JPH0614558B2 - 薄膜光起電力デバイス - Google Patents

薄膜光起電力デバイス

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JPH0614558B2 JP60229019A JP22901985A JPH0614558B2 JP H0614558 B2 JPH0614558 B2 JP H0614558B2 JP 60229019 A JP60229019 A JP 60229019A JP 22901985 A JP22901985 A JP 22901985A JP H0614558 B2 JPH0614558 B2 JP H0614558B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明の背景 本発明は薄膜光起電力デバイス、特に化合物半導体から
形成された薄膜のヘテロ接合太陽電池、例えばｐ型二セ
レン化合物インジウム銅(CuInSe2)半導体層及び比較的
に薄いｎ型硫化カドミウム半導体層及び実質的に導電性
の広い禁止帯幅(bandgap)の半導体材料から形成された
ｎ型半導体層よりなる太陽電池に関する。
セレン化インジウム銅−硫化カドミウム太陽電池の背景
は米国特許第４，３３５，２６６号にかなり詳細に記載
されており、すべての目的のためにこの特許を、参照の
ため本明細書に組みいれる。この特許に一般的に記載さ
れているように、このタイプの太陽電池は実施可能な別
の太陽電池として多くの人により観察されて来た。その
ような化合物半導体太陽電池の効率は改良がなされるに
つれて次第に増大されて来た。さらにそれらは製造コス
ト低減の機会を提供する。
上記米国特許第４，３３５，２６６号に教示されている
ように、一般にこの種のデバイスのｎ型部分は二つの異
なる領域で形成された。第一は必ず高い抵抗を有するド
ーピング処理されていない硫化カドミウムの０．５〜
１．５ミクロンの層である。高い抵抗の領域上に２〜４
ミクロンの厚さを有するインジウムドーピング処理され
た硫化カドミウムの層を重ねる。このドーピング処理さ
れた領域はずっと高い導電性を有し、したがって、ｐ−
ｎ接合近傍の硫化カドミウム層に必要な電子性を提供す
る一方、改良された集電層を形成する。
上記米国特許第４，３３５，２６６号により教示される
基本的な改良法な蒸着されるとに硫化カドミウム層に悪
影響を与えないでセレン化インジウム銅層を形成する方
法である。このようにして、硫化カドミウム層の劣化を
避けることにより、上記米国特許は効率及び市場生産に
必要とされる再生産の両方に関して改良された太陽電池
を提供する。しかしながら、既知の単結晶珪素デバイス
及び現存する薄膜の珪素デバイスと競争しうるためには
さらに効率のよい改良が必要とされる。
本発明の概要 本発明者等は、光が接合領域に到達する前に通過しなけ
ればならない比較的厚い硫化カドミウム層中に入射光が
吸収されることにより上記米国特許のような電池で効率
の甚だしい損失が生ずることを見出した。そこで本発明
者等は従来の硫化カドミウム層を、活性な接合領域中に
所望の空乏化(depletion)特性を与えるのに必要とされ
る適当な電子特性を有するように選ばれた本質的に透明
な導電性材料と置き換えることによって極めて効率の良
い改良結果が得られることを発見した。
したがって、本発明の薄膜光起電力デバイスは硫化カド
ミウムとの接合を形成するｐ型半導体材料、例えば二セ
レン化インジウム銅の第一の薄膜層、約２５００Åより
薄く、なるべくは約1500Åより薄い厚さを有するｎ型硫
化カドミウムまたは硫化亜鉛カドミウム半導体の第二の
薄膜層、及び薄い硫化カドミウムまたは硫化亜鉛カドミ
ウム層上に被着された実質的に導電性の広い禁止帯幅の
ｎ型半導体材料、例えば酸化亜鉛の第三層を含む。層の
順序は結果に影響を有しない構造において逆にされても
よい。
好ましい態様の記載 さて、第１図に本発明による薄膜光起電力デバイスすな
わち、太陽電池８の一部分の横断面図が示される。電池
８は約１〜３ミリメートルの厚さであるガラス基板１０
に構造的に支持されている。後方接触子層１２は基板１
０上に被着された金属層からなる。好ましい態様におけ
る層１２は約１〜２ミクロンの厚さを有するモリブデン
である。電池８の第一の活性領域は、好ましい態様にお
いて約１〜２ミクロンの厚さを有すｐ型二セレン化イン
