(57)【要約】【課題】  光電変換によって生じたキャリアの再結合を低減し、光電変換装置の光電変換効率を向上させることにある。【解決手段】  光電変換装置１１は、下部電極層２と、下部電極層２の上面を部分的に覆うように設けられた酸化モリブデン層６と、下部電極層２および酸化モリブデン層６上に設けられた光吸収層３と、光吸収層３上に設けられたバッファ層４と、バッファ層４の上面に設けられた上部電極層５とを具備する。【選択図】  図２
2016171186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モリブデンを主として含む下部電極層と、
該下部電極層の上面を部分的に覆うように設けられた酸化モリブデン層と、
前記下部電極層および前記酸化モリブデン層上に設けられた光吸収層と、
該光吸収層上に設けられたバッファ層と、
該バッファ層の上面に設けられた上部電極層と
を具備する光電変換装置。
【請求項２】
前記下部電極層の上面における単位面積あたりの前記酸化モリブデン層の被覆面積率は１０％以上９５％以下である、請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記酸化モリブデン層は、前記下部電極層上に点在している、請求項１または２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記酸化モリブデン層は、前記下部電極層上に複数の帯状体が互いに間隔をあけて設けられている、請求項１または２に記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記酸化モリブデン層は、前記下部電極層の上面を露出させる複数の貫通孔を有している、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、モリブデンを主として含む電極層上に半導体層が積層されて成る光電変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電等に使用される光電変換装置として、モリブデンを主として含む電極層上に半導体層が積層されたものがある（例えば特許文献１参照）。このような光電変換装置は、複数の光電変換セルが平面的に並設された構成を有する。各光電変換セルは、ガラス等の基板の上に、モリブデンを主として含む下部電極と、ＣＩＧＳなどの金属カルコゲナイドを含む光吸収層と、この光吸収層にヘテロ接合した、硫化インジウムを含むバッファ層と、透明電極や金属電極等の上部電極とが、この順に積層されて構成されている。また、複数の光電変換セルは、隣り合う一方の光電変換セルの上部電極と他方の光電変換セルの下部電極とが接続導体によって電気的に接続されることで、電気的に直列に接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２８２９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光電変換装置には、光電変換効率の向上が常に要求される。光電変換装置の光電変換効率を高めるためには、光電変換によって生じたキャリアの再結合を低減することが有効である。本発明の一つの目的は、光電変換によって生じたキャリアの再結合を低減し、光電変換装置の光電変換効率を向上させることにある。
【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、モリブデンを主として含む下部電極層と、該下部電極層の上面を部分的に覆うように設けられた酸化モリブデン層と、前記下部電極層および前記酸化モリブデン層上に設けられた光吸収層と、該光吸収層上に設けられたバッファ層と、該バッファ層の上面に設けられた上部電極層とを具備する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、光電変換によって生じたキャリアの再結合を低減し、光電変換装置の光電変換効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態の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。
【図３】図１の光電変換装置の酸化モリブデン層よりも上側の部分を除いた平面図である。
【図４】第２実施形態の光電変換装置の酸化モリブデン層よりも上側の部分を除いた平面図である。
【図５】第３実施形態の光電変換装置の酸化モリブデン層よりも上側の部分を除いた平面図である。
【図６】第４実施形態の光電変換装置の酸化モリブデン層よりも上側の部分を除いた平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に本発明について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００９】
