(57)【要約】  一の典型的実施例では、方法は、基板全体にわたって1層以上の吸収層をスパッタリングする工程を有する。特別な実施例では、前記基板は、前記スパッタリング前及び前記1層以上の吸収層の各層をスパッタリングする工程の間に、少なくとも約300℃の基板温度に事前加熱され、かつ、前記吸収層のうちの少なくとも1層をスパッタリングする工程は、少なくとも0.5パスカルの圧力を有するスパッタリング雰囲気中で実行される。それに加えて特別な実施例では、前記吸収層のうちの少なくとも1層をスパッタリングする工程は、銅(Cu)、及び、硫黄(S)、セレン(Se)、又はテルル(Te)のうちの1つ以上を有するカルコゲナイド混晶を含むスパッタリング用標的をスパッタリングする工程を有する。
2012513127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変換層を有する光電池であって、
当該変換層は：
各々が第1ドーピング型を有し、かつ、銅(Cu)と、硫黄(S)、セレン(Se)、及びテルル(Te)のうちの1つ以上を含む少なくとも1つのカルコゲナイドを有する1層以上の半導体吸収層；並びに、
各々が前記第1ドーピング型とは反対の第2ドーピング型を有する1層以上の半導体緩衝層；
を有し、
前記1層以上の緩衝層は集団的に前記吸収層に隣接するように設けられることで、前記緩衝層と前記吸収層の間に界面が形成され、かつ、
前記界面に隣接する前記吸収層の界面領域のCu含有量は、30原子%以下である、
光電池。
【請求項２】
前記第1ドーピング型がn型であり、かつ前記第2ドーピング型はp型である、請求項1に記載の光電池。
【請求項３】
前記第1ドーピング型がp型であり、かつ前記第2ドーピング型はn型である、請求項1に記載の光電池。
【請求項４】
前記変換層が全体にわたって堆積される基板をさらに有する、請求項1に記載の光電池。
【請求項５】
前記基板と前記変換層の間に第1導電層をさらに有する、請求項4に記載の光電池。
【請求項６】
前記変換層全体にわたって堆積された第2導電層をさらに有する、請求項5に記載の光電池。
【請求項７】
前記基板が透明ガラス基板で、
前記第1導電層が透明導電層で、かつ
前記第2導電層が透明導電層である、
請求項6に記載の光電池。
【請求項８】
前記少なくとも1つのカルコゲナイドが、インジウム(In)をさらに有し、かつ
前記吸収層内でのCuとInの合計含有量が、22原子%以上かつ55原子%以下である、
請求項1に記載の光電池。
【請求項９】
前記吸収層内でのCu、Ga、及びInの合計含有量の変化が、前記吸収層全体にわたって4原子%未満である、請求項8に記載の光電池。
【請求項１０】
前記吸収層内でのCuの含有量の変化が、前記吸収層全体にわたって少なくとも4原子%である、請求項8に記載の光電池。
【請求項１１】
前記吸収層内でのCuの含有量の変化が、前記吸収層全体にわたって少なくとも4原子%で、かつ
前記吸収層内でのCu、Ga、及びInの合計含有量の変化が、前記吸収層全体にわたって4原子%未満である、
請求項8に記載の光電池。
【請求項１２】
前記吸収層内でのS、Se、及びTeの合計含有量が、44原子%以上かつ56原子%以下である、請求項1に記載の光電池。
【請求項１３】
前記少なくとも1つのカルコゲナイドが、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)、アルミニウム(Al)、及びカドミウム(Cd)を有し、かつ
前記吸収層の界面領域でのGa、Zn、Al、及びCdの合計含有量が5原子%以上である、
請求項1に記載の光電池。
【請求項１４】
前記1層以上の緩衝層が少なくとも1つのカルコゲナイドを有し、かつ
前記少なくとも1つのカルコゲナイドは、硫黄(S)、セレン(Se)、又はテルル(Te)のうちの1つ以上を有する、
請求項1に記載の光電池。
【請求項１５】
前記少なくとも1つのカルコゲナイドが、アルミニウム(Al)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、カドミウム(Cd)、インジウム(In)、又はスズ(Sn)のうちの1つ以上を少なくとも有する、請求項14に記載の光電池。
【請求項１６】
ガラス基板；
前記ガラス基板を覆うように備えられた第1透明導電層；
前記第1透明導電層を覆うように備えられた変換層；及び
前記変換層を覆うように備えられた第2透明導電層；
を有する光電池であって、
当該変換層は：
各々がp型ドーピングを有し、かつ、銅(Cu)、インジウム(In)、硫黄(S)、セレン(Se)、及びテルル(Te)を含む少なくとも1つのカルコゲナイドを有する1層以上の半導体吸収層；並びに、
各々がn型ドーピングを有し、かつ、硫黄(S)、セレン(Se)、又はテルル(Te)のうちの1つ以上と、アルミニウム(Al)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、カドミウム(Cd)、インジウム(In)、又はスズ(Sn)のうちの少なくとも1つ以上を含む少なくとも1つのカルコゲナイドを有する1層以上の半導体緩衝層；
を有し、
前記緩衝層は集団的に前記吸収層に隣接するように設けられることで、前記緩衝層と前記吸収層の間に界面が形成され、かつ、
前記界面に隣接する前記吸収層の界面領域のCu含有量は、25原子%以下である、
光電池。
【請求項１７】
前記吸収層内でのCuの含有量の変化が、前記吸収層全体にわたって少なくとも4原子%で、かつ
前記吸収層内でのGaとInの合計含有量の変化が、前記吸収層全体にわたって4原子%未満である、
請求項16に記載の光電池。
【請求項１８】
基板全体にわたって1層以上の吸収層をスパッタリングする工程を有する方法であって、
前記基板は、前記スパッタリング工程前及び前記1層以上の吸収層の各々のスパッタリング中に、少なくとも300℃の基板温度で事前加熱され、
前記吸収層のうちの少なくとも1層をスパッタリングする工程は、少なくとも0.5パスカルの圧力を有するスパッタリング雰囲気中で実行され、かつ
前記吸収層のうちの少なくとも1層をスパッタリングする工程は、銅(Cu)と、硫黄(S)、セレン(Se)、又はテルル(Te)のうちの1つ以上を有するカルコゲナイド混晶を含むスパッタリング標的をスパッタリングする工程を有する、
方法。
【請求項１９】
前記スパッタリング工程はマグネトロンスパッタリングを有する、請求項18に記載の方法。
【請求項２０】
前記吸収層のうちの少なくとも1層をスパッタリングする工程が、H2S及びH2Seのうちの少なくとも1つが存在する中でのスパッタリング工程を有する、請求項18に記載の方法。
【請求項２１】
前記少なくとも1つのカルコゲナイドが、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)、アルミニウム(Al)、及びカドミウム(Cd)をさらに有する、請求項18に記載の方法。
