JP2013239618A - Photoelectric conversion device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、I−III−VI族化合物を含む半導体層を用いた光電変換装置の製造方法に関
するものである。
The present invention relates to a method for manufacturing a photoelectric conversion device using a semiconductor layer containing an 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、CISやCIGS等のI−III−VI族
化合物によって光吸収層が形成されたものがある。このような光電変換装置は、例えば特許文献1に記載されている。
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 an I-III-VI group compound such as CIS or CIGS. Such a photoelectric conversion device is described in
このようなI−III−VI族化合物を用いた光電変換装置は、複数の光電変換セルが平面
的に並設された構成を有する。各光電変換セルは、ガラス等の基板の上に、金属電極等の下部電極と、光吸収層やバッファ層等からなる光電変換層と、透明電極や金属電極等の上部電極とが、この順に積層されて構成される。また、複数の光電変換セルは、隣り合う一方の光電変換セルの上部電極と他方の光電変換セルの下部電極とが接続導体によって電気的に接続されることで、電気的に直列に接続されている。
A photoelectric conversion device using such an I-III-VI group compound has a configuration in which a plurality of photoelectric conversion cells are arranged side by side in a plane. Each photoelectric conversion cell has a substrate such as glass, a lower electrode such as a metal electrode, a photoelectric conversion layer including a light absorption layer and a buffer layer, and an upper electrode such as a transparent electrode and a metal electrode in this order. It is constructed by stacking. In addition, the plurality of photoelectric conversion cells are electrically connected in series by electrically connecting the upper electrode of one adjacent photoelectric conversion cell and the lower electrode of the other photoelectric conversion cell by a connecting conductor. Yes.
このようなI−III−VI族化合物を含む光吸収層は、下部電極上にI−III−VI族化合物の原料を含む皮膜が形成され、この皮膜が熱処理されることによって形成される。 Such a light absorption layer containing an I-III-VI group compound is formed by forming a film containing a raw material of an I-III-VI group compound on the lower electrode and heat-treating the film.
I−III−VI族化合物の原料としては、I−III−VI族化合物を構成する元素の塩や錯体等が用いられる。例えば特許文献2には、1つの有機化合物内にCuと、Seと、InもしくはGaとを存在させた単一源前駆体(Single Source Precursor)が金属カルコゲナイドの原料として用いられることが記載されている。
As a raw material for the I-III-VI group compound, a salt or a complex of an element constituting the I-III-VI group compound is used. For example,
I−III−VI族化合物を含む光電変換装置には、光電変換効率の向上が常に要求される
。この光電変換効率は、光電変換装置において太陽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太陽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 containing the I-III-VI group compound is always required to improve the photoelectric conversion efficiency. This photoelectric conversion efficiency indicates the rate at which sunlight energy is converted into electric energy in the photoelectric conversion device. For example, the value of the electric energy output from the photoelectric conversion device is the amount of sunlight incident on the photoelectric conversion device. Divided by the value of energy and derived by multiplying 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光電変換効率の向上を目的とする。 This invention is made | formed in view of the said subject, and aims at the improvement of the photoelectric conversion efficiency in a photoelectric conversion apparatus.
本発明の一実施形態に係る光電変換装置の製造方法は、電極層上に、I−B族元素、In元素およびGa元素を含む第1の皮膜を作製する工程と、該第1の皮膜の上に、I−B族元素、In元素、有機化合物および前記第1の皮膜よりも高い濃度のGa元素を含む第2の皮膜を作製して、第1の皮膜と第2の皮膜とが積層された積層皮膜を作製する工程と、該積層皮膜を第1の温度で加熱して前記有機化合物を熱分解することによって、前記積層皮膜を熱分解皮膜にする工程と、カルコゲン元素を含む雰囲気において、前記熱分解皮膜を前記第1の温度よりも低い第2の温度で加熱した後、前記第1の温度よりも高い第3の温度で加熱して前記熱分解皮膜をI−III−VI族化合物を含む半導体層にする工程とを具備する。 A method for manufacturing a photoelectric conversion device according to an embodiment of the present invention includes a step of forming a first film containing a group IB element, an In element, and a Ga element on an electrode layer; A second film containing a IB group element, an In element, an organic compound, and a Ga element having a higher concentration than the first film is formed, and the first film and the second film are laminated. A step of producing a laminated film, a step of heating the laminated film at a first temperature to thermally decompose the organic compound, thereby converting the laminated film into a thermally decomposed film, and an atmosphere containing a chalcogen element The pyrolysis film is heated at a second temperature lower than the first temperature, and then heated at a third temperature higher than the first temperature to make the pyrolysis film a group I-III-VI And a step of forming a semiconductor layer containing a compound.
