JP2962897B2 - Photovoltaic element - Google Patents

Photovoltaic element

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JP2962897B2
JP2962897B2 JP3269423A JP26942391A JP2962897B2 JP 2962897 B2 JP2962897 B2 JP 2962897B2 JP 3269423 A JP3269423 A JP 3269423A JP 26942391 A JP26942391 A JP 26942391A JP 2962897 B2 JP2962897 B2 JP 2962897B2
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transparent conductive
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    • Y02E10/543Solar cells from Group II-VI materials

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光起電力素子に係り、特
に入射光を裏面で反射し散乱せしめて、半導体層で吸収
される光を増大させることによって、出力特性を安定に
向上させた光起電力素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photovoltaic device, and more particularly to a photovoltaic device in which incident light is reflected and scattered on a back surface to increase light absorbed by a semiconductor layer, thereby stably improving output characteristics. It relates to a photovoltaic element.

【0002】[0002]

【従来の技術】太陽光を電気エネルギーに変換する光電
変換素子である太陽電池は、石油などの化石エネルギー
や原子力エネルギーに代わるクリーンなエネルギーとし
て期待されている。
2. Description of the Related Art A solar cell, which is a photoelectric conversion element for converting sunlight into electric energy, is expected to be a clean energy alternative to fossil energy such as petroleum or nuclear energy.

【0003】太陽電池を電力用のエネルギー源として実
用化するために解決すべき問題点の最たるものは、製造
コストの低減である。
[0003] The biggest problem to be solved in order to put a solar cell into practical use as an energy source for electric power is to reduce the manufacturing cost.

【0004】太陽電池を材料別に大別すれば、単結晶を
用いるものと、多結晶を用いるものと、非晶質を用いる
ものと、化合物の薄膜を用いるものに分けられる。その
うち、非晶質や化合物の薄膜を用いる太陽電池は、製造
コストを大幅に低減できる可能性の高い材料として、盛
んに開発されている。
[0004] Solar cells can be roughly classified into materials using a single crystal, those using a polycrystal, those using an amorphous material, and those using a thin film of a compound. Among them, a solar cell using an amorphous or compound thin film has been actively developed as a material having a high possibility of significantly reducing the manufacturing cost.

【0005】製造コストを考える場合に、単位電力当た
りで計算されるべきであるから、製造プロセスのコスト
を低減すること以外に、太陽電池の光電変換効率を向上
させることも重要である。
When considering the manufacturing cost, the calculation should be performed per unit power. Therefore, it is important to improve the photoelectric conversion efficiency of the solar cell in addition to reducing the cost of the manufacturing process.

【0006】光電変換効率を向上させる手段の一つに、
太陽電池の光入射側と反対側に、Ag、Al、Cu、A
uなどの、高い反射率を有する金属膜による反射層を形
成する技術が知られている。この技術は、キャリアを生
成する半導体層を透過した光を、反射層で反射してやる
ことによって、再び半導体層で吸収させて、出力電流を
増大させて光電変換効率を向上させようとしたものであ
る。
One of the means for improving the photoelectric conversion efficiency is as follows:
Ag, Al, Cu, A on the side opposite to the light incident side of the solar cell
A technique for forming a reflective layer of a metal film having a high reflectivity such as u is known. According to this technique, light transmitted through a semiconductor layer that generates carriers is reflected by a reflective layer, so that the light is absorbed by the semiconductor layer again, thereby increasing the output current and improving the photoelectric conversion efficiency. .

【0007】しかしながら、裏面電極として、Ag、A
l、Cu、Auなどの、高い反射率を有する金属膜を用
いた場合、半導体層に拡散して太陽電池の特性を低下さ
せたり、光入射側の電極と導通して短絡(シャント)を
起こしたりしやすい。これは、Ag、Al、Cu、Au
などの、高い反射率を有する金属が、半導体層中で拡散
しやすいためと思われる。
[0007] However, Ag, A
When a metal film having a high reflectance, such as l, Cu, or Au, is used, the metal film diffuses into the semiconductor layer to lower the characteristics of the solar cell, or conducts with the electrode on the light incident side to cause a short circuit (shunt). Easy to do. This is because Ag, Al, Cu, Au
It is considered that a metal having a high reflectance, such as a metal, easily diffuses in the semiconductor layer.

【0008】このことは、半導体層を透過してきた光を
散乱させて、吸収係数の小さい長波長光の光路長を増大
せしめるために、裏面電極を凹凸のある粗面として形成
した場合特に顕著であった。
This is particularly remarkable when the back electrode is formed as a rough surface having irregularities in order to scatter light transmitted through the semiconductor layer and increase the optical path length of long wavelength light having a small absorption coefficient. there were.

【0009】一方、裏面電極と半導体層の間に透明導電
層を介在させることにより基板表面性を向上させる方法
が、特公昭59−43101号公報及び特公昭60−4
1878号公報において開示されている。これらの公報
では、裏面電極と半導体層の間に透明導電層を介在させ
る効果として、裏面電極の平坦性の向上、あるいは半導
体層の密着性の向上、あるいは裏面電極の金属と半導体
層の合金化の防止などがあげられている。
On the other hand, a method for improving the surface properties of a substrate by interposing a transparent conductive layer between a back electrode and a semiconductor layer has been disclosed in Japanese Patent Publication No. 59-43101 and Japanese Patent Publication No. Sho 60-4.
1878. In these publications, the effect of interposing a transparent conductive layer between the back electrode and the semiconductor layer is to improve the flatness of the back electrode, improve the adhesion of the semiconductor layer, or alloy the metal of the back electrode with the semiconductor layer. Prevention and so on.

【0010】また、特開昭60−84888号公報に
は、裏面電極と半導体層の間にバリヤー層として透明導
電層を介在させることによって、半導体層の欠陥領域中
を流れる電流を減少させる技術が開示されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-84888 discloses a technique for reducing a current flowing in a defect region of a semiconductor layer by interposing a transparent conductive layer as a barrier layer between the back electrode and the semiconductor layer. It has been disclosed.

【0011】さらに、原理ははっきりしていないが、裏
面電極と半導体層の間に透明導電層を介在させることに
よって、太陽電池のスペクトル感度において、長波長領
域の感度が増大する事が報告されている。
Furthermore, although the principle is not clear, it has been reported that the sensitivity of a solar cell in the long wavelength region is increased by interposing a transparent conductive layer between the back electrode and the semiconductor layer. I have.

【0012】[0012]

【解決すべき技術記録】このように、裏面電極と半導体
層の間に透明導電層を介在させることによって、いくつ
かの効果が期待されているが、まだ解決すべき課題が残
されていた。
As described above, some effects are expected by interposing the transparent conductive layer between the back electrode and the semiconductor layer, but there are still problems to be solved.

【0013】裏面電極と半導体層の間に介在させる透明
導電層は、半導体層が吸収できる波長の光に対する透過
率が高く、導電率が高い事が要求される。しかし透明導
電層として好適に用いられる導電性酸化膜は、導電率を
上げようとすると、光の透過率が下がってしまうという
性質がある。従って裏面金属として、高い反射率を有す
る金属を用いた場合のメリットを生かそうとして、透過
率を優先した場合は、導電率を十分に上げられず、太陽
電池の直列抵抗の増大となって、期待したほどの光電変
換効率の上昇が得られないことになる。
The transparent conductive layer interposed between the back electrode and the semiconductor layer is required to have high transmittance and high conductivity for light having a wavelength that can be absorbed by the semiconductor layer. However, the conductive oxide film suitably used as the transparent conductive layer has a property that the light transmittance decreases when the conductivity is increased. Therefore, in order to take advantage of the case of using a metal having a high reflectance as the back metal, if the transmittance is prioritized, the conductivity cannot be sufficiently increased, and the series resistance of the solar cell increases. The expected increase in photoelectric conversion efficiency cannot be obtained.

【0014】また、透明導電層の作製条件によっては、
裏面電極の反射率を損なうこともあった。
Further, depending on the conditions for forming the transparent conductive layer,
In some cases, the reflectivity of the back electrode was impaired.

【0015】さらに、透明導電層として好適に用いられ
る導電性酸化膜はn型のものが多く、透明導電層と半導
体層の組み合わせによっては、それらの界面にバリヤー
ができることもあった。
Further, the conductive oxide film preferably used as the transparent conductive layer is often of the n-type, and depending on the combination of the transparent conductive layer and the semiconductor layer, a barrier may be formed at the interface between them.

【0016】一方、導電性酸化膜の導電率を向上させる
ために、導電性酸化膜に導電率を変化させる元素を添加
するいわゆるドーピングの技術が研究されており、いく
つかの元素が導電性酸化膜のドーパントとして有効であ
る事がわかっている。しかし、仮にこの技術を前記透明
導電層に適用しようとした場合、導電率を上げようとし
て前記元素の添加量を上げていくと、光の透過率が下が
ってしまったり、導電性酸化膜の構造を乱したり、前記
元素が半導体層に拡散するなどの悪影響が予想され、ド
ーピングの技術を適用するのは困難であると思われた。
On the other hand, in order to improve the conductivity of the conductive oxide film, a so-called doping technique of adding an element that changes the conductivity to the conductive oxide film has been studied. It has been found to be effective as a film dopant. However, if this technology is to be applied to the transparent conductive layer, if the added amount of the element is increased in order to increase the conductivity, the light transmittance is reduced, or the structure of the conductive oxide film is reduced. Adverse effects such as disturbing the diffusion of the element into the semiconductor layer and the like, and it was considered difficult to apply the doping technique.

【0017】[0017]

【発明の目的】本発明は、以上の裏面電極と半導体層の
間に介在させる透明導電層の課題を解決し、裏面電極の
高い反射率を維持し、太陽電池の長波長感度を増大さ
せ、なおかつ透明導電層の導電率を上げ、半導体層との
界面のバリヤーを無くして、太陽電池の直列抵抗を減少
させ、光電変換効率を更に向上させる事を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems of the transparent conductive layer interposed between the back electrode and the semiconductor layer, maintains a high reflectance of the back electrode, and increases the long wavelength sensitivity of the solar cell. It is another object of the present invention to increase the conductivity of the transparent conductive layer, eliminate the barrier at the interface with the semiconductor layer, reduce the series resistance of the solar cell, and further improve the photoelectric conversion efficiency.

【0018】[0018]

【好適な実施態様の説明】前述の目的を達成するために
本発明者は鋭意研究した結果以下の構成の光起電力素子
によって目的を達成した。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present inventors have made intensive studies to achieve the above-mentioned object, and as a result, have achieved the object by a photovoltaic element having the following structure.

