(57)【要約】【課題】高い光電変換効率を有するＣＩＳ系薄膜太陽電池を提供する。【解決手段】本発明のＣＩＳ系薄膜太陽電池は、高歪点ガラス基板（１）、アルカリ制御層（２）、裏面電極層（３）、ｐ型ＣＩＳ系光吸収層（４）、ｎ型透明導電膜（６）の順に積層されたＣＩＳ系薄膜太陽電池において、前記アルカリ制御層（２）を、膜厚が２．００〜１０．００ｎｍ、屈折率が１．４５０〜１．５００の範囲のシリカ膜で形成する。【選択図】図２
2011009287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高歪点ガラス基板、アルカリ制御層、裏面電極層、ｐ型ＣＩＳ系光吸収層、ｎ型透明導電膜の順に積層されたＣＩＳ系薄膜太陽電池において、
前記アルカリ制御層は、膜厚が２．００〜１０．００ｎｍでかつ屈折率が１．４５０〜１．５００の範囲のシリカ膜であることを特徴とする、ＣＩＳ系薄膜太陽電池。
【請求項２】
請求項１に記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池において、前記アルカリ制御層の膜厚は２．００〜７．００ｎｍの範囲であることを特徴とする、ＣＩＳ系薄膜太陽電池。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池において、前記アルカリ制御層の屈折率は１．４７０〜１．４９０の範囲であることを特徴とする、ＣＩＳ系薄膜太陽電池。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池において、前記高歪点ガラス基板の歪点が５６０℃以上であることを特徴とする、ＣＩＳ系薄膜太陽電池。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池において、前記高歪点ガラス基板の徐冷点が６１０℃以上であることを特徴とする、ＣＩＳ系薄膜太陽電池。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池において、前記高歪点ガラス基板の熱膨張係数が８×１０−６／℃〜９×１０−６／℃の範囲であることを特徴とする、ＣＩＳ系薄膜太陽電池。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池において、前記高歪点ガラス基板の密度が２．７〜２．９ｇ／ｃｍ３の範囲であることを特徴とする、ＣＩＳ系薄膜太陽電池。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池において、前記高歪点ガラスは１〜７重量％のＮａ２Ｏを含むことを特徴とする、ＣＩＳ系薄膜太陽電池。
【請求項９】
請求項８に記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池において、前記Ｎａ２Ｏの含有量は３〜５重量％であることを特徴とする、ＣＩＳ系薄膜太陽電池。
【請求項１０】
請求項１〜８の何れか１項に記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池において、前記高歪点ガラスは１〜１５重量％の範囲のＫ２Ｏを含むことを特徴とする、ＣＩＳ系薄膜太陽電池。
【請求項１１】
請求項１０に記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池において、前記Ｋ２Ｏの含有量は５〜１０重量％の範囲であることを特徴とする、ＣＩＳ系薄膜太陽電池。
【請求項１２】
請求項１〜１０の何れか１項に記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池において、前記高歪点ガラスは１〜１５重量％のＣａＯを含んでいることを特徴とする、ＣＩＳ系薄膜太陽電池。
【請求項１３】
請求項１２に記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池において、前記ＣａＯの含有量は１〜１０重量％の範囲であることを特徴とする、ＣＩＳ系薄膜太陽電池。
【請求項１４】
請求項１〜１３の何れか１項に記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池において、前記ｐ型ＣＩＳ系光吸収層はＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅ、Ｓを主成分とする５元系化合物を材料とすることを特徴とする、ＣＩＳ系薄膜太陽電池。