本発明の上記実施形態によれば、光電変換効率の高い光電変換装置を提供することができる。 According to the embodiment of the present invention, a photoelectric conversion device with high photoelectric conversion efficiency can be provided.
以下、本発明の一実施形態に係る光電変換装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。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, a method for manufacturing a photoelectric conversion device according to 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、本発明の一実施形態に係る光電変換装置の製造方法を用いて作製した光電変換装置11の一例を示す斜視図である。図2は、図1の光電変換装置11のXZ断面図である。なお、図1から図12には、光電変換セル10の配列方向(図1の図面視左右方向)をX軸方向とする右手系のXYZ座標系が付されている。
<(1) Configuration of photoelectric conversion device>
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a
光電変換装置11は、基板1の上に複数の光電変換セル10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10のみが示されているが、実際の光電変換装置11には、図面のX軸方向、或いは更に図面のY軸方向に、多数の光電変換セル10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10は、下部電極層2、第1の半導体層3、第2の半導体層4、上部電極層5、および集電電極7を主に備えている。光電変換装置11では、上部電極層5および集電電極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11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10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。具体例として、例えば、基板1とし
て、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)が用いられてもよい。
The
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、あるいはこれらの金属の積層構造体からなる。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
光吸収層としての第1の半導体層3は、下部電極層2の+Z側の主面(一主面とも言う)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。そして、第1の半導体層3は、I−B族元素(11族元素ともいう)、In元素とGa元素とを含むIII−B族元素(13族元素ともいう)およびカルコゲン元素の化合物である、I−III−VI族化合物を主に有している。なお、カルコゲン元素とは、VI−B族元素(16族元素ともいう)のうち、S、Se、Teをいう。このようなI−III−VI族化合物としては、例えば、Cu(In,Ga)Se2(二セレン化銅インジウム・ガリウム、CIGSともいう)、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ともいう)等が挙げられる。
The
さらに、第1の半導体層3は、下部電極層2とは反対側の表面部、すなわち第2の半導体層4側の表面部において、Ga元素の濃度(In元素とGa元素の合計に対するGa元素の比率)が第2の半導体層4側の表面に近づくほど徐々にあるいは段階的に高くなっている。このような構成により、第2の半導体層4側の表面部でのバンドギャップを大きくして、開放電圧を大きくすることができ、その結果、光電変換装置11の光電変換効率を高めることができる。このような第1の半導体層3の第2の半導体層4側の表面部におけるGa元素の濃度が傾斜した部位の厚みは、例えば、100〜1000nm程度であればよい。図13は、第1の半導体層3が、2μmの厚みのCIGSである場合の第1の半導体層3の厚み方向の組成分布の一例を示すグラフである。図13に示すように第1の半導体層3の第2の半導体層4側の表面部において、Ga元素の濃度が第2の半導体層4側の表面に近づくほど高くなっている。
Further, the
