(57)【要約】【課題】変換効率の高い化合物太陽電池およびそれを低コストで製造することのできる方法を提供する。【解決手段】  基板１上に、ＣＩＧＳ光吸収層３と、バッファ層５と、表面電極層６とを備えた化合物太陽電池であって、ＣＩＧＳ光吸収層３とバッファ層５との間に、下記の一般式（１）に示す組成の混晶からなる界面層４を設けるようにした。2014045000.tif 000015【選択図】図１
2014045000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、I-III-VI族化合物半導体からなる化合物光吸収層と、バッファ層と、表面電極層とを備えた化合物太陽電池であって、上記化合物光吸収層とバッファ層との間に、下記の一般式（１）に示す組成の混晶からなる界面層を設けることを特徴とする化合物太陽電池。
【化１】
2014045000.tif 000012
【請求項２】
上記バッファ層が、下記の一般式（２）に示す組成の混晶である請求項１記載の化合物太陽電池。
【化２】
2014045000.tif 000013
【請求項３】
上記バッファ層が、下記の一般式（３）に示す組成の混晶である請求項１記載の化合物太陽電池。
【化３】
2014045000.tif 000014
【請求項４】
請求項１記載の化合物太陽電池を製造する方法であって、長尺状の基板を長手方向に走行させながら、上記基板の上にI-III-VI族化合物半導体からなる化合物光吸収層を形成する工程と、界面層を形成する工程と、バッファ層を形成する工程と、表面電極層を形成する工程とを備え、各工程を真空下においてこの順で連続的に行うことを特徴とする化合物太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、I族、III族およびVI族の元素からなるＣｕＩｎＳｅ2（ＣＩＳ）あるいはこれにＧａを固溶させたＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2（ＣＩＧＳ）化合物半導体（I−III−VI族化合物半導体）を光吸収層に用い、高い光変換効率（以下「変換効率」とする）を有する化合物太陽電池およびこの化合物太陽電池を効率よく製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池の中でも、ＣＩＳまたはＣＩＧＳ（以下「ＣＩＧＳ系」とする）化合物半導体を光吸収層に用いた化合物太陽電池は、高い変換効率を有し薄膜に形成できるとともに、光照射等による変換効率の劣化が少ないという利点を有していることが知られている。
【０００３】
そして、このような太陽電池のバッファ層には、従来、化学析出法で形成したＺｎ（Ｏ，Ｓ）等が用いられる（特許文献１参照）。しかし、化学析出法でバッファ層を形成すると、光吸収層を真空下で形成した後、一旦大気下に取り出しバッファ層を形成し、再度真空下で表面電極層を形成することとなるため、各工程を連続的に行うことができず、生産性が低下するという問題が生じている。このため、バッファ層を化学析出法で形成するのではなく、スパッタリング法で形成するようにし、上記各工程を真空下で連続的に行い、生産性を高める方法が提案されている（特許文献２参照）。一方、光吸収層とバッファ層との伝導帯の差ΔＥｃを、０≦ΔＥｃ≦０．４に設定すると、光吸収層とバッファ層との界面近傍におけるキャリアの再結合を効果的に抑制でき、高い変換効率が得られることが知られている（非特許文献１参照）。また、ＣＩＧＳ系化合物半導体を光吸収層に用いた場合に、上記条件を満たす伝導帯を有するバッファ層としては、Ｚｎ（Ｏ，Ｓ，ＯＨ）、Ｉｎ（Ｓ，ＯＨ）、（Ｚｎ，Ｍｇ）Ｏ等の混晶からなるものがあげられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３４３９８７号公報