【請求項１５】
請求項１４に記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池において、前記ｐ型ＣＩＳ系光吸収層は、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａを含む積層構造またはそれらの混晶の金属プリカーサ膜を、セレン化および硫化して形成されていることを特徴とする、ＣＩＳ系薄膜太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＩＳ系薄膜太陽電池に関し、特に、高い光電変換効率を達成することが可能な新規な構造を有するＣＩＳ系薄膜太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ｐ型光吸収層としてＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅ、Ｓを含むカルコパイライト構造のＩ−ＩＩＩ−ＶＩ２族化合物半導体を用いた、ＣＩＳ系薄膜太陽電池が注目されている。このタイプの太陽電池は、製造コストが比較的低くしかも可視から近赤外の波長範囲に大きな吸収係数を持つので高い光電変換効率の達成が期待され、次世代型太陽電池の有力候補とみなされている。代表的な材料として、Ｃｕ（Ｉｎ、Ｇａ）Ｓｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ、Ｇａ）（Ｓｅ、Ｓ）２、ＣｕＩｎＳ２等がある。
【０００３】
ＣＩＳ系薄膜太陽電池は、ガラス基板上に金属の裏面電極層を形成し、その上にＩ−ＩＩＩ−ＶＩ２族化合物半導体からなるｐ型の光吸収層を形成し、さらにｎ型バッファ層、ｎ型透明導電膜窓層を形成して構成される。このようなＣＩＳ系薄膜太陽電池において、ガラス基板として青板ガラスを使用した場合、高い光電変換効率を達成できることが報告されている。
【０００４】
これは、青板ガラス中に含まれるＩａ族元素のＮａが、ｐ型光吸収層の成膜過程でこの層の中に熱拡散して行き、キャリア濃度に影響を与えるためであると考えられている。一方で、ｐ型光吸収層に導入されるＮａ量が多すぎると、電極層との間で剥離を生じやすいと言う問題点も指摘されている。従って、ＣＩＳ系薄膜太陽電池を製造する場合、ｐ型光吸収層へ最適量のＮａを導入することがその光電変換効率を向上させる上で非常に重要であると認識されている。
【０００５】
青板ガラス基板に含まれるＩａ族元素、例えばＮａ、をｐ型光吸収層の成膜過程でこの層中に最適量導入するために、青板ガラス基板と裏面電極層間にシリカ等を材料とするアルカリ制御層を設けて、Ｎａのｐ型光吸収層中への拡散量を制御する方法が提案されている（特許文献１参照）。本発明者等は、この方法において、アルカリ制御層を３０ｎｍとすることによって、光電変換効率が１４．３％のＣＩＳ系薄膜太陽電池を製造することに成功している。
【０００６】
一方で、ＣＩＳ系薄膜太陽電池の光電変換効率を向上させるためには、ｐ型光吸収層を形成する場合の成膜温度、即ち、硫化、セレン化の温度を高温にすることが必要であることも指摘されている。青板ガラスはその歪点が比較的低く、従って、更に光電変換効率を上げるために、高い成膜温度、例えば５５０℃以上でｐ型光吸収層を形成すると、ガラス基板が変形するため、成膜温度を高くすることができない。高温での成膜処理を行うためには、ガラス基板として、低アルカリガラスである高歪点ガラスまたは無アルカリガラスを使用する必要があるが、これらのガラスは含有アルカリ濃度が低く、あるいはアルカリ成分を含まないため、ｐ型光吸収層に充分なアルカリ成分を供給することができない。
【０００７】
なお、ＣＩＳ系薄膜太陽電池の基板に高歪点ガラスを用いた先行技術としては、特許文献２がある。しかしながら、特許文献２に記載の発明で重視しているのは、高歪点ガラスを基板として使用することで、熱履歴によるガラス基板の変形、基板とＣＩＳ系半導体層との間の熱膨張係数差による歪の発生、を抑えることで、安価なＣＩＳ系薄膜太陽電池の製造を可能とすることである。従って、ガラス基板からのＮａの最適拡散による光電変換効率の向上には着目しておらず、アルカリ制御層も設けていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１６５３８６
