[go: up one dir, main page]

JPH11274526A - CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film and method for manufacturing the same, and solar cell having CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film and method for manufacturing the same - Google Patents

CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film and method for manufacturing the same, and solar cell having CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film and method for manufacturing the same

Info

Publication number
JPH11274526A
JPH11274526A JP10074229A JP7422998A JPH11274526A JP H11274526 A JPH11274526 A JP H11274526A JP 10074229 A JP10074229 A JP 10074229A JP 7422998 A JP7422998 A JP 7422998A JP H11274526 A JPH11274526 A JP H11274526A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
cis
semiconductor thin
thin film
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
JP10074229A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Iketani
剛 池谷
Takeshi Kamiya
武志 神谷
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.)
Yazaki Corp
Original Assignee
Yazaki Corp
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 Yazaki Corp filed Critical Yazaki Corp
Priority to JP10074229A priority Critical patent/JPH11274526A/en
Publication of JPH11274526A publication Critical patent/JPH11274526A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 グレーデッドバンドギャップ構造を再現性よ
く且つ低コストで形成することができるCIS系カルコ
パイライト構造半導体薄膜及びその製造方法並びにCI
S系カルコパイライト構造半導体薄膜を有する太陽電池
及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 基板に近い方でバンドギャップエネルギ
ーが大きく且つn型半導体と接触することになる膜表面
付近でバンドギャップエネルギーが小さいCIS系カル
コパイライト構造半導体薄膜において、基板付近の原子
数比Al/(In+Al)がその膜表面の原子数比Al
/(In+Al)よりも小さくなるようにAl及びIn
の組成を連続的に変化させる。
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film capable of forming a graded band gap structure with good reproducibility and at low cost, a method of manufacturing the same, and a CI
Provided are a solar cell having an S-based chalcopyrite structure semiconductor thin film and a method for manufacturing the same. SOLUTION: In a CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film having a large band gap energy near a substrate and having a small band gap energy near a film surface which comes into contact with an n-type semiconductor, an atomic ratio Al / (In + Al) is the atomic ratio Al on the film surface
Al and In so as to be smaller than / (In + Al).
Is continuously changed.

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、CIS系カルコパ
イライト構造半導体薄膜及びその製造方法並びにCIS
系カルコパイライト構造半導体薄膜を有する太陽電池及
びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film, a method of manufacturing the same, and a CIS.
The present invention relates to a solar cell having a chalcopyrite structure semiconductor thin film and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】周期律表のIb族元素、IIIb族元素
及びVIb族元素からなる化合物半導体薄膜は、CIS
系カルコパイライト構造を有する化合物半導体薄膜とし
て斯界で知られている。このような化合物半導体薄膜
は、例えば、CuInSe2 、CuInS2、Cu(I
1-xGax)Se2、CuIn(SxSe1-x2 、Cu
(In1-xGax)(SySe1-Y2 等の化合物で構成さ
れている。これらの化合物により構成される化合物半導
体薄膜は、CIS系化合物半導体薄膜とよばれ、薄膜太
陽電池の光吸収層として用いられている。
2. Description of the Related Art A compound semiconductor thin film comprising a group Ib element, a group IIIb element and a group VIb element of the periodic table is known as CIS.
It is known in the art as a compound semiconductor thin film having a system chalcopyrite structure. Such compound semiconductor thin films include, for example, CuInSe 2 , CuInS 2 , Cu (I
n 1-x Ga x ) Se 2 , CuIn (S x Se 1-x ) 2 , Cu
It is composed of a compound such as (In 1-x Ga x ) (S y Se 1-Y ) 2 . A compound semiconductor thin film composed of these compounds is called a CIS-based compound semiconductor thin film, and is used as a light absorbing layer of a thin-film solar cell.

【0003】このようなCIS系化合物半導体薄膜の製
造方法は、特開昭61−237476号公報に開示され
ている。このCIS系化合物半導体薄膜の製造方法によ
れば、まず、基板の表面に裏面電極として厚み1.0〜
1.5mμのMo薄膜をスパッタリングにより成膜す
る。このMo薄膜を形成した基板の上に厚み約3000
のCuを含む層を電着により形成し、続いて、このCu
を含む層の上に厚み約3000 のInを含む層を電着
により形成する。このようにして得られた積層体を拡散
炉の中に入れて約400℃で十分に加熱する。
A method for producing such a CIS-based compound semiconductor thin film is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-237476. According to the method for manufacturing a CIS-based compound semiconductor thin film, first, a thickness of 1.0 to
A Mo thin film of 1.5 μm is formed by sputtering. A thickness of about 3000 is formed on the substrate on which the Mo thin film is formed.
A layer containing Cu is formed by electrodeposition.
A layer containing In with a thickness of about 3000 is formed by electrodeposition on the layer containing In. The laminate thus obtained is placed in a diffusion furnace and sufficiently heated at about 400 ° C.

【0004】図6は、ここで用いられる拡散炉の説明図
である。図6において、20は、拡散炉である。拡散炉
20は、第1の室21及び第2の室22からなり、これ
らの室の間には、バッフル23が設けられている。第2
の室22では、サンプル(前記積層体)24が多数加熱
される。この加熱工程において、Arガスが第1の室2
1から第2の室に送られる。25は、個体Seを入れた
容器である。個体Seは、約200℃に加熱されて気化
される。そのために、SeがArガスと共に第2の室2
2に送られる。
FIG. 6 is an explanatory view of a diffusion furnace used here. In FIG. 6, reference numeral 20 denotes a diffusion furnace. The diffusion furnace 20 includes a first chamber 21 and a second chamber 22, and a baffle 23 is provided between these chambers. Second
In the chamber 22, a large number of samples (the laminate) 24 are heated. In this heating step, Ar gas is supplied to the first chamber 2.
It is sent from the first chamber to the second chamber. 25 is a container which contains the individual Se. The individual Se is heated to about 200 ° C. and vaporized. Therefore, Se is mixed with Ar gas in the second chamber 2.
Sent to 2.

【0005】前記積層体を拡散炉の中に入れて約400
℃に加熱すると、Cu及びInはそれらを含む層間で急
速に拡散するが、裏面電極のMo薄膜は変化しない。ま
た、Cuを含む層及びInを含む層は、第2の室22に
おいて反応性Seを有する雰囲気にさらされるので、反
応性Seが、Cuを含む層及びInを含む層に拡散して
ゆき、Cu及びInと反応することになる。それ故、C
uを含む層及びInを含む層は、反応が進むと、1〜3
μmのCuInSe2 の均質な層となる。このように、
CuInSe2 の均質な層の厚さが当初のCuを含む層
及びInを含む層の合計厚さ(約3000Å+約300
0Å)より厚くなるのは、反応性Seが最終半導体物質
の約50原子%を含む程度に添加されるからである。
The laminate is placed in a diffusion furnace for about 400 hours.
When heated to ° C., Cu and In diffuse rapidly between layers containing them, but the Mo thin film of the back electrode does not change. Further, since the layer containing Cu and the layer containing In are exposed to the atmosphere having reactive Se in the second chamber 22, the reactive Se diffuses into the layer containing Cu and the layer containing In, It will react with Cu and In. Therefore, C
When the reaction proceeds, the layer containing u and the layer containing In
It results in a homogeneous layer of CuInSe 2 of μm. in this way,
The thickness of the homogeneous layer of CuInSe 2 is equal to the total thickness of the original Cu-containing layer and the In-containing layer (about 3000 約 + about 300
The thickness is larger than 0 °) because the reactive Se is added to include about 50 atomic% of the final semiconductor material.