【0019】つまり、本発明の光起電力素子は、光入射
面の反対側に設けられた裏面電極と光電変換のための半
導体層との間に、ZnOで形成された透明導電層を有す
る光起電力素子において、該透明導電層に導電率を変化
させる元素としてAl、In、B、Ga、Si、Fから
選択される元素を含有させるとともに、該元素の添加量
が該半導体層との界面近傍において増大するように膜厚
方向で変化していることを特徴とする。あるいは、本発
明の光起電力素子は、光入射面の反対側に設けられた裏
面電極と光電変換のための半導体層との間に、ZnO、
In 2 3 又はSnO 2 で形成された透明導電層を有する
光起電力素子であって、該透明導電層に導電率を変化さ
せる元素として該透明電極層がZnOの場合にはAl、
In、B、Ga、Si、Fから選択される元素を、該透
明電極層がIn 2 3 の場合にはSn、F、Te、Ti、
Sb、Pbから選択される元素を、該透明電極層がSn
2 の場合にはF、Sb、P、As、In、Tl、T
e、Cl、Br、Iから選択される元素を含有させると
ともに、該元素の添加量が該裏面電極との界面近傍にお
いて増大するように膜厚方向で変化していることを特徴
とする。
That is, the photovoltaic element of the present invention is provided with a back electrode provided on the side opposite to the light incident surface and a half- side for photoelectric conversion.
In a photovoltaic element having a transparent conductive layer formed of ZnO between the conductive layer and a conductive layer , the transparent conductive layer may include Al, In, B, Ga, Si, or F as an element that changes the conductivity.
Rutotomoni is comprises an element chosen, the amount of said element is characterized in that it varies in thickness direction so as to increase in the vicinity of the interface with the semiconductor layer. Alternatively,
The bright photovoltaic element is located on the back of the
ZnO, between the plane electrode and the semiconductor layer for photoelectric conversion
Having a transparent conductive layer formed of In 2 O 3 or SnO 2
A photovoltaic element, wherein the conductivity of the transparent conductive layer is changed.
When the transparent electrode layer is ZnO,
An element selected from In, B, Ga, Si, and F
When the bright electrode layer is In 2 O 3 , Sn, F, Te, Ti,
An element selected from Sb and Pb is used as the transparent electrode layer.
In the case of O 2 , F, Sb, P, As, In, Tl, T
e, an element selected from Cl, Br, and I
In both cases, the amount of the element added is close to the interface with the back electrode.
And it changes in the film thickness direction to increase
And

【0020】ここで、前記導電率を変化させる元素の添
加量の変化のさせ方としてさまざまなパターンが考えら
れるが、以下のようなパターンに顕著な効果が見いださ
れた。
Here, various patterns can be considered as a method of changing the addition amount of the element for changing the electric conductivity, and a remarkable effect was found in the following patterns.

【0021】すなわち、前記元素の添加量を、前記半導
体層との界面近傍において増大させることによって、前
記導電性酸化物と前記半導体層との界面にバリヤーが形
成されることがなくなり、光起電力素子の直列抵抗が減
少して、光電変換効率が上昇した。
That is, by increasing the addition amount of the element in the vicinity of the interface with the semiconductor layer, no barrier is formed at the interface between the conductive oxide and the semiconductor layer. The series resistance of the device decreased, and the photoelectric conversion efficiency increased.

【0022】また前記元素の添加量を、前記裏面電極と
の界面近傍において増大させることによって、前記裏面
電極を構成する金属の拡散によって前記裏面電極との界
面近傍の前記導電性酸化物が高抵抗化する事がなくな
り、光起電力素子の直列抵抗が減少して、光電変換効率
が上昇した。
Further, by increasing the amount of the element added in the vicinity of the interface with the back electrode, the conductive oxide near the interface with the back electrode has a high resistance due to diffusion of the metal constituting the back electrode. , The series resistance of the photovoltaic element decreased, and the photoelectric conversion efficiency increased.

【0023】また前記元素の添加量を前記半導体層との
界面から前記裏面電極との界面に近づくにつれて少なく
ともある膜厚の範囲にわたって単調に減少させることに
よって、光起電力素子の長波長感度が増大し、短絡電流
が増大して、光電変換効率が上昇した。
Further, the long-wavelength sensitivity of the photovoltaic element is increased by monotonically decreasing the addition amount of the element from the interface with the semiconductor layer to the interface with the back electrode over at least a certain thickness range. However, the short-circuit current increased, and the photoelectric conversion efficiency increased.

【0024】この効果については、前記元素の添加量を
前記裏面電極との界面に近づくにつれて単調に減少させ
ることによって、前記導電性酸化物の屈折率が前記裏面
電極との界面に近づくにつれて単調に減少し、透明導電
層と半導体層の界面での反射が減少して、半導体層への
長波長光の入射が増大したものと考えられる。
[0024] With regard to this effect, the addition amount of the element is monotonously decreased as approaching the interface with the back electrode, so that the refractive index of the conductive oxide is monotonically approaching as approaching the interface with the back electrode. It is considered that the reflection decreased at the interface between the transparent conductive layer and the semiconductor layer, and the incidence of long-wavelength light on the semiconductor layer increased.

【0025】以上の何れの場合に於いても、透明導電層
の全体にわたって前記元素を添加するわけではないの
で、部分的に添加量を上げても、透明導電層の透過率は
高い値に保たれ、構造の乱れも抑えられ、前記元素の拡
散による半導体層への悪影響もなかった。
In any of the above cases, the above-mentioned elements are not added to the entire transparent conductive layer. Therefore, even if the addition amount is partially increased, the transmittance of the transparent conductive layer is maintained at a high value. Structural disturbance was suppressed, and there was no adverse effect on the semiconductor layer due to the diffusion of the element.

【0026】また、以上のパターンのいくつかを組み合
わせたものによっても顕著な効果が見いだされた。
A remarkable effect was also found by combining some of the above patterns.

【0027】本発明において、透明導電層として好適に
用いられる導電性酸化物の例としては、ZnO、SnO
2、In23、ITO(In23+SnO2)、Ti
2、CdO、Cd2SnO4、Bi23、MoO3、Na
XWO3等が好適に用いられる。
In the present invention, examples of the conductive oxide suitably used as the transparent conductive layer include ZnO and SnO.
2 , In 2 O 3 , ITO (In 2 O 3 + SnO 2 ), Ti
O 2 , CdO, Cd 2 SnO 4 , Bi 2 O 3 , MoO 3 , Na
X WO 3 or the like is preferably used.

【0028】透明導電層の成膜方法としては、蒸着法、
スパッタ法、CVD法、スプレー法、スピンオン法、デ
ップ法等が好適に用いられる。
The transparent conductive layer may be formed by a vapor deposition method,
Sputtering, CVD, spraying, spin-on, dipping, and the like are preferably used.

【0029】これらの成膜法を用いて、前記導電性酸化
物に添加する元素の添加量を、前記透明導電層の膜厚方
向で変化させるには、以下のような方法が用いられる。
すなわち、蒸着法、スパッタ法、CVD法等の場合に
は、成膜中に導入する添加元素の原料ガスの流量や分圧
を時間と共に変化させるか、あるいは成膜条件の種々の
パラメーターを時間と共に変化させるか、あるいは添加
する元素による薄膜を透明導電層の上または下に積層し
加熱処理する事によって透明導電層の内部に添加する元
素を拡散させるか、あるいは添加する元素を同時に蒸着
しその蒸着速度を変化させる事によってなされ、また、
スプレー法、スピリオン法、デップ法等の場合には、前
記元素の添加量の異なる層に分けて成膜するか、あるい
は添加する元素による薄膜を透明導電層の上または下に
積層し加熱処理する事によってなされる。
The following method is used to change the amount of the element to be added to the conductive oxide in the thickness direction of the transparent conductive layer by using these film forming methods.
That is, in the case of the vapor deposition method, the sputtering method, the CVD method, etc., the flow rate and the partial pressure of the source gas of the additional element introduced during the film formation are changed with time, or various parameters of the film formation conditions are changed with time. Either change or add a thin film of the element to be added on or under the transparent conductive layer and heat-treat to diffuse the element to be added inside the transparent conductive layer, or vapor-deposit the element to be added at the same time By changing the speed,
In the case of a spray method, a spirion method, a dipping method, or the like, a film is formed by dividing the layers into layers having different amounts of the above elements, or a thin film of the elements to be added is laminated on or below the transparent conductive layer and heat-treated. Done by things.

【0030】また透明導電層を形成する化合物に添加す
る導電率を変化させる元素(ドーパント)としては、A
l、In、B、Ga、Si、F、Sn、Te、Ti、S
b、Pb、P、As、Tl、Cl、Br、Iが用いら
れ、例えば透明導電層がZnOの場合には、特にAl、
In、B、Ga、Si、F等が、またIn23の場合に
は、特にSn、F、Te、Ti、Sb、Pb等が、また
SnO2の場合には、特にF、Sb、P、As、In、
Tl、Te、Cl、Br、I等が好適に用いられる。
The element (dopant) added to the compound forming the transparent conductive layer to change the electrical conductivity is A
1, In, B, Ga, Si, F, Sn, Te, Ti, S
b, Pb, P, As, Tl, Cl, Br, I are used. For example, when the transparent conductive layer is ZnO, Al,
In, B, Ga, Si, F, etc., In the case of In 2 O 3 , particularly Sn, F, Te, Ti, Sb, Pb, etc., and in the case of SnO 2 , particularly, F, Sb, P, As, In,
Tl, Te, Cl, Br, I and the like are preferably used.

【0031】[0031]

【好適な実施態様の説明】図1は、本発明の光起電力素
子の一例を示す断面図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a sectional view showing an example of a photovoltaic device according to the present invention.

【0032】図1に於いて、101は支持体となる基板
であり、材料としては、導電性材料あるいは絶縁性材料
のいずれを用いることもできる。導電性材料としては、
モリブデン、チタン、コバルト、クロム、ニッケル、
鉄、銅、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、アルミニウ
ム金属またはそれらの合金での板状体、フィルム体が挙
げられる。なかでもステンレス鋼、ニッケルクロム合金
及びニッケル、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、チタ
ン金属及び/または合金は、耐触性の点から特に好まし
い。また、絶縁性材料としては、ポリエステル、ポリエ
チン、ポリカーボネート、セルローズアセテート、ポリ
プロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポ
リスチレン、ポリアミド等の合成樹脂のフィルムまたは
シート、あるいはガラス、セラミック等の板状体を用い
ることもできる。また導電性材料に絶縁性材料をコーテ
ィングしたものを用いることもできる。
In FIG. 1, reference numeral 101 denotes a substrate serving as a support, and any of a conductive material and an insulating material can be used as a material. As a conductive material,
Molybdenum, titanium, cobalt, chromium, nickel,
Plates and films made of iron, copper, tantalum, niobium, zirconium, aluminum metal or alloys thereof are included. Among them, stainless steel, nickel chromium alloy and nickel, tantalum, niobium, zirconium, titanium metal and / or alloy are particularly preferable from the viewpoint of contact resistance. As the insulating material, a film or sheet of a synthetic resin such as polyester, polyethene, polycarbonate, cellulose acetate, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene, or polyamide, or a plate-like body such as glass or ceramic is used. You can also. Alternatively, a conductive material coated with an insulating material can be used.

【0033】図1に於いて、102は裏面電極であり、
材料としては、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、
鉄、クロム、モリブデン、チタン、コバルト、タンタ
ル、ニオブ、ジルコニウム等の金属またはステンレス等
の合金が挙げられる。なかでもアルミニウム、銅、銀、
金などの反射率の高い金属が特に好ましい。
In FIG. 1, reference numeral 102 denotes a back electrode.
Materials include gold, silver, copper, aluminum, nickel,
Examples include metals such as iron, chromium, molybdenum, titanium, cobalt, tantalum, niobium, and zirconium, and alloys such as stainless steel. Among them, aluminum, copper, silver,
Highly reflective metals such as gold are particularly preferred.

【0034】また裏面電極の形状は平坦であっても良い
が、光を散乱する凹凸形状を有する事がより好ましい。
光を散乱する凹凸形状を有する事によって、半導体層で
吸収しきれなかった長波長光を散乱させて半導体層内で
の光路長を延ばし、光起電力素子の長波長感度を向上さ
せて短絡電流を増大させ、光電変換効率を向上させるこ
とができる。光を散乱する凹凸形状は、凹凸の山と谷の
高さの差がRmaxで0.2μmから2.0μmである
ことが望ましい。
The shape of the back electrode may be flat, but it is more preferable that the back electrode has an uneven shape for scattering light.
By having an uneven shape that scatters light, it scatters long-wavelength light that could not be absorbed by the semiconductor layer, extends the optical path length in the semiconductor layer, improves the long-wavelength sensitivity of the photovoltaic element, and increases the short-circuit current. And the photoelectric conversion efficiency can be improved. In the uneven shape for scattering light, it is desirable that the difference between the heights of the peaks and valleys of the unevenness is 0.2 to 2.0 μm in Rmax.

【0035】図1に於いて、103は透明導電層であ
り、その材料と特徴については、前述の通りである。
In FIG. 1, reference numeral 103 denotes a transparent conductive layer, the material and characteristics of which are as described above.

【0036】本発明の光起電力素子の半導体層として
は、アモルファスシリコン(a−Si)、アモルファス
シリコンゲルマニウム(a−SiGe)、アモルファス
シリコンカーバイト(a−Sic)等の非晶質半導体、
あるいは多結晶シリコン、あるいはCdS、CdTe等
のII−VI族半導体、あるいはCuInSe2等のI
−III−VI2族の化合物半導体を用いたものが挙げ
られる。半導体層は、少なくとも一部をp型あるいはn
型にドーピングされ、PN接合あるいはPIN接合を少
なくとも1つ有する。
As the semiconductor layer of the photovoltaic element of the present invention, an amorphous semiconductor such as amorphous silicon (a-Si), amorphous silicon germanium (a-SiGe), amorphous silicon carbide (a-Sic), etc.
Alternatively, polycrystalline silicon, or a II-VI group semiconductor such as CdS or CdTe, or an I-type semiconductor such as CuInSe 2
-III-VI Group 2 compound semiconductors are used. At least a part of the semiconductor layer is p-type or n-type.
It is doped in a mold and has at least one PN junction or PIN junction.

【0037】図1に於いて、104はn型半導体層であ
り、105は真性(i型)半導体層であり、106はp
型半導体層であって、104から106でPIN接合を
形成し、透明電極107を透過して入射した光により光
起電力を生じる。
In FIG. 1, reference numeral 104 denotes an n-type semiconductor layer, 105 denotes an intrinsic (i-type) semiconductor layer, and 106 denotes a p-type semiconductor layer.
A PIN junction is formed at 104 to 106, and a photoelectromotive force is generated by light transmitted through the transparent electrode 107 and incident.

【0038】図1に於いて、107は透明電極であり、
光入射側の電極であるとともに、その膜厚を最適化する
事によって反射防止膜としての役割も兼ねる。透明電極
107は半導体層の吸収可能な波長領域において高い透
過率を有することと、低効率が低いことが要求される。
その材料としては透明導電層103と同様のものが用い
られる。
In FIG. 1, 107 is a transparent electrode,
In addition to being an electrode on the light incident side, by optimizing its film thickness, it also serves as an antireflection film. The transparent electrode 107 is required to have a high transmittance in a wavelength region where the semiconductor layer can absorb light and to have low efficiency.
The same material as the transparent conductive layer 103 is used as the material.

【0039】図1に於いて、108は集電電極であり、
透明電極107の抵抗率が充分低くできない場合に必要
に応じて透明電極107上の一部分に形成され、電極の
低効率を下げ光起電力素子の直列抵抗を下げる働きをす
る。その材料としては、金、銀、銅、アルミニウム、ニ
ッケル、鉄、クロム、モリブデン、チタン、コバルト、
タンタル、ニオブ、ジルコニウム等の金属、またはステ
ンレス等の合金、あるいは粉末状金属を用いた導電ペー
ストなどが挙げられる。そしてその形状は、できるだけ
半導体層への入射光を遮らないように、例えば図4のよ
うに枝状に形成される。
In FIG. 1, reference numeral 108 denotes a current collecting electrode;
If the resistivity of the transparent electrode 107 cannot be made sufficiently low, it is formed on a part of the transparent electrode 107 as needed, and serves to reduce the low efficiency of the electrode and reduce the series resistance of the photovoltaic element. Its materials include gold, silver, copper, aluminum, nickel, iron, chromium, molybdenum, titanium, cobalt,
Examples of the conductive paste include metals such as tantalum, niobium, and zirconium, alloys such as stainless steel, and powdered metals. Then, the shape is formed in a branch shape as shown in FIG. 4, for example, so as not to block incident light on the semiconductor layer as much as possible.

【0040】以下本発明の光起電力素子の製造方法につ
いて述べる。
Hereinafter, a method for manufacturing the photovoltaic element of the present invention will be described.

【0041】まず支持体となる基板として、前述の材料
を用い、支持体となる基板上に裏面電極を形成する。た
だし支持体となる基板が裏面電極を兼ねる場合には、裏
面電極の形成を必要としない場合もある。裏面電極の形
成には、蒸着法、スパッタ法、メッキ法、印刷法などが
用いられる。また裏面電極を光を散乱する凹凸形状に形
成する場合には、形成した金属あるいは合金の幕をドラ
イエッチングするかあるいはウエットエッチングするか
あるいはサンドプラストするかあるいは加熱すること等
によって形成される。また支持体となる基板を加熱しな
がら前述の金属あるいは合金を蒸着することにより光を
散乱する凹凸形状を形成することもできる。
First, a back electrode is formed on a substrate serving as a support by using the above-described material as a substrate serving as a support. However, in the case where the substrate serving as the support also serves as the back electrode, the formation of the back electrode may not be necessary. For forming the back surface electrode, a vapor deposition method, a sputtering method, a plating method, a printing method, or the like is used. In the case where the back electrode is formed to have an uneven shape that scatters light, the formed metal or alloy curtain is formed by dry etching, wet etching, sand blasting, heating, or the like. In addition, the above-described metal or alloy is deposited while heating the substrate serving as the support, so that an uneven shape that scatters light can be formed.

【0042】次に、透明導電層を、前述の方法によって
形成する。
Next, a transparent conductive layer is formed by the above-described method.

【0043】次に、PN接合あるいはPIN接合を少な
くとも一つ有する半導体層を形成する。半導体層の形成
は、非晶質半導体、あるいは多結晶Siの場合はプラズ
マCVD法、光CVD法、熱CVD法などの各種CVD
法によって、II−VI族、あるいはI−III−VI
2族の化合物半導体の場合は蒸着法、スパッタ法、スプ
レー法、印刷法などによって、形成される。
Next, a semiconductor layer having at least one PN junction or PIN junction is formed. The semiconductor layer is formed by various kinds of CVD methods such as a plasma CVD method, an optical CVD method, and a thermal CVD method in the case of an amorphous semiconductor or polycrystalline Si.
Depending on the method, II-VI or I-III-VI
In the case of a Group 2 compound semiconductor, it is formed by an evaporation method, a sputtering method, a spray method, a printing method, or the like.

【0044】次に、透明電極を透明導電層と同様の方法
で形成する。
Next, a transparent electrode is formed in the same manner as the transparent conductive layer.

【0045】最後に、集電電極を裏面電極と同様の方法
で、ただし半導体層への入射光をできるだけ遮らないよ
うなパターンで形成する。
Finally, the current collecting electrode is formed in the same manner as the back electrode, but in a pattern so as to block incident light to the semiconductor layer as little as possible.

【0046】また、本発明の光電変換素子によって、太
陽電池モジュールを製造する場合には、所望の面積に形
成された光電変換素子を、所望の出力電圧が得られるよ
うに直列接続し、出力の取り出し電極を形成して、光電
変換素子の両面に保護層を形成する。
When a solar cell module is manufactured using the photoelectric conversion element of the present invention, the photoelectric conversion elements formed in a desired area are connected in series so as to obtain a desired output voltage, and the output of An extraction electrode is formed, and protective layers are formed on both surfaces of the photoelectric conversion element.

【0047】[0047]

【実施例】以下、実施例にて本発明を記述するが、本発
明はこれによって限定されるものではない。
EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

【0048】(実施例1)以下の工程で、図1に示した
本発明の一例の太陽電池を作製した。
Example 1 A solar cell according to an example of the present invention shown in FIG. 1 was manufactured in the following steps.

【0049】まず、基板101として、表面がRmax
で0.1μm以下で、厚さ1.0mmで10cm角の無
アルカリガラスの基板を洗浄し、裏面電極102とし
て、電子ビーム蒸着法によって基板上にAlを平均0.
4μm形成した。
First, the surface of the substrate 101 is Rmax.
A 0.1 cm thick, 1.0 mm thick, 10 cm square, non-alkali glass substrate is washed, and as the back electrode 102, an average of 0.1 μm of Al is deposited on the substrate by electron beam evaporation.
4 μm was formed.

【0050】次に図3に示したDCマグネトロンスパッ
タ装置により、酸化亜鉛(ZnO)を0.4μm形成し
た。
Next, 0.4 μm of zinc oxide (ZnO) was formed by the DC magnetron sputtering apparatus shown in FIG.

【0051】図3において、301は真空容器であり、
加熱板303が絶縁性を有する支持部302にて支持さ
れている。加熱板303にはヒーター306と熱電対3
04が埋設され、温度コントローラー305によって所
定の温度に制御される。307は伝熱板であり基板30
8は基板押さえ309にて支持される。基板308に対
向してターゲット310が配されるが、該ターゲット3
10はターゲット台311に設置され裏面にマグネット
312を持ちプラズマ空間320に磁場を形成できるよ
うになっている。スパッタ中加熱されるターゲットを冷
却するために冷却水導入パイプ313より冷却水をター
ゲットの裏面に導入する。導入された水はターゲットを
冷却した後、冷却水排出パイプより排出される。
In FIG. 3, reference numeral 301 denotes a vacuum vessel;
The heating plate 303 is supported by a supporting portion 302 having an insulating property. The heating plate 303 includes a heater 306 and a thermocouple 3
04 is buried and controlled to a predetermined temperature by a temperature controller 305. Reference numeral 307 denotes a heat transfer plate,
8 is supported by a substrate holder 309. A target 310 is disposed to face the substrate 308, and the target 3
Numeral 10 is provided on a target table 311 and has a magnet 312 on the back surface so that a magnetic field can be formed in the plasma space 320. In order to cool the target heated during sputtering, cooling water is introduced from the cooling water introduction pipe 313 to the back surface of the target. After the introduced water cools the target, it is discharged from a cooling water discharge pipe.