【請求項２２】
前記基板と、前記吸収層のうちの少なくとも1層をスパッタリングするためのスパッタリング標的との間の距離が8cm未満である、請求項18に記載の方法。
【請求項２３】
前記吸収層のうちの少なくとも1層をスパッタリングする工程が、-150ボルト未満のバイアス電圧でスパッタリングする工程を有する、請求項18に記載の方法。
【請求項２４】
前記吸収層のうちの少なくとも1層をスパッタリングする工程が、前記スパッタリング工程中に、高周波(RF)又は電流パルス電源によって前記プラズマを励起する工程を有する、請求項18に記載の方法。
【請求項２５】
非加熱基板全体にわたって1層以上の吸収層をスパッタリングする工程；及び、
350℃を超えるアニーリング温度で前記のスパッタリングされた吸収層をアニーリングする工程；
を有する方法であって、
前記吸収層のうちの少なくとも1層をスパッタリングする工程は、銅(Cu)と、硫黄(S)、セレン(Se)、又はテルル(Te)のうちの1つ以上を有するカルコゲナイド混晶を含むスパッタリング標的をスパッタリングする工程を有する、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、光電デバイスの製造に関し、より詳細には、光電デバイス用の吸収層及び/又は緩衝層の形成の際のスパッタリング−より詳細にはマグネトロンスパッタリング−の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
p-n接合に基づく光電池は太陽電池として広く用いられている。一般的に、p-n接合に基づく光電池は、p型半導体層に直接接触するn型半導体層を有する。背景として、p型半導体がn型半導体層と直接接触するように設けられるとき、高電子濃度の領域（当該接合のn型側）から低電子濃度の領域（当該接合のp型側）への電子の拡散が起こる。しかし荷電キャリア（電子）の拡散は無限には起こらない。なぜならこの電荷不均衡によって反対向きの電場が生成されるからである。p-n接合にわたって発生する電場は、光子を吸収する結果生成される荷電キャリアの分離を誘起する。
【０００３】
カルコゲナイド半導体は（単体及び混晶のいずれも）、地上の太陽光スペクトルの範囲内で十分な光学バンドギャップを有するので、電子正孔対を生成して光エネルギーを利用可能な電気エネルギーに変換する、薄膜ベースの光電池−たとえば太陽電池−における光吸収体として用いることができる。より具体的には、半導体カルコゲナイド膜は典型的には、当該デバイスにおける吸収層として用いられる。カルコゲナイドは、少なくとも1つのカルコゲンイオン（たとえば硫黄(S)、セレン(Se)、又はテルル(Te)といった元素周期表における16(VIA)族元素）及び少なくとも1つの陽性元素からなる化合物である。当業者には明らかなように、カルコゲナイドとは一般的に、硫黄化物、セレン化物、及びテルル化物のことを指称する。薄膜ベースの太陽電池デバイスは、これらのカルコゲナイド半導体材料をそのままの状態で（複数の）吸収層として利用するか、又は、他の元素若しくは化合物−たとえばとりわけ酸化物、窒化物、及びカーバイド−との混晶の状態で利用して良い。物理気相成長(PVD)に基づく処理−具体的にはスパッタリングに基づく堆積処理−は従来、高処理能力かつ高歩留まりでの係る薄膜の大容量製造に利用されてきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は概して、光電デバイスの製造に関し、より詳細には、光電デバイス用の吸収層及び/又は緩衝層の形成の際のスパッタリング−より詳細にはマグネトロンスパッタリング−の使用に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第1態様によると、光電池は変換層を有し、当該変換層は：各々が第1ドーピング型を有し、かつ、銅(Cu)と、硫黄(S)、セレン(Se)、及びテルル(Te)のうちの1つ以上を含む少なくとも1つのカルコゲナイドを有する1層以上の半導体吸収層；並びに、
各々が前記第1ドーピング型とは反対の第2ドーピング型を有する1層以上の半導体緩衝層；を有し、前記1層以上の緩衝層は集団的に前記吸収層に隣接するように設けられることで、前記緩衝層と前記吸収層の間に界面が形成され、かつ、前記界面に隣接する前記吸収層の界面領域のCu含有量は、30原子%以下である。
【０００６】
本発明の第2態様によると、光電池は、ガラス基板、前記ガラス基板を覆うように備えられた第1透明導電層、前記第1透明導電層を覆うように備えられた変換層、及び前記変換層を覆うように備えられた第2透明導電層を有し、当該変換層は、各々がp型ドーピングを有し、かつ、銅(Cu)、インジウム(In)、硫黄(S)、セレン(Se)、及びテルル(Te)を含む少なくとも1つのカルコゲナイドを有する1層以上の半導体吸収層、並びに、各々がn型ドーピングを有し、かつ、硫黄(S)、セレン(Se)、又はテルル(Te)のうちの1つ以上と、アルミニウム(Al)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、カドミウム(Cd)、インジウム(In)、又はスズ(Sn)のうちの少なくとも1つ以上を含む少なくとも1つのカルコゲナイドを有する1層以上の半導体緩衝層を有し、前記緩衝層は集団的に前記吸収層に隣接するように設けられることで、前記緩衝層と前記吸収層の間に界面が形成され、かつ、前記界面に隣接する前記吸収層の界面領域のCu含有量は、25原子%以下である。
【０００７】
本発明の第3態様によると、基板全体にわたって1層以上の吸収層をスパッタリングする工程を有する方法が供される。当該方法では、前記基板は、前記スパッタリング工程前及び前記1層以上の吸収層の各々のスパッタリング中に、少なくとも300℃の基板温度で事前加熱され、前記吸収層のうちの少なくとも1層をスパッタリングする工程は、少なくとも0.5パスカルの圧力を有するスパッタリング雰囲気中で実行され、かつ前記吸収層のうちの少なくとも1層をスパッタリングする工程は、銅(Cu)と、硫黄(S)、セレン(Se)、又はテルル(Te)のうちの1つ以上を有するカルコゲナイド混晶を含むスパッタリング標的をスパッタリングする工程を有する。
【０００８】
本発明の第4態様によると、非加熱基板全体にわたって1層以上の吸収層をスパッタリングする工程、及び、350℃を超えるアニーリング温度で前記のスパッタリングされた吸収層をアニーリングする工程を有する方法が供される。当該方法では、前記吸収層のうちの少なくとも1層をスパッタリングする工程は、銅(Cu)と、硫黄(S)、セレン(Se)、又はテルル(Te)のうちの1つ以上を有するカルコゲナイド混晶を含むスパッタリング標的をスパッタリングする工程を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】A-Dは、典型的な太陽電池の構成の概略的断面を表している。
