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CN106531827A - 光电转换元件、太阳能电池、太阳能电池模块及太阳光发电系统 - Google Patents

光电转换元件、太阳能电池、太阳能电池模块及太阳光发电系统 Download PDF

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CN106531827A
CN106531827A CN201610796230.2A CN201610796230A CN106531827A CN 106531827 A CN106531827 A CN 106531827A CN 201610796230 A CN201610796230 A CN 201610796230A CN 106531827 A CN106531827 A CN 106531827A
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light absorbing
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平贺广贵
中川直之
芝崎聪郎
芝崎聪一郎
齐藤仁美
盐川美雪
山崎六月
山本和重
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Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

实施方式涉及光电转换元件、太阳能电池、太阳能电池模块及太阳光发电系统。根据实施方式的光电转换元件，可提供转换效率高的光电转换元件。实施方式的光电转换元件具备：基板、形成在基板上的透明的第1电极、第2电极、和被第1电极和所述第2电极夹着的同质结型的光吸收层，光吸收层含有位于所述第2电极侧的p型区和位于所述第1电极侧的n型区，在n型区中含有n型掺杂剂，所述光电转换元件具有n型区侧的光吸收层与所述第1电极的界面。

Description

光电转换元件、太阳能电池、太阳能电池模块及太阳光发电 系统
技术领域
实施方式涉及光电转换元件、太阳能电池、太阳能电池模块及太阳光发电系统。
本申请基于2015年9月15日提出的日本专利申请第2015-182338号主张优先权。本申请通过参照该申请而包含该申请的全部内容。
背景技术
在开展使用半导体薄膜作为光吸收层的化合物光电转换元件的开发，其中将具有黄铜矿结构的p型半导体层作为光吸收层的薄膜光电转换元件因显示高的转换效率已经实用化。具体地讲，在将由Cu-In-Ga-Se构成的Cu(In、Ga)Se2作为光吸收层的薄膜光电转换元件中，报告了转换效率为21.7％。一般来讲，将由Cu-In-Ga-Se构成的p型半导体层作为光吸收层的薄膜光电转换元件具有在为基板的碱石灰玻璃上层叠了钼下部电极、p型半导体层、n型半导体层、绝缘层、透明电极、上部电极、防反射膜的结构。这里转换效率η采用开路电压Voc、短路电流密度Jsc、输出因子FF、入射功率密度P，用η＝Voc·Jsc/FF/P·100表示。
由此弄清楚，只要开路电压、短路电流、输出因子分别增大转换效率就增大。理论上讲光吸收层和n型半导体层的能带隙越大开路电压越增大，但短路电流密度减小。得知Cu(In、Ga)Se2的能带隙与Ga浓度一同增大，如果Ga/(In+Ga)大约为0.3，则能带隙为1.05eV左右。已知按该附近的组成比可得到转换效率优良的光电转换元件。
此外，如果Ga浓度上升，则能带隙最大为1.68eV(Ga＝1)。此外即使替代Se置换为S，替代Cu置换为Ag，替代III族元素置换为Al等，也能使能带隙上升。这些宽带隙化的光电转换元件材料通过使电极等构成部件透明化，能够吸收太阳光的短波长区域而发电，再将透射的长波长区域的光在能带隙小的光电转换元件中用于发电。通过重叠宽带隙、窄带隙的光电转换元件，可进行所谓的串联化。
近年来，弄清楚Na及K等碱金属在提高黄铜矿太阳能电池的效率上显示出重要的作用。在蒸镀光吸收层时通过在表面附近的p-n界面中添加碱金属可提高效率，但在该方法中蒸镀的工序成本及材料成本增加，设备增大。以往碱金属是从玻璃基板扩散来的，也大量地蓄积在光吸收层中直到到达光吸收层表面，但未充分到达表面。认为这里通过使层构成相反，能向p-n界面中添加从玻璃基板扩散来的碱金属。实际上使层构成相反的光电转换元件的转换效率都低至10％左右。这是因为都是异质结型，因向CdS、ZnS、In2S3等n型半导体层中添加碱金属而使性能下降。
发明内容
实施方式的光电转换元件具备：基板、形成在基板上的透明的第1电极、第2电极、和被第1电极和所述第2电极夹着的同质结型的光吸收层，光吸收层含有位于所述第2电极侧的p型区和位于所述第1电极侧的n型区，在n型区中含有n型掺杂剂，所述光电转换元件具有n型区侧的光吸收层与所述第1电极的界面。
根据上述构成的光电转换元件，可提供转换效率高的光电转换元件。
附图说明
图1是实施方式涉及的光电转换元件的截面示意图。
图2是实施方式涉及的多结光电转换元件的截面示意图。
图3是实施方式涉及的光电转换元件的截面示意图。
图4是实施方式涉及的太阳能电池模块的构成示意图。
图5是实施方式涉及的太阳光发电系统的构成示意图。
图6是实施例6的光电转换元件的截面的扫描式显微镜照片。
图7是实施例6的SIMS测定结果。
符号说明
1基板，2第1电极，3光吸收层，4n层，5第2电极，100光电转换元件，200光电转换元件，300太阳能电池模块，301太阳能电池单元，400太阳光发电系统，401太阳能电池模块，402转换器，403蓄电池，404负载
具体实施方式
以下，对实施方式的光电转换元件及使用光电转换元件形成的太阳能电池详细地进行说明。
(光电转换元件)
图1的截面示意图所示的本实施方式涉及的光电转换元件具备基板1、形成在基板1上的透明的第1电极2、第2电极4、以及被第1电极和第2电极夹着的同质结型的光吸收层3。实施方式的太阳能电池使用实施方式的光电转换元件而形成。实施方式的光电转换元件是被称为超直(super straight)型的光电转换元件。
再者，未图示出第1电极2及第2电极4与导电性的取出电极连接。实施方式的光电转换元件100如图2那样，可通过与另一光电转换元件101接合而形成多结型的光电转换元件200。图2中，作为光入射侧的顶电池使用光电转换元件100，但也可以使用光电转换元件100作为底电池。位于入射光侧的光电转换元件的光吸收层优选与不是入射光侧的光电转换元件的光吸收层相比为宽带隙。宽带隙的光吸收层的能带隙例如为1.2eV-1.5eV。不是入射光侧的光电转换元件例如是使用Si、黄铜矿等的能带隙为0.9eV-1.2eV的光电转换元件。多结型的光电转换元件200如图2那样，可以是2结型的，也可以是接合3个以上光电转换元件而成的。