【0052】前記ターゲット310は、酸化亜鉛のパウ
ダーに亜鉛を混合して焼結したものである。また金属亜
鉛からなるターゲットを用いることもできる。
The target 310 is made by mixing zinc oxide powder with zinc and sintering the mixture. Alternatively, a target made of metal zinc can be used.

【0053】前記ターゲット310にはターゲット台3
11を介してスパッタ電源314よりDC電圧が印加さ
れる。該スパッタ電源から供給されるDC電流は、好ま
しくは0.01A以上、更に好ましくは0.1A以上に
設定される。本発明者の実験によれば、スパッタに供給
する電流は大きい方が作製される酸化亜鉛層による光の
吸収が少なく、太陽電池の光電変換効率、とりわけ発生
電流が大きくなるようである。このことはRF型スパッ
タ法を用いて該酸化亜鉛層の形成を行なった場合でも同
様であり、RF電力を大きくして作製した太陽電池はR
F電力より小さい場合の太陽電池よりも発生電流の点で
有利であった。
The target 310 is attached to the target table 3.
A DC voltage is applied from a sputter power supply 314 via the power supply 11. The DC current supplied from the sputtering power source is preferably set to 0.01 A or more, more preferably 0.1 A or more. According to the experiments performed by the present inventors, the larger the current supplied to the sputter, the smaller the absorption of light by the produced zinc oxide layer, and the higher the photoelectric conversion efficiency of the solar cell, especially, the larger the generated current. This is the same even when the zinc oxide layer is formed by using the RF type sputtering method.
It was more advantageous in terms of generated current than a solar cell when the power was smaller than F power.

【0054】315はRF高周波電源であり、必要に応
じて基板側に高周波を印可して、基板表面に粗面化する
事などに用いられる。基板表面の粗面化は、DCスパッ
タの前に行われ、DCスパッタにより形成する膜の基板
への密着性を向上させる事を目的としている。
Reference numeral 315 denotes an RF high-frequency power supply, which is used for applying a high frequency to the substrate side as necessary to roughen the substrate surface. Roughening of the substrate surface is performed before DC sputtering, and is intended to improve the adhesion of a film formed by DC sputtering to the substrate.

【0055】スパッタガスはマスフローコントローラー
316もしくは317を介してアルゴンガス及び酸素ガ
スが各々供給される。もちろん、該スパッタガスに他の
ガス、例えばSiF4やNF3ガス等を混合することによ
って形成される酸化亜鉛層に弗素のドーピングを重ねて
行なうことも可能である。該アルゴンガスの流量は、好
ましくは1sccm乃至1slm、該酸素ガスの流量
は、好ましくは0.1sccm乃至100sccmとさ
れる。
As a sputtering gas, an argon gas and an oxygen gas are supplied via a mass flow controller 316 or 317, respectively. Of course, it is also possible to perform fluorine doping on the zinc oxide layer formed by mixing the sputtering gas with another gas, for example, a SiF 4 gas or an NF 3 gas. The flow rate of the argon gas is preferably 1 sccm to 1 slm, and the flow rate of the oxygen gas is preferably 0.1 sccm to 100 sccm.

【0056】また、真空容器301に取りつけられた真
空計318にて内部圧力がモニターできる。真空容器3
01全体は不図示の排気系へ接続されたメインバルブ3
19を介して真空状態とされる。スパッタを開始する前
のバックグラウンドの内部圧力は好ましくは10-4To
rr以下、更に好ましくは10-5Torr以下とされ、
スパッタ中の内部圧力は、1mTorr以上1Torr
以下とされる。
The internal pressure can be monitored by a vacuum gauge 318 attached to the vacuum vessel 301. Vacuum container 3
01 is a main valve 3 connected to an exhaust system (not shown).
A vacuum state is established via 19. The background internal pressure before starting the sputtering is preferably 10 -4 To
rr or less, more preferably 10 -5 Torr or less,
Internal pressure during sputtering is 1 mTorr or more and 1 Torr
It is as follows.

【0057】以上に示した条件を保って酸化亜鉛層の形
成を開始し、該酸化亜鉛層の層厚が所望の値に達した
後、スパッタ電源からの電力の供給、スパッタガスの供
給を適宜停止し、適宜基板を冷却した後、真空容器内を
大気リークして酸化亜鉛層を形成した基板を取り出す。
The formation of the zinc oxide layer is started while maintaining the above conditions, and after the thickness of the zinc oxide layer reaches a desired value, the supply of power from the sputtering power supply and the supply of the sputtering gas are appropriately performed. After stopping and cooling the substrate appropriately, the inside of the vacuum vessel is leaked to the atmosphere, and the substrate on which the zinc oxide layer is formed is taken out.

【0058】次に、以上に説明したDCマグネトロンス
パッタ装置によりZnOを形成した基板に、公知の真空
蒸着装置により、インジウム(In)を5nm蒸着し
た。
Next, 5 nm of indium (In) was vapor-deposited on the substrate on which ZnO was formed by the DC magnetron sputtering apparatus described above by a known vacuum vapor deposition apparatus.

【0059】この後、Inを蒸着した基板を220℃で
1時間酵素雰囲気中で加熱処理する事により、InをZ
nO中に拡散させた。2次イオン質量分析装置(SIM
S)により、深さ方向分析を行ったところ、Inは膜厚
方向に図2に示すような分布をしている事がわかった。
After that, the substrate on which In was deposited was heated at 220 ° C. for 1 hour in an enzyme atmosphere to convert In into Z.
Diffusion in nO. Secondary ion mass spectrometer (SIM
As a result of S), in the depth direction analysis, it was found that In had a distribution as shown in FIG. 2 in the film thickness direction.

【0060】この後、13.56MHzのRF高周波を
電極に印加して原料ガスを減圧下でプラズマ状態にして
分解する公知のいわゆるグローディスチャージ法(GD
法)によって、以下の各半導体層を形成した。
Thereafter, a known so-called glow discharge method (GD) in which a source gas is decomposed into a plasma state under reduced pressure by applying an RF radio frequency of 13.56 MHz to the electrode to decompose the material gas.
), The following semiconductor layers were formed.

【0061】まず基板を300℃に加熱しながら、H2
で希釈した、モノシラン(SiH4)とフォスフィン
(PH3)を分解して、n型a−Si層104を本発明
の太陽電池用基板の上に20nm形成した。
[0061] First, while heating the substrate to 300 ° C., H 2
The monosilane (SiH 4 ) and phosphine (PH 3 ) diluted by the above were decomposed to form an n-type a-Si layer 104 of 20 nm on the solar cell substrate of the present invention.

【0062】次に基板を250℃に加熱しながら、H2
で希釈した、モノシラン(SiH4)を分解して、真性
a−Si層105をその上に400nm形成した。
[0062] Next, while heating the substrate to 250 ° C., H 2
The monosilane (SiH 4 ) diluted with the above was decomposed to form an intrinsic a-Si layer 105 thereon of 400 nm.

【0063】次に基板を200℃に加熱しながら、H2
で希釈した、モノシラン(SiH4)と3沸化ボロン
(BF3)を分解して、p型の微結晶シリコン層106
を5nm形成した。
[0063] Next, while heating the substrate to 200 ° C., H 2
Decompose monosilane (SiH 4 ) and boron trifluoride (BF 3 ) diluted with
Was formed to a thickness of 5 nm.

【0064】次に抵抗加熱蒸着法により、基板を170
℃に加熱しながら、ITOを70nm蒸着し、透明電極
107を形成した。
Next, the substrate was heated to 170 by a resistance heating evaporation method.
While heating to 70 ° C., ITO was deposited to a thickness of 70 nm to form a transparent electrode 107.

【0065】次に電子ビーム蒸着法により、マスクを用
いて、図4のようなパターンに、Alを蒸着して集電電
極108を形成した。
Next, Al was deposited in a pattern as shown in FIG. 4 using a mask by electron beam evaporation to form a current collecting electrode 108.

【0066】以上の工程で10cm角のいわゆる単層型
a−Si太陽電池を10個作製した。
Through the above steps, ten 10 cm square so-called single-layer a-Si solar cells were manufactured.

【0067】また、シャント抵抗が1cm2あたり1K
Ω以上の太陽電池を、25℃で、ソーラーシミュレータ
ーによって、AM1.5、100mw/cm2の疑似太
陽光を照射して、開放電圧(Voc)、短絡電流(Js
c)、フィルファクター(FF)、光電変換効率
(η)、直列抵抗(Rse)、シャント抵抗(Rsh)
等の太陽電池特性を測定し、平均値を求めた。
The shunt resistance is 1K per 1 cm 2
A solar cell of Ω or more was irradiated with a solar simulator at 25 ° C. and a solar simulator of AM 1.5, 100 mw / cm 2 , and the open-circuit voltage (Voc) and short-circuit current (Js)
c), fill factor (FF), photoelectric conversion efficiency (η), series resistance (Rse), shunt resistance (Rsh)
And the like, and the average value was determined.

【0068】太陽電池特性の結果を表1にまとめた。Table 1 summarizes the results of the solar cell characteristics.

【0069】但し、太陽電池特性は後述する比較例1の
値で規格化してある。
However, the solar cell characteristics are standardized by the values of Comparative Example 1 described later.

【0070】表1から明らかなように、本発明の透明導
電層103を用いた太陽電池によって、比較例1に比
べ、直列抵抗が小さくなり、開放電圧(Voc)とフィ
ルファクター(FF)が向上し、光電変換効率(η)が
向上した。
As is apparent from Table 1, the solar cell using the transparent conductive layer 103 of the present invention has a smaller series resistance and an improved open-circuit voltage (Voc) and fill factor (FF) as compared with Comparative Example 1. However, the photoelectric conversion efficiency (η) was improved.

【0071】これは、ZnOに添加するInの量を膜厚
方向に図2のように変化させることによって、ZnO
が、n型a−Si層104との界面付近で、低抵抗のn
型となり、透明導電層103とn型a−Si層104と
の界面にバリヤーが形成されないかあるいはトンネル可
能となって、直列抵抗が小さくなったものと考えられ
る。また、添加するInの量をn型a−Si層104と
の界面付近でのみ増加させる事により、Inの添加によ
ってZnOの透過率が低下する事がなく、波長400n
mから1000nmの光の透過率は85%以上であっ
た。ここで透過率はガラス基板上にInを添加したZn
Oを前述の方法で形成して測定した。
This is achieved by changing the amount of In added to ZnO in the film thickness direction as shown in FIG.
Near the interface with the n-type a-Si layer 104,
It is considered that no barrier was formed at the interface between the transparent conductive layer 103 and the n-type a-Si layer 104 or tunneling was possible, and the series resistance was reduced. Further, by increasing the amount of In added only near the interface with the n-type a-Si layer 104, the transmittance of ZnO does not decrease due to the addition of In, and the wavelength of 400 n
The transmittance of light from m to 1000 nm was 85% or more. Here, the transmittance is Zn on which In is added on a glass substrate.
O was formed and measured by the method described above.