【図２】典型的なスパッタリング処理が行われる典型的なスパッタリングチャンバを図示している。
【図３】吸収層をスパッタリングする典型的なパラメータの組を有する表を示している。
【図４】典型的な変換層を図示している。
【図５】典型的な吸収層を図示している。
【図６】吸収層を形成する際の使用に適した典型的なスパッタリング源及びパラメータを示す表を表している。
【図７】緩衝層を形成する際の使用に適した典型的なスパッタリング源及びパラメータを示す表を表している。
【図８】吸収層と緩衝層との間の典型的な界面領域を図示している。
【図９】A-Hは、典型的な吸収層の組成プロファイルを図示している。
【図１０】A-Hは、典型的な吸収層の組成プロファイルを図示している。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示の特別な実施例は、光電デバイス（以降では「光電池」、「太陽電池」又は「太陽デバイス（solar  device）」とも呼ばれる）用の吸収層及び/又は緩衝層を形成する際のスパッタリング−より詳細にはマグネトロンスパッタリング−の使用に関する。特別な実施例では、マグネトロンスパッタリングは、カルコゲナイド吸収層又は緩衝層の形成に用いられる。特別な実施例では、スパッタリング処理中にスパッタリング標的から放出される粒子（原子）のエネルギーを減少させることで、堆積された吸収層又は緩衝層の電子的な性質を改善することが考えられる。特別な実施例では、エネルギーの減少は、スパッタリング処理中に、放電電圧の減少、スパッタリングガス雰囲気の圧力の増大、及びスパッタリング処理中でのスパッタリング源と基板との間の距離の増大のうちの1つ以上を行うことによって実現されて良い。様々な特別の実施例は、元素のスパッタリング源（標的）及び化合物のスパッタリング源（標的）のいずれを利用しても良い。特別な実施例はまた、CIGS−具体的にはCuIn(S,Se,Te)（たとえばCuIn(S,Se,Te)2）−ベースの吸収層（以降、適切な場合には、CuIn-S、CuIn-Se、CuIn-Te又はこれらの適切な混合物は総称としてCuIn-(S,Se,Te)と指称して良いものとする）を堆積するため、H2S及びH2Seのうちの少なくとも1つが存在する中で反応性スパッタリング処理を利用しても良い。以降、適切な場合には、層という語は膜を含み、また膜という語は層を含む。
【００１１】
二セレン化銅インジウムガリウム（たとえばCu(In1-xGax)Se2、ここでxは約0.7以下である）、セレン硫黄化銅インジウムガリウム（たとえばCu(In1-xGax)(Se1-ySy)2、ここでxは約0.7以下で、yは約0.99以下である）、及び二硫黄化銅インジウムガリウム（たとえばCu(In1-xGax)S2、ここでxは約0.7以下である）は、いずれも一般的には”CIGS”材料と指称されるものであり、主として吸収係数が比較的大きいことに起因して、光電池における薄膜吸収体の製造に用いられることに成功した。実際、約20%以上の光電効率を有する光電池は、Cu(In1-xGax)Se2吸収層を用いて製造された。（複数の）吸収層（以降、個別的又は集団的に「吸収層」又は「吸収体」と呼ぶ）での欠陥密度を最小限に抑制するための取り組みは、高品質のCIGS薄膜ベースの光電池の製造を可能にした。
【００１２】
図1A-図1Dは、典型的な太陽電池の構成の概略的断面を表している。具体的には、図1Aは、下から順に、透明ガラス基板102、透明導電層104、変換層106、透明導電層108、及び透明保護層110を有する典型的な太陽電池100を図示している。この典型的な太陽電池の設計では、光は、上部から（透明保護層110を介して）又は底部から（透明基板102を介して）太陽電池100へ入射することができる。図1Bは、下から順に、非透明基板（たとえば金属、プラスチック、セラミック、又は他の適切な非透明基板）122、導電層124、変換層126、透明導電層128、及び透明保護層130を有する別の典型的な太陽電池の構成の概略的断面を表している。この典型的な太陽電池の設計では、光は、上部から（透明保護層130を介して）太陽電池120へ入射することができる。図1Cは、下から順に、透明基板（たとえばガラス、プラスチック、又は他の適切な透明基板）142、導電層144、変換層146、透明導電層148、及び透明保護層150を有する別の典型的な太陽電池の構成の概略的断面を表している。この典型的な太陽電池の設計では、光は、上部から（透明保護層150を介して）太陽電池140へ入射することができる。図1Dは、下から順に、透明基板（たとえばガラス、プラスチック、又は他の適切な透明基板）162、透明導電層164、変換層166、導電層168、及び透明保護層170を有する別の典型的な太陽電池の構成の概略的断面を表している。この典型的な太陽電池の設計では、光は、底部から（透明基板162を介して）太陽電池160へ入射することができる。
【００１３】
光電デバイスの動作中での電荷分離（電子正孔対の分離）を実現するため、変換層106、126、146、及び166の各々は、少なくとも1つのn型半導体材料及び少なくとも1つのp型半導体材料を有する。特別な実施例では、変換層106、126、146、及び166の各々は、少なくとも1層以上の吸収層及び該吸収層とは反対のドーピングを有する1層以上の緩衝層を有する。例として、吸収層がp型半導体から形成される場合には、緩衝層はn型半導体から形成される。他方、吸収層がn型半導体から形成される場合には、緩衝層はp型半導体から形成される。変換層106、126、146、及び166のうちの1層以上として用いられるのに適した典型的な変換層のより詳細な実施例は、本開示において後述する。
【００１４】
特別な実施例では、透明導電層104、108、128、148、又は164の各々は、少なくとも1層の酸化層を有する。限定ではない例示では、透明導電層を構成する酸化層は1層以上の層を有して良い。各層は、チタン酸化物（たとえばTiO、TiO2、Ti2O3、又はTi3O5のうちの1つ以上）、アルミニウム酸化物（たとえばAl2O3）、コバルト酸化物（たとえばCoO、Co2O3、又はCo3O4のうちの1つ以上）、シリコン酸化物（たとえばSiO2）、スズ酸化物（たとえばSnO又はSnO2のうちの1つ以上）、亜鉛酸化物（たとえばZnO）、モリブデン酸化物（たとえばMoO、MoO2、又はMoO3のうちの1つ以上）、タンタル酸化物（たとえばTaO、TaO2、又はTa2O5のうちの1つ以上）、タングステン酸化物（たとえばWO2又はWO3のうちの1つ以上）、インジウム酸化物（たとえばInO又はIn2O3のうちの1つ以上）、マグネシウム酸化物（たとえばMgO）、ビスマス酸化物（たとえばBi2O3）、銅酸化物（たとえばCuO）、バナジウム酸化物（たとえばVO、VO2、V2O3、V2O5、又はV3O5のうちの1つ以上）、クロム酸化物（たとえばCrO2、CrO3、Cr2O3、又はCr3O4のうちの1つ以上）、ジルコニウム酸化物（たとえばZrO2）、又はイットリウム酸化物（たとえばY2O3）のうちの1つ以上で構成される。