專利名稱：化合物薄膜太陽(yáng)能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化合物薄膜太陽(yáng)能電池。
背景技術(shù)：
作為用作太陽(yáng)能電池的光吸收層的化合物半導(dǎo)體，廣為人知的是以CdTe為代表的II-VI系和以CuInSe2為代表的I-III-VI2系。對(duì)于具有黃銅礦型結(jié)構(gòu)的I-III-VI2系化合物半導(dǎo)體，作為I族元素，主要由Cu構(gòu)成，作為III族元素，由In和/或Ga構(gòu)成，作為VI 族元素，由Se和/或S構(gòu)成。伴隨著相關(guān)材料的多樣性，通過(guò)適時(shí)選定材料，便能夠容易地對(duì)帶隙加以控制。實(shí)際上，還進(jìn)行了通過(guò)使CuInSe2 (Eg= 1. 04eV)和帶隙較大的CuGaSe2 (Eg =1. 68eV)固溶而將帶隙調(diào)整為對(duì)太陽(yáng)光的吸收最合適的1. 4eV的研究。對(duì)于將Cu(IrvxGax) (Se1Jy)2用作光吸收層的化合物薄膜太陽(yáng)能電池，含有In和 Ga作為構(gòu)成元素。In和Ga為稀有金屬，從而基于其資源埋藏量較少或者難以產(chǎn)出在經(jīng)濟(jì)上能夠采掘的高品位的礦石等理由，穩(wěn)定供給變得困難的可能性較高。另外，基于在精煉上需要非常高超的技術(shù)和較大的能量等理由，從礦石開(kāi)始的精煉并不容易，從而成為價(jià)格高漲的原因。高效的CIGS (Cu (IrvxGax) Se2)太陽(yáng)能電池可以通過(guò)CIGS具有化學(xué)計(jì)量組成至111 族元素稍微過(guò)剩組成的P型半導(dǎo)體的薄膜來(lái)獲得。作為制作方法，可以使用多元蒸鍍法，特別是可以使用3階段法。在3階段法中，在第1層蒸鍍In、Ga、Se以形成(In、Ga)2Se3膜， 接著僅供給Cu和Se而使整個(gè)膜的組成成為Cu過(guò)剩組成，最后再次供給In、Ga、Se助熔劑而使膜的最終組成成為(IruGa)過(guò)剩組成。蒸鍍法可以精密地控制化學(xué)組成，從而可以制作高效率的CIGS太陽(yáng)能電池，但受到工藝上的制約，難以實(shí)現(xiàn)大面積化?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本專利第3244408號(hào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題在化合物薄膜太陽(yáng)能電池中，作為光吸收層，使用CuInxGahSe2 (CIGS) (CuInSe2和 CuGaSe2的固溶體)或者CdTe，而且其由含有有害金屬或稀有金屬的材料構(gòu)成，因而存在下述問(wèn)題，即環(huán)境負(fù)荷較大，太陽(yáng)能電池的制造成本升高。本發(fā)明為了解決這樣的問(wèn)題，其目的在于提供在維持較高的轉(zhuǎn)換效率的狀態(tài)下、 由盡可能不含有以Se或Cd為代表的有害元素和以In或Ga為代表的稀有金屬的材料構(gòu)成的化合物薄膜太陽(yáng)能電池及其制造方法。用于解決課題的手段一種化合物薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于其至少具備基板、設(shè)置于所述基板上的背面電極、設(shè)置于所述背面電極上的取出電極、設(shè)置于所述背面電極上的光吸收層、設(shè)置于所述光吸收層上的緩沖層、設(shè)置于所述緩沖層上的透明電極層、設(shè)置于所述透明電極層上的防反射膜、以及設(shè)置于所述透明電極層上的取出電極，所述光吸收層為Cu(AlhyGaxIny) (Te1-A)2(其中，χ和y在(數(shù)學(xué)式1)的范圍且ζ = 0，或者χ和y在(數(shù)學(xué)式2)的范圍且0. 001 < ζ < 0. 0625)，而且所述化合物具有黃銅礦型晶體結(jié)構(gòu)。(數(shù)學(xué)式 l)Eg = 2. 25-1. 02x_l· 29y(l. 5 彡 Eg 彡 1· 0)(數(shù)學(xué)式 2) Eg = 2. 25-1. 02x_l· 29y(2. 25 ^ Eg ^ 1. 0)發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種由盡可能不含有以Se或Cd為代表的有害元素和以In 或Ga為代表的稀有金屬的材料構(gòu)成的化合物薄膜太陽(yáng)能電池。


圖1 是 CuAl (Te1-A)2(z = 0. 03125)的晶胞的圖。圖2是CuAl (Te1^zOz)2 (ζ = 0. 03125)的狀態(tài)密度㈧以及能帶圖⑶。圖3是本發(fā)明的化合物薄膜太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)的示意圖。圖4是光吸收層和緩沖層界面的能帶圖。圖5是CuAlTe2薄膜的X射線衍射結(jié)果。圖6是CuAlTe2薄膜的光學(xué)特性評(píng)價(jià)結(jié)果。