また、第1の半導体層3は、さらにGa元素の濃度が下部電極層2側の表面に近づくほど徐々にあるいは段階的に高くなっていてもよい。つまり、第1の半導体層3の厚み方向の内側にGa元素の濃度の極小値を有し、この極小値を示す部位から第2の半導体層4側の表面へ近付くほどGa元素の濃度が高くなっているとともに、この極小値を示す部位から下部電極層2側の表面へ近付くほどGa元素の濃度が高くなっていてもよい。このような構成により、第1の半導体層3のバンドギャップをダブルグレーデッド構造とすることができ、光電変換装置11の光電変換効率がより高くなる。図14は、第1の半導体層3が、2μmの厚みのCIGSである場合の第1の半導体層3の厚み方向の組成分布の他の例を示すグラフである。図14に示すように第1の半導体層3の第2の半導体層4寄りの部位にGa元素の濃度が極小値を示し、この極小値を示す部位から第2の半導体層4側の表面に近づくほどGa元素の濃度が高くなっているとともに、この極小値を示す部位から下部電極層2側の表面に近づくほどGa元素の濃度が高くなっている。
Further, the
第1の半導体層3のGa元素の濃度分布の具体例としては、例えば、第1の半導体層3の厚みの方向の内側におけるGa元素の極小値を示す部位では、Ga元素とIn元素との合計モル数に対するGa元素のモル数の比率は、0.05〜0.25である。一方、第1の半導体層3の第2の半導体層4側の表面近傍(第2の半導体層4との界面から100nm以内の領域)において、Ga元素とIn元素との合計モル数に対するGa元素のモル数
の比率は、上記極小値におけるGa元素のモル数の比率の1.2〜6倍である。また、第1の半導体層3の下部電極層2側の表面近傍(下部電極層2との界面から100nm以内の領域)において、Ga元素とIn元素との合計モル数に対するGa元素のモル数の比率は、上記極小値におけるGa元素のモル数の比率の1〜12倍である。
As a specific example of the concentration distribution of the Ga element in the
第1の半導体層3における各元素の含有率は、2次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectroscopy)、オージェ電子分光法(AES:Auger Electron Spectroscopy)またはX線光電子分光分析法(XPS:X-ray Photoelectron Spectroscopy)等を用いることにより測定することができる。
The content of each element in the
第2の半導体層4は、第1の半導体層3の一主面の上に設けられた半導体層である。この第2の半導体層4は、第1の半導体層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。第1の半導体層3と第2の半導体層4との接合によって、第1の半導体層3で光電変換されて生じた正負キャリアが良好に電荷分離される。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、上記のように第1の半導体層3の導電型がp型である場合、第2の半導体層4の導電型は、n型でなく、i型であっても良い。更に、第1の半導体層3の導電型がn型またはi型であり、第2の半導体層4の導電型がp型である態様も有り得る。
The
第2の半導体層4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等の化合物半導体によって構成されている。そして、電流の損失が低減される観点から言えば、第2の半導体層4は、1Ω・cm以上の抵抗率を有するものとすることができる。なお、第2の半導体層4は、例えばケミカルバスデポジション(CBD)法等で形成される。
The
また、第2の半導体層4は、第1の半導体層3の一主面の法線方向に厚さを有する。この厚さは、例えば10〜200nmに設定される。
The
上部電極層5は、第2の半導体層4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、第1の半導体層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5は、第2の半導体層4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5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5とみなされても良い。
The
上部電極層5は、禁制帯幅が広く且つ透明で低抵抗の材料を主に含んでいる。このような材料としては、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等のうちの何れかの元素が含まれても良い。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
Examples include IZO (Indium Zinc Oxide), ITO (Indium Tin Oxide), and FTO (Fluorine tin Oxide).
