(57)【要約】【課題】容易に品質管理を行うことのできる化合物薄膜太陽電池、化合物薄膜太陽電池の製造方法、および、化合物薄膜太陽電池の検査方法を提供する。【解決手段】化合物薄膜太陽電池は、電極層と、ｐ型化合物半導体から構成された光吸収層と、ｎ型化合物半導体から構成されたバッファ層と、電極層を構成する元素と、光吸収層を構成する元素の一部とを含む中間層とを備え、電極層と、中間層と、光吸収層と、バッファ層とがこの順に並ぶ構造を有する。化合物薄膜太陽電池におけるインピーダンスの周波数特性をナイキスト線図で示す場合に算出される、光吸収層とバッファ層との界面の特性を示す等価回路に含まれる第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐが、０．６８以上１．００以下である。【選択図】図２
2017152662.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極層と、
ｐ型化合物半導体から構成された光吸収層と、
ｎ型化合物半導体から構成されたバッファ層と、
前記電極層を構成する元素と、前記光吸収層を構成する元素の一部とを含む中間層と、を備え、
前記電極層と、前記中間層と、前記光吸収層と、前記バッファ層とがこの順に並ぶ構造を有する化合物薄膜太陽電池であって、
第１抵抗と第１ＣＰＥとの並列回路である第１回路ブロックが、前記中間層と前記光吸収層との界面の特性を示す等価回路であり、第２抵抗と第２ＣＰＥとの並列回路である第２回路ブロックが、前記光吸収層と前記バッファ層との界面の特性を示す等価回路であり、第３抵抗と前記第１回路ブロックと前記第２回路ブロックとの直列回路が、前記化合物薄膜太陽電池の等価回路であり、前記化合物薄膜太陽電池におけるインピーダンスの周波数特性をナイキスト線図で示す場合に算出される前記第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐが、０．６８以上１．００以下である
化合物薄膜太陽電池。
【請求項２】
前記化合物薄膜太陽電池におけるインピーダンスの周波数特性をナイキスト線図で示す場合に算出される前記第１ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐが、０．８０以上１．００以下である
請求項１に記載の化合物薄膜太陽電池。
【請求項３】
前記中間層は、Ｍｏと、Ｓ、および、Ｓｅの少なくとも１つの元素とを含む
請求項１または２に記載の化合物薄膜太陽電池。
【請求項４】
電極層と、
ｐ型化合物半導体から構成された光吸収層と、
ｎ型化合物半導体から構成されたバッファ層と、
前記電極層を構成する元素と、前記光吸収層を構成する元素の一部とを含む中間層と、を備える化合物薄膜太陽電池の製造方法であって、
前記電極層上に、前記光吸収層に含まれる元素を含む前駆体層を形成し、前記前駆体層を加熱することによって、前記光吸収層を形成するとともに前記電極層と前記光吸収層とに挟まれた前記中間層を形成する工程と、
前記光吸収層上に前記バッファ層を形成することによって、前記電極層、前記中間層、前記光吸収層、および、前記バッファ層がこの順に並ぶ積層体を形成する工程であって、第１抵抗と第１ＣＰＥとの並列回路である第１回路ブロックが、前記中間層と前記光吸収層との界面の特性を示す等価回路であり、第２抵抗と第２ＣＰＥとの並列回路である第２回路ブロックが、前記光吸収層と前記バッファ層との界面の特性を示す等価回路であり、第３抵抗と前記第１回路ブロックと前記第２回路ブロックとの直列回路が、前記化合物薄膜太陽電池の等価回路であり、前記化合物薄膜太陽電池におけるインピーダンスの周波数特性をナイキスト線図で示す場合に算出される前記第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐが、０．６８以上１．００以下となるように前記積層体を形成する工程と、
を含む化合物薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項５】
電極層と、
ｐ型化合物半導体から構成された光吸収層と、
ｎ型化合物半導体から構成されたバッファ層と、
前記電極層を構成する元素と、前記光吸収層を構成する元素の一部とを含む中間層と、を備え、
前記電極層と、前記中間層と、前記光吸収層と、前記バッファ層とがこの順に並ぶ構造を有する化合物薄膜太陽電池の検査方法であって、
前記化合物薄膜太陽電池のインピーダンスの周波数特性を測定する工程と、
第１抵抗と第１ＣＰＥとの並列回路である第１回路ブロックが、前記中間層と前記光吸収層との界面の特性を示す等価回路であり、第２抵抗と第２ＣＰＥとの並列回路である第２回路ブロックが、前記光吸収層と前記バッファ層との界面の特性を示す等価回路であり、第３抵抗と前記第１回路ブロックと前記第２回路ブロックとの直列回路が、前記化合物薄膜太陽電池の等価回路であり、前記インピーダンスの周波数特性の測定結果を示すナイキスト線図を用いて前記第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐを算出する工程と、
前記算出された前記第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐが、０．６８以上１．００以下の範囲に含まれるか否かを判定する工程と、
を含む化合物薄膜太陽電池の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体からなる光吸収層を備える化合物薄膜太陽電池、その製造方法、および、その検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化合物薄膜太陽電池は、化合物半導体からなる層を光吸収層として備えている。なかでも、光吸収層を構成するｐ型化合物半導体として、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ２族化合物半導体や、Ｉ−（Ｉ−ＩＶ）−ＶＩ４族化合物半導体を用いた化合物薄膜太陽電池は、光吸収層を比較的安価で入手しやすい材料から形成することが可能であり、その製造も容易であるため、盛んに研究開発が進められている。
【０００３】
このうち、Ｃｕ、Ｚｎ、ＳｎとともにＳやＳｅを含むカルコゲナイト系のＩ−（Ｉ−ＩＶ）−ＶＩ４族化合物半導体からなる光吸収層を備えた太陽電池は、ＣＺＴＳ系化合物薄膜太陽電池と称される。ＣＺＴＳ系の光吸収層は、Ｃｕ２ＺｎＳｎＳ４、Ｃｕ２ＺｎＳｎＳｅ４、あるいは、Ｃｕ２ＺｎＳｎ（Ｓ，Ｓｅ）４の組成を有する。
【０００４】
ＣＺＴＳ系の化合物薄膜太陽電池は、第１電極層、上述のｐ型化合物半導体からなる光吸収層、ｎ型化合物半導体からなるバッファ層、および、第２電極層がこの順に並ぶ積層構造を有している。第１電極層は例えばＭｏ（モリブデン）から構成され、光吸収層に対して第２電極層側から光が入射する。
【０００５】
