JP2014086519A - Process of manufacturing solar cell and solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池の製造方法、および、太陽電池に関する。 The present invention relates to a solar cell manufacturing method and a solar cell.
太陽電池は、光起電力装置であって、光吸収層において光を吸収し電気エネルギーに変換する。光吸収層は、シリコンの他に、化合物半導体などの材料を用いて形成されている。たとえば、Cu(In,Ga)Se2のようなカルコパイライト(chalcopyrite)結晶構造を有するIB−IIIB−VIB族(11−12−16族)の化合物半導体(CIGS系化合物半導体)によって、光吸収層を形成している。 A solar cell is a photovoltaic device that absorbs light in a light absorption layer and converts it into electrical energy. The light absorption layer is formed using a material such as a compound semiconductor in addition to silicon. For example, a light-absorbing layer is formed by a compound semiconductor (CIGS-based compound semiconductor) of IB-IIIB-VIB (group 11-12-16) having a chalcopyrite crystal structure such as Cu (In, Ga) Se 2. Is forming.
上記のCIGS系化合物半導体は、可視領域から近赤外領域までの広い波長域の光について吸収係数が大きい。このため、薄膜型の太陽電池において高い変換効率を実現できる。その他、経年での劣化が少ないなどの利点がある。 The CIGS compound semiconductor has a large absorption coefficient for light in a wide wavelength region from the visible region to the near infrared region. For this reason, high conversion efficiency is realizable in a thin film type solar cell. In addition, there are advantages such as little deterioration over time.
上記のCIGS系化合物半導体の光吸収層は、プリカーサ(precursor)膜を成膜後、そのプリカーサ層について熱処理を施すことにより形成される。プリカーサ層は、蒸着法、スパッタリング法、電着法、塗布法などの種々の成膜法によって成膜される。このうち、塗布法は、低コストであると共に、高いスループットを実現できるので、注目されている。 The light absorption layer of the CIGS compound semiconductor is formed by forming a precursor film and then subjecting the precursor layer to a heat treatment. The precursor layer is formed by various film forming methods such as vapor deposition, sputtering, electrodeposition, and coating. Among these, the coating method is attracting attention because it is low in cost and can realize high throughput.
塗布法によりCIGS系化合物半導体の光吸収層を設ける際には、まず、塗布液を準備する。塗布液としては、たとえば、有機物のリガンド(ligand)が半導体ナノ粒子の表面に位置する元素に配位結合し、その半導体ナノ粒子が有機溶媒に分散されているものを準備する。半導体ナノ粒子は、ナノサイズの微粒子であって、量子ドット(Quantum dot)と呼ばれている。塗布液の準備後は、その塗布液を塗布することによってプリカーサ層を成膜する。そして、プリカーサ層中のナノ粒子を焼結させることによって、光吸収層を形成する(たとえば、特許文献1,2参照)。 When a CIGS compound semiconductor light absorption layer is provided by a coating method, first, a coating solution is prepared. As the coating solution, for example, a solution in which an organic ligand is coordinated to an element located on the surface of the semiconductor nanoparticles and the semiconductor nanoparticles are dispersed in an organic solvent is prepared. The semiconductor nanoparticles are nano-sized fine particles and are called quantum dots. After preparing the coating solution, a precursor layer is formed by applying the coating solution. And the light absorption layer is formed by sintering the nanoparticle in a precursor layer (for example, refer patent documents 1, 2).
上述したように、CIGS系化合物半導体の光吸収層は、吸収係数が大きいので、変換効率を向上できる。 As described above, since the light absorption layer of the CIGS compound semiconductor has a large absorption coefficient, the conversion efficiency can be improved.
しかし、上記のように、塗布法によりCIGS系化合物半導体の光吸収層を設けたとき、変換効率を十分に向上させることが容易でない場合がある。たとえば、原料に含まれる有機物のリガンドや有機溶媒が、CIGS系化合物半導体の光吸収層中に不純物として残存すると、変換効率が低下する場合がある。 However, as described above, when the light absorption layer of the CIGS compound semiconductor is provided by a coating method, it may not be easy to sufficiently improve the conversion efficiency. For example, if the organic ligand or organic solvent contained in the raw material remains as an impurity in the light absorption layer of the CIGS compound semiconductor, the conversion efficiency may decrease.
本発明は、変換効率を向上できる、太陽電池の製造方法および太陽電池を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the manufacturing method and solar cell of a solar cell which can improve conversion efficiency.
