JPH05160424A - 固溶体薄膜とその製造方法 - Google Patents
固溶体薄膜とその製造方法Info
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- JPH05160424A JPH05160424A JP3322668A JP32266891A JPH05160424A JP H05160424 A JPH05160424 A JP H05160424A JP 3322668 A JP3322668 A JP 3322668A JP 32266891 A JP32266891 A JP 32266891A JP H05160424 A JPH05160424 A JP H05160424A
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- 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
- Y02E10/543—Solar cells from Group II-VI materials
Landscapes
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は太陽電池の窓層用など光電変換デバ
イス、光学デバイスとして有用となるＣdＳ−ＭnＳ固溶
体薄膜とその製造方法を提供することを目的とする。 【構成】 ＣdＳ-ＭnＳ固溶体薄膜において、ＭnＳの組
成比を１０モル％以上とする。
イス、光学デバイスとして有用となるＣdＳ−ＭnＳ固溶
体薄膜とその製造方法を提供することを目的とする。 【構成】 ＣdＳ-ＭnＳ固溶体薄膜において、ＭnＳの組
成比を１０モル％以上とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は太陽電池の光透過窓層な
ど光電変換デバイスや光学デバイスなどに有用なＣdＳ
ーＭnＳ固溶体薄膜とその製造方法に関するものであ
る。
ど光電変換デバイスや光学デバイスなどに有用なＣdＳ
ーＭnＳ固溶体薄膜とその製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【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が可能と見られ
そのエネルギー変換効率の向上が強く望まれている。
になることが予想され、太陽電池の高効率化、低コスト
化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が可能と見られ
そのエネルギー変換効率の向上が強く望まれている。
【０００３】この薄膜系太陽電池には化合物半導体（II
-VI族やI-III -VI2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ＣdＳ系半導体層とバンドギャップが狭くて光を吸
収する吸収層としてのｐ型のＣdＴe系あるいはＣuＩnＳ
e2系などの半導体層を積層したヘテロ接合が用いられ
る。
-VI族やI-III -VI2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ＣdＳ系半導体層とバンドギャップが狭くて光を吸
収する吸収層としてのｐ型のＣdＴe系あるいはＣuＩnＳ
e2系などの半導体層を積層したヘテロ接合が用いられ
る。
【０００４】構成としては、例えばＩＴＯ（Ｉndium Ｔ
in Ｏxide）を設けたガラス基板上にｎ型ＣdＳ層を、次
いでｐ型ＣdＴe層を蒸着法で積層形成し、最後に金属電
極を設けて太陽電池とする。あるいは、ガラス基板上に
スクリーン印刷と焼成によってｎ型ＣdＳ層を、次いで
同様にスクリーン印刷と焼成によってｐ型ＣdＴe層を、
最後に金属あるいは炭素電極層を設けて太陽電池とす
る。
in Ｏxide）を設けたガラス基板上にｎ型ＣdＳ層を、次
いでｐ型ＣdＴe層を蒸着法で積層形成し、最後に金属電
極を設けて太陽電池とする。あるいは、ガラス基板上に
スクリーン印刷と焼成によってｎ型ＣdＳ層を、次いで
同様にスクリーン印刷と焼成によってｐ型ＣdＴe層を、
最後に金属あるいは炭素電極層を設けて太陽電池とす
る。
【０００５】ＣdＳの代わりにバンドギャップのより広
い半導体例えばＣdＳ-ＭnＳ固溶体薄膜を用いること
は、透過光量を増やし変換効率を上げることに大変有効
と考えられる。ＣdＳとＭnＳはＭnＳの組成比が５０モ
ル％以下の範囲でウルツ鉱型結晶構造の固溶体Ｃd1ーxＭ
nxＳ（０＜ｘ＜０.５）を形成することが高温での単結
晶育成や焼結体形成の結果から知られている（特公昭４