光吸収層は、第１電極層に積層された光吸収層の前駆体層に対し、硫化やセレン化を伴う熱処理が行われることによって形成される。こうした工程において、第１電極層と光吸収層との間に、ＭｏＳ２やＭｏＳｅ２やＭｏ（Ｓ，Ｓｅ）２からなる中間層が形成されることが知られている。そして、この中間層の存在が、化合物薄膜太陽電池の発電特性に影響を与えていることが報告されている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Byungha Shin et al., Appl. Phys. Lett. 2012, 101, 053903.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＣＺＴＳ系の化合物薄膜太陽電池の発電特性を高めるためには、上記中間層の特性を発電特性に適したものとすることが望ましい。例えば、上記非特許文献１には、中間層の厚さや積層体の直流抵抗と発電特性との関係の解析に基づき、より高い発電特性が得られる各パラメータの値が開示されている。しかしながら、中間層の厚さを変えるための上記熱処理の細かな条件の変化は、中間層や光吸収層におけるカルコゲン元素の分布や、中間層と他の層との接合の状態などのように、中間層の厚さ以外の物理量も大きく変化させてしまう。そのため、中間層の厚さのみを調整することによって高い発電特性を得ることは困難である。さらに、形成された中間層および光吸収層の組成の分布や中間層と他の層との接合状態等の特性を直接的に調べるには、積層体を切断して断面を観察せざるを得ないため、こうした特性に基づいて、化合物薄膜太陽電池が、良好な発電特性を得られる品質を有しているかを評価することは実用的ではない。それゆえ、中間層の存在を考慮した上での、化合物薄膜太陽電池を構成する各種の層に関連する特性や、こうした特性と発電特性との関係について、さらなる解析が望まれており、特に、化合物薄膜太陽電池の品質管理に用いることに適した特性についての知見が求められている。
【０００８】
本発明は、容易に品質管理を行うことのできる化合物薄膜太陽電池、化合物薄膜太陽電池の製造方法、および、化合物薄膜太陽電池の検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する化合物薄膜太陽電池は、電極層と、ｐ型化合物半導体から構成された光吸収層と、ｎ型化合物半導体から構成されたバッファ層と、前記電極層を構成する元素と、前記光吸収層を構成する元素の一部とを含む中間層と、を備え、前記電極層と、前記中間層と、前記光吸収層と、前記バッファ層とがこの順に並ぶ構造を有する化合物薄膜太陽電池であって、第１抵抗と第１ＣＰＥとの並列回路である第１回路ブロックが、前記中間層と前記光吸収層との界面の特性を示す等価回路であり、第２抵抗と第２ＣＰＥとの並列回路である第２回路ブロックが、前記光吸収層と前記バッファ層との界面の特性を示す等価回路であり、第３抵抗と前記第１回路ブロックと前記第２回路ブロックとの直列回路が、前記化合物薄膜太陽電池の等価回路であり、前記化合物薄膜太陽電池におけるインピーダンスの周波数特性をナイキスト線図で示す場合に算出される前記第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐが、０．６８以上１．００以下である。
【００１０】
上記構成によれば、光吸収層とバッファ層との界面の面形状が十分な平滑性を有し、光吸収層とバッファ層との各層における組成が各々の層で十分な均一性を有するため、光吸収層とバッファ層とによって良好なｐｎ接合が形成される。その結果、化合物薄膜太陽電池の発電特性が高められ、特に、高い曲線因子が得られる。そして、第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐは、化合物薄膜太陽電池を破壊せずとも得られるため、第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐを指標として用いることによって、化合物薄膜太陽電池の品質管理を容易に行うことができる。
【００１１】
上記化合物薄膜太陽電池において、前記化合物薄膜太陽電池におけるインピーダンスの周波数特性をナイキスト線図で示す場合に算出される前記第１ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐが、０．８０以上１．００以下であることが好ましい。
【００１２】
上記構成によれば、中間層と光吸収層との界面の面形状が十分な平滑性を有し、中間層と光吸収層との各層における組成が各々の層で十分な均一性を有するため、化合物薄膜太陽電池の発電特性が高められる。そして、第１ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐは、化合物薄膜太陽電池を破壊せずとも得られるため、第１ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐを指標として用いることによって、化合物薄膜太陽電池の品質管理を容易に行うことができる。
上記化合物薄膜太陽電池において、前記中間層は、Ｍｏと、Ｓ、および、Ｓｅの少なくとも１つの元素とを含むことが好ましい。
化合物薄膜太陽電池が上記組成を有する中間層を備える場合に、化合物薄膜太陽電池の発電特性を高める効果が好適に得られる。
【００１３】
上記課題を解決する化合物薄膜太陽電池の製造方法は、電極層と、ｐ型化合物半導体から構成された光吸収層と、ｎ型化合物半導体から構成されたバッファ層と、前記電極層を構成する元素と、前記光吸収層を構成する元素の一部とを含む中間層と、を備える化合物薄膜太陽電池の製造方法であって、前記電極層上に、前記光吸収層に含まれる元素を含む前駆体層を形成し、前記前駆体層を加熱することによって、前記光吸収層を形成するとともに前記電極層と前記光吸収層とに挟まれた前記中間層を形成する工程と、前記光吸収層上に前記バッファ層を形成することによって、前記電極層、前記中間層、前記光吸収層、および、前記バッファ層がこの順に並ぶ積層体を形成する工程であって、第１抵抗と第１ＣＰＥとの並列回路である第１回路ブロックが、前記中間層と前記光吸収層との界面の特性を示す等価回路であり、第２抵抗と第２ＣＰＥとの並列回路である第２回路ブロックが、前記光吸収層と前記バッファ層との界面の特性を示す等価回路であり、第３抵抗と前記第１回路ブロックと前記第２回路ブロックとの直列回路が、前記化合物薄膜太陽電池の等価回路であり、前記化合物薄膜太陽電池におけるインピーダンスの周波数特性をナイキスト線図で示す場合に算出される前記第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐが、０．６８以上１．００以下となるように前記積層体を形成する工程と、を含む。
【００１４】
