光电转换元件、太阳能电池、太阳能电池模块及太阳光发电系统技术方案

实施方式涉及光电转换元件、太阳能电池、太阳能电池模块及太阳光发电系统。根据实施方式的光电转换元件，可提供开路电压高的光电转换元件。实施方式的光电转换元件具备第1电极、第2电极和光吸收层，该光吸收层在第1电极与第2电极之间含有具有Ib族元素、IIIb族元素及VIb族元素的黄铜矿型化合物，在从第2电极侧的光吸收层的主面向第1电极侧的方向到10nm的深度的区域中，包含光吸收层中的Ib族元素浓度为0.1atom％以上且10atom％以下的区域。

Photoelectric conversion element, solar cell, solar cell module and solar power generation system

The embodiment of the invention relates to a photoelectric conversion element, a solar cell, a solar battery module and a solar power generation system. According to the embodiment of the photoelectric conversion element, the invention provides a photoelectric conversion element with high open circuit voltage. The photoelectric conversion element embodiment has first electrodes, second electrodes and a light absorbing layer, the light absorption layer containing chalcopyrite compounds with Ib elements, IIIb elements and VIb elements between the first electrode and the second electrode, the main absorption layer on the side faces the first electrode from the second electrode side of the light direction to the depth of the 10nm region, contains a light absorbing layer in the Ib element concentration is above 0.1atom% and below 10atom% area.