本発明に係る一実施形態の太陽電池の製造方法は、基板上に光吸収層を形成する太陽電池の製造方法であって、前記光吸収層の原料となる半導体ナノ粒子が有機溶媒に分散された塗布液を塗布することによって、前記基板上にプリカーサ層を形成するプリカーサ層形成工程と、前記プリカーサ層上に水素化触媒層を形成する水素化触媒層形成工程と、前記プリカーサ層中に残存する不純物を還元し除去する還元除去処理を、水素雰囲気下において前記水素化触媒層を触媒として用いて行う還元除去処理工程とを有する。 A method for manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention is a method for manufacturing a solar cell in which a light absorption layer is formed on a substrate, in which semiconductor nanoparticles serving as a raw material for the light absorption layer are dispersed in an organic solvent. A precursor layer forming step for forming a precursor layer on the substrate, a hydrogenation catalyst layer forming step for forming a hydrogenation catalyst layer on the precursor layer, and a remaining in the precursor layer A reduction and removal process for reducing and removing impurities to be performed using the hydrogenation catalyst layer as a catalyst in a hydrogen atmosphere.
本発明に係る一実施形態の太陽電池は、基板と、前記基板上に設けられた光吸収層とを有し、前記光吸収層は、原料となる半導体ナノ粒子が有機溶媒に分散された塗布液を塗布することにより前記基板上にプリカーサ層を形成し、前記プリカーサ層上に水素化触媒層を形成した後に、前記プリカーサ層中に残存する不純物を還元し除去する還元除去処理を、水素雰囲気下において前記水素化触媒層を触媒として用いて行うことによって形成された。 A solar cell according to an embodiment of the present invention includes a substrate and a light absorption layer provided on the substrate, and the light absorption layer is a coating in which semiconductor nanoparticles as a raw material are dispersed in an organic solvent. After forming a precursor layer on the substrate by applying a liquid, and forming a hydrogenation catalyst layer on the precursor layer, a reduction removal treatment for reducing and removing impurities remaining in the precursor layer is performed in a hydrogen atmosphere. It was formed by using the hydrogenation catalyst layer as a catalyst below.
本発明によれば、変換効率を向上できる、太陽電池の製造方法および太陽電池を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method and solar cell of a solar cell which can improve conversion efficiency can be provided.
実施形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
[1]構成
図1は、第1の実施形態に係る太陽電池の要部を示す断面図である。図1においては、単位セルを示している。
(First embodiment)
[1] Configuration FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main part of the solar cell according to the first embodiment. In FIG. 1, a unit cell is shown.
太陽電池10は、図1に示すように、基板11,下部電極31,光吸収層41,バッファ層51,および,上部電極60を有する。太陽電池10は、基板11において光吸収層41などの各部が設けられた上面側から入射した光を受光し、光電変換を行う。太陽電池10を構成する各部について、順次、説明する。
As shown in FIG. 1, the
基板11は、平坦な面を有する板状体である。基板11は、たとえば、ガラス基板である。この他に、セラミック基板、樹脂基板、金属基板などの板状体を、適宜、基板11として用いても良い。
The
下部電極31は、図1に示すように、基板11上に設けられている。下部電極31は、たとえば、Mo(モリブデン)膜であって、基板11の平坦な上面を被覆するように形成されている。この他に、下部電極31については、Al(アルミニウム)、Ti(チタン)、Ta(タンタル)、Au(金)などの導電材料を用いて形成しても良く、また、複数の異なる種類の導電層を積層することで形成しても良い。
The
光吸収層41は、図1に示すように、下部電極31上に設けられている。光吸収層41は、基板11の上方において、下部電極31の上面を被覆するように形成されている。光吸収層41は、たとえば、導電型がp型である半導体層であって、IB族(11族)元素とIIIB族(13族)元素とVIB族(16族)元素とを含む化合物半導体によって形成されている。たとえば、CuInSe2(二セレン化銅インジウム(CIS))、Cu(In,Ga)Se2(二セレン化銅インジウム・ガリウム(CIGS))、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))のような、カルコパイライト結晶構造を有するIB−IIIB−VIB族化合物半導体(CIGS系半導体)によって形成されている。
As shown in FIG. 1, the
