JP2003258282A - 光吸収層の作製方法 - Google Patents
光吸収層の作製方法Info
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- JP2003258282A JP2003258282A JP2002107181A JP2002107181A JP2003258282A JP 2003258282 A JP2003258282 A JP 2003258282A JP 2002107181 A JP2002107181 A JP 2002107181A JP 2002107181 A JP2002107181 A JP 2002107181A JP 2003258282 A JP2003258282 A JP 2003258282A
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 Ｃｕ−Ｇａ合金層およびＩｎ層からなる積層
プリカーサを形成するに際して、エネルギー変換効率の
良い光吸収層を作製するべく、組成が密なＩｎ層をスパ
ッタリングによって容易に形成できるようにする。 【構成】 化合物半導体による薄膜太陽電池における裏
面電極上にＣｕ−Ｇａ合金層およびＩｎ層からなる積層
プリカーサを形成して、Ｓｅ雰囲気中で熱処理すること
によってＣＩＧＳ系の光吸収層を作製する方法にあっ
て、酸素を添加したスパッタガスの雰囲気下でＩｎ層を
形成するようにする。
プリカーサを形成するに際して、エネルギー変換効率の
良い光吸収層を作製するべく、組成が密なＩｎ層をスパ
ッタリングによって容易に形成できるようにする。 【構成】 化合物半導体による薄膜太陽電池における裏
面電極上にＣｕ−Ｇａ合金層およびＩｎ層からなる積層
プリカーサを形成して、Ｓｅ雰囲気中で熱処理すること
によってＣＩＧＳ系の光吸収層を作製する方法にあっ
て、酸素を添加したスパッタガスの雰囲気下でＩｎ層を
形成するようにする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体による薄
膜太陽電池における光吸収層の作製方法に関する。
膜太陽電池における光吸収層の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１は、一般的なカルコパイライト系化
合物半導体による薄膜太陽電池の基本構造を示してい
る。それは、ＳＬＧ（ソーダライムガラス）基板１上に
裏面電極（プラス電極）となるＭｏ電極層２が成膜さ
れ、そのＭｏ電極層２上に光吸収層５が成膜され、その
光吸収層５上にＺｎＳ，ＣｄＳなどからなるバッファ層
６を介して、マイナス電極となるＺｎＯ：Ａｌなどから
なる透明電極層７が成膜されている。
合物半導体による薄膜太陽電池の基本構造を示してい
る。それは、ＳＬＧ（ソーダライムガラス）基板１上に
裏面電極（プラス電極）となるＭｏ電極層２が成膜さ
れ、そのＭｏ電極層２上に光吸収層５が成膜され、その
光吸収層５上にＺｎＳ，ＣｄＳなどからなるバッファ層
６を介して、マイナス電極となるＺｎＯ：Ａｌなどから
なる透明電極層７が成膜されている。
【０００３】その化合物半導体による薄膜太陽電池にお
ける光吸収層４としては、現在１８％を超す高いエネル
ギー変換効率が得られるものとして、Ｃｕ，（Ｉｎ，Ｇ
ａ），ＳｅをベースとしたＩｂ−ＩＩＩｂ−ＶＩｂ２族
系のＣｕ（Ｉｎ＋Ｇａ）Ｓｅ２によるＣＩＧＳ薄膜が用
いられている。
ける光吸収層４としては、現在１８％を超す高いエネル
ギー変換効率が得られるものとして、Ｃｕ，（Ｉｎ，Ｇ
ａ），ＳｅをベースとしたＩｂ−ＩＩＩｂ−ＶＩｂ２族
系のＣｕ（Ｉｎ＋Ｇａ）Ｓｅ２によるＣＩＧＳ薄膜が用
いられている。
【０００４】従来、ＣＩＧＳ薄膜による光吸収層を作製
する方法として、金属プリカーサ（前駆体）薄膜を用い
て、Ｈ２Ｓｅガス等のＳｅソースを用いた熱化学反応で
Ｓｅ化合物を生成するセレン化法がある。
する方法として、金属プリカーサ（前駆体）薄膜を用い
て、Ｈ２Ｓｅガス等のＳｅソースを用いた熱化学反応で
Ｓｅ化合物を生成するセレン化法がある。
【０００５】特開平１０−１３５４９５号明細書には、
図２に示すように、ＳＬＧ基板１面に形成されたＭｏ電
極層２上に、Ｃｕ−Ｇａの合金ターゲットを用いてＡｒ
ガスの雰囲気下でスパッタリングにより成膜したＣｕ−
Ｇａ合金層３１と、その上にＩｎターゲットを用いてＡ
ｒガスの雰囲気下でスパッタリングにより成膜したＩｎ
層３２との積層構造によるプリカーサ３を形成して、そ
の積層プリカーサ３をＳｅ雰囲気中で熱処理することに
より、ＣＩＧＳ薄膜による光吸収層を作製することが開
示されている。
図２に示すように、ＳＬＧ基板１面に形成されたＭｏ電
極層２上に、Ｃｕ−Ｇａの合金ターゲットを用いてＡｒ
ガスの雰囲気下でスパッタリングにより成膜したＣｕ−
Ｇａ合金層３１と、その上にＩｎターゲットを用いてＡ
ｒガスの雰囲気下でスパッタリングにより成膜したＩｎ
層３２との積層構造によるプリカーサ３を形成して、そ
の積層プリカーサ３をＳｅ雰囲気中で熱処理することに
より、ＣＩＧＳ薄膜による光吸収層を作製することが開
示されている。
【０００６】しかし、このような従来の光吸収層の作製
方法では、スパッタリングによってＩｎ層を形成する
際、Ｉｎの持つ低融点で表面張力が大きいといった物性
に起因して、比較的低温においても凝集して、図３に示
すように、粒状に結晶が成長して隙間Ｓが生じてしま
い、形成されるＩｎ層３２の組成が粗になってＩｎの濃
度分布が不均一になってしまう。
方法では、スパッタリングによってＩｎ層を形成する
際、Ｉｎの持つ低融点で表面張力が大きいといった物性
に起因して、比較的低温においても凝集して、図３に示
すように、粒状に結晶が成長して隙間Ｓが生じてしま
い、形成されるＩｎ層３２の組成が粗になってＩｎの濃
度分布が不均一になってしまう。
【０００７】そのため、積層プリカーサ３のセレン化時
に、隙間Ｓに対応する箇所がＣｕリッチとなって局所的
にＣｕ−Ｓｅ化合物が生成されてしまい、その生成物が
低抵抗を有して障壁部分における光電流のリークの原因
となって、電池特性の劣化をきたしている。
に、隙間Ｓに対応する箇所がＣｕリッチとなって局所的
にＣｕ−Ｓｅ化合物が生成されてしまい、その生成物が
低抵抗を有して障壁部分における光電流のリークの原因
となって、電池特性の劣化をきたしている。
【０００８】このような不具合をなくすには、スパッタ
リングによってＩｎ層３２を形成するに際して、図４に
示すように、酸化Ｉｎ（Ｏ）を堆積させるようにすれ
ば、隙間なく密にＩｎ層３２を形成させることができる
ようになる。
リングによってＩｎ層３２を形成するに際して、図４に
示すように、酸化Ｉｎ（Ｏ）を堆積させるようにすれ
ば、隙間なく密にＩｎ層３２を形成させることができる
ようになる。
【０００９】その場合、酸化物ターゲットを用いて酸化
