JPH11135819A - 化合物薄膜太陽電池 - Google Patents
化合物薄膜太陽電池Info
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- JPH11135819A JPH11135819A JP9300025A JP30002597A JPH11135819A JP H11135819 A JPH11135819 A JP H11135819A JP 9300025 A JP9300025 A JP 9300025A JP 30002597 A JP30002597 A JP 30002597A JP H11135819 A JPH11135819 A JP H11135819A
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- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
- C03C3/083—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound
- C03C3/085—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound containing an oxide of a divalent metal
- C03C3/087—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound containing an oxide of a divalent metal containing calcium oxide, e.g. common sheet or container glass
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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
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/541—CuInSe2 material PV cells
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- Glass Compositions (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 Cu(In、Ga)Se2系やCdTe系化合物半導体を光電
変換層とした薄膜光電変換素子において、素子形成プロ
セスにおける基板の熱変形・熱歪みを抑えて信頼性の高
い太陽電池を得るとともに、製造コストを抑えることを
目的とする。図1に本発明の太陽電池の構造を示す。い
わゆるサブストレート型である。 【解決手段】 11はガラス基板であり、成分や製法がソ
ーダライムガラスに似ているために製造コストが低い。
ガラス基板の徐冷点は620℃であり、この太陽電池形成
のプロセス最高温度（550℃）よりも高くなっている。
また、ガラスの熱膨張係数が８×10-6／℃であり、CIGS
吸収層の熱膨張係数にほぼ一致する。12はMo電極であ
る。13は蒸着法で形成したCu(In,Ga)Se2薄膜である。14
はCdS、15はZnO、16はITO透明導電膜である。17は取り
出し電極である。
変換層とした薄膜光電変換素子において、素子形成プロ
セスにおける基板の熱変形・熱歪みを抑えて信頼性の高
い太陽電池を得るとともに、製造コストを抑えることを
目的とする。図1に本発明の太陽電池の構造を示す。い
わゆるサブストレート型である。 【解決手段】 11はガラス基板であり、成分や製法がソ
ーダライムガラスに似ているために製造コストが低い。
ガラス基板の徐冷点は620℃であり、この太陽電池形成
のプロセス最高温度（550℃）よりも高くなっている。
また、ガラスの熱膨張係数が８×10-6／℃であり、CIGS
吸収層の熱膨張係数にほぼ一致する。12はMo電極であ
る。13は蒸着法で形成したCu(In,Ga)Se2薄膜である。14
はCdS、15はZnO、16はITO透明導電膜である。17は取り
出し電極である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス基板上に形
成されたIb族、IIIb族、VIb族元素を主成分とした光電
変換層を用いた化合物薄膜太陽電池に関するものであ
る。
成されたIb族、IIIb族、VIb族元素を主成分とした光電
変換層を用いた化合物薄膜太陽電池に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】カルコパイライト結晶構造を持つIb-III
b-VIb族化合物半導体や立方晶系あるいは六方晶系のIIb
-VIb族化合物半導体は可視から近赤外の波長範囲の光に
対して大きな吸収係数を有しているために、高効率薄膜
太陽電池の材料として期待されている。代表的な例とし
てCu(In,Ga)Se2系（以下CIGS系と記述する）やCdTe系が
あげられる。CIGS系ではアルミナや石英ガラスあるいは
corning社のcorning7059ガラス基板上の薄膜に始まり、
現在ではソーダライムガラス基板上の薄膜太陽電池が主
に研究されている。ソーダライムガラスは、安価である
