[发明专利]光电转换元件及太阳能电池

说明书

技术领域

本发明的实施方案涉及光电转换元件及太阳能电池。

背景技术

例如,太阳能电池中,用半导体薄膜作光吸收层的化合物薄膜光电转换元件的开发正在进行,由Ib族、IIIb族与VIb族构成的具有黄铜矿结构的化合物半导体中,由Cu、In、Ga及Se构成的Cu(In,Ga)Se₂的所谓CIGS,作为光吸收层的薄膜太阳能电池等的光电转换元件已引起关注。CIGS薄膜太阳能电池,是由于p型化合物半导体层(光吸收层)与n型化合物半导体层(缓冲层)由不同的材料系构成的异质接合太阳能电池,其异质接合界面对太阳能电池特性有很大的影响。现状是在得到高的转换效率的CIGS薄膜太阳能电池中,作为n型化合物半导体层,可采用CdS。作为CdS的优点,可以举出,通过Cd扩散使CIGS表面n型化、与CIGS的晶格整合及传导带偏离(CBO:Conduction Band Offset)的整合等。光电转换元件的转换效率η,如开路电压Voc、短路电流密度Jsc、曲线因子FF、入射能密度P,则用公式η=Voc·Jsc/FF/P·100表示。通过提高Voc或Jsc,可以提高转换效率。

例如,在CuIn_0.7Ga_0.3Se₂与CdS之间,可以形成电性质良好的异质接合界面,为了谋求与太阳光光谱的整合,CIGS光吸收层的带隙（band gap）必须增大至1.4eV左右,Ga量增大至70%。但是,在Ga浓度高的CIGS中,难以通过CdS整合CBO,得不到所期待的高转换效率。另外,由于担心CdS对人体的不良影响,希望采用代替材料。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】特开2005-228975号公报

发明内容

发明要解决的课题

实施方案的目的是提供一种高转换效率的光电转换元件及太阳能电池。

用于解决课题的手段

实施方案的光电转换元件,其特征在于,具有:光吸收层,该光吸收层含Cu、选自由Al、In及Ga构成的组中的至少一种的IIIb族元素、以及S或Se且具有黄铜矿型结构;以及由Zn、与O或S构成的缓冲层,缓冲层用S/(S+O)表示的摩尔比在0.7以上、1.0以下,并且结晶粒径在10nm以上、100nm以下。

另外,其他实施方案的太阳能电池,其特征在于,采用上述实施方案的光电转换元件。

附图说明

图1为实施方案的光电转换元件的概念图。

图2为实施方案的光电转换元件的pn接合界面的能带图的概念图:((a)ΔEc>0eV、(b)ΔEc<0eV)。

图3为相对于实施方案组成的带结构的概略图。

具体实施方式

以下,参照附图对实施方案进行详细说明。

图1的示意图所示的光电转换元件10,至少具有:基板11、上述基板上设置的背面电极12、背面电极12上设置的第1取出电极13、背面电极12上设置的光吸收层14、光吸收层14上设置的缓冲层15(15a、15b)、缓冲层15上设置的透明电极层16、透明电极层16上设置的第2取出电极17、以及透明电极层16上设置的防反射膜18。

实施方案的光吸收层14,优选具有化合物半导体层(光吸收层),该化合物半导体层具有Cu、选自由Al、In及Ga构成的组中的至少一种的IIIb族元素、以及S或Se且具有黄铜矿型结构。从IIIb族元素中选用In,通过与Ga进行组合,带隙的大小易达到目的值,是更优选的。具体的是,作为光吸收层14,可以使用Cu(In,Ga)Se₂、Cu(In,Ga)₃Se₅、或Cu(Al,Ga,In)Se₂等(以下称作CIGS)。

该光吸收层14的Ga/IIIb族元素的摩尔比,更优选0.5以上、1.0以下。

另外,缓冲层15a,单相是优选的,可以使用具有Zn、与O或S构成的n型半导体性质的层,具体的可以使用后述的由ZnO_1-xS_x表示的化合物。

在此，缓冲层15a的用S/(S+O)表示的摩尔比,0.7以上、1.0以下是优选的。当该摩尔比小于0.7时,缓冲层15a有时发生2相分离。