【0072】(比較例1)実施例1に於いて、透明導電
層103であるZnOにInを添加せずに、それ以外は
実施例1と全く同様に、10cm角のいわゆる単層型a
−Si太陽電池を10個作製した。
(Comparative Example 1) In Example 1, a 10 cm square so-called single layer type a was used in the same manner as in Example 1 except that In was not added to ZnO as the transparent conductive layer 103.
Ten -Si solar cells were produced.

【0073】実施例1と同様に、太陽電池特性を測定
し、平均値を求めた。
In the same manner as in Example 1, the characteristics of the solar cell were measured, and the average value was obtained.

【0074】(比較例2)実施例1に於いて、ZnOに
Inを5%添加したターゲットを用いて、Inの添加量
が膜厚方向で一定であるZnOの透明導電層103を形
成した。それ以外は実施例1と全く同様に、10cm角
いわゆる単層型a−Si太陽電池を10個作製した。
(Comparative Example 2) In Example 1, a ZnO transparent conductive layer 103 in which the amount of In added was constant in the film thickness direction was formed using a target in which 5% of In was added to ZnO. Except for this, ten 10 cm square so-called single-layer a-Si solar cells were manufactured in exactly the same manner as in Example 1.

【0075】実施例1と同様に、太陽電池特性を測定
し、平均値を求めた。
In the same manner as in Example 1, the characteristics of the solar cell were measured, and the average value was obtained.

【0076】ZnOにInを添加する事によって、透明
導電層103が低抵抗になり、比較例1に比べ、直列抵
抗が減少して、開放電圧(Voc)とフィルファクター
(FF)が向上した。しかしながら、ZnOの膜厚方向
全体にわたってInを添加したためにZnOの透過率が
減少し、裏面電極からの反射が減少して、短絡電流(J
sc)が減少し、光電変換効率(η)は比較例1に比べ
て向上しなかった。
By adding In to ZnO, the resistance of the transparent conductive layer 103 was reduced, the series resistance was reduced, and the open-circuit voltage (Voc) and the fill factor (FF) were improved as compared with Comparative Example 1. However, since In is added to the entire thickness direction of ZnO, the transmittance of ZnO decreases, the reflection from the back electrode decreases, and the short-circuit current (J
sc) decreased, and the photoelectric conversion efficiency (η) did not improve as compared with Comparative Example 1.

【0077】[0077]

【表1】 [Table 1]

【0078】(実施例2)以下の工程で、図1に示した
本発明の他の一例の太陽電池を作製した。
Example 2 In the following steps, another example of the solar cell of the present invention shown in FIG. 1 was manufactured.

【0079】まず基板101として、表面がRmaxで
0.1μm以下で、厚さ0.7mmで10cm角のSU
S304のステンレス基板を洗浄し、裏面電極102と
してRFスパッタ法によってAgを平均0.4μm形成
した。このとき基板を380℃に加熱しながらスパッタ
リングを行うことにより、Rmaxで0.6μmの光を
散乱する凹凸形状を作製した。
First, as a substrate 101, a 10 cm square SU having a surface with an Rmax of 0.1 μm or less and a thickness of 0.7 mm is used.
In step S304, the stainless steel substrate was washed, and an average of 0.4 μm of Ag was formed as the back electrode 102 by RF sputtering. At this time, by performing sputtering while heating the substrate to 380 ° C., a concavo-convex shape for scattering light having a Rmax of 0.6 μm was produced.

【0080】次に、MOCVD法により、チャンバー内
で、基板を180℃に加熱しながら、ジエチル亜鉛(D
EZ)とH2Oを気化して導入し、ドーピングガスとし
てH2で10%に希釈したSiF4を導入して混合し、透
明導電層103としてFドープZnOを0.4μm形成
した。
Next, while heating the substrate to 180 ° C. in a chamber by MOCVD, diethylzinc (D
EZ) and H 2 O were vaporized and introduced, SiF 4 diluted to 10% with H 2 was introduced and mixed as a doping gas, and 0.4 μm of F-doped ZnO was formed as the transparent conductive layer 103.

【0081】ここで、成膜中に導入するH2で10%に
希釈したSiF4の流量を図5のように時間とともに変
化させることによって、ZnO中のFの添加量を膜厚方
向に図6のように変化させた。ZnOの2次イオン質量
分析(SIMS)によるFのピークの深さ方向分析の結
果のグラフである。
Here, by changing the flow rate of SiF 4 diluted to 10% with H 2 introduced during the film formation with time as shown in FIG. 5, the amount of F added in ZnO is shown in the film thickness direction. 6 was changed. It is a graph of the result of the depth direction analysis of the peak of F by secondary ion mass spectrometry (SIMS) of ZnO.

【0082】この後、13.56MHzのRF高周波を
電極に印加して原料ガスを減圧下でプラズマ状態にして
分解するいわゆるグローディスチャージ法(GD法)に
よって、以下の各半導体層を形成した。
Thereafter, the following semiconductor layers were formed by the so-called glow discharge method (GD method) in which a source gas was decomposed into a plasma state under reduced pressure by applying an RF radio frequency of 13.56 MHz to the electrodes.

【0083】まず基板を300℃に加熱しながら、H2
で希釈した、モノシラン(SiH4)とフォスフィン
(PH3)を分解して、n型a−Si層104を本発明
の太陽電池用基板の上に20nm形成した。
[0083] First, while heating the substrate to 300 ° C., H 2
The monosilane (SiH 4 ) and phosphine (PH 3 ) diluted by the above were decomposed to form an n-type a-Si layer 104 of 20 nm on the solar cell substrate of the present invention.

【0084】次に基板を280℃に加熱しながら、H2
で希釈した、モノシラン(SiH4)とゲルマン(Ge
4)を分解して、真性a−SiGe層105をその上
に250nm形成した。この時、n層との界面近傍およ
びp層との界面近傍にはいわゆるバッファー層を形成し
た。
Next, while heating the substrate to 280 ° C., H 2
Monosilane (SiH 4 ) and germane (Ge
H 4 ) was decomposed to form a 250 nm intrinsic a-SiGe layer 105 thereon. At this time, a so-called buffer layer was formed near the interface with the n-layer and near the interface with the p-layer.

【0085】次に基板を200℃に加熱しながら、H2
で希釈した、モノシラン(SiH4)と3ふっかボロン
(BF3)を分解して、p型の微結晶シリコン層106
を5nm形成した。
[0085] Next, while heating the substrate to 200 ° C., H 2
Decompose monosilane (SiH 4 ) and 3-fluoroboron (BF 3 ) diluted with p-type to form a p-type microcrystalline silicon layer 106.
Was formed to a thickness of 5 nm.

【0086】次に抵抗加熱蒸着法により、基板を170
℃に加熱しながら、ITOを70nm蒸着し、透明電極
107を形成した。
Next, the substrate was heated to 170 by a resistance heating evaporation method.
While heating to 70 ° C., ITO was deposited to a thickness of 70 nm to form a transparent electrode 107.

【0087】次に電子ビーム蒸着法により、マスクを用
いて、図4のようなパターンに、Alを蒸着して集電電
極108を形成した。
Next, a current collecting electrode 108 was formed by evaporating Al in a pattern as shown in FIG. 4 using a mask by an electron beam evaporation method.

【0088】以上の工程で10cm角のいわゆる単層型
a−siGe太陽電池を10個作製した。
Through the above steps, ten 10 cm square so-called single-layer a-siGe solar cells were manufactured.

【0089】また、シャント抵抗が1cm2あたり1K
Ω以上の太陽電池を、25℃で、ソーラーシミュレータ
ーによって、AM1.5、100mw/cm2の疑似太
陽光を照射して、開放電圧(Voc)、短絡電流(Js
c)、フィルファクター(FF)、光電変換効率
(η)、直列抵抗(Rse)、シャント抵抗(Rsh)
等の太陽電池特性を測定し、平均値を求めた。
The shunt resistance is 1K per 1 cm 2
A solar cell of Ω or more was irradiated with a solar simulator at 25 ° C. and a solar simulator of AM 1.5, 100 mw / cm 2 , and the open-circuit voltage (Voc) and short-circuit current (Js)
c), fill factor (FF), photoelectric conversion efficiency (η), series resistance (Rse), shunt resistance (Rsh)
And the like, and the average value was determined.

【0090】太陽電池特性の結果を表2にまとめた。Table 2 summarizes the results of the solar cell characteristics.

【0091】但し、太陽電池特性は後述する比較例3の
値で規格化してある。
However, the solar cell characteristics are standardized by the values of Comparative Example 3 described later.

【0092】表2から明らかなように、本発明の透明導
電層103を用いた太陽電池によって、比較例3に比
べ、直列抵抗が小さくなり、開放電圧(Voc)とフィ
ルファクター(FF)が向上し、光電変換効率(η)が
向上した。
As is clear from Table 2, the solar cell using the transparent conductive layer 103 of the present invention has a smaller series resistance and improved open-circuit voltage (Voc) and fill factor (FF) as compared with Comparative Example 3. However, the photoelectric conversion efficiency (η) was improved.

【0093】これは、比較例3の場合には、Cuあるい
はAgが欠陥性のn型半導体であるZnOに拡散した場
合に、アクセプターと成りうることから、Agとの界面
近傍においてZnOが高抵抗化し、太陽電池の直列抵抗
を増大させている恐れがあるのに対し、本発明のごと
く、ZnOに添加するFの量を膜厚方向に図6のように
変化させることによって、ZnOが裏面電極102との
界面付近で、低抵抗のとなり、上述のようなZnOの高
抵抗化が起こらず、太陽電池の直列抵抗が減少したもの
と考えられる。また、添加するFの量を裏面電極102
の界面付近でのみ増加させる事により、Fの添加によっ
てZnOの透過率が低下する事がなく、波長400nm
から1000nmの光の透過率は85%以上であった。
ここで透過率はガラス基板上にFを添加したZnOを前
述の方法で形成して測定した。
This is because, in the case of Comparative Example 3, when Cu or Ag diffuses into ZnO, which is a defective n-type semiconductor, it can act as an acceptor. And increasing the series resistance of the solar cell, as in the present invention, by changing the amount of F added to ZnO in the film thickness direction as shown in FIG. It is considered that the resistance became low near the interface with the substrate 102, and the above-described increase in the resistance of ZnO did not occur, and the series resistance of the solar cell decreased. In addition, the amount of F to be added
, The transmittance of ZnO is not reduced by the addition of F, and the wavelength is 400 nm.
The transmittance of light having a wavelength of from to 1000 nm was 85% or more.
Here, the transmittance was measured by forming ZnO to which F was added on a glass substrate by the above-described method.