Ｉｎ（Ｏ）を堆積させることが提案されているが、ター
ゲットコストが高くなって量産には不向になっている。
Ｉｎ（Ｏ）を堆積させることが提案されているが、ター
ゲットコストが高くなって量産には不向になっている。
【００１０】また、従来の光吸収層の形成方法では、Ｍ
ｏ電極層２上にＣｕ−Ｇａ合金層３１、Ｉｎ層３２を順
次積層したプリカーサ３のセレン化時に、Ｇａ成分がＭ
ｏ電極層２との界面に偏析して低抵抗のＣｕ−Ｇａ−Ｓ
ｅ合金からなる異層が形成されてしまい、Ｍｏ電極層２
と光吸収層５との密着不良や光電流のリークの問題をき
たして、電池特性の劣化の要因となっている。
ｏ電極層２上にＣｕ−Ｇａ合金層３１、Ｉｎ層３２を順
次積層したプリカーサ３のセレン化時に、Ｇａ成分がＭ
ｏ電極層２との界面に偏析して低抵抗のＣｕ−Ｇａ−Ｓ
ｅ合金からなる異層が形成されてしまい、Ｍｏ電極層２
と光吸収層５との密着不良や光電流のリークの問題をき
たして、電池特性の劣化の要因となっている。
【００１１】また、従来、光吸収層５にＮａを拡散させ
た太陽電池のエネルギー変換効率が高くなることが報告
されている。そして、Ｎａを拡散させる方法として、Ｍ
ｏ電極上に蒸着法またはスパッタリング法によってＮａ
の層を形成したうえで、積層プリカーサを形成してセレ
ン化する方法が特開平８−２２２７５０号明細書に示さ
れている。しかし、それによれば、ＮａまたはＮａ化合
物の層が吸湿性を有しているために、成膜したのち大気
にふれると変質して剥離しやすくなってしまうという問
題がある。
た太陽電池のエネルギー変換効率が高くなることが報告
されている。そして、Ｎａを拡散させる方法として、Ｍ
ｏ電極上に蒸着法またはスパッタリング法によってＮａ
の層を形成したうえで、積層プリカーサを形成してセレ
ン化する方法が特開平８−２２２７５０号明細書に示さ
れている。しかし、それによれば、ＮａまたはＮａ化合
物の層が吸湿性を有しているために、成膜したのち大気
にふれると変質して剥離しやすくなってしまうという問
題がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、化合物半導体による薄膜太陽電池における裏面電
極上にスパッタリングによりＣｕ−Ｇａ合金層およびＩ
ｎ層からなる積層プリカーサを形成して、Ｓｅ雰囲気中
で熱処理することによってＣＩＧＳ系の光吸収層を作製
するに際して、形成されるＩｎ層の組成が粗になって局
所的にＣｕ−Ｓｅ化合物が生成され、それが光電流のリ
ークの原因となって電池特性の劣化をきたしていること
である。
点は、化合物半導体による薄膜太陽電池における裏面電
極上にスパッタリングによりＣｕ−Ｇａ合金層およびＩ
ｎ層からなる積層プリカーサを形成して、Ｓｅ雰囲気中
で熱処理することによってＣＩＧＳ系の光吸収層を作製
するに際して、形成されるＩｎ層の組成が粗になって局
所的にＣｕ−Ｓｅ化合物が生成され、それが光電流のリ
ークの原因となって電池特性の劣化をきたしていること
である。
【００１３】その際、スパッタリングによって形成され
るＩｎ層の組成を密にするために酸化物ターゲットを用
いるのでは、ターゲットコストが高くなって量産には不
向になってしまうという問題がある。
るＩｎ層の組成を密にするために酸化物ターゲットを用
いるのでは、ターゲットコストが高くなって量産には不
向になってしまうという問題がある。
【００１４】また、裏面電極上にＣｕ−Ｇａ合金層、Ｉ
ｎ層を順次積層したプリカーサ構造では、そのセレン化
時に、Ｇａ成分が裏面電極との界面に偏析して低抵抗の
Ｃｕ−Ｇａ−Ｓｅ合金からなる異層が形成されてしま
い、裏面電極と光吸収層との密着不良や光電流のリーク
の問題をきたして、電池特性の劣化の要因となっている
ことである。
ｎ層を順次積層したプリカーサ構造では、そのセレン化
時に、Ｇａ成分が裏面電極との界面に偏析して低抵抗の
Ｃｕ−Ｇａ−Ｓｅ合金からなる異層が形成されてしま
い、裏面電極と光吸収層との密着不良や光電流のリーク
の問題をきたして、電池特性の劣化の要因となっている
ことである。
【００１５】また、エネルギー変換効率を向上させるた
めに光吸収層にＮａなどのアルカリ金属元素を拡散させ
るべく、裏面電極上に蒸着法またはスパッタリング法に
よってＮａなどを含む層を成膜するのでは、その成膜さ
れる層が変質して剥離しやすいものになっていることで
ある。
めに光吸収層にＮａなどのアルカリ金属元素を拡散させ
るべく、裏面電極上に蒸着法またはスパッタリング法に
よってＮａなどを含む層を成膜するのでは、その成膜さ
れる層が変質して剥離しやすいものになっていることで
ある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は、化合物半導体
による薄膜太陽電池における裏面電極上にＣｕ−Ｇａ合
金層およびＩｎ層からなる積層プリカーサを形成して、
Ｓｅ雰囲気中で熱処理することによってＣＩＧＳ系の光
吸収層を作製する方法にあって、組成が密なＩｎ層をス
パッタリングによって容易に形成させることができるよ
うにするべく、酸素を添加したスパッタガスの雰囲気下
でＩｎ層を形成するようにしている。
による薄膜太陽電池における裏面電極上にＣｕ−Ｇａ合
金層およびＩｎ層からなる積層プリカーサを形成して、
Ｓｅ雰囲気中で熱処理することによってＣＩＧＳ系の光
吸収層を作製する方法にあって、組成が密なＩｎ層をス
パッタリングによって容易に形成させることができるよ
うにするべく、酸素を添加したスパッタガスの雰囲気下
でＩｎ層を形成するようにしている。
【００１７】そして、本発明は、積層プリカーサのセレ
ン化時に、Ｇａ成分が裏面電極との界面に偏析して異層
が形成されて裏面電極と光吸収層との密着不良や光電流
のリークをきたして電池特性が劣化することがないよう
にするべく、裏面電極上に、Ｉｎ単体ターゲットを用い
た第１のスパッタリング工程によってＩｎ層を形成した
うえで、Ｃｕ−Ｇａ合金ターゲットを用いた第２のスパ
ッタリング工程によってＣｕ−Ｇａ合金層を形成するよ
うにしている。
ン化時に、Ｇａ成分が裏面電極との界面に偏析して異層
が形成されて裏面電極と光吸収層との密着不良や光電流
のリークをきたして電池特性が劣化することがないよう
にするべく、裏面電極上に、Ｉｎ単体ターゲットを用い
た第１のスパッタリング工程によってＩｎ層を形成した
うえで、Ｃｕ−Ｇａ合金ターゲットを用いた第２のスパ
ッタリング工程によってＣｕ−Ｇａ合金層を形成するよ
うにしている。
【００１８】さらに、本発明は、エネルギー変換効率を
向上させるために光吸収層にＩａ族元素のアルカリ成分
を拡散させる層を、剥離の問題を生ずることなく、簡単
な工程で得ることができるようにするべく、アルカリ金
属を含む水溶液に裏面電極を浸漬したのち乾燥させて裏
面電極上にアルカリ層を形成するようにしている。
向上させるために光吸収層にＩａ族元素のアルカリ成分