５ー３１１４４号公報、Ｍ. イケダ他, Ｊ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ. ２５, ４５５（１９６８）)。
い半導体例えばＣdＳ-ＭnＳ固溶体薄膜を用いること
は、透過光量を増やし変換効率を上げることに大変有効
と考えられる。ＣdＳとＭnＳはＭnＳの組成比が５０モ
ル％以下の範囲でウルツ鉱型結晶構造の固溶体Ｃd1ーxＭ
nxＳ（０＜ｘ＜０.５）を形成することが高温での単結
晶育成や焼結体形成の結果から知られている（特公昭４
５ー３１１４４号公報、Ｍ. イケダ他, Ｊ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ. ２５, ４５５（１９６８）)。
【０００６】これらの方法ではＭｎＳの組成比が５０モ
ル％以上の範囲ではウルツ鉱型結晶構造の固溶体Ｃd0.5
Ｍn0.5Ｓと岩塩型結晶構造のＭｎＳとの混合物ができ
る。また、このＣdＳ-ＭnＳ固溶体薄膜の形成法として
は、２つの蒸発源からＣｄＳとＭｎＳを独立に蒸発させ
基板上に付着させて固溶体薄膜を形成する方法が考えら
れる。
ル％以上の範囲ではウルツ鉱型結晶構造の固溶体Ｃd0.5
Ｍn0.5Ｓと岩塩型結晶構造のＭｎＳとの混合物ができ
る。また、このＣdＳ-ＭnＳ固溶体薄膜の形成法として
は、２つの蒸発源からＣｄＳとＭｎＳを独立に蒸発させ
基板上に付着させて固溶体薄膜を形成する方法が考えら
れる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】この様に、バンドギャ
ップの広いＣdＳーＭnＳ固溶体を主体とする半導体薄膜
から成る窓層を形成するには作製上注意を要する。例え
ばＭnＳを抵抗加熱法で蒸着するとＭnＳが分解し、Ｍn
が残り易く固溶体膜が形成し難いので蒸着に工夫を必要
とする。またＭnＳの組成比を５０モル％以上のＣdＳー
ＭnＳ固溶体薄膜が実現できればより広いバンドギャッ
プにすることができる筈である。
ップの広いＣdＳーＭnＳ固溶体を主体とする半導体薄膜
から成る窓層を形成するには作製上注意を要する。例え
ばＭnＳを抵抗加熱法で蒸着するとＭnＳが分解し、Ｍn
が残り易く固溶体膜が形成し難いので蒸着に工夫を必要
とする。またＭnＳの組成比を５０モル％以上のＣdＳー
ＭnＳ固溶体薄膜が実現できればより広いバンドギャッ
プにすることができる筈である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の固溶体薄膜は、
ＭｎＳの組成比が１０モル％以上のＣdＳーＭnＳ固溶体
薄膜であり、さらに望ましいＭｎＳの組成比としては５
０モル％以上である。
ＭｎＳの組成比が１０モル％以上のＣdＳーＭnＳ固溶体
薄膜であり、さらに望ましいＭｎＳの組成比としては５
０モル％以上である。
【０００９】本発明のＣdＳ-ＭnＳ固溶体薄膜の製造方
法は、(１) 基板上に、ＣdＳおよびＭnを同時に蒸着す
る方法、(２) 基板上に、ＣdＳおよびＭnＳを同時に蒸
着する方法、少なくともＭnＳは電子ビーム蒸着法によ
る方法、あるいは(３) 基板上に、ＣdＳとＭnＳの固溶
体あるいは混合物を用いてスパッタリング蒸着する方法
の３種類がある。
法は、(１) 基板上に、ＣdＳおよびＭnを同時に蒸着す
る方法、(２) 基板上に、ＣdＳおよびＭnＳを同時に蒸
着する方法、少なくともＭnＳは電子ビーム蒸着法によ
る方法、あるいは(３) 基板上に、ＣdＳとＭnＳの固溶
体あるいは混合物を用いてスパッタリング蒸着する方法
の３種類がある。
【００１０】
【作用】本発明によれば、バンドギャップの広いＣdＳ
−ＭnＳ固溶体薄膜が得られ、本発明の製造方法によれ
ば、この固溶体薄膜を安価な蒸着装置で、例えばＣdＳ
とＭnの２源による同時蒸着によって容易に形成でき
る。しかもその固溶範囲を従来知られている範囲（０＜
ｘ＜０.５）よりはるかに広げることができる。またＩ
ｎなどの添加により低抵抗化が可能であり、太陽電池の
高効率化に有効である。
−ＭnＳ固溶体薄膜が得られ、本発明の製造方法によれ
ば、この固溶体薄膜を安価な蒸着装置で、例えばＣdＳ
とＭnの２源による同時蒸着によって容易に形成でき
る。しかもその固溶範囲を従来知られている範囲（０＜
ｘ＜０.５）よりはるかに広げることができる。またＩ
ｎなどの添加により低抵抗化が可能であり、太陽電池の
高効率化に有効である。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【００１２】ガラス基板(コーニング社,＃７０５９）上
に基板温度１５０℃で、２つの蒸発源を用いてＣdＳと
Ｍnを同時に蒸発させ、ＣdＳとＭnＳのモル比を広範囲
に変えた厚さ約０.５μmのＣdＳーＭnＳ固溶体薄膜（Ｃ
ｄ1-xＭnxＳ）を形成した。これら薄膜のＸ線回折法で