ジウム銅である半導体層１４からなる。硫化カドミウム
よりなるｎ型の半導体の薄い層１６は層１４上に配置さ
れている。層１６は１００〜２５００好ましくは１００
〜１５００オングストロームの厚さを有する。導電性の
広い禁止帯幅のｎ型半導体材料の層１８は層１６上に配
置されている。好ましい態様において層１８は主として
酸化亜鉛から形成されそして０．１〜２ミクロンの厚さ
を有する。本発明デバイスは、例えばスパッタリング、
蒸着またはメッキにより被着された狭い金属例えばアル
ミニウムの細長い片状の一連の前面接触子２０により完
成される。
本発明において二セレン化インジウム銅が第一の活性層
として使用される。さらに、二セレン化インジウム銅
は、例えば禁止帯幅を調節するためにアルミニウム、ガ
リウムまたは硫黄と合金化されてもよいことは知られて
おりそしてそのようなれてもよいことは知られておりそ
してそのような合金化材料は本発明の目的のために二セ
レン化インジウム銅と均等に用いられる。
硫化カドミウム及び硫化亜鉛カドミウムはｎ型の化合物
半導体層１６のための好ましい材料として使用されるが
一般にｎ型のII−VI族化合物半導体、特に、セレン化亜
鉛及びセレン化カドミウムはｎ型半導体層１６として有
用である。
酸化亜鉛（ＺｎＯ）が好ましい態様において層１８のた
めに使用されるけれども、３００〜１３００ｎｍ波長の
可視範囲において透明である他の類似の材料もまた適当
であることが認められよう。本明細書において用語「広
い禁止帯幅」とは、少なくともこの範囲の波長内で実質
的に透明であることを意味する。したがって、酸化錫イ
ンジウム、酸化錫（ＳｎＯ２）、錫酸カドミウム（CdSn
O4）、錫酸亜鉛(ZnSnO4)、セレン化亜鉛(ZnSe)、セレン
化カドミウム(CdSe)及びこれらの材料の合金のような他
の導電性の広い禁止帯幅のｎ型半導体もまた有用であ
る。
方法は本発明により実現される改良されたデバイス性能
を達成させるために種々考えられよう。
上記米国特許により教示された方法のような方法は所望
ならば使用されることが出来、そして最良の電気的性能
を与えることを見出した。種々の化学的被着方法、例え
ば電気メッキはまた有用であり費用の節約をもたらすが
しかし最良の電気的性能を与えなかった。
例えば、本発明の好ましい態様において、硫化カドミウ
ムで形成される層１６は真空システム中での従来の蒸着
方法により被着された。しかしながら、ＣｄＳ層１６の
ための既知の溶液被着方法は製造コストの点で有利であ
ると思われる。
上記米国特許中に引用された任意の材料が基板１０のた
めに使用されることができるだろう。その米国特許中に
示されているように、後方接触子層１２は、基板１０が
セラミックまたはガラスのような絶縁材料である場合に
のみ必要とされる。ガラス基板１０は主としてその低い
コスト及び容易に手に入れることが出来る点で好まし
い。
易に手に入れることが出来る点で好ましい。
上記のようにして製造された４cm2及び１００cm2の試験
デバイスは改良された短絡回路電流を示しそして開回路
電圧における改良は可能であると信じられる。出力電流
改良は主としてデバイス接合部に到達する青色光の量の
増大によるものであると信じられる。このことは試験構
造について得られた量子効率のデータにより確認され
た。硫化カドミウムは青色光、即ち、約３００〜５２０
ｎｍの範囲にわたる波長を有する光、を吸収する。２５
００オングストローム以上の厚さは、接合に到達する青
色光における実質的な減少を起こし、それにより電流出
力を減少させる。１５０〜２５００オングストロームの
厚さの硫化カドミウム層を有する試験デバイスは２５０
０オングストロームより厚い硫化カドミウムを有する試
験デバイスより１５％大きい大きさの光電流を示す。
又高い電気電導度の集電層として働く層１８は接合部に
おけるデバイスの場に作用することができる。比較的に
薄い硫化カドミウムまたは硫化亜鉛カドミウム層は結果
として完全に空乏化させることができる。これは潜在的
に増大された開回路電圧を発生することができしたがっ
てデバイス性能を著しく改良する。
以上本発明を特定の構造及び製造方法に関して例示、記
載したけれども、特許請求の範囲の記載内で種々の変更
をすることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施の一例を示す太陽電池の一部分の
