JP2011096773A - Photoelectric conversion device and photoelectric conversion module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光電変換装置およびそれを複数具備して成る光電変換モジュールに関するものである。 The present invention relates to a photoelectric conversion device and a photoelectric conversion module including a plurality of photoelectric conversion devices.
従来、太陽電池は、カルコパライト系のＣＩＧＳ等の光吸収層を具備する光電変換装置を構成単位とし、この光電変換装置をガラス等の基板上で複数、直列または並列接続することによって構成されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a solar cell is configured by using a photoelectric conversion device including a light absorption layer such as a chalcopalite-based CIGS as a constituent unit and connecting the photoelectric conversion devices in series or in parallel on a substrate such as glass. .
この光電変換装置は、その受光面すなわち光吸収層の上部にバッファ層が設けられている。バッファ層としては、環境に対する負荷を低減するため、および、光吸収層と好適なヘテロ接合を得るために、溶液析出法（ＣＢＤ法）等によって溶液から化学的に成長させた、イオウを含んだ亜鉛混晶化合物半導体膜が用いられている。また、このバッファ層の上部には透明電極として酸化亜鉛膜が設けられている。 In this photoelectric conversion device, a buffer layer is provided on the light receiving surface, that is, on the light absorption layer. The buffer layer contains sulfur that is chemically grown from a solution by a solution deposition method (CBD method) or the like in order to reduce environmental burden and to obtain a suitable heterojunction with the light absorption layer. A zinc mixed crystal compound semiconductor film is used. A zinc oxide film is provided as a transparent electrode on the buffer layer.
しかしながら、特許文献１に示すような光電変換装置は、高温高湿環境における耐久性が悪く、このような環境下では光電変換装置の性能が短時間で急激に低下するという問題点があった。 However, the photoelectric conversion device as shown in Patent Document 1 has poor durability in a high-temperature and high-humidity environment, and there has been a problem that the performance of the photoelectric conversion device rapidly decreases in a short time under such an environment.
本発明は、上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、耐久性を高めた光電変換装置および光電変換モジュールを提供することである。 The present invention has been completed in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a photoelectric conversion device and a photoelectric conversion module with improved durability.
本発明の一実施形態に係る光電変換装置は、光吸収層と、前記光吸収層の一方側に設けられた亜鉛を含む第１のバッファ層と、前記第１のバッファ層の一方側に設けられたIII-VI族化合物を含む第２のバッファ層と、を具備することを特徴とする。 A photoelectric conversion device according to an embodiment of the present invention includes a light absorption layer, a first buffer layer containing zinc provided on one side of the light absorption layer, and one side of the first buffer layer. And a second buffer layer containing the obtained III-VI group compound.
このような構成により、III-VI族化合物が高温高湿環境における耐久性を高めるとともに亜鉛のカルコゲン化物が光吸収層とのバンド整合を良好にすることができ、光電変換効率を高めることができる。 With such a configuration, the III-VI group compound can improve durability in a high-temperature and high-humidity environment, and the chalcogenide of zinc can improve band matching with the light absorption layer, thereby improving photoelectric conversion efficiency. .
上記光電変換装置において好ましくは、前記第１のバッファ層および前記第２のバッファ層は湿式成膜法により形成されている。 In the photoelectric conversion device, preferably, the first buffer layer and the second buffer layer are formed by a wet film formation method.
上記光電変換装置において好ましくは、前記第１のバッファ層が硫化亜鉛を含み、前記第２のバッファ層が硫化インジウムを含む。 Preferably, in the photoelectric conversion device, the first buffer layer includes zinc sulfide, and the second buffer layer includes indium sulfide.
上記光電変換装置において好ましくは、前記光吸収層はカルコパイライト系の材料を含む。 In the photoelectric conversion device, preferably, the light absorption layer includes a chalcopyrite-based material.
本発明の一実施形態に係る光電変換モジュールは、上記のいずれかに記載の光電変換装置を複数有し、隣接する前記光電変換装置を電気的に接続したことを特徴とする。 A photoelectric conversion module according to an embodiment of the present invention includes a plurality of the photoelectric conversion devices described above, and the adjacent photoelectric conversion devices are electrically connected.
本発明によれば、光電変換装置および光電変換モジュールの耐久性を高めることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, durability of a photoelectric conversion apparatus and a photoelectric conversion module can be improved.
以下に、本発明の光電変換装置および光電変換モジュールについて図面を参照しながら詳細に説明する。光電変換装置１０は、基板１と、第１の電極層２と、光吸収層３と、バッファ層４と、第２の電極層５とを含んで構成される。また、バッファ層４は、光吸収層３側の第１のバッファ層４ａと第２の電極層５側の第２のバッファ層４ｂとから成る。 Hereinafter, the photoelectric conversion device and the photoelectric conversion module of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The photoelectric conversion device 10 includes a substrate 1, a first electrode layer 2, a light absorption layer 3, a buffer layer 4, and a second electrode layer 5. The buffer layer 4 includes a first buffer layer 4a on the light absorption layer 3 side and a second buffer layer 4b on the second electrode layer 5 side.
