(57)【要約】【課題】光吸収層が含むボイドの量に関する管理を容易に行うことのできる化合物薄膜太陽電池の検査方法、化合物薄膜太陽電池の検査システム、および、化合物薄膜太陽電池を提供する。【解決手段】化合物薄膜太陽電池の検査方法は、第１電極層と第２電極層との間に所定の電圧を印加した状態で化合物薄膜太陽電池のインピーダンスの周波数特性を測定部が測定する工程と、測定部の測定結果に基づくナイキスト線図に、高周波数領域の容量性半円とともに低周波数領域の誘導性半円が含まれるか否かを判定部が判定する工程と、を含む。【選択図】図３
2018004535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物薄膜太陽電池の検査方法であって、
前記化合物薄膜太陽電池は、第１電極層と、第２電極層と、ｐ型化合物半導体から構成された光吸収層と、ｎ型化合物半導体から構成されたバッファ層と、前記第１電極層を構成する元素と前記光吸収層を構成する元素の一部とを含む中間層とを備え、前記第１電極層と、前記中間層と、前記光吸収層と、前記バッファ層と、前記第２電極層とがこの順に並ぶ構造を有し、
前記第１電極層と前記第２電極層との間に所定の電圧を印加した状態で前記化合物薄膜太陽電池のインピーダンスの周波数特性を測定部が測定する工程と、
前記測定部の測定結果に基づくナイキスト線図に、高周波数領域の容量性半円とともに低周波数領域の誘導性半円が含まれるか否かを判定部が判定する工程と、を含む
化合物薄膜太陽電池の検査方法。
【請求項２】
化合物薄膜太陽電池の検査方法であって、
前記化合物薄膜太陽電池は、第１電極層と、第２電極層と、ｐ型化合物半導体から構成された光吸収層と、ｎ型化合物半導体から構成されたバッファ層と、前記第１電極層を構成する元素と前記光吸収層を構成する元素の一部とを含む中間層とを備え、前記第１電極層と、前記中間層と、前記光吸収層と、前記バッファ層と、前記第２電極層とがこの順に並ぶ構造を有し、
前記第１電極層と前記第２電極層との間に所定の電圧を印加した状態で前記化合物薄膜太陽電池のインピーダンスの周波数特性を測定部が測定する工程と、
第１回路ブロックが、第１抵抗と第１ＣＰＥとの並列回路であり、第２回路ブロックが、第２抵抗と第２ＣＰＥと第３ＣＰＥとの並列回路であって前記第１ＣＰＥおよび前記第２ＣＰＥに対して逆位相に前記第３ＣＰＥが接続された回路であり、第３抵抗と前記第１回路ブロックと前記第２回路ブロックとの直列回路が回路モデルであり、前記測定部の測定結果と前記回路モデルとのフィッティングによって、前記第３ＣＰＥの特性を示す数値として、前記第３ＣＰＥの存在を示す所定の範囲内の数値が算出されるか否かを判定部が判定する工程と、を含む
化合物薄膜太陽電池の検査方法。
【請求項３】
化合物薄膜太陽電池の検査システムであって、
前記化合物薄膜太陽電池は、第１電極層と、第２電極層と、ｐ型化合物半導体から構成された光吸収層と、ｎ型化合物半導体から構成されたバッファ層と、前記第１電極層を構成する元素と前記光吸収層を構成する元素の一部とを含む中間層とを備え、前記第１電極層と、前記中間層と、前記光吸収層と、前記バッファ層と、前記第２電極層とがこの順に並ぶ構造を有し、
前記第１電極層と前記第２電極層との間に所定の電圧を印加した状態で前記化合物薄膜太陽電池におけるインピーダンスの周波数特性を測定する測定部と、
前記測定部の測定結果に基づくナイキスト線図に、高周波数領域の容量性半円とともに低周波数領域の誘導性半円が含まれるか否かを判定する判定部と、を備える
化合物薄膜太陽電池の検査システム。
【請求項４】
化合物薄膜太陽電池の検査システムであって、
前記化合物薄膜太陽電池は、第１電極層と、第２電極層と、ｐ型化合物半導体から構成された光吸収層と、ｎ型化合物半導体から構成されたバッファ層と、前記第１電極層を構成する元素と前記光吸収層を構成する元素の一部とを含む中間層とを備え、前記第１電極層と、前記中間層と、前記光吸収層と、前記バッファ層と、前記第２電極層とがこの順に並ぶ構造を有し、
前記第１電極層と前記第２電極層との間に所定の電圧を印加した状態で前記化合物薄膜太陽電池のインピーダンスの周波数特性を測定する測定部と、
第１回路ブロックが、第１抵抗と第１ＣＰＥとの並列回路であり、第２回路ブロックが、第２抵抗と第２ＣＰＥと第３ＣＰＥとの並列回路であって前記第１ＣＰＥおよび前記第２ＣＰＥに対して逆位相に前記第３ＣＰＥが接続された回路であり、第３抵抗と前記第１回路ブロックと前記第２回路ブロックとの直列回路が回路モデルであり、前記測定部の測定結果と前記回路モデルとのフィッティングによって、前記第３ＣＰＥの特性を示す数値として、前記第３ＣＰＥの存在を示す所定の範囲内の数値が算出されるか否かを判定する判定部と、を備える
化合物薄膜太陽電池の検査システム。
【請求項５】
第１電極層と、
第２電極層と、
ｐ型化合物半導体から構成された光吸収層と、
ｎ型化合物半導体から構成されたバッファ層と、
前記第１電極層を構成する元素と、前記光吸収層を構成する元素の一部とを含む中間層と、を備え、
前記第１電極層と、前記中間層と、前記光吸収層と、前記バッファ層と、前記第２電極層とがこの順に並ぶ構造を有する化合物薄膜太陽電池であって、
前記第１電極層と前記第２電極層との間に０．３Ｖ以上の所定の交流電圧を印加した状態で測定された前記化合物薄膜太陽電池におけるインピーダンスの周波数特性を表すナイキスト線図が、高周波数領域の容量性半円のみを含む
化合物薄膜太陽電池。
【請求項６】
第１電極層と、
第２電極層と、
ｐ型化合物半導体から構成された光吸収層と、
ｎ型化合物半導体から構成されたバッファ層と、
前記第１電極層を構成する元素と、前記光吸収層を構成する元素の一部とを含む中間層と、を備え、
前記第１電極層と、前記中間層と、前記光吸収層と、前記バッファ層と、前記第２電極層とがこの順に並ぶ構造を有する化合物薄膜太陽電池であって、
第１抵抗と第１ＣＰＥとの並列回路が第１回路ブロックであり、第２抵抗と第２ＣＰＥとの並列回路が第２回路ブロックであり、第３抵抗と前記第１回路ブロックと前記第２回路ブロックとの直列回路が回路モデルであり、
前記第１電極層と前記第２電極層との間に０．３Ｖ以上の所定の交流電圧を印加した状態で測定された前記化合物薄膜太陽電池におけるインピーダンスの周波数特性に適合する前記化合物薄膜太陽電池の等価回路が、前記回路モデルである
