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JP2000323733A - Solar cell - Google Patents

Solar cell

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Publication number
JP2000323733A
JP2000323733A JP2000057481A JP2000057481A JP2000323733A JP 2000323733 A JP2000323733 A JP 2000323733A JP 2000057481 A JP2000057481 A JP 2000057481A JP 2000057481 A JP2000057481 A JP 2000057481A JP 2000323733 A JP2000323733 A JP 2000323733A
Authority
JP
Japan
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semiconductor layer
solar cell
film
layer
electron affinity
Prior art date
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Granted
Application number
JP2000057481A
Other languages
Japanese (ja)
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JP3434259B2 (en
Inventor
Takayuki Negami
卓之 根上
Yasuhiro Hashimoto
泰宏 橋本
Shigeo Hayashi
茂生 林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2000057481A priority Critical patent/JP3434259B2/en
Publication of JP2000323733A publication Critical patent/JP2000323733A/en
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/541CuInSe2 material PV cells

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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体層の電子親和力、禁制帯幅および材料
を好適に組み合わせることによって、変換効率が高い太
陽電池を提供する。 【解決手段】 基板11と、基板11上に順次積層され
た下部電極膜12、p形の半導体層13(第2の半導体
層)、n形の半導体層14(第1の半導体層)、上部電
極膜15および反射防止膜16と、上部電極膜15上に
形成された取り出し電極17とを含む。半導体層13は
Cdを含まず、半導体層14は光吸収層であり、半導体
層14の禁制帯幅Eg1と半導体層13の禁制帯幅Eg2
とが、Eg1>Eg2の関係を満たし、半導体層14の電
子親和力χ1(eV)と半導体層13の電子親和力χ
2(eV)とが、0≦(χ2−χ1)<0.5の関係を満
たす。
(57) [Problem] To provide a solar cell having high conversion efficiency by suitably combining the electron affinity, the forbidden band width, and the material of a semiconductor layer. SOLUTION: A substrate 11, a lower electrode film 12, a p-type semiconductor layer 13 (a second semiconductor layer), an n-type semiconductor layer 14 (a first semiconductor layer), which are sequentially laminated on the substrate 11, and an upper portion It includes an electrode film 15, an antireflection film 16, and an extraction electrode 17 formed on the upper electrode film 15. The semiconductor layer 13 does not contain Cd, the semiconductor layer 14 is a light absorbing layer, and the forbidden band width Eg 1 of the semiconductor layer 14 and the forbidden band width Eg 2 of the semiconductor layer 13 are included.
Satisfy the relationship of Eg 1 > Eg 2 , and the electron affinity of the semiconductor layer 14 χ 1 (eV) and the electron affinity of the semiconductor layer 13 χ
2 (eV) satisfies the relationship 0 ≦ (χ 2 −χ 1 ) <0.5.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池に関し、
特にたとえば、Ib族とIIIb族とVIb族とを含む化合
物半導体層を光吸収層とする太陽電池に関する。
The present invention relates to a solar cell,
In particular, for example, the present invention relates to a solar cell having a compound semiconductor layer containing a group Ib, a group IIIb, and a group VIb as a light absorbing layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】Ib族元素、IIIb族元素およびVIb族
元素からなる化合物半導体薄膜(カルコパイライト構造
半導体薄膜)であるCuInSe2膜(以下、CIS膜
という場合がある)あるいはCu(In,Ga)Se2
膜(以下、CIGS膜という場合がある)を光吸収層に
用いた薄膜太陽電池は、高いエネルギー変換効率を示
し、光照射等による効率の劣化がないため、注目されて
いる。
2. Description of the Related Art A CuInSe 2 film (hereinafter sometimes referred to as a CIS film) or a Cu (In, Ga) film which is a compound semiconductor thin film (chalcopyrite structure semiconductor thin film) comprising a group Ib element, a group IIIb element and a group VIb element. Se 2
A thin-film solar cell using a film (hereinafter sometimes referred to as a CIGS film) as a light absorbing layer has attracted attention because it exhibits high energy conversion efficiency and does not have a deterioration in efficiency due to light irradiation or the like.

【0003】太陽電池では、理論的に、光吸収層の禁制
帯幅が1.4eV〜1.5eVの範囲内であるときに、
最も高い変換効率が得られるとされている。CIGS膜
を用いた太陽電池の場合は、GaとInの比率を変える
ことによって禁制帯幅を制御することが可能であり、G
a/(In+Ga)の原子数比が0.5〜0.8のとき
に、禁制帯幅が1.4eV〜1.5eVとなる。
In a solar cell, theoretically, when the forbidden band width of the light absorbing layer is in the range of 1.4 eV to 1.5 eV,
It is said that the highest conversion efficiency can be obtained. In the case of a solar cell using a CIGS film, the bandgap can be controlled by changing the ratio of Ga and In.
When the atomic ratio of a / (In + Ga) is 0.5 to 0.8, the forbidden band becomes 1.4 eV to 1.5 eV.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現在の
CIGS太陽電池では、CIGS膜の禁制帯幅が1.2
eV〜1.3eVの範囲(これは、Ga/(In+G
a)の原子数比が0.2〜0.3であるCIGS膜に対
応する)で最も高い変換効率が得られる。現在のCIG
S太陽電池では、Ga濃度を増加させてCIGS膜の禁
制帯幅を広げても、理論とは逆に変換効率が低下すると
いう問題がある。
However, in the current CIGS solar cell, the forbidden band width of the CIGS film is 1.2.
eV to 1.3 eV (which is Ga / (In + G
a) corresponds to a CIGS film having an atomic ratio of 0.2 to 0.3), the highest conversion efficiency can be obtained. Current CIG
The S solar cell has a problem that even if the Ga concentration is increased to widen the forbidden band width of the CIGS film, the conversion efficiency decreases, contrary to the theory.

【0005】また、現在報告されている高変換効率のC
IGS太陽電池は、窓層であるCdS膜と光吸収層であ
るCIGS膜とのヘテロ接合を備える。一方、近年、環
境汚染等の観点からCdSを用いないCIGS太陽電池
が注目されており、CdSの代わりに窓層としてZnO
系半導体を用いるCIGS太陽電池が幾つか報告されて
いる。しかしながら、変換効率はCdS膜を用いた場合
よりも低いという問題がある。ZnO系半導体を窓層に
用いた場合には、特に、開放電圧が低い値となる。
[0005] In addition, currently reported high conversion efficiency C
The IGS solar cell includes a hetero junction of a CdS film serving as a window layer and a CIGS film serving as a light absorbing layer. On the other hand, in recent years, a CIGS solar cell not using CdS has attracted attention from the viewpoint of environmental pollution and the like, and ZnO has been used as a window layer instead of CdS as a window layer.
Some CIGS solar cells using a system semiconductor have been reported. However, there is a problem that the conversion efficiency is lower than when the CdS film is used. When a ZnO-based semiconductor is used for the window layer, the open-circuit voltage is particularly low.

【0006】上記問題を解決するため、本発明は、pn
接合を形成する半導体層がCdS膜を含まず、かつ高効
率である太陽電池を提供することを目的とする。
In order to solve the above problem, the present invention provides a pn
An object is to provide a highly efficient solar cell in which a semiconductor layer forming a junction does not include a CdS film and has high efficiency.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第1の太陽電池は、n形である第1の半導
体層とp形である第2の半導体層とを含み、前記第1の
半導体層と前記第2の半導体層とがpn接合を形成して
いる太陽電池であって、前記第1の半導体層はCdを含
まず、前記第2の半導体層は光吸収層であり、前記第1
の半導体層の禁制帯幅Eg1と前記第2の半導体層の禁
制帯幅Eg2とが、Eg1>Eg2の関係を満たし、前記
第1の半導体層の電子親和力χ1(eV)と前記第2の
半導体層の電子親和力χ2(eV)とが、0≦(χ2−χ
1)<0.5の関係を満たすことを特徴とする。上記構
成によれば、pn接合を形成する半導体層がCdSを含
まず、かつ高効率である太陽電池が得られる。
In order to achieve the above object, a first solar cell according to the present invention includes an n-type first semiconductor layer and a p-type second semiconductor layer, A solar cell in which the first semiconductor layer and the second semiconductor layer form a pn junction, wherein the first semiconductor layer does not contain Cd, and the second semiconductor layer is a light absorbing layer. And the first
The forbidden band width Eg 1 of the semiconductor layer and the forbidden band width Eg 2 of the second semiconductor layer satisfy the relationship of Eg 1 > Eg 2 , and the electron affinity 前 記1 (eV) of the first semiconductor layer The electron affinity χ 2 (eV) of the second semiconductor layer is 0 ≦ (χ 2 −χ
1 ) The relationship of <0.5 is satisfied. According to the above configuration, a highly efficient solar cell in which the semiconductor layer forming the pn junction does not contain CdS can be obtained.

【0008】上記第1の太陽電池では、前記第1の半導
体層が、前記第2の半導体層よりも光入射側に形成され
ていることが好ましい。上記構成によれば、入射光の損
失を少なくできる。
In the first solar cell, it is preferable that the first semiconductor layer is formed closer to the light incident side than the second semiconductor layer. According to the above configuration, loss of incident light can be reduced.

【0009】上記第1の太陽電池では、前記第1の半導
体層と前記第2の半導体層との間に、第3の半導体層を
さらに備え、前記第3の半導体層の禁制帯幅Eg3と前
記禁制帯幅Eg2が、Eg3>Eg2の関係を満たすこと
が好ましい。上記構成によって、特に高効率である太陽
電池が得られる。
In the first solar cell, a third semiconductor layer is further provided between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, and a forbidden band width Eg 3 of the third semiconductor layer is provided. And the forbidden band width Eg 2 preferably satisfies the relationship of Eg 3 > Eg 2 . With the above configuration, a highly efficient solar cell can be obtained.

【0010】上記第1の太陽電池では、前記第3の半導
体層が、n形半導体または高抵抗半導体のいずれかから
なることが好ましい。上記構成によって、前記第1の半
導体層の形成過程における前記第2の半導体層へのダメ
ージを低減でき、かつ良好なpn接合を提供できること
から、高い変換効率の太陽電池が得られる。
In the first solar cell, it is preferable that the third semiconductor layer is made of one of an n-type semiconductor and a high-resistance semiconductor. With the above structure, damage to the second semiconductor layer in the process of forming the first semiconductor layer can be reduced and a good pn junction can be provided, so that a solar cell with high conversion efficiency can be obtained.

【0011】上記第1の太陽電池では、前記第3の半導
体層の電子親和力χ3(eV)と前記電子親和力χ2
が、(χ2−χ3)≧0.5の関係を満たし、前記第3の
半導体層の膜厚が50nm以下であることが好ましい。
上記構成によって、第3の半導体層をトンネルしてキャ
リアが輸送されるため、変換効率が高い太陽電池が得ら
れる。
In the first solar cell, the electron affinity χ 3 (eV) of the third semiconductor layer and the electron affinity χ 2 satisfy a relationship of (χ 2 −χ 3 ) ≧ 0.5, It is preferable that the thickness of the third semiconductor layer is 50 nm or less.
With the above structure, carriers are transported through the third semiconductor layer by tunneling, so that a solar cell with high conversion efficiency can be obtained.

【0012】上記第1の太陽電池では、前記第3の半導
体層が、ZnおよびIIIb族元素から選ばれる少なくと
も一つの元素を含む酸化物、あるいはZnおよびIIIb
族元素から選ばれる少なくとも一つの元素を含むカルコ
ゲン化合物であることが好ましい。
In the first solar cell, the third semiconductor layer may be made of an oxide containing at least one element selected from the group consisting of Zn and IIIb elements, or Zn and IIIb.
Preferably, the chalcogen compound contains at least one element selected from group III elements.

【0013】上記第1の太陽電池では、前記第1の半導
体層と前記第2の半導体層との間に、絶縁層をさらに備
え、前記絶縁層の禁制帯幅EgINSと前記禁制帯幅Eg2
とが、EgINS>Eg2の関係を満たすことが好ましい。
上記構成によって、特に高効率である太陽電池が得られ
る。
[0013] In the first solar cell, an insulating layer is further provided between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, and a forbidden band width Eg INS and a forbidden band width Eg of the insulating layer are provided. Two
Preferably satisfy the relationship of Eg INS > Eg 2 .
With the above configuration, a highly efficient solar cell can be obtained.

【0014】上記第1の太陽電池では、前記絶縁層の電
子親和力χINS(eV)と前記電子親和力χ2とが、(χ
2−χINS)≧0.5の関係を満たし、前記絶縁層の膜厚
が50nm以下であることが好ましい。上記構成によっ
て、絶縁層をトンネルしてキャリアが輸送されるため、
変換効率が高い太陽電池が得られる。
In the first solar cell, the electron affinity χ INS (eV) of the insulating layer and the electron affinity χ 2 are (χ
It is preferable that the relationship of 2 −χ INS ) ≧ 0.5 is satisfied, and the thickness of the insulating layer is 50 nm or less. With the above structure, carriers are transported through the insulating layer,
A solar cell with high conversion efficiency can be obtained.

