(57)【要約】  本発明は、太陽電池用光吸収層に使用されるＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＧａＳｅ２及びＣｕＩｎ１−ｘＧａｘＳｅ２薄膜を多層に積層して太陽光の吸収能力を向上させることができる太陽電池用光吸収層及びその製造方法に関するもので、本発明は、基板上にＩｎ及びＳｅを含む単一前駆体を使用した有機金属化学気相蒸着法によってＩｎＳｅ薄膜を形成する段階；前記ＩｎＳｅ薄膜上にＣｕ前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＣｕ２Ｓｅ薄膜を形成する段階；前記Ｃｕ２Ｓｅ薄膜上にＧａ及びＳｅを含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＣｕＧａＳｅ２薄膜を形成する段階；及び前記ＣｕＧａＳｅ２薄膜上にＩｎ及びＳｅを含む単一前駆体とＣｕ前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＣｕＧａＳｅ２／ＣｕＩｎＳｅ２構造の多層薄膜を形成する段階とを含むことを特徴とする。
2008527735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、ＩＩＩ族（以下、ＢまたはＣと表示し、ＢはＣより原子番号が大きなもの）元素Ｂ及びＶＩ族元素（以下、Ｘと表示する）を含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＢＸ構造式の化合物薄膜を蒸着する第１段階；
前記ＢＸ構造式の化合物薄膜に、Ｉ族金属元素（以下、Ａと表示する）を含む前駆体を供給する有機金属化学気相蒸着法によってＡ２Ｘ構造式の化合物薄膜を形成する第２段階；
前記Ａ２Ｘ構造式の化合物薄膜上に、ＩＩＩ族元素Ｃ及びＶＩ族元素Ｘを含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＡＣＸ２構造式の化合物薄膜を蒸着する第３段階；及び
前記ＡＣＸ２構造式の化合物薄膜上に、前記ＩＩＩ族元素Ｂ及びＶＩ族元素Ｘを含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＡＢＸ２構造式の化合物薄膜を蒸着してＡＣＸ２／ＡＢＸ２構造式の多層薄膜を形成する第４段階とを含むことを特徴とする太陽電池用光吸収層の製造方法。
【請求項２】
前記第２段階で蒸着されたＡ２Ｘ構造式の化合物薄膜で、Ｉ族元素Ａは適正化学当量比より過多含有されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用光吸収層の製造方法。
【請求項３】
前記第４段階のＡＣＸ２／ＡＢＸ２構造式の多層薄膜上に、Ｉ族金属元素Ａを含む前駆体を供給してＩ族金属元素Ａを補充した後、前記ＩＩＩ族元素Ｂ及びＶＩ族元素Ｘを含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＡＣＸ２／ＡＢＸ２構造式の多層薄膜を形成する第５段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用光吸収層の製造方法。
【請求項４】
前記第５段階のＡＣＸ２／ＡＢＸ２構造式の多層薄膜上に、ＩＩＩ族元素Ｃ及びＶＩ族元素Ｘを含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＡＣＸ２／Ａ（Ｂ、Ｃ）Ｘ２構造式の多層薄膜を形成する第６段階を更に含むことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池用光吸収層の製造方法。
【請求項５】
前記第６段階のＡＣＸ２／Ａ（Ｂ、Ｃ）Ｘ２構造式の化合物多層薄膜上に、Ｉ族金属元素Ａを含む前駆体を供給して多層薄膜にＩ族金属を補充した後、前記ＩＩＩ族元素Ｂ及びＶＩ族元素Ｘを含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＡＢＸ２構造式の化合物薄膜を蒸着し、ＡＣＸ２／Ａ（Ｂ、Ｃ）Ｘ２／ＡＢＸ２構造式の多層薄膜を形成する第７段階を更に含むことを特徴とする請求項４に記載の太陽電池用光吸収層の製造方法。
【請求項６】
前記第２段階で蒸着されたＡ２Ｘ構造式の化合物薄膜で、Ｉ族元素Ａは適正化学当量比に合っていることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の太陽電池用光吸収層の製造方法。
【請求項７】
前記Ｉ族元素Ａは銅（Ｃｕ）、前記ＩＩＩ元素Ｂはインジウム（Ｉｎ）、前記ＩＩＩ族元素Ｃはガリウム（Ｇａ）またはアルミニウム（Ａｌ）、前記ＶＩ族元素Ｘはセレニウム（Ｓｅ）であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の太陽電池用光吸収層の製造方法。
【請求項８】
基板上に、ＩＩＩ族元素（以下、Ｂと表示する）及びＶＩ族元素（以下、Ｘと表示する）を含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＢＸ構造式の化合物薄膜を蒸着する第１段階；
前記ＢＸ構造式の化合物薄膜に、Ｉ族金属元素（以下、Ａと表示する）を含む前駆体を供給する有機金属化学気相蒸着法によってＡ２Ｘ構造式の化合物薄膜を形成する第２段階；
前記Ａ２Ｘ構造式の化合物薄膜上に、ＩＩＩ族元素Ｂ及びＶＩ族元素Ｘを含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＡＢＸ２構造式の化合物薄膜を蒸着して第１ｐ型半導体層を形成する第３段階；
前記第１ｐ型半導体層にＰＮまたはＰＩＮ異種接合を形成して第１セルを形成する第４段階；
前記第１セル上に絶縁性のバッファ層を蒸着する第５段階；
前記バッファ層上に、ＩＩＩ族元素Ｂ及びＶＩ族元素Ｘを含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＢＸ構造式の化合物薄膜を蒸着する第６段階；
