JP2000332280A - ZnO系半導体薄膜の形成方法およびこれを用いた太陽電池の製造方法 - Google Patents
ZnO系半導体薄膜の形成方法およびこれを用いた太陽電池の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ZnO系半導体薄膜を形成する際に、基板に
ダメージを与えないZnO系半導体薄膜の製造方法、お
よびこれを用いた太陽電池の製造方法を提供する。 【解決手段】 基板10を水溶液11に接触させること
によって、基板10上にZnO系半導体薄膜を形成す
る。水溶液11は、亜鉛を含有する化合物と、硫黄を含
有する化合物と、アンモニウム塩とを溶質として含む。
ダメージを与えないZnO系半導体薄膜の製造方法、お
よびこれを用いた太陽電池の製造方法を提供する。 【解決手段】 基板10を水溶液11に接触させること
によって、基板10上にZnO系半導体薄膜を形成す
る。水溶液11は、亜鉛を含有する化合物と、硫黄を含
有する化合物と、アンモニウム塩とを溶質として含む。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ZnO系半導体薄
膜の形成方法ならびにこれを用いた太陽電池の製造方法
に関する。
膜の形成方法ならびにこれを用いた太陽電池の製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】Ib族元素、IIIb族元素およびVIb族
元素からなる化合物半導体(カルコパイライト構造化合
物半導体)であるCuInSe2(CIS)あるいはG
aを固溶したCu(In,Ga)Se2(CIGS)を
光吸収層に用いた薄膜太陽電池が高いエネルギー効率を
示し、光照射等による変換効率の劣化がないという利点
を有していることが報告されている。
元素からなる化合物半導体(カルコパイライト構造化合
物半導体)であるCuInSe2(CIS)あるいはG
aを固溶したCu(In,Ga)Se2(CIGS)を
光吸収層に用いた薄膜太陽電池が高いエネルギー効率を
示し、光照射等による変換効率の劣化がないという利点
を有していることが報告されている。
【0003】従来のCISまたはCIGS太陽電池で
は、CIS膜あるいはCIGS膜上に化学析出法でバッ
ファ層を形成しているが、近年、バッファ層にZnO系
半導体薄膜を用いる太陽電池が報告され(櫛屋ら。Ap
plication of Zn-Compound
Buffer Layer for Polycrys
talline CuInSe2-Based Thin
-Film SolarCells,Jpn.App
l.Phys.Vol.35(1996)pp4383
−4388)、注目されている。
は、CIS膜あるいはCIGS膜上に化学析出法でバッ
ファ層を形成しているが、近年、バッファ層にZnO系
半導体薄膜を用いる太陽電池が報告され(櫛屋ら。Ap
plication of Zn-Compound
Buffer Layer for Polycrys
talline CuInSe2-Based Thin
-Film SolarCells,Jpn.App
l.Phys.Vol.35(1996)pp4383
−4388)、注目されている。
【0004】従来のCISまたはCIGS太陽電池につ
いての一例を、図3に示す。図3に示すように、従来の
太陽電池1は、基板2と基板2上に積層された裏面電極
3、CIS膜あるいはCIGS膜からなるp型化合物半
導体薄膜4、バッファ層5、窓層6、透明導電膜7、p
側電極8およびn側電極9を含み、バッファ層5は、Z
nO系半導体薄膜からなる。
いての一例を、図3に示す。図3に示すように、従来の
太陽電池1は、基板2と基板2上に積層された裏面電極
3、CIS膜あるいはCIGS膜からなるp型化合物半
導体薄膜4、バッファ層5、窓層6、透明導電膜7、p
側電極8およびn側電極9を含み、バッファ層5は、Z
nO系半導体薄膜からなる。
【0005】ZnO系半導体薄膜からなるバッファ層5
は、従来、亜鉛イオンと多量のアンモニアを含む水溶液
を用いて形成されていた。
は、従来、亜鉛イオンと多量のアンモニアを含む水溶液
を用いて形成されていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のZnO系半導体薄膜の製造方法では、ZnO系半導
体薄膜の形成時に高濃度のアンモニア(2mol/l以
上)を溶解させた溶液が用いられていたため、下地層
(この層の上にバッファ層5が形成される層であって、
図3では、p形化合物半導体薄膜4)にダメージが与え
られ、太陽電池の変換効率が低下するという問題があっ
た。一方、アンモニアの濃度を低下させると、Zn(O
H)2の沈殿が生じるため、ZnO系半導体薄膜の製造
が困難であった。
来のZnO系半導体薄膜の製造方法では、ZnO系半導
体薄膜の形成時に高濃度のアンモニア(2mol/l以
上)を溶解させた溶液が用いられていたため、下地層
(この層の上にバッファ層5が形成される層であって、
図3では、p形化合物半導体薄膜4)にダメージが与え
られ、太陽電池の変換効率が低下するという問題があっ
た。一方、アンモニアの濃度を低下させると、Zn(O
H)2の沈殿が生じるため、ZnO系半導体薄膜の製造
が困難であった。
【0007】本発明は、上記従来の問題を解決するた
め、下地層にダメージを与えることなくZnO系半導体
薄膜を形成できるZnO系半導体薄膜の形成方法および
これを用いた太陽電池の製造方法を提供することを目的
とする。
め、下地層にダメージを与えることなくZnO系半導体
薄膜を形成できるZnO系半導体薄膜の形成方法および
これを用いた太陽電池の製造方法を提供することを目的
とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のZnO系半導体薄膜(ZnOを含む半導体