の解析によると、図１に示すように広い固溶範囲（０＜
ｘ＜１）でＣｄＳと同じウルツ鉱型結晶構造を示し、従
来の既知の固溶範囲（０＜ｘ＜０.５）と異なる結果を
示した。
に基板温度１５０℃で、２つの蒸発源を用いてＣdＳと
Ｍnを同時に蒸発させ、ＣdＳとＭnＳのモル比を広範囲
に変えた厚さ約０.５μmのＣdＳーＭnＳ固溶体薄膜（Ｃ
ｄ1-xＭnxＳ）を形成した。これら薄膜のＸ線回折法で
の解析によると、図１に示すように広い固溶範囲（０＜
ｘ＜１）でＣｄＳと同じウルツ鉱型結晶構造を示し、従
来の既知の固溶範囲（０＜ｘ＜０.５）と異なる結果を
示した。
【００１３】従来は何れも高温（＞６００℃）の熱処理
によって得られた結晶あるいは焼結体であり、蒸着法
（基板温度Ｔｓ＝１００〜３００℃）で得られる薄膜と
は状態が異なるものと考えられる。分光透過率（Ｔr）
は図２に示す様にその吸収端波長はｘがある値（ｘ〜
０.１４）を越えると短波長側に移動し、バンドギャッ
プが広くなることが分かる。
によって得られた結晶あるいは焼結体であり、蒸着法
（基板温度Ｔｓ＝１００〜３００℃）で得られる薄膜と
は状態が異なるものと考えられる。分光透過率（Ｔr）
は図２に示す様にその吸収端波長はｘがある値（ｘ〜
０.１４）を越えると短波長側に移動し、バンドギャッ
プが広くなることが分かる。
【００１４】ただし、Ｔr＝０.３となる波長を吸収端波
長、これに相当するエネルギーをバンドギャップとす
る。これらの結果を表１に示す。これらの膜は何れもｎ
型の伝導特性を示し、そのままでも窓層として使える場
合が多いが、ｘが増大すると一般には電気伝導度σは小
さくなる。その場合はドナー不純物を添加する。例えば
これら膜の上にＩnを母体に対して１〜３モル％蒸着
し、Ｎ2ガス中２００〜４００℃でアニールし内部に拡
散添加する。これら膜は何れの組成でも１０-3〜１Ω -1
・cm-1の伝導度を示した。
長、これに相当するエネルギーをバンドギャップとす
る。これらの結果を表１に示す。これらの膜は何れもｎ
型の伝導特性を示し、そのままでも窓層として使える場
合が多いが、ｘが増大すると一般には電気伝導度σは小
さくなる。その場合はドナー不純物を添加する。例えば
これら膜の上にＩnを母体に対して１〜３モル％蒸着
し、Ｎ2ガス中２００〜４００℃でアニールし内部に拡
散添加する。これら膜は何れの組成でも１０-3〜１Ω -1
・cm-1の伝導度を示した。
【００１５】
【表１】
【００１６】この様に、従来のＣdＳ膜に比べて短波長
域まで分光透過率が大である上に、電気伝導度も高い。
ＣdＳとＭnＳの他の組成比のＣdＳ-ＭnＳ固溶体を用い
ても、またＩnの代わりにＡlやＧaを用いても同様の効
果が得られる。この固溶体薄膜はＣdＳとＭnＳの同時蒸
着でＭnＳを電子ビーム法で蒸着しても、あるいはＣdＳ
−ＭnＳの固溶体や混合物をスパッタリング法で蒸着し
ても得ることができる。
域まで分光透過率が大である上に、電気伝導度も高い。
ＣdＳとＭnＳの他の組成比のＣdＳ-ＭnＳ固溶体を用い
ても、またＩnの代わりにＡlやＧaを用いても同様の効
果が得られる。この固溶体薄膜はＣdＳとＭnＳの同時蒸
着でＭnＳを電子ビーム法で蒸着しても、あるいはＣdＳ
−ＭnＳの固溶体や混合物をスパッタリング法で蒸着し
ても得ることができる。
【００１７】ところで、ＭｎＳの組成比が５０モル％以
上のＣdＳ-ＭnＳ固溶体は従来合成出来ていなかった組
成であり、本発明の方法により始めて実現できたもので
ある。また、（表１）から分かるようにＭｎＳの組成比
が１０モル％以下では太陽電池の窓層として用いた場合
効果がなく、さらに特公昭４５ー３１１４４号公報に示
すようにＭｎＳの組成比が０.１モル％以下では光導電
体の応答速度を速くする効果は得られない。
上のＣdＳ-ＭnＳ固溶体は従来合成出来ていなかった組
成であり、本発明の方法により始めて実現できたもので
ある。また、（表１）から分かるようにＭｎＳの組成比
が１０モル％以下では太陽電池の窓層として用いた場合
効果がなく、さらに特公昭４５ー３１１４４号公報に示
すようにＭｎＳの組成比が０.１モル％以下では光導電
体の応答速度を速くする効果は得られない。
【００１８】
【発明の効果】本発明によれば、太陽電池の変換効率向
上に有効なバンドギャップの広い、低抵抗のＣdＳ-Ｍn
Ｓ固溶体薄膜を提供できる。また、本発明の製造方法に
よれば、上記ＣdＳ-ＭnＳ固溶体薄膜を安価な装置を用
いて容易に形成することが可能となる。このＣdＳ-Ｍn
Ｓ固溶体薄膜は太陽電池の変換効率向上とコストダウン
に有効であり、また他の光電変換デバイス、光学デバイ
スなどへの応用を可能にする。
上に有効なバンドギャップの広い、低抵抗のＣdＳ-Ｍn