前記ＢＸ構造式の化合物薄膜に、Ｉ族金属元素Ａを含む前駆体を供給する有機金属化学気相蒸着法によってＡ２Ｘ構造式の化合物薄膜を形成する第７段階；
前記Ａ２Ｘ化合物薄膜上に、ＩＩＩ族元素Ｂ及びＶＩ族元素Ｘを含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＡＢＸ２構造式の化合物薄膜を蒸着して第２ｐ型半導体層を形成する第８段階；及び
前記第２ｐ型半導体層にＰＮまたはＰＩＮ異種接合を形成して第２セルを作り、第１セル／バッファ層／第２セルの多層セルを形成する第９段階とを含み；
第１セルと第２セルのＡＢＸ２はそのエネルギーバンドギャップがお互い異なることを特徴とする太陽電池用光吸収層の製造方法。
【請求項９】
第１セルと第２セルのＡＢＸ２を構成するＩＩＩ族元素Ｂはお互い異なるＩＩＩ族元素であることを特徴とする請求項８に記載の太陽電池用光吸収層の製造方法。
【請求項１０】
第１セルと第２セルのＡＢＸ２のうち一つはＩＩＩ族元素Ｂの位置に二つ以上のＩＩＩ族元素を含有することを特徴とする請求項８に記載の太陽電池用光吸収層の製造方法。
【請求項１１】
前記Ｉ族元素Ａは銅（Ｃｕ）、前記ＩＩＩ族元素Ｂはインジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）またはアルミニウム（Ａｌ）、前記ＶＩ族元素Ｘはセレニウム（Ｓｅ）であることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の太陽電池用光吸収層の製造方法。
【請求項１２】
基板；
前記基板上に形成され、周期律表上のＩ族元素（以下、Ａと表示する）、ＩＩＩ族（以下、ＢまたはＣと表示し、ＢはＣより原子番号が大きなもの）元素Ｃ及びＶＩ族元素（以下、Ｘと表示する）とで構成されたＡＣＸ２構造式の化合物薄膜の第１層；及び
前記第１層上に形成され、周期律表上のＩ族元素Ａ、ＩＩＩ族元素Ｂ及びＶＩ族元素Ｘとで構成されたＡＢＸ２構造式の化合物薄膜の第２層とで構成されたＡＣＸ２／ＡＢＸ２構造式の多層薄膜を含むことを特徴とする太陽電池用光吸収層。
【請求項１３】
前記Ｉ族元素Ａは銅（Ｃｕ）、前記ＩＩＩ族元素Ｂはインジウム（Ｉｎ）、前記ＩＩＩ族元素Ｃはガリウム（Ｇａ）またはアルミニウム（Ａｌ）、前記ＶＩ族元素Ｘはセレニウム（Ｓｅ）であることを特徴とする請求項１２に記載の太陽電池用光吸収層。
【請求項１４】
基板；
前記基板上に形成され、周期律表上のＩ族元素（以下、Ａと表示する）、ＩＩＩ族（以下、ＢまたはＣと表示し、ＢはＣより原子番号が大きなもの）元素Ｃ及びＶＩ族元素（以下、Ｘと表示する）とで構成されたＡＣＸ２構造式の化合物薄膜の第１層；及び
前記第１層上に形成され、周期律表上のＩ族元素Ａ、ＩＩＩ族元素Ｂ、Ｃ及びＶＩ族元素Ｘとで構成されたＡ（Ｂ、Ｃ）Ｘ２構造式の化合物薄膜の第２層とを含んで構成されていることを特徴とする太陽電池用光吸収層。
【請求項１５】
前記第２層上に形成され、周期律表上のＩ族元素Ａ、ＩＩＩ族元素Ｂ及びＶＩ族元素Ｘとで構成されたＡＢＸ２構造式の化合物薄膜の第３層を含んで構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池用光吸収層。
【請求項１６】
前記Ｉ族元素Ａは銅（Ｃｕ）、前記ＩＩＩ族元素Ｂはインジウム（Ｉｎ）、前記ＩＩＩ族元素Ｃはガリウム（Ｇａ）またはアルミニウム（Ａｌ）、前記ＶＩ族元素Ｘはセレニウム（Ｓｅ）であることを特徴とする請求項１４または１５に記載の太陽電池用光吸収層。
【請求項１７】
基板；
前記基板上に形成され、周期律表上のＩ族元素（以下、Ａと表示する）、ＩＩＩ族元素（以下、Ｂと表示する）及びＶＩ族元素（以下、Ｘと表示する）とで構成されたＡＢＸ２構造式の化合物薄膜と、その上層のＰＮまたはＰＩＮ異種接合を有する第１層；
前記第１層上に形成される絶縁層の第２層；及び
前記第２層上に形成され、周期律表上のＩ族元素Ａ、ＩＩＩ族元素Ｂ及びＶＩ族元素Ｘとで構成されたＡＢＸ２構造式の化合物薄膜と、その上層のＰＮまたはＰＩＮ異種接合を有する第３層とを含み；
第１層と第３層のＡＢＸ２化合物薄膜はそのエネルギーバンドギャップがお互い異なることを特徴とする太陽電池用光吸収層。
【請求項１８】
第１層と第３層のＡＢＸ２を構成するＩＩＩ族元素Ｂはお互い異なるＩＩＩ族元素であることを特徴とする請求項１７に記載の太陽電池用光吸収層。
【請求項１９】
第１層と第３層のＡＢＸ２のうち一つはＩＩＩ族元素Ｂの位置に二つ以上のＩＩＩ族元素を含有することを特徴とする請求項１７に記載の太陽電池用光吸収層。
【請求項２０】
前記Ｉ族元素Ａは銅（Ｃｕ）、前記ＩＩＩ族元素Ｂはインジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）またはアルミニウム（Ａｌ）、前記ＶＩ族元素Ｘはセレニウム（Ｓｅ）であることを特徴とする請求項１７乃至１９のいずれかに記載の太陽電池用光吸収層。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔技術分野〕
本発明は、太陽電池用光吸収層及びその製造方法に関するもので、より詳細には、ＭＯＣＶＤ方法を使用して化学当量比に近い造成比を有するＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＧａＳｅ２及びＣｕＩｎ１-ｘＧａＸＳｅ２薄膜を多層に積層して太陽光の吸収能力を向上させることのできる、太陽電池用光吸収層及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
〔背景技術〕
ＣｕＩｎＳｅ２（以下、“ＣＩＳ”という）またはＣｕＩｎ１−ｘＧａｘＳｅ２（以下、“ＣＩＧＳ”という）の三元系薄膜は、最近活発に研究されている化合物半導体のうちの一つである。
【０００３】