化合物薄膜太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体からなる光吸収層を備える化合物薄膜太陽電池、化合物薄膜太陽電池の検査システム、および、化合物薄膜太陽電池の検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化合物薄膜太陽電池は、化合物半導体からなる層を光吸収層として備えている。なかでも、光吸収層を構成するｐ型化合物半導体として、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ２族化合物半導体や、Ｉ−（Ｉ−ＩＶ）−ＶＩ４族化合物半導体を用いた化合物薄膜太陽電池は、光吸収層を比較的安価で入手しやすい材料から形成することが可能であり、その製造も容易であるため、盛んに研究開発が進められている。
【０００３】
このうち、Ｃｕ、Ｚｎ、ＳｎとともにＳやＳｅを含むカルコゲナイト系のＩ−（Ｉ−ＩＶ）−ＶＩ４族化合物半導体からなる光吸収層を備えた太陽電池は、ＣＺＴＳ系化合物薄膜太陽電池と称される。ＣＺＴＳ系の光吸収層は、Ｃｕ２ＺｎＳｎＳ４、Ｃｕ２ＺｎＳｎＳｅ４、あるいは、Ｃｕ２ＺｎＳｎ（Ｓ，Ｓｅ）４の組成を有する。
【０００４】
ＣＺＴＳ系の化合物薄膜太陽電池は、第１電極層、上述のｐ型化合物半導体からなる光吸収層、ｎ型化合物半導体からなるバッファ層、および、第２電極層がこの順に並ぶ積層構造を有している。そして、光吸収層に対して第２電極層側から太陽電池に光が入射すると、光吸収層とバッファ層との接合であるｐｎ接合に起因した起電力に基づき電力が生成される。
【０００５】
こうした化合物薄膜太陽電池において、例えば、ｐｎ接合を形成する界面における欠陥や、光吸収層やバッファ層を構成する半導体内部の欠陥等の種々の欠陥は、化合物薄膜太陽電池における発電特性の低下を引き起こす要因であることが知られている。そして、こうした欠陥の有無を検査するための各種の検査方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−１８８２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
光吸収層中に生じた空隙であるボイドは、化合物薄膜太陽電池の発電特性を高めることを妨げる欠陥の一種である。化合物薄膜太陽電池の生産に際しては、その品質を保つため、発電特性を高めることの妨げとなるボイドの発生を抑えることの他、発電特性を高めることの妨げとなるボイドの量を非破壊の検査によって管理する方法が求められる。
【０００８】
本発明は、光吸収層が含むボイドの量に関する管理を容易に行うことのできる化合物薄膜太陽電池の検査方法、化合物薄膜太陽電池の検査システム、および、化合物薄膜太陽電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する化合物薄膜太陽電池の検査方法において、前記化合物薄膜太陽電池は、第１電極層と、第２電極層と、ｐ型化合物半導体から構成された光吸収層と、ｎ型化合物半導体から構成されたバッファ層と、前記第１電極層を構成する元素と前記光吸収層を構成する元素の一部とを含む中間層とを備え、前記第１電極層と、前記中間層と、前記光吸収層と、前記バッファ層と、前記第２電極層とがこの順に並ぶ構造を有し、前記検査方法は、前記第１電極層と前記第２電極層との間に所定の電圧を印加した状態で前記化合物薄膜太陽電池のインピーダンスの周波数特性を測定部が測定する工程と、前記測定部の測定結果に基づくナイキスト線図に、高周波数領域の容量性半円とともに低周波数領域の誘導性半円が含まれるか否かを判定部が判定する工程と、を含む。
【００１０】
上記課題を解決する化合物薄膜太陽電池の検査システムにおいて、前記化合物薄膜太陽電池は、第１電極層と、第２電極層と、ｐ型化合物半導体から構成された光吸収層と、ｎ型化合物半導体から構成されたバッファ層と、前記第１電極層を構成する元素と前記光吸収層を構成する元素の一部とを含む中間層とを備え、前記第１電極層と、前記中間層と、前記光吸収層と、前記バッファ層と、前記第２電極層とがこの順に並ぶ構造を有し、前記検査システムは、前記第１電極層と前記第２電極層との間に所定の電圧を印加した状態で前記化合物薄膜太陽電池におけるインピーダンスの周波数特性を測定する測定部と、前記測定部の測定結果に基づくナイキスト線図に、高周波数領域の容量性半円とともに低周波数領域の誘導性半円が含まれるか否かを判定する判定部と、を備える。
【００１１】
光吸収層の有するボイドの量が良好な発電特性を得られない程に多いとき、上記ナイキスト線図には、低周波数領域の誘導性半円が表れる。したがって、上記検査方法および検査システムによれば、光吸収層の有するボイドの量が良好な発電特性を得られる程度に少ないか否か、すなわち、化合物薄膜太陽電池が良好な発電特性を有しているか否かの判定が可能である。インピーダンスの周波数特性は、化合物薄膜太陽電池を破壊せずに測定することが可能であるため、こうした検査によって、光吸収層が含むボイドの量に関する管理を容易に行うことができる。
【００１２】
上記課題を解決する化合物薄膜太陽電池の検査方法において、前記化合物薄膜太陽電池は、第１電極層と、第２電極層と、ｐ型化合物半導体から構成された光吸収層と、ｎ型化合物半導体から構成されたバッファ層と、前記第１電極層を構成する元素と前記光吸収層を構成する元素の一部とを含む中間層とを備え、前記第１電極層と、前記中間層と、前記光吸収層と、前記バッファ層と、前記第２電極層とがこの順に並ぶ構造を有し、前記検査方法は、前記第１電極層と前記第２電極層との間に所定の電圧を印加した状態で前記化合物薄膜太陽電池のインピーダンスの周波数特性を測定部が測定する工程と、第１回路ブロックが、第１抵抗と第１ＣＰＥとの並列回路であり、第２回路ブロックが、第２抵抗と第２ＣＰＥと第３ＣＰＥとの並列回路であって前記第１ＣＰＥおよび前記第２ＣＰＥに対して逆位相に前記第３ＣＰＥが接続された回路であり、第３抵抗と前記第１回路ブロックと前記第２回路ブロックとの直列回路が回路モデルであり、前記測定部の測定結果と前記回路モデルとのフィッティングによって、前記第３ＣＰＥの特性を示す数値として、前記第３ＣＰＥの存在を示す所定の範囲内の数値が算出されるか否かを判定部が判定する工程と、を含む。
【００１３】
上記課題を解決する化合物薄膜太陽電池の検査システムにおいて、前記化合物薄膜太陽電池は、第１電極層と、第２電極層と、ｐ型化合物半導体から構成された光吸収層と、ｎ型化合物半導体から構成されたバッファ層と、前記第１電極層を構成する元素と前記光吸収層を構成する元素の一部とを含む中間層とを備え、前記第１電極層と、前記中間層と、前記光吸収層と、前記バッファ層と、前記第２電極層とがこの順に並ぶ構造を有し、前記検査システムは、前記第１電極層と前記第２電極層との間に所定の電圧を印加した状態で前記化合物薄膜太陽電池のインピーダンスの周波数特性を測定する測定部と、第１回路ブロックが、第１抵抗と第１ＣＰＥとの並列回路であり、第２回路ブロックが、第２抵抗と第２ＣＰＥと第３ＣＰＥとの並列回路であって前記第１ＣＰＥおよび前記第２ＣＰＥに対して逆位相に前記第３ＣＰＥが接続された回路であり、第３抵抗と前記第１回路ブロックと前記第２回路ブロックとの直列回路が回路モデルであり、前記測定部の測定結果と前記回路モデルとのフィッティングによって、前記第３ＣＰＥの特性を示す数値として、前記第３ＣＰＥの存在を示す所定の範囲内の数値が算出されるか否かを判定する判定部と、を備える。
【００１４】
光吸収層の有するボイドの量が良好な発電特性を得られない程に多いとき、上記第３ＣＰＥの特性を示す数値として、第３ＣＰＥの存在を示す所定の範囲内の数値が算出される。したがって、上記検査方法および検査システムによれば、光吸収層の有するボイドの量が良好な発電特性を得られる程度に少ないか否か、すなわち、化合物薄膜太陽電池が良好な発電特性を有しているか否かの判定が可能である。インピーダンスの周波数特性は、化合物薄膜太陽電池を破壊せずに測定することが可能であるため、こうした検査によって、光吸収層が含むボイドの量に関する管理を容易に行うことができる。
【００１５】
上記課題を解決する化合物薄膜太陽電池は、第１電極層と、第２電極層と、ｐ型化合物半導体から構成された光吸収層と、ｎ型化合物半導体から構成されたバッファ層と、前記第１電極層を構成する元素と、前記光吸収層を構成する元素の一部とを含む中間層と、を備え、前記第１電極層と、前記中間層と、前記光吸収層と、前記バッファ層と、前記第２電極層とがこの順に並ぶ構造を有する化合物薄膜太陽電池であって、前記第１電極層と前記第２電極層との間に０．３Ｖ以上の所定の交流電圧を印加した状態で測定された前記化合物薄膜太陽電池におけるインピーダンスの周波数特性を表すナイキスト線図が、高周波数領域の容量性半円のみを含む。
【００１６】
上記構成によれば、光吸収層の有するボイドの量が少なく、良好な発電特性が得られる化合物薄膜太陽電池が実現できる。そして、インピーダンスの周波数特性は化合物薄膜太陽電池を破壊せずに測定することが可能であるため、ナイキスト線図における低周波数領域の誘導性半円の有無を指標として用いることによって、光吸収層が含むボイドの量に関する管理を容易に行うことができる。
【００１７】
上記課題を解決する化合物薄膜太陽電池は、第１電極層と、第２電極層と、ｐ型化合物半導体から構成された光吸収層と、ｎ型化合物半導体から構成されたバッファ層と、前記第１電極層を構成する元素と、前記光吸収層を構成する元素の一部とを含む中間層と、を備え、前記第１電極層と、前記中間層と、前記光吸収層と、前記バッファ層と、前記第２電極層とがこの順に並ぶ構造を有する化合物薄膜太陽電池であって、第１抵抗と第１ＣＰＥとの並列回路が第１回路ブロックであり、第２抵抗と第２ＣＰＥとの並列回路が第２回路ブロックであり、第３抵抗と前記第１回路ブロックと前記第２回路ブロックとの直列回路が回路モデルであり、前記第１電極層と前記第２電極層との間に０．３Ｖ以上の所定の交流電圧を印加した状態で測定された前記化合物薄膜太陽電池におけるインピーダンスの周波数特性に適合する前記化合物薄膜太陽電池の等価回路が、前記回路モデルである。
【００１８】
上記構成によれば、光吸収層の有するボイドの量が少なく、良好な発電特性が得られる化合物薄膜太陽電池が実現できる。そして、インピーダンスの周波数特性は化合物薄膜太陽電池を破壊せずに測定することが可能であるため、測定結果に適合する等価回路の構成を指標として用いることによって、光吸収層が含むボイドの量に関する管理を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、光吸収層におけるボイドの量に関する管理を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】化合物薄膜太陽電池の一実施形態について、化合物薄膜太陽電池の断面構成を示す断面図。
【図２】化合物薄膜太陽電池におけるインピーダンスの周波数特性を示す図であって、印加電圧が微小である場合の測定結果をナイキスト線図として表した一例を示す図。
【図３】化合物薄膜太陽電池におけるインピーダンスの周波数特性を示す図であって、印加電圧が所定値以上であり、光吸収層の有するボイドの量が良好な発電特性を得られない程に多い化合物薄膜太陽電池についての測定結果をナイキスト線図として表した一例を示す図。
【図４】化合物薄膜太陽電池の光吸収層の断面を、走査型電子顕微鏡を用いて撮影した画像を示す図。
【図５】光吸収層の有するボイドによる電気的な特性が加味された化合物薄膜太陽電池の等価回路モデルを示す図。
【図６】試験例１の化合物薄膜太陽電池におけるインピーダンスの周波数特性の測定結果をナイキスト線図として表した図。
【図７】試験例２の化合物薄膜太陽電池におけるインピーダンスの周波数特性の測定結果をナイキスト線図として表した図。
【図８】試験例３の化合物薄膜太陽電池におけるインピーダンスの周波数特性の測定結果をナイキスト線図として表した図。
【図９】試験例４の化合物薄膜太陽電池におけるインピーダンスの周波数特性の測定結果をナイキスト線図として表した図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１を参照して、化合物薄膜太陽電池、化合物薄膜太陽電池の検査方法および検査システムの一実施形態について説明する。
【００２２】
［化合物薄膜太陽電池の構成］
図１が示すように、化合物薄膜太陽電池１０は、基板１１、第１電極層１２、中間層１３、光吸収層１４、バッファ層１５、および、第２電極層１６を備えている。第１電極層１２、中間層１３、光吸収層１４、バッファ層１５、および、第２電極層１６は、基板１１に近い位置からこの順に並び、これらの層は基板１１の上に位置している。
【００２３】
基板１１としては、例えば、ガラス基板、金属板、樹脂フィルム等が用いられる。第１電極層１２は、例えば、Ｍｏ（モリブデン）から構成される。第１電極層１２の厚さは特に制限されないが、２００ｎｍ以上であることが好ましい。
【００２４】
光吸収層１４は、ｐ型化合物半導体の１つであるＣＺＴＳ系の化合物半導体、すなわち、ＣＺＴＳ半導体から構成されている。ＣＺＴＳ半導体は、ＶＩＢ族（１６族）のＳ（硫黄）、および、ＶＩＢ族（１６族）のＳｅ（セレン）の少なくとも１つの元素と、ＩＢ族（１１族）のＣｕ（銅）、ＩＩＢ族（１２族）のＺｎ（亜鉛）、および、ＩＶＢ族（１４族）のＳｎ（スズ）の３つの元素とを含む化合物半導体である。すなわち、ＣＺＴＳ半導体は、ＩＢ２−（ＩＩＢ−ＩＶＢ）−ＶＩＢ４族の化合物半導体である。具体的には、光吸収層１４は、Ｃｕ２ＺｎＳｎＳｘＳｅ４−ｘ（０≦ｘ≦４）の組成を有する。光吸収層１４の厚さは特に限定されないが、光吸収層１４を構成する材料の吸光係数を考慮すると、１μｍ以上３μｍ以下である場合に光吸収層１４の吸光係数が良好となるため好ましい。
【００２５】
中間層１３は、第１電極層１２と光吸収層１４とに挟まれて、これらの層の各々と接している。中間層１３はＭｏと、ＳおよびＳｅの少なくとも１つの元素であって光吸収層１４に含まれる元素とを含む。具体的には、中間層１３は、ＭｏＳｙＳｅ２−ｙ（０≦ｙ≦２）の組成を有する。
【００２６】
中間層１３の厚さは、１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。中間層１３の厚さが１０ｎｍ以上であれば、温度変化によって中間層１３の表裏で層の剥離が生じることが抑えられる。具体的には、中間層１３の厚さが１０ｎｍ以上であれば、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｃ ６００６８−２−１４：２０１１）で規定される熱衝撃試験に耐えられる耐性を中間層１３が有する。また、中間層１３の厚さが３００ｎｍ以下であれば、中間層１３が電流の取り出しの妨げとなることが抑えられるため、光電変換効率が低下することが抑えられる。
【００２７】
バッファ層１５は、光吸収層１４に接し、ｎ型化合物半導体から構成されている。例えば、バッファ層１５は、ＣｄＳ、Ｉｎ２Ｓ３、Ｚｎ（Ｓ，Ｏ，ＯＨ）等から構成されている。すなわち、光吸収層１４とバッファ層１５とは、ヘテロ接合によるｐｎ接合を形成している。バッファ層１５の厚さは、良好なｐｎ接合を形成するためには１５ｎｍ以上であることが好ましい。一方で、バッファ層１５の厚さが厚くなると、バッファ層１５が光を吸収して光吸収層１４に届く光が減少するため、こうした損失を抑えるためには、バッファ層１５の厚さは、３００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２８】
第２電極層１６は、第１電極層１２とともに１対の電極を構成し、化合物薄膜太陽電池１０から電流を取り出すための電極として機能する。第２電極層１６の形成材料は、第２電極層１６をこうした電極として機能させることの可能な材料であれば特に限定されないが、例えば、Ａｌ（アルミニウム）が添加されたＺｎＯ等、ｎ型半導体であるＺｎＯから構成されることが好ましい。また、第２電極層１６の厚さは特に限定されないが、５０ｎｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。
【００２９】
なお、第２電極層１６上に、ＡｌやＡｇ（銀）から構成される取り出し電極が配置されてもよい。取り出し電極によって、電流がより取り出しやすくなる。取り出し電極の厚さは特に限定されないが、５０ｎｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。
【００３０】
こうした化合物薄膜太陽電池１０には、光吸収層１４に対して第２電極層１６側から光が入射し、光吸収層１４とバッファ層１５とから形成されるｐｎ接合に起因して生じる起電力に基づき電力が生成される。
【００３１】
なお、化合物薄膜太陽電池１０は上述の各層の他に、カバーガラスや保護フィルムのように、化合物薄膜太陽電池１０の強度を高めるための部材を備えていてもよい。
【００３２】
［交流インピーダンス測定による解析］
上述の化合物薄膜太陽電池１０のインピーダンスの周波数特性を、電気化学インピーダンス法（ＥＩＳ：Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて測定および解析することによって得られる化合物薄膜太陽電池１０の特性について説明する。
インピーダンスの測定は、暗所下、室温において、下記の条件で行われる。
・測定装置：周波数特性分析器（ＦＲＡ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ  Ａｎａｌｙｚｅｒ）［装置名：ＦＲＡ５０８７］
・測定周波数：０．１ｍＨｚ〜１ＭＨｚ
・印加電圧：ＡＣ１０ｍＶ、または、ＡＣ０．３Ｖ
【００３３】
図２は、印加電圧をＡＣ１０ｍＶとした場合におけるインピーダンスの周波数特性の測定結果を、インピーダンスの実部を横軸に示し、虚部を縦軸に示すナイキスト線図として表した一例を示す。ナイキスト線図には、２つの容量性半円が表れ、詳細には、虚軸である縦軸が負である領域に、相対的に小さな半円状の円弧Ａと相対的に大きな半円状の円弧Ｂとが融合した形状の曲線が表れる。このうち、小さな円弧Ａの部分が、中間層１３と光吸収層１４との界面部分の特性に相当し、大きな円弧Ｂの部分が、光吸収層１４とバッファ層１５との界面部分の特性に相当する。また、実軸である横軸における円弧Ａの端部までの部分が、測定回路の配線抵抗や、取り出し電極の抵抗や、各層のバルクの抵抗等を含む抵抗成分に相当する。
【００３４】
なお、ナイキスト線図の円弧Ａの部分と円弧Ｂの部分との各々が、中間層１３と光吸収層１４との界面、もしくは、光吸収層１４とバッファ層１５との界面のいずれの寄与によるものかは、化合物薄膜太陽電池１０に直流電圧を印加する測定によって判断される。すなわち、化合物薄膜太陽電池１０に印加する直流電圧を漸増させてインピーダンスの周波数特性を測定した際に、抵抗成分の変動が大きくなる半円部分が、ｐｎ接合を形成する光吸収層１４とバッファ層１５との界面部分に対応すると判断される。
【００３５】
図３は、印加電圧をＡＣ０．３Ｖとした場合におけるインピーダンスの周波数特性の測定結果をナイキスト線図として表した一例であって、光吸収層１４の有するボイドの量が、良好な発電特性を得られない程に多い化合物薄膜太陽電池１０に対する測定結果を示す。ナイキスト線図には、２つの容量性半円と１つの誘導性半円とが表れ、すなわち、円弧Ａおよび円弧Ｂに加えて、これらの円弧よりも低周波数領域に半円状の円弧Ｃが表れる。つまり、円弧Ｃは、円弧Ｂに連続して虚軸が正である領域に表れる。
【００３６】
円弧Ａと円弧Ｂとは、印加電圧がＡＣ１０ｍＶである場合よりも小さくなり、視覚的にはその境界の識別が困難である場合もある。光吸収層１４とバッファ層１５との界面は、ｐｎ接合界面であるため、印加電圧の増加によるこの界面の抵抗成分の減少の度合いは、中間層１３と光吸収層１４との界面の抵抗成分の減少の度合いよりも大きい。
【００３７】
光吸収層１４の有するボイドの量が発電特性に影響を与えない程度に少ない場合には、印加電圧をＡＣ０．３Ｖとした場合であっても、ナイキスト線図に円弧Ｃは表れない。
【００３８】
図４は、ボイドを有する光吸収層１４の断面を走査型電子顕微鏡によって撮影した画像の一例を示す。光吸収層１４中に存在する空隙がボイドＶｄである。こうしたボイドＶｄは、光吸収層１４の前駆体層に対して熱処理を行って光吸収層１４を形成する際における前駆体層中の各元素の移動傾向の違いや、熱処理後の収縮時における各層の熱膨張率の違いに起因して生じる。
【００３９】
ボイドＶｄは空隙であるため、光吸収層１４にボイドＶｄが存在すると、光吸収層１４中におけるキャリアの電気的な移動の経路がボイドＶｄの部分で阻害される。具体的には、光吸収層１４とバッファ層１５とが形成するｐｎ接合界面で発生して第１電極層１２へ向かうホールの移動経路が阻害される。そして、光吸収層１４におけるボイドＶｄの割合が一定の値以上であると、ボイドＶｄによるキャリアの移動の阻害の影響が大きくなって化合物薄膜太陽電池１０の発電特性として良好な特性が得られなくなる。
【００４０】
太陽電池のＩ−Ｖ特性として一般的に知られているように、化合物薄膜太陽電池１０では、電圧が大きくなると電流が取り出しにくくなる。したがって、ボイドＶｄの多い化合物薄膜太陽電池１０では、電圧が大きくなるほど、ボイドＶｄによるキャリアの移動の阻害が電流の流れやすさに与えている影響が見えやすくなり、所定値以上の電圧が印加された場合に、それが顕在化してナイキスト線図に円弧Ｃとして表れる。すなわち、光吸収層１４中にてボイドＶｄを囲む部分は、巨視的に見てインダクタ成分として捉えられる。
【００４１】
図５は、図３で示したようにナイキスト線図に円弧Ｃが表れる場合、すなわち、光吸収層１４中におけるボイドの量が多い化合物薄膜太陽電池１０の等価回路を示す。
【００４２】
等価回路１００は、回路抵抗（Ｒｓ）と、第１回路ブロックＣＢ１と、第２回路ブロックＣＢ２とが、直列に接続された直列回路である。第１回路ブロックＣＢ１は、第１抵抗（Ｒ１）と第１ＣＰＥ（ＣＰＥ１）とが並列に接続された並列回路であり、第２回路ブロックＣＢ２は、第２抵抗（Ｒ２）と第２ＣＰＥ（ＣＰＥ２）と第３ＣＰＥ（ＣＰＥ３）とが並列に接続された並列回路である。
【００４３】
第１回路ブロックＣＢ１は、ナイキスト線図における円弧Ａの部分に対応し、すなわち、中間層１３と光吸収層１４との界面の特性を示す等価回路である。第２回路ブロックＣＢ２のうち、第２抵抗と第２ＣＰＥとからなる並列回路は、ナイキスト線図における円弧Ｂの部分に対応し、すなわち、光吸収層１４とバッファ層１５との界面の特性を示す等価回路である。第２回路ブロックＣＢ２のうち、第３ＣＰＥは、ナイキスト線図における円弧Ｃの部分に対応し、すなわち、光吸収層１４中のボイドに起因した特性を示す等価回路である。回路抵抗Ｒｓは、測定回路の配線抵抗や、取り出し電極の抵抗や、各層のバルクの抵抗等を含む抵抗成分を示す。
【００４４】
ここで、ＣＰＥ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ：コンスタントフェーズエレメント）は、そのインピーダンスが、ＣＰＥ指数ｐとＣＰＥ定数Ｔとを用いて「ＺＣＰＥ＝１／（ｊω）ｐＴ」で示される要素である。なお、ｊは虚数単位を示し、ω＝２πｆ（ｆは印加交流電圧の周波数［Ｈｚ］）である。等価回路１００において、第３ＣＰＥは、第１ＣＰＥおよび第２ＣＰＥに対して逆位相となるように接続されている。
【００４５】
ＣＰＥ指数ｐは、ナイキスト線図における円弧が、真円の半円からどの程度ずれているか、つまりは完全な半円からどの程度傾いているかを示す値であり、第１ＣＰＥおよび第２ＣＰＥにおいては、０から１の間の正の値となり、第３ＣＰＥにおいては、−１から０の間の負の値となる。例えば、第１ＣＰＥおよび第２ＣＰＥにおいて、ＣＰＥ指数ｐが１のとき、円弧は真円の半円となり、ＣＰＥ指数ｐが０に近づくほど、円弧は潰れた半円となる。すなわち、ＣＰＥ指数ｐが１のとき、ＣＰＥはコンデンサとして振る舞い、ＣＰＥ定数Ｔはこの理想的なコンデンサの容量成分に相当する。
【００４６】
光吸収層１４の有するボイドの量が発電特性に影響を与えない程度に少ない場合や、印加電圧がＡＣ１０ｍＶのように微小である場合には、化合物薄膜太陽電池１０の等価回路は、上記等価回路１００から第３ＣＰＥを削除した回路、すなわち、第２回路ブロックＣＢ２は、第２抵抗と第２ＣＰＥとの並列回路である回路となる。
【００４７】
化合物薄膜太陽電池１０のインピーダンスの周波数特性の測定結果を示すナイキスト線図と、こうした等価回路とを用いてフィッティングを行うことによって、化合物薄膜太陽電池１０の構造的な特性の解析が可能である。
【００４８】
例えば、ＡＣ１０ｍＶのような微小な印加電圧が加えられて測定された場合に得られたナイキスト線図と、第３ＣＰＥを有さない等価回路とを用いてフィッティングを行うと、回路抵抗の抵抗値、第１抵抗の抵抗値、第１ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐおよびＣＰＥ定数Ｔ、第２抵抗の抵抗値、第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐおよびＣＰＥ定数Ｔが算出される。
【００４９】
第１抵抗の抵抗値は、中間層１３と光吸収層１４との界面および界面近傍の抵抗の大きさを示す。この抵抗が小さいことは、中間層１３と光吸収層１４との接合状態に起因した化合物薄膜太陽電池１０内の抵抗が小さいことを示唆し、この抵抗が小さいほど、電流が取り出しやすくなる。第２抵抗の抵抗値は、光吸収層１４とバッファ層１５との界面および界面近傍の抵抗の大きさを示す。この抵抗が大きいことは、半導体中に欠陥が少なく、リーク電流の少ない良好なｐｎ接合が形成されていることを示す。
【００５０】
第１ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐの値は、ＣＰＥ指数ｐが１に近いほど、中間層１３と光吸収層１４との界面の面形状が平滑であり、中間層１３と光吸収層１４との各層における組成が均一であることを示す。第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐの値は、ＣＰＥ指数ｐが１に近いほど、光吸収層１４とバッファ層１５との界面の面形状が平滑であり、光吸収層１４とバッファ層１５との各層における組成が均一であることを示す。光吸収層１４とバッファ層１５との界面の面形状が平滑であるほど、また、光吸収層１４とバッファ層１５との各層における組成が均一であるほど、光吸収層１４とバッファ層１５とによって良好なｐｎ接合が形成されるため、化合物薄膜太陽電池１０の発電特性が高められる。
【００５１】
また、所定値以上の電圧が加えられて測定された場合に得られたナイキスト線図と、等価回路１００とを用いてフィッティングを行い、これによって算出された第３ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐやＣＰＥ定数Ｔが、第３ＣＰＥの存在を示す適正な範囲にあるか否かによって、光吸収層１４の有するボイドの量が良好な発電特性を得られない程に多いか否か、すなわち、化合物薄膜太陽電池１０が良好な発電特性を有しているか否かの判定が可能である。
【００５２】
［化合物薄膜太陽電池の検査方法および検査システム］
化合物薄膜太陽電池１０の検査方法および検査システムについて説明する。化合物薄膜太陽電池１０の検査方法においては、検査システムが備える測定部が化合物薄膜太陽電池１０におけるインピーダンスの周波数特性の測定を行い、次いで、検査システムが備える判定部が測定部の測定結果を用いた解析および判定を行う。化合物薄膜太陽電池１０の検査方法には、第１の検査方法と第２の検査方法との二種類の検査方法があり、いずれの検査方法を用いるかは、必要な装置構成や求められる検査精度等を考慮して適宜決定されればよい。
【００５３】
化合物薄膜太陽電池１０の第１の検査方法は、第１電極層１２と第２電極層１６との間に所定値以上の大きさの電圧を印加した状態で化合物薄膜太陽電池１０のインピーダンスの周波数特性を測定する工程と、測定結果に基づくナイキスト線図に、高周波数領域の容量性半円である円弧Ａおよび円弧Ｂとともに低周波数領域の誘導性半円である円弧Ｃが含まれるか否かを判定する工程とを含む。印加する電圧は、良好な発電特性を得られない程にボイドの量が多い化合物薄膜太陽電池１０に対する測定結果として得られたナイキスト線図に円弧Ｃが表れる電圧であればよく、例えば、ＡＣ０．３Ｖ以上である。この印加する電圧は、開放電圧以下であることが好ましい。その理由は、開放電圧よりも大きい電圧を印加した場合、本来流れる電流と逆方向の電流が太陽電池に流れて太陽電池に負荷が掛かり、故障の原因となるためである。
【００５４】
インピーダンスの周波数特性の測定の際の条件は、電気化学インピーダンス法に基づいて、上述の交流インピーダンス測定による解析の説明にて記載した条件で行われる。
【００５５】
測定結果に基づくナイキスト線図に円弧Ｃが表れているとき、光吸収層１４の有するボイドの量が良好な発電特性を得られない程に多く、すなわち、化合物薄膜太陽電池１０は、発電特性について十分な性能を有していないと判断される。一方、測定結果に基づくナイキスト線図に円弧Ｃが表れていないとき、光吸収層１４の有するボイドの量が良好な発電特性を得られる程度に少なく、化合物薄膜太陽電池１０は、発電特性について十分な性能を有していると判断される。
【００５６】
化合物薄膜太陽電池１０の第２の検査方法は、上記所定値以上の大きさの電圧を印加した状態で化合物薄膜太陽電池１０のインピーダンスの周波数特性を測定する工程と、等価回路１００を回路モデルとして用い、インピーダンスの周波数特性の測定結果と回路モデルとのフィッティングによって、第３ＣＰＥの特性を示す数値として、第３ＣＰＥの存在を示す所定の範囲内の数値が算出されるか否かを判定する工程とを含む。第３ＣＰＥの特性を示す数値は、すなわち、第３ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐやＣＰＥ定数Ｔであり、これらの数値が、第３ＣＰＥに対応するインピーダンススペクトルがナイキスト線図において円弧Ｃとして虚軸が正の領域に表れる値となる数値であるとき、第３ＣＰＥの存在を示す所定の範囲内であると判定される。
【００５７】
すなわち、インピーダンスの周波数特性の測定結果を示すナイキスト線図と、等価回路１００から得られるナイキスト線図との差異を、各回路素子の特性を示す数値の変更によって所定値以下とするアルゴリズムによってフィッティングすることが可能であれば、第３ＣＰＥが存在すると判定される。
【００５８】
第３ＣＰＥの特性を示す数値が、第３ＣＰＥの存在を示す所定の範囲内であるとき、つまり、インピーダンスの周波数特性の測定結果と適合する等価回路が第３ＣＰＥを有すると判定されたとき、光吸収層１４の有するボイドの量が良好な発電特性を得られない程に多く、化合物薄膜太陽電池１０は発電特性について十分な性能を有していないと判断される。一方、第３ＣＰＥの特性を示す数値が、第３ＣＰＥの存在を示す所定の範囲内にないとき、つまり、インピーダンスの周波数特性の測定結果と適合する等価回路が第３ＣＰＥを有さないと判定されたとき、光吸収層１４の有するボイドの量が良好な発電特性を得られる程度に少なく、化合物薄膜太陽電池１０は、発電特性について十分な性能を有していると判断される。
【００５９】
第１の検査方法では、等価回路とのフィッティングを行わずとも、ボイドの量についての検査が可能であり、また、第２の検査方法では、ナイキスト線図に表れる曲線の電気的な解析に基づいて、ボイドの量についての検査が可能である。
【００６０】
化合物薄膜太陽電池１０の検査は、周波数特性分析器等の測定装置と、演算装置との協働によって行われ、これらの装置から検査システムが構成される。演算装置は、制御部および記憶部を備え、記憶部に記憶されたプログラムやデータ等に基づいて制御部が各種の演算処理等を行うコンピュータである。具体的には、インピーダンスの周波数特性の測定は測定装置によって行われる。そして、測定装置から演算装置に送られたデータを用いて、演算装置が、第１の検査方法におけるナイキスト線図の作成およびナイキスト線図に円弧Ｃが表れているか否かの判定、ならびに、第２の検査方法における第３ＣＰＥの特性を示す数値の算出と、その数値が第３ＣＰＥの存在を示す所定の範囲内であるか否かの判定を行う。すなわち、測定装置が測定部を構成し、演算装置が判定部を構成する。上記記憶部に記憶されたプログラムには、こうした判定を制御部に実行させるためのプログラムが含まれている。なお、測定装置と演算装置とによって、１つの検査装置が構成されていてもよい。
【００６１】
以上のように、インピーダンスの周波数特性の測定結果を利用して、ナイキスト線図における円弧Ｃの有無、もしくは、ナイキスト図と適合する等価回路における第３ＣＰＥの有無を判定することにより、光吸収層１４の有するボイドの量が良好な発電特性の得られる基準を満たしているか否かの検査が可能である。インピーダンスの周波数特性は、化合物薄膜太陽電池１０を破壊せずに測定することが可能であるため、こうした検査によって、光吸収層１４が含むボイドの量に関する管理を容易に行うことができる。
【００６２】
［化合物薄膜太陽電池の製造方法］
上述の化合物薄膜太陽電池１０を製造する方法について説明する。
まず、基板１１の上面に、第１電極層１２が形成される。第１電極層１２は、例えば、スパッタリング、蒸着、および、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を用いて形成される。
【００６３】
続いて、第１電極層１２の上面に、光吸収層１４の前駆体層が形成される。前駆体層は、光吸収層１４を構成する元素のうちの少なくともＣｕ、Ｚｎ、Ｓｎを含む層であり、例えば、溶液塗布法、スパッタリング、電子ビーム蒸着等によって形成される。溶液塗布法の一例としては、ナノ粒子を含むインクの塗工によって前駆体層を形成する方法が挙げられる。
【００６４】
ナノ粒子を含むインクの塗工によって前駆体層が形成される場合、まず、光吸収層１４の構成元素から構成されるナノサイズの粒子を含む光吸収層形成用インクが調整される。そして、光吸収層形成用インクが第１電極層１２の上面に塗工されることによって、ナノ粒子を含む膜が形成され、この膜が乾燥されることによって、塗工された膜に含まれる溶媒が除かれる。これにより、前駆体層としての塗膜が形成される。
【００６５】
また、スパッタリングや電子ビーム蒸着が用いられる場合には、前駆体層として、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎを含む層が第１電極層１２の上面に形成される。なお、溶液塗布法によってこうした組成の前駆体層が形成されてもよい。
【００６６】
続いて、前駆体層に対して、Ｓ、および、Ｓｅの少なくとも１つの元素を含む雰囲気中で加熱が行われることによって、硫化やセレン化が行われ、光吸収層１４が形成される。加熱工程では、前駆体層に熱が与えられることによって、前駆体層の結晶化が進行する。
【００６７】
前駆体層の加熱は、加熱炉を用いたアニールや、ラピッドサーマルアニール（ＲＴＡ）によって行われ、熱処理の最高温度は、例えば、４００℃以上６６０℃以下の範囲に含まれる所定の温度である。この熱処理の際に、第１電極層１２に含まれる元素と、光吸収層１４の前駆体層や熱処理の雰囲気に含まれる元素とが反応することによって、中間層１３が形成される。中間層１３および光吸収層１４の各々の厚さや組成の分布等の特性は、熱処理の温度や加熱時間、熱処理の雰囲気に含まれる元素の濃度等によって調整することができる。
【００６８】
バッファ層１５は、例えば、ＣＢＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｂａｔｈ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を用いて光吸収層１４の上面に形成される。第２電極層１６は、例えば、ＣＶＤ法やスパッタリングによってバッファ層１５の上面に形成される。
【００６９】
［実施例］
上述した化合物薄膜太陽電池、その検査方法および検査システムについて、具体的な実施例を用いて説明する。
＜化合物薄膜太陽電池の製造＞
以下の製法によって、試験例１〜試験例４の４つの化合物薄膜太陽電池のサンプルを作製した。
［第１電極層の形成］
ソーダライムガラス基板の上面に、スパッタリングを用いて、Ｍｏからなる第１電極層を形成した。
【００７０】
［光吸収層形成用インクの調整］
ＣｕＩ（０．４０５ｇ）、ＺｎＩ２（０．４４７ｇ）、および、ＳｎＩ４（０．８７７ｇ）を５００ｍｌのピリジンに溶解して、第１の溶液を調製した。また、Ｎａ２Ｓｅ（０．６５８ｇ）を１２５ｍｌのメタノールに溶解して、第２の溶液を調製した。第１の溶液と第２の溶液とを混合し、この混合液を窒素雰囲気下、０℃で反応させて、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｎ−Ｓｅナノ粒子を生成した。反応後の混合液を濾過してＣｕ−Ｚｎ−Ｓｎ−Ｓｅナノ粒子を取り出し、メタノールで洗浄した。洗浄後のＣｕ−Ｚｎ−Ｓｎ−Ｓｅナノ粒子とチオ尿素とを、ナノ粒子とチオ尿素との質量比が３：２になるように混合し、混合物にピリジンとメタノールとを加えて、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｎ−Ｓｅナノ粒子を含む光吸収層形成用インクを調製した。
【００７１】
［光吸収層および中間層の形成］
第１電極層の上面にスプレー法を用いて光吸収層形成用インクを塗布し、光吸収層形成用インクに含まれる溶媒を蒸発させて、前駆体層としての塗膜を形成した。そして、基板、第１電極層、および、前駆体層から構成される積層体を、硫黄の粉末とともに熱処理炉に入れて、Ｓ雰囲気中にて５８０℃で２０分間にわたり加熱した。これにより、前駆体層に対して硫化処理が行われ、光吸収層、および、第１電極層と光吸収層とに挟まれた中間層が形成された。光吸収層は、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、および、Ｓを主として含み、中間層は、ＭｏおよびＳを主として含む。なお、光吸収層には、光吸収層形成用インクに含まれるナノ粒子に由来するＳｅも少量含まれる。光吸収層の厚さは２μｍである。
【００７２】
［バッファ層の形成］
０．００１５Ｍの硫酸カドミウム（ＣｄＳＯ４）、０．００７５Ｍのチオ尿素（ＮＨ２ＣＳＮＨ２）、および、１．５Ｍのアンモニア水（ＮＨ４ＯＨ）を含む混合液を６７℃に加熱した。そして、上述した光吸収層を備える積層体を混合液の中に浸けることによって、光吸収層の上面にＣｄＳからなるバッファ層を形成した。バッファ層の厚さは１００ｎｍである。
【００７３】
［第２電極層の形成］
バッファ層の上面に、ＺｎＯからなる第２電極層を形成した。第２電極層の厚さは５０ｎｍである。さらに、第２電極層の上面に、蒸着法を用いて、Ａｌからなる取り出し電極を形成した。取り出し電極の厚さは２００ｎｍであり、面積は１．５ｍｍ×１．５ｍｍである。
【００７４】
＜インピーダンスの測定および測定結果の解析＞
各試験例の化合物薄膜太陽電池について、インピーダンスの周波数特性を測定し、測定結果をナイキスト線図に表すとともに、ナイキスト線図と等価回路１００とのフィッティングを行って第３ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐを算出することにより、第３ＣＰＥの存在の有無を確認した。
インピーダンスの周波数特性の測定は、周波数特性分析器［装置名：ＦＲＡ５０８７］を用い、暗所下かつ室温において、０．１ｍＨｚ（ミリヘルツ）〜１ＭＨｚ（メガヘルツ）の周波数を用いてＡＣ０．３Ｖを印加して行った。
【００７５】
＜ボイド率の算出＞