Ｓ固溶体薄膜を提供できる。また、本発明の製造方法に
よれば、上記ＣdＳ-ＭnＳ固溶体薄膜を安価な装置を用
いて容易に形成することが可能となる。このＣdＳ-Ｍn
Ｓ固溶体薄膜は太陽電池の変換効率向上とコストダウン
に有効であり、また他の光電変換デバイス、光学デバイ
スなどへの応用を可能にする。
【図１】本発明の実施例におけるＣdＳ-ＭnＳ固溶体薄
膜の組成と格子定数を示す図
膜の組成と格子定数を示す図
【図２】本発明の実施例におけるＣdＳ-ＭnＳ固溶体薄
膜の分光透過率を示すグラフ
膜の分光透過率を示すグラフ
ｘ ＭnＳの組成比（Ｃd1-xＭnxＳ） ａ ウルツ鉱型結晶構造の格子定数（ａ軸） ｃ ウルツ鉱型結晶構造の格子定数（ｃ軸） λ 波長 Ｔr 透過率
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平尾 孝 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (7)
- 【請求項１】ＭnＳの組成比が１０モル％以上であるこ
とを特徴とするＣdＳ-ＭnＳ固溶体薄膜。 - 【請求項２】ＭnＳの組成比が５０モル％以上であるこ
とを特徴とする請求項１記載のＣdＳ-ＭnＳ固溶体薄
膜。 - 【請求項３】基板上に、ＣdＳおよびＭnを同時に蒸着す
ることを特徴とするＣdＳ-ＭnＳ固溶体薄膜の製造方
法。 - 【請求項４】基板上に、ＣdＳおよびＭnＳを同時に蒸着
する方法において、少なくともＭnＳは電子ビーム蒸着
法によって蒸着することを特徴とするＣdＳ-ＭnＳ固溶
体薄膜の製造方法。 - 【請求項５】基板上に、ＣdＳとＭnＳの固溶体あるいは
混合物をスパッタリング蒸着することを特徴とするＣd
Ｓ-ＭnＳ固溶体薄膜の製造方法。 - 【請求項６】ＭnＳの組成比が１０モル％以上であるこ
とを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載のＣdＳ-
ＭnＳ固溶体薄膜の製造方法。 - 【請求項７】ＭnＳの組成比が５０モル％以上であるこ
とを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載のＣdＳ-
ＭnＳ固溶体薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32266891A JP3160974B2 (ja) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | 固溶体薄膜とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32266891A JP3160974B2 (ja) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | 固溶体薄膜とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05160424A true JPH05160424A (ja) | 1993-06-25 |
| JP3160974B2 JP3160974B2 (ja) | 2001-04-25 |
Family
ID=18146275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32266891A Expired - Fee Related JP3160974B2 (ja) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | 固溶体薄膜とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3160974B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111905761A (zh) * | 2020-07-29 | 2020-11-10 | 广西科技师范学院 | 一种Mn1Cd3S4光催化剂的制备方法 |
-
1991
- 1991-12-06 JP JP32266891A patent/JP3160974B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111905761A (zh) * | 2020-07-29 | 2020-11-10 | 广西科技师范学院 | 一种Mn1Cd3S4光催化剂的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3160974B2 (ja) | 2001-04-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |