JP2000252489A - Integrated silicon thin-film photoelectric conversion device and its manufacture - Google Patents

Integrated silicon thin-film photoelectric conversion device and its manufacture

Info

Publication number
JP2000252489A
JP2000252489A JP11055521A JP5552199A JP2000252489A JP 2000252489 A JP2000252489 A JP 2000252489A JP 11055521 A JP11055521 A JP 11055521A JP 5552199 A JP5552199 A JP 5552199A JP 2000252489 A JP2000252489 A JP 2000252489A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
photoelectric conversion
layer
conversion device
silicon
region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP11055521A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Keiji Okamoto
圭史 岡本
Masashi Yoshimi
雅士 吉見
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd filed Critical Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Priority to JP11055521A priority Critical patent/JP2000252489A/en
Publication of JP2000252489A publication Critical patent/JP2000252489A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an integrated silicon thin-film photoelectric conversion device that has improved photoelectric conversion characteristics and can generate a high voltage and high output. SOLUTION: In an integrated silicon thin-film photoelectric conversion device, a reverse side electrode layer 2, a silicon photoelectric conversion unit layer 3A, and a second electrode layer 4 that are laminated successively on an insulation substrate 1 are separated by a plurality of separation grooves 2a and 4a that are essentially straight and are in parallel each other so that a plurality of photoelectric conversion cells can be formed, the cells are electrically connected in series via a groove 3a for connection that penetrates the photoelectric conversion unit layer 3A, the photoelectric conversion unit layer 3A contains a one conductivity type layer and essentially intrinsic semiconductor layer and an opposite conductivity type layer that are laminated successively, and a region ranging from 1 to 300 μm from the side wall of the groove for connection is set to a high-resistance region with a smaller volume crystallization fraction as compared with the photoelectric conversion region that is the other remaining region.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は薄膜光電変換装置に
関し、特に、少なくとも1つの結晶質シリコン系光電変
換ユニット層を含む光電変換セルの集積化と、その集積
型シリコン系薄膜光電変換装置の特性改善とに関するも
のである。なお、本願明細書において、「多結晶」と
「微結晶」と「結晶質」の用語は、薄膜光電変換装置の
技術分野で通常用いられているように、部分的に非晶質
状態を含むものをも意味するものとする。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a thin-film photoelectric conversion device, and more particularly to integration of a photoelectric conversion cell including at least one crystalline silicon-based photoelectric conversion unit layer, and characteristics of the integrated silicon-based thin-film photoelectric conversion device. It is about improvement. In the specification of the present application, the terms “polycrystalline”, “microcrystal”, and “crystalline” partially include an amorphous state as generally used in the technical field of a thin film photoelectric conversion device. Things also mean things.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、非晶質シリコン薄膜を利用した光
電変換装置の他に、多結晶シリコンや微結晶シリコンの
ような結晶質シリコンを含む薄膜を利用した結晶質光電
変換装置の開発が精力的に行なわれている。これらの開
発は、安価な基板上に低温プロセスで良質の結晶質シリ
コン薄膜を形成することによって光電変換装置の低コス
ト化と高性能化を両立させようという試みであり、太陽
電池だけでなく光センサ等のさまざまな光電変換装置へ
の応用が期待されている。
2. Description of the Related Art In recent years, in addition to a photoelectric conversion device using an amorphous silicon thin film, development of a crystalline photoelectric conversion device using a thin film containing crystalline silicon such as polycrystalline silicon or microcrystalline silicon has been vigorously performed. It is being done. These developments attempt to achieve both low cost and high performance of a photoelectric conversion device by forming a high-quality crystalline silicon thin film on an inexpensive substrate by a low-temperature process. Applications to various photoelectric conversion devices such as sensors are expected.

【0003】ところで、高電圧で高出力を生じ得る大面
積の太陽電池を作製する場合、非晶質シリコン系薄膜太
陽電池では、複数の大きな基板上に形成された複数の太
陽電池を直列接続して用いるのではなく、歩留りをよく
するために、1つの大きな基板上に形成された太陽電池
を複数のセルに分割して、それらのセルを電気的に直列
接続して集積化を行なうのが一般的である。特に、酸化
物透明電極の抵抗によるロスを低減するために、レーザ
ビームを用いて透明電極を所定幅の短冊状に加工し、そ
の短冊状の長手方向に直交する方向に各セルを直列接続
して集積化するのが一般的である。
When manufacturing a large-area solar cell capable of producing high output at a high voltage, an amorphous silicon-based thin-film solar cell is obtained by connecting a plurality of solar cells formed on a plurality of large substrates in series. In order to improve the yield, it is better to divide a solar cell formed on one large substrate into a plurality of cells and connect those cells electrically in series for integration. General. In particular, in order to reduce the loss due to the resistance of the oxide transparent electrode, the transparent electrode is processed into a strip having a predetermined width using a laser beam, and each cell is connected in series in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the strip. In general, they are integrated.

【0004】図2は、このような集積型非晶質薄膜太陽
電池の典型的な一例を模式的な断面部分図で示してい
る。なお、本願の各図においては、図面の明瞭化と簡略
化のために、長さや厚さ等の寸法関係は実際の寸法関係
を反映してはいない。
FIG. 2 is a schematic sectional partial view showing a typical example of such an integrated amorphous thin film solar cell. Note that, in each drawing of the present application, for clarification and simplification of the drawing, dimensional relationships such as length and thickness do not reflect actual dimensional relationships.

【0005】集積型非晶質太陽電池においては、まず、
少なくとも表面が絶縁性である基板1上に第1電極層2
が気相堆積法によって形成される。この第1電極層2
は、レーザスクライブによって形成された複数の第1電
極分離溝2aによって複数の帯状第1電極に分離され
る。すなわち、複数の第1電極分離溝2aは、図2の紙
面に直交する方向で互いに平行に延びている。
In an integrated amorphous solar cell, first,
A first electrode layer 2 on a substrate 1 having at least an insulating surface;
Is formed by a vapor deposition method. This first electrode layer 2
Are separated into a plurality of strip-shaped first electrodes by a plurality of first electrode separation grooves 2a formed by laser scribe. That is, the plurality of first electrode separation grooves 2a extend parallel to each other in a direction perpendicular to the paper surface of FIG.

【0006】第1電極層2および分離溝2a上には、そ
れらを覆うように非晶質半導体層3が気相堆積法によっ
て形成される。この半導体層3は、順次積層された1導
電型層、光電変換層として作用する実質的に真性の半導
体層、および逆導電型層を含んでいる。半導体層3は、
第1電極層2と同様に、レーザスクライブで形成された
複数の半導体層分割溝3aによって複数の帯状半導体領
域に分割される。すなわち、これらの半導体層分割溝3
aも、図2の紙面に直交する方向で互いに平行に延びて
いる。
An amorphous semiconductor layer 3 is formed on the first electrode layer 2 and the isolation trench 2a by a vapor deposition method so as to cover them. The semiconductor layer 3 includes a sequentially stacked one conductivity type layer, a substantially intrinsic semiconductor layer acting as a photoelectric conversion layer, and a reverse conductivity type layer. The semiconductor layer 3 is
Similarly to the first electrode layer 2, the semiconductor layer is divided into a plurality of band-shaped semiconductor regions by a plurality of semiconductor layer dividing grooves 3a formed by laser scribe. That is, these semiconductor layer dividing grooves 3
a also extend in parallel with each other in a direction perpendicular to the paper surface of FIG.

【0007】半導体層3および分割溝3a上には、それ
らを覆うように第2電極層4が気相堆積法によって形成
される。第2電極層4も、レーザスクライブで形成され
た複数の第2電極分離溝4aによって、複数の帯状の第
2電極に分離される。すなわち、これらの第2電極分離
溝4aも、図2の紙面に直交する方向で互いに平行に延
びている。
A second electrode layer 4 is formed on the semiconductor layer 3 and the division groove 3a by a vapor deposition method so as to cover them. The second electrode layer 4 is also separated into a plurality of band-shaped second electrodes by a plurality of second electrode separation grooves 4a formed by laser scribe. That is, these second electrode separation grooves 4a also extend parallel to each other in a direction perpendicular to the paper surface of FIG.

【0008】こうして、図2の紙面に直交する方向に延
びる複数の帯状光電変換セルが形成される。このとき、
半導体層分割溝3aは第2電極層4と同じ導電材料で埋
められているので、任意の1つのセルの第2電極4はそ
の右側に隣接するセルの第1電極2へ電気的に接続され
ている。すなわち、半導体層分割溝3aは電気的接続用
溝として働き、複数のセルが左右の方向に電気的に直列
接続された集積型非晶質薄膜太陽電池が得られる。
In this way, a plurality of strip-shaped photoelectric conversion cells extending in a direction perpendicular to the plane of FIG. 2 are formed. At this time,
Since the semiconductor layer dividing groove 3a is filled with the same conductive material as the second electrode layer 4, the second electrode 4 of any one cell is electrically connected to the first electrode 2 of the cell adjacent to the right side. ing. That is, the semiconductor layer division groove 3a functions as an electric connection groove, and an integrated amorphous thin film solar cell in which a plurality of cells are electrically connected in series in the left and right directions is obtained.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上述のような集積型の
薄膜太陽電池においては、絶縁基板1上の第1電極層2
を分離する第1電極分離溝2aは半導体層3によって埋
められており、その半導体層3を介して基板に平行な方
向に不要な接触をしている。また、複数のセルを直列接
続するための接続用溝3a内に形成される導電体は、半
導体層3の側面全体と接触している。しかし、非晶質薄
膜太陽電池における半導体層の厚みは非常に薄く、その
非晶質シリコン自体の抵抗が高いので、上述のような不
要な接触部分を経由して電流が流れることによるいわゆ
るサイドリークが生じることはほとんどなく、ほぼ完全
に半導体層3の厚みの方向に電流が流れるので、上述の
ような不要な接触が太陽電池の性能にほとんど悪影響を
及ぼすことがない。
In the integrated thin-film solar cell as described above, the first electrode layer 2 on the insulating substrate 1 is provided.
The first electrode separation groove 2a for separating the semiconductor layer is filled with the semiconductor layer 3 and makes unnecessary contact through the semiconductor layer 3 in a direction parallel to the substrate. The conductor formed in the connection groove 3 a for connecting a plurality of cells in series is in contact with the entire side surface of the semiconductor layer 3. However, since the thickness of the semiconductor layer in the amorphous thin-film solar cell is very thin and the resistance of the amorphous silicon itself is high, so-called side leakage due to current flowing through unnecessary contact portions as described above. Does not occur, and the current flows almost completely in the direction of the thickness of the semiconductor layer 3, so that the unnecessary contact as described above hardly adversely affects the performance of the solar cell.

【0010】しかし、従来の結晶質シリコン系薄膜太陽
電池においては、半導体層中の結晶粒が種々の方向にラ
ンダムに成長しているので、結晶質半導体層内のすべて
の方向に均一かつ良好な導電性を有し、上述のような不
要な接触部を通る電流のサイドリークを無視することが
できず、それによる太陽電池の性能の低下が生じるとい
う問題がある。
However, in the conventional crystalline silicon-based thin film solar cell, since the crystal grains in the semiconductor layer grow randomly in various directions, the crystal grains are uniform and good in all directions in the crystalline semiconductor layer. There is a problem that it has conductivity and the side leakage of the current passing through the unnecessary contact portion as described above cannot be ignored, and the performance of the solar cell is thereby reduced.

【0011】以上のような問題から、従来では1つの基
板上で複数の結晶質シリコン系薄膜光電変換セルが集積
化されることはなく、個別の基板上に櫛形電極を備えて
形成された複数の光電変換ユニットにリード線をはんだ
付けすることによって直列接続され、高電圧で高出力を
生じ得る大面積の太陽電池の製造工程の自動化を図るこ
とができなくて不便であった。
Due to the above problems, a plurality of crystalline silicon-based thin-film photoelectric conversion cells are not integrated on one substrate in the past, and a plurality of crystalline silicon-based thin film photoelectric conversion cells are formed on individual substrates with comb electrodes. It is inconvenient because it is not possible to automate a manufacturing process of a large-area solar cell which is connected in series by soldering a lead wire to the photoelectric conversion unit described above and which can generate high output at high voltage.

【0012】本発明は、上述のような先行技術の課題に
鑑み、安価な基板が使用可能な低温プロセスのみを用い
て結晶質シリコン系薄膜半導体層における結晶粒界や流
内欠陥の低減を図りつつ、優れた光電変換効率で高電圧
と高出力を生じ得る大面積の集積型シリコン系薄膜光電
変換装置を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and aims to reduce crystal grain boundaries and defects in a flow in a crystalline silicon-based thin film semiconductor layer by using only a low-temperature process in which an inexpensive substrate can be used. Another object of the present invention is to provide a large-area integrated silicon-based thin-film photoelectric conversion device capable of producing high voltage and high output with excellent photoelectric conversion efficiency.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明によるシリコン系
薄膜光電変換装置においては、絶縁基板上に順次積層さ
れた第1電極層、シリコン系光電変換ユニット層、およ
び第2電極層が複数の光電変換セルを形成するように実
質的に直線状で互いに平行な複数の分離溝によって分離
されていて、かつそれらの複数のセルは前記分離溝に平
行で前記光電変換ユニット層を貫通する接続用溝を介し
て互いに電気的に直列接続されており、前記光電変換ユ
ニット層は順次積層された1導電型層と実質的に真性の
半導体層と逆導電型層とを含み、少なくとも前記真性半
導体層において前記接続用溝の側壁から10〜300μ
mの範囲までの領域は他の残りの領域である光電変換領
域に比べて小さな体積結晶化分率を有する高抵抗領域に
されていることを特徴としている。
In the silicon-based thin-film photoelectric conversion device according to the present invention, the first electrode layer, the silicon-based photoelectric conversion unit layer, and the second electrode layer, which are sequentially laminated on an insulating substrate, are composed of a plurality of photoelectric layers. Connection grooves that are separated by a plurality of substantially linear and parallel separation grooves so as to form conversion cells, and the plurality of cells are parallel to the separation grooves and penetrate the photoelectric conversion unit layer. Are electrically connected to each other in series, and the photoelectric conversion unit layer includes a sequentially stacked one conductivity type layer, a substantially intrinsic semiconductor layer, and a reverse conductivity type layer, at least in the intrinsic semiconductor layer. 10 to 300 μm from the side wall of the connection groove
The region up to the range of m is characterized in that it is a high-resistance region having a smaller volume crystallization fraction than the other remaining region, ie, the photoelectric conversion region.

【0014】また、本発明による集積型シリコン系薄膜
光電変換装置の製造方法においては、それに含まれる1
導電型層が350℃以下の下地温度のもとでプラズマC
VD法によって非晶質層として形成された後に、同じく
350℃以下の下地温度のもとでプラズマCVD法で堆
積される光電変換領域のための下地となるべき領域がパ
ルスレーザの照射によるアニールによって結晶質化され
ることを特徴としている。
Further, in the method of manufacturing an integrated silicon-based thin film photoelectric conversion device according to the present invention, one of
Plasma C at a base temperature of 350 ° C. or less
After being formed as an amorphous layer by the VD method, a region to be a base for a photoelectric conversion region deposited by a plasma CVD method also at a base temperature of 350 ° C. or lower is subjected to annealing by pulsed laser irradiation. It is characterized by being crystallized.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】図1において、本発明の実施の形
態の一例として、集積型シリコン系薄膜光電変換装置が
模式的な断面部分図で示されている。
FIG. 1 is a schematic sectional partial view of an integrated silicon-based thin film photoelectric conversion device as an example of an embodiment of the present invention.

【0016】このような本発明による薄膜光電変換装置
においては、まず基板1として、表面が絶縁処理された
ステンレス等の金属、ポリイミド等の低膨張率を有する
有機フィルム、または低融点の安価なガラス等が用いら
れ得る。この基板1上に配置される第1電極層2とし
て、下記の薄膜(A)と(B)のうちの1以上を含む導
電層が真空蒸着法やスパッタ法などによって形成され得
る。 (A) Ti、Cr、Al、Ag、Au、CuおよびP
tから選択された少なくとも1以上の金属またはこれら
の合金からなる層を含む金属薄膜。 (B) ITO、SnO2 およびZnOから選択された
少なくとも1以上の酸化物からなる層を含む透明導電性
薄膜。
In the thin film photoelectric conversion device according to the present invention, first, as the substrate 1, a metal such as stainless steel whose surface is insulated, an organic film having a low coefficient of expansion such as polyimide, or an inexpensive glass having a low melting point. Etc. can be used. As the first electrode layer 2 disposed on the substrate 1, a conductive layer including at least one of the following thin films (A) and (B) can be formed by a vacuum evaporation method, a sputtering method, or the like. (A) Ti, Cr, Al, Ag, Au, Cu and P
A metal thin film including a layer made of at least one metal selected from t or an alloy thereof. (B) A transparent conductive thin film including a layer made of at least one oxide selected from ITO, SnO 2 and ZnO.

【0017】このような第1電極層2において、集積化
される複数の光電変換セルに対応する複数の領域に分離
するために、レーザスクライブ法または機械的スクライ
ブ法によって第1電極分離溝2aが形成される。これら
の第1電極分離溝2は、図1の紙面に直交する方向に直
線状に延びている。レーザスクライブ法に用いられるレ
ーザとしては、YAG、色素、エキシマ等の一般的に周
知のレーザから発振されるものを用いることができる。
また、機械的スクライブ法においては、ダイヤモンドペ
ン、金属針等であって、金属膜、透明導電性酸化物膜、
およびシリコン系薄膜より硬度が高くて鋭利なものが用
いられ得る。
In the first electrode layer 2, the first electrode separation groove 2 a is formed by a laser scribe method or a mechanical scribe method in order to divide the first electrode layer 2 into a plurality of regions corresponding to a plurality of integrated photoelectric conversion cells. It is formed. These first electrode separation grooves 2 extend linearly in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. As a laser used for the laser scribe method, a laser oscillated from a generally known laser such as YAG, a dye, and an excimer can be used.
Further, in the mechanical scribe method, a diamond pen, a metal needle, etc., a metal film, a transparent conductive oxide film,
And a sharper material having a higher hardness than a silicon-based thin film can be used.

【0018】第1電極層2上には、まずシリコン系薄膜
光電変換ユニット層3Aに含まれる1導電型層が、35
0℃以下の下地温度のもとにプラズマCVD法によって
非晶質層として堆積される。この1導電型層としては、
たとえば導電型決定不純物原子であるリンが0.01原
子%以上ドープされたn型シリコン系薄膜などが用いら
れ得る。しかし、この1導電型半導体層に関するこれら
の条件は限定的なものではなく、たとえばシリコンの代
わりにシリコンカーバイドやシリコンゲルマニウム等の
合金材料を用いることもできる。なお、1導電型層の厚
さは5〜50nmの範囲内にあることが好ましく、5〜
30nmの範囲内にあることがより好ましい。
On the first electrode layer 2, first, a layer of one conductivity type included in the silicon-based thin-film photoelectric conversion unit layer 3A is formed by 35
It is deposited as an amorphous layer by a plasma CVD method under a base temperature of 0 ° C. or less. As this one conductivity type layer,
For example, an n-type silicon-based thin film doped with 0.01% by atom or more of phosphorus which is a conductivity type determining impurity atom can be used. However, these conditions for the one conductivity type semiconductor layer are not limited, and for example, an alloy material such as silicon carbide or silicon germanium can be used instead of silicon. The thickness of the one conductivity type layer is preferably in the range of 5 to 50 nm,
More preferably, it is within the range of 30 nm.

【0019】非晶質層として堆積された1導電型層は、
半導体光電変換ユニット層3Aに含まれる領域3bに対
応する幅の範囲内において、レーザアニールによって結
晶質化される。このようなレーザアニールは、幅3bの
範囲内において、図1の紙面に直交する方向に1導電型
層へレーザビームを走査させながら照射することによっ
て行なうことができる。その結果、1導電型層のうち
で、レーザアニールされた幅3b内の領域は結晶質化さ
れるが、レーザアニールされなかった幅3c内の領域は
非晶質のままで残されて高い電気抵抗値を有している。
The one conductivity type layer deposited as an amorphous layer comprises:
Crystallization is performed by laser annealing within a range corresponding to the region 3b included in the semiconductor photoelectric conversion unit layer 3A. Such laser annealing can be performed by irradiating the one-conductivity-type layer with a laser beam in a direction perpendicular to the plane of FIG. As a result, in the one conductivity type layer, a region within the width 3b that has been laser-annealed is crystallized, but a region within the width 3c that has not been laser-annealed remains amorphous and has a high electric power. It has a resistance value.

【0020】レーザアニールのためには、高いエネルギ
密度を有するパルスレーザが好ましく用いられ得る。そ
の場合、一定の面積を有するレーザスポットが、1導電
型層に対して幅3bの範囲内において図1の紙面に直交
する方向でパルス状に走査させられる。このとき、レー
ザスポットの幅は、アニール幅3bに等しいかまたはそ
の整数分の1に等しいことが走査の効率の観点から好ま
しい。
For laser annealing, a pulse laser having a high energy density can be preferably used. In this case, a laser spot having a certain area is scanned in a pulse shape in a direction perpendicular to the plane of FIG. At this time, the width of the laser spot is preferably equal to the annealing width 3b or equal to an integer fraction thereof from the viewpoint of scanning efficiency.

【0021】上述のようにレーザアニール処理された1
導電型層上には、光電変換層として作用させるための実
質的に真性半導体のシリコン系薄膜が、プラズマCVD
法によって堆積される。この実質的に真性の半導体層と
しては、ノンドープトのi型、または微量の不純物を含
む弱p型もしくは弱n型で光電変換機能を十分に備えて
いるシリコン系薄膜が使用され得る。また、実質的に真
性の半導体層はこれらに限定されず、合金材料であるシ
リコンカーバイドやシリコンゲルマニウム等の膜を用い
てもよい。真性半導体層の膜厚は、0.3〜20μmの
範囲内にあることが好ましく、0.5〜10μmの範囲
内にあることがより好ましい。
The laser-annealed 1 as described above
A silicon-based thin film of a substantially intrinsic semiconductor for functioning as a photoelectric conversion layer is formed on the conductive type layer by plasma CVD.
Deposited by the method. As the substantially intrinsic semiconductor layer, a non-doped i-type or a silicon-based thin film having a weak p-type or weak n-type containing a small amount of impurities and having a sufficient photoelectric conversion function can be used. In addition, the intrinsic semiconductor layer is not limited to these, and a film of an alloy material such as silicon carbide or silicon germanium may be used. The thickness of the intrinsic semiconductor layer is preferably in the range of 0.3 to 20 μm, and more preferably in the range of 0.5 to 10 μm.

【0022】真性半導体層をプラズマCVD法によって
堆積させる条件としては、下地温度が350℃以下に設
定される。プラズマ反応ガスは、主成分としてシラン系
ガスと水素ガスとを含む。そのシラン系ガスに対する水
素ガスの流量比は、通常の平行平板型のプラズマ放電電
極を用いる場合には100〜500倍の範囲内にあるこ
とが好ましいが、電極面積の増大、電極形状の最適化、
高周波電力の周波数の最適化などによって30倍程度ま
で下げることができる。プラズマ放電電力も同様に、通
常の平行平板型電極を用いる場合には50mW/cm2
以上であることが好ましいが、電極の面積や形状の最適
化や高周波の周波数の最適化などによって30mW/c
2 程度まで下げることができる。プラズマ反応ガスの
圧力は5Torr以上にされる。そして、真性半導体層
はこのようなプラズマCVD条件のもとにおいて厚さ方
向に0.7μm/hr以上の速度で堆積され得る。
As a condition for depositing the intrinsic semiconductor layer by the plasma CVD method, the base temperature is set to 350 ° C. or less. The plasma reaction gas contains silane-based gas and hydrogen gas as main components. The flow rate ratio of the hydrogen gas to the silane-based gas is preferably in the range of 100 to 500 times when a normal parallel plate type plasma discharge electrode is used, but the electrode area is increased and the electrode shape is optimized. ,
The frequency can be reduced to about 30 times by optimizing the frequency of the high frequency power. Similarly, the plasma discharge power is 50 mW / cm 2 when a normal parallel plate type electrode is used.
Although it is preferable that the above is 30 mW / c by optimizing the area and shape of the electrode and optimizing the frequency of high frequency.
m 2 . The pressure of the plasma reaction gas is set to 5 Torr or more. Then, the intrinsic semiconductor layer can be deposited at a rate of 0.7 μm / hr or more in the thickness direction under such plasma CVD conditions.