これらＣＩＳ系薄膜太陽電池は、既存のシリコンを使用する太陽電池とは異なり、１０ミクロン以下の厚さに制作可能で、長時間使用時、安定的な特性を有している。また、実験的に最高変換効率が１９．８％と、他の太陽電池に比べ遙かに優れ、シリコンを代替できる低価高効率の太陽電池で、商業化の可能性がとても高い。
【０００４】
これに伴い、最近商業化のためにＣＩＳ薄膜を製造するための多様な方法が報告されている。そのうちの一つが、本発明の出願人が先出願した韓国特許出願第２００４−２９２２１号に詳しく記載されている。このような従来の技術によると、基板上に［Ｍｅ２Ｉｎ−（μＳｅＭｅ）］２前駆体を使用した有機金属化学気相蒸着法によってＩｎＳｅ薄膜を形成し、ＩｎＳｅ薄膜上に（ｈｆａｃ）Ｃｕ（ＤＭＢ）前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＣｕ２Ｓｅ薄膜を形成した後、Ｃｕ２Ｓｅ薄膜上に［Ｍｅ２Ｉｎ−（μＳｅＭｅ）］２前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＣｕＩｎＳｅ２薄膜を製造するのである。また、ＣｕＩｎＳｅ２薄膜上に［Ｍｅ２Ｇａ−（μＳｅＭｅ）］２前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＣｕＩｎ１−ｘＧａｘＳｅ２薄膜を製造するのである。
【０００５】
前述したように、ＣＩＳ系薄膜太陽電池は２０％に近い高いエネルギー変換効率を見せるが、効率をより増加させるためには、これらを多重薄膜に制作しなければならない。つまり、太陽光には光子エネルギーが約１．７ｅＶ（波長７００ｎｍの赤い光）から３．０ｅＶ（波長４００ｎｍの紫の光）の可視光線だけでなく、目に見えない豊富な紫外線と赤外線が含まれている。従って、このような多様なエネルギーの光を吸収するための高効率太陽電池制作には多重薄膜の制作技術が必需的である。
【０００６】
太陽光の全体スペクトロムを効率的に電気エネルギーに変換させるためには、エネルギーバンドギャップの異なる吸収層を多重に配列すればよい。ＣＩＳを利用した太陽電池の理論的に予測されるエネルギー変換効率は、吸収層を２層にした時４２％、３層にした時４９％、４層にした時５３％、そして多層にすると６８％まで増加させることができると知られている。このように、吸収層の造成比を連続的に、または不連続的に変化させて作ったものをタンデムセル（Tandem Cell）という。しかし、ＣＩＳ系化合物薄膜は多原子系物質で、多層薄膜を形成すると、上部層と下部層の境界面で原子たちが互いに拡散し、それ自体の特性を得ることができないという問題が多くて、これまでは高品質のタンデムセルを製造するのに多大なる難点があった。
【０００７】
〔発明の開示〕
〔技術的課題〕
本発明は、前記のような従来の技術的問題点を解決するために案出されたもので、多原子系薄膜であるＣＩＳ系化合物薄膜たちの上部層と下部層の間の境界面で原子たちの拡散がほとんどないＣＩＳ系多層薄膜の太陽電池用光吸収層及びその製造方法を提供するためのものである。
【０００８】
〔技術的解決方法〕
本発明の一実施例による太陽電池用光吸収層の製造方法は、基板上に、ＩＩＩ族（以下、ＢまたはＣと表示し、ＢはＣより原子番号が大きなもの）元素Ｂ及びＶＩ族元素（以下、Ｘと表示する）を含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＢＸ構造式の化合物薄膜を蒸着する第１段階；前記ＢＸ構造式の化合物薄膜に、Ｉ族金属元素（以下、Ａと表示する）を含む前駆体を供給する有機金属化学気相蒸着法によってＡ２Ｘ構造式の化合物薄膜を形成する第２段階；前記Ａ２Ｘ構造式の化合物薄膜上に、ＩＩＩ族元素Ｃ及びＶＩ族元素Ｘを含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＡＣＸ２構造式の化合物薄膜を蒸着する第３段階；及び前記ＡＣＸ２構造式の化合物薄膜上に、前記ＩＩＩ族元素Ｂ及びＶＩ族元素Ｘを含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＡＢＸ２構造式の化合物薄膜を蒸着してＡＣＸ２／ＡＢＸ２構造式の多層薄膜を形成する第４段階とを含むことを特徴とする。この時、前記第２段階で蒸着されたＡ２Ｘ構造式の化合物薄膜で、Ｉ族元素Ａは適正化学当量比より過多含有されるようにし、第４段階でＡＢＸ２構造式の化合物薄膜を蒸着する時に補充され得るようにする。
【０００９】
これによって製造された太陽電池用光吸収層は、基板と、周期律表上のＩ族元素（以下、Ａと表示する）、ＩＩＩ族（以下、ＢまたはＣと表示し、ＢはＣより原子番号が大きなもの）元素Ｃ及びＶＩ族元素（以下、Ｘと表示する）とで構成されたＡＣＸ２構造式の化合物薄膜の第１層と、周期律表上のＩ族元素Ａ、ＩＩＩ族元素Ｂ及びＶＩ族元素Ｘとで構成されたＡＢＸ２構造式の化合物薄膜の第２層とで構成されたＡＣＸ２／ＡＢＸ２構造式の多層薄膜となる。
【００１０】
本発明の他の実施例による太陽電池用光吸収層の製造方法は、基板上に、ＩＩＩ族（以下、ＢまたはＣと表示し、ＢはＣより原子番号が大きなもの）元素Ｂ及びＶＩ族元素（以下、Ｘと表示する）を含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＢＸ構造式の化合物薄膜を蒸着する第１段階；前記ＢＸ構造式の化合物薄膜に、Ｉ族金属元素（以下、Ａと表示する）を含む前駆体を供給する有機金属化学気相蒸着法によってＡ２Ｘ構造式の化合物薄膜を形成する第２段階；前記Ａ２Ｘ構造式の化合物薄膜上に、ＩＩＩ族元素Ｃ及びＶＩ族元素Ｘを含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＡＣＸ２構造式の化合物薄膜を蒸着する第３段階；前記ＡＣＸ２構造式の化合物薄膜上に、前記ＩＩＩ族元素Ｂ及びＶＩ族元素Ｘを含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＡＢＸ２構造式の化合物薄膜を蒸着してＡＣＸ２／ＡＢＸ２構造式の多層薄膜を形成する第４段階；及び前記ＡＢＸ２構造式の化合物薄膜上に、Ｉ族金属元素Ａを含む前駆体を供給してＩ族金属元素Ａを補充した後、前記ＩＩＩ族元素Ｂ及びＶＩ族元素Ｘを含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＡＣＸ２／ＡＢＸ２構造式の多層薄膜を形成する第５段階を含むことを特徴とする。この時、前記第２段階で形成されたＡ２Ｘ構造式の化合物薄膜で、Ｉ族元素Ａは適正化学当量比に合うようにする。
