JP2000261011A - Silicon-based thin-film photoelectric transducer - Google Patents

Silicon-based thin-film photoelectric transducer

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JP2000261011A
JP2000261011A JP11058172A JP5817299A JP2000261011A JP 2000261011 A JP2000261011 A JP 2000261011A JP 11058172 A JP11058172 A JP 11058172A JP 5817299 A JP5817299 A JP 5817299A JP 2000261011 A JP2000261011 A JP 2000261011A
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JP
Japan
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photoelectric conversion
film
silicon
layer
based thin
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JP11058172A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenji Yamamoto
憲治 山本
Hiroko Tawada
裕子 多和田
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Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
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Publication date
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    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silicon-based thin-film photoelectric transducer which shows an increased open end voltage and has improved photoelectric conversion characteristics. SOLUTION: This transducer is provided with a transparent front electrode film 12, a silicon-based thin-film photoelectric conversion unit 13 which contains are conductivity type layer 131, a photoelectric conversion layer 132 composed of crystalline silicon-based thin-film, and an opposite conductivity type layer 133, a transparent rear conducting film 14, and a rear metal electrode film 15. The transparent rear conducting film 14 contains a high resistance transparent conductive oxide layer 141, containing aluminum and/or gallium and a low resistance transparent conductive oxide layer 142, containing aluminum and/or gallium in this order from the photoelectric conversion unit 13.

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
係り、特に、太陽電池に代表されるシリコン系薄膜光電
変換装置の変換効率等の性能改善に関するものである。
なお、本願明細書において、「結晶質」と「微結晶」の
用語は、部分的に非晶質を含むものをも意味するものと
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin-film photoelectric conversion device, and more particularly to improvement in performance such as conversion efficiency of a silicon-based thin-film photoelectric conversion device represented by a solar cell.
In the specification of the present application, the terms “crystalline” and “microcrystal” also mean those partially including amorphous.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、例えば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光電変換層
として利用したシリコン系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、もっぱら、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
成することにより光電変換装置の低コスト化と高性能化
とを両立させることに向けられている。
2. Description of the Related Art In recent years, silicon-based photoelectric conversion devices using a thin film containing crystalline silicon such as polycrystalline silicon or microcrystalline silicon as a photoelectric conversion layer have been vigorously developed. These developments are mainly aimed at achieving both low cost and high performance of the photoelectric conversion device by forming a high-quality crystalline silicon thin film on an inexpensive substrate by a low-temperature process.

【0003】このようなシリコン系光電変換装置は、一
般に、光入射側に設けられる透明前面電極と、一導電型
層、結晶質シリコン系薄膜からなる光電変換層および逆
導電型層を含むシリコン系薄膜光電変換ユニットと、光
電変換ユニットに対し前面電極と反対側に設けらる裏面
電極とを備えている。かかるシリコン系光電変換装置
は、太陽電池ばかりでなく、光センサ等種々の用途への
応用が期待されている。
[0003] Such a silicon-based photoelectric conversion device generally includes a silicon-based photoelectric conversion device including a transparent front electrode provided on the light incident side, a photoelectric conversion layer formed of a one-conductivity-type layer, a crystalline silicon-based thin film, and a reverse-conductivity-type layer. The photoelectric conversion unit includes a thin-film photoelectric conversion unit and a back electrode provided on a side opposite to the front electrode with respect to the photoelectric conversion unit. Such silicon-based photoelectric conversion devices are expected to be applied not only to solar cells but also to various uses such as optical sensors.