ことと熱膨張係数がCIS系化合物半導体のそれに近いこ
とから研究が実用化レベルで進められ、高効率の太陽電
池を達成している。また、CdTe系は同じくアルミナや石
英ガラスで研究が始められ、CIGSと同じくソーダライム
ガラスも研究されたが、CIGS系に比べて少しプロセス温
度が高いためにソーダライムは変形が激しく使い物にな
らず、主にcorning7059ガラスを基板とした研究が進め
られ、同じく実用化レベルに達している。
b-VIb族化合物半導体や立方晶系あるいは六方晶系のIIb
-VIb族化合物半導体は可視から近赤外の波長範囲の光に
対して大きな吸収係数を有しているために、高効率薄膜
太陽電池の材料として期待されている。代表的な例とし
てCu(In,Ga)Se2系（以下CIGS系と記述する）やCdTe系が
あげられる。CIGS系ではアルミナや石英ガラスあるいは
corning社のcorning7059ガラス基板上の薄膜に始まり、
現在ではソーダライムガラス基板上の薄膜太陽電池が主
に研究されている。ソーダライムガラスは、安価である
ことと熱膨張係数がCIS系化合物半導体のそれに近いこ
とから研究が実用化レベルで進められ、高効率の太陽電
池を達成している。また、CdTe系は同じくアルミナや石
英ガラスで研究が始められ、CIGSと同じくソーダライム
ガラスも研究されたが、CIGS系に比べて少しプロセス温
度が高いためにソーダライムは変形が激しく使い物にな
らず、主にcorning7059ガラスを基板とした研究が進め
られ、同じく実用化レベルに達している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ソーダ
ライムガラスは軟化温度が低く、CIGS系太陽電池の吸収
層を形成する場合に、基板温度がガラスの軟化点に近い
ことから、熱履歴による変形や、基板を外周のみで支え
ていることによる力の不均一印加による変形などの課題
があった。この問題に対して、一般にcorning7059ガラ
スなどの軟化点の高い無アルカリガラスあるいはアルカ
リが含有量が1%未満の少アルカリガラスが用いられた
が、これらのガラスは、吸収層との熱膨張係数の違いが
大きいことなどから、吸収層などに歪みがかかり、剥離
が頻発したり膜中にボイドが発生するなどの問題が発生
し、最終的に高い効率の太陽電池が得られなかった。
ライムガラスは軟化温度が低く、CIGS系太陽電池の吸収
層を形成する場合に、基板温度がガラスの軟化点に近い
ことから、熱履歴による変形や、基板を外周のみで支え
ていることによる力の不均一印加による変形などの課題
があった。この問題に対して、一般にcorning7059ガラ
スなどの軟化点の高い無アルカリガラスあるいはアルカ
リが含有量が1%未満の少アルカリガラスが用いられた
が、これらのガラスは、吸収層との熱膨張係数の違いが
大きいことなどから、吸収層などに歪みがかかり、剥離
が頻発したり膜中にボイドが発生するなどの問題が発生
し、最終的に高い効率の太陽電池が得られなかった。
【０００４】CdTe系太陽電池では、ややCIGSよりも形成
温度が高いためにソーダライムガラスは用いられず、主
に軟化点の高いcorning7059ガラスが用いられていた
が、高価であるためにコスト的に不利であるといった難
点があった。
温度が高いためにソーダライムガラスは用いられず、主
に軟化点の高いcorning7059ガラスが用いられていた
が、高価であるためにコスト的に不利であるといった難
点があった。
【０００５】ガラスは、加熱されると連続的に粘度が低
下するが、ガラスの熱特性を示す指標となる温度とし
て、歪点と徐冷点と軟化点がある。歪点とはこれ以下の
温度ではガラス中の歪みを除去できない温度であり、徐
冷点とは15分でガラスの内部歪みが除去される温度であ
り、言い換えると外力が加わることで容易に変形が行わ
れる温度である。軟化点は文字通りガラスが何の力も加
えないでも軟化して自重により変形し始める温度であ
る。ガラス基板上のＣＩＧＳやＣｄＴｅの結晶成長を行
う場合の歪みを問題にする場合に、ガラスの徐冷点が指
標となることがわかってきた。
下するが、ガラスの熱特性を示す指標となる温度とし
て、歪点と徐冷点と軟化点がある。歪点とはこれ以下の
温度ではガラス中の歪みを除去できない温度であり、徐
冷点とは15分でガラスの内部歪みが除去される温度であ
り、言い換えると外力が加わることで容易に変形が行わ
れる温度である。軟化点は文字通りガラスが何の力も加
えないでも軟化して自重により変形し始める温度であ
る。ガラス基板上のＣＩＧＳやＣｄＴｅの結晶成長を行
う場合の歪みを問題にする場合に、ガラスの徐冷点が指
標となることがわかってきた。
【０００６】本発明はかかる点に鑑み、安価でかつ変形
と熱歪みの少ない太陽電池を得ることを目的とする。
と熱歪みの少ない太陽電池を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために、徐冷点が550℃より高く、かつ前記ガ
ラスの熱膨張係数が６×10-6／℃以上１０×10-6／℃以
下であるガラス基板上に設けられたＣＩＧＳ系化合物あ
るいはCdTeを吸収層とする太陽電池である。
解決するために、徐冷点が550℃より高く、かつ前記ガ
ラスの熱膨張係数が６×10-6／℃以上１０×10-6／℃以
下であるガラス基板上に設けられたＣＩＧＳ系化合物あ
