(57)【要約】【課題】  光電変換装置の光電変換効率を高める。【解決手段】  光電変換装置１１は、Ｍｏを含む電極層２と、電極層２上に位置するＭｏＯ３を含む中間層３と、中間層３上に位置する金属カルコゲナイドを含む第１の半導体層４と、第１の半導体層４上に位置する第１の半導体層４とは異なる導電型の第２の半導体層５とを具備する。【選択図】  図１
2015008218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｏを含む電極層と、
該電極層上に位置するＭｏＯ３を含む中間層と、
該中間層上に位置する金属カルコゲナイドを含む第１の半導体層と、
該第１の半導体層上に位置する該第１の半導体層とは異なる導電型の第２の半導体層と
を具備する光電変換装置。
【請求項２】
前記第１の半導体層はさらに酸素を含んでいる、請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記中間層は厚みが１〜３０ｎｍである、請求項１または２に記載の光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属カルコゲナイドを含む半導体層を用いた光電変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池等の光電変換装置として、Ｉ−III−VI族化合物等の金属カルコゲナイドを光
吸収層として用いたものがある。この光電変換装置は、例えば、ソーダライムガラスからなる基板上にＭｏからなる電極層が形成され、この電極層上に光吸収層が形成されている。さらに、その光吸収層上には、ＺｎＳ、ＣｄＳ、Ｉｎ２Ｓ３などを含むバッファ層を介して、ＺｎＯ、ＩＴＯなどからなる透明の透明導電膜が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−３３０６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光電変換装置は光電変換効率のさらなる向上が望まれている。よって、本発明の目的は、光電変換装置の光電変換効率を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様に係る光電変換装置は、Ｍｏを含む電極層と、該電極層上に位置するＭｏＯ３を含む中間層と、該中間層上に位置する金属カルコゲナイドを含む第１の半導体層と、該第１の半導体層上に位置する該第１の半導体層とは異なる導電型の第２の半導体層とを具備する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、光電変換装置の光電変換効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】光電変換装置の実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】図１の光電変換装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
＜(1)光電変換装置の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る光電変換装置の一例を示す斜視図である。図２は、図１の光電変換装置のＸＺ断面図である。なお、図１〜図２には、光電変換セル１０の配列方向（図１の図面視左右方向）をＸ軸方向とする右手系のＸＹＺ座標系を付している。
【０００９】
光電変換装置１１は、基板１の上に複数の光電変換セル１０が並設された構成を有している。図１では、図示の都合上、２つの光電変換セル１０のみが示されているが、実際の光電変換装置１１には、図面のＸ軸方向、或いは更に図面のＹ軸方向に、多数の光電変換セル１０が平面的に（二次元的に）配列されている。
【００１０】
各光電変換セル１０は、下部電極層２、中間層３、第１の半導体層４、第２の半導体層５、上部電極層６、および集電電極７を主に備えている。光電変換装置１１では、上部電極層６および集電電極７が設けられた側の主面が受光面となっている。
【００１１】
基板１は、複数の光電変換セル１０を支持するものであり、例えば、ガラス、セラミックス、樹脂、または金属等の材料で構成されている。具体例として、例えば、基板１として、１〜３ｍｍ程度の厚さを有する青板ガラス（ソーダライムガラス）が用いられてもよい。
【００１２】
下部電極層２は、基板１の一主面の上に設けられた導電層であり、モリブデン（Ｍｏ）を含んでいる。第１の半導体層４と下部電極層２との電気的な接合を高めるという観点からは、下部電極層２におけるＭｏの濃度は７０〜１００ｍｏｌ％であってもよい。また、下部電極層２は、０．１〜１μｍ程度の厚さを有する。下部電極層２は、スパッタリング法または蒸着法等の公知の薄膜形成方法によって形成することができる。
【００１３】