【0004】ところで、シリコン系光電変換装置は、種
々の要因から変換効率が低下することが知られている。
例えば、結晶質シリコン系光電変換層は、長波長領域の
光に対する吸収係数が小さいため、当該光電変換層が薄
い場合には、入射した光の内、長波長領域の光を十分に
吸収し得ず、光電変換量が低下する傾向にある。これを
解決するために、例えば、光反射率の高い金属膜を光電
変換ユニットの裏側に設け、この金属膜に表面凹凸(表
面テクスチャ)構造を設けることが行われている。光電
変換層に入射した光は、この表面凹凸構造によって光電
変換層内に乱反射され、光電変換層による光吸収が増強
される(光閉じ込め効果)。このような表面凹凸構造
は、前面電極にも付与されることがある。
Incidentally, it is known that the conversion efficiency of a silicon-based photoelectric conversion device is reduced due to various factors.
For example, since the crystalline silicon-based photoelectric conversion layer has a small absorption coefficient with respect to light in a long wavelength region, when the photoelectric conversion layer is thin, it can sufficiently absorb light in a long wavelength region among incident light. And the amount of photoelectric conversion tends to decrease. In order to solve this, for example, a metal film having a high light reflectance is provided on the back side of the photoelectric conversion unit, and a surface unevenness (surface texture) structure is provided on the metal film. Light incident on the photoelectric conversion layer is irregularly reflected into the photoelectric conversion layer by the surface uneven structure, and light absorption by the photoelectric conversion layer is enhanced (light confinement effect). Such a surface uneven structure may be provided also on the front electrode.

【0005】また、近年、上記金属膜上に、酸化亜鉛
(ZnO)等の透明導電性酸化物膜を形成し、その上に
シリコン系光電変換ユニットを堆積させた光電変換装置
も数多く提案されており、たとえば特開平3−9947
7公報;特開平7−263731号公報;IEEE 1st Wor
ld Conf. on Photovoltaic Energy Conversion, p. 405
(1994);Applied Physics Letters, Vol. 70, p. 2975
(1997)等において報告されている。このように裏面電極
の金属膜とシリコン系光電変換ユニットとの間に透明導
電性酸化物膜を介在させることによって、それらの間の
熱膨張係数の相違による熱歪みを緩和し、かつ金属原子
がシリコン系光電変換ユニット内へ拡散して混入するこ
とを防止し得る。その結果、得られる光電変換装置の歩
留まりと信頼性が向上するのみならず、光感度が改善さ
れて光電変換特性も向上する。
In recent years, many photoelectric conversion devices have been proposed in which a transparent conductive oxide film such as zinc oxide (ZnO) is formed on the above-mentioned metal film and a silicon-based photoelectric conversion unit is deposited thereon. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-9947
No. 7; Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 7-263731; IEEE 1st Wor
ld Conf. on Photovoltaic Energy Conversion, p. 405
(1994); Applied Physics Letters, Vol. 70, p. 2975
(1997). By interposing the transparent conductive oxide film between the metal film of the back electrode and the silicon-based photoelectric conversion unit in this manner, thermal distortion due to the difference in the coefficient of thermal expansion between them is reduced, and metal atoms are reduced. It is possible to prevent the silicon-based photoelectric conversion unit from being diffused and mixed. As a result, not only the yield and reliability of the obtained photoelectric conversion device are improved, but also the photosensitivity is improved and the photoelectric conversion characteristics are improved.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者らは、シリコン系薄膜光電変換層内における光吸収を
増大させるために好ましい乱反射を生じさせ得る表面凹
凸構造を有する金属膜を含む裏面電極を用いる場合に、
その上に形成される光電変換ユニットにおける薄い導電
型層に機械的および電気的な欠陥が生じやすく、得られ
る太陽電池の開放端電圧の低下や短絡による歩留まりの
低下を招くことを見いだした。特に、裏面電極に含まれ
る光反射性金属膜に表面凹凸構造を付与した場合に、そ
の凹凸のピッチが狭いとリーク電流が発生しやすく、開
放端電圧が低下する傾向にあることがわかった。
SUMMARY OF THE INVENTION However, the present inventors have developed a back electrode including a metal film having a surface uneven structure capable of producing a preferable irregular reflection in order to increase light absorption in a silicon-based thin film photoelectric conversion layer. If used,
It has been found that mechanical and electrical defects are apt to occur in the thin conductive layer of the photoelectric conversion unit formed thereon, resulting in a decrease in open-end voltage of the obtained solar cell and a decrease in yield due to short circuit. In particular, it has been found that when the light reflecting metal film included in the back electrode is provided with a surface unevenness structure, if the pitch of the unevenness is narrow, a leak current is likely to occur, and the open-end voltage tends to decrease.