【特許文献２】特開平１１−１３５８１９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、ＣＩＳ系薄膜太陽電池の上記の問題点を解決して、より高い光電変換効率を有するＣＩＳ系薄膜太陽電池を得ることを目的としてなされたものである。従って、本発明では、基板として、歪点の低い青板ガラスに変わって高歪点ガラスを使用しても、ｐ型光吸収層にＮａ等のＩａ族元素を最適量導入することが可能な、新規な構造のＣＩＳ系薄膜太陽電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、本発明の一態様では、高歪点ガラス基板、アルカリ制御層、裏面電極層、ｐ型ＣＩＳ系光吸収層、ｎ型透明導電膜の順に積層されたＣＩＳ系薄膜太陽電池において、前記アルカリ制御層を、膜厚が２．００〜１０．００ｎｍで屈折率が１．４５０〜１．５００の範囲のシリカ膜とする。
【００１１】
前記のＣＩＳ系薄膜太陽電池において、アルカリ制御層の膜厚を２．００〜７．００ｎｍの範囲としても良い。また、アルカリ制御層の屈折率を１．４７０〜１．４９０の範囲としても良い。
【００１２】
更に、前記のＣＩＳ系薄膜太陽電池において、高歪点ガラス基板の歪点を５６０℃以上としても良い。また、その徐冷点を６１０℃以上としても良い。また、その熱膨張係数を８×１０−６／℃〜９×１０−６／℃の範囲としても良い。更に、その密度を２．７〜２．９ｇ／ｃｍ３の範囲としても良い。
【００１３】
前記のＣＩＳ系薄膜太陽電池において、前記高歪点ガラスは１〜７重量％のＮａ２Ｏを含んでいても良い。特に、Ｎａ２Ｏの含有量を３〜５重量％としても良い。また、１〜１５重量％の範囲、特に、５〜１０重量％の範囲のＫ２Ｏを含んでいても良い。更に、１〜１５重量％、特に、４〜１０重量％の範囲のＣａＯを含んでいても良い。
【００１４】
また、ｐ型ＣＩＳ系光吸収層をＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅ、Ｓを主成分とする５元系化合物を材料として形成しても良い。あるいは、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａを含む積層構造またはそれらの混晶の金属プリカーサ膜を、セレン化および硫化して形成しても良い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、屈折率が１．４５０〜１．５００の範囲のシリカ膜を２．００〜１０．００ｎｍの膜厚に形成したアルカリ制御層を、高歪点ガラス基板と裏面電極間に設けている。この構造のアルカリ制御層は、高歪点ガラスに含まれる低濃度のアルカリ元素を効率よくｐ型光吸収層に拡散することができる。従って、ｐ型光吸収層の成膜温度を、例えば６００℃以上の高温とすることによって、高い光電変換効率を有するＣＩＳ系薄膜太陽電池を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来のＣＩＳ系薄膜太陽電池の構造を示す概略断面図。
【図２】本発明の一実施形態に係るＣＩＳ系薄膜太陽電池の構造を示す概略断面図。
【図３】複数のＣＩＳ系薄膜太陽電池における、アルカリ制御層の膜厚、屈折率および光電変換効率の測定値を示す図。
【図４】図３に示すデータから、アルカリ制御層の膜厚と光電変換効率との関係を取り出して示すグラフ。
【図５】図４に示すグラフの一部を詳細に示す図。
【図６】図３に示すデータから、アルカリ制御層の屈折率と光電変換効率との関係を取り出して示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に、本発明との比較のために、アルカリ制御層を有する従来のＣＩＳ系薄膜太陽電池の構造を示す。図１において、１００は１２〜１５重量％のＮａ２Ｏを含む青板ガラス基板、１０１は、シリカ（ＳｉＯｘ）等からなるアルカリ制御層である。このアルカリ制御層１０１は約３０ｎｍ程度の膜厚を有しており、膜の品質、例えば屈折率については考慮されていない。１０２はＭｏ等を材料とする裏面電極層、１０３はＣＩＳ系半導体で形成されたｐ型光吸収層、１０４はバッファ層、１０５はｎ型窓層（透明導電膜）である。裏面電極１０２上にｐ型光吸収層１０３を形成する場合の熱処理により、青板ガラス基板に含まれるＮａがｐ型光吸収層中に拡散する。アルカリ制御層１０１はＮａ元素のｐ型光吸収層１０３への拡散量を制御するためのものであり、約３０ｎｍ厚のシリカによって形成されている場合、本発明者等の実験では、最高で１４．３％の光電変換効率を達成することができた。