それに加えて様々な実施例では、酸化層には、様々な適切な元素又は化合物のうちの1つ以上がドーピングされて良い。一の特別な実施例では、透明導電層104、108、128、148、又は164の各々は、アルミニウム酸化物、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、バナジウム酸化物、又はスズ酸化物のうちの少なくとも1つがドーピングされたZnOを有して良い。他の特別な実施例では、透明導電層104、108、128、148、又は164の各々は、亜鉛酸化物、アルミニウム酸化物、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、バナジウム酸化物、又はスズ酸化物うちの少なくとも1つから構成される第1層と、アルミニウム酸化物、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、バナジウム酸化物、又はスズ酸化物のうちの少なくとも1つがドーピングされた亜鉛酸化物を有する第2層を少なくとも有する多層構造であって良い。他の特別な実施例では、透明導電層104、108、128、148、又は164の各々は、亜鉛酸化物、アルミニウム酸化物、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、バナジウム酸化物、又はスズ酸化物うちの少なくとも1つから構成される第1層と、アルミニウム酸化物、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、バナジウム酸化物、又はスズ酸化物のうちの少なくとも1つがドーピングされたインジウム酸化物を有する第2層を少なくとも有する多層構造であって良い。
【００１５】
特別な実施例では、導電層124、144、又は168の各々は、少なくとも1層の金属層を有する。限定ではない例として、導電層124、144、又は168の各々は1層以上の層で構成されて良い。前記1層以上の層は、個別的又は集団的に、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、銀(Ag)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、レニウム(Re)、イリジウム(Ir)、又は金(Au)のうちの少なくとも1つを含む。一の特別な実施例では、導電層124、144、又は168の各々は1層以上の層で構成されて良く、前記1層以上の層の各々は、個別的又は集団的に、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Pt、Ag、Hf、Ta、W、Re、Ir、又はAuのうちの少なくとも1つと、ホウ素(B)、炭素(C)、窒素(N)、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、シリコン(Si)、リン(P)、カリウム(K)、セシウム(Cs)、ルビジウム(Rb)、硫黄(S)、セレン(Se)、テルル(Te)、水銀(Hg)、鉛(Pb)、ビスマス(Bi)、スズ(Sn)、アンチモン(Sb)、又はゲルマニウム(Ge)うちの少なくとも1つを含む。特別な実施例では、導電層124、144、又は168の各々はMoベースの層で構成されて良い。前記Moベースの層は、Moと、B、C、N、Na、Al、Si、P、S、K、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Se、Rb、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cs、Hf、Ta、W、Re、Ir、Pt、Au、Hg、Pb、又はBiのうちの少なくとも1つを含む。他の特別な実施例では、導電層124、144、又は168の各々は、アモルファス層、面心立方(fcc)又は六法最密充填(hcp)の中間層、及びMoベースの層を有する多層構造で構成されて良い。係る実施例では、アモルファス層は、CrTi、CoTa、CrTa、CoW、又はガラスのうちの少なくとも1つを有して良く、fcc又はhcp中間層は、Al、Ni、Cu、Ru、Rh、Pd、Ag、Ir、Pt、Au、Hg、又はPbのうちの少なくとも1つを有して良く、かつ、Moベースの層は、少なくとも1つのMoと、B、C、N、Na、Al、Si、P、S、K、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Se、Rb、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cs、Hf、Ta、W、Re、Ir、Pt、Au、Hg、Pb、又はBiのうちの少なくとも1つを含んで良い。
【００１６】
特別な実施例では、マグネトロンスパッタリングは、導電層124、144、又は168の各々だけではなく、変換層106、126、146、又は166の各々と、透明導電層104、108、128、148、又は164の各々を堆積するのに用いられて良い。マグネトロンスパッタリングは、たとえば磁気ハードドライブ及びマイクロエレクトロニクスにおける金属層の堆積や、半導体及び太陽電池産業における真性酸化層や導電性酸化層の堆積に用いられる確立された手法である。マグネトロンスパッタリングでは、スパッタリング源（標的）は、強い電磁場を利用してマグネトロン表面付近で電子を捕獲するマグネトロンである。これらの捕獲された電子は、磁場線を取り囲む螺旋状経路を進行することで、電子の捕獲が起こらない場合よりも、標的表面近くでの中性気体とより多くの電離衝突を起こす。その結果、プラズマは低いスパッタリング雰囲気の圧力に維持することができる。それに加えて高い堆積速度を実現することも可能である。
【００１７】
従来のマグネトロンスパッタリング法は、大面積にわたって堆積される膜の高速での堆積及び該膜の厚さと組成の正確な制御を可能にする一方で、マグネトロンスパッタリングは、太陽電池に用いられる吸収及び緩衝用半導体層の堆積にはほとんど用いられてこなかった。背景として、従来のスパッタリング処理中では、正イオン、負イオン、及び中性原子を含む高エネルギー粒子が、プラズマ中に生成されうる。これらの粒子が基板に衝突することで、堆積された膜構造中に欠陥を生成してしまう。これらの欠陥は、入射光の光子によって生成される電子正孔対の再結合中心として働いてしまう。このような再結合中心は、光電池の吸収体の変換効率を低下させることで、当該光電池の出力を小さくしてしまう。
【００１８】