【0007】したがって、本発明は、シリコン系薄膜光
電変換装置において、開放端電圧を向上させ、もって光
電変換特性の改善を図ることを目的する。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to improve the open-circuit voltage in a silicon-based thin film photoelectric conversion device, thereby improving the photoelectric conversion characteristics.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述の課
題を解決すべく検討を重ねた結果、裏面電極を構成する
透明導電膜、特に酸化亜鉛(ZnO)膜にアルミニウム
および/またはガリウムを添加し、しかもその透明導電
性酸化物層を抵抗の異なる2層構造として、すなわち光
電変換ユニット側の高抵抗層と裏面金属膜側の低抵抗層
との2層構造として形成することにより、開放端電圧が
向上し、変換効率が改善されることを見いだした。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have repeatedly studied to solve the above-mentioned problems, and as a result, aluminum and / or gallium have been added to the transparent conductive film constituting the back electrode, in particular, the zinc oxide (ZnO) film. Is added, and the transparent conductive oxide layer is formed as a two-layer structure having different resistances, that is, as a two-layer structure of a high resistance layer on the photoelectric conversion unit side and a low resistance layer on the back metal film side, It has been found that the open-circuit voltage is improved and the conversion efficiency is improved.

【0009】すなわち、本発明によれば、透明前面電極
膜と、一導電型層、結晶質シリコン系薄膜からなる光電
変換層および逆導電型層を含むシリコン系薄膜光電変換
ユニットと、透明裏面導電膜と、裏面金属電極膜とを備
え、前記透明裏面導電膜は、前記光電変換ユニット側か
ら順に、アルミニウムおよび/またはガリウムを含有す
る高抵抗透明導電性酸化物層と、アルミニウムおよび/
またはガリウムを含有する低抵抗透明導電性酸化物層を
含むことを特徴とするシリコン系薄膜光電変換装置が提
供される。
That is, according to the present invention, a silicon-based thin-film photoelectric conversion unit including a transparent front electrode film, a one-conductivity-type layer, a photoelectric conversion layer composed of a crystalline silicon-based thin film, and a reverse-conductivity-type layer; And a back metal electrode film, wherein the transparent back conductive film comprises, in order from the photoelectric conversion unit side, a high-resistance transparent conductive oxide layer containing aluminum and / or gallium;
Alternatively, a silicon-based thin-film photoelectric conversion device including a low-resistance transparent conductive oxide layer containing gallium is provided.

【0010】本発明において、前記高抵抗透明導電性酸
化物層は、アルミニウムおよび/またはガリウムを0.
5重量%以下の割合で含有し、前記低抵抗透明導電性酸
化物層は、アルミニウムおよび/またはガリウムを6重
量%以下の割合で含有することが好ましい。
[0010] In the present invention, the high-resistance transparent conductive oxide layer contains aluminum and / or gallium in a content of 0.1%.
Preferably, the low-resistance transparent conductive oxide layer contains aluminum and / or gallium at a ratio of 6% by weight or less.

【0011】また、本発明において、前記高抵抗透明導
電性酸化物層は、30nm以下の厚さを有し、前記低抵
抗透明導電性酸化物層は、90nm以下の厚さを有する
ことが好ましい。
In the present invention, the high-resistance transparent conductive oxide layer preferably has a thickness of 30 nm or less, and the low-resistance transparent conductive oxide layer preferably has a thickness of 90 nm or less. .

【0012】さらに、本発明において、前記高抵抗透明
導電性酸化物層および低抵抗透明導電性酸化物層は、そ
れぞれ、酸化亜鉛を主成分として含むことが好ましい。
Further, in the present invention, the high-resistance transparent conductive oxide layer and the low-resistance transparent conductive oxide layer each preferably contain zinc oxide as a main component.

【0013】なお、本発明において、光入射側を前面と
いい、その反対側を裏面という。
In the present invention, the light incident side is called a front surface, and the opposite side is called a back surface.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を参照して詳
しく説明する。全図にわたり同一個所は同一符号をもっ
て示されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same parts are denoted by the same reference symbols throughout the drawings.