るいはCdTeを吸収層とする太陽電池である。
【０００８】前記構成において、SiO2の含有量が40重量
％以上80重量％以下であり、Al2O3の含有量が5重量％以
上15重量％以下であり、Na2O、K2Oの含有量がそれぞれ1
重量％以上15重量％以下であり、MgO、CaO、SrO、BaO、
Zr2Oの含有量がそれぞれ１重量％以上10重量％以下であ
るガラスを用いることが好ましい。
％以上80重量％以下であり、Al2O3の含有量が5重量％以
上15重量％以下であり、Na2O、K2Oの含有量がそれぞれ1
重量％以上15重量％以下であり、MgO、CaO、SrO、BaO、
Zr2Oの含有量がそれぞれ１重量％以上10重量％以下であ
るガラスを用いることが好ましい。
【０００９】また、前記構成において、SiO2の含有量が
58±10重量％であり、Al2O3、Na2O、K2O、MgO、CaO、Sr
O、BaO、Zr2Oの含有量がそれぞれ7±2、4±1，6±2，2
±1，5±1，7±2，8±2，2±1重量％であるガラスを用
いることがさらに好ましい。
58±10重量％であり、Al2O3、Na2O、K2O、MgO、CaO、Sr
O、BaO、Zr2Oの含有量がそれぞれ7±2、4±1，6±2，2
±1，5±1，7±2，8±2，2±1重量％であるガラスを用
いることがさらに好ましい。
【００１０】また、前記構成において、ガラスと吸収層
の熱膨張係数が誤差１０％以内で一致することが好まし
い。
の熱膨張係数が誤差１０％以内で一致することが好まし
い。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下本発明について詳細に説明す
る。
る。
【００１２】＜発明の実施の形態1＞図1に本発明の太陽
電池の構造を示す。いわゆるサブストレート型である。
電池の構造を示す。いわゆるサブストレート型である。
【００１３】11はガラス基板である。12はMo電極であ
る。13は蒸着法で形成したCIGS薄膜である。14はCdS、1
5はZnO、16はITO透明導電膜である。17は取り出し電極
である。ガラス基板の徐冷点は、この太陽電池形成のプ
ロセス温度よりも高くなっている。また、吸収層の熱膨
張係数のガラス基板の熱膨張係数に対する比は0.6以上
1.4以下である。
る。13は蒸着法で形成したCIGS薄膜である。14はCdS、1
5はZnO、16はITO透明導電膜である。17は取り出し電極
である。ガラス基板の徐冷点は、この太陽電池形成のプ
ロセス温度よりも高くなっている。また、吸収層の熱膨
張係数のガラス基板の熱膨張係数に対する比は0.6以上
1.4以下である。
【００１４】以下具体的製造方法について記す。 （実施例1）30mm角で厚さが1mmの上記成分のガラス基板
11（徐冷点は620℃）を市販のアルカリ系ガラス洗浄液
で洗浄する。純水でリンス処理後、ＲＦスパッタ法によ
り裏面Mo電極12を約1ミクロン形成する。スパッタガス
は窒素である。以下はこのMo電極の一部をマスクした状
態でプロセスを進める。まず、基板温度を約550℃に上
げた状態で銅、インジウム、ガリウム、金属セレンを同
時に蒸着してCIGS多結晶薄膜13を2ミクロン形成した。
このＣＩＧＳ膜中のCu,In,Ga,Seの原子数比は1：0.75：
0.25：2であった。この後、ケミカルバスデポジション
法（chemical bath deposition法：ＣＢＤ法）によ
り、14のCdSを約0.1ミクロン形成した。本実施例の場
合、塩化カドミウムと塩化アンモニウムとチオ尿素とア
ンモニアの約1：10：1：100の混合液を約80℃に熱して
その中に基板上を挿入して結晶化させた。さらにスパッ
タ法により15のZnOと16のITOをそれぞれ約0.1ミクロン
ずつ形成した。このときのスパッタガスは窒素である。
最後にマスクをした状態で取り出し電極の金17を蒸着法
により形成した。ガラス基板の成分はソーダライムガラ
ス（soda lime glass：ＳＬＧ）に近いが、SrOやBaO、Z
rOなどを含み、徐冷点が一般のソーダライムガラスより
も高く、この太陽電池形成のプロセス温度よりも高くな
っている。その成分を表1に示す。SiO2、 Al2O3、Na
2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、Zr2Oの含有量がそれぞ
れ58、7、4，6，2，5，7，8，１重量％である。このよ
うにして形成した太陽電池の歪み量を測定した。図2に
従来例のソーダライムガラスを用いた場合の素子形成前
後の上面図（上側）と側面図（下側）である。（ａ）は
素子形成前で（ｂ）は素子形成後である。30.0mm角の正
方形基板が素子形成後には短弧28.9mm長弧31.0mm幅29.9
mmの扇形状に変形した。これはプロセス温度が徐冷点を
上回り、内部歪みが緩和されたたために発生した変形で
ある。また、側面から見ると、素子形成後には球を切り
取ったような弧状に変形し、中央部の変位は0.3mmであ
った。これは、30mm角基板の端部でのみ基板を保持して
おり、プロセス温度が徐冷点を越えたために、端部にの
み上向きの力がかかったために発生した変形である。こ
れらの例に対して本発明の太陽電池は、素子形成前後の
基板の変形量はほとんどなく、いずれも30mm角の基板に
対して0.1mm以内であった。この太陽電池においてプロ
