[发明专利]CIGS膜以及使用其的CIGS太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及膜内的Ga/(In+Ga)比沿着厚度方向变化的CIGS膜以及将其用作光吸收层的CIGS太阳能电池。

背景技术

以非晶硅太阳能电池、化合物薄膜太阳能电池为代表的薄膜型太阳能电池与以往的晶体硅太阳能电池相比，可以大幅削减材料成本、制造成本。因此，近年来正迅速推进对它们的研究开发。其中，为以I族、III族、VI族的元素作为构成物质的化合物薄膜太阳能电池且使用由铜(Cu)、铟(In)、镓(Ga)、硒(Se)合金形成的CIGS膜作为光吸收层的CIGS太阳能电池由于完全不使用硅而且具有优异的太阳光转换效率(以下称为“转换效率”)，因此在薄膜太阳能电池中尤其受到瞩目。

上述CIGS太阳能电池通常如图8所示，是将基板81、背面电极层82、上述CIGS膜83、缓冲层84、以及透明导电层85依次层叠而成的。

作为这样的CIGS太阳能电池中的上述CIGS膜(光吸收层)83的制造方法，有能够得到高转换效率的、被称为3阶段法的方法。该方法在上述基板81的表面形成上述背面电极层82之后，工序分为3个阶段。即，在第1阶段中，在上述背面电极层82的表面蒸镀In、Ga、Se，形成(In,Ga)₂Se₃膜。接着，在第2阶段中，使上述基板81的温度上升至550℃，进一步蒸镀Cu、Se，形成Cu过量组成的CIGS膜中间体。对于该阶段的CIGS膜中间体而言，液相Cu_(2-x)Se和固相CIGS这2相共存，由于Cu_(2-x)Se而引起晶体的急剧的大粒化。已知由于该Cu_(2-x)Se为低电阻，因此对太阳能电池特性带来不良影响。于是，在第3阶段中，为了减少上述Cu_(2-x)Se，进一步蒸镀In、Ga、Se，作为CIGS膜83整体，使III族变为稍微过量的组成。对于由这样的3阶段法得到的CIGS膜83，晶体变为大粒径，而且可以成为在晶体学上高品质的薄膜晶体组织(例如，参照专利文献1。)。

对于如上述那样制造的CIGS膜83，如图9所示，从背面(与上述背面电极层82的界面)至规定的厚度位置83a(参照图8)为止，膜内的下述(A)的Ga/(In+Ga)比随着变厚而逐渐减少且从其上向着表面逐渐增加的呈V字状(双梯度结构)。将这样结构的CIGS膜83用于光吸收层的CIGS用作光吸收层的CIGS太阳能电池(参照图8)能够提高转换效率。(A)Ga/(In+Ga)比为镓(Ga)的原子数浓度相对于铟(In)的原子数浓度和该镓(Ga)的原子数浓度之和的比。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表平10-513606号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，即使是上述CIGS太阳能电池，也存在转换效率非常低、转换效率的偏差大的情况。

于是，本发明人等为了查明其原因反复进行了研究。其结果，得知其原因在于上述CIGS膜83的表面(与缓冲层84的接触面)的氧化。即，对于上述双梯度结构的CIGS膜83，如上所述，表面侧的Ga/(In+Ga)比从规定的厚度位置83a向着表面逐渐增加，因此表面的Ga的比例变高。该Ga比In容易氧化，因此上述CIGS膜83的表面暴露于空气(氧气)的时间越长，Ga的氧化越加剧。而且，得知若在该Ga氧化了的状态下，在上述CIGS膜83的表面形成缓冲层84、透明导电膜85而制造CIGS太阳能电池时，该CIGS太阳能电池的转换效率大大降低，转换效率的偏差也变大。

本发明鉴于这样的情况而完成的，其目的在于，提供能够抑制表面的氧化的CIGS膜、以及使用该CIGS膜来抑制转换效率的降低和偏差的CIGS太阳能电池。

用于解决问题的方案

为了达到上述目的，本发明的第1要点在于，一种CIGS膜，其用作CIGS太阳能电池的光吸收层，且具有：第1区域，随着从其背面至规定的厚度为止变厚下述(A)Ga/(In+Ga)比逐渐减少；以及第2区域，位于该第1区域上，上述Ga/(In+Ga)比向着表面侧逐渐增加；其中，在上述第2区域上形成有向着表面上述Ga/(In+Ga)比逐渐减少的第3区域。

(A)Ga/(In+Ga)比为镓(Ga)的原子数浓度相对于铟(In)的原子数浓度和该镓(Ga)的原子数浓度之和的比。