各試験例の化合物薄膜太陽電池について、光吸収層の断面を走査型電子顕微鏡を用いて観察し、光吸収層中のボイドの量を示すパラメータであるボイド率を算出した。なお、光吸収層の断面の観察を簡便に行うために、断面はイオンミリング法を用いて平らに研磨した。
【００７６】
ボイド率は、以下の方法によって算出した。すなわち、厚さ方向に光吸収層の全体を含む大きさの分析領域を断面内に複数設定し、各分析領域について、分析領域内にてボイドが占める面積を画像解析により測定する。そして、各分析領域について、光吸収層全体の面積に対するボイドの占有面積の割合を百分率で表わした面積率を算出する。すべての分析領域の面積率を平均した値がボイド率である。分析領域は、例えば、光吸収層の厚さ方向に３μｍ、厚さ方向と直交する方向に５μｍの矩形領域とされ、光吸収層の断面内に３つ設定される。
【００７７】
＜発電特性の評価＞
各実施例および各比較例の化合物薄膜太陽電池について、標準太陽光シミュレータを用いて、擬似太陽光（光強度：１００ｍＷ／ｃｍ２、エアマス：１．５）照射時における短絡電流密度、開放電圧、曲線因子、および、光電変換効率を測定および算出した。
【００７８】
＜結果＞
図６〜図９は、各試験例の化合物薄膜太陽電池についてのインピーダンスの周波数特性の測定結果を示すナイキスト線図であり、図６は試験例１のナイキスト線図を示し、図７は試験例２のナイキスト線図を示し、図８は試験例３のナイキスト線図を示し、図９は試験例４のナイキスト線図を示す。表１は、各試験例について、ボイド率およびフィッティングの結果判定された第３ＣＰＥの存在の有無を示すとともに、発電特性として、光電変換効率、短絡電流密度、開放電圧、および、曲線因子の測定結果を示す。
【００７９】
【表１】
2018004535.tif 000003
【００８０】
図６〜図９および表１が示すように、試験例１，２のナイキスト線図には、低周波数領域の誘導性半円である円弧Ｃが表れておらず、フィッティング結果は第３ＣＰＥが存在しないことを示している。一方、試験例３，４のナイキスト線図には、低周波数領域の誘導性半円である円弧Ｃが表れており、フィッティング結果は第３ＣＰＥが存在することを示している。
【００８１】
試験例１，２は、試験例３，４と比較して、ボイド率が低く、短絡電流密度、開放電圧、曲線因子、および、光電変換効率の各発電特性が高い。特に、光電変換効率については、試験例１，２は試験例３，４よりも顕著に高くなっている。
【００８２】
こうした結果から、試験例１，２のボイド率と試験例３，４のボイド率との間に、ボイドがキャリアの移動を阻害する現象が、ナイキスト線図にて円弧Ｃとして表れるインダクタ成分として観測され始めるボイド率が存在し、このボイド率以上のボイド率を有する化合物薄膜太陽電池では、良好な発電特性が得られないことが示唆される。
【００８３】
したがって、ナイキスト線図における円弧Ｃの有無、もしくは、フィッティング結果が示す第３ＣＰＥの有無によって、光吸収層の有するボイドの量を評価し、化合物薄膜太陽電池が良好な発電特性を得られる性能を有しているか否かを検査することができる。そして、ナイキスト線図が円弧Ｃを有さない化合物薄膜太陽電池、すなわち、フィッティング結果が第３ＣＰＥが存在しないことを示す化合物薄膜太陽電池であれば、良好な発電特性が得られる。
【００８４】
なお、光吸収層がＣＺＴＳ半導体から構成される場合に限らず、例えば、ＣＩＧＳ系の化合物半導体のように、他のｐ型化合物半導体から光吸収層が構成される場合であっても、化合物薄膜太陽電池はＣＺＴＳ系の化合物薄膜太陽電池と同様の構造と発電機構とを有するため、インピーダンスの周波数特性の測定結果とボイド率および発電特性との関係には上述と同様の関係が認められることが示唆される。光吸収層がＣＩＧＳ半導体から構成されるとき、光吸収層は、ＣｕＩｎｘＧａ１−ｘＳｅ２（０＜ｘ＜１）の組成を有し、光吸収層に含まれる元素を含む前駆体層が、Ｓｅを含む雰囲気中で加熱されることによって、光吸収層と中間層とが形成される。そして、こうした熱処理時にボイドが形成され得ることも、ＣＺＴＳ系の化合物薄膜太陽電池と同様である。
【００８５】
以上、実施例を用いて説明したように、上記実施形態によれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
（１）所定の電圧を印加した状態で化合物薄膜太陽電池１０におけるインピーダンスの周波数特性を測定してナイキスト線図に表し、ナイキスト線図に低周波数領域の誘導性半円が表れているか否かを判定することによって、光吸収層１４の有するボイドの量が良好な発電特性を得られない程に多いか否か、すなわち、化合物薄膜太陽電池１０が良好な発電特性を有しているか否かの判定が可能である。インピーダンスの周波数特性は、化合物薄膜太陽電池１０を破壊せずに測定することが可能であるため、こうした検査によって、光吸収層１４が含むボイドの量に関する管理を容易に行うことができる。そして、上記ナイキスト線図が、高周波数領域の容量性半円のみを含む化合物薄膜太陽電池１０では、良好な発電特性が得られる。
【００８６】
（２）所定の電圧を印加した状態で化合物薄膜太陽電池１０のインピーダンスの周波数特性を測定し、その測定結果と等価回路１００である回路モデルとのフィッティングにより、第３ＣＰＥの特性を示す数値として、第３ＣＰＥの存在を示す所定の範囲内の数値が算出されるか否かを判定することによって、光吸収層１４の有するボイドの量が良好な発電特性を得られない程に多いか否か、すなわち、化合物薄膜太陽電池１０が良好な発電特性を有しているか否かの判定が可能である。インピーダンスの周波数特性は、化合物薄膜太陽電池１０を破壊せずに測定することが可能であるため、こうした検査によって、光吸収層１４が含むボイドの量に関する管理を容易に行うことができる。そして、上記第３ＣＰＥの特性を示す数値として、第３ＣＰＥの存在を示す所定の範囲内の数値が算出されない化合物薄膜太陽電池１０、すなわち、インピーダンスの周波数特性に適合する等価回路が第３ＣＰＥを有さない化合物薄膜太陽電池１０では、良好な発電特性が得られる。
【符号の説明】
【００８７】
１０…化合物薄膜太陽電池、１１…基板、１２…第１電極層、１３…中間層、１４…光吸収層、１５…バッファ層、１６…第２電極層、１００…等価回路、ＣＢ１…第１回路ブロック、ＣＢ２…第２回路ブロック、Ｒ１…第１抵抗、Ｒ２…第２抵抗、Ｒｓ…回路抵抗、ＣＰＥ１…第１ＣＰＥ、ＣＰＥ２…第２ＣＰＥ、ＣＰＥ３…第３ＣＰＥ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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