光電轉(zhuǎn)換元件、太陽能電池以及光電轉(zhuǎn)換元件的制造方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的引用
[0002] 本申請以日本專利申請2014-192968(申請日：2014年9月22日）為基礎，并從 該申請享受優(yōu)先權(quán)。本申請通過參照該申請而包括該申請的全部內(nèi)容。
技術(shù)領域
[0003] 實施方式涉及一種光電轉(zhuǎn)換元件、太陽能電池以及光電轉(zhuǎn)換元件的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 將半導體薄膜用作光吸收層的化合物光電轉(zhuǎn)換元件的開發(fā)正在進行，其中將具有 黃銅礦結(jié)構(gòu)的P型半導體層作為光吸收層的光電轉(zhuǎn)換元件顯示出較高的轉(zhuǎn)換效率，可以有 應用上的期待。具體地說，在將由Cu-In-Ga-Se(CIGS)構(gòu)成的Cu(In，Ga)Se2作為光吸收層 的光電轉(zhuǎn)換元件中，可以得到較高的轉(zhuǎn)換效率。
[0005] -般地說，將由Cu-In-Ga-Se構(gòu)成的p型半導體層作為光吸收層的光電轉(zhuǎn)換元件 具有在成為基板的藍板玻璃上層疊Mo電極層、p型半導體層、η型半導體層、絕緣層、透明 電極、上部電極以及防反射膜而成的結(jié)構(gòu)。對于高效率的CIGS光電轉(zhuǎn)換元件，人們提出了 在ρ型半導體層的上部透明電極附近進行η型摻雜的同質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。η型摻雜是在采用蒸鍍 法等成膜Ρ型半導體層之后，通過溶液中的處理而進行的，因而在溶液處理中，層疊膜容易 在Ρ型半導體層和Mo電極層界面發(fā)生剝離。為人所知的是如果在Mo電極層上沉積CIGS 光吸收層，則在其界面形成沿c軸取向的MoSeJl。MoSe2層的層間鍵為基于范德瓦爾斯力 (vanderWaalsforce)的弱鍵合，因而容易發(fā)生剝離。為了提高附著力，為人所知的有使 MoSe2層隨機取向的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 實施方式涉及一種光電轉(zhuǎn)換元件，其至少具有基板、在基板上具有電極層和界面 中間層的下部電極、以及在界面中間層上形成的光吸收層；其中，界面中間層是由電極層中 含有的Mo或者W、和選自S、Se以及Te之中的至少1種元素X構(gòu)成的化合物薄膜；在界面 中間層中，具有結(jié)晶相和覆蓋結(jié)晶相的非晶相。
[0007] 實施方式涉及一種太陽能電池，其是使用光電轉(zhuǎn)換元件形成的太陽能電池，其中， 光電轉(zhuǎn)換元件至少具有基板、在基板上具有電極層和界面中間層的下部電極、以及在界面 中間層上形成的光吸收層；界面中間層是由電極層中含有的Mo或者W、和選自S、Se以及Te 之中的至少1種元素X構(gòu)成的化合物薄膜；在界面中間層中，具有結(jié)晶相和覆蓋結(jié)晶相的非 晶相。
[0008] 實施方式涉及一種光電轉(zhuǎn)換元件的制造方法，其具有以下工序：在基板上形成電 極層的工序，在含有選自S、Se以及Te之中的至少1種元素X的氣氛中于500°C~600°C對 電極層進行加熱處理的工序，以及在加熱處理過的基板上形成化合物半導體層的工序。
[0009] 實施方式涉及一種太陽能電池的制造方法，其中，太陽能電池中使用的光電轉(zhuǎn)換 元件的制造方法具有以下工序：在基板上形成電極層的工序，在含有選自S、Se以及Te之中 的至少1種元素X的氣氛中于500°C~600°C對電極層進行加熱處理的工序，以及在加熱處 理過的基板上形成化合物半導體層的工序。
【附圖說明】
[0010] 圖1是實施方式的光電轉(zhuǎn)換元件的斷面示意圖。
[0011] 圖2是實施方式的多結(jié)型光電轉(zhuǎn)換元件的斷面示意圖。
[0012] 圖3是實施方式的光電轉(zhuǎn)換元件的局部放大斷面示意圖。
[0013] 圖4是實施例的光電轉(zhuǎn)換元件的界面中間層附近的斷面TEM圖像。
[0014] 圖5是比較例的光電轉(zhuǎn)換元件的界面中間層附近的斷面TEM圖像。
[0015] 符號說明：
[0016] 1 基板 2 下部電極
[0017] 2a 電極層 2b 界面中間層
[0018] 3 光吸收層 3ap型半導體層
[0019] 3bη型半導體層4 透明電極
[0020]5 上部電極 6 防反射膜
[0021] 100光電轉(zhuǎn)換元件
【具體實施方式】
[0022] 下面參照附圖，就本發(fā)明優(yōu)選的一實施方式進行詳細的說明。
[0023](光電轉(zhuǎn)換元件）