上部電極層5は、スパッタ法、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、第1の半導体層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5は、1Ω・cm未満の抵抗率と、50Ω/□以下のシート抵抗とを有するものとすることができる。
The
第2の半導体層4および上部電極層5は、第1の半導体層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)を有する素材によって構成され得る。
これにより、第2の半導体層4と上部電極層5とが設けられることで生じる、第1の半導体層3における光の吸収効率の低下が低減される。
The
Thereby, a decrease in light absorption efficiency in 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と光散乱効果とが高められ、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5は、0.05〜0.5μmの厚さとなるようにすることができる。更に、上部電極層5と第2の半導体層4との界面で光反射のロスが低減される観点から言えば、上部電極層5と第2の半導体層4との間で絶対屈折率が略同一となるようにすることができる。
In addition, from the viewpoint of improving the light transmittance, the effect of preventing loss of light reflection and the light scattering effect, and further transmitting the current generated by the photoelectric conversion, the
集電電極7は、Y軸方向に離間して設けられ、それぞれがX軸方向に延在している。集電電極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。
The collecting
集電電極7は、第1の半導体層3において発生して上部電極層5において取り出された電荷を集電する役割を担う。集電電極7が設けられれば、上部電極層5の薄層化が可能となる。
The collecting
集電電極7および上部電極層5によって集電された電荷は、第2溝部P2に設けられた接続導体6を通じて、隣の光電変換セル10に伝達される。接続導体6は、例えば、図2に示されるように集電電極7のY軸方向への延在部分によって構成されている。これにより、光電変換装置11においては、隣り合う光電変換セル10の一方の下部電極層2と、他方の集電電極7とが、第2溝部P2に設けられた接続導体6を介して電気的に直列に接続されている。なお、接続導体6は、これに限定されず、上部電極層5の延在部分によって構成されていてもよい。
The charges collected by the
集電電極5は、良好な導電性が確保されつつ、第1の半導体層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の幅を有するものとすることができる。
The
<(2)光電変換装置の製造方法>
図3から図10は、光電変換装置11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10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) Method for Manufacturing Photoelectric Conversion Device>
3 to 10 are cross-sectional views schematically showing a state during the manufacture of the
まず、図3で示されるように、洗浄された基板1の略全面に、スパッタ法等を用いて、Mo等からなる下部電極層2を成膜する。そして、下部電極層2の上面のうちのY方向に沿った直線状の形成対象位置からその直下の基板1の上面にかけて、第1溝部P1を形成する。第1溝部P1は、例えば、YAGレーザー等によるレーザー光を走査しつつ形成対象位置に照射することで溝加工を行なう、スクライブ加工によって形成することができる。図4は、第1溝部P1を形成した後の状態を示す図である。
First, as shown in FIG. 3, a
第1溝部P1を形成した後、下部電極層2の上に、I−B族元素、In元素およびGa元素を含む第1の皮膜3aを作製する。第1の皮膜3aの作製方法は特に限定されず、例えば、後述する原料溶液を用いて、いわゆる塗布法または印刷法と称されるプロセスによって作製してもよい。なお、第1の皮膜3aは複数層からなっていてもよい。図5は、第1の皮膜3aを形成した後の状態を示す図である。
After forming the first groove P1, a
次に、第1の皮膜3aの上に、I−B族元素、In元素、有機化合物および第1の皮膜3aよりも高い濃度のGa元素を含む第2の皮膜3bを作製して、第1の皮膜3aと第2の皮膜3bとが積層された積層皮膜3xを作製する。
Next, a
このような第2の皮膜3bは以下のようにして作製することができる。まず、I−B族元素、In元素、Ga元素および有機化合物を含む原料溶液を作製する。このとき、Ga元素の濃度が上記第1の皮膜3aにおけるGa元素の濃度よりも高くなるように調整しておく。このような原料溶液としては、金属元素に有機化合物が結合した有機錯体を有機溶媒等に溶解したものを用いることができる。なお、有機錯体とは、有機化合物が金属元素に配位結合またはイオン結合したものを含んでおり、有機酸と金属元素との塩も有機錯体に含まれるものとする。上記原料溶液にはカルコゲン元素を含んでいてもよい。原料溶液にカルコゲン元素を含んでいると、金属元素のカルコゲン化を良好に行なうことができ、I−III−VI族化合物を良好に形成することができる。
Such a 2nd membrane | film |
有機錯体としては、I−B族元素と有機配位子との錯体、In元素と有機配位子との錯体、Ga元素と有機配位子との錯体、I−B族元素とIn元素と有機配位子とが1つの錯体化合物を形成した単一源錯体(特許文献2を参照)およびI−B族元素とGa元素と有機配位子とが1つの錯体化合物を形成した単一源錯体(特許文献2を参照)等が挙げられる。I−B族元素、In元素およびGa元素の濃度は、上記有機錯体を適宜混合することによって、所望の濃度比に調整することができる。 As the organic complex, a complex of an IB group element and an organic ligand, a complex of an In element and an organic ligand, a complex of a Ga element and an organic ligand, an IB group element and an In element, A single source complex in which an organic ligand forms one complex compound (see Patent Document 2) and a single source in which a IB group element, a Ga element, and an organic ligand form one complex compound And a complex (see Patent Document 2). The concentrations of the IB group element, In element, and Ga element can be adjusted to a desired concentration ratio by appropriately mixing the organic complex.