第１の半導体層４は、光を吸収して光電変換を行なう半導体層であり、光吸収層として機能する。第１の半導体層４は、第１の導電型（ここではｐ型の導電型）を有しており、下部電極層２の＋Ｚ側の主面２ａの上に、例えば、１〜３μｍ程度の厚さで設けられている。第１の半導体層４は金属カルコゲナイドを含む半導体が採用され得る。
【００１４】
金属カルコゲナイドとは、金属元素とカルコゲン元素との化合物である。また、カルコゲン元素とは１６族元素（VI−Ｂ族元素ともいう）のうちの硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）をいう。金属カルコゲナイドとしては、１１族元素（Ｉ−Ｂ族元素ともいう）と１３族元素（III−Ｂ族元素ともいう）と１６族元素との化合物であるＩ−III−VI族化合物、１１族元素と１２族元素（II−Ｂ族元素ともいう）と１４族元素（IV−Ｂ族元素ともいう）と１６族元素との化合物であるＩ−II−IV−VI族化合物および１２族元素と１６族元素との化合物であるII−VI族化合物等が採用され得る。
【００１５】
Ｉ−III−VI族化合物としては、例えば、ＣｕＩｎＳｅ２（二セレン化銅インジウム、
ＣＩＳともいう）、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２（二セレン化銅インジウム・ガリウム、ＣＩＧＳともいう）、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）２（二セレン・イオウ化銅インジウム・ガリウム、ＣＩＧＳＳともいう）が挙げられる。あるいは、第１の半導体層４は、薄膜の二セレン・イオウ化銅インジウム・ガリウム層を表面層として有する二セレン化銅インジウム・ガリウム等の多元化合物半導体薄膜にて構成されていてもよい。
【００１６】
Ｉ−II−IV−VI族化合物としては、例えば、Ｃｕ２ＺｎＳｎＳ４（ＣＺＴＳともいう）、Ｃｕ２ＺｎＳｎ（Ｓ，Ｓｅ）４（ＣＺＴＳＳｅともいう）、およびＣｕ２ＺｎＳｎＳｅ４（ＣＺＴＳｅともいう）が挙げられる。また、II−VI族化合物としては、例えば、ＣｄＴｅ等が挙げられる。
【００１７】
第１の半導体層４は、スパッタリング法、蒸着法などのいわゆる真空プロセスによって形成可能であるほか、いわゆる塗布法あるいは印刷法と称されるプロセスによって形成することもできる。塗布法あるいは印刷法と称されるプロセスは、第１の半導体層４の構成元素の錯体溶液等を下部電極層２の上に塗布し、その後、乾燥・熱処理を行うプロセスである。
【００１８】
中間層３は、酸化モリブデン（VI）（ＭｏＯ３）を含んだ半導体層であり、下部電極層２および第１の半導体層４の界面に位置している。このような構成によって、第１の半導体層４と中間層３との伝導帯のバンド不整合が形成される。その結果、第１の半導体層４の下部電極層２側の表面部においてキャリアが再結合するのが有効に低減され、光電変換装置１１の光電変換効率が向上する。
【００１９】
下部電極２に含まれるＭｏは自然酸化によって、ＭｏＯ２を生成しやすい傾向があるが
、このＭｏＯ２は上記のようなバンド不整合を形成するための半導体としては機能し難い。ＭｏＯ３を含む中間層３は、下部電極層２を、例えば大気等の酸素を含む雰囲気中で、１５０〜５００℃に加熱することによって、下部電極層２の表面をＭｏＯ３に化学変化させることによって作製できる。ＭｏＯ３は、例えばＸ線光電子分光分析（ＸＰＳ）を用いて分析することができる。
【００２０】
第１の半導体層４から中間層３を介して下部電極層２へキャリアをより良好に伝導するという観点からは、第１の半導体層４は金属カルコゲナイドを７０〜１００ｍｏｌ％含むとともに中間層３はＭｏＯ３を７０〜１００ｍｏｌ％含んでいてもよい。
【００２１】
中間層３の厚みは、例えば、１〜３０ｎｍであってもよい。このような構成により、第１の半導体層４と下部電極層２との間での電荷移動が良好に行なわれ、光電変換装置１１の光電変換効率がより向上する。
【００２２】
また、第１の半導体層４は、中間層３との接合性を高めるという観点から、さらに酸素を含んでいてもよい。第１の半導体層４における酸素濃度は、例えば、０．０１〜１原子％であってもよい。第１の半導体層４における酸素濃度は、例えば二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を用いて測定することができる。
【００２３】
第２の半導体層５は、第１の導電型の第１の半導体層４とは異なる第２の導電型（ここではｎ型の導電型）を有する半導体層であり、第１の半導体層４と電気的に接合している。なお、第１の導電型および第２の導電型とは、ｐ型およびｎ型の一方および他方をいう。第１の導電型がｐ型であれば第２の導電型はｎ型であり、第１の導電型がｎ型であれば第２の導電型はｐ型である。第１の半導体層４と第２の半導体層５とで光照射により生じた正負のキャリアの電荷分離を良好に行うことができる。