バッファ層51は、図1に示すように、光吸収層41上に設けられている。バッファ層51は、基板11の上方において、光吸収層41の上面を被覆するように形成されている。バッファ層51は、光吸収層41と異なり、たとえば、導電型がn型の半導体層であって、光吸収層41との間においてpn接合を形成するように設けられている。たとえば、バッファ層51は、CdS(硫化カドミウム)によって形成されている。この他に、バッファ層51については、ZnO(酸化亜鉛)、In2S3(硫化インジウム)、ZnS(硫化亜鉛)、In2Se3(セレン化インジウム)、In(OH,S)、(Zn,In)(Se,OH)、ZnInSおよび、(Zn,Mg)Oのような化合物半導体によって形成しても良い。つまり、バッファ層51は、光吸収層41との間においてヘテロ接合が形成されるように設けられている。バッファ層51は、光吸収層41と上部電極60との界面でキャリアが再結合することを抑制している。
As shown in FIG. 1, the
上部電極60は、図1に示すように、バッファ層51上に設けられている。上部電極60は、光を透過する透明な導電材料によって形成された、TCO(Transparent Conducting Oxide)層である。
The
本実施形態では、上部電極60は、第1上部電極部61と第2上部電極部62とを含む。
In the present embodiment, the
上部電極60のうち、第1上部電極部61は、基板11の上方において、バッファ層51の上面を被覆するように形成されている。詳細については後述するが、第1上部電極部61は、塗布法によって設けた光吸収層41のプリカーサ層中に残存する不純物を水素化するときに触媒となる金属を酸化することによって形成されている。たとえば、第1上部電極部61は、Ru膜を酸化することによって形成されたRuOx膜である。
Of the
上部電極60のうち、第2上部電極部62は、基板11の上方において、第1上部電極部61の上面を被覆するように形成されている。第2上部電極部62は、第1上部電極部61と異なる金属の酸化物により形成されている。たとえば、第2上部電極部62は、ZnO2膜である。
Of the
上記の各部を有する単位セルは、電気的に直列に接続されている。具体的には、単位セルの上部電極60と、この単位セルに隣接する他の単位セルの下部電極31とが、コンタクト電極(図示なし)によって電気的に接続されている。
The unit cells having the above-described parts are electrically connected in series. Specifically, the
[2]製造方法
上記の太陽電池10を製造する方法について説明する。
[2] Manufacturing Method A method for manufacturing the
図2,図3は、第1の実施形態に係る太陽電池の製造方法を示す断面図である。図2,図3では、(A)から(H)において、各製造工程を順次示しており、各製造工程を行うことによって、図1に示す太陽電池10を製造する。
2 and 3 are cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the solar cell according to the first embodiment. 2 and 3, the manufacturing steps are sequentially shown in (A) to (H), and the
(A)基板11の準備
まず、図2(A)に示すように、基板11を準備する。
(A) Preparation of
ここでは、基板11として、たとえば、厚さが0.7〜3.5mm程度であって、青板ガラス(ソーダライムガラス)によって形成されたガラス基板を準備する。
Here, as the
(B)下部電極31の形成
つぎに、図2(B)に示すように、下部電極31を形成する。
(B) Formation of
ここでは、基板11の上面を被覆するように、下部電極31を形成する。たとえば、スパッタ法などの成膜法によって、厚みが500nm以上、1000nm以下のMo(モリブデン)膜を成膜することにより、下部電極31を形成する。
Here, the
(C)プリカーサ層400の形成
つぎに、図2(C)に示すように、プリカーサ層400を形成する。
(C) Formation of
ここでは、基板11の上面において下部電極31を被覆するように、プリカーサ層400を形成する。
Here, the
本実施形態では、塗布法によって、プリカーサ層400を形成する。具体的には、光吸収層41(図1参照)の原料となるCIGS系の半導体ナノ粒子50mg〜800mgを溶媒(トルエン)1ccに分散した塗布液を準備する。
In the present embodiment, the
図4は、第1の実施形態に係る太陽電池の製造方法において、塗布液中に含まれる半導体ナノ粒子を模式的に示す図である。 FIG. 4 is a diagram schematically showing semiconductor nanoparticles contained in a coating solution in the method for manufacturing a solar cell according to the first embodiment.
図4に示すように、CIGS系の半導体ナノ粒子411の表面には、有機物のリガンド421が結合している。
As shown in FIG. 4, an
CIGS系の半導体ナノ粒子411は、たとえば、CuInSe2であり、その半導体ナノ粒子411の表面に位置する複数のSeのそれぞれに、複数のリガンド421が配位結合している。半導体ナノ粒子411は、たとえば、平均粒径3nm以上10nm以下のものが好適である。
CIGS-based
リガンド421は、たとえば、ホスフィン(たとえば、トリオクチルホスフィン、トリフェノールホスフィン、t―ブチルホスフィン)、ホスフィンオキシド(たとえば、トリオクチルホスフィンオキシド)、アルキルホスホン酸、アルキルアミン(たとえば、ヘキサデシルアミン、オクチルアミン)、アリールアミン、オクタンセレノール、ピリジン、長鎖脂肪酸、および、チオフェンであって、孤立電子対を有する。
The
上記の塗布液の準備後、スリットコータ,バーコータなどの塗布装置を用いて、その準備した塗布液を下部電極31の上面に塗布することによって塗布膜を形成する。その後、その塗布膜を150℃〜260℃にて5分〜30分の乾燥処理条件で乾燥することによって溶媒を揮発させることにより、プリカーサ層400を形成する。プリカーサ層400は、たとえば、500nm〜2000nmの膜厚となるように形成される。
After preparing the coating solution, a coating film is formed by coating the prepared coating solution on the upper surface of the
