(57)【要約】【課題】  太陽電池における導電層（裏面電極）と光吸収層との密着性を向上させる。また、導電層と光吸収層との間にＧａ含有層を含む太陽電池よりも低コストの太陽電池を提供する。【解決手段】  太陽電池の構成を、基体１１と、基体１１上に形成された導電層１２と、導電層１２上に形成されたＩｂ族元素、IIIｂ族元素及びVIｂ族元素を含有する化合物半導体を含む光吸収層１４と、光吸収層１４上に形成された透明導電層１７とを含み、導電層１２と光吸収層１４との間に、導電層１２と光吸収層１４との双方に接触したＡｌを含有する接合強化層１３を更に含む構成とする。【選択図】  図１
2006059993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体上に形成された導電層と、
前記導電層上に形成された、Ｉｂ族元素、IIIｂ族元素及びVIｂ族元素を含有する化合物半導体を含む光吸収層と、
前記光吸収層上に形成された透明導電層と、
を含む太陽電池であって、
前記導電層と前記光吸収層との間に、前記導電層と前記光吸収層との双方に接触したＡｌを含有する接合強化層を更に含むことを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
基体と、
前記基体上に形成された透明導電層と、
前記透明導電層上に形成された、Ｉｂ族元素、IIIｂ族元素及びVIｂ族元素を含有する化合物半導体を含む光吸収層と、
前記光吸収層上に形成された導電層と、
を含む太陽電池であって、
前記導電層と前記光吸収層との間に、前記導電層と前記光吸収層との双方に接触したＡｌを含有する接合強化層を更に含むことを特徴とする太陽電池。
【請求項３】
前記光吸収層が、前記接合強化層側の表層に、前記化合物半導体よりもバンドギャップが大きく、前記化合物半導体を構成する元素とＡｌとを含むワイドバンドギャップ部を更に有し、
前記ワイドバンドギャップ部が、接合強化層と接触している請求項１又は２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記接合強化層が、Ａｌ膜である請求項１又は２に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記接合強化層が、Ａｌ2Ｓｅ3膜である請求項１又は２に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記接合強化層が、Ｍｏを更に含有する請求項１又は２に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記接合強化層が、Ｍｏ（Ｓｉ，Ａｌ）2膜である請求項６に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記接合強化層が、Ｃｕ（Ｉｎ，Ａｌ）Ｓｅ2膜である請求項１又は２に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記接合強化層における単位面積あたりの前記Ａｌの堆積量が、２．７×１０-6ｍｇ／ｍｍ2以上、かつ５．４×１０-4ｍｇ／ｍｍ2以下の範囲内である請求項１又は２に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記光吸収層の前記化合物半導体が、前記Ｉｂ族元素としてＣｕを含有し、前記IIIｂ族元素としてＩｎ及びＧａからなる群より選択される少なくとも１種類の元素を含有し、かつ、Ｓｅ及びＳからなる群より選択される少なくとも１種類の元素を含有する請求項１又は２に記載の太陽電池。
【請求項１１】
前記導電層が、Ｍｏ膜である請求項１又は２に記載の太陽電池。
【請求項１２】
前記基体が、ガラス基板である請求項１又は２に記載の太陽電池。
【請求項１３】
基体上に、導電層を形成する工程と、
前記導電層上に、Ｉｂ族元素、IIIｂ族元素及びVIｂ族元素を含有する化合物半導体を含む光吸収層を形成する工程と、
前記光吸収層上に、透明導電層を形成する工程と、
を含む太陽電池の製造方法であって、
前記導電層を形成した後であり、かつ前記光吸収層を形成する前に、Ａｌを含有する接合強化層を前記導電層上に形成する工程を更に含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項１４】
