JPH04199882A - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents
太陽電池及びその製造方法Info
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- JPH04199882A JPH04199882A JP2335918A JP33591890A JPH04199882A JP H04199882 A JPH04199882 A JP H04199882A JP 2335918 A JP2335918 A JP 2335918A JP 33591890 A JP33591890 A JP 33591890A JP H04199882 A JPH04199882 A JP H04199882A
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- Japan
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- type semiconductor
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- solar cell
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/541—CuInSe2 material PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/543—Solar cells from Group II-VI materials
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は化合物半導体を用いた太陽電池及びその製造方
法に関し、さらに詳しくは、ＩＩ−Ｖｌ族半導体薄膜を
光透過窓層とする太陽電池の構成とその製造方法に関す
るものである。
法に関し、さらに詳しくは、ＩＩ−Ｖｌ族半導体薄膜を
光透過窓層とする太陽電池の構成とその製造方法に関す
るものである。
［従来の技術］
近い将来、エネルギー供給が次第に困難になることが予
想され、太陽電池の高効率化、低コスト化と共に安定性
の向上が大きな課題になってきた。
想され、太陽電池の高効率化、低コスト化と共に安定性
の向上が大きな課題になってきた。
なかでも、大面積化が容易な薄膜系太陽電池は大幅な低
コスト化か可能なのでそのエネルギー変換効率の向上と
安定性の向上が強く望まれている。
コスト化か可能なのでそのエネルギー変換効率の向上と
安定性の向上が強く望まれている。
この薄膜系太陽電池には化合物半導体（ＩＩ−Ｖｌ族や
ｌ−１１１４１２族）薄膜を用いたものが広く開発され
つつある。化合物半導体薄膜を用いた太陽電池の構成は
、バンドギャップが広くて光を透過する窓層としてのｎ
型のＩＩ−Ｖｌ族化合物半導体層とバンドギャップか狭
くて光を吸収する吸収層としてのｐ型のＩＩ−Ｖｌ族あ
るいはｌ−１１１−Ｖ１２重合化半導体層を積層したベ
テロ接合などが用いられる。
ｌ−１１１４１２族）薄膜を用いたものが広く開発され
つつある。化合物半導体薄膜を用いた太陽電池の構成は
、バンドギャップが広くて光を透過する窓層としてのｎ
型のＩＩ−Ｖｌ族化合物半導体層とバンドギャップか狭
くて光を吸収する吸収層としてのｐ型のＩＩ−Ｖｌ族あ
るいはｌ−１１１−Ｖ１２重合化半導体層を積層したベ
テロ接合などが用いられる。
構成としては、例えばガラス基板上に順次Ｍ。
金属層、ｐ型Ｃｕ１ｎＳｅ２層、ｎ型ＣｄＳ層、透明導
電層であるｒ Ｔｏ （Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ ０ｘｉ
ｄｅ）層を積層したものがある。あるいは、例えばガラ
ス基板上に順次スクリーン印刷と焼成によるｎ型ＣｄＳ
層、ｐ型ＣｄＴｅ層、金属電極層を積層した構成もある
。何れにしてもｎ型半導体層はＣｕ、Ａｇなどを主成分
とするか（ＣｕＩｎＳｅ、など）、これらを不純物アク
セプターとして含有する（ＣｄＴｅ：Ｃｕなど）。