【0094】(比較例3) 実施例2に於いて、透明導電層103であるZnOにF
を添加せずに、それ以外は実施例2と全く同様に、10
cm角のいわゆる単層型a−SiGe太陽電池を10個
作製した。
(Comparative Example 3) In Example 2, ZnO as the transparent conductive layer 103
Without the addition of 10
Ten so-called single-layer a-SiGe solar cells of cm square were manufactured.

【0095】実施例2と同様に、太陽電池特性を測定
し、平均値を求めた。
In the same manner as in Example 2, the solar cell characteristics were measured, and the average value was obtained.

【0096】(比較例4)実施例2に於いて、成膜中に
導入するH2で10%に希釈したSiF4の流量を8.0
μmol/minで一定にして、Fの添加量が膜厚方向
で一定であるZnOの透明導電層103を形成した。そ
れ以外は実施例2と全く同様に、10cm角のいわゆる
単層型a−SiGe太陽電池を10個作製した。
Comparative Example 4 In Example 2, the flow rate of SiF 4 diluted to 10% with H 2 introduced during film formation was 8.0.
The ZnO transparent conductive layer 103 was formed at a constant rate of μmol / min and the amount of F added was constant in the film thickness direction. Except for this, 10 so-called single-layer a-SiGe solar cells of 10 cm square were manufactured in exactly the same manner as in Example 2.

【0097】実施例2と同様に、太陽電池特性を測定
し、平均値を求めた。
In the same manner as in Example 2, the characteristics of the solar cell were measured, and the average value was obtained.

【0098】ZnOにFを添加する事によって、透明導
電層103が低抵抗になり、比較例3に比べ、直列抵抗
が減少して、開放電圧(Voc)とフィルファクター
(FF)が向上した。しかしながら、ZnOの膜厚方向
全体にわたってFを添加したためにZnOの透過率が減
少し、裏面電極からの反射が減少して、短絡電流(Js
c)が減少し、光電変換効率(η)は比較例3に比べて
向上しなかった。
By adding F to ZnO, the resistance of the transparent conductive layer 103 was reduced, the series resistance was reduced, and the open-circuit voltage (Voc) and the fill factor (FF) were improved as compared with Comparative Example 3. However, since F is added throughout the thickness direction of ZnO, the transmittance of ZnO decreases, the reflection from the back electrode decreases, and the short-circuit current (Js
c) decreased, and the photoelectric conversion efficiency (η) did not improve as compared with Comparative Example 3.

【0099】[0099]

【表2】 [Table 2]

【0100】(実施例3)以下の工程で、図7に示した
本発明の他の一例の太陽電池を作製した。
Example 3 In the following steps, another example of the solar cell of the present invention shown in FIG. 7 was manufactured.

【0101】図7は、2組のPIN接合を積層した、ス
タック型の太陽電池である。
FIG. 7 shows a stacked solar cell in which two sets of PIN junctions are stacked.

【0102】まず表面がRmaxで0.1μm以下で、
厚さ0.15mmで、幅32cm、長さ15mの、シー
ト状のステンレス基板を洗浄し、送り出し用のロールと
巻き取り用のロールの間で連続的に基板を移動させなが
ら処理を行う、いわゆるロールツーロール法によって以
下の処理を行った。
First, when the surface is Rmax of 0.1 μm or less,
A sheet-like stainless steel substrate having a thickness of 0.15 mm, a width of 32 cm, and a length of 15 m is washed, and a process is performed while continuously moving the substrate between a feeding roll and a winding roll. The following processing was performed by the roll-to-roll method.

【0103】まず、13.56MHzの高周波を用いた
公知のRFマグネトロンスパッタ装置によって、裏面電
極702としてAgを平均0.4μm形成した。このと
き基板を380℃に加熱しながらスパッタリングを行う
ことにより、Rmaxで0.6μmの光を散乱する凹凸
形状を作製した。
First, Ag was formed as an average of 0.4 μm as the back electrode 702 by a known RF magnetron sputtering apparatus using a high frequency of 13.56 MHz. At this time, by performing sputtering while heating the substrate to 380 ° C., a concavo-convex shape for scattering light having a Rmax of 0.6 μm was produced.

【0104】次に、前述のRFスパッタ法により、Ag
の上にAlを50nm積層した。
Next, Ag was formed by the above-mentioned RF sputtering method.
A 50 nm layer of Al was laminated on the substrate.

【0105】次に、前述のRFスパッタ法により、酸化
亜鉛(ZnO)を0.4μm形成した。
Next, 0.4 μm of zinc oxide (ZnO) was formed by the RF sputtering method described above.

【0106】このとき、ZnOを形成する前に、基板側
にRF高周波を印加する事によって、基板をスパッタ
し、基板表面を粗面化すると同時に、基板表面のAlを
スパッタによって、ZnOのターゲット上に薄く成膜し
た。その後、ZnOのスパッタを開始する事によって、
ZnOの成膜初期のみAlをドーピングする事ができ
た。
At this time, before forming ZnO, the substrate is sputtered by applying RF high frequency to the substrate side to roughen the substrate surface, and at the same time, Al on the substrate surface is sputtered on the ZnO target. A thin film was formed. Then, by starting the sputtering of ZnO,
Al could be doped only at the initial stage of ZnO film formation.

【0107】また、ZnOの成膜後に、前述のRFスパ
ッタ法によりもう一度Alを5nm形成し、その後N2
雰囲気中で300℃で20分熱アニール処理を行った。
[0107] Further, after forming the ZnO, again Al was 5nm formed by an RF sputtering method described above, then N 2
Thermal annealing was performed at 300 ° C. for 20 minutes in an atmosphere.

【0108】以上の方法によって、ZnO中のAlの添
加量を図8に示すように膜厚方向に対して変化させる事
ができた。図8は、ZnOの2次イオン質量分析(SI
MS)によるAlのピークの深さ方向分析の結果のグラ
フである。
By the above method, the amount of Al added in ZnO could be changed in the film thickness direction as shown in FIG. FIG. 8 shows secondary ion mass spectroscopy (SI
10 is a graph showing the results of analysis of the Al peak in the depth direction by (MS).

【0109】次に、グローディスチャージ法(GD法)
によって、以下の各半導体層を形成した。
Next, glow discharge method (GD method)
As a result, the following semiconductor layers were formed.

【0110】まず基板を300℃に加熱しながら、n型
a−Si層704を20nm形成した。
First, while heating the substrate to 300 ° C., an n-type a-Si layer 704 was formed to a thickness of 20 nm.

【0111】次に基板を280℃に加熱しながら、真性
a−SiGe層705をその上に250nm形成した。
このとき同じ成膜条件でガラス基板上に真性a−SiG
eを1μm堆積して評価したところ、光学的バンドギャ
ップ(Eg)が1.48eVであった。
Next, while heating the substrate to 280 ° C., an intrinsic a-SiGe layer 705 was formed thereon to a thickness of 250 nm.
At this time, the intrinsic a-SiG
When e was deposited at 1 μm and evaluated, the optical band gap (Eg) was 1.48 eV.

【0112】また真性a−SiGe層705はn層とp
層の近傍30nmずつをa−SiGeからa−Siに連
続的に組成の変化する、いわゆるバッファー層を設けて
ある。
The intrinsic a-SiGe layer 705 is composed of the n layer and the p layer.
A so-called buffer layer is provided in which the composition changes continuously from a-SiGe to a-Si in the vicinity of the layer at 30 nm each.

【0113】次に基板を260℃に加熱しながら、p型
微結晶シリコン層706を5nm形成した。
Next, while heating the substrate to 260 ° C., a p-type microcrystalline silicon layer 706 was formed to a thickness of 5 nm.

【0114】次に基板を240℃に加熱しながら、n型
a−Si層707を20nm形成した。
Next, while heating the substrate to 240 ° C., an n-type a-Si layer 707 was formed to a thickness of 20 nm.

【0115】次に基板を240℃に加熱しながら、真性
a−Si層708をその上に220nm形成した。次に
基板を200℃に加熱しながら、p型の微結晶シリコン
層709を4nm形成した。
Next, while heating the substrate to 240 ° C., an intrinsic a-Si layer 708 was formed thereon to a thickness of 220 nm. Next, while heating the substrate to 200 ° C., a p-type microcrystalline silicon layer 709 was formed to a thickness of 4 nm.

【0116】次に抵抗加熱蒸着により、基板を170℃
に加熱しながら、ITOを70nm蒸着し、透明電極7
10を形成した。
Next, the substrate was heated to 170 ° C. by resistance heating evaporation.
While heating to a thickness of 70 nm, ITO was deposited to a thickness of 70
10 was formed.

【0117】次にエッチングにより太陽電池を10cm
角に分離し、エッチングラインに沿って基板を切断し
た。
Next, the solar cell is etched by 10 cm.
The substrate was cut into corners and cut along the etching line.

【0118】次に電子ビーム蒸着法により、図4のよう
なパターンで、Alを蒸着して集電電極711を形成し
た。
Next, a current collecting electrode 711 was formed by evaporating Al in a pattern as shown in FIG. 4 by an electron beam evaporation method.

【0119】以上の工程で10cm角のいわゆるSi/
SiGe2層スタック型太陽電池を300個作製した。
In the above steps, a 10 cm square so-called Si /
300 SiGe two-layer stack type solar cells were produced.

【0120】また、シャント抵抗が1cm2あたり1K
Ω以上の太陽電池を、25℃で、ソーラーシミュレータ
ーによって、AM1.5、100mw/cm2の疑似太
陽光を照射して、開放電圧(Voc)、短絡電流(Js
c)、フィルファクター(FF)、光電変換効率
(η)、直列抵抗(Rse)、シャント抵抗(Rsh)
等の太陽電池特性を測定し、平均値を求めた。
The shunt resistance is 1K per 1 cm 2
A solar cell of Ω or more was irradiated with a solar simulator at 25 ° C. and a solar simulator of AM 1.5, 100 mw / cm 2 , and the open-circuit voltage (Voc) and short-circuit current (Js)
c), fill factor (FF), photoelectric conversion efficiency (η), series resistance (Rse), shunt resistance (Rsh)
And the like, and the average value was determined.

【0121】太陽電池特性の結果を表3にまとめた。Table 3 summarizes the results of the solar cell characteristics.

【0122】但し、太陽電池特性は後述する比較例5の
値で規格化してある。
However, the solar cell characteristics are standardized by the values of Comparative Example 5 described later.

【0123】表3から明らかなように、本発明の透明導
電層703を用いた太陽電池によって、直列抵抗が小さ
くなり、開放電圧(Voc)、短絡電流(Jsc)、フ
ィルファクター(FF)がそれぞれ向上し、光電変換効
率(η)が向上した。
As is clear from Table 3, the solar cell using the transparent conductive layer 703 of the present invention has a reduced series resistance, and has an open-circuit voltage (Voc), short-circuit current (Jsc), and fill factor (FF), respectively. And the photoelectric conversion efficiency (η) was improved.