上記の乾燥処理を行った後、たとえば、下記の条件の下で「酸化除去処理」を行う。つまり、プリカーサ層400を熱処理することにより、プリカーサ層400中に残存する不純物を酸化し、プリカーサ層400から除去する。
<「酸化除去処理」の条件>
・雰囲気 ・・・酸素雰囲気(O2:N2=1〜10:90〜99)(質量%)
・処理温度・・・150℃以上,350℃以下
・処理時間・・・1分以上,30分以下
After performing the above drying process, for example, an “oxidation removal process” is performed under the following conditions. That is, by performing heat treatment on the
<Conditions for “oxidation removal treatment”>
-Atmosphere: Oxygen atmosphere (O 2 : N 2 = 1-10: 90-99) (mass%)
・ Processing temperature: 150 ° C or more, 350 ° C or less ・ Processing time: 1 minute or more, 30 minutes or less
この「酸化除去処理」では、たとえば、下記の反応式に示されるように酸化反応が起こる。具体的には、プリカーサ層400中に含まれる有機物のリガンドや有機溶媒などの不純物が酸化される。このため、プリカーサ層400中に残存する不純物がガス化され、その酸化された不純物が外部へ放出される。
<「酸化除去処理」の反応式>
CnHm+O2→CO2+H2O
In this “oxidation removal treatment”, for example, an oxidation reaction occurs as shown in the following reaction formula. Specifically, impurities such as organic ligands and organic solvents contained in the
<Reaction formula of “oxidation removal treatment”>
C n H m + O 2 → CO 2 + H 2 O
(D)バッファ層51の形成
つぎに、図2(D)に示すように、バッファ層51を形成する。
(D) Formation of
ここでは、基板11の上方においてプリカーサ層400の上面を被覆するように、バッファ層51を形成する。たとえば、ケミカル・バス・デポジション法やスパッタリング法などの成膜法によって、CdS(硫化カドミウム)の膜を成膜することにより、バッファ層51を形成する。たとえば、厚みが、30nm以上、200nm以下の範囲になるように、バッファ層51を形成する。
Here, the
(E)水素化触媒層610の形成
つぎに、図3(E)に示すように、水素化触媒層610を形成する。
(E) Formation of
ここでは、基板11の上方においてバッファ層51の上面を被覆するように、水素化触媒層610を形成する。たとえば、下記の条件により、水素化触媒層610を成膜する。
<水素化触媒層610の成膜条件>
・材料・・・Ru(ルテニウム)
・成膜法・・・スパッタリング法もしくはCVD法
・膜厚・・・1nm以上、5nm以下
Here, the
<Film Formation Conditions for
・ Material: Ru (ruthenium)
・ Film formation method: Sputtering method or CVD method ・ Film thickness: 1 nm or more, 5 nm or less
水素化触媒層610の形成後、たとえば、下記の条件の下で「還元除去処理」を行う。つまり、プリカーサ層400を熱処理することにより、プリカーサ層400中に残存する不純物を還元し、プリカーサ層400から除去する。
<「還元除去処理」の条件>
・雰囲気 ・・・水素雰囲気(H2:N2=3〜100:97〜0)(質量%)
・処理温度・・・200℃以上,500℃以下
・処理時間・・・5分以上,30分以下
After the formation of the
<Conditions for “reduction removal treatment”>
Atmosphere: Hydrogen atmosphere (H 2 : N 2 = 3 to 100: 97 to 0) (mass%)
・ Processing temperature: 200 ℃ or more, 500 ℃ or less ・ Processing time: 5 minutes or more, 30 minutes or less
上記の「還元除去処理」では、たとえば、下記の反応式に示されるような還元反応が水素化触媒層610を触媒として起こる。具体的には、「酸化除去処理」の際に酸化されたCIGS系半導体が還元される。
<「還元除去処理」の反応式>
MO+H2→M+H20 (ただし、MはCu、In,GaまたはSe)
In the above “reduction removal treatment”, for example, a reduction reaction as shown in the following reaction formula occurs using the
<Reaction removal treatment formula>
MO + H 2 → M + H 2 0 (where M is Cu, In, Ga or Se)
その後、プリカーサ層400中の半導体ナノ粒子411(図4参照)について焼結する焼結処理を実行することによって、光吸収層41を形成する。
Then, the
具体的には、プリカーサ層400について、下記の条件によって熱処理を行うことによって、半導体ナノ粒子411(図4参照)を焼結させる。
<焼結処理条件>
・焼結温度・・・350℃以上600℃以下
・熱処理時間・・・2分以上120分以下
・雰囲気 ・・・窒素またはセレン化水素雰囲気
Specifically, the semiconductor layer 411 (see FIG. 4) is sintered by performing heat treatment on the
<Sintering conditions>
・ Sintering temperature: 350 ° C. or more and 600 ° C. or less ・ Heat treatment time: 2 minutes or more and 120 minutes or less
(F)第1上部電極部61の形成
つぎに、図3(F)に示すように、第1上部電極部61を形成する。
