(57)【要約】      （修正有）【課題】変換効率を高めることが可能なＣＺＴＳ太陽電池及びその製造方法を提供する。【解決手段】Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、及び、Ｓを含有するＣＺＴＳ膜と、ＺｎＭｇＯ膜と、ＣＺＴＳ膜及びＺｎＭｇＯ膜の間に配設されたＳｎＯ２膜とを有する、ＣＺＴＳ太陽電池とし、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、及び、Ｓを含有するＣＺＴＳ膜を準備するＣＺＴＳ膜準備工程Ｓ２と、該工程で準備されたＣＺＴＳ膜の表面にＳｎＯ２膜を形成するＳｎＯ２膜形成工程Ｓ３と、該工程で形成されたＳｎＯ２膜の表面に、加熱する過程を経てＺｎＭｇＯ膜を形成するＺｎＭｇＯ膜形成工程Ｓ４とを有する、ＣＺＴＳ太陽電池の製造方法とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、及び、Ｓを含有するＣＺＴＳ膜を準備するＣＺＴＳ膜準備工程と、
前記ＣＺＴＳ膜準備工程で準備された前記ＣＺＴＳ膜の表面に、ＳｎＯ２膜を形成するＳｎＯ２膜形成工程と、
前記ＳｎＯ２膜形成工程で形成された前記ＳｎＯ２膜の表面に、加熱する過程を経てＺｎＭｇＯ膜を形成するＺｎＭｇＯ膜形成工程と、
を有する、ＣＺＴＳ太陽電池の製造方法。
【請求項２】
Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、及び、Ｓを含有するＣＺＴＳ膜と、ＺｎＭｇＯ膜と、ＣＺＴＳ膜及びＺｎＭｇＯ膜の間に配設されたＳｎＯ２膜と、を有する、ＣＺＴＳ太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＺＴＳ太陽電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＺＴＳ系薄膜太陽電池（以下において、「ＣＺＴＳ太陽電池」という。）は、シリコンの代わりにＣｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、及び、Ｓを用いたＣｕ２ＺｎＳｎＳ４化合物半導体（以下において、「ＣＺＴＳ」又は「ＣＺＴＳ化合物半導体」ということがある。）を、光吸収層に使用する薄膜太陽電池である。これらの物質は入手しやすく安価であるため、ＣＺＴＳ太陽電池が注目されている。
【０００３】
ＣＺＴＳ太陽電池に関する技術として、例えば特許文献１には、ＣＺＴＳ系化合物半導体を含む光吸収層の上に、Ｚｎ系バッファ層が設けられることが示唆されている。また、http://www.nedo.go.jp/content/100086783.pdfに掲載されている「１７．『汎用原料を使用したＣＺＴＳ光吸収層による新型薄膜太陽電池の研究開発』」（以下において、「電子文献」という。）には、作製したＣＺＴＳ薄膜を光吸収層とし、窓層及び界面層を非真空プロセスであるsol-gel法で堆積させ、Ａｌ／Ａｌ：ＺｎＯ／ＺｎＯ／ＣＺＴＳ／Ｍｏ／ＳＬＧｌａｓｓ構造を構成し、素子化を試みた結果、発電に至らなかったことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２０６９２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電子文献に開示されている構成で発電に至らなかった原因の一つは、Ｚｎ系バッファ層（電子文献ではＺｎＯ）のＺｎがＣＺＴＳ層へと拡散したためであると考えられる。このＺｎの拡散は、主に、Ｚｎ系バッファ層を形成する際の焼成中に生じるので、Ｚｎの拡散を抑制するために、Ｚｎ系バッファ層形成時の加熱温度を低減することが考えられる。しかしながら、所望の結晶構造のＺｎ系バッファ層を形成するには、加熱温度を所定温度以上にする必要があるため、加熱温度を調整することのみによってＺｎの拡散を抑制することは困難である。すなわち、これまでの技術では、ＺｎがＣＺＴＳへ層と拡散することを抑制し難かったため、太陽電池の変換効率を高めることが困難であった。
【０００６】
そこで本発明は、変換効率を高めることが可能なＣＺＴＳ太陽電池及びその製造方法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】
【０００７】
本発明者は、鋭意検討の結果、ＣＺＴＳ層と、Ｚｎ系バッファ層であるＺｎＭｇＯとの間にＳｎＯ２膜を配置することにより、ＺｎＭｇＯからＣＺＴＳ層へのＺｎの拡散を抑制することが可能になり、その結果、この構造を有するＣＺＴＳ太陽電池の変換効率を高めることが可能になることを知見した。本発明は、かかる知見に基づいて完成させた。
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
本発明の第１の態様は、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、及び、Ｓを含有するＣＺＴＳ膜を準備するＣＺＴＳ膜準備工程と、該ＣＺＴＳ膜準備工程で準備されたＣＺＴＳ膜の表面に、ＳｎＯ２膜を形成するＳｎＯ２膜形成工程と、該ＳｎＯ２膜形成工程で形成されたＳｎＯ２膜の表面に、加熱する過程を経てＺｎＭｇＯ膜を形成するＺｎＭｇＯ膜形成工程と、を有する、ＣＺＴＳ太陽電池の製造方法である。
【０００９】
ここに、本発明において、「ＣＺＴＳ膜」とは、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、及び、Ｓを用いたＣｕ２ＺｎＳｎＳ４化合物半導体の膜をいう。また、「ＣＺＴＳ膜準備工程」は、ＣＺＴＳ膜を形成する工程であっても良く、ＣＺＴＳ膜を購入することによってＣＺＴＳ膜を準備する工程であっても良い。ＣＺＴＳ膜の表面に形成したＳｎＯ２膜の表面に、Ｚｎ系バッファ層であるＺｎＭｇＯ膜を形成することにより、ＣＺＴＳ膜とＺｎＭｇＯ膜との間にＳｎＯ２膜を介在させたＣＺＴＳ太陽電池を製造することが可能になる。ＣＺＴＳ膜の表面にＳｎＯ２膜を形成してから、このＳｎＯ２膜の表面にＺｎＭｇＯ膜を形成することにより、ＺｎＭｇＯ膜を形成するために焼成しても、ＳｎＯ２膜をＺｎの拡散を抑制する層として機能させることが可能になるので、ＺｎＭｇＯ膜中のＺｎがＣＺＴＳ膜へと拡散することを抑制できる。ＣＺＴＳ膜へのＺｎの拡散を抑制することにより、ＣＺＴＳ太陽電池の変換効率を高めることが可能になるので、本発明の第１の態様によれば、変換効率を高めたＣＺＴＳ太陽電池を製造することが可能な、ＣＺＴＳ太陽電池の製造方法を提供することができる。
【００１０】
本発明の第２の態様は、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、及び、Ｓを含有するＣＺＴＳ膜と、ＺｎＭｇＯ膜と、ＣＺＴＳ膜及びＺｎＭｇＯ膜の間に配設されたＳｎＯ２膜と、を有する、ＣＺＴＳ太陽電池である。
【００１１】
ＣＺＴＳ膜とＺｎＭｇＯ膜との間にＳｎＯ２膜を介在させることにより、ＳｎＯ２膜をＺｎの拡散を抑制する層として機能させることが可能になるので、ＺｎＭｇＯ膜中のＺｎがＣＺＴＳ膜へと拡散することを抑制できる。ＣＺＴＳ膜へのＺｎの拡散を抑制することにより、ＣＺＴＳ太陽電池の変換効率を高めることが可能になるので、本発明の第２の態様によれば、変換効率を高めることが可能な、ＣＺＴＳ太陽電池を提供することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、変換効率を高めることが可能なＣＺＴＳ太陽電池及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】候補材料の化学ポテンシャル及び格子定数を説明する図である。
【図２】本発明のＣＺＴＳ太陽電池の製造方法を説明する図である。
【図３】本発明のＣＺＴＳ太陽電池１０を説明する断面図である。
【図４】変換効率とＳｎＯ２膜厚との関係を説明する図である。
【図５】断面ＴＥＭ−ＥＤＸ結果を示す図である。図５（ａ）はＳｎＯ２膜を形成しなかったＣＺＴＳ太陽電池の結果であり、図５（ｂ）は厚さ１０ｎｍのＳｎＯ２膜を有するＣＺＴＳ太陽電池の結果である。
【図６】Ｚｎ拡散長とＳｎＯ２膜厚との関係を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ＣＺＴＳ膜の表面にＺｎ系バッファ層（Ｚｎ系酸化物層）を配置したＣＺＴＳ太陽電池は、光電変換効率（単に「変換効率」ともいう。）が低い。その原因について調査した結果、本発明者は、Ｚｎ系バッファ層に含まれているＺｎがＣＺＴＳ膜へと拡散することによって、ｐ型半導体であるＣＺＴＳ膜の特性がｎ型半導体に近くなることが、低い変換効率の一因であることを知見した。変換効率を高めたＣＺＴＳ太陽電池を得るためには、Ｚｎ系バッファ層に含まれているＺｎがＣＺＴＳ膜へと拡散しないようにすることが重要であると考え、本発明者は、ＣＺＴＳ膜へのＺｎの拡散を抑制する構成について検討した。その結果、以下の（１）〜（４）を満たすことにより、ＣＺＴＳ太陽電池の変換効率を高めることが可能になることを知見した。本発明は、このような知見に基づいて完成させた。
（１）Ｚｎ系バッファ層（ＺｎＭｇＯ）とＣＺＴＳ膜との間に他の膜を介在させる。
（２）不純物に起因する変換効率低下を防止するため、介在させる膜には、ＣＺＴＳを構成するカチオン元素（Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ）を含む化合物を用いる。
（３）介在させる膜を構成する元素がＣＺＴＳ膜へと拡散しないようにするため、上記カチオン元素の硫化物よりも安定な化合物を、ＺｎＭｇＯとＣＺＴＳ膜との間に介在させる膜に用いる。
（４）界面欠陥を低減することにより変換効率を高めやすくするため、介在させる膜を構成する化合物の格子定数は、ＣＺＴＳの格子定数とＺｎＭｇＯの格子定数との中間の値にする。
【００１５】
図１に、ＺｎＭｇＯとＣＺＴＳ膜との間に介在させる膜を構成する候補材料の化学ポテンシャル及び格子定数を示す。図１には、参考までに、Ｚｎについても記載した。図１に示したように、Ｓｎ、Ｃｕ、及び、Ｚｎは何れも、硫化物よりも酸化物の方が安定である。酸化物と硫化物との化学ポテンシャルの差は、Ｓｎが最も大きく、Ｃｕが最も小さい。酸化物と硫化物の化学ポテンシャルの差がＣｕの場合よりも大きいＺｎの酸化物であるＺｎＯをＣＺＴＳの表面に配置すると、上述のように、ＺｎがＣＺＴＳへと拡散する。これは、Ｚｎ酸化物の化学ポテンシャル（−３１８．３ｋＪ／ｍｏｌ）とＺｎ硫化物（−２０１．３ｋＪ／ｍｏｌ）の化学ポテンシャルとの差が、Ｚｎの拡散を抑制し得る程度に大きくないからであると考えられる。これを踏まえると、上記（３）を満たしやすくするためには、酸化物の化学ポテンシャルと硫化物の化学ポテンシャルとの差がＺｎの場合よりも大きいことが必要と考えられるので、介在させる他の層はＳｎの酸化物にすることとした。
ここで、Ｓｎの酸化物には、ＳｎＯ２及びＳｎＯがある。これらの化学ポテンシャルはそれぞれ、−５１９．７ｋＪ／ｍｏｌ、−２５６．９ｋＪ／ｍｏｌであるため、本発明では、ＳｎＯ２をＣＺＴＳとＺｎＭｇＯとの間に介在させる。なお、ＳｎＯ２の格子定数は４．７Åである。この格子定数は、ＣＺＴＳの格子定数である５．４ÅとＺｎＭｇＯの格子定数である４．３Åとの中間であるため、上記（４）を満たしている。
【００１６】
以下、図面を参照しつつ、本発明について説明する。なお、以下に示す形態は例示であり、本発明は以下に示す形態に限定されない。
【００１７】
１．ＣＺＴＳ太陽電池の製造方法
図２は、本発明のＣＺＴＳ太陽電池の製造方法を説明する図である。また、図３は、図２に示した本発明のＣＺＴＳ太陽電池の製造方法によって製造可能なＣＺＴＳ太陽電池１０を説明する図である。図２及び図３を適宜参照しつつ、本発明のＣＺＴＳ太陽電池の製造方法について説明する。
図２に示した本発明の製造方法は、裏面電極形成工程（Ｓ１）と、ＣＺＴＳ膜準備工程（Ｓ２）と、ＳｎＯ２膜形成工程（Ｓ３）と、ＺｎＭｇＯ膜形成工程（Ｓ４）と、透明電極形成工程（Ｓ５）と、櫛歯電極形成工程（Ｓ６）と、を有している。
【００１８】
１．１．裏面電極形成工程（Ｓ１）
裏面電極形成工程（以下において、「Ｓ１」という。）は、ＣＺＴＳ太陽電池の裏面電極を形成する工程である。Ｓ１は、ＣＺＴＳ太陽電池の裏面電極を形成可能であれば、その形態は特に限定されず、公知の方法により裏面電極を形成する工程、とすることができる。Ｓ１で形成される裏面電極は、ＣＺＴＳ太陽電池の裏面電極として使用可能であれば、その形態は特に限定されない。Ｓ１は、例えば、公知の方法により、ガラス基板１の表面にＭｏ裏面電極２を形成する工程、とすることができる。
【００１９】
１．２．ＣＺＴＳ膜準備工程（Ｓ２）
ＣＺＴＳ膜準備工程（以下において、「Ｓ２」という。）は、後述するＳｎＯ２膜形成工程で表面にＳｎＯ２膜が形成されるＣＺＴＳ膜を準備する工程である。Ｓ２は、ＳｎＯ２が表面に形成されるＣＺＴＳ膜を準備することができれば、その形態は特に限定されない。Ｓ２は、例えば、Ｓ１で形成された裏面電極２の表面に、スパッタ法等によって、ＣＺＴＳ膜３を形成する工程、とすることができる。
【００２０】
１．３．ＳｎＯ２膜形成工程（Ｓ３）
ＳｎＯ２膜形成工程（以下において、「Ｓ３」という。）は、Ｓ２で準備されたＣＺＴＳ膜の表面に、ＳｎＯ２膜を形成する工程である。Ｓ３は、Ｓ２で準備されたＣＺＴＳ膜の表面にＳｎＯ２膜を形成可能であれば、その形態は特に限定されない。Ｓ３は、例えば、塩化スズを含有する溶液を、加熱されたＣＺＴＳ膜３の表面にスプレー噴霧することによりＳｎＯ２膜４を形成するスプレー熱分解法（ＳＰＤ法）のほか、化学浴堆積法（ＣＢＤ法）や、電気化学堆積法（ＥＣＤ法）等によって、ＳｎＯ２膜を形成する工程、とすることができる。
【００２１】
１．４．ＺｎＭｇＯ膜形成工程（Ｓ４）
ＺｎＭｇＯ膜形成工程（以下において、「Ｓ４」という。）は、Ｓ３で形成されたＳｎＯ２膜の表面に、ＺｎＭｇＯ膜を形成する工程である。Ｓ４は、加熱する過程を経て、Ｓ３で形成されたＳｎＯ２膜の表面にＺｎＭｇＯ膜を形成可能であれば、その形態は特に限定されない。Ｓ４は、例えば、化学浴堆積法（ＣＢＤ法）によって、ＺｎＭｇＯ膜５の前駆体をＳｎＯ２膜４の表面に配置し、乾燥した後、これを所定の温度で所定の時間に亘って焼成することにより、ＳｎＯ２膜４の表面にＺｎＭｇＯ膜５を形成する工程、とすることができる。
【００２２】
１．５．透明電極形成工程（Ｓ５）
透明電極形成工程（以下において、「Ｓ５」という。）は、Ｓ４で形成されたＺｎＭｇＯ膜の表面に、透明電極を形成する工程である。Ｓ５は、ＣＺＴＳ太陽電池の透明電極を形成可能であれば、その形態は特に限定されず、公知の方法により透明電極を形成する工程、とすることができる。Ｓ５で形成される透明電極は、ＣＺＴＳ太陽電池の透明電極として使用可能であれば、その形態は特に限定されない。Ｓ５は、例えば、公知の方法により、ＺｎＭｇＯ膜５の表面にＡｌドープＺｎＯ透明電極６を形成する工程、とすることができる。
【００２３】
１．６．櫛歯電極形成工程（Ｓ６）
櫛歯電極形成工程（以下において、「Ｓ６」という。）は、Ｓ１で形成した裏面電極、及び、Ｓ５で形成した透明電極の表面に、櫛歯形状の電極を形成する工程である。Ｓ６は、太陽電池で用いられる櫛歯形状の電極を形成可能であれば、その形態は特に限定されず、公知の方法により櫛歯形状の電極を形成する工程、とすることができる。Ｓ６で形成される櫛歯形状の電極は、ＣＺＴＳ太陽電池の電極として使用可能であれば、その構成材料は特に限定されない。Ｓ６は、例えば、Ｓ１で形成した裏面電極２の表面に公知の方法で櫛歯形状のＡｇ電極８を形成し、且つ、Ｓ５で形成した透明電極６の表面に公知の方法で櫛歯形状のＡｌ電極７を形成する工程、とすることができる。
【００２４】
Ｓ１乃至Ｓ６を経ることにより、ＣＺＴＳ膜とＺｎＭｇＯ膜との間にＳｎＯ２膜を介在させたＣＺＴＳ太陽電池１０を製造することができる。ＣＺＴＳ膜の表面にＳｎＯ２膜を形成してから、このＳｎＯ２膜の表面にＺｎＭｇＯ膜を形成することにより、Ｓ４でＺｎＭｇＯ膜を形成するために焼成しても、Ｓ３で形成したＳｎＯ２膜をＺｎの拡散を抑制する層として機能させることが可能になるので、ＺｎＭｇＯ膜中のＺｎがＣＺＴＳ膜へと拡散することを抑制できる。ＺｎＭｇＯ膜中のＺｎがＣＺＴＳ膜へと拡散することを抑制することにより、ＣＺＴＳ太陽電池の変換効率を高めることが可能になる。したがって、Ｓ２乃至Ｓ４を有する形態とすることにより、変換効率を高めたＣＺＴＳ太陽電池を製造することが可能な、ＣＺＴＳ太陽電池の製造方法を提供することができる。
【００２５】
２．ＣＺＴＳ太陽電池
図３は、本発明のＣＺＴＳ太陽電池１０を説明する断面図である。本発明の理解を容易にするため、図３では、ＣＺＴＳ太陽電池１０を簡略化して示している。
図３に示したＣＺＴＳ太陽電池１０は、石英ガラス基板１の表面に形成された裏面電極２と、裏面電極２の表面に形成されたＣＺＴＳ膜３と、ＣＺＴＳ膜３の表面に形成されたＳｎＯ２膜４と、ＳｎＯ２膜４の表面に形成されたＺｎＭｇＯ膜５と、ＺｎＭｇＯ膜５の表面に形成された透明電極６と、透明電極６の表面に形成されたＡｌ櫛歯電極７と、裏面電極２の表面に形成されたＡｇ櫛歯電極８と、を有している。
【００２６】
ＣＺＴＳ太陽電池１０は、ＣＺＴＳ膜３とＺｎＭｇＯ膜５との間に、ＳｎＯ２膜４が備えられている。このような形態にすることにより、ＺｎＭｇＯ膜５を形成するために焼成しても、ＳｎＯ２膜４をＺｎの拡散を抑制する層として機能させることが可能になるので、ＺｎＭｇＯ膜５のＺｎがＣＺＴＳ膜３へと拡散することを抑制できる。ＣＺＴＳ膜３へのＺｎの拡散を抑制することにより、ＣＺＴＳ太陽電池１０の変換効率を高めることが可能になる。したがって、本発明によれば、変換効率を高めることが可能な、ＣＺＴＳ太陽電池１０を提供することができる。このような効果を奏するＣＺＴＳ太陽電池１０は、上述したＳ１乃至Ｓ６を有する本発明のＣＺＴＳ太陽電池の製造方法によって製造することができる。
【００２７】
本発明のＣＺＴＳ太陽電池の製造方法に関する上記説明では、ＣＺＴＳ膜を形成するＳ２を有する形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。本発明のＣＺＴＳ太陽電池の製造方法におけるＣＺＴＳ膜準備工程は、ＣＺＴＳ膜を購入することによって、ＣＺＴＳ膜を準備する形態にすることも可能である。
【実施例】
【００２８】
＜ＣＺＴＳ太陽電池の作製＞
・ＳｎＯ２膜の形成
エタノールに０．０１ｍｏｌ／Ｌの塩化スズを溶解した溶液を調合した。その後、石英ガラス基板の表面に形成されたＭｏ裏面電極の表面にスパッタ法で形成したＣＺＴＳ膜を、３５０℃に加熱し、加熱されたＣＺＴＳ膜の表面へ上記溶液をスプレー噴霧することにより、ＣＺＴＳ膜の表面にＳｎＯ２膜を形成した。スプレーの噴霧回数を調節することにより、ＳｎＯ２膜の厚さを４種類（０ｎｍ、２ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ）に制御した。
・ＺｎＭｇＯ膜の形成
２６２ｍｌの水及び３８ｍｌの１０％アンモニア水をビーカーに入れ、これを氷水に浸けることにより、５℃まで冷却した。一方、酢酸Ｚｎ及び酢酸Ｍｇを、モル比で酢酸Ｚｎ：酢酸Ｍｇ＝７．５：２．５となるように秤量し、これを上記ビーカーへと入れた。次いで、酢酸Ｚｎ及び酢酸Ｍｇを入れたビーカーに回転子を入れ、スターラー上でよく攪拌させることにより、酢酸Ｚｎ及び酢酸Ｍｇを溶解させた。その後、表面にＳｎＯ２膜を形成したＣＺＴＳ膜（ＳｎＯ２膜の厚さが０ｎｍ、すなわち、ＳｎＯ２膜を形成しない条件では、ＳｎＯ２膜を有しないＣＺＴＳ膜。）を、上記ビーカーへ投入し、引き続き、６０℃に加熱されたウォーターバスに上記ビーカーを浸け、３０分間に亘って保持した。その後、石英ガラス基板を取り出して乾燥した後、３００℃の大気雰囲気下で１時間に亘って焼成することにより、ＺｎＭｇＯ膜を形成した。
・電極の形成
ＺｎＭｇＯ膜を形成した後、その表面にＡｌドープＺｎＯ透明電極を形成し、さらに、Ａｌ櫛歯電極及びＡｇ櫛歯電極を形成することにより、図３に示したＣＺＴＳ太陽電池１０を作製した。
【００２９】
＜性能評価＞