横断面図を示す。 ８……太陽電池、１０……ガラス基板、１２……後方接
触子である金属層、１４……ｐ型半導体層、１６……ｎ
型硫化カドミウム半導体層、１８……導電性の広い禁止
帯幅のｎ型半導体層、２０……狭い金属片の前面接触
子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リチヤード・アール・ポター アメリカ合衆国カリフオルニア州，チヤツ ツワース，ラーリン・アベニユー・ナンバ ー127 9945 (72)発明者 ジエームス・エイチ・アーマー アメリカ合衆国カリフオルニア州，ロスア ンジエルス，ロウエナ・ナンバー104 3376 (72)発明者 ヴイジヤイ・ケイ・カプル アメリカ合衆国カリフオルニア州，ノース リツジ，ドナ・アベニユー 9540 (56)参考文献 特開 昭49−98195（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−10989（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−32774（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−166083（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−108780（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−154293（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−152684（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−151089（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−151088（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−151087（ＪＰ，Ａ)

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】二セレン化インジウム銅のｐ型半導体で形
    成された第一層、この第一層の上に接触し2500Åより薄
    い厚さを有するｎ型硫化カドミウム半導体で形成された
    第二層及びこの第二層の上に接触し実質的に透明な導電
    性の広い禁止帯幅のｎ型半導体で形成された第三層より
    なることを特徴とする薄膜光起電力デバイス。
  2. 【請求項２】前記二セレン化インジウム銅がＡ１、Ｇａ
    またはＳとの合金状態で存在する特許請求の範囲第１項
    に記載のデバイス。
  3. 【請求項３】前記第二層が１００Å〜１５００Åの厚さ
    を有する特許請求の範囲第１項に記載のデバイス。
  4. 【請求項４】前記第三層が主として酸化亜鉛からなる特
    許請求の範囲第１項に記載の光起電力デバイス。
  5. 【請求項５】前記第三層が前記第二層を完全に空乏化す
    るのに十分な導電性を有する特許請求の範囲第１項に記
    載の光起電力デバイス。
  6. 【請求項６】ｐ型二セレン化インジウム銅で形成された
    第一層、この第一層の上に接触し第一層と接合を形成し
    ２５００オングストロームより薄い厚さを有するｎ型II
    −VI族半導体で形成された第二層及びこの第二層の上に
    接触し実質的に導電性の広い禁止帯幅のｎ型半導体で形
    成された第三層よりなることを特徴とする薄膜光起電力
    デバイス。
  7. 【請求項７】前記二セレン化インジウム銅がＡ１、Ｇａ
    またはＳとの合金状態で存在する特許請求の範囲第６項
    に記載のデバイス。
JP60229019A 1984-12-06 1985-10-16 薄膜光起電力デバイス Expired - Lifetime JPH0614558B2 (ja)

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JPS61136276A JPS61136276A (ja) 1986-06-24
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