(F) Formation of First
ここでは、上記において形成した水素化触媒層610について酸化処理を行うことによって、透明な導電膜である第1上部電極部61を形成する。たとえば、下記の条件の下で、ルテニウム(Ru)膜である水素化触媒層610を酸化することによって、第1上部電極部61として酸化ルテニウム(RuOx)膜を形成する。
<水素化触媒層610の酸化処理>
・雰囲気 ・・・酸素雰囲気(O2:N2=10:90)(質量%)
・処理温度・・・200℃以上,400℃以下
・処理時間・・・1分以上,3分以下
Here, the first
<Oxidation treatment of
・ Atmosphere: Oxygen atmosphere (O 2 : N 2 = 10: 90) (mass%)
・ Processing temperature: 200 ℃ or more, 400 ℃ or less ・ Processing time: 1 minute or more, 3 minutes or less
図5は、第1の実施形態に係る太陽電池の製造方法において、第1上部電極部61の透過率を示す図である。図5において、横軸は、処理温度を示している。横軸のうち、「As−grown」は、室温を示している。一方で、縦軸は、透過率(%)を示している。また、図5では、処理対象のRu膜である水素化触媒層610が、スパッタリング法で形成したものであって、その膜厚が、5nmの場合と、100nmの場合とのそれぞれの結果について示している。ここでは、波長が460nmである光の場合について示している。
FIG. 5 is a diagram showing the transmittance of the first
図5に示すように、処理温度が高いほど、処理後の第1上部電極部61の透過率が高くなる。しかし、処理対象のRu膜である水素化触媒層610の膜厚が薄い5nmの場合には、処理温度に関わらず、透過率が90%以上であり、好適である。また、これと共に、デバイス特性の確保等の観点から、上記の処理温度については、200℃以上,400℃以下にすることが好適である。
As shown in FIG. 5, the higher the processing temperature, the higher the transmittance of the first
(G)第2上部電極部62の形成
つぎに、図1に示したように、第2上部電極部62を形成する。
(G) Formation of Second
ここでは、基板11の上方において、第1上部電極部61の上面を被覆するように第2上部電極部62を形成する。たとえば、下記の条件により酸化亜鉛膜(ZnO)を成膜した後に熱処理を行うことで、過酸化亜鉛膜(ZnO2)の第2上部電極部62を形成する。
<酸化亜鉛膜(ZnO)の成膜条件>
・成膜法・・・スパッタリング法またはCVD法
・膜厚:100nm以上、400nm以下
<酸化亜鉛膜(ZnO)の熱処理条件>
・雰囲気 ・・・酸素雰囲気(O2:N2=10:90)(質量%)
・処理温度・・・200℃〜250℃
・処理時間・・・1分以上,30分以下
Here, the second
<Deposition conditions for zinc oxide film (ZnO)>
-Film formation method: Sputtering method or CVD method-Film thickness: 100 nm or more and 400 nm or less <Heat treatment conditions for zinc oxide film (ZnO)>
・ Atmosphere: Oxygen atmosphere (O 2 : N 2 = 10: 90) (mass%)
・ Processing temperature ... 200 ℃ ~ 250 ℃
・ Processing time: 1 minute or more, 30 minutes or less
その後、コンタクト電極(図示なし)を用いて単位セルの間を電気的に直列に接続する等の工程を経て、太陽電池10が完成される。
Then, the
[3]まとめ
以上のように、本実施形態では、光吸収層41の原料となる半導体ナノ粒子411が有機溶媒に分散された塗布液を塗布することによって、基板11の上方にプリカーサ層400を形成する。プリカーサ層400中に残存する不純物を酸化することによって除去する「酸化除去処理」を酸素雰囲気下において行う。「酸化除去処理」の後、そのプリカーサ層400の上方に水素化触媒層610を形成する。そして、そのプリカーサ層400中に残存する不純物を還元することによって除去する「還元除去処理」を、水素雰囲気下において水素化触媒層610を触媒として用いて行う。
[3] Summary As described above, in the present embodiment, the
したがって、本実施形態では、CIGS系化合物半導体の光吸収層41中に残存する有機物のリガンドや有機溶媒などの不純物を十分に除去できるため、太陽電池の変換効率を向上できる。具体的には、変換効率を、2〜5%、向上できる。そして、これに伴って、コストダウンを容易に実現できる。
Therefore, in this embodiment, impurities such as organic ligands and organic solvents remaining in the
本実施形態においては、プリカーサ層400上にバッファ層51を形成する。そして、そのバッファ層51に積層するように水素化触媒層610を形成する。ここでは、水素化触媒層610としてRu(ルテニウム)膜を形成する。そして、還元除去処理を行った後に、水素化触媒層610を酸化することによって、透明な導電層である第1上部電極部61を形成する。つまり、Ru(ルテニウム)膜である水素化触媒層610を酸化することによって、酸化ルテニウム膜を第1上部電極部61として形成している。
In the present embodiment, the
このように、本実施形態では、水素化触媒層610により上部電極60を構成する第1上部電極部61を形成しているので、水素化触媒層610を除去する工程を省くことができる。
Thus, in this embodiment, since the 1st
(第2の実施形態)
[1]構成
図6は、第2の実施形態に係る太陽電池の要部を示す断面図である。図6においては、図1と同様に、単位セルを示している。
(Second Embodiment)
[1] Configuration FIG. 6 is a cross-sectional view showing a main part of a solar cell according to the second embodiment. In FIG. 6, unit cells are shown as in FIG.