セスの最高温度がＣＩＧＳ蒸着時の550℃であるのに対
し、ガラス基板の徐冷点が620℃と高いことから、全プ
ロセス終了時においても、熱履歴による変形のない素子
が形成される。
11（徐冷点は620℃）を市販のアルカリ系ガラス洗浄液
で洗浄する。純水でリンス処理後、ＲＦスパッタ法によ
り裏面Mo電極12を約1ミクロン形成する。スパッタガス
は窒素である。以下はこのMo電極の一部をマスクした状
態でプロセスを進める。まず、基板温度を約550℃に上
げた状態で銅、インジウム、ガリウム、金属セレンを同
時に蒸着してCIGS多結晶薄膜13を2ミクロン形成した。
このＣＩＧＳ膜中のCu,In,Ga,Seの原子数比は1：0.75：
0.25：2であった。この後、ケミカルバスデポジション
法（chemical bath deposition法：ＣＢＤ法）によ
り、14のCdSを約0.1ミクロン形成した。本実施例の場
合、塩化カドミウムと塩化アンモニウムとチオ尿素とア
ンモニアの約1：10：1：100の混合液を約80℃に熱して
その中に基板上を挿入して結晶化させた。さらにスパッ
タ法により15のZnOと16のITOをそれぞれ約0.1ミクロン
ずつ形成した。このときのスパッタガスは窒素である。
最後にマスクをした状態で取り出し電極の金17を蒸着法
により形成した。ガラス基板の成分はソーダライムガラ
ス（soda lime glass：ＳＬＧ）に近いが、SrOやBaO、Z
rOなどを含み、徐冷点が一般のソーダライムガラスより
も高く、この太陽電池形成のプロセス温度よりも高くな
っている。その成分を表1に示す。SiO2、 Al2O3、Na
2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、Zr2Oの含有量がそれぞ
れ58、7、4，6，2，5，7，8，１重量％である。このよ
うにして形成した太陽電池の歪み量を測定した。図2に
従来例のソーダライムガラスを用いた場合の素子形成前
後の上面図（上側）と側面図（下側）である。（ａ）は
素子形成前で（ｂ）は素子形成後である。30.0mm角の正
方形基板が素子形成後には短弧28.9mm長弧31.0mm幅29.9
mmの扇形状に変形した。これはプロセス温度が徐冷点を
上回り、内部歪みが緩和されたたために発生した変形で
ある。また、側面から見ると、素子形成後には球を切り
取ったような弧状に変形し、中央部の変位は0.3mmであ
った。これは、30mm角基板の端部でのみ基板を保持して
おり、プロセス温度が徐冷点を越えたために、端部にの
み上向きの力がかかったために発生した変形である。こ
れらの例に対して本発明の太陽電池は、素子形成前後の
基板の変形量はほとんどなく、いずれも30mm角の基板に
対して0.1mm以内であった。この太陽電池においてプロ
セスの最高温度がＣＩＧＳ蒸着時の550℃であるのに対
し、ガラス基板の徐冷点が620℃と高いことから、全プ
ロセス終了時においても、熱履歴による変形のない素子
が形成される。
【００１５】また、この太陽電池において吸収層である
CIGSの熱膨張係数は8×10-6／℃であり、ガラス基板11
の熱膨張係数（8×10-6／℃）とほぼ同じである。よっ
て熱膨張係数歪みは非常に少ないものとなる。
CIGSの熱膨張係数は8×10-6／℃であり、ガラス基板11
の熱膨張係数（8×10-6／℃）とほぼ同じである。よっ
て熱膨張係数歪みは非常に少ないものとなる。
【００１６】このように、本発明によると、変形低減や
変形による素子特性の劣化の低減が可能となる。ひいて
は、歩留まりを向上させ、素子製造のコストを低減する
ことが出来る。また、変形による応力に起因すると考え
られる膜の剥離が従来のソーダライムガラスを用いた場
合が10％程度あったものが、本発明の太陽電池では1％
程度となり、歩留まりの向上が可能となる。
変形による素子特性の劣化の低減が可能となる。ひいて
は、歩留まりを向上させ、素子製造のコストを低減する
ことが出来る。また、変形による応力に起因すると考え
られる膜の剥離が従来のソーダライムガラスを用いた場
合が10％程度あったものが、本発明の太陽電池では1％
程度となり、歩留まりの向上が可能となる。
【００１７】また、この太陽電池の光照射時の電流電圧
特性を図3に示す。素子サイズは1cm角で、光照射条件は
太陽電池の評価に標準的に用いられているAM1.5であ
る。従来の特性とほぼ同じ性能が得られている。
特性を図3に示す。素子サイズは1cm角で、光照射条件は
太陽電池の評価に標準的に用いられているAM1.5であ
る。従来の特性とほぼ同じ性能が得られている。
【００１８】本発明においては30mm角のガラス基板を用
いたが、本発明の効果は基板サイズが大きいほど顕著で
あった。
いたが、本発明の効果は基板サイズが大きいほど顕著で
あった。
【００１９】ここで11には表1の成分を持つ徐冷点が620
℃のガラスを用いたが、これ以外でも、SiO2の含有量が
40重量％以上80重量％以下であり、Al2O3の含有量が5重
量％以上15重量％以下であり、Na2O、K2Oの含有量がそ
れぞれ1重量％以上15重量％以下であり、MgO、CaO、Sr
O、BaO、Zr2Oの含有量がそれぞれ１重量％以上10重量％
以下であるガラス上に作製したＣＩＧＳ系化合物を吸収
層とする太陽電池は、徐冷点が550℃より高く、かつガ
ラスの熱膨張係数が６×10-6／℃以上１０×10-6／℃以