【0006】このようなCuInSe2 よりなる半導体
は、バンドギャップエネルギーが1.04eVと低いた
めに、Gaを添加することにより、バンドギャップエネ
ルギーを太陽電池として最適な1.4〜1.50eVま
で大きくする試みがなされている。例えば、1994年
12月5〜9日に開催された1st WCPEC でMiguel A.Con
treras らが発表した“HIGH EFFICIENCY Cu(In,Ga)Se2
-BASED SOLAR CELLS:PROCESSING OF NOVEL ABSORBER ST
RUCTURERS”の第68〜75頁には、基板に近い方でバ
ンドギャップエネルギーが大きく、且つ、n型半導体と
接触することになる表面付近でバンドギャップエネルギ
ーが小さくなるような、Cu(In,Ga)Se2 より
なるカルコパイライト構造半導体薄膜とするために、該
カルコパイライト構造半導体薄膜に含有されるGa及び
Inの組成を変化させることが示されている。このよう
なバンドギャップ構造は、グレーデッドバンドギャップ
構造といわれ、バンド構造の伝導体に傾斜をつけること
によりキャリヤの再結合を少なくし、電流を有効に取り
出そうと試みるものである。
Since such a semiconductor made of CuInSe 2 has a low bandgap energy of 1.04 eV, adding Ga increases the bandgap energy to 1.4 to 1.50 eV, which is optimal for a solar cell. Attempts have been made to do so. For example, Miguel A. Con at the 1st WCPEC held on December 5-9, 1994
“HIGH EFFICIENCY Cu (In, Ga) Se 2 announced by treras et al.
-BASED SOLAR CELLS: PROCESSING OF NOVEL ABSORBER ST
RUCTURERS ”, pages 68 to 75, describe Cu (In, Ga) in which the bandgap energy is high near the substrate and low near the surface that comes into contact with the n-type semiconductor. It has been shown that the composition of Ga and In contained in the chalcopyrite-structured semiconductor thin film is changed in order to obtain a chalcopyrite-structured semiconductor thin film composed of Se 2. Such a band gap structure is graded. It is called a bandgap structure, and attempts to reduce the recombination of carriers by tilting the conductor of the band structure and to effectively extract current.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】CIS系の化合物半導
体においてバンドギャップエネルギーを大きくしようと
する従来の試みは、CuInxGa1-xSe2 (例えば、
CuInSe2 及びCuGaSe2 の固溶体)よりなる
半導体がほとんどである。しかしながら、このようなC
uInxGa1-xSe2 よりなる半導体薄膜の製造におい
ては、Gaが反応中に基板側に移行する傾向があるの
で、Gaの傾斜組成の制御が難しく、そのために、グレ
ーデッドバンドギャップ構造を再現性よく形成すること
が難しいという問題がある。また、Gaは比較的高価な
金属であるので、グレーデッドバンドギャップ構造を形
成することができるCuInxGa1-xSe2 よりなる半
導体薄膜を太陽電池の光吸収層として用いると、太陽電
池の製造コストを高くするという問題がある。
Conventional attempts to increase the bandgap energy in CIS-based compound semiconductors include CuIn x Ga 1 -x Se 2 (for example,
Most of the semiconductors are made of a solid solution of CuInSe 2 and CuGaSe 2 ). However, such a C
In the production of a semiconductor thin film made of uIn x Ga 1-x Se 2 , since Ga tends to migrate to the substrate side during the reaction, it is difficult to control the gradient composition of Ga, and therefore, a graded band gap structure is required. There is a problem that it is difficult to form with good reproducibility. In addition, since Ga is a relatively expensive metal, when a semiconductor thin film made of CuIn x Ga 1 -x Se 2 capable of forming a graded band gap structure is used as a light absorption layer of a solar cell, There is a problem of increasing the manufacturing cost.

【0008】本発明は、かかる問題を解決することを目
的としている。即ち、本発明は、グレーデッドバンドギ
ャップ構造を再現性よく且つ低コストで形成することが
できるCIS系カルコパイライト構造半導体薄膜及びそ
の製造方法並びにCIS系カルコパイライト構造半導体
薄膜を有する太陽電池及びその製造方法を提供すること
を目的とする。
An object of the present invention is to solve such a problem. That is, the present invention provides a CIS-based chalcopyrite-structured semiconductor thin film capable of forming a graded bandgap structure with good reproducibility and at low cost, a method of manufacturing the same, a solar cell having a CIS-based chalcopyrite-structured semiconductor thin film, and manufacturing thereof The aim is to provide a method.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

【0010】本発明者は、CIS系カルコパイライト構
造半導体薄膜において、Alが従来用いられていたGa
のように反応中に基板側に移行する傾向がないために傾
斜組成の制御をし易いことを見出して本願発明を完成す
るに至った。
The present inventor has reported that in a CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film, Ga in which Al was conventionally used was used.
As described above, the inventors have found that it is easy to control the gradient composition because there is no tendency to shift to the substrate side during the reaction, and have completed the present invention.

【0011】即ち、本第1発明は、上記目的を達成する
ために、基板に近い方でバンドギャップエネルギーが大
きく且つn型半導体と接触することになる膜表面付近で
バンドギャップエネルギーが小さいCIS系カルコパイ
ライト構造半導体薄膜において、基板付近の原子数比A
l/(In+Al)がその膜表面の原子数比Al/(I
n+Al)よりも小さくなるようにAl及びInの組成
を連続的に変化させたことを特徴とするCIS系カルコ
パイライト構造半導体薄膜である。
That is, in order to achieve the above object, the first aspect of the present invention provides a CIS system having a large bandgap energy near the substrate and a small bandgap energy near the film surface which comes into contact with the n-type semiconductor. In the chalcopyrite structure semiconductor thin film, the atomic ratio A near the substrate
1 / (In + Al) is the atomic ratio Al / (I
A CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film wherein the composition of Al and In is continuously changed so as to be smaller than (n + Al).

【0012】本第2発明は、(イ) 基板上にAlSey
(0≦y≦1.5)膜を成膜した後InSex (0≦x
≦1.5)膜を成膜するか、又は、基板上にAlaInb
Sec (0≦c/(a+b)≦1.5)膜を成膜する工
程、(ロ) 前記(イ) 工程で成膜した膜上に、膜中の原子数
比が1.0≦Cu/(In+Al)≦1.2となるよう
に、金属Cu膜をCu単独で成膜するか、又は、金属C
u膜をSeの存在下に成膜する工程、(ハ) 前記(ロ) 工程
を経て得た積層膜をセレン雰囲気中において400〜5
50℃の温度で加熱して、Cu過剰のCuInzAl1-z
Se2(0<z<1)膜を形成する工程、(ニ) 前記(ハ)
工程を経て得たCu過剰のCuInzAl1-zSe2 (0
<z<1)膜上に、膜中の原子数比が0.8≦Cu/
(In+Al)≦1.0となるように、AlSex (0
≦x≦1.5)膜を成膜する工程、(ホ) 前記(ニ) 工程を
経て得た積層膜を再度セレン雰囲気中において400〜
550℃の温度で加熱する工程、を具備することを特徴
とするCIS系カルコパイライト構造半導体薄膜の製造
方法である。
The second invention is characterized in that (A) AlSe y is formed on a substrate.
(0 ≦ y ≦ 1.5) InSe x (0 ≦ x after film was formed
≦ 1.5) A film is formed or Al a In b
Se c (0 ≦ c / ( a + b) ≦ 1.5) film process for forming a (b) the (b) on the film formed by the steps, the atomic ratio in the film 1.0 ≦ Cu /(In+Al)≦1.2 so that the metal Cu film is formed of Cu alone or metal C
forming a u film in the presence of Se; (c) subjecting the laminated film obtained through the above (b) process to 400-5
Heat at a temperature of 50 ° C. to obtain a Cu excess of CuIn z Al 1-z
A step of forming a Se 2 (0 <z <1) film;
Excessive CuIn z Al 1 -z Se 2 (0
<Z <1) On the film, the atomic ratio in the film is 0.8 ≦ Cu /
AlSe x (0) such that (In + Al) ≦ 1.0.
≦ x ≦ 1.5) a step of forming a film, and (e) stacking the laminated film obtained through the step (d) in the selenium atmosphere again for 400 to
A method of manufacturing a CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film, comprising a step of heating at a temperature of 550 ° C.