を拡散させる層を、剥離の問題を生ずることなく、簡単
な工程で得ることができるようにするべく、アルカリ金
属を含む水溶液に裏面電極を浸漬したのち乾燥させて裏
面電極上にアルカリ層を形成するようにしている。
【００１９】
【実施例】本発明による光吸収層の作製方法にあって
は、図５に示すように、ＳＬＧ基板１に成膜されている
Ｍｏ電極層２上にＣＩＧＳ薄膜による光吸収層５を形成
するに際して、まず、Ｃｕ−Ｇａの合金ターゲットＴ１
を用いた第１のスパッタ工程ＳＰＴ−１によって、Ａｒ
やＮ２などの不活性ガスの雰囲気下でＣｕ−Ｇａ合金層
４１を成膜している。次いで、ＩｎターゲットＴ２を用
いた第２のスパッタ工程ＳＰＴ−２によって、ＡｒやＮ
２などの不活性ガスにＯ２ガスを混入した雰囲気下でＩ
ｎ層４２を成膜して、Ｃｕ−Ｇａ合金層４１、Ｉｎ層４
２による積層プリカーサ４を形成するようにしている。
そして、熱処理工程ＨＥＡＴにおいて、その積層プリカ
ーサ４をＳｅ雰囲気中で熱処理することにより、ＣＩＧ
Ｓ薄膜による光吸収層５を作製するようにしている。
は、図５に示すように、ＳＬＧ基板１に成膜されている
Ｍｏ電極層２上にＣＩＧＳ薄膜による光吸収層５を形成
するに際して、まず、Ｃｕ−Ｇａの合金ターゲットＴ１
を用いた第１のスパッタ工程ＳＰＴ−１によって、Ａｒ
やＮ２などの不活性ガスの雰囲気下でＣｕ−Ｇａ合金層
４１を成膜している。次いで、ＩｎターゲットＴ２を用
いた第２のスパッタ工程ＳＰＴ−２によって、ＡｒやＮ
２などの不活性ガスにＯ２ガスを混入した雰囲気下でＩ
ｎ層４２を成膜して、Ｃｕ−Ｇａ合金層４１、Ｉｎ層４
２による積層プリカーサ４を形成するようにしている。
そして、熱処理工程ＨＥＡＴにおいて、その積層プリカ
ーサ４をＳｅ雰囲気中で熱処理することにより、ＣＩＧ
Ｓ薄膜による光吸収層５を作製するようにしている。
【００２０】このように、本発明では、特にＩｎ層４２
を成膜させるに際して、ＩｎターゲットＴ２を用いてＡ
ｒやＮ２などの不活性ガスにＯ２ガスを混入した雰囲気
下でスパッタリングさせるようにしているので、Ｉｎ粒
子の凝集が抑制されて組成が密な酸化Ｉｎ（Ｏ）を堆積
させることができるようになる。
を成膜させるに際して、ＩｎターゲットＴ２を用いてＡ
ｒやＮ２などの不活性ガスにＯ２ガスを混入した雰囲気
下でスパッタリングさせるようにしているので、Ｉｎ粒
子の凝集が抑制されて組成が密な酸化Ｉｎ（Ｏ）を堆積
させることができるようになる。
【００２１】したがって、積層プリカーサ４のセレン化
時に、Ｉｎ層４２の組成の隙間に対応する箇所がＣｕリ
ッチとなって局所的にＣｕ−Ｓｅ化合物が生成されるよ
うなことがなくなり、その生成物が低抵抗を有して光吸
収層５上にバッファ層を介して設けられる透明電極との
間における光電流のリークの原因となって電池特性の劣
化をきたすようなことが有効に防止される。
時に、Ｉｎ層４２の組成の隙間に対応する箇所がＣｕリ
ッチとなって局所的にＣｕ−Ｓｅ化合物が生成されるよ
うなことがなくなり、その生成物が低抵抗を有して光吸
収層５上にバッファ層を介して設けられる透明電極との
間における光電流のリークの原因となって電池特性の劣
化をきたすようなことが有効に防止される。
【００２２】具体的には、ＡｒガスにＯ２ガスを０．５
％〜４．０％の範囲で混入させた雰囲気下で、Ｉｎター
ゲットＴ２を用いたＤＣスパッタリングを行わせること
によってＩｎ層４２を成膜したときに作製される光吸収
層５が、組成およびエネルギー変換効率の点で最適にな
ることが実測データによって確認されている。その際、
ＡｒガスにＯ２ガスを４．０％以上混入させると、成膜
されるＩｎ層４２が変質して剥離しやすくなってしま
う。
％〜４．０％の範囲で混入させた雰囲気下で、Ｉｎター
ゲットＴ２を用いたＤＣスパッタリングを行わせること
によってＩｎ層４２を成膜したときに作製される光吸収
層５が、組成およびエネルギー変換効率の点で最適にな
ることが実測データによって確認されている。その際、
ＡｒガスにＯ２ガスを４．０％以上混入させると、成膜
されるＩｎ層４２が変質して剥離しやすくなってしま
う。
【００２３】また、図６は本発明による光吸収層の他の
作製方法を示している。
作製方法を示している。
【００２４】ここでは、ＳＬＧ基板１に成膜されている
Ｍｏ電極層２上にＣＩＧＳ薄膜による光吸収層５を作製
するに際して、まず、ＩｎターゲットＴ２を用いた第１
のスパッタ工程ＳＰＴ−１によって、ＡｒやＮ２などの
不活性ガスにＯ２ガスを混入した雰囲気下でＩｎ層４２
を成膜している。次いで、その上に、Ｃｕ−Ｇａの合金
ターゲットＴ１を用いた第２のスパッタ工程ＳＰＴ−２
によって、ＡｒやＮ２などの不活性ガスの雰囲気下でＣ
ｕ−Ｇａ合金層４１を成膜して、Ｉｎ層４２およびＣｕ
−Ｇａ合金層４１からなる積層プリカーサ４を形成する
ようにしている。そして、熱処理工程ＨＥＡＴにおい
て、その積層プリカーサ４をＳｅ雰囲気中で熱処理する
ことにより、ＣＩＧＳ薄膜による光吸収層５を作製する
ようにしている。
Ｍｏ電極層２上にＣＩＧＳ薄膜による光吸収層５を作製
するに際して、まず、ＩｎターゲットＴ２を用いた第１
のスパッタ工程ＳＰＴ−１によって、ＡｒやＮ２などの
不活性ガスにＯ２ガスを混入した雰囲気下でＩｎ層４２
を成膜している。次いで、その上に、Ｃｕ−Ｇａの合金
ターゲットＴ１を用いた第２のスパッタ工程ＳＰＴ−２
によって、ＡｒやＮ２などの不活性ガスの雰囲気下でＣ
ｕ−Ｇａ合金層４１を成膜して、Ｉｎ層４２およびＣｕ
−Ｇａ合金層４１からなる積層プリカーサ４を形成する
ようにしている。そして、熱処理工程ＨＥＡＴにおい
て、その積層プリカーサ４をＳｅ雰囲気中で熱処理する
ことにより、ＣＩＧＳ薄膜による光吸収層５を作製する
ようにしている。
【００２５】このように、本発明によれば、特に、Ｍｏ
電極層２上にＩｎ層４２を設けたうえで、その上にＣｕ
−Ｇａ合金層４１を設けて積層プリカーサ４を形成する
ようにしているので、Ｍｏ電極層２との界面における元
素の固層拡散による合金化を抑制することができる。そ
して、その積層プリカーサ４をＳｅ雰囲気中で熱処理し
てセレン化する際に、Ｍｏ電極層２との界面におけるＧ
ａ濃度を下げて、Ｍｏ電極層２側にＩｎ成分を充分に拡
散させることができるとともに、拡散速度の遅いＧａが
Ｍｏ電極層２との界面に偏析して結晶性の悪いＣｕ−Ｇ
ａ−Ｓｅ層が形成されることがないようにして、均一な
結晶による高品質なＰ型半導体のＣｕ（Ｉｎ＋Ｇａ）Ｓ
ｅ２によるＣＩＧＳの光吸収層５を作製することができ
る。
電極層２上にＩｎ層４２を設けたうえで、その上にＣｕ
−Ｇａ合金層４１を設けて積層プリカーサ４を形成する
ようにしているので、Ｍｏ電極層２との界面における元
素の固層拡散による合金化を抑制することができる。そ
して、その積層プリカーサ４をＳｅ雰囲気中で熱処理し
てセレン化する際に、Ｍｏ電極層２との界面におけるＧ