下であり、吸収層の熱膨張係数に比較的近いために同様
の変形と歪みの低減効果が見られた。このガラスは、成
分や製法がソーダライムガラスと似ているために、ソー
ダライムガラス製造の技術をそのまま使えるために、基
板製造コストがソーダライムガラス並に低いことが特徴
である。
℃のガラスを用いたが、これ以外でも、SiO2の含有量が
40重量％以上80重量％以下であり、Al2O3の含有量が5重
量％以上15重量％以下であり、Na2O、K2Oの含有量がそ
れぞれ1重量％以上15重量％以下であり、MgO、CaO、Sr
O、BaO、Zr2Oの含有量がそれぞれ１重量％以上10重量％
以下であるガラス上に作製したＣＩＧＳ系化合物を吸収
層とする太陽電池は、徐冷点が550℃より高く、かつガ
ラスの熱膨張係数が６×10-6／℃以上１０×10-6／℃以
下であり、吸収層の熱膨張係数に比較的近いために同様
の変形と歪みの低減効果が見られた。このガラスは、成
分や製法がソーダライムガラスと似ているために、ソー
ダライムガラス製造の技術をそのまま使えるために、基
板製造コストがソーダライムガラス並に低いことが特徴
である。
【００２０】
【表１】
【００２１】ここで、とくにSiO2の含有量が58±10重量
％であり、Al2O3、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、Zr
2Oの含有量がそれぞれ7±2、4±1，6±2，2±1，5±1，
7±2，8±2，2±1重量％であるガラス上に形成したＣＩ
ＧＳ系化合物を吸収層とする太陽電池の場合に、ガラス
の徐冷点が600℃以上と高く、かつガラスの熱膨張係数
が約８×10-6／℃となり、CIGS吸収層の熱膨張係数にほ
ぼ一致するために変形と歪みの低減効果が特に大きかっ
た。
％であり、Al2O3、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、Zr
2Oの含有量がそれぞれ7±2、4±1，6±2，2±1，5±1，
7±2，8±2，2±1重量％であるガラス上に形成したＣＩ
ＧＳ系化合物を吸収層とする太陽電池の場合に、ガラス
の徐冷点が600℃以上と高く、かつガラスの熱膨張係数
が約８×10-6／℃となり、CIGS吸収層の熱膨張係数にほ
ぼ一致するために変形と歪みの低減効果が特に大きかっ
た。
【００２２】ここで、これ以外の成分のガラスでも徐冷
点が550℃より高く、かつガラスの熱膨張係数が６×10
-6／℃以上１０×10-6／℃以下であるガラス基板上に形
成したＣＩＧＳ系化合物を吸収層とする太陽電池の場合
に、変形と歪みの低減効果があった。具体的には実施例
1に用いた基板に対してZr2Oを含まず、SnO2を5％含んだ
基板を用いても同様の効果が見られた。とくにガラスと
吸収層の熱膨張係数が誤差１０％以内で一致する場合に
変形の低減効果が大きかった。
点が550℃より高く、かつガラスの熱膨張係数が６×10
-6／℃以上１０×10-6／℃以下であるガラス基板上に形
成したＣＩＧＳ系化合物を吸収層とする太陽電池の場合
に、変形と歪みの低減効果があった。具体的には実施例
1に用いた基板に対してZr2Oを含まず、SnO2を5％含んだ
基板を用いても同様の効果が見られた。とくにガラスと
吸収層の熱膨張係数が誤差１０％以内で一致する場合に
変形の低減効果が大きかった。
【００２３】ここで、本実施例ではサブストレート型の
ＣＩＧＳ系太陽電池について説明したが、このほかガラ
ス基板の構成位置が違ういわゆるスーパーストレート型
でも同様の効果が見られた。
ＣＩＧＳ系太陽電池について説明したが、このほかガラ
ス基板の構成位置が違ういわゆるスーパーストレート型
でも同様の効果が見られた。
【００２４】＜発明の実施の形態2＞図4に本発明の太陽
電池の構造を示す。いわゆるスーパーストレート型であ
る。
電池の構造を示す。いわゆるスーパーストレート型であ
る。
【００２５】41はガラス基板である。その成分は実施例
1に用いたガラス基板と同じである42はフッソ添加SnO2透明
導電膜、43はn型CdSであり、44はp型CdTeである。45は
カーボン電極、46は取り出し電極の銀である。47は同じ
く取り出し電極のAg-In電極である。実施の形態1と同様
に、ガラス基板の徐冷点は、この太陽電池形成のプロセ
ス温度よりも高くなっている。また、吸収層の熱膨張係
数のガラス基板の熱膨張係数に対する比は0.6以上1.4以
下である。
1に用いたガラス基板と同じである42はフッソ添加SnO2透明
導電膜、43はn型CdSであり、44はp型CdTeである。45は
カーボン電極、46は取り出し電極の銀である。47は同じ
く取り出し電極のAg-In電極である。実施の形態1と同様
に、ガラス基板の徐冷点は、この太陽電池形成のプロセ
ス温度よりも高くなっている。また、吸収層の熱膨張係
数のガラス基板の熱膨張係数に対する比は0.6以上1.4以
下である。
【００２６】以下具体的製造方法について記す。 （実施例2）30mm角で厚さが1mmの上記成分のガラス基板
41（徐冷点は620℃）を実施例1と同じアルカリ系ガラス
洗浄液で洗浄する。リンス処理後、ＲＦスパッタ法によ
り42のフッソ添加SnO2を約0.5ミクロン形成した。スパッタ
ガスはフッ素を5％含んだ窒素ガスである。以下このSnO
2の一部をマスクした状態でプロセスを進める。まず、