図１において、光電変換装置１０は複数並べて形成されている。そして、光電変換装置１０は、光吸収層３の基板１側に第１の電極層２と離間して設けられた第３の電極層６を具備している。そして、光吸収層３に設けられた接続導体７によって、第２の電極層５と第３の電極層６とが電気的に接続されている。この第３の電極層６は、隣接する光電変換装置１０の第１の電極層２と一体化されている。この構成により、隣接する光電変換装置１０同士が直列接続されている。なお、一つの光電変換装置１０内において、接続導体７は光吸収層３およびバッファ層４を貫通するように設けられており、第１の電極層２と第２の電極層５とで挟まれた光吸収層３とバッファ層４とで光電変換が行なわれる。 In FIG. 1, a plurality of photoelectric conversion devices 10 are formed side by side. The photoelectric conversion device 10 includes a third electrode layer 6 provided on the substrate 1 side of the light absorption layer 3 so as to be separated from the first electrode layer 2. The second electrode layer 5 and the third electrode layer 6 are electrically connected by a connection conductor 7 provided in the light absorption layer 3. The third electrode layer 6 is integrated with the first electrode layer 2 of the adjacent photoelectric conversion device 10. With this configuration, adjacent photoelectric conversion devices 10 are connected in series. In one photoelectric conversion device 10, the connection conductor 7 is provided so as to penetrate the light absorption layer 3 and the buffer layer 4, and is sandwiched between the first electrode layer 2 and the second electrode layer 5. The light absorption layer 3 and the buffer layer 4 perform photoelectric conversion.
基板１は、光電変換装置１０を支持するためのものである。基板１に用いられる材料としては、例えば、ガラス、セラミックス、樹脂および金属等が挙げられる。 The substrate 1 is for supporting the photoelectric conversion device 10. Examples of the material used for the substrate 1 include glass, ceramics, resin, and metal.
第１の電極層２および第３の電極層６は、Ｍｏ、Ａｌ、ＴｉまたはＡｕ等の導電体が用いられ、基板１上にスパッタリング法または蒸着法等で形成される。 The first electrode layer 2 and the third electrode layer 6 are made of a conductor such as Mo, Al, Ti, or Au, and are formed on the substrate 1 by a sputtering method or a vapor deposition method.
光吸収層３は、カルコパイライト系の化合物半導体やII-VI族化合物半導体などであり、光を吸収して電荷を生じる機能を有する。光吸収層３は特に限定されないが、１０μｍ以下の薄層でも高い光電変換効率を得ることができるという観点からは、カルコパイライト系の化合物半導体であることが好ましい。カルコパイライト系の化合物半導体としては、例えばI-III-VI族化合物半導体がある。I-III-VI族化合物半導体とは、Ｉ-Ｂ族元素（１１族元素ともいう）とIII-Ｂ族元素（１３族元素ともいう）とVI-Ｂ族元素（１６族元素ともいう）との化合物半導体である（ＣＩＳ系化合物半導体ともいう）。I-III-VI族化合物半導体としては、例えば、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２（ＣＩＧＳともいう）、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）２（ＣＩＧＳＳともいう）、およびＣｕＩｎＳ２（ＣＩＳともいう）が挙げられる。なお、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２とは、ＣｕとＩｎとＧａとＳｅとから主に構成された化合物をいう。また、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）２とは、ＣｕとＩｎとＧａとＳｅとＳとから主に構成された化合物をいう。 The light absorption layer 3 is a chalcopyrite compound semiconductor, a II-VI group compound semiconductor, or the like, and has a function of absorbing light and generating a charge. The light absorption layer 3 is not particularly limited, but is preferably a chalcopyrite compound semiconductor from the viewpoint that high photoelectric conversion efficiency can be obtained even with a thin layer of 10 μm or less. An example of the chalcopyrite compound semiconductor is an I-III-VI group compound semiconductor. Group I-III-VI compound semiconductors are group IB elements (also referred to as group 11 elements), group III-B elements (also referred to as group 13 elements), group VI-B elements (also referred to as group 16 elements), Compound semiconductor (also referred to as CIS compound semiconductor). Examples of the I-III-VI group compound semiconductor include Cu (In, Ga) Se 2 (also referred to as CIGS), Cu (In, Ga) (Se, S) 2 (also referred to as CIGSS), and CuInS 2 (CIS). Also called). Cu (In, Ga) Se 2 refers to a compound mainly composed of Cu, In, Ga, and Se. Cu (In, Ga) (Se, S) 2 refers to a compound mainly composed of Cu, In, Ga, Se, and S.
また、II-VI族化合物半導体とは、II-Ｂ族元素（１２族元素ともいう）とVI-Ｂ族元素との化合物半導体である。II-VI族化合物半導体としては、例えば、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ，ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ等が挙げられる。 The II-VI compound semiconductor is a compound semiconductor of a II-B group element (also referred to as a group 12 element) and a VI-B group element. Examples of the II-VI group compound semiconductor include ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, and the like.