【0013】本第3発明は、第2発明において、AlS
y (0≦y≦1.5)膜及びInSex (0≦x≦
1.5)膜よりなる積層膜、又は、AlaInbSec
(0≦c/(a+b)≦1.5)膜がアモルファスであ
ることを特徴とするものである(但し、x=0、y=
0、c/(a+b)=0の場合を除く)。
The third invention is the second invention, wherein the AlS
e y (0 ≦ y ≦ 1.5 ) film and InSe x (0 ≦ x
1.5) consisting of film laminated film, or, Al a In b Se c
(0 ≦ c / (a + b) ≦ 1.5), wherein the film is amorphous (where x = 0, y =
0, c / (a + b) = 0).

【0014】本第4発明は、第2又は3発明において、
AlSey (0≦y≦1.5)膜及びInSex (0≦
x≦1.5)膜よりなる積層膜、又は、AlaInbSe
c (0≦c/(a+b)≦1.5)膜を成膜する際に、
基板を室温〜250℃に保持することを特徴とするもの
である。
According to a fourth aspect of the present invention, in the second or third aspect,
AlSe y (0 ≦ y ≦ 1.5) film and InSe x (0 ≦
x ≦ 1.5) A laminated film composed of a film or Al a In b Se
c When forming a (0 ≦ c / (a + b) ≦ 1.5) film,
The method is characterized in that the substrate is maintained at a temperature between room temperature and 250 ° C.

【0015】本第5発明は、第1,2又は3発明におい
て、AlaInbSec (0≦c/(a+b)≦1.5)
膜を、その基板付近の原子数比Al/(In+Al)が
その膜表面の原子数比Al/(In+Al)よりも小さ
くなるように、成膜することを特徴とするものである。
[0015] The fifth invention, in the first, second or third invention, Al a In b Se c ( 0 ≦ c / (a + b) ≦ 1.5)
The film is formed such that the atomic ratio Al / (In + Al) near the substrate is smaller than the atomic ratio Al / (In + Al) on the film surface.

【0016】本第6発明は、第2,3,4又は5発明に
おいて、CIS系カルコパイライト構造半導体薄膜を同
一の真空系内で製造することを特徴とするものである。
The sixth invention is characterized in that, in the second, third, fourth or fifth invention, the CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film is manufactured in the same vacuum system.

【0017】本第7発明は、第2,3、4,5又は6発
明において、セレン雰囲気をセレン単体からセレンを蒸
発させることによりつくることを特徴とするものであ
る。
According to a seventh aspect of the present invention, in the second, third, fourth, fifth or sixth aspect, the selenium atmosphere is formed by evaporating selenium from selenium alone.

【0018】本第8発明は、基板に近い方でバンドギャ
ップエネルギーが大きく且つn型半導体と接触すること
になる膜表面付近でバンドギャップエネルギーが小さい
CIS系カルコパイライト構造半導体薄膜であって、基
板付近の原子数比Al/(In+Al)がその膜表面の
原子数比Al/(In+Al)よりも小さくなるように
Al及びInの組成を連続的に変化させたCIS系カル
コパイライト構造半導体薄膜を有することを特徴とする
太陽電池である。
The eighth invention is a CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film having a large band gap energy near the substrate and a small band gap energy near the film surface which comes into contact with the n-type semiconductor. A CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film in which the composition of Al and In is continuously changed such that the atomic ratio Al / (In + Al) in the vicinity is smaller than the atomic ratio Al / (In + Al) on the film surface. What is claimed is a solar cell.

【0019】本第9発明は、本第2〜7発明のいずれか
1つの発明により得られたCIS系カルコパイライト構
造半導体薄膜上に溶液成長法又は真空蒸着法により硫化
カドミウム層を成膜し、さらに、その上にスパッタ法に
より酸化亜鉛層を成膜することを特徴とする太陽電池の
製造方法である。
According to a ninth invention, a cadmium sulfide layer is formed by a solution growth method or a vacuum evaporation method on a CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film obtained by any one of the second to seventh inventions, Further, there is provided a method for manufacturing a solar cell, wherein a zinc oxide layer is formed thereon by a sputtering method.

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

【0020】本発明において用いられる基板は、例え
ば、ソーダライムガラスであるが、本発明の目的に反し
ないかぎり、従来太陽電池の製造において用いられてい
るセラミック基板等の耐熱性の基板をも用いることがで
きる。
The substrate used in the present invention is, for example, soda lime glass, but a heat-resistant substrate such as a ceramic substrate conventionally used in the manufacture of solar cells is also used unless it is contrary to the object of the present invention. be able to.

【0021】本発明によって製造された化合物半導体を
太陽電池とするには、例えば、化合物半導体のCIS薄
膜層上に溶液成長法又は真空蒸着法によりN型半導体と
して硫化カドミウム層を30〜500nmの膜厚に形成
し、さらに、その上にスパッタ法により透明導電膜とし
て酸化亜鉛層を0.5〜2.0μmの膜厚に形成する。
しかし、本発明の目的に反しないかぎり、太陽電池の製
造において用いられている公知の硫化カドミウム層及び
硫化カドミウム層の形成手段をそれぞれ用いることがで
きる。
In order to make the compound semiconductor manufactured according to the present invention into a solar cell, for example, a cadmium sulfide layer having a thickness of 30 to 500 nm as an N-type semiconductor is formed on a CIS thin film layer of the compound semiconductor by a solution growth method or a vacuum evaporation method. A zinc oxide layer having a thickness of 0.5 to 2.0 μm is formed thereon as a transparent conductive film by a sputtering method.
However, as long as the object of the present invention is not contradicted, a known cadmium sulfide layer and a means for forming a cadmium sulfide layer used in the manufacture of a solar cell can be used.

【0022】[0022]

【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明の実施例
を説明する。図1は、本発明の一実施例を説明するため
のCIS系カルコパイライト構造半導体薄膜の製造工程
の説明図である。図2は、本発明の他の一実施例を説明
するためのCIS系カルコパイライト構造半導体薄膜の
製造工程の説明図である。図3は、本発明の一実施例を
説明するための太陽電池の製造工程の説明図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view of a manufacturing process of a CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film for explaining one embodiment of the present invention. FIG. 2 is an explanatory view of a manufacturing process of a CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film for explaining another embodiment of the present invention. FIG. 3 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a solar cell for explaining one embodiment of the present invention.