薄膜)の形成方法は、亜鉛を含有する化合物と、硫黄を
含有する化合物と、アンモニウム塩とを溶質として含む
水溶液に、基板を接触させることによって、前記基板上
にZnO系半導体薄膜を形成することを特徴とする。上
記形成方法によれば、高濃度のアンモニアを溶解させた
水溶液を用いることなくZnO系半導体薄膜を形成でき
る。したがって、本発明のZnO系半導体薄膜の形成方
法によれば、基板にダメージを与えることなく、ZnO
系半導体薄膜を形成することができる。
め、本発明のZnO系半導体薄膜(ZnOを含む半導体
薄膜)の形成方法は、亜鉛を含有する化合物と、硫黄を
含有する化合物と、アンモニウム塩とを溶質として含む
水溶液に、基板を接触させることによって、前記基板上
にZnO系半導体薄膜を形成することを特徴とする。上
記形成方法によれば、高濃度のアンモニアを溶解させた
水溶液を用いることなくZnO系半導体薄膜を形成でき
る。したがって、本発明のZnO系半導体薄膜の形成方
法によれば、基板にダメージを与えることなく、ZnO
系半導体薄膜を形成することができる。
【0009】上記ZnO系半導体薄膜の形成方法では、
前記水溶液が、濃度が0.5mol/l以下のアンモニ
アをさらに含んでもよい。これによって、基板に与える
ダメージを小さくするとともに、膜質が高いZnO系半
導体薄膜を形成することができる。
前記水溶液が、濃度が0.5mol/l以下のアンモニ
アをさらに含んでもよい。これによって、基板に与える
ダメージを小さくするとともに、膜質が高いZnO系半
導体薄膜を形成することができる。
【0010】上記ZnO系半導体薄膜の形成方法では、
前記亜鉛を含有する化合物が、Zn(CH3COO)2、
ZnCl2、ZnI2およびZnSO4から選ばれる少な
くとも一つの化合物であることが好ましい。
前記亜鉛を含有する化合物が、Zn(CH3COO)2、
ZnCl2、ZnI2およびZnSO4から選ばれる少な
くとも一つの化合物であることが好ましい。
【0011】上記ZnO系半導体薄膜の形成方法では、
前記硫黄を含有する化合物が、チオ尿素及びチオアセト
アミドから選ばれる少なくとも一つの化合物であること
が好ましい。
前記硫黄を含有する化合物が、チオ尿素及びチオアセト
アミドから選ばれる少なくとも一つの化合物であること
が好ましい。
【0012】上記ZnO系半導体薄膜の形成方法では、
前記アンモニウム塩が、CH3COONH4、NH4C
l、NH4Iおよび(NH4)2SO4から選ばれる少なく
とも一つの化合物であることが好ましい。
前記アンモニウム塩が、CH3COONH4、NH4C
l、NH4Iおよび(NH4)2SO4から選ばれる少なく
とも一つの化合物であることが好ましい。
【0013】上記ZnO系半導体薄膜の形成方法では、
前記水溶液の温度が、10℃以上100℃以下であるこ
とが好ましい。水溶液の温度を前記の範囲に設定するこ
とにより、膜形成に適度な反応を起こさせることができ
る。
前記水溶液の温度が、10℃以上100℃以下であるこ
とが好ましい。水溶液の温度を前記の範囲に設定するこ
とにより、膜形成に適度な反応を起こさせることができ
る。
【0014】上記ZnO系半導体薄膜の形成方法では、
前記水溶液のpHが、9以上11以下であることが好ま
しい。水溶液のpHを前記の範囲に設定することにより
高品質な半導体薄膜を形成できる。
前記水溶液のpHが、9以上11以下であることが好ま
しい。水溶液のpHを前記の範囲に設定することにより
高品質な半導体薄膜を形成できる。
【0015】上記ZnO系半導体薄膜の形成方法では、
前記水溶液と前記基板との接触が、前記基板を前記水溶
液に浸漬することによって行われることが好ましい。
前記水溶液と前記基板との接触が、前記基板を前記水溶
液に浸漬することによって行われることが好ましい。
【0016】本発明の太陽電池の製造方法は、上部電極
膜および下部電極膜と、前記上部電極膜と前記下部電極
膜との間に配置された光吸収層と、前記上部電極膜と前
記光吸収層との間に配置されたZnO系半導体薄膜とを
備える太陽電池の製造方法であって、請求項1ないし8
のいずれかに記載のZnO系半導体薄膜の形成方法を用
いて前記ZnO系半導体薄膜を形成することを特徴とす
る。上記太陽電池の製造方法によれば、下地層にダメー
ジを与えることなくZnO系半導体薄膜を形成できるた
め、特性が高い太陽電池が得られる。
膜および下部電極膜と、前記上部電極膜と前記下部電極
膜との間に配置された光吸収層と、前記上部電極膜と前
記光吸収層との間に配置されたZnO系半導体薄膜とを
備える太陽電池の製造方法であって、請求項1ないし8
のいずれかに記載のZnO系半導体薄膜の形成方法を用
いて前記ZnO系半導体薄膜を形成することを特徴とす
る。上記太陽電池の製造方法によれば、下地層にダメー
ジを与えることなくZnO系半導体薄膜を形成できるた
め、特性が高い太陽電池が得られる。
【0017】上記太陽電池の製造方法では、前記光吸収
層が、Ib族元素と、IIIb族元素と、VIb族元素とを
含む化合物半導体薄膜からなることが好ましい。これに
よって、特に特性が高い太陽電池が得られる。
層が、Ib族元素と、IIIb族元素と、VIb族元素とを
含む化合物半導体薄膜からなることが好ましい。これに
よって、特に特性が高い太陽電池が得られる。
【0018】上記太陽電池の製造方法では、前記Ib族
元素がCuであり、前記IIIb族元素がInおよびGa
から選ばれる少なくとも一つの元素あり、前記VIb族元
素がSeおよびSから選ばれる少なくとも一つの元素で
あることが好ましい。
元素がCuであり、前記IIIb族元素がInおよびGa
から選ばれる少なくとも一つの元素あり、前記VIb族元
素がSeおよびSから選ばれる少なくとも一つの元素で
あることが好ましい。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。
て説明する。
【0020】(実施形態1)実施形態1では、本発明の