【特許文献２】特開２００２−１２４６８８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Current Applied Physics, Volume 10, Issue 2, Supplement, March 2010, Pages S150-S153（Minemoto et al）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、光電変換効率の高いＣＩＧＳ系化合物半導体の組成は、ＧａとＩｎの比率に着目すると現在のところ０．２≦Ｇａ/（Ｉｎ＋Ｇａ）≦０．５の範囲である。このようなＧａリッチのＣＩＧＳ系化合物半導体の伝導帯とバッファ層の伝導帯のオフセット値を０≦ΔＥc≦０．４にするためには、ＺｎＯに対するＺｎＳ比率およびＭｇＯ比率、ＩｎＳに対するＩｎＯ比率を大きくする必要があるが、ＩｎＯ比率を高くすると結晶配向がランダムになり易い。このような結晶配向がランダムな混晶をバッファ層として用いると、光吸収層とバッファ層との界面近傍においてキャリアの再結合が生じ、変換効率が低下するという問題が生じる。したがって、高い変換効率を損なわずに発揮できるよう改善することが求められている。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みなされたもので、バッファ層の形成を大気下に取り出さずに前後の工程に続いて連続的に行い製造することができ、しかも、高い変換効率を有する化合物太陽電池およびその製造方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、基板上に、I-III-VI族化合物半導体からなる化合物光吸収層と、バッファ層と、表面電極層とを備えた化合物太陽電池であって、上記化合物光吸収層とバッファ層との間に、下記の一般式（１）に示す組成の混晶からなる界面層を設ける化合物太陽電池を第１の要旨とする。
【０００９】
【化１】
2014045000.tif 000003
【００１０】
また、第１の要旨の化合物太陽電池を製造する方法であって、長尺状の基板を長手方向に走行させながら、上記基板の上にI-III-VI族化合物半導体からなる化合物光吸収層を形成する工程と、界面層を形成する工程と、バッファ層を形成する工程と、表面電極層を形成する工程とを備え、各工程を真空下においてこの順で連続的に行う化合物太陽電池の製造方法を第２の要旨とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の化合物太陽電池は、化合物光吸収層とバッファ層との間に、上記の一般式（１）に示す組成の混晶からなる界面層が設けられている。このように、化合物光吸収層が、化合物光吸収層面に垂直な方向に結晶配向が比較的揃った混晶からなる界面層と接しているため、化合物光吸収層と界面層との界面で格子欠陥が生じにくく、キャリアの再結合が効果的に抑制され、変換効率の低下が防止される。また、バッファ層は化合物光吸収層面に垂直な方向に結晶配向した界面層上に形成されるため界面層の結晶配向の影響を受けて化合物光吸収層面に垂直な方向に結晶が揃いやすい。このため、光吸収層で生成した電子が表面電極層まで到達しやすく、再結合が抑制される。さらに、本発明の化合物太陽電池は、化合物光吸収層として、I-III-VI族化合物半導体を用いており、薄膜で高い変換効率を得られるとともに、変換効率の低下が防止されているため、優れた特性を有する。
【００１２】
また、バッファ層が、下記の一般式（２）に示す組成の混晶であると、バッファ層が可視光領域で透明に形成され、バッファ層における光吸収損をなくすことができるため、一層変換効率を高めることができる。
【化２】
2014045000.tif 000004
【００１３】