上記製法によって製造された化合物薄膜太陽電池では、光吸収層とバッファ層との界面の面形状が十分な平滑性を有し、光吸収層とバッファ層との各層における組成が各々の層で十分な均一性を有するため、光吸収層とバッファ層とによって良好なｐｎ接合が形成される。したがって、発電特性が高められ、特に、高い曲線因子の得られる化合物薄膜太陽電池が製造される。そして、第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐは、化合物薄膜太陽電池を破壊せずとも得られるため、第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐを指標として用いることによって、こうして製造された化合物薄膜太陽電池の品質管理を容易に行うことができる。
【００１５】
上記課題を解決する化合物薄膜太陽電池の検査方法は、電極層と、ｐ型化合物半導体から構成された光吸収層と、ｎ型化合物半導体から構成されたバッファ層と、前記電極層を構成する元素と、前記光吸収層を構成する元素の一部とを含む中間層と、を備え、前記電極層と、前記中間層と、前記光吸収層と、前記バッファ層とがこの順に並ぶ構造を有する化合物薄膜太陽電池の検査方法であって、前記化合物薄膜太陽電池のインピーダンスの周波数特性を測定する工程と、第１抵抗と第１ＣＰＥとの並列回路である第１回路ブロックが、前記中間層と前記光吸収層との界面の特性を示す等価回路であり、第２抵抗と第２ＣＰＥとの並列回路である第２回路ブロックが、前記光吸収層と前記バッファ層との界面の特性を示す等価回路であり、第３抵抗と前記第１回路ブロックと前記第２回路ブロックとの直列回路が、前記化合物薄膜太陽電池の等価回路であり、前記インピーダンスの周波数特性の測定結果を示すナイキスト線図を用いて前記第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐを算出する工程と、前記算出された前記第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐが、０．６８以上１．００以下の範囲に含まれるか否かを判定する工程と、を含む。
【００１６】
第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐが、０．６８以上１．００以下の範囲に含まれるとき、光吸収層とバッファ層との界面の面形状が十分な平滑性を有し、光吸収層とバッファ層との各層における組成が各々の層で十分な均一性を有するため、光吸収層とバッファ層とによって良好なｐｎ接合が形成される。その結果、化合物薄膜太陽電池の発電特性が高められ、特に、高い曲線因子が得られる。そして、上記方法によれば、第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐは、化合物薄膜太陽電池を破壊せずとも得られるため、第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐを指標として用いることによって、化合物薄膜太陽電池が良好な発電特性を得られる性能を有しているか否かを容易に検査することが可能であり、化合物薄膜太陽電池の品質管理を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、化合物薄膜太陽電池の品質管理を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】化合物薄膜太陽電池の一実施形態について、化合物薄膜太陽電池の全体構成を示す断面図。
【図２】一実施形態の化合物薄膜太陽電池におけるインピーダンスの測定結果をナイキスト線図として表した一例を示す図。
【図３】一実施形態の化合物薄膜太陽電池の等価回路モデルを示す図。
【図４】実施例および比較例における光吸収層とバッファ層との界面のＣＰＥのＣＰＥ指数ｐと曲線因子との相関を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１を参照して、化合物薄膜太陽電池、化合物薄膜太陽電池の製造方法、および、化合物薄膜太陽電池の検査方法の一実施形態について説明する。
【００２０】
［化合物薄膜太陽電池の構成］
図１が示すように、化合物薄膜太陽電池１０は、基板１１、第１電極層１２、中間層１３、光吸収層１４、バッファ層１５、および、第２電極層１６を備えている。第１電極層１２、中間層１３、光吸収層１４、バッファ層１５、および、第２電極層１６は、基板１１に近い位置からこの順に並び、これらの層は基板１１の上に位置している。
【００２１】
基板１１としては、例えば、ガラス基板、金属板、樹脂フィルム等が用いられる。第１電極層１２は、例えば、Ｍｏ（モリブデン）から構成されたモリブデン電極層である。第１電極層１２の厚さは特に制限されないが、２００ｎｍ以上であることが好ましい。
【００２２】
光吸収層１４は、ｐ型化合物半導体の１つであるＣＺＴＳ系の化合物半導体、すなわち、ＣＺＴＳ半導体から構成されている。ＣＺＴＳ半導体は、ＶＩＢ族（１６族）のＳ（硫黄）、および、ＶＩＢ族（１６族）のＳｅ（セレン）の少なくとも１つの元素と、ＩＢ族（１１族）のＣｕ（銅）、ＩＩＢ族（１２族）のＺｎ（亜鉛）、および、ＩＶＢ族（１４族）のＳｎ（スズ）の３つの元素とを含む化合物半導体である。すなわち、ＣＺＴＳ半導体は、ＩＢ２−（ＩＩＢ−ＩＶＢ）−ＶＩＢ４族の化合物半導体である。具体的には、光吸収層１４は、Ｃｕ２ＺｎＳｎＳｘＳｅ４−ｘ（０≦ｘ≦４）の組成を有する。光吸収層１４の厚さは特に限定されないが、光吸収層１４を構成する材料の吸光係数を考慮すると、１μｍ以上３μｍ以下である場合に光吸収層１４の吸光係数が良好となるため好ましい。
【００２３】
中間層１３は、第１電極層１２と光吸収層１４とに挟まれて、これらの層の各々と接している。中間層１３はＭｏと、ＳおよびＳｅの少なくとも１つの元素であって光吸収層１４に含まれる元素とを含む。具体的には、中間層１３は、ＭｏＳｙＳｅ２−ｙ（０≦ｙ≦２）の組成を有する。
【００２４】
中間層１３の厚さは、１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。中間層１３の厚さが１０ｎｍ以上であれば、温度変化によって中間層１３の表裏で層の剥離が生じることが抑えられる。具体的には、中間層１３の厚さが１０ｎｍ以上であれば、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｃ ６００６８−２−１４：２０１１）で規定される熱衝撃試験に耐えられる耐性を中間層１３が有する。また、中間層１３の厚さが３００ｎｍ以下であれば、中間層１３が電流の取り出しの妨げとなることが抑えられるため、光電変換効率が低下することが抑えられる。
【００２５】
バッファ層１５は、光吸収層１４に接し、ｎ型化合物半導体から構成されている。例えば、バッファ層１５は、ＣｄＳ、Ｉｎ２Ｓ３、Ｚｎ（Ｓ，Ｏ，ＯＨ）等から構成されている。すなわち、光吸収層１４とバッファ層１５とは、ヘテロ接合によるｐｎ接合を形成している。バッファ層１５の厚さは、良好なｐｎ接合を形成するためには１５ｎｍ以上であることが好ましい。一方で、バッファ層１５の厚さが厚くなると、バッファ層１５が光を吸収して光吸収層１４に届く光が減少するため、こうした損失を抑えるためには、バッファ層１５の厚さは、３００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２６】