【００１１】
これによって製造された太陽電池用光吸収層は、基板と、周期律表上のＩ族元素（以下、Ａと表示する）、ＩＩＩ族（以下、ＢまたはＣと表示し、ＢはＣより原子番号が大きなもの）元素Ｃ及びＶＩ族元素（以下、Ｘと表示する）とで構成されたＡＣＸ２構造式の化合物薄膜の第１層と、周期律表上のＩ族元素Ａ、ＩＩＩ族元素Ｂ及びＶＩ族元素Ｘとで構成されたＡＢＸ２構造式の化合物薄膜の第２層とで構成されたＡＣＸ２／ＡＢＸ２構造式の多層薄膜となる。
【００１２】
本発明で、前記第５段階のＡＣＸ２／ＡＢＸ２構造式の多層薄膜上に、ＩＩＩ族元素Ｃ及びＶＩ族元素Ｘを含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＡＣＸ２／Ａ（Ｂ、Ｃ）Ｘ２構造式の多層薄膜を形成する第６段階を更に含む。これによって製造された太陽電池用光吸収層は、基板と、周期律表上のＩ族元素（以下、Ａと表示する）、ＩＩＩ族（以下、ＢまたはＣと表示し、ＢはＣより原子番号が大きなもの）元素Ｃ及びＶＩ族元素（以下、Ｘと表示する）とで構成されたＡＣＸ２構造式の化合物薄膜の第１層と、周期律表上のＩ族元素Ａ、ＩＩＩ族元素Ｂ、Ｃ及びＶＩ族元素Ｘとで構成されたＡ（Ｂ、Ｃ）Ｘ２構造式の化合物薄膜の第２層とで構成されたＡＣＸ２／Ａ（Ｂ、Ｃ）Ｘ２構造式の多層薄膜となる。
【００１３】
また、本発明で、前記第６段階のＡＣＸ２／Ａ（Ｂ、Ｃ）Ｘ２構造式の化合物多層薄膜上に、Ｉ族金属元素Ａを含む前駆体を供給して多層薄膜にＩ族金属を補充した後、前記ＩＩＩ族元素Ｂ及びＶＩ族元素Ｘを含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＡＢＸ２構造式の化合物薄膜を蒸着し、ＡＣＸ２／Ａ（Ｂ、Ｃ）Ｘ２／ＡＢＸ２構造式の多層薄膜を形成する第７段階を更に含む。これによって製造された太陽電池用光吸収層は、基板と、周期律表上のＩ族元素（以下、Ａと表示する）、ＩＩＩ族（以下、ＢまたはＣと表示し、ＢはＣより原子番号が大きなもの）元素Ｃ及びＶＩ族元素（以下、Ｘと表示する）とで構成されたＡＣＸ２構造式の化合物薄膜の第１層と、周期律表上のＩ族元素Ａ、ＩＩＩ族元素Ｂ、Ｃ及びＶＩ族元素Ｘとで構成されたＡ（Ｂ、Ｃ）Ｘ２構造式の化合物薄膜の第２層と、周期律表上のＩ族元素Ａ、ＩＩＩ族元素Ｂ及びＶＩ族元素Ｘとで構成されたＡＢＸ２構造式の化合物薄膜の第３層とで構成されたＡＣＸ２／Ａ（Ｂ、Ｃ）Ｘ２／ＡＢＸ２構造式の多層薄膜となる。
【００１４】
本発明のまた他の実施例による太陽電池用光吸収層の製造方法は、基板上に、ＩＩＩ族元素（以下、Ｂと表示する）及びＶＩ族元素（以下、Ｘと表示する）を含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＢＸ構造式の化合物薄膜を蒸着する第１段階；前記ＢＸ構造式の化合物薄膜に、Ｉ族金属元素（以下、Ａと表示する）を含む前駆体を供給する有機金属化学気相蒸着法によってＡ２Ｘ構造式の化合物薄膜を形成する第２段階；前記Ａ２Ｘ構造式の化合物薄膜上に、ＩＩＩ族元素Ｂ及びＶＩ族元素Ｘを含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＡＢＸ２構造式の化合物薄膜を蒸着して第１ｐ型半導体層を形成する第３段階；前記第１ｐ型半導体層にＰＮまたはＰＩＮ異種接合を形成して第１セルを形成する第４段階；前記第１セル上に絶縁層を蒸着する第５段階；前記絶縁層上に、ＩＩＩ族元素Ｂ及びＶＩ族元素Ｘを含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＢＸ構造式の化合物薄膜を蒸着する第６段階；前記ＢＸ構造式の化合物薄膜に、Ｉ族金属元素Ａを含む前駆体を供給する有機金属化学気相蒸着法によってＡ２Ｘ構造式の化合物薄膜を形成する第７段階；前記Ａ２Ｘ化合物薄膜上に、ＩＩＩ族元素Ｂ及びＶＩ族元素Ｘを含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＡＢＸ２構造式の化合物薄膜を蒸着して第２ｐ型半導体層を形成する第８段階；及び前記第２ｐ型半導体層にＰＮまたはＰＩＮ異種接合を形成して第２セルを作り、第１セル／絶縁層／第２セルの多層セルを形成する第９段階とを含み；第１セルと第２セルのＡＢＸ２はそのエネルギーバンドギャップがお互い異なることを特徴とする。
【００１５】
これによって製造された太陽電池用光吸収層は、基板と、周期律表上のＩ族元素（以下、Ａと表示する）、ＩＩＩ族元素（以下、Ｂと表示する）及びＶＩ族元素（以下、Ｘと表示する）とで構成されたＡＢＸ２構造式の化合物薄膜と、その上層のＰＮまたはＰＩＮ異種接合を有する第１層と、前記第１層上に形成される絶縁性の第２層と、周期律表上のＩ族元素Ａ、ＩＩＩ族元素Ｂ及びＶＩ族元素Ｘとで構成されたＡＢＸ２構造式の化合物薄膜と、その上層のＰＮまたはＰＩＮ異種接合を有する第３層とを含み、第１層と第３層のＡＢＸ２化合物薄膜はそのエネルギーバンドギャップがお互い異なるように構成される。
【００１６】
〔発明の実施のための最善の形態〕
以下、添付の図面を参照して、本発明による好ましい実施例の太陽電池用光吸収層の製造方法を説明する。本実施例は、本発明の権利範囲を限定するものでなく、単に例示のために提示されたものである。
【００１７】
図１は、本発明の第１実施例による太陽電池用光吸収層の製造工程を概略的に示したフローチャートである。
【００１８】