ZnO系半導体薄膜の形成方法について、一例を説明す
る。ここで、ZnO系半導体薄膜とは、ZnOを含む半
導体薄膜であり、たとえば、Zn(O,OH,S)薄膜
(Zn−O結合とZn−OH結合とZn−S結合とを含
む薄膜)が該当する。
ZnO系半導体薄膜の形成方法について、一例を説明す
る。ここで、ZnO系半導体薄膜とは、ZnOを含む半
導体薄膜であり、たとえば、Zn(O,OH,S)薄膜
(Zn−O結合とZn−OH結合とZn−S結合とを含
む薄膜)が該当する。
【0021】実施形態1のZnO系半導体薄膜の形成方
法では、図1に示すように、基板10を水溶液11に接
触させることによって、基板10上にZnO系半導体薄
膜を形成する。なお、図1では、基板10を水溶液11
に浸漬することによって基板10を水溶液11に接触さ
せる場合を示しているが、基板10を水溶液11に接触
させる方法は、他の方法であってもよい。
法では、図1に示すように、基板10を水溶液11に接
触させることによって、基板10上にZnO系半導体薄
膜を形成する。なお、図1では、基板10を水溶液11
に浸漬することによって基板10を水溶液11に接触さ
せる場合を示しているが、基板10を水溶液11に接触
させる方法は、他の方法であってもよい。
【0022】基板10は、必要に応じて、金属薄膜や半
導体薄膜を含む。基板10が表面に半導体薄膜を含む場
合には、この半導体薄膜が下地層となり、その上にZn
O系半導体薄膜が形成される。
導体薄膜を含む。基板10が表面に半導体薄膜を含む場
合には、この半導体薄膜が下地層となり、その上にZn
O系半導体薄膜が形成される。
【0023】水溶液11は、亜鉛を含有する化合物と、
硫黄を含有する化合物と、アンモニウム塩とを溶質とし
て含む。また、水溶液11は、必要に応じてアンモニア
をさらに含む。
硫黄を含有する化合物と、アンモニウム塩とを溶質とし
て含む。また、水溶液11は、必要に応じてアンモニア
をさらに含む。
【0024】水溶液11の溶質である亜鉛を含有する化
合物には、たとえば、Zn(CH3COO)2、ZnCl
2、ZnI2およびZnSO4から選ばれる少なくとも一
つの化合物を用いることができる。
合物には、たとえば、Zn(CH3COO)2、ZnCl
2、ZnI2およびZnSO4から選ばれる少なくとも一
つの化合物を用いることができる。
【0025】水溶液11の溶質である硫黄を含有する化
合物には、たとえば、チオ尿素(NH2CSNH2)及び
チオアセトアミド(C2H5NS)から選ばれる少なくと
も一つの化合物を用いることができる。
合物には、たとえば、チオ尿素(NH2CSNH2)及び
チオアセトアミド(C2H5NS)から選ばれる少なくと
も一つの化合物を用いることができる。
【0026】水溶液11の溶質であるアンモニウム塩に
は、CH3COONH4、NH4Cl、NH4Iおよび(N
H4)2SO4から選ばれる少なくとも一つの化合物を用
いることができる。アンモニウム塩の濃度は、0.1m
ol/l〜0.3mol/lであることが好ましい。ア
ンモニウム塩の濃度を0.1mol/l〜0.3mol
/lとすることによって、下地層へのダメージを特に小
さくすることができる。
は、CH3COONH4、NH4Cl、NH4Iおよび(N
H4)2SO4から選ばれる少なくとも一つの化合物を用
いることができる。アンモニウム塩の濃度は、0.1m
ol/l〜0.3mol/lであることが好ましい。ア
ンモニウム塩の濃度を0.1mol/l〜0.3mol
/lとすることによって、下地層へのダメージを特に小
さくすることができる。
【0027】水溶液11が、アンモニアを含む場合に
は、溶解させるアンモニアの濃度が0.5mol/l以
下であることが好ましい。アンモニアの濃度を0.5m
ol/l以下とすることによって、下地層へのダメージ
を小さくすることができる。さらに、アンモニアの濃度
を0.3mol/l以下とすることによって、下地層へ
のダメージを特に小さくすることができる。また、水溶
液11に溶解させるアンモニアの濃度が0.5mol/
lの場合、アンモニウム塩の濃度は、0.05mol/
l〜0.2mol/lであることが好ましい。
は、溶解させるアンモニアの濃度が0.5mol/l以
下であることが好ましい。アンモニアの濃度を0.5m
ol/l以下とすることによって、下地層へのダメージ
を小さくすることができる。さらに、アンモニアの濃度
を0.3mol/l以下とすることによって、下地層へ
のダメージを特に小さくすることができる。また、水溶
液11に溶解させるアンモニアの濃度が0.5mol/
lの場合、アンモニウム塩の濃度は、0.05mol/
l〜0.2mol/lであることが好ましい。
【0028】水溶液11のpHは、9以上11以下であ
ることが好ましい。
ることが好ましい。
【0029】基板10は、Ib族元素と、IIIb族元素
と、VIb族元素とを含む化合物半導体薄膜を含んでもよ
い。Ib族元素と、IIIb族元素と、VIb族元素とを含
む化合物半導体薄膜上にZnO系半導体薄膜を形成する
ことによって、太陽電池に好適な半導体薄膜が得られ
る。このとき、Ib族元素がCuであり、IIIb族元素
がInおよびGaから選ばれる少なくとも一つの元素あ
り、VIb族元素がSeおよびSから選ばれる少なくとも
一つの元素であることが好ましい。
と、VIb族元素とを含む化合物半導体薄膜を含んでもよ
い。Ib族元素と、IIIb族元素と、VIb族元素とを含
む化合物半導体薄膜上にZnO系半導体薄膜を形成する
ことによって、太陽電池に好適な半導体薄膜が得られ
る。このとき、Ib族元素がCuであり、IIIb族元素
がInおよびGaから選ばれる少なくとも一つの元素あ
り、VIb族元素がSeおよびSから選ばれる少なくとも
一つの元素であることが好ましい。
【0030】上記実施形態1のZnO系半導体薄膜の形
成方法によれば、基板にダメージを与えることなくZn