ａ濃度を下げて、Ｍｏ電極層２側にＩｎ成分を充分に拡
散させることができるとともに、拡散速度の遅いＧａが
Ｍｏ電極層２との界面に偏析して結晶性の悪いＣｕ−Ｇ
ａ−Ｓｅ層が形成されることがないようにして、均一な
結晶による高品質なＰ型半導体のＣｕ（Ｉｎ＋Ｇａ）Ｓ
ｅ２によるＣＩＧＳの光吸収層５を作製することができ
る。
【００２６】したがって、Ｍｏ電極層２と光吸収層５と
の間に、結晶性が悪くて構造的に脆く、かつ導電性を有
する異層（Ｃｕ−Ｇａ−Ｓｅ層）が介在するようなこと
がなくなり、Ｍｏ電極層２との密着性が高くて構造的に
強固な、しかも複数のセルを直列接続したときの各セル
間のリークの問題を生ずることのない電池特性の良好な
太陽電池を得ることができるようになる。
の間に、結晶性が悪くて構造的に脆く、かつ導電性を有
する異層（Ｃｕ−Ｇａ−Ｓｅ層）が介在するようなこと
がなくなり、Ｍｏ電極層２との密着性が高くて構造的に
強固な、しかも複数のセルを直列接続したときの各セル
間のリークの問題を生ずることのない電池特性の良好な
太陽電池を得ることができるようになる。
【００２７】また、この場合にあっても、Ｉｎ層４２の
成膜時に、Ｉｎ粒子の凝集が抑制されて組成が密な酸化
Ｉｎ（Ｏ）を堆積させることができ、積層プリカーサ４
のセレン化時に、Ｉｎ層４２の組成の隙間に対応する箇
所がＣｕリッチとなって局所的にＣｕ−Ｓｅ化合物が生
成されるようなことがなくなり、その生成物が低抵抗を
有してＭｏ電極層２に対する光電流のリークの原因とな
って電池特性の劣化をきたすようなことが有効に防止さ
れる。
成膜時に、Ｉｎ粒子の凝集が抑制されて組成が密な酸化
Ｉｎ（Ｏ）を堆積させることができ、積層プリカーサ４
のセレン化時に、Ｉｎ層４２の組成の隙間に対応する箇
所がＣｕリッチとなって局所的にＣｕ−Ｓｅ化合物が生
成されるようなことがなくなり、その生成物が低抵抗を
有してＭｏ電極層２に対する光電流のリークの原因とな
って電池特性の劣化をきたすようなことが有効に防止さ
れる。
【００２８】また、図７は本発明による光吸収層のさら
に他の作製方法を示している。
に他の作製方法を示している。
【００２９】ここでは、ＳＬＧ基板１に成膜されている
Ｍｏ電極層２上にＣＩＧＳ薄膜による光吸収層５を作製
するに際して、まず、ＩｎターゲットＴ２を用いた第１
のスパッタリング工程ＳＰＴ−１によって、ＡｒやＮ２
などの不活性ガスにＯ２ガスを混入した雰囲気下でＭｏ
電極層２上にＩｎ層４２を成膜している。次いで、その
上にＣｕ−Ｇａの合金ターゲットＴ１を用いた第２のス
パッタリング工程ＳＰＴ−２によってＣｕ−Ｇａ合金層
４１を成膜している。そして、さらにその上にＩｎター
ゲットＴ２を用いた第３のスパッタリング工程ＳＰＴ−
３によって、ＡｒやＮ２などの不活性ガスにＯ２ガスを
混入した雰囲気下でＩｎ層４３を成膜して、Ｃｕ−Ｇａ
合金層４１をＩｎ層４２，４３によって挟んだ構造の積
層プリカーサ４′を形成するようにしている。そして、
熱処理工程ＨＥＡＴにおいて、その積層プリカーサ４′
をＳｅ雰囲気中で熱処理することにより、ＣＩＧＳ薄膜
による光吸収層５を作製するようにしている。
Ｍｏ電極層２上にＣＩＧＳ薄膜による光吸収層５を作製
するに際して、まず、ＩｎターゲットＴ２を用いた第１
のスパッタリング工程ＳＰＴ−１によって、ＡｒやＮ２
などの不活性ガスにＯ２ガスを混入した雰囲気下でＭｏ
電極層２上にＩｎ層４２を成膜している。次いで、その
上にＣｕ−Ｇａの合金ターゲットＴ１を用いた第２のス
パッタリング工程ＳＰＴ−２によってＣｕ−Ｇａ合金層
４１を成膜している。そして、さらにその上にＩｎター
ゲットＴ２を用いた第３のスパッタリング工程ＳＰＴ−
３によって、ＡｒやＮ２などの不活性ガスにＯ２ガスを
混入した雰囲気下でＩｎ層４３を成膜して、Ｃｕ−Ｇａ
合金層４１をＩｎ層４２，４３によって挟んだ構造の積
層プリカーサ４′を形成するようにしている。そして、
熱処理工程ＨＥＡＴにおいて、その積層プリカーサ４′
をＳｅ雰囲気中で熱処理することにより、ＣＩＧＳ薄膜
による光吸収層５を作製するようにしている。
【００３０】このように、本発明によれば、特に、Ｍｏ
電極層２上にＩｎ層４２を設けたうえで、その上にＣｕ
−Ｇａ合金層４１を設けるようにしているので、Ｍｏ電
極層２との界面における元素の固層拡散による合金化を
抑制することができる。そして、積層プリカーサ４′を
Ｓｅ雰囲気中で熱処理してセレン化する際に、Ｍｏ電極
層２側にＩｎ成分を充分に拡散させることができるとと
もに、拡散速度の遅いＧａがＭｏ電極層２との界面に偏
析して結晶性の悪いＣｕ−Ｇａ−Ｓｅ層が形成されるこ
とがなくなる。また、表面がＩｎ層４３によって被覆さ
れているので、セレン化によって作製される光吸収層５
の表面にＣｕ２Ｓｅが生成されることがなくなる。
電極層２上にＩｎ層４２を設けたうえで、その上にＣｕ
−Ｇａ合金層４１を設けるようにしているので、Ｍｏ電
極層２との界面における元素の固層拡散による合金化を
抑制することができる。そして、積層プリカーサ４′を
Ｓｅ雰囲気中で熱処理してセレン化する際に、Ｍｏ電極
層２側にＩｎ成分を充分に拡散させることができるとと
もに、拡散速度の遅いＧａがＭｏ電極層２との界面に偏
析して結晶性の悪いＣｕ−Ｇａ−Ｓｅ層が形成されるこ
とがなくなる。また、表面がＩｎ層４３によって被覆さ
れているので、セレン化によって作製される光吸収層５
の表面にＣｕ２Ｓｅが生成されることがなくなる。
【００３１】したがって、Ｍｏ電極層２と光吸収層５と
の間に、結晶性が悪くて構造的に脆く、かつ導電性を有
する異層（Ｃｕ−Ｇａ−Ｓｅ）が介在するようなことが
なく、また光吸収層５の表面に導電性を有する異層（Ｃ
ｕ２Ｓｅ）が生成されることのない、均一な結晶による
高品質なＰ型半導体のＣｕ（Ｉｎ＋Ｇａ）Ｓｅ２による
ＣＩＧＳの光吸収層５を作製することができ、Ｍｏ電極
層２との密着性が高くて構造的に強固な、しかもリーク
のない電池特性の良好な太陽電池を得ることができるよ
うになる。
の間に、結晶性が悪くて構造的に脆く、かつ導電性を有
する異層（Ｃｕ−Ｇａ−Ｓｅ）が介在するようなことが
なく、また光吸収層５の表面に導電性を有する異層（Ｃ
ｕ２Ｓｅ）が生成されることのない、均一な結晶による
高品質なＰ型半導体のＣｕ（Ｉｎ＋Ｇａ）Ｓｅ２による
ＣＩＧＳの光吸収層５を作製することができ、Ｍｏ電極
層２との密着性が高くて構造的に強固な、しかもリーク
のない電池特性の良好な太陽電池を得ることができるよ
うになる。
【００３２】また、この場合にあっても、Ｉｎ層４２、
４３の成膜時に、Ｉｎ粒子の凝集が抑制されて組成が密
な酸化Ｉｎ（Ｏ）を堆積させることができ、積層プリカ
ーサ４′のセレン化時に、Ｉｎ層４２，４３の組成の隙
間に対応する箇所がＣｕリッチとなって局所的にＣｕ−
Ｓｅ化合物が生成されるようなことがなくなる。
４３の成膜時に、Ｉｎ粒子の凝集が抑制されて組成が密