電層であるｒ Ｔｏ （Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ ０ｘｉ
ｄｅ）層を積層したものがある。あるいは、例えばガラ
ス基板上に順次スクリーン印刷と焼成によるｎ型ＣｄＳ
層、ｐ型ＣｄＴｅ層、金属電極層を積層した構成もある
。何れにしてもｎ型半導体層はＣｕ、Ａｇなどを主成分
とするか（ＣｕＩｎＳｅ、など）、これらを不純物アク
セプターとして含有する（ＣｄＴｅ：Ｃｕなど）。
［発明が解決しようとする課題］
しかしながら前記した従来技術では、ＣｕＸＡｇなどの
金属元素はＣｄＳ、ＣｄＳｅはじめｎ型１ｌ−Ｖｌ族半
導体との親和性に優れるため、この中に拡散移動し易く
、ｐｎ接合特性を損ねると共に半導体層を電気的に高抵
抗にし、結局太陽電池の安定性を損なう主原因となる。
金属元素はＣｄＳ、ＣｄＳｅはじめｎ型１ｌ−Ｖｌ族半
導体との親和性に優れるため、この中に拡散移動し易く
、ｐｎ接合特性を損ねると共に半導体層を電気的に高抵
抗にし、結局太陽電池の安定性を損なう主原因となる。
この様に、ｎ型半導体の主成分あるいはアクセプター不
純物としてＣｕＸＡｇなどの金属元素を含有する太陽電
池では、相接する＋１−Ｖｌ族化合物で成るｎ型半導体
層中にこれら金属元素か拡散し特性を劣化させる主原因
となっている。
純物としてＣｕＸＡｇなどの金属元素を含有する太陽電
池では、相接する＋１−Ｖｌ族化合物で成るｎ型半導体
層中にこれら金属元素か拡散し特性を劣化させる主原因
となっている。
本発明は、前記従来技術の課題を解決するため、前記金
属元素のｎ型半導体層への拡散を防ぎ、安定性を向上し
た太陽電池及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
属元素のｎ型半導体層への拡散を防ぎ、安定性を向上し
た太陽電池及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
［課題を解決するための手段］
前記目的を達成するため、本発明の太陽電池は、透光性
基板上に少なくとも透明導電層、ｎ型半導体の窓層、ｎ
型半導体の光吸収層および電極層が順次形成された太陽
電池であって、前記ｎ型半導体の窓層がＩＩ−Ｖｌ族半
導体を主成分とした薄膜で形成され、かつ少なくとも前
記ｎ型半導体の光吸収層との界面近傍にＩＶ族元素が分
散して存在することを特徴とする。
基板上に少なくとも透明導電層、ｎ型半導体の窓層、ｎ
型半導体の光吸収層および電極層が順次形成された太陽
電池であって、前記ｎ型半導体の窓層がＩＩ−Ｖｌ族半
導体を主成分とした薄膜で形成され、かつ少なくとも前
記ｎ型半導体の光吸収層との界面近傍にＩＶ族元素が分
散して存在することを特徴とする。
前記本発明の構成においては、ＩＶ族元素かＣ１Ｓｉお
よびＧｅから選ばれる少なくとも一つの元素であること
か好ましい。
よびＧｅから選ばれる少なくとも一つの元素であること
か好ましい。
また前記本発明の構成においては、ｎ型半導体中のＶｌ
族元素の添加濃度が、ピーク濃度の位置で０．０１〜１
０モル％であることが好ましい。
族元素の添加濃度が、ピーク濃度の位置で０．０１〜１
０モル％であることが好ましい。
次に本発明の太陽電池の製造方法は、透光性基板上に少
なくとも透明導電層、ｎ型半導体の窓層、ｎ型半導体の
光吸収層および電極層か順次形成された太陽電池の製造
方法であって、前記透明導電層を設けた透光性基板上に
、ｎ型のＩＩ−Ｖｌ族半導体の窓層を形成し、前記窓層
の少なくとも表面近傍にＩＶ族元素を添加分散し、その
上にｎ型半導体の光吸収層を形成し、さらにその上に電
極層を形成することを特徴とする。
なくとも透明導電層、ｎ型半導体の窓層、ｎ型半導体の
光吸収層および電極層か順次形成された太陽電池の製造
方法であって、前記透明導電層を設けた透光性基板上に
、ｎ型のＩＩ−Ｖｌ族半導体の窓層を形成し、前記窓層
の少なくとも表面近傍にＩＶ族元素を添加分散し、その
上にｎ型半導体の光吸収層を形成し、さらにその上に電
極層を形成することを特徴とする。
前記本発明方法においては、ＩＶ族元素の添加方法がイ
オン注入法またはプラズマＣＶＤ法であることが好まし
い。
オン注入法またはプラズマＣＶＤ法であることが好まし
い。
［作用コ