図示されているように、基板上に、インジウム（Ｉｎ）及びセレニウム（Ｓｅ）を含む単一前駆体、つまり［Ｍｅ２Ｉｎ−（μＳｅＭｅ）］２を使用したＭＯＣＶＤ法によってＩｎＳｅ化合物薄膜を蒸着する（Ｓ１０１）。Ｍｅはメチル（methyl）を示し、μは、ＳｅがＩｎと二重にブリッジ（bridge）された結合になっていることを示している。エネルギーバンドギャップがより大きな吸収層が太陽電池の上部側となり、小さい方が後方電極に接触しなければならないので、基板は、透明電極にＺｎＯまたはＣｄＳ薄膜の被さった基板を使用しなければならない。
【００１９】
段階Ｓ１０１で蒸着されたＩｎＳｅ化合物薄膜にＣｕ１価前駆体（ｈｆａｃ）Ｃｕ（ＤＭＢ）を供給するＭＯＣＶＤ法によってＣｕ２Ｓｅ化合物薄膜を制作する（Ｓ１０２）。（ｈｆａｃ）はヘクサフルオロアセチルアセト（hexafluoroacetylaceto）の略称で、（ＤＭＢ）は３、３−ジメチル（dimethyl）−１−ブテン（butene）の略称である。
【００２０】
段階Ｓ１０２で蒸着されたＣｕ２Ｓｅ化合物薄膜上にＧａ及びＳｅを含む単一前駆体、つまり［Ｍｅ２Ｇａ−（μＳｅＭｅ）］２を使用したＭＯＣＶＤ法によってＣｕＧａＳｅ２化合物薄膜を蒸着する（段階Ｓ１０３）。
【００２１】
段階Ｓ１０３で蒸着されたＣｕＧａＳｅ２化合物薄膜上にＩｎ及びＳｅを含む単一前駆体、つまり［Ｍｅ２Ｉｎ−（μＳｅＭｅ）］２を使用したＭＯＣＶＤ法によってＣｕＩｎＳｅ２化合物薄膜を蒸着して、ＣｕＧａＳｅ２／ＣｕＩｎＳｅ２多層薄膜を形成する（段階Ｓ１０４）。
【００２２】
この時、段階Ｓ１０２のＣｕ２ＳｅにはＣｕが適正化学当量比より若干過多含有されるようにＣｕ前駆体の量または工程条件を調節して、段階Ｓ１０４でＩｎ及びＳｅの供給だけでも、ＣｕＩｎＳｅ２化合物薄膜が蒸着されるようにする。つまり、ＣｕＩｎＳｅ２化合物薄膜の蒸着時、ＣｕＧａＳｅ２に過多含有されたＣｕが上部に拡散されるようにして、ＣｕＧａＳｅ２／ＣｕＩｎＳｅ２多層薄膜を形成するのである。
【００２３】
本発明で薄膜成長のために使用された装置は低圧ＭＯＣＶＤである。本発明で使用された低圧ＭＯＣＶＤ装置には、（ｈｆａｃ）Ｃｕ（ＤＭＢ）、［Ｍｅ２Ｉｎ−（μＳｅＭｅ）］２及び［Ｍｅ２Ｇａ−（μＳｅＭｅ）］２などの前駆体の入っているバブラー（bubbler）が多数個装着される。これによって、各前駆体の入っているバブラーを順次的に活用することによって、単一工程でＣＩＳ、ＣＧＳ及びＣＩＧＳの多層薄膜を製造するのが可能である。
【００２４】
図２は、本発明の第２実施例による太陽電池用光吸収層の製造工程を概略的に示したフローチャートである。
【００２５】
図示されているように、基板上にインジウム（Ｉｎ）及びセレニウム（Ｓｅ）を含む単一前駆体、つまり［Ｍｅ２Ｉｎー（μＳｅＭｅ）］２を使用したＭＯＣＶＤ法によってＩｎＳｅ化合物薄膜を蒸着する（Ｓ２０１）。Ｍｅはメチル（Methyl）を示すもので、μは、ＳｅがＩｎと二重にブリッジ（bridge）された結合になっていることを示す。基板は透明電極にＺｎＯまたはＣｄＳ薄膜の被さったものである。
【００２６】
段階Ｓ２０１で蒸着されたＩｎＳｅ化合物薄膜にＣｕ１価前駆体（ｈｆａｃ）Ｃｕ（ＤＭＢ）を供給するＭＯＣＶＤ法によってＣｕ２Ｓｅ化合物薄膜を制作する（Ｓ２０２）。（ｈｆａｃ）はヘクサフルオロアセチルアセト（hexafluoroacethlaceto）の略称で、（ＤＭＢ）は３、３−ジメチル（dimethyl）−１−ブテン（butene）の略称である。
【００２７】
段階Ｓ２０２で制作されたＣｕ２Ｓｅ化合物薄膜上にＧａ及びＳｅを含む単一前駆体、つまり［Ｍｅ２Ｇａ−（μＳｅＭｅ）］２を使用したＭＯＣＶＤ法によってＣｕＧａＳｅ２化合物薄膜を蒸着する（段階Ｓ２０３）。
【００２８】
段階Ｓ２０３で蒸着されたＣｕＧａＳｅ２化合物薄膜上にＩｎ及びＳｅを含む単一前駆体、つまり［Ｍｅ２Ｉｎ−（μＳｅＭｅ）］２を使用したＭＯＣＶＤ法によってＣｕＩｎＳｅ２化合物薄膜を蒸着する（段階Ｓ２０４）。この時、供給される物質はＩｎとＳｅだけでなく、下部層であるＣｕＧａＳｅ２に含有されているＣｕの一部が拡散してＣｕＩｎＳｅ２化合物薄膜を形成することになる。
【００２９】
段階Ｓ２０４で蒸着されたＣｕＩｎＳｅ２化合物薄膜上にＣｕ前駆体である（ｈｆａｃ）Ｃｕ（ＤＭＢ）を供給してＣｕＩｎＳｅ２に不十分に含有されたＣｕを補充する（段階Ｓ２０５）。次に、Ｉｎ及びＳｅを含む単一前駆体、つまり［Ｍｅ２Ｉｎ−（μＳｅＭｅ）］２を使用したＭＯＣＶＤ法によってＣｕＩｎＳｅ２化合物薄膜の蒸着が完成されるようにして、ＣｕＧａＳｅ２／ＣｕＩｎＳｅ２多層薄膜を完成する（段階Ｓ２０６）。この時、供給される物質はＩｎとＳｅだけであるが、段階Ｓ２０５で補充されたＣｕの一部がＣｕＩｎＳｅ２化合物薄膜形成に使用される。この時、段階Ｓ２０２のＣｕ２Ｓｅには、実施例１と異なり、Ｃｕが適正化学当量比と合うように含有されるようＣｕ前駆体の量または工程条件を調節する。
【００３０】
図３は、このような方法で製造されたＣｕＧａＳｅ２／ＣｕＩｎＳｅ２多層薄膜のＸＲＤ結果である。比較のために、ＣｕＩｎＳｅ２とＣｕＧａＳｅ２の単一薄膜に対する結果を添付した。ＣｕＧａＳｅ２／ＣｕＩｎＳｅ２薄膜のＸＲＤ回折模様で、２６．６２度のピークはＣｕＩｎＳｅ２の（２１１）面に該当するもので、２７．６６度のピークはＣｕＧａＳｅ２の（２１１）面に該当するものである。４４．２５度のピークはＣｕＩｎＳｅ２の（２２０）と（２０４）面に該当するもので、４５．６４度と４６．１７度のピークは各々ＣｕＧａＳｅ２の（２２０）と（２０４）面に該当するものである。ＣｕＩｎＳｅ２の（２２０）と（２０４）面のピークは重なって現れる反面、ＣｕＧａＳｅ２の（２２０）と（２０４）面のピークは分離されて現れる理由は、ＣｕＩｎＳｅ２の場合、単位細胞の格子常数がａ＝ｃ／２である反面、ＣｕＧａＳｅ２の場合はａ＞ｃ／２と、圧縮歪曲が発生するためである。
【００３１】
図４は、本発明の第３実施例による太陽電池用光吸収層の製造工程を概略的に示したフローチャートである。
【００３２】
