專利名稱：光電轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種包括使用有機(jī)化合物及無機(jī)化合物形成的半導(dǎo)體層的光電轉(zhuǎn)換裝置。
背景技術(shù)：
近年來，作為阻止全球變暖的措施，在發(fā)電時(shí)不排出ニ氧化碳的光電轉(zhuǎn)換裝置受到注目。作為其代表例，已知使用單晶半導(dǎo)體襯底等的塊狀太陽能電池(バルク型太陽電 池bulk solar cell),但是在制造成本方面有優(yōu)勢(shì)的薄膜型太陽能電池也受到注目。在薄膜型太陽能電池中，使用CuInSe2 (下面稱為CIS)、Cu (In，Ga) Se2 (下面稱為CIGS)等化合物半導(dǎo)體的太陽能電池尤其被期待作為高功能且廉價(jià)的太陽能電池，因?yàn)樵撎柲茈姵貨]有光致衰減并且具有比使用非晶硅的太陽能電池高的轉(zhuǎn)換效率。尤其是，因?yàn)槿绶菍＠墨I(xiàn)I所示那樣，CIGS能夠通過改變Ga的濃度控制禁帶寬度，所以期待形成轉(zhuǎn)換效率高的太陽能電池。理論上，從與太陽光譜的匹配性(整合性consistency)來說，pn結(jié)太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到最大值的禁帶寬度是I. 4eV至I. 5eV。CIGS的禁帶寬度的控制范圍包括這些數(shù)值。[非專利文獻(xiàn) I]S. B. Zhang, Su-Huai Wei, and Alex ZungerZiA phenomenologicalmodel for systematization and prediction of doping limits in II-VI and I-III-VI2compounds，，，J. AppI. Phys.，Vol. 83，No. 6，15 March 1998然而，在現(xiàn)狀的CIGS類光電轉(zhuǎn)換裝置中，當(dāng)將禁帶寬度設(shè)定為1.2eV至1.3eV左右時(shí)的轉(zhuǎn)換效率最高，并且當(dāng)將禁帶寬度寬帶化(ワイドギヤップ化)到I. 4eV左右時(shí)，與理論相反，轉(zhuǎn)換效率反而下降。被認(rèn)為這起因于如下現(xiàn)象因CIGS寬帶化,而在pn結(jié)界面,導(dǎo)電帶能帶(伝導(dǎo)帶バンド)偏移(AEc)成為負(fù)，導(dǎo)電帶能帶不連續(xù)。具體而言，因?yàn)樽鳛楣馕諏拥腃IGS(p型)與緩沖層(η型)之間的導(dǎo)電帶能帶成為懸崖型，所以光載流子容易再結(jié)合并且開路電壓下降。因此，即使將CIGS的禁帶寬度寬帶化到I. 4eV左右，也不能期待得到開路電壓的提高，而轉(zhuǎn)換效率下降。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本發(fā)明的ー個(gè)方式的目的是提供一種能夠?qū)拵Щ说陌雽?dǎo)體層用于光吸收層而不便開路電壓下降的光電轉(zhuǎn)換裝置。本說明書所公開的本發(fā)明的ー個(gè)方式涉及ー種包括使用有機(jī)化合物及無機(jī)化合物形成的P型半導(dǎo)體層的光電轉(zhuǎn)換裝置。本說明書所公開的本發(fā)明的ー個(gè)方式為ー種光電轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，在ー對(duì)電極之間包括具有P型導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層、具有P型導(dǎo)電型且與第一半導(dǎo)體層接觸的第二半導(dǎo)體層、具有η型導(dǎo)電型且與第二半導(dǎo)體層接觸的第三半導(dǎo)體層以及與第三半導(dǎo)體層接觸的透光導(dǎo)電膜，其中第二半導(dǎo)體層使用有機(jī)化合物及無機(jī)化合物形成。
另外，本說明書等中的“第一”、“第二”等序數(shù)詞是為了避免構(gòu)成要素的混同而附加上的，不是為了限定順序或數(shù)量而附加上的。
上述第一半導(dǎo)體層是以Cu(IrvxGax) Se2(O く x く Ι,χ為O以上I以下的數(shù)值)表示的化合物半導(dǎo)體，并且X優(yōu)選為O. 5以上O. 8以下。此外，作為上述無機(jī)化合物，可以使用屬于元素周期表中第4族至第8族的金屬的氧化物。具體而言，有V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn以及Re中任ー種元素的氧化物等。此外，作為有機(jī)化合物，可以使用芳香胺化合物、咔唑衍生物、芳烴、高分子化合物以及包含ニ苯并呋喃骨架或ニ苯并噻吩骨架的雜環(huán)化合物中的任ー種。上述第三半導(dǎo)體層優(yōu)選由含有選自Zn、Cd、Ga、In、Ag、Pb、Mg、Sn、Sb、Te以及Ge中的ー種以上的元素的氧化物構(gòu)成。通過使用本發(fā)明的ー個(gè)方式，能夠使光吸收層寬帶化而不使開路電壓(opencircuit voltage)下降,并且能夠提供轉(zhuǎn)換效率高的光電轉(zhuǎn)換裝置。


圖IA及IB為說明本發(fā)明的ー個(gè)方式的光電轉(zhuǎn)換裝置的截面圖；圖2為說明現(xiàn)有的光電轉(zhuǎn)換裝置的截面圖；圖3A及3B為說明現(xiàn)有的光電轉(zhuǎn)換裝置的帶圖；圖4為說明本發(fā)明的ー個(gè)方式的光電轉(zhuǎn)換裝置的帶圖。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。但是，本發(fā)明不局限于以下說明，所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以很容易地理解ー個(gè)事實(shí)就是其方式及詳細(xì)內(nèi)容可以被變換為各種形式。此外，本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為僅限定在以下所示的實(shí)施方式所記載的內(nèi)容中。注意，在用于解釋實(shí)施方式的所有附圖中，使用相同的附圖標(biāo)記表示相同的部分或具有類似功能的部分，有時(shí)省略其重復(fù)說明。實(shí)施方式I在本實(shí)施方式中，說明本發(fā)明的ー個(gè)方式的光電轉(zhuǎn)換裝置及其制造方法。
圖IA為本發(fā)明的ー個(gè)方式的光電轉(zhuǎn)換裝置的截面圖，在襯底100上依次層疊有第ー電極150、第一半導(dǎo)體層110、第二半導(dǎo)體層120、第三半導(dǎo)體層130、透光導(dǎo)電膜160以及第二電極170。另外，雖然在具有圖IA的結(jié)構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換裝置中，透光導(dǎo)電膜160 —側(cè)成為受光面，但是也可以使在襯底100上形成疊層的順序與上述相反，將襯底100 —側(cè)用作受光面。此外，如圖IB所示，也可以采用在襯底100的表面上設(shè)置有凹凸的結(jié)構(gòu)。通過在襯底100的表面上設(shè)置凹凸，還可以在層疊于襯底100上的各個(gè)層的界面及最上層的表面也形成凹凸。因該凹凸，而能夠賦予各層表面上的多次反射、光吸收層(第一半導(dǎo)體層Il立)中的光程長(zhǎng)的增大以及來自背面電極的反射光的在光吸收層(第一半導(dǎo)體層1叢)的表面上的全反射效應(yīng)(光約束效應(yīng)(光閉じ達(dá)め効果light trapping effect)),從而能夠提高光電轉(zhuǎn)換裝置的電特性。另外，也可以將凹凸設(shè)置在第一電極150上，而不是設(shè)置在襯底100 上。
作為襯底100，例如優(yōu)選使用鈉鈣玻璃。CIGS類(包括CIS類)光電轉(zhuǎn)換裝置通過使Na擴(kuò)散，能夠補(bǔ)償光吸收層的缺陷，而能夠改善電特性。因此，優(yōu)選將還成為Na的擴(kuò)散源的鈉鈣玻璃用作襯底。此外，也可以將鋁硅酸鹽玻璃、鋇硼硅酸鹽玻璃或鋁硼硅酸鹽玻璃等無堿玻璃襯底用作襯底100。由于這些玻璃襯底的耐熱性比鈉鈣玻璃高，所以能夠提高在襯底100上形成半導(dǎo)體層及導(dǎo)電膜時(shí)的溫度，從而能夠提高它們的品質(zhì)。另外，在使用這些玻璃襯底的情況下，優(yōu)選在形成光吸收層(第一半導(dǎo)體層m)之后進(jìn)行擴(kuò)散Na的エ序?？梢詫iuMo用于第一電極150。由于第一電極150還具有作為來自襯底100的Na的擴(kuò)散路徑的作用，所以尤其優(yōu)選使用成膜時(shí)容易低密度化的Mo。