前記本発明の構成によれば、ｎ型半導体の窓層かＩＩ−
Ｖｌ族半導体を主成分とした薄膜で形成され、かつ少な
くとも前記ｎ型半導体の光吸収層との界面近傍に＋Ｖ族
元素が分散して存在するので、ｎ型半導体層に接するｎ
型半導体層中に配置されたｉｖ族元素によりｎ型半導体
層中の金属元素のｎ型半導体層中への拡散か妨げられ、
しかも＋Ｖ族元素であるから電気的特性に対する障害も
なく、高効率化を妨げずして著しく安定性を高めること
ができる。
Ｖｌ族半導体を主成分とした薄膜で形成され、かつ少な
くとも前記ｎ型半導体の光吸収層との界面近傍に＋Ｖ族
元素が分散して存在するので、ｎ型半導体層に接するｎ
型半導体層中に配置されたｉｖ族元素によりｎ型半導体
層中の金属元素のｎ型半導体層中への拡散か妨げられ、
しかも＋Ｖ族元素であるから電気的特性に対する障害も
なく、高効率化を妨げずして著しく安定性を高めること
ができる。
また前記＋Ｖ族元素がＣ，ＳｉおよびＧｅがら選ばれる
少なくとも一つの元素であるという本発明の好ましい構
成によれば、ｎ型半導体層中の金属元素のｎ型半導体層
中への拡散をさらに効果的に防ぐことができる。
少なくとも一つの元素であるという本発明の好ましい構
成によれば、ｎ型半導体層中の金属元素のｎ型半導体層
中への拡散をさらに効果的に防ぐことができる。
また前記ｎ型半導体中のｖＩ族元素の存在する濃度が、
ピーク濃度の位置で０．０１〜１０モル％であるいう本
発明の好ましい構成によれば、ｎ型半導体層中の金属元
素のｎ型半導体層中への拡散をさらに効果的に防ぐこと
ができる。
ピーク濃度の位置で０．０１〜１０モル％であるいう本
発明の好ましい構成によれば、ｎ型半導体層中の金属元
素のｎ型半導体層中への拡散をさらに効果的に防ぐこと
ができる。
次に前記本発明方法によれば、透明導電層を設けた透光
性基板上に、ｎ型１ｌ−Ｖｌ族半導体の窓層を形成し、
前記窓層の少なくとも表面近傍に１層族元素を添加分散
し、その上にｎ型半導体の光吸収層を形成し、さらにそ
の上に電極を形成するので、本発明の太陽電池を効率良
く合理的に製造することができる。
性基板上に、ｎ型１ｌ−Ｖｌ族半導体の窓層を形成し、
前記窓層の少なくとも表面近傍に１層族元素を添加分散
し、その上にｎ型半導体の光吸収層を形成し、さらにそ
の上に電極を形成するので、本発明の太陽電池を効率良
く合理的に製造することができる。
前記、＋Ｖ族元素の添加方法がイオン注入法またはプラ
ズマＣＶＤ法を用いるという本発明方法の好ましい構成
によれば、前記光吸収層に接する少なくとも界面近傍に
ＩＶ族元素を効率良く添加分散することができる。
ズマＣＶＤ法を用いるという本発明方法の好ましい構成
によれば、前記光吸収層に接する少なくとも界面近傍に
ＩＶ族元素を効率良く添加分散することができる。
［実施例コ
以下、一実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明す
る。なお、本発明は下記の実施例に限定されるものでは
ない。
る。なお、本発明は下記の実施例に限定されるものでは
ない。
本実施例の太陽電池は第１図に示す様に、透明導電層２
を設けた透光性基板１上に、順次積層した例えばＣｄあ
るいはＺｎのカルコゲナイドを主成分とするｎ型１ｌ−
Ｖｌ化合物半導体の窓層３、ＣＵやＡｇなどの不純物を
含有するＣｄＴｅなどの１ｌ−Ｖｌ族化合物、あるいは
ＣｕやＡｇなどを主成分とするＣｕＩｎＳｅ２などの１
−１１１’／＋２族化合物で成るｎ型半導体の光吸収層
５、電極層６の構成の太陽電池で、ｎ型半導体の少なく
とも表面層４すなわちｎ型半導体との界面近傍の層中に
１層族元素、例えばＣ，Ｓｉ、Ｇｅなどを添加分散した
構成とする。
を設けた透光性基板１上に、順次積層した例えばＣｄあ
るいはＺｎのカルコゲナイドを主成分とするｎ型１ｌ−
Ｖｌ化合物半導体の窓層３、ＣＵやＡｇなどの不純物を
含有するＣｄＴｅなどの１ｌ−Ｖｌ族化合物、あるいは
ＣｕやＡｇなどを主成分とするＣｕＩｎＳｅ２などの１
−１１１’／＋２族化合物で成るｎ型半導体の光吸収層
５、電極層６の構成の太陽電池で、ｎ型半導体の少なく
とも表面層４すなわちｎ型半導体との界面近傍の層中に
１層族元素、例えばＣ，Ｓｉ、Ｇｅなどを添加分散した