【0015】上記第1の太陽電池では、前記絶縁層が、
Al23、Ga23、Si34、SiO2、MgF2およ
びMgOから選ばれる少なくとも一つの絶縁物からなる
ことが好ましい。
[0015] In the first solar cell, the insulating layer may include:
It is preferable to be made of at least one insulator selected from Al 2 O 3 , Ga 2 O 3 , Si 3 N 4 , SiO 2 , MgF 2 and MgO.

【0016】また、上記第1の半導体層では、前記第2
の半導体層は、前記第1の半導体層側の表面に、n形半
導体層または高抵抗半導体層をさらに備えることが好ま
しい。上記構成によって、前記第2の半導体層の中にp
n接合が形成され、接合界面の欠陥密度が低減できるこ
とから、高い変換効率の太陽電池が得られる。
Further, in the first semiconductor layer, the second semiconductor layer
The semiconductor layer preferably further includes an n-type semiconductor layer or a high-resistance semiconductor layer on the surface on the first semiconductor layer side. With the above structure, p is contained in the second semiconductor layer.
Since an n-junction is formed and the defect density at the junction interface can be reduced, a solar cell with high conversion efficiency can be obtained.

【0017】また、上記第1の太陽電池では、前記第2
の半導体層が、Ib族元素、IIIb族元素およびVIb族
元素を含む化合物半導体層であることが好ましい。上記
構成によって、光劣化が少ないカルコパイライト構造化
合物半導体を光吸収層とする太陽電池が得られる。
In the first solar cell, the second solar cell may be
Is preferably a compound semiconductor layer containing a group Ib element, a group IIIb element and a group VIb element. According to the above configuration, a solar cell using a chalcopyrite structure compound semiconductor with little light deterioration as a light absorbing layer can be obtained.

【0018】また、上記第1の太陽電池では、前記第1
の半導体層が、Znを含む化合物からなることが好まし
い。上記構成によって、pn接合を形成する半導体層が
CdSを含まず、かつ特に変換効率が高い太陽電池が得
られる。
Further, in the first solar cell, the first
Is preferably made of a compound containing Zn. With the above structure, a solar cell in which the semiconductor layer forming the pn junction does not contain CdS and has particularly high conversion efficiency can be obtained.

【0019】また、上記第1の太陽電池では、前記化合
物が、ZnとIIa族元素とを含む酸化物、あるいはZn
とIIa族元素とを含むカルコゲン化合物であることが好
ましい。
In the first solar cell, the compound is an oxide containing Zn and a Group IIa element, or
It is preferably a chalcogen compound containing and a Group IIa element.

【0020】また、上記第1の太陽電池では、前記化合
物が、一般式Zn1-XXO(ただし、元素AはBe、M
g、Ca、SrおよびBaから選ばれる少なくとも一つ
であり、0<X<1である。)で表される酸化物を主成
分とすることが好ましい。上記構成によって、第2の半
導体層に応じて元素AおよびXを変化させることによっ
て、第1の半導体層の電子親和力を変化させることがで
き、変換効率が特に高い太陽電池が得られる。
In the first solar cell, the compound is a compound represented by the general formula: Zn 1-X A X O (where the element A is Be, M
It is at least one selected from g, Ca, Sr and Ba, and 0 <X <1. It is preferable that the oxide represented by ()) be the main component. With the above structure, by changing the elements A and X according to the second semiconductor layer, the electron affinity of the first semiconductor layer can be changed, and a solar cell with particularly high conversion efficiency can be obtained.

【0021】また、上記第1の太陽電池では、前記元素
AがMgであり、前記Xが0<X<0.5の関係を満た
すことが好ましい。これによって、特性がさらに高い太
陽電池が得られる。
In the first solar cell, it is preferable that the element A is Mg and the X satisfies the relationship of 0 <X <0.5. As a result, a solar cell having higher characteristics can be obtained.

【0022】また、上記第1の太陽電池では、前記化合
物が、ZnとIIIb族元素とを含む酸化物、あるいはZ
nとIIIb族元素とを含むカルコゲン化合物であること
が好ましい。上記構成によって、pn接合を形成する半
導体層がCdSを含まず、かつ特に変換効率が高い太陽
電池が得られる。
In the first solar cell, the compound is an oxide containing Zn and a Group IIIb element, or
A chalcogen compound containing n and a group IIIb element is preferred. With the above structure, a solar cell in which the semiconductor layer forming the pn junction does not contain CdS and has particularly high conversion efficiency can be obtained.

【0023】また、上記第1の太陽電池では、前記化合
物が、一般式ZnY2-2Y3-2Y(ただし、元素BはA
l、GaおよびInから選ばれる少なくとも一つであ
り、0<Y<1である。)で表される酸化物を主成分と
することが好ましい。上記構成によって、第2の半導体
層に応じて元素BおよびYを変化させることによって、
第1の半導体層の電子親和力を変化させることができ、
変換効率が特に高い太陽電池が得られる。
In the first solar cell, the compound is represented by the general formula: Zn Y B 2-2Y O 3-2Y (where the element B is A
At least one selected from 1, Ga, and In, and 0 <Y <1. It is preferable that the oxide represented by ()) be the main component. With the above structure, by changing the elements B and Y according to the second semiconductor layer,
Changing the electron affinity of the first semiconductor layer;
A solar cell with a particularly high conversion efficiency can be obtained.

【0024】本発明の第2の太陽電池は、p形の光吸収
層と前記光吸収層に積層されたn形の半導体層とを備え
る太陽電池であって、前記半導体層が、一般式Zn1-Z
ZO(ただし、元素CはBe、Mg、Ca、Srおよ
びBaから選ばれる少なくとも一つであり、0<Z<1
である。)で表される酸化物を主成分とすることを特徴
とする。上記第2の太陽電池では、窓層として機能する
半導体層中の欠陥が少なく、窓層の禁制帯幅を自由に変
えることができるため、変換効率が高い太陽電池が得ら
れる。
A second solar cell according to the present invention is a solar cell including a p-type light absorbing layer and an n-type semiconductor layer laminated on the light absorbing layer, wherein the semiconductor layer has a general formula of Zn 1-Z
C Z O (however, the element C is at least one selected from Be, Mg, Ca, Sr and Ba, and 0 <Z <1
It is. ) As a main component. In the second solar cell, since there are few defects in the semiconductor layer functioning as the window layer and the forbidden band width of the window layer can be freely changed, a solar cell with high conversion efficiency can be obtained.

【0025】上記第2の太陽電池では、前記元素CがM
gであり、前記Zが0<Z<0.5の関係を満たすこと
が好ましい。
In the second solar cell, the element C is M
g, and the Z preferably satisfies the relationship of 0 <Z <0.5.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0027】(実施形態1)実施形態1では、本発明の
太陽電池について、一例を説明する。実施形態1では、
基板とは反対側から入射した光によって起電力を生じる
太陽電池について、一例を説明する。
Embodiment 1 In Embodiment 1, an example of a solar cell of the present invention will be described. In the first embodiment,
An example of a solar cell in which an electromotive force is generated by light incident from the side opposite to the substrate will be described.

【0028】実施形態1の太陽電池について、図1に断
面図を示す。図1を参照して、実施形態1の太陽電池1
0は、基板11と、基板11上に順次積層された下部電
極膜12、半導体層13(第2の半導体層)、半導体層
14(第1の半導体層)、上部電極膜15および反射防
止膜16と、上部電極膜15上に形成された取り出し電
極17とを含む。すなわち、半導体層14は、半導体層
13よりも光入射側に配置されている。
FIG. 1 shows a cross-sectional view of the solar cell of the first embodiment. Referring to FIG. 1, solar cell 1 of Embodiment 1
Numeral 0 denotes a substrate 11, a lower electrode film 12, a semiconductor layer 13 (second semiconductor layer), a semiconductor layer 14 (first semiconductor layer), an upper electrode film 15, and an anti-reflection film sequentially laminated on the substrate 11. 16 and an extraction electrode 17 formed on the upper electrode film 15. That is, the semiconductor layer 14 is arranged on the light incident side of the semiconductor layer 13.

【0029】基板11には、たとえばガラス、ステンレ
ス、ポリイミド膜などを用いることができる。
For the substrate 11, for example, glass, stainless steel, a polyimide film or the like can be used.

【0030】下部電極膜12には、たとえばMoからな
る金属膜を用いることができる。
As the lower electrode film 12, for example, a metal film made of Mo can be used.

【0031】半導体層13(第2の半導体層)は、光吸
収層として機能する半導体層であり、p形の半導体層で
ある。半導体層13は、半導体層14よりも裏面側に配
置されている。半導体層13には、たとえば、Ib族元
素、IIIb族元素およびVIb族元素を含む化合物半導体
層を用いることができ、たとえば、CuInSe2、C
u(In,Ga)Se2、CuInS2、Cu(In,G
a)S2などを用いることができる。なお、半導体層1
3は、半導体層14側の表面に、表面半導体層13aを
備えていてもよい(以下の実施形態において同様であ
る)。表面半導体層13aを備える太陽電池10aの断
面図を、図2に示す。表面半導体層13aは、n形半導
体層または高抵抗(抵抗率が104Ωcm以上)の半導
体層である。高抵抗の半導体層としては、たとえばCu
In3Se5やCu(In,Ga)3Se5が挙げられる。
The semiconductor layer 13 (second semiconductor layer) is a semiconductor layer functioning as a light absorbing layer, and is a p-type semiconductor layer. The semiconductor layer 13 is disposed on the back surface side of the semiconductor layer 14. As the semiconductor layer 13, for example, a compound semiconductor layer containing a group Ib element, a group IIIb element, and a group VIb element can be used. For example, CuInSe 2 , C
u (In, Ga) Se 2 , CuInS 2 , Cu (In, G
a) it can be used as S 2. The semiconductor layer 1
3 may have a surface semiconductor layer 13a on the surface on the semiconductor layer 14 side (the same applies to the following embodiments). FIG. 2 is a cross-sectional view of a solar cell 10a including the surface semiconductor layer 13a. The surface semiconductor layer 13a is an n-type semiconductor layer or a semiconductor layer having a high resistance (resistivity of 10 4 Ωcm or more). As a high-resistance semiconductor layer, for example, Cu
In 3 Se 5 and Cu (In, Ga) 3 Se 5 are mentioned.

【0032】半導体層14(第1の半導体層)は、半導
体層13とともにpn接合を形成する層であり、窓層と
して機能する。半導体層14は、n形の半導体層であ
る。半導体層14はCdを含まない(構成元素またはド
ーパントとして含まない)。半導体層14には、たとえ
ば、Znを含む化合物を用いることができる。Znを含
む化合物としては、たとえば、ZnとIIa族元素とを含
む酸化物またはカルコゲン化合物、あるいは、ZnとII
Ib族元素とを含む酸化物あるいはカルコゲン化合物を
用いることができる。具体的には、たとえば、一般式Z
1-XXO(ただし、元素AはBe、Mg、Ca、Sr
およびBaから選ばれる少なくとも一つであり、0<X
<1である。)で表される酸化物を主成分(含有率が9
0wt%以上)とする化合物を用いることができる。こ
の場合、元素Aの含有率は、0.1at%以上であるこ
とが好ましい。また、一般式ZnY2-2Y3-2Y(ただ
し、元素BはAl、GaおよびInから選ばれる少なく
とも一つであり、0<Y<1である。)で表される酸化
物を主成分(含有率が90wt%以上)とする化合物を
用いてもよい。この場合、元素Bの含有率は、5at%
以上であることが好ましい。
The semiconductor layer 14 (first semiconductor layer) forms a pn junction with the semiconductor layer 13 and functions as a window layer. The semiconductor layer 14 is an n-type semiconductor layer. The semiconductor layer 14 does not contain Cd (not as a constituent element or a dopant). For the semiconductor layer 14, for example, a compound containing Zn can be used. As the compound containing Zn, for example, an oxide or a chalcogen compound containing Zn and a Group IIa element, or a compound containing Zn and II
An oxide containing a group Ib element or a chalcogen compound can be used. Specifically, for example, the general formula Z
n 1-X A X O (where element A is Be, Mg, Ca, Sr
And at least one selected from Ba and 0 <X
<1. ) As the main component (content 9
0 wt% or more) can be used. In this case, the content of the element A is preferably 0.1 at% or more. In general formula Zn Y B 2-2Y O 3-2Y (where element B of Al, at least one selected from Ga and In, 0 <Y <1.) The oxide represented by A compound having a main component (a content of 90 wt% or more) may be used. In this case, the content of the element B is 5 at%.
It is preferable that it is above.

【0033】実施形態1の太陽電池10では、半導体層
13の禁制帯幅Eg2と半導体層14の禁制帯幅Eg1
が、Eg1>Eg2の関係を満たす。また、半導体層13
の電子親和力χ2(eV)と半導体層14の電子親和力
χ1(eV)とが、0≦(χ 2−χ1)<0.5の関係を
満たす。
In the solar cell 10 of Embodiment 1, the semiconductor layer
13 bandgap EgTwoAnd the band gap Eg of the semiconductor layer 141When
But Eg1> EgTwoSatisfy the relationship. In addition, the semiconductor layer 13
Electron affinity ofTwo(EV) and electron affinity of the semiconductor layer 14
χ1(EV) and 0 ≦ (χ Two−χ1) <0.5
Fulfill.