＜第１実施形態の光電変換装置＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る光電変換装置を示す斜視図であり、図２はその断面図である。また、図３は下部電極層および酸化モリブデン層の構成を見やすくするため、光電変換装置の酸化モリブデン層よりも上側の部分を除いた平面図である。光電変換装置１１は、基板１上に複数の光電変換セル１０が間隔Ｐ３をあけて並べられて互いに電気的に接続されている。なお、図１においては図示の都合上、２つの光電変換セル１０のみを示しているが、実際の光電変換装置１１においては、図面左右方向、あるいはさらにこれに垂直な方向に、多数の光電変換セル１０が平面的に（二次元的に）配設されていてもよい。
【００１０】
図１、図２において、基板１上に複数の下部電極層２が平面配置されている。図１、図２において、複数の下部電極層２は、一方向に間隔Ｐ１をあけて並べられた下部電極層２ａ〜２ｃを具備している。この下部電極層２ａ上から基板１上を経て下部電極層２ｂ上にかけて、光吸収層３、バッファ層４および上部電極層５が順に積層されている。さらに、下部電極層２ｂ上において、接続導体７が、光吸収層３およびバッファ層４側面に沿って、またはこれらを貫通して設けられている。この接続導体７は、上部電極層５と下部電極層２ｂとを電気的に接続している。これら下部電極層２、光吸収層３、バッファ層４および上部電極層５によって、１つの光電変換セル１０が構成され、隣接する光電変換セル１０同士が接続導体７を介して直列接続されることによって、高出力の光電変換装置１１となる。なお、本実施形態における光電変換装置１１は、上部電極層５側から光吸収層３へ光が入射されるものを想定しているが、これに限定されず、下部電極層２側から光吸収層３へ光が入射されるものであってもよい。
【００１１】
基板１は、光電変換セル１０を支持するためのものである。基板１に用いられる材料としては、例えば、ガラス、セラミックス、樹脂および金属等が挙げられる。基板１としては、例えば、厚さ１〜３ｍｍ程度の青板ガラス（ソーダライムガラス）を用いることができる。
【００１２】
下部電極層２（下部電極層２ａ、２ｂ、２ｃ）は、基板１上に設けられた、モリブデン（Ｍｏ）を主として含む導電層である。なお、Ｍｏを主として含むとは、Ｍｏを７０ｍｏｌ％以上含んでいるものをいう。下部電極層２は、スパッタリング法または蒸着法などの公知の薄膜形成手法を用いて、０．２μｍ〜１μｍ程度の厚みに形成される。
【００１３】
下部電極層２と光吸収層３との界面には、下部電極層２の上面を部分的に覆うように設けられた酸化モリブデン層６が設けられている。酸化モリブデン層６は、図１〜図３に示すように、下部電極層２の上面を部分的に覆っている。図３の例では、酸化モリブデン層６が下部電極層２の上に点在している。
【００１４】
このような構成によって、酸化モリブデン層６がパッシベーション膜として機能し、バンドベンディングによる電界効果を生じさせることによって、界面での少数キャリア追い返しの効果でキャリアの再結合を低減できる。もしくは、下部電極層２を酸化モリブデン層６で覆った部分は光吸収層３と下部電極層２とが接合していないため、下部電極層２を移動する一方のキャリアと、光吸収層３の表面に存在する少数キャリアとの再結合を低減できる。下部電極層２の酸化モリブデン層６に覆われていない部位では下部電極層２と光吸収層３とが電気的に接合することによって、光電変換によって生じたキャリアを良好に取り出すことが可能となる。以上の結果、光電変換装置１１の光電変換効率を向上させる
ことができる。
【００１５】
また、Ｍｏを主として含む下部電極層２に対して同じＭｏの酸化物である酸化モリブデン層６が形成されていることから、これらの密着性も良好になる。そして、酸化モリブデン層６は光吸収層３とも密着性が良好であり、下部電極層２、酸化モリブデン層６および光吸収層３の接続信頼性を高めることができる。酸化モリブデン層６は、ＭｏＯ２やＭｏＯ３等、１種または複数種の酸化モリブデンを含んでいてもよいが、パッシベーション機能を高めるという観点からは、酸化モリブデン層６の電気抵抗率は１Ω・ｍ以上であるのがよい。また、下部電極層２と光吸収層３との接続信頼性を高めるという観点からは、酸化モリブデン層６は、ＭｏＯ３を６０ｍｏｌ％以上含むのがよい。
【００１６】
また、酸化モリブデン層６の非形成部において光吸収層３を良好に形成し、下部電極層２と光吸収層３との電気的な接続を良好にするという観点からは、酸化モリブデン層６の厚みは１５〜２００ｎｍ程度であればよい。
【００１７】
また、下部電極層２の上面における単位面積あたりの酸化モリブデン層６の被覆面積率は１０％以上９５％以下であればよい。このような範囲であれば、酸化モリブデン層６によるパッシベーション機能とキャリアの取り出しとを良好に行なうことができる。
【００１８】