【００１８】
図２に、本発明の一実施形態に係るＣＩＳ系薄膜太陽電池の構造を示す。図２において、１は高歪点ガラス基板であり、Ｎａ２Ｏを３〜５重量％含んでいる。２はシリカ（ＳｉＯｘ）を材料とするアルカリ制御層であり、膜厚が４〜５ｎｍ、屈折率が１．４７〜１．４８の範囲内とされている。この屈折率は、波長６３３ｎｍの光で測定した値である。更に、図２において、３はＭｏを材料とする裏面電極層、４はＣＩＳ系半導体で構成されるｐ型光吸収層、５はバッファ層、６はｎ型透明導電膜で形成される窓層を示す。
【００１９】
表１に、本実施形態の高歪点ガラス基板１の物性を示す。
【表１】
2011009287.tif 000003
【００２０】
なお、本実施形態で使用した高歪点ガラスに含まれるＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯの含有率は表１に示す通りであるが、一般の高歪点ガラスは、Ｎａ２Ｏを１〜７重量％、Ｋ２Ｏを１〜１５重量％、ＣａＯを１〜１５重量％含んでおり、このような高歪点ガラスを用いても本発明に係るＣＩＳ系薄膜太陽電池を構成することができる。また、この条件を外れる高歪点ガラスも存在するが、そのようなガラスであっても本発明の太陽電池を製造することは可能である。
【００２１】
次に、アルカリ制御層２の成膜方法について述べる。アルカリ制御層２は、例えば、ＳｉＯ２またはＳｉをターゲットとして、１）ＲＦスパッタ法、２）ＡＣスパッタ法、３）ＤＣスパッタ法によって成膜可能である。このようなスパッタ法を用いた成膜方法では、投入電力、Ｏ２濃度、成膜圧力、をパラメータとして変化させることで、種々の膜厚および屈折率を有するアルカリ制御層を成膜することが可能である。なお、これ以外のパラメータとして、ガス流量や基板搬送速度等もある。
【００２２】
各パラメータの一例は以下の通りである。
ＲＦスパッタ：ＳｉＯ２ターゲット
投入電力：０．１〜３Ｗ／ｃｍ２
Ｏ２濃度（Ｏ２／Ｏ２＋Ａｒ）：０〜２０％
成膜圧力：０．３〜２．０Ｐａ
【００２３】
なお、アルカリ制御層２の成膜方法としては、上記のスパッタ法以外に、プラズマＣＶＤ法、電子ビーム蒸着法などがある。
【００２４】
表２に裏面電極３の構成を示す。
【表２】
2011009287.tif 000004
【００２５】
次に、ｐ型光吸収層４の詳細を示す。
ｐ型光吸収層４は、金属裏面電極３上に、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａを含む積層構造又は混晶の金属プリカーサ膜を、スパッタ法や蒸着法などにより成膜した後、これをセレン化および硫化することによって形成する。実施例では、ＩｎおよびＧａのＩＩＩ族元素の原子数に対するＣｕの原子数の比率（Ｃｕ／ＩＩＩ族比）を０．８５〜０．９５とし、ＩＩＩ族元素の原子数に占めるＧａの原子数の比率（Ｇａ／ＩＩＩ族比）を０．１５〜０．４とし、セレン化を３５０℃〜５００℃、硫化を５５０℃〜６５０℃の条件で実行することにより、ｐ型の導電型を有する膜厚１〜３μｍの光吸収層を成膜した。
【００２６】
図２の実施形態では、ｐ型光吸収層４として２セレン・イオウ化銅インジウム・ガリウム（Ｃｕ（ＩｎＧａ）（ＳｅＳ）２）を成膜したが、この層に限定されること無く、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ２族カルコパイライト半導体であれば良い。例えば、
【００２７】
２セレン化銅インジウム  （ＣｕＩｎＳｅ２）
２イオウ化銅インジウム  （ＣｕＩｎＳ２）
２セレン・イオウ化銅インジウム  （ＣｕＩｎ（ＳｅＳ）２）
２セレン化銅ガリウム    （ＣｕＧａＳｅ２）
２イオウ化銅ガリウム    （ＣｕＧａＳ２）
２セレン化銅インジウム・ガリウム  （Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ２）
２イオウ化銅インジウム・ガリウム  （Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓ２）
等であってよい。
【００２８】
次に、バッファ層５の詳細を示す。
図２の実施形態では、バッファ層５として、ｎ型の導電型を有し透明で高抵抗な、膜厚２〜５０ｎｍのＺｎ（Ｏ、Ｓ、ＯＨ）ｘを成膜した。このバッファ層５は、溶液成長法、ＭＯＣＶＤ法によって成膜することが可能である。なお、本実施形態では、バッファ層５としてＺｎ（Ｏ、Ｓ、ＯＨ）ｘからなる半導体膜を成膜したが、本発明はこの実施形態に限定されることはない。例えば、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＯ等のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体薄膜、これらの混晶であるＺｎ（Ｏ、Ｓ）ｘ等、例えば、Ｉｎ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｓ３、Ｉｎ（ＯＨ）等のＩｎ系化合物半導体薄膜であっても良い。
【００２９】
次に、窓層（透明導電膜）６の詳細を示す。
図２の実施形態では、ｎ型の導電型を有し、禁制帯幅が広く透明で抵抗値が低く、厚さ０．５〜２．５μｍのＺｎＯ：Ｂからなる半導体膜を成膜した。この窓層６は、スパッタ法、ＭＯＣＶＤ法によって成膜可能である。また、本実施形態で用いたＺｎＯ：Ｂ以外にも、ＺｎＯ：Ａｌ、ＺｎＯ：Ｇａを使用可能であり、更に、透明導電膜（ＩＴＯ）からなる半導体膜であっても良い。
【００３０】
図２に示す本発明の一実施形態に係るＣＩＳ系薄膜太陽電池において、本発明者等は、最高光電変換効率として１５．３％を達成することができた。図１に示す従来のＣＩＳ系薄膜太陽電池における最高光電変換効率が１４．３％であることに比べると、本発明による光電変換効率の改善は顕著である。表３に、図１（従来技術）と図２（本発明）に示すＣＩＳ系薄膜太陽電池の構造および特性の相違をまとめる。
【００３１】
【表３】
2011009287.tif 000005
【００３２】
なお、アルカリ制御層の膜厚、屈折率に関して表３に示す値は、本発明に係る一実施形態の値であって、本発明はこれらの値に限定されるものではない。本発明では、アルカリ制御層の膜厚、屈折率は、膜厚：２〜１０ｎｍ、屈折率：１．４５〜１．５０（波長６３３ｎｍの光に対する屈折率）、特に、膜厚：２〜７ｎｍ、屈折率：１．４７〜１．４９が望ましい。
【００３３】
以下に、本発明に係るＣＩＳ系薄膜太陽電池の上記の構造を特定するために行った実験結果について、説明する。
【００３４】
高歪点ガラスは、一般に、Ｎａ２Ｏを１〜７重量％、Ｋ２Ｏを１〜１５重量％、ＣａＯを１〜１０重量％、含んでいる。青板ガラスと比べるとＮａは半分程度以下と少ないが、本発明者等は、アルカリ制御層の構造、物性を最適化することによって、これらの元素を効率よくｐ型光吸収層に拡散させることができれば、高歪点ガラスの特徴を生かした高温処理によって、高い光電変換効率を有するＣＩＳ系薄膜太陽電池を得ることができる、と考えた。そこで、アルカリ制御層をシリカ（ＳｉＯｘ）で構成するとともに、構造の因子として膜厚を、物性の因子として屈折率を採用し、これらを種々に変化させたＣＩＳ系薄膜太陽電池を作成し、その光電変換効率を測定した。実験では、膜厚の範囲が０〜３０ｎｍ、屈折率の範囲が１．４０７〜１．５０７のアルカリ制御層を有する複数のＣＩＳ系薄膜太陽電池を得ることができた。なお、この屈折率は、波長６３３ｎｍの光によって測定した値である。
【００３５】
図３に、図２に示すＣＩＳ系薄膜太陽電池における測定データを示し、図４および図５に測定データを、膜厚／光電変換効率のグラフに加工したものを、図６に測定データを、屈折率／光電変換効率のグラフの加工したものを示す。まず、図３に示すデータ表について説明する。この表はサンプル番号１〜４６のＣＩＳ系薄膜太陽電池について、アルカリ制御層２の膜厚と屈折率、光照射３０分後の光電変換効率Ｅｆｆ（％）を対応付けて示している。
【００３６】
図３に示すように、サンプル番号９〜４６のＣＩＳ系薄膜太陽電池（以下、サンプルと言う）は、アルカリ制御層２をＲＦスパッタ法で形成するにあたって、前述の投入電力、ガス濃度（アルゴンガスに対するＯ２比）、製膜圧力をパラメータとして変化させることにより、アルカリ制御層の膜厚および屈折率を、それぞれ変化させたものである。また、参考データとして、サンプル番号１〜８に、アルカリ制御層２を設けないサンプルについてのデータ（光電変換効率）を示している。なお、サンプル番号１〜４６の各サンプルは、アルカリ制御層の構造（膜厚）および屈折率を異ならせて製造されており、その他の条件、例えば、高歪点ガラス１、裏面電極層３、ｐ型光吸収層４、バッファ層５、および透明導電膜６の構造および製造方法については同じである。
【００３７】