【0034】上部電極膜15は、透明導電膜であり、た
とえば、ZnOにAlがドープされたZnO:Alや、
ITO(Indium Tin Oxide)を用いる
ことができる。
The upper electrode film 15 is a transparent conductive film, for example, ZnO: Al in which ZnO is doped with Al,
ITO (Indium Tin Oxide) can be used.

【0035】反射防止膜16は、上部電極膜15の界面
で入射光が反射することを防止する膜であり、上部電極
膜15がITOやZnO:Alである場合には、たとえ
ばMgF2を用いることができる。
The anti-reflection film 16 is a film for preventing incident light from being reflected at the interface of the upper electrode film 15, and when the upper electrode film 15 is made of ITO or ZnO: Al, for example, MgF 2 is used. be able to.

【0036】取り出し電極17には、たとえばNiCr
膜とAu膜とを積層した金属膜を用いることができる。
The extraction electrode 17 is made of, for example, NiCr.
A metal film in which a film and an Au film are stacked can be used.

【0037】次に、太陽電池10の製造方法の一例につ
いて説明する。
Next, an example of a method for manufacturing the solar cell 10 will be described.

【0038】まず、たとえばスパッタリング法や蒸着法
によって、基板11上に下部電極膜12を形成する。そ
の後、たとえば蒸着法やスパッタリング法によって、下
部電極膜12上に半導体層13を形成する。その後、た
とえば化学析出法やスパッタリング法によって、半導体
層13上に半導体層14を形成する。その後、たとえば
スパッタリング法によって、半導体層14上に上部電極
膜15を形成する。その後、たとえば電子ビーム蒸着法
によって、上部電極膜15上の一部に取り出し電極17
を形成する。その後、たとえば蒸着法によって、上部電
極膜15上に反射防止膜16を形成する。このようにし
て、太陽電池10を形成できる。なお、半導体層13の
表面にn形半導体層または高抵抗の半導体層を形成する
場合には、たとえば溶液浸漬法、蒸着法または気相拡散
法で形成できる。
First, the lower electrode film 12 is formed on the substrate 11 by, for example, a sputtering method or an evaporation method. After that, the semiconductor layer 13 is formed on the lower electrode film 12 by, for example, an evaporation method or a sputtering method. Thereafter, the semiconductor layer 14 is formed on the semiconductor layer 13 by, for example, a chemical deposition method or a sputtering method. Thereafter, the upper electrode film 15 is formed on the semiconductor layer 14 by, for example, a sputtering method. Thereafter, the extraction electrode 17 is partially formed on the upper electrode film 15 by, for example, an electron beam evaporation method.
To form After that, the antireflection film 16 is formed on the upper electrode film 15 by, for example, an evaporation method. Thus, the solar cell 10 can be formed. When an n-type semiconductor layer or a high-resistance semiconductor layer is formed on the surface of the semiconductor layer 13, it can be formed by, for example, a solution immersion method, a vapor deposition method, or a gas phase diffusion method.

【0039】太陽電池10の一例について、バンド図
を、図3に模式的に示す。なお、図3では、半導体層1
3がCu(In,Ga)Se2であり、半導体層13の
表面に、表面半導体層13aであるCu(In,Ga)
3Se5が形成されている場合について示している。
FIG. 3 schematically shows a band diagram of an example of the solar cell 10. In FIG. 3, the semiconductor layer 1
Numeral 3 denotes Cu (In, Ga) Se 2 , and Cu (In, Ga) which is a surface semiconductor layer 13 a is formed on the surface of the semiconductor layer 13.
The case where 3 Se 5 is formed is shown.

【0040】次に、光吸収層である半導体層13にCI
GS膜を用いた太陽電池を例にとって、太陽電池10の
機能について説明する。
Next, the semiconductor layer 13 serving as a light absorbing layer has a CI
The function of the solar cell 10 will be described using a solar cell using a GS film as an example.

【0041】光吸収層にCIGS膜を用いた太陽電池の
効率の向上にはCIGS膜の禁制帯幅の拡大が有効な方
法であるが、CdSからなる窓層を備える従来の太陽電
池において、CIGS膜の禁制帯幅を1.3eV以上に
広げると、理論とは逆に効率が低下する。この原因の一
つとして、光吸収層であるCIGS膜と窓層であるCd
S膜とのヘテロ接合における伝導帯のエネルギー差(オ
フセット)が指摘されている。ヘルベルホルツ(E.H
erberholz)等は、CIGS膜中の原子数比
{Ga/(In+Ga)}<0.5の場合には、CdS
の伝導帯とCIGSの伝導帯とのオフセットによるバン
ドの不連続がCdSの伝導帯が持ち上がって接合近傍で
伝導帯が突出するスパイク状となり、原子数比{Ga/
(In+Ga)}>0.5ではCIGS膜の伝導帯が持
ち上がってCdSの伝導帯とCIGSの伝導帯とで段差
(とび)が生じるクリフ状となるモデルを提唱している
(ソーラ エナジー マテリアルズ アンド ソーラ
セルズ、Solar Energy Material
s and Solar Cells、1997年発刊
49巻3号227頁)。CdSとCIGSとのオフセッ
トがスパイク状となるときのバンド図を図4(a)に、
CdSとCIGSとのオフセットがクリフ状となるとき
のバンド図を図4(b)に示す。このモデルでは、伝導
帯のバンド不連続がクリフ状となることによってヘテロ
接合界面および界面近傍での再結合が増加し、変換効率
が低下することが示唆されている。この現象と同様にC
IGS膜の禁制帯幅が1.2eV〜1.3eVである場
合を考えると、窓層であるCdS膜をZnO膜に代えた
場合には、ZnO膜とCIGS膜との伝導帯のバンド不
連続は、CIGS膜の伝導帯が持ち上がるクリフ状とな
ることが予想される。
An effective method for improving the efficiency of a solar cell using a CIGS film for the light absorbing layer is to increase the forbidden band width of the CIGS film. However, in a conventional solar cell having a window layer made of CdS, the CIGS If the forbidden band width of the film is increased to 1.3 eV or more, the efficiency decreases contrary to the theory. One of the causes is that the CIGS film as the light absorbing layer and the Cd film as the window layer
An energy difference (offset) in the conduction band at the heterojunction with the S film is pointed out. Herberholtz (EH
erberholz) and the like indicate that when the atomic ratio in the CIGS film {Ga / (In + Ga)} <0.5, CdS
The discontinuity of the band due to the offset between the conduction band of CdS and the conduction band of CIGS causes a spike shape in which the conduction band of CdS rises and the conduction band protrudes near the junction, and the atomic ratio {Ga /
When (In + Ga)}> 0.5, a model is proposed in which the conduction band of the CIGS film is lifted and a step is formed between the conduction band of CdS and the conduction band of CIGS, forming a cliff-like model (Solar Energy Materials and Thora
CELLS, Solar Energy Material
s and Solar Cells, 1997, Vol. 49, No. 3, page 227). FIG. 4A shows a band diagram when the offset between CdS and CIGS takes a spike shape.
FIG. 4B shows a band diagram when the offset between CdS and CIGS has a cliff shape. This model suggests that the band discontinuity of the conduction band becomes cliff-like, increasing recombination at the heterojunction interface and near the interface, and lowering the conversion efficiency. Similar to this phenomenon, C
Considering the case where the forbidden band width of the IGS film is 1.2 eV to 1.3 eV, when the CdS film serving as the window layer is replaced with a ZnO film, the band gap of the conduction band between the ZnO film and the CIGS film is discontinuous. Is expected to be in the form of a cliff in which the conduction band of the CIGS film rises.

【0042】このようなヘテロ接合の伝導帯のバンド不
連続は、窓層の電子親和力と光吸収層であるCIGS膜
との電子親和力との違いに起因する。一般に、禁制帯幅
が異なるn形半導体とp形半導体について、それぞれの
電子親和力をχnおよびχpとすると、χn<χpでは、伝
導帯の不連続はスパイク状となる。一方、χn>χpの場
合は、伝導帯の不連続はクリフ状となる。ここで、Ga
を含有しないCuInSe2膜とCdS膜の電子親和力
の関係は、CdSの方が約0.2eV〜0.3eV小さ
い値となっている。したがって、ヘテロ接合を形成する
とCdS側にスパイクが生じる。しかしながら、Ga濃
度が増加するにつれCIGSの電子親和力は小さくな
る。したがって、あるGa濃度以上では、CdSの電子
親和力より小さな値となり、ヘテロ接合を形成するとC
IGS側にクリフが生じる。
Such a discontinuity in the conduction band of the heterojunction is caused by a difference between the electron affinity of the window layer and the electron affinity of the CIGS film as the light absorbing layer. In general, assuming that the electron affinities of an n-type semiconductor and a p-type semiconductor having different forbidden band widths are χ n and χ p , when χ n <帯p , the conduction band discontinuity has a spike shape. On the other hand, when χ n > χ p , the conduction band discontinuity has a cliff shape. Where Ga
The relationship between the electron affinities of the CuInSe 2 film containing no CdS film and the CdS film is about 0.2 eV to 0.3 eV smaller for CdS. Therefore, when a hetero junction is formed, a spike occurs on the CdS side. However, the electron affinity of CIGS decreases as the Ga concentration increases. Therefore, above a certain Ga concentration, the value becomes smaller than the electron affinity of CdS.
Cliffs occur on the IGS side.

【0043】また、窓層とCIGS膜のバンド不連続の
形態も窓層とCIGS膜の電子親和力に支配される。こ
こで、窓層としてCdS膜とZnO膜を比較すると、Z
nOの方がCdSより電子親和力が約0.4eV大きい
ために、GaのないCuInSe2膜でもヘテロ接合を
形成した場合には、クリフが生じて損失となる可能性が
ある。
The form of band discontinuity between the window layer and the CIGS film is also governed by the electron affinity between the window layer and the CIGS film. Here, comparing the CdS film and the ZnO film as the window layer,
Since nO has an electron affinity about 0.4 eV higher than CdS, when a heterojunction is formed even with a GaIn-free CuInSe 2 film, a cliff may be generated and loss may occur.

【0044】さらに、窓層の電子親和力が光吸収層のそ
れより小さく、伝導帯にスパイクが生ずる場合は、伝導
帯のエネルギー差が大きいため太陽電池の変換効率に影
響を与える。CdSとCIGSのエネルギー差は約0.
2eV〜0.3eVであり、キャリア輸送の障壁にはほ
とんどならないが、たとえば、ZnSを窓層に用いると
CIGSとのエネルギー差は約1.6eVあり、光励起
されたキャリアの障壁となる。この場合はキャリアの輸
送が妨げられるため、光電流がほとんど外部に取り出せ
なくなる。したがって、変換効率は低下する。このよう
に、窓層と光吸収層の伝導帯にスパイクが生じる場合
は、高効率が得られるエネルギー差(オフセット)の最
適範囲があることがわかる。実施形態1の太陽電池は、
上記最適範囲を考慮して半導体層13(光吸収層)およ
び半導体層14(窓層)の電子親和力および禁制帯幅を
規定している。したがって、実施形態1の太陽電池10
では、半導体層13と半導体層14との接合界面におけ
るキャリアの再結合が少なくなる。
Furthermore, when the electron affinity of the window layer is smaller than that of the light absorbing layer and a spike occurs in the conduction band, the energy difference in the conduction band is large, which affects the conversion efficiency of the solar cell. The energy difference between CdS and CIGS is about 0.
Although it is 2 eV to 0.3 eV and hardly acts as a barrier for carrier transport, for example, when ZnS is used for the window layer, the energy difference from CIGS is about 1.6 eV, which becomes a barrier for photoexcited carriers. In this case, since the transport of carriers is hindered, almost no photocurrent can be extracted to the outside. Therefore, the conversion efficiency decreases. Thus, when a spike occurs in the conduction band between the window layer and the light absorption layer, it can be seen that there is an optimum range of the energy difference (offset) at which high efficiency is obtained. The solar cell of the first embodiment includes:
The electron affinity and the forbidden band width of the semiconductor layer 13 (light absorbing layer) and the semiconductor layer 14 (window layer) are defined in consideration of the above optimum range. Therefore, the solar cell 10 of the first embodiment
In this case, recombination of carriers at the junction interface between the semiconductor layer 13 and the semiconductor layer 14 is reduced.

【0045】以上説明したように、上記実施形態1の太
陽電池10によれば、窓層にCdSを用いず、かつ高効
率である太陽電池が得られる。なお、上記実施形態で
は、第1の半導体層が第2の半導体層よりも光入射側に
配置されている場合について説明したが、第1の半導体
層が第2の半導体層よりも裏面側に配置されていてもよ
い。
As described above, according to the solar cell 10 of the first embodiment, a highly efficient solar cell can be obtained without using CdS for the window layer. In the above embodiment, the case where the first semiconductor layer is disposed on the light incident side of the second semiconductor layer has been described. However, the first semiconductor layer is disposed on the back side of the second semiconductor layer. It may be arranged.