【0023】このとき、幅3bの範囲内においては下地
層となる1導電型層がレーザアニールによって結晶質化
されているので、その上に堆積される真性半導体層も下
地層に含まれる結晶粒を核として厚さ方向に成長した結
晶を含む結晶質層として成長する。他方、1導電型層が
非晶質のままで残された幅3cの範囲内においては、結
晶核が存在しないので、真性半導体層は幅3bの領域に
比べて遙に非晶質部分を多く含む高抵抗領域として堆積
される。
At this time, in the range of width 3b, since the one conductivity type layer serving as the underlayer is crystallized by laser annealing, the intrinsic semiconductor layer deposited thereon is also covered with the crystal grains contained in the underlayer. , And grow as a crystalline layer containing crystals grown in the thickness direction. On the other hand, since the crystal nuclei do not exist in the range of width 3c where the one conductivity type layer is left amorphous, the intrinsic semiconductor layer has much more amorphous portions than the region of width 3b. Is deposited as a high-resistance region.

【0024】真性半導体層中で幅3bの結晶質領域に含
まれる結晶粒のおおくは、下地層から厚さ方向に柱状に
延びて成長している。それらの多くの結晶粒は膜面に平
行に(110)の優先結晶配向面を有し、そのX線回折
における(220)回折ピークに対する(111)回折
ピークの強度比は1/8以下であり、1/10以下であ
ることがより好ましい。また、真性半導体層は350℃
以下の低温で堆積されるので、結晶粒界や粒内における
欠陥を終端させまたは不活性化させる水素原子を多く含
み、その水素含有量は0.1〜30原子%範囲内であ
り、1〜20原子%範囲内にあることがより好ましい。
Most of the crystal grains contained in the crystalline region having a width of 3b in the intrinsic semiconductor layer grow in a columnar manner in the thickness direction from the underlying layer. Many of these grains have a (110) preferred crystal orientation plane parallel to the film plane, and the intensity ratio of the (111) diffraction peak to the (220) diffraction peak in X-ray diffraction is 1/8 or less. , 1/10 or less. In addition, the intrinsic semiconductor layer has a temperature of 350 ° C.
Since it is deposited at a low temperature below, it contains a large amount of hydrogen atoms that terminate or inactivate defects in crystal grain boundaries and grains, and its hydrogen content is in the range of 0.1 to 30 atomic%. More preferably, it is within the range of 20 atomic%.

【0025】真性半導体層上には、1導電型層とは逆タ
イプの導電型半導体層がプラズマCVD法によって堆積
される。この逆導電型層としては、たとえば導電型決定
不純物原子であるボロンが0.01原子%以上ドープさ
れたp型のシリコン層などが用いられ得る。しかし、こ
の逆導電型不純物層についてのこれらの条件は限定的な
ものではなく、不純物原子としてはたとえばアルミニウ
ム等でもよく、またシリコンカーバイドやシリコンゲル
マニウム等の合金材料の層を用いてもよい。なお、この
逆導電型層の膜厚は5〜30nmの範囲内にあることが
好ましく、5〜15nmの範囲内にあることがより好ま
しい。
On the intrinsic semiconductor layer, a conductive semiconductor layer of a type opposite to the one conductive layer is deposited by a plasma CVD method. As the reverse conductivity type layer, for example, a p-type silicon layer or the like doped with boron, which is a conductivity type determining impurity atom, by 0.01 atomic% or more can be used. However, these conditions for the reverse conductivity type impurity layer are not limited, and the impurity atoms may be, for example, aluminum or the like, or a layer of an alloy material such as silicon carbide or silicon germanium. The thickness of the opposite conductivity type layer is preferably in the range of 5 to 30 nm, and more preferably in the range of 5 to 15 nm.

【0026】以上のようにして、順次積層された1導電
型層、実質的に真性の半導体層、および逆導電型層を含
む光電変換ユニット層3Aにおいては、左右に隣接する
光電変換セルを電気的に直列接続するための接続用開口
溝3aが、レーザスクライブ法または機械的スクライブ
法によって形成される。これらの接続用溝3aも、図1
の紙面に直交する方向で直線状に延びている。
As described above, in the photoelectric conversion unit layer 3A including the one conductivity type layer, the substantially intrinsic semiconductor layer, and the opposite conductivity type layer which are sequentially stacked, the photoelectric conversion cells adjacent to the left and right are electrically connected. A connection opening groove 3a for making a serial connection is formed by a laser scribe method or a mechanical scribe method. These connection grooves 3a are also shown in FIG.
And extends linearly in a direction perpendicular to the plane of the drawing.

【0027】そして、接続用溝3aを埋めかつ光電変換
ユニット層3Aを覆うように、第2電極層4が気相堆積
法によって形成される。第1電極層2の場合と同様に、
複数の光電変換セルに対応して、第2電極分離溝4aが
レーザスクライブ法または機械的スクライブ法によって
形成される。こうして、図1の紙面に直交する方向に延
びた複数の短冊状の光電変換セルが左右の方向に直列接
続された集積型シリコン系薄膜光電変換装置が完成す
る。
Then, the second electrode layer 4 is formed by a vapor deposition method so as to fill the connection groove 3a and cover the photoelectric conversion unit layer 3A. As in the case of the first electrode layer 2,
The second electrode separation groove 4a is formed by a laser scribe method or a mechanical scribe method corresponding to the plurality of photoelectric conversion cells. Thus, an integrated silicon-based thin-film photoelectric conversion device in which a plurality of strip-shaped photoelectric conversion cells extending in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1 are connected in series in the left-right direction is completed.

【0028】図1に示されているような集積型シリコン
系薄膜光電変換装置においては、光電変換ユニット層3
Aに含まれる幅3cの領域は非晶質シリコンを多く含む
高抵抗領域であるので、従来のような結晶質光電変換層
を含む集積型シリコン系薄膜光電変換装置におけるサイ
ドリークが防止される。このようなサイドリークが防止
されれば、光電変換装置の出力特性において主として曲
線因子が改善され、それに伴って光電変換効率も改善さ
れる。
In the integrated silicon-based thin film photoelectric conversion device as shown in FIG.
Since the region of width 3c included in A is a high-resistance region containing a large amount of amorphous silicon, side leakage in a conventional integrated silicon-based thin film photoelectric conversion device including a crystalline photoelectric conversion layer is prevented. If such side leakage is prevented, the fill factor is mainly improved in the output characteristics of the photoelectric conversion device, and the photoelectric conversion efficiency is accordingly improved.

【0029】高抵抗領域の幅3cは広ければ広いほどサ
イドリークの防止のためには好ましいが、この部分は光
電変換機能が期待できないので、あまり広くしすぎれば
集積型光電変換装置における有効受光面積のロスとな
り、全体としての光電変換効率が低下する結果となる。
したがって、高抵抗領域の幅3cを決定するための好ま
しい基準としては、接続用開口3aの側壁面から10〜
300μmの範囲内に限定されることが好ましく、10
〜100μmの範囲内にあることがさらに好ましい。
The width 3c of the high-resistance region is preferably as large as possible to prevent side leakage, but since a photoelectric conversion function cannot be expected in this portion, if the width is too large, the effective light receiving area in the integrated photoelectric conversion device is reduced. And the overall photoelectric conversion efficiency is reduced.
Therefore, as a preferable criterion for determining the width 3c of the high resistance region, the width 3c of the high resistance region is 10 to 10
It is preferably limited to the range of 300 μm, and 10
More preferably, it is within the range of 100 μm.