図2は、典型的なスパッタリング処理が行われる典型的なスパッタリング用チャンバ200を図示している。特別な実施例では、スパッタリング用チャンバ200は、マグネトロンスパッタリング用に用いられて良い。図示された実施例では、（正の）アルゴン(Ar)イオン202aはスパッタリング源（スパッタリング標的、マグネトロン）204に衝突する結果、標的原子206及び電子が放出される。続いて標的原子は、基板208上の薄膜として堆積される。磁場の存在により、放出された電子はマグネトロンの表面付近で捕獲される。放出された標的原子が基板208（又は標的原子若しくは先に堆積された原子によって基板上に形成された薄膜）に到達するときの運動エネルギーEk（原子）及び角度αは、スパッタリング用チャンバ200のスパッタリング雰囲気の圧力（たとえばArの圧力）pArに少なくとも部分的に依存する。より詳細には、pArが高い場合には、続いて放出される標的原子206は、放出された標的原子206がスパッタリング源204から基板208へ進行する際、正のArイオン202a及び所謂「中性Ar」（中性の電荷を有する）202bと大多数の衝突を起こす。その結果、標的原子206の運動エネルギーEk（原子）が減少し、かつ放出された標的原子206の入射角αが増大する。スパッタリング源204に衝突するArイオン202aは、スパッタリング源204から電子を受け取り、かつ中性Ar202bとして、スパッタリング源204から外れるように反射される。これらの中性Ar202bが基板208（より具体的には標的原子206若しくは先に堆積された原子によって基板上に形成された薄膜）に衝突する場合、これらの中性Ar202bは、既に基板208上に堆積された原子206（又は他の原子）の移動度を増大させる。これらの中性Ar202bはまた、（特に薄膜の内部に）構造欠陥を誘起することで、その薄膜の電気的性質を低下させる恐れもある。高いスパッタリング圧力はまた、チャンバ200内において中性Ar202bと他のAr原子との衝突確率をも増大させることで、中性Ar202bの運動エネルギーEk(Ar)を減少させることで、堆積された膜中に中性Ar202bによって生成される欠陥密度を最小限に抑制する。
【００１９】
特に、基板208上に堆積された薄膜表面に位置する標的原子206の移動度を増大させることが、これらの表面原子206がそれぞれの最小エネルギー位置を見いだすこと、及び所望の結晶構造を形成することを促進するという理由で有利となりうる一方で、中性Ar202bのエネルギーは、制御することが難しく、かつ有害な影響を有する恐れがある。より詳細には、高エネルギーの中性Ar202bは堆積された薄膜の内部へ入り込むことで、堆積された原子206を、それらの平衡位置からはじき出してしまう恐れがある。原子の内部拡散は、表面拡散よりもはるかに遅いので、これらの乱された原子206が、拡散して本来の平衡位置に戻る可能性は低く、そのため欠陥は堆積された膜中に形成される恐れがある。
【００２０】
特別な実施例では、基板208に衝突する放出された標的原子206のエネルギーは、所望の電子特性−つまりたとえば太陽光を吸収して、この太陽からの放射を利用可能な電気エネルギーに変換する光電効率が高いこと−を有する吸収層又は緩衝層が得られるように意図的に減少される。上述した一部の特別な実施例では、簡明を期すため、スパッタリング雰囲気とは、Ar原子のスパッタリング雰囲気を指称するものとする。しかし、他の実施例では、限定ではない例としてとりわけ、ヘリウム(He)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)、酸素（酸素分子(O2)の状態）、窒素（窒素分子(N2)の状態）、水素(H)、硫化水素(H2S)、セレン化水素(H2Se)、リン化水素(PH3)、アンモニア(NH3)、及び五酸化リン(P2O5)を含む広範な他のスパッタリング用ガスが追加的又は代替的に利用可能であることに留意して欲しい。そのようなものとして、記載された実施例では、スパッタリング雰囲気の圧力とは、Arのスパッタリング圧力pArではなくチャンバ内の全スパッタリング圧力ptotを指称するものとする。
【００２１】
特別な実施例では、たとえば変換層106、126、146、又は166の各々での使用に適した吸収層及び緩衝層は、1つ以上のガスが−限定ではない例示として、1つ以上の不活性ガス（たとえばAr、Kr、又はXe）及び/若しくは1つ以上の反応ガス（たとえばO2、N2、H2S、H2Se、PH3、NH3、P2O5）が同時又は各異なる時期に−存在する状態でマグネトロンスパッタリングによってスパッタリングされる。一般的に、スパッタリングされた層−具体的には吸収層及び緩衝層−の電子特性は、放電電圧、チャンバ内の全ガス圧力ptot、スパッタリング用チャンバ内での反応ガスの量、堆積速度（毎秒の基板上に到達する原子数又は毎秒の堆積された層の厚さの増分）DR、スパッタリング源から基板までの距離d、基板上に印加されたバイアス電圧Vbias、及び基板温度Tsubに依存する。
【００２２】
上述したように、高い電子特性を有する吸収層及び緩衝層を得るため、基板に衝突する放出された標的原子206のエネルギーは減少する。図2に図示されているように、放電電圧は、正のArイオン202aをスパッタリング源204へ向かうように加速する。スパッタリング源204に衝突するArイオン202aは、スパッタリング源204から原子206を放出させることができる。続いてスパッタリング源204から放出した原子206は、基板208上に堆積することができる。放電電圧が大きいときには、正のArイオン202aのエネルギーが大きくなる。その結果、中性Ar220bの運動エネルギー(Ek(Ar))及び放出された標的原子206の運動エネルギー(Ek(原子))が大きくなる。特別な実施例では、基板208に衝突する原子206の運動エネルギー(Ek(原子))は、放電電圧を減少させることによって減少する。特別な実施例では、スパッタリング処理中に、高周波(RF)又は電流パルス電源によってプラズマを励起することによって、低い放電電圧を実現することができる。それに加えて、反応ガスが存在する状態でのスパッタリングは、放電電圧を増大させてしまうので、特別な実施例では、反応ガスと不活性ガスの混合ガスを含むスパッタリング雰囲気中でスパッタリングを行うことによって、放電電圧はさらに減少する。
【００２３】
本願発明者らはまた、全スパッタリング圧力ptotが十分大きい場合には、DC電源によって高い電子特性を有する吸収層及び緩衝層を得ることができると判断した。一般的には、スパッタリング用チャンバ200内での全圧力ptotが高くなることで、原子間での衝突確率−具体的には、1)放出された標的原子206と2)チャンバ200内の中性Ar202b及びArイオン202aとの間の衝突確率−が増大する。衝突確率の増大は、基板（又は標的原子206、先に堆積された原子、若しくは反応ガス原子によって基板上に形成された薄膜）に衝突する放出された標的原子206及び反射中性Ar202bのエネルギーを減少させる。スパッタリング用チャンバ200内での反応ガスの量（ここで反応ガスの量とは、チャンバ200内での反応ガスの分子数を表す）は、放出された標的原子206と反応ガスの原子との間での反応確率を少なくとも部分的に決定するため、スパッタリング用チャンバ200内の反応ガスの量はまた、放出された標的原子206のエネルギーにも影響を及ぼす。よって特別な実施例では、反応ガスの量が増大する（従ってptotが増大する）結果、放出された標的原子206のエネルギーは減少する。