ＣＢＤ法により、43のCdSを約0.1ミクロン形成した。本
実施例の場合、塩化カドミウムと塩化アンモニウムとチ
オ尿素とアンモニアの約1：10：1：100の混合液を約80
℃に熱してその中に基板上を挿入しｎ型ＣｄＳを結晶化
させた。次に近接昇華法で44のｐ型CdTeを4ミクロン形
成した。このときの基板温度、原料温度、真空度はそれ
ぞれ600℃、680℃、100Torrであった。次にカーボン45
をＥＢ蒸着し、最後にマスクを取り替えてAg電極46とAg
-In電極47をEB蒸着した。
41（徐冷点は620℃）を実施例1と同じアルカリ系ガラス
洗浄液で洗浄する。リンス処理後、ＲＦスパッタ法によ
り42のフッソ添加SnO2を約0.5ミクロン形成した。スパッタ
ガスはフッ素を5％含んだ窒素ガスである。以下このSnO
2の一部をマスクした状態でプロセスを進める。まず、
ＣＢＤ法により、43のCdSを約0.1ミクロン形成した。本
実施例の場合、塩化カドミウムと塩化アンモニウムとチ
オ尿素とアンモニアの約1：10：1：100の混合液を約80
℃に熱してその中に基板上を挿入しｎ型ＣｄＳを結晶化
させた。次に近接昇華法で44のｐ型CdTeを4ミクロン形
成した。このときの基板温度、原料温度、真空度はそれ
ぞれ600℃、680℃、100Torrであった。次にカーボン45
をＥＢ蒸着し、最後にマスクを取り替えてAg電極46とAg
-In電極47をEB蒸着した。
【００２７】このようにして形成した太陽電池セルの歪
み量を測定した。従来のCorning7059ガラスを用いた場
合、素子形成前後の上から見た素子の変形量と横から見
た変形量は、30mm角基板の場合にそれぞれ0.1mm以下で
あったのに対し、本発明の太陽電池素子も同様に変形量
は0.1mm以内であった。corning7059ガラスに対し、本組
成のガラスの単価は約1/10であり、本発明によるとコス
トを低減することが出来る。
み量を測定した。従来のCorning7059ガラスを用いた場
合、素子形成前後の上から見た素子の変形量と横から見
た変形量は、30mm角基板の場合にそれぞれ0.1mm以下で
あったのに対し、本発明の太陽電池素子も同様に変形量
は0.1mm以内であった。corning7059ガラスに対し、本組
成のガラスの単価は約1/10であり、本発明によるとコス
トを低減することが出来る。
【００２８】また、この太陽電池セルの光照射時の電流
電圧特性を図5に示す。素子サイズは1cm角で、光照射条
件は太陽電池の評価に標準的に用いられているAM1.5で
ある。従来の特性とほぼ同じ性能が得られている。
電圧特性を図5に示す。素子サイズは1cm角で、光照射条
件は太陽電池の評価に標準的に用いられているAM1.5で
ある。従来の特性とほぼ同じ性能が得られている。
【００２９】この太陽電池においてプロセスの最高温度
がCdTe膜形成時の600℃であるのに対し、ガラス基板の
徐冷点が620℃と高いことから、全プロセス終了時にお
いても、熱履歴による変形のない素子が形成される。ま
た、この太陽電池において吸収層であるCdTeの熱膨張係
数は5×10-6／℃であり、ガラス基板41の熱膨張係数（8
×10-6／℃）に対して約0.6となっている。このことか
ら、熱膨張係数歪みも比較的少なく、素子に与える影響
も少ない。このガラスは、成分や製法がソーダライムガ
ラスと似ているために、ソーダライムガラス製造の技術
をそのまま使えるために、基板製造コストがソーダライ
ムガラス並に低いことが特徴である。
がCdTe膜形成時の600℃であるのに対し、ガラス基板の
徐冷点が620℃と高いことから、全プロセス終了時にお
いても、熱履歴による変形のない素子が形成される。ま
た、この太陽電池において吸収層であるCdTeの熱膨張係
数は5×10-6／℃であり、ガラス基板41の熱膨張係数（8
×10-6／℃）に対して約0.6となっている。このことか
ら、熱膨張係数歪みも比較的少なく、素子に与える影響
も少ない。このガラスは、成分や製法がソーダライムガ
ラスと似ているために、ソーダライムガラス製造の技術
をそのまま使えるために、基板製造コストがソーダライ
ムガラス並に低いことが特徴である。
【００３０】このように、本発明によると、変形や歪み
による素子特性の劣化を抑えつつ、安価な基板でcornin
g7059同様の素子特性が得られることから、素子製造コ
ストを低減することが出来る。
による素子特性の劣化を抑えつつ、安価な基板でcornin
g7059同様の素子特性が得られることから、素子製造コ
ストを低減することが出来る。
【００３１】本発明においては30mm角のガラス基板を用
いたが、本発明の効果は基板サイズが大きいほど顕著で
あった。
いたが、本発明の効果は基板サイズが大きいほど顕著で
あった。
【００３２】ここで41には表1の成分を持つガラスを用
いたが、これ以外でも、SiO2の含有量が40重量％以上80
重量％以下であり、Al2O3の含有量が5重量％以上15重量
％以下であり、Na2O、K2Oの含有量がそれぞれ1重量％以
上15重量％以下であり、MgO、CaO、SrO、BaO、Zr2Oの含
有量がをそれぞれ１重量％以上10重量％以下であるガラ
ス上に作製したCdTe系化合物を吸収層とする太陽電池
は、徐冷点が550℃より高くプロセス温度に比肩でき、
かつガラスの熱膨張係数が６×10-6／℃以上１０×10-6