第２電極層１６は、第１電極層１２とともに１対の電極を構成し、化合物薄膜太陽電池１０から電流を取り出すための電極として機能する。第２電極層１６の形成材料は、第２電極層１６をこうした電極として機能させることの可能な材料であれば特に限定されないが、例えば、Ａｌ（アルミニウム）が添加されたＺｎＯ等、ｎ型半導体であるＺｎＯから構成されることが好ましい。また、第２電極層１６の厚さは特に限定されないが、５０ｎｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。
【００２７】
なお、第２電極層１６上に、ＡｌやＡｇ（銀）から構成される取り出し電極が配置されてもよい。取り出し電極によって、電流がより取り出しやすくなる。取り出し電極の厚さは特に限定されないが、５０ｎｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。
【００２８】
こうした化合物薄膜太陽電池１０には、光吸収層１４に対して第２電極層１６側から光が入射し、光吸収層１４とバッファ層１５とから形成されるｐｎ接合に起因して生じる起電力に基づき電力が生成される。
【００２９】
なお、化合物薄膜太陽電池１０は上述の各層の他に、カバーガラスや保護フィルムのように、化合物薄膜太陽電池１０の強度を高めるための部材を備えていてもよい。
【００３０】
［交流インピーダンス測定による解析］
上述の化合物薄膜太陽電池１０のインピーダンスの周波数特性を、電気化学インピーダンス法（ＥＩＳ：Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて測定および解析することによって得られる化合物薄膜太陽電池１０の特性について説明する。
インピーダンスの測定は、暗所下、室温においてバイアス電圧を印加せず、下記の条件で行った。
・測定装置：周波数特性分析器（ＦＲＡ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ  Ａｎａｌｙｚｅｒ）［装置名：ＦＲＡ５０８７］
・測定周波数：０．１ｍＨｚ〜１ＭＨｚ
・印加電圧：ＡＣ１０ｍＶ
【００３１】
図２は、インピーダンスの周波数特性の測定結果を、インピーダンスの実部を横軸に示し、虚部を縦軸に示すナイキスト線図として表した一例を示す。ナイキスト線図には、相対的に小さな半円状の円弧Ａと相対的に大きな半円状の円弧Ｂとが融合した形状の曲線が表れる。このうち、小さな円弧Ａの部分が、中間層１３と光吸収層１４との界面部分のインピーダンスに相当し、大きな円弧Ｂの部分が、光吸収層１４とバッファ層１５との界面部分のインピーダンスに相当する。また、実軸（横軸）における円弧Ａの端部までの部分が、測定回路の配線抵抗や、取り出し電極の抵抗や、各層のバルクの抵抗等を含む抵抗成分に相当する。
【００３２】
図３は、化合物薄膜太陽電池１０の等価回路を示し、この等価回路１００が、ナイキスト線図として得られたインピーダンスの周波数特性の測定結果のフィッティングに用いられる。等価回路１００は、回路抵抗（Ｒｓ）と、第１回路ブロックＣＢ１と、第２回路ブロックＣＢ２とが、直列に接続された直列回路である。第１回路ブロックＣＢ１は、第１抵抗（Ｒ１）と第１ＣＰＥ（ＣＰＥ１）とが並列に接続された並列回路であり、第２回路ブロックＣＢ２は、第２抵抗（Ｒ２）と第２ＣＰＥ（ＣＰＥ２）とが並列に接続された並列回路である。
【００３３】
第１回路ブロックＣＢ１は、ナイキスト線図における円弧Ａの部分に対応し、すなわち、中間層１３と光吸収層１４との界面の特性を示す等価回路であり、この界面における抵抗成分とＣＰＥ成分とを示す。第２回路ブロックＣＢ２は、ナイキスト線図における円弧Ｂの部分に対応し、すなわち、光吸収層１４とバッファ層１５との界面の特性を示す等価回路であり、この界面における抵抗成分とＣＰＥ成分とを示す。回路抵抗Ｒｓは、測定回路の配線抵抗や、取り出し電極の抵抗や、各層のバルクの抵抗等を含む抵抗成分を示す。
【００３４】
なお、ナイキスト線図の円弧Ａの部分と円弧Ｂの部分との各々が、中間層１３と光吸収層１４との界面、もしくは、光吸収層１４とバッファ層１５との界面のいずれの寄与によるものかは、化合物薄膜太陽電池１０に直流電圧を印加する測定によって判断される。すなわち、第１回路ブロックＣＢ１と第２回路ブロックＣＢ２との各々がいずれの界面の特性を示すものかを特定するためには、化合物薄膜太陽電池１０に印加するバイアス電圧を漸増させてインピーダンスの周波数特性を測定する。その際に、抵抗成分の変動が大きくなる回路ブロックが、ｐｎ接合を形成する光吸収層１４とバッファ層１５との界面部分に対応すると判断される。
【００３５】
ここで、ＣＰＥ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ：コンスタントフェーズエレメント）は、そのインピーダンスが、ＣＰＥ指数ｐとＣＰＥ定数Ｔとを用いて「ＺＣＰＥ＝１／（ｊω）ｐＴ」で示される要素である。なお、ｊは虚数単位を示し、ω＝２πｆ（ｆは印加交流電圧の周波数［Ｈｚ］）である。ＣＰＥ指数ｐは、０から１の値を取り得る値であり、ナイキスト線図における円弧が、真円の半円からどの程度ずれているか、つまりは完全な半円からどの程度傾いているかを示す。ＣＰＥ指数ｐが１のとき、円弧は真円の半円となり、ＣＰＥ指数ｐが０に近づくほど、円弧は潰れた半円となる。すなわち、ＣＰＥ指数ｐが１のとき、ＣＰＥはコンデンサとして振る舞い、ＣＰＥ定数Ｔはこの理想的なコンデンサの容量成分に相当する。
【００３６】
化合物薄膜太陽電池１０におけるインピーダンスの周波数特性の測定結果を示すナイキスト線図と、等価回路１００とを用いてフィッティングが行われることにより、回路抵抗の抵抗値、第１抵抗の抵抗値、第１ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐおよびＣＰＥ定数Ｔ、第２抵抗の抵抗値、第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐおよびＣＰＥ定数Ｔが算出される。
【００３７】
第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐの値は、ＣＰＥ指数ｐが１に近いほど、光吸収層１４とバッファ層１５との界面の面形状が平滑であり、光吸収層１４とバッファ層１５との各層における組成が均一であることを示す。第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐが、０．６８以上１．００以下であるとき、化合物薄膜太陽電池１０の発電特性が高められる。
【００３８】
第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐが、０．６８以上であると、化合物薄膜太陽電池１０の曲線因子（ＦＦ：Ｆｉｌｌ  Ｆａｃｔｏｒ）が顕著に向上する。そして、光吸収層１４とバッファ層１５との界面の面形状が平滑であるほど、また、光吸収層１４とバッファ層１５との各層における組成が均一であるほど、光吸収層１４とバッファ層１５とによって良好なｐｎ接合が形成されるため、化合物薄膜太陽電池１０の発電特性が高められる。