【００２４】
特別な実施例では、全スパッタリング圧力ptotが増大する際に、放出された標的原子206の堆積速度(DR)が増大することで、基板208上に堆積された原子206の表面移動度が同一に維持される。それに加えて、スパッタリングされた膜（層）の組成を同一に維持するように（堆積可能であるならば）、スパッタリング用チャンバ200内の反応ガスの量もまた増大しなければならない。
【００２５】
特別な実施例では、スパッタリング源と基板との間の距離dが増大することで、放出された標的原子206と中性Ar202bとの間での衝突確率が、Arイオン202aとともに増大する。従ってスパッタリング源と基板との間の距離dが増大することで、堆積された層の電子特性を維持するのに必要な全スパッタリング圧力ptotが減少する。
【００２６】
特別な実施例では、バイアス電圧Vbiasは、基板208上に堆積された標的原子206の移動度を変化させるように調節されて良い。特別な実施例では、バイアス電圧Vbiasは、たとえば基板208に印加される、スパッタリング用チャンバ200壁に対して負の電圧である。バイアス電圧は、基板表面210上に堆積された原子206の移動度を増大させる。高い電子特性を有する吸収層及び緩衝層を得るためには、堆積された膜内での原子206の移動度は高いことが望ましい。バイアス電圧の役割は、正のイオンを基板208へ向かうように加速することである。これらの正のイオンは堆積された薄膜に衝突することで、その堆積された膜内の欠陥密度を増大させる。
【００２７】
特別な実施例では、堆積された層はまた、たとえば基板208を加熱することによって加熱されることで、堆積された原子206の移動度が増大する。基板温度Tsubの増大は、移動度を増大させ、結構構造を改善し、かつ堆積された膜内でのグレインサイズを増大させることができる。これにより、欠陥密度の減少並びに吸収層及び緩衝層の電子特性の改善が可能となる。基板温度Tsubはまた、CuInベースの太陽電池の所望のカルコパイライト構造の形成における重要なパラメータである。
【００２８】
一般的には、チャンバ内の全スパッタリングガス圧力ptotは約0.4パスカル(Pa)（〜3mTorr）よりも大きくなければならず、かつ、基板温度Tsubは約300℃よりも高くなければならない。しかし特別な実施例では、スパッタリング源と基板との間の距離dが3cm未満である場合には、チャンバ内の全スパッタリングガス圧力ptotは少なくとも0.25Pa（〜2mTorr）にまで増大し、かつ、基板温度Tsubは少なくとも約300℃にまで上昇する。それに加えて特別な実施例では、堆積速度DRが約5nm/sよりも速い場合には、チャンバ内の全スパッタリングガス圧力ptotは少なくとも0.25Pa（〜2mTorr）であり、かつ、基板温度Tsubは少なくとも約300℃にまで上昇する。しかしさらにより好適な実施例では、図3で略述されたパラメータを用いることがさらにより望ましい。図3は、高温（たとえば300℃よりも高温）での吸収層をスパッタリングするための典型的なパラメータの組を含む表を示している。より詳細には、図3の表の各列は、吸収層のスパッタリング中に用いられるパラメータの組に対応する。特別な実施例では、図3の各パラメータの組については、チャンバ内の全スパッタリングガス圧力ptotは約0.5パスカル(Pa)（〜4mTorr）よりも大きく、かつ、基板温度Tsubは少なくとも約300℃よりも高い。特別な実施例では、スパッタリング源と基板との間の距離dが約3cm未満である場合には、チャンバ内の全スパッタリングガス圧力ptotは少なくとも約0.9パスカル(Pa)（7mTorr）にまで増大し、かつ、基板温度Tsubは少なくとも約300℃にまで上昇する。特別な実施例では、堆積速度DRが約5nm/sよりも速い場合には、チャンバ内の全スパッタリングガス圧力ptotは少なくとも0.7Pa（5mTorr）であり、かつ、基板温度Tsubは少なくとも約300℃にまで上昇する。特別な実施例では、スパッタリング源と基板との間の距離dが約3cm未満で、かつ、堆積速度DRが約5nm/sよりも速い場合には、チャンバ内の全スパッタリングガス圧力ptotは少なくとも約1.3パスカル(Pa)（10mTorr）にまで増大し、かつ、基板温度Tsubは少なくとも約300℃にまで上昇する。それに加えて特別な実施例では、スパッタリング源と基板との間の距離dが約3cm未満で、堆積速度DRが約5nm/sよりも速く、基板上への印加バイアス電圧Vbiasが約-300ボルト未満（マイナス”-“は、そのバイアスがスパッタリング用チャンバに対して負であることを意味する。よって「約-300ボルト未満」とは300よりも大きな負のバイアス電圧（たとえば-350ボルト）を指称する）である場合には、チャンバ内の全スパッタリングガス圧力ptotは2パスカル(Pa)（16mTorr）よりも大きくなり、かつ、基板温度Tsubは300℃よりも高温になる。
【００２９】
特別な実施例では、緩衝層をスパッタリングするのに同様のパラメータが用いられて良い。しかし緩衝層をスパッタリングするときには、基板温度Tsubは、スパッタリングするときよりも低くして良く、かつ、意図しない拡散/相互の混合が生じないことを保証するように選ばれる。
【００３０】
上述したように、変換層106、126、146、及び166の各々は、1層以上の吸収層及び該吸収層とは反対のドーピングを有する1層以上の緩衝層を少なくとも有する。図4は典型的な変換層400を図示している。典型的な変換層400は、下から順に、n層（ここでnは隣接する吸収層の数で、1以上である）の隣接する吸収層4021〜402n（一つになって吸収層402を構成する）、吸収層402に隣接する、m層（ここでmは隣接する吸収層の数で、1以上である）の隣接する吸収層4041〜404m（一つになって吸収層404を構成する）を有する。特別な実施例では、吸収層4021〜402nのうちの少なくとも1層は、H2S及び/又はH2Seを有するスパッタリング雰囲気中でスパッタリングされる。図4は、（基板に対して）吸収層402を覆うように形成された緩衝層404を図示しているが、他の実施例では、吸収層402は緩衝層404全体を覆うように設けられても良い。
【００３１】