(基板1)
基板1是支持光电转换元件100的。作为实施方式的基板1，优选使用玻璃，只要是碱石灰玻璃、低碱玻璃、硼硅酸玻璃、石英玻璃等透明且具有高温耐性，哪样的都可以。再者，作为基板1，优选含有较多碱金属，具体地讲优选碱石灰玻璃。在实施方式的光电转换元件100中，与基板1的形成了第1电极2的主面相反侧的基板1的主面侧成为光入射面侧。在基板1上，也可以将未图示的防反射膜等设在第1电极2与基板1之间，或设在与形成了第1电极2的面相反侧的基板1的主面上。
(第1电极2)
实施方式的第1电极2为光电转换元件100的透明的电极，是形成在基板1上的透明导电膜。第1电极2是光入射侧的电极。作为第1电极2，可使用ITO(Indium-Tin-Oxide，铟锡氧化物)、氧化硅及氧化锡、氧化锌及氧化钛等透明的导电性氧化物膜。第1电极2可以单层地使用导电性氧化物膜，例如使用ITO等，也可以使用将它们层叠而成的层叠膜。作为层叠膜的具体例子，可列举从光吸收层3侧朝基板1侧如SnO-ITO-SiO2、SnO-AZO-SiO2等那样层叠的层叠膜。第1电极2可采用对基板1溅射金属膜材料等公知的方法进行成膜。第1电极2的膜厚例如为100nm以上且2000nm以下。
此外，从提高转换效率的观点出发，第1电极2除导电性和透射性以外更优选具备以下的必要条件。例如，第1电极2的具体例子的SiO2可通过调整厚度或成分来调整来自基板1即玻璃的碱金属扩散量，从而进行制膜。优选将SiO2设在ITO与光吸收层3之间。SiO2的膜厚具体为10nm以上且1000nm以下。
(光吸收层3)
实施方式的光吸收层3为具有n型区3a和p型区3b的化合物半导体层。n型区3a侧的光吸收层3与第1电极2相对。光电转换元件100具有n型区3a侧的光吸收层3和第1电极2的界面。光电转换元件100具有n型区3a侧的光吸收层3的与第1电极2相对的面和第1电极2的与光吸收层3相对的面的界面。优选光电转换元件100具有n型区3a侧的光吸收层3的与第1电极2相对的面的整面和第1电极2的与光吸收层3相对的面的整面的界面。光吸收层3优选为由n型区3a和p型区3b构成的化合物半导体层。n型区3a为光吸收层3进行了n型化的区。p型区3b为未n型化的区。n型区3a和p型区3b除导电型不同以外，具有相同的化合物结构。光吸收层3是n型区3a和p型区3b同质接合的同质结型的光吸收层。在光吸收层3的第1电极2侧的主面存在n型区3a。在光吸收层3的第2电极4侧的主面存在p型区3b。
光吸收层3可使用含有Ib族元素、IIIb族元素和VIb族元素的，具有例如CIGS、CGS或CIT、CZTS等黄铜矿结构、锡酸盐结构或锌黄锡矿(kesterlite)结构的化合物半导体层。光吸收层3的膜厚例如为500nm以上且3000nm以下。作为Ib族元素，优选Cu(铜)或Ag(银)或Cu及Ag。作为IIIb族元素，优选选自Al、In及Ga中的至少1种以上的元素。作为VIb族元素，优选选自O、S、Se及Te中的至少1种以上的元素，更优选至少含有Se。
具体地讲，作为光吸收层3，可按任意的组成比率使用Cu(In、Ga)(S、Se)2、Cu(In、Ga)(Se、Te)2、Cu(In、Ga)3(Se、Te)5或Cu(Al、Ga、In)Se2、Cu2ZnSnS4等，更具体地讲可按任意的组成比率使用Cu(In、Ga)Se2、CuInSe2、CuInTe2、CuGaSe2、CuIn3Te5等化合物半导体。通过变化光吸收层3的组成比率，可改变能带隙。
(n型区3a)
实施方式的n型区3a为n型的半导体区。n型区3a是形成在p型区3b与第1电极2之间的层状的区。n型区3a优选是为了能够得到高开路电压的光电转换元件而控制了费密能级的n型半导体。n型区3b的厚度例如为10nm以上且500nm以下。在n型区3a中，优选含有浓度为1020-1021atom/cm3的n型掺杂剂。
(p型区3b)
实施方式的p型区3b为p型的半导体区。p型区3b为形成在第2电极4与n型区3a之间的层状的区。p型区3b的厚度为从光吸收层3的厚度中减去n型区3a的厚度所得的厚度。优选n型区3a和p型区3b具有pn结但不具有界面。
光吸收层3的n型掺杂剂(Cd、Zn和Mg中的任1种以上)可按以下方法进行确认。将第1电极2的基板1侧的主面(图1中的基板1与第1电极2的界面)以格子状分割成4个等面积的区，一边对4个分割的区的中央的4点和主面的中央1点合计5点进行蚀刻，一边用SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry：二次离子质谱分析法)进行分析。将5点的测定值的平均值作为分析值。分析从第1电极2侧进行。将第1电极2与光吸收层3的界面规定为光吸收层3中的IIIb族元素的浓度达到分析中的最大值的1/10以上的最初的深度的位置。光吸收层3的厚度是进一步一边进行蚀刻一边进行SIMS分析，从光吸收层3中的IIIb族元素的浓度达到低于分析中的最大值的1/10的深度到第1电极2与光吸收层3的界面的距离。这里，将光吸收层3的厚度规定为d。而且，将距离第1电极2与光吸收层3的界面0.01d的深度中的n型掺杂剂的浓度规定为X(atoms/cm3)。此外，将距离第1电极2与光吸收层3的界面0.5d的深度中的n型掺杂剂的浓度规定为Y(atoms/cm3)。此外，将距离第1电极2与光吸收层3的界面0.1d的深度中的n型掺杂剂的浓度规定为Z(atoms/cm3)。而且，为了制作良好的pn结，第1电极表面附近优选掺杂剂多，从该观点出发，优选X和Y满足X/Y＞10的关系，更优选满足X/Y＞100。此外，进一步优选X和Z满足X/Z＞2的关系。此外在CdS等n型半导体的构成成分未完全扩散而作为层残留时，为pn异质结，效率不太高。再者，在确认CdS作为层残留时，最好用TEM-EDX等手段进行鉴定。能够从Cd、S存在于同一区域中等进行确认。
此外，在光吸收层3中，含有Na或K等碱金属从提高转换效率的观点出发是优选的。而且，在光吸收层3中，如果最高浓度为1019atom/cm3以上且1022atom/cm3以下，则可得到高转换效率的光电转换元件100，因此是优选的。含在光吸收层3中的碱金属的浓度可用与n型掺杂剂相同的方法进行测定。
作为实施方式的光吸收层3的形成方法，例如可列举溅射、蒸镀法、硒化硫化法等薄膜形成方法。而且，以下对形成n型区3a的方法进行说明。作为一种方法，为在光吸收层3的制膜前，在第1电极2上制膜含有n型掺杂剂的薄膜，在含有n型掺杂剂的薄膜上制膜光吸收层3，通过热扩散法使n型掺杂剂向原来为p型的光吸收层3的第1电极2侧的区域中扩散，形成n型区3a的方法。此外，作为另一方法，为通过蒸镀法、溅射法、硒化/硫化法、烧结法等，在第1电极2上一边添加n型掺杂剂一边形成化合物半导体层，在所期望的时机停止n型掺杂剂的添加，形成化合物半导体层，制膜光吸收层3的方法。n型掺杂剂是含有包含Cd、Zn和Mg等元素的金属或含有所述元素的化合物。