【００３９】
第１ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐの値は、ＣＰＥ指数ｐが１に近いほど、中間層１３と光吸収層１４との界面の面形状が平滑であり、中間層１３と光吸収層１４との各層における組成が均一であることを示す。化合物薄膜太陽電池１０の発電特性を高めるためには、第１ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐが、０．８０以上１．００以下であることが好ましい。
【００４０】
第１抵抗の抵抗値は、中間層１３と光吸収層１４との界面および界面近傍の抵抗の大きさを示す。すなわち、第１抵抗の抵抗値は、中間層１３と光吸収層１４との接合による接合抵抗の大きさを示す。この接合抵抗が大きいことは、中間層１３と光吸収層１４との接合状態に起因した化合物薄膜太陽電池１０内の抵抗が大きいことを示唆し、この接合抵抗が大きいほど、化合物薄膜太陽電池１０におけるキャリアの移動が阻害され、電流が取り出しにくくなる。したがって、電流の取り出しに伴うエネルギーロスを小さくして光電変換効率を高めるには、第１抵抗の抵抗値は５０００Ω・ｃｍ２以下であることが好ましい。
【００４１】
ただし、中間層１３が存在せず、光吸収層１４が第１電極層１２に接触していると、光吸収層１４と第１電極層１２との界面でのキャリアの再結合などが生じ、化合物薄膜太陽電池１０が電池として機能しない。そして、中間層１３の抵抗値が極端に小さい場合にも、上記の再結合が生じやすくなる。こうした現象は、中間層１３の一部に膜構造上の欠陥であるホールが存在する場合に観測され、中間層１３内のホールの部分で、光吸収層１４と第１電極層１２との短絡が生じていることが示唆される。こうした短絡を抑えるためには、第１抵抗の抵抗値は５０Ω・ｃｍ２以上であることが好ましい。
【００４２】
第２抵抗の抵抗値は、光吸収層１４とバッファ層１５との界面および界面近傍の抵抗の大きさを示す。すなわち、第２抵抗の抵抗値は、光吸収層１４とバッファ層１５との接合による接合抵抗の大きさを示す。この接合抵抗が小さいことは、光吸収層１４やバッファ層１５を構成する半導体中に欠陥が多く、光吸収層１４とバッファ層１５とのｐｎ接合部分で生じるリーク電流が大きいことを示す。リーク電流が大きいことは、化合物薄膜太陽電池１０における開放電圧や曲線因子の低下を招く。反対に、この接合抵抗が大きいことは、半導体中に欠陥が少なく、良好なｐｎ接合が形成されていることを示す。したがって、開放電圧や曲線因子の向上のためには、第２抵抗の抵抗値は５０００Ω・ｃｍ２以上であることが好ましい。
【００４３】
［化合物薄膜太陽電池の検査方法］
化合物薄膜太陽電池の検査方法について説明する。化合物薄膜太陽電池の検査方法は、化合物薄膜太陽電池におけるインピーダンスの周波数特性を測定する工程と、測定結果を用いて、第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐを算出する工程と、算出された第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐが、０．６８以上１．００以下の範囲内に含まれるか否かを判定する工程とを含む。さらに、化合物薄膜太陽電池の検査方法は、上記測定結果を用いて、第１ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐを算出する工程と、算出された第１ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐが、０．８０以上１．００以下の範囲内に含まれるか否かを判定する工程とを含むことが好ましい。
【００４４】
インピーダンスの周波数特性の測定は、電気化学インピーダンス法に基づいて、上述の交流インピーダンス測定による解析の説明にて記載した条件で行われる。第１ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐおよび第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐは、インピーダンスの周波数特性の測定結果を示すナイキスト線図と、上述の等価回路１００とを、測定結果を示すナイキスト線図と等価回路１００から得られるナイキスト線図との差異を、各回路要素の変更によって所定値以下とするアルゴリズムによってフィッティングすることにより算出される。
【００４５】
第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐが、０．６８以上１．００以下の範囲に含まれるとき、化合物薄膜太陽電池は、良好な発電特性を得られる性能、特に、高い曲線因子が実現できる性能を有すると判断される。そして、第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐが、０．６８以上１．００以下の範囲に含まれ、かつ、第１ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐが、０．８０以上１．００以下の範囲に含まれるとき、化合物薄膜太陽電池は、特に良好な発電特性を得られる性能を有すると判断される。一方、第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐが、０．６８未満であるとき、化合物薄膜太陽電池は、発電特性について十分な性能を有していないと判断される。
【００４６】
化合物薄膜太陽電池の検査は、周波数特性分析器等の測定装置と、演算装置との協働によって行われる。演算装置は、制御部および記憶部を備え、記憶部に記憶されたプログラムやデータ等に基づいて制御部が各種の演算処理等を行うコンピュータである。具体的には、インピーダンスの周波数特性を測定する工程は測定装置によって行われ、測定装置から演算装置に送られた測定結果を用いて、ＣＰＥ指数ｐを算出する工程と、ＣＰＥ指数ｐが上記所定の範囲内に含まれるか否かを判定する工程とが演算装置によって行われる。上記記憶部に記憶されたプログラムには、測定結果のナイキスト線図と等価回路１００とをフィッティングするためのアルゴリズムを制御部に実行させるためのプログラムが含まれている。なお、測定装置と演算装置とによって、１つの検査装置が構成されていてもよい。
【００４７】
第１ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐおよび第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐは、化合物薄膜太陽電池を破壊せずとも得ることのできるパラメータであり、また、中間層の存在を含めて、化合物薄膜太陽電池の層構成を考慮しつつ、電気的な視点から化合物薄膜太陽電池の性能を評価可能なパラメータである。したがって、第１ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐや第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐが化合物薄膜太陽電池の発電特性を高めることのできる基準を満たしているか否かを検査することによって、化合物薄膜太陽電池の品質管理を容易に行うことができる。