【0046】(実施形態2)実施形態2では、本発明の
太陽電池について、他の一例を説明する。
Embodiment 2 In Embodiment 2, another example of the solar cell of the present invention will be described.

【0047】実施形態2の太陽電池20について、断面
図を図5に示す。実施形態2の太陽電池20は、実施形
態1の太陽電池10と比較して、半導体層21を備える
点のみが異なるため重複する説明は省略する。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the solar cell 20 according to the second embodiment. The solar cell 20 according to the second embodiment is different from the solar cell 10 according to the first embodiment only in that a semiconductor layer 21 is provided.

【0048】半導体層21(第3の半導体層)は、半導
体層13と半導体層14との間に配置されている。半導
体層21の禁制帯幅Eg3と半導体層13の禁制帯幅E
2とは、Eg3>Eg2の関係を満たす。第3の半導体
層としては、たとえば、ZnおよびIIIb族元素から選
ばれる少なくとも一つの元素を含む酸化物、またはZn
およびIIIb族元素から選ばれる少なくとも一つの元素
を含むカルコゲン化合物を用いることができる。また、
半導体層21として、SnO2を用いてもよい。
The semiconductor layer 21 (third semiconductor layer) is arranged between the semiconductor layers 13 and 14. The forbidden bandwidth Eg 3 of the semiconductor layer 21 and the forbidden bandwidth E of the semiconductor layer 13
The g 2, satisfy the relationship of Eg 3> Eg 2. As the third semiconductor layer, for example, an oxide containing at least one element selected from Zn and Group IIIb elements, or Zn
And a chalcogen compound containing at least one element selected from Group IIIb elements. Also,
As the semiconductor layer 21, SnO 2 may be used.

【0049】なお、半導体層21の電子親和力χ3(e
V)と半導体層13の電子親和力χ2とが、(χ2
χ3)≧0.5の関係を満たすことが好ましい。また、
半導体層21の膜厚は、50nm以下であることが好ま
しい。半導体層21としては、たとえば、Zn(O,
S)膜を用いることができる。ここで、Zn(O,S)
とは、ZnとOとSからなる化合物であって、Zn−O
結合とZn−S結合とを含む化合物を意味する。
The electron affinity 半導体3 (e
V) and the electron affinity χ 2 of the semiconductor layer 13 are (χ 2
χ 3 ) It is preferable to satisfy the relationship of ≧ 0.5. Also,
The thickness of the semiconductor layer 21 is preferably 50 nm or less. As the semiconductor layer 21, for example, Zn (O,
S) A film can be used. Here, Zn (O, S)
Is a compound consisting of Zn, O and S, and is Zn-O
A compound containing a bond and a Zn-S bond.

【0050】太陽電池20は、実施形態1で説明した太
陽電池10と同様の方法で製造できる。なお、半導体層
21は、たとえば化学析出法や蒸着法によって形成でき
る。
The solar cell 20 can be manufactured by the same method as the solar cell 10 described in the first embodiment. The semiconductor layer 21 can be formed by, for example, a chemical deposition method or a vapor deposition method.

【0051】上記実施形態2の太陽電池20によれば、
窓層としてCdSを用いず、高効率な太陽電池が得られ
る。
According to the solar cell 20 of the second embodiment,
A high-efficiency solar cell can be obtained without using CdS as the window layer.

【0052】(実施形態3)実施形態3では、本発明の
太陽電池について、その他の一例を説明する。
Embodiment 3 In Embodiment 3, another example of the solar cell of the present invention will be described.

【0053】実施形態3の太陽電池30について、断面
図を図6に示す。実施形態3の太陽電池30は、実施形
態1の太陽電池10と比較して、絶縁層31を備える点
のみが異なるため重複する説明は省略する。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the solar cell 30 according to the third embodiment. The solar cell 30 according to the third embodiment is different from the solar cell 10 according to the first embodiment only in that the solar cell 30 includes an insulating layer 31.

【0054】絶縁層31の禁制帯幅EgINSと半導体層
13の禁制帯幅Eg2は、EgINS>Eg2の関係を満た
す。絶縁層31としては、たとえば、Al23、Ga2
3、Si34、SiO2、MgF2およびMgOから選
ばれる少なくとも一つの絶縁物からなる絶縁層を用いる
ことができる。
The forbidden band width Eg INS of the insulating layer 31 and the forbidden band width Eg 2 of the semiconductor layer 13 satisfy the relationship of Eg INS > Eg 2 . As the insulating layer 31, for example, Al 2 O 3 , Ga 2
An insulating layer made of at least one insulator selected from O 3 , Si 3 N 4 , SiO 2 , MgF 2 and MgO can be used.

【0055】なお、絶縁層31の電子親和力χINSと半
導体層13の電子親和力χ2とは、(χ2―χINS)≧
0.5の関係を満たすことが好ましい。また、絶縁層3
1の膜厚は50nm以下であることが好ましい。
Note that the electron affinity χ INS of the insulating layer 31 and the electron affinity χ 2 of the semiconductor layer 13 are (χ 2 −INS INS ) ≧
It is preferable to satisfy the relation of 0.5. Also, the insulating layer 3
It is preferable that the film thickness of No. 1 is 50 nm or less.

【0056】太陽電池30は、実施形態1で説明した太
陽電池10と同様の方法で製造できる。なお、絶縁層3
1は、たとえばスパッタリング法や蒸着法によって形成
できる。
The solar cell 30 can be manufactured by the same method as the solar cell 10 described in the first embodiment. The insulating layer 3
1 can be formed by, for example, a sputtering method or an evaporation method.

【0057】上記実施形態3の太陽電池30によれば、
窓層としてCdSを用いず、高効率な太陽電池が得られ
る。
According to the solar cell 30 of the third embodiment,
A high-efficiency solar cell can be obtained without using CdS as the window layer.

【0058】[0058]

【実施例】(実施例1)実施例1では、実施形態1で説
明した太陽電池10aについて、半導体層13の伝導帯
と半導体層14の伝導帯とのオフセットを変化させたと
きの太陽電池特性を計算した一例を示す。計算に用いた
太陽電池のバンド構造は、図3と同様である。
EXAMPLES Example 1 In Example 1, the solar cell characteristics when the offset between the conduction band of the semiconductor layer 13 and the conduction band of the semiconductor layer 14 was changed with respect to the solar cell 10a described in the first embodiment. An example of calculating is shown. The band structure of the solar cell used for the calculation is the same as in FIG.

【0059】実施例1の計算では、光吸収層である半導
体層13に禁制帯幅Eg2が1.2eVで電子親和力が
χ2のCu(In,Ga)Se2膜(CIGS膜)を用い
た。このCIGS膜の表面には、表面半導体層13aで
あるCu(In,Ga)3Se5層が形成されているとし
て計算した。また、窓層である半導体層14には、Zn
Oと略等しい禁制帯幅(約3.2eV)を有し、電子親
和力がχ1である半導体層を用いた。各々の膜厚はCI
GSが2μm、表面半導体層であるCu(In,Ga)
3Se5層が20nm、窓層が0.1μmである。
In the calculation of the first embodiment, a Cu (In, Ga) Se 2 film (CIGS film) having a band gap Eg 2 of 1.2 eV and an electron affinity of χ 2 is used for the semiconductor layer 13 as the light absorbing layer. Was. The calculation was performed on the assumption that a Cu (In, Ga) 3 Se 5 layer as the surface semiconductor layer 13a was formed on the surface of this CIGS film. The semiconductor layer 14 serving as a window layer includes Zn
O and has a substantially equal band gap (about 3.2 eV), electron affinity using a semiconductor layer is chi 1. Each film thickness is CI
GS is 2 μm, and Cu (In, Ga) which is a surface semiconductor layer
The 3 Se 5 layer is 20 nm, and the window layer is 0.1 μm.

【0060】そして、半導体層13の伝導帯と半導体層
14の伝導帯とのオフセット(χ2−χ1)の影響を調べ
るため、半導体層13と半導体層14の電子親和力の差
を変化させて太陽電池特性の計算を行った。なお、計算
では、表面半導体層13aであるCu(In,Ga)3
Se5層と半導体層14との界面に、欠陥を仮定し、欠
陥において再結合が生じるようにした。
Then, in order to investigate the effect of the offset (χ 2 −χ 1 ) between the conduction band of the semiconductor layer 13 and the conduction band of the semiconductor layer 14, the difference in electron affinity between the semiconductor layer 13 and the semiconductor layer 14 was changed. Calculation of solar cell characteristics was performed. In the calculation, Cu (In, Ga) 3 which is the surface semiconductor layer 13a is used.
Assuming that a defect is present at the interface between the Se 5 layer and the semiconductor layer 14, recombination occurs at the defect.

【0061】計算結果を図7および図8に示す。図7の
(a)は短絡電流密度(JSC)、(b)は開放端電圧
(VOC)、図8の(a)は曲線因子(FF)、(b)は
変換効率(Efficiency)を示している。
The calculation results are shown in FIGS. 7A shows the short-circuit current density (J SC ), FIG. 7B shows the open-circuit voltage (V OC ), FIG. 8A shows the fill factor (FF), and FIG. 8B shows the conversion efficiency (Efficiency). Is shown.

【0062】まず、伝導帯のオフセット(Conduc
tion Band Offset)が負、つまり、窓
層の電子親和力がCIGS膜の電子親和力よりも大きい
場合に注目すると、JSCはオフセットが負に大きくなる
につれ徐々に減少するが、その減少率は小さい。これに
対して、VOCとFFはオフセットが負に大きくなると急
激に減少する。これは、オフセットが負になると、注入
されたキャリアが窓層と光吸収層との界面に留まる時間
が長くなり、界面に存在する欠陥を介した再結合が増大
するためである。次に、オフセットが正、つまり窓層の
電子親和力が光吸収層の電子親和力よりも小さい場合で
は、オフセットの増加に伴いVOCは若干減少する。これ
に対し、JSCとFFはオフセットが0.5eV以上にな
ると急激に減少する。これは、オフセットが0.5eV
以上になると、窓層が光励起された電子輸送の障壁とな
り、電子が流れなくなるためである。以上のことから、
窓層の伝導帯と光吸収層の伝導帯とのオフセットを0.
5eV以下とすることによって、特性が高い太陽電池が
得られることがわかる。
First, the conduction band offset (Conduc)
tion Band Offset) is negative, that is, focusing on the case the electron affinity of the window layer is greater than the electron affinity of the CIGS film, J SC is decreased gradually as the offset increases in the negative, the decrease rate is small. On the other hand, V OC and FF decrease sharply when the offset becomes negatively large. This is because, when the offset becomes negative, the injected carrier stays at the interface between the window layer and the light absorbing layer for a longer time, and recombination via defects present at the interface increases. Next, when the offset is positive, that is, when the electron affinity of the window layer is smaller than the electron affinity of the light absorbing layer, V OC slightly decreases with an increase in the offset. On the other hand, J SC and FF sharply decrease when the offset becomes 0.5 eV or more. This is because the offset is 0.5 eV
This is because the window layer becomes a barrier for photoexcited electron transport in the above case, and electrons do not flow. From the above,
The offset between the conduction band of the window layer and the conduction band of the light absorption layer is set to 0.
It can be seen that a solar cell with high characteristics can be obtained by setting it to 5 eV or less.

【0063】ここで、実際の窓層材料とCIGS膜の伝
導帯のオフセットを検討する。窓層にCdS膜を用いた
場合は、オフセットは0.2eV〜0.3eVであり、
高い変換効率が得られる範囲内である。これに対し、窓
層にZnOを用いた場合は、オフセットは約−0.2e
Vとなり、CdSを用いた場合の約70%に低下するこ
とがわかる。
Here, the actual window layer material and the offset of the conduction band of the CIGS film will be examined. When a CdS film is used for the window layer, the offset is 0.2 eV to 0.3 eV,
It is within the range where high conversion efficiency can be obtained. In contrast, when ZnO is used for the window layer, the offset is about -0.2 e.
V, which is about 70% lower than when CdS was used.