【0030】短冊状光電変換セルの幅は、それに用いら
れる酸化物透明電極の抵抗値や単一のセルに求められる
電流値などによって決定される。各セルの幅が広くなれ
ば分離溝2a,4aや接続用溝3aのために要する面積
による受光面積のロスが少なくなるが、逆に透明電極の
幅の増大に起因する抵抗の増大による損失が大きくな
る。したがって、通常は、短冊状光電変換セルの幅は5
〜20mmの範囲内に設定される。
The width of the strip-shaped photoelectric conversion cell is determined by the resistance value of the transparent oxide electrode used therein, the current value required for a single cell, and the like. When the width of each cell is increased, the loss of the light receiving area due to the area required for the separation grooves 2a and 4a and the connection groove 3a is reduced, but the loss due to the increase in the resistance due to the increase in the width of the transparent electrode is reduced. growing. Therefore, usually, the width of the strip-shaped photoelectric conversion cell is 5
It is set within the range of 2020 mm.

【0031】なお、逆導電型層としては、全体が微結晶
シリコン膜として形成される場合もあるが、これは非常
に薄いのでサイドリークに対する影響はほとんど無視し
得る。しかし、当然ながら、微結晶の逆導電型層が厚く
された場合には、多少のサイドリークを生じる原因とな
り得る。そのようなサイドリークの問題を生じないため
には、前述のように逆導電型層は5〜30nmの範囲内
にあることが好ましく、5〜15nmの範囲内にあるこ
とがより好ましい。
The reverse conductivity type layer may be formed entirely as a microcrystalline silicon film, but since it is very thin, the influence on side leakage can be almost ignored. However, if the microcrystalline reverse conductivity type layer is made thicker, it may naturally cause some side leakage. In order to avoid such a problem of side leakage, the reverse conductivity type layer is preferably in the range of 5 to 30 nm, and more preferably in the range of 5 to 15 nm, as described above.

【0032】なお、以上の実施の形態の説明においては
単一の光電変換ユニット層を含む集積型シリコン系薄膜
光電変換装置が述べられたが、光電変換ユニット層3A
上にさらに周知の非晶質光電変換ユニット層などが積層
されたタンデム型の集積型薄膜光電変換装置にされても
よいことは言うまでもない。
In the above embodiment, an integrated silicon thin film photoelectric conversion device including a single photoelectric conversion unit layer has been described.
Needless to say, a tandem-type integrated thin-film photoelectric conversion device in which a well-known amorphous photoelectric conversion unit layer or the like is further laminated on the above may be used.

【0033】[0033]

【実施例】以下において、いくつかの参考例とともに本
発明の実施例を説明することによって、本発明をさらに
具体的に説明する。
The present invention will be described more specifically by describing embodiments of the present invention together with some reference examples.

【0034】(参考例1)参考例1として、図2に示さ
れているのと同様の構造を有しているが、半導体層3が
結晶質半導体層で形成された集積型シリコン系薄膜太陽
電池が作製された。まず、ガラス基板1上に、裏面電極
層2として厚さ300nmのAg膜と厚さ100nmの
ZnO膜が、この順序でスパッタ法によって堆積され
た。そして、この裏面電極層2を大気中でレーザスクラ
イブすることによって、複数の裏面電極分離溝2aが形
成された。
Reference Example 1 As Reference Example 1, an integrated silicon thin film solar cell having the same structure as that shown in FIG. 2 but having a semiconductor layer 3 formed of a crystalline semiconductor layer is used. A battery was made. First, an Ag film having a thickness of 300 nm and a ZnO film having a thickness of 100 nm were deposited as a back electrode layer 2 on a glass substrate 1 in this order by a sputtering method. Then, the back electrode layer 2 was laser scribed in the air to form a plurality of back electrode separation grooves 2a.

【0035】裏面電極層2上には、リンドープのn型微
結晶シリコン層、ノンドープトの多結晶シリコン光電変
換層、p型微結晶シリコン層をこの順序でプラズマCV
D法によって堆積し、nip接合を含む光電変換ユニッ
ト層3が形成された。
On the back electrode layer 2, a phosphorus-doped n-type microcrystalline silicon layer, a non-doped polycrystalline silicon photoelectric conversion layer, and a p-type microcrystalline silicon layer are formed in this order by plasma CV.
The photoelectric conversion unit layer 3 containing a nip junction was deposited by the D method.

【0036】n型微結晶シリコン層は、RFプラズマC
VD法により、以下に示す条件にて10nmの厚さに堆
積された。すなわち、反応ガスの流量としてはシランが
5sccm、水素が200sccm、そしてホスフィン
が0.05sccmであり、反応室の圧力は1Torr
に設定された。また、RFパワー密度は150mW/c
2 であり、成膜温度は200℃であった。これと同一
の成膜条件でガラス基板上に直接堆積した厚さ300n
mのn型微結晶シリコン膜の暗導電率は、10S/cm
であった。
The n-type microcrystalline silicon layer is made of RF plasma C
It was deposited to a thickness of 10 nm by the VD method under the following conditions. That is, the flow rate of the reaction gas is 5 sccm for silane, 200 sccm for hydrogen, and 0.05 sccm for phosphine, and the pressure in the reaction chamber is 1 Torr.
Was set to The RF power density is 150 mW / c
m 2 , and the film formation temperature was 200 ° C. A thickness of 300 n deposited directly on a glass substrate under the same film forming conditions
The dark conductivity of the n-type microcrystalline silicon film of m is 10 S / cm
Met.

【0037】このn型微結晶シリコン層上に形成される
多結晶シリコン光電変換層は、プラズマCVD法によっ
て350℃の下地温度と10Torrの反応ガス圧のも
とで450mW/cm2 のRFパワーを印加して3μm
の厚さに堆積された。こうして形成された実質的に真性
半導体の多結晶シリコン光電変換層において、2次イオ
ン質量分析法から求められた水素含有量は5原子%であ
り、X線回折における(220)回折ピークに対する
(111)回折ピークの強度比は1/4であった。
The polycrystalline silicon photoelectric conversion layer formed on the n-type microcrystalline silicon layer has an RF power of 450 mW / cm 2 at a base temperature of 350 ° C. and a reaction gas pressure of 10 Torr by a plasma CVD method. Apply 3μm
Deposited to a thickness of. In the thus-formed substantially intrinsic polycrystalline silicon photoelectric conversion layer, the hydrogen content determined by secondary ion mass spectrometry was 5 atomic%, and the hydrogen content was (111) relative to the (220) diffraction peak in X-ray diffraction. ) The intensity ratio of the diffraction peak was 1/4.

【0038】光電変換層上には、p型微結晶シリコン層
がRFプラズマCVD法によって、以下に示す条件にて
10μmの厚さに堆積された。すなわち、反応ガスの流
量としてはシランが1sccm、水素が500scc
m、そしてジボランが0.1sccmであり、その他の
条件はn型微結晶シリコン層の場合と同様にされた。
On the photoelectric conversion layer, a p-type microcrystalline silicon layer was deposited by RF plasma CVD to a thickness of 10 μm under the following conditions. That is, the flow rate of the reaction gas is 1 sccm for silane and 500 sccc for hydrogen.
m, and diborane were 0.1 sccm, and other conditions were the same as those of the n-type microcrystalline silicon layer.

【0039】そうして形成された光電変換ユニット層3
において、大気中のレーザスクライブによってその半導
体層を貫通する複数の接続用溝3aが形成された。
The photoelectric conversion unit layer 3 thus formed
In, a plurality of connection grooves 3a penetrating the semiconductor layer was formed by laser scribe in the atmosphere.

【0040】さらに、それらの接続用溝3aを埋めかつ
光電変換ユニット層3を覆うように、80nmの厚さを
有するITO膜が、透明電極層4としてスパッタ法によ
って形成された。この透明電極層4においても、大気中
のレーザスクライブによって複数の透明電極分離溝4a
が形成された。
Further, an ITO film having a thickness of 80 nm was formed as a transparent electrode layer 4 by a sputtering method so as to fill the connection grooves 3a and cover the photoelectric conversion unit layer 3. Also in this transparent electrode layer 4, a plurality of transparent electrode separation grooves 4a are formed by laser scribe in the atmosphere.
Was formed.