段階Ｓ３０１乃至段階Ｓ３０６は第２実施例の段階Ｓ２０１乃至段階Ｓ２０６と同一で、製造されたＣｕＧａＳｅ２／ＣｕＩｎＳｅ２多層薄膜上に、Ｇａ及びＳｅを含む単一前駆体、つまり［Ｍｅ２Ｇａ−（μＳｅＭｅ）］２を使用したＭＯＣＶＤ法によってＣｕＧａＳｅ２／ＣｕＩｎ１−ｘＧａｘＳｅ２構造の多層薄膜を完成する（段階Ｓ３０７）。
【００３３】
図５は、本発明の第４実施例による太陽電池用光吸収層の製造工程を概略的に示したフローチャートである。
【００３４】
段階Ｓ４０１乃至段階Ｓ４０７は第３実施例の段階Ｓ３０１乃至段階Ｓ３０７と同一で、製造されたＣｕＧａＳｅ２／ＣｕＩｎ１−ｘＧａｘＳｅ２構造の多層薄膜上に、Ｃｕ前駆体、つまり（ｈｆａｃ）Ｃｕ（ＤＭＢ）を供給して多層薄膜にＣｕを補充する（段階Ｓ４０８）。次に、Ｉｎ及びＳｅを含む単一前駆体、つまり［Ｍｅ２Ｉｎ−（μＳｅＭｅ）］２を使用したＭＯＣＶＤ法によってＣｕＧａＳｅ２／ＣｕＩｎ１−ｘＧａｘＳｅ２／ＣｕＩｎＳｅ２多層薄膜を形成する（段階Ｓ４０９）。
【００３５】
図６は、前述した第１及び第２実施例の方法で製造されたＣｕＧａＳｅ２／ＣｕＩｎＳｅ２多層薄膜の断面図であり、図７は、第４実施例の方法で製造されたＣｕＧａＳｅ２／ＣｕＩｎ１−ｘＧａｘＳｅ２／ＣｕＩｎＳｅ２多層薄膜の断面図を示したものである。
【００３６】
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第１乃至第４実施例の方法で製造された多層薄膜の構造及びエネルギーバンドを概略的に示したものである。図示されているように、電極たち（１，２）の間にＮ型半導体層（１１，１２，１３）、絶縁層（１４）、Ｐ型半導体層（１５，１６，１７）がサンドイッチ構造で形成される。好ましくは、Ｎ型半導体層はＺｎＯ薄膜にドーピング濃度を異ならせて形成し、絶縁層（ｉ）はＣｄＳ薄膜を使用し、Ｐ型半導体層は本発明の第１乃至第４実施例の方法で製造された多層薄膜である。ＣｕＧａＳｅ２／ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＡｌＳｅ２／ＣｕＧａＳｅ２／ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＧａＳｅ２／ＣｕＩｎ１−ｘＧａｘＳｅ２／ＧｕＩｎＳｅ２、ＣｕＡｌＳｅ２／ＣｕＩｎ１−ｘＡｌｘＳｅ２などの多層薄膜をＰ型半導体層に使用して、エネルギーバンドギャップがお互い異なる複数個の半導体層を形成する。これによって、多様なエネルギーの光を吸収することができ、太陽光の全体スペクトロムを効率的に電気エネルギーに変換させるのが可能になる。
【００３７】
図９は、本発明の第５実施例による太陽電池用光吸収層の製造工程を概略的に示したフローチャートである。
【００３８】
前述した第１実施例の製造方法によってＣｕＩｎＳｅ２化合物薄膜を形成してＰ型半導体層を製造する（段階Ｓ５０１）。
【００３９】
段階Ｓ５０１で形成されたＣｕＩｎＳｅ２化合物薄膜のＰ型半導体層にＣｄＳ、ＺｎＯなどの薄膜を形成してＰＮまたはＰＩＮ異種接合で作られた第１セルを完成する（段階Ｓ５０２）。
【００４０】
段階Ｓ５０２の第１セル上にバッファ層を蒸着する（段階Ｓ５０３）。バッファ層にはシリコン酸化物薄膜などの絶縁性物質を使用する。
【００４１】
段階Ｓ５０３で形成された第１セル／バッファ層上に、前述した第１実施例の製造方法のうち前駆体だけを変更してＣｕＧａＳｅ２化合物薄膜を形成してＰ型半導体層を製造する（段階Ｓ５０４）。この時のＰ型半導体層はＣｕＧａＳｅ２化合物薄膜に限定されず、第１セルのものとはエネルギーバンドギャップが異なるようにＩＩＩ族元素を選択する。
【００４２】
段階Ｓ５０４で形成されたＣｕＧａＳｅ２化合物薄膜のＰ型半導体層にＣｄＳ、ＺｎＯなどの薄膜を形成してＰＮまたはＰＩＮ異種接合で作られた第２セルを完成する（段階Ｓ５０５）。
【００４３】
段階Ｓ５０５の第２セル上に絶縁層を蒸着した後、段階Ｓ５０１乃至段階Ｓ５０５の過程を繰り返すことによって、ＰＩＮ／バッファ層／ＰＩＮ／バッファ層／ＰＩＮ構造の多層セルが完成される。
【００４４】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、第５実施例の方法で製造された多層薄膜の構造及びエネルギーバンドを概略的に図示したものである。図示されているように、電極たち（１，２）の間にＰ型半導体層（２１）、絶縁層（２２）及びＮ型半導体層（２３）とで構成された第１セルと；バッファ層（２４）と；Ｐ型半導体層（２５）、絶縁層（２６）及びＮ型半導体層（２７）とで構成された第２セルと；バッファ層（２８）と；Ｐ型半導体層（２９）、絶縁層（３０）及びＮ型半導体層（３１）とで構成された第３セルがサンドイッチ構造で形成される。好ましくは、Ｎ型半導体層はＺｎＯ薄膜で形成され、絶縁層（ｉ）はＣｄＳ薄膜を使用し、Ｐ型半導体層はＣｕＡｌＳｅ２、ＣｕＧａＳｅ２、ＣｕＩｎＳｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ、Ｇａ）Ｓｅ２などの化合物薄膜である。これらＰ型半導体層たちはエネルギーバンドギャップがお互い異なる複数個の半導体層を形成する。これによって、多様なエネルギーの光を吸収することができ、太陽光の全体スペクトロムを効率的に電気エネルギーに変換させることが可能になる。
【００４５】
これによって製造される太陽電池用光吸収層の一例は、ＣｕＡｌＳｅ２／ＣｄＳ／ＺｎＯ／バッファ層／ＣｕＧａＳｅ２／ＣｄＳ／ＺｎＯ／バッファ層／Ｃｕ（Ｉｎ、Ｇａ）Ｓｅ２／ＣｄＳ／ＺｎＯ／バッファ層／ＣｕＩｎＳｅ２／ＣｄＳ／ＺｎＯで構成された多層薄膜となる。このように、太陽光の全体スペクトロムを効率的に電気エネルギーに変換させるためには、バッファ層の上部及び下部層の化合物薄膜を変更して、エネルギー帯間隔がお互い異なる化合物薄膜を有するように配列する。このような配列は、前述した例以外の多様な構造に変更可能なことは自明である。このように、上下層の間にバッファ層を使用すると、第１実施例乃至第４実施例でのようなＩＩＩ族元素の原子番号の大きさを考慮しなくても安定した構造の多層薄膜を得ることができる。