[0024]圖1的光電轉(zhuǎn)換元件的斷面示意圖所示的本實施方式的光電轉(zhuǎn)換元件100是具有 基板1、由在基板1上形成的電極層2a和界面中間層2b構(gòu)成的下部電極2、由在下部電極 2上形成的p型半導體層3a和η型半導體層3b結(jié)合而成的光吸收層3、在光吸收層3上形 成的透明電極4、在透明電極4上形成的上部電極5、以及在上部電極5上形成的防反射膜 6的光電轉(zhuǎn)換元件100。光吸收層3的p型半導體層3a在光吸收層3的下部電極2側(cè)，η 型半導體層3b在光吸收層3的上部電極4側(cè)。光電轉(zhuǎn)換元件100具體地說，可以列舉出太 陽能電池。實施方式的光電轉(zhuǎn)換元件100正如圖2的多結(jié)型光電轉(zhuǎn)換元件的斷面示意圖那 樣，可以通過與其它光電轉(zhuǎn)換元件200結(jié)合而成為多結(jié)型。光電轉(zhuǎn)換元件100的光吸收層 優(yōu)選具有比光電轉(zhuǎn)換元件200的光吸收層更寬的帶隙。光電轉(zhuǎn)換元件200的光吸收層例如 使用Si。實施方式的光電轉(zhuǎn)換元件的制造方法優(yōu)選具有以下工序：在基板1上形成電極層 2a的工序，在含有選自S、Se以及Te之中的至少1種元素X的氣氛中于500°C~600°C對 電極層2a進行加熱處理的工序，以及在加熱處理過的基板上形成化合物半導體層（3a)的 工序。另外，實施方式的太陽能電池優(yōu)選采用上述制造方法來制造光電轉(zhuǎn)換元件。
[0025](基板）
[0026] 作為實施方式的基板1，優(yōu)選使用藍板玻璃等包含Na的玻璃，也可以使用白板玻 璃、不銹鋼、Ti或者Cr等金屬板或者聚酰亞胺等樹脂。可以根據(jù)形成界面中間層2b時的 加熱處理溫度，選擇適當優(yōu)選的基板。
[0027](下部電極）
[0028] 實施方式的下部電極2是光電轉(zhuǎn)換元件100的電極，由在基板1上形成的具有導 電性的電極層2a和界面中間層2b構(gòu)成。作為電極層2a，可以使用包含Mo、W等的導電性 金屬膜、或者包含氧化銦錫（IT0:IndiumuTinOxide)的透明導電膜。在電極層2a為金屬 膜的情況下，優(yōu)選的是Mo膜或者W膜。在電極層2a為透明電極膜的情況下，在透明電極膜 和界面中間層2b之間，電極層2a中進一步具有5nm~20nm的包含Mo或者W的金屬膜、或 者Mo膜或W膜。
[0029] 作為透明電極，也可以是在ΙΤ0的光吸收層3側(cè)沉積SnOjPTiO2薄膜中的任一 者或兩者而成的層疊膜。另外，為了抑制來自基板1的雜質(zhì)擴散，在ΙΤ0和基板1之間優(yōu)選 插入Si02的極薄薄膜。具體地說，層疊結(jié)構(gòu)的電極層2a可以列舉出Sn02/IT0/Si02、Sn02/ Ti02/IT0/Si02、Ti02/Sn02/IT0/Si02、Ti02/IT0/Si02。
[0030] 在電極層2a為Mo或W等金屬膜時，電極層2a的膜厚例如優(yōu)選為lOOnm~lOOOnm。 另外，在電極層2a為層疊結(jié)構(gòu)時，所有層的合計膜厚優(yōu)選為100nm~lOOOnrn。關(guān)于各層 的膜厚，例如SnCy%選為10nm~100nm，TiO2優(yōu)選為10nm~100nm，ΙΤ0優(yōu)選為100nm~ 500nm，SiCy%選為 5nm~20nm。
[0031] 另外，作為界面中間層2b，為由Mo或者W等過渡金屬、和選自S、Se以及Te之中 的至少1種元素X構(gòu)成的化合物薄膜。其中，界面中間層2b優(yōu)選使用由Mo和Se構(gòu)成的化 合物薄膜。元素X從耐剝離性的角度考慮，優(yōu)選至少含有P型光吸收層3a中含有的VIb元 素。界面中間層2b的膜厚優(yōu)選為5nm~100nm，為了下部電極2的導電性，進一步優(yōu)選為 5nm~20nm〇
[0032] 界面中間層2b正如圖3的光電轉(zhuǎn)換元件100的局部放大斷面示意圖所示的那樣， 優(yōu)選具有結(jié)晶相和覆蓋結(jié)晶相的非晶相。如果結(jié)晶相用非晶相覆蓋，則從附著強度的角度 考慮是優(yōu)選的。關(guān)于結(jié)晶相和非晶相的比率，如果結(jié)晶相過多，則非晶相的覆蓋不充分，因 而是不優(yōu)選的。于是，結(jié)晶相的面積Sc和非晶相的面積Sa之比率（斷面面積比率）即Sc/ (Sa+Sc)優(yōu)選滿足S(V(Sa+Sc) <0. 9。如果滿足該范圍，則在非晶相的作用下，可以緩和光 吸收層3和電極層2a的晶格不匹配，從而更加提高剝離耐性。另外，如果非晶相過多，則耐 剝離性雖然優(yōu)選，但界面中間層2b的電傳導降低，這是不優(yōu)選的。于是，從耐剝離性以及 電傳導的角度考慮，結(jié)晶相的面積Sc和非晶相的面積Sa之比率（斷面面積比率）即Sc/ (Sa+Sc)更優(yōu)選滿足0. 4 <ScV(Sa+Sc) < 0. 9。此外，基于上述理由，界面中間層2b中的 結(jié)晶相的80%以上（數(shù)量比率：numberratio)的結(jié)晶相優(yōu)選被非晶相覆蓋。
[0033] 從耐剝離性的角度考慮，界面中間層2b中的結(jié)晶相優(yōu)選