JPH08195501A - Ｉｂ−ＩＩＩｂ−ＶＩｂ族化合物半導体 - Google Patents
Ｉｂ−ＩＩＩｂ−ＶＩｂ族化合物半導体Info
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- JPH08195501A JPH08195501A JP7037471A JP3747195A JPH08195501A JP H08195501 A JPH08195501 A JP H08195501A JP 7037471 A JP7037471 A JP 7037471A JP 3747195 A JP3747195 A JP 3747195A JP H08195501 A JPH08195501 A JP H08195501A
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- conversion efficiency
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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
- Y02E10/541—CuInSe2 material PV cells
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 ＣｕＩｎＧａＳｅ２化合物半導体における光
電変換効率のバラツキを同光電変換層に別種の元素を含
ませることにより減少させる。 【構成】 ＣｕＩｎＧａＳｅ２を主成分とした薄膜４の
形成時にＮａを蒸着法により所定量だけ含ませて化合物
半導体を作製する。
電変換効率のバラツキを同光電変換層に別種の元素を含
ませることにより減少させる。 【構成】 ＣｕＩｎＧａＳｅ２を主成分とした薄膜４の
形成時にＮａを蒸着法により所定量だけ含ませて化合物
半導体を作製する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｅに代
表される周期率表のＩｂ族、ＩＩＩｂ族、ＶＩｂ族元素
より成る化合物半導体の材料及びこの材料より構成され
る太陽電池用薄膜光電変換素子に関する。
表される周期率表のＩｂ族、ＩＩＩｂ族、ＶＩｂ族元素
より成る化合物半導体の材料及びこの材料より構成され
る太陽電池用薄膜光電変換素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】カルコパイライト結晶構造を持つＣｕＩ
ｎＳｅ２に代表されるＩｂ−ＩＩＩｂ−ＶＩｂ族化合物
半導体は可視から近赤外域にかけての広い波長範囲の光
に対して大きな吸収係数を有しているため、薄膜でしか
も高効率の太陽電池を実現できる材料として期待されて
いる。１９７４年ベル研究所で単結晶ＣｕＩｎＳｅ２で
１２％の変換効率が発表され、１９７６年Ｌ．Ｌ．Ｋａ
ｚｍｅｒｓｋｙの薄膜タイプでの４〜５％の変換効率が
発表されて以来、多くの研究がなされ、年々変換効率は
大幅に改善され、１９９４年初頭には１７．６％にも及
ぶ変換効率が発表され、変換効率の高さではすでに十分
実用化レベルに達している。
ｎＳｅ２に代表されるＩｂ−ＩＩＩｂ−ＶＩｂ族化合物
半導体は可視から近赤外域にかけての広い波長範囲の光
に対して大きな吸収係数を有しているため、薄膜でしか
も高効率の太陽電池を実現できる材料として期待されて
いる。１９７４年ベル研究所で単結晶ＣｕＩｎＳｅ２で
１２％の変換効率が発表され、１９７６年Ｌ．Ｌ．Ｋａ
ｚｍｅｒｓｋｙの薄膜タイプでの４〜５％の変換効率が
発表されて以来、多くの研究がなされ、年々変換効率は
大幅に改善され、１９９４年初頭には１７．６％にも及
ぶ変換効率が発表され、変換効率の高さではすでに十分
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】しかしながらこのよう
に高い変換効率とミクロンオーダーの薄膜化による低コ
スト化の可能性がありながら、未だに本格的な工業的生
産が行われていない理由の最も大きなものの一つは、同
一基板内の太陽電池素子の光電変換特性、特に光電変換
効率の面内における不均一な分布であり、又、これは同
時に基板を異にする各太陽電池素子間の光電変換効率の
大きなばらつきの原因にもなっている。この大きな光電
変換特性のばらつきの根本的原因の解明は必ずしも十分
進んでいるわけではなく、対象療法的に「基板と光吸収
層の剥離強度の向上」、「ハンドギャップを１．５ｅＶ
に近づける組成元素の多元化及びその組成の傾斜化」、
「光電変換素子の回路の改良」等が検討されているが、
大きすぎるバラツキの根本的な解決は未だ困難な状態に
あり、この解決が本発明の課題である。