第一半導(dǎo)體層U立為光吸收層，并且使用以Cu (IrvxGax) Se2 (O≤x≤1，x為O以上I以下的數(shù)值)表示的P型化合物半導(dǎo)體層。另外，本發(fā)明的ー個(gè)方式的目的之ー是使用寬帶化了的光吸收層，從而為了將該光吸收層的禁帶寬度展寬到1.4バ至1.5バ，更優(yōu)選將X設(shè)定為O. 5以上O. 8以下。第二半導(dǎo)體層120為內(nèi)部電場(chǎng)形成用的P型結(jié)形成層，使用無機(jī)化合物和有機(jī)化合物的復(fù)合材料形成。作為該無機(jī)化合物，可以使用過渡金屬氧化物，尤其優(yōu)選使用屬于元素周期表中第4族至第8族的金屬的氧化物。具體而言,可以使用V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn以及Re中的任ー種元素的氧化物。尤其優(yōu)選使用氧化鑰，因?yàn)檠趸€在大氣中也較穩(wěn)定且吸濕性較低，容易使用。此外，作為上述有機(jī)化合物，可以使用各種化合物，如芳香胺化合物、咔唑衍生物、芳烴、高分子化合物(低聚物、樹枝狀聚合物、聚合物等)以及包含ニ苯并呋喃骨架或ニ苯并噻吩骨架的雜環(huán)化合物等。另外，作為用于復(fù)合材料的有機(jī)化合物，使用空穴傳輸性高的有機(jī)化合物。具體而言，優(yōu)選使用空穴遷移率為10_6cm2/Vs以上的物質(zhì)。但是，只要是空穴傳輸性高于電子傳輸性的物質(zhì)，就也可以使用上述以外的物質(zhì)。上述過渡金屬氧化物具有電子接受性，與空穴傳輸性高的有機(jī)化合物的復(fù)合材料的載流子密度高，并且顯示P型半導(dǎo)體特性。此外，該復(fù)合材料的Eg大約為3eV，在從可見光區(qū)到紅外區(qū)的寬廣的波長(zhǎng)范圍中具有高透過率。第三半導(dǎo)體層130為內(nèi)部電場(chǎng)形成用的η型結(jié)形成層，并且優(yōu)選使用ZnO。除此之外，還可以使用 ZnMgO、ZnGa2O4, Zn2SnO4, Zn2In2O5' ZnSn03、CdO, CdIn2O4, CdGaO4, Cd2GeO4,Cd3TeO6> CdSb2O7> Ga2O3> GaInO3' CdSnO3> In2O3> InGaMgO4^ InGaZnO4' AgSbO3' AgInO2 > PbO2>MgIn2O4' CdO-GeO2> In2O3-GaO2-ZnO' In2O3-ZnO 等。優(yōu)選將載流子濃度高于第三半導(dǎo)體層130的材料用于透光導(dǎo)電膜160。例如，可以使用對(duì) ZnO 添加 Al、B、Ga 或 In 的材料；Zn2In205 ；ZnSnO3 ；CdO ；CdIn2O4 ；Cd2SnO4 ；CdSnO3 ；Cd3TeO6 ；Cd2Sb2O7 ；In2O3 ；Sn02 ；Pb02 ；GaIn03 ；In2O3-ZnO ；CdO-GeO2 ;In2O3-SnO2(ITO)等。此外，作為第二電極170，可以使用Al、Ti、Ag、Mo、Ta、W、Cr或Cu等的金屬膜。金
屬膜既可以是單層，又可以是不同膜的疊層。圖2為現(xiàn)有的一般的CIGS類(包括CIS類)光電轉(zhuǎn)換裝置的截面圖。在襯底200上依次層疊有第一電極250、半導(dǎo)體層210、緩沖層280、透光導(dǎo)電膜260以及第ニ電極270。至于第一電極250及半導(dǎo)體層210，分別使用與上述的第一電極150及第一半導(dǎo)體層110相同的材料。此外，至于透光導(dǎo)電膜260及第ニ電極270，分別使用與上述的透光導(dǎo)電膜160及第ニ電極170相同的材料。在圖2的光電轉(zhuǎn)換裝置中，將pn結(jié)形成于P型的半導(dǎo)體層210(例如，CIGS)與作為η型半導(dǎo)體層的緩沖層280的界面。緩沖層280使用顯示η型半導(dǎo)體特性的CdS、ZnS、ZnS(O, OH)等形成。這里，使用圖3說明圖2的光電轉(zhuǎn)換裝置的pn結(jié)附近的帶結(jié)構(gòu)。圖3 (A)是將目前使用的禁帶寬度為I. 2eV至I. 3eV的CIGS作為半導(dǎo)體層210使用時(shí)的帶圖。雖然在半導(dǎo)體層210與緩沖層280之間形成pn結(jié)，但是，兩者的電子親和力有差距，從而導(dǎo)電帶能帶偏移成為正(AEc > O)，而在pn結(jié)部形成棘突狀的勢(shì)壘。