【0041】なお、上述の分離溝2a,4aおよび接続
用溝3aを形成するためのレーザビームは、基板側から
ではなくて膜面側から入射された。また、最終的に形成
された集積型の結晶質シリコン系太陽電池は短冊状の光
電変換セルが直列に10段集積されたものである。
The laser beam for forming the separation grooves 2a and 4a and the connection groove 3a was incident not from the substrate side but from the film surface side. In addition, the finally formed crystalline silicon-based solar cell is formed by stacking 10 strip-shaped photoelectric conversion cells in series.

【0042】このような参考例1による集積型の結晶質
シリコン系薄膜太陽電池に入射光としてAM1.5の光
を100mW/cm2 の光量で照射したときの出力特性
としては、開放端電圧が4.60V、短絡電流密度が2
5.9mA/cm2 、曲線因子が65.4%、そして変
換効率が7.8%であった。また、48℃において同様
にAM1.5の光を100mW/cm2 の光量で照射し
て、この参考例1の太陽電池について光劣化試験を行な
ったところ、550時間照射後でも変換効率が7.8%
であり、ほとんど光劣化を生じることはなかった。この
ことは、結晶質シリコン系光電変換ユニット層では光劣
化を生じにくいことを意味していることがわかる。
When the integrated crystalline silicon-based thin-film solar cell according to Reference Example 1 was irradiated with AM1.5 light at an amount of 100 mW / cm 2 as incident light, the open-circuit voltage was as follows. 4.60V, short circuit current density is 2
The fill factor was 5.9 mA / cm 2 , the fill factor was 65.4%, and the conversion efficiency was 7.8%. Similarly, a light degradation test was performed on the solar cell of Reference Example 1 by irradiating AM1.5 light at 48 ° C. with a light amount of 100 mW / cm 2 , and the conversion efficiency was 7.7 even after irradiation for 550 hours. 8%
And there was almost no light deterioration. This indicates that the crystalline silicon-based photoelectric conversion unit layer is less likely to cause light degradation.

【0043】(参考例2)参考例1に類似して、参考例
2として集積型の結晶質シリコン薄膜太陽電池が作製さ
れた。すなわち、この参考例の太陽電池においても、参
考例1と同様にガラス基板1上に裏面電極層2と裏面電
極分離溝2aが形成された。
REFERENCE EXAMPLE 2 Similar to Reference Example 1, as Reference Example 2, an integrated crystalline silicon thin film solar cell was manufactured. That is, also in the solar cell of this reference example, the back electrode layer 2 and the back electrode separation groove 2a were formed on the glass substrate 1 as in the first embodiment.

【0044】しかし、この参考例2の太陽電池において
は、裏面電極層2を覆う1導電型層として、まず、厚さ
30nmのn型非晶質シリコン層がプラズマCVD法に
よって堆積された。このときのプラズマCVD条件とし
ては、基板温度が200℃、反応室圧力が1.0Tor
r、RFパワーが15mW/cm2 であり、そして反応
ガスの流量としてはシランが5sccm、水素が2sc
cm、およびホスフィンが0.01sccmであった。
However, in the solar cell of Reference Example 2, an n-type amorphous silicon layer having a thickness of 30 nm was first deposited as a one conductivity type layer covering the back electrode layer 2 by a plasma CVD method. As the plasma CVD conditions at this time, the substrate temperature was 200 ° C. and the reaction chamber pressure was 1.0 Torr.
r, the RF power is 15 mW / cm 2 , and the flow rate of the reaction gas is 5 sccm for silane and 2 sccm for hydrogen.
cm and phosphine was 0.01 sccm.

【0045】このn型非晶質シリコン層は、大気中にお
けるパルスレーザアニールによって、n型結晶質シリコ
ン層に変換された。このときに用いられたパルスレーザ
光源は248nmの波長を有するKrFエキシマレーザ
であり、約25nscのパルス時間幅と70mJ/cm
2 のエネルギ密度を有していた。なお、同一のプラズマ
CVD条件とパルスレーザアニール条件とを用いて直接
にガラス基板上に形成された厚さ300nmのn型結晶
質シリコン膜の暗導電率は4×102 S/cmであっ
た。
This n-type amorphous silicon layer was converted into an n-type crystalline silicon layer by pulse laser annealing in the air. The pulse laser light source used at this time was a KrF excimer laser having a wavelength of 248 nm, a pulse time width of about 25 nsc and 70 mJ / cm.
Had an energy density of 2 . The dark conductivity of an n-type crystalline silicon film having a thickness of 300 nm formed directly on a glass substrate using the same plasma CVD conditions and pulse laser annealing conditions was 4 × 10 2 S / cm. .

【0046】ところで、n型非晶質シリコン層は、CV
D反応室から大気中に取出されたときに、その表面が少
し自然酸化される。しかし、パルスレーザ照射によるア
ニールの際に、そのn型非晶質シリコン膜中に含まれて
いた水素が外部へ拡散放出され、その水素によって表面
の酸化膜が一旦還元される。その後、レーザアニールに
よって結晶質化されたn型シリコン層の表面は大気によ
って再び酸化され、極めて薄いシリコン酸化膜が形成さ
れる。この参考例2においては、このような極めて薄い
自然酸化膜が、その上に形成される光電変換層のための
結晶配向性制御層として作用し得る。
The n-type amorphous silicon layer has a CV
When taken out of the reaction chamber into the atmosphere, its surface is slightly naturally oxidized. However, during annealing by pulse laser irradiation, hydrogen contained in the n-type amorphous silicon film is diffused and released to the outside, and the hydrogen reduces the oxide film on the surface once. Thereafter, the surface of the n-type silicon layer crystallized by laser annealing is oxidized again by the air, and an extremely thin silicon oxide film is formed. In Reference Example 2, such an extremely thin natural oxide film can function as a crystal orientation control layer for a photoelectric conversion layer formed thereon.

【0047】すなわち、n型微結晶シリコン層上にその
表面の極めて薄いシリコン酸化膜を介して光電変換層を
堆積させた場合に、その光電変換層の結晶配向性が著し
く改善される。しかし、現時点においてその理由は必ず
しも明らかではない。また、シリコン系酸化膜は典型的
な絶縁膜として知られているが、本発明者たちはこの極
めて薄い酸化膜が本発明による光電変換装置内の電流を
阻害しないことをも経験的に見い出した。これは、酸化
膜が極めて薄いために光電変換層を堆積した後に酸化膜
が編み目状の構造になっているために電流が流れ得ると
考えるか、またはその酸化膜が極めて薄いことによるト
ンネル効果によって電流が流れ得ると考えることもでき
るが、現時点においてはその理由も必ずしも明らかでは
ない。
That is, when a photoelectric conversion layer is deposited on an n-type microcrystalline silicon layer via an extremely thin silicon oxide film on its surface, the crystal orientation of the photoelectric conversion layer is significantly improved. However, at this time the reason is not always clear. Although a silicon-based oxide film is known as a typical insulating film, the present inventors have empirically found that this extremely thin oxide film does not inhibit the current in the photoelectric conversion device according to the present invention. . This is thought to be due to the fact that the oxide film has a knitted structure after the photoelectric conversion layer is deposited because the oxide film is extremely thin, or a tunnel effect due to the extremely thin oxide film. It can be considered that a current can flow, but at this time, the reason is not always clear.

【0048】レーザアニールによって結晶質化されたn
型シリコン層上には、参考例1の場合と同様の条件で、
結晶質シリコン光電変換層、逆導電型層、および透明I
TO電極が順次形成された。こうして、参考例2として
の集積型のnip型太陽電池が得られた。
N crystallized by laser annealing
On the mold silicon layer, under the same conditions as in Reference Example 1,
Crystalline silicon photoelectric conversion layer, reverse conductivity type layer, and transparent I
TO electrodes were sequentially formed. Thus, an integrated nip type solar cell as Reference Example 2 was obtained.

【0049】この参考例2の太陽電池に含まれる結晶質
シリコン光電変換層において、2次イオン質量分析法か
ら求められた水素含有量は4原子%であり、X線回折に
おける(220)回折ピークに対する(111)回折ピ
ークの強度比は1/9であった。
In the crystalline silicon photoelectric conversion layer included in the solar cell of Reference Example 2, the hydrogen content determined by secondary ion mass spectrometry was 4 atomic%, and the (220) diffraction peak in X-ray diffraction The intensity ratio of the (111) diffraction peak to 1 was 1/9.