O系半導体薄膜を形成することができる。
成方法によれば、基板にダメージを与えることなくZn
O系半導体薄膜を形成することができる。
【0031】(実施形態2)実施形態2では、本発明の
太陽電池の製造方法について、一例を説明する。
太陽電池の製造方法について、一例を説明する。
【0032】実施形態2の製造方法では、まず、図2
(a)に示すように、基板21上に、下部電極膜22を
形成する。基板21には、ガラス基板、樹脂フィルムま
たはステンレス基板などを用いることができる。下部電
極膜22は、金属等の導電性材料からなり、スパッタリ
ング法や蒸着法などによって形成できる。
(a)に示すように、基板21上に、下部電極膜22を
形成する。基板21には、ガラス基板、樹脂フィルムま
たはステンレス基板などを用いることができる。下部電
極膜22は、金属等の導電性材料からなり、スパッタリ
ング法や蒸着法などによって形成できる。
【0033】その後、図2(b)に示すように、光吸収
層23を形成する。光吸収層23には、たとえば、Ib
族元素とIIIb族元素とVIb族元素とを含むp型化合物
半導体を用いることができる。具体的には、CuInS
e2やCu(In,Ga)Se2を用いることができる。
CuInSe2やCu(In,Ga)Se2は、蒸着法、
スパッタリング法、めっき法などによって形成できる。
層23を形成する。光吸収層23には、たとえば、Ib
族元素とIIIb族元素とVIb族元素とを含むp型化合物
半導体を用いることができる。具体的には、CuInS
e2やCu(In,Ga)Se2を用いることができる。
CuInSe2やCu(In,Ga)Se2は、蒸着法、
スパッタリング法、めっき法などによって形成できる。
【0034】その後、図2(c)に示すように、光吸収
層23上にバッファ層24を形成する。バッファ層24
は、ZnO系半導体薄膜からなり、実施形態1で説明し
た方法で形成する。
層23上にバッファ層24を形成する。バッファ層24
は、ZnO系半導体薄膜からなり、実施形態1で説明し
た方法で形成する。
【0035】その後、図2(d)に示すように、窓層2
5および上部電極膜26を形成する。窓層25は、たと
えばZnOからなり、スパッタリング法などによって形
成できる。上部電極膜26は、たとえばITO(Ind
ium Tin Oxide)からなり、スパッタリン
グ法などによって形成できる。
5および上部電極膜26を形成する。窓層25は、たと
えばZnOからなり、スパッタリング法などによって形
成できる。上部電極膜26は、たとえばITO(Ind
ium Tin Oxide)からなり、スパッタリン
グ法などによって形成できる。
【0036】その後、図2(e)に示すように、取り出
し電極27を形成する部分の光吸収層23などを除去し
た後、下部電極膜22および上部電極膜23上に取り出
し電極27および28を形成する。光吸収層23等の除
去は、たとえば、レーザスクライブ法などのスクライブ
法、ドライエッチング法またはウェットエッチング法で
行うことができる。また、取り出し電極27および28
は、たとえば、蒸着法やスパッタリング法で行うことが
できる。このようにして、基板21上に、下部電極膜2
2、光吸収層23、バッファ層24、窓層25および上
部電極膜26が順次積層された太陽電池が形成される。
し電極27を形成する部分の光吸収層23などを除去し
た後、下部電極膜22および上部電極膜23上に取り出
し電極27および28を形成する。光吸収層23等の除
去は、たとえば、レーザスクライブ法などのスクライブ
法、ドライエッチング法またはウェットエッチング法で
行うことができる。また、取り出し電極27および28
は、たとえば、蒸着法やスパッタリング法で行うことが
できる。このようにして、基板21上に、下部電極膜2
2、光吸収層23、バッファ層24、窓層25および上
部電極膜26が順次積層された太陽電池が形成される。
【0037】上記太陽電池の製造方法では、バッファ層
24を形成する際に、実施形態1で説明した方法を用い
ている。したがって、上記太陽電池の製造方法によれ
ば、バッファ層24を形成する際に、下地層(実施形態
2では光吸収層23)に与えるダメージを抑制できるた
め、特性が高い太陽電池が得られる。
24を形成する際に、実施形態1で説明した方法を用い
ている。したがって、上記太陽電池の製造方法によれ
ば、バッファ層24を形成する際に、下地層(実施形態
2では光吸収層23)に与えるダメージを抑制できるた
め、特性が高い太陽電池が得られる。
【0038】なお、上記太陽電池の製造方法は一例であ
り、実施形態1で説明したZnO系半導体薄膜の形成方
法を用いるものであれば、本発明の太陽電池の製造方法
を他の実施形態に適用することができる。
り、実施形態1で説明したZnO系半導体薄膜の形成方
法を用いるものであれば、本発明の太陽電池の製造方法
を他の実施形態に適用することができる。
【0039】たとえば、太陽電池の構造は上記実施形態
の構造に限られず、光吸収層と上部電極膜との間にバッ
ファ層が形成されているものであればよい。たとえば、
光吸収層とバッファ層との間に他の層が含まれるもので
もよい。また、上記実施形態では、基板21の反対側か
ら入射する光によって起電力を生じる太陽電池について
説明したが、基板21側から入射する光によって起電力
を生じる太陽電池でもよい。この場合には、基板側から
透明導電膜(上部電極膜)、窓層、バッファ層、光吸収
層、下部電極膜を形成すればよい。
の構造に限られず、光吸収層と上部電極膜との間にバッ
ファ層が形成されているものであればよい。たとえば、
光吸収層とバッファ層との間に他の層が含まれるもので
もよい。また、上記実施形態では、基板21の反対側か
ら入射する光によって起電力を生じる太陽電池について
説明したが、基板21側から入射する光によって起電力
を生じる太陽電池でもよい。この場合には、基板側から
透明導電膜(上部電極膜)、窓層、バッファ層、光吸収