該勢(shì)壘有可能成為短路電流下降的原因，但是，若半導(dǎo)體層210與緩沖層280的電子親和力的差距較小，則能夠減少載流子的傳送所受到的影響。圖3(B)是將具有可期待理論上的高轉(zhuǎn)換效率的1.4eV至1.5eV的禁帶寬度的CIGS作為半導(dǎo)體層210使用時(shí)的帶圖。在此情況下，導(dǎo)電帶能帶偏移成為負(fù)(AEc<0)，pn結(jié)部的導(dǎo)體帶的形狀成為懸崖狀。因此，在光載流子的結(jié)界面附近引起滯留，容易再結(jié)合，從而開路電壓及填充因子(曲腺因子fill factor)下降。因此，即使將理論上能得到高轉(zhuǎn)換效率的禁帶寬度為I. 4eV至I. 5eV的CIGS用于半導(dǎo)體層210，也不能得到轉(zhuǎn)換效率的提聞。圖4示出本發(fā)明的ー個(gè)方式的光電轉(zhuǎn)換裝置的帶結(jié)構(gòu)。該光電轉(zhuǎn)換裝置的pn結(jié)形成于禁帶寬度都是3eV左右的P型的第二半導(dǎo)體層120與η型的第三半導(dǎo)體層130之間。首先，由于能夠通過增加形成pn結(jié)的材料的禁帶寬度來增加開路電壓，所以與直接將CIGS用于Pn結(jié)的內(nèi)部電場(chǎng)形成層時(shí)相比,圖4的結(jié)構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換裝置能夠提高開路電壓。此外，雖然作為光吸收層的P型的第一半導(dǎo)體層110與第二半導(dǎo)體層120連接，但是，因兩者的禁帶寬度不同而產(chǎn)生勢(shì)壘。因此，優(yōu)選展寬第一半導(dǎo)體層110的禁帶寬度來降低勢(shì)壘。也就是說，因?yàn)檎f明圖3(B)的理由，所以不能展寬現(xiàn)有的CIGS類(包括CIS類)的光電轉(zhuǎn)換裝置的禁帶寬度，而至于本發(fā)明的ー個(gè)方式的光電轉(zhuǎn)換裝置，優(yōu)選使用具有可期待理論上的高轉(zhuǎn)換效率的I. 4eV至I. 5eV的禁帶寬度的CIGS。此外，能夠以Inm以上30nm以下的范圍的膜厚形成第二半導(dǎo)體層120。更優(yōu)選的是，通過形成為Inm以上IOnm以下的膜厚，也能夠利用量子效應(yīng)將在第一半導(dǎo)體層110中光激發(fā)的載流子傳送到第三半導(dǎo)體層130 —側(cè)。因此，即使在第一半導(dǎo)體層110與第二半導(dǎo)體層120之間存在有勢(shì)壘，也能夠?qū)嶋H減少載流子傳送所受到的影響。據(jù)此，本發(fā)明的ー個(gè)方式的光電轉(zhuǎn)換裝置能夠提高開路電壓而不降低光激發(fā)的載流子所引起的光電流，從而提聞轉(zhuǎn)換效率。接著，說明圖I(A)的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法的ー個(gè)實(shí)例。首先，在襯底100上形成成為第一電極150的導(dǎo)電膜。這里，利用濺射法形成I μ m厚的Mo膜。接著,作為第一半導(dǎo)體層110,通過三階段蒸鍍法形成大約2μηι的Cu (IrvxGax) Se2膜。在本實(shí)施方式中，調(diào)節(jié)Ga的濃度以使得X = 0.6。首先，在第一電極150上以300°C以 上400°C以下的襯底溫度形成(In，Ga)2Se3膜。然后，在以500°C以上的襯底溫度形成Cu及Se膜而得到Cu過剩的Cu (In，Ga) Se2之后，同時(shí)形成In、Ga及Se膜，來調(diào)整為目的組成。
接著，在第一半導(dǎo)體層110上形成第二半導(dǎo)體層120。第二半導(dǎo)體層120通過使用上述的無機(jī)化合物和有機(jī)化合物的共蒸鍍法形成。共蒸鍍法是指在一個(gè)處理室內(nèi)從多個(gè)蒸發(fā)源同時(shí)進(jìn)行蒸鍍的蒸鍍法。優(yōu)選在高真空下進(jìn)行成膜。例如，將真空度設(shè)定為5X10_3Pa以下，優(yōu)選設(shè)定為KT4Pa至KT6Pa左右。在本實(shí)施方式中,第二半導(dǎo)體層120通過共蒸鍍4-苯基-4’-(9_苯基荷_9_基)三苯基胺(簡(jiǎn)稱=BPAFLP)與氧化鑰形成。