そして、上記バッファ層が、下記の一般式（３）に示す組成の混晶であると、バッファ層が可視光領域で透明に形成され、バッファ層における光吸収損をなくすことができるため、一層変換効率を高めることができる。
【化３】
2014045000.tif 000005
【００１４】
さらに、本発明の第１の要旨の化合物太陽電池を製造する方法であって、長尺状の基板を長手方向に走行させながら、上記基板の上にI-III-VI族化合物半導体からなる化合物光吸収層を形成する工程と、界面層を形成する工程と、バッファ層を形成する工程と、表面電極層を形成する工程とを備え、各工程を真空下においてこの順で連続的に行う化合物太陽電池の製造方法によると、従来のように、化合物光吸収層を真空下で形成した後、一旦大気下に取り出しバッファ層を形成し、再度真空下で表面電極層を形成することが不要となる。したがって、低コストで効率よく、優れた特性を有する化合物太陽電池を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態であるＣＩＧＳ太陽電池の断面図である。
【図２】上記ＣＩＧＳ太陽電池の製造に用いられるスパッタリング装置における陰極ターゲットと基板の位置関係の説明図である。
【図３】上記スパッタリング装置における陰極ターゲットと基板の位置関係の他の例を示す説明図である。
【図４】上記スパッタリング装置における陰極ターゲットと基板の位置関係のさらに他の例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
つぎに、本発明を実施するための形態について説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施の形態であるＣＩＧＳ太陽電池の断面図である。このＣＩＧＳ太陽電池は、基板１と、裏面電極層２と、ＣＩＧＳ光吸収層（化合物光吸収層）３と、バッファ層５と、表面電極層６とをこの順で備えており、上記ＣＩＧＳ光吸収層３とバッファ層５との間に、下記の一般式（１）に示す組成の混晶からなる界面層４が設けられた特殊な構成になっている。以下、各層を詳細に説明する。なお、図１において、各層の厚み、大きさ、外観等は模式的に示したものであり、実際とは異なっている（以下の図においても同じ）。
【００１８】
【化４】
2014045000.tif 000006
【００１９】
上記基板１は、支持基板として用いられるものであり、ガラス基板、金属基板、樹脂基板等のなかから、目的や設計上の必要に応じて適宜のものが選択して用いられる。上記ガラス基板としては、アルカリ金属元素の含有量が極めて低い低アルカリガラス（高歪点ガラス）、アルカリ金属元素を含まない無アルカリガラス、青板ガラス等が好ましく用いられる。なかでも、基板１として青板ガラスを用いると、基板１からＣＩＧＳ光吸収層３へアルカリ金属元素が拡散して太陽電池特性が向上するため、好ましい。アルカリ金属元素を含まないあるいは含有の少ない基板を用いる際には、ＣＩＧＳ光吸収層３の形成前後あるいは形成中に、アルカリ金属元素を添加することが好ましい。
【００２０】
また、上記基板１が長尺状で可撓性を有するものであると、ロールトゥロール方式またはステッピングロール方式でＣＩＧＳ太陽電池を製造することができるため、好ましい。なお、上記「長尺状」とは、長さ方向の長さが幅方向の長さの１０倍以上あるものをいい、３０倍以上あるものがより好ましく用いられる。
【００２１】
そして、上記基板１の厚みは、５〜２００μｍの範囲にあることが好ましく、より好ましくは１０〜１００μｍの範囲である。すなわち、厚みが厚すぎると、ＣＩＧＳ太陽電池の屈曲性が失われ、ＣＩＧＳ太陽電池を曲げた際にかかる応力が大きくなり、ＣＩＧＳ光吸収層３等の積層構造にダメージを与えるおそれがあり、逆に薄すぎると、ＣＩＧＳ太陽電池を製造する際に、基板１が座屈して、ＣＩＧＳ太陽電池の製品不良率が上昇する傾向がみられるためである。