層、下部電極膜を形成すればよい。
【0040】
【実施例】以下、実施例を用いて本発明をより具体的に
説明する。ただし、本発明は以下の実施例にのみ限定さ
れるものではない。
説明する。ただし、本発明は以下の実施例にのみ限定さ
れるものではない。
【0041】(実施例1)実施例1では、CuInSe
2薄膜を、Znイオンを含有する水溶液に接触させるこ
とによって、CuInSe2薄膜上にZnO系半導体薄
膜を形成する一例について説明する。
2薄膜を、Znイオンを含有する水溶液に接触させるこ
とによって、CuInSe2薄膜上にZnO系半導体薄
膜を形成する一例について説明する。
【0042】まず、スパッタリング法によってガラス基
板上にMo膜を形成し、その上にCuInSe2薄膜を
蒸着法によって形成した。
板上にMo膜を形成し、その上にCuInSe2薄膜を
蒸着法によって形成した。
【0043】次に、亜鉛を含む化合物(塩)である塩化
亜鉛(ZnCl2)とチオ尿素(NH2CSNH2)と塩
化アンモニウム(NH4Cl)とを含有する水溶液を用
意した。水溶液中の塩化亜鉛の濃度は0.01mol/
l、チオ尿素の濃度は0.2mol/l、塩化アンモニ
ウムの濃度は0.5mol/lとした。この水溶液を入
れた容器を85℃に保った温水槽に静置した。この水溶
液にCuInSe2薄膜を形成した基板を、約20分間
浸漬した。その後、水溶液から基板を引き上げて純水で
洗浄した。
亜鉛(ZnCl2)とチオ尿素(NH2CSNH2)と塩
化アンモニウム(NH4Cl)とを含有する水溶液を用
意した。水溶液中の塩化亜鉛の濃度は0.01mol/
l、チオ尿素の濃度は0.2mol/l、塩化アンモニ
ウムの濃度は0.5mol/lとした。この水溶液を入
れた容器を85℃に保った温水槽に静置した。この水溶
液にCuInSe2薄膜を形成した基板を、約20分間
浸漬した。その後、水溶液から基板を引き上げて純水で
洗浄した。
【0044】前記の方法で形成した膜の組成をX線光電
子分光分析法で分析した。形成された膜からZn、Oお
よびSが検出された。各元素の濃度は、Znが50at
omic%、Oが36atomic%、Sが14ato
mic%であった。また、酸素の1s軌道の結合エネル
ギーを測定した結果、形成された膜中の酸素は、OとO
Hの二つの状態で存在することがわかった。
子分光分析法で分析した。形成された膜からZn、Oお
よびSが検出された。各元素の濃度は、Znが50at
omic%、Oが36atomic%、Sが14ato
mic%であった。また、酸素の1s軌道の結合エネル
ギーを測定した結果、形成された膜中の酸素は、OとO
Hの二つの状態で存在することがわかった。
【0045】このように、CuInSe2薄膜上に容易
にZn(O,OH,S)膜を形成することができた。な
お、ここではZnの塩として塩化物を用いたが、ヨウ化
物、臭化物、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩等を用いても同様
の結果が得られる。
にZn(O,OH,S)膜を形成することができた。な
お、ここではZnの塩として塩化物を用いたが、ヨウ化
物、臭化物、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩等を用いても同様
の結果が得られる。
【0046】(実施例2)実施例2では、CuInSe
2薄膜を、Znイオンを含有する水溶液に接触させるこ
とにより、CuInSe2薄膜上にZnO系半導体薄膜
を形成する他の一例について説明する。
2薄膜を、Znイオンを含有する水溶液に接触させるこ
とにより、CuInSe2薄膜上にZnO系半導体薄膜
を形成する他の一例について説明する。
【0047】まず、スパッタリング法によりガラス基板
上にMo膜を形成し、その上にCuInSe2薄膜を形
成した。
上にMo膜を形成し、その上にCuInSe2薄膜を形
成した。
【0048】次に、亜鉛を含む化合物(塩)である酢酸
亜鉛(Zn(CH3COO)2)とチオ尿素(NH2CS
NH2)とアンモニアと酢酸アンモニウム(CH3COO
NH4)とを含有する水溶液を用意した。水溶液中の酢
酸亜鉛の濃度は0.02mol/l、チオ尿素の濃度は
0.2mol/l、アンモニアの濃度は0.5mol/
l、酢酸アンモニウムの濃度は0.1mol/lとし
た。この水溶液を入れた容器を85℃に保った温水槽に
静置した。この水溶液にCuInSe2薄膜を形成した
基板を、約20分間浸漬した。その後、水溶液から基板
を引き上げて純水で洗浄した。
亜鉛(Zn(CH3COO)2)とチオ尿素(NH2CS
NH2)とアンモニアと酢酸アンモニウム(CH3COO
NH4)とを含有する水溶液を用意した。水溶液中の酢
酸亜鉛の濃度は0.02mol/l、チオ尿素の濃度は
0.2mol/l、アンモニアの濃度は0.5mol/
l、酢酸アンモニウムの濃度は0.1mol/lとし
た。この水溶液を入れた容器を85℃に保った温水槽に
静置した。この水溶液にCuInSe2薄膜を形成した
基板を、約20分間浸漬した。その後、水溶液から基板
を引き上げて純水で洗浄した。
【0049】前記の方法で形成した膜の組成をX線光電
子分光分析法で分析した結果、形成された膜からZn、
O、Sが検出された。各元素の濃度は、Znが51at
omic%、Oが35atomic%、Sが14ato
mic%であった。また、酸素の1s軌道の結合エネル
ギーを測定した結果、形成された膜中の酸素はOとOH
の二つの状態で存在することがわかった。
子分光分析法で分析した結果、形成された膜からZn、
O、Sが検出された。各元素の濃度は、Znが51at
omic%、Oが35atomic%、Sが14ato
mic%であった。また、酸素の1s軌道の結合エネル
ギーを測定した結果、形成された膜中の酸素はOとOH
の二つの状態で存在することがわかった。
【0050】このようにして、CuInSe2薄膜上に