ＳｎＯ２膜を形成しない１種類のＣＺＴＳ太陽電池、及び、ＳｎＯ２膜の厚さを変えた３種類のＣＺＴＳ太陽電池の合計４種類のＣＺＴＳ太陽電池に模擬太陽光を照射して、Ｉ−Ｖ測定を行うことにより、それぞれのＣＺＴＳ太陽電池の変換効率を測定した。また、それぞれのＣＺＴＳ太陽電池の断面について、透過型電子顕微鏡−エネルギー分散型Ｘ線分光分析（ＴＥＭ−ＥＤＸ）を行うことにより、ＣＺＴＳ膜へのＺｎ拡散の有無、及び、ＣＺＴＳ膜へのＺｎの拡散距離（Ｚｎ拡散長さ）を調査した。
【００３０】
＜結果＞
変換効率とＳｎＯ２膜厚との関係を図４に示す。また、ＳｎＯ２膜を形成しなかったＣＺＴＳ太陽電池及び厚さ１０ｎｍのＳｎＯ２膜を形成したＣＺＴＳ太陽電池のそれぞれに対する、Ｚｎ拡散の調査結果を図５に示す。図５（ａ）は、ＳｎＯ２膜を有しないＣＺＴＳ太陽電池に対するＴＥＭ−ＥＤＸ結果であり、図５（ｂ）は、厚さ１０ｎｍのＳｎＯ２膜を有するＣＺＴＳ太陽電池に対するＴＥＭ−ＥＤＸ結果である。また、Ｚｎ拡散長さとＳｎＯ２膜厚との関係を図６に示す。
【００３１】
・変換効率とＳｎＯ２膜厚との関係
図４に示したように、ＳｎＯ２膜を形成しなかったＣＺＴＳ太陽電池は変換効率が２％に満たなかったが、ＳｎＯ２膜をＣＺＴＳ膜とＺｎＭｇＯ膜との間に介在させることにより、ＣＺＴＳ太陽電池の変換効率を高めることができた。今回の実験では、ＳｎＯ２膜の厚さが１０ｎｍの場合に、変換効率が最大となった。厚さ２０ｎｍのＳｎＯ２膜を有するＣＺＴＳ太陽電池の変換効率が厚さ１０ｎｍのＳｎＯ２膜を有するＣＺＴＳ太陽電池よりも変換効率が低かったのは、ＳｎＯ２膜の厚さが厚すぎて電子の移動を阻害した結果であると考えられる。
【００３２】
・Ｚｎ拡散
図５（ａ）に示したように、ＳｎＯ２膜を形成しなかったＣＺＴＳ太陽電池では、ＺｎＭｇＯ膜とＣＺＴＳ膜との界面から深さ２０ｎｍ程度の領域まで、ＣＺＴＳ膜中にＺｎが拡散していた。これに対し、図５（ｂ）に示したように、厚さ１０ｎｍのＳｎＯ２膜を有するＣＺＴＳ太陽電池では、ＳｎＯ２膜及びＣＺＴＳ膜にＺｎは拡散しなかった。この結果から、厚さ１０ｎｍのＳｎＯ２膜をＺｎＭｇＯ膜とＣＺＴＳ膜との間に設けることにより、ＣＺＴＳ膜へのＺｎの拡散を防止できることが確認された。
【００３３】
・Ｚｎ拡散長さとＳｎＯ２膜厚との関係
図６に示したように、厚さ２ｎｍのＳｎＯ２膜を有するＣＺＴＳ太陽電池では、ＣＺＴＳ膜へのＺｎの拡散を完全に防止することは困難であったが、ＳｎＯ２膜厚が増大するにつれてＺｎ拡散が抑制され、ＳｎＯ２膜の厚さを１０ｎｍとすることにより、Ｚｎ拡散をほぼ完全に抑制することができた。
以上の結果から、ＣＺＴＳ膜とＺｎＭｇＯ膜との間に設けるＳｎＯ２膜の厚さは、１０ｎｍ程度とすることが好ましいと考えられる。
【符号の説明】
【００３４】
１…石英ガラス基板
２…裏面電極
３…ＣＺＴＳ膜
４…ＳｎＯ２膜
５…ＺｎＭｇＯ膜
６…透明電極
７…Ａｌ櫛歯電極
８…Ａｇ櫛歯電極
１０…ＣＺＴＳ太陽電池
【図２】
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【図３】
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【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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