化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池，其特征在于，具備由化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的光吸收層和形成在該光吸收層上的緩沖層，其中，上述緩沖層是采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(dǎo)體薄膜太陽能電池及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具備采用含有納米粒子的油墨而形成的化合物半導(dǎo)體緩沖層的太陽能電池及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能電池是利用光電動勢效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b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(fā)備受關(guān)注。太陽能電池根據(jù)作為最重要的構(gòu)成要素的光吸收層的材料的不同，大致分為硅系(單晶、多晶、非晶型、它們的復(fù)合體)、化合物半導(dǎo)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(dǎo)體系及色素增感系。
[0003]其中，化合物半導(dǎo)體系太陽能電池(以下稱為化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池)由于光吸收系數(shù)大，制造工序的工序數(shù)相對較少，具有低成本化的可能性，因而作為承擔(dān)節(jié)省資源和抑制全球變暖的能源的部分任務(wù)的新一代太陽能電池而備受期待。
[0004]就這樣的化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池的光吸收層而言，現(xiàn)在使用了由第11族-第13族-第16族系的Cu (InGa) Se2構(gòu)成的CIGS薄膜作為能夠得到超過20%的高能量轉(zhuǎn)換效率的光吸收層。另外，還使用了轉(zhuǎn)換效率超過10%、并且不使用稀有金屬、環(huán)境負(fù)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(dǎo)體的CdS膜從溶液中化學(xué)地生長來形成這種化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池中的緩沖層，從而能夠獲得與由CIGS或CZTS構(gòu)成的光吸收層最相適應(yīng)的異質(zhì)結(jié)(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(huán)境負(fù)荷高這樣的缺點。近年來，提出了不含Cd的InS系的緩沖層(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，并且通過溶液生長法來形成緩沖層。其結(jié)果是，在大量生產(chǎn)時難以穩(wěn)定地控制溶液濃度，存在光吸收層的特性容易產(chǎn)生偏差這樣的問題。另外，還存在因大量使用溶液而導(dǎo)致廢液處理成本和環(huán)境負(fù)荷高這樣的問題。
[0008]另外，Thin Solid Films517(2009)2312所述的方法中，采用噴霧熱分解法(spraythermal decomposition method)來形成緩沖層。其結(jié)果是,需要邊將基板在高溫加熱邊進行長時間的噴霧涂布，存在生產(chǎn)效率差、成本高這樣的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明所要解決的問題
[0010]本發(fā)明的目的在于，提供具備采用成本低的化合物半導(dǎo)體緩沖層形成用油墨來形成的化合物半導(dǎo)體緩沖層的太陽能電池以及該太陽能電池的制造方法。
[0011]用于解決問題的手段
[0012]本發(fā)明的第I方案提供化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池，其特征在于，具備由化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的光吸收層和形成在該光吸收層上的緩沖層，其中，上述緩沖層是采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(fā)明的第2方案提供化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池的制造方法，其特征在于，包括下述工序:在電極上形成光吸收層；涂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，形成涂膜；和對上述涂膜進行熱處理，從而形成由化合物半導(dǎo)體薄膜構(gòu)成的緩沖層。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是表示本發(fā)明的一個實施方式的化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池的整體結(jié)構(gòu)的剖視圖。
【具體實施方式】
[0015]以下，對本發(fā)明的實施方式進行詳細(xì)說明。
[0016]本發(fā)明的第I實施方式的化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池的特征在于，具備由化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的光吸收層和形成在該光吸收層上的緩沖層，其中，上述緩沖層是采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(gòu)成上述光吸收層的化合物半導(dǎo)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(dǎo)體?；蛘?，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(dǎo)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?qū)⑸鲜黾{米粒子的In/S摩爾比設(shè)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(jié)料(binder)。作為上述含有S原子的連結(jié)
料，可以使用下述化學(xué)式所示的連結(jié)料。
[0020]
【權(quán)利要求】
1.一種化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池，其特征在于，具備由化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的光吸收層和形成在該光吸收層上的緩沖層，其中，所述緩沖層是采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(jù)權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池，其特征在于，所述化合物半導(dǎo)體的組成為Cux1nyGahySezSh,其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池，其特征在于，所述化合物半導(dǎo)體的組成為Cu2-xSnyZn2-ySezS4-z，其中，0≤x≤2，0≤y≤2，0≤z≤4。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池，其特征在于，所述納米粒子包含1n和S。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池，其特征在于，所述納米粒子的1n/S摩爾比為1/8-2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池，其特征在于，所述納米粒子為1n2S3。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池，其特征在于，所述納米粒子的平均粒徑為1nm以上且200nm以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池，其特征在于，所述油墨包含含有S原子的連結(jié)料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池，其特征在于，所述含有S原子的連結(jié)料由下述化學(xué)式表示，
10.一種化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池，其特征在于，具備通過涂布或印刷權(quán)利要求1-3中任一項所述的油墨、進行熱處理而得到的緩沖層。
11.一種化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池的制造方法，其特征在于，包括下述工序: 在電極上形成光吸收層； 在所述光吸收層上涂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，形成涂膜；和對所述涂膜進行熱處理，從而形成緩沖層。
【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(yōu)先權(quán)日:2010年12月27日
【發(fā)明者】張毅聞, 山田明 申請人:凸版印刷株式會社