JPH0936401A - 変換効率向上処理工程を有する薄膜太陽電池の製造 方法 - Google Patents
変換効率向上処理工程を有する薄膜太陽電池の製造 方法Info
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- JPH0936401A JPH0936401A JP7206706A JP20670695A JPH0936401A JP H0936401 A JPH0936401 A JP H0936401A JP 7206706 A JP7206706 A JP 7206706A JP 20670695 A JP20670695 A JP 20670695A JP H0936401 A JPH0936401 A JP H0936401A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光照射又はバイアス電圧印加のような簡単な
処理工程を施すことにより変換効率の良い薄膜太陽電池
を製造する。 【構成】 光吸収層として供されるｐ形の第１の多元化
合物半導体薄膜４と窓層として供されるｎ形の第２の金
属酸化物半導体薄膜６との間の界面層５としてII-VI 族
化合物半導体の中からイオウ含有混晶化合物薄膜、ZnSe
薄膜等からなる薄膜太陽電池１に光照射又は順バイアス
電圧印加のような簡単な処理工程を施すことにより変換
効率の良い薄膜太陽電池１を製造することができる。
処理工程を施すことにより変換効率の良い薄膜太陽電池
を製造する。 【構成】 光吸収層として供されるｐ形の第１の多元化
合物半導体薄膜４と窓層として供されるｎ形の第２の金
属酸化物半導体薄膜６との間の界面層５としてII-VI 族
化合物半導体の中からイオウ含有混晶化合物薄膜、ZnSe
薄膜等からなる薄膜太陽電池１に光照射又は順バイアス
電圧印加のような簡単な処理工程を施すことにより変換
効率の良い薄膜太陽電池１を製造することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は多元化合物半導体薄
膜を光吸収層として使用したヘテロ接合薄膜太陽電池、
特に光吸収層としてCu-III-VI2族カルコパイライト半導
体、例えばニセレン化銅インジウム(CIS) 、ニセレン化
銅インジウム・ガリウム(CIGS)あるいはニセレン・イオ
ウ化銅インジウム・ガリウム(CIGSS) のようなｐ形半導
体の光吸収層と、窓層としてｎ形の半導体透明導電膜と
を用い、これら光吸収層と窓層の界面に界面層（または
バッファー層）として透明で高抵抗を有する、主にII−
VI族化合物半導体薄膜を前記ｐ形半導体の光吸収層上に
作製した薄膜太陽電池の製造方法に関する。
膜を光吸収層として使用したヘテロ接合薄膜太陽電池、
特に光吸収層としてCu-III-VI2族カルコパイライト半導
体、例えばニセレン化銅インジウム(CIS) 、ニセレン化
銅インジウム・ガリウム(CIGS)あるいはニセレン・イオ
ウ化銅インジウム・ガリウム(CIGSS) のようなｐ形半導
体の光吸収層と、窓層としてｎ形の半導体透明導電膜と
を用い、これら光吸収層と窓層の界面に界面層（または
バッファー層）として透明で高抵抗を有する、主にII−
VI族化合物半導体薄膜を前記ｐ形半導体の光吸収層上に
作製した薄膜太陽電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】前記タイプの薄膜太陽電池は広範囲に実
用化可能であるとみなされ、米国特許第4335226 号明細
書（Michelsen 他による、1982年６月15日発行）に記載
され、かつ高い変換効率の薄膜太陽電池を提供するため
にCIS からなる光吸収層上にII−VI族化合物半導体薄膜
である硫化カドミウム(CdS) 層を成長することを開示し
ている。
用化可能であるとみなされ、米国特許第4335226 号明細
書（Michelsen 他による、1982年６月15日発行）に記載
され、かつ高い変換効率の薄膜太陽電池を提供するため
にCIS からなる光吸収層上にII−VI族化合物半導体薄膜
である硫化カドミウム(CdS) 層を成長することを開示し
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】光照射効果について
は、II−VI族化合物半導体薄膜の中で、ZnSeを界面層
（あるいはバッファー層）として使用したｐｎヘテロ接
合を有するCIGS薄膜太陽電池についての報告（例えば、
Japanese Journal of Applied Physics 33, No12 (199
4) 、Kushiya 他、）がある。ここでは、このように光
照射により薄膜太陽電池の出力特性が改善される場合
は、ｐｎヘテロ接合界面に何らかの問題があるというこ
とを指標している旨述べ、ｐｎヘテロ接合界面を改善す
ることで、このような光照射効果を示さない薄膜太陽電
池を作製することが重要であると結論している。
は、II−VI族化合物半導体薄膜の中で、ZnSeを界面層
（あるいはバッファー層）として使用したｐｎヘテロ接
合を有するCIGS薄膜太陽電池についての報告（例えば、
Japanese Journal of Applied Physics 33, No12 (199
4) 、Kushiya 他、）がある。ここでは、このように光
照射により薄膜太陽電池の出力特性が改善される場合
は、ｐｎヘテロ接合界面に何らかの問題があるというこ
とを指標している旨述べ、ｐｎヘテロ接合界面を改善す
ることで、このような光照射効果を示さない薄膜太陽電
池を作製することが重要であると結論している。
【０００４】ここ数年来、CIS 系薄膜太陽電池の変換効
率は大幅な向上を見せて来た。また、この材料系の薄膜
太陽電池からカドミウムのような有害性のある物質を原
則的に排除しようという試みが積極的に提案され実施さ
れて来た。しかしながら、カドミウム等の有害性のある
物質を含まない CIS系薄膜太陽電池で高い変換効率の薄
膜太陽電池を作製する試みは、ヘテロ接合界面の制御が
うまくできず成功していなかった。
率は大幅な向上を見せて来た。また、この材料系の薄膜
太陽電池からカドミウムのような有害性のある物質を原
則的に排除しようという試みが積極的に提案され実施さ
れて来た。しかしながら、カドミウム等の有害性のある
物質を含まない CIS系薄膜太陽電池で高い変換効率の薄
膜太陽電池を作製する試みは、ヘテロ接合界面の制御が
うまくできず成功していなかった。
【０００５】また、界面層は、５０nm以下と非常に薄い
こともあり、単膜での評価は難しく、同時にそのような
評価はあまり意味を持たない。そこでこの界面層の良否
を判定する方法としては、この層を光吸収層であるｐ形
の半導体薄膜上に形成した薄膜太陽電池を作製し、この
薄膜太陽電池の出力特性を測定し評価することが一般的
に行われている。
こともあり、単膜での評価は難しく、同時にそのような
評価はあまり意味を持たない。そこでこの界面層の良否
を判定する方法としては、この層を光吸収層であるｐ形
の半導体薄膜上に形成した薄膜太陽電池を作製し、この
薄膜太陽電池の出力特性を測定し評価することが一般的
に行われている。
【０００６】更に、界面層自体の高品質化およびｐ形の
半導体薄膜光吸収層上に界面層を作製した時のその界面
状態を最適化するためには、界面層自体の作製方法の開
発、薄膜光吸収層と界面層または窓層と界面層の間の界
面の接合状態における特性や効果を把握することが必要
であり、このような薄膜太陽電池は複雑な積層構造を有
するので、界面層のみを抽出して最適化するためには太
陽電池を構成する界面層以外の各層を安定に再現性良く
均一に作製することが必要である。
半導体薄膜光吸収層上に界面層を作製した時のその界面
状態を最適化するためには、界面層自体の作製方法の開
発、薄膜光吸収層と界面層または窓層と界面層の間の界
面の接合状態における特性や効果を把握することが必要
であり、このような薄膜太陽電池は複雑な積層構造を有
するので、界面層のみを抽出して最適化するためには太
陽電池を構成する界面層以外の各層を安定に再現性良く
均一に作製することが必要である。
【０００７】しかしながら、安定に再現性良く均一に作
製する薄膜太陽電池の作製技術の開発、複雑に積層され
た薄膜太陽電池の構造の設計と最適化、接合界面状態の
特性や効果の分析または把握等、前記課題を解決するに
は多大な開発項目、開発コストおよび時間を要するとい
う問題があった。
製する薄膜太陽電池の作製技術の開発、複雑に積層され
た薄膜太陽電池の構造の設計と最適化、接合界面状態の
特性や効果の分析または把握等、前記課題を解決するに
は多大な開発項目、開発コストおよび時間を要するとい
う問題があった。
【０００８】本発明の課題は、光照射あるいはバイアス
電圧印加のような簡単な変換効率向上のための処理工程
を用いることで、カドミウムを含む CIS系薄膜太陽電池
と同程度の変換効率を得るカドミウムを含まないヘテロ
接合薄膜太陽電池の製造方法を提供することである。
電圧印加のような簡単な変換効率向上のための処理工程
を用いることで、カドミウムを含む CIS系薄膜太陽電池
と同程度の変換効率を得るカドミウムを含まないヘテロ
接合薄膜太陽電池の製造方法を提供することである。
【０００９】本発明のもう一つの課題は、経済性に優
れ、再現性および歩留りの良い大量生産に適用可能な C
IS系薄膜太陽電池の製造方法を提供することである。
れ、再現性および歩留りの良い大量生産に適用可能な C
IS系薄膜太陽電池の製造方法を提供することである。
【００１０】本発明のもう一つの課題は、高い開放電圧
( VOC )を有する薄膜太陽電池の製造方法を提供するこ
とである。
( VOC )を有する薄膜太陽電池の製造方法を提供するこ
とである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、ヘテロ接合薄膜太陽電池を製造する方法に
おいて、金属裏面電極層上にｐ形の導電形を有する第１
の多元化合物半導体薄膜を作製し、前記第１の多元化合
物半導体薄膜上に透明で高抵抗を有する、主にII-VI 族
化合物半導体薄膜を成長させ、その上に前記第１の多元
化合物半導体薄膜の第１の導電形と反対の導電形を有す
る禁制帯幅が広くかつ透明で導電性を有する第２の金属
酸化物半導体薄膜を成長させて作製したヘテロ接合薄膜
太陽電池の製造方法であって、ソーラーシュミレーター
（地表の太陽光に相当する人工光を作製する装置）下に
おいて光照射する変換効率向上処理工程を有することを
特徴とする。
決するため、ヘテロ接合薄膜太陽電池を製造する方法に
おいて、金属裏面電極層上にｐ形の導電形を有する第１
の多元化合物半導体薄膜を作製し、前記第１の多元化合
物半導体薄膜上に透明で高抵抗を有する、主にII-VI 族
化合物半導体薄膜を成長させ、その上に前記第１の多元
化合物半導体薄膜の第１の導電形と反対の導電形を有す
る禁制帯幅が広くかつ透明で導電性を有する第２の金属
酸化物半導体薄膜を成長させて作製したヘテロ接合薄膜
太陽電池の製造方法であって、ソーラーシュミレーター
（地表の太陽光に相当する人工光を作製する装置）下に
おいて光照射する変換効率向上処理工程を有することを
特徴とする。
【００１２】更に、本発明は、前記課題を解決するた
め、ヘテロ接合薄膜太陽電池を製造する方法において、
金属裏面電極層上にｐ形の導電形を有する第１の多元化
合物半導体薄膜を作製し、前記第１の多元化合物半導体
薄膜上に透明で高抵抗を有する、主にII-VI 族化合物半
導体薄膜を成長させ、その上に前記第１の多元化合物半
導体薄膜の第１の導電形と反対の導電形を有する禁制帯
幅が広くかつ透明で導電性を有する第２の金属酸化物半
導体薄膜を成長させて作製したヘテロ接合薄膜太陽電池
の製造方法であって、光を当てない暗状態で順バイアス
電圧を加える変換効率向上処理工程を有することを特徴
とする。
め、ヘテロ接合薄膜太陽電池を製造する方法において、
金属裏面電極層上にｐ形の導電形を有する第１の多元化
合物半導体薄膜を作製し、前記第１の多元化合物半導体
薄膜上に透明で高抵抗を有する、主にII-VI 族化合物半
導体薄膜を成長させ、その上に前記第１の多元化合物半
導体薄膜の第１の導電形と反対の導電形を有する禁制帯
幅が広くかつ透明で導電性を有する第２の金属酸化物半
導体薄膜を成長させて作製したヘテロ接合薄膜太陽電池
の製造方法であって、光を当てない暗状態で順バイアス
電圧を加える変換効率向上処理工程を有することを特徴
とする。
【００１３】更に、本発明は、前記第１の多元化合物半
導体薄膜と第２の金属酸化物半導体薄膜の間の界面に透
明で高抵抗を有する主にII−VI族化合物半導体薄膜を、
構成元素を真空中で同時に供給する同時蒸着法、構成元
素を真空中で交互に供給する原子層成長法あるいは構成
元素を溶解した溶液中から常圧100 ゜Ｃ以下の温度で成
長する溶液成長法により第１の多元化合物半導体薄膜上
に成長させ、その後前記II−VI族化合物半導体薄膜を成
長させた第１の多元化合物半導体薄膜を大気中でアニー
ルして作製することを特徴とする。
導体薄膜と第２の金属酸化物半導体薄膜の間の界面に透
明で高抵抗を有する主にII−VI族化合物半導体薄膜を、
構成元素を真空中で同時に供給する同時蒸着法、構成元
素を真空中で交互に供給する原子層成長法あるいは構成
元素を溶解した溶液中から常圧100 ゜Ｃ以下の温度で成
長する溶液成長法により第１の多元化合物半導体薄膜上
に成長させ、その後前記II−VI族化合物半導体薄膜を成
長させた第１の多元化合物半導体薄膜を大気中でアニー
ルして作製することを特徴とする。
【００１４】更に、本発明は、窓層として供される禁制
帯幅が広くかつ透明で導電性を有する第２の金属酸化物
半導体薄膜が、ｎ形酸化亜鉛であることを特徴とする。
帯幅が広くかつ透明で導電性を有する第２の金属酸化物
半導体薄膜が、ｎ形酸化亜鉛であることを特徴とする。
【００１５】更に、本発明は、光吸収層として供される
第１の多元化合物半導体薄膜がニセレン化銅インジウ
ム、ニセレン化銅インジウム・ガリウムあるいはニセレ
ン・イオウ化銅インジウム・ガリウムからなることを特
徴とする。
第１の多元化合物半導体薄膜がニセレン化銅インジウ
ム、ニセレン化銅インジウム・ガリウムあるいはニセレ
ン・イオウ化銅インジウム・ガリウムからなることを特
徴とする。
【００１６】更に、本発明は、光吸収層として供される
第１の多元化合物半導体薄膜上の界面層（あるいはバッ
ファー層）として供される透明で高抵抗を有し主にII−
VI族化合物半導体薄膜が、硫化カドミウム、セレン化亜
鉛あるいは酸素、イオウ及び水酸基を含んだ亜鉛混晶化
合物等からなることを特徴とする。
第１の多元化合物半導体薄膜上の界面層（あるいはバッ
ファー層）として供される透明で高抵抗を有し主にII−
VI族化合物半導体薄膜が、硫化カドミウム、セレン化亜
鉛あるいは酸素、イオウ及び水酸基を含んだ亜鉛混晶化
合物等からなることを特徴とする。
【００１７】更に、本発明は、第１の多元化合物半導体
薄膜上に成長させた、硫化カドミウム、セレン化亜鉛あ
るいは酸素、イオウ及び水酸基を含んだ亜鉛混晶化合物
の作製方法が、構成元素を真空中で同時に供給する同時
蒸着法、構成元素を真空中で交互に供給する原子層成長
法あるいは構成元素を溶解した溶液中から常圧100 ゜Ｃ
以下の温度で成長する溶液成長法であり、その後成長さ
せたII−VI族化合物半導体薄膜を基板である第１の多元
化合物半導体薄膜と共に、100 ゜Ｃ以上の温度で大気中
においてアニールして作製することを特徴とする。
薄膜上に成長させた、硫化カドミウム、セレン化亜鉛あ
るいは酸素、イオウ及び水酸基を含んだ亜鉛混晶化合物
の作製方法が、構成元素を真空中で同時に供給する同時
蒸着法、構成元素を真空中で交互に供給する原子層成長
法あるいは構成元素を溶解した溶液中から常圧100 ゜Ｃ
以下の温度で成長する溶液成長法であり、その後成長さ
せたII−VI族化合物半導体薄膜を基板である第１の多元
化合物半導体薄膜と共に、100 ゜Ｃ以上の温度で大気中
においてアニールして作製することを特徴とする。
【００１８】更に、本発明は、前記変換効率向上処理工
程が、ソーラーシュミレーター（地表の太陽光に相当す
る人工光を作製する装置）下において照射時間１時間以
上、エアーマス（AM）1.5 、照射強度100mW/cm2 の人工
光を照射することを特徴とする。
程が、ソーラーシュミレーター（地表の太陽光に相当す
る人工光を作製する装置）下において照射時間１時間以
上、エアーマス（AM）1.5 、照射強度100mW/cm2 の人工
光を照射することを特徴とする。
【００１９】更に、本発明は、前記変換効率向上処理工
程が、前記薄膜太陽電池の開放電圧付近の電圧あるいは
1V以下の順バイアス電圧を光を当てていない暗状態で15
分以上加えることを特徴とする。
程が、前記薄膜太陽電池の開放電圧付近の電圧あるいは
1V以下の順バイアス電圧を光を当てていない暗状態で15
分以上加えることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】次に図面を参照して、本発明の実
施の形態を説明する。
施の形態を説明する。
【００２１】図１に、本発明の薄膜太陽電池の構造例を
示す。薄膜太陽電池１は１〜３mm厚さを有するガラス基
板２上に形成される。裏面電極３は、前記ガラス基板上
に作製される１〜２ミクロンの厚さのモリブデンあるい
はチタン等の金属である。光吸収層４として供される第
１の半導体薄膜は、ｐ形の導電形を有するCu-III-VI2族
カルコパイライト構造の厚さ１〜３ミクロンの薄膜、例
えば、CIS 、CIGS、CIGSS 等の多元化合物半導体薄膜で
ある。この薄膜上に、以下に記載するような高抵抗の主
にII-VI 族化合物半導体薄膜５が界面層（あるいはバッ
ファー層）として形成される。その上に、窓層６として
供されるｎ形の導電形を有する禁制帯幅が広くかつ透明
で導電性を有する厚さ０．５〜３ミクロンの酸化亜鉛か
らなる第２の金属酸化物半導体薄膜が形成される。上部
電極あるいはスクライブライン７は、ｎ形酸化亜鉛の露
出表面に場合により作製される。
示す。薄膜太陽電池１は１〜３mm厚さを有するガラス基
板２上に形成される。裏面電極３は、前記ガラス基板上
に作製される１〜２ミクロンの厚さのモリブデンあるい
はチタン等の金属である。光吸収層４として供される第
１の半導体薄膜は、ｐ形の導電形を有するCu-III-VI2族
カルコパイライト構造の厚さ１〜３ミクロンの薄膜、例
えば、CIS 、CIGS、CIGSS 等の多元化合物半導体薄膜で
ある。この薄膜上に、以下に記載するような高抵抗の主
にII-VI 族化合物半導体薄膜５が界面層（あるいはバッ
ファー層）として形成される。その上に、窓層６として
供されるｎ形の導電形を有する禁制帯幅が広くかつ透明
で導電性を有する厚さ０．５〜３ミクロンの酸化亜鉛か
らなる第２の金属酸化物半導体薄膜が形成される。上部
電極あるいはスクライブライン７は、ｎ形酸化亜鉛の露
出表面に場合により作製される。
【００２２】前記本発明の薄膜太陽電池においては、光
吸収層であるｐ形のCu-III-VI2族カルコパイライト構造
を有する第１の半導体薄膜と窓層であるｎ形の第２の半
導体透明導電膜との界面に、界面層としてII-VI 族系化
合物半導体の中から、特に、亜鉛化合物、即ち「イオウ
を含んだ亜鉛混晶化合物薄膜」、「ZnSe薄膜」等を光吸
収層であるｐ形の第１の半導体薄膜上に形成する過程で
界面に欠陥（または再結合準位）が発生し、この欠陥
（または再結合準位）が薄膜太陽電池の開放電圧および
変換効率の低下に影響しているものと推測される。従っ
て、この欠陥（または再結合準位）を消滅させることが
必要である。
吸収層であるｐ形のCu-III-VI2族カルコパイライト構造
を有する第１の半導体薄膜と窓層であるｎ形の第２の半
導体透明導電膜との界面に、界面層としてII-VI 族系化
合物半導体の中から、特に、亜鉛化合物、即ち「イオウ
を含んだ亜鉛混晶化合物薄膜」、「ZnSe薄膜」等を光吸
収層であるｐ形の第１の半導体薄膜上に形成する過程で
界面に欠陥（または再結合準位）が発生し、この欠陥
（または再結合準位）が薄膜太陽電池の開放電圧および
変換効率の低下に影響しているものと推測される。従っ
て、この欠陥（または再結合準位）を消滅させることが
必要である。
【００２３】前記本発明の薄膜太陽電池に、予め光照射
または順バイアス電圧を印加することにより、少数キャ
リアである電子が発生し、この電子が前記光吸収層と界
面層の接合界面付近に存在する欠陥（または再結合準
位）に入り込みそれを埋めることで欠陥（または再結合
準位）の数を大幅に減少または消滅させる。その結果、
界面での欠陥（または再結合準位）が電気的特性に顕著
な悪影響を与え難い界面即ち、欠陥（または再結合準
位）の数が少ない界面を使用した薄膜太陽電池と同等の
変換効率を得ることを発見した。
または順バイアス電圧を印加することにより、少数キャ
リアである電子が発生し、この電子が前記光吸収層と界
面層の接合界面付近に存在する欠陥（または再結合準
位）に入り込みそれを埋めることで欠陥（または再結合
準位）の数を大幅に減少または消滅させる。その結果、
界面での欠陥（または再結合準位）が電気的特性に顕著
な悪影響を与え難い界面即ち、欠陥（または再結合準
位）の数が少ない界面を使用した薄膜太陽電池と同等の
変換効率を得ることを発見した。
【００２４】次に、前記薄膜太陽電池に光照射および順
バイアス電圧を印加した場合の薄膜太陽電池の特性（開
放電圧ＶOC、曲性因子ＦＦおよび変換効率ＥF ）につい
て述べる。
バイアス電圧を印加した場合の薄膜太陽電池の特性（開
放電圧ＶOC、曲性因子ＦＦおよび変換効率ＥF ）につい
て述べる。
【００２５】イオウ含有亜鉛混晶化合物半導体薄膜界面
層（あるいはバッファー層）を、溶液成長法で作製した
ＣＩＳ系薄膜太陽電池（図１参照）にソーラーシュミレ
ーター下においてエアーマス（AM）1.5 、照射強度100m
W/cm2 の人工光を所定時間光照射した後、ソーラーシュ
ミレーター下においてエアーマス（AM）1.5 、照射強度
100mW/cm2 の人工光を光照射して測定した場合の出力特
性を図２に示す。これより、光照射効果によりＣＩＳ系
薄膜太陽電池の開放電圧ＶOCおよび曲性因子ＦＦ等の出
力特性が大きく改善され、その結果、光照射時間が６０
分間では１２％程度の高い変換効率ＥF が得られる。
層（あるいはバッファー層）を、溶液成長法で作製した
ＣＩＳ系薄膜太陽電池（図１参照）にソーラーシュミレ
ーター下においてエアーマス（AM）1.5 、照射強度100m
W/cm2 の人工光を所定時間光照射した後、ソーラーシュ
ミレーター下においてエアーマス（AM）1.5 、照射強度
100mW/cm2 の人工光を光照射して測定した場合の出力特
性を図２に示す。これより、光照射効果によりＣＩＳ系
薄膜太陽電池の開放電圧ＶOCおよび曲性因子ＦＦ等の出
力特性が大きく改善され、その結果、光照射時間が６０
分間では１２％程度の高い変換効率ＥF が得られる。
【００２６】ＺｎＳｅ界面層（あるいはバッファー層）
を有するＣＩＧＳ薄膜太陽電池にソーラーシュミレータ
ー下においてエアーマス（AM）1.5 、照射強度100mW/cm
2 の人工光を光照射した後、ソーラーシュミレーター下
においてエアーマス（AM）1.5 、照射強度100mW/cm2 の
人工光を光照射して測定した場合の出力特性を図３に示
す。これより、光照射効果により前記薄膜太陽電池の開
放電圧ＶOCおよび曲性因子ＦＦ等の出力特性が大きく改
善され、その結果、光照射時間６０分間では１２％程度
（１１．６％）の高い変換効率ＥF が得られる。
を有するＣＩＧＳ薄膜太陽電池にソーラーシュミレータ
ー下においてエアーマス（AM）1.5 、照射強度100mW/cm
2 の人工光を光照射した後、ソーラーシュミレーター下
においてエアーマス（AM）1.5 、照射強度100mW/cm2 の
人工光を光照射して測定した場合の出力特性を図３に示
す。これより、光照射効果により前記薄膜太陽電池の開
放電圧ＶOCおよび曲性因子ＦＦ等の出力特性が大きく改
善され、その結果、光照射時間６０分間では１２％程度
（１１．６％）の高い変換効率ＥF が得られる。
【００２７】同じくＺｎＳｅ界面層（あるいはバッファ
ー層）を有するＣＩＧＳ薄膜太陽電池に光を照射しない
暗状態で０．５Ｖの順バイアス電圧を印加した後、ソー
ラーシュミレーター下においてエアーマス（AM）1.5 、
照射強度100mW/cm2 の人工光を光照射して測定した場合
の出力特性を図４に示す。これより、バイアス電圧の印
加により前記薄膜太陽電池の変換効率ＥF はその印加時
間とともに向上し、前記印加時間が３０分間乃至６０分
間で１１％を超える高い変換効率が得られる。
ー層）を有するＣＩＧＳ薄膜太陽電池に光を照射しない
暗状態で０．５Ｖの順バイアス電圧を印加した後、ソー
ラーシュミレーター下においてエアーマス（AM）1.5 、
照射強度100mW/cm2 の人工光を光照射して測定した場合
の出力特性を図４に示す。これより、バイアス電圧の印
加により前記薄膜太陽電池の変換効率ＥF はその印加時
間とともに向上し、前記印加時間が３０分間乃至６０分
間で１１％を超える高い変換効率が得られる。
【００２８】以上のように、前記本発明においては、図
５に示すように薄膜太陽電池１に人工光源５２により予
め光照射するか、または図６に示すように薄膜太陽電池
１に２次電池（または直流電源）６２により順バイアス
電圧を印加するという、変換効率向上のための処理工程
を用いることにより、前記光吸収層と界面層の接合界面
付近に欠陥（または再結合準位）が一定量以上存在する
薄膜太陽電池の変換効率が向上し、欠陥（または再結合
準位）の数が少ない界面を使用した薄膜太陽電池と同等
の変換効率を得ることができる。
５に示すように薄膜太陽電池１に人工光源５２により予
め光照射するか、または図６に示すように薄膜太陽電池
１に２次電池（または直流電源）６２により順バイアス
電圧を印加するという、変換効率向上のための処理工程
を用いることにより、前記光吸収層と界面層の接合界面
付近に欠陥（または再結合準位）が一定量以上存在する
薄膜太陽電池の変換効率が向上し、欠陥（または再結合
準位）の数が少ない界面を使用した薄膜太陽電池と同等
の変換効率を得ることができる。
【００２９】変換効率向上のための処理工程を用いたこ
とによる効果は、光吸収層であるｐ形のCu-III-VI2カル
コパイト構造を有する第１の半導体薄膜と窓層であるｎ
形の第３の半導体透明導電膜との界面に、界面層として
II-VI 族系化合物半導体の中から、特に、亜鉛化合物即
ち、「イオウを含んだ亜鉛混晶化合物薄膜」、「ZnSe薄
膜」等を光吸収層であるｐ形のCu-III-VI2カルコパイト
構造を有する第１の半導体薄膜上に形成した構造の薄膜
太陽電池において顕著に現れる。
とによる効果は、光吸収層であるｐ形のCu-III-VI2カル
コパイト構造を有する第１の半導体薄膜と窓層であるｎ
形の第３の半導体透明導電膜との界面に、界面層として
II-VI 族系化合物半導体の中から、特に、亜鉛化合物即
ち、「イオウを含んだ亜鉛混晶化合物薄膜」、「ZnSe薄
膜」等を光吸収層であるｐ形のCu-III-VI2カルコパイト
構造を有する第１の半導体薄膜上に形成した構造の薄膜
太陽電池において顕著に現れる。
【００３０】前記変換効率向上のための処理工程におい
て、光照射の場合は、通常の人工光であるエアーマス
（AM）1.5 、照射強度100mW/cm2 の光量を３０〜６０分
間程度、有利には６０分間照射することが好ましい。同
じく、順バイアス電圧の印加の場合には、０．５〜１．
０Ｖ、有利には０．５Ｖを印加したまま暗状態で１５分
間放置することが好ましい。
て、光照射の場合は、通常の人工光であるエアーマス
（AM）1.5 、照射強度100mW/cm2 の光量を３０〜６０分
間程度、有利には６０分間照射することが好ましい。同
じく、順バイアス電圧の印加の場合には、０．５〜１．
０Ｖ、有利には０．５Ｖを印加したまま暗状態で１５分
間放置することが好ましい。
【００３１】本発明の薄膜太陽電池は、ソーラーシュミ
レーター下においてエアーマス（AM）1.5 、照射強度10
0mW/cm2 の人工光を１時間以上光照射するか、あるいは
１Ｖ以下の順バイアス電圧を光を照射しない暗状態で１
５分以上印加する段階を経た後、ソーラーシュミレータ
ー下において１時間以上エアーマス（AM）1.5 、照射強
度100mW/cm2 の人工光を光照射して太陽電池の出力特性
を測定した時、主に開放電圧ＶOCと曲性因子ＦＦの改善
により変換効率ＥF が大きく向上することを特徴とす
る。
レーター下においてエアーマス（AM）1.5 、照射強度10
0mW/cm2 の人工光を１時間以上光照射するか、あるいは
１Ｖ以下の順バイアス電圧を光を照射しない暗状態で１
５分以上印加する段階を経た後、ソーラーシュミレータ
ー下において１時間以上エアーマス（AM）1.5 、照射強
度100mW/cm2 の人工光を光照射して太陽電池の出力特性
を測定した時、主に開放電圧ＶOCと曲性因子ＦＦの改善
により変換効率ＥF が大きく向上することを特徴とす
る。
【００３２】
【実施例】前記実施の形態においては、前記変換効率向
上のための処理工程として、光照射または順バイアス電
圧の印加による効果をを夫々単独に用いたが、他の方法
としてこれら光照射および順バイアス電圧の印加を組み
合わせることにより太陽電池の出力特性向上することも
できる。
上のための処理工程として、光照射または順バイアス電
圧の印加による効果をを夫々単独に用いたが、他の方法
としてこれら光照射および順バイアス電圧の印加を組み
合わせることにより太陽電池の出力特性向上することも
できる。
【００３３】また、前記変換効率向上のための処理工程
を用いた薄膜太陽電池は、可逆的にこの性質が現れる特
性を利用した光量測定用センサーおよび光照射による電
流あるいは電圧の変化を利用した受光スイッチング装置
素子としての応用も可能である。
を用いた薄膜太陽電池は、可逆的にこの性質が現れる特
性を利用した光量測定用センサーおよび光照射による電
流あるいは電圧の変化を利用した受光スイッチング装置
素子としての応用も可能である。
【００３４】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、従来か
らの硫化カドミウムをその構成材料として含むＣＩＳ系
薄膜太陽電池のカドミウムの有害性に関係した課題が解
決し、簡単かつ安価な変換効率向上のための処理工程の
付加により高変換効率の薄膜太陽電池を製造することが
可能になり、薄膜太陽電池を製造する際の歩留りも向上
し、その結果、薄膜太陽電池自体のコストを低減するこ
とができる。
らの硫化カドミウムをその構成材料として含むＣＩＳ系
薄膜太陽電池のカドミウムの有害性に関係した課題が解
決し、簡単かつ安価な変換効率向上のための処理工程の
付加により高変換効率の薄膜太陽電池を製造することが
可能になり、薄膜太陽電池を製造する際の歩留りも向上
し、その結果、薄膜太陽電池自体のコストを低減するこ
とができる。
【図１】本発明の実施の形態における薄膜太陽電池の構
成を示す断面図である。
成を示す断面図である。
【図２】イオウ含有亜鉛混晶化合物半導体薄膜界面層を
有する CIS系薄膜太陽電池の特性に及ぼす光照射効果を
示す図である。
有する CIS系薄膜太陽電池の特性に及ぼす光照射効果を
示す図である。
【図３】ＺｎＳｅ界面層を有するＣＩＧＳ薄膜太陽電池
の特性に及ぼす光照射効果を示す図である。
の特性に及ぼす光照射効果を示す図である。
【図４】ＺｎＳｅ界面層を有するＣＩＧＳ薄膜太陽電池
の特性に及ぼすバイアス電圧印加による効果を示す図で
ある。
の特性に及ぼすバイアス電圧印加による効果を示す図で
ある。
【図５】本発明の薄膜太陽電池の製造方法において、変
換効率向上のための処理工程として人工光を照射する場
合の概略構成図である。
換効率向上のための処理工程として人工光を照射する場
合の概略構成図である。
【図６】本発明の薄膜太陽電池の製造方法において、変
換効率向上のための処理工程としてバイアス電圧を印加
する場合の概略構成図である。
換効率向上のための処理工程としてバイアス電圧を印加
する場合の概略構成図である。
１ 薄膜太陽電池 ２ 基板 ３ 裏面電極 ４ 光吸収層（ｐ形半導体） ５ 界面層（あるいはバツファー層） ６ 窓層（ｎ形半導体） ７ 上部電極あるいはスクライブライン
Claims (9)
- 【請求項１】 ヘテロ接合薄膜太陽電池を製造する方法
において、金属裏面電極層上にｐ形の導電形を有する第
１の多元化合物半導体薄膜を作製し、前記第１の多元化
合物半導体薄膜上に透明で高抵抗を有する、主にII-VI
族化合物半導体薄膜を成長させ、その上に前記第１の多
元化合物半導体薄膜の第１の導電形と反対の導電形を有
する禁制帯幅が広くかつ透明で導電性を有する第２の金
属酸化物半導体薄膜を成長させて作製したヘテロ接合薄
膜太陽電池の製造方法であって、ソーラーシュミレータ
ー（地表の太陽光に相当する人工光を作製する装置）下
において光照射する変換効率向上処理工程を有すること
を特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項２】 ヘテロ接合薄膜太陽電池を製造する方法
において、金属裏面電極層上にｐ形の導電形を有する第
１の多元化合物半導体薄膜を作製し、前記第１の多元化
合物半導体薄膜上に透明で高抵抗を有する、主にII-VI
族化合物半導体薄膜を成長させ、その上に前記第１の多
元化合物半導体薄膜の第１の導電形と反対の導電形を有
する禁制帯幅が広くかつ透明で導電性を有する第２の金
属酸化物半導体薄膜を成長させて作製したヘテロ接合薄
膜太陽電池の製造方法であって、光を当てない暗状態で
順バイアス電圧を加える変換効率向上処理工程を有する
ことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項３】 前記第１の多元化合物半導体薄膜と第２
の金属酸化物半導体薄膜の間の界面に透明で高抵抗を有
する主にII−VI族化合物半導体薄膜を、構成元素を真空
中で同時に供給する同時蒸着法、構成元素を真空中で交
互に供給する原子層成長法あるいは構成元素を溶解した
溶液中から常圧100 ゜Ｃ以下の温度で成長する溶液成長
法により第１の多元化合物半導体薄膜上に成長させ、そ
の後前記II−VI族化合物半導体薄膜を成長させた第１の
多元化合物半導体薄膜を大気中でアニールして作製する
ことを特徴とする請求項１または２記載の薄膜太陽電池
の製造方法。 - 【請求項４】 窓層として供される禁制帯幅が広くかつ
透明で導電性を有する第２の金属酸化物半導体薄膜が、
ｎ形酸化亜鉛であることを特徴とする請求項１または２
記載の薄膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項５】 光吸収層として供される第１の多元化合
物半導体薄膜がニセレン化銅インジウム、ニセレン化銅
インジウム・ガリウムあるいはニセレン・イオウ化銅イ
ンジウム・ガリウムからなることを特徴とする請求項１
または２記載の薄膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項６】 光吸収層として供される第１の多元化合
物半導体薄膜上の界面層（あるいはバッファー層）とし
て供される透明で高抵抗を有し主にII−VI族化合物半導
体薄膜が、硫化カドミウム、セレン化亜鉛あるいは酸
素、イオウ及び水酸基を含んだ亜鉛混晶化合物等からな
ることを特徴とする請求項１、２または３記載の薄膜太
陽電池の製造方法。 - 【請求項７】 第１の多元化合物半導体薄膜上に成長さ
せた、硫化カドミウム、セレン化亜鉛あるいは酸素、イ
オウ及び水酸基を含んだ亜鉛混晶化合物の作製方法が、
構成元素を真空中で同時に供給する同時蒸着法、構成元
素を真空中で交互に供給する原子層成長法あるいは構成
元素を溶解した溶液中から常圧100 ゜Ｃ以下の温度で成
長する溶液成長法であり、その後成長させたII−VI族化
合物半導体薄膜を基板である第１の多元化合物半導体薄
膜と共に、100 ゜Ｃ以上の温度で大気中においてアニー
ルして作製することを特徴とする請求項６記載の薄膜太
陽電池の製造方法。 - 【請求項８】 前記変換効率向上処理工程が、ソーラー
シュミレーター（地表の太陽光に相当する人工光を作製
する装置）下において照射時間１時間以上、エアーマス
（AM）1.5 、照射強度100mW/cm2 の人工光を照射するこ
とを特徴とする請求項１記載の薄膜太陽電池の製造方
法。 - 【請求項９】 前記変換効率向上処理工程が、前記薄膜
太陽電池の開放電圧付近の電圧あるいは1V以下の順バイ
アス電圧を光を当てていない暗状態で15分以上加えるこ
とを特徴とする請求項２記載の薄膜太陽電池の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7206706A JPH0936401A (ja) | 1995-07-21 | 1995-07-21 | 変換効率向上処理工程を有する薄膜太陽電池の製造 方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7206706A JPH0936401A (ja) | 1995-07-21 | 1995-07-21 | 変換効率向上処理工程を有する薄膜太陽電池の製造 方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0936401A true JPH0936401A (ja) | 1997-02-07 |
Family
ID=16527774
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7206706A Pending JPH0936401A (ja) | 1995-07-21 | 1995-07-21 | 変換効率向上処理工程を有する薄膜太陽電池の製造 方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0936401A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001053297A (ja) * | 1999-08-05 | 2001-02-23 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | 太陽電池の短絡部除去装置および短絡部除去方法 |
| JP2005333080A (ja) * | 2004-05-21 | 2005-12-02 | Honda Motor Co Ltd | カルコパイライト型太陽電池の特性評価方法 |
| JP2012253239A (ja) * | 2011-06-03 | 2012-12-20 | Showa Shell Sekiyu Kk | Ｃｚｔｓ系薄膜太陽電池の製造方法 |
| CN112086541A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-12-15 | 苏州光汇新能源科技有限公司 | N型太阳能电池的后处理方法 |
-
1995
- 1995-07-21 JP JP7206706A patent/JPH0936401A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001053297A (ja) * | 1999-08-05 | 2001-02-23 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | 太陽電池の短絡部除去装置および短絡部除去方法 |
| JP2005333080A (ja) * | 2004-05-21 | 2005-12-02 | Honda Motor Co Ltd | カルコパイライト型太陽電池の特性評価方法 |
| JP4523333B2 (ja) * | 2004-05-21 | 2010-08-11 | 本田技研工業株式会社 | カルコパイライト型太陽電池の特性評価方法 |
| JP2012253239A (ja) * | 2011-06-03 | 2012-12-20 | Showa Shell Sekiyu Kk | Ｃｚｔｓ系薄膜太陽電池の製造方法 |
| CN112086541A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-12-15 | 苏州光汇新能源科技有限公司 | N型太阳能电池的后处理方法 |
| CN112086541B (zh) * | 2020-03-20 | 2022-07-26 | 苏州光汇新能源科技有限公司 | N型太阳能电池的后处理方法 |
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