【0015】図1は、本発明の第1の実施の形態による
シリコン系薄膜光電変換装置を模式的に示す概略断面図
である。図1に示す光電変換装置は、pin構造のシリ
コン系薄膜光電変換ユニットを有し、基板側から光が入
射される。
FIG. 1 is a schematic sectional view schematically showing a silicon-based thin-film photoelectric conversion device according to a first embodiment of the present invention. The photoelectric conversion device illustrated in FIG. 1 includes a silicon-based thin film photoelectric conversion unit having a pin structure, and light is incident from the substrate side.

【0016】図1を参照すると、このシリコン系薄膜光
電変換装置10は、基板11上に、透明前面電極12
と、シリコン系薄膜光電変換ユニット13と、透明裏面
導電膜14と、裏面金属電極膜15とを備える。
Referring to FIG. 1, a silicon-based thin-film photoelectric conversion device 10 includes a transparent front electrode 12
, A silicon-based thin-film photoelectric conversion unit 13, a transparent back conductive film 14, and a back metal electrode film 15.

【0017】基板11は、有機フィルム、セラミック
ス、または低融点の安価なガラス等の透明な基板材料に
より構成することができる。
The substrate 11 can be made of a transparent substrate material such as an organic film, ceramics or low-melting glass.

【0018】透明前面電極12は、透明導電性酸化物材
料により形成され、一層構造であっても、多層構造であ
ってもよい。透明前面電極12は、好ましくは、インジ
ウム・スズ酸化物(ITO)、酸化スズ(SnO2 )、
酸化亜鉛(ZnO)、それらの混合物等から選択される
透明導電性酸化物で形成される。
The transparent front electrode 12 is formed of a transparent conductive oxide material, and may have a single-layer structure or a multilayer structure. The transparent front electrode 12 is preferably made of indium tin oxide (ITO), tin oxide (SnO 2 ),
It is formed of a transparent conductive oxide selected from zinc oxide (ZnO), a mixture thereof, and the like.

【0019】透明前面電極12は、真空蒸着、CVD、
またはスパッタ等のそれ自体既知の気相堆積法により形
成することができる。
The transparent front electrode 12 is formed by vacuum deposition, CVD,
Alternatively, it can be formed by a known vapor deposition method such as sputtering.

【0020】なお、前面電極12を構成する透明導電性
酸化物材料層は、その表面がフラットであってもよい
が、図1に示すように表面凹凸(テクスチャ構造)を有
することが好ましい。そのような表面凹凸構造における
凹凸の高低差は、10〜100nmであることが好まし
い。また、凹凸のピッチは凹凸の高低差より大きくかつ
その25倍以下であることが好ましく、凹凸の高低差の
4倍以上20倍以下であることがより好ましく、具体的
には、凹凸のピッチが300〜1000nmであること
が好ましい。
The surface of the transparent conductive oxide material layer constituting the front electrode 12 may have a flat surface, but preferably has surface irregularities (texture structure) as shown in FIG. It is preferable that the height difference of the unevenness in such a surface unevenness structure is 10 to 100 nm. In addition, the pitch of the unevenness is preferably larger than the height difference of the unevenness and 25 times or less thereof, more preferably 4 times or more and 20 times or less the height difference of the unevenness. Specifically, the pitch of the unevenness is It is preferably from 300 to 1000 nm.

【0021】ここで、凹凸の高低差とは凸部と凹部の高
さの差の平均値であり、ピッチとはおよそ0.1〜5μ
m周期で現れる、隣接する凸部と凸部または凹部と凹部
の間の距離の平均値を表わしている。このような表面凹
凸構造は、透明前面電極12の断面TEM(透過型電子
顕微鏡)写真の画像処理や、AFM(原子間力顕微鏡)
による表面観察および表面形状測定によっても決定する
ことができる。
Here, the height difference between the irregularities is the average value of the difference between the heights of the convex portions and the concave portions, and the pitch is approximately 0.1 to 5 μm.
It represents the average value of the distances between adjacent convex portions or convex portions or concave portions and concave portions that appear in m periods. Such a surface uneven structure can be achieved by image processing of a cross-sectional TEM (transmission electron microscope) photograph of the transparent front electrode 12 or AFM (atomic force microscope)
It can also be determined by surface observation and surface shape measurement by using.