【0064】ここで、重要となるのは、光吸収層の電子
親和力や窓層の電子親和力の絶対値ではなくて、その差
である。したがって、高い変換効率の太陽電池を構成す
るには、電子親和力がχ2(eV)である光吸収層に対
しては、0≦(χ2−χ1)<0.5(好ましくは、0≦
(χ2−χ1)<0.4)の関係を満たす電子親和力χ 1
を有する窓層を選択する必要がある。たとえば、CIG
S膜のGa濃度を変化させると禁制帯幅が増大し、かつ
電子親和力が減少する。したがって、太陽光を最も効率
的に電気エネルギーに変換する禁制帯幅を有するCIG
S膜に対しても電子親和力差が0eV〜0.5eV以内
である窓層を用いることによって高効率の太陽電池が得
られる。
Here, what is important is that electrons in the light absorbing layer are important.
Not the absolute value of the affinity or electron affinity of the window layer, but the difference
It is. Therefore, a solar cell with high conversion efficiency can be constructed.
To achieve this, the electron affinity is χTwo(EV) for the light absorbing layer
Then, 0 ≦ (χTwo−χ1) <0.5 (preferably, 0 ≦
Two−χ1) <0.4) electron affinity that satisfies the relationship χ 1
It is necessary to select a window layer having For example, CIG
Changing the Ga concentration of the S film increases the forbidden band width, and
The electron affinity decreases. Therefore, sunlight is most efficient
With a forbidden band width that converts to electrical energy
Electron affinity difference between S film and 0 eV-0.5 eV
By using a window layer that is
Can be

【0065】なお、ここでは、光吸収層となるp形半導
体として、表面にn形Cu(In,Ga)3Se5が薄く
形成されたCIGS膜を仮定したが、n形CIGS膜に
よって被覆されたp形CIGS膜、または表面が高抵抗
Cu(In,Ga)S2層で覆われたp形CIGS膜を
用いた場合でも同様な結果が得られた。
Here, a CIGS film in which n-type Cu (In, Ga) 3 Se 5 is thinly formed on the surface is assumed as a p-type semiconductor to be a light absorbing layer, but is covered with the n-type CIGS film. Similar results were obtained when a p-type CIGS film or a p-type CIGS film whose surface was covered with a high-resistance Cu (In, Ga) S 2 layer was used.

【0066】(実施例2)実施例2では、まず、半導体
層14(窓層)となるZn1-XMgXO膜の作製法および
特性について述べる。Zn1-XMgXO膜はZnOターゲ
ットとMgOターゲットの2元同時スパッタで形成し
た。ZnとMgの組成比は、2つのターゲットへ印加す
る高周波パワーを変化させることによって制御した。作
製したZn1- XMgXO膜のX線回折測定から、Xが0.
3(Zn0.7Mg0.3O)まではc軸に強く配向した単一
相であり、Xが0.5(Zn0.5Mg0.5O)までは、Z
nOの構造を基本とした回折が強く観測された。電子デ
バイスを構成する場合、一般に、単一相の半導体あるい
は誘電体を用いた方が、電流あるいは電圧ロスが少ない
ため有利である。したがって、電子デバイスにZn1-X
MgXO膜を用いる場合の組成比としては、0<X<
0.5の範囲が好ましい。
Example 2 In Example 2, first, a method of manufacturing and a characteristic of a Zn 1 -X Mg X O film serving as a semiconductor layer 14 (window layer) will be described. The Zn 1-x Mg x O film was formed by dual simultaneous sputtering of a ZnO target and an MgO target. The composition ratio of Zn and Mg was controlled by changing the high frequency power applied to the two targets. From the X-ray diffraction measurement of the produced Zn 1- X Mg X O film, X was found to be 0.
3 until (Zn 0.7 Mg 0.3 O) is a single phase strongly oriented to c-axis, X until 0.5 (Zn 0.5 Mg 0.5 O) is, Z
Diffraction based on the structure of nO was strongly observed. In the case of configuring an electronic device, it is generally advantageous to use a single-phase semiconductor or dielectric because current or voltage loss is small. Therefore, Zn 1-X
When the Mg X O film is used, the composition ratio is 0 <X <
A range of 0.5 is preferred.

【0067】次に、組成比の異なるZn1-XMgXO膜の
透過率を測定することによって、光吸収係数とフォトン
エネルギーとの関係を算出した。算出した結果を、図9
に示す。図9において、υは入射光の振動数を表し、α
は光吸収係数を表す。各組成比における膜についてプロ
ットしたデータの外挿線から、光学バンドギャップを求
めることができる。ZnOの光学バンドギャップは約
3.24eVであり、Mgの含有率が増加するにつれ光
学バンドギャップが拡大する。バンドギャップの拡大に
より電子親和力が小さくなることから、Mgの含有率を
変化させることによって電子親和力を制御できることが
わかる。
Next, the relationship between the light absorption coefficient and the photon energy was calculated by measuring the transmittance of Zn 1-x Mg x O films having different composition ratios. FIG. 9 shows the calculated result.
Shown in In FIG. 9, υ represents the frequency of incident light, and α
Represents a light absorption coefficient. The optical band gap can be determined from an extrapolation line of the data plotted for the film at each composition ratio. The optical band gap of ZnO is about 3.24 eV, and the optical band gap increases as the content of Mg increases. Since the electron affinity decreases due to the increase in the band gap, it can be seen that the electron affinity can be controlled by changing the Mg content.

【0068】そこで、Zn1-XMgXO膜のMg含有率を
変化させたときの、CIGS膜の電子親和力とZn1-X
MgXO膜の電子親和力との差の変化を計算した。計算
結果を図10に示す。計算は、以下のように行った。ま
ず、光電子分光分析法(XPS)を用いて、Zn1-X
XO膜とCIGS膜のそれぞれについて、膜のコアレ
ベルと価電子帯の最大(Valence Band M
aximum)との差(E VBM CL)を測定した。次に、
測定結果から、Zn1-XMgXO膜とCIGS膜とのコア
レベルの差(△ECL)を求めた。これらの値を以下の式
(1)に適用することよって、Zn1-XMgXO膜とCI
GS膜との価電子帯のレベル差△EV(Valence
Band Offset)が求められる。次に、以下
の式(2)によって、Zn1-XMgXO膜とCIGS膜と
の電子親和力の差△ECが求められる。なお、Zn1-X
XO膜のバンドギャップEg(ZnMgO)とCIG
S膜のバンドギャップEg(CIGS)とは、光透過特
性または反射特性や、入射光の波長に対する太陽電池の
量子効率の変化から測定できる。 (1) △EV=EVBM CL(CIGS)−EVBM CL(Zn
MgO)−△ECL (2) △EC=Eg(ZnMgO)−Eg(CIG
S)−△EV なお、ここでは、XPS測定を用いた電子親和力の差の
計算方法を示したが、紫外線による光電子分光分析法
(UPS)を用いても計算することができる。UPS法
を用いる場合には、伝導帯レベルを測定できるため、電
子親和力の差を直接計算することができる。
Therefore, Zn1-XMgXMg content of O film
The electron affinity of the CIGS film and Zn1-X
MgXThe change in difference from the electron affinity of the O film was calculated. Calculation
The results are shown in FIG. The calculation was performed as follows. Ma
Instead, using photoelectron spectroscopy (XPS), Zn1-XM
gXFor each of the O film and CIGS film,
Bell and the maximum of the valence band (Value Band M
maximum) (E) VBM CL) Was measured. next,
From the measurement results, Zn1-XMgXCore of O film and CIGS film
Level difference (△ ECL). Use these values as
By applying to (1), Zn1-XMgXO film and CI
Level difference of valence band from GS film ΔEV(Valence
 Band Offset) is required. Then,
According to the equation (2), Zn1-XMgXO film and CIGS film
Electron affinity difference ΔECIs required. Note that Zn1-XM
gXBand gap Eg (ZnMgO) and CIG of O film
The band gap Eg (CIGS) of the S film is the light transmission characteristic.
Or reflection characteristics, and the solar cell's
It can be measured from the change in quantum efficiency. (1) △ EV= EVBM CL(CIGS) -EVBM CL(Zn
MgO)-△ ECL (2) △ EC= Eg (ZnMgO) -Eg (CIG
S)-△ EV Here, the difference in the electron affinity using the XPS measurement was calculated.
The calculation method was shown, but photoelectron spectroscopy using ultraviolet light
It can also be calculated using (UPS). UPS method
When using, the conduction band level can be measured.
The difference in child affinity can be calculated directly.

【0069】次に、Mgの含有率を変化させた時の太陽
電池の特性を調べた。
Next, the characteristics of the solar cell when the Mg content was changed were examined.

【0070】実施例2では、実施形態2の太陽電池20
を実際に作製した一例について述べる。なお、実施例2
の太陽電池は、半導体層13の表面に、表面半導体層1
3aとして、Cdを含有させたCu(In,Ga)Se
2層を有する。また、実施例2の太陽電池では、半導体
層14(窓層)としてZn1-XMgXO膜を用いた。
In Example 2, the solar cell 20 of Embodiment 2 was used.
A description will be given of an example of actually manufacturing the. Example 2
The solar cell of the present invention has a surface semiconductor layer 1 on the surface of the semiconductor layer 13.
Cu (In, Ga) Se containing Cd as 3a
It has two layers. In the solar cell of Example 2, a Zn 1-X Mg X O film was used as the semiconductor layer 14 (window layer).

【0071】実施例2では、まず、ガラス基板上にMo
電極膜を形成し、その上に半導体層13(光吸収層)と
なるCu(In0.8Ga0.2)Se2(CIGS)膜を形
成した。Mo膜およびCu(In,Ga)Se2膜は、
以下の方法で作成した(Japanese Journ
al of Applied Physics、199
5年、34巻、L1141参照)。まず、Mo膜はAr
ガス雰囲気中のスパッタリング法で形成した。膜厚は約
1μmであった。次に、Cu(In,Ga)Se2
は、3段階蒸着法で形成した。まず、第1段階として、
Mo膜の上に基板温度350℃にて(In,Ga)2
3膜を形成し、次に、第2段階として、基板温度50
0℃以上に昇温してCu、Seを蒸着してCu過剰組成
のCu(In,Ga)Se2膜を形成した。最後に、第
3段階として、基板温度を保持したまま、In、Gaお
よびSeを同時に蒸着して少し(In,Ga)が過剰な
組成のCu(In,Ga)Se2膜を形成した。Cu
(In,Ga)Se2膜の膜厚は約2μmであった。
In Example 2, first, Mo was placed on a glass substrate.
An electrode film was formed, and a Cu (In 0.8 Ga 0.2 ) Se 2 (CIGS) film serving as the semiconductor layer 13 (light absorbing layer) was formed thereon. The Mo film and the Cu (In, Ga) Se 2 film are:
Created by the following method (Japanese Journal
al of Applied Physics, 199
5 years, 34 volumes, L1141). First, the Mo film is Ar
It was formed by a sputtering method in a gas atmosphere. The thickness was about 1 μm. Next, a Cu (In, Ga) Se 2 film was formed by a three-stage evaporation method. First, as the first stage,
(In, Ga) 2 S at a substrate temperature of 350 ° C. on the Mo film
e 3 film is formed, and then, as a second step, a substrate temperature of 50
The temperature was raised to 0 ° C. or higher, and Cu and Se were deposited to form a Cu (In, Ga) Se 2 film having a Cu excess composition. Finally, as a third step, while maintaining the substrate temperature, In, Ga and Se were simultaneously vapor-deposited to form a Cu (In, Ga) Se 2 film having a composition with a slight excess of (In, Ga). Cu
The thickness of the (In, Ga) Se 2 film was about 2 μm.

【0072】次に、上記CIGS膜を硝酸カドミウムと
アンモニアの水溶液中に浸して、CIGS膜の表面に、
CdをドープしたCu(In,Ga)Se2からなる表
面半導体層を形成した。次に、半導体層13上に、半導
体層21(バッファー層)となるZn(O,S)膜(膜
厚10nm)を化学析出法によって形成した。このZn
(O,S)バッファー層の電子親和力はCIGS膜の電
子親和力より0.5eV以上小さく、Zn(O,S)膜
の伝導帯レベルがCIGS膜の伝導帯レベルより高いエ
ネルギー位置にある。
Next, the CIGS film is immersed in an aqueous solution of cadmium nitrate and ammonia, and the surface of the CIGS film is
A surface semiconductor layer made of Cu (In, Ga) Se 2 doped with Cd was formed. Next, a Zn (O, S) film (thickness: 10 nm) serving as the semiconductor layer 21 (buffer layer) was formed on the semiconductor layer 13 by a chemical deposition method. This Zn
The electron affinity of the (O, S) buffer layer is smaller than the electron affinity of the CIGS film by 0.5 eV or more, and the conduction band level of the Zn (O, S) film is at an energy position higher than the conduction band level of the CIGS film.

【0073】その後、Zn(O,S)膜の上に半導体層
14(窓層)として、Mgの含有率が異なるZn1-X
XO膜(膜厚0.1μm)を形成した。Zn1-XMgX
O膜は、前述の方法で形成した。その後、半導体層14
上に、上部電極膜15としてITO膜(膜厚0.1μ
m)をスパッタリング法によって形成した。さらに、上
部電極膜15上に、取り出し電極17と反射防止膜16
であるMgF2(膜厚0.12μm)を電子ビーム蒸着
によって形成した。このようにして、太陽電池20を作
製した。
After that, Zn 1 -XM having different Mg contents as a semiconductor layer 14 (window layer) on the Zn (O, S) film.
g X O film (thickness 0.1 [mu] m) was formed. Zn 1-X Mg X
The O film was formed by the method described above. Then, the semiconductor layer 14
On top of this, an ITO film (film thickness 0.1 μm) is formed as the upper electrode film 15.
m) was formed by a sputtering method. Further, on the upper electrode film 15, the extraction electrode 17 and the antireflection film 16 are formed.
MgF 2 (film thickness 0.12 μm) was formed by electron beam evaporation. Thus, the solar cell 20 was produced.