な酸化Ｉｎ（Ｏ）を堆積させることができ、積層プリカ
ーサ４′のセレン化時に、Ｉｎ層４２，４３の組成の隙
間に対応する箇所がＣｕリッチとなって局所的にＣｕ−
Ｓｅ化合物が生成されるようなことがなくなる。
【００３３】また、本発明は、図８に示すように、Ｍｏ
電極層２上に、Ｃｕ−Ｇａ合金層をＩｎ層によって挟ん
だ構造を多段に複数設けて、積層プリカーサ４″を形成
するようにしている。
電極層２上に、Ｃｕ−Ｇａ合金層をＩｎ層によって挟ん
だ構造を多段に複数設けて、積層プリカーサ４″を形成
するようにしている。
【００３４】ここでは、Ｍｏ電極層２上に、Ｉｎ層４
２、Ｃｕ−Ｇａ合金層４１、Ｉｎ層４３、Ｃｕ−Ｇａ合
金層４４、Ｉｎ層４５、Ｃｕ−Ｇａ合金層４６およびＩ
ｎ層４７を順次積層することによって、Ｃｕ−Ｇａ合金
層をＩｎ層によって挟んだ構造を３段に設けるようにし
ている。
２、Ｃｕ−Ｇａ合金層４１、Ｉｎ層４３、Ｃｕ−Ｇａ合
金層４４、Ｉｎ層４５、Ｃｕ−Ｇａ合金層４６およびＩ
ｎ層４７を順次積層することによって、Ｃｕ−Ｇａ合金
層をＩｎ層によって挟んだ構造を３段に設けるようにし
ている。
【００３５】このように、Ｍｏ電極層２側にＩｎ層４２
が、表面にＩｎ層４７が配され、その間にＣｕ−Ｇａ合
金層４１、Ｉｎ層４３、Ｃｕ−Ｇａ合金層４４、Ｉｎ層
４５およびＣｕ−Ｇａ合金層４６が均等に配分されてい
るので、より均一な結晶による高品質なＰ型半導体のＣ
ｕ（Ｉｎ＋Ｇａ）Ｓｅ２によるＣＩＧＳの光吸収層５を
作製することができるようになる。
が、表面にＩｎ層４７が配され、その間にＣｕ−Ｇａ合
金層４１、Ｉｎ層４３、Ｃｕ−Ｇａ合金層４４、Ｉｎ層
４５およびＣｕ−Ｇａ合金層４６が均等に配分されてい
るので、より均一な結晶による高品質なＰ型半導体のＣ
ｕ（Ｉｎ＋Ｇａ）Ｓｅ２によるＣＩＧＳの光吸収層５を
作製することができるようになる。
【００３６】また、図９および図１０は、本発明による
光吸収層の他の作製方法を示している。
光吸収層の他の作製方法を示している。
【００３７】ここでは、まず、図９に示すように、ＳＬ
Ｇ基板１上に、その基板のＮａ成分が拡散するのをしゃ
断するＳｉＯ２からなるバリア層８をＣＶＤ法によって
形成したうえで（ステップＳ１）、そのバリア層８の上
にＭｏ電極層２をスパッタリングによって形成する（ス
テップＳ２）。
Ｇ基板１上に、その基板のＮａ成分が拡散するのをしゃ
断するＳｉＯ２からなるバリア層８をＣＶＤ法によって
形成したうえで（ステップＳ１）、そのバリア層８の上
にＭｏ電極層２をスパッタリングによって形成する（ス
テップＳ２）。
【００３８】次いで、そのＭｏ電極層２上にＮａ２Ｓか
らなるアルカリ層９を浸漬法によって成膜する（ステッ
プＳ３）。
らなるアルカリ層９を浸漬法によって成膜する（ステッ
プＳ３）。
【００３９】そのアルカリ層９の成膜としては、例え
ば、Ｎａ２Ｓ・９Ｈ２Ｏ（硫化ナトリウム９水和物）を
重量濃度０．１〜５％で純水に溶かした水溶液にＭｏ電
極層２の成膜基板を浸して、スピンドライ乾燥させたの
ち、膜中残留水分の調整のために、大気中、１５０℃で
６０分間のベーク処理を行う。
ば、Ｎａ２Ｓ・９Ｈ２Ｏ（硫化ナトリウム９水和物）を
重量濃度０．１〜５％で純水に溶かした水溶液にＭｏ電
極層２の成膜基板を浸して、スピンドライ乾燥させたの
ち、膜中残留水分の調整のために、大気中、１５０℃で
６０分間のベーク処理を行う。
【００４０】そして、図１０に示すように、アルカリ層
９上に、先にＩｎターゲットＴ２を用いた第１のスパッ
タ工程ＳＰＴ−１によって、ＡｒやＮ２などの不活性ガ
スにＯ２ガスを混入した雰囲気下でＩｎ層４２を成膜す
る。次いで、その上に、Ｃｕ−Ｇａの合金ターゲットＴ
１を用いた第２のスパッタ工程ＳＰＴ−２によって、Ａ
ｒやＮ２などの不活性ガスの雰囲気下でＣｕ−Ｇａ合金
層４１を成膜して、Ｉｎ層４２およびＣｕ−Ｇａ合金層
４１からなる積層プリカーサ４を形成する。次いで、熱
処理工程ＨＥＡＴにおいて、その積層プリカーサ４をＳ
ｅ雰囲気中で熱処理して、ＣＩＧＳ薄膜による光吸収層
５を作製する。その際、アルカリ層９は、そのアルカリ
成分Ｎａが光吸収層５に拡散して消滅する。
９上に、先にＩｎターゲットＴ２を用いた第１のスパッ
タ工程ＳＰＴ−１によって、ＡｒやＮ２などの不活性ガ
スにＯ２ガスを混入した雰囲気下でＩｎ層４２を成膜す
る。次いで、その上に、Ｃｕ−Ｇａの合金ターゲットＴ
１を用いた第２のスパッタ工程ＳＰＴ−２によって、Ａ
ｒやＮ２などの不活性ガスの雰囲気下でＣｕ−Ｇａ合金
層４１を成膜して、Ｉｎ層４２およびＣｕ−Ｇａ合金層
４１からなる積層プリカーサ４を形成する。次いで、熱
処理工程ＨＥＡＴにおいて、その積層プリカーサ４をＳ
ｅ雰囲気中で熱処理して、ＣＩＧＳ薄膜による光吸収層
５を作製する。その際、アルカリ層９は、そのアルカリ
成分Ｎａが光吸収層５に拡散して消滅する。
【００４１】このように本発明によれば、特に、積層プ
リカーサ４をＳｅ雰囲気中で熱処理するに際して、アル
カリ層９のアルカリ成分Ｎａが有効に拡散してエネルギ
ー変換効率の良いＣＩＧＳ薄膜による光吸収層５を作製
することができるようになる。
リカーサ４をＳｅ雰囲気中で熱処理するに際して、アル
カリ層９のアルカリ成分Ｎａが有効に拡散してエネルギ
ー変換効率の良いＣＩＧＳ薄膜による光吸収層５を作製
することができるようになる。
【００４２】そして、そのアルカリ層９を、簡単な工程
で容易に得ることができる。また、ウェット処理でＭｏ
電極層２上にアルカリ層９の皮膜を形成するようにして
いるので、初期から水分を含んでいるために、成膜後に
吸湿による剥離の問題が生ずることがない。また、水和
物を使用することにより、膜中の水分を保持でき、ベー
ク処理によって膜中の水分を調整でき、濡れ性にも優れ
ている。
で容易に得ることができる。また、ウェット処理でＭｏ
電極層２上にアルカリ層９の皮膜を形成するようにして
いるので、初期から水分を含んでいるために、成膜後に
吸湿による剥離の問題が生ずることがない。また、水和
物を使用することにより、膜中の水分を保持でき、ベー
ク処理によって膜中の水分を調整でき、濡れ性にも優れ
ている。
【００４３】また、Ｎａ２Ｓ・９Ｈ２Ｏの水溶液を使用
すれば、その濃度をＭｏ電極層２の表面酸化膜をエッチ
ングできる１１〜１３ｐＨの範囲程度に調整することに
より、Ｍｏ電極層２の表面酸化膜を有効に除去すること
ができるようになるとともに、Ｓ成分を含有しているた
めにＭｏ電極層２と光吸収層５との密着性が向上する。
すれば、その濃度をＭｏ電極層２の表面酸化膜をエッチ
ングできる１１〜１３ｐＨの範囲程度に調整することに
より、Ｍｏ電極層２の表面酸化膜を有効に除去すること
ができるようになるとともに、Ｓ成分を含有しているた
めにＭｏ電極層２と光吸収層５との密着性が向上する。
【００４４】浸漬法によってアルカリ層９を成膜する利