含有n型掺杂剂的薄膜可通过CVD法、旋涂法、液相生长法、浸渍法、蒸镀法、涂布法、溅射法等来进行制膜。含有n型掺杂剂的薄膜具体可列举Cd、Zn、Mg等金属膜、或ZnS、Zn(OαS1-α)、(ZnβMg1-β)(OαS1-α)、(ZnβCdγMg1-β-γ)(OαS1-α)、CdS、Cd(OαS1-α)、(CdβMg1-β)S、(CdβMg1-β)(OαS1-α)、In2S3、In2(OαS1-α)、CaS、Ca(OαS1-α)、SrS、Sr(OαS1-α)、ZnSe、ZnIn2-δSe4-ε(优选α、β、γ、δ和ε分别满足0＜α＜1、0＜β＜1、0＜γ＜1、0＜δ＜2、0＜ε＜4和β+γ＜1。)等含有成为掺杂剂的金属元素和即使向光吸收层母体中扩散也不招致效率下降的VI族元素的化合物。
在第1电极2上一边添加n型掺杂剂一边形成化合物半导体层时，可列举通过溅射、蒸镀法、硒化/硫化法、烧结法、化学气相蒸镀法、液相生长法、涂布法等对含有n型掺杂剂的光吸收层3进行制膜的方法。作为例子，作为溅射的靶可进一步使用Cd，制膜膜厚为10nm-500nm的范围的包含掺杂了1019-1021atom/cm3的Cd的n型区3a的Cux(In1-yGay)(Se1-zSz)2(0.5≤x≤1、0≤y＜1、0≤z≤1)等。
(中间层5)
在实施方式中，也可以如图3的截面示意图所示的光电转换元件102那样在光吸收层3与第2电极4之间进一步设置中间层5。中间层5例如是起到向第2电极4转移空穴的作用的层。此外，中间层5还可期待对因形成第2电极4时的溅射等而产生的对光吸收层3的制膜损伤进行抑制、降低的作用。中间层5包含氧化物膜或金属膜等。具体地讲，中间层5包含100nm以下的ZnTe、含有选自钼、钒、镍、铜、钛、钨、铬、钽、钴等中的元素的氧化物及含有所述元素的金属膜等。在中间层5是氧化物的层时，中间层5的厚度典型地优选为100nm以下。此外，在中间层5是金属膜时，中间层5的厚度典型地优选为10nm以下。作为p接触层的形成方法，可列举CVD法、旋涂法、浸渍法、蒸镀法、溅射法、喷涂法、涂布法等。
中间层5可以设置，也可以省略。在通过第2电极4中所用的层的种类或第2电极4的制膜法可得到良好的光电转换元件特性等时，优选将中间层5省略。例如，在光吸收层3上作为第2电极4制膜Au时，或制膜可在低电压、室温下进行溅射制膜的掺锌氧化铟等时，优选省略。
(第2电极4)
实施方式的第2电极4是与第1电极2一同夹着光吸收层3的电极。第2电极4是存在于光吸收层3的形成第1电极2的一侧的相反侧的电极。第2电极4是包含金属膜或透明性导电膜的膜。在多结型光电转换元件的底电池以外使用光电转换元件100时，第2电极4优选为透明的电极。作为具体的第2电极4，可列举出含有选自金、镍、银、铜、钼、钨等中的1种以上金属的金属膜，由碳或银、纳米粒子构成的导电性糊剂等透明性导电膜，或以含有2wt％以上且20％以下的氧化铝(Al2O3)的ZnO:Al(含氧化铝的氧化锌)、或以来自乙硼烷的B作为掺杂剂含有2wt％以上且20％以下的B的ZnO:B(掺B氧化锌)、或含有2wt％以上且25％以下的氧化锡(SnO)的In2O3:Sn(含氧化锡的氧化铟)等为代表的复合氧化物。第2电极4可通过蒸镀、溅射等来成膜，优选为透射率和传导性高的层。
在实施方式的光电转换元件中，由于使同质结型黄铜矿光电转换元件的p-n层构成相反，所以能够简便地形成光电转换元件构成，此点在工业上是非常有用的。此外，通过预先对含有在第1电极2上形成n型掺杂剂的元素的化合物进行制膜，可在制作光吸收层3时使掺杂剂热扩散，形成p-n同质结，因此能够得到层构成相反的光电转换元件。此外，通过利用从玻璃基板扩散来的碱金属，可得到转换效率更高的光电转换元件。
(太阳能电池模块)
实施方式的太阳能电池可作为太阳能电池模块中的发电元件使用。实施方式的太阳能电池是指实施方式的光电转换元件通过受光而发电，所发的电力被与太阳能电池电连接的负载消耗，或通过与太阳能电池电连接的蓄电池被储存。
作为实施方式的太阳能电池模块，可列举将以串联或并联或串联及并联的方式连接多个太阳能电池的单元而成的部件或单一的单元固定在玻璃等支持部件上的结构。在太阳能电池模块中，也可以形成设置聚光体，将用比太阳能电池单元的面积大的面积受光的光转换成电力的构成。
图4中示出横向5个单元、纵向5个单元地排列多个太阳能电池单元301的太阳能电池模块300的构成示意图。图4的太阳能电池模块300省略了连接布线，但如前所述，优选以串联或并联或串联及并联的方式连接多个太阳能电池单元301。在太阳能电池单元301中，优选使用实施方式的光电转换元件100、即太阳能电池。此外，在太阳能电池单元301中，优选使用将实施方式的光电转换元件100和其它光电转换元件200接合的多结型的光电转换元件即太阳能电池作为太阳能电池单元301。此外，实施方式的太阳能电池模块300也可以采用将使用了实施方式的光电转换元件100的模块和使用了其它光电转换元件101的模块重叠的模块结构。另外优选采用可提高转换效率的结构。在实施方式的太阳能电池模块300中，太阳能电池单元301由于具有宽能带隙的光电转换层，所以优选设在受光面侧。
(太阳光发电系统)
实施方式的太阳能电池模块300在太阳光发电系统中可作为进行发电的发电机使用。实施方式的太阳光发电系统是采用太阳能电池模块进行发电的，具体地讲，具有进行发电的太阳能电池模块、电力转换所发的电的机构、存储所发的电的蓄电机构或消耗所发的电的负载。图5中示出实施方式的太阳光发电系统400的构成示意图。图5的太阳光发电系统具有太阳能电池模块401(300)、转换器402、蓄电池403和负载404。也可以将蓄电池403和负载404中的哪一方省略。负载404也可以形成能利用存储在蓄电池403中的电能的构成。转换器402是DC-DC转换器、DC-AC转换器、AC-AC转换器等包含进行变压或直流交流转换等电力转换的电路或元件的装置。转换器402的构成只要根据发电电压、蓄电池403或负载404的构成采用适合的构成即可。
太阳能电池模块300的受光的太阳能电池单元301发电，通过转换器402转换其电能，储存在蓄电池403中，或由负载404消耗。优选在太阳能电池模块401中，设置用于通常使太阳能电池模块401朝着太阳的太阳光跟踪驱动装置，或设置聚光太阳光的聚光体，或附加用于提高发电效率的装置等。
太阳光发电系统400优选用于住宅、商业设施及工厂等不动产，或用于车辆、飞机及电子设备等动产。通过在太阳能电池401中使用实施方式的转换效率优异的光电转换元件，可期待发电量的增加。
以下，通过实施例对实施方式的光电转换元件进行说明。
(实施例1)
在纵16mm×横12.5mm×厚1.8mm的碱石灰玻璃基板上，通过Ar气流中溅射在玻璃基板上形成由SiO2-ITO-SnO2构成的膜状的下部电极。下部电极的膜厚设为250nm左右。在下部电极上用溶液生长法制膜50nm的CdS，通过在其上用蒸镀法按任意的比例蒸镀Cu、In、Ga、Se，进行p型光吸收层的制膜。膜厚设为2200nm左右。由此CdS通过热扩散向p型光吸收层中扩散，使下部电极附近n型化。然后，作为上部电极形成100nm的Au。光吸收层的能带隙为1.15eV，光电转换元件的转换效率为18％，透射率为0％。通过SIMS调查了Na浓度分布图(profile)，结果在光吸收层中有确认Na为1021atom/cm3的部位。此外，通过SIMS测定了光吸收层中的Cd的掺杂浓度。距离第1电极和光吸收层的界面22nm的深度中的Cd浓度为1×1021(atoms/cm3)。此外，距离第1电极和光吸收层的界面1100nm的深度中的Cd浓度为1×1019(atoms/cm3)。
(实施例2)
在纵16mm×横12.5mm×厚1.8mm的碱石灰玻璃基板上，通过Ar气流中溅射在玻璃基板上形成由SiO2-ITO-SnO2构成的膜状的下部电极。下部电极的膜厚设为250nm左右。在下部电极上用溶液生长法制膜50nm的ZnS，通过在其上用蒸镀法按任意的比例蒸镀Cu、In、Ga、Se，进行p型光吸收层的制膜。膜厚设为2200nm左右。由此ZnS通过热扩散向p型光吸收层中扩散，使下部电极附近n型化。然后，作为上部电极形成100nm的Au。光吸收层的能带隙为1.15eV，光电转换元件的转换效率为16％。透射率为0％。通过SIMS调查了Na浓度分布图，结果在光吸收层中有确认Na为1021atom/cm3的部位。此外，通过SIMS测定了光吸收层中的Cd的掺杂浓度。距离第1电极和光吸收层的界面22nm的深度中的Cd浓度为1×1021(atoms/cm3)。此外，距离第1电极和光吸收层的界面1100nm的深度中的Cd浓度为1×1019(atoms/cm3)。
(实施例3)
在纵16mm×横12.5mm×厚1.8mm的碱石灰玻璃基板上，通过Ar气流中溅射在玻璃基板上形成由SiO2-ITO-SnO2构成的膜状的下部电极。下部电极的膜厚设为250nm左右。在下部电极上用溶液生长法制膜50nm的CdS，在其上用蒸镀法按任意的比例蒸镀Cu、Ga、Se，进行p型光吸收层的制膜。膜厚设为1500nm左右。由此CdS通过热扩散向p型光吸收层中扩散，使下部电极附近n型化。然后，蒸镀30nm的氧化钼，作为上部电极形成100nm的10％掺杂了锌的氧化铟。光吸收层的能带隙为1.68eV，光电转换元件的转换效率为12％，透射率为75％。用该光电转换元件遮光的单晶硅太阳能电池的转换效率为9.2％。不遮光时的该单晶硅太阳能电池的转换效率为20％。通过SIMS调查了Na浓度分布图，结果在光吸收层中有确认Na为1021atom/cm3的部位。此外，通过SIMS测定了光吸收层中的Cd的掺杂浓度。距离第1电极和光吸收层的界面15nm的深度中的Cd浓度为1×1021(atoms/cm3)。此外，距离第1电极和光吸收层的界面750nm的深度中的Cd浓度为1×1019(atoms/cm3)。
(实施例4)
在纵16mm×横12.5mm×厚1.8mm的碱石灰玻璃基板上，通过Ar气流中溅射在玻璃基板上形成由SiO2-ITO-SnO2构成的膜状的下部电极。下部电极的膜厚设为250nm左右。在下部电极上用溶液生长法制膜50nm的CdS，在其上用蒸镀法按任意的比例蒸镀Cu、Ga、Se，进行p型光吸收层的制膜。膜厚设为1500nm左右。由此CdS通过热扩散向p型光吸收层中扩散，使下部电极附近n型化。然后，作为上部电极形成100nm的10％掺杂了锌的氧化铟。光吸收层的能带隙为1.68eV，光电转换元件的转换效率为11％，透射率为80％。用该光电转换元件遮光的单晶硅太阳能电池的转换效率为10.3％。不遮光时的该单晶硅太阳能电池的转换效率为20％。通过SIMS调查了Na浓度分布图，结果在光吸收层中有确认Na为1021atom/cm3的部位。此外，通过SIMS测定了光吸收层中的Cd的掺杂浓度。距离第1电极和光吸收层的界面15nm的深度中的Cd浓度为1×1021(atoms/cm3)。此外，距离第1电极和光吸收层的界面750nm的深度中的Cd浓度为1×1019(atoms/cm3)。
(实施例5)
在纵16mm×横12.5mm×厚1.8mm的碱石灰玻璃基板上，通过Ar气流中溅射在玻璃基板上形成由SiO2-ITO-SnO2构成的膜状的下部电极。下部电极的膜厚设为250nm左右。在下部电极上用溶液生长法制膜50nm的CdS，在其上用蒸镀法按任意的比例蒸镀Cu、Ga、Se，进行p型光吸收层的制膜。膜厚设为1500nm左右。由此CdS通过热扩散向p型光吸收层中扩散，使下部电极附近n型化。然后，作为p接触层蒸镀5nm的Au，作为上部电极形成100nm的10％掺杂了锌的氧化铟。光吸收层的能带隙为1.68eV，光电转换元件的转换效率为13％，透射率为65％。用该光电转换元件遮光的单晶硅太阳能电池的转换效率为8.2％。不遮光时的该单晶硅太阳能电池的转换效率为20％。通过SIMS调查了Na浓度分布图，结果在光吸收层中有确认Na为1021atom/cm3的部位。此外，通过SIMS测定了光吸收层中的Cd的掺杂浓度。距离第1电极和光吸收层的界面15nm的深度中的Cd浓度为1×1021(atoms/cm3)。此外，距离第1电极和光吸收层的界面750nm的深度中的Cd浓度为1×1019(atoms/cm3)。
(实施例6)
在纵16mm×横12.5mm×厚1.8mm的碱石灰玻璃基板上，通过Ar气流中溅射在玻璃基板上形成由SiO2-ITO-SnO2构成的膜状的下部电极。下部电极的膜厚设为250nm左右。在下部电极上用溶液生长法制膜50nm的CdS，在其上用蒸镀法按任意的比例蒸镀Cu、Ga、Se，进行p型光吸收层的制膜。膜厚设为1500nm左右。由此CdS通过热扩散向p型光吸收层中扩散，使下部电极附近n型化。然后，作为上部电极蒸镀50nm的Au。光吸收层的能带隙为1.68eV，光电转换元件的转换效率为13％，透射率为0％。通过SIMS调查了Na浓度分布图，结果在光吸收层中有确认Na为1021atom/cm3的部位。此外，通过SIMS测定了光吸收层中的Cd的掺杂浓度。距离第1电极和光吸收层的界面15nm的深度中的Cd浓度为1×1021(atoms/cm3)。此外，距离第1电极和光吸收层的界面750nm的深度中的Cd浓度为1×1019(atoms/cm3)。图6中示出实施例6的光电转换元件的扫描式显微镜照片，图7中示出实施例6的SIMS测定结果。在光吸收层制膜前预先制作的50nm的CdS层通过制作光吸收层时的热而扩散，通过用SEM(ScanningElectron Microscope:扫描式电子显微镜)进行观察，得知该层消失。