に高い変換効率とミクロンオーダーの薄膜化による低コ
スト化の可能性がありながら、未だに本格的な工業的生
産が行われていない理由の最も大きなものの一つは、同
一基板内の太陽電池素子の光電変換特性、特に光電変換
効率の面内における不均一な分布であり、又、これは同
時に基板を異にする各太陽電池素子間の光電変換効率の
大きなばらつきの原因にもなっている。この大きな光電
変換特性のばらつきの根本的原因の解明は必ずしも十分
進んでいるわけではなく、対象療法的に「基板と光吸収
層の剥離強度の向上」、「ハンドギャップを１．５ｅＶ
に近づける組成元素の多元化及びその組成の傾斜化」、
「光電変換素子の回路の改良」等が検討されているが、
大きすぎるバラツキの根本的な解決は未だ困難な状態に
あり、この解決が本発明の課題である。
【０００４】そこで本願発明者は、太陽電池の発電効率
を決定する上で最も支配的要因である同一基板上での光
電変換効率の面内分布の不均一性および基板を異にする
太陽電池素子間の光電変換特性のばらつきを大幅に少な
くし、同時に変換効率等の太陽電池特性そのものを向上
させるべく鋭意研究し、本発明に至った。
を決定する上で最も支配的要因である同一基板上での光
電変換効率の面内分布の不均一性および基板を異にする
太陽電池素子間の光電変換特性のばらつきを大幅に少な
くし、同時に変換効率等の太陽電池特性そのものを向上
させるべく鋭意研究し、本発明に至った。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び作用】上記課題を解決
するために、本願発明者は、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｅに代表さ
れる周期率表のＩｂ族、ＩＩＩｂ族、ＶＩｂ族の各々よ
り一つずつ選ばれる元素を含んで成る多結晶薄膜の形成
時に、原子半径が１．７０オングストローム以上の元素
の少なくとも一種を、薄膜の重量に対し５ｐｐｍ〜５％
の割合でスパッタリング、蒸着、イオンビーム照射、電
着等の方法により添加して薄膜光電変換素子を作成する
ことが光電変換効率の面内分布不均一性、および基板を
異にする太陽電池素子間の光電変換特性のばらつきを大
幅に少なくし、同時に変換効率等の太陽電池特性そのも
のの向上のためにも有効であることを発見した。
するために、本願発明者は、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｅに代表さ
れる周期率表のＩｂ族、ＩＩＩｂ族、ＶＩｂ族の各々よ
り一つずつ選ばれる元素を含んで成る多結晶薄膜の形成
時に、原子半径が１．７０オングストローム以上の元素
の少なくとも一種を、薄膜の重量に対し５ｐｐｍ〜５％
の割合でスパッタリング、蒸着、イオンビーム照射、電
着等の方法により添加して薄膜光電変換素子を作成する
ことが光電変換効率の面内分布不均一性、および基板を
異にする太陽電池素子間の光電変換特性のばらつきを大
幅に少なくし、同時に変換効率等の太陽電池特性そのも
のの向上のためにも有効であることを発見した。
【０００６】その後、前記添加元素の効果は、Ｃｕ、Ｉ
ｎ、Ｓｅに代表される三元素系化合物半導体多結晶薄膜
と同時に、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｅ及びＧａに代表される四元
素系、さらにはＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅ及びＳに代表さ
れる五元素系の場合にも有効であることがわかった。
ｎ、Ｓｅに代表される三元素系化合物半導体多結晶薄膜
と同時に、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｅ及びＧａに代表される四元
素系、さらにはＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅ及びＳに代表さ
れる五元素系の場合にも有効であることがわかった。
【０００７】又、前記添加元素としてＮａ等のアルカリ
元素、アルカリ土類元素の金属あるいはそれらの化合物
を用いることがより安定した効果をもたらすこともわか
った。
元素、アルカリ土類元素の金属あるいはそれらの化合物
を用いることがより安定した効果をもたらすこともわか
った。
【０００８】原子半径が１．７０オングストローム以上
の元素を一種または二種以上スパタリング等で添加する
のは前記多結晶薄膜の中の酸素、珪素、および炭素、
（あるいはイオウが主要成分でなく不純物として存在し
ている場合にはイオウ）を添加元素の一部と結合させ、
薄膜の形成及び熱処理時にこれら不純物を結晶粒界面に
局在化させるためである。原子半径が１．７０オングス
トローム以上のアルカリ元素、アルカリ土類元素の金属
あるいはそれらの化合物の添加はアルカリ元素、アルカ
リ土類元素が酸素等に対し大きな親和力を持つと同時
に、化合物半導体構成元素より大きな原子半径を持つた
め、酸素、珪素、炭素、イオウ等の不純物を結晶粒界に
局在化するのに有効である。また、例えば酸素と結合し
たＮａ２Ｏが４００℃前後でＮａ及びＮａ２Ｏ２になる
ような反復乖離反応等の過程で多結晶Ｉｂ−ＩＩＩｂ−
ＶＩｂ族化合物半導体薄膜の結晶粒界成長を促し、これ
が変換効率等の太陽電池特性を向上させることも明らか
になった。
の元素を一種または二種以上スパタリング等で添加する
のは前記多結晶薄膜の中の酸素、珪素、および炭素、
（あるいはイオウが主要成分でなく不純物として存在し
ている場合にはイオウ）を添加元素の一部と結合させ、
薄膜の形成及び熱処理時にこれら不純物を結晶粒界面に
局在化させるためである。原子半径が１．７０オングス
トローム以上のアルカリ元素、アルカリ土類元素の金属
あるいはそれらの化合物の添加はアルカリ元素、アルカ
リ土類元素が酸素等に対し大きな親和力を持つと同時
に、化合物半導体構成元素より大きな原子半径を持つた
め、酸素、珪素、炭素、イオウ等の不純物を結晶粒界に
局在化するのに有効である。また、例えば酸素と結合し
たＮａ２Ｏが４００℃前後でＮａ及びＮａ２Ｏ２になる
ような反復乖離反応等の過程で多結晶Ｉｂ−ＩＩＩｂ−
ＶＩｂ族化合物半導体薄膜の結晶粒界成長を促し、これ
が変換効率等の太陽電池特性を向上させることも明らか
になった。
【０００９】添加元素の割合が５ｐｐｍを下回る場合、
実質上不純物の結晶粒界への局在化がなされず、効果が
発揮されない。添加元素の割合が５％を越えると化合物
半導体薄膜の結晶構造の歪みが大きくなり太陽電池特性
に悪影響を及ぼす。また結晶粒界に不純物を局在化する
ためには添加元素の原子半径が化合物半導体主要構成元
素の原子半径より大きいことが必要で、このため添加元
素の原子半径はＩｎ原子の半径１．６８オングストロー
ムより十分大きくなければならない。
実質上不純物の結晶粒界への局在化がなされず、効果が
発揮されない。添加元素の割合が５％を越えると化合物
半導体薄膜の結晶構造の歪みが大きくなり太陽電池特性
に悪影響を及ぼす。また結晶粒界に不純物を局在化する
ためには添加元素の原子半径が化合物半導体主要構成元
素の原子半径より大きいことが必要で、このため添加元
素の原子半径はＩｎ原子の半径１．６８オングストロー
ムより十分大きくなければならない。
【００１０】さらに、前記添加元素を二種以上とした場
合には、これらを同時に添加しても時間差をもって添加
しても同様の好ましい変換効率が得られることもわかっ
た。
合には、これらを同時に添加しても時間差をもって添加
しても同様の好ましい変換効率が得られることもわかっ
た。
【００１０】以下に一実施例を示し本願発明の方法を詳
細に開示する。
細に開示する。
【００１２】
【実施例】図１は、本発明の一実施例により製造された
ＣｕＩｎＧａ（Ｎａ）Ｓｅ２薄膜層を用いたヘテロ接合
の一部の断面を示すものである。図において、参照番号
１は厚さ１ｍｍのガラス基板であり、同基板上には厚さ
２μｍのモリブデン（Ｍｏ）から成る金属電極層２が形
成される。その上に形成された半導体層３はｐ型半導体
で厚み２μｍのＣｕＩｎＧａ（Ｎａ）Ｓｅ２薄膜層４、
ｎ型半導体で厚み０．５μｍのＣｄＳ薄膜層５および電
極層を兼ねる窓層としてのｎ型半導体層である厚み３μ
ｍの酸化亜鉛薄膜層６から成る。ＺｎＯ層６の上にはア
ルミニウムから成る条状金属電極層７が形成される。
ＣｕＩｎＧａ（Ｎａ）Ｓｅ２薄膜層を用いたヘテロ接合
の一部の断面を示すものである。図において、参照番号
１は厚さ１ｍｍのガラス基板であり、同基板上には厚さ
２μｍのモリブデン（Ｍｏ）から成る金属電極層２が形
成される。その上に形成された半導体層３はｐ型半導体
で厚み２μｍのＣｕＩｎＧａ（Ｎａ）Ｓｅ２薄膜層４、
ｎ型半導体で厚み０．５μｍのＣｄＳ薄膜層５および電
極層を兼ねる窓層としてのｎ型半導体層である厚み３μ
ｍの酸化亜鉛薄膜層６から成る。ＺｎＯ層６の上にはア
ルミニウムから成る条状金属電極層７が形成される。
【００１３】ガラス基板１の上に厚さ２μｍのＭｏ電極
層２をスパッタリングで形成した後に、真空蒸着法でＣ
ｕ層、Ｉｎ層、Ｇａ層をそれぞれ２０５０オングストロ
ーム、３０００オングストローム、１４００オングスト
ロームの膜厚で積層した。
層２をスパッタリングで形成した後に、真空蒸着法でＣ
ｕ層、Ｉｎ層、Ｇａ層をそれぞれ２０５０オングストロ
ーム、３０００オングストローム、１４００オングスト
ロームの膜厚で積層した。
【００１４】つぎにナトリウム金属を蒸着法で１００オ
ングストロームの膜厚となるよう積層させ、セレン化法
によってＣｕＩｎＧａ（Ｎａ）Ｓｅ２薄膜４を形成し
た。このセレン化は、１２％Ｈ２Ｓｅを含むアルゴンガ
ス雰囲気の加熱炉内で前記積層したガラス基板を５００
℃で３０分間加熱処理することにより行なった。尚、ナ
トリウム（Ｎａ）の重量は薄膜４に対し０．１％であっ
た。次いで厚さ０．５μｍのＣｄＳ薄膜層５及び厚さ３
μｍの酸化亜鉛薄膜層６を蒸着法により積層した後、ス
パッタリング法によりアルミニウム層を蒸着し、条状の
パターニングによってＡｌ電極７を作製した。
ングストロームの膜厚となるよう積層させ、セレン化法
によってＣｕＩｎＧａ（Ｎａ）Ｓｅ２薄膜４を形成し
た。このセレン化は、１２％Ｈ２Ｓｅを含むアルゴンガ
ス雰囲気の加熱炉内で前記積層したガラス基板を５００
℃で３０分間加熱処理することにより行なった。尚、ナ
トリウム（Ｎａ）の重量は薄膜４に対し０．１％であっ
た。次いで厚さ０．５μｍのＣｄＳ薄膜層５及び厚さ３
μｍの酸化亜鉛薄膜層６を蒸着法により積層した後、ス
パッタリング法によりアルミニウム層を蒸着し、条状の
パターニングによってＡｌ電極７を作製した。
【００１５】このようにして得られたガラス／Ｍｏ／Ｃ
ｕＩｎＧａ（Ｎａ）Ｓｅ２／ＣｄＳ／ＺｎＯ／Ａｌの構
造を有する光電変換素子の特性をナトリウム無添加の光
電変換素子と比較した場合次のような結果が得られた。
ｕＩｎＧａ（Ｎａ）Ｓｅ２／ＣｄＳ／ＺｎＯ／Ａｌの構
造を有する光電変換素子の特性をナトリウム無添加の光
電変換素子と比較した場合次のような結果が得られた。
【００１６】１６ｃｍ２ガラス基板を使用した場合ナト
リウム無添加では０．２ｃｍ２単位の変換効率が最高で
約６％、最低でほぼゼロで、全活性面積当りの平均した
光電変換効率が２％を下回るのに対し、ナトリウム添加
系では０．２ｃｍ２単位の変換効率が最高で約１０％、
最低でも４％の光電変換率を示し、全活性面積当りの平
均した光電変換効率が６％に近い値まで改善された。
リウム無添加では０．２ｃｍ２単位の変換効率が最高で
約６％、最低でほぼゼロで、全活性面積当りの平均した
光電変換効率が２％を下回るのに対し、ナトリウム添加
系では０．２ｃｍ２単位の変換効率が最高で約１０％、
最低でも４％の光電変換率を示し、全活性面積当りの平
均した光電変換効率が６％に近い値まで改善された。
【００１７】
【発明の効果】本発明によって、活性単位面積当たりの
変換効率が安定して最低でも４％となるようになり、大
面積モジュールで見た場合でも平均変換効率が６％近く
になり、変換効率そのものを向上させることもできたば
かりでなく同一基板内の、また基板間のばらつきが大幅
に減じられることとなった。
変換効率が安定して最低でも４％となるようになり、大
面積モジュールで見た場合でも平均変換効率が６％近く
になり、変換効率そのものを向上させることもできたば
かりでなく同一基板内の、また基板間のばらつきが大幅
に減じられることとなった。
【００１８】
【図１】本発明による多結晶薄膜層を用いて作成したヘ
テロ接合の一部の断面図
テロ接合の一部の断面図
【００１９】
１ ガラス基板 ２ モリブデン電極層 ３ 半導体層 ４ ＣｕＩｎＧａ（Ｎａ）Ｓｅ２薄膜層 ５ ＣｄＳ薄膜層 ６ 酸化亜鉛薄膜層 ７ アルミニウム電極層
フロントページの続き (72)発明者 阪口 新 神奈川県川崎市高津区坂戸３丁目２番１号 信越化学工業株式会社コーポレートリサ ーチセンター内
Claims (5)
- 【請求項１】 Ｉｂ族、ＩＩＩｂ族、ＶＩｂ族の各々よ
り選ばれる元素を含んで成る化合物半導体で、原子半径
が１．７０オングストローム以上の元素を重量で５ｐｐ
ｍ〜５％の割合で含有することを特徴とするＩｂ−ＩＩ
Ｉｂ−ＶＩｂ族化合物半導体。 - 【請求項２】 Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｅ及びＧａを含んで成る
ことを特徴とする請求項１記載の半導体。 - 【請求項３】 前記原子半径が１．７０オングストロー
ム以上の元素がＮａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａの内の少な
くとも一種であることを特徴とする請求項１又は２記載
の半導体。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかの半導体を含ん
で構成される薄膜。 - 【請求項５】 請求項４の薄膜を用いて構成される薄膜
光電変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7037471A JPH08195501A (ja) | 1995-01-18 | 1995-01-18 | Ｉｂ−ＩＩＩｂ−ＶＩｂ族化合物半導体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7037471A JPH08195501A (ja) | 1995-01-18 | 1995-01-18 | Ｉｂ−ＩＩＩｂ−ＶＩｂ族化合物半導体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08195501A true JPH08195501A (ja) | 1996-07-30 |
Family
ID=12498450
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7037471A Pending JPH08195501A (ja) | 1995-01-18 | 1995-01-18 | Ｉｂ−ＩＩＩｂ−ＶＩｂ族化合物半導体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08195501A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6107562A (en) * | 1998-03-24 | 2000-08-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor thin film, method for manufacturing the same, and solar cell using the same |
| US6259016B1 (en) | 1999-03-05 | 2001-07-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Solar cell |
| US6534704B2 (en) | 2000-10-18 | 2003-03-18 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Solar cell |
| WO2011055537A1 (ja) * | 2009-11-06 | 2011-05-12 | 三菱マテリアル株式会社 | スパッタリングターゲット及びその製造方法 |
-
1995
- 1995-01-18 JP JP7037471A patent/JPH08195501A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6107562A (en) * | 1998-03-24 | 2000-08-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor thin film, method for manufacturing the same, and solar cell using the same |
| US6259016B1 (en) | 1999-03-05 | 2001-07-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Solar cell |
| US6534704B2 (en) | 2000-10-18 | 2003-03-18 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Solar cell |
| WO2011055537A1 (ja) * | 2009-11-06 | 2011-05-12 | 三菱マテリアル株式会社 | スパッタリングターゲット及びその製造方法 |
| EP2402482A1 (en) * | 2009-11-06 | 2012-01-04 | Mitsubishi Materials Corporation | Sputtering target and process for production thereof |
| CN102395702A (zh) * | 2009-11-06 | 2012-03-28 | 三菱综合材料株式会社 | 溅射靶及其制造方法 |
| EP2402482A4 (en) * | 2009-11-06 | 2012-03-28 | Mitsubishi Materials Corp | SPUTTERTARGET AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR |
| US8795489B2 (en) | 2009-11-06 | 2014-08-05 | Mitsubishi Materials Corporation | Sputtering target and method for producing the same |
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