点としては、以下のとおりである。
点としては、以下のとおりである。
【００４５】（１）スパッタリングや真空蒸着のような
大がかりな装置を必要とせず、比較的簡単な装置で実現
が可能である。また、真空装置を用いる場合にはスパッ
タターゲットや真空蒸着ソース等の品質管理が難しい
が、Ｎａ２Ｓ等の材料は吸湿性が高いので、浸漬法では
その材料の湿度などの管理が容易である。
大がかりな装置を必要とせず、比較的簡単な装置で実現
が可能である。また、真空装置を用いる場合にはスパッ
タターゲットや真空蒸着ソース等の品質管理が難しい
が、Ｎａ２Ｓ等の材料は吸湿性が高いので、浸漬法では
その材料の湿度などの管理が容易である。
【００４６】（２）光を閉じ込めるためのテクスチャー
構造とした基板や電極表面であっても、その表面によく
適合したアルカリ層９を形成させることが可能である。
また、Ｎａ２Ｓ・９Ｈ２Ｏの水溶液の浸漬を行う箇所と
しては、Ｍｏ電極層２の表面以外に、積層プリカーサ４
の表面、セレン化後における光吸収層５の表面、光吸収
層５上に形成されるバッファ層の表面が考えられるが、
積層プリカーサ４の表面や光吸収層５の表面のようなラ
フネスの極端に大きな表面であっても分子レベルで良好
なカバレッジを確保できるようになる。
構造とした基板や電極表面であっても、その表面によく
適合したアルカリ層９を形成させることが可能である。
また、Ｎａ２Ｓ・９Ｈ２Ｏの水溶液の浸漬を行う箇所と
しては、Ｍｏ電極層２の表面以外に、積層プリカーサ４
の表面、セレン化後における光吸収層５の表面、光吸収
層５上に形成されるバッファ層の表面が考えられるが、
積層プリカーサ４の表面や光吸収層５の表面のようなラ
フネスの極端に大きな表面であっても分子レベルで良好
なカバレッジを確保できるようになる。
【００４７】Ｍｏ電極層２の表面に対して浸漬を行う場
合には、アルカリ金属の水溶液を用いることでＭｏ電極
層２の表面酸化膜のエッチング効果およびパーティクル
除去効果が得られる。それにより、Ｍｏ電極層２のレー
ザスクライプ後の表面洗浄工程を省くことが可能にな
る。また、Ｍｏ電極層２の表面洗浄をより効果的に行わ
せるために、アンモニアやＮａＯＨなどを溶液に加える
ことでｐＨを容易に調整できる。
合には、アルカリ金属の水溶液を用いることでＭｏ電極
層２の表面酸化膜のエッチング効果およびパーティクル
除去効果が得られる。それにより、Ｍｏ電極層２のレー
ザスクライプ後の表面洗浄工程を省くことが可能にな
る。また、Ｍｏ電極層２の表面洗浄をより効果的に行わ
せるために、アンモニアやＮａＯＨなどを溶液に加える
ことでｐＨを容易に調整できる。
【００４８】水溶液の浸漬によるため、アルカリ層９へ
の酸素や水素の残留があり、その酸素が光吸収層５に取
り込まれることで半導体特性が改善される。
の酸素や水素の残留があり、その酸素が光吸収層５に取
り込まれることで半導体特性が改善される。
【００４９】また、本発明では、ＳＬＧ基板１とＭｏ電
極層２との間にバリア層８を設けるようにしているの
で、熱処理時にＳＬＧ基板１のＮａ成分がＭｏ電極層２
を通して光吸収層５に拡散するのをしゃ断して、ＳＬＧ
基板１から光吸収層５にＮａ成分が過剰に供給されるの
を防止できるとともに、ＳＬＧ基板１の劣化を有効に防
止できる。
極層２との間にバリア層８を設けるようにしているの
で、熱処理時にＳＬＧ基板１のＮａ成分がＭｏ電極層２
を通して光吸収層５に拡散するのをしゃ断して、ＳＬＧ
基板１から光吸収層５にＮａ成分が過剰に供給されるの
を防止できるとともに、ＳＬＧ基板１の劣化を有効に防
止できる。
【００５０】浸漬法によってＭｏ電極層２上にアルカリ
層９を成膜したときのＮａの析出量の知見結果は、以下
のとおりである。
層９を成膜したときのＮａの析出量の知見結果は、以下
のとおりである。
【００５１】１Ｙ１６−５１ Ｎａ２Ｓ ０．２％およ
び１Ｙ１６−５２ Ｎａ２Ｓ ０．８％のそれぞれ希釈
を行った２つの試料を用いて、ＩＣＰ−ＭＳ分析法によ
り、成膜部分に超純水６ｍｌを滴下し、約５分間移液具
により走査しながらＮａを回収した。その結果、前者の
試料では単位面積当り２．８Ｅ＋１５（ａｔｏｍａ／ｃ
ｍ２）の原子数が得られ、後者の試料では単位面積当り
８，７Ｅ＋１５（ａｔｏｍａ／ｃｍ２）の原子数が得ら
れた。定量限界は、２Ｅ＋１０程度である。
び１Ｙ１６−５２ Ｎａ２Ｓ ０．８％のそれぞれ希釈
を行った２つの試料を用いて、ＩＣＰ−ＭＳ分析法によ
り、成膜部分に超純水６ｍｌを滴下し、約５分間移液具
により走査しながらＮａを回収した。その結果、前者の
試料では単位面積当り２．８Ｅ＋１５（ａｔｏｍａ／ｃ
ｍ２）の原子数が得られ、後者の試料では単位面積当り
８，７Ｅ＋１５（ａｔｏｍａ／ｃｍ２）の原子数が得ら
れた。定量限界は、２Ｅ＋１０程度である。
【００５２】図１１は、Ｎａ２Ｓ水溶液の濃度を変えて
光吸収層５を作製したときのエネルギー変換効率η
〔％〕Ｓ＝０．１６の測定結果を示す特性図である。複
数の試料を用いたときの測定範囲をｗ１，ｗ２，ｗ３，
…によってあらわしている。
光吸収層５を作製したときのエネルギー変換効率η
〔％〕Ｓ＝０．１６の測定結果を示す特性図である。複
数の試料を用いたときの測定範囲をｗ１，ｗ２，ｗ３，
…によってあらわしている。
【００５３】この測定結果によれば、Ｎａ２Ｓ水溶液の
濃度は、エネルギー変換効率ηの点からして、０．０１
〜１．０（５）の範囲が適正である。その場合、Ｎａ２
Ｓ水溶液の濃度が薄いとエネルギー変換効率ηが悪くな
り、濃いとＭｏ電極層２とＳＬＧ基板１との間でエッチ
ングによる剥離が生じてしまう。
濃度は、エネルギー変換効率ηの点からして、０．０１
〜１．０（５）の範囲が適正である。その場合、Ｎａ２
Ｓ水溶液の濃度が薄いとエネルギー変換効率ηが悪くな
り、濃いとＭｏ電極層２とＳＬＧ基板１との間でエッチ
ングによる剥離が生じてしまう。
【００５４】図１２は、Ｎａ２Ｓ水溶液（濃度０．２７
％）の液温を変えて光吸収層５を作製したときのエネル
ギー変換効率η〔％〕Ｓ＝０．１６の測定結果を示す特
性図である。
％）の液温を変えて光吸収層５を作製したときのエネル
ギー変換効率η〔％〕Ｓ＝０．１６の測定結果を示す特
性図である。
【００５５】この測定結果によれば、Ｎａ２Ｓ水溶液の
液温は、エネルギー変換効率ηの点からして、常温１０
℃〜７０℃の範囲が適正である（望ましくは１５℃〜４
０℃の範囲）。その場合、Ｎａ２Ｓ水溶液の液温が低い
とエネルギー変換効率ηが悪くなり、８０℃以上だとＭ
ｏ電極層２とＳＬＧ基板１との間でエッチングによる剥
離が生じてしまう。
液温は、エネルギー変換効率ηの点からして、常温１０
℃〜７０℃の範囲が適正である（望ましくは１５℃〜４
０℃の範囲）。その場合、Ｎａ２Ｓ水溶液の液温が低い
とエネルギー変換効率ηが悪くなり、８０℃以上だとＭ
ｏ電極層２とＳＬＧ基板１との間でエッチングによる剥