(实施例7)
在纵16mm×横12.5mm×厚1.8mm的石英玻璃基板上，通过Ar气流中溅射在玻璃基板上形成由SiO2-ITO-SnO2构成的膜状的下部电极。下部电极的膜厚设为250nm左右。在下部电极上用溶液生长法制膜50nm的CdS，在其上用蒸镀法按任意的比例蒸镀Cu、Ga、Se，进行p型光吸收层的制膜。膜厚设为1500nm左右。由此CdS通过热扩散向p型光吸收层中扩散，使下部电极附近n型化。然后，蒸镀30nm的氧化钼，作为上部电极形成100nm的10％掺杂了锌的氧化铟。光吸收层的能带隙为1.68eV，光电转换元件的转换效率为5％，透射率为75％。用该光电转换元件遮光的单晶硅太阳能电池的转换效率为9.2％。不遮光时的该单晶硅太阳能电池的转换效率为20％。由于石英基板不含Na及K等碱金属，所以该光电转换元件的转换效率低。通过SIMS调查了Na浓度分布图，结果没有在光吸收层中确认Na。此外，通过SIMS测定了光吸收层中的Cd的掺杂浓度。距离第1电极和光吸收层的界面15nm的深度中的Cd浓度为1×1021(atoms/cm3)。此外，距离第1电极和光吸收层的界面750nm的深度中的Cd浓度为1×1019(atoms/cm3)。
(实施例8)
在纵16mm×横12.5mm×厚1.8mm的碱石灰玻璃基板上，通过Ar气流中溅射在玻璃基板上形成由SiO2-ITO构成的膜状的下部电极。下部电极的膜厚设为250nm左右。在下部电极上用溶液生长法制膜50nm的CdS，在其上用蒸镀法按任意的比例蒸镀Cu、Ga、Se，进行p型光吸收层的制膜。膜厚设为1500nm左右。由此CdS通过热扩散向p型光吸收层中扩散，使下部电极附近n型化。然后，蒸镀30nm的氧化钼，作为上部电极形成100nm的10％掺杂了锌的氧化铟。光吸收层的能带隙为1.68eV，光电转换元件的转换效率为4％，透射率为75％。用该光电转换元件遮光的单晶硅太阳能电池的转换效率为9.2％。不遮光时的该单晶硅太阳能电池的转换效率为20％。由SiO-ITO构成的下部电极由于容易使Na及K等碱金属从玻璃基板透过到光电转换元件，所以在光电转换元件中含有大量的碱金属，该光电转换元件的转换效率低。通过SIMS调查了Na浓度分布图，结果在光吸收层中有确认Na为1024atom/cm3的部位。此外，通过SIMS测定了光吸收层中的Cd的掺杂浓度。距离第1电极和光吸收层的界面15nm的深度中的Cd浓度为1×1022(atoms/cm3)。距离第1电极和光吸收层的界面750nm的深度中的Cd浓度为1×1019(atoms/cm3)。
(实施例9)
在纵16mm×横12.5mm×厚1.8mm的碱石灰玻璃基板上，通过Ar气流中溅射在玻璃基板上形成由SiO2-ITO-SnO2构成的膜状的下部电极。下部电极的膜厚设为250nm左右。在下部电极上用溶液生长法制膜50nm的CdS，在其上用蒸镀法按任意的比例蒸镀Cu、Ga、Se，进行p型光吸收层的制膜。膜厚设为1500nm左右。由此CdS通过热扩散向p型光吸收层中扩散，使下部电极附近n型化。然后，作为上部电极形成100nm的10％掺杂了锌的氧化铟。光吸收层的能带隙为1.68eV，光电转换元件的转换效率为11％。透射率为80％。用该光电转换元件遮光的单晶硅太阳能电池的转换效率为10.3％。不遮光时的该单晶硅太阳能电池的转换效率为20％。
通过SIMS调查了Na浓度分布图，结果在光吸收层中有确认Na最大为1021atom/cm3的部位。此外，通过SIMS测定了光吸收层中的Cd的掺杂浓度。距离第1电极和光吸收层的界面15nm的深度中的Cd浓度为1×1021(atoms/cm3)。此外，距离第1电极和光吸收层的界面750nm的深度中的Cd浓度为1×1019(atoms/cm3)。
(比较例1)
在纵16mm×横12.5mm×厚1.8mm的碱石灰玻璃基板上，通过Ar气流中溅射在玻璃基板上形成由SiO2-ITO构成的膜状的下部电极。下部电极的膜厚设为250nm左右。在下部电极上用溶液生长法制膜50nm的CdS，在其上用蒸镀法按任意的比例蒸镀Cu、Ga、Se，进行p型光吸收层的制膜。通过将成膜温度规定为300℃左右，抑制了CdS向CGS中扩散，在光吸收层与下部电极之间部分残存CdS的层。膜厚设为1500nm左右。由此形成CdS和CGS的p-n异质结。然后，蒸镀30nm的氧化钼，作为上部电极形成100nm的10％掺杂了锌的氧化铟。光吸收层的能带隙为1.68eV，光电转换元件的转换效率为5％，透射率为70％。得知异质结的转换效率低。通过SIMS调查了Na浓度分布图，结果在光吸收层中有确认Na最大为1021atom/cm3的部位。此外，通过SIMS测定了光吸收层中的Cd的掺杂浓度。距离第1电极和光吸收层的界面15nm的深度中的Cd浓度为1×1024(atoms/cm3)。此外，距离第1电极和光吸收层的界面750nm的深度中的Cd浓度为1×1022(atoms/cm3)。
(实施例10)
在纵16mm×横12.5mm×厚1.8mm的碱石灰玻璃基板上，通过Ar气流中溅射在玻璃基板上形成由ITO-SnO2-TiO2构成的膜状的下部电极。下部电极的膜厚设为250nm左右。在下部电极上用溶液生长法制膜50nm的CdS，在其上用蒸镀法按任意的比例蒸镀Cu、Ga、Se，进行p型光吸收层的制膜。膜厚设为1500nm左右。由此CdS通过热扩散向p型光吸收层中扩散，使下部电极附近n型化。然后，作为上部电极形成100nm的10％掺杂了锌的氧化铟。光吸收层的能带隙为1.68eV，光电转换元件的转换效率为7％。透射率为77％。用该光电转换元件遮光的单晶硅太阳能电池的转换效率为9.3％。不遮光时的该单晶硅太阳能电池的转换效率为20％。通过SIMS调查了Na浓度分布图，结果在光吸收层中有确认Na为1018atom/cm3的部位。此外，通过SIMS测定了光吸收层中的Cd的掺杂浓度。距离第1电极和光吸收层的界面15nm的深度中的Cd浓度为1×1021(atoms/cm3)。此外，距离第1电极和光吸收层的界面750nm的深度中的Cd浓度为1×1019(atoms/cm3)。
(实施例11)
在纵16mm×横12.5mm×厚1.8mm的碱石灰玻璃基板上，通过Ar气流中溅射在玻璃基板上形成由SiO2-ITO-SnO2-TiO2构成的膜状的下部电极。下部电极的膜厚设为250nm左右。在下部电极上用溶液生长法制膜50nm的CdS，在其上用蒸镀法按任意的比例蒸镀Cu、Ga、Se，进行p型光吸收层的制膜。膜厚设为1500nm左右。由此CdS通过热扩散向p型光吸收层中扩散，使下部电极附近n型化。然后，作为上部电极形成100nm的10％掺杂了锌的氧化铟。光吸收层的能带隙为1.68eV，光电转换元件的转换效率为8％。透射率为77％。用该光电转换元件遮光的单晶硅太阳能电池的转换效率为9.3％。不遮光时的该单晶硅太阳能电池的转换效率为20％。通过SIMS调查了Na浓度分布图，结果在光吸收层中有确认Na为1018atom/cm3的部位。此外，通过SIMS测定了光吸收层中的Cd的掺杂浓度。距离第1电极和光吸收层的界面15nm的深度中的Cd浓度为1×1021(atoms/cm3)。此外，距离第1电极和光吸收层的界面750nm的深度中的Cd浓度为1×1019(atoms/cm3)。