【００４８】
［化合物薄膜太陽電池の製造方法］
上述の化合物薄膜太陽電池１０を製造する方法について説明する。
まず、基板１１の上面に、第１電極層１２が形成される。第１電極層１２は、例えば、スパッタリング、蒸着、および、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を用いて形成される。
【００４９】
続いて、第１電極層１２の上面に、光吸収層１４の前駆体層が形成される。前駆体層は、光吸収層１４を構成する元素のうちの少なくともＣｕ、Ｚｎ、Ｓｎを含む層であり、例えば、溶液塗布法、スパッタリング、電子ビーム蒸着等によって形成される。溶液塗布法の一例としては、ナノ粒子を含むインクの塗工によって前駆体層を形成する方法が挙げられる。
【００５０】
ナノ粒子を含むインクの塗工によって前駆体層が形成される場合、まず、光吸収層１４の構成元素から構成されるナノサイズの粒子を含む光吸収層形成用インクが調整される。このナノ粒子は、金属塩または金属錯体を含む溶液と、カルコゲニド塩を含む溶液との反応によって生成される。ナノ粒子は、例えば、Ｃｕ２−ｘＺｎ１＋ｙＳｎＳｚＳｅ４−ｚ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦４）の組成式で表される化合物からなる粒子である。また、光吸収層形成用インクは、ナノ粒子として、上述の化合物の粒子に加えて、Ｃｕ２−ｘＳｙＳｅ２−ｙ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦２）、Ｚｎ２−ｘＳｙＳｅ２−ｙ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦２）、Ｓｎ２−ｘＳｙＳｅ２−ｙ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦２）の組成式で表される化合物から構成される群から選択される少なくとも１つの化合物の粒子を含んでいてもよい。あるいは、光吸収層形成用インクは、ナノ粒子として、Ｃｕ２−ｘＺｎ１＋ｙＳｎＳｚＳｅ４−ｚ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦４）の組成式で表される化合物の粒子に代えて、上述した群に含まれる３種類の化合物の粒子を含んでいてもよい。
【００５１】
光吸収層形成用インクにおいて、ナノ粒子を分散させる溶媒は、有機溶媒であればよく、有機溶媒の種類は特に制限されない。有機溶媒としては、例えば、アルコール、エーテル、エステル、脂肪族炭化水素、脂環族炭化水素、芳香族炭化水素等が挙げられる。また、光吸収層形成用インクは、インクが塗工されたときのレベリング性を高めるために、バインダを含むことが好ましい。バインダとしては、例えば、チオール有機物、セレノール有機物、炭素数が１０以上であるアルコール類が用いられる。
【００５２】
光吸収層形成用インクが第１電極層１２の上面に塗工されることによって、ナノ粒子を含む膜が形成される。そして、ナノ粒子を含む膜が乾燥されることによって、塗工された膜に含まれる溶媒が除かれる。これにより、前駆体層としての塗膜が形成される。光吸収層形成用インクの塗工方法は、公知の塗布法あるいは印刷法であれば特に制限されない。塗布法としては、例えば、ドクター法、スピンコーティング法、スリットコーティング法、スプレー法等が挙げられ、印刷法としては、例えば、グラビア印刷法、スクリーン印刷法、反転オフセット印刷法、凸版印刷法等が挙げられる。
【００５３】
また、スパッタリングや電子ビーム蒸着が用いられる場合には、前駆体層として、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎを含む層が第１電極層１２の上面に形成される。なお、溶液塗布法によってこうした組成の前駆体層が形成されてもよい。
【００５４】
続いて、前駆体層に対して、Ｓ、および、Ｓｅの少なくとも１つの元素を含む雰囲気中で加熱が行われることによって、硫化やセレン化が行われ、光吸収層１４が形成される。加熱工程では、前駆体層に熱が与えられることによって、前駆体層の結晶化が進行する。
【００５５】
前駆体層の加熱は、加熱炉を用いたアニールや、ラピッドサーマルアニール（ＲＴＡ）によって行われる。熱処理の雰囲気は、Ｈ２Ｓガス、Ｈ２Ｓｅガス、Ｎ２ガス、Ｓｅ蒸気、Ｓ蒸気、水素ガス、および、水素と例えばＮ２ガスなどの不活性ガスとの混合ガスから構成される群から選択される少なくとも１つを含むことが好ましい。
【００５６】
熱処理の最高温度は４００℃以上６６０℃以下の範囲に含まれる所定の温度であることが好ましく、結晶成長を促進する観点では、熱処理の最高温度は５００℃以上であることが好ましい。そして、最高温度で加熱される時間は５分以上１８０分以下であることが好ましい。
【００５７】
この熱処理の際に、第１電極層１２に含まれる元素と、光吸収層１４の前駆体層や熱処理の雰囲気に含まれる元素とが反応することによって、中間層１３が形成される。中間層１３および光吸収層１４の各々の厚さや組成の分布等の特性は、熱処理の温度や加熱時間、熱処理の雰囲気に含まれる元素の濃度等によって調整することができる。すなわち、熱処理の条件によって、上述の第１抵抗の抵抗値や第１ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐ、第２抵抗の抵抗値や第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐが変化する。
【００５８】
こうした製法によって形成される中間層１３や光吸収層１４には、熱処理時における各元素の移動の傾向の違いに起因した組成のムラが生じる。さらに、中間層１３は、上述の化学反応によって形成されるため、その表面は平坦にはならず、また、熱処理後の収縮時にも、各層の熱膨張率の違いに起因して、各層の表面付近の形状は崩れやすい。また、光吸収層１４については、光吸収層１４がインクの塗工によって形成される場合には特に、その表面を平坦に形成することは困難である。したがって、第１ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐや第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐを、中間層１３や光吸収層１４の組成の均一性や表面の平滑性を示す指標として、化合物薄膜太陽電池１０の性能の評価に用いることには意義がある。
【００５９】