離が生じてしまう。
【００５６】図１３は、アルカリ層９をベーク処理（処
理時間６０分）するときのベーク温度を変えて光吸収層
５を作製したときのエネルギー変換効率η〔％〕Ｓ＝
０．１６の測定結果を示す特性図である。
理時間６０分）するときのベーク温度を変えて光吸収層
５を作製したときのエネルギー変換効率η〔％〕Ｓ＝
０．１６の測定結果を示す特性図である。
【００５７】この測定結果によれば、ベーク温度は、エ
ネルギー変換効率ηの点からして、１００℃〜４００℃
の範囲が適正である（望ましくは１００℃〜２５０℃の
範囲）。その場合、ベーク温度が低いとエネルギー変換
効率ηが悪くなり、高いとアルカリ層９の含水率が減少
して剥離しやすくなってしまう。
ネルギー変換効率ηの点からして、１００℃〜４００℃
の範囲が適正である（望ましくは１００℃〜２５０℃の
範囲）。その場合、ベーク温度が低いとエネルギー変換
効率ηが悪くなり、高いとアルカリ層９の含水率が減少
して剥離しやすくなってしまう。
【００５８】図１４は、アルカリ層９を温度１５０℃で
ベーク処理するときのベーク時間を変えて光吸収層５を
作製したときのエネルギー変換効率η〔％〕Ｓ＝０．１
６の測定結果を示す特性図である。
ベーク処理するときのベーク時間を変えて光吸収層５を
作製したときのエネルギー変換効率η〔％〕Ｓ＝０．１
６の測定結果を示す特性図である。
【００５９】この測定結果によれば、ベーク時間は、エ
ネルギー変換効率ηおよび作業性の点からして、１０〜
６０分の範囲が適正である。
ネルギー変換効率ηおよび作業性の点からして、１０〜
６０分の範囲が適正である。
【００６０】本発明は、浸漬法によってアルカリ層９を
形成するのに用いるＩａ族元素を含む水溶液として、Ｎ
ａ２Ｓ・９Ｈ２Ｏ水和物を用いる以外に、その他のアル
カリ金属またはその硫化物、水酸化物、塩化物等の水溶
液を用いることが可能である。
形成するのに用いるＩａ族元素を含む水溶液として、Ｎ
ａ２Ｓ・９Ｈ２Ｏ水和物を用いる以外に、その他のアル
カリ金属またはその硫化物、水酸化物、塩化物等の水溶
液を用いることが可能である。
【００６１】具体的には、以下の水溶液が用いられる。
Ｎａ化合物：Ｎａ２ＳｅＯ３・５Ｈ２Ｏ、Ｎａ２ＴｅＯ
３・５Ｈ２Ｏ、Ｎａ２ＳＯ３・７Ｈ２Ｏ、Ｎａ２Ｂ４Ｏ
７・１０Ｈ２Ｏ、ＡｌＮａ（ＳＯ４）２・１２Ｈ２Ｏ、
ＮａＣｌ Ｋ化合物：Ｋ２ＴｅＯ３・３Ｈ２Ｏ、Ｋ２Ａｌ２Ｏ４・
３Ｈ２Ｏ、ＡｌＫ（ＳＯ４）２・１２Ｈ２Ｏ、ＫＯＨ、
ＫＦＬｉ
３・５Ｈ２Ｏ、Ｎａ２ＳＯ３・７Ｈ２Ｏ、Ｎａ２Ｂ４Ｏ
７・１０Ｈ２Ｏ、ＡｌＮａ（ＳＯ４）２・１２Ｈ２Ｏ、
ＮａＣｌ Ｋ化合物：Ｋ２ＴｅＯ３・３Ｈ２Ｏ、Ｋ２Ａｌ２Ｏ４・
３Ｈ２Ｏ、ＡｌＫ（ＳＯ４）２・１２Ｈ２Ｏ、ＫＯＨ、
ＫＦＬｉ
【００６２】また、本発明では、図１５に示すように、
Ｍｏ電極層２上にＮａ２Ｓからなるアルカリ層９を成膜
したうえで、そのアルカリ層上にＩｎ層４２、Ｃｕ−Ｇ
ａ合金層４１およびＩｎ層４３からなる積層プリカーサ
４′を図７の場合と同様に形成するようにしている。
Ｍｏ電極層２上にＮａ２Ｓからなるアルカリ層９を成膜
したうえで、そのアルカリ層上にＩｎ層４２、Ｃｕ−Ｇ
ａ合金層４１およびＩｎ層４３からなる積層プリカーサ
４′を図７の場合と同様に形成するようにしている。
【００６３】さらに、本発明では、図１６に示すよう
に、Ｍｏ電極層２上にＮａ２Ｓからなるアルカリ層９を
成膜したうえで、そのアルカリ層上に、Ｃｕ−Ｇａ合金
層をＩｎ層に挟んだ構造を多段に複数設けた積層プリカ
ーサ４″を図８の場合と同様に形成するようにしてい
る。
に、Ｍｏ電極層２上にＮａ２Ｓからなるアルカリ層９を
成膜したうえで、そのアルカリ層上に、Ｃｕ−Ｇａ合金
層をＩｎ層に挟んだ構造を多段に複数設けた積層プリカ
ーサ４″を図８の場合と同様に形成するようにしてい
る。
【００６４】
【効果】以上、本発明による光吸収層の作製方法にあっ
ては、化合物半導体による薄膜太陽電池における裏面電
極上にＣｕ−Ｇａ合金層およびＩｎ層からなる積層プリ
カーサを形成して、Ｓｅ雰囲気中で熱処理することによ
ってＣＩＧＳ系の光吸収層を作製するに際して、酸素を
添加したスパッタガスの雰囲気下でＩｎ層を形成するよ
うにしたもので、組成が密なＩｎ層をスパッタリングに
よって容易に形成して、エネルギー変換効率の良い光吸
収層を作製することができるという利点を有している。
ては、化合物半導体による薄膜太陽電池における裏面電
極上にＣｕ−Ｇａ合金層およびＩｎ層からなる積層プリ
カーサを形成して、Ｓｅ雰囲気中で熱処理することによ
ってＣＩＧＳ系の光吸収層を作製するに際して、酸素を
添加したスパッタガスの雰囲気下でＩｎ層を形成するよ
うにしたもので、組成が密なＩｎ層をスパッタリングに
よって容易に形成して、エネルギー変換効率の良い光吸
収層を作製することができるという利点を有している。
【００６５】そして、本発明は、特に、裏面電極上にＩ
ｎターゲットを用いた第１のスパッタリング工程によっ
てＩｎ層を形成したうえで、Ｃｕ−Ｇａ合金ターゲット
を用いた第２のスパッタリング工程によってＣｕ−Ｇａ
合金層を形成するようにしたもので、積層プリカーサの
セレン化時に、Ｇａ成分が裏面電極との界面に偏析して
異層が形成されて裏面電極と光吸収層との密着不良や光
電流のリークをきたして電池特性が劣化することがない
ようにすることができるという利点を有している。
ｎターゲットを用いた第１のスパッタリング工程によっ
てＩｎ層を形成したうえで、Ｃｕ−Ｇａ合金ターゲット
を用いた第２のスパッタリング工程によってＣｕ−Ｇａ
合金層を形成するようにしたもので、積層プリカーサの
セレン化時に、Ｇａ成分が裏面電極との界面に偏析して
異層が形成されて裏面電極と光吸収層との密着不良や光
電流のリークをきたして電池特性が劣化することがない
ようにすることができるという利点を有している。
【００６６】さらに、本発明は、特に、アルカリ金属を
含む水溶液に裏面電極を浸漬したのち乾燥させて裏面電
極上にアルカリ層を形成するようにしたもので、エネル
ギー変換効率を向上させるために光吸収層にＩａ族元素
のアルカリ成分を拡散させる層を、剥離の問題を生ずる
ことなく、簡単な工程で得ることができるという利点を
有している。
含む水溶液に裏面電極を浸漬したのち乾燥させて裏面電
極上にアルカリ層を形成するようにしたもので、エネル
ギー変換効率を向上させるために光吸収層にＩａ族元素
のアルカリ成分を拡散させる層を、剥離の問題を生ずる
ことなく、簡単な工程で得ることができるという利点を
有している。
【図１】一般的な化合物半導体による薄膜太陽電池の基
本的な構造を示す正断面図である。
本的な構造を示す正断面図である。
【図２】従来の方法によってＭｏ電極層上にＣｕ−Ｇａ
合金層およびＩｎ層からなる積層プリカーサが形成され
た状態を示す正断面図である。
合金層およびＩｎ層からなる積層プリカーサが形成され
た状態を示す正断面図である。
【図３】従来の方法によってＭｏ電極層上に形成された
積層プリカーサにおけるＩｎ層の組成が粗になっている
状態を示す正断面図である。
積層プリカーサにおけるＩｎ層の組成が粗になっている
状態を示す正断面図である。
【図４】Ｍｏ電極層上に形成された積層プリカーサにお
けるＩｎ層を酸化させることによってその組成が密にな
っている状態を示す正断面図である。
けるＩｎ層を酸化させることによってその組成が密にな
っている状態を示す正断面図である。
【図５】本発明によるＭｏ電極層上に光吸収層を作製す
るプロセスを示す図である。
るプロセスを示す図である。
【図６】本発明によるＭｏ電極層上に光吸収層を作製す
る他のプロセスを示す図である。
る他のプロセスを示す図である。
【図７】本発明によるＭｏ電極層上に光吸収層を作製す
るさらに他のプロセスを示す図である。
るさらに他のプロセスを示す図である。
【図８】Ｍｏ電極層上にＣｕ−Ｇａ合金層をＩｎ層で挟
んだ構造を多段に設けたときの積層プリカーサの構造を
示す正断面図である。
んだ構造を多段に設けたときの積層プリカーサの構造を
示す正断面図である。
【図９】本発明によってＳＬＧ基板上にバリア層、裏面
電極およびアルカリ層を順次成膜するプロセスを示す図
である。
電極およびアルカリ層を順次成膜するプロセスを示す図
である。
【図１０】本発明によってアルカリ層上に積層プリカー
サを形成して光吸収層を作製するプロセスを示す図であ
る。
サを形成して光吸収層を作製するプロセスを示す図であ
る。
【図１１】Ｎａ２Ｓ水溶液の濃度を変えて光吸収層を作
製したときのエネルギー変換効率の測定結果を示す特性
図である。
製したときのエネルギー変換効率の測定結果を示す特性
図である。
【図１２】Ｎａ２Ｓ水溶液の液温を変えて光吸収層を作
製したときのエネルギー変換効率の測定結果を示す特性
図である。
製したときのエネルギー変換効率の測定結果を示す特性
図である。
【図１３】アルカリ層をベーク処理するときの温度を変
えて光吸収層を作製したときのエネルギー変換効率の測
定結果を示す特性図である。
えて光吸収層を作製したときのエネルギー変換効率の測
定結果を示す特性図である。
【図１４】アルカリ層をベーク処理するときの時間を変
えて光吸収層を作製したときのエネルギー変換効率の測
定結果を示す特性図である。
えて光吸収層を作製したときのエネルギー変換効率の測
定結果を示す特性図である。
【図１５】アルカリ層上にＣｕ−Ｇａ合金層をＩｎ層で
挟んだ構造の積層プリカーサを示す正断面図である。
挟んだ構造の積層プリカーサを示す正断面図である。
【図１６】アルカリ層上にＣｕ−Ｇａ合金層をＩｎ層で
挟んだ構造を多段に設けたときの積層プリカーサの構造
を示す正断面図である。
挟んだ構造を多段に設けたときの積層プリカーサの構造
を示す正断面図である。
１ ＳＬＧ基板
２ Ｍｏ電極層
４ 積層プリカーサ
４１ Ｉｎ層
４２ Ｃｕ−Ｇａ合金層
４３ Ｉｎ層
５ 光吸収層
６ バッファ層
７ 透明電極層
８ バリア層
９ アルカリ層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 小丸 貴史
埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ ホン
ダエンジニアリング株式会社内
Ｆターム(参考） 5F051 AA10 CB15 CB24 CB29 FA06
GA03
Claims (5)
- 【請求項１】 化合物半導体による薄膜太陽電池におけ
る裏面電極上にＣｕ−Ｇａ合金層およびＩｎ層からなる
積層プリカーサをスパッタ法により形成して、Ｓｅ雰囲
気中で熱処理することによってＣＩＧＳ系の光吸収層を
作製する方法において、酸素を添加したスパッタガスの
雰囲気下でＩｎ層を形成するようにしたことを特徴とす
る光吸収層の作製方法。 - 【請求項２】 裏面電極上に、Ｃｕ−Ｇａ合金ターゲッ
トを用いた第１のスパッタリング工程によってＣｕ−Ｇ
ａ合金層を形成したうえで、Ｉｎ単体ターゲットを用い
た第２のスパッタリング工程によってＩｎ層を形成する
ようにしたことを特徴とする請求項１の記載による光吸
収層の作製方法。 - 【請求項３】 裏面電極上に、Ｉｎ単体ターゲットを用
いた第１のスパッタリング工程によってＩｎ層を形成し
たうえで、Ｃｕ−Ｇａ合金ターゲットを用いた第２のス
パッタリング工程によってＣｕ−Ｇａ合金層を形成する
ようにしたことを特徴とする請求項１の記載による光吸
収層の作製方法。 - 【請求項４】 裏面電極上に、Ｉｎ単体ターゲットを用
いた第１のスパッタリング工程によってＩｎ層を形成
し、Ｃｕ−Ｇａ合金ターゲットを用いた第２のスパッタ
リング工程によってＣｕ−Ｇａ合金層を形成し、Ｉｎ単
体ターゲットを用いた第３のスパッタリング工程によっ
てＩｎ層を形成するようにしたことを特徴とする請求項
１の記載による光吸収層の作製方法。 - 【請求項５】 裏面電極上にアルカリ金属元素を含有す
る層を形成したうえで、その上に積層プリカーサを形成
して、Ｓｅ雰囲気中で熱処理することによってＣＩＧＳ
系の光吸収層を作製するようにしたことを特徴とする請
求項１の記載による光吸収層の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002107181A JP2003258282A (ja) | 2002-03-05 | 2002-03-05 | 光吸収層の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002107181A JP2003258282A (ja) | 2002-03-05 | 2002-03-05 | 光吸収層の作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003258282A true JP2003258282A (ja) | 2003-09-12 |
Family
ID=28672464
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002107181A Pending JP2003258282A (ja) | 2002-03-05 | 2002-03-05 | 光吸収層の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003258282A (ja) |
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-
2002
- 2002-03-05 JP JP2002107181A patent/JP2003258282A/ja active Pending
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