【００２２】
上記基板１の上に形成された裏面電極層２は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）等により、単層または複層に形成されている。
【００２３】
そして、上記裏面電極層２の厚み（複層の場合は、各層の厚みの合計）は、１０〜１０００μｍの範囲にあることが好ましい。ただし、前記基板１が導電性を有し、裏面電極層２の機能を有する場合には、この裏面電極層２を設けなくともよい。
【００２４】
また、基板１由来の不純物が熱拡散するとＣＩＧＳ太陽電池の性能が悪影響を受けるため、これを防止することを目的として、基板１または裏面電極層２の上にバリア層（図示せず）を設けてもよい。このようなバリア層は、例えば、Ｃｒ、ニッケル（Ｎｉ）、ＮｉＣｒ、コバルト（Ｃｏ）等の形成材料を用い、スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法、ゾル・ゲル法、液相析出法等の方法により形成することができる。
【００２５】
裏面電極層２の上に形成されたＣＩＧＳ光吸収層３は、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、セレン（Ｓｅ）の４元素からなるカルコパイライト型結晶構造の化合物半導体で形成されている。そして、その厚みは、１．０〜３．０μｍの範囲にあることが好ましく、１．５〜２．５μｍの範囲にあることがより好ましい。厚みが薄すぎると、光吸収層として用いた際の光吸収量が少なくなり、太陽電池の性能が低下する傾向がみられ、逆に厚すぎると、ＣＩＧＳ光吸収層３の形成にかかる時間が増加し、生産性に劣る傾向がみられるためである。このようなＣＩＧＳ光吸収層３は、真空蒸着法、セレン化／硫化法、スパッタリング法等により形成することができる。
【００２６】
また、上記ＣＩＧＳ光吸収層３におけるＣｕ、Ｉｎ、Ｇａの組成比は、０．７＜Ｃｕ／（Ｇａ＋Ｉｎ）＜０．９５（モル比）の式を満たすことが好ましい。この式を満たすようになっていると、上記ＣＩＧＳ光吸収層３内にＣｕ(2-X)Ｓｅが過剰に取り込まれることをより阻止でき、しかも層全体としてわずかにＣｕが不足した状態にできるためである。また、同属元素であるＧａとＩｎとの比は、０．１０＜Ｇａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）＜０．４０（モル比）の範囲にあることが好ましい。
【００２７】
上記ＣＩＧＳ光吸収層３の上（バッファ層５との間）には、下記の一般式（１）に示す組成の単晶または混晶からなる界面層４が形成されている。このように、ＺｎＯまたはＺｎＳの比率を高めた界面層を、ＣＩＧＳ光吸収層３に接して形成するため、界面近傍における結晶の配向を一定方向に揃えることができ、界面近傍におけるキャリアの再結合を減少させることができるという優れた特性を有する。
【００２８】
【化５】
2014045000.tif 000007
【００２９】
より詳しく説明すると、上記界面層４（ＺｎＯＳ膜）は単晶または混晶であるが、ＺｎＯとＺｎＳとはそれぞれ異なる結晶構造を有しており、そのイオン半径、格子定数が異なっている。そして、上記一般式（１）において、Ｘが０．９＜Ｘ≦１の場合には、上記界面層４はＺｎＯの構成比率が大きく、ＺｎＯに基づくウルツ鉱型結晶構造を取るため、ＺｎＯとＺｎＳとのイオン半径、格子定数の差は結晶状態に大きく影響を及ぼさない。また、上記一般式（１）において、Ｘが０≦Ｘ＜０．１の場合には、ＺｎＳの構成比率が大きく、ＺｎＳに基づく亜鉛閃光型結晶構造を取るため、同様にイオン半径、格子定数の差異の影響が少ない。しかしながら、上記一般式（１）において、Ｘが０．１＜Ｘ≦０．９の場合には、界面層４に（００２）面以外にも(１０１)や（１００）等の配向が確認され、結晶配向に乱れが生じてしまうことが判明した。このように、界面層４の結晶配向がランダムになると、ＣＩＧＳ光吸収層３で生成された電子はスムーズに表面電極層６まで到達できず、太陽電池性能を低下させてしまうこととなる。
【００３０】
つぎに、上記界面層４の上に形成されたバッファ層５は、II族またはIII族元素を含む化合物の混晶で形成されている。そして、上記ＣＩＧＳ光吸収層３とｐｎ接合できるよう、高抵抗のｎ型半導体であることが好ましく、単層だけでなく、複数の層を積層したものであってもよい。このようなバッファ層５の形成材料としては、ＭｇおよびＺｎＯの混晶のほか、ＣｄＳ、ＺｎＭｇＯ、ＺｎＣａＯ、ＺｎＭｇＣａＯ、ＺｎＭｇＳｒＯ、ＺｎＳｒＯ、ＺｎＯ、ＺｎＳ、Ｚｎ（ＯＨ）2、Ｉｎ2Ｏ3、Ｉｎ2Ｓ3およびこれらの混晶であるＺｎ（Ｏ，Ｓ，ＯＨ）、Ｚｎ（Ｏ，Ｓ）等があげられる。なかでも、Ｚｎ（ＯY，Ｓ1-Y）（ただし、Ｙは０．５≦Ｙ＜１）、（ＺｎZ，Ｍｇ1-Z）Ｏ（ただし、Ｚは０．５≦Ｚ＜１）を用いると、より一層、伝達帯不連続性による変換効率の低下を抑制でき、しかも可視光領域で透明に形成することができるため、光吸収の損失をほぼなくすことができる。また、その厚みは、５０〜２００ｎｍの範囲にあることが好ましい。
【００３１】
そして、上記バッファ層５の上に形成された表面電極層６としては、透明導電層が用いられる。このような透明導電層としては、高透過率で低抵抗な薄膜となる材料が好ましく、ＧＺＯ、ＩＴＯ、ＩＺＯ、酸化亜鉛アルミニウム（Ａｌ：ＺｎＯ）等があげられる。また、その厚みは、５０〜３００ｎｍの範囲にあることが好ましい。そして、この透明電極層６の光透過率は、８０％を超えるものであることが好ましい。
【００３２】
上記構成のＣＩＧＳ太陽電池によれば、上記のように、ＣＩＧＳ光吸収層３とバッファ層５との間に、特定の組成からなる界面層４が設けられており、ＣＩＧＳ光吸収層３の界面において格子欠陥が生じにくく、キャリアの再結合が効果的に抑制されている。したがって、高い変換効率を損なうことなく、優れた性能を充分に発揮させることができる。また、ＣＩＧＳ光吸収層３がカルコパイライト構造を有し、薄膜で高い変換効率を実現することができるため、太陽電池そのものを薄膜に構成できる。このため、利用しない波長の光を高い確率で透過させることができ、太陽電池の使用用途、利用部位の幅を広げることができる。
【００３３】
上記ＣＩＧＳ太陽電池は、例えば、つぎのようにして製造することができる。まず、長尺状の基板１を準備し、その表面に、ロールトゥロール方式で、裏面電極層２、ＣＩＧＳ光吸収層３、界面層４、バッファ層５、表面電極層６をこの順で連続的に積層することによって得ることができる。以下、この製造方法を、各層の形成工程ごとに詳細に説明する。
【００３４】
〔裏面電極層２の形成工程〕
ロールトゥロール方式により、長尺状の基板１を走行させながら、その表面に、Ｍｏ等の形成材料を用いて、例えば、スパッタリング法、蒸着法、インクジェット法等により、裏面電極層２を形成する。
【００３５】
〔ＣＩＧＳ光吸収層３の形成工程〕
つぎに、上記裏面電極層２が形成された基板１を、同じくロールトゥロール方式で走行させながら、その裏面電極層２の上に、ＣＩＧＳ光吸収層３を形成する。ＣＩＧＳ光吸収層３の形成方法としては、例えば、真空蒸着法、セレン化／硫化法、スパッタリング法等があげられる。
【００３６】
〔界面層４の形成工程〕
そして、上記ＣＩＧＳ光吸収層３までが形成された基板１を、同じくロールトゥロール方式で走行させながら、そのＣＩＧＳ光吸収層３の上に、界面層４を形成する。界面層４の形成方法としては、例えば、スパッタリング法、蒸着法等があげられる。とりわけ、所望どおりの組成に制御しやすい点から、スパッタリング法が好ましく用いられる。上記スパッタリング法としては、所望どおりの組成の陰極ターゲットを用いるターゲットスパッタリング法でもよいし、Ｚｎ材料のスパッタ中に酸素および硫化水素等のカルコゲン分子または化合物を供給する反応性スパッタリング法であってもよく、他の方法であってもよい。また、スパッタリング法に用いる装置は、通常のマグネトロン型スパッタリング装置のほか、２枚の陰極ターゲットを対向して配置する対向ターゲット型スパッタリング装置を用いることができる。対向ターゲット型スパッタリング装置を用いると、対向する陰極ターゲット間にプラズマを閉じ込めることができ、基板１がプラズマに晒されないことから、荷電粒子（電子、イオン）や反跳アルゴンによるダメージが小さく、成膜面やその下地となる面に欠陥やボイドが生じにくいため、好適である。そして、上記一対のターゲットに対する印加は、高周波（ＲＦ）電源によるか、高周波（ＲＦ）電源に直流（ＤＣ）電源を重畳することが好適である。
【００３７】
なかでも、対向ターゲット型スパッタリング装置において、図２に示すように、基板１の層形成面から垂直状に延びる仮想中心軸αを想定し、この仮想中心軸αを挟んだ両側にこれら２枚の陰極ターゲット７，７’を対向させ、その両者７，７’が基板１の層形成面側（以下「基板１側」という）に向かって広がる略Ｖ字状となるよう配置したものを用いると、より少ない電力で成膜することができるため、成膜面やその下地となる面が、さらにダメージを受けにくくなり、好適である。とりわけ、上記陰極ターゲット７，７’のうち、少なくとも一方のターゲット７，（７’）の、仮想中心軸αに対する角θが５〜１５°の範囲に設定されていることが特に好適である。なお、図２においては、基板１に形成された裏面電極層２およびＣＩＧＳ光吸収層３の図示を省略している。
【００３８】
〔バッファ層５の形成工程〕
つぎに、上記界面層４までが形成された基板１を、ロールトゥロール方式で走行させながら、その界面層４の上に、バッファ層５を形成する。バッファ層５の形成方法としては、例えば、溶液成長法、真空蒸着法、ＣＶＤ法、ＡＬＤ法、スパッタリング法等があげられる。とりわけ、所望どおりの組成に制御しやすい点から、スパッタリング法が好ましく用いられ、上記界面層４の形成と同様、図２に示すように、陰極ターゲット７，７’が特殊な配置に設定された対向ターゲットスパッタリング装置を用いることが好適である。すなわち、この装置によれば、より少ない電力で成膜することができ、成膜面やその下地となる面が、さらにダメージを受けにくくなるためである。
【００３９】
〔表面電極層６の形成工程〕
そして、上記バッファ層５までが形成された基板１を、ロールトゥロール方式で走行させながら、そのバッファ層５の上に、表面電極層６を形成する。表面電極層６の形成方法としては、例えば、スパッタリング法、蒸着法、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）等があげられる。とりわけ、所望どおりの組成に制御しやすい点から、スパッタリング法が好ましく用いられ、上記界面層４およびバッファ層５の形成と同様、図２に示すように、陰極ターゲット７，７’が特殊な配置に設定された対向ターゲットスパッタリング装置を用いることが好適であり、その理由も同様である。
【００４０】
このようにして、本発明のＣＩＧＳ太陽電池を得ることができる。これによれば、従来のように、ＣＩＧＳ光吸収層３を形成した後、一旦、基材１を大気下に取り出してバッファ層５を形成し、再度、真空下で、表面電極層６を形成するという複雑な工程を経由させずに、真空下で連続して各工程を行うことができる。しかも、各工程を連続して行うにも関わらず、変換効率を高く維持することができるため、時間の短縮化と高品質の両立を実現することができる。
【００４１】
なお、上記の製法において、基板１が裏面電極層２の機能を有する場合（導電性を有する場合等）には、上記〔裏面電極層２の形成工程〕は不要であり、上記基板１をそのまま裏面電極層として利用することができる。
【００４２】
そして、上記の製法では、界面層４の形成と、バッファ層５の形成と、表面電極層６の形成の各工程に好適に用いられる対向ターゲットスパッタリング装置において、陰極ターゲット７、７’の組成やスパッタリングの条件によっては、上記陰極ターゲット７、７’を基板１側に向かって広がる略Ｖ字状に配置せず、図３に示すように、両ターゲット７、７’を平行に配置するようにしてもよい。また、図４に示すように、一方の陰極ターゲットのみ（この例では、陰極ターゲット７）を、仮想中心軸αに対し、角θだけ傾けた形で配置するようにしてもよい。
【００４３】
さらに、上記の製法では、裏面電極層２、ＣＩＧＳ光吸収層３、界面層４、バッファ層５、表面電極層６の各層の形成を、ロールトゥロール方式で行ったが、必ずしもロールトゥロール方式を採用する必要はなく、当初から基板１を枚葉タイプで準備して並べ、その上に順次、各層を形成していく方式を用いても差し支えない。しかし、各層の形成を、ロールトゥロール方式で連続的に行うと、生産効率がよい。とりわけ、長尺状の基板を長手方向に走行させながら、上記基板の上にＣＩＧＳ光吸収層３、界面層４と、バッファ層５と、表面電極層６とを、真空下においてこの順で連続的に形成すると、低コストで優れた特性を有するＣＩＧＳ太陽電池を得ることができるため、好適である。
【実施例】
【００４４】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。ただし、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００４５】
〔実施例１〕
（裏面電極層の形成）
まず、脱脂したソーダライムガラス（厚み０．５５ｍｍ、幅２０ｍｍ、長さ２０ｍｍの平面視正方形状）からなる基板の表面に、マグネトロンスパッタリング装置（アルバック社製、ＳＨ−４５０）を用いて、放電ガスにはアルゴンを使用し、スパッタリング圧力が１Ｐａとなるよう直流（ＤＣ）電源を用い、スパッタリングレート６０ｎｍ／ｍｉｎの条件で、厚み０．８μｍのＭｏからなる裏面電極層を形成した。
【００４６】
（ＣＩＧＳ光吸収層の形成）
つぎに、上記で形成された裏面電極層の上に、ＣＩＧＳ光吸収層を形成した。すなわち、真空蒸着装置のチャンバー内に、Ｇａ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｓｅのそれぞれを蒸着源として配置し、このチャンバー内を真空度１×１０-4Ｐａとし、基板温度を２５０℃にした状態でＩｎ、Ｇａ、Ｓｅを同時に３２分間蒸着した。その後、基板温度を２０℃／分の昇温速度で５５０℃まで昇温しながらＣｕおよびＳｅを同時に３３分間蒸着し、最後に基板温度を５５０℃に保ったままＩｎ、ＧａおよびＳｅを同時に蒸着して上記裏面電極層の上にＣＩＧＳ光吸収層を形成した。上記蒸着源の温度はそれぞれＧａ：９５０℃、Ｉｎ：７８０℃、Ｃｕ：１１００℃、Ｓｅ：１４０℃、となるよう加熱した。得られたＣＩＧＳ光吸収層の組成（原子数％）は、Ｃｕ／III族＝０．８９、Ｇａ／III族＝０．３１であり、その厚みは２．１μｍであった。
【００４７】
（界面層の形成）
つぎに、図２に示す一対の陰極ターゲットが略Ｖ字状に配置された対向ターゲットスパッタ装置（仮想中心軸αに対する角θがそれぞれ１０°）を用いて、上記で形成されたＣＩＧＳ光吸収層の上に、界面層を形成した。なお、陰極ターゲットとして、ＺｎＯからなる組成のものを使用し、スパッタリングの際の放電ガスにＡｒを用い、高周波（ＲＦ）電源により、電力１００Ｗ、スパッタリング圧力０．３Ｐａの条件下で、形成時間を調整することにより、膜厚０．５ｎｍの界面層を得た。
【００４８】
（バッファ層の形成）
つぎに、上記界面層の形成と同様、図２に示す一対の陰極ターゲットが略Ｖ字状に配置された対向ターゲットスパッタ装置（仮想中心軸αに対する角θがそれぞれ１０°）を用いて、上記で形成された界面層の上に、バッファ層を形成した。なお、陰極ターゲットとして、Ｚｎ0.85Ｍｇ0.15Ｏからなる組成のものを使用し、スパッタリングの際の放電ガスにＡｒを用い、高周波（ＲＦ）電源により、電力密度０．７ｋＷ／ｃｍ2、スパッタリング圧力０．３Ｐａの条件下で、電力および形成時間を調整することにより、膜厚７０ｎｍのバッファ層を得た。
【００４９】
（表面電極層の形成）
つぎに、マグネトロンスパッタリング装置（アルバック社製、ＳＨ−４５０）を用いて、上記で形成されたバッファ層の上に、表面電極層を形成した。なお、陰極ターゲットとして、ＩＴＯ（Ｉｎ2Ｏ3：９０〔原子数％〕、ＳｎＯ2：１０〔原子数％〕）を用い、放電ガスにはＡｒとＯ2（Ａｒ流量の１／１０）との混合ガスを使用し、スパッタリング圧力が０．３Ｐａとなるよう高周波（ＲＦ）電源を用い、スパッタリングレート２０ｎｍ／ｍｉｎの条件で、厚み２００ｎｍのＩＴＯからなる表面電極層を形成した。
【００５０】
〔実施例２〜２７〕
製造条件を、後記の表１〜３に示すように変更した以外は、実施例１と同様にして、ＣＩＧＳ太陽電池を得た。
【００５１】
〔比較例１および２〕
界面層を形成せず、製造条件を後記の表４に示すように変更した以外は、実施例１と同様にして、ＣＩＧＳ太陽電池を得た。
【００５２】
〔比較例３〜１４〕
製造条件を、後記の表４に示すように変更した以外は、実施例１と同様にして、ＣＩＧＳ太陽電池を得た。
【００５３】
このようにして得られた実施例および比較例のＣＩＧＳ太陽電池の変換効率を、下記のとおり測定し、下記の表１〜４に併せて示す。
【００５４】
＜変換効率＞
実施例および比較例のＣＩＧＳ太陽電池をそれぞれ２０個準備し、これらに擬似太陽光（Ａｉｒ  Ｍａｓｓ＝１．５）を照射し、ＩＶ計測システム（山下電装社製）を用いて、それぞれの変換効率を測定した。
【００５５】
【表１】
2014045000.tif 000008
【００５６】
【表２】
2014045000.tif 000009
【００５７】
【表３】
2014045000.tif 000010
【００５８】
【表４】
2014045000.tif 000011
【００５９】
上記の結果から、実施例１〜２７のＣＩＧＳ太陽電池は、いずれも変換効率が９．０％以上の優れた変換効率を有していることがわかった。一方、従来どおり、界面層を設けなかった比較例１および２のＣＩＧＳ太陽電池は、変換効率が低くなっていた。これは、ＣＩＧＳ光吸収層とバッファ層との界面において、キャリアの再吸収が行われたことに起因するものと考えられる。また、界面層を設けても、その組成が前記一般式（１）を満たしていない比較例３〜１４のＣＩＧＳ太陽電池は、いずれも変換効率が８．５％以下であり、界面層を設けなかった比較例１および２と同様の低い変換効率を示していた。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の化合物太陽電池は、薄膜でありながら変換効率が高いため、様々な用途へ応用することができる。また、本発明の化合物太陽電池の製造方法は、バッファ層の形成を大気下に取り出さずに前後の工程に続いて連続的に行うことができるため、低コストで効率よく太陽電池を製造するのに適している。
【符号の説明】
【００６１】
１        基板
３        ＣＩＧＳ光吸収層
４        界面層
５        バッファ層
６        表面電極層
【図１】
2014045000.tif 000016
【図２】
2014045000.tif 000017
【図３】
2014045000.tif 000018
【図４】
2014045000.tif 000019