【0022】このような表面凹凸構造を有する透明前面
電極12は、それ自体既知の種々の方法により形成する
ことができる。例えば、基板11の表面にエッチングな
どにより凹凸構造を形成し、その上に薄い透明前面電極
12を形成して、透明電極12の表面を基板11の凹凸
構造に沿った凹凸構造にすることができる。
The transparent front electrode 12 having such a surface uneven structure can be formed by various methods known per se. For example, a concave-convex structure is formed on the surface of the substrate 11 by etching or the like, and a thin transparent front electrode 12 is formed thereon, so that the surface of the transparent electrode 12 can have a concave-convex structure along the concave-convex structure of the substrate 11. .

【0023】透明前面電極12上に形成されるシリコン
系光電変換ユニット13は、p型層131、結晶質シリ
コン系薄膜光電変換層132、およびp型層とは逆導電
型のn型層133を含む。この光電変換ユニット13に
含まれるすべての半導体層は、400℃以下の下地温度
の条件の下にプラズマCVD法によって堆積させること
ができる。プラズマCVD法としては、一般によく知ら
れている平行平板型のRFプラズマCVDの他、周波数
が150MHz以下のRF帯からVHF帯までの高周波
電源を利用するプラズマCVDも用いることができる。
The silicon-based photoelectric conversion unit 13 formed on the transparent front electrode 12 includes a p-type layer 131, a crystalline silicon-based thin-film photoelectric conversion layer 132, and an n-type layer 133 having a conductivity type opposite to that of the p-type layer. Including. All the semiconductor layers included in the photoelectric conversion unit 13 can be deposited by a plasma CVD method under the condition of a base temperature of 400 ° C. or less. As the plasma CVD method, besides a generally well-known parallel plate type RF plasma CVD, a plasma CVD using a high-frequency power supply from an RF band having a frequency of 150 MHz or less to a VHF band can be used.

【0024】前面電極12上に形成されるp型層131
としては、ホウ素、アルミニウム等のp型不純物原子が
ドープされたp型シリコン系薄層を用いることができ
る。また、p型層131の材料としては、非晶質シリコ
ンの他に非晶質シリコンカーバイドや非晶質シリコンゲ
ルマニウム等の合金材料の他に、多結晶もしくは部分的
に非晶質を含む微結晶のシリコンまたはその合金材料を
用いることもできる。なお、望まれる場合には、堆積さ
れたこのようなp型層131にパルスレーザ光を照射す
ることにより、その結晶化分率や導電型決定不純物原子
によるキャリア濃度を制御することもできる。
P-type layer 131 formed on front electrode 12
For example, a p-type silicon-based thin layer doped with p-type impurity atoms such as boron and aluminum can be used. The material of the p-type layer 131 is not only amorphous silicon, but also alloy materials such as amorphous silicon carbide and amorphous silicon germanium, as well as polycrystalline or microcrystalline partially containing amorphous. Of silicon or its alloy material can also be used. If desired, by irradiating such a deposited p-type layer 131 with a pulsed laser beam, the crystallization fraction and the carrier concentration due to the impurity atoms determining the conductivity type can be controlled.

【0025】p型層131上に形成される結晶質シリコ
ン系光電変換層132としては、ノンドープの真正半導
体の多結晶シリコン薄膜や体積結晶化分率が80%以上
の微結晶シリコン膜、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
コン系薄膜材料が用いられ得る。しかし、この光電変換
層132はこれらに限定されず、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て形成されて
もよい。
As the crystalline silicon-based photoelectric conversion layer 132 formed on the p-type layer 131, a non-doped true semiconductor polycrystalline silicon thin film, a microcrystalline silicon film having a volume crystallization fraction of 80% or more, or a trace amount A silicon-based thin film material having a weak p-type or weak n-type and sufficiently having a photoelectric conversion function can be used. However, the photoelectric conversion layer 132 is not limited thereto, and may be formed using an alloy material such as silicon carbide or silicon germanium.