図４および図５は、図３に示すデータから、横軸にアルカリ制御層の膜厚をｎｍで示し、縦軸に光電変換効率（Ｅｆｆ）を％で示し、アルカリ制御層の屈折率を複数の系統に分けてプロットしたグラフである。また、図６は、図３に示すデータから、横軸にアルカリ制御層の屈折率（波長６３３ｎｍの光に対する）を示し、縦軸に光電変換効率（Ｅｆｆ）を％で示している。
【００３８】
図４および図５のグラフから、次のことが理解される。即ち、アルカリ制御層の膜厚が１０ｎｍを超えると、光電変換効率の低下が顕著であり、アルカリ制御層の膜厚は１０ｎｍ以下が望ましいと考えられる。さらに、アルカリ制御層の膜厚が２ｎｍ以下においては、光電変換効率が１２．５％を下回るサンプルが存在しており、以上のことから、アルカリ制御層の膜厚は２ｎｍ以上が望ましいと考えられる。より詳細に図５を参照すると、アルカリ制御層の膜厚が２ｎｍ以上７ｎｍ以下の範囲にあるサンプルは、屈折率が１．５０以上のサンプルを除き、光電変換効率は１３％を超えている。このことから、アルカリ制御層の膜厚は、２ｎｍ以上７ｎｍ以下であることがより望ましいと考えられる。なお、アルカリ制御層を設けないサンプルにおいても、光電変換効率が１４％を超えるものが存在するが、本発明においては、アルカリ制御層の存在を前提としている。これは、アルカリ制御層を設けないサンプルは、光電変換効率とは別に、モジュール化後の環境試験において、ガラス基板とガラス基板上に製膜した各層とが剥離しやすいという、信頼性の問題を有しているためである。
【００３９】
次に、図６のグラフから、次のことが理解される。即ち、アルカリ制御層の膜厚が２〜１０ｎｍの範囲にあったとしても、アルカリ制御層の屈折率が１．５０を超えると、光電変換効率が低下することが分かる。これは、アルカリ制御層の膜厚制御だけでは、高歪点ガラスからのアルカリ金属の拡散を制御したことにならず、アルカリ制御層の膜厚と膜質（屈折率で判断）との両者を制御することで、はじめて高歪点ガラスからのアルカリ金属の拡散を制御することが可能となるためである。また、図６のグラフから、アルカリ制御層の屈折率が１．４５以上の場合に、良好な光電変換効率のサンプルが得られている。このことから、膜厚が２．００〜１０．００ｎｍの範囲にあり、かつ、屈折率が１．４５０〜１．５００となるアルカリ制御層を備えることにより、ＣＩＳ系薄膜太陽電池の光電変換効率を向上させることが可能になる。また、より詳細に図６を参照すると、アルカリ制御層の膜厚が２．００〜７．００ｎｍの範囲にある場合、アルカリ制御層の屈折率が１．４７０〜１．４９０の範囲のサンプルで、さらに良好な光電変換効率となることが分かる。
【００４０】
以上のことから、ガラス基板として高歪点ガラスを用いた場合、アルカリ制御層の膜厚が２．００〜１０．００ｎｍ、かつ、アルカリ制御層の屈折率が１．４５０〜１．５００において、光電変換効率が高い良好なＣＩＳ系薄膜太陽電池を得ることが可能となり、より好ましくは、アルカリ制御層の膜厚が２．００〜７．００ｎｍにおいて、さらに光電変換効率が高く、アルカリ制御層の屈折率が１．４７０〜１．４９０において、さらに光電変換効率が高いＣＩＳ系薄膜太陽電池を得られるという結論に、本発明者は想到した。
【符号の説明】
【００４１】
１    高歪点ガラス基板
２    アルカリ制御層
３    裏面電極層
４    ｐ型光吸収層
５    バッファ層
６    透明導電膜（窓層）
【図１】
2011009287.tif 000006
【図２】
2011009287.tif 000007
【図３】
2011009287.tif 000008
【図４】
2011009287.tif 000009
【図５】
2011009287.tif 000010
【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年9月10日(2010.9.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
前記課題を解決するために、本発明の一態様では、高歪点ガラス基板、アルカリ制御層、裏面電極層、ｐ型ＣＩＳ系光吸収層、ｎ型透明導電膜の順に積層されたＣＩＳ系薄膜太陽電池において、前記アルカリ制御層を、膜厚が２．００〜１０．００ｎｍで屈折率が１．４５０〜１．５００の範囲のシリカ膜とする。前記高歪点ガラス基板の歪点は５６０℃以上であり、さらに、１〜７重量％のＮａ２Ｏを含んでいる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