具體實(shí)施例方式下面參照表以及附圖就用于實(shí)施本發(fā)明的方式進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。以往，在I-III-VI2系黃銅礦型化合物半導(dǎo)體中，使用Se作為VI族元素。然而，Se 具有較強(qiáng)的毒性，而且?guī)对龃?，因而存在需要大量使用作為稀有金屬的Ga或In這樣的環(huán)境問(wèn)題和成本問(wèn)題。Te的毒性比Se低，與使用Se作為VI族元素的黃銅礦型化合物半導(dǎo)體相比，具有帶隙較小、可以減少稀有金屬的使用量這一優(yōu)選的特性。CuAlTe2, CuGaTe2以及CuInTe2均顯示黃銅礦結(jié)構(gòu)，并形成固溶體。表1表示在I-III-VI2系中VI族元素由Te構(gòu)成的黃銅礦型化合物半導(dǎo)體的帶隙。 在表1中，CuAlTe2為發(fā)明人等的實(shí)驗(yàn)值，CuGaTe2和CuInTe2的值為文獻(xiàn)的實(shí)驗(yàn)值。由表1 表明在I-III-VI2系中僅改變III族元素，便可以大幅度地調(diào)制帶隙。作為對(duì)太陽(yáng)光譜優(yōu)選的帶隙，為1. OeV 1. 5eV。作為最合適的太陽(yáng)光譜的帶隙， 大多設(shè)定為1. 4eV 1. 5eV。也有在1. 2eV附近轉(zhuǎn)換效率最大的報(bào)告。[表 1]
權(quán)利要求
1.一種化合物薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于其至少具備基板、設(shè)置于所述基板上的背面電極、設(shè)置于所述背面電極上的取出電極、設(shè)置于所述背面電極上的光吸收層、設(shè)置于所述光吸收層上的緩沖層、設(shè)置于所述緩沖層上的透明電極層、設(shè)置于所述透明電極層上的防反射膜、以及設(shè)置于所述透明電極層上的取出電極，所述光吸收層為Cu(Al1TyGaxIny) (Tei_z0z)2，而且該化合物具有黃銅礦型晶體結(jié)構(gòu)，其中，χ和y在數(shù)學(xué)式1的范圍且ζ = 0，或者χ和y在數(shù)學(xué)式2的范圍且0. 001彡ζ彡0. 0625， 數(shù)學(xué)式 1 :Eg = 2. 25-1. 02x-l. 29y, 1. 5 彡 Eg 彡 1. 0 ； 數(shù)學(xué)式 2 =Eg = 2. 25-1. 02x-l. 29y, 2. 25 ^ Eg ^ 1. O0
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于所述光吸收層中Te的一部分被Se、S、或者Se及S之中的任一種置換， 被置換的Se、S的總摩爾數(shù)小于Te的摩爾數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于 所述緩沖層為CdS, Zn (0, S，0H)或者ZnO:Mg。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于在所述光吸收層和所述緩沖層的界面形成的能帶結(jié)構(gòu)的導(dǎo)帶不連續(xù)量AEcSO < AEc ^ 0. 4eV0
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于 所述透明電極層中使用ZnO、ZnO: Al或ZnO:B。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種在維持較高的轉(zhuǎn)換效率的狀態(tài)下、由盡可能不含有以Se或Cd為代表的有害元素和以In或Ga為代表的稀有元素的材料構(gòu)成的化合物薄膜太陽(yáng)能電池?；衔锉∧ぬ?yáng)能電池的特征在于其至少具備基板、設(shè)置于所述基板上的背面電極、設(shè)置于所述背面電極上的取出電極、設(shè)置于所述背面電極上的光吸收層、設(shè)置于所述光吸收層上的緩沖層、設(shè)置于所述緩沖層上的透明電極層、設(shè)置于所述透明電極層上的防反射膜、以及設(shè)置于所述透明電極層上的取出電極，所述光吸收層為Cu(Al1-x-yGaxIny)(Te1-zOz)2，而且該化合物具有黃銅礦型晶體結(jié)構(gòu)，其中，x和y在數(shù)學(xué)式1的范圍且z＝0，或者x和y在數(shù)學(xué)式2的范圍且0.001≤z≤0.0625，數(shù)學(xué)式1Eg＝2.25-1.02x-1.29y，1.5≥Eg≥1.0；數(shù)學(xué)式2Eg＝2.25-1.02x-1.29y，2.25≥Eg≥1.0。
文檔編號(hào)H01L31/04GK102473747SQ20098016095
公開(kāi)日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者中川直之, 伊藤聰, 堀田康之, 櫻田新哉, 西田靖孝 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