上記有機錯体に用いられる有機配位子としては、アセチルアセトナートや有機酸等種々の化合物を用いることができる。I−III−VI族化合物を良好に形成するという観点から
は、有機カルコゲン化合物を用いてもよい。有機カルコゲン化合物とは、カルコゲン元素を含む有機化合物であり、炭素元素とカルコゲン元素との共有結合を有する有機化合物である。有機カルコゲン化合物としては、例えば、チオールやスルフィド、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、ジテルリド等がある。
As an organic ligand used for the organic complex, various compounds such as acetylacetonate and organic acid can be used. From the viewpoint of forming the I-III-VI group compound satisfactorily, an organic chalcogen compound may be used. An organic chalcogen compound is an organic compound containing a chalcogen element, and is an organic compound having a covalent bond between a carbon element and a chalcogen element. Examples of the organic chalcogen compound include thiol, sulfide, disulfide, selenol, selenide, diselenide, tellurol, telluride, ditelluride and the like.
以上のような原料溶液を用いて、第1の皮膜3a上に、いわゆる塗布法または印刷法と称されるプロセスによって第2の皮膜3bを形成し、第1の皮膜3aと第2の皮膜3bとが積層された積層皮膜3zを形成する。このような方法により、積層皮膜3zの下部電極層2とは反対側の表面部において、Ga元素の濃度が下部電極層2とは反対側の表面に近いほど高くなった、Ga元素の濃度傾斜を有するものとなる。なお、第2の皮膜3bは複数層からなっていてもよく、Ga元素の濃度を変えた複数の原料溶液を用いてGa元素の濃度傾斜を多段階にしてもよい。図6は、積層皮膜3xを形成した後の状態を示す図である。
Using the raw material solution as described above, the
次にこの積層皮膜3xを第1の温度で加熱して、積層皮膜3x中の有機化合物を熱分解する(この熱分解後の積層皮膜3xを熱分解皮膜という)。第1の温度は、第2の皮膜3b中の有機化合物を熱分解させることのできる温度であるとともに、積層皮膜3x中のI−B族元素、In元素およびGa元素が反応することによって生成するI−III−VI族化
合物の生成率が低い状態である温度である。具体例としては、例えば、第1の温度が100〜350℃である。また、第1の温度で加熱する際の雰囲気は、窒素などの不活性ガス雰囲気または水素等の還元性ガス雰囲気とすればよい。このようにして形成される熱分解皮膜におけるGa元素は、積層皮膜3xにおけるGa元素の濃度傾斜をある程度維持したものとなる。
Next, the
次にこの熱分解皮膜を、カルコゲン元素を含む雰囲気において、上記第1の温度よりも低い第2の温度で加熱した後、第1の温度よりも高い第3の温度で加熱して上記熱分解皮膜をI−III−VI族化合物を含む第1の半導体層3にする。
Next, the pyrolysis film is heated at a second temperature lower than the first temperature in an atmosphere containing a chalcogen element, and then heated at a third temperature higher than the first temperature to perform the pyrolysis. The film is formed into the
なお、カルコゲン元素を含む雰囲気とは、カルコゲン元素を、H2SやH2Se等のカルコゲン化合物、または、硫黄蒸気やセレン蒸気等のカルコゲン単体の蒸気として具備する雰囲気である。この雰囲気には、窒素などの不活性ガスまたは水素等の還元性ガスを含
めてもよい。雰囲気中に上記不活性ガスまたは還元性ガスが含まれている場合、カルコゲン化反応を緩やかに進行させることができ、Ga元素の濃度傾斜をより良好に維持することができる。
The atmosphere containing a chalcogen element is an atmosphere containing the chalcogen element as a chalcogen compound such as H 2 S or H 2 Se, or a vapor of a chalcogen alone such as sulfur vapor or selenium vapor. This atmosphere may contain an inert gas such as nitrogen or a reducing gas such as hydrogen. When the inert gas or reducing gas is contained in the atmosphere, the chalcogenation reaction can be allowed to proceed slowly, and the Ga element concentration gradient can be maintained better.