特別な実施例では、吸収層4021〜402nの各々は、マグネトロンスパッタリングを用いて堆積される。それに加えて特別な実施例では、吸収層4021〜402nのうちの少なくとも1層は、先に約300℃よりも高い温度である基板温度Tsubまで加熱された基板（たとえば一般的には基板208で、より詳細には基板102、122、142、又は162のうちのいずれか1つ）上に堆積される。特別な実施例では、所望の結晶構造を得るため、CuIn含有吸収層402が、（基板の加熱によって）300℃よりも高い温度にまで加熱される。一の特別な実施例では、CuIn含有吸収層402は、（マグネトロンスパッタリングによって）300℃未満の温度でCuIn含有層をスパッタリングして、その後300℃よりも高い温度にてこれらの層をスパッタリング後アニーリングすることにより形成される。そのような実施例では、吸収層全体にわたる組成プロファイルはアニーリング後に変化する恐れがあるので、吸収層全体にわたる組成プロファイルを制御するのは難しい。しかし吸収層402を非常に短い時間スケールでアニーリングすることによって、吸収層全体にわたる組成プロファイルの変化を抑制又は防止することができる。他の実施例では、吸収層402は、先に300℃よりも高い温度にまで加熱された基板上で（たとえばマグネトロンスパッタリングによって）スパッタリングされる。この実施例では、所望の結晶構造は、吸収層402のスパッタリング中に作られて良い。この実施例はまた、吸収層402全体にわたる組成プロファイルのはるかに厳密な制御をも可能にする。吸収層402全体にわたる組成プロファイルの制御は、利用可能な電気エネルギーへの太陽の放射の変換効率を最大化する上で重要である。
【００３２】
特別な実施例では、CuIn(S,Se)2吸収層402は、300℃よりも高い温度で化合物源の材料を（たとえばマグネトロンスパッタリングによって）スパッタリングすることによって形成されて良い。例として、CuIn(S,Se)2吸収層402は、CuIn(S,Se)2を有する標的源を用いることによって形成されて良い。別な例として、In2(S,Se)3及びCu(S,Se)吸収層402が、In2(S,Se)3及びCu(S,Se)を有する標的源を用いることによって形成されて良い。そのような実施例では、カルコゲナイドの形成に必要なS及び/又はSeの量は、スパッタリング標的源から直接供給される。しかしSとSeのいずれも、スパッタリング処理中に容易に蒸発するので、その結果、所望の変換効率に満たない、SとSeが欠損したCuIn(S,Se)2吸収層となってしまう恐れがある。特別な実施例では、この問題を緩和するため、吸収層4021〜402nのうちの少なくとも1層が、少なくとも1つの反応ガス−具体的にはH2S又はH2Se−を有するスパッタリング雰囲気中で（たとえば上述の標的のうちの1つを用いることによって）スパッタリングされる。これらのガスは、事実上無限にSとSeを供給するので、たとえば48原子%よりも高いSとSeの合計含有量を維持する。それにより係るCuIn(S,Se)2吸収層の光変換効率は改善される。
【００３３】
他の実施例では、高品質のCuInS2吸収層を有する太陽電池は、H2S又はH2Seのスパッタリング雰囲気で元素標的源（たとえばCu又はIn）をスパッタリングすることによって得られても良い。しかし特別な実施例では、少なくとも1つの化合物源が、CuInベースの太陽電池の吸収層又は緩衝層を形成するのに用いられる。そのようなものとして、特別な実施例では、CuInベースの吸収層302の堆積に用いられる標的源は、Cuと、Inと、B、C、N、Na、Al、Si、P、S、K、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Se、Rb、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cs、Hf、Ta、W、Re、Ir、Pt、Au、Hg、Pb、Bi又はCdのうちの少なくとも1つを有して良い。
【００３４】
図5は、吸収層402をより詳細に図示している。吸収層402は、下から順に、i層の506型吸収層5061〜506i（ここでiは506型吸収層の層数で、1以上100以下である）、j層の508型吸収層5081〜508j（ここでjは508型吸収層の層数で、0以上100以下である）、及び、k層の510型吸収層5101〜510k（ここでkは510型吸収層の層数で、0以上100以下である）を有する。よってこの実施例では、吸収層の合計層数はnで、n=i+j+kである。一の特別な実施例では、吸収層5061〜506i、5081〜508j、及び5101〜510kの各々は、図6に図示された表2に示されたそれぞれのスパッタリング源の材料からスパッタリングにより堆積される。特別な実施例では、これらの層のうちの少なくとも1層が300℃よりも高い温度でスパッタリングされる。上述したように、これらの層のうちの1層以上はまた、最終的な吸収層中でのSとSeの欠損を回避するため、H2S及び/又はH2Seが存在する状態でスパッタリングされても良い。
【００３５】
他の実施例では、吸収層5061〜506i、5081〜508j、及び5101〜510kの各々は、図6に図示された表2に示されたそれぞれのスパッタリング源の材料から、300℃よりも高い温度でスパッタリングにより堆積される。続いてこれらの吸収層は、350℃よりも高い温度でアニーリングされる。しかしさらにより好適な実施例では、アニーリングは、500℃よりも高い温度で実行される。上述したように、これらの層のうちの1層以上はまた、最終的な吸収層中でのSとSeの欠損を回避するため、H2S及び/又はH2Seが存在する状態でスパッタリング及びアニーリングされても良い。
【００３６】
図7は、緩衝層4041〜404mの形成の際の利用に適した典型的なスパッタリング源の材料及びパラメータを示す表3を表している。緩衝層4041〜404mは、上述のスパッタリング−具体的にはマグネトロンスパッタリング−を用いることによって、あるいはその代わりに化学槽堆積、化学気相堆積、原子層堆積、又は他の適切な処理を用いることによって形成されて良い。特別な実施例では、緩衝層4041〜404mのうちの1層以上は、各層又は集団で、Al、Zn、Ga、Cd、In、又はSnのうちの少なくとも1つ及びS、Se、又はTeのうちの少なくとも1つを有する。例として、緩衝層4041〜404mのうちの1層以上は、N、P、As、Sn、B、Al、Ga、又はInのうちの少なくとも1つがドーピングされたSi又はGe層であって良い。
【００３７】
特別な実施例では、高効率の太陽電池を得るため、吸収層402と緩衝層404の間の界面822に近接する（図8に図示された）領域820の吸収層402でのCu含有量は、約30原子%未満である。特別な実施例では、界面領域820での厚さは約100Å（オングストローム）〜0.5μm（マイクロメートル）の範囲である。
【００３８】