【0050】このような参考例2による集積型シリコン
系薄膜太陽電池に参考例1の場合と同じ条件で光照射し
たときの出力特性においては、開放端電圧が5.37
V、短絡電流密度が26.7mA/cm2 、曲線因子が
64.8%、そして変換効率が9.3%であった。
The output characteristics when the integrated silicon-based thin-film solar cell according to Reference Example 2 is irradiated with light under the same conditions as in Reference Example 1 have an open-circuit voltage of 5.37.
V, short-circuit current density was 26.7 mA / cm 2 , fill factor was 64.8%, and conversion efficiency was 9.3%.

【0051】すなわち、参考例1に比べて参考例2の太
陽電池においては、光電変換特性が著しく改善されてい
ることがわかる。この理由としては、参考例2において
は結晶質シリコン光電変換層に含まれる結晶が基板に対
して〈110〉の方向が垂直になるように柱状に成長し
ているために、光電変換層の厚さ方向に平行に延びる結
晶粒界がサイドリークを抑制するように作用しているた
めであると考えられる。すなわち、参考例2における集
積型の結晶質シリコン太陽電池においては、光電変換層
が良導性の結晶質であるにもかかわらず、それに含まれ
る結晶粒が厚さ方向に柱状に延びているので、厚さ方向
には電流に対して低抵抗でありながら、膜面に平行な方
向には電流に対して高抵抗層として作用するものと考え
られる。
That is, it can be seen that the solar cell of Reference Example 2 has significantly improved photoelectric conversion characteristics as compared with Reference Example 1. The reason for this is that, in Reference Example 2, since the crystal contained in the crystalline silicon photoelectric conversion layer grows in a columnar shape so that the <110> direction is perpendicular to the substrate, the thickness of the photoelectric conversion layer This is considered to be because the crystal grain boundaries extending in parallel to the vertical direction act to suppress side leakage. That is, in the integrated crystalline silicon solar cell of Reference Example 2, although the photoelectric conversion layer is a crystalline material having good conductivity, the crystal grains contained therein extend in a columnar shape in the thickness direction. It is considered that the layer has low resistance to current in the thickness direction, but acts as a high resistance layer to current in the direction parallel to the film surface.

【0052】(実施例)実施例として、図1に示されて
いるような集積型の結晶質シリコン薄膜太陽電池が作製
された。この実施例の太陽電池の作製条件は、n型非晶
質シリコン層が幅3bの領域内においてのみレーザアニ
ールによって結晶質化されたことのみにおいて、参考例
2の場合に比べて異なっている。このとき、非アニール
帯の幅3cは400μmであった。
EXAMPLE As an example, an integrated crystalline silicon thin film solar cell as shown in FIG. 1 was manufactured. The manufacturing conditions of the solar cell of this embodiment are different from those of the reference example 2 only in that the n-type amorphous silicon layer is crystallized by laser annealing only in the region of width 3b. At this time, the width 3c of the non-annealed zone was 400 μm.

【0053】このようにして形成された実施例の太陽電
池に対して参考例2の場合と同様の条件で光照射したと
きの出力特性においては、開放端電圧が5.34V、短
絡電流密度が26.5mA/cm2 、曲線因子が70.
3%、そして変換効率が9.9%であった。すなわち、
実施例による集積型結晶質シリコン薄膜太陽電池は、参
考例2の太陽電池に比べても特に曲線因子が顕著に改善
されており、その結果として変換効率も明らかに改善さ
れていることがわかる。
The output characteristics when the solar cell thus formed was irradiated with light under the same conditions as in the case of Reference Example 2 had an open-end voltage of 5.34 V and a short-circuit current density of 26.5 mA / cm 2 , fill factor 70.
3% and the conversion efficiency was 9.9%. That is,
It can be seen that the fill factor of the integrated crystalline silicon thin film solar cell according to the example is particularly improved as compared with the solar cell of Reference Example 2, and as a result, the conversion efficiency is also clearly improved.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、優れた
光電変換特性を有し、高電圧で高出力を生じる集積型の
シリコン系薄膜光電変換装置を提供することが可能にな
る。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an integrated silicon-based thin-film photoelectric conversion device having excellent photoelectric conversion characteristics and producing high output at high voltage.

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

【図1】本発明の実施の形態の1例による集積型シリコ
ン系薄膜光電変換装置を示す模式的な断面部分図であ
る。
FIG. 1 is a schematic sectional partial view showing an integrated silicon-based thin film photoelectric conversion device according to an example of an embodiment of the present invention.

【図2】集積型薄膜光電変換装置の典型的な構造の一例
を示す模式的な断面部分図である。
FIG. 2 is a schematic sectional partial view showing an example of a typical structure of an integrated thin film photoelectric conversion device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ガラス等の基板 2 第1電極層 2a 第1電極分離溝 3,3A 半導体光電変換ユニット層 3a 電気的接続用溝 3b 光電変換ユニット層3Aに含まれる1導電層が
レーザアニールによって非晶質から結晶質化される領域
の幅 3c 光電変換ユニット層3Aに含まれる1導電型層
がレーザアニールされることなく非晶質で高抵抗のまま
に残される領域の幅 4 第2電極層 4a 第2電極分離溝
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate of glass etc. 2 1st electrode layer 2a 1st electrode separation groove 3, 3A Semiconductor photoelectric conversion unit layer 3a Electrical connection groove 3b 1 conductive layer contained in photoelectric conversion unit layer 3A changes from amorphous by laser annealing. Width of region to be crystallized 3c Width of region where one conductivity type layer included in photoelectric conversion unit layer 3A remains amorphous and has high resistance without being laser-annealed 4 Second electrode layer 4a Second Electrode separation groove