バッファ層１５は、例えば、ＣＢＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｂａｔｈ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を用いて光吸収層１４の上面に形成される。ＣＢＤ法では、形成対象の層を構成する元素を含む溶液に、基板を浸し、溶液と基板との間で不均一反応を進行させることにより、薄膜を基板上に析出させる。そのため、バッファ層１５は、純粋な化合物とはならず、ＯＨ基を含む。
第２電極層１６は、例えば、ＣＶＤ法やスパッタリングによってバッファ層１５の上面に形成される。
【００６０】
［実施例］
上述した化合物薄膜太陽電池、および、その製造方法について、具体的な実施例を用いて説明する。
＜化合物薄膜太陽電池の製造＞
［第１電極層の形成］
ソーダライムガラス基板の上面に、スパッタリングを用いて、Ｍｏからなる第１電極層を形成した。
【００６１】
［光吸収層形成用インクの調整］
ＣｕＩ（０．４０５ｇ）、ＺｎＩ２（０．４４７ｇ）、および、ＳｎＩ４（０．８７７ｇ）を５００ｍｌのピリジンに溶解して、第１の溶液を調製した。また、Ｎａ２Ｓｅ（０．６５８ｇ）を１２５ｍｌのメタノールに溶解して、第２の溶液を調製した。第１の溶液と第２の溶液とを混合し、この混合液を窒素雰囲気下、０℃で反応させて、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｎ−Ｓｅナノ粒子を生成した。反応後の混合液を濾過してＣｕ−Ｚｎ−Ｓｎ−Ｓｅナノ粒子を取り出し、メタノールで洗浄した。洗浄後のＣｕ−Ｚｎ−Ｓｎ−Ｓｅナノ粒子とチオ尿素とを、ナノ粒子とチオ尿素との質量比が３：２になるように混合し、混合物にピリジンとメタノールとを加えて、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｎ−Ｓｅナノ粒子を含む光吸収層形成用インクを調製した。なお、光吸収層形成用インクに含まれる固形分は２質量％であった。
【００６２】
［光吸収層および中間層の形成］
第１電極層の上面にスプレー法を用いて光吸収層形成用インクを塗布し、光吸収層形成用インクに含まれる溶媒を蒸発させて、前駆体層としての塗膜を形成した。そして、基板、第１電極層、および、前駆体層から構成される積層体を、硫黄の粉末とともに熱処理炉に入れて、Ｓ雰囲気中にて５８０℃で２０分間にわたり加熱した。これにより、前駆体層に対して硫化処理が行われ、光吸収層、および、第１電極層と光吸収層とに挟まれた中間層が形成された。光吸収層は、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、および、Ｓを主として含み、中間層は、ＭｏおよびＳを主として含む。なお、光吸収層には、光吸収層形成用インクに含まれるナノ粒子に由来するＳｅも少量含まれる。後述の特性評価後に断面を観察したところ、中間層の厚さは５０ｎｍであり、光吸収層の厚さは２μｍであった。
【００６３】
［バッファ層の形成］
０．００１５Ｍの硫酸カドミウム（ＣｄＳＯ４）、０．００７５Ｍのチオ尿素（ＮＨ２ＣＳＮＨ２）、および、１．５Ｍのアンモニア水（ＮＨ４ＯＨ）を含む混合液を６７℃に加熱した。そして、上述した光吸収層を備える積層体を混合液の中に浸けることによって、光吸収層の上面にＣｄＳからなるバッファ層を形成した。バッファ層の厚さは１００ｎｍである。
【００６４】
［第２電極層の形成］
バッファ層の上面に、ＺｎＯからなる第２電極層を形成した。第２電極層の厚さは５０ｎｍである。さらに、第２電極層の上面に、蒸着法を用いて、Ａｌからなる取り出し電極を形成した。取り出し電極の厚さは２００ｎｍであり、面積は１．５ｍｍ×１．５ｍｍである。これにより、実施例１の化合物薄膜太陽電池が得られた。
【００６５】
上述の製造方法において、光吸収層の前駆体層に対する熱処理の条件、すなわち、熱処理の雰囲気や、加熱温度や、加熱時間等を変更することによって、中間層および光吸収層の組成や厚さが互いに異なる実施例２，３、比較例１〜４の化合物薄膜太陽電池を得た。
【００６６】
実施例２の光吸収層は、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、および、Ｓｅを主として含み、中間層は、ＭｏおよびＳｅを主として含む。なお、光吸収層には、チオ尿素由来のＳが少量残留する。実施例２の中間層の厚さは３００ｎｍであった。
【００６７】
実施例３の光吸収層は、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｓ、および、Ｓｅを含み、中間層は、Ｍｏ、Ｓ、および、Ｓｅを含む。実施例３の中間層の厚さは２００ｎｍであった。
【００６８】
比較例１の光吸収層は、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｓ、および、Ｓｅを含み、中間層は、Ｍｏ、Ｓ、および、Ｓを含む。比較例１の中間層の厚さは１８０ｎｍであった。
【００６９】
比較例２の光吸収層は、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、および、Ｓを主として含み、中間層は、ＭｏおよびＳを主として含む。なお、光吸収層には、光吸収層形成用インクに含まれるナノ粒子に由来するＳｅも少量含まれる。比較例２の中間層の厚さは６０ｎｍであった。
【００７０】
比較例３の光吸収層は、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｓ、および、Ｓｅを含み、中間層は、Ｍｏ、Ｓ、および、Ｓｅを含む。比較例３の中間層の厚さは１５０ｎｍであった。
【００７１】
比較例４の光吸収層は、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｓ、および、Ｓｅを含み、中間層は、Ｍｏ、Ｓ、および、Ｓｅを含む。比較例４の中間層の厚さは３５０ｎｍであった。
【００７２】
＜インピーダンスの測定＞
各実施例および各比較例の化合物薄膜太陽電池について、インピーダンスの周波数特性を測定し、インピーダンスの周波数特性の測定結果を示すナイキスト線図と、図２に示した等価回路１００とのフィッティングを行って、第１抵抗の抵抗値、第１ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐ、第２抵抗の抵抗値、第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐを算出した。
【００７３】
インピーダンスの測定は、周波数特性分析器［装置名：ＦＲＡ５０８７］を用い、暗所下かつ室温において、バイアス電圧を印加せず、０．１ｍＨｚ〜１ＭＨｚの周波数を用いてＡＣ１０ｍＶを印加して行った。また、ナイキスト線図の２つの円弧部分の各々が、いずれの界面部分に対応するかを判別する際には、ＤＣ０．１Ｖから０．４Ｖまでの電圧を印加してインピーダンスを測定し、抵抗成分の変動が大きい方を光吸収層とバッファ層との界面部分に対応すると判断した。
【００７４】
＜発電特性の評価＞
各実施例および各比較例の化合物薄膜太陽電池について、標準太陽光シミュレータを用いて、擬似太陽光（光強度：１００ｍＷ／ｃｍ２、エアマス：１．５）照射時における短絡電流密度、開放電圧、曲線因子、および、光電変換効率を測定および算出した。
