[发明专利]黄铜矿型太阳能电池及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有黄铜矿化类合物的光吸收层的太阳能电池，尤其涉及具有高柔软性、适于批量生产并具有高转换效率的太阳能电池及其制造方法。

背景技术

接受光并转换成电能的太阳能电池，根据半导体的厚度而分为块状类和薄膜类。其中，薄膜类的太阳能电池是半导体层具有数十μm～数μm以下的厚度的太阳能电池，分为Si薄膜类和化合物薄膜类。化合物薄膜类具有II-VI族化合物、黄铜矿类等的太阳能电池，至今一些已被产品化。在这之中，黄铜矿类太阳能电池根据所使用的物质别名被称为CIGS(Cu(InGa)Se)类薄膜太阳能电池、或CIGS太阳能电池、或I-III-VI族类。

黄铜矿类太阳能电池是将黄铜矿类化合物形成为光吸收层的太阳能电池，具有高效率、无光恶化(时效变化)、耐放射线特性优越、光吸收波长区域宽、光吸收系数高等的特征，目前正进行着针对批量生产的研究。

图1表示一般的黄铜矿型太阳能电池的剖视结构。如图1所示，黄铜矿型太阳能电池由在玻璃基板上形成的下部电极薄膜、含有铜、铟、镓、硒的光吸收层薄膜、在光吸收层薄膜的上侧形成的缓冲层薄膜、上部电极薄膜构成。当太阳光等的光照射到该黄铜矿类太阳能电池上时，产生电子(-)和空穴(+)对，电子(-)和空穴(+)在p型半导体和n型半导体的接合面，电子(-)向n型半导体集中，空穴(+)向p型半导体集中，结果在n型半导体和p型半导体之间产生电动势。在该状态下，通过在电极上连接导线，从而能够使电流流出至外部。

图2和图3表示制造黄铜矿型太阳能电池的工序。首先，在钠钙玻璃等玻璃基板上通过溅射而成膜成为下部电极的Mo(钼)电极。接着，如图3的(a)所示，利用激光照射等对Mo电极进行分割(第一划线(scribe))。在第一划线后，用水等清洗切削屑，通过溅射等而使铜(Cu)、铟(In)以及镓(Ga)附着，形成前体。将该前体投入到炉中，在H₂Se气体的气氛中进行退火，从而形成光吸收层薄膜。该退火工序通常被称为气相硒化或者仅被称为硒化。

接着，将CdS、ZnO、InS等的n型缓冲层层叠在光吸收层上。缓冲层通过作为一般工艺的溅射、CBD(化学浴沉积)等方法形成。接着，如图3的(b)所示，利用激光照射或金属针等对缓冲层以及前体进行分割(第二划线)。

然后，如图3的(c)所示，通过溅射等形成成为上部电极的ZnOAl等的透明电极(TCO)。最后，如图3的(d)所示，利用激光照射或者金属针等对TCO、缓冲层、以及前体进行分割(第三划线)，从而制成CIGS类薄膜太阳能电池。

在这里获得的太阳能电池虽然被称作电池，但在实际使用时，封装多个电池，加工为模块(面板)。电池由各划线工序而分割成形成多个串联级的太阳能电池，变更该串联级数量，从而能够任意设计变更电池的电压。

这种现有的黄铜矿型太阳能电池使用玻璃基板作为其基板材料。其理由在于玻璃基板具有绝缘性、容易取得、价格比较便宜、与Mo电极层(下部电极层)的粘合性高、以及表面平滑。进一步，还可以列举出通过使玻璃中含有的钠成分扩散到光吸收层(p层)中而能够使能量转换效率提高。相反，也存在如下等缺点：由于玻璃的融点低而在硒化工序中不能将退火温度设定得较高，结果能量转换效率被抑制得较低；由于基板厚且质量增大，所以制造设备变得庞大，制造后的处理也不方便；由于几乎不会变形，所以无法应用连续卷带(roll toroll)工艺等的大量生产工序。

为了解决这些问题，提出了使用高分子薄膜基板的黄铜矿类太阳能电池的方案(例如，参照专利文献1)。另外，也提出了这样一种技术：使用在不锈钢基板的上侧和下侧表面上形成氧化硅或者氟化铁层的基体，在基体之上形成黄铜矿型太阳能电池结构体(例如，参照专利文献2)。进一步，作为黄铜矿类基板材料，还公开有列举了玻璃、矾土、云母、聚酰亚胺、钼、钨、镍、石墨、不锈钢的技术(例如，参照专利文献3)。

专利文献1：日本特开平5-259494号公报

专利文献2：日本特开2001-339081号公报

专利文献3：日本特开2000-58893号公报

发明内容

在作为现有的黄铜矿型太阳能电池的基板材料而使用玻璃以外的材料的电池中，使用专利文献1中记载的高分子薄膜的电池在特性上，例如使用聚酰亚胺的情况下，无法以260℃以上的高温进行处理。因此，不能够使用如气相硒化那样超过500℃的高温工艺，结果无法制造转换效率高的电池。