【００４６】
このように、多層薄膜の界面で原子たちの間の相互拡散が発生せず、各々の特性を維持しながら薄膜が形成されるのは、本発明の出願人が先出願した韓国特許出願第２００４−２９２２１号に記載したような前駆体を使用した有機金属化学気相蒸着法で化合物薄膜を形成すると共に、原子の大きさの小さな原子で構成された薄膜の上部に相対的に原子の大きさの大きな原子で構成された薄膜を形成するからである。つまり、Ｇａを含むＣｕＧａＳｅ２の上にＩｎを含むＣｕＩｎ１−ｘＧａｘＳｅ２またはＣｕＩｎＳｅ２薄膜を形成するので、相対的に大きさの大きなＩｎが下部層のＧａに拡散されるのを防止する。一方、セルの間にバッファ層を使用して、上下層の原子に無関係に多層薄膜の光吸収層を製造することができるようになる。
【００４７】
上述のように、好ましい実施例を介して本発明について説明したが、本発明の技術思想はこれに限定されるものではない。つまり、前記実施例では太陽電池用光吸収層として使用される化合物薄膜にＣｕＧａＳｅ２、ＣｕＩｎ１−ｘＧａｘＳｅ２薄膜（但し、０≦ｘ≦１）及びＣｕＩｎＳｅ２などを製造する工程に関して説明したが、これは化学周期律表上のＩ族、ＩＩＩ族及びＶＩ族の元素のなかから選択された元素から構成されたＩ−ＩＩＩ−ＶＩ２化合物中のいくつかの実施例であるだけである。
【００４８】
具体的な例を挙げて説明すると次のとおりである。
【００４９】
まず、第１段階で、基板上に、ＩＩＩ族（以下、ＢまたはＣと表示し、ＢはＣより原子番号が大きなもの）元素Ｂ及びＶＩ族元素（以下、Ｘで表示する）を含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＢＸ構造式の化合物薄膜を蒸着する。ＩＩＩ族元素（ＢまたはＣ）はＡｌ、ＧａまたはＩｎなど、周期律表で３族に属する元素を全て含み、ＶＩ族元素ＸはＳｅ、ＳまたはＴｅなど、周期律表でＶＩ族に属する全ての元素を含む。従って、成長したＢＸ構造式の化合物薄膜は、ＩｎＳｅ、ＧａＳｅ、ＡｌＳｅ、ＩｎＳ、ＧａＳ、ＡｌＳ、ＩｎＴｅ、ＧａＴｅまたはＡｌＴｅなどである。
【００５０】
第２段階で、ＢＸ構造式の化合物薄膜に、Ｉ族金属元素（以下、Ａと表示する）を含む前駆体を供給する有機金属化学気相蒸着法によってＡ２Ｘ構造式の化合物薄膜を制作する。Ｉ族元素Ａは、ＣｕまたはＡｇなど周期律表でＩ族に属する全ての元素を含む。従って、成長したＡ２Ｘ構造式の化合物薄膜はＣｕ２Ｓｅ、Ｃｕ２Ｓ、Ｃｕ２Ｔｅ、Ａｇ２Ｓｅ、Ａｇ２ＳまたはＡｇ２Ｔｅなどである。
【００５１】
第３段階で、Ａ２Ｘ構造式の化合物薄膜上に、ＩＩＩ族元素Ｃ及びＶＩ族元素Ｘを含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＡＣＸ２構造式の化合物薄膜を蒸着する。この時使用されるＩＩＩ族元素ＣはＩｎ、ＧａまたはＡｌなど周期律表で３族に属する元素中、第１段階で使用されたＩＩＩ族元素Ｂより原子番号が小さいものである。
【００５２】
第４段階で、ＡＣＸ２構造式の化合物薄膜上に、前記ＩＩＩ族元素Ｂ及びＶＩ族元素Ｘを含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＡＢＸ２構造式の化合物薄膜を蒸着して、ＡＣＸ２／ＡＢＸ２構造式の多層薄膜を形成する。この時使用されるＶＩ族元素Ｘは第１段階の元素と同一であるが、ＩＩＩ族元素には差がある。つまり、この時使用されるＩＩＩ族元素Ｂは第３段階で選択されたＩＩＩ族元素Ｃより原子番号が大きなＩＩＩ族元素で、前述のように、蒸着されるＩＩＩ族元素が下部層に拡散するのを防止するためのものである。
【００５３】
一方、多層薄膜を構成する原子で、ＩＩＩ族だけでなく、Ｉ族及びＶＩ族でも同じ原理が適用されることができる。つまり、上部層を構成するＩ族及びＶＩ族原子番号が下部層より小さくないものを選択するようにする。
【００５４】
このような製造方法により、得られた多層薄膜はＣｕＡｌＳｅ２／ＣｕＧａＳｅ２、ＣｕＡｌＳｅ２／ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＧａＳｅ２／ＣｕＩｎＳｅ２、ＡｇＡｌＳｅ２／ＡｇＧａＳｅ２、ＡｇＡｌＳｅ２／ＡｇＩｎＳｅ２、ＡｇＧａＳｅ２／ＡｇＩｎＳｅ２、ＡｇＡｌＳｅ２／ＣｕＧａＳｅ２、ＡｇＡｌＳｅ２／ＣｕＩｎＳｅ２、ＡｇＧａＳｅ２／ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＡｌＳ２／ＣｕＧａＳ２、ＣｕＡｌＳ２／ＣｕＩｎＳ２、ＣｕＧａＳ２／ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＡｌＳｅ２／ＣｕＧａＳｅ２、ＣｕＡｌＳ２／ＣｕＩｎＳｅ２及びＣｕＧａＳ２／ＣｕＩｎＳｅ２などで、以上で列挙していない多様なものが可能であることは自明である。従って、本発明の技術思想は、任意のＡＣＸ２／ＡＢＸ２構造式の多層薄膜を製造する方法を開示するものと解釈されるべきであり、界面での相互拡散を防止するために下部層のＩＩＩ族元素Ｃより上層部のＩＩＩ族元素Ｂの原子番号が大きなものでなければならない。このような思想はＩ族またはＶＩ族でも同一に適用されることができる。
【００５５】
次に、第５段階で、第４段階のＡＣＸ２／ＡＢＸ２構造式の多層薄膜上に、Ｉ族金属元素Ａを含む前駆体を供給してＩ族金属元素Ａを補充した後、前記ＩＩＩ族元素Ｂ及びＶＩ族元素Ｘを含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＡＣＸ２／ＡＢＸ２構造式の多層薄膜を形成する。
【００５６】
第６段階で、第５段階のＡＣＸ２／ＡＢＸ２構造式の多層薄膜上に、ＩＩＩ族元素Ｃ及びＶＩ族元素Ｘを含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＡＣＸ２／Ａ（Ｂ、Ｃ）Ｘ２構造式の多層薄膜を形成する。
【００５７】