本実施形態は、図6に示すように、上部電極60bが第1の実施形態と異なる。本実施形態は、この点、および、これに関連する点を除き、第1の実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記の実施形態と重複する個所については、適宜、記載を省略する。
As shown in FIG. 6, the present embodiment is different from the first embodiment in the
上部電極60bは、図6に示すように、単層により形成されている。上部電極60bは、第1の実施形態の場合と異なり、複数の層が積層されていない。上部電極60bは、TCO層であって、たとえば、ZnOAlなどの透明な導電材料を用いて形成されている。
The
[2]製造方法
上記の太陽電池10bを製造する方法について説明する。
[2] Manufacturing Method A method for manufacturing the
図7は、第2の実施形態に係る太陽電池の製造方法を示す断面図である。図7では、(A)から(C)において、各製造工程を順次示している。 FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a solar cell according to the second embodiment. In FIG. 7, each manufacturing process is shown in order from (A) to (C).
本実施形態では、図7に示す各製造工程を行う前に、第1の実施形態の場合と同様に、基板11の準備(図2(A)参照)、下部電極31の形成(図2(B)参照)、および、プリカーサ層400の形成(図2(C)参照)を行う。つまり、第1の実施形態での製造方法のうち、プリカーサ層400中に残存する不純物を酸化して除去する「酸化除去処理」までの製造工程を行う。その後、図7に示す各製造工程を行うことによって、図6に示す太陽電池10bを製造する。各製造工程について順次示す。
In this embodiment, before performing each manufacturing process shown in FIG. 7, as in the case of the first embodiment, the
(A)シリコン酸化膜600の形成
図7(A)に示すように、シリコン酸化膜600を形成する。
(A) Formation of
ここでは、基板11の上方において、プリカーサ層400の上面を被覆するようにシリコン酸化膜600を形成する。たとえば、下記の条件により、シリコン酸化膜600を成膜する。
<シリコン酸化膜600の成膜条件>
・成膜法・・・スパッタ法
・膜厚:1nm以上、10nm以下
Here, a
<Deposition Conditions for
・ Film formation method: Sputter method ・ Film thickness: 1 nm or more, 10 nm or less
(B)水素化触媒層610の形成
つぎに、図7(B)に示すように、水素化触媒層610を形成する。
(B) Formation of
ここでは、基板11の上方においてシリコン酸化膜600の上面を被覆するように、第1の実施形態の場合と同様に、たとえば、Ru(ルテニウム)膜を水素化触媒層610として形成する。
Here, for example, a Ru (ruthenium) film is formed as the
そして、水素化触媒層610の形成後には、第1の実施形態の場合と同様に、「還元除去処理」を行うことによって、プリカーサ層400中に残存する不純物を除去する。
Then, after the formation of the
その後、第1の実施形態の場合と同様に、プリカーサ層400中の半導体ナノ粒子411(図4参照)について焼結する焼結処理を実行することによって、光吸収層41を形成する。
Thereafter, similarly to the case of the first embodiment, the
(C)シリコン酸化膜600,水素化触媒層610の除去
つぎに、図7(C)に示すように、シリコン酸化膜600および水素化触媒層610を除去する。
(C) Removal of
ここでは、たとえば、フッ酸(HF)を用いて、シリコン酸化膜600と水素化触媒層610の両者を同時に除去する。これにより、光吸収層41の上面を露出された状態にする。
Here, for example, both the
(D)バッファ層51,上部電極60bの形成
つぎに、図6に示したように、バッファ層51,上部電極60bを形成する。
(D) Formation of
ここでは、基板11の上方において光吸収層41の上面を被覆するように、バッファ層51を形成する。たとえば、第1の実施形態の場合と同様な条件で、バッファ層51の形成を行う。
Here, the
バッファ層51の形成後、基板11の上方においてバッファ層51の上面を被覆するように上部電極60bを形成する。たとえば、スパッタリング法、蒸着法、またはCVD法などの成膜法によって、ZnOAlなどの透明な導電材料を成膜することにより、上部電極60bを形成する。たとえば、厚みが、0.05μm以上、3.0μm以下の範囲になるように、上部電極60bを形成する。
After the formation of the
その後、コンタクト電極(図示なし)を用いて単位セルの間を電気的に直列に接続する等の工程を経て、太陽電池10bを完成させる。
Then, the
[3]まとめ
以上のように、本実施形態においては、第1の実施形態の場合と同様に、「酸化除去処理」と「還元除去処理」を行なっている。
[3] Summary As described above, in the present embodiment, the “oxidation removal process” and the “reduction removal process” are performed as in the case of the first embodiment.