【0023】(実施例1)本実施例を図1に基づいて説
明する。Moを1μm程度の厚さにスパッタリングによ
り成膜したソーダライムガラスを基板1として準備し
た。Moは、太陽電池を作成した場合、p型伝導のCI
S系カルコパイライト半導体薄膜とオーミック接触を得
ることができ、さらに、Seと反応し難いために、この
ように予めMoをソーダライムガラス上に成膜しておい
た。この基板1上にAlSe膜2を真空蒸着法によりA
l及びSeの2元ソースから基板加熱温度200℃で蒸
着させた。このAlSe膜2上にInSe膜3を同じく
真空蒸着法によりAl及びSeの2元ソースから基板加
熱温度200℃で蒸着させた。これら2層の合計膜厚
は、1μmであった。次に、このAlSe膜3上にCu
膜4を基板加熱なしで真空蒸着法により成膜した。[図
1(a)]
(Embodiment 1) This embodiment will be described with reference to FIG. Soda lime glass in which Mo was formed to a thickness of about 1 μm by sputtering was prepared as the substrate 1. Mo has p-type conduction CI when a solar cell is made.
Since an ohmic contact with the S-based chalcopyrite semiconductor thin film can be obtained and furthermore, it is difficult to react with Se, Mo was previously deposited on soda lime glass. An AlSe film 2 is formed on the substrate 1 by vacuum evaporation.
Deposition was performed at a substrate heating temperature of 200 ° C. from a binary source of 1 and Se. An InSe film 3 was deposited on the AlSe film 2 at a substrate heating temperature of 200 ° C. from a binary source of Al and Se by the same vacuum evaporation method. The total thickness of these two layers was 1 μm. Next, Cu is deposited on the AlSe film 3.
The film 4 was formed by a vacuum evaporation method without heating the substrate. [FIG. 1 (a)]

【0024】このようにして形成された積層膜をSe雰
囲気中において500℃で1時間加熱処理してCu過剰
なCuIn1-zAlzSe2 膜5を形成した。加熱処理後
の膜の原子組成(原子%)を蛍光X線分析により測定し
たところ、Cu:In:Al:Se=24.4:17.
3:2.3:58.0であった。このCu過剰なCu z
Al1-zSe2膜上に真空蒸着法によりAlSe膜6を成
膜した。[図1(b)]
The laminated film thus formed is subjected to a Se atmosphere.
Excess Cu by heat treatment at 500 ° C for 1 hour in an atmosphere
CuIn1-zAlzSeTwo Film 5 was formed. After heat treatment
The atomic composition (atomic%) of the film was measured by X-ray fluorescence analysis.
As a result, Cu: In: Al: Se = 24.4: 17.
3: 2.3: 58.0. This Cu excess Cu z 
Al1-zSeTwoAn AlSe film 6 is formed on the film by a vacuum evaporation method.
Filmed. [FIG. 1 (b)]

【0025】このように形成された積層膜を再度Se雰
囲気中において500℃で1時間加熱処理してCIS系
カルコパイライト構造半導体薄膜7を形成した。[図1
(c)]
The laminated film thus formed was again heat-treated at 500 ° C. for 1 hour in a Se atmosphere to form a CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film 7. [FIG.
(C)]

【0026】このCIS系カルコパイライト構造半導体
薄膜7の原子組成(原子%)を蛍光X線分析により測定
したところ、Cu:In:Al:Se=23.2:2
1.8:3.0:52.0であった。また、前記CIS
系カルコパイライト構造半導体薄膜7をオージェ電子分
析(AES)したところ、図4に示されるような結果と
なった。さらに、前記CIS系カルコパイライト構造半
導体薄膜7の原子数比Al/(In+Al)の深さ方向
の変化を測定したところ、図5に示されるような結果と
なった。また、図5から、表面付近でAl含有量が多
く、膜内部で一端下がり、さらにMo界面に行くにつれ
てだんだんAl含有量が多くなっていくような伝導帯が
V字状構造になるような原子組成変化となっていること
がわかった。
When the atomic composition (atomic%) of the CIS-based chalcopyrite-structured semiconductor thin film 7 was measured by X-ray fluorescence analysis, Cu: In: Al: Se = 23.2: 2.
1.8: 3.0: 52.0. In addition, the CIS
Auger electron analysis (AES) of the system chalcopyrite structure semiconductor thin film 7 resulted in the results shown in FIG. Further, when the change in the atomic ratio Al / (In + Al) in the depth direction of the CIS-based chalcopyrite-structured semiconductor thin film 7 was measured, the result shown in FIG. 5 was obtained. Further, from FIG. 5, it is found that the conduction band in which the Al content is large near the surface, lowers once inside the film, and gradually increases toward the Mo interface becomes a V-shaped atom. It was found that the composition had changed.

【0027】(実施例2)本実施例を図2に基づいて説
明する。Moを1μm程度の厚さにスパッタリングによ
り成膜したソーダライムガラスを基板8として準備し
た。この基板8上にIn1-xAlxSe膜9を真空蒸着法
によりIn、Al及びSeの3元ソースから基板加熱温
度150℃で蒸着させた。この際、Mo膜付近でAlが
多く、表面付近でInが多くなるように蒸着源の加熱温
度をコントロールして成膜した。このIn1-xAlxSe
膜9の膜厚は、1μmであった。次に、このIn1-x
xSe膜9上にCu膜10を基板加熱なしで真空蒸着
法により1μm厚に成膜した。[図2(a)]
(Embodiment 2) This embodiment will be described with reference to FIG. Soda lime glass in which Mo was formed to a thickness of about 1 μm by sputtering was prepared as the substrate 8. An In 1-x Al x Se film 9 was deposited on the substrate 8 from a ternary source of In, Al and Se at a substrate heating temperature of 150 ° C. by a vacuum deposition method. At this time, the film was formed by controlling the heating temperature of the vapor deposition source so that Al was large near the Mo film and In was large near the surface. This In 1-x Al x Se
The thickness of the film 9 was 1 μm. Next, this In 1-x A
A Cu film 10 was formed to a thickness of 1 μm on the l x Se film 9 by vacuum evaporation without heating the substrate. [FIG. 2 (a)]

【0028】このようにして形成された積層膜をSe雰
囲気中において450℃で30分間加熱処理してCu過
剰なCuIn1-zAlzSe2 膜11を形成した。加熱処
理後の膜の原子組成(原子%)を蛍光X線分析により測
定したところ、Cu:In:Al:Se=21.6:1
7.4:2.2:58.8であった。このCu過剰なC
uIn1-zAlzSe2 膜11の上に真空蒸着法によりA
lSe膜12を成膜した。[図2(b)]
The laminated film thus formed was heated at 450 ° C. for 30 minutes in a Se atmosphere to form a Cu-excessive CuIn 1 -z Al z Se 2 film 11. When the atomic composition (atomic%) of the film after the heat treatment was measured by fluorescent X-ray analysis, Cu: In: Al: Se = 21.6: 1.
7.4: 2.2: 58.8. This Cu excess C
A is formed on the uIn 1-z Al z Se 2 film 11 by a vacuum evaporation method.
An lSe film 12 was formed. [FIG. 2 (b)]

【0029】このように形成された積層膜を再度Se雰
囲気中において530℃で1時間加熱処理してCIS系
カルコパイライト構造半導体薄膜13を形成した。[図
2(c)]
The laminated film thus formed was heated again at 530 ° C. for 1 hour in a Se atmosphere to form a CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film 13. [FIG. 2 (c)]

【0030】このCIS系カルコパイライト構造半導体
薄膜13の原子組成(原子%)を蛍光X線分析により測
定したところ、Cu:In:Al:Se=23.4:2
2.3:2.8:51.5であった。また、前記CIS
系カルコパイライト構造半導体薄膜7をオージェ電子分
析(AES)したところ、前記実施例1に係わる図4に
示した結果とほとんど同じ結果が得られた。
When the atomic composition (atomic%) of the CIS-based chalcopyrite-structured semiconductor thin film 13 was measured by X-ray fluorescence analysis, Cu: In: Al: Se = 23.4: 2.
2.3: 2.8: 51.5. In addition, the CIS
When the system chalcopyrite structure semiconductor thin film 7 was subjected to Auger electron analysis (AES), almost the same results as those shown in FIG.

【0031】(実施例3)本実施例を図3に基づいて説
明する。前記実施例1で得られたCIS系カルコパイラ
イト構造半導体薄膜7の上にCdS膜14を真空蒸着法
により基板加熱温度200℃で0.3μm厚に成膜し
た。このCdS膜14の上にZnO膜15をスパッタリ
ングにより0.3μm厚に成膜し、続いて、Alドーピ
ングZnO膜16をスパッタリングにより0.8μm厚
に成膜して太陽電池とした。この太陽電池をソーラーシ
ミュレータによる0.1W/cm2 の光照射下で太陽電
池のエネルギー変換率を測定したところ、その測定結果
は、開放電圧;530mV、短絡電流密度;32mA/
cm2 、フィルファクター;52%、及び、エネルギー
変換率;8.8%であった。
(Embodiment 3) This embodiment will be described with reference to FIG. On the CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film 7 obtained in Example 1, a CdS film 14 was formed to a thickness of 0.3 μm at a substrate heating temperature of 200 ° C. by a vacuum evaporation method. On this CdS film 14, a ZnO film 15 was formed to a thickness of 0.3 μm by sputtering, and subsequently, an Al-doped ZnO film 16 was formed to a thickness of 0.8 μm by sputtering to obtain a solar cell. The energy conversion of the solar cell was measured by irradiating the solar cell with light of 0.1 W / cm 2 using a solar simulator. The measurement result showed that the open-circuit voltage was 530 mV, the short-circuit current density was 32 mA /
cm 2 , fill factor; 52%, and energy conversion rate: 8.8%.

【0032】(比較例1)ソーダライムガラス基板上に
電極としてMo膜を1μm厚に成膜し、その上にIn-
Ga-Se膜をIn、Ga及びSeの3元ソースから同
時蒸着法で成膜し、さらにその上にCu膜をスパッタリ
ングにより成膜した。このように成膜した積層膜をSe
雰囲気中において500℃で1時間加熱処理してCuI
1-xGaxSe2 薄膜を形成した。その膜厚は、2μm
であった。このCuIn1-xGaxSe 2 薄膜の上にCd
S膜を真空蒸着法により0.3μm厚に成膜した。次
に、このCdS膜の上にZnO膜15をスパッタリング
により0.3μm厚に成膜し、続いて、Alドーピング
ZnO膜をスパッタリングにより0.8μm厚に成膜し
て太陽電池とした。この従来の太陽電池をソーラーシミ
ュレータによる0.1W/cm2 の光照射下で太陽電池
のエネルギー変換率を測定したところ、その測定結果
は、開放電圧;520mV、短絡電流密度;31.5m
A/cm2 、フィルファクター;50%、及び、エネル
ギー変換率;8.2%であった。
(Comparative Example 1) On a soda-lime glass substrate
A Mo film was formed to a thickness of 1 μm as an electrode, and an In-
The Ga-Se film is formed from ternary sources of In, Ga and Se.
Film by a vacuum evaporation method, and further a Cu film is sputtered thereon.
The film was formed by coating. The laminated film formed in this manner is
Heat treatment at 500 ° C for 1 hour in atmosphere
n1-xGaxSeTwo A thin film was formed. The film thickness is 2 μm
Met. This CuIn1-xGaxSe Two Cd on the thin film
An S film was formed to a thickness of 0.3 μm by a vacuum evaporation method. Next
Then, a ZnO film 15 is sputtered on the CdS film.
To a thickness of 0.3 μm, followed by Al doping
0.8μm thick ZnO film formed by sputtering
And a solar cell. This conventional solar cell is
0.1W / cmTwo Solar cell under light irradiation
Measured the energy conversion rate of
Is open voltage; 520 mV, short circuit current density: 31.5 m
A / cmTwo , Fill factor; 50% and energy
Energy conversion rate: 8.2%.

【0033】以下、本発明の作用を記載すると次のとお
りとなう。 (1)本第1発明について 基板に近い方でバンドギャップエネルギーが大きく且つ
n型半導体と接触することになる膜表面付近でバンドギ
ャップエネルギーが小さいCIS系カルコパイライト構
造半導体薄膜において、基板付近の原子数比Al/(I
n+Al)がその膜表面の原子数比Al/(In+A
l)よりも小さくなるようにAl及びInの組成を連続
的に変化させたことにより、グレーデッドバンドギャッ
プ構造を再現性よく且つ低コストで形成することができ
る。その理由は、ここで用いられるAlは、従来用いら
れていたGaのように、反応中に基板側に移行する傾向
がなく、そのために、傾斜組成の制御がし易く、しか
も、比較的低価格な金属であるであるからである。
Hereinafter, the operation of the present invention will be described as follows. (1) About the First Invention In a CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film having a large bandgap energy near a substrate and a small bandgap energy near a film surface which comes into contact with an n-type semiconductor, an atom near a substrate is provided. Number ratio Al / (I
n + Al) is the atomic ratio Al / (In + A) on the film surface.
By continuously changing the composition of Al and In so as to be smaller than 1), a graded band gap structure can be formed with good reproducibility and low cost. The reason for this is that Al used here does not tend to migrate to the substrate side during the reaction, unlike Ga conventionally used, so that the gradient composition can be easily controlled and the price is relatively low. This is because it is a suitable metal.

【0034】(2)本第2発明について (イ)工程でAlを基板付近に多く存在させるとCuA
lSe2 が生成する。CuAlSe2 は、従来のCuA
lSe2 よりもバンドギャップエネルギーが大きいため
に、本第1発明では、その伝導帯がグレーデッドバンド
ギャップ構造となる。
(2) Regarding the second invention, if a large amount of Al is present near the substrate in the step (a), CuA
1Se 2 is generated. CuAlSe 2 is a conventional CuA
Since the band gap energy is larger than 1Se 2 , in the first invention, the conduction band has a graded band gap structure.

【0035】 さらに(ニ)工程及び(ホ)工程でAlを表
面付近に多く存在させることにより、前記Miguel A. Co
ntreras らが発表した“HIGH EFFICIENCY Cu(In,Ga)Se
2 -BASED SOLAR CELLS:PROCESSING OF NOVEL ABSORBER
STRUCTURERS”に述べられているような、V字状の伝導
体が形成される。このように伝導体をV字状の構造に形
成すると、1100−1200nmのような長波長域で
の分光感度がよくなり、短絡電流が改善され、さらに、
バンドギャップエネルギーが理想の値に近づくため開放
電圧を向上させることもできる。
Further, by allowing Al to be present in the vicinity of the surface in the steps (d) and (e), the Miguel A. Co.
“HIGH EFFICIENCY Cu (In, Ga) Se
2 -BASED SOLAR CELLS: PROCESSING OF NOVEL ABSORBER
As described in “STRUCTURERS”, a V-shaped conductor is formed. When the conductor is formed in a V-shaped structure, the spectral sensitivity in a long wavelength region such as 1100 to 1200 nm is increased. Better, the short circuit current is improved,
Since the bandgap energy approaches an ideal value, the open-circuit voltage can be improved.

【0036】 (ロ)工程で膜中の原子数比を1.0≦C
u/(In+Al)≦1.2としてCu過剰にすると、
(ホ)工程で加熱している最中に過剰のCu−Seが液相
となり、これが結晶成長の際にフラックスとして働くの
で、結晶性が良くなる。また、1.2以下とするのは、
これ以上とすると、Alが比較的多い CuAl1-zSe
2 (0<z<1)が表面付近にかなり多く形成されてし
まうため、この薄膜を太陽電池の光吸収帯として使用し
た場合に開放電圧特性は良くなるが、キャリヤがV字状
伝導体の一部で長い間トラップされてしまうため、キャ
リヤの再結合が多くなり、結果として、電流が多く取り
出せないことになってしまうからである。
In the step (b), the ratio of the number of atoms in the film is set to 1.0 ≦ C
If u / (In + Al) ≦ 1.2 and Cu is excessive,
During the heating in the step (e), excess Cu-Se becomes a liquid phase, which acts as a flux at the time of crystal growth, thereby improving the crystallinity. In addition, the value of 1.2 or less is
If it is more than this, Al is relatively large. CuAl 1-z Se
2 (0 <z <1) is formed considerably in the vicinity of the surface. Therefore, when this thin film is used as a light absorption band of a solar cell, the open-circuit voltage characteristics are improved, but the carrier is formed of a V-shaped conductor. This is because some of them are trapped for a long time, so that the recombination of carriers increases, and as a result, a large amount of current cannot be taken out.

【0037】(イ)工程及び(ホ)工程で加熱温度を400
〜550℃とするのは、400℃より低い温度である
と、完全なカルコパイライトの結晶構造が形成されず、
In−Se、Al−Se、Cu−Se等の異相が残って
しまうことがあるためである。また、550℃より低い
温度とするのは次のような理由からである。この種のカ
ルコパイライト構造半導体薄膜は、太陽電池の光吸収層
として使用されることが多いのであるが、この太陽電池
の基板としてソーダライムガラスを使用することがほと
んどである。これは、基板加熱時にソーダライムガラス
から供給されるNa、K等のアルカリ金属が光り吸収層
にドーピングされ、キャリヤ濃度が上がって主に太陽電
池の解法電圧特性が改善されエネルギー変換率が良くな
るためであると考えられる。ソーダライムガラスの軟化
点は570℃付近であるが、ソーダライムガラス上に裏
面電極として成膜される膜の応力によっては、これより
若干低い温度で基板に反りが生じてしまうことがある。
本発明者のこれまでの経験からすると、550℃までの
温度であれば基板の変形がなく、しかも、結晶性の良い
CIS系カルコパイライト構造半導体薄膜が得られるこ
とがわかっている。
In the steps (a) and (e), the heating temperature is 400
If the temperature is lower than 400 ° C., a complete chalcopyrite crystal structure is not formed.
This is because a different phase such as In-Se, Al-Se, or Cu-Se may remain. The temperature is set lower than 550 ° C. for the following reason. Such a chalcopyrite-structured semiconductor thin film is often used as a light absorbing layer of a solar cell, and in most cases, soda lime glass is used as a substrate of the solar cell. This is because, when the substrate is heated, alkali metals such as Na and K supplied from soda lime glass are doped into the light absorbing layer, the carrier concentration is increased, and the solution voltage characteristics of the solar cell are mainly improved and the energy conversion rate is improved. It is thought that it is. The softening point of soda-lime glass is around 570 ° C., but depending on the stress of the film formed as the back electrode on the soda-lime glass, the substrate may warp at a slightly lower temperature than this.
From the experience of the present inventors, it has been found that a CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film having no substrate deformation and a good crystallinity can be obtained at a temperature up to 550 ° C.

【0038】(3)本第3発明について AlSey 、AlSex 及びAlaInbSec におい
て、x、y、c/(a+b)が0〜1.5としたのは、
基本的にこの種の化合物は1.5を越える組成のものが
存在しないからである。本発明においては、この値は、
好ましくは、0.8〜1.3にした方がよい。0.8よ
り小さくすると、Cuを加え、高温で反応させる時に膜
の膨張率が大きくなり、密着性のよい膜ができない。ま
た、1.3を越えると今度はSe量が多すぎるため、生
成する膜の結晶性が悪くなってしまう。
[0038] (3) The third invention for AlSe y, in AlSe x and Al a In b Se c, x , y, c / (a + b) is a 0 to 1.5, the
Basically, this kind of compound has no composition exceeding 1.5. In the present invention, this value is
Preferably, it is better to be 0.8 to 1.3. If it is smaller than 0.8, the coefficient of expansion of the film increases when Cu is added and reacted at a high temperature, and a film having good adhesion cannot be obtained. On the other hand, when the ratio exceeds 1.3, the Se content is too large, and the crystallinity of the formed film deteriorates.

【0039】(4)本第4発明について 基板を室温〜250℃に保持するのは、250℃を越え
ると結晶性の膜が形成されてしまうからである。
(4) Regarding the Fourth Invention The reason why the substrate is kept at room temperature to 250 ° C. is that a crystalline film is formed when the temperature exceeds 250 ° C.

【0040】(5)本第5発明について AlaInbSec (0≦c/(a+b)≦1.5)膜
を、その基板付近の原子数比Al/(In+Al)がそ
の膜表面の原子数比Al/(In+Al)よりも小さく
なるように、成膜することによって、グレーデッドバン
ドキャップを形成することができる。
[0040] (5) For the fifth invention Al a In b Se c (0 ≦ c / (a + b) ≦ 1.5) film, the atomic ratio of near substrate Al / (In + Al) is of the membrane surface A graded band cap can be formed by forming a film so that the atomic ratio becomes smaller than the atomic ratio Al / (In + Al).

【0041】(6)本第6発明について CIS系カルコパイライト構造半導体薄膜を同一の真空
系内で製造する製造コストを下げることができる。
(6) Regarding the Sixth Invention The manufacturing cost for manufacturing a CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film in the same vacuum system can be reduced.

【0042】(7)本第7発明について セレン雰囲気をセレン単体からセレンを蒸発させること
によりつくるので、取り扱い上安全である。
(7) Regarding the Seventh Invention Since the selenium atmosphere is created by evaporating selenium from selenium alone, handling is safe.

【0043】(8)本第8発明について 基板に近い方でバンドギャップエネルギーが大きく且つ
n型半導体と接触することになる膜表面付近でバンドギ
ャップエネルギーが小さいCIS系カルコパイライト構
造半導体薄膜であって、基板付近の原子数比Al/(I
n+Al)がその膜表面の原子数比Al/(In+A
l)よりも小さくなるようにAl及びInの組成を連続
的に変化させたCIS系カルコパイライト構造半導体薄
膜を光吸収層として有することによって、エネルギー変
換効率を向上させた太陽電池を低コストで提供すること
ができる。
(8) An eighth aspect of the present invention is a CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film having a large band gap energy near the substrate and a small band gap energy near the film surface which comes into contact with the n-type semiconductor. , The atomic number ratio Al / (I
n + Al) is the atomic ratio Al / (In + A) on the film surface.
Providing a low-cost solar cell with improved energy conversion efficiency by having a CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film in which the composition of Al and In is continuously changed so as to be smaller than 1) as a light absorbing layer. can do.

【0044】(9)本第9発明について 本第1〜6発明のいずれか1つの発明により得られたC
IS系カルコパイライト構造半導体薄膜上に溶液成長法
又は真空蒸着法により硫化カドミウム層を成膜し、さら
に、その上にスパッタ法により酸化亜鉛層を成膜するこ
とによって、エネルギー変換効率の向上させた太陽電池
を提供することができる。
(9) Regarding the Ninth Invention The C obtained by any one of the first to sixth inventions
Energy conversion efficiency was improved by forming a cadmium sulfide layer on the IS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film by solution growth method or vacuum evaporation method, and further forming a zinc oxide layer on the cadmium sulfide layer by sputtering method. A solar cell can be provided.

【0045】[0045]

【発明の効果】グレーデッドバンドギャップ構造を再現
性よく且つ低コストで形成することができるCIS系カ
ルコパイライト構造半導体薄膜及びその製造方法並びに
CIS系カルコパイライト構造半導体薄膜を有する太陽
電池及びの製造方法を提供することができる。
Industrial Applicability A CIS-based chalcopyrite-structured semiconductor thin film capable of forming a graded band gap structure with good reproducibility and at low cost, a method of manufacturing the same, and a solar cell having the CIS-based chalcopyrite-structured semiconductor thin film and a method of manufacturing the same Can be provided.

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

【図1】本発明の一実施例を説明するためのCIS系カ
ルコパイライト構造半導体薄膜の製造工程の説明図であ
る。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film for explaining one embodiment of the present invention.

【図2】本発明の他の一実施例を説明するためのCIS
系カルコパイライト構造半導体薄膜の製造工程の説明図
である。
FIG. 2 is a CIS for explaining another embodiment of the present invention;
It is explanatory drawing of the manufacturing process of a system chalcopyrite structure semiconductor thin film.

【図3】本発明の一実施例を説明するための太陽電池の
製造工程の説明図である。
FIG. 3 is an explanatory view of a manufacturing process of a solar cell for explaining one embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施例により製造されたCIS系カ
ルコパイライト構造半導体薄膜のオージェ電子分析(A
ES)結果を示すグラフである。
FIG. 4 shows Auger electron analysis (A) of a CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film manufactured according to an embodiment of the present invention.
ES) A graph showing the results.

【図5】本発明の一実施例により製造されたCIS系カ
ルコパイライト構造半導体薄膜の原子数比Al/(In
+Al)の深さ方向の変化を測定したグラフである。
FIG. 5 is an atomic ratio Al / (In) of a CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film manufactured according to an embodiment of the present invention.
12 is a graph showing the change in the depth direction of (+ Al) measured.

【図6】従来のCIS系化合物半導体薄膜の製造おいて
用いられる拡散炉の説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a diffusion furnace used in manufacturing a conventional CIS-based compound semiconductor thin film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、8 基板 2,6,12 AlSe膜 3 InSe膜 4,10 Cu膜 5,11 CuIn1-zAlzSe2 膜 7,13 CIS系カルコパイライト構造半導体薄膜 9 In1-zAlzSe2 膜 14 CdS膜 15 ZnO膜 16 AlドーピングZnO膜Reference Signs List 1,8 Substrate 2,6,12 AlSe film 3 InSe film 4,10 Cu film 5,11 CuIn 1-z Al z Se 2 film 7,13 CIS chalcopyrite structure semiconductor thin film 9 In 1-z Al z Se 2 Film 14 CdS film 15 ZnO film 16 Al-doped ZnO film

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板に近い方でバンドギャップエネルギ
ーが大きく且つn型半導体と接触することになる膜表面
付近でバンドギャップエネルギーが小さいCIS系カル
コパイライト構造半導体薄膜において、基板付近の原子
数比Al/(In+Al)がその膜表面の原子数比Al
/(In+Al)よりも小さくなるようにAl及びIn
の組成を連続的に変化させたことを特徴とするCIS系
カルコパイライト構造半導体薄膜。
In a CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film having a large band gap energy near a substrate and a small band gap energy near a film surface which comes into contact with an n-type semiconductor, an atomic ratio Al near a substrate is obtained. / (In + Al) is the atomic ratio Al of the film surface
Al and In so as to be smaller than / (In + Al).
A CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film, wherein the composition of the compound is continuously changed.
【請求項2】 (イ) 基板上にAlSey (0≦y≦1.
5)膜を成膜した後InSex (0≦x≦1.5)膜を
成膜するか、又は、基板上にAlaInbSe c (0≦c
/(a+b)≦1.5)膜を成膜する工程、 (ロ) 前記(イ) 工程で成膜した膜上に、膜中の原子数比が
1.0≦Cu/(In+Al)≦1.2となるように、
金属Cu膜をCu単独で成膜するか、又は、金属Cu膜
をSeの存在下に成膜する工程、 (ハ) 前記(ロ) 工程を経て得た積層膜をセレン雰囲気中に
おいて400〜550℃の温度で加熱して、Cu過剰の
InzCuAl1-zSe2 (0<z<1)膜を形成する工
程、 (ニ) 前記(ハ) 工程を経て得たCu過剰のCuInzAl
1-zSe2 (0<z<1)膜上に、膜中の原子数比が
0.8≦Cu/(In+Al)≦1.0となるように、
AlSex (0≦x≦1.5)膜を成膜する工程、 (ホ) 前記(ニ) 工程を経て得た積層膜を再度セレン雰囲気
中において400〜550℃の温度で加熱する工程、 を具備することを特徴とするCIS系カルコパイライト
構造半導体薄膜の製造方法。
(2) AlSe on the substratey (0 ≦ y ≦ 1.
5) After forming the film, InSex (0 ≦ x ≦ 1.5)
Film or Al on the substrateaInbSe c (0 ≦ c
/(A+b)≦1.5) a step of forming a film;
So that 1.0 ≦ Cu / (In + Al) ≦ 1.2,
Either a metal Cu film is formed with Cu alone or a metal Cu film
Forming a film in the presence of Se. (C) placing the laminated film obtained through the step (b) in a selenium atmosphere
Heating at a temperature of 400 to 550 ° C.
InzCuAl1-zSeTwo (0 <z <1) film forming process
(D) Cu-excessive CuIn obtained through the step (c)zAl
1-zSeTwo (0 <z <1) On the film, the atomic ratio in the film is
So that 0.8 ≦ Cu / (In + Al) ≦ 1.0,
AlSex (E) a step of forming a film (0 ≦ x ≦ 1.5);
Heating at a temperature of 400 to 550 ° C. in the CIS chalcopyrite
Manufacturing method of structural semiconductor thin film.
【請求項3】 AlSey (0≦y≦1.5)膜及びI
nSex (0≦x≦1.5)膜よりなる積層膜、又は、
AlaInbSec (0≦c/(a+b)≦1.5)膜が
アモルファスであることを特徴とする請求項2記載のC
IS系カルコパイライト構造半導体薄膜の製造方法(但
し、x=0、y=0、c/(a+b)=0の場合を除
く)。
3. An AlSe y (0 ≦ y ≦ 1.5) film and I
a laminated film composed of an nSe x (0 ≦ x ≦ 1.5) film, or
Al a In b Se c (0 ≦ c / (a + b) ≦ 1.5) C according to claim 2, wherein the film is characterized in that an amorphous
A method for producing an IS-based chalcopyrite-structured semiconductor thin film (except when x = 0, y = 0, and c / (a + b) = 0).
【請求項4】 AlSey (0≦y≦1.5)膜及びI
nSex (0≦x≦1.5)膜よりなる積層膜、又は、
AlaInbSec (0≦c/(a+b)≦1.5)膜を
成膜する際に、基板を室温〜250℃に保持することを
特徴とする請求項2又は3記載のCIS系カルコパイラ
イト構造半導体薄膜の製造方法。
4. An AlSe y (0 ≦ y ≦ 1.5) film and I
a laminated film composed of an nSe x (0 ≦ x ≦ 1.5) film, or
The Al a In b Se c (0 ≦ c / (a + b) ≦ 1.5) film in formation, CIS system according to claim 2 or 3, wherein the holding substrate to room temperature to 250 DEG ° C. A method for producing a chalcopyrite structure semiconductor thin film.
【請求項5】 AlaInbSec (0≦c/(a+b)
≦1.5)膜を、その基板付近の原子数比Al/(In
+Al)がその膜表面の原子数比Al/(In+Al)
よりも小さくなるように、成膜することを特徴とする請
求項2、3又は4記載のCIS系カルコパイライト構造
半導体薄膜の製造方法。
5. Al a In b Se c (0 ≦ c / (a + b)
.Ltoreq.1.5), and the atomic ratio Al / (In)
+ Al) is the atomic ratio Al / (In + Al) on the film surface
5. The method for producing a CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film according to claim 2, wherein the film is formed so as to be smaller than the above.
【請求項6】 CIS系カルコパイライト構造半導体薄
膜を同一の真空系内で製造することを特徴とする請求項
2,3、4又は5記載のCIS系カルコパイライト構造
半導体薄膜の製造方法。
6. The method of manufacturing a CIS-based chalcopyrite-structured semiconductor thin film according to claim 2, wherein the CIS-based chalcopyrite-structured semiconductor thin film is manufactured in the same vacuum system.
【請求項7】 セレン雰囲気をセレン単体からセレンを
蒸発させることによりつくることを特徴とする請求項
2,3,4,5又は6記載のCIS系カルコパイライト
構造半導体薄膜の製造方法。
7. The method for producing a CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film according to claim 2, wherein the selenium atmosphere is formed by evaporating selenium from selenium alone.
【請求項8】 基板に近い方でバンドギャップエネルギ
ーが大きく且つn型半導体と接触することになる膜表面
付近でバンドギャップエネルギーが小さいCIS系カル
コパイライト構造半導体薄膜であって、基板付近の原子
数比Al/(In+Al)がその膜表面の原子数比Al
/(In+Al)よりも小さくなるようにAl及びIn
の組成を連続的に変化させたCIS系カルコパイライト
構造半導体薄膜を有することを特徴とする太陽電池。
8. A CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film having a large band gap energy near a substrate and a small band gap energy near a film surface which comes into contact with an n-type semiconductor, wherein the number of atoms in the vicinity of the substrate is small. The ratio Al / (In + Al) is the atomic ratio Al of the film surface.
Al and In so as to be smaller than / (In + Al).
A solar cell comprising a CIS-based chalcopyrite-structured semiconductor thin film in which the composition of C is continuously changed.
【請求項9】 請求項2〜7のいずれか1つに記載の製
造方法により得られたCIS系カルコパイライト構造半
導体薄膜上に溶液成長法又は真空蒸着法により硫化カド
ミウム層を成膜し、さらに、その上にスパッタ法により
酸化亜鉛層を成膜することを特徴とする太陽電池の製造
方法。
9. A cadmium sulfide layer is formed on the CIS-based chalcopyrite-structured semiconductor thin film obtained by the method according to claim 2 by a solution growth method or a vacuum evaporation method. And forming a zinc oxide layer thereon by sputtering.
JP10074229A 1998-03-23 1998-03-23 CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film and method for manufacturing the same, and solar cell having CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film and method for manufacturing the same Withdrawn JPH11274526A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10074229A JPH11274526A (en) 1998-03-23 1998-03-23 CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film and method for manufacturing the same, and solar cell having CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film and method for manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10074229A JPH11274526A (en) 1998-03-23 1998-03-23 CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film and method for manufacturing the same, and solar cell having CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film and method for manufacturing the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11274526A true JPH11274526A (en) 1999-10-08

Family

ID=13541148

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10074229A Withdrawn JPH11274526A (en) 1998-03-23 1998-03-23 CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film and method for manufacturing the same, and solar cell having CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film and method for manufacturing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH11274526A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004090995A1 (en) * 2003-04-09 2004-10-21 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Solar cell
JP2007335792A (en) * 2006-06-19 2007-12-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd Thin film solar cell
JP2011119478A (en) * 2009-12-03 2011-06-16 Kaneka Corp Compound semiconductor solar cell
JP5174248B2 (en) * 2009-10-27 2013-04-03 京セラ株式会社 Method for producing chalcogen compound semiconductor layer and method for producing photoelectric conversion device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004090995A1 (en) * 2003-04-09 2004-10-21 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Solar cell
JP2007335792A (en) * 2006-06-19 2007-12-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd Thin film solar cell
JP5174248B2 (en) * 2009-10-27 2013-04-03 京セラ株式会社 Method for producing chalcogen compound semiconductor layer and method for producing photoelectric conversion device
JP2011119478A (en) * 2009-12-03 2011-06-16 Kaneka Corp Compound semiconductor solar cell

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5626688A (en) Solar cell with chalcopyrite absorber layer
US6092669A (en) Equipment for producing thin-film solar cell
EP1788636B1 (en) Cis type compound semiconductor thin film solar cell and method for preparing light-absorbing layer of said solar cell
TW201138144A (en) Method of manufacturing solar cell
WO1999017377A1 (en) CADMIUM-FREE JUNCTION FABRICATION PROCESS FOR CuInSe2 THIN FILM SOLAR CELLS
JP2007335792A (en) Thin film solar cell
EP1517378A2 (en) Semiconductor film, method for manufacturing the semiconductor film, solar cell using the semiconductor film and method for manufacturing the solar cell
TW201123465A (en) Photoelectric conversion device, method for producing the same, and solar battery
JP2011222967A (en) Manufacturing method of photoelectric transducer, photoelectric transducer, and thin layer solar cell
JP2001044464A (en) METHOD OF FORMING Ib-IIIb-VIb2 COMPOUND SEMICONDUCTOR LAYER AND MANUFACTURE OF THIN-FILM SOLAR CELL
WO2012118771A2 (en) Improved thin-film photovoltaic devices and methods of manufacture
US8779283B2 (en) Absorber layer for thin film photovoltaics and a solar cell made therefrom
CN103194722B (en) Manufacture the method for solar cell
JP3311873B2 (en) Manufacturing method of semiconductor thin film
CN103548153B (en) There is the manufacture method of the CIGS thin film of uniform Ga distribution
JPH10135501A (en) Semiconductor device, method of manufacturing the same, and solar cell
JPH0555615A (en) Method of manufacturing thin film solar cell
JPH11274526A (en) CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film and method for manufacturing the same, and solar cell having CIS-based chalcopyrite structure semiconductor thin film and method for manufacturing the same
CN101807620B (en) Absorbed layer for thin film photovoltaic and solar cell made therefrom
JP2000012883A (en) Solar cell manufacturing method
KR102227799B1 (en) Method for manufacturing CIGS thin film solar cell
JPH11284209A (en) Method for producing chalcopyrite structure compound semiconductor thin film and method for producing solar cell having the same
AU2009200640B2 (en) Absorber layer for thin film photovoltaics and a solar cell made therefrom
KR102513863B1 (en) Flexible CZTSSe thin film solar cells and manufacturing method thereof
EP2221876A1 (en) Absorber layer for thin film photovoltaic cells and a solar cell made therefrom

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20050607