第７段階で、第６段階のＡＣＸ２／Ａ（Ｂ、Ｃ）Ｘ２構造式の化合物多層薄膜上に、Ｉ族金属元素Ａを含む前駆体を供給して多層薄膜にＩ族金属を補充した後、前記ＩＩＩ族元素Ｂ及びＶＩ族元素Ｘを含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＡＢＸ２構造式の化合物薄膜を蒸着して、ＡＣＸ２／Ａ（Ｂ、Ｃ）Ｘ２／ＡＢＸ２構造式の多層薄膜を形成する。
【００５８】
次は他の例である。
【００５９】
まず、第１段階として、基板上にＩＩＩ族元素（以下、Ｂと表示する）及びＶＩ族元素（以下、Ｘと表示する）を含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＢＸ構造式の化合物薄膜を蒸着する。
【００６０】
第２段階で、ＢＸ構造式の化合物薄膜に、Ｉ族金属元素（以下、Ａと表示する）を含む前駆体を供給する有機金属化学気相蒸着法によってＡ２Ｘ構造式の化合物薄膜を形成する。
【００６１】
第３段階で、Ａ２Ｘ構造式の化合物薄膜上に、ＩＩＩ族元素Ｂ及びＶＩ族元素Ｘを含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＡＢＸ２構造式の化合物薄膜を蒸着して第１ｐ型半導体層を形成する。
【００６２】
第４段階で、第１ｐ型半導体層にＰＮまたはＰＩＮ異種接合を形成して第１セルを形成する。
【００６３】
第５段階で、第１セル上にバッファ層に使用される絶縁層を蒸着する。
【００６４】
第６段階で、バッファ層上に、ＩＩＩ族元素Ｂ及びＶＩ族元素Ｘを含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＢＸ構造式の化合物薄膜を蒸着する。
【００６５】
第７段階で、ＢＸ構造式の化合物薄膜に、Ｉ族金属元素Ａを含む前駆体を供給する有機金属化学気相蒸着法によってＡ２Ｘ構造式の化合物薄膜を形成する。
【００６６】
第８段階で、Ａ２Ｘ化合物薄膜上に、ＩＩＩ族元素Ｂ及びＶＩ族元素Ｘを含む単一前駆体を利用した有機金属化学気相蒸着法によってＡＢＸ２構造式の化合物薄膜を蒸着して第２ｐ型半導体層を形成する。
【００６７】
第９段階で、第２ｐ型半導体層にＰＮまたはＰＩＮ異種接合を形成して第２セルを作り、第１セル／バッファ層／第２セルの多層セルを形成する。
【００６８】
この時、第１セルと第２セルのＡＢＸ２は、そのエネルギーバンドギャップがお互い異なるように構成する。例えば、第１セルと第２セルのＡＢＸ２を構成するＩＩＩ族元素Ｂはお互い異なるＩＩＩ族元素で構成するか、第１層と第３層のＡＢＸ２中の一つはＣｕＩｎ１−ｘＧａｘＳｅ２薄膜のようにＩＩＩ族元素Ｂの位置に二つ以上のＩＩＩ族元素を含有するようにする。
【００６９】
この時使用されるＩ族元素ＡはＣｕまたはＡｇなど周期律表で１族に属する全ての元素、ＩＩＩ族元素ＢはＡｌ、ＧａまたはＩｎなど、周期律表で３族に属する全ての元素またはこれらの固溶体化合物、ＶＩ族元素ＸはＳｅ、ＳまたはＴｅなど、周期律表でＶＩ族に属する全ての元素を含む。従って、バッファ層を使用することによって、上下部層の原子番号の大きさを考慮する必要なく、多様な構造の多層薄膜を得ることができる。
【００７０】
本発明のＩＩＩ族及びＶＩ族元素を含む単一前駆体は「Ｍｅ２（ＩＩＩ）−μ（ＶＩ）Ｍｅ」２タイプの前駆体に限定されず、本発明で提示されなかったいろいろなタイプの他の前駆体も可能であることは当業者には自明である。その理由を簡単に説明すると、周期律表上の同一族の元素が有する化学的特性はお互い類似しているので、他のタイプの前駆体を使用しても、全て類似した結果が現れるからである。同様に、Ｃｕを含む前駆体も（ｈｆａｃ）Ｃｕ（ＤＭＢ）に限定されるものでない。
【００７１】
〔産業上の利用可能性〕
このように、本発明によると多原子系薄膜であるＩ−ＩＩＩ−ＶＩ２族化合物半導体薄膜たちの上部層と下部層の間の境界面で原子たちの拡散がほとんどないＩ−ＩＩＩ−ＶＩ２族化合物半導体の多層薄膜を得ることができ、これによって太陽光の吸収能力をより向上させることができるようになる。
【００７２】
前記で説明し、図面に示された本発明の実施例は、本発明の技術的思想を限定するものと解釈されてはならない。本発明の技術分野で通常の知識を有した者は、本発明の技術的思想を多様な形態に改良変更することが可能なので、改良及び変更は通常の知識を有した者に自明なものである限り、本発明の保護範囲に属するものと見なすべきである。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１実施例による太陽電池用光吸収層の製造工程のフローチャートである。
【図２】本発明の第２実施例による太陽電池用光吸収層の製造工程のフローチャートである。
【図３】本発明によって製造されたＣｕＧａＳｅ２／ＣｕＩｎＳｅ２多層薄膜のＸＲＤ結果である。
【図４】本発明の第３実施例による太陽電池用光吸収層の製造工程のフローチャートである。
【図５】本発明の第４実施例による太陽電池用光吸収層の製造工程のフローチャートである。
【図６】本発明によって製造されたＣｕＧａＳｅ２／ＣｕＩｎＳｅ２多層薄膜の断面図である。
【図７】本発明によって製造されたＣｕＧａＳｅ２／ＣｕＩｎｘＧａ１−ｘＳｅ２多層薄膜の断面図である。
【図８】本発明よって製造された多層薄膜の構造及びエネルギーバンドの概念図である。
【図９】本発明の第５実施例による太陽電池用光吸収層の製造工程のフローチャートである。
【図１０】本発明よって製造された多層薄膜の構造及びエネルギーバンドの概念図である。
【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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【図１０】
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【国際調査報告】
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