酸化モリブデン層６は、蒸着法、スパッタリング法、ゾルゲル法、スクリーン印刷法、塗布法、めっき法、スプレー塗布法、インクジェット塗布法等の成膜方法を用いて下部電極層２上に形成することができる。あるいは、Ｍｏを主として含む下部電極層２の上面の一部に対して、大気等の酸素を含む雰囲気中でレーザー光を照射することによって下部電極層２の上面部を部分的に酸化することによって形成してもよい。このように下部電極層２の上面部を部分的に酸化する場合、下部電極層２と酸化モリブデン層６との密着性がさらに良好となる。また、必要に応じて、フォトリソグラフィー法、リフトオフ法、ディスペンサーを用いた塗布法、レーザスクライブ等のパターン形成法を組み合わせることによって、酸化モリブデン層６を所望のパターン形状にすることができる。
【００１９】
酸化モリブデン層６は、数量やサイズなどを場所によって変更しても良い。このようにすることで、光吸収層３の組成や膜厚ムラなどに対応して再結合抑制の効果をさらに高めたり、抵抗成分を極力小さくすることで光電変換装置１１の変換効率を高めることができる。
【００２０】
光吸収層３は、光を吸収してキャリア（電子および正孔）を発生させる機能をする半導体層である。光吸収層３は、例えば１μｍ〜３μｍ程度の厚みであり、第１の導電型（ここではｐ型の例を示す）を有している。第１の半導体層３としては、II−VI族化合物、Ｉ−III−VI族化合物およびＩ−II−IV−VI族化合物等の化合物半導体等が挙げられる。
【００２１】
II−VI族化合物とは、１２族元素（II−Ｂ族元素ともいう）と１６族元素（VI−Ｂ族元素ともいう）との化合物半導体である。II−VI族化合物としては、例えば、ＣｄＴｅ等が挙げられる。
【００２２】
Ｉ−III−VI族化合物とは、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、光吸収層３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。
【００２３】
Ｉ−II−IV−VI族化合物とは、１１族元素と１２族元素と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。
【００２４】
光吸収層３として上記のような１６族元素を含む化合物を用いる場合、酸化モリブデン層６との密着性がより良好となり、下部電極層２、酸化モリブデン層６および光吸収層３の接続信頼性を高めることができ、その結果、酸化モリブデン層６の非形成部における下部電極層２と光吸収層３との密着性も良好となる。
【００２５】
光吸収層３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、光吸収層３の構成元素の錯体溶液を下部電極層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。
【００２６】
バッファ層４は、光吸収層３にヘテロ接合された、第１の導電型とは異なる第２の導電型（ここではｎ型の例を示す）を有する半導体層であり、５〜２００ｎｍの厚みを有している。バッファ層４としては、例えば、ＣｄＳ、ＺｎＳ、Ｉｎ２Ｓ３等の金属硫化物が用いられる。なお、バッファ層４は、このような金属硫化物に加えて、金属酸化物および金属水酸化物の少なくとも一方を含む混晶であってもよい。バッファ層４は、例えば溶液析出法（ＣＢＤ法）、ＡＬＤ法、ＭＯＣＶＤ法などで形成される。
【００２７】
上部電極層５は、バッファ層４と同じ第２の導電型を有する半導体層であり、０．０５〜３．０μｍ程度の厚みの導電膜である。上部電極層５は、光吸収層３で生じた電荷を良好に取り出すためのものであり、例えば、上部電極層５の電気抵抗率は１Ω・ｃｍ以下であり、シート抵抗は５０Ω／□以下であってもよい。
【００２８】
上部電極層５は、ＺｎＯやＩｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２等の金属酸化物を含み、電気抵抗率を低くするために、Ａｌ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎ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）、ＢＺＯ（Boron Zinc Oxide）、ＧＺＯ（Gallium Zinc Oxide）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＦＴＯ（Fluorine tin Oxide）等がある。上部電極層５は、スパッタリング法、蒸着法またはＣＶＤ法等で形成される。
【００２９】
また、上部電極層５は、ＺｎＯやＩｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２等の金属酸化物を含む、電気抵抗率が異なる２層以上の層で形成されても良い。このようにすることで、上部電極層５のバッファ層４側で抵抗を大きくし、リークを抑制する機能を付与することもできる。
【００３０】
また、図１、図２に示すように、上部電極層５上にさらに集電電極８が形成されていてもよい。集電電極８は、光吸収層３で生じた電荷をさらに良好に取り出すためのものである。集電電極８は、例えば、図１に示すように、光電変換セル１０の一端から接続導体７にかけて線状に形成されている。これにより、光吸収層３で生じた電流が上部電極層５を介して集電電極８に集電され、接続導体７を介して隣接する光電変換セル１０に良好に通電される。