【0026】このような光電変換層132の厚さは0.
5〜20μmの範囲内にあり、これは結晶質シリコン系
薄膜光電変換層としての必要かつ十分な膜厚である。ま
た、この結晶質シリコン系薄膜光電変換層132は40
0℃以下の低温で形成されるので、結晶粒界や粒内にお
ける欠陥を終端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1〜30原子%の範囲内にあるこ
とが好ましい。さらに、結晶質シリコン系薄膜光電変換
層132に含まれる結晶粒の多くは下地層から上方に柱
状に延びて成長しており、その膜面に平行に(110)
の優先結晶配向面を有し、そのX線回折における(22
0)回折ピークに対する(111)回折ピークの強度比
は0.4以下であることが好ましい。
The thickness of the photoelectric conversion layer 132 is equal to 0.1.
The thickness is in the range of 5 to 20 μm, which is a necessary and sufficient film thickness as the crystalline silicon-based thin film photoelectric conversion layer. The crystalline silicon-based thin-film photoelectric conversion layer 132 has a thickness of 40
Since it is formed at a low temperature of 0 ° C. or less, it contains a large amount of hydrogen atoms that terminate or inactivate defects in crystal grain boundaries and grains, and its hydrogen content is preferably in the range of 1 to 30 atomic%. . Furthermore, many of the crystal grains contained in the crystalline silicon-based thin-film photoelectric conversion layer 132 extend in a columnar shape from the underlayer and grow upward, and are parallel to the film surface (110).
Of the preferred crystal orientation plane, and its (22)
The intensity ratio of the (111) diffraction peak to the 0) diffraction peak is preferably 0.4 or less.

【0027】結晶質光電変換層132上に形成されるn
型層133としては、リン、窒素等のn型不純物原子が
ドープされたn型シリコン系薄膜等を用いることができ
る。また、p型層133の材料としては、非晶質シリコ
ンの他に非晶質シリコンカーバイドや非晶質シリコンゲ
ルマニウム等の合金材料を用いてもよく、多結晶もしく
は部分的に非晶質を含む微結晶のシリコンまたはその合
金材料を用いることもできる。
The n formed on the crystalline photoelectric conversion layer 132
As the mold layer 133, an n-type silicon-based thin film or the like doped with n-type impurity atoms such as phosphorus and nitrogen can be used. In addition, as a material of the p-type layer 133, an alloy material such as amorphous silicon carbide or amorphous silicon germanium may be used in addition to amorphous silicon, and polycrystalline or partially amorphous is included. Microcrystalline silicon or its alloy material can also be used.

【0028】ここで、堆積される光電変換ユニット13
の上面13Aには、微細な凹凸を含む表面テクスチャ構
造が形成される。これは、光電変換ユニット13に含ま
れる結晶質光電変換層132がその堆積時に自然に凹凸
テクスチャ構造を生じることによるものであり、これに
よって、光電変換ユニット13の上面13Aが、広範囲
の波長領域の入射光を散乱させために一層適した微細な
表面凹凸テクスチャ構造になり、光電変換装置における
光閉じ込め効果も大きくなる。
Here, the photoelectric conversion unit 13 to be deposited is
A surface texture structure including fine irregularities is formed on the upper surface 13A. This is due to the fact that the crystalline photoelectric conversion layer 132 included in the photoelectric conversion unit 13 naturally forms an uneven texture structure at the time of deposition thereof, whereby the upper surface 13A of the photoelectric conversion unit 13 has a wide wavelength range. A fine surface uneven texture structure more suitable for scattering incident light is obtained, and the light confinement effect in the photoelectric conversion device is also increased.

【0029】本発明において、光電変換ユニット13上
に形成される透明導電膜14は、光電変化ユニット13
に接して設けられる高抵抗透明裏面導電性酸化物層14
1とその上に設けられる低抵抗透明導電性酸化物層14
2との2層構造を含む多層構造からなる。本発明におい
て、高抵抗、低抵抗とは相対的な用語であり、低抵抗と
は高抵抗よりも低い抵抗を有することを意味する。
In the present invention, the transparent conductive film 14 formed on the photoelectric conversion unit 13
-Resistance transparent back surface conductive oxide layer 14 provided in contact with the substrate
1 and low-resistance transparent conductive oxide layer 14 provided thereon
2 and a multilayer structure including a two-layer structure. In the present invention, high resistance and low resistance are relative terms, and low resistance means having lower resistance than high resistance.

