化合物半导体薄膜太阳能电池及其制造方法
【专利摘要】本发明公开一种化合物半导体薄膜太阳能电池，其特征在于，具备由化合物半导体构成的光吸收层和形成在该光吸收层上的缓冲层，其中，上述缓冲层是采用包含至少含有金属元素和第16族元素的纳米粒子的油墨来形成的。
【专利说明】化合物半导体薄膜太阳能电池及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及具备采用含有纳米粒子的油墨而形成的化合物半导体缓冲层的太阳能电池及其制造方法。
【背景技术】
[0002]太阳能电池是利用光电动势效应将光能转变为电能的装置。其从防止地球温室化和枯竭资源替代对策等的观点出发备受关注。太阳能电池根据作为最重要的构成要素的光吸收层的材料的不同，大致分为硅系(单晶、多晶、非晶型、它们的复合体)、化合物半导体系(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)、有机半导体系及色素增感系。
[0003]其中，化合物半导体系太阳能电池(以下称为化合物半导体薄膜太阳能电池)由于光吸收系数大，制造工序的工序数相对较少，具有低成本化的可能性，因而作为承担节省资源和抑制全球变暖的能源的部分任务的新一代太阳能电池而备受期待。
[0004]就这样的化合物半导体薄膜太阳能电池的光吸收层而言，现在使用了由第11族-第13族-第16族系的Cu (InGa) Se2构成的CIGS薄膜作为能够得到超过20%的高能量转换效率的光吸收层。另外，还使用了转换效率超过10%、并且不使用稀有金属、环境负荷小的 Cu2ZnSn (S，Se)4 薄膜(CZTS 薄膜)。
[0005]以往，通过使作为化合物半导体的CdS膜从溶液中化学地生长来形成这种化合物半导体薄膜太阳能电池中的缓冲层，从而能够获得与由CIGS或CZTS构成的光吸收层最相适应的异质结(美国专利第4611091号和Thin Solid Films517 (2009) 2455)。
[0006]但是，CdS是毒性材料，存在环境负荷高这样的缺点。近年来，提出了不含Cd的InS系的缓冲层(日本特开 2003-282909 号公报及 Thin Solid Films517 (2009) 2312-2315)。
[0007]然而，日本特开2003-282909号公报所述的方法中，将光吸收层浸溃在水溶液中，并且通过溶液生长法来形成缓冲层。其结果是，在大量生产时难以稳定地控制溶液浓度，存在光吸收层的特性容易产生偏差这样的问题。另外，还存在因大量使用溶液而导致废液处理成本和环境负荷高这样的问题。
[0008]另外，Thin Solid Films517(2009)2312所述的方法中，采用喷雾热分解法(spraythermal decomposition method)来形成缓冲层。其结果是,需要边将基板在高温加热边进行长时间的喷雾涂布，存在生产效率差、成本高这样的问题。
【发明内容】
[0009]发明所要解决的问题
[0010]本发明的目的在于，提供具备采用成本低的化合物半导体缓冲层形成用油墨来形成的化合物半导体缓冲层的太阳能电池以及该太阳能电池的制造方法。
[0011]用于解决问题的手段
[0012]本发明的第I方案提供化合物半导体薄膜太阳能电池，其特征在于，具备由化合物半导体构成的光吸收层和形成在该光吸收层上的缓冲层，其中，上述缓冲层是采用包含至少含有金属元素和第16族元素的纳米粒子的油墨来形成的。
[0013]本发明的第2方案提供化合物半导体薄膜太阳能电池的制造方法，其特征在于，包括下述工序:在电极上形成光吸收层；涂布或印刷包含至少含有金属元素和第16族元素的纳米粒子的油墨，形成涂膜；和对上述涂膜进行热处理，从而形成由化合物半导体薄膜构成的缓冲层。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是表示本发明的一个实施方式的化合物半导体薄膜太阳能电池的整体结构的剖视图。
【具体实施方式】
[0015]以下，对本发明的实施方式进行详细说明。
[0016]本发明的第I实施方式的化合物半导体薄膜太阳能电池的特征在于，具备由化合物半导体构成的光吸收层和形成在该光吸收层上的缓冲层，其中，上述缓冲层是采用包含至少含有金属元素和第16族元素的纳米粒子的油墨来形成的。
[0017]作为构成上述光吸收层的化合物半导体，可以使用具有CuxInyGahSezSh(O ≤ X ≤ 1,0 ≤ y ≤ 1,0 ≤ z ≤ 2)的组成的化合物半导体。或者，可以使用具有Cu2_xSnyZn2_ySezS4_z (0≤x≤2,0≤y≤2,0i≤zi≤4)的组成的化合物半导体。
[0018]作为上述纳米粒子，可以使用含有In和S的纳米粒子。另外，能够将上述纳米粒子的In/S摩尔比设为1/8?2。此外，作为上述纳米粒子，可以使用In2S3。进而，作为上述纳米粒子，可以使用平均粒径为Inm以上且200nm以下的纳米粒子。
[0019]上述油墨能够包含含有S原子的连结料(binder)。作为上述含有S原子的连结
料，可以使用下述化学式所示的连结料。
[0020]
【权利要求】
1.一种化合物半导体薄膜太阳能电池，其特征在于，具备由化合物半导体构成的光吸收层和形成在该光吸收层上的缓冲层，其中，所述缓冲层是采用包含至少含有金属元素和第16族元素的纳米粒子的油墨来形成的。
2.根据权利要求1所述的化合物半导体薄膜太阳能电池，其特征在于，所述化合物半导体的组成为Cux1nyGahySezSh,其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤2。
3.根据权利要求1所述的化合物半导体薄膜太阳能电池，其特征在于，所述化合物半导体的组成为Cu2-xSnyZn2-ySezS4-z，其中，0≤x≤2，0≤y≤2，0≤z≤4。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的化合物半导体薄膜太阳能电池，其特征在于，所述纳米粒子包含1n和S。
5.根据权利要求4所述的化合物半导体薄膜太阳能电池，其特征在于，所述纳米粒子的1n/S摩尔比为1/8-2。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的化合物半导体薄膜太阳能电池，其特征在于，所述纳米粒子为1n2S3。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的化合物半导体薄膜太阳能电池，其特征在于，所述纳米粒子的平均粒径为1nm以上且200nm以下。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的化合物半导体薄膜太阳能电池，其特征在于，所述油墨包含含有S原子的连结料。
9.根据权利要求8所述的化合物半导体薄膜太阳能电池，其特征在于，所述含有S原子的连结料由下述化学式表示，
10.一种化合物半导体薄膜太阳能电池，其特征在于，具备通过涂布或印刷权利要求1-3中任一项所述的油墨、进行热处理而得到的缓冲层。
11.一种化合物半导体薄膜太阳能电池的制造方法，其特征在于，包括下述工序: 在电极上形成光吸收层； 在所述光吸收层上涂布或印刷包含至少含有金属元素和第16族元素的纳米粒子的油墨，形成涂膜；和对所述涂膜进行热处理，从而形成缓冲层。
【文档编号】H01L31/0352GK103443929SQ201180063037
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2011年12月26日 优先权日:2010年12月27日
【发明者】张毅闻, 山田明 申请人:凸版印刷株式会社