このような光吸収層３は以下のような方法により形成できる。まず、原料元素（例えばＩ-Ｂ族元素、II-Ｂ族元素、III-Ｂ族元素、VI-Ｂ族元素など）をスパッタや蒸着により膜状に形成し、または原料溶液の塗布により膜状に形成し、原料元素を含む前駆体を形成する。そしてこの前駆体を加熱することにより半導体から成る光吸収層を形成できる。あるいは、金属元素（例えばＩ-Ｂ族元素、II-Ｂ族元素、III-Ｂ族元素など）を上記と同様に膜状に形成して前駆体を形成し、この前駆体をVI-Ｂ族元素を含むガス雰囲気下で加熱することによっても形成できる。 Such a light absorption layer 3 can be formed by the following method. First, a raw material element (for example, an IB group element, an II-B group element, an III-B group element, a VI-B group element, etc.) is formed into a film shape by sputtering or vapor deposition, or a film shape is formed by applying a raw material solution. To form a precursor containing raw material elements. And the light absorption layer which consists of semiconductors can be formed by heating this precursor. Alternatively, a metal element (for example, an IB group element, an II-B group element, an III-B group element, etc.) is formed into a film like the above to form a precursor, and this precursor is converted into a VI-B group It can also be formed by heating in a gas atmosphere containing an element.
バッファ層４は、上記光吸収層３上に５ｎｍ〜２００ｎｍ程度の厚みで形成されている。バッファ層４とは、光吸収層３に対してヘテロ接合を行う層をいう。光吸収層３とバッファ層４とは異なる導電型であることが好ましく、例えば、光吸収層３がｐ型半導体である場合、バッファ層４はｎ型半導体である。好ましくはリーク電流を低減するという観点からは、バッファ層は、抵抗率が１Ω・ｃｍ以上の層であるのがよい。また、バッファ層４は光吸収層３の吸収効率を高めるため、光吸収層３が吸収する光の波長領域に対して光透過性を有するものが好ましい。 The buffer layer 4 is formed on the light absorption layer 3 with a thickness of about 5 nm to 200 nm. The buffer layer 4 is a layer that performs a heterojunction with the light absorption layer 3. The light absorption layer 3 and the buffer layer 4 are preferably of different conductivity types. For example, when the light absorption layer 3 is a p-type semiconductor, the buffer layer 4 is an n-type semiconductor. Preferably, from the viewpoint of reducing leakage current, the buffer layer is a layer having a resistivity of 1 Ω · cm or more. In addition, the buffer layer 4 preferably has a light-transmitting property with respect to the wavelength region of light absorbed by the light absorption layer 3 in order to increase the absorption efficiency of the light absorption layer 3.
バッファ層４は、光吸収層３側の第１のバッファ層４ａと第２の電極層５側の第２のバッファ層４ｂとから成る。第１のバッファ層４ａは亜鉛（Ｚｎ）を含む半導体である。Ｚｎを含む半導体としては、例えば、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ、Ｚｎ（ＯＨ，Ｓ）、（Ｚｎ，Ｉｎ）（Ｓｅ，ＯＨ）、および（Ｚｎ，Ｍｇ）Ｏ等が挙げられる。なお、Ｚｎ（ＯＨ，Ｓ）とは、ＺｎとＯＨとＳとから主に構成された化合物をいう。（Ｚｎ，Ｉｎ）（Ｓｅ，ＯＨ）は、ＺｎとＩｎとＳｅとＯＨとから主に構成された化合物をいう。（Ｚｎ，Ｍｇ）Ｏは、ＺｎとＭｇとＯとから主に構成された化合物をいう。 The buffer layer 4 includes a first buffer layer 4a on the light absorption layer 3 side and a second buffer layer 4b on the second electrode layer 5 side. The first buffer layer 4a is a semiconductor containing zinc (Zn). Examples of the semiconductor containing Zn include ZnS, ZnSe, ZnO, Zn (OH, S), (Zn, In) (Se, OH), and (Zn, Mg) O. Zn (OH, S) refers to a compound mainly composed of Zn, OH and S. (Zn, In) (Se, OH) refers to a compound mainly composed of Zn, In, Se, and OH. (Zn, Mg) O refers to a compound mainly composed of Zn, Mg and O.
このようなＺｎを含む半導体は、光吸収層３とのバンド整合を良好にすることができ、光電変換効率を高めることができる。特に第１のバッファ層４ａは、Ｚｎのカルコゲン化合物カルコゲン化物を含む半導体であることが好ましい。Ｚｎのカルコゲン化物とは、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅをいう。このようなＺｎのカルコゲン化物を含む半導体は、光吸収層３とのバンド整合を良好にすることができ、光電変換効率を高めることができる。好ましくは、第１のバッファ層４ａを構成するＺｎの全モル数のうち、６０％以上がＺｎのカルコゲン化物であることが好ましい。これにより、第１のバッファ層４ａの高温高湿の環境下における耐久性を高めることができる。 Such a semiconductor containing Zn can improve the band matching with the light absorption layer 3 and can improve the photoelectric conversion efficiency. In particular, the first buffer layer 4a is preferably a semiconductor containing a chalcogenide chalcogenide compound of Zn. Zn chalcogenides refer to ZnS, ZnSe, and ZnTe. Such a semiconductor containing a chalcogenide of Zn can improve the band matching with the light absorption layer 3 and can increase the photoelectric conversion efficiency. Preferably, 60% or more of the total number of moles of Zn constituting the first buffer layer 4a is a chalcogenide of Zn. Thereby, the durability of the first buffer layer 4a in a high temperature and high humidity environment can be enhanced.