容易にZn(O,OH,S)膜を形成することができ
た。なお、ここではZnの塩として酢酸塩を用いたが、
塩化物、ヨウ化物、臭化物、硝酸塩、硫酸塩等を用いて
も同様の結果が得られる。
容易にZn(O,OH,S)膜を形成することができ
た。なお、ここではZnの塩として酢酸塩を用いたが、
塩化物、ヨウ化物、臭化物、硝酸塩、硫酸塩等を用いて
も同様の結果が得られる。
【0051】(実施例3)実施例3では、ZnO系半導
体薄膜からなるバッファ層を含む太陽電池を製造した一
例について説明する。
体薄膜からなるバッファ層を含む太陽電池を製造した一
例について説明する。
【0052】図2を参照しながら、実施例3の太陽電池
について説明する。
について説明する。
【0053】実施例3では、基板21であるガラス基板
上に、下部電極膜22であるMo膜(膜厚1μm)をス
パッタリング法によって形成し、その上に光吸収層23
であるCu(In,Ga)Se2膜(膜厚2μm)を蒸
着法によって形成した(図2(a)参照)。その後、実
施例1で述べた方法でバッファ層24であるZn(O,
OH,S)膜を形成した。
上に、下部電極膜22であるMo膜(膜厚1μm)をス
パッタリング法によって形成し、その上に光吸収層23
であるCu(In,Ga)Se2膜(膜厚2μm)を蒸
着法によって形成した(図2(a)参照)。その後、実
施例1で述べた方法でバッファ層24であるZn(O,
OH,S)膜を形成した。
【0054】さらに、バッファ層24上に、窓層25
(膜厚100nm)であるZnO膜、および上部電極膜
26であるITO膜をスパッタリング法によって形成し
た。スパッタリングは、アルゴンガス8×10-3Tor
rの雰囲気中で高周波パワー500Wをターゲットに印
加して行った。その後、取り出し電極27および28
(膜厚350nm)を形成した。取り出し電極27およ
び28は、NiCr膜とAu膜とを電子ビーム蒸着法に
よって積層することによって形成した。
(膜厚100nm)であるZnO膜、および上部電極膜
26であるITO膜をスパッタリング法によって形成し
た。スパッタリングは、アルゴンガス8×10-3Tor
rの雰囲気中で高周波パワー500Wをターゲットに印
加して行った。その後、取り出し電極27および28
(膜厚350nm)を形成した。取り出し電極27およ
び28は、NiCr膜とAu膜とを電子ビーム蒸着法に
よって積層することによって形成した。
【0055】このようにして作製した太陽電池に、AM
1.5、100mW/cm2の疑似太陽光を照射して太
陽電池特性を測定した。
1.5、100mW/cm2の疑似太陽光を照射して太
陽電池特性を測定した。
【0056】前記の方法により作成した太陽電池の特性
を測定した結果、太陽電池特性を示す開放電圧0.63
V、短絡電流35mA/cm2、曲線因子0.66、太
陽電池変換効率14.6%を示した。
を測定した結果、太陽電池特性を示す開放電圧0.63
V、短絡電流35mA/cm2、曲線因子0.66、太
陽電池変換効率14.6%を示した。
【0057】比較のためにアンモニウム塩を加えない条
件で、Znを含有するバッファ層を形成した。比較用の
バッファ層を作製するために、亜鉛を含む化合物(塩)
である酢酸亜鉛とチオ尿素とアンモニアとを含有する水
溶液を用意した。水溶液中の酢酸亜鉛の濃度は0.02
mol/l、チオ尿素の濃度は0.2mol/l、アン
モニアの濃度は3mol/lとした。この水溶液を入れ
た容器を85℃に保った温水槽に静置した。この水溶液
にCu(In,Ga)Se2薄膜を形成した基板を、約
20分間浸漬した。その後、水溶液から基板を引き上げ
て純水で洗浄した。
件で、Znを含有するバッファ層を形成した。比較用の
バッファ層を作製するために、亜鉛を含む化合物(塩)
である酢酸亜鉛とチオ尿素とアンモニアとを含有する水
溶液を用意した。水溶液中の酢酸亜鉛の濃度は0.02
mol/l、チオ尿素の濃度は0.2mol/l、アン
モニアの濃度は3mol/lとした。この水溶液を入れ
た容器を85℃に保った温水槽に静置した。この水溶液
にCu(In,Ga)Se2薄膜を形成した基板を、約
20分間浸漬した。その後、水溶液から基板を引き上げ
て純水で洗浄した。
【0058】前記の方法で形成した膜の組成をX線光電
子分光分析法で分析した結果、形成した膜の組成は本発
明の製造方法で作成したものと同じであった。前記と同
様の方法で太陽電池を作製し、太陽電池特性を測定し
た。前記の方法により作成した太陽電池の特性を測定し
た結果、太陽電池特性を示す開放電圧0.47V、短絡
電流32mA/cm2、曲線因子0.48、太陽電池変
換効率7.2%を示した。この特性低下はバッファ層形
成時のアンモニア濃度が非常に高いため、Cu(In,
Ga)Se2膜がダメージを受けたことによると考えら
れる。
子分光分析法で分析した結果、形成した膜の組成は本発
明の製造方法で作成したものと同じであった。前記と同
様の方法で太陽電池を作製し、太陽電池特性を測定し
た。前記の方法により作成した太陽電池の特性を測定し
た結果、太陽電池特性を示す開放電圧0.47V、短絡
電流32mA/cm2、曲線因子0.48、太陽電池変
換効率7.2%を示した。この特性低下はバッファ層形
成時のアンモニア濃度が非常に高いため、Cu(In,
Ga)Se2膜がダメージを受けたことによると考えら
れる。
【0059】(実施例4)実施例4では、Znを含有す
るバッファ層を含む太陽電池を製造した他の一例につい
て説明する。
るバッファ層を含む太陽電池を製造した他の一例につい
て説明する。
【0060】太陽電池の作成方法は、Znを含有するバ
ッファ層を形成する方法のみが実施例3と異なるため、
重複する記述を省略する。
ッファ層を形成する方法のみが実施例3と異なるため、
重複する記述を省略する。
【0061】実施例4では、バッファ層24であるZn
(O,OH,S)膜を、実施例2で述べた方法で形成し
た。