／℃以下であり、CdTe膜の熱膨張係数と比較的近いため
に同様に変形と歪みを抑えつつ製造コストを低減する効
果が見られた。
いたが、これ以外でも、SiO2の含有量が40重量％以上80
重量％以下であり、Al2O3の含有量が5重量％以上15重量
％以下であり、Na2O、K2Oの含有量がそれぞれ1重量％以
上15重量％以下であり、MgO、CaO、SrO、BaO、Zr2Oの含
有量がをそれぞれ１重量％以上10重量％以下であるガラ
ス上に作製したCdTe系化合物を吸収層とする太陽電池
は、徐冷点が550℃より高くプロセス温度に比肩でき、
かつガラスの熱膨張係数が６×10-6／℃以上１０×10-6
／℃以下であり、CdTe膜の熱膨張係数と比較的近いため
に同様に変形と歪みを抑えつつ製造コストを低減する効
果が見られた。
【００３３】ここで、とくにSiO2の含有量が58±10重量
％であり、Al2O3、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、Zr
2Oの含有量がそれぞれ7±2、4±1，6±2，2±1，5±1，
7±2，8±2，2±1重量％であるガラス基板上に形成した
CdTe系化合物を吸収層とする太陽電池の場合に、ガラス
の徐冷点が600℃以上と高く、かつガラスの熱膨張係数
が約８×10-6／℃となりCdTe膜の熱膨張係数に比較的近
いために、変形と歪みを抑えつつ製造コストを低減する
効果が大きかった。
％であり、Al2O3、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、Zr
2Oの含有量がそれぞれ7±2、4±1，6±2，2±1，5±1，
7±2，8±2，2±1重量％であるガラス基板上に形成した
CdTe系化合物を吸収層とする太陽電池の場合に、ガラス
の徐冷点が600℃以上と高く、かつガラスの熱膨張係数
が約８×10-6／℃となりCdTe膜の熱膨張係数に比較的近
いために、変形と歪みを抑えつつ製造コストを低減する
効果が大きかった。
【００３４】ここで、これ以外の成分のガラスでも徐冷
点が550℃より高く、かつガラスの熱膨張係数が６×10
-6／℃以上１０×10-6／℃以下であるガラス基板上に形
成したCdTe系化合物を吸収層とする太陽電池の場合に、
変形と歪みを抑えつつ製造コストを低減する効果があっ
た。具体的には実施例1に用いた基板に対してZr2Oを含
まず、SnO2を5％含んだ基板を用いても同様の効果が見
られた。とくにガラスと吸収層の熱膨張係数が誤差１０
％以内で一致するガ場合に変形の低減効果が大きかっ
た。
点が550℃より高く、かつガラスの熱膨張係数が６×10
-6／℃以上１０×10-6／℃以下であるガラス基板上に形
成したCdTe系化合物を吸収層とする太陽電池の場合に、
変形と歪みを抑えつつ製造コストを低減する効果があっ
た。具体的には実施例1に用いた基板に対してZr2Oを含
まず、SnO2を5％含んだ基板を用いても同様の効果が見
られた。とくにガラスと吸収層の熱膨張係数が誤差１０
％以内で一致するガ場合に変形の低減効果が大きかっ
た。
【００３５】ここで、本実施例ではスーパーストレート
型のCdTe系太陽電池について説明したが、このほかガラ
ス基板の構成位置が違うサブストレート型でも同様の効
果が見られた。
型のCdTe系太陽電池について説明したが、このほかガラ
ス基板の構成位置が違うサブストレート型でも同様の効
果が見られた。
【００３６】
【発明の効果】以上の発明の実施の形態で説明したよう
に、本発明は以下のような有利な効果がある。
に、本発明は以下のような有利な効果がある。
【００３７】ガラス基板上に設けられた銅−インジウム
・ガリウム−セレン系化合物あるいはカドミウムテルル
を吸収層とする太陽電池において、ガラスの徐冷点が55
0℃より高く、かつガラスの熱膨張係数にが６×10-6／
℃以上１０×10-6／℃以下であることにより、熱履歴に
よる基板の変形や熱膨張係数差による薄膜への歪みの発
生が抑えることが出来る。ひいては歩留まりが向上する
とともに、基板製造コストを低く抑えることが出来るた
めに、素子製造コストの低減が可能になるという効果が
ある。
・ガリウム−セレン系化合物あるいはカドミウムテルル
を吸収層とする太陽電池において、ガラスの徐冷点が55
0℃より高く、かつガラスの熱膨張係数にが６×10-6／
℃以上１０×10-6／℃以下であることにより、熱履歴に
よる基板の変形や熱膨張係数差による薄膜への歪みの発
生が抑えることが出来る。ひいては歩留まりが向上する
とともに、基板製造コストを低く抑えることが出来るた
めに、素子製造コストの低減が可能になるという効果が
ある。
【００３８】ここで、SiO2の含有量が40重量％以上80重
量％以下であり、Al2O3の含有量が5重量％以上15重量％
以下であり、Na2O、K2Oの含有量がそれぞれ1重量％以上
15重量％以下であり、MgO、CaO、SrO、BaO、Zr2Oの含有
量がそれぞれ１重量％以上10重量％以下であることによ
り、徐冷点が550℃より高く、ガラスの熱膨張係数にが
６×10-6／℃以上１０×10-6／℃以下となるために上記
の効果が大きい。
量％以下であり、Al2O3の含有量が5重量％以上15重量％
以下であり、Na2O、K2Oの含有量がそれぞれ1重量％以上
15重量％以下であり、MgO、CaO、SrO、BaO、Zr2Oの含有
量がそれぞれ１重量％以上10重量％以下であることによ