また、第2の温度は第1の温度よりも例えば30〜70℃低い温度であり、例えば70〜320℃の範囲である。第2の温度での加熱時間は60〜120分である。この第2の温度での加熱において、第2の温度は、第1の温度よりも低い温度の範囲内で変動してもよい。 The second temperature is, for example, 30 to 70 ° C. lower than the first temperature, and is in the range of 70 to 320 ° C., for example. The heating time at the second temperature is 60 to 120 minutes. In the heating at the second temperature, the second temperature may vary within a temperature range lower than the first temperature.
また、第3の温度は第1の温度よりも高く、熱分解皮膜をI−III−VI族化合物を主に
含む多結晶体にすることのできる温度である。このような第3の温度は、例えば450〜600℃であり、第3の温度での加熱時間は、例えば1〜5時間である。
The third temperature is higher than the first temperature, and is a temperature at which the pyrolysis film can be made into a polycrystalline body mainly containing the I-III-VI group compound. Such 3rd temperature is 450-600 degreeC, for example, and the heating time in 3rd temperature is 1 to 5 hours, for example.
このような方法により、Ga元素の濃度が下部電極層2とは反対側の表面に近づくほど徐々にあるいは段階的に高くなっている第1の半導体層3を良好に作製することができる。すなわち、熱分解皮膜を、カルコゲン元素を含む雰囲気で加熱する際、特にGa元素が下部電極層2側に移動しやすく、Ga元素の濃度傾斜を維持することは困難である。一方、上記のように第2の温度で一定時間加熱を行なうことによって、Ga元素の移動速度を抑えながら、ある程度反応を進行させ、その後第3の温度に上げることでGa元素の濃度傾斜をある程度維持することができる。図7は、第1の半導体層3を形成した後の状態を示す図である。
By such a method, it is possible to satisfactorily produce the
Ga元素の濃度傾斜をより維持しやすいという観点からは、上記第2の皮膜3b中の有機化合物を熱分解して熱分解皮膜を作製する工程において、雰囲気中に分圧比で50〜300ppmvの水蒸気あるいは酸素を含有させ、第2の皮膜3bの金属元素の一部が酸化するようにしてもよい。これにより、熱分解皮膜を構成する化合物同士の結合力が高まることとなり、その後の第2の温度および第3の温度での加熱の際にGa元素の移動速度をより抑えて、Ga元素の濃度傾斜をより良好に維持することができる。その結果、例えば図13に示すようなGa元素が下部電極層2とは反対側の表面に近づくほど高くなっている第1の半導体層3となる。
From the viewpoint of more easily maintaining the Ga element concentration gradient, in the step of thermally decomposing the organic compound in the
第1の半導体層3を形成した後、第1の半導体層3の上に、第2の半導体層4および上部電極層5を順に形成する。
After the formation of the
第2の半導体層4は、溶液成長法(CBD法とも言う)によって形成することができる。例えば、酢酸カドミウムとチオ尿素とをアンモニア水に溶解し、これに第1の半導体層3の形成まで行なった基板1を浸漬することで、第1の半導体層3の上にCdSを含む第2の半導体層4を形成することができる。
The
上部電極層5は、例えば、Snが含まれた酸化インジウム(ITO)等を主成分とする透明導電膜であり、スパッタリング法、蒸着法、またはCVD法等で形成することができる。図8は、第2の半導体層4および上部電極層5を形成した後の状態を示す図である。
The
上部電極層5が形成された後、上部電極層5の上面のうちのY方向に沿った直線状の形成対象位置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9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X方向(図中では+X方向)にずれた位置に形成される。
After the