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁基板上に順次積層された第1電極
層、シリコン系光電変換ユニット層、および第2電極層
が複数の光電変換セルを形成するように実質的に直線状
で互いに平行な複数の分離溝によって分離されていて、
かつそれらの複数のセルは前記分離溝に平行で前記光電
変換ユニット層を貫通する接続用溝を介して互いに電気
的に直列接続されており、前記光電変換ユニット層は順
次積層された1導電型層と実質的に真性の半導体層と逆
導電型層とを含み、少なくとも前記真性半導体層におい
て前記接続用溝の側壁から1〜300μmの範囲までの
領域は他の残りの領域である光電変換領域に比べて小さ
な体積結晶化分率を有する高抵抗領域にされていること
を特徴とする集積型シリコン系薄膜光電変換装置。
1. A first electrode layer, a silicon-based photoelectric conversion unit layer, and a second electrode layer, which are sequentially stacked on an insulating substrate, are substantially linear and parallel to each other so as to form a plurality of photoelectric conversion cells. Separated by a plurality of separation grooves,
Further, the plurality of cells are electrically connected to each other in series via a connection groove that is parallel to the separation groove and penetrates the photoelectric conversion unit layer, and the photoelectric conversion unit layers are sequentially stacked in one conductivity type. A photoelectric conversion region including at least a region of 1 to 300 μm from the side wall of the connection groove in the intrinsic semiconductor layer, wherein the region includes a layer and a substantially intrinsic semiconductor layer and a reverse conductivity type layer. An integrated silicon-based thin-film photoelectric conversion device, wherein the integrated silicon-based thin-film photoelectric conversion device is formed in a high-resistance region having a smaller volume crystallization fraction than that of (1).
【請求項2】 前記真性半導体層に含まれる前記光電変
換領域は、80%以上の体積結晶化分率と、0.1〜3
0原子%の範囲内の水素含有量と、0.5〜5μmの範
囲内の厚さとを有していることを特徴とする請求項1に
記載の集積型シリコン系薄膜光電変換装置。
2. The photoelectric conversion region contained in the intrinsic semiconductor layer has a volume crystallization fraction of 80% or more, and 0.1 to 3%.
2. The integrated silicon-based thin film photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the integrated silicon-based thin film photoelectric conversion device has a hydrogen content in a range of 0 atomic% and a thickness in a range of 0.5 to 5 [mu] m.
【請求項3】 前記光電変換領域はその膜面に平行に
(110)の優先結晶配向面を有し、X線回折における
(220)回折ピークに対する(111)回折ピークの
強度比が1/8以下であることを特徴とする請求項1ま
たは2に記載の集積型シリコン系薄膜光電変換装置。
3. The photoelectric conversion region has a preferential crystal orientation plane of (110) parallel to the film plane, and the intensity ratio of the (111) diffraction peak to the (220) diffraction peak in X-ray diffraction is 1/8. The integrated silicon-based thin-film photoelectric conversion device according to claim 1 or 2, wherein:
【請求項4】 前記集積型シリコン系薄膜光電変換装置
は、前記シリコン系光電変換ユニット層に付加して積層
された少なくとももう1つのシリコン系光電変換ユニッ
ト層を含むタンデム型であることを特徴とする請求項1
から3のいずれかの項に記載の集積型シリコン系薄膜光
電変換装置。
4. The integrated silicon-based thin-film photoelectric conversion device is of a tandem type including at least another silicon-based photoelectric conversion unit layer laminated in addition to the silicon-based photoelectric conversion unit layer. Claim 1
4. The integrated silicon-based thin-film photoelectric conversion device according to any one of items 3 to 3.
【請求項5】 請求項1から4のいずれかの項に記載の
集積型シリコン系薄膜光電変換装置を製造するための方
法であって、前記第1導電型層は350℃以下の下地温
度のもとでプラズマCVD法によって非晶質層として形
成された後に、同じくプラズマCVD法で堆積される前
記光電変換領域のための下地となるべき領域がパルスレ
ーザの照射によるアニールによって結晶質化されること
を特徴とする薄膜光電変換装置の製造方法。
5. The method for manufacturing an integrated silicon-based thin-film photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the first conductivity type layer has a base temperature of 350 ° C. or less. After being formed as an amorphous layer by the plasma CVD method, a region to be a base for the photoelectric conversion region, which is also deposited by the plasma CVD method, is crystallized by annealing by irradiation with a pulse laser. A method for manufacturing a thin-film photoelectric conversion device, comprising:
【請求項6】 前記パルスレーザは400nm以下の短
い波長と50mJ/cm2 以上のエネルギ密度を有する
ものであることを特徴とする請求項5に記載の薄膜光電
変換装置の製造方法。
6. The method according to claim 5, wherein the pulse laser has a short wavelength of 400 nm or less and an energy density of 50 mJ / cm 2 or more.
【請求項7】 前記実質的に真性の半導体層はプラズマ
CVD法によって堆積され、その条件として、 下地温度が350℃以下であり、 プラズマ反応室内に導入されるガスの主成分としてシラ
ン系ガスと水素ガスとを含み、そのシラン系ガスに対す
る水素ガスの流量比は30〜500倍の範囲以内にあ
り、 前記反応室内の圧力は5Torr以上であり、 プラズマ放電電力密度は30mW/cm2 以上に設定さ
れ、 そして、堆積速度は厚さ方向で0.7μm/hr以上で
あることを特徴とする請求項5または6に記載の薄膜光
電変換装置の製造方法。
7. The method according to claim 7, wherein the substantially intrinsic semiconductor layer is deposited by a plasma CVD method under the condition that an underlayer temperature is 350 ° C. or less and a silane-based gas is contained as a main component of a gas introduced into the plasma reaction chamber. A flow rate ratio of the hydrogen gas to the silane-based gas is within a range of 30 to 500 times, a pressure in the reaction chamber is 5 Torr or more, and a plasma discharge power density is set to 30 mW / cm 2 or more. The method according to claim 5, wherein the deposition rate is 0.7 μm / hr or more in the thickness direction.
【請求項8】 前記分離溝または前記接続用溝は、レー
ザスクライブ、機械的スクライブ、またはフォトリソグ
ラフィによって形成されることを特徴とする請求項5か
ら7のいずれかの項に記載の薄膜光電変換装置の製造方
法。
8. The thin-film photoelectric conversion device according to claim 5, wherein the separation groove or the connection groove is formed by laser scribe, mechanical scribe, or photolithography. Device manufacturing method.
JP11055521A 1999-03-03 1999-03-03 Integrated silicon thin-film photoelectric conversion device and its manufacture Withdrawn JP2000252489A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11055521A JP2000252489A (en) 1999-03-03 1999-03-03 Integrated silicon thin-film photoelectric conversion device and its manufacture

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11055521A JP2000252489A (en) 1999-03-03 1999-03-03 Integrated silicon thin-film photoelectric conversion device and its manufacture

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000252489A true JP2000252489A (en) 2000-09-14

Family

ID=13001029

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11055521A Withdrawn JP2000252489A (en) 1999-03-03 1999-03-03 Integrated silicon thin-film photoelectric conversion device and its manufacture

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000252489A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005136125A (en) * 2003-10-30 2005-05-26 Kyocera Corp Photo-electric converter
JP2007234909A (en) * 2006-03-01 2007-09-13 Sanyo Electric Co Ltd Thin-film solar cell and method for manufacturing it
WO2009104737A1 (en) * 2008-02-21 2009-08-27 三洋電機株式会社 Solar cell module
JP2012231234A (en) * 2011-04-25 2012-11-22 Citizen Finetech Miyota Co Ltd Manufacturing method of oscillator device

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005136125A (en) * 2003-10-30 2005-05-26 Kyocera Corp Photo-electric converter
JP2007234909A (en) * 2006-03-01 2007-09-13 Sanyo Electric Co Ltd Thin-film solar cell and method for manufacturing it
WO2009104737A1 (en) * 2008-02-21 2009-08-27 三洋電機株式会社 Solar cell module
JP2009200268A (en) * 2008-02-21 2009-09-03 Sanyo Electric Co Ltd Solar battery module
JP4601679B2 (en) * 2008-02-21 2010-12-22 三洋電機株式会社 Solar cell module
US8445775B2 (en) 2008-02-21 2013-05-21 Sanyo Electric Co., Ltd. Solar cell module
JP2012231234A (en) * 2011-04-25 2012-11-22 Citizen Finetech Miyota Co Ltd Manufacturing method of oscillator device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5961743A (en) Thin-film photoelectric conversion device and a method of manufacturing the same
US7755157B2 (en) Photovoltaic device and manufacturing method of photovoltaic device
US20060213550A1 (en) Thin-film photoelectric conversion device and a method of manufacturing the same
JP3672754B2 (en) Manufacturing method of silicon-based thin film photoelectric conversion device
JP3792376B2 (en) Silicon-based thin film photoelectric conversion device
JP2000252489A (en) Integrated silicon thin-film photoelectric conversion device and its manufacture
JP3762086B2 (en) Tandem silicon thin film photoelectric conversion device
JP2000243992A (en) Manufacture of silicon group thin-film photoelectric converter
JP2000183377A (en) Manufacture of silicon thin-film optoelectric conversion device
KR101050878B1 (en) Silicon thin film solar cell and manufacturing method thereof
JPH11186583A (en) Integrated tandem-type thin-film photoelectric converting device and its manufacture
JPH0823114A (en) Solar cell
JP4335351B2 (en) Manufacturing method of silicon-based thin film photoelectric conversion device
JP3364137B2 (en) Method for manufacturing silicon-based thin film photoelectric conversion device
JPH11195795A (en) Integrated silicon-based thin-film photoelectric converter and its manufacture
JP2001168363A (en) Method of manufacturing solar battery
JP2000174309A (en) Tandem thin-film photoelectric conversion device and its manufacture
JP2000022182A (en) Silicon based thin film photoelectric converter
JP3746607B2 (en) Manufacturing method of silicon-based thin film photoelectric conversion device
JP3933334B2 (en) Silicon-based thin film photoelectric conversion device and manufacturing method thereof
JP3672750B2 (en) Manufacturing method of silicon-based thin film photoelectric conversion device
JPH04290274A (en) Photoelectric transducer
JP3540149B2 (en) Thin film deposition method by plasma CVD
JP3753528B2 (en) Manufacturing method of silicon-based thin film photoelectric conversion device
JP3007569B2 (en) Photovoltaic element

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20060509