって形成することができる。
また、上記実施の形態では、ＣＩＧＳ光吸収層３の厚みを２μｍとしているが、これに限らず任意の厚みとすることができる。なかでも、その厚みを、１．０～３．０μｍの範囲とすることが好ましく、１．５～２．５μｍの範囲とすることがさらに好ましい。ＣＩＧＳ光吸収層３の厚みが薄すぎると、光を吸収する量が少なくなり、ＣＩＧＳ太陽電池の性能が低下する傾向がみられ、逆に、厚すぎると、ＣＩＧＳ光吸収層３の形成にかかる時間が増加し、生産性に劣る傾向がみられるためである。
そして、上記実施の形態では、バッファ層４を、Ｚｎ0.85Ｍｇ0.15Ｏからなる組成のスパッタリング用の陰極ターゲット６，６’を用いて形成しているが、この他にも、ＣｄＳ、ＺｎＭｇＯ、ＺｎＭｇＣａＯ、ＺｎＭｇＳｒＯ、ＺｎＳｒＯ、ＺｎＯ、ＺｎＳ、Ｚｎ（ＯＨ）2、Ｉｎ2Ｏ3、Ｉｎ2Ｓ3、およびこれらの混晶であるＺｎ（Ｏ，Ｓ，ＯＨ）、Ｚｎ（Ｏ，Ｓ）等を陰極ターゲット６，６’として用いることができる。また、陰極ターゲット６，６’と得られる層（バッファ層４）の組成が異なる場合には、予め不足する元素を多く含む組成の陰極ターゲット６，６’を用いるようにしてもよい。さらに、上記の実施の形態では、バッファ層４を単層に形成しているが、多層に形成してもよい。
また、上記実施の形態では、バッファ層４形成のためのスパッタリングの際に、図２に示すように、陰極ターゲット６，６’を、基板１側に向かって広がる略Ｖ字状に配置し、その略Ｖ字の程度を上記仮想中心軸Ｘと陰極ターゲット６，６’とのなす角度θがそれぞれ１０°になるようにしているが、上記角度θはこの例に限られない。しかし、上記角度θが５～１０°の範囲にあると、より少ない電力でバッファ層４を形成することができるため、好ましい。
さらに、陰極ターゲット６，６’の組成やスパッタリングの条件によっては、上記陰極ターゲット６，６’を基板１側に向かって広がる略Ｖ字状に配置せず、図３に示すように、両陰極ターゲット６，６’を平行に配置するようにしてもよい。また、図４に示すように、一方の陰極ターゲットのみ（この例では、陰極ターゲット６）を、仮想中心軸Ｘに対し、角度θだけ傾けた形で配置するようにしてもよい。
そして、上記実施の形態では、バッファ層４形成のスパッタリングの際に、上記両陰極ターゲット６，６’への印加を、高周波（ＲＦ）電源を用いるようにしているが、これに代えて、直流（ＤＣ）電源を重畳した高周波（ＲＦ）電源を用いるようにしてもよい。高周波（ＲＦ）電源に直流電源（ＤＣ）を重畳すると、高周波（ＲＦ）電源のみで印加を行う場合に比べて少ない投入電力（消費電力）でスパッタリングレートを速くすることができるとともに、ＣＩＧＳ光吸収層３表面の変質およびバッファ層４の結晶性の低下等のプラズマダメージをより抑制することができる。
これに対し、上記両陰極ターゲット６，６’への印加を、直流電源（ＤＣ）単独で行うと、放電電圧が高くなり、それにしたがって基板１および形成中のバッファ層４内へ入射する粒子およびイオンの運動エネルギーが大きくなる。そのため、ＣＩＧＳ光吸収層３表面に粒子およびイオンが打ち込まれるようになり、ＣＩＧＳ光吸収層３表面が再スパッタリングされて、ＣＩＧＳ光吸収層３表面状態が変質するおそれがあり、好ましくない。また、高エネルギー粒子およびイオンにより、形成中のバッファ層４内において、結晶核が生成される確率が増大し、均一な配向成長が起こりにくく、結晶配向がランダムになりやすいと考えられる。
また、上記実施の形態では、透明電極層５として、ＩＴＯを用いているが、この他にも、ＩＺＯ、酸化亜鉛アルミニウム（Ａｌ：ＺｎＯ）等を用いることができる。また、その厚みも任意に設定することができるが、とりわけ、５０～３００ｎｍの範囲とすることが好ましい。