【0030】本発明の透明裏面導電層14を構成する高
抵抗層141および低抵抗層142は、いずれも、アル
ミニウムおよび/またはガリウム(以下、アルミニウム
および/またはガリウムをドーパントという。)を含有
する透明導電性酸化物で形成されている。透明導電性酸
化物としては、ITO、SnO2 およびZnOから選択
された1種以上の透明導電性酸化物を好ましく使用で
き、ZnOを主成分として含むものが特に好ましい。
The high resistance layer 141 and the low resistance layer 142 constituting the transparent backside conductive layer 14 of the present invention are both transparent containing aluminum and / or gallium (hereinafter, aluminum and / or gallium is referred to as a dopant). It is formed of a conductive oxide. As the transparent conductive oxide, one or more transparent conductive oxides selected from ITO, SnO 2 and ZnO can be preferably used, and those containing ZnO as a main component are particularly preferable.

【0031】高抵抗透明導電性酸化物層141は、ドー
パントを、好ましくは0.5重量%以下の割合で、より
好ましくは0.01〜0.1重量%の割合で含有する。
また、この高抵抗層141は、好ましくは30nm以
下、より好ましくは5nm〜15nmの厚さを有する。
The high-resistance transparent conductive oxide layer 141 contains a dopant at a ratio of preferably 0.5% by weight or less, more preferably 0.01 to 0.1% by weight.
The high resistance layer 141 preferably has a thickness of 30 nm or less, more preferably 5 nm to 15 nm.

【0032】これに対し、低抵抗透明導電性酸化物層1
42は、ドーパントを、好ましくは6重量%以下の割合
で、より好ましくは2〜5重量%の割合で含有する。ま
た、この低抵抗層142は、90nm以下の厚さを有す
ることが好ましいが、高抵抗層141との合計膜厚が6
0nm〜120nm、より好ましく80nm〜100n
mとなることが特に好ましい。
On the other hand, the low-resistance transparent conductive oxide layer 1
No. 42 contains a dopant, preferably in a proportion of 6% by weight or less, more preferably in a proportion of 2 to 5% by weight. The low-resistance layer 142 preferably has a thickness of 90 nm or less, but the total thickness with the high-resistance layer 141 is 6 nm.
0 nm to 120 nm, more preferably 80 nm to 100 n
m is particularly preferable.

【0033】このような本発明の透明裏面導電膜14を
構成する高抵抗層141および低抵抗層142は、それ
ぞれ、所定の割合でドーパントを含有する透明酸化物タ
ーゲットを用いる以外はそれ自体既知のスパッタ法によ
り好適に形成することができる。その際のスパッタ条件
としては、前記透明前面電極12に関して上に述べたス
パッタ条件を好ましく採用することができる。
The high-resistance layer 141 and the low-resistance layer 142 that constitute the transparent back conductive film 14 of the present invention are known per se except that a transparent oxide target containing a predetermined ratio of a dopant is used. It can be suitably formed by a sputtering method. As the sputtering conditions at that time, the sputtering conditions described above for the transparent front electrode 12 can be preferably adopted.

【0034】本発明の透明裏面導電膜14は、光電変換
ユニット側から高抵抗透明導電性酸化物層141と低抵
抗透明導電性酸化物層142を有することにより、裏面
金属電極膜の表面凹凸構造における凹凸ピッチが狭い場
合であっても、開放端電圧を向上させることができ、そ
の結果変換効率を増大させ得る。
The transparent backside conductive film 14 of the present invention has a high-resistance transparent conductive oxide layer 141 and a low-resistance transparent conductive oxide layer 142 from the photoelectric conversion unit side, so that the surface unevenness structure of the backside metal electrode film is obtained. , The open-circuit voltage can be improved, and as a result, the conversion efficiency can be increased.