(实施例12)
在纵16mm×横12.5mm×厚1.8mm的碱石灰玻璃基板上，通过Ar气流中溅射在玻璃基板上形成由ITO构成的膜状的下部电极。下部电极的膜厚设为250nm左右。在下部电极上用溶液生长法制膜50nm的CdS，在其上用蒸镀法按任意的比例蒸镀Cu、Ga、Se，进行p型光吸收层的制膜。膜厚设为1500nm左右。由此CdS通过热扩散向p型光吸收层中扩散，使下部电极附近n型化。然后，作为上部电极形成100nm的10％掺杂了锌的氧化铟。光吸收层的能带隙为1.68eV，光电转换元件的转换效率为4％。透射率为75％。用该光电转换元件遮光的单晶硅太阳能电池的转换效率为9.2％。不遮光时的该单晶硅太阳能电池的转换效率为20％。通过SIMS调查了Na浓度分布图，结果在光吸收层中有确认Na为1022atom/cm3的部位。此外，通过SIMS测定了光吸收层中的Cd的掺杂浓度。距离第1电极和光吸收层的界面15nm的深度中的Cd浓度为1×1021(atoms/cm3)。此外，距离第1电极和光吸收层的界面750nm的深度中的Cd浓度为1×1019(atoms/cm3)。
(实施例13)
在纵16mm×横12.5mm×厚1.8mm的碱石灰玻璃基板上，通过Ar气流中溅射在玻璃基板上形成由SiO2-ITO-SnO2构成的膜状的下部电极。下部电极的膜厚设为250nm左右。在下部电极上用溶液生长法制膜50nm的CdS，在其上用蒸镀法按任意的比例蒸镀Cu、Ga、Se，进行p型光吸收层的制膜。膜厚设为1500nm左右。由此CdS通过热扩散向p型光吸收层中扩散，使下部电极附近n型化。然后，蒸镀30nm的氧化钒，作为上部电极形成100nm的10％掺杂了锌的氧化铟。光吸收层的能带隙为1.68eV，光电转换元件的转换效率为9％，透射率为75％。用该光电转换元件遮光的单晶硅太阳能电池的转换效率为9.2％。不遮光时的该单晶硅太阳能电池的转换效率为20％。通过SIMS调查了Na浓度分布图，结果在光吸收层中有确认Na为1020atom/cm3的部位。此外，通过SIMS测定了光吸收层中的Cd的掺杂浓度。距离第1电极和光吸收层的界面15nm的深度中的Cd浓度为1×1021(atoms/cm3)。此外，距离第1电极和光吸收层的界面750nm的深度中的Cd浓度为1×1019(atoms/cm3)。
(实施例14)
在纵16mm×横12.5mm×厚1.8mm的碱石灰玻璃基板上，通过Ar气流中溅射在玻璃基板上形成由SiO2-ITO-SnO2构成的膜状的下部电极。下部电极的膜厚设为250nm左右。在下部电极上用溶液生长法制膜50nm的CdS，在其上用蒸镀法按任意的比例蒸镀Cu、Ga、Se，进行p型光吸收层的制膜。膜厚设为1500nm左右。由此CdS通过热扩散向p型光吸收层中扩散，使下部电极附近n型化。然后，蒸镀30nm的Ag，作为上部电极形成100nm的10％掺杂了锌的氧化铟。光吸收层的能带隙为1.68eV，光电转换元件的转换效率为12％，透射率为0％。通过SIMS调查了Na浓度分布图，结果在光吸收层中有确认Na为1020atom/cm3的部位。此外，通过SIMS测定了光吸收层中的Cd的掺杂浓度。距离第1电极和光吸收层的界面15nm的深度中的Cd浓度为1×1021(atoms/cm3)。此外，距离第1电极和光吸收层的界面750nm的深度中的Cd浓度为1×1019(atoms/cm3)。
(实施例15)
在纵16mm×横12.5mm×厚1.8mm的碱石灰玻璃基板上，通过Ar气流中溅射在玻璃基板上形成由SiO2-ITO-SnO2构成的膜状的下部电极。下部电极的膜厚设为250nm左右。在下部电极上用溶液生长法制膜50nm的CdS，在其上用蒸镀法按任意的比例蒸镀Cu、Ga、Se，进行p型光吸收层的制膜。膜厚设为1500nm左右。由此CdS通过热扩散向p型光吸收层中扩散，使下部电极附近n型化。然后，作为上部电极形成100nm的5％掺杂了B的氧化锌。光吸收层的能带隙为1.68eV，光电转换元件的转换效率为11％。透射率为75％。用该光电转换元件遮光的单晶硅太阳能电池的转换效率为9.2％。不遮光时的该单晶硅太阳能电池的转换效率为20％。通过SIMS调查了Na浓度分布图，结果在光吸收层中有确认Na为1020atom/cm3的部位。此外，通过SIMS测定了光吸收层中的Cd的掺杂浓度。距离第1电极和光吸收层的界面15nm的深度中的Cd浓度为1×1021(atoms/cm3)。此外，距离第1电极和光吸收层的界面750nm的深度中的Cd浓度为1×1019(atoms/cm3)。
(实施例16)
在纵16mm×横12.5mm×厚1.8mm的碱石灰玻璃基板上，通过Ar气流中溅射在玻璃基板上形成由SiO2-ITO-SnO2构成的膜状的下部电极。下部电极的膜厚设为250nm左右。在下部电极上用蒸镀法按任意的比例蒸镀Cu、Ga、Se，进行p型光吸收层的制膜。再者，在下部电极上制膜时，作为蒸镀的靶进一步使用Cd，在下部电极侧的光吸收层中掺杂Cd。膜厚设为1500nm左右。通过在成膜下部电极侧的光吸收层时使用Cd，可使下部电极附近的光吸收层n型化。然后，作为上部电极形成100nm的10％掺杂了锌的氧化铟。光吸收层的能带隙为1.68eV，光电转换元件的转换效率为9％。透射率为75％。用该光电转换元件遮光的单晶硅太阳能电池的转换效率为9.2％。不遮光时的该单晶硅太阳能电池的转换效率为20％。通过SIMS调查了Na浓度分布图，结果在光吸收层中有确认Na为1020atom/cm3的部位。此外，通过SIMS测定了光吸收层中的Cd的掺杂浓度。距离第1电极和光吸收层的界面15nm的深度中的Cd浓度为1×1024(atoms/cm3)。此外，距离第1电极和光吸收层的界面750nm的深度中的Cd浓度为1×1022(atoms/cm3)。
(实施例17)
在纵16mm×横12.5mm×厚1.8mm的碱石灰玻璃基板上，通过Ar气流中溅射在玻璃基板上形成由SiO2-ITO-SnO2构成的膜状的下部电极。下部电极的膜厚设为250nm左右。用溶液生长法在下部电极上制膜50nm的In2S3，在其上通过蒸镀法按任意的比例蒸镀Cu、Ga、Se，进行p型光吸收层的制膜。膜厚设为1500nm左右。由此In2S3通过热扩散向p型光吸收层中扩散，使下部电极附近n型化。然后，作为上部电极形成100nm的10％掺杂了锌的氧化铟。光吸收层的能带隙为1.68eV，光电转换元件的转换效率为9％。透射率为75％。用该光电转换元件遮光的单晶硅太阳能电池的转换效率为9.2％。不遮光时的该单晶硅太阳能电池的转换效率为20％。通过SIMS调查了Na浓度分布图，结果在光吸收层中有确认Na为1020atom/cm3的部位。此外，通过SIMS，测定了光吸收层中的In的掺杂浓度。距离第1电极和光吸收层的界面15nm的深度中的In浓度为1×1021(atoms/cm3)。此外，距离第1电极和光吸收层的界面750nm的深度中的In浓度为1×1019(atoms/cm3)。