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。ただし、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
〔実施例１〕
（裏面電極層の形成）
まず、脱脂したＳＵＳ４３０（幅２０ｍｍ×長さ２０ｍｍ×厚み５０μｍ）からなる基板の表面に、マグネトロンスパッタ装置（アルバック社製、ＳＨ－４５０）を用いて、放電ガスにはアルゴンを使用し、スパッタリング圧力が１Ｐａとなるよう直流（ＤＣ）電源を用い、スパッタリングレート６０ｎｍ／ｍｉｎの条件で、厚み０．８μｍのＭｏからなる裏面電極層を形成した。
（裏面電極層の形成）
まず、脱脂したＳＵＳ４３０（幅２０ｍｍ×長さ２０ｍｍ×厚み５０μｍ）からなる基板の表面に、マグネトロンスパッタ装置（アルバック社製、ＳＨ－４５０）を用いて、放電ガスにはアルゴンを使用し、スパッタリング圧力が１Ｐａとなるよう直流（ＤＣ）電源を用い、スパッタリングレート６０ｎｍ／ｍｉｎの条件で、厚み０．８μｍのＭｏからなる裏面電極層を形成した。
（ＣＩＧＳ光吸収層の形成）
つぎに、上記で形成された裏面電極層の上に、ＣＩＧＳ光吸収層を形成した。すなわち、真空蒸着装置のチャンバー内に、Ｇａ（９５０℃），Ｉｎ（７８０℃），Ｃｕ（１１００℃），Ｓｅ（１４０℃）のそれぞれを蒸着源として配置し、このチャンバー内を真空度１×１０-4Ｐａとし、基板を昇温速度５５０℃／ｈにて５５０℃まで加熱した。このとき、上記蒸着源をそれぞれ括弧内の温度になるよう加熱し、これらの元素を同時に蒸発させることにより、上記裏面電極層の上にカルコパイライト化合物からなるＣＩＧＳ光吸収層を形成した。得られたＣＩＧＳ光吸収層の組成（原子数％）は、Ｃｕ／III族＝０．８９、Ｇａ／III族＝０．３１であり、その厚みは２．１μｍであった。
つぎに、上記で形成された裏面電極層の上に、ＣＩＧＳ光吸収層を形成した。すなわち、真空蒸着装置のチャンバー内に、Ｇａ（９５０℃），Ｉｎ（７８０℃），Ｃｕ（１１００℃），Ｓｅ（１４０℃）のそれぞれを蒸着源として配置し、このチャンバー内を真空度１×１０-4Ｐａとし、基板を昇温速度５５０℃／ｈにて５５０℃まで加熱した。このとき、上記蒸着源をそれぞれ括弧内の温度になるよう加熱し、これらの元素を同時に蒸発させることにより、上記裏面電極層の上にカルコパイライト化合物からなるＣＩＧＳ光吸収層を形成した。得られたＣＩＧＳ光吸収層の組成（原子数％）は、Ｃｕ／III族＝０．８９、Ｇａ／III族＝０．３１であり、その厚みは２．１μｍであった。
（バッファ層の形成）
つづいて、上記で形成されたＣＩＧＳ光吸収層の上に、厚み７０ｍｍのバッファ層を形成した。バッファ層は、図２に示す２枚の陰極ターゲットが略Ｖ字状に配置された対向ターゲットスパッタ装置（角度θ＝１０°）を用い、以下の条件により形成した。すなわち、陰極ターゲットとして、Ｚｎ0.85Ｍｇ0.15Ｏからなる組成のものを使用し、スパッタリングの際の放電ガスにＡｒを用い、スパッタリング圧力０．３Ｐａ、スパッタリングレート１５ｎｍ／ｍｉｎの条件で、高周波（ＲＦ）電源を用いるようにした。なお、上記陰極ターゲットを組成分析したところ、Ｍｇに対しＣａが約３％（原子数％）混在していた。