第２のバッファ層４ｂはIII-VI族化合物を含む半導体である。III-VI族化合物とはIII-Ｂ族元素とVI-Ｂ族元素との化合物である。III-VI族化合物としては、製造の容易性という観点からはIII-Ｂ族元素のカルコゲン化物であることが好ましく、例えば、Ｇａ２Ｓ３、Ｇａ２Ｓｅ３、Ｇａ２Ｔｅ３、Ｉｎ２Ｓ３、Ｉｎ２Ｓｅ３、Ｉｎ２Ｔｅ３などが挙げられる。このようなIII-VI族化合物を含む半導体は、高温高湿の環境下における耐久性が高く、劣化しにくい。 The second buffer layer 4b is a semiconductor containing a III-VI group compound. The III-VI group compound is a compound of a III-B group element and a VI-B group element. The III-VI group compound is preferably a chalcogenide of a III-B group element from the viewpoint of ease of production. For example, Ga 2 S 3 , Ga 2 Se 3 , Ga 2 Te 3 , In 2 S 3 , In 2 Se 3 , In 2 Te 3 and the like. A semiconductor containing such a III-VI group compound has high durability in a high temperature and high humidity environment and is not easily deteriorated.
そして、光吸収層３上に第１のバッファ層４ａおよび第２のバッファ層４ｂを順次積層した構成とすることで、高温高湿の環境下での高い耐久性と高い光電変換効率を兼ね備えたものとなるとともに、大面積で光電変換装置を作製した場合にも、このような耐久性および光電変換効率が位置によってばらつくことを抑制できる。よって、耐久性および光電変換特性にすぐれた光電変換装置の大面積化が可能となる。 The first buffer layer 4a and the second buffer layer 4b are sequentially laminated on the light absorption layer 3, thereby having both high durability and high photoelectric conversion efficiency in a high temperature and high humidity environment. In addition, even when a photoelectric conversion device is manufactured with a large area, it is possible to prevent such durability and photoelectric conversion efficiency from varying depending on the position. Therefore, it is possible to increase the area of the photoelectric conversion device having excellent durability and photoelectric conversion characteristics.
第１のバッファ層４ａおよび第２のバッファ層４ｂはともに５〜１００ｎｍであることが好ましい。このような厚みであると、第１のバッファ層４ａの光吸収層３とのバンド整合をより良好に行なうことができるとともに、第２のバッファ層４ｂによってバッファ層４全体の高温高湿の環境に対する耐久性をより高めることができる。 Both the first buffer layer 4a and the second buffer layer 4b are preferably 5 to 100 nm. With such a thickness, the band matching of the first buffer layer 4a with the light absorption layer 3 can be performed better, and the second buffer layer 4b can provide a high temperature and high humidity environment for the entire buffer layer 4. It is possible to further improve the durability against.
好ましいバッファ層４の形態としては、第１のバッファ層４ａが硫化亜鉛を含み、第２のバッファ層４ｂが硫化インジウムを含むものがよい。これにより、バッファ層間でのバンド整合がより良好になり電荷移動が良好となる。特に光吸収層３がI-III-VI族化合物半導体から成るカルコパイライト系の化合物半導体である場合、光吸収層３、バッファ層４のバンド整合が特に良好となり光電変換効率をより高めることができる。好ましくは、第１のバッファ層４ａを構成するＺｎの全モル数のうち、６０％以上が硫化亜鉛であり、第２のバッファ層４ｂを構成するＩｎの全モル数のうち、６０％以上が硫化インジウムであることが好ましい。これにより、バッファ層４全体の高温高湿の環境下における耐久性をより高めることができる。 As a preferable form of the buffer layer 4, it is preferable that the first buffer layer 4a contains zinc sulfide and the second buffer layer 4b contains indium sulfide. This provides better band matching between the buffer layers and better charge transfer. In particular, when the light absorption layer 3 is a chalcopyrite compound semiconductor made of an I-III-VI group compound semiconductor, the band matching of the light absorption layer 3 and the buffer layer 4 is particularly good, and the photoelectric conversion efficiency can be further increased. . Preferably, 60% or more of the total number of moles of Zn constituting the first buffer layer 4a is zinc sulfide, and 60% or more of the total number of moles of In constituting the second buffer layer 4b. Indium sulfide is preferred. Thereby, the durability of the entire buffer layer 4 in a high-temperature and high-humidity environment can be further increased.