(O,OH,S)膜を、実施例2で述べた方法で形成し
た。
【0062】実施例3と同様の方法で、太陽電池特性を
測定した。
測定した。
【0063】前記の方法により作成した太陽電池の特性
を測定した結果、太陽電池特性を示す開放電圧0.64
V、短絡電流35mA/cm2、曲線因子0.67、太
陽電池変換効率15.0%を示した。実施例4の方法で
はアンモニアを加えることにより、多少基板にダメージ
が与えられるが、アンモニアを加えたことによりZn
(O,OH,S)膜の膜質が向上したため高い特性の太
陽電池が得られた。
を測定した結果、太陽電池特性を示す開放電圧0.64
V、短絡電流35mA/cm2、曲線因子0.67、太
陽電池変換効率15.0%を示した。実施例4の方法で
はアンモニアを加えることにより、多少基板にダメージ
が与えられるが、アンモニアを加えたことによりZn
(O,OH,S)膜の膜質が向上したため高い特性の太
陽電池が得られた。
【0064】以上、本発明の実施の形態について例を挙
げて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定され
ず本発明の技術的思想に基づく他の実施形態に適用する
ことができる。
げて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定され
ず本発明の技術的思想に基づく他の実施形態に適用する
ことができる。
【0065】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のZnO系
半導体薄膜の製造方法では、高濃度のアンモニアを用い
ることなくZnO系半導体薄膜を形成する。したがっ
て、本発明のZnO系半導体薄膜の製造方法によれば、
基板(下地層)にダメージを与えることなくZnO系半
導体薄膜を形成できる。
半導体薄膜の製造方法では、高濃度のアンモニアを用い
ることなくZnO系半導体薄膜を形成する。したがっ
て、本発明のZnO系半導体薄膜の製造方法によれば、
基板(下地層)にダメージを与えることなくZnO系半
導体薄膜を形成できる。
【0066】また、本発明の太陽電池の製造方法によれ
ば、バッファ層にCdを用いず、かつ特性が高い太陽電
池が得られる。
ば、バッファ層にCdを用いず、かつ特性が高い太陽電
池が得られる。
【図1】 本発明のZnO系半導体薄膜の形成方法につ
いて、一工程の一例を示す断面図である。
いて、一工程の一例を示す断面図である。
【図2】 本発明の太陽電池の製造方法について、一例
を示す工程図である。
を示す工程図である。
【図3】 従来の太陽電池について、一例を示す断面図
である。
である。
10、21 基板 11 水溶液 22 下部電極膜 23 光吸収層 24 バッファ層 25 窓層 26 上部電極膜 27、28 取り出し電極
フロントページの続き (72)発明者 林 茂生 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 佐藤 琢也 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5F051 AA10 CB11 GA03 GA06 5F053 AA03 AA45 DD20 FF01 HH05 LL05 RR03 RR12
Claims (11)
- 【請求項1】 亜鉛を含有する化合物と、硫黄を含有す
る化合物と、アンモニウム塩とを溶質として含む水溶液
に、基板を接触させることによって、前記基板上にZn
O系半導体薄膜を形成することを特徴とするZnO系半
導体薄膜の形成方法。 - 【請求項2】 前記水溶液が、濃度が0.5mol/l
以下のアンモニアをさらに含む請求項1に記載のZnO
系半導体薄膜の形成方法。 - 【請求項3】 前記亜鉛を含有する化合物が、Zn(C
H3COO)2、ZnCl2、ZnI2およびZnSO4か
ら選ばれる少なくとも一つの化合物である請求項1また
は2に記載のZnO系半導体薄膜の形成方法。 - 【請求項4】 前記硫黄を含有する化合物が、チオ尿素
及びチオアセトアミドから選ばれる少なくとも一つの化
合物である請求項1または2に記載のZnO系半導体薄
膜の形成方法。 - 【請求項5】 前記アンモニウム塩が、CH3COON
H4、NH4Cl、NH4Iおよび(NH4)2SO4から選
ばれる少なくとも一つの化合物である請求項1または2
に記載のZnO系半導体薄膜の形成方法。 - 【請求項6】 前記水溶液の温度が、10℃以上100
℃以下である請求項1ないし5のいずれかに記載のZn
O系半導体薄膜の形成方法。 - 【請求項7】 前記水溶液のpHが、9以上11以下で
ある請求項1ないし5のいずれかに記載のZnO系半導
体薄膜の形成方法。 - 【請求項8】 前記水溶液と前記基板との接触が、前記
基板を前記水溶液に浸漬することによって行われる請求
項1ないし5のいずれかに記載のZnO系半導体薄膜の
形成方法。 - 【請求項9】 上部電極膜および下部電極膜と、前記上
部電極膜と前記下部電極膜との間に配置された光吸収層
と、前記上部電極膜と前記光吸収層との間に配置された
ZnO系半導体薄膜とを備える太陽電池の製造方法であ
って、 請求項1ないし8のいずれかに記載のZnO系半導体薄
膜の形成方法を用いて前記ZnO系半導体薄膜を形成す
ることを特徴とする太陽電池の製造方法。 - 【請求項10】 前記光吸収層が、Ib族元素と、III
b族元素と、VIb族元素とを含む化合物半導体薄膜から
なる請求項9に記載の太陽電池の製造方法。 - 【請求項11】 前記Ib族元素がCuであり、前記II
Ib族元素がInおよびGaから選ばれる少なくとも一
つの元素あり、前記VIb族元素がSeおよびSから選ば
れる少なくとも一つの元素である請求項10に記載の太