つづいて、上記で形成されたＣＩＧＳ光吸収層の上に、厚み７０ｍｍのバッファ層を形成した。バッファ層は、図２に示す２枚の陰極ターゲットが略Ｖ字状に配置された対向ターゲットスパッタ装置（角度θ＝１０°）を用い、以下の条件により形成した。すなわち、陰極ターゲットとして、Ｚｎ0.85Ｍｇ0.15Ｏからなる組成のものを使用し、スパッタリングの際の放電ガスにＡｒを用い、スパッタリング圧力０．３Ｐａ、スパッタリングレート１５ｎｍ／ｍｉｎの条件で、高周波（ＲＦ）電源を用いるようにした。なお、上記陰極ターゲットを組成分析したところ、Ｍｇに対しＣａが約３％（原子数％）混在していた。
（透明電極層の形成）
さらに、上記で形成されたバッファ層の上に、透明電極層を形成した。透明電極層は、マグネトロンスパッタ装置（アルバック社製、ＳＨ－４５０）を用い、下記の条件にて形成した。すなわち、陰極ターゲットとして、ＩＴＯ（Ｉｎ2Ｏ3：９０〔原子数％〕ＳｎＯ2：１０〔原子数％〕）なる組成のものを用い、スパッタリングの際の放電ガスにはＡｒおよびＡｒ流量の１／１０のＯ2ガスを併用した。そして、電力密度１．６Ｗ／ｃｍ2、スパッタリング圧力０．３Ｐａ、スパッタリングレート２０ｎｍ／ｍｉｎ、高周波（ＲＦ）電源を用いて、厚み２００ｎｍの透明電極層を形成し、実施例１のＣＩＧＳ太陽電池を得た。
さらに、上記で形成されたバッファ層の上に、透明電極層を形成した。透明電極層は、マグネトロンスパッタ装置（アルバック社製、ＳＨ－４５０）を用い、下記の条件にて形成した。すなわち、陰極ターゲットとして、ＩＴＯ（Ｉｎ2Ｏ3：９０〔原子数％〕ＳｎＯ2：１０〔原子数％〕）なる組成のものを用い、スパッタリングの際の放電ガスにはＡｒおよびＡｒ流量の１／１０のＯ2ガスを併用した。そして、電力密度１．６Ｗ／ｃｍ2、スパッタリング圧力０．３Ｐａ、スパッタリングレート２０ｎｍ／ｍｉｎ、高周波（ＲＦ）電源を用いて、厚み２００ｎｍの透明電極層を形成し、実施例１のＣＩＧＳ太陽電池を得た。
〔実施例２および３〕
バッファ層の形成における、スパッタリングレートを下記の表１に示すように変更した他は、実施例１と同様にして、実施例２および３のＣＩＧＳ太陽電池を得た。
バッファ層の形成における、スパッタリングレートを下記の表１に示すように変更した他は、実施例１と同様にして、実施例２および３のＣＩＧＳ太陽電池を得た。
〔実施例４～６〕
バッファ層の形成を、直流（ＤＣ）電源を重畳した高周波（ＲＦ）電源を用い、そのスパッタリングレートを下記の表１に示すように変更した他は、実施例１と同様にして、実施例４～６のＣＩＧＳ太陽電池を得た。
バッファ層の形成を、直流（ＤＣ）電源を重畳した高周波（ＲＦ）電源を用い、そのスパッタリングレートを下記の表１に示すように変更した他は、実施例１と同様にして、実施例４～６のＣＩＧＳ太陽電池を得た。
〔実施例７および８〕
バッファ層の形成において、図２に示す２枚の陰極ターゲットの略Ｖ字の程度（角度θ）を、下記の表１に示すように変更した他は、実施例１と同様にして、実施例７および８のＣＩＧＳ太陽電池を得た。
バッファ層の形成において、図２に示す２枚の陰極ターゲットの略Ｖ字の程度（角度θ）を、下記の表１に示すように変更した他は、実施例１と同様にして、実施例７および８のＣＩＧＳ太陽電池を得た。
〔実施例９〕
バッファ層の形成を、図３に示す２枚の陰極ターゲットが平行に配置された対向ターゲットスパッタ装置を用いるように変更した他は、実施例１と同様にして、実施例９のＣＩＧＳ太陽電池を得た。
バッファ層の形成を、図３に示す２枚の陰極ターゲットが平行に配置された対向ターゲットスパッタ装置を用いるように変更した他は、実施例１と同様にして、実施例９のＣＩＧＳ太陽電池を得た。
〔比較例１～６〕