したがって、本実施形態は、第1の実施形態の場合と同様に、CIGS系化合物半導体の光吸収層41中に残存する有機物のリガンドや有機溶媒などの不純物を十分に除去できるので、太陽電池の変換効率の向上などの効果を奏することができる。
Accordingly, in the present embodiment, as in the case of the first embodiment, impurities such as organic ligands and organic solvents remaining in the
本実施形態では、プリカーサ層400上にシリコン酸化膜600を形成した後、そのシリコン酸化膜600に積層するように水素化触媒層610を形成する。このため、還元除去処理を行った後には、フッ酸(HF)を用いて、そのシリコン酸化膜600および水素化触媒層610の両者を除去できる。よって、本実施形態は、製造効率を向上できる。
In this embodiment, after the
[4]その他
本実施形態では、Ru(ルテニウム)膜を水素化触媒層610として形成する場合について説明したが、これに限定されない。本実施形態では、水素化触媒層610を除去しており、第1の実施形態のように、水素化触媒層610を残し酸化することによって、透明な導電層である第1上部電極部61(図3などを参照)を形成していない。このため、本実施形態では、Ru(ルテニウム)膜の他に、Pt(白金),Ni(ニッケル),Pd(パラジウム)などのように、接触水素化反応において触媒になる金属を用いて、水素化触媒層610を形成しても良い。
[4] Others In this embodiment, the case where a Ru (ruthenium) film is formed as the
本実施形態では、プリカーサ層400上にシリコン酸化膜600を形成した後、そのシリコン酸化膜600に積層するように水素化触媒層610を形成する場合について説明したが、これに限定されない。プリカーサ層400上にシリコン酸化膜600を形成せずに、プリカーサ層400上に直接的に水素化触媒層610を形成してもよい。この場合には、たとえば、ドライエッチング処理によって、水素化触媒層610を除去する。
In this embodiment, the case where the
(第3の実施形態)
[1]製造方法など
本実施形態では、第2の実施形態での製造方法のうち、「酸化除去処理」を行わない。本実施形態は、この点、および、これに関連する点を除き、第2の実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記の実施形態と重複する個所については、適宜、記載を省略する。
(Third embodiment)
[1] Manufacturing Method, etc. In the present embodiment, the “oxidation removal process” is not performed in the manufacturing method in the second embodiment. This embodiment is the same as the case of the second embodiment except for this point and points related thereto. For this reason, in this embodiment, the description overlapping with the above embodiment is omitted as appropriate.
本実施形態では、第2の実施形態の場合と同様に、基板11の準備(図2(A)参照)、下部電極31の形成(図2(B)参照)、および、プリカーサ層400の形成(図2(C)参照)を行う。ここでは、第2の実施形態の場合と異なり、プリカーサ層400中に残存する不純物を酸化して除去する「酸化除去処理」を行わず、その「酸化除去処理」の前の処理までを行う。
In the present embodiment, as in the second embodiment, the
その後、第2の実施形態の場合と同様に、シリコン酸化膜600の形成(図7(A)参照)、水素化触媒層610の形成(図7(B)参照)を行う。つまり、水素化触媒層610の形成では、基板11の上方においてシリコン酸化膜600の上面を被覆するように、たとえば、Ru(ルテニウム)膜を水素化触媒層610として形成する。その後、「還元除去処理」を行うことによって、プリカーサ層400中に残存する不純物を除去する。
Thereafter, as in the case of the second embodiment, a
本実施形態の「還元除去処理」では、たとえば、下記の反応式に示されるような還元反応が、水素化触媒層610を触媒として起こる。これにより、プリカーサ層400中に含まれる有機物のリガンドや有機溶媒などの不純物が還元される。このため、プリカーサ層400中に残存する不純物がガス化され、その還元された不純物が外部へ放出される。
<「還元除去処理」の反応式>
・C+nH* → CHn
In the “reduction removal treatment” of this embodiment, for example, a reduction reaction as shown in the following reaction formula occurs using the
<Reaction removal treatment formula>
・ C + nH * → CHn
上記の「還元除去処理」を行った後には、第2の実施形態の場合と同様に、シリコン酸化膜600と水素化触媒層610の除去(図7(C)参照)、バッファ層51と上部電極60bの形成(図6参照)を行う。そして、コンタクト電極(図示なし)を用いて単位セルの間を電気的に直列に接続する等の工程を経て、太陽電池10bを完成させる。
After performing the above “reduction removal process”, as in the case of the second embodiment, the
[2]まとめ
以上のように、本実施形態においては、第2の実施形態の場合と同様に、「還元除去処理」を行なっている。
[2] Summary As described above, in this embodiment, the “reduction removal process” is performed as in the case of the second embodiment.
したがって、本実施形態では、CIGS系化合物半導体の光吸収層41中に残存する不純物を十分に除去できるので、太陽電池の変換効率を向上できる。
Therefore, in this embodiment, since the impurities remaining in the
上記では、実施形態の一例を説明したが、これに限定されず、種々の変形形態を採用できる。 Although an example of the embodiment has been described above, the present invention is not limited to this, and various modifications can be adopted.