將第二半導(dǎo)體層120的厚度設(shè)定為10nm，并且調(diào)節(jié)BPAFLP與氧化鑰的比例，使其重量比成為2:1( = BPAFLP 氧化鑰)。接著，在第二半導(dǎo)體層120上通過濺射法形成IOOnm的ZnO膜作為第三半導(dǎo)體層130。第三半導(dǎo)體層130除了派射法以外還可以利用MOCVD (Metal Organic Chemical VaporDeposition :金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相淀積)形成。接著，在第三半導(dǎo)體層130上通過濺射法形成I μ m的在ZnO中添加有Al的材料 的膜作為透光導(dǎo)電膜160。透光導(dǎo)電膜160除了濺射法以外還可以利用MOCVD形成。此外，雖然在圖I中未圖示，但是，也可以為了降低表面的反射率，在透光導(dǎo)電膜160上另外設(shè)置抗反射膜。將MgF2、Si02、SiOxNyU > y)等的低折射率材料作為抗反射膜材料，可以通過濺射法、蒸鍍法等形成。接著，在透光導(dǎo)電膜160上形成0. 5μπι至ΙΟμπι的導(dǎo)電膜作為第二電極170。這里，通過濺射法形成I μ m厚的Al膜。據(jù)此，能夠制造本發(fā)明的ー個(gè)方式的光電轉(zhuǎn)換裝置。另外，在本實(shí)施方式中，雖然說明圖I所示的單ー單元結(jié)構(gòu)的制造方法，但是，也可以組合劃片法(スクライブ法scribing method)等形成將多個(gè)單元串聯(lián)地連接而獲得的集成化結(jié)構(gòu)。本實(shí)施方式可以與其他實(shí)施方式所記載的結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)施。實(shí)施方式2在本實(shí)施方式中，說明實(shí)施方式I所示的第二半導(dǎo)體層。實(shí)施方式I所示的光電轉(zhuǎn)換裝置中的第二半導(dǎo)體層120可以使用復(fù)合了過渡金屬氧化物和有機(jī)化合物的材料形成。注意，在本說明書中，“復(fù)合”不只是指僅混合兩種材料，而且是指通過混合多種材料而材料之間進(jìn)行電荷授受的狀態(tài)。作為上述過渡金屬氧化物，可以使用具有電子接受性的過渡金屬氧化物。具體而言，在過渡金屬氧化物中，優(yōu)選使用屬于元素周期表中第4族至第8族的金屬的氧化物。尤其是，V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Re的氧化物的電子接受性高，所以是優(yōu)選的。氧化鑰是特別優(yōu)選的，因?yàn)槠湓诖髿庵幸草^穩(wěn)定并且吸濕性低，易于處理。此外，作為上述有機(jī)化合物，可以使用各種化合物，如芳香胺化合物、咔唑衍生物、芳烴、高分子化合物(低聚物、樹枝狀聚合物、聚合物等)以及包含ニ苯并呋喃骨架或ニ苯并噻吩骨架的雜環(huán)化合物等。另外，作為用于復(fù)合材料的有機(jī)化合物，使用空穴傳輸性高的有機(jī)化合物。具體而言，優(yōu)選使用空穴遷移率為10_6cm2/Vs以上的物質(zhì)。但是，只要是空穴傳輸性高于電子傳輸性的物質(zhì)，就也可以使用上述以外的物質(zhì)。在含有上述過渡金屬氧化物及上述有機(jī)化合物的復(fù)合材料中，由于有機(jī)化合物的最高占據(jù)分子軌道能級(jí)(Η0Μ0能級(jí))上的電子移動(dòng)到過渡金屬氧化物的導(dǎo)電帶，所以過渡金屬氧化物和有機(jī)化合物之間產(chǎn)生相互作用。因?yàn)樵撓嗷プ饔?，含有過渡金屬氧化物及有機(jī)化合物的復(fù)合材料的載流子密度高,并且顯示P型半導(dǎo)體特性。
