化合物半導體薄膜太陽能電池及其製造方法
2023-04-29 19:41:21
化合物半導體薄膜太陽能電池及其製造方法
【專利摘要】本發明公開一種化合物半導體薄膜太陽能電池，其特徵在於，具備由化合物半導體構成的光吸收層和形成在該光吸收層上的緩衝層，其中，上述緩衝層是採用包含至少含有金屬元素和第16族元素的納米粒子的油墨來形成的。
【專利說明】化合物半導體薄膜太陽能電池及其製造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及具備採用含有納米粒子的油墨而形成的化合物半導體緩衝層的太陽能電池及其製造方法。
【背景技術】
[0002]太陽能電池是利用光電動勢效應將光能轉變為電能的裝置。其從防止地球溫室化和枯竭資源替代對策等的觀點出發備受關注。太陽能電池根據作為最重要的構成要素的光吸收層的材料的不同，大致分為矽系(單晶、多晶、非晶型、它們的複合體)、化合物半導體系(CIGS化合物、CTZS化合物、第13族-第15族化合物、第2族-第16族化合物)、有機半導體系及色素增感系。
[0003]其中，化合物半導體系太陽能電池(以下稱為化合物半導體薄膜太陽能電池)由於光吸收係數大，製造工序的工序數相對較少，具有低成本化的可能性，因而作為承擔節省資源和抑制全球變暖的能源的部分任務的新一代太陽能電池而備受期待。
[0004]就這樣的化合物半導體薄膜太陽能電池的光吸收層而言，現在使用了由第11族-第13族-第16族系的Cu (InGa) Se2構成的CIGS薄膜作為能夠得到超過20%的高能量轉換效率的光吸收層。另外，還使用了轉換效率超過10%、並且不使用稀有金屬、環境負荷小的 Cu2ZnSn (S，Se)4 薄膜(CZTS 薄膜)。
[0005]以往，通過使作為化合物半導體的CdS膜從溶液中化學地生長來形成這種化合物半導體薄膜太陽能電池中的緩衝層，從而能夠獲得與由CIGS或CZTS構成的光吸收層最相適應的異質結(美國專利第4611091號和Thin Solid Films517 (2009) 2455)。
[0006]但是，CdS是毒性材料，存在環境負荷高這樣的缺點。近年來，提出了不含Cd的InS系的緩衝層(日本特開 2003-282909 號公報及 Thin Solid Films517 (2009) 2312-2315)。
[0007]然而，日本特開2003-282909號公報所述的方法中，將光吸收層浸潰在水溶液中，並且通過溶液生長法來形成緩衝層。其結果是，在大量生產時難以穩定地控制溶液濃度，存在光吸收層的特性容易產生偏差這樣的問題。另外，還存在因大量使用溶液而導致廢液處理成本和環境負荷高這樣的問題。
[0008]另外，Thin Solid Films517(2009)2312所述的方法中，採用噴霧熱分解法(spraythermal decomposition method)來形成緩衝層。其結果是,需要邊將基板在高溫加熱邊進行長時間的噴霧塗布，存在生產效率差、成本高這樣的問題。
【發明內容】
[0009]發明所要解決的問題
[0010]本發明的目的在於，提供具備採用成本低的化合物半導體緩衝層形成用油墨來形成的化合物半導體緩衝層的太陽能電池以及該太陽能電池的製造方法。
[0011]用於解決問題的手段
[0012]本發明的第I方案提供化合物半導體薄膜太陽能電池，其特徵在於，具備由化合物半導體構成的光吸收層和形成在該光吸收層上的緩衝層，其中，上述緩衝層是採用包含至少含有金屬元素和第16族元素的納米粒子的油墨來形成的。
[0013]本發明的第2方案提供化合物半導體薄膜太陽能電池的製造方法，其特徵在於，包括下述工序:在電極上形成光吸收層；塗布或印刷包含至少含有金屬元素和第16族元素的納米粒子的油墨，形成塗膜；和對上述塗膜進行熱處理，從而形成由化合物半導體薄膜構成的緩衝層。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是表示本發明的一個實施方式的化合物半導體薄膜太陽能電池的整體結構的剖視圖。
【具體實施方式】
[0015]以下，對本發明的實施方式進行詳細說明。
[0016]本發明的第I實施方式的化合物半導體薄膜太陽能電池的特徵在於，具備由化合物半導體構成的光吸收層和形成在該光吸收層上的緩衝層，其中，上述緩衝層是採用包含至少含有金屬元素和第16族元素的納米粒子的油墨來形成的。
[0017]作為構成上述光吸收層的化合物半導體，可以使用具有CuxInyGahSezSh(O ≤ X ≤ 1,0 ≤ y ≤ 1,0 ≤ z ≤ 2)的組成的化合物半導體。或者，可以使用具有Cu2_xSnyZn2_ySezS4_z (0≤x≤2,0≤y≤2,0i≤zi≤4)的組成的化合物半導體。
[0018]作為上述納米粒子，可以使用含有In和S的納米粒子。另外，能夠將上述納米粒子的In/S摩爾比設為1/8?2。此外，作為上述納米粒子，可以使用In2S3。進而，作為上述納米粒子，可以使用平均粒徑為Inm以上且200nm以下的納米粒子。
[0019]上述油墨能夠包含含有S原子的連結料(binder)。作為上述含有S原子的連結
料，可以使用下述化學式所示的連結料。
[0020]
【權利要求】
1.一種化合物半導體薄膜太陽能電池，其特徵在於，具備由化合物半導體構成的光吸收層和形成在該光吸收層上的緩衝層，其中，所述緩衝層是採用包含至少含有金屬元素和第16族元素的納米粒子的油墨來形成的。
2.根據權利要求1所述的化合物半導體薄膜太陽能電池，其特徵在於，所述化合物半導體的組成為Cux1nyGahySezSh,其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤2。
3.根據權利要求1所述的化合物半導體薄膜太陽能電池，其特徵在於，所述化合物半導體的組成為Cu2-xSnyZn2-ySezS4-z，其中，0≤x≤2，0≤y≤2，0≤z≤4。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的化合物半導體薄膜太陽能電池，其特徵在於，所述納米粒子包含1n和S。
5.根據權利要求4所述的化合物半導體薄膜太陽能電池，其特徵在於，所述納米粒子的1n/S摩爾比為1/8-2。
6.根據權利要求1-3中任一項所述的化合物半導體薄膜太陽能電池，其特徵在於，所述納米粒子為1n2S3。
7.根據權利要求1-3中任一項所述的化合物半導體薄膜太陽能電池，其特徵在於，所述納米粒子的平均粒徑為1nm以上且200nm以下。
8.根據權利要求1-3中任一項所述的化合物半導體薄膜太陽能電池，其特徵在於，所述油墨包含含有S原子的連結料。
9.根據權利要求8所述的化合物半導體薄膜太陽能電池，其特徵在於，所述含有S原子的連結料由下述化學式表示，
10.一種化合物半導體薄膜太陽能電池，其特徵在於，具備通過塗布或印刷權利要求1-3中任一項所述的油墨、進行熱處理而得到的緩衝層。
11.一種化合物半導體薄膜太陽能電池的製造方法，其特徵在於，包括下述工序: 在電極上形成光吸收層； 在所述光吸收層上塗布或印刷包含至少含有金屬元素和第16族元素的納米粒子的油墨，形成塗膜；和對所述塗膜進行熱處理，從而形成緩衝層。
【文檔編號】H01L31/0352GK103443929SQ201180063037
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2011年12月26日 優先權日:2010年12月27日
【發明者】張毅聞, 山田明 申請人:凸版印刷株式會社