【0074】Xが0.03であるZn0.97Mg0.03O膜
を窓層に用いたときの電流−電圧特性を図11に示す。
このとき、変換効率として16.0%が得られた。この
値はCdS膜を窓層に用いた太陽電池の効率と同程度で
ある。次に、Mgの含有率に対する変換効率の変化を図
12に示す。Mgを添加すると、ZnOのみを用いた太
陽電池の効率より約30%向上している。ここで用いた
ZnO膜の電子親和力χ1(eV)とCIGS膜の電子
親和力χ2(eV)との差(χ2−χ1)は約−0.1
(eV)であり、窓層ZnOの伝導帯レベルが低いた
め、ZnO/Zn(O,S)の界面において再結合が増
大する。したがって、太陽電池の変換効率は低下してい
る。これに対し、Mgを添加すると図9に示すようにバ
ンドギャップが増大し、かつ電子親和力が減少するた
め、CIGS膜とのオフセット(χ2−χ1)が正とな
り、界面再結合速度が減少し、変換効率が向上する。実
施例2の太陽電池では、Mgの含有率を0.2付近まで
増加させても効率はほとんど変わらない。これは、オフ
セット(χ2−χ1)の値が0.5eV以下の範囲内であ
るためと考えられる。このように、電子親和力を制御で
きるZn1-XMgXO膜を窓層に用いることによって、太
陽電池の変換効率を向上できることがわかった。
FIG. 11 shows current-voltage characteristics when a Zn 0.97 Mg 0.03 O film in which X is 0.03 is used for the window layer.
At this time, 16.0% was obtained as the conversion efficiency. This value is comparable to the efficiency of a solar cell using a CdS film as a window layer. Next, FIG. 12 shows a change in the conversion efficiency with respect to the Mg content. The addition of Mg improves the efficiency of a solar cell using only ZnO by about 30%. The difference (χ 2 −χ 1 ) between the electron affinity χ 1 (eV) of the ZnO film used here and the electron affinity χ 2 (eV) of the CIGS film is about −0.1.
(EV), and since the conduction band level of the window layer ZnO is low, recombination increases at the interface of ZnO / Zn (O, S). Therefore, the conversion efficiency of the solar cell is decreasing. On the other hand, when Mg is added, the band gap increases and the electron affinity decreases as shown in FIG. 9, so that the offset (χ 2 −χ 1 ) from the CIGS film becomes positive and the interface recombination speed decreases. And the conversion efficiency is improved. In the solar cell of Example 2, the efficiency hardly changes even if the Mg content is increased to around 0.2. This is probably because the value of the offset (χ 2 −χ 1 ) is within the range of 0.5 eV or less. As described above, it was found that the conversion efficiency of the solar cell can be improved by using the Zn 1-x Mg x O film capable of controlling the electron affinity for the window layer.

【0075】なお、実施例2では、Zn1-XMgXO膜を
ZnOとMgOの2元同時スパッタリング法によって形
成したが、あらかじめ任意のMgOを添加した(ZnO
+MgO)の焼結体ターゲットを用いてもZn1-XMgX
O膜が形成できる。さらに、Zn1-XMgXOにZnOの
結晶構造を変化させない少量のAl23等の不純物を添
加しても同様な効果が得られる。また、ここでは、電子
親和力の小さい半導体層21(バッファー層)として、
高抵抗n形半導体であるZn(O,S)膜を用いたが、
CIGS膜とのオフセットが1.3eV以上のZnS膜
等を用いても同様な効果が得られる。また、ここでは、
Cdをドープしてp形CIGS膜表面に極薄いn形の表
面半導体層を形成しているが、この表面半導体層を形成
していない場合でも、ZnO膜を用いる従来の太陽電池
よりも、窓層としてZn1-XMgXO膜を用いる本実施例
の太陽電池の方が、高効率となる。
In the second embodiment, the Zn 1 -x Mg x O film is formed by the dual simultaneous sputtering method of ZnO and MgO, but any MgO is added in advance (ZnO
+ MgO) using Zn 1-X Mg X
An O film can be formed. Further, the same effect can be obtained by adding a small amount of impurities such as Al 2 O 3 which does not change the crystal structure of ZnO to Zn 1-X Mg X O. Here, as the semiconductor layer 21 (buffer layer) having a small electron affinity,
Although a Zn (O, S) film which is a high resistance n-type semiconductor was used,
The same effect can be obtained by using a ZnS film or the like having an offset of 1.3 eV or more from the CIGS film. Also, here
Although an extremely thin n-type surface semiconductor layer is formed on the surface of the p-type CIGS film by doping Cd, even when this surface semiconductor layer is not formed, the window is larger than that of a conventional solar cell using a ZnO film. The solar cell of this embodiment using a Zn 1-x Mg x O film as a layer has higher efficiency.

【0076】(実施例3)実施例3では、実施形態1の
太陽電池10aについて作製した一例について述べる。
実施例3では、基板11としてガラス基板、下部電極膜
12としてMo膜、半導体層13(光吸収層)としてC
u(In,Ga)Se2、半導体層14(窓層)とし
て、電子親和力が異なるZnYAl2-2Y3-2Y膜(0<
Y<1)、上部電極膜15としてITO、反射防止膜1
6としてMgF2を用いた。なお、半導体層13の表面
には、表面半導体層13aとして、Cu(In,Ga)
Se2を形成した。
(Example 3) In Example 3, an example of manufacturing the solar cell 10a of Embodiment 1 will be described.
In the third embodiment, a glass substrate is used as the substrate 11, a Mo film is used as the lower electrode film 12, and a C layer is used as the semiconductor layer 13 (light absorbing layer).
u (In, Ga) Se 2 , as a semiconductor layer 14 (window layer), a Zn Y Al 2-2Y O 3-2Y film (0 <
Y <1), ITO as upper electrode film 15, antireflection film 1
6, MgF 2 was used. Note that Cu (In, Ga) is formed on the surface of the semiconductor layer 13 as a surface semiconductor layer 13 a.
Se 2 was formed.

【0077】実施例3の太陽電池では、Al23の方が
ZnOよりも電子親和力が小さいことから、ZnO膜に
Al23を添加することによって電子親和力を制御でき
ることが予想できる。ZnYAl2-2Y3-2Y膜はZnO
ターゲットとAl23ターゲットの2元同時スパッタで
形成した。ZnとAlとの組成比は、2つのターゲット
へ印加する高周波パワーによって制御した。Al含有率
に対する太陽電池の変換効率の変化を、図13に示す。
図の縦軸の変換効率は、ZnOを用いた時の変換効率で
規格化してある。ZnYAl2-2Y3-2Y膜中の原子数比
{Al/(Zn+Al)}の値が0.1までのときは、
Alを添加していないZnO膜を用いた場合よりも変換
効率が低下している。これは、少量のAlを添加するこ
とによりZnYAl2-2Y3-2Y膜が低抵抗化して、漏れ
電流が流れるためと考えられる。次に、Al/(Zn+
Al)の値が0.2から0.7までは効率が向上し、ほ
ほ一定の値となっている。これは、Al23の添加量が
増加することにより膜の電子親和力がCIGS膜のそれ
より小さくなるためである。次に、Al/(Zn+A
l)の値が0.7以上では、効率が急激に低下してい
る。これは、ZnYAl2 -2Y3-2Y膜の電子親和力χ1
CIGS膜の電子親和力χ2との差(χ2−χ1)が0.
5eV以上となり、ZnYAl2-2Y3-2Y膜が障壁とな
るため、CIGS膜で光励起されたキャリアが流れなく
なることによると考えられる。このように、Alの含有
率を変化させることによって、ZnYAl2-2Y3-2Y
の電子親和力が制御でき、Al/(Zn+Al)の値が
0.2〜0.7の範囲内で変換効率が改善できることが
わかった。
In the solar cell of Example 3, since Al 2 O 3 has a smaller electron affinity than ZnO, it can be expected that the electron affinity can be controlled by adding Al 2 O 3 to the ZnO film. Zn Y Al 2-2Y O 3-2Y film ZnO
It was formed by dual simultaneous sputtering of a target and an Al 2 O 3 target. The composition ratio between Zn and Al was controlled by the high frequency power applied to the two targets. FIG. 13 shows a change in the conversion efficiency of the solar cell with respect to the Al content.
The conversion efficiency on the vertical axis in the figure is normalized by the conversion efficiency when ZnO is used. When the value of the atomic ratio {Al / (Zn + Al)} in the Zn Y Al 2-2Y O 3-2Y film is up to 0.1,
The conversion efficiency is lower than when a ZnO film to which Al is not added is used. This small amount of Zn Y Al 2-2Y O 3-2Y film by adding Al is a low resistance, is believed to flow leakage current. Next, Al / (Zn +
When the value of (Al) is 0.2 to 0.7, the efficiency is improved, and the value is almost constant. This is because the electron affinity of the film becomes smaller than that of the CIGS film by increasing the amount of Al 2 O 3 added. Next, Al / (Zn + A
When the value of l) is 0.7 or more, the efficiency sharply decreases. This is because the difference (χ 2 −χ 1 ) between the electron affinity χ 1 of the Zn Y Al 2 -2 Y O 3 -2 Y film and the electron affinity χ 2 of the CIGS film is 0.
Becomes more 5 eV, since the Zn Y Al 2-2Y O 3-2Y film becomes a barrier, believed to be due to longer flows carriers photoexcited in the CIGS film. Thus, by changing the content of Al, Zn Y Al 2-2Y O 3-2Y can electron affinity control membrane, Al / (Zn + Al) values in the range of 0.2 to 0.7 It was found that the conversion efficiency could be improved by.

【0078】なお、CIGS膜中の原子数比(Ga/
(In+Ga))を変化させることによってCIGS膜
の電子親和力が変化することから、変換効率が向上する
Alの組成比の範囲は変化する。また、実施例3では、
窓層としてZnYAl2-2Y3-2 Y膜を用いたが、Alの
代わりにIIIb族元素を用いたZnYGa2-2Y3-2Y(0
<Y<1)等でも同様な効果が得られる。ただし、変換
効率の向上に最適なIIIb族元素の組成比の範囲は、用
いる元素によって異なる。
The ratio of the number of atoms in the CIGS film (Ga /
Since the electron affinity of the CIGS film changes by changing (In + Ga)), the range of the Al composition ratio in which the conversion efficiency is improved changes. In the third embodiment,
Was used Zn Y Al 2-2Y O 3-2 Y film as the window layer, Zn Y Ga 2-2Y O 3-2Y ( 0 using IIIb group elements instead of Al
The same effect can be obtained in <Y <1) and the like. However, the optimum range of the group IIIb element composition ratio for improving the conversion efficiency differs depending on the element used.

【0079】(実施例4)実施例4では、実施形態3の
太陽電池30について作製した一例について説明する。
実施例4の太陽電池では、基板11としてガラス基板、
下部電極膜12としてMo膜、半導体層13としてCu
(In,Ga)Se2、半導体層14(窓層)としてZ
0.9Mg0.1O膜、上部電極膜15としてITO、反射
防止膜16としてMgF2、絶縁層31(バッファー
層)としてAl23膜を用いた。なお、半導体層13の
表面には、表面半導体層13aとして、Cdを含有させ
たCu(In,Ga)Se2を形成した。
(Example 4) In Example 4, an example of manufacturing the solar cell 30 of Embodiment 3 will be described.
In the solar cell of Example 4, a glass substrate was used as the substrate 11,
Mo film as the lower electrode film 12 and Cu as the semiconductor layer 13
(In, Ga) Se 2 , Z as the semiconductor layer 14 (window layer)
An n 0.9 Mg 0.1 O film, ITO as the upper electrode film 15, MgF 2 as the antireflection film 16, and an Al 2 O 3 film as the insulating layer 31 (buffer layer) were used. Note that Cu (In, Ga) Se 2 containing Cd was formed on the surface of the semiconductor layer 13 as the surface semiconductor layer 13 a.

【0080】ここで、半導体層14(窓層)の電子親和
力χ1と半導体層13(光吸収層)の電子親和力χ2との
差(χ2−χ1)は、0〜0.5eVの範囲内である。ま
た、絶縁層31の電子親和力χINS(eV)と電子親和
力χ2(eV)とは、(χ2−χINS)≧0.5(eV)
の関係を満たす。各々の作製法は実施例2と同様であ
る。なお、Al23膜は電子ビーム蒸着によってCIG
S膜上に形成した。
[0080] Here, the semiconductor layer 14 the difference between the electron affinity chi 2 electron affinity chi 1 and the semiconductor layer 13 of the (window layer) (light absorbing layer) (χ 21) is the 0~0.5eV Within range. Further, the electron affinity χ INS (eV) and the electron affinity χ 2 (eV) of the insulating layer 31 are (χ 2 −χ INS ) ≧ 0.5 (eV).
Satisfy the relationship. Each manufacturing method is the same as that of the second embodiment. Note that the Al 2 O 3 film is CIG by electron beam evaporation.
It was formed on the S film.