【００２４】
リーク電流が低減される観点から言えば、第２の半導体層５は、１Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有するものであってもよい。また、第２の半導体層５は、第１の半導体層４の一主面の法線方向に厚さを有する。この厚さは、例えば５〜２００ｎｍに設定される。また、第２の半導体層５は複数層であってもよい。
【００２５】
第２の半導体層５としては、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｓｅ３、Ｉｎ（ＯＨ，Ｓ）、（Ｚｎ，Ｉｎ）（Ｓｅ，ＯＨ）、および（Ｚｎ，Ｍｇ）Ｏ等が挙げられる。第２の半導体層５は、例えばケミカルバスデポジション（ＣＢＤ）法等で形成される。なお、Ｉｎ（ＯＨ，Ｓ）とは、ＩｎとＯＨとＳとを主成分として含む化合物をいう。（Ｚｎ，Ｉｎ）（Ｓｅ，ＯＨ）は、ＺｎとＩｎとＳｅとＯＨとを主成分として含む化合物をいう。（Ｚｎ，Ｍｇ）Ｏは、ＺｎとＭｇとＯとを主成分として含む化合物をいう。第２の半導体層５は、第１の半導体層４の吸収効率を高めるため、第１の半導体層４が吸収する光の波長領域に対して高い光透過性を有するものであってもよい。第２の半導体層５の厚みは、例えば５〜２００ｎｍである。
【００２６】
上部電極層６は、第２の半導体層５の上に設けられた透明導電膜であり、第１の半導体層４において生じた電荷を取り出す電極である。上部電極層６は、第２の半導体層５よりも低い抵抗率を有する物質によって構成されている。上部電極層６には、いわゆる窓層と呼ばれるものも含まれ、この窓層に加えて更に透明導電膜が設けられる場合には、これらが一体の上部電極層６とみなされても良い。
【００２７】
上部電極層６は、禁制帯幅が広く且つ透明で低抵抗の材料を主に含んでいる。このような材料としては、例えば、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３およびＳｎＯ２等の金属酸化物半導体等が採用され得る。これらの金属酸化物半導体には、Ａｌ、Ｂ、Ｇａ、ＩｎおよびＦ等のうち
の何れかの元素が含まれても良い。このような元素が含まれた金属酸化物半導体の具体例としては、例えば、ＡＺＯ（Aluminum Zinc Oxide）、ＧＺＯ（Gallium Zinc Oxide）、
ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＦＴＯ（Fluorine tin Oxide）等がある。
【００２８】
上部電極層６は、例えば０．０５〜３μｍの厚さを有するように形成される。ここで、第１の半導体層４から電荷が良好に取り出される観点から言えば、上部電極層６は、１Ω・ｃｍ未満の抵抗率と、５０Ω／□以下のシート抵抗とを有するものとすることができる。
【００２９】
上部電極層６は、スパッタリング法、蒸着法、または化学的気相成長（ＣＶＤ）法等で形成することができる。
【００３０】
また、上部電極層６の上に集電電極７が設けられていてもよい。集電電極７は、Ｙ軸方向に離間して設けられ、それぞれがＸ軸方向に延在している。集電電極７は、導電性を有する電極であり、例えば、銀（Ａｇ）等の金属を含む。
【００３１】
集電電極７は、第１の半導体層４において発生して上部電極層６において取り出された電荷を集電する役割を担う。集電電極７が設けられれば、上部電極層６の薄層化が可能となる。
【００３２】
集電電極７および上部電極層６によって集電された電荷は、第１の半導体層４、第２の半導体層５および上部電極層６を分断する溝部Ｐ２に設けられた接続導体８を通じて、隣の光電変換セル１０に伝達される。接続導体８は、例えば、図２に示されるように集電電極７のＹ軸方向への延在部分によって構成されている。これにより、光電変換装置１１においては、隣り合う光電変換セル１０の一方の下部電極層２と、他方の集電電極７とが、溝部Ｐ２に設けられた接続導体８を介して電気的に直列に接続されている。なお、接続導体８は、これに限定されず、上部電極層６の延在部分によって構成されていてもよい。
【００３３】
集電電極８は、良好な導電性が確保されつつ、第１の半導体層４への光の入射量を左右する受光面積の低下が最小限にとどめられるように、５０〜４００μｍの幅を有するものとすることができる。
【００３４】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良などが可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１：基板
２：下部電極層
３：中間層
４：第１の半導体層
５：第２の半導体層
６：上部電極層
７：集電電極
８：接続導体
１０：光電変換セル
１１：光電変換装置
【図１】
2015008218.tif 000003
【図２】
2015008218.tif 000004