また、第１のバッファ層４ａおよび第２のバッファ層４ｂは湿式成膜法により形成されていることが好ましい。湿式成膜法とは、原料溶液を光吸収層３上に塗布しそれを加熱等の処理により化学反応させる方法や、原料を含む溶液中での化学反応により光吸収層３上に析出させる方法である。このような方法とすることで、光吸収層３表面に第１のバッファ層４ａがある程度拡散して形成され、光吸収層３とバッファ層４とのヘテロ接合を欠陥の少ない良好なものとすることができる。さらに、第２のバッファ層４ｂも第１のバッファ層４ａの表面にある程度拡散して欠陥の少ない接合を行なうとともに第１のバッファ層４ａの表面を良好に被覆して高温高湿の環境下においても第１のバッファ層４ａの表面を安定に維持することができ、耐久性を高めることができる。 The first buffer layer 4a and the second buffer layer 4b are preferably formed by a wet film formation method. The wet film-forming method is a method in which a raw material solution is applied on the light absorption layer 3 and chemically reacted by a treatment such as heating, or a method in which the raw material solution is deposited on the light absorption layer 3 by a chemical reaction in a solution containing the raw material. It is. By adopting such a method, the first buffer layer 4a is diffused to some extent on the surface of the light absorption layer 3, and the heterojunction between the light absorption layer 3 and the buffer layer 4 is excellent with few defects. be able to. Further, the second buffer layer 4b is also diffused to some extent on the surface of the first buffer layer 4a to perform bonding with few defects, and the surface of the first buffer layer 4a is satisfactorily covered so as to be in a high temperature and high humidity environment. In addition, the surface of the first buffer layer 4a can be stably maintained, and durability can be enhanced.
このようなバッファ層４は以下の方法で形成される。例えば、第１のバッファ層４ａおよび第２のバッファ層４ｂを溶液中で析出する方法として、まず、ＺｎおよびVI-Ｂ族元素を含む水溶液や有機溶媒系の溶液中に光吸収層３を浸漬し、光吸収層３表面にＺｎとVI-Ｂ族元素との化合物を含む第１のバッファ層４ａを形成する。続いてこれをIII-Ｂ族元素およびVI-Ｂ族元素を含む水溶液や有機溶媒系の溶液中に浸漬し、第１のバッファ層４ａ表面にIII-VI族化合物を含む第２のバッファ層４ｂを形成する。 Such a buffer layer 4 is formed by the following method. For example, as a method of depositing the first buffer layer 4a and the second buffer layer 4b in a solution, first, the light absorption layer 3 is immersed in an aqueous solution containing Zn and a VI-B group element or an organic solvent-based solution. Then, the first buffer layer 4 a containing a compound of Zn and a VI-B group element is formed on the surface of the light absorption layer 3. Subsequently, this is immersed in an aqueous solution or an organic solvent-based solution containing a III-B group element and a VI-B group element, and a second buffer layer 4b containing a III-VI group compound on the surface of the first buffer layer 4a. Form.
また、第１のバッファ層４ａおよび第２のバッファ層４ｂを、原料溶液を塗布する方法として、まず、ＺｎおよびVI-Ｂ族元素を含む水溶液や有機溶媒系の溶液を光吸収層３上に塗布し、１００〜３００℃で加熱処理して光吸収層３表面にＺｎとVI-Ｂ族元素との化合物を含む第１のバッファ層４ａを形成する。続いてこの第１のバッファ層４ａ上にIII-Ｂ族元素およびVI-Ｂ族元素を含む水溶液や有機溶媒系の溶液を塗布し、これを１００〜３００℃で加熱処理することにより第２のバッファ層４ｂ表面にIII-VI族化合物を含む第２のバッファ層４ｂを形成する。 As a method of applying the raw material solution to the first buffer layer 4a and the second buffer layer 4b, first, an aqueous solution containing Zn and a VI-B group element or an organic solvent-based solution is applied onto the light absorption layer 3. The first buffer layer 4 a containing a compound of Zn and a VI-B group element is formed on the surface of the light absorption layer 3 by coating and heat treatment at 100 to 300 ° C. Subsequently, an aqueous solution containing an III-B group element and a VI-B group element or an organic solvent-based solution is applied onto the first buffer layer 4a, and the second buffer layer 4a is heated at 100 to 300 ° C. A second buffer layer 4b containing a III-VI group compound is formed on the surface of the buffer layer 4b.
あるいは、第１のバッファ層４ａおよび第２のバッファ層４ｂの一方を溶液中で析出する方法で形成し、他方を、原料溶液を塗布する方法で形成してもよい。 Alternatively, one of the first buffer layer 4a and the second buffer layer 4b may be formed by a method of depositing in a solution, and the other may be formed by a method of applying a raw material solution.