【0081】Al23の膜厚を変えた時の、太陽電池の
変換効率の変化について、図14に示す。ここで、縦軸
の効率は、Al23の膜厚が0の時(Al23膜がない
時)の効率で規格化してある。Al23の膜厚が10n
m程度で効率が最高となり、膜厚の増加により効率が減
少し、50nm以上では出力が大きく低下した。この理
由について以下に述べる。まず、Al23の膜厚が10
nmよりも小さくなるときは、CIGS膜を覆うAl2
3膜の被覆率が低く、部分的にCIGS膜表面にZn
1-XMgXO膜を形成する際の飛翔加速粒子あるいはイオ
ン化したガス分子の衝突によるスパッタリングダメージ
が生じ、CIGS膜界面の欠陥密度が増加し、変換効率
が減少すると考えられる。
FIG. 14 shows the change in the conversion efficiency of the solar cell when the thickness of Al 2 O 3 is changed. Here, the efficiency on the vertical axis is normalized by the efficiency when the film thickness of Al 2 O 3 is 0 (when there is no Al 2 O 3 film). Al 2 O 3 film thickness of 10 n
The efficiency was highest at about m, the efficiency was reduced by increasing the film thickness, and the output was significantly reduced at 50 nm or more. The reason will be described below. First, when the film thickness of Al 2 O 3 is 10
nm, the Al 2 covering the CIGS film
The coverage of the O 3 film is low, and the ZnS partially covers the CIGS film surface.
It is considered that sputtering damage occurs due to the collision of flying acceleration particles or ionized gas molecules when forming the 1-X Mg X O film, the defect density at the interface of the CIGS film increases, and the conversion efficiency decreases.

【0082】次に、絶縁層の膜厚が10nmよりも大き
くなると変換効率が低下し、50nm以上で急激に低下
する理由について述べる。電子親和力が小さい絶縁体層
Al 23はCIGS膜とZn1-XMgXO膜とで形成され
るpn接合の障壁となる。しかし、膜厚が薄いと光キャ
リアはこの障壁をトンネルしてn形の窓層へと流れる。
これに対し、膜厚が増加すると障壁の厚さが増すことに
よりトンネル電流が極端に減少し、効率が低下する。し
たがって、電子親和力がCIGSの電子親和力よりも
0.5eV以上小さい絶縁層をバッファー層として用い
る場合は、膜厚は50nm以下が好ましく、また、最適
な膜厚範囲が存在する。
Next, the thickness of the insulating layer is larger than 10 nm.
Conversion efficiency decreases when it becomes smaller, and sharply decreases above 50 nm.
I will explain why. Insulator layer with low electron affinity
Al TwoOThreeIs the CIGS film and Zn1-XMgXFormed with O film
Pn junction barrier. However, if the film thickness is small,
The rear tunnels through this barrier to the n-type window layer.
In contrast, as the film thickness increases, the barrier thickness increases.
Tunnel current is extremely reduced, and efficiency is reduced. I
Therefore, the electron affinity is higher than that of CIGS.
Using an insulating layer smaller than 0.5 eV as a buffer layer
In this case, the film thickness is preferably 50 nm or less, and
There is a wide range of film thickness.

【0083】なお、絶縁層の代わりに、実施例2で述べ
た高抵抗の半導体層(電子親和力が光吸収層の電子親和
力よりも0.5eV以上大きい半導体層)を用いても、
同様の結果が得られる。また、絶縁層として、Al23
の代わりにGa23、Si34、SiO2、MgF2等を
用いても同様な結果が得られる。
Note that, instead of using the insulating layer, the high-resistance semiconductor layer (a semiconductor layer whose electron affinity is larger than the electron affinity of the light absorption layer by 0.5 eV or more) described in Embodiment 2 can be used.
Similar results are obtained. In addition, Al 2 O 3
Similar results can be obtained by using Ga 2 O 3 , Si 3 N 4 , SiO 2 , MgF 2 or the like instead of.

【0084】(実施例5)実施例5では、実施形態2で
説明した太陽電池20について、その他の一例を説明す
る。実施例5では、半導体層14(窓層)を固定し、半
導体層13(光吸収層)の電子親和力を変化させた場合
の、太陽電池の変換効率の変化について測定した。実施
例5の太陽電池では、基板11としてガラス基板、下部
電極膜12としてMo膜、半導体層13としてSを固溶
させたCuIn(Se1-XX2膜(0≦X≦1)、半
導体層14(窓層)として、Zn0.8Mg0.2O膜、上部
電極膜15としてITO、反射防止膜16としてMgF
2、半導体層21(バッファー層)としてZnS膜(膜
厚10nm)を用いた。なお、半導体層13の表面に
は、表面半導体層13aとして、Cdを含有させたCu
In(Se1-XX2膜を形成した。
Example 5 In Example 5, another example of the solar cell 20 described in Embodiment 2 will be described. In Example 5, the change in the conversion efficiency of the solar cell when the semiconductor layer 14 (window layer) was fixed and the electron affinity of the semiconductor layer 13 (light absorption layer) was changed was measured. In the solar cell of Example 5, a glass substrate is used as the substrate 11, a Mo film is used as the lower electrode film 12, and a CuIn (Se 1−X S x ) 2 film (0 ≦ X ≦ 1) in which S is dissolved as the semiconductor layer 13 is used. A Zn 0.8 Mg 0.2 O film as the semiconductor layer 14 (window layer), ITO as the upper electrode film 15, and MgF as the antireflection film 16.
2. A ZnS film (10 nm thick) was used as the semiconductor layer 21 (buffer layer). In addition, on the surface of the semiconductor layer 13, Cu containing Cd is used as the surface semiconductor layer 13a.
In (Se 1-X S X ) to form a 2 layer.

【0085】CuInS2はCuInSe2に比べ電子親
和力が約0.4eVほど小さい。したがって、Sの固溶
率Xを変化させることによって、半導体層13の電子親
和力が変化する。Sの固溶率Xに対する変換効率の変化
を、図15に示す。縦軸の変換効率は、CuInSe2
膜(X=0)を用いた時の変換効率で規格化した値であ
る。
CuInS 2 has an electron affinity about 0.4 eV smaller than CuInSe 2 . Therefore, by changing the solid solution rate X of S, the electron affinity of the semiconductor layer 13 changes. FIG. 15 shows a change in conversion efficiency with respect to the solid solution rate X of S. The conversion efficiency on the vertical axis is CuInSe 2
This is a value normalized by the conversion efficiency when the film (X = 0) is used.

【0086】図15に示すように、Sの固溶率Xが0〜
0.8である間は、変換効率はほとんど変化しないが、
X>0.8以上では効率が減少する。これは以下の理由
による。CuInSe2に対して窓層Zn0.8Mg0.2
膜の電子親和力は約0.3eV小さい。したがって、X
が0.8以下の場合には、窓層の電子親和力と光吸収層
の電子親和力とは、高い変換効率が得られる本発明の太
陽電池の条件を満たす。一方、Sの固溶率Xが大きくな
ると、CuIn(Se1-XX2膜の電子親和力が減少
する。この時、Zn0.8Mg0.2Oの電子親和力χ1(e
V)とCuIn(Se1-XX2の電子親和力χ2(e
V)とが、0≦χ2−χ1<0.5の関係を満たす範囲で
は効率は変化しない。しかし、Sの固溶率Xがさらに増
加すると、(χ2−χ1)<0(eV)となり、界面再結
合の影響を強く受けて効率が低下する。実施例1および
2からもわかるように、光吸収層の電子親和力が小さく
なった場合には、それに適した電子親和力を有する窓層
を形成する必要がある。このように、窓層として、電子
親和力が制御できるZn1-XMgXO膜を用いることが好
ましい。
As shown in FIG. 15, the solid solution ratio X of S is 0 to
While it is 0.8, the conversion efficiency hardly changes,
When X> 0.8 or more, the efficiency decreases. This is for the following reason. Window layer Zn 0.8 Mg 0.2 O for CuInSe 2
The electron affinity of the film is about 0.3 eV smaller. Therefore, X
Is 0.8 or less, the electron affinity of the window layer and the electron affinity of the light absorption layer satisfy the condition of the solar cell of the present invention that can obtain high conversion efficiency. On the other hand, when the solid solution rate X of S increases, the electron affinity of the CuIn (Se 1−X S X ) 2 film decreases. At this time, the electron affinity of Zn 0.8 Mg 0.2 O χ 1 (e
V) and the electron affinity of CuIn (Se 1-X S X ) 2 χ 2 (e
V), the efficiency does not change in a range satisfying the relationship of 0 ≦ χ 2 −χ 1 <0.5. However, when the solid solution rate X of S further increases, (χ 2 −χ 1 ) <0 (eV), and the efficiency is reduced due to the influence of interface recombination. As can be seen from Examples 1 and 2, when the electron affinity of the light-absorbing layer is reduced, it is necessary to form a window layer having an electron affinity suitable for it. As described above, it is preferable to use a Zn 1-x Mg x O film whose electron affinity can be controlled as the window layer.

【0087】なお、ここでは、光吸収層としてCuIn
(Se1-XX2膜を用いたが、Cu(In1-XGaX
Se2膜(0≦X≦1)でも同様な結果が得られる。こ
の場合、CuGaSe2の電子親和力はCuInSe2
それより約0.6eV小さいことから、Ga固溶率Xに
より電子親和力は大きく変化する。ただし、Cu(In
1-XGaX)Se2膜のXが変化しても、それに適した電
子親和力を有する窓層を適用することにより高い変換効
率が得られる。また、同様にCu(In1-XGaX)(S
1-YY2膜において、電子親和力は、Gaの固溶率
XとSの固溶率Yとによって変化するが、それに適した
電子親和力を有する窓層を用意することによって変換効
率が高い太陽電池が得られる。さらに、Gaの固溶率や
Sの固溶率が膜厚方向に変化しているグレーデッド形の
光吸収層においても、空乏層内にある光吸収層の電子親
和力と比較して、電子親和力が0.5eV小さい窓層を
用いることによって、同様に高い変換効率が得られる。
Here, CuIn is used as the light absorbing layer.
Although a (Se 1 -X S X ) 2 film was used, Cu (In 1 -X Ga X ) was used.
Similar results are obtained with the Se 2 film (0 ≦ X ≦ 1). In this case, since the electron affinity of CuGaSe 2 is smaller than that of CuInSe 2 by about 0.6 eV, the electron affinity greatly changes depending on the Ga solid solubility X. However, Cu (In
Even if the X of the 1-X Ga X ) Se 2 film changes, high conversion efficiency can be obtained by applying a window layer having an electron affinity suitable for it. Similarly, Cu (In 1-x Ga x ) (S
In the e 1-Y S Y ) 2 film, the electron affinity varies depending on the solid solution rate X of Ga and the solid solution rate Y of S. By preparing a window layer having an electron affinity suitable for it, the conversion efficiency is improved. Solar cell with high Furthermore, even in a graded light absorption layer in which the solid solution rate of Ga and the solid solution rate of S change in the film thickness direction, the electron affinity is higher than the electron affinity of the light absorption layer in the depletion layer. Similarly, high conversion efficiency can be obtained by using a window layer having a smaller value of 0.5 eV.

【0088】以上、本発明の実施形態について例を挙げ
て説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず
本発明の技術的思想に基づき他の実施形態に適用するこ
とができる。
Although the embodiments of the present invention have been described above by way of examples, the present invention is not limited to the above embodiments, but can be applied to other embodiments based on the technical idea of the present invention.

【0089】たとえば、上記実施形態では、基板と反対
側から入射した光によって発電する太陽電池を示した
が、基板側から入射した光によって発電する太陽電池で
もよい。
For example, in the above-described embodiment, a solar cell that generates power by light incident from the side opposite to the substrate is described, but a solar cell that generates power by light incident from the substrate side may be used.

【0090】[0090]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の第1の太
陽電池によれば、第1の半導体層(窓層)と第2の半導
体層(光吸収層)について禁制帯幅および電子親和力の
関係を規定することによって、高い変換効率の太陽電池
が得られる。これは、前記範囲内の電子親和力を有する
窓層を用いることにより、接合界面での再結合を抑制で
き、かつ光キャリアの障壁とならない窓層及び光吸収層
を提供できることによる。さらに、上記第1の太陽電池
によれば、窓層としてCdSを用いず、かつ変換効率が
高い太陽電池が得られる。
As described above, according to the first solar cell of the present invention, the forbidden band width and the electron affinity of the first semiconductor layer (window layer) and the second semiconductor layer (light absorbing layer) are obtained. By defining the relationship, a solar cell with high conversion efficiency can be obtained. This is because by using a window layer having an electron affinity within the above range, recombination at the junction interface can be suppressed, and a window layer and a light absorption layer that do not act as a barrier for photocarriers can be provided. Further, according to the first solar cell, a solar cell having high conversion efficiency without using CdS as the window layer can be obtained.