更に、前記のＣＩＳ系薄膜太陽電池において、その徐冷点を６１０℃以上としても良い。また、その熱膨張係数を８×１０−６／℃〜９×１０−６／℃の範囲としても良い。更に、その密度を２．７〜２．９ｇ／ｃｍ３の範囲としても良い。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
前記のＣＩＳ系薄膜太陽電池において、Ｎａ２Ｏの含有量を３〜５重量％としても良い。また、１〜１５重量％の範囲、特に、５〜１０重量％の範囲のＫ２Ｏを含んでいても良い。更に、１〜１５重量％、特に、４〜１０重量％の範囲のＣａＯを含んでいても良い。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高歪点ガラス基板、アルカリ制御層、裏面電極層、ｐ型ＣＩＳ系光吸収層、ｎ型透明導電膜の順に積層されたＣＩＳ系薄膜太陽電池において、
前記高歪点ガラス基板は、５６０℃以上の歪点を有し且つ１〜７重量％のＮａ２Ｏを含み、さらに、
前記アルカリ制御層は、膜厚が２．００〜１０．００ｎｍでかつ屈折率が１．４５０〜１．５００の範囲のシリカ膜であることを特徴とする、ＣＩＳ系薄膜太陽電池。
【請求項２】
請求項１に記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池において、前記アルカリ制御層の膜厚は２．００〜７．００ｎｍの範囲であることを特徴とする、ＣＩＳ系薄膜太陽電池。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池において、前記アルカリ制御層の屈折率は１．４７０〜１．４９０の範囲であることを特徴とする、ＣＩＳ系薄膜太陽電池。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池において、前記高歪点ガラス基板の徐冷点が６１０℃以上であることを特徴とする、ＣＩＳ系薄膜太陽電池。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池において、前記高歪点ガラス基板の熱膨張係数が８×１０−６／℃〜９×１０−６／℃の範囲であることを特徴とする、ＣＩＳ系薄膜太陽電池。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池において、前記高歪点ガラス基板の密度が２．７〜２．９ｇ／ｃｍ３の範囲であることを特徴とする、ＣＩＳ系薄膜太陽電池。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池において、前記Ｎａ２Ｏの含有量は３〜５重量％であることを特徴とする、ＣＩＳ系薄膜太陽電池。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池において、前記高歪点ガラスは１〜１５重量％の範囲のＫ２Ｏを含むことを特徴とする、ＣＩＳ系薄膜太陽電池。
【請求項９】
請求項８に記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池において、前記Ｋ２Ｏの含有量は５〜１０重量％の範囲であることを特徴とする、ＣＩＳ系薄膜太陽電池。
【請求項１０】
請求項１〜８の何れか１項に記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池において、前記高歪点ガラスは１〜１５重量％のＣａＯを含んでいることを特徴とする、ＣＩＳ系薄膜太陽電池。
【請求項１１】
請求項１０に記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池において、前記ＣａＯの含有量は１〜１０重量％の範囲であることを特徴とする、ＣＩＳ系薄膜太陽電池。
【請求項１２】
請求項１〜１１の何れか１項に記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池において、前記ｐ型ＣＩＳ系光吸収層はＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅ、Ｓを主成分とする５元系化合物を材料とすることを特徴とする、ＣＩＳ系薄膜太陽電池。
【請求項１３】
請求項１２に記載のＣＩＳ系薄膜太陽電池において、前記ｐ型ＣＩＳ系光吸収層は、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａを含む積層構造またはそれらの混晶の金属プリカーサ膜を、セレン化および硫化して形成されていることを特徴とする、ＣＩＳ系薄膜太陽電池。