【0124】これは、実施例1及び実施例2の効果に加
えて、Alの添加量を、n型a−Si層704から裏面
電極702に向かうにつれて、界面付近をのぞいて単調
に増加させる事により、屈折率が徐々に減少し、n型a
−Si層704と透明導電層703の界面での光の反射
が減少して、長波長光の散乱による光閉じこめ効果が増
大したものと考えられる。
This means that, in addition to the effects of Embodiments 1 and 2, the amount of Al monotonically increases from the n-type a-Si layer 704 toward the back electrode 702 except for the vicinity of the interface. , The refractive index gradually decreases, and the n-type a
It is considered that the reflection of light at the interface between the -Si layer 704 and the transparent conductive layer 703 was reduced, and the light confinement effect by scattering of long-wavelength light was increased.

【0125】(比較例5)実施例3に於いて、透明導電
層703であるZnOにAlを添加せずに、それ以外は
実施例3と全く同様に、10cm角のいわゆるSi/S
iGe2層スタック型太陽電池を300個作製した。
Comparative Example 5 A 10 cm square so-called Si / S was prepared in the same manner as in Example 3 except that Al was not added to ZnO as the transparent conductive layer 703 except for Al.
300 iGe two-layer stack type solar cells were produced.

【0126】実施例3と同様に、太陽電池特性を測定
し、平均値を求めた。
In the same manner as in Example 3, the solar cell characteristics were measured, and the average value was obtained.

【0127】(比較例6)実施例3に於いて、Alを1
0%添加したZnOターゲットを用いてスパッタリング
を行う事により、Alの添加量が膜厚方向で一定である
ZnOの透明導電層103を形成した。この場合ZnO
の成膜の前後でのAlの蒸着は行っていない。それ以外
は実施例3と全く同様に、10cm角のいわゆるSi/
SiGe2層スタック型太陽電池を300個作製した。
(Comparative Example 6) In Example 3, Al was changed to 1
By performing sputtering using a ZnO target to which 0% was added, a transparent conductive layer 103 of ZnO in which the addition amount of Al was constant in the film thickness direction was formed. In this case ZnO
Al deposition was not performed before and after the film formation. Other than that, exactly as in Example 3, a 10 cm square so-called Si /
300 SiGe two-layer stack type solar cells were produced.

【0128】実施例3と同様に、太陽電池特性を測定
し、平均値を求めた。
In the same manner as in Example 3, the solar cell characteristics were measured, and the average value was obtained.

【0129】ZnOにAlを添加する事によって、透明
導電層703が低抵抗になり、比較例5に比べ、直列抵
抗が減少して、開放電圧(Voc)とフィルファクター
(FF)が向上した。しかしながら、ZnOの膜厚方向
全体にわたってAlを添加したためにZnOの透過率が
減少し、裏面電極からの反射が減少して、短絡電流(J
sc)が減少し、光電変換効率(η)は比較例5に比べ
て向上しなかった。
By adding Al to ZnO, the resistance of the transparent conductive layer 703 was reduced, the series resistance was reduced, and the open-circuit voltage (Voc) and the fill factor (FF) were improved as compared with Comparative Example 5. However, since Al was added throughout the thickness direction of ZnO, the transmittance of ZnO was reduced, the reflection from the back electrode was reduced, and the short-circuit current (J
sc) decreased, and the photoelectric conversion efficiency (η) did not improve as compared with Comparative Example 5.

【0130】[0130]

【表3】 [Table 3]

【0131】(実施例4)以下の工程で、図9に示した
本発明のさらに他の一例の太陽電池を作製した。
Example 4 A further example of the solar cell of the present invention shown in FIG. 9 was manufactured by the following steps.

【0132】まず基板901として、表面がRmaxで
0.1μm以下で、厚さ0.18mmで、幅32cm、
長さ10mのシート状のポリイミドフィルムを基板とし
て洗浄し、実施例3と同様のいわゆるロールツーロール
法によって以下の処理を行った。
First, the substrate 901 has a surface with an Rmax of 0.1 μm or less, a thickness of 0.18 mm, a width of 32 cm,
The sheet-like polyimide film having a length of 10 m was washed as a substrate and subjected to the following treatment by a so-called roll-to-roll method similar to that of Example 3.

【0133】まず、図3に示したDCマグネトロンスパ
ッタ装置によって裏面電極902としてCuを平均0.
4μm形成した。次に基板を150℃に加熱しながら、
基板側にRF高周波を印加してArガスのプラズマを起
こし、基板をスパッタすることによって、Rmaxで
0.6μmの光を散乱する凹凸形状を作製した。次に電
子ビーム蒸着装置とRF高周波を印加する誘電コイルを
それぞれ2個チャンバー内に備えた不図示のいわゆるイ
オンプレーティング装置により、基板温度を180℃に
保ちつつ、O2ガスを導入して、ITOを蒸着して、透
明導電層903を0.3μm形成した。
First, Cu was used as the back surface electrode 902 by using the DC magnetron sputtering apparatus shown in FIG.
4 μm was formed. Next, while heating the substrate to 150 ° C.
An RF high frequency was applied to the substrate side to generate plasma of Ar gas, and the substrate was sputtered to produce an irregular shape that scatters light having a Rmax of 0.6 μm. Next, an O 2 gas was introduced while maintaining the substrate temperature at 180 ° C. by using a so-called ion plating device (not shown) provided with two electron coils each for applying an RF beam and an electron beam vapor deposition device in a chamber. ITO was deposited to form a transparent conductive layer 903 having a thickness of 0.3 μm.

【0134】このとき、2個の電子ビーム蒸着装置でI
nとSnを独立に蒸発させる事により、In23に対す
るSnの添加量を自由に制御できるようにした。そし
て、Snの蒸着における電子ビームの電流量を図10の
ように変化させる事により、In23に対するSnの添
加量を図11のように透明導電層903の膜厚方向に対
して変化させる事ができた。このときSnの添加量はオ
ージェ電子分光とスパッタリングを繰り返す事によって
求めた。
At this time, the two electron beam evaporation devices
By independently evaporating n and Sn, the amount of Sn added to In 2 O 3 can be freely controlled. Then, the amount of Sn added to In 2 O 3 is changed in the thickness direction of the transparent conductive layer 903 as shown in FIG. 11 by changing the current amount of the electron beam in the deposition of Sn as shown in FIG. I was able to do things. At this time, the addition amount of Sn was determined by repeating Auger electron spectroscopy and sputtering.

【0135】そして、以下の工程で図9に示す太陽電池
の半導体層を作製した。
Then, the semiconductor layer of the solar cell shown in FIG. 9 was manufactured in the following steps.

【0136】まず基板を180℃に加熱しながら、蒸着
法により、p型のCdTe膜904を0.35μm形成
した。
First, while heating the substrate to 180 ° C., a p-type CdTe film 904 was formed to a thickness of 0.35 μm by an evaporation method.

【0137】次に基板を170℃に加熱しながら、蒸着
法により、n型のCdS膜905を0.1μm形成し
た。
Next, while heating the substrate to 170 ° C., an n-type CdS film 905 was formed to a thickness of 0.1 μm by vapor deposition.

【0138】次に抵抗加熱蒸着により、基板を170℃
に加熱しながら、ITOを70nm蒸着し、透明電極9
06を形成した。
Next, the substrate was heated to 170 ° C. by resistance heating evaporation.
While heating to a thickness of 70 nm, ITO was evaporated to a thickness of 70
06 was formed.

【0139】次にスクリーン印刷により図4のようなパ
ターンで、Agペーストを印刷して集電電極907を形
成した。
Next, a current collector electrode 907 was formed by printing an Ag paste by screen printing in a pattern as shown in FIG.

【0140】その後、N2雰囲気中で、120℃、1時
間の加熱処理を施した。
Thereafter, a heat treatment was performed in an N 2 atmosphere at 120 ° C. for 1 hour.

【0141】次にエツチングにより太陽電池を10cm
角に分離し、エッチングラインに沿って基板を切断し
た。
Next, the solar cell was etched by 10 cm.
The substrate was cut into corners and cut along the etching line.

【0142】以上の工程で10cm角のいわゆるCdS
/CdTe太陽電池を200個作製した。そして、シャ
ント抵抗が1cm2あたり1KΩ以上の太陽電池を、2
5℃で、ソーラーシミュレーターによって、AM1.
5、100mw/cm2の疑似太陽光を照射して、開放
電圧(Voc)、短絡電流(Jsc)、フィルファクタ
ー(FF)、光電変換効率(η)、直列抵抗(Rs
e)、シャント抵抗(Rsh)等の太陽電池特性を測定
し、平均値を求めた。
In the above steps, a so-called CdS of 10 cm square is formed.
/ 200 CdTe solar cells were produced. And, the more solar cells 1KΩ per 1cm 2 shunt resistance, 2
At 5 ° C., the AM1.
5, irradiate 100 mw / cm 2 of simulated sunlight, open voltage (Voc), short circuit current (Jsc), fill factor (FF), photoelectric conversion efficiency (η), series resistance (Rs)
e) Solar cell characteristics such as shunt resistance (Rsh) were measured and averaged.

【0143】太陽電池特性の結果を表4にまとめた。Table 4 summarizes the results of the solar cell characteristics.

【0144】但し、太陽電池特性は後述する比較例7の
値で規格化してある。
However, the solar cell characteristics are standardized by the values of Comparative Example 7 described later.

【0145】表4から明らかなように、本発明の透明導
電層903を用いた太陽電池によって、直列抵抗が小さ
くなり、開放電圧(Voc)、短絡電流(Jsc)、フ
ィルファクター(FF)がそれぞれ向上し、光電変換効
率(η)が向上した。
As is clear from Table 4, the solar cell using the transparent conductive layer 903 of the present invention has reduced series resistance, and has an open-circuit voltage (Voc), short-circuit current (Jsc), and fill factor (FF), respectively. And the photoelectric conversion efficiency (η) was improved.

【0146】これは、In23に対するSnの添加量を
膜厚方向に図11のように変化させることによって、I
23が、p型のCdTe層904との界面付近で、低
抵抗のn型となり、透明導電層903とp型のCdTe
層904との界面でトンネル接合を形成することによっ
て直列抵抗が小さくなったものと考えられる。また、透
明導電層903と裏面電極902との界面近傍において
もIn23が低抵抗となる事によって、直列抵抗が小さ
くなったものと考えられる。さらに、Snの添加量を、
p型のCdTe層904から裏面電極902に向かうに
つれて、界面付近をのぞいて単調に減少させる事によ
り、p型のCdTe層904と透明導電層903の界面
での光の反射が減少し、長波長光の散乱による光閉じこ
め効果が増大して、短絡電流(Jsc)が向上したもの
と考えられる。
This is achieved by changing the amount of Sn added to In 2 O 3 in the film thickness direction as shown in FIG.
Near the interface with the p-type CdTe layer 904, the n 2 O 3 becomes a low-resistance n-type, and the transparent conductive layer 903 and the p-type CdTe layer 904.
It is considered that the formation of the tunnel junction at the interface with the layer 904 reduced the series resistance. In addition, it is considered that the series resistance was also reduced due to the low resistance of In 2 O 3 near the interface between the transparent conductive layer 903 and the back electrode 902. Further, the amount of Sn added is
By decreasing monotonically from the p-type CdTe layer 904 to the back surface electrode 902 except for the vicinity of the interface, light reflection at the interface between the p-type CdTe layer 904 and the transparent conductive layer 903 is reduced, and a long wavelength It is considered that the light confinement effect due to light scattering increased and the short-circuit current (Jsc) improved.