陽電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11144691A JP2000332280A (ja) | 1999-05-25 | 1999-05-25 | ZnO系半導体薄膜の形成方法およびこれを用いた太陽電池の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11144691A JP2000332280A (ja) | 1999-05-25 | 1999-05-25 | ZnO系半導体薄膜の形成方法およびこれを用いた太陽電池の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000332280A true JP2000332280A (ja) | 2000-11-30 |
Family
ID=15368032
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11144691A Pending JP2000332280A (ja) | 1999-05-25 | 1999-05-25 | ZnO系半導体薄膜の形成方法およびこれを用いた太陽電池の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000332280A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002343987A (ja) * | 2001-05-15 | 2002-11-29 | Showa Shell Sekiyu Kk | ヘテロ接合薄膜太陽電池の製造方法 |
| WO2008093834A1 (ja) * | 2007-02-02 | 2008-08-07 | Rohm Co., Ltd. | 固体撮像装置およびその製造方法 |
| JP2009259938A (ja) * | 2008-04-15 | 2009-11-05 | Honda Motor Co Ltd | カルコパイライト型薄膜太陽電池の製造方法およびその装置 |
| EP2306525A2 (en) | 2009-10-05 | 2011-04-06 | Fujifilm Corporation | Buffer layer and manufacturing method thereof, reaction solution, photoelectric conversion device, and solar cell |
| EP2309555A2 (en) | 2009-10-06 | 2011-04-13 | Fujifilm Corporation | Buffer layer and manufacturing method thereof, reaction solution, photoelectric conversion device, and solar cell |
| WO2012004974A1 (ja) | 2010-07-06 | 2012-01-12 | 富士フイルム株式会社 | 光電変換素子及びそれを備えた太陽電池 |
-
1999
- 1999-05-25 JP JP11144691A patent/JP2000332280A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2008093834A1 (ja) * | 2007-02-02 | 2008-08-07 | Rohm Co., Ltd. | 固体撮像装置およびその製造方法 |
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| US8299510B2 (en) | 2007-02-02 | 2012-10-30 | Rohm Co., Ltd. | Solid state imaging device and fabrication method for the same |
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| JP2009259938A (ja) * | 2008-04-15 | 2009-11-05 | Honda Motor Co Ltd | カルコパイライト型薄膜太陽電池の製造方法およびその装置 |
| EP2306525A2 (en) | 2009-10-05 | 2011-04-06 | Fujifilm Corporation | Buffer layer and manufacturing method thereof, reaction solution, photoelectric conversion device, and solar cell |
| EP2309555A2 (en) | 2009-10-06 | 2011-04-13 | Fujifilm Corporation | Buffer layer and manufacturing method thereof, reaction solution, photoelectric conversion device, and solar cell |
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| US8252611B2 (en) | 2009-10-06 | 2012-08-28 | Fujifilm Corporation | Buffer layer and manufacturing method thereof, reaction solution, photoelectric conversion device, and solar cell |
| WO2012004974A1 (ja) | 2010-07-06 | 2012-01-12 | 富士フイルム株式会社 | 光電変換素子及びそれを備えた太陽電池 |
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