構成とする。
１層族元素のｎ型半導体中での添加濃度は厚さ方向で違
っていて良く界面近傍で高くした構成が実現容易であり
、最高濃度の部分で０．０１〜１０モル％であることが
効果的である。
っていて良く界面近傍で高くした構成が実現容易であり
、最高濃度の部分で０．０１〜１０モル％であることが
効果的である。
ｎ型層の膜厚は０．１〜１０μｍＸｐ型層の膜厚は０．
５〜１０μｍか普通である。この構成の太陽電池では太
陽光照射の下、１００℃近い温度でもｎ型半導体層の構
成要素である金属元素がｎ型半導体層へ拡散しないので
劣化が極めて小さい。
５〜１０μｍか普通である。この構成の太陽電池では太
陽光照射の下、１００℃近い温度でもｎ型半導体層の構
成要素である金属元素がｎ型半導体層へ拡散しないので
劣化が極めて小さい。
次に本発明の製造方法の一実施例を説明する。
Ｓ ｎ ０２層を設けたガラス基板上に１μｍ厚のｎ型
ＣｄＳ層、この膜の表面層にＣを母体ＣｄＳに対してピ
ーク濃度約１％、ピーク位置が深さ約１０ｎｍである様
に５ｋｅＶでイオン注入法によって添加分散し、さらに
５μｍ厚のＣｄＴｅ：Ｃｕ層、電極層を積層して太陽電
池を製造した。１層族元素の添加はプラズマＣＶＤ法な
どによっても良い。
ＣｄＳ層、この膜の表面層にＣを母体ＣｄＳに対してピ
ーク濃度約１％、ピーク位置が深さ約１０ｎｍである様
に５ｋｅＶでイオン注入法によって添加分散し、さらに
５μｍ厚のＣｄＴｅ：Ｃｕ層、電極層を積層して太陽電
池を製造した。１層族元素の添加はプラズマＣＶＤ法な
どによっても良い。
このようにして得られた太陽電池は、ＡＭｌ。
５の太陽光照射下１１％の変換効率を有し、１年後でも
１０％以上の効率を有するものであった。
１０％以上の効率を有するものであった。
これに対して、Ｃを添加してない従来の構成では、１年
後の効率は９％以下に減するものであった。
後の効率は９％以下に減するものであった。
以上説明した本実施例によれば、安定性の非常に高い太
陽電池を実現することが可能となる。この太陽電池は薄
膜形成であるから安価であり、大幅な実用化促進もはか
れる。
陽電池を実現することが可能となる。この太陽電池は薄
膜形成であるから安価であり、大幅な実用化促進もはか
れる。
［発明の効果］
以上の通り本発明によれば、ｎ型半導体の窓層がＩＩ−
Ｖｌ族半導体を主成分とした薄膜で形成され、かつ少な
くとも前記ｎ型半導体の光吸収層との界面近傍にＩＶ族
元素か分散して存在するので、ｎ型半導体層に接するｎ
型半導体層中に配置された＋Ｖ族元素によりｎ型半導体
層中の金属元素のｎ型半導体層中への拡散が妨げられ、
しかもＩｖ族元素であるから電気的特性に対する障害も
なく、高効率化を妨げずして著しく安定性を高めること
かできる。
Ｖｌ族半導体を主成分とした薄膜で形成され、かつ少な
くとも前記ｎ型半導体の光吸収層との界面近傍にＩＶ族
元素か分散して存在するので、ｎ型半導体層に接するｎ
型半導体層中に配置された＋Ｖ族元素によりｎ型半導体
層中の金属元素のｎ型半導体層中への拡散が妨げられ、
しかもＩｖ族元素であるから電気的特性に対する障害も
なく、高効率化を妨げずして著しく安定性を高めること
かできる。
次に前記本発明方法によれば、金属電極層を設けた基板
上に、ｎ型半導体の光吸収層を形成し、その上に前記光
吸収層に接する少なくとも界面近傍にＩｖ族元素を添加
分散したｎ型１ｌ−Ｖｌ族半導体を主成分とする窓層を
形成し、さらにその上に透明導電層を形成するので、本
発明の太陽電池を効率良く合理的に製造することができ
る。
上に、ｎ型半導体の光吸収層を形成し、その上に前記光
吸収層に接する少なくとも界面近傍にＩｖ族元素を添加
分散したｎ型１ｌ−Ｖｌ族半導体を主成分とする窓層を
形成し、さらにその上に透明導電層を形成するので、本
発明の太陽電池を効率良く合理的に製造することができ
る。
第１図は本発明の一実施例の太陽電池の概略断面図であ
る。 １・・・透光性基板、２・・・透明導電層、３・・・ｎ
型半導体窓層、４・・・ＩＶ族元素添加層、５・・・ｐ
型半導体光吸収層、６・・・電極層。 代理人の氏名 弁理士 池内寛幸 はか１名第１図