上記いずれかの方法において、ＺｎおよびVI-Ｂ族元素を含む水溶液としては、Ｚｎ含有塩およびVI-Ｂ族元素含有塩を水に溶解し、酸あるいはアルカリでｐＨを調整したものが用いられる。また、III-Ｂ族元素およびVI-Ｂ族元素を含む水溶液としては、III-Ｂ族元素含有塩およびVI-Ｂ族元素含有塩を水に溶解し、酸あるいはアルカリでｐＨを調整したものが用いられる。また有機系の溶液の場合、Ｚｎおよびカルコゲン元素を含む有機系の溶液としては、Ｚｎおよびカルコゲン元素を金属塩または単体の状態で有機溶媒に溶解させたものが用いられる。また、III-Ｂ族元素およびVI-Ｂ族元素を含む有機系の溶液としては、III-Ｂ族元素およびVI-Ｂ族元素を金属塩または単体の状態で有機溶媒に溶解させたものが用いられる。 In any of the above methods, the aqueous solution containing Zn and a VI-B group element is prepared by dissolving a Zn-containing salt and a VI-B group element-containing salt in water and adjusting the pH with an acid or an alkali. The aqueous solution containing a III-B group element and a VI-B group element is prepared by dissolving a III-B group element-containing salt and a VI-B group element-containing salt in water and adjusting the pH with an acid or alkali. Used. In the case of an organic solution, as the organic solution containing Zn and a chalcogen element, a solution obtained by dissolving Zn and a chalcogen element in an organic solvent in a metal salt or simple substance state is used. In addition, as an organic solution containing a group III-B element and a group VI-B element, a solution obtained by dissolving a group III-B element and a group VI-B element in an organic solvent in the form of a metal salt or a simple substance is used. It is done.
第２の電極層５は、ＩＴＯ、ＺｎＯ等の０．０５〜３．０μｍの透明導電膜である。第２の電極層５は、スパッタリング法、蒸着法または化学的気相成長（ＣＶＤ）法等で形成される。第２の電極層５は、バッファ層４よりも抵抗率の低い層であり、光吸収層３で生じた電荷を取り出すためのものである。電荷を良好に取り出すという観点からは、第２の電極層５の抵抗率が１Ω・ｃｍ未満でシート抵抗が５０Ω／□以下であるのがよい。 The second electrode layer 5 is a 0.05 to 3.0 μm transparent conductive film such as ITO or ZnO. The second electrode layer 5 is formed by sputtering, vapor deposition, chemical vapor deposition (CVD), or the like. The second electrode layer 5 is a layer having a resistivity lower than that of the buffer layer 4, and is for taking out charges generated in the light absorption layer 3. From the viewpoint of taking out charges well, it is preferable that the resistivity of the second electrode layer 5 is less than 1 Ω · cm and the sheet resistance is 50 Ω / □ or less.
第２の電極層５は光吸収層３の吸収効率を高めるため、光吸収層３の吸収光に対して光透過性を有するものが好ましい。光透過性を高めると同時に光反射ロス防止効果および光散乱効果を高め、さらに光電変換によって生じた電流を良好に伝送するという観点から、第２の電極層５は０．０５〜０．５μｍの厚さとするのが好ましい。また、第２の電極層５とバッファ層４との界面での光反射ロスを防止する観点からは、第２の電極層５とバッファ層４の屈折率は等しいのが好ましい。 In order to increase the absorption efficiency of the light absorption layer 3, the second electrode layer 5 preferably has a light transmittance with respect to the absorption light of the light absorption layer 3. The second electrode layer 5 has a thickness of 0.05 to 0.5 μm from the viewpoint of enhancing the light transmittance and at the same time enhancing the light reflection loss prevention effect and the light scattering effect and further transmitting the current generated by the photoelectric conversion. Thickness is preferred. Further, from the viewpoint of preventing light reflection loss at the interface between the second electrode layer 5 and the buffer layer 4, the refractive indexes of the second electrode layer 5 and the buffer layer 4 are preferably equal.
光電変換装置１０は、複数個を並べてこれらを電気的に接続し、光電変換モジュール１１とすることができる。隣接する光電変換装置１０同士を容易に直列接続するために、図１に示すように、光電変換装置１０は、光吸収層３の基板１側に第１の電極層２と離間して設けられた第３の電極層６を具備している。そして、光吸収層３に設けられた接続導体７によって、第２の電極層５と第３の電極層６とが電気的に接続されている。 A plurality of photoelectric conversion devices 10 can be arranged and electrically connected to form a photoelectric conversion module 11. In order to easily connect adjacent photoelectric conversion devices 10 in series, as shown in FIG. 1, the photoelectric conversion device 10 is provided on the substrate 1 side of the light absorption layer 3 so as to be separated from the first electrode layer 2. The third electrode layer 6 is provided. The second electrode layer 5 and the third electrode layer 6 are electrically connected by a connection conductor 7 provided in the light absorption layer 3.
接続導体７は、第２の電極層５を形成する際に同時形成して一体化することが好ましい。これにより、工程を簡略化できるとともに第２の電極層５との電気的な接続信頼性を高めることができる。 The connection conductor 7 is preferably formed and integrated at the same time when the second electrode layer 5 is formed. Thereby, the process can be simplified and the reliability of electrical connection with the second electrode layer 5 can be improved.
接続導体７は、第２の電極層５と第３の電極層６とを接続するとともに、隣接する光電変換装置１０の各光吸収層３も分断するように形成されている。このような構成により、隣接する光吸収層３でそれぞれ光電変換を良好に行い、直列接続で電流を取り出すことができる。 The connection conductor 7 is formed so as to connect the second electrode layer 5 and the third electrode layer 6 and to divide each light absorption layer 3 of the adjacent photoelectric conversion device 10. With such a configuration, photoelectric conversion can be performed satisfactorily in the adjacent light absorption layers 3 and current can be taken out in series connection.