下面，具體地舉出可用于復(fù)合材料的有機(jī)化合物。例如，作為可用于復(fù)合材料的芳香胺化合物，例如可以舉出4，4’ -雙[N-(l-萘基)-N-苯胺基]聯(lián)苯(簡(jiǎn)稱NPB)、N，N’ -雙(3-甲基苯)-N，N’ -ニ苯基-[1，I’ -聯(lián)苯]-4，4，-二月安(簡(jiǎn)稱TPD)、4，4’，4”-三(N，N-ニ苯胺基)三苯胺(簡(jiǎn)稱TDATA)、4，4’，4” -三[N- (3-甲基苯)-N-苯胺基]三苯胺(簡(jiǎn)稱MTDATA)、N，N’ -雙(螺環(huán)-9，9’ - ニ芴-2-基)-N，N’ ニ苯基聯(lián)苯胺(簡(jiǎn)稱BSPB)等。此外，還可以舉出N，N’ -雙(4-甲基苯基)-N，N’-ニ苯基-P-苯ニ胺(簡(jiǎn)稱DTDPPA)、4，4’_雙[N-(4-ニ苯氨基苯)-N-苯胺基]聯(lián)苯(簡(jiǎn)稱=DPAB)、N，N’ -雙[4-[雙(3-甲基苯基)氨基]苯基]-N，N’ - ニ苯基-[1，I’ -聯(lián)苯]_4，4’ -ニ胺(簡(jiǎn)稱DNTro)、l，3，5-三[N-(4-ニ苯氨基苯)-N-苯胺基]苯(簡(jiǎn)稱0 六38)、4-苯基-4’-(9-苯基芴-9-基)三苯基胺(簡(jiǎn)稱BPAFLP)、以及4，4’_雙[N-(9，9-ニ甲基芴-2-基)-N-苯胺基]聯(lián)苯(簡(jiǎn)稱DFLDPBi)等。作為可用于復(fù)合材料的咔唑衍生物，具體地可以舉出3-[N_(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯胺基]-9-苯基咔唑(簡(jiǎn)稱PCzPCAl) ,3,6-雙[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯胺基]-9-苯基咔唑(簡(jiǎn)稱PCzPCA2)、3-[N- (I-萘基)-N- (9-苯基咔唑-3-基)氨基]-9-苯基咔唑(簡(jiǎn)稱PCzPCNl)等。再者，作為可用于復(fù)合材料的咔唑衍生物，還可以使用4，4’ _ニ(N-咔唑基)聯(lián)苯(簡(jiǎn)稱CBP)、1，3，5-三[4-(N-咔唑基)苯基]苯(簡(jiǎn)稱TCPB)、9-[4-(N-咔唑基)苯基]-10-苯基蒽(簡(jiǎn)稱CzPA)、l，4-雙[4-(N-咔唑基)苯基]-2，3，5，6_四苯基苯等。作為可用于復(fù)合材料的芳烴，例如可以舉出2-叔丁基-9，10_ ニ(2 萘基)蒽(簡(jiǎn)稱t-BuDNA)、2_叔丁基-9，10- ニ(I-萘基)蒽、9，10-雙(3，5- ニ苯基苯基)蒽(簡(jiǎn)稱DPPA)、2-叔丁基-9，10-雙(4-苯基苯基)蒽(簡(jiǎn)稱t_BuDBA)、9，10- ニ(2-萘基)惠(簡(jiǎn)稱DNA)、9,10-ニ苯基惠(簡(jiǎn)稱DPAnth)、2-叔丁基惠(簡(jiǎn)稱t-BuAnth)、9,10-雙(4-甲基-1-萘基)蒽(簡(jiǎn)稱DMNA)、9，10-雙[2-(I-萘基)苯基]-2-叔丁基蒽、9，10-雙[2-(1-萘基)苯基]蒽、2，3，6，7-四甲基-9，10-ニ(I-萘基)蒽、2，3，6，7-四甲基-9，10- _. (2-蔡基)恩、9,9’ _ 聯(lián)恩、10,10’ - _■苯基-9,9’ _ 聯(lián)恩、10,10’ _ 雙(2_ 苯基苯基)-9，9，-聯(lián)蒽、10，10，-雙[(2，3，4，5，6-五苯基)苯基]-9，9’ -聯(lián)蒽、蒽、并四苯、紅熒烯、ニ萘嵌苯、2，5，8，11_四(叔丁基)ニ萘嵌苯等。除了上述之外，還可以使用并五苯、六苯并苯等。像這樣，更優(yōu)選使用具有l(wèi)X10_6cm2/Vs以上的空穴遷移率且碳數(shù)為14至42的芳烴?？捎糜趶?fù)合材料的芳烴也可以具有こ烯基骨架。作為具有こ烯基的芳烴，例如可舉出4，4’_雙(2，2 ニ苯基こ烯基)聯(lián)苯(簡(jiǎn)稱DPVBi)、9，10-雙[4-(2，2-ニ苯基こ烯基)苯基]蒽(簡(jiǎn)稱DPVPA)等。此外，可用于復(fù)合材料的有機(jī)化合物也可以是包含ニ苯并呋喃骨架或ニ苯并噻吩骨架的雜環(huán)化合物。此外，可用于復(fù)合材料的有機(jī)化合物可以是高分子化合物，例如可以使用聚(N-こ烯基咔唑)(簡(jiǎn)稱PVK)、聚(4 こ烯基三苯基胺)(簡(jiǎn)稱PVTPA)、聚[N-(4-{N，-[4-(4-ニ苯胺基)苯基]苯基-N’ -苯胺基}苯基)甲基丙烯酰胺](簡(jiǎn)稱PTPDMA)或聚[N，N’ -雙(4- 丁基苯基)-N，N’ -雙(苯基)聯(lián)苯胺](簡(jiǎn)稱Poly-TPD)等。 此外，由于本實(shí)施方式所示的復(fù)合材料具有寬禁帶寬度，所以作為光電轉(zhuǎn)換裝置的光吸收層的CIS或CIGS在顯示光吸收的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的透光性方面優(yōu)越。