【0035】透明裏面導電膜14上に形成される裏面金
属電極膜15は、光反射性の高い金属で形成することが
好ましく、500〜1200nmの範囲内の波長の光に
対して95%以上の高い反射率を有することが特に好ま
しい。そのような裏面金属電極間膜15は、銀(A
g)、金(Au)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)
および白金(Pt)から選択された1つまたはそれを含
む合金によって形成されることが好ましく、一層または
多層として形成することができる。裏面金属電極膜15
は、少なくともその表面領域が、銀または銀合金からな
る銀系金属材料で形成されることが特に好ましい。例え
ば、裏面金属電極膜15は、光反射性の高い銀を100
〜330℃、より好ましくは200〜300℃の温度で
真空蒸着させることにより形成することができる。
The back metal electrode film 15 formed on the transparent back conductive film 14 is preferably formed of a metal having high light reflectivity, and has a 95% or more ratio to light having a wavelength in the range of 500 to 1200 nm. It is particularly preferred to have a high reflectivity. Such a back metal interelectrode film 15 is made of silver (A
g), gold (Au), aluminum (Al), copper (Cu)
And one selected from platinum and platinum (Pt) or an alloy containing the same, and can be formed as a single layer or a multilayer. Back metal electrode film 15
It is particularly preferable that at least the surface region is formed of a silver-based metal material made of silver or a silver alloy. For example, the back metal electrode film 15 is made of silver having high light reflectivity by 100%.
It can be formed by vacuum deposition at a temperature of from about 330 ° C., more preferably from 200 to 300 ° C.

【0036】なお、上述のように、光電変換ユニット1
3の上表面13Aは自然に凹凸構造を有するので、その
上に形成される透明裏面導電膜14と裏面金属電極膜1
5にも当該表面凹凸構造が好ましく付与される。
As described above, the photoelectric conversion unit 1
Since the upper surface 13A of the substrate 3 has a naturally uneven structure, the transparent back conductive film 14 and the back metal electrode film 1 formed thereon are formed.
5 is also preferably provided with the surface uneven structure.

【0037】図1に示すpin構造の光電変換ユニット
13を有する光電変換装置10では、光電変換されるべ
き光は、基板11側から入射される。
In the photoelectric conversion device 10 having the pin-type photoelectric conversion unit 13 shown in FIG. 1, light to be subjected to photoelectric conversion enters from the substrate 11 side.

【0038】図2は、本発明の第2の実施の形態による
シリコン系薄膜光電変換装置を模式的に示す概略断面図
である。図2において、図1と同一部分は同一符号を付
し、その詳細な説明は以下の記載から省略する。
FIG. 2 is a schematic sectional view schematically showing a silicon-based thin-film photoelectric conversion device according to a second embodiment of the present invention. 2, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the detailed description thereof will be omitted from the following description.

【0039】図2に示すシリコン系薄膜光電変換装置2
0は、非晶質/結晶質型のタンデム型シリコン系薄膜光
電変換装置である。図2に示すタンデム型光電変換装置
20においては、図1の光電変換装置10の場合と同様
に、基板11上に、透明前面電極12を備える。この透
明前面電極12の上には、前方光電変換ユニット21が
形成されている。前方光電変換ユニット21は、好まし
くはプラズマCVD法にて順次堆積されたp型の微結晶
または非晶質のシリコン系薄膜211、実質的に真正半
導体である非晶質シリコン系薄膜光電変換層212、お
よびn型の微結晶または非晶質のシリコン系薄膜213
を含む。
The silicon-based thin-film photoelectric conversion device 2 shown in FIG.
Numeral 0 denotes an amorphous / crystalline tandem silicon-based thin film photoelectric conversion device. The tandem-type photoelectric conversion device 20 shown in FIG. 2 includes a transparent front electrode 12 on a substrate 11 as in the case of the photoelectric conversion device 10 of FIG. A front photoelectric conversion unit 21 is formed on the transparent front electrode 12. The front photoelectric conversion unit 21 preferably includes a p-type microcrystalline or amorphous silicon-based thin film 211 and an amorphous silicon-based thin film photoelectric conversion layer 212 that is