【００３１】
集電電極８は、光吸収層３への光透過率を高めるとともに良好な導電性を有するという観点から、５０〜４００μｍの幅を有していてもよい。また、集電電極８は、枝分かれし
た複数の分岐部を有していてもよい。
【００３２】
集電電極８は、例えば、Ａｇ等の金属粉を樹脂バインダー等に分散させた金属ペーストがパターン状に印刷され、これが硬化されることによって形成される。
【００３３】
図１、図２において、接続導体７は、光吸収層３、バッファ層４および上部電極層５を分断する溝Ｐ２内に設けられた導体である。接続導体７は、金属や導電ペースト等が用いられ得る。図１、図２においては、集電電極８を延伸して接続導体７が形成されているが、これに限定されない。例えば、上部電極層５が延伸したものであってもよい。
【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。以下に種々の変形例を示す。
【００３５】
＜第２実施形態の光電変換装置＞
図４は、第２実施形態の光電変換装置２１の酸化モリブデン層２６よりも上側の部分（光吸収層、バッファ層、上部電極層および集電電極）を除いた平面図である。図４において、図１〜３と同じ構成のものには同じ符号を付しており、詳細な説明は省略する。
【００３６】
第２実施形態の光電変換装置２１は、図４に示すように、酸化モリブデン層２６が、下部電極層２の上面を露出させる複数の貫通孔を有している形状である点で第１実施形態の光電変換装置１１と異なっている。
【００３７】
このような構成であっても、第１実施形態の光電変換装置１１と同様に光電変換によって生じたキャリアの再結合を低減して光電変換効率を向上させることができる。さらに、第２実施形態の光電変換装置２１の構成であれば、同一の間隔でパターン形成した場合に酸化モリブデン層２６の面積をより大きくすることができるので、より高いパッシベーション効果が得られる。
【００３８】
また、図４に図示した、酸化モリブデン層２６に形成された下部電極層２の上面を露出させる複数の貫通孔は、数量や貫通孔サイズなどを場所によって変更しても良い。このようにすることで、光吸収層３の組成や膜厚ムラなどに対応して再結合抑制の効果をさらに高めたり、抵抗成分を極力小さくすることで光電変換装置２１の変換効率を高めることができる。
【００３９】
＜第３実施形態の光電変換装置＞
図５は、第３実施形態の光電変換装置３１の酸化モリブデン層３６よりも上側の部分（光吸収層、バッファ層、上部電極層および集電電極）を除いた平面図である。図５において、図１〜３と同じ構成のものには同じ符号を付しており、詳細な説明は省略する。
【００４０】
第３実施形態の光電変換装置３１は、図５に示すように、酸化モリブデン層３６が、互いに間隔をあけてＸ軸方向に延びる複数の帯状体から成る点で第１実施形態の光電変換装置１１と異なっている。
【００４１】
このような構成であっても、第１実施形態の光電変換装置１１と同様に光電変換によって生じたキャリアの再結合を低減して光電変換効率を向上させることができる。さらに、第３実施形態の光電変換装置３１の構成であれば、酸化モリブデン層３６を介さずに下部電極層２と光吸収層３とが接続している部位が電流の流れる方向となるため、電気抵抗を比較的小さくして電流損失を小さくすることができる。
【００４２】
＜第４実施形態の光電変換装置＞
図６は、第４実施形態の光電変換装置４１の酸化モリブデン層４６よりも上側の部分（光吸収層、バッファ層、上部電極層および集電電極）を除いた平面図である。図６において、図１〜３と同じ構成のものには同じ符号を付しており、詳細な説明は省略する。
【００４３】
第４実施形態の光電変換装置４１は、図６に示すように、酸化モリブデン層４６が、互いに間隔をあけてＹ軸方向に延びる複数の帯状体から成る点で第１実施形態の光電変換装置１１と異なっている。
【００４４】
このような構成であっても、第１実施形態の光電変換装置１１と同様に光電変換によって生じたキャリアの再結合を低減して光電変換効率を向上させることができる。特に集電電極８を用いる場合、第３実施形態の光電変換装置３１の構成であれば、酸化モリブデン層４６と集電電極８とが直行する方向となることから、各集電電極８で均一に集電することが可能になり、不均一性に起因する発電効率低下を抑制することができる。
【符号の説明】
【００４５】
２、２ａ、２ｂ、２ｃ：下部電極層
３：光吸収層
４：バッファ層
５：上部電極層
６、２６、３６、４６：酸化モリブデン層
１１、２１、３１、４１：光電変換装置
【図１】
2016171186.tif 000003
【図２】
2016171186.tif 000004
【図３】
2016171186.tif 000005
【図４】
2016171186.tif 000006
【図５】
2016171186.tif 000007
【図６】
2016171186.tif 000008