因此，幾乎沒有該復(fù)合材料中的光吸收損失，而能夠高效地使光到達(dá)光吸收層。作為上述半導(dǎo)體層的形成方法，不管是干法還是濕法，可以使用各種方法。作為干法，例如可以舉出將多種蒸鍍材料從多個(gè)蒸鍍?cè)礆饣⑦M(jìn)行成膜的共蒸鍍法等。此外，作為濕法，可以舉出利用溶膠-凝膠法等配制含有復(fù)合材料的組成物，并且利用噴墨法或旋涂法等進(jìn)行成膜的方法。本實(shí)施方式可以與其他實(shí)施方式所記載的結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)施。符號(hào)說明100 襯底110第一半導(dǎo)體層120第二半導(dǎo)體層130第三半導(dǎo)體層150 第一電極160透光導(dǎo)電膜170 第二電極200 襯底210半導(dǎo)體層250 第一電極260透光導(dǎo)電膜270 第二電極280緩沖層
權(quán)利要求
1.ー種光電轉(zhuǎn)換裝置，包括 一對(duì)電極； 具有P型導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層； 具有P型導(dǎo)電型且與所述第一半導(dǎo)體層接觸的第二半導(dǎo)體層； 具有η型導(dǎo)電型且與所述第二半導(dǎo)體層接觸的第三半導(dǎo)體層；以及 與所述第三半導(dǎo)體層接觸的透光導(dǎo)電膜， 其中所述第一導(dǎo)電層、所述第二導(dǎo)電層、所述第三導(dǎo)電層以及所述透光導(dǎo)電膜設(shè)置在所述ー對(duì)電極之間， 并且所述第二半導(dǎo)體層含有合成材料，所述合成材料含有有機(jī)化合物及無機(jī)化合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中所述無機(jī)化合物為屬于元素周期表中第4族至第8族的金屬的氧化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中所述無機(jī)化合物為選自V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn以及Re中的元素的氧化物。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中所述有機(jī)化合物為選自芳香胺化合物、咔唑衍生物、芳烴、高分子化合物以及包含ニ苯并呋喃骨架或ニ苯并噻吩骨架的雜環(huán)化合物中的至少ー個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中所述第三半導(dǎo)體層含有包含選自Zn、Cd、Ga、In、Ag、Pb、Mg、Sn、Sb、Te以及Ge中的至少ー種元素的氧化物。
6.ー種光電轉(zhuǎn)換裝置，包括 一對(duì)電極； 具有P型導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層； 具有P型導(dǎo)電型且與所述第一半導(dǎo)體層接觸的第二半導(dǎo)體層； 具有η型導(dǎo)電型且與所述第二半導(dǎo)體層接觸的第三半導(dǎo)體層；以及 與所述第三半導(dǎo)體層接觸的透光導(dǎo)電膜， 其中所述第一半導(dǎo)體層含有以Cu (IrvxGax) Se2 (O1，χ為O以上I以下的數(shù)值)表示的化合物半導(dǎo)體， 所述第一導(dǎo)電層、所述第二導(dǎo)電層、所述第三導(dǎo)電層以及所述透光導(dǎo)電膜設(shè)置在所述一對(duì)電極之間， 并且所述第二半導(dǎo)體層含有合成材料，所述合成材料含有有機(jī)化合物及無機(jī)化合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中所述無機(jī)化合物為屬于元素周期表中第4族至第8族的金屬的氧化物。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光電轉(zhuǎn)換裝置,其中所述無機(jī)化合物為選自V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn以及Re中的元素的氧化物。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中所述有機(jī)化合物為選自芳香胺化合物、咔唑衍生物、芳烴、高分子化合物以及包含ニ苯并呋喃骨架或ニ苯并噻吩骨架的雜環(huán)化合物中的至少ー個(gè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中所述第三半導(dǎo)體層含有包含選自Zn、Cd、Ga、In、Ag、Pb、Mg、Sn、Sb、Te以及Ge中的至少一種兀素的氧化物。