基体上に、透明導電層を形成する工程と、
前記透明導電層上に、Ｉｂ族元素、IIIｂ族元素及びVIｂ族元素を含有する化合物半導体を含む光吸収層を形成する工程と、
前記光吸収層上に、導電層を形成する工程と、
を含む太陽電池の製造方法であって、
前記光吸収層を形成した後であり、かつ前記導電層を形成する前に、Ａｌを含有する接合強化層を前記光吸収層上に形成する工程を更に含むことを特徴とする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、太陽電池に関するものである。特に、本発明は、Ｉｂ族元素、IIIｂ族元素及びVIｂ族元素を含有する化合物半導体からなる光吸収層を備えた太陽電池に好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来から、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2（以下、ＣＩＧＳと略記する）に代表されるカルコパイライト型結晶構造の化合物半導体からなる光吸収層を備えた太陽電池において、裏面電極と光吸収層との間にＧａ含有層を形成することによって、裏面電極と光吸収層との密着性を改善する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、ＣＩＧＳ膜よりもバンドギャップを大きくできるＣｕ（Ｉｎ，Ａｌ）Ｓｅ2膜を光吸収層として用いた太陽電池が知られている（例えば、特許文献２参照）。ＣｕＩｎＳｅ2にＡｌを添加した場合、ＣｕＩｎＳｅ2にＡｌに代えてこれと同量のＧａを添加した場合より、ＣｕＩｎＳｅ2のバンドギャップを大きくすることができる。すなわち、同じバンドギャップを有するＣｕ（Ｉｎ，Ａｌ）Ｓｅ2膜とＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜とを比較した場合、Ｃｕ（Ｉｎ，Ａｌ）Ｓｅ2膜におけるＡｌの含有率は、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜におけるＧａの含有率よりも小さい。したがって、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜よりもＣｕ（Ｉｎ，Ａｌ）Ｓｅ2膜の方が、結晶品質を保ちやすく、光吸収層と導電層との界面における密着性も向上させることができる。
【特許文献１】特開平２−９４６６９号公報
【特許文献２】特開平１１−２７４５２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
Ｇａ含有層を備えた太陽電池では裏面電極と光吸収層との密着性は向上するが、密着性が高ければ高いほど機械的強度や経年耐久性は向上するため、更なる改善の余地があった。
【０００５】
また、Ｃｕ（Ｉｎ，Ａｌ）Ｓｅ2膜は、薄膜であれば、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜よりも結晶品質を保ち易いため、Ｃｕ（Ｉｎ，Ａｌ）Ｓｅ2膜と導電層との界面における密着性は向上する。しかしながら、Ｃｕ（Ｉｎ，Ａｌ）Ｓｅ2膜は、光吸収層として要求される厚さ程度の厚い膜であれば、光吸収層として要求される結晶品質よりも悪くなる。したがって、光吸収層としてＣｕ（Ｉｎ，Ａｌ）Ｓｅ2膜そのものを用いても、光吸収層の特性が劣化するためにエネルギー変換効率等の太陽電池特性に優れた太陽電池を作製することは困難であった。
【０００６】
そこで、本発明では、光吸収層の特性を劣化させることなく太陽電池における導電層と光吸収層との密着性を改善する。また、本発明では、Ｇａ含有層よりも低コストで接合強化層を形成することによって、安価な太陽電池を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明に係る太陽電池は、基体と、基体上に形成された導電層と、導電層上に形成されたＩｂ族元素、IIIｂ族元素及びVIｂ族元素を含有する化合物半導体を含む光吸収層と、光吸収層上に形成された透明導電層とを含む太陽電池であって、導電層と光吸収層との間に、導電層と光吸収層との双方に接触したＡｌ（アルミニウム）を含有する接合強化層を更に含むことを特徴とする。
【０００８】
本明細書においては、各族の名称は、ＩＵＰＡＣの短周期型周期表に従って命名する。なお、ＩＵＰＡＣの推奨する長周期型周期表においては、「Ｉｂ族」、「IIIｂ族」及び「VIｂ族」は、それぞれ、「１１族」、「１３族」及び「１６族」を意味する。
【０００９】
また、上記の課題を解決するために、本発明に係る太陽電池は、基体と、基体上に形成された透明導電層と、透明導電層上に形成されたＩｂ族元素、IIIｂ族元素及びVIｂ族元素を含有する化合物半導体を含む光吸収層と、光吸収層上に形成された導電層とを含む太陽電池であって、導電層と光吸収層との間に、導電層と光吸収層との双方に接触したＡｌを含有する接合強化層を更に含むことを特徴とする。
【００１０】
また、上記の課題を解決するために、本発明に係る太陽電池の製造方法は、基体上に導電層を形成する工程と、導電層上にＩｂ族元素、IIIｂ族元素及びVIｂ族元素を含有する化合物半導体を含む光吸収層を形成する工程と、光吸収層上に透明導電層を形成する工程とを含む太陽電池の製造方法であって、導電層を形成した後であり、かつ光吸収層を形成する前に、Ａｌを含有する接合強化層を導電層上に形成する工程を更に含むことを特徴とする。
【００１１】
また、上記の課題を解決するために、本発明に係る太陽電池の製造方法は、基体上に透明導電層を形成する工程と、透明導電層上にＩｂ族元素、IIIｂ族元素及びVIｂ族元素を含有する化合物半導体を含む光吸収層を形成する工程と、光吸収層上に導電層を形成する工程とを含む太陽電池の製造方法であって、光吸収層を形成した後であり、かつ導電層を形成する前に、Ａｌを含有する接合強化層を光吸収層上に形成する工程を更に含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の太陽電池であれば、Ａｌを含有する接合強化層を形成したことによって、Ｇａを含有する場合よりも導電層と光吸収層との間の密着性を改善することができる。これにより、太陽電池における機械的強度、経年耐久性及び太陽電池特性が向上する。また、ＡｌがＧａよりも安価であるため、Ｇａ含有層を備えた太陽電池よりも安価に太陽電池を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の太陽電池は、サブストレート型太陽電池であっても、スーパーストレート型太陽電池であってもよい。本発明のサブストレート型太陽電池は、上述のように、基体と、基体上に形成された導電層と、導電層上に形成されたＡｌを含有する接合強化層と、接合強化層上に形成された光吸収層と、光吸収層上に形成された透明導電層とを含む構成である。一方、本発明のスーパーストレート型太陽電池は、上述のように、基体と基体上に形成された透明導電層と、透明導電層上に形成された光吸収層と、光吸収層上に形成された接合強化層と、接合強化層上に形成された導電層とを含む。
【００１４】
本発明の太陽電池においては、更に、光吸収層と透明導電層との間に窓層及び／又はバッファー層等のその他の層が形成されていてもよい。エネルギー変換効率等の太陽電池特性に優れた太陽電池を得るためには、窓層及び／又はバッファー層を形成することが好ましい。ただし、本発明の太陽電池では、導電層と接合強化層との間、及び、接合強化層と光吸収層との間には他の層は形成されないことに注意を要する。
【００１５】
本発明の太陽電池では、導電層と光吸収層との間に、導電層及び光吸収層の双方と接触する接合強化層を形成したことによって、導電層と光吸収層とを接合させる場合に比べて、導電層と光吸収層との密着性を向上させることができる。これにより、機械的強度、経年耐久性及び太陽電池特性を向上させることができる。
【００１６】
接合強化層は、Ａｌを含有する限りにおいて、ＡｌのみからなるＡｌ膜であっても、Ａｌを含有する化合物からなるＡｌ化合物膜であってもよい。好ましくは、Ｇａを実質的に含有しない構成であることが好ましい。なお、Ｇａを実質的に含まない接合強化層は、接合強化層の形成において意図的にはＧａを供給せずに形成された接合強化層を意味する。Ａｌ化合物膜としては、例えば、Ａｌ2Ｓｅ3膜、Ｃｕ（Ｉｎ，Ａｌ）Ｓｅ2膜及びＭｏ（Ｓｉ，Ａｌ）2膜が挙げられる。
【００１７】
本発明の太陽電池では、光吸収層が、接合強化層側の表層に、化合物半導体よりもバンドギャップが大きく、化合物半導体を構成する元素とＡｌとを含むワイドバンドギャップ部を更に有し、ワイドバンドギャップ部が、接合強化層と接触している構成とすることができる。本発明のサブストレート型太陽電池では、一般的に、光吸収層を形成する際に、接合強化層に含まれるＡｌの一部が光吸収層に拡散することとなり、光吸収層における接合強化層側の表層には、光吸収層を構成する元素とＡｌとを含むワイドバンドギャップ部が形成される。また、本発明のスーパーストレート型太陽電池では、一般的に、接合強化層を形成する際に、接合強化層に含まれるＡｌの一部が光吸収層に拡散し、光吸収層における接合強化層側の表層には、光吸収層を構成する元素とＡｌとを含むワイドバンドギャップ部が形成される。ワイドバンドギャップ部は、光吸収層においてＡｌを含有していない部分よりもバンドギャップが大きいため、光吸収層にワイドバンドギャップ部が形成されれば、太陽電池の開放端電圧は増加する。
【００１８】
また、Ａｌを拡散させたワイドバンドギャップ部のバンドギャップは、Ａｌの拡散量と同量のＧａを拡散させた場合に比べて、大きくすることができる。また、Ａｌを拡散させたワイドバンドギャップ部と、これと同一のバンドギャップを有するＧａを拡散させたワイドバンドギャップ部とを比較した場合、Ａｌを拡散させた場合の方が、Ｇａを拡散させた場合よりもワイドバンドギャップ部の結晶品質を向上させることができる。なお、Ａｌの拡散量は、サブストレート型太陽電池であれば、光吸収層を形成する際の形成条件を変化させることによって、スーパーストレート型太陽電池であれば、接合強化層を形成する際の形成条件を変化させることによって調整することができる。
【００１９】
接合強化層は、光吸収層よりバンドギャップが大きいＡｌを含有する化合物半導体で構成されていることが好ましい。導電層と光吸収層との密着性を向上させることができると共に、太陽電池の開放端電圧を更に増加させることができるからである。
【００２０】
本発明の太陽電池では、接合強化層が、Ａｌ膜であることが好ましい。導電層と光吸収層との密着性を向上できると共に、光吸収層にワイドバンドギャップ部を形成できるからである。
【００２１】
本発明の太陽電池では、接合強化層が、Ａｌ2Ｓｅ3膜であることが好ましい。導電層と光吸収層との密着性を向上できると共に、光吸収層にワイドバンドギャップ部を形成できるからである。
【００２２】
本発明の太陽電池では、接合強化層が、Ｍｏ（モリブデン）を更に含有する構成であることが好ましい。接合強化層がＡｌと共にＭｏを含有する場合、更に、密着性を向上できるからである。
【００２３】
本発明の太陽電池では、接合強化層が、Ｍｏ（Ｓｉ，Ａｌ）2膜であることが好ましい。導電層と光吸収層との密着性を向上できると共に、光吸収層にワイドバンドギャップ部を形成できるからである。
【００２４】
本発明の太陽電池では、接合強化層が、Ｃｕ（Ｉｎ，Ａｌ）Ｓｅ2膜であることが好ましい。導電層と光吸収層との密着性を向上できると共に、光吸収層にワイドバンドギャップ部を形成できるからである。また、接合強化層自体が、光吸収層よりもバンドギャップの大きな化合物半導体層であるため、更に、太陽電池の開放端電圧を向上させることができる。
【００２５】
接合強化層における単位面積あたりのＡｌの堆積量が、２．７×１０-6ｍｇ／ｍｍ2以上、かつ５．４×１０-4ｍｇ／ｍｍ2以下の範囲内である構成とすることが好ましい。この構成であれば、導電層と光吸収層との密着性を確実に改善できるからである。ここで、Ａｌの堆積量とは、接合強化層を形成する工程におけるＡｌの堆積量を意味する。なお、接合強化層におけるＡｌの堆積量は、エッチングとＳＩＭＳ装置等によるＡｌ含有量の測定を繰り返し行うことによって算出できる。また、Ａｌが拡散しない基板（例えば、シリコン基板やガラス基板）上に同一条件で形成された接合強化層にエッチングとＳＩＭＳ装置等によるＡｌ含有量の測定を繰り返し行うことによって、より正確に算出できる。具体的には、単位面積あたりのＡｌの堆積量が２．７×１０-6ｍｇ／ｍｍ2以上、かつ５．４×１０-4ｍｇ／ｍｍ2以下の範囲内とは、例えば、Ａｌ膜の場合には膜厚が１ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲内を意味し、Ａｌ2Ｓｅ3膜の場合には膜厚が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内を意味し、Ｃｕ（ＩｎxＡｌ1-x）Ｓｅ2膜（ｘ＝０．５〜０．９５）の場合には概ね１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内を意味し、Ｍｏ（ＳｉyＡｌ1-y）2膜（ｙ＝０〜１）の場合には概ね１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内を意味する。また、良好に密着性を向上させるためには、Ａｌの堆積量を１．４×１０-5ｍｇ／ｍｍ2以上、かつ２．７×１０-4ｍｇ／ｍｍ2以下の範囲内に調整することが好ましい。
【００２６】
基体としては、導電性を有する基体や絶縁性を有する基体等の任意の基体を用いることができる。ただし、スーパーストレート型太陽電池であれば、基体を通過した太陽光を光吸収層で吸収するため、基体は光透過性を有する必要がある。また、基体は、自己で形状を保持できるセルフサポート基体であってもよいし、可撓性を有する基体であってもよい。導電性を有する基体としては、デュラルミン基板等のアルミニウム合金基板及びステンレススチール基板が例示できる。また、絶縁性を有する基体としては、ガラス基板及びポリイミド基板が例示できる。
【００２７】
同一基体上に複数の太陽電池素片を形成し、かつ少なくとも２つの太陽電池素片を基板上で電気的に直列に接続させて用いる直列構造接続型の太陽電池の場合には、絶縁性を有する基体を用いるか、又は、任意の基板と任意の基板上に形成された絶縁膜とを備える基体を用いる。任意の基板と導電層との間に形成する絶縁膜としては、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜が例示できる。
【００２８】
光吸収層を構成する化合物半導体は、Ｉｂ族元素、IIIｂ族元素及びVIｂ族元素を含有する構成（以下において、Ｉｂ−IIIｂ−VIｂ半導体とも称する）である。つまり、光吸収層の化合物半導体には、少なくとも１種類のＩｂ族元素と、少なくとも１種類のIIIｂ族元素と、少なくとも１種類のVIｂ元素が含まれている。光吸収層の化合物半導体としては、カルコパイライト型結晶構造を有するＩｂ−IIIｂ−VIｂ半導体が好ましい。この構成であれば、エネルギー変換効率等の太陽電池特性が高い太陽電池となるからである。なお、光吸収層の化合物半導体には、所望により他の元素を更に含む構成であってもよい。
【００２９】
光吸収層の化合物半導体が、Ｉｂ族元素としてＣｕを含有し、IIIｂ族元素としてＩｎ及びＧａからなる群より選択される少なくとも１種類の元素を含有し、かつ、Ｓｅ及びＳからなる群より選択される少なくとも１種類の元素を含有する構成であることが好ましい。この構成であれば、カルコパイライト型結晶構造を有するＩｂ−IIIｂ−VIｂ半導体からなる光吸収層を形成できることによって、エネルギー変換効率等の太陽電池特性が極めて高く、機械的強度や経年耐久性が極めて高い太陽電池となる。具体的には、光吸収層を構成する化合物半導体としては、ＣｕＩｎＳｅ2、ＣｕＩｎ（Ｓｅ，Ｓ）2、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2及びＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）2が例示できる。
【００３０】
導電層としては、公知のいかなる構成の導電層を用いてもよく、Ｍｏ膜等の金属膜が例示できる。なお、導電層は、電極として機能するため導電率の高い物質で形成することが好ましい。
【００３１】
バッファー層及び／又は窓層を更に形成する場合には、公知のいかなる構成のバッファー層及び／又は窓層を用いてもよい。バッファー層としては、例えば、ＣｄＳ及びＺｎＯ結晶を有する膜が挙げられる。また、窓層としては、例えば、ＺｎＯ膜及びＺｎＯ結晶を有する膜を用いることができる。なお、バッファー層と窓層との双方を形成する場合には、バッファー層及び窓層として、それぞれ、ＣｄＳ膜及びＺｎＯとすることが好ましい。
【００３２】
透明導電層としては、公知のいかなる構成の透明導電層であってもよく、例えば、ＺｎＯ結晶にＡｌ等のIIIｂ族元素をドープしたＺｎＯ：Ａｌ膜及びＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）膜が挙げられる。
【００３３】
ここで、本発明の太陽電池の製造方法について説明する。本発明のサブストレート型太陽電池の製造方法は、上述のように、基体上に導電層を形成する工程と、導電層上にＡｌを含有する接合強化層を形成する工程と、接合強化層上に光吸収層を形成する工程と、光吸収層上に透明導電層を形成する工程とを含む。一方、本発明のスーパーストレート型太陽電池の製造方法は、基体上に透明導電層を形成する工程と、透明導電層上に光吸収層を形成する工程と、光吸収層上にＡｌを含有する接合強化層を形成する工程と、前記接合強化層上に導電層を形成する工程とを含む。なお、接合強化層は、導電層と光吸収層とに接触するように形成される。これらの製造方法であれば、導電層と光吸収層との間にＡｌを含有する接合強化層が形成されることになり、導電層と光吸収層とを密着させることができる。
【００３４】
接合強化層を形成する工程では、スパッタリング技術や、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、イオンビーム蒸着法等の真空蒸着技術を用いることができる。なお、導電層、光吸収層及び透明導電層の形成においては、いかなる公知技術を用いてもよい。
【００３５】
本発明の太陽電池の製造方法は、更に、バッファー層や窓層を形成する工程を含んでいてもよい。例えば、バッファー層及び窓層を備えるサブストレート型太陽電池の場合、光吸収層を形成した後であって透明導電層を形成する工程前に、光吸収層上にバッファー層を形成する工程を行い、引き続き、バッファー層上に窓層を形成する工程を行う。また、バッファー層及び窓層を備えるスーパーストレート型太陽電池の場合、透明導電層を形成した後であって光吸収層を形成する工程前に、透明導電層上に窓層を形成する工程を行い、引き続き、窓層上にバッファー層を形成する工程を行う。なお、バッファー層及び窓層の形成においては、いかなる公知技術を用いてもよい。
【００３６】
基体が可撓性を有する場合、予め基体をロール状に巻き付けておき、ロール状の基体の巻き付きを解きながら平板状の基体を連続して送出すれば、太陽電池を連続的に製造することもできる。この構成であれば、太陽電池を容易に大量生産することができる。
【００３７】
（実施の形態１）
本実施の形態１の太陽電池について、図１を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態１に係る太陽電池の積層構造を表す模式的な断面図である。
【００３８】
図１に示された太陽電池１０は、基体１１と、基体１１上に形成された導電層１２と、導電層１２の一部の表面上に形成された接合強化層１３と、導電層１２の他の一部の表面上に形成された第２の取り出し電極１９と、接合強化層１３上に形成された光吸収層１４と、光吸収層１４上に形成されたバッファー層１５と、バッファー層１５上に形成された窓層１６と、窓層１６上に形成された透明導電層１７と、透明導電層１７の一部の表面上に形成された第１の取り出し電極１８とを備えたサブストレート型の太陽電池である。なお、光吸収層１４がｐ形伝導性を有し、かつバッファー層１５がｎ形伝導性を有しており、光吸収層１４とバッファー層１５とによってｐｎ接合が形成されている。
【００３９】
接合強化層１３は、Ａｌ膜、Ａｌ2Ｓｅ3膜、Ｃｕ（Ｉｎ，Ａｌ）Ｓｅ2膜又はＭｏ（Ｓｉ，Ａｌ）2膜である。なお、単位面積あたりのＡｌの堆積量は、２．７×１０-6ｍｇ／ｍｍ2以上、かつ５．４×１０-4ｍｇ／ｍｍ2以下の範囲内とする。
【００４０】
また、導電層１２は、Ｍｏ膜等の金属膜である。光吸収層１４は、Ｃｕリッチ組成のカルコパイライト型結晶構造のＣｕＩｎＳｅ2膜、Ｃｕリッチ組成のカルコパイライト型結晶構造のＣｕＩｎ（Ｓｅ，Ｓ）2膜、Ｃｕリッチ組成のカルコパイライト型結晶構造のＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜又はＣｕリッチ組成のカルコパイライト型結晶構造のＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）2膜である。
【００４１】
図１に示された本実施の形態１の太陽電池１０であれば、導電層１２と光吸収層１４とを接合強化層１３を介して密着させることができるため、機械的強度や経年耐久性に優れ、かつエネルギー変換効率等の太陽電池特性に優れた太陽電池となる。
【００４２】
ここで、図１に示された太陽電池１０の製造方法について説明する。まず、スパッタ法等を適用して基体１１の全面に導電層１２を形成する。次に、スパッタ法等を適用して導電層１２の全面に接合強化層１３を形成する。次に、真空蒸着法等を適用して接合強化層１３の全面に光吸収層１４を形成する。次に、化学浴析出法等を適用して光吸収層１４の全面にバッファー層１５を形成する。次に、スパッタ法等を適用してバッファー層１５の全面に窓層１６を形成する。次に、スパッタ法等を適用して窓層１６の全面に透明導電層１７を形成する。次に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、透明導電層１７、窓層１６、バッファー層１５、光吸収層１４及び接合強化層１３の一部を除去して、導電層１２の一部を露出させる。次に、スパッタ法等を適用して導電層１２の露出した表面上及び透明導電層１７の表面上に電極形成用の導電膜を堆積させた後、電極形成用の導電膜をフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いてパターニングして、第１の取り出し電極１８及び第２の取り出し電極１９を形成する。
【実施例１】
【００４３】
本実施例１の太陽電池は、上記の実施の形態１に係る太陽電池の具体例である。本実施例１の太陽電池は図１に示された太陽電池１０と積層構造が同一であるため、本実施例１においては便宜的に図１を参照する。
【００４４】
本実施例１の太陽電池１０は、基体１１としてのソーダライムガラス基板と、導電層１２としてのＭｏ膜と、接合強化層１３としてのＡｌ膜と、光吸収層１４としてのＣｕリッチ組成のカルコパイライト型結晶構造のＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜と、バッファー層１５としてのＣｄＳ膜と、窓層１６としてのＺｎＯ膜と、透明導電層１７としてのＩＴＯ膜と、第１の取り出し電極１８としてのＡｕ電極と、第２の取り出し電極１９としてのＡｕ電極とを備えた構成である。
【００４５】
Ａｌ膜（接合強化層１３）における単位面積あたりのＡｌの堆積量は、１．４×１０-5ｍｇ／ｍｍ2とした。
【００４６】
ここで、本実施例１の太陽電池１０の製造方法について説明する。まず、所定の形状のソーダライムガラス基板（基体１１）を準備した。次に、ＲＦスパッタリングによって、ソーダライムガラス基板（基体１１）の全面にＭｏ膜（導電層１２）を形成した。Ｍｏ膜（導電層１２）の形成において、スパッタ圧力は２．６Ｐａ（２×１０-2Ｔｏｒｒ）とし、Ｍｏ膜の厚さは０．５μｍとした。
【００４７】
次に、ＤＣスパッタリングによって、Ｍｏ膜（導電層１２）の全面にＡｌ膜（接合強化層１３）を形成した。Ａｌ膜（接合強化層１３）の形成において、スパッタ圧力は０．２６Ｐａ（２×１０-3Ｔｏｒｒ）とし、Ａｌ膜の厚さは５．０ｎｍ（１．４×１０-5ｍｇ／ｍｍ2）とした。
【００４８】
次に、光吸収層１４を形成する第１段階として、ソーダライムガラス基板（基体１１）の基板温度を３５０℃に保ち、かつ電離真空計を援用してＩｎ蒸気、Ｇａ蒸気及びＳｅ蒸気の圧力を制御しながら、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｅをＡｌ膜（接合強化層１３）の全面に堆積させた。この第１段階において、Ｉｎ蒸気の圧力を１．０６４×１０-4Ｐａ（８×１０-7Ｔｏｒｒ）とし、Ｇａ蒸気の圧力を３．９９×１０-5Ｐａ（３×１０-7Ｔｏｒｒ）とし、Ｓｅ蒸気の圧力を２．６６×１０-3Ｐａ（２×１０-5Ｔｏｒｒ）とした。次に、光吸収層１４を形成する第２段階として、ソーダライムガラス基板（基体１１）の基板温度を６００℃に上げ、Ｇａ及びＩｎの供給を停止し、かつＣｕの供給を開始して、第１段階で形成された堆積物上にＣｕ及びＳｅを更に堆積させた。この第２段階においては、Ｃｕ蒸気の圧力を３．９９×１０-5Ｐａ（３×１０-7Ｔｏｒｒ）とし、Ｓｅ蒸気の圧力を２．６６×１０-3Ｐａ（２×１０-5Ｔｏｒｒ）とした。なお、Ｃｕ蒸気及びＳｅ蒸気の圧力は第１段階の場合と同様に電離真空計を援用して制御された。更に、第３段階として、基板温度を６００℃に保ったまま、第１段階と同様にＩｎ、Ｇａ及びＳｅを供給し、膜厚が２．０μｍである（Ｉｎ，Ｇａ）リッチなカルコパイライト型結晶構造のＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜（光吸収層１４）をＡｌ膜（接合強化層１３）の全面に作製した。なお、光吸収層１４を形成する各段階において、Ａｌ膜に含まれる一部のＡｌが光吸収層１４に拡散し、ワイドバンドギャップ部（図示せず）が形成される。
【００４９】
次に、化学浴析出法を適用して、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜（光吸収層１４）の全面にＣｄＳ膜（バッファー層１５）を形成した。
【００５０】
次に、スパッタリングによって、ＣｄＳ膜（バッファー層１５）の全面に、膜厚が０．１μｍのＺｎＯ膜（窓層１６）を形成した。
【００５１】
次に、スパッタリングによって、ＺｎＯ膜（窓層１６）の全面に膜厚が０．１μｍのＩＴＯ膜（透明導電膜１７）を形成した。
【００５２】
次に、リソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、ソーダライムガラス基板（基体１１）の一部の領域上に形成されているＩＴＯ膜（透明導電層１７）、ＺｎＯ膜（窓層１６）、ＣｄＳ膜（バッファー層１５）、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜（光吸収層１４）及びＡｌ膜（接合強化層１３）を除去してＭｏ膜（導電層１２）の一部を露出させた。
【００５３】
次に、ＩＴＯ膜（透明導電層１７）の表面及びエッチングにより露出したＭｏ膜（導電膜１２）の表面にＡｕ膜を形成した。
【００５４】
以上の工程を経て形成された、面積が０．９６ｃｍ2である本実施例１の太陽電池１０の特性を、強度が１００ｍＷ／ｃｍ2であり、エアマスが１．５である擬似太陽光を用いて測定した。この測定結果は、表１にまとめて示す。表１に表されたように、短絡電流が３１．２ｍＡ／ｃｍ2であり、開放端電圧が０．６０２Ｖであり、曲線因子が０．６８５であり、エネルギー変換効率が１２．４％であった。
【００５５】
【表１】
2006059993.tif 000003
【００５６】
また、本実施例１の太陽電池１０との比較のために、Ａｌ膜（接合強化層１３）を形成しないこと以外は本実施例１と同一の構成である比較例の太陽電池を製造した。この比較例の太陽電池に対しても、本実施例１の太陽電池１０と同一の条件で太陽電池特性を測定した。なお、この測定結果は、表１に併記した。
【００５７】
表１から明らかなように、本実施例１の太陽電池１０は、比較例の太陽電池に比べて、短絡電流がわずかに減少するものの、全体としては優れた特性を示した。特に、本実施例１の太陽電池１０のエネルギー変換効率及び開放端電圧は、比較例の太陽電池に比べて大きく向上した。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、太陽電池において、機械的強度や経年耐久性を向上させるために利用できる。また、本発明は、太陽電池を安価に提供するために利用できる。更に、本発明は、太陽電池特性、特に、開放端電圧を向上させるために利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施の形態１に係る太陽電池の積層構造を表す模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０    太陽電池
１１    基体
１２    導電層
１３    接合強化層
１４    光吸収層
１５    バッファー層
１６    窓層
１７    透明導電層
１８    第１の取り出し電極
１９    第２の取り出し電極
【図１】
2006059993.tif 000004