【技术实现步骤摘要】

实施方式涉及光电转换元件、太阳能电池、太阳能电池模块及太阳光发电系统。本申请基于2015年9月16日提出的日本专利申请第2015-182571号主张优先权。本申请通过参照该申请而包含该申请的全部内容。
技术介绍
在开展使用半导体薄膜作为光吸收层的化合物光电转换元件的开发，其中将具有黄铜矿结构的p型的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，在应用上受到期待。具体地讲，在将由Cu-In-Ga-Se构成的Cu(In、Ga)Se2、或由Cu-In-Al-Se构成的Cu(In、Al)Se2、或由Cu-Al-Ga-Se构成的Cu(Al、Ga)Se2、或由Cu-Ga-Se构成的CuGaSe2等作为光吸收层的薄膜光电转换元件中，得到了高的转换效率。一般来讲，对于将黄铜矿结构、锌黄锡矿(kesterlite)结构或黄锡矿结构的p型半导体层作为光吸收层的薄膜光电转换元件，具有在为基板的碱石灰玻璃上层叠钼下部电极、p型半导体层、n型半导体层、绝缘层、透明电极、上部电极、防反射膜的结构。转换效率η采用开路电压Voc、短路电流密度Jsc、输出因子FF、入射功率密度P，用η＝Voc·Jsc·FF/P·100表示。
技术实现思路
实施方式的光电转换元件具备第1电极、第2电极、和在第1电极与第2电极之间含有具有Ib族元素、IIIb族元素及VIb族元素的黄铜矿型化合物的光吸收层，在从第2电极侧的光吸收层的主面向第1电极侧的方向到10nm的深度的区域中，包含光吸收层中的Ib族元素浓度为0.1atom％以上且10atom％以下的区域。根据上述构成的光电转换元件，可提供开路电压高的光电转换元件。附图说明图1是实施方式涉及的薄膜光电转换元件的截面示意图。图2是实施方式涉及的多结型光电转换元件的截面示意图。图3是实施方式涉及的太阳能电池模块的构成示意图。图4是实施方式涉及的太阳光发电系统的构成示意图。符号说明1基板，2第1电极，3光吸收层，4n层，5第2电极，100光电转换元件，200光电转换元件，300太阳能电池模块，301太阳能电池单元，400太阳光发电系统，401太阳能电池模块，402转换器，403蓄电池，404负载。具体实施方式以下，参照附图对本专利技术的优选的一个实施方式详细地进行说明。(光电转换元件)图1的示意图所示的本实施方式涉及的光电转换元件100具备：基板1、形成在基板1上的第1电极2、形成在第1电极上的光吸收层3、形成在光吸收层3上的n层4、和形成在n层4上的第2电极5。光电转换元件100具体可列举太阳能电池。实施方式的光电转换元件100如图2所示那样，通过与另一光电转换元件200接合而能够形成多结型。优选光电转换元件100的光吸收层与光电转换元件200的光吸收层相比为宽带隙。光电转换元件200的光吸收层例如使用Si。多结型的光电转换元件具体地也可列举太阳能电池。(基板)作为实施方式的基板1，优选使用碱石灰玻璃，也能使用石英、白板玻璃、化学强化玻璃等所有玻璃，还能使用不锈钢、Ti(钛)或Cr(铬)等金属板或聚酰亚胺、丙烯酸等树脂。(第1电极)实施方式的第1电极2是光电转换元件100的电极，是形成在基板1上的第1金属膜或半导体膜。作为第1电极(下部电极)2，可使用含有Mo及W等的导电性金属膜(第1金属膜)及至少含有铟锡氧化物(ITO：Indium-TinOxide)的半导体膜。第1金属膜优选为Mo膜或W膜。也可以在光吸收层3侧的ITO上，层叠含有SnO2、TiO2、被载体掺杂的ZnO:Ga、ZnO:Al等氧化物的层。在使用半导体膜作为第1电极2时，也可以从基板1侧向光吸收层3侧层叠ITO和SnO2，或者也可以从基板1侧向光吸收层3侧层叠ITO、SnO2和TiO2等。此外，也可以在基板1与ITO之间再设置含有SiO2等氧化物的层。第1电极2可通过对基板1进行溅射等来成膜。第1电极2的膜厚例如为100nm以上且1000nm以下。(中间层)在实施方式的光电转换元件100的第1电极2与光吸收层3之间，也可以设置图1中未图示的中间层。中间层是形成在第1电极2上的与基板1相对的主面上的层。在实施方式的光电转换元件100中，通过在第1电极2与光吸收层3之间设置中间层，而提高第1电极2和光吸收层3的接触。通过提高接触，而使光电转换元件的Voc即电压提高，转换效率提高。中间层不仅有助于提高转换效率，而且还有助于提高光吸收层3的耐剥离性。在第1电极2是第1金属膜时，中间层是含有选自Mg、Ca、Al、Ti、Ta和Sr中的1种以上元素的氧化物或硫化物的膜。可以分别单独使用氧化物膜和硫化物膜，也可以使用将它们层叠而成的层叠体。第1电极2为第1金属膜时的中间层优选是隧道绝缘膜中所使用的那样的材料的薄膜。作为第1电极2为第1金属膜时的具体的中间层，可列举MgO、CaO、Al2O3、TiO2、Ta2O5、SrTiO3、MoO3、CdO等金属氧化物，或ZnS、MgS、CaS、Al2S3、TiS2、Ta2S5、SrTiS3、CdS金属硫化物等。此外，在第1电极2为半导体膜时，优选中间层为第2金属膜或在第2金属膜上具有氧化物膜或硫化物膜、硒化物膜的层叠体。再者，为层叠体时，在第1电极2侧具有第2金属膜，在第2金属膜上即在光吸收层3侧具有氧化物膜或硫化物膜、硒化物膜。氧化物膜或硫化物膜、硒化物膜是含有选自Mg、Ca、Al、Ti、Ta和Sr中的1种以上元素的氧化物或硫化物的膜。可以分别单独使用氧化物膜和硫化物膜、硒化物膜，也可以使用将它们层叠而成的层叠体。第1电极2为半导体膜时的中间层的第2金属膜是含有例如Mo或W的膜，优选Mo膜或W膜。(光吸收层)实施方式的光吸收层3是化合物半导体层。光吸收层3是形成在第1电极2上或中间层上的与基板1相对的主面上的层。可使用含有Ib族元素、IIIb族元素和VIb族元素的例如Cu(In、Ga)Se2或CuInTe2、CuGaSe2、Cu(In、Al)Se2、Cu(Al、Ga)(S、Se)2、CuGa(S、Se)2、Ag(In、Ga)Se2等具有黄铜矿结构的化合物半导体层作为光吸收层。优选Ib族元素包含Cu或Ag或同时包含Cu及Ag，IIIb族元素为选自Ga、Al和In中的1种以上的元素，VIb族元素为选自Se、S和Te中的1种以上的元素，其中，更优选Ib族元素包含Cu或Ag或同时包含Cu及Ag，IIIb族元素包含Ga或Al或同时包含Ga及Al，VIb族元素包含Se或S或同时包含Se及S。如果IIIb族元素中In少，则作为多结型的光电转换元件的顶电池，容易将光吸收层3的能带隙调整到适合的值，是优选的。光吸收层3的膜厚例如为800nm以上且3000nm以下。光吸收层3如果结晶性好的区域(组成均匀的区域)厚，则短路电流密度Jsc增大，但具有开路电压Voc小于理论值的问题。因而，在实施方式的光吸收层3中，通过在同质结型时在n区域侧的界面附近，在异质结型时在n层4侧的界面附近，非常薄地设置Ib族元素部分缺损的区域(Ib族元素的缺损比率高的区域)，从而兼顾了高的短路电流密度和高的开路电压。上述光吸收层3优选用下述的蒸镀法进行成膜。通过非常薄地设置Ib族元素的缺损比率高的区域，在从第2电极5侧的光吸收层3的主面向第1电极2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电转换元件，其具备：第1电极，第2电极，和光吸收层，其在所述第1电极与所述第2电极之间含有具有Ib族元素、IIIb族元素及VIb族元素的黄铜矿型化合物；在从所述第2电极侧的所述光吸收层的主面向所述第1电极侧的方向到10nm的深度的区域中，包含所述光吸收层中的Ib族元素浓度为0.1atom％以上且10atom％以下的区域。

【技术特征摘要】
2015.09.16 JP 2015-1825711.一种光电转换元件，其具备：第1电极，第2电极，和光吸收层，其在所述第1电极与所述第2电极之间含有具有Ib族元素、IIIb族元素及VIb族元素的黄铜矿型化合物；在从所述第2电极侧的所述光吸收层的主面向所述第1电极侧的方向到10nm的深度的区域中，包含所述光吸收层中的Ib族元素浓度为0.1atom％以上且10atom％以下的区域。2.根据权利要求1所述的光电转换元件，其中，在从所述第2电极侧的所述光吸收层的主面向所述第1电极侧的方向到5nm的深度的区域中，所述光吸收层中的Ib族元素的平均浓度为0.1atom％以上且10atom％以下。3.根据权利要求1或2所述的光电转换元件，其中，在从距离所述第2电极侧的所述光吸收层的主面向所述第1电极侧的方向5nm的深度起到距离所述第2电极侧的所述光吸收层的主面向所述第1电极侧的方向10nm的深度为止的区域中，所述光吸收层中的Ib族元素的平均浓度为5atom％以上且30atom％以下。4.根据权利要求1～3中任一项所述的光电转换元件，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：芝崎聪一郎，平贺广贵，中川直之，盐川美雪，齐藤仁美，山崎六月，山本和重，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本;JP