たとえば、上記の実施形態では、バッファ層51を設ける場合について示したが、これに限定されない。バッファ層51を設けずに、光吸収層41と上部電極60との間においてpn接合またはショットキー接合が形成されるように、太陽電池10を構成しても良い。
For example, in the above embodiment, the case where the
11…基板、31…下部電極、41…光吸収層、51…バッファ層、60…上部電極、60b…上部電極、61…第1上部電極部、62…第2上部電極部、400…プリカーサ層、411…半導体ナノ粒子、422…リガンド、600…シリコン酸化膜、610…水素化触媒層
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記光吸収層の原料となる半導体ナノ粒子が有機溶媒に分散された塗布液を塗布することによって、前記基板上にプリカーサ層を形成するプリカーサ層形成工程と、
前記プリカーサ層上に水素化触媒層を形成する水素化触媒層形成工程と、
前記プリカーサ層中に残存する不純物を還元し除去する還元除去処理を、水素雰囲気下において前記水素化触媒層を触媒として用いて行う還元除去処理工程と
を有することを特徴とする、
太陽電池の製造方法。 A method for manufacturing a solar cell in which a light absorption layer is formed on a substrate,
A precursor layer forming step of forming a precursor layer on the substrate by applying a coating liquid in which semiconductor nanoparticles serving as a raw material of the light absorption layer are dispersed in an organic solvent;
A hydrogenation catalyst layer forming step of forming a hydrogenation catalyst layer on the precursor layer;
A reduction and removal treatment step of reducing and removing impurities remaining in the precursor layer by using the hydrogenation catalyst layer as a catalyst in a hydrogen atmosphere.
A method for manufacturing a solar cell.
を有し、
前記酸化除去処理工程を前記水素化触媒層形成工程よりも前に行うことを特徴とする、
請求項1に記載の太陽電池の製造方法。 An oxidation removal treatment step in which an oxidation removal treatment for oxidizing and removing impurities remaining in the precursor layer is performed in an oxygen atmosphere;
The oxidation removal treatment step is performed before the hydrogenation catalyst layer formation step,
The manufacturing method of the solar cell of Claim 1.
を有し、
前記水素化触媒層形成工程では、前記バッファ層に積層するように前記水素化触媒層を形成し、
前記還元除去処理工程を行った後に、前記水素化触媒層を酸化することによって透明な導電層を形成することを特徴とする、
請求項1または請求項2に記載の太陽電池の製造方法。 Forming a buffer layer on the precursor layer,
In the hydrogenation catalyst layer forming step, the hydrogenation catalyst layer is formed so as to be laminated on the buffer layer,
A transparent conductive layer is formed by oxidizing the hydrogenation catalyst layer after performing the reduction and removal treatment step,
The manufacturing method of the solar cell of Claim 1 or Claim 2.
を有し、
前記水素化触媒層形成工程では、前記シリコン酸化膜に積層するように前記水素化触媒層を形成し、
前記還元除去処理工程を行った後に、前記シリコン酸化膜および前記水素化触媒層を除去することを特徴とする、
請求項1または2に記載の太陽電池の製造方法。 Forming a silicon oxide film on the precursor layer,
In the hydrogenation catalyst layer forming step, the hydrogenation catalyst layer is formed so as to be laminated on the silicon oxide film,
After the reduction and removal treatment step, the silicon oxide film and the hydrogenation catalyst layer are removed,
The manufacturing method of the solar cell of Claim 1 or 2.
前記基板上に設けられた光吸収層と
を有し、
前記光吸収層は、原料となる半導体ナノ粒子が有機溶媒に分散された塗布液を塗布することにより前記基板上にプリカーサ層を形成し、前記プリカーサ層上に水素化触媒層を形成した後に、前記プリカーサ層中に残存する不純物を還元し除去する還元除去処理を、水素雰囲気下において前記水素化触媒層を触媒として用いて行うことによって形成されたことを特徴とする、
太陽電池。 A substrate and a light absorption layer provided on the substrate,
The light absorbing layer forms a precursor layer on the substrate by applying a coating liquid in which semiconductor nanoparticles as a raw material are dispersed in an organic solvent, and after forming a hydrogenation catalyst layer on the precursor layer, The reduction removal treatment for reducing and removing impurities remaining in the precursor layer is performed by using the hydrogenation catalyst layer as a catalyst in a hydrogen atmosphere,
Solar cell.
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JP2012233443A JP2014086519A (en) | 2012-10-23 | 2012-10-23 | Process of manufacturing solar cell and solar cell |
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CN115498054A (en) * | 2022-09-22 | 2022-12-20 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | Copper indium gallium selenide thin-film solar cell and preparation method thereof |
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2012
- 2012-10-23 JP JP2012233443A patent/JP2014086519A/en active Pending
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