JP2012114414A - 太陽電池サブモジュール及びその製造方法、電極付き基板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
電極付き基板1は、カルコゲン含有化合物半導体系光電変換素子2に用いられる電極付き基板であって、基板10上に、単一の遷移金属を主成分とする導電層20を備え、導電層20の少なくとも基板10と反対側の表層22が遷移金属の窒化物を含む層である。
【選択図】図1
Description
該導電層の少なくとも前記基板と反対側の表層が前記遷移金属の窒化物を含む層であることを特徴とするものである。
カルコゲンを含有する化合物半導体からなる光電変換層と、透明電極との積層構造を有する光電変換素子を備えたことを特徴とするものである。
基板上に、主として遷移金属元素から構成されてなる導電層と、カルコゲンを含有する化合物半導体からなる光電変換層と、透明導電層との積層構造を有する光電変換素子を備えた太陽電池サブモジュールの製造方法であって、
前記基板上に、単一の遷移金属を主成分とする導電層を形成する導電層成膜工程と、
該導電層の表層に該遷移金属の窒化物を形成する導電層窒化工程と、
前記導電層の一部を、レーザを用いて除去して分離溝を有する電極付き基板を形成する導電層除去工程と、
該電極付き基板上に前記光電変換層を蒸着法により形成する光電変換層形成工程とを含むことを特徴とするものである。
基板10としては特に制限されず、例えばガラス基板や、陽極酸化アルミニウム基板、また樹脂基板等の可撓性基板等を用いることができる。
光電変換層30の主成分は、カルコゲン含有化合物半導体であれば特に制限されない。カルコゲン含有化合物半導体としては、IIb族元素およびVIb族元素からなる少なくとも1種の化合物半導体(少なくとも1種のII−VI族半導体)、及び、Ib族元素とIIIb族元素とVIb族元素とからなる少なくとも1種の化合物半導体(少なくとも1種のI−III−VI族半導体)が挙げられ、少なくとも1種のI−III−VI族半導体であることが好ましい。
Al,GaおよびInからなる群より選択された少なくとも1種のIIIb族元素と、
S,Se,およびTeからなる群から選択された少なくとも1種のVIb族元素とからなる少なくとも1種の化合物半導体が挙げられる。
CuAlS2,CuGaS2,CuInS2,
CuAlSe2,CuGaSe2,
AgAlS2,AgGaS2,AgInS2,
AgAlSe2,AgGaSe2,AgInSe2,
AgAlTe2,AgGaTe2,AgInTe2,
Cu(In,Al)Se2,Cu(In,Ga)(S,Se)2,
Cu1-zIn1-xGaxSe2-ySy(式中、0≦x≦1,0≦y≦2,0≦z≦1)(CI(G)S),
Ag(In,Ga)Se2,およびAg(In,Ga)(S,Se)2等が挙げられる。
特には、CuInGaSe2が好ましい。
バッファ層40は、CdS、ZnS、Zn(S,O)、Zn(S,O,OH)、を主成分とする層からなる。バッファ層40の膜厚は特に制限されず、10nm〜0.5μmが好ましく、15〜200nmがより好ましい。
窓層50は、光を取り込む中間層である。窓層50の組成としては特に制限されず、i−ZnO等が好ましい。窓層50の膜厚は特に制限されず、15〜200nmが好ましい。なお、窓層は任意の層であり、窓層50のない光電変換素子としてもよい。
透明電極60は、光を取り込むと共に電極として機能する層である。透明電極60の組成としては特に制限されず、ZnO,ITO(インジウム錫酸化物),SnO2,及びこれらの組み合わせが好ましい。かかる材料は、光透過性が高く、低抵抗であり好ましい。第2電極22は、これらの材料に所望の導電型となりうるドーパントが添加されたものである。ドーパントとしては、例えばGa,Al,B等の元素が挙げられ、ZnO:Al等のn−ZnO等が好ましい。透明電極60の膜厚は特に制限されず、50nm〜2μmが好ましい。
取出し電極70は、裏面電極20および透明電極60間に生じる電力を効率的に外部に取り出すための電極である。
光電変換素子2、2’は必要に応じて、上記で説明した以外の任意の層を備えることができる。例えば、基板として陽極酸化基板を用いた場合は、基板10と裏面電極20との間に、必要に応じて、層同士の密着性を高めるための密着層(緩衝層)やアルカリバリア層等を設けることができる。アルカリバリア層については、特開平8−222750号公報を参照されたい。
例えば、上記の光電変換素子2、2’を多数集積化して太陽電池サブモジュールを形成し、必要に応じて、カバーガラス、保護フィルム等を取り付けて、太陽電池とすることができる。
<太陽電池サブモジュール及びその製造方法>
導電層20の表層22に遷移金属Mの窒化物を形成する導電層窒化工程と、
導電層20の一部を、レーザを用いて除去して分離溝71を有する電極付き基板1’を形成する導電層除去工程と、
電極付き基板1’上に光電変換層30を蒸着法により形成する光電変換層形成工程とを含む。以下に、より具体的に、手順を説明する。
a)イオン化したGaを使用する方法(H.Miyazaki, et.al, phys.stat.sol.(a),Vol.203(2006)p.2603.等)、
b)クラッキングしたSeを使用する方法(第68回応用物理学会学術講演会 講演予稿集(2007秋 北海道工業大学)7P−L−6等)、
c)ラジカル化したSeを用いる方法(第54回応用物理学会学術講演会 講演予稿集(2007春 青山学院大学)29P−ZW−10等)、
d)光励起プロセスを利用した方法(第54回応用物理学会学術講演会 講演予稿集(2007春 青山学院大学)29P−ZW−14等)等が知られている。
(設計変更)
本発明の光電変換素子の実施例のサンプルを、以下の方法で作製した。
(評価)
<反射率及びシート抵抗の測定>
次に、光電変換層(半導体層)として、裏面電極上に、いわゆる3段階法によりCu(In0.7Ga0.3)Se2を2μm成膜した。3段階法における2、3段階目の基板温度を550℃とした。なお、Kセル(knudsen-Cell:クヌーセンセル)を蒸発源として用いた。
<レーザスクライブ>
1’ 分離溝付き電極付き基板
2,2’ 光電変換素子
3 太陽電池サブモジュール
10、10A、10B 基板
11 基材
12 陽極酸化膜
20 導電層(裏面電極)
21 金属層
22 窒化物を含む層(窒化物含有層、導電層の表層)
25 遷移金属二カルコゲニド層
30 光電変換層
40 バッファ層
50 窓層
60 透明電極
70 取出し電極(グリッド電極)
71,71,73 分離溝
Claims (15)
- カルコゲン含有化合物半導体系光電変換素子に用いられる電極付き基板であって、
基板上に、単一の遷移金属を主成分とする導電層を備え、
該導電層の少なくとも前記基板と反対側の表層が前記遷移金属の窒化物を含む層であることを特徴とする電極付き基板。 - 前記窒化物を含む層における前記遷移金属に対する前記窒素の含有量が5at%以上であることを特徴とする請求項1に記載の電極付き基板。
- 前記表層の所定の波長の光に対する反射率が、前記単一の遷移金属の前記反射率の95%以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の電極付き基板。
- 前記表層の前記反射率が、前記単一の遷移金属の前記反射率の90%以下であることを特徴とする請求項3に記載の電極付き基板。
- 前記所定の波長が、532nm又は1064nmであることを特徴とする請求項3又は4に記載の電極付き基板。
- 前記遷移金属がMoであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の電極付き基板。
- 基板上に複数の太陽電池セルが電気的に直列接続されて形成されてなる太陽電池サブモジュールにおいて、
請求項1〜6のいずれかに記載の電極付き基板上に、
カルコゲンを含有する化合物半導体からなる光電変換層と、
透明電極との積層構造を有する光電変換素子を備えたことを特徴とする太陽電池サブモジュール。 - 前記化合物半導体が、Ib族元素、IIIb族元素およびVIb族元素を含有するものであることを特徴とする請求項7に記載の太陽電池サブモジュール。
- 前記Ib族元素が、Cuであり、
前記IIIb族元素が、Al,Ga及びInからなる群より選択された少なくとも1種であり、
前記VIb族元素が、Seであることを特徴とする請求項9に記載の太陽電池サブモジュール。 - 基板上に、単一の遷移金属を主成分とする導電層と、カルコゲンを含有する化合物半導体からなる光電変換層と、透明導電層との積層構造を有する光電変換素子を備えた太陽電池サブモジュールの製造方法であって、
前記基板上に、前記導電層を形成する導電層成膜工程と、
該導電層の表層に該遷移金属の窒化物を形成する導電層窒化工程と、
前記導電層の一部を、レーザを用いて除去して分離溝を有する電極付き基板を形成する導電層除去工程と、
該電極付き基板上に前記光電変換層を蒸着法により形成する光電変換層形成工程とを含むことを特徴とする太陽電池サブモジュールの製造方法。 - 前記化合物半導体が、Ib族元素、IIIb族元素およびVIb族元素を含有するものであることを特徴とする請求項10に記載の太陽電池サブモジュールの製造方法。
- 前記導電層窒化工程において、前記遷移金属の窒化物の形成を、窒素プラズマ処理により実施することを特徴とする請求項10又は11に記載の太陽電池サブモジュールの製造方法。
- 前記導電層窒化工程において、前記遷移金属の窒化物の形成を、スパッタガス中に窒素を混入させた条件下で、反応性スパッタリングにより実施することを特徴とする請求項10又は11に記載の太陽電池サブモジュールの製造方法。
- 前記レーザの波長が、532nm又は1064nmであることを特徴とする請求項10〜13のいずれかに記載の太陽電池サブモジュールの製造方法。
- 前記遷移金属がMoであることを特徴とする請求項10〜14のいずれかに記載の太陽電池サブモジュールの製造方法。
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