【0147】(比較例7)実施例4に於いて、透明導電
層903として、Snを添加しないIn23を用いて、
それ以外は実施例4と全く同様にして、10cm角のい
わゆるCds/CdTe太陽電池を200個作製した。
(Comparative Example 7) In Example 4, In 2 O 3 to which Sn was not added was used as the transparent conductive layer 903.
Otherwise, exactly the same as in Example 4, 200 so-called Cds / CdTe solar cells of 10 cm square were manufactured.

【0148】実施例4と同様に、太陽電池特性を測定
し、平均値を求めた。
In the same manner as in Example 4, the solar cell characteristics were measured, and the average value was obtained.

【0149】(比較例8)実施例4に於いて、In23
に対するSnの添加量を10%で一定であるITOの透
明導電層903を形成した。それ以外は実施例4と全く
同様に、10cm角のいわゆるCdS/CdTe太陽電
池を200個作製した。
(Comparative Example 8) In Example 4, In 2 O 3
A transparent conductive layer 903 of ITO was formed, in which the amount of Sn added to was constant at 10%. Except for this, exactly the same as in Example 4, 200 so-called CdS / CdTe solar cells of 10 cm square were manufactured.

【0150】実施例4と同様に、太陽電池特性を測定
し、平均値を求めた。
In the same manner as in Example 4, the solar cell characteristics were measured, and the average value was obtained.

【0151】In23にSnを10%添加することによ
って、透明導電層903が低抵抗になったが、直列抵抗
は十分に減少せず、光電変換効率(η)は実施例4に比
べて低かった。これは、p型のCdTe層904と透明
導電層903の界面におけるバリヤを十分に低減できな
かったためと思われる。また、Snの添加量を40%で
一定にした場合は、直列抵抗は十分に減少したが、透過
率が低下してしまった。
By adding 10% of Sn to In 2 O 3 , the resistance of the transparent conductive layer 903 was reduced, but the series resistance was not sufficiently reduced, and the photoelectric conversion efficiency (η) was lower than that of Example 4. Was low. This is presumably because the barrier at the interface between the p-type CdTe layer 904 and the transparent conductive layer 903 could not be sufficiently reduced. When the amount of Sn added was fixed at 40%, the series resistance was sufficiently reduced, but the transmittance was reduced.

【0152】[0152]

【表4】 [Table 4]

【0153】[0153]

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので下記の様な効果をそうする。
The present invention has the following effects because it is configured as described above.

【0154】透明導電層を形成する化合物に導電率を変
化させる元素を添加し、該元素の添加量を膜厚方向で変
化させるので、光起電力素子の直列抵抗が減少して、開
放電圧(Voc)、フィルファクター(FF)がそれぞ
れ向上し、さらに半導体層での長波長光の吸収が増大し
て短絡電流(Jsc)が向上し、それらによって、光起
電力素子の光電変換効率を向上させることができた。
An element for changing the conductivity is added to the compound forming the transparent conductive layer, and the amount of the element is changed in the film thickness direction. Therefore, the series resistance of the photovoltaic element decreases, and the open-circuit voltage ( Voc) and the fill factor (FF) are improved, and the absorption of long-wavelength light in the semiconductor layer is increased, thereby improving the short-circuit current (Jsc), thereby improving the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic device. I was able to.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の光起電力素子の一例の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of an example of a photovoltaic device of the present invention.

【図2】本発明の一例の光起電力素子の透明導電層の化
合物に添加された元素の膜厚に対する変化の第1の例を
示したグラフである。
FIG. 2 is a graph showing a first example of a change with respect to a film thickness of an element added to a compound of a transparent conductive layer of a photovoltaic device according to an example of the present invention.

【図3】本発明の光起電力素子の透明導電層を形成する
ための製造装置の一例の断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of an example of a manufacturing apparatus for forming a transparent conductive layer of the photovoltaic device of the present invention.

【図4】本発明の光起電力素子の一例の概観図である。FIG. 4 is a schematic view of an example of the photovoltaic device of the present invention.

【図5】本発明の一例の光起電力素子の透明導電層を形
成する時に導入するガスの流量の時間に対する変化のさ
せ方を示したグラフである。
FIG. 5 is a graph showing how a flow rate of a gas introduced when forming a transparent conductive layer of a photovoltaic element according to an example of the present invention is changed with time.

【図6】本発明の一例の光起電力素子の透明導電層の化
合物に添加された元素の膜厚に対する変化の第2の例を
示したグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a second example of a change with respect to the film thickness of an element added to the compound of the transparent conductive layer of the photovoltaic device of one example of the present invention.

【図7】本発明の光起電力素子の他の一例の断面図であ
る。
FIG. 7 is a sectional view of another example of the photovoltaic device of the present invention.

【図8】本発明の一例の光起電力素子の透明導電層の化
合物に添加された元素の膜厚に対する変化の第3の例を
示したグラフである。
FIG. 8 is a graph showing a third example of a change with respect to the film thickness of an element added to the compound of the transparent conductive layer of the photovoltaic device of one example of the present invention.

【図9】本発明の光起電力素子のさらに他の一例の断面
図である。
FIG. 9 is a sectional view of still another example of the photovoltaic device of the present invention.

【図10】本発明の一例の光起電力素子の透明導電層を
形成する時の形成条件の時間に対する変化のさせ方を示
したグラフである。
FIG. 10 is a graph showing how to change the formation conditions with time when forming a transparent conductive layer of a photovoltaic element according to an example of the present invention.

【図11】本発明の一例の光起電力素子の透明導電層の
化合物に添加された元素の膜厚に対する変化の第4の例
を示したグラフである。
FIG. 11 is a graph showing a fourth example of the change with respect to the film thickness of the element added to the compound of the transparent conductive layer of the photovoltaic device of one example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101,701,901 基板 102,702,902 裏面電極 103,703,903 透明導電層 104,704,707,905 n型半導体層 105,705,708 真性半導体層 106,706,709,904 p型半導体層 107,710,906 透明電極 108,711,907 集電電極 301 真空容器 302 支持部 303 加熱板 304 熱電対 305 温度コントローラー 306 ヒーター 307 伝熱板 308 基板 309 基板押さえ 310 ターゲット 311 ターゲット台 312 マグネット 313 冷却水導入パイプ 314 スパッタ電源 315 高周波電源 316,317 マスフローコントローラー 318 真空計 319 メインバルブ 320 プラズマ空間 401 太陽電池の光入射面 402 取り出し電極 721 第1セル 722 第2セル 101, 701, 901 Substrate 102, 702, 902 Back electrode 103, 703, 903 Transparent conductive layer 104, 704, 707, 905 N-type semiconductor layer 105, 705, 708 Intrinsic semiconductor layer 106, 706, 709, 904 P-type semiconductor Layers 107, 710, 906 Transparent electrodes 108, 711, 907 Collector electrodes 301 Vacuum container 302 Support 303 Heating plate 304 Thermocouple 305 Temperature controller 306 Heater 307 Heat transfer plate 308 Substrate 309 Substrate holder 310 Target 311 Target base 312 Magnet 313 Cooling water introduction pipe 314 Sputter power supply 315 High frequency power supply 316, 317 Mass flow controller 318 Vacuum gauge 319 Main valve 320 Plasma space 401 Solar cell light incident surface 402 Extraction electrode 7 21 First cell 722 Second cell

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 光入射面の反対側に設けられた裏面電極
光電変換のための半導体層との間に、ZnOで形成さ
れた透明導電層を有する光起電力素子において、該透明
導電層に導電率を変化させる元素としてAl、In、
B、Ga、Si、Fから選択される元素を含有させると
ともに、該元素の添加量が該半導体層との界面近傍にお
いて増大するように膜厚方向で変化していることを特徴
とする光起電力素子。
A ZnO film is formed between a back electrode provided on a side opposite to a light incident surface and a semiconductor layer for photoelectric conversion.
In a photovoltaic element having a transparent conductive layer, Al, In,
B, Ga, Si, when Ru is contained an element selected from F
In both cases, the photovoltaic device is characterized in that the addition amount of the element changes in the film thickness direction so as to increase near the interface with the semiconductor layer.
【請求項2】光入射面の反対側に設けられた裏面電極と
光電変換のための半導体層との間に、ZnO、In 2 3
又はSnO 2 で形成された透明導電層を有する光起電力
素子であって、該透明導電層に導電率を変化させる元素
として該透明電極層がZnOの場合にはAl、In、
B、Ga、Si、Fから選択される元素を、該透明電極
層がIn 2 3 の場合にはSn、F、Te、Ti、Sb、
Pbから選択される元素を、該透明電極層がSnO 2
場合にはF、Sb、P、As、In、Tl、Te、C
l、Br、Iから選択される元素を含有させるととも
に、該元素の添加量が該裏面電極との界面近傍において
増大するように膜厚方向で変化していることを特徴とす
る光起電力素子。
A back electrode provided on the opposite side of the light incident surface;
ZnO, In 2 O 3 between the semiconductor layer for photoelectric conversion
Or a photovoltaic device having a transparent conductive layer formed of SnO 2
An element that changes the electrical conductivity of the transparent conductive layer.
When the transparent electrode layer is made of ZnO, Al, In,
An element selected from B, Ga, Si, and F is added to the transparent electrode
If the layer is In 2 O 3 , Sn, F, Te, Ti, Sb,
An element selected from Pb, transparent electrode layer is SnO 2
In the case, F, Sb, P, As, In, Tl, Te, C
containing an element selected from l, Br and I
In the vicinity of the interface with the back electrode,
Characterized in that it changes in the film thickness direction so as to increase.
Photovoltaic element.
【請求項3】 前記導電率を変化させる元素の添加量
を、前記半導体層との界面近傍において増大させたこと
を特徴とする請求項に記載の光起電力素子。
3. The photovoltaic device according to claim 2 , wherein the amount of the element that changes the conductivity is increased near the interface with the semiconductor layer.
【請求項4】前記導電率を変化させる元素の添加量が、
前記半導体層側から前記裏面電極側に向かって単調に減
少する部分を有することを特徴とする請求項2又は3に
記載の光起電力素子。
4. The method according to claim 1, wherein the amount of the element that changes the electric conductivity is:
Monotonously decreasing from the semiconductor layer side to the back electrode side
4. The method as claimed in claim 2, wherein the portion has a reduced portion.
The photovoltaic device according to any one of the preceding claims.
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