次に本発明の光電変換装置の実施の形態の他の例を図２、図３に基づき説明する。図２は他の実施形態である光電変換装置２０の断面図であり、図３は光電変換装置２０の斜視図である。図２、図３は、第２の電極層５上に集電電極８が形成されている点で図１の光電変換装置１０と異なっている。図２、図３において、図１と同じ構成のものには、同じ符号を付しており、図１と同様、光電変換装置２０が複数接続されて光電変換モジュール２１を構成している。集電電極８は、第２の電極層５の電気抵抗を小さくするためのものである。光透過性を高めるという観点からは、第２の電極層５の厚さはできるだけ薄いことが好ましいが、薄いと導電性が低下してしまう。しかしながら、第２の電極層５上に集電電極８が設けられていることにより、光吸収層３で発生した電流を効率よく取り出すことができる。その結果、光電変換装置２０の発電効率を高めることができる。 Next, another example of the embodiment of the photoelectric conversion device of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a cross-sectional view of a photoelectric conversion device 20 according to another embodiment, and FIG. 3 is a perspective view of the photoelectric conversion device 20. 2 and 3 differ from the photoelectric conversion device 10 of FIG. 1 in that a collecting electrode 8 is formed on the second electrode layer 5. 2 and 3, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and similarly to FIG. 1, a plurality of photoelectric conversion devices 20 are connected to constitute a photoelectric conversion module 21. The collecting electrode 8 is for reducing the electric resistance of the second electrode layer 5. From the viewpoint of increasing light transmittance, the thickness of the second electrode layer 5 is preferably as thin as possible, but if it is thin, the conductivity is lowered. However, since the current collecting electrode 8 is provided on the second electrode layer 5, the current generated in the light absorption layer 3 can be taken out efficiently. As a result, the power generation efficiency of the photoelectric conversion device 20 can be increased.
集電電極８は、例えば、図３に示すように、光電変換装置２０の一端から接続導体７にかけて線状に形成されている。これにより、光吸収層３の光電変換により生じた電荷を第２の電極層５を介して集電電極８に集電し、これを接続導体７を介して隣接する光電変換装置２０に良好に導電することができる。よって、集電電極８が設けられていることにより、第２電極層５を薄くしても光吸収層３で発生した電流を効率よく取り出すことができる。その結果、発電効率を高めることができる。 For example, as shown in FIG. 3, the collector electrode 8 is formed in a linear shape from one end of the photoelectric conversion device 20 to the connection conductor 7. Thereby, the electric charge generated by the photoelectric conversion of the light absorption layer 3 is collected to the current collecting electrode 8 via the second electrode layer 5, and this is favorably applied to the adjacent photoelectric conversion device 20 via the connection conductor 7. It can conduct electricity. Therefore, by providing the current collecting electrode 8, the current generated in the light absorption layer 3 can be efficiently extracted even if the second electrode layer 5 is thinned. As a result, power generation efficiency can be increased.
集電電極８は光吸収層３への光を遮るのを抑制するとともに良好な導電性を有するという観点からは、５０〜４００μｍの幅を有するのが好ましい。また、集電電極８は、枝分かれした複数の分岐部を有していてもよい。 The collector electrode 8 preferably has a width of 50 to 400 μm from the viewpoint of suppressing light from being blocked to the light absorption layer 3 and having good conductivity. The current collecting electrode 8 may have a plurality of branched portions.
集電電極８は、例えば、Ａｇ等の金属粉を樹脂バインダー等に分散させた金属ペーストをパターン状に印刷し、これを硬化することによって形成することができる。 The collector electrode 8 can be formed, for example, by printing a metal paste in which a metal powder such as Ag is dispersed in a resin binder or the like in a pattern and curing it.
好ましくは、集電電極８は、半田を含むことが好ましい。これにより、曲げ応力に対する耐性を高めることができるとともに、抵抗をより低下させることができる。より好ましくは、融点の異なる金属を２種以上含み、少なくとも１種の金属を溶融させ、他の少なくとも１種の金属は溶融しない温度で加熱して硬化したものがよい。これにより、低い融点の金属が溶融して集電電極８を緻密化し、抵抗を下げることができるとともに、加熱して硬化させる際に溶融した金属が広がろうとするのを高い融点の金属によって抑制することができる。 Preferably, the collector electrode 8 preferably contains solder. Thereby, while being able to raise the tolerance with respect to a bending stress, resistance can be reduced more. More preferably, it is preferable to contain two or more metals having different melting points, melt at least one metal, and cure by heating at a temperature at which the other at least one metal does not melt. As a result, the metal having a low melting point is melted and the current collecting electrode 8 is densified to reduce the resistance, and the molten metal is prevented from spreading when heated and cured by the metal having a high melting point. can do.