図9A-図9Hは、少なくとも1層が堆積中に300℃よりも高い温度に加熱されるスパッタリング堆積を用いることによって得られた、特別な実施例による吸収層の典型的な組成プロファイルを図示している。より具体的には、図9Aは、縦軸がCuの原子%を表す吸収層402の組成プロファイルを図示している。横軸は、原子%の組成が特定された吸収層402の特別な領域（図8の領域820、824、及び826）の厚さを表している。吸収層の領域820は緩衝層404に最も近い吸収層402の領域で、吸収層の領域824は吸収層402の中間領域で、かつ、吸収層の領域826は背面コンタクトに近い吸収層402の領域である。より詳細には、領域820−つまり界面領域−は、界面822に隣接して、かつこの実施例においては、約100Å（オングストローム）〜0.5μm（マイクロメートル）の範囲の厚さを有する。領域824は、領域820と境界をなして、かつこの実施例においては、約0Å〜5μmの範囲の厚さを有する。領域826は、領域824と境界をなして、かつこの実施例においては、約100Å〜5μmの範囲の厚さを有する。図9Bは、縦軸が、吸収層402の特定領域についてのGaの原子%を表す吸収層402の組成プロファイルを表している。図9Cは、縦軸が、吸収層402の特定領域についてのInの原子%を表す吸収層402の組成プロファイルを表している。図9Dは、縦軸が、吸収層402の特定領域についてのAlの原子%を表す吸収層402の組成プロファイルを表している。図9Eは、縦軸が、吸収層402の特定領域についてのS、Se、及びTeの合計の原子%を表す吸収層402の組成プロファイルを表している。図9Fは、縦軸が、吸収層402の特定領域についてのZn、Cd、Hg、Sn、Si、Ge、及びPbの合計の原子%を表す吸収層402の組成プロファイルを表している。図9Gは、縦軸が、吸収層402の特定領域についてのAg及びAuの合計の原子%を表す吸収層402の組成プロファイルを表している。最後に図9Hは、縦軸が、吸収層402の特定領域についてのLi、Na、K、Rb、及びCsの合計の原子%を表す吸収層402の組成プロファイルを表している。
【００３９】
図10A-図10Hは、少なくとも1層が堆積中に300℃よりも高い温度に加熱されるスパッタリング堆積を用いることによって得られた、特別な実施例による吸収層のより好適な典型的組成プロファイルを図示している。より具体的には、
図10Aは、縦軸がCuの原子%を表す吸収層402の組成プロファイルを図示している。繰り返しになるが、横軸は、原子%の組成が特定された吸収層402の特別な領域（図8の領域820、824、及び826）の厚さを表している。図10Bは、縦軸が、吸収層402の特定領域についてのGaの原子%を表す吸収層402の組成プロファイルを表している。図10Cは、縦軸が、吸収層402の特定領域についてのInの原子%を表す吸収層402の組成プロファイルを表している。図10Dは、縦軸が、吸収層402の特定領域についてのAlの原子%を表す吸収層402の組成プロファイルを表している。図10Eは、縦軸が、吸収層402の特定領域についてのS、Se、及びTeの合計の原子%を表す吸収層402の組成プロファイルを表している。図10Fは、縦軸が、吸収層402の特定領域についてのZn、Cd、Hg、Sn、Si、Ge、及びPbの合計の原子%を表す吸収層402の組成プロファイルを表している。図10Gは、縦軸が、吸収層402の特定領域についてのAg及びAuの合計の原子%を表す吸収層402の組成プロファイルを表している。最後に図10Hは、縦軸が、吸収層402の特定領域についてのLi、Na、K、Rb、及びCsの合計の原子%を表す吸収層402の組成プロファイルを表している。
【００４０】
特別な実施例では、上述の方法は、下から順に（基板に最も近い層から始めて）、Mo導電層、Cu(In,Ga)Se2吸収層、CdS緩衝層、ZnO導電層、及びAl2O3がドーピングされたZnO導電層を有するCIGSベースの太陽電池を製造に用いられる。特別な実施例では、この多層構造の太陽電池の効率を最大化するため、Cu(In,Ga)Se2吸収層全体にわたるGa含有量は意図的に不均一である。つまりMoとCdSの間の界面でのGa含有量は、Cu(In,Ga)Se2吸収層の中間部での含有量よりも大きい。この組成プロファイルは、スパッタリング後のアニーリング処理を用いて得ることは非常に難しい。たとえばCu(In,Ga)Se2吸収層は、スパッタリングによってMo層上部に堆積されたCuGa層、In層、及びSe層を有する多層構造をアニーリングすることによって得ることができる。係る実施例では、Ga含有量は、Mo層とCu(In,Ga)Se2吸収層の界面で最大となり、かつCu(In,Ga)Se2吸収層が緩衝層となす界面へ向かって単調減少する。これは、高効率太陽電池で用いられる吸収層にとっては望ましくない。よって特別な実施例では、吸収層全体にわたって最適の組成プロファイルを得るため、吸収層4021〜402nのうちの少なくとも1層は、300℃よりも高い温度でのスパッタリングによって堆積される。所望のGa組成プロファイルはまた、高速アニーリング処理によっても得ることができる。この場合、Ga及びInは、吸収層全体にわたって拡散する時間がないため、緩衝層との界面でのGa濃度が減少する。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図９ｄ】
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【図９ｅ】
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【図９ｆ】
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【図９ｇ】
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【図９ｈ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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【図１０ｄ】
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【図１０ｅ】
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【図１０ｆ】
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【図１０ｇ】
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【図１０ｈ】
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【国際調査報告】
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