(实施例18)
在纵16mm×横12.5mm×厚1.8mm的碱石灰玻璃基板上，通过Ar气流中溅射在玻璃基板上形成由SiO2-ITO-SnO2构成的膜状的下部电极。下部电极的膜厚设为250nm左右。在下部电极上用溶液生长法制膜50nm的ZnS，在其上通过蒸镀法按任意的比例蒸镀Cu、Ga、Se，进行p型光吸收层的制膜。膜厚设为1500nm左右。由此ZnS通过热扩散向p型光吸收层中扩散，使下部电极附近n型化。然后，作为上部电极形成100nm的10％掺杂了锌的氧化铟。光吸收层的能带隙为1.68eV，光电转换元件的转换效率为9％，透射率为75％。用该光电转换元件遮光的单晶硅太阳能电池的转换效率为9.2％。不遮光时的该单晶硅太阳能电池的转换效率为20％。通过SIMS调查了Na浓度分布图，结果在光吸收层中有确认Na为1020atom/cm3的部位。此外，通过SIMS，测定了光吸收层中的Zn的掺杂浓度。距离第1电极和光吸收层的界面15nm的深度中的Zn浓度为1×1022(atoms/cm3)。此外，距离第1电极和光吸收层的界面750nm的深度中的Zn浓度为1×1019(atoms/cm3)。
(实施例19)
在纵16mm×横12.5mm×厚1.8mm的碱石灰玻璃基板上，通过Ar气流中溅射在玻璃基板上形成由SiO2-ITO-SnO2构成的膜状的下部电极。下部电极的膜厚设为250nm左右。在下部电极上用溶液生长法制膜50nm的ZnCdS，在其上通过蒸镀法按任意的比例蒸镀Cu、Ga、Se，进行p型光吸收层的制膜。膜厚设为1500nm左右。由此ZnCdS通过热扩散向p型光吸收层中扩散，使下部电极附近n型化。然后，作为上部电极形成100nm的10％掺杂了锌的氧化铟。光吸收层的能带隙为1.68eV，光电转换元件的转换效率为10％。透射率为74％。用该光电转换元件遮光的单晶硅太阳能电池的转换效率为9.1％。不遮光时的该单晶硅太阳能电池的转换效率为20％。通过SIMS调查了Na浓度分布图，结果在光吸收层中有确认Na为1020atom/cm3的部位。此外，通过SIMS，测定了光吸收层中的Zn和Cd的掺杂浓度。距离第1电极和光吸收层的界面15nm的深度中的Zn浓度为1×1022(atoms/cm3)，Cd浓度为1×1021(atoms/cm3)。此外，距离第1电极和光吸收层的界面750nm的深度中的Zn浓度为1×1019(atoms/cm3)，Cd浓度为1×1018(atoms/cm3)。
(实施例20)
在纵16mm×横12.5mm×厚1.8mm的石英玻璃基板上，通过Ar气流中溅射在玻璃基板上形成由ITO-SnO2构成的膜状的下部电极。下部电极的膜厚设为250nm左右。在下部电极上用溶液生长法制膜50nm的CdS，在其上用蒸镀法按任意的比例蒸镀Cu、Ga、Se，进行p型光吸收层的制膜。膜厚设为1500nm左右。由此CdS通过热扩散向p型光吸收层中扩散，使下部电极附近n型化。然后，蒸镀30nm的氧化钼，作为上部电极形成100nm的10％掺杂了锌的氧化铟。光吸收层的能带隙为1.68eV，光电转换元件的转换效率为5％，透射率为75％。用该光电转换元件遮光的单晶硅太阳能电池的转换效率为9.2％。不遮光时的该单晶硅太阳能电池的转换效率为20％。通过SIMS调查了Na浓度分布图，结果在光吸收层中有确认Na为1022atom/cm3的部位。此外，通过SIMS测定了光吸收层中的Cd的掺杂浓度。距离第1电极和光吸收层的界面15nm的深度中的Cd浓度为1×1021(atoms/cm3)。此外，距离第1电极和光吸收层的界面750nm的深度中的Cd浓度为1×1019(atoms/cm3)。
(比较例2)
在纵16mm×横12.5mm×厚1.8mm的石英玻璃基板上，通过Ar气流中溅射在玻璃基板上形成由SiO2-ITO-SnO2构成的膜状的下部电极。下部电极的膜厚设为250nm左右。在下部电极上用溶液生长法制膜50nm的CdS，在其上用蒸镀法按任意的比例蒸镀Cu、Ga、Se，进行p型光吸收层的制膜。通过将成膜温度规定为300℃左右，抑制了CdS向CGS中扩散，在光吸收层与下部电极之间部分残存CdS的层。由此CdS通过热扩散向p型光吸收层中扩散，使下部电极附近n型化。然后，蒸镀30nm的氧化钼，作为上部电极形成100nm的10％掺杂了锌的氧化铟。光吸收层的能带隙为1.68eV，光电转换元件的转换效率为5％，透射率为70％。用该光电转换元件遮光的单晶硅太阳能电池的转换效率为9.2％。不遮光时的该单晶硅太阳能电池的转换效率为20％。由于石英基板不含Na及K等碱金属，所以该光电转换元件的转换效率低。通过SIMS调查了Na浓度分布图，结果没有在光吸收层中确认Na。此外，通过SIMS测定了光吸收层中的Cd的掺杂浓度。距离第1电极和光吸收层的界面15nm的深度中的Cd浓度为1×1021(atoms/cm3)。此外，距离第1电极和光吸收层的界面750nm的深度中的Cd浓度为1×1019(atoms/cm3)。
(比较例3)
在纵16mm×横12.5mm×厚1.8mm的碱石灰玻璃基板上，通过Ar气流中溅射在玻璃基板上形成由SiO2-ITO构成的膜状的下部电极。下部电极的膜厚设为250nm左右。在下部电极上用溶液生长法制膜50nm的CdS，在其上用蒸镀法按任意的比例蒸镀Cu、Ga、Se，进行p型光吸收层的制膜。通过将成膜温度规定为300℃左右，抑制了CdS向CGS中扩散，在光吸收层与下部电极之间部分残存CdS的层。由此CdS通过热扩散向p型光吸收层中扩散，使下部电极附近n型化。然后，蒸镀30nm的氧化钼，作为上部电极形成100nm的10％掺杂了锌的氧化铟。光吸收层的能带隙为1.68eV，光电转换元件的转换效率为7％，透射率为70％。用该光电转换元件遮光的单晶硅太阳能电池的转换效率为9.2％。通过SIMS调查了Na浓度分布图，结果在光吸收层中有确认Na为1021atom/cm3的部位。此外，通过SIMS测定了光吸收层中的Cd的掺杂浓度。距离第1电极和光吸收层的界面15nm的深度中的Cd浓度为1×1021(atoms/cm3)。此外，距离第1电极和光吸收层的界面750nm的深度中的Cd浓度为1×1019(atoms/cm3)。
说明书中，一部分元素只用元素符号表示。
技术方案1：一种光电转换元件，其具备：
基板，