集電電極８は、平面視して光吸収層３の外周端部まで達するように設けられていることが好ましい。このような構成により、集電電極８が光吸収層３の外周部を保護し、光吸収層３の外周部での欠けを抑制して光吸収層３の外周部においても光電変換を良好に行うことができる。また、この光吸収層３の外周部で発生した電流を外周端部まで達する集電電極８によって効率よく取り出すことができる。その結果、発電効率を高めることができる。 The collector electrode 8 is preferably provided so as to reach the outer peripheral end of the light absorption layer 3 in plan view. With such a configuration, the current collecting electrode 8 protects the outer peripheral portion of the light absorbing layer 3, suppresses chipping in the outer peripheral portion of the light absorbing layer 3, and improves photoelectric conversion also in the outer peripheral portion of the light absorbing layer 3. It can be carried out. Further, the current generated at the outer peripheral portion of the light absorption layer 3 can be efficiently taken out by the collecting electrode 8 reaching the outer peripheral end portion. As a result, power generation efficiency can be increased.
このように光吸収層３の外周端部に達する集電電極８によって光吸収層３の外周部を保護することができるため、第１の電極層２と集電電極８との間に設けられた部材の合計厚みを小さくすることができる。よって、部材の削減をすることができるとともにこれらの作製工程も短縮化することができる。好ましくは、第１の電極層２と集電電極８との間に設けられた部材の合計厚み（図３の例では、光吸収層３とバッファ層４と第２の電極層５との合計厚み）を１．５６〜２．７μｍと薄くするのがよい。具体的には、図３の例では、光吸収層３の厚みを１．５〜２．０μｍ、バッファ層４の厚みを０．０１〜０．２μｍ、第２の電極層５の厚みを０．０５〜０．５μｍとすればよい。 Since the outer peripheral portion of the light absorbing layer 3 can be protected by the current collecting electrode 8 that reaches the outer peripheral end portion of the light absorbing layer 3 in this way, it is provided between the first electrode layer 2 and the current collecting electrode 8. The total thickness of the members can be reduced. Therefore, the number of members can be reduced, and the manufacturing steps can be shortened. Preferably, the total thickness of the members provided between the first electrode layer 2 and the collector electrode 8 (in the example of FIG. 3, the total of the light absorption layer 3, the buffer layer 4, and the second electrode layer 5). The thickness is preferably as thin as 1.56 to 2.7 μm. Specifically, in the example of FIG. 3, the thickness of the light absorption layer 3 is 1.5 to 2.0 μm, the thickness of the buffer layer 4 is 0.01 to 0.2 μm, and the thickness of the second electrode layer 5 is 0. It may be set to 0.05 to 0.5 μm.
また、好ましくは、集電電極８が達している光吸収層３の外周端部において、集電電極８の端面、第２の電極層５の端面および光吸収層３の端面が面一になっていることが好ましい。これにより、光吸収層３の外周端部で光電変換した電流を良好に取り出すことができる。なお、集電電極８が平面視して光吸収層３の外周端部まで達しているというのは、集電電極８が完全に光吸収層３の最も外側の外周端部まで達していることが好ましいが、それに限定されない。すなわち、光吸収層３の外周端部を基点として欠けが進行するのを有効に抑制して、欠けを抑制するという観点からは、光吸収層３の最も外側の外周端部と集電電極８の端部との距離が１０００μｍ以下の場合も含む。 Preferably, the end face of the current collecting electrode 8, the end face of the second electrode layer 5, and the end face of the light absorbing layer 3 are flush with each other at the outer peripheral end of the light absorbing layer 3 reaching the current collecting electrode 8. It is preferable. Thereby, the electric current photoelectrically converted at the outer peripheral end of the light absorption layer 3 can be taken out satisfactorily. The current collecting electrode 8 reaches the outer peripheral end of the light absorbing layer 3 in plan view because the current collecting electrode 8 completely reaches the outermost outer peripheral end of the light absorbing layer 3. Is preferable, but not limited thereto. That is, from the viewpoint of effectively suppressing the progression of chipping from the outer peripheral edge of the light absorbing layer 3 as a base point and suppressing chipping, the outermost peripheral edge of the light absorbing layer 3 and the collecting electrode 8 This includes the case where the distance from the end of the substrate is 1000 μm or less.
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内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
１：基板
２：第１の電極層
３：光吸収層
４：バッファ層
４ａ：第１のバッファ層
４ｂ：第２のバッファ層
５：第２の電極層
６：第３の電極層
７：接続導体
８：集電電極
９：光電変換体
１０、２０：光電変換装置
１１、２１：光電変換モジュール
1: Substrate 2: First electrode layer 3: Light absorption layer 4: Buffer layer 4a: First buffer layer 4b: Second buffer layer 5: Second electrode layer 6: Third electrode layer 7: Connection Conductor 8: Current collecting electrode 9: Photoelectric conversion body 10, 20: Photoelectric conversion device 11, 21: Photoelectric conversion module
Claims (5)
前記光吸収層の一方側に設けられた亜鉛を含む第１のバッファ層と、
前記第１のバッファ層の一方側に設けられたIII-VI族化合物を含む第２のバッファ層と、
を具備することを特徴とする光電変換装置。 A light absorbing layer;
A first buffer layer containing zinc provided on one side of the light absorption layer;
A second buffer layer comprising a III-VI group compound provided on one side of the first buffer layer;
A photoelectric conversion device comprising:
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