【００７５】
＜結果＞
表１は、各実施例および各比較例について、第１抵抗の抵抗値、第２抵抗の抵抗値、第１ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐ、および、第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐの算出結果を示す。また、表２は、各実施例および各比較例について、第１ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐ、および、第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐを示すとともに、発電特性として、短絡電流密度、開放電圧、曲線因子、および、光電変換効率の測定結果を示す。図４は、表２における実施例１〜３および比較例１〜３について、曲線因子を横軸、第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐを縦軸としてこれらの相関関係を示した図である。
【００７６】
【表１】
2017152662.tif 000003
【００７７】
【表２】
2017152662.tif 000004
【００７８】
表１，２が示すように、第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐが、０．６８以上である実施例１〜３では、短絡電流密度、開放電圧、曲線因子、および、光電変換効率の各発電特性が、第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐが、０．６８未満である比較例１〜４と比較して高い。これは、光吸収層とバッファ層とによって良好なｐｎ接合が形成されていることを示唆する。ここで、実施例１〜３および比較例１〜４のうち、第１ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐが、０．８０以上の良好な範囲に含まれる実施例１〜３および比較例１〜３について、曲線因子と第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐとの関係を解析した。その結果、図４が示すように、第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐが０．６程度よりも低い範囲では、ＣＰＥ指数ｐの変化に伴って曲線因子が大きく変化し、すなわち、ＣＰＥ指数ｐの低下に伴って曲線因子が大きく低下することに対し、第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐが０．６８以上の範囲では、曲線因子が０．５以上の高い範囲で安定していることが確認された。したがって、第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐが、０．６８以上であれば、高い曲線因子を得ることができる。
【００７９】
なお、光吸収層がＣＺＴＳ半導体から構成される場合に限らず、例えば、ＣＩＧＳ系の化合物半導体のように、他のｐ型化合物半導体から光吸収層が構成される場合であっても、化合物薄膜太陽電池はＣＺＴＳ系の化合物薄膜太陽電池と同様の構造と発電機構とを有するため、第１ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐおよび第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐと曲線因子を含めた発電特性との関係には上述と同様の傾向が認められることが示唆される。光吸収層がＣＩＧＳ半導体から構成されるとき、光吸収層は、ＣｕＩｎｘＧａ１−ｘＳｅ２（０＜ｘ＜１）の組成を有する。この場合も、光吸収層に含まれる元素を含む前駆体層が、Ｓｅを含む雰囲気中で加熱されることによって、光吸収層と中間層とが形成される。
【００８０】
以上、実施例を用いて説明したように、上記実施形態によれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
（１）化合物薄膜太陽電池１０のインピーダンスの周波数特性の測定結果を示すナイキスト線図と、等価回路１００とのフィッティングによって得られる第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐが、０．６８以上１．００以下である。こうした構成によれば、光吸収層１４とバッファ層１５との界面の面形状が十分な平滑性を有し、光吸収層１４とバッファ層１５との各層における組成が各々の層で十分な均一性を有するため、光吸収層１４とバッファ層１５とによって良好なｐｎ接合が形成される。その結果、化合物薄膜太陽電池１０の発電特性が高められ、特に、高い曲線因子が得られる。そして、第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐは、化合物薄膜太陽電池１０を破壊せずとも得られるため、第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐを指標として用いることによって、化合物薄膜太陽電池１０の品質管理を容易に行うことができる。すなわち、第２ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐが、０．６８以上１．００以下の範囲に含まれるか否かを判定することによって、化合物薄膜太陽電池が良好な発電特性を得られる性能を有しているか否かを容易に検査することが可能であり、化合物薄膜太陽電池の品質管理を容易に行うことができる。
【００８１】
（２）上記フィッティングによって得られる第１ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐが、０．８０以上１．００以下である構成によれば、中間層１３と光吸収層１４との界面の面形状が十分な平滑性を有し、中間層１３と光吸収層１４との各層における組成が各々の層で十分な均一性を有するため、化合物薄膜太陽電池１０の発電特性が高められる。そして、第１ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐも、化合物薄膜太陽電池１０を破壊せずとも得られるため、第１ＣＰＥのＣＰＥ指数ｐを指標として用いることによって、化合物薄膜太陽電池１０の品質管理を容易に行うことができる。
【符号の説明】
【００８２】
１０…化合物薄膜太陽電池、１１…基板、１２…第１電極層、１３…中間層、１４…光吸収層、１５…バッファ層、１６…第２電極層、１００…等価回路、ＣＢ１…第１回路ブロック、ＣＢ２…第２回路ブロック、Ｒ１…第１抵抗、Ｒ２…第２抵抗、Ｒ３…第３抵抗、ＣＰＥ１…第１ＣＰＥ、ＣＰＥ２…第２ＣＰＥ。
【図１】
2017152662.tif 000005
【図２】
2017152662.tif 000006
【図３】
2017152662.tif 000007
【図４】
2017152662.tif 000008