バッファ層の形成を、汎用のマグネトロンスパッタ装置（アルバック社製、ＳＨ－４５０：基板の層形成面に平行となるよう１枚の陰極ターゲットが配置されている）を用い、印加電源およびスパッタリングレートを下記の表１に示すように変更した他は、実施例１と同様にして、比較例１～６のＣＩＧＳ太陽電池を得た。
バッファ層の形成を、汎用のマグネトロンスパッタ装置（アルバック社製、ＳＨ－４５０：基板の層形成面に平行となるよう１枚の陰極ターゲットが配置されている）を用い、印加電源およびスパッタリングレートを下記の表１に示すように変更した他は、実施例１と同様にして、比較例１～６のＣＩＧＳ太陽電池を得た。
〔比較例７～９〕
バッファ層の形成を、直流（ＤＣ）電源を用い、スパッタリングレートを下記の表１に示すように変更した他は、実施例１と同様にして、比較例７～９のＣＩＧＳ太陽電池を得た。
バッファ層の形成を、直流（ＤＣ）電源を用い、スパッタリングレートを下記の表１に示すように変更した他は、実施例１と同様にして、比較例７～９のＣＩＧＳ太陽電池を得た。
＜変換効率の測定および変換効率比の算出＞
上記実施例１～９、比較例１～９のＣＩＧＳ太陽電池をそれぞれ２０個準備し、これらに擬似太陽光（ＡＭ１．５）を照射し、ＩＶ計測システム（山下電装社製）を用いて、それぞれの変換効率を測定した。得られた変換効率の平均と、比較例４を基準（１００）とした場合における変換効率比をそれぞれ算出し、下記の表１に併せて示す。
上記実施例１～９、比較例１～９のＣＩＧＳ太陽電池をそれぞれ２０個準備し、これらに擬似太陽光（ＡＭ１．５）を照射し、ＩＶ計測システム（山下電装社製）を用いて、それぞれの変換効率を測定した。得られた変換効率の平均と、比較例４を基準（１００）とした場合における変換効率比をそれぞれ算出し、下記の表１に併せて示す。
上記の変換効率の測定の結果、実施例１～９の平均変換効率は、いずれも４％を上回っており、これらが優れた変換効率を有することが示された。このことは、汎用のスパッタ装置を用いてバッファ層を形成した比較例４と対比して、実施例１～９の変換効率比が、いずれも１１４％以上であることからも明らかである。ただし、実施例８および９は、性能は優れているものの、バッファ層形成時に、より多くの電力と時間を必要とし、製造コストが高くなる傾向がみられた。
上記実施例においては、本発明における具体的な形態について示したが、上記実施例は単なる例示にすぎず、限定的に解釈されるものではない。当業者に明らかな様々な変形は、本発明の範囲内であることが企図されている。
本発明の製法によって得られる化合物太陽電池は、薄型でありながら、変換効率が非常に高いため、様々な分野で利用することができる。
１ 基板
６，６’ 陰極ターゲット
Ｘ 仮想中心軸
６，６’ 陰極ターゲット
Ｘ 仮想中心軸
Claims (3)
- 基板上に、少なくともI－III－VI族化合物半導体層と、バッファ層と、透明電極層とをこの順で備えた化合物太陽電池の製法であって、上記基板の層形成面に対して垂直状に延びる仮想中心軸を想定したときに、その仮想中心軸の両側に、２枚のスパッタリング用の陰極ターゲットを対向させた状態で配置し、高周波（ＲＦ）電源、もしくは直流（ＤＣ）電源を重畳した高周波（ＲＦ）電源を用いるスパッタリング法により、上記バッファ層の形成を行うことを特徴とする化合物太陽電池の製法。
- 上記２枚の対向する陰極ターゲットが、基板側に向かって広がる略Ｖ字状に配置されている請求項１記載の化合物太陽電池の製法。
- 上記２枚の対向する陰極ターゲットが、平行に配置されている請求項１記載の化合物太陽電池の製法。
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