[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系薄膜光电转换元件的开发正在进行,其中,Cu(In,Ga)Se₂、具有所谓CIGS等黄铜矿结构的p型半导体层,作为光吸收层的薄膜光电转换元件显示高的转换效率,在应用上被期待。光电转换元件的转换效率η,采用开路电压Voc、短路电流密度Jsc、输出功率因子FF、入射能量密度P,用η=Voc·Jsc·FF/P·100的公式表示。由此可见,如开路电压、短路电流、输出功率因子分别加大,则转换效率增大。

从理论上说,p型光吸收层与n型半导体层的带隙（band gap）愈大,开路电压愈增大,但短路电流密度减少,当观察作为带隙函数的效率变化时,在约1.4～1.5eV处存在极大。Cu(In,Ga)Se₂的带隙与Ga浓度一起增大,已知当Ga/(In+Ga)控制在约0.3左右时,可以得到转换效率良好的光电转换元件。

然而,在化合物系薄膜系光电变换材料中,开路电压比从带隙的值考虑的值低,在Ga浓度高的Cu(In,Ga)Se₂中更低,有必要解决。

当为Cu(In,Ga)Se₂等化合物系薄膜光电转换元件时,由于p型半导体层与n型半导体层为不同的材料系(异质结构),p型半导体层、n型半导体层的各个传导带下端的CBM(Conduction Band Minimum：导带能级减少)的位置关系以及p型半导体层与n型半导体层的费米能级（Fermi level）的位置,对于提高开路电压是重要的。

在Cu(In,Ga)Se₂光电转换元件中,用CdS作为n型半导体层,CBM值几乎相等,但伴随着Ga浓度的增大,与n型半导体层的CBM值相比,p型半导体层(光吸收层)的CBM值小,费米能级的位置最佳化时的开路电压的最大值下降。这主要是由于光照射量少时,开路电压值变显著。此外,由于n型半导体层的CdS中的Cd,担心其对人体的不良影响,故优选采用代替材料。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:特开2004-214300号公报

发明内容

发明要解决的课题

本实施方案的目的是提供一种使开路电压增加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具有:p型光吸收层,该p型光吸收层含Cu、选自由Al、In及Ga构成的组的至少1种以上的IIIb族元素、与选自由O、S、Se及Te构成的组的至少1种以上的VIb族元素;以及,在p型光吸收层上形成的n型半导体层,该n型半导体层为Zn_1-yM_yO_1-XS_X、Zn_1-y-zMg_zM_yO(M为选自B、Al、In及Ga构成的组的至少1种元素)与由控制载流子浓度（carrier density：或称载流子密度）的GaP表示的任何一种；其特征在于,Zn_1-yM_yO_1-XS_X及Zn_1-y-zMg_zM_yO中的x、y、z满足0.55≤x≤1.0、0.001≤y≤0.05及0.002≤y+z≤1.0的关系。

另外,另一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所构成。

附图说明

图1为实施方案涉及的光电转换元件的概念图。

图2为表示实施方案的p型光吸收层、n型半导体层的传导带下端位置与开路电压关系的图。

图3为表示实施方案的GaP、MgO、ZnO、ZnS、CdS、CuInTe₂、CuIn₃Te₅、CuInSe₂、CuGaSe₂的各带位置图。

具体实施方式

以下边参照附图边对本发明的一优选实施方案详细说明。

(光电转换元件)