【0091】また、本発明の第2の太陽電池では、窓層
が一般式Zn1-ZzO(ただし、元素CはBe、Mg、
Ca、SrおよびBaから選ばれる少なくとも一つであ
り、0<Z<1である。)で表される酸化物を主成分と
しているため、窓層の欠陥が少なく、窓層のバンドギャ
ップおよび電子親和力を自由に変えることができる。し
たがって、変換効率が高い太陽電池が得られる。
In the second solar cell of the present invention, the window layer has the general formula Zn 1 -Z CzO (where the element C is Be, Mg,
It is at least one selected from Ca, Sr and Ba, and 0 <Z <1. ), The window layer has few defects, and the band gap and the electron affinity of the window layer can be freely changed. Therefore, a solar cell with high conversion efficiency can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の太陽電池について、一例を示す断面
図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing one example of a solar cell of the present invention.

【図2】 本発明の太陽電池について、他の一例を示す
断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of the solar cell of the present invention.

【図3】 図1に示した太陽電池について、バンド図の
一例を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a band diagram of the solar cell shown in FIG.

【図4】 従来の太陽電池について、バンド図の一例を
示す模式図である。
FIG. 4 is a schematic view showing an example of a band diagram of a conventional solar cell.

【図5】 本発明の太陽電池について、その他の一例を
示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing another example of the solar cell of the present invention.

【図6】 本発明の太陽電池について、さらにその他の
一例を示す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing still another example of the solar cell of the present invention.

【図7】 本発明の太陽電池の一例について、(a)短
絡電流密度、および(b)開放電圧を示すグラフであ
る。
FIG. 7 is a graph showing (a) a short-circuit current density and (b) an open-circuit voltage for an example of the solar cell of the present invention.

【図8】 本発明の太陽電池の一例について、(a)曲
線因子、および(b)変換効率を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing (a) a fill factor and (b) a conversion efficiency of an example of the solar cell of the present invention.

【図9】 組成比の異なるZn1-XMgXO膜について、
光吸収係数とフォトンエネルギーとの関係を示すグラフ
である。
FIG. 9 shows Zn 1-X Mg X O films having different composition ratios.
5 is a graph showing a relationship between a light absorption coefficient and photon energy.

【図10】 Zn1-XMgXO膜のMg含有率を変化させ
たときの、Zn1-XMgXO膜の電子親和力とCIGS膜
の電子親和力との差の変化を示すグラフである。
Is a graph showing the change in the difference between the electron affinity of the electron affinity and the CIGS film of Zn 1-X Mg X O film when [10] varying Mg content of Zn 1-X Mg X O film .

【図11】 本発明の太陽電池の一例について、電流−
電圧特性を示すグラフである。
FIG. 11 shows an example of the current-
5 is a graph showing voltage characteristics.

【図12】 Zn1-XMgXO膜のMg含有率の変化に対
する変換効率の変化を示すグラフである。
FIG. 12 is a graph showing a change in conversion efficiency with respect to a change in Mg content of a Zn 1-X Mg X O film.

【図13】 ZnYAl2-2Y3-2Y膜中のYの値を変化
させたときの、規格化変換効率の変化を示すグラフであ
る。
FIG. 13 is a graph showing a change in normalized conversion efficiency when the value of Y in the Zn Y Al 2-2Y O 3-2Y film is changed.

【図14】 バッファー層であるAl23膜の膜厚を変
化させたときの、規格化変換効率の変化を示すグラフで
ある。
FIG. 14 is a graph showing a change in normalized conversion efficiency when the thickness of an Al 2 O 3 film serving as a buffer layer is changed.

【図15】 光吸収層であるCuIn(Se1-XX2
膜の固溶率Xを変化させたときの、規格化変換効率の変
化を示すグラフである。
FIG. 15 shows a light absorption layer of CuIn (Se 1-X S X ) 2
5 is a graph showing a change in normalized conversion efficiency when a solid solution rate X of a film is changed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、10a、20、30 太陽電池 11 基板 12 下部電極膜 13 半導体層(第2の半導体層) 13a 表面半導体層 14 半導体層(第1の半導体層) 15 上部電極膜 16 反射防止膜 17 取り出し電極 21 半導体層 31 絶縁層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 10a, 20, 30 Solar cell 11 Substrate 12 Lower electrode film 13 Semiconductor layer (second semiconductor layer) 13a Surface semiconductor layer 14 Semiconductor layer (first semiconductor layer) 15 Upper electrode film 16 Antireflection film 17 Extraction electrode 21 semiconductor layer 31 insulating layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 茂生 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5F051 AA07 AA10 DA03 DA11  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (72) Inventor Shigeo Hayashi 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. F-term (reference) 5F051 AA07 AA10 DA03 DA11

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 n形である第1の半導体層とp形である
第2の半導体層とを含み、前記第1の半導体層と前記第
2の半導体層とがpn接合を形成している太陽電池であ
って、 前記第1の半導体層はCdを含まず、 前記第2の半導体層は光吸収層であり、 前記第1の半導体層の禁制帯幅Eg1と前記第2の半導
体層の禁制帯幅Eg2とが、Eg1>Eg2の関係を満た
し、 前記第1の半導体層の電子親和力χ1(eV)と前記第
2の半導体層の電子親和力χ2(eV)とが、0≦(χ2
−χ1)<0.5の関係を満たすことを特徴とする太陽
電池。
An n-type first semiconductor layer and a p-type second semiconductor layer, wherein the first semiconductor layer and the second semiconductor layer form a pn junction A solar cell, wherein the first semiconductor layer does not contain Cd, the second semiconductor layer is a light absorbing layer, a forbidden band width Eg 1 of the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer of the forbidden band width Eg 2 is met Eg 1> Eg 2 of relationship, the first electron affinity chi first semiconductor layer and (eV) and the second electron affinity chi 2 (eV) of the semiconductor layer is , 0 ≦ (χ 2
1 ) A solar cell characterized by satisfying the relationship of <0.5.
【請求項2】 前記第1の半導体層が、前記第2の半導
体層よりも光入射側に形成されている請求項1に記載の
太陽電池。
2. The solar cell according to claim 1, wherein the first semiconductor layer is formed on a light incident side of the second semiconductor layer.
【請求項3】 前記第1の半導体層と前記第2の半導体
層との間に、第3の半導体層をさらに備え、 前記第3の半導体層の禁制帯幅Eg3と前記禁制帯幅E
2が、Eg3>Eg2の関係を満たす請求項1または2
に記載の太陽電池。
3. A semiconductor device further comprising a third semiconductor layer between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, wherein a forbidden band width Eg 3 and a forbidden band width Eg of the third semiconductor layer are provided.
g 2 is claim 1 or 2 satisfying the relation of Eg 3> Eg 2
The solar cell according to 1.
【請求項4】 前記第3の半導体層が、n形半導体また
は高抵抗半導体のいずれかからなる請求項3に記載の太
陽電池。
4. The solar cell according to claim 3, wherein the third semiconductor layer is made of one of an n-type semiconductor and a high-resistance semiconductor.
【請求項5】 前記第3の半導体層の電子親和力χ
3(eV)と前記電子親和力χ2とが、(χ2−χ3)≧
0.5の関係を満たし、 前記第3の半導体層の膜厚が50nm以下である請求項
3に記載の太陽電池。
5. The electron affinity χ of the third semiconductor layer.
3 (eV) and the electron affinity χ 2 are (χ 2 −χ 3 ) ≧
The solar cell according to claim 3, wherein the relationship of 0.5 is satisfied, and the thickness of the third semiconductor layer is 50 nm or less.
【請求項6】 前記第3の半導体層が、ZnおよびIII
b族元素から選ばれる少なくとも一つの元素を含む酸化
物、あるいはZnおよびIIIb族元素から選ばれる少な
くとも一つの元素を含むカルコゲン化合物である請求項
5に記載の太陽電池。
6. The method according to claim 1, wherein the third semiconductor layer is formed of Zn and III.
The solar cell according to claim 5, which is an oxide containing at least one element selected from group b elements or a chalcogen compound containing at least one element selected from Zn and group IIIb elements.
【請求項7】 前記第1の半導体層と前記第2の半導体
層との間に、絶縁層をさらに備え、 前記絶縁層の禁制帯幅EgINSと前記禁制帯幅Eg2
が、EgINS>Eg2の関係を満たす請求項1または2に
記載の太陽電池。
7. An insulating layer is further provided between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, wherein the forbidden band width Eg INS and the forbidden band width Eg 2 of the insulating layer are Eg INS. > the solar cell according to claim 1 or 2 satisfying the relation of Eg 2.
【請求項8】 前記絶縁層の電子親和力χINS(eV)
と前記電子親和力χ2とが、(χ2−χINS)≧0.5の
関係を満たし、 前記絶縁層の膜厚が50nm以下である請求項7に記載
の太陽電池。
8. The electron affinity of the insulating layer χ INS (eV)
8. The solar cell according to claim 7, wherein the electron affinity χ 2 satisfies the relationship of (膜厚2 −χ INS ) ≧ 0.5, and the thickness of the insulating layer is 50 nm or less. 9.
【請求項9】 前記絶縁層が、Al23、Ga23、S
34、SiO2、MgF2およびMgOから選ばれる少
なくとも一つの絶縁物からなる請求項8に記載の太陽電
池。
9. The method according to claim 1, wherein the insulating layer is made of Al 2 O 3 , Ga 2 O 3 , S
i 3 N 4, a solar cell according to claim 8 consisting of SiO 2, at least one insulating material selected from MgF 2 and MgO.
【請求項10】 前記第2の半導体層が、前記第1の半
導体層側の表面に、n形半導体層または高抵抗半導体層
をさらに備える請求項1または2に記載の太陽電池。
10. The solar cell according to claim 1, wherein the second semiconductor layer further includes an n-type semiconductor layer or a high-resistance semiconductor layer on a surface on the first semiconductor layer side.
【請求項11】 前記第2の半導体層が、Ib族元素、
IIIb族元素およびVIb族元素を含む化合物半導体層で
ある請求項1ないし10のいずれかに記載の太陽電池。
11. The method according to claim 11, wherein the second semiconductor layer comprises a group Ib element,
The solar cell according to any one of claims 1 to 10, which is a compound semiconductor layer containing a group IIIb element and a group VIb element.
【請求項12】 前記第1の半導体層が、Znを含む化
合物からなる請求項1ないし11のいずれかに記載の太
陽電池。
12. The solar cell according to claim 1, wherein the first semiconductor layer is made of a compound containing Zn.
【請求項13】 前記化合物が、ZnとIIa族元素とを
含む酸化物、またはZnとIIa族元素とを含むカルコゲ
ン化合物である請求項12に記載の太陽電池。
13. The solar cell according to claim 12, wherein the compound is an oxide containing Zn and a Group IIa element, or a chalcogen compound containing Zn and a Group IIa element.
【請求項14】 前記化合物が、一般式Zn1-XX
(ただし、元素AはBe、Mg、Ca、SrおよびBa
から選ばれる少なくとも一つであり、0<X<1であ
る)で表される酸化物を主成分とする請求項12に記載
の太陽電池。
14. The compound represented by the general formula Zn 1-X A X O
(However, the element A is Be, Mg, Ca, Sr and Ba
13. The solar cell according to claim 12, wherein the main component is an oxide represented by at least one selected from the group consisting of 0 <X <1).
【請求項15】 前記元素AがMgであり、前記Xが0
<X<0.5の関係を満たす請求項14に記載の太陽電
池。
15. The element A is Mg, and X is 0.
The solar cell according to claim 14, which satisfies a relationship of <X <0.5.
【請求項16】 前記化合物が、ZnとIIIb族元素と
を含む酸化物、あるいはZnとIIIb族元素とを含むカ
ルコゲン化合物である請求項12に記載の太陽電池。
16. The solar cell according to claim 12, wherein the compound is an oxide containing Zn and a Group IIIb element, or a chalcogen compound containing Zn and a Group IIIb element.
【請求項17】 前記化合物が、一般式ZnY2-2Y
3-2Y(ただし、元素BはAl、GaおよびInから選ば
れる少なくとも一つであり、0<Y<1である。)で表
される酸化物を主成分とする請求項12に記載の太陽電
池。
17. The compound represented by the general formula: Zn Y B 2-2Y O
13. The solar cell according to claim 12, wherein an oxide represented by 3-2Y (where, the element B is at least one selected from Al, Ga, and In, and 0 <Y <1) is a main component. battery.
【請求項18】 p形の光吸収層と前記光吸収層に積層
されたn形の半導体層とを備える太陽電池であって、 前記半導体層が、一般式Zn1-ZZO(ただし、元素C
はBe、Mg、Ca、SrおよびBaから選ばれる少な
くとも一つであり、0<Z<1である。)で表される酸
化物を主成分とすることを特徴とする太陽電池。
18. A solar cell comprising a p-type light absorbing layer and an n-type semiconductor layer laminated on the light absorbing layer, wherein the semiconductor layer has a general formula Zn 1 -Z C Z O (wherein , Element C
Is at least one selected from Be, Mg, Ca, Sr and Ba, and 0 <Z <1. A solar cell comprising an oxide represented by the formula (1) as a main component.
【請求項19】 前記元素CがMgであり、前記Zが0
<Z<0.5の関係を満たす請求項18に記載の太陽電
池。
19. The element C is Mg and Z is 0.
The solar cell according to claim 18, wherein a relationship of <Z <0.5 is satisfied.
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