１・・・透光性基板２・・・透明導電層 ３・・・ｎ型半導体窓層 ４・・・ＩＶ族元素添加層 ５・・・ｐ型半導体光吸収層 ６・・・電極層
る。 １・・・透光性基板、２・・・透明導電層、３・・・ｎ
型半導体窓層、４・・・ＩＶ族元素添加層、５・・・ｐ
型半導体光吸収層、６・・・電極層。 代理人の氏名 弁理士 池内寛幸 はか１名第１図
１・・・透光性基板２・・・透明導電層 ３・・・ｎ型半導体窓層 ４・・・ＩＶ族元素添加層 ５・・・ｐ型半導体光吸収層 ６・・・電極層
Claims (5)
- （１）透光性基板上に少なくとも透明導電層、ｎ型半導
体の窓層、ｐ型半導体の光吸収層および電極層が順次形
成された太陽電池であって、前記ｎ型半導体の窓層がI
I−VI族半導体を主成分とした薄膜で形成され、かつ少
なくとも前記ｐ型半導体の光吸収層との界面近傍にIV族
元素が分散して存在することを特徴とする太陽電池。 - （２）IV族元素がＣ、ＳｉおよびＧｅから選ばれる少な
くとも一つの元素である請求項１記載の太陽電池。 - （３）ｎ型半導体中のVI族元素の添加濃度が、ピーク濃
度の位置で０．０１〜１０モル％である請求項１または
２記載の太陽電池。 - （４）透光性基板上に少なくとも透明導電層、ｎ型半導
体の窓層、ｐ型半導体の光吸収層および電極層が順次形
成された太陽電池の製造方法であって、前記透明導電層
を設けた透光性基板上に、ｎ型のII−VI族半導体の窓層
を形成し、前記窓層の少なくとも表面近傍にIV族元素を
添加分散し、その上にｐ型半導体の光吸収層を形成し、
さらにその上に電極層を形成することを特徴とする太陽
電池の製造方法。 - （５）IV族元素の添加方法がイオン注入法またはプラズ
マＣＶＤ法である請求項４記載の太陽電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2335918A JP2866475B2 (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 太陽電池及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2335918A JP2866475B2 (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 太陽電池及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04199882A true JPH04199882A (ja) | 1992-07-21 |
| JP2866475B2 JP2866475B2 (ja) | 1999-03-08 |
Family
ID=18293820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2335918A Expired - Fee Related JP2866475B2 (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 太陽電池及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2866475B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012119350A (ja) * | 2010-11-29 | 2012-06-21 | Kyocera Corp | 光電変換素子およびその製造方法並びに光電変換装置 |
-
1990
- 1990-11-29 JP JP2335918A patent/JP2866475B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012119350A (ja) * | 2010-11-29 | 2012-06-21 | Kyocera Corp | 光電変換素子およびその製造方法並びに光電変換装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2866475B2 (ja) | 1999-03-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |