JP2012204482A - Photoelectric conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、I−III−VI族化合物を含む光電変換装置に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion device including a I-III-VI group compound.
太陽光発電等に使用される光電変換装置として、CIGS等といったカルコパイライト構造のI−III−VI族化合物半導体によって光吸収層が形成されたものがある(例えば、特許文献1)。カルコパイライト構造のI−III−VI族化合物半導体は、光吸収係数が高く、光電変換装置の薄型化と大面積化と製造コストの抑制とに適しており、カルコパイライト構造のI−III−VI族化合物半導体を用いた次世代太陽電池の研究開発が進められている。 As a photoelectric conversion device used for solar power generation or the like, there is one in which a light absorption layer is formed of a chalcopyrite structure I-III-VI group compound semiconductor such as CIGS (for example, Patent Document 1). The chalcopyrite-structured I-III-VI compound semiconductor has a high light absorption coefficient and is suitable for reducing the thickness, area, and manufacturing cost of the photoelectric conversion device. The chalcopyrite-structured I-III-VI Research and development of next-generation solar cells using Group III compound semiconductors is underway.
このような光電変換装置は、ガラス等の基板の上に、Mo等の下部電極と、光吸収層と、イオウ含有亜鉛混晶化合物等のバッファ層と、ZnO等の上部電極とが、この順に積層されて構成されている。このバッファ層は、光吸収層上にCBD(Chemical Bath Deposition)法によって結晶成長されることにより形成されている。 In such a photoelectric conversion device, a lower electrode such as Mo, a light absorption layer, a buffer layer such as a sulfur-containing zinc mixed crystal compound, and an upper electrode such as ZnO are arranged in this order on a substrate such as glass. It is configured by stacking. This buffer layer is formed by crystal growth on the light absorption layer by a CBD (Chemical Bath Deposition) method.
光電変換装置はさらなる変換効率の向上が要求されている。この変換効率は、光電変換装置において光のエネルギーが電気エネルギーに変換される割合を示し、例えば、光電変換装置から出力される電気エネルギーの値が、光電変換装置に入射される光のエネルギーの値で除されて、100が乗じられることで導出される。 The photoelectric conversion device is required to further improve the conversion efficiency. This conversion efficiency indicates the rate at which light energy is converted into electrical energy in the photoelectric conversion device. For example, the value of electrical energy output from the photoelectric conversion device is the value of light energy incident on the photoelectric conversion device. Divided by 100 and multiplied by 100.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、光電変換装置における変換効率の向上を図ることを目的とする The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to improve conversion efficiency in a photoelectric conversion device.
本発明の一実施形態に係る光電変換装置は、カルコパイライト構造のI−III−VI族化合物を含む光吸収層と、該光吸収層上に位置するアモルファスまたは微結晶構造のIII−VI族化合物を含む中間層と、該中間層上に位置する結晶構造を有するVI族化合物を含むバッファ層とを備えることを特徴とする。 A photoelectric conversion device according to an embodiment of the present invention includes a light absorption layer containing a chalcopyrite structure I-III-VI group compound, and an amorphous or microcrystalline structure III-VI group compound located on the light absorption layer And a buffer layer containing a group VI compound having a crystal structure located on the intermediate layer.
本発明によれば、中間層の存在によって光吸収層とバッファ層との接合が良好となり、光電変換装置における変換効率が向上する。 According to the present invention, the presence of the intermediate layer improves the bonding between the light absorption layer and the buffer layer, and the conversion efficiency in the photoelectric conversion device is improved.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、図面においては同様な構成および機能を有する部分については同一符号が付されており、下記説明では重複説明が省略される。また、図面は模式的に示されたものであり、各図における各種構造のサイズおよび位置関係等は正確に図示されたものではない。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, parts having similar configurations and functions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted in the following description. Further, the drawings are schematically shown, and the sizes, positional relationships, and the like of various structures in the drawings are not accurately illustrated.
<(1)光電変換装置の構成>
図1は、光電変換装置21の構成を示す上面図である。図2は、図1の光電変換装置21の断面図である。
<(1) Configuration of photoelectric conversion device>
FIG. 1 is a top view illustrating a configuration of the
光電変換装置21は、基板1の上に複数の光電変換セル20が並設された構成を有している。図1では、図示の都合上、2つの光電変換セル20のみが示されているが、実際の光電変換装置21には、図面の左右方向に、多数の光電変換セル20が平面的に(二次元的に)配列されている。
The
各光電変換セル20は、下部電極層2、光吸収層3、中間層4、バッファ層5、上部電極層6、およびグリッド電極7を主に備えている。光電変換装置21では、上部電極層6およびグリッド電極7が設けられた側の主面が受光面となっている。また、光電変換装置21には、第1〜3溝部P1,P2,P3といった3種類の溝部が設けられている。
Each
基板1は、複数の光電変換セル20を支持するものであり、例えば、ガラス、セラミックス、樹脂、または金属等の材料で構成されている。ここでは、基板1が、1〜3mm程度の厚さを有する青板ガラス(ソーダライムガラス)で構成されているものとする。
The substrate 1 supports the plurality of
下部電極層2は、基板1の一主面の上に設けられた導電層であり、例えば、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、または金(Au)等の金属を含む。あるいはこれらの金属の積層構造体であってもよい。また、下部電極層2は、0.2〜1μm程度の厚さを有し、例えば、スパッタリング法または蒸着法等の公知の薄膜形成方法によって形成される。
The
光吸収層3は、下部電極層2の一主面の上に設けられた、第1の導電型(ここではp型の導電型)を有する半導体層であり、1〜3μm程度の厚さを有している。光吸収層3は、カルコパイライト構造のI−III−VI族化合物を主として含む半導体層である。なお、ここでは、光吸収層3は、p型の導電型を有するカルコパイライト構造のI−III−VI族化合物によって主として構成されているものとする。
The
ここで、I−III−VI族化合物は、I−B族元素(11族元素とも言う)とIII−B族元素(13族元素とも言う)とVI−B族元素(16族元素とも言う)との化合物である。そして、I−III−VI族化合物としては、例えば、CuInSe2(二セレン化銅インジウム、CISとも言う)、Cu(In,Ga)Se2(二セレン化銅インジウム・ガリウム、CIGSとも言う)、Cu(In,Ga)(Se,S)2(二セレン・イオウ化銅インジウム・ガリウム、CIGSSとも言う)等が挙げられる。なお、光吸収層3は、薄膜の二セレン・イオウ化銅インジウム・ガリウム層を表面層として有する二セレン化銅インジウム・ガリウム等の多元化合物半導体の薄膜によって構成されていても良い。なお、ここでは、光吸収層3が、CIGSによって構成されているものとする。
Here, the I-III-VI group compound includes a group IB element (also referred to as a group 11 element), a group III-B element (also referred to as a group 13 element), and a group VI-B element (also referred to as a group 16 element). And the compound. Examples of the I-III-VI group compound include CuInSe 2 (also referred to as copper indium diselenide, CIS), Cu (In, Ga) Se 2 (also referred to as copper indium diselenide / gallium, CIGS), Cu (In, Ga) (Se, S) 2 (also referred to as diselene, copper indium gallium sulfide, gallium, CIGSS), and the like can be given. The
このような光吸収層3は、例えば、次のようにして作製される。先ず、下部電極層2上
に、蒸着またはスパッタリング等の方法によってI−B族元素およびIII−B族元素が供給されて前駆体層が形成される。あるいは下部電極層2上に、I−B族元素およびIII−B族元素を含む原料溶液が塗布されることによって前駆体層が形成される。なお、これらの前駆体層にはVI−B族元素が含まれていても良い。これらの前駆体層は、異なる組成比の複数の積層体であってもよい。そして、この前駆体層がカルコゲン元素を含む雰囲気下で加熱されることによって、I−III−VI族化合物が形成される。なお、カルコゲン元素とは、VI−B族元素のうちS、Se、Teをいう。
Such a
後述する中間層4が良好に形成されるという観点からは、光吸収層3は、有機配位子と金属元素との錯体化合物を含む原料溶液が用いられて前駆体層が形成され、この前駆体層が加熱されることによって形成されてもよい。このような有機配位子を含む前駆体層は、加熱されても有機成分が何らかの状態で光吸収層3中に残存しやすくなる。このような有機成分の残存物を有する光吸収層3上に中間層4が形成されると、残存物が中間層4の結晶化を抑制するため、中間層4がアモルファスあるいは微結晶構造の状態となりやすくなる。
From the viewpoint that the intermediate layer 4 described later is formed satisfactorily, the
光吸収層3の形成を良好にするとともに中間層4の形成を良好にするという観点からは、上記有機配位子はカルコゲン元素含有有機化合物であってもよい。カルコゲン元素含有有機化合物とは、カルコゲン元素と炭素との結合を有する有機化合物である。例えば、チオール、スルフィド、ジスルフィド、チオフェン、スルホキシド、スルホン、チオケトン、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホン酸アミド、セレノール、セレニド、ジセレニド、セレノキシド、セレノン、テルロール、テルリド、ジテルリド等がある。特に、配位力が高く金属元素と安定な錯体を形成しやすいという観点からは、チオール、スルフィド、ジスルフィド、セレノール、セレニド、ジセレニド、テルロール、テルリド、ジテルリドが用いられてもよい。
From the viewpoint of improving the formation of the
このような有機配位子と金属元素との錯体化合物の例としては、米国特許第6992202号明細書に記載されているような、一つの分子中にI−B族元素とIII−B族元素とカルコゲン元素含有有機化合物とが含まれた錯体化合物が挙げられる。あるいは、I−B族元素とカルコゲン元素含有有機化合物との錯体化合物と、III−B族元素とカルコゲン元素含有有機化合物との錯体化合物との混合体であってもよい。 Examples of such a complex compound of an organic ligand and a metal element include a group I-B element and a group III-B element in one molecule as described in US Pat. No. 6,992,202. And a complex compound containing a chalcogen element-containing organic compound. Or the mixture of the complex compound of a IB group element and a chalcogen element containing organic compound and the complex compound of a III-B group element and a chalcogen element containing organic compound may be sufficient.
中間層4は、アモルファスまたは微結晶構造のIII−VI族化合物を含む半導体層である。なお、微結晶構造とは、平均粒径が10nm以下のナノサイズの結晶粒子で主に構成されたものを言い、X線回折による結晶ピークをほとんど示さす、アモルファスに近い状態である。III−VI族化合物としては、Ga2S3やIn2S3等が挙げられる。 The intermediate layer 4 is a semiconductor layer containing a group III-VI compound having an amorphous or microcrystalline structure. Note that the microcrystalline structure is mainly composed of nano-sized crystal particles having an average particle diameter of 10 nm or less, and is a state close to an amorphous state that almost shows a crystal peak by X-ray diffraction. Examples of the III-VI group compound include Ga 2 S 3 and In 2 S 3 .
アモルファスまたは微結晶構造の中間層4を有することによって光吸収層3の一主面を平滑化することができる。その結果、この中間層4を介して結晶構造を有するバッファ層5が光吸収層3と良好に接合することが可能となり、光電変換層21の変換効率が向上する。なお、中間層4は、よりアモルファスに近い状態とすれば、光吸収層3と第1の半導体層5との接合性がより高められる。このような観点から、中間層4は、アモルファスか、または平均粒径が5nm以下の微結晶構造とされてもよい。
By having the intermediate layer 4 having an amorphous or microcrystalline structure, one main surface of the
光吸収層3との密着性を高めるという観点から、中間層4に含まれるIII−B族元素は光吸収層3に含まれるIII−B族元素と同じものであってもよい。特にアモルファスあるいは微結晶構造の中間層4の作製が容易という観点からは、光吸収層3はIII族元素としてGaを含むとともにVI族元素としてSeを含み、中間層4はIII族元素としてGaを含むとともにVI族元素としてSを含んでもよい。
From the viewpoint of enhancing the adhesion with the
中間層4の厚みは、電荷移動を良好にするという観点からは、第1の半導体層5の厚みの1/100〜1/5程度である。具体的には、中間層4は、例えば、1nm〜200nm程度の厚みを有する。 The thickness of the intermediate layer 4 is about 1/100 to 1/5 of the thickness of the first semiconductor layer 5 from the viewpoint of improving charge transfer. Specifically, the intermediate layer 4 has a thickness of about 1 nm to 200 nm, for example.
中間層4の結晶性は、中間層4の断面が走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)にて分析された場合に、グレインが確認できない場合やグレインの平均サイズが10nm以下であった場合、または主としてIII族とVI族からなる中間層の存在が確認できるがX線回折により結晶ピークが見られない場合などに、アモルファスあるいは微結晶構造であることが確認される。 When the cross section of the intermediate layer 4 is analyzed with a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM), the crystallinity of the intermediate layer 4 is determined when grains cannot be confirmed or the average grain size is 10 nm or less. Or the presence of an intermediate layer mainly composed of Group III and Group VI, but when no crystal peak is observed by X-ray diffraction, the amorphous or microcrystalline structure is confirmed.
このような中間層4は、例えば以下のような方法で作製される。まず、下部電極層2上に周知の方法により光吸収層3が形成される。次に、光吸収層3上にIII−B族元素を含む皮膜が形成され、この皮膜がVI−B族元素を含む雰囲気で加熱されることによってIII−VI族化合物となる。この加熱処理は、III−VI族化合物がアモルファスあるいは微結晶構造の状態で終了される。
Such an intermediate layer 4 is produced by the following method, for example. First, the
あるいは、上記光吸収層3上にIII−B族元素およびVI−B族元素を含む皮膜が形成され、この皮膜が加熱されることにより、III−VI族化合物が形成されてもよい。この場合も、加熱処理は、III−VI族化合物がアモルファスあるいは微結晶構造の状態で終了される。
Alternatively, a film containing a III-B group element and a VI-B group element may be formed on the
中間層4の別の作製方法として、以下のような方法も採用され得る。まず、下部電極層2上に周知の方法により光吸収層3が形成される。次に、この光吸収層3が硫黄蒸気(以下、S蒸気ともいう)を含む雰囲気下で加熱処理される。S蒸気を含む雰囲気とは、窒素等の不活性ガスや水素等の還元性ガス中で固体状の硫黄が加熱されて蒸発し、雰囲気中にS蒸気が混入したものである。このようなS蒸気はS8等のクラスターの状態で光吸収層3の表面に被着するとともに液層を形成しやすい傾向がある。この硫黄の液層が光吸収層3の表面のIII−B族元素と反応し、アモルファスまたは微結晶構造のIII−VI族化合物を含む中間層4が良好に形成される。
As another method for producing the intermediate layer 4, the following method may be employed. First, the
上記のようにS蒸気を含む雰囲気での加熱により中間層4が形成される場合、中間層4をより良好に形成するという観点からは、光吸収層3は、少なくとも表面部において、I−B族元素のモル数がIII−B族元素のモル数よりも若干過剰となっていてもよい。この場合のI−B族元素のモル数は、例えばIII−B族元素のモル数の0.80〜0.99倍程度である。これにより、過剰に存在するIII−B族元素と硫黄とがより良好に反応する。
In the case where the intermediate layer 4 is formed by heating in an atmosphere containing S vapor as described above, from the viewpoint of better forming the intermediate layer 4, the
また、上記のようにS蒸気を含む雰囲気での加熱により中間層4が形成される場合、光吸収層3に含まれるIII−B族元素にはガリウムが含まれていてもよい。ガリウムは硫黄との反応がより良好に進行しやすく、硫化ガリウムを主に含む中間層4がより良好に形成される。
Further, when the intermediate layer 4 is formed by heating in an atmosphere containing S vapor as described above, the group III-B element contained in the
また、上記のようにS蒸気を含む雰囲気での加熱により中間層4が形成される場合、光吸収層3に含まれるI−III−VI族化合物のVI−B族元素としてセレンが含まれていてもよい。I−III−VI族化合物にセレンが含まれている場合、S蒸気を含む雰囲気での加熱によりセレンが硫黄に置換され、III−B族元素と硫黄との化合物が形成されやすくなる。
Further, when the intermediate layer 4 is formed by heating in an atmosphere containing S vapor as described above, selenium is included as a VI-B group element of the I-III-VI group compound contained in the
バッファ層5は、光吸収層3の一主面の上に中間層4を介して設けられた半導体層である。この半導体層は、光吸収層3の導電型とは異なる導電型(ここではn型の導電型)を
有している。また、バッファ層5は、I−III−VI族化合物半導体によって主に構成されている光吸収層3とヘテロ接合する態様で設けられている。なお、導電型が異なる半導体とは、伝導担体(キャリア)が異なる半導体のことである。また、上記のように光吸収層3の導電型がp型である場合、バッファ層5の導電型は、n型でなく、i型であっても良い。更に、光吸収層3の導電型がn型またはi型であり、バッファ層5の導電型がp型である態様も有り得る。
The buffer layer 5 is a semiconductor layer provided on one main surface of the
バッファ層5は、例えば、硫化カドミウム(CdS)、硫化インジウム(In2S3)、硫化亜鉛(ZnS)、酸化亜鉛(ZnO)、セレン化インジウム(In2Se3)、In(OH,S)、(Zn,In)(Se,OH)、および(Zn,Mg)O等のVI族元素を含む化合物半導体によって構成されている。そして、リーク電流が低減される観点から言えば、バッファ層5は、1Ω・cm以上の抵抗率を有していてもよい。なお、バッファ層5は、例えばケミカルバスデポジション(CBD)法等で結晶成長される。 The buffer layer 5 includes, for example, cadmium sulfide (CdS), indium sulfide (In 2 S 3 ), zinc sulfide (ZnS), zinc oxide (ZnO), indium selenide (In 2 Se 3 ), In (OH, S). , (Zn, In) (Se, OH), and (Zn, Mg) O, etc. From the viewpoint of reducing the leakage current, the buffer layer 5 may have a resistivity of 1 Ω · cm or more. The buffer layer 5 is crystal-grown by, for example, a chemical bath deposition (CBD) method.
光吸収層3との電気的な接合を良好にするという観点からは、バッファ層5のVI族元素としてSが含まれていてもよい。この場合、中間層4のVI族元素にもSが含まれていると、中間層4上へより良好にバッファ層5が形成され得る。
From the viewpoint of improving electrical connection with the
また、バッファ層5の厚さは、10〜200nmに設定される。バッファ層5上に上部電極層6がスパッタリング等で製膜される際のダメージが抑制される観点から言えば、100〜200nmであってもよい。 The thickness of the buffer layer 5 is set to 10 to 200 nm. From the viewpoint of suppressing damage when the upper electrode layer 6 is formed on the buffer layer 5 by sputtering or the like, the thickness may be 100 to 200 nm.
上部電極層6は、バッファ層5の上に設けられた、n型の導電型を有する透明導電膜であり、光吸収層3において生じた電荷を取り出す電極である。上部電極層6は、バッファ層5よりも低い抵抗率を有する物質によって構成されている。上部電極層6には、いわゆる窓層と呼ばれるものも含まれ、この窓層に加えて更に透明導電膜が設けられる場合には、これらが一体の上部電極層6とみなされても良い。
The upper electrode layer 6 is a transparent conductive film having an n-type conductivity provided on the buffer layer 5, and is an electrode for extracting charges generated in the
上部電極層6は、禁制帯幅が広く且つ透明で低抵抗の物質、例えば、ZnO、In2O3、およびSnO2等の金属酸化物半導体等が採用され得る。これらの金属酸化物半導体には、Al、B、Ga、InおよびF等のいずれかの元素が含まれてもよい。このような元素が含まれた金属酸化物半導体の具体例としては、例えば、AZO(Aluminum Zinc Oxide)、GZO(Gallium Zinc Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、ITO(Indium
Tin Oxide)、FTO(fluorine tin oxide)等がある。
The upper electrode layer 6 may be made of a transparent, low-resistance material having a wide forbidden band, such as a metal oxide semiconductor such as ZnO, In 2 O 3 , and SnO 2 . These metal oxide semiconductors may contain any element such as Al, B, Ga, In, and F. Specific examples of the metal oxide semiconductor containing such an element include, for example, AZO (Aluminum Zinc Oxide), GZO (Gallium Zinc Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide), and ITO (Indium).
Tin Oxide) and FTO (fluorine tin oxide).
上部電極層6は、スパッタリング法、蒸着法、または化学的気相成長(CVD)法等によって、0.05〜3.0μmの厚さを有するように形成される。ここで、光吸収層3から電荷が良好に取り出される観点から言えば、上部電極層6は、1Ω・cm未満の抵抗率と、50Ω/□以下のシート抵抗とを有していてもよい。
The upper electrode layer 6 is formed to have a thickness of 0.05 to 3.0 μm by sputtering, vapor deposition, chemical vapor deposition (CVD), or the like. Here, from the viewpoint of obtaining good charge from the
バッファ層5および上部電極層6は、光吸収層3が吸収する光の波長領域に対して光を透過させ易い性質(光透過性とも言う)を有する素材であってもよい。これにより、バッファ層5と上部電極層6とが設けられることで生じる、光吸収層3における光の吸収効率の低下が抑制される。
The buffer layer 5 and the upper electrode layer 6 may be a material having a property (also referred to as light transmission property) that allows light to easily pass through the wavelength region of light absorbed by the
また、光透過性が高められると同時に、光反射のロスが防止される効果が高められ、更に光電変換によって生じた電流が良好に伝送される観点から言えば、上部電極層6は、0.05〜0.5μmの厚さを有していてもよい。更に、上部電極層6とバッファ層5との界面で光反射のロスが防止される観点から言えば、上部電極層6とバッファ層5との間で絶対屈折率が略同一であってもよい。 Further, from the viewpoint of enhancing the light transmittance and at the same time enhancing the effect of preventing the loss of light reflection, and further transmitting the current generated by the photoelectric conversion, the upper electrode layer 6 has a thickness of 0. You may have thickness of 05-0.5 micrometer. Furthermore, in terms of preventing loss of light reflection at the interface between the upper electrode layer 6 and the buffer layer 5, the absolute refractive index may be substantially the same between the upper electrode layer 6 and the buffer layer 5. .
グリッド電極7は、導電性を有する電極であり、例えば、銀(Ag)等の金属からなる。光吸収層3において発生して上部電極層6において取り出された電荷を集電する役割を担う。グリッド電極7は設けられていなくてもよいが、グリッド電極7が設けられれば、上部電極層6の薄層化が可能となる。
The
グリッド電極7および上部電極層6によって集電された電荷は、第2溝部P2に設けられた接続部8を通じて、隣の光電変換セル20に伝達される。接続部8は、図1および図2に示されるようにグリッド電極7が延在されて設けられていてもよい。あるいは、接続部8は、上部電極層6が延在されて設けられていてもよく、第2溝部P2内に他の導電性部材が充填されることにより設けられてもよい。これにより、光電変換装置21においては、隣り合う光電変換セル20の一方の下部電極層2と、他方の上部電極層6およびグリッド電極7とが、第2溝部P2に設けられた接続部8が接続導体とされて、電気的に直列に接続されている。
The charges collected by the
グリッド電極7は、良好な導電性が確保されつつ、光吸収層3への光の入射量を左右する受光面積の低下が最小限にとどめられるように、50〜400μmの幅を有していてもよい。
The
<(2)光電変換装置の製造方法>
図3から図7は、光電変換装置21の製造途中の様子をそれぞれ模式的に示す断面図である。なお、図3から図7で示される各断面図は、図2で示された断面に対応する部分の製造途中の様子を示す。
<(2) Manufacturing method of photoelectric conversion device>
3 to 7 are cross-sectional views each schematically showing a state during the manufacture of the
まず、洗浄された基板1の略全面に、スパッタリング法等が用いられて、Mo等からなる下部電極層2が成膜される。そして、下部電極層2の上面からその直下の基板1の上面にかけて、第1溝部P1が形成される。第1溝部P1は、例えば、YAGレーザー等によるレーザー光が走査されつつ形成対象位置に照射されることで溝加工が行われる、スクライブ加工によって形成されることが好適である。図3は、第1溝部P1が形成された後の状態を示す図である。
First, the
第1溝部P1が形成された後、下部電極層2の上に、光吸収層3と中間層4とが上述した方法によって形成される。図4は、光吸収層3および中間層4が形成された後の状態を示す図である。
After the first groove portion P1 is formed, the
光吸収層3および中間層4が形成された後、中間層4の上にバッファ層5と上部電極層6とが形成される。図5は、バッファ層5および上部電極層6が形成された後の状態を示す図である。
After the
バッファ層5は、溶液成長法(CBD法とも言う)によって形成される。例えば、酢酸カドミウムとチオ尿素とがアンモニア水に溶解され、これに中間層4の形成までが行われた基板1が浸漬されることで、中間層4の上にCdSを含むバッファ層5が形成される。また、上部電極層6は、スパッタリング法、蒸着法、またはCVD法等で形成される。 The buffer layer 5 is formed by a solution growth method (also referred to as CBD method). For example, the buffer layer 5 containing CdS is formed on the intermediate layer 4 by immersing the substrate 1 in which cadmium acetate and thiourea are dissolved in aqueous ammonia and the intermediate layer 4 is formed. Is done. The upper electrode layer 6 is formed by sputtering, vapor deposition, CVD, or the like.
上部電極層6が形成された後、上部電極層6の上面からその直下の下部電極層2の上面にかけて、第2溝部P2が形成される。第2溝部P2は、例えば、40〜50μm程度のスクライブ幅のスクライブ針を用いたスクライビングが、ピッチがずらされながら連続して数回にわたって行われることで形成される。また、スクライブ針の先端形状が第2溝部P2の幅に近い程度にまで広げられたうえでスクライブされることによって第2溝部P2が形成されても良い。あるいは、2本または2本を超えるスクライブ針が相互に当接また
は近接した状態で固定され、1回から数回のスクライブが行われることによって第2溝部P2が形成されても良い。図6は、第2溝部P2が形成された後の状態を示す図である。第2溝部P2は、第1溝部P1よりも若干ずれた位置に形成される。
After the upper electrode layer 6 is formed, a second groove portion P2 is formed from the upper surface of the upper electrode layer 6 to the upper surface of the
第2溝部P2が形成された後、上部電極層6上にグリッド電極7が形成される。グリッド電極7については、例えば、Ag等の金属粉が樹脂バインダー等に分散している導電性を有するペースト(導電ペーストとも言う)が、所望のパターンを描くように印刷され、これが固化されることで形成される。なお、導電ペーストが上部電極層6上に印刷される際、第2溝部P2内にも導電ペーストが充填されてもよい。これにより、グリッド電極7と下部電極層2とを電気的に接続する接続部8がグリッド電極7の形成と同じ工程で形成され、工程が簡略化される。図7は、グリッド電極7および接続部8が形成された後の状態を示す図である。
After the second groove portion P2 is formed, the
グリッド電極7および接続部8が形成された後、グリッド電極7の上面および上部電極層6の上面からその直下の下部電極層2の上面にかけて、第3溝部P3が形成される。第3溝部P3の幅は、例えば、40〜1000μm程度であることが好適である。また、第3溝部P3は、第2溝部P2と同様に、メカニカルスクライビングによって形成されてもよい。このようにして、第3溝部P3の形成によって、図1および図2で示された光電変換装置21が製作されたことになる。
After the
<(3)変形例>
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
<(3) Modification>
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes and improvements can be made without departing from the gist of the present invention.
図8は、光電変換装置の変形例の断面図である。図8においては図1と同様な構成および機能を有する部分については同一符号が付されている。この変形例としての光電変換装置31においては、中間層4’が非形成部を有している点で図1の光電変換装置21と異なっている。中間層4’の非形成部においては光吸収層3とバッファ層5とが接続している。これにより、中間層4’によって光吸収層3とバッファ層5との接合性が高められるとともに、非形成部において電荷移動が良好に行なわれ、光電変換効率がより高くなる。
FIG. 8 is a cross-sectional view of a modification of the photoelectric conversion device. 8, parts having the same configuration and function as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The
なお、上記一実施形態および変形例をそれぞれ構成する全部または一部は、適宜、矛盾しない範囲で組み合わせ可能であることは、言うまでもない。 Needless to say, all or a part of each of the above-described embodiment and modification examples can be appropriately combined within a consistent range.
1:基板
2:下部電極層
3:光吸収層
4:中間層
5:バッファ層
6:上部電極層
7:グリッド電極
20、30:光電変換セル
21、31:光電変換装置
1: Substrate 2: Lower electrode layer 3: Light absorption layer 4: Intermediate layer 5: Buffer layer 6: Upper electrode layer 7:
Claims (4)
該光吸収層上に位置するアモルファスまたは微結晶構造のIII−VI族化合物を含む中間層と、
該中間層上に位置する結晶構造を有するVI族化合物を含むバッファ層と
を備えることを特徴とする光電変換装置。 A light absorbing layer containing a chalcopyrite structure I-III-VI group compound;
An intermediate layer containing an III-VI group compound having an amorphous or microcrystalline structure located on the light absorption layer;
And a buffer layer containing a group VI compound having a crystal structure located on the intermediate layer.
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