り、徐冷点が550℃より高く、ガラスの熱膨張係数にが
６×10-6／℃以上１０×10-6／℃以下となるために上記
の効果が大きい。
【００３９】またここで、ガラス中のSiO2の含有量が58
±10重量％であり、Al2O3、Na2O、K 2O、MgO、CaO、Sr
O、BaO、Zr2Oの含有量がそれぞれ7±2、4±1，6±2，2
±1，5±1，7±2，8±2，2±1重量％である場合に徐冷
点が600℃以上であるとともに、ガラスの熱膨張係数が
７×10-6／℃以上９×10-6／℃以下となり、CIGSの熱膨
張係数とほぼ同じになることから上記の効果が非常に大
きい。
±10重量％であり、Al2O3、Na2O、K 2O、MgO、CaO、Sr
O、BaO、Zr2Oの含有量がそれぞれ7±2、4±1，6±2，2
±1，5±1，7±2，8±2，2±1重量％である場合に徐冷
点が600℃以上であるとともに、ガラスの熱膨張係数が
７×10-6／℃以上９×10-6／℃以下となり、CIGSの熱膨
張係数とほぼ同じになることから上記の効果が非常に大
きい。
【００４０】またここで、ガラスと吸収層の熱膨張係数
が誤差10％以内で一致する場合に熱歪みを抑える効果が
大きい。
が誤差10％以内で一致する場合に熱歪みを抑える効果が
大きい。
【００４１】以上のように、本発明は、ＣＩＧＳ系ある
いはCdTe系太陽電池を得るに際し、熱履歴による基板の
変形を抑えるとともに、熱膨張係数差による歪みを抑
え、なおかつ安価な製造コストを達成することが可能で
あり、実用的に非常に有用である。
いはCdTe系太陽電池を得るに際し、熱履歴による基板の
変形を抑えるとともに、熱膨張係数差による歪みを抑
え、なおかつ安価な製造コストを達成することが可能で
あり、実用的に非常に有用である。
【図１】本発明のCIGS系太陽電池の構造図
【図２】本発明のCIGS系太陽電池の素子形成前後の変形
の図
の図
【図３】本発明と従来例のCIGS系太陽電池の光照射時の
電流電圧特性を示す図
電流電圧特性を示す図
【図４】本発明のCdTe系太陽電池の構造図
【図５】本発明と従来例のCdTe系太陽電池の光照射時の
電流電圧特性を示す図
電流電圧特性を示す図
１１ ガラス基板（成分は表1） １２ Mo電極 １３ Cu(In,Ga)Se2薄膜 １４ CdS １５ ZnO １６ ITO透明導電膜 １７ 取り出し電極(Au) ４１ ガラス基板（成分は表1） ４２ フッソ添加SnO2透明導電膜 ４３ n型CdS ４４ p型CdTe ４５ カーボン電極 ４６ 取り出し電極（Ag） ４７ 取り出し電極（Ag-In）
フロントページの続き (72)発明者 和田 隆博 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 (4)
- 【請求項１】 ガラス基板上に設けられた銅−インジウ
ム・ガリウム−セレン系化合物あるいはカドミウムテル
ルを吸収層とする太陽電池において、前記ガラスの徐冷
点が550℃より高く、かつ前記ガラスの熱膨張係数が6×
10-6／℃以上10×10-6／℃以下である化合物薄膜太陽電
池。 - 【請求項２】 SiO2の含有量が40重量％以上80重量％以
下であり、Al2O3の含有量が5重量％以上15重量％以下で
あり、Na2O、K2Oの含有量がそれぞれ1重量％以上15重量
％以下であり、MgO、CaO、SrO、BaO、Zr2Oの含有量がそ
れぞれ1重量％以上10重量％以下であるガラスを用いた
請求項1記載の化合物薄膜太陽電池。 - 【請求項３】 SiO2の含有量が58±10重量％であり、Al
2O3、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、Zr2Oの含有量が
それぞれ7±2、4±1，6±2，2±1，5±1，7±2，8±2，
2±1重量％であるガラスを用いた請求項1記載の化合物
薄膜太陽電池。 - 【請求項４】 ガラスと吸収層の熱膨張係数が誤差１０
％以内で一致する請求項1記載の化合物薄膜太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9300025A JPH11135819A (ja) | 1997-10-31 | 1997-10-31 | 化合物薄膜太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9300025A JPH11135819A (ja) | 1997-10-31 | 1997-10-31 | 化合物薄膜太陽電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11135819A true JPH11135819A (ja) | 1999-05-21 |
Family
ID=17879810
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9300025A Withdrawn JPH11135819A (ja) | 1997-10-31 | 1997-10-31 | 化合物薄膜太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11135819A (ja) |
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