11.ー種光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法，包括如下步驟形成第一電極； 在所述第一電極上形成具有P型導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層； 形成在所述第一半導(dǎo)體層上并且與其接觸的具有P型導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層； 形成在所述第二半導(dǎo)體層上并且與其接觸的具有η型導(dǎo)電型的第三半導(dǎo)體層； 形成在所述第三半導(dǎo)體層上并且與其接觸的透光導(dǎo)電膜；以及 在所述透光導(dǎo)電膜上形成第二電極， 其中所述第二半導(dǎo)體層含有合成材料，所述合成材料含有有機(jī)化合物及無機(jī)化合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法，其中所述第一半導(dǎo)體層含有以Cu (IrvxGax) Se2 (O彡χ彡1，χ為O以上I以下的數(shù)值)表示的化合物半導(dǎo)體。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法，其中所述第一半導(dǎo)體層通過蒸鍍法形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法，其中所述第二半導(dǎo)體層通過蒸鍍法形成。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法，其中所述無機(jī)化合物為屬于元素周期表中第4族至第8族的金屬的氧化物。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法，其中所述無機(jī)化合物為選自V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn以及Re中的元素的氧化物。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法，其中所述有機(jī)化合物為選自芳香胺化合物、咔唑衍生物、芳烴、高分子化合物以及包含ニ苯并呋喃骨架或ニ苯并噻吩骨架的雜環(huán)化合物中的至少ー個(gè)。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法，其中所述第三半導(dǎo)體層含有包含選自Zn、Cd、Ga、In、Ag、Pb、Mg、Sn、Sb、Te以及Ge中的至少一種兀素的氧化物。
全文摘要
本發(fā)明的目的之一是提供一種開路電壓高且轉(zhuǎn)換效率高的光電轉(zhuǎn)換裝置。在一對(duì)電極之間層疊具有p型導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層、具有p型導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層以及具有n型導(dǎo)電型的第三半導(dǎo)體層，來形成具有pn結(jié)的光電轉(zhuǎn)換裝置。第一半導(dǎo)體層為化合物半導(dǎo)體層，第二半導(dǎo)體層使用有機(jī)化合物及無機(jī)化合物形成，作為該有機(jī)化合物使用空穴傳輸性高的材料，并且作為該無機(jī)化合物使用具有電子接受性的過渡金屬氧化物。
文檔編號(hào)H01L51/42GK102683595SQ20121008038
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者山崎舜平, 淺見良信 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所