形成在所述基板上的透明的第1电极，
第2电极，和
被所述第1电极和所述第2电极夹着的同质结型的光吸收层；
所述光吸收层含有位于所述第2电极侧的p型区和位于所述第1电极侧的n型区；
在所述n型区中含有n型掺杂剂；
所述光电转换元件具有所述n型区侧的光吸收层与所述第1电极的界面。
技术方案2：根据上述技术方案1，
其具有所述n型区侧的光吸收层的整面与所述第1电极的整面的界面。
技术方案3：根据上述技术方案1或2，其中，
在将所述光吸收层的厚度规定为d时，
在将从所述光吸收层中的所述界面向所述第2电极方向0.01d的深度中的n型掺杂剂的浓度规定为X(atom/cm3)，
将从所述光吸收层中的所述界面向所述第2电极方向0.5d的深度中的n型掺杂剂的浓度规定为Y(atom/cm3)时，
所述X和Y满足X/Y＞1的关系。
技术方案4：根据上述技术方案3，其中，
所述X和Y满足X/Y＞10的关系。
技术方案5：根据上述技术方案3，其中，
所述X和Y满足X/Y＞100的关系。
技术方案6：根据上述技术方案1～5中任一项，其中，
在将所述光吸收层的厚度规定为d时，
从所述光吸收层中的所述界面向所述第2电极方向0.01d的深度中的n型掺杂剂的浓度为1019-1021(atom/cm3)。
技术方案7：根据上述技术方案1～6中任一项，其中，
在将所述光吸收层的厚度规定为d时，
在将从所述光吸收层中的所述界面向所述第2电极方向0.01d的深度中的n型掺杂剂的浓度规定为X(atom/cm3)，
将从所述光吸收层中的所述界面向所述第2电极方向0.1d的深度中的n型掺杂剂的浓度规定为Z(atom/cm3)时，
所述X和Z满足X/Z＞2的关系。
技术方案8：根据上述技术方案1～7中任一项，其中，
在所述光吸收层与所述第2电极之间进一步具有氧化物层或金属膜。
技术方案9：根据上述技术方案1～8中任一项，其中，
所述n型掺杂剂含有Cd、Zn和Mg中的任1种以上。
技术方案10：根据上述技术方案1～9中任一项，其中，
所述n型掺杂剂为含有Cd、Zn和Mg中的任1种以上的金属或化合物。
技术方案11：根据上述技术方案1～10中任一项，其中，
所述光吸收层含有Na或K，或所述光吸收层同时含有Na及K。
技术方案12：根据上述技术方案1～11中任一项，其中，
所述光吸收层具有以1019atom/cm3以上且1022atom/cm3以下的量含有Na或K或同时含有Na及K的区。
技术方案13：根据上述技术方案1～12中任一项，使用上述技术方案1～12中任一项所述的光电转换元件而形成的太阳能电池。
技术方案14：根据上述技术方案13，使用上述技术方案13的太阳能电池而形成的太阳能电池模块。
技术方案15：根据上述技术方案14，使用上述技术方案14的太阳能电池模块进行发电的太阳光发电系统。
对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提示出的，其意图并非限定发明的范围。这些实施方式能够以其它各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，可以进行各种省略、置换、变更。这些实施方式和其变形包含于发明的范围、主旨中，同样包含于权利要求书中记载的发明和其均等的范围内。

Claims (15)

1.一种光电转换元件，其具备：
基板，
形成在所述基板上的透明的第1电极，
第2电极，和
被所述第1电极和所述第2电极夹着的同质结型的光吸收层；
所述光吸收层含有位于所述第2电极侧的p型区和位于所述第1电极侧的n型区；
在所述n型区中含有n型掺杂剂；
所述光电转换元件具有所述n型区侧的光吸收层与所述第1电极的界面。
2.根据权利要求1所述的光电转换元件，其具有所述n型区侧的光吸收层的与所述第1电极相对的面的整面和所述第1电极的与所述光吸收层相对的面的整面的界面。
3.根据权利要求1或2所述的光电转换元件，其中，
在将所述光吸收层的厚度规定为d时，
在将从所述光吸收层中的所述界面向所述第2电极方向0.01d的深度中的n型掺杂剂的浓度规定为X，
将从所述光吸收层中的所述界面向所述第2电极方向0.5d的深度中的n型掺杂剂的浓度规定为Y时，其中X和Y的单位为atom/cm3，
所述X和Y满足X/Y＞1的关系。
4.根据权利要求3所述的光电转换元件，其中，所述X和Y满足X/Y＞10的关系。
5.根据权利要求3所述的光电转换元件，其中，所述X和Y满足X/Y＞100的关系。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的光电转换元件，其中，
在将所述光吸收层的厚度规定为d时，
从所述光吸收层中的所述界面向所述第2电极方向0.01d的深度中的n型掺杂剂的浓度为1019-1021atom/cm3。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的光电转换元件，其中，
在将所述光吸收层的厚度规定为d时，
在将从所述光吸收层中的所述界面向所述第2电极方向0.01d的深度中的n型掺杂剂的浓度规定为X，
将从所述光吸收层中的所述界面向所述第2电极方向0.1d的深度中的n型掺杂剂的浓度规定为Z时，其中X和Z的单位为atom/cm3，
所述X和Z满足X/Z＞2的关系。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的光电转换元件，其中，在所述光吸收层与所述第2电极之间进一步具有氧化物层或金属膜。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的光电转换元件，其中，所述n型掺杂剂含有Cd、Zn和Mg中的任1种以上。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的光电转换元件，其中，所述n型掺杂剂为含有Cd、Zn和Mg中的任1种以上的金属或化合物。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的光电转换元件，其中，所述光吸收层含有Na或K，或所述光吸收层同时含有Na及K。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的光电转换元件，其中，所述光吸收层具有以1019atom/cm3以上且1022atom/cm3以下的量含有Na或K或同时含有Na及K的区。
13.一种太阳能电池，其使用权利要求1～12中任一项所述的光电转换元件而形成。
14.一种太阳能电池模块，其使用权利要求13所述的太阳能电池而形成。
15.一种太阳光发电系统，其使用权利要求14所述的太阳能电池模块进行发电。
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