第2溝部P2が形成された後、集電電極7および接続導体6が形成される。集電電極7および接続導体6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、これが乾燥されて固化されることで形成される。なお、固化された状態は、導電ペーストに用いられるバインダーが熱可塑性樹脂である場合の熔融後の固化状態、およびバインダーが熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂等の硬化性樹脂である場合の硬化後の状態の双方を含む。図10は、集電電極7および接続導体6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
集電電極7および接続導体6が形成された後、上部電極層5の上面のうちの直線状の形成対象位置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ることが好適である。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11が製作されたことになる。
After the
<(3)光電変換装置の製造方法の他の例>
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、改良などが可能である。
<(3) Other Examples of Manufacturing Method of Photoelectric Conversion Device>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、上記の光電変換装置11の製造方法において、積層皮膜3xが、その下部電極層2側においてもGa元素の濃度が高くなるようにしてもよい。つまり、上記製造方法における図5、図6の工程を、図11、図12の工程に置換してもよい。図11では、第1の皮膜3aと下部電極層2との間に、第1の皮膜3aよりもGa元素濃度が高い第3の皮膜3cをさらに形成している。これにより、図12のように積層皮膜13xは、第3の皮膜3c、第1の皮膜3aおよび第2の皮膜3bが順に積層されたものとなる。この積層皮膜13xは、下部電極層2側から順に、Ga元素が相対的に高い部位、低い部位、高い部位を有している。このような積層皮膜13xを用いて第1の半導体層3を形成することによって、例えば図14に示すようなGa元素が第2の半導体層4側および下部電極層2側の両方に近づくほど高くなっているダブルグレーデッド構造をより容易に形成しやすくなる。
For example, in the manufacturing method of the
1:基板
2:下部電極層
3:第1の半導体層
3a:第1の皮膜
3b:第2の皮膜
3c:第3の皮膜
3x、13x:積層皮膜
4:第2の半導体層
5:上部電極層
6:接続導体
7:集電電極
10:光電変換セル
11:光電変換装置
1: Substrate 2: Lower electrode layer 3:
Claims (5)
該第1の皮膜の上に、I−B族元素、In元素、有機化合物および前記第1の皮膜よりも高い濃度のGa元素を含む第2の皮膜を作製して、第1の皮膜と第2の皮膜とが積層された積層皮膜を作製する工程と、
該積層皮膜を第1の温度で加熱して前記有機化合物を熱分解することによって、前記積層皮膜を熱分解皮膜にする工程と、
カルコゲン元素を含む雰囲気において、前記熱分解皮膜を前記第1の温度よりも低い第2の温度で加熱した後、前記第1の温度よりも高い第3の温度で加熱して前記熱分解皮膜をI−III−VI族化合物を含む半導体層にする工程と
を具備する光電変換装置の製造方法。 Producing a first film containing a group IB element, an In element and a Ga element on the electrode layer;
On the first film, a second film containing a group I-B element, an In element, an organic compound, and a Ga element having a higher concentration than the first film is formed. A step of producing a laminated film in which two films are laminated;
Heating the laminated film at a first temperature to thermally decompose the organic compound, thereby turning the laminated film into a thermally decomposed film;
After heating the pyrolysis film at a second temperature lower than the first temperature in an atmosphere containing a chalcogen element, the pyrolysis film is heated at a third temperature higher than the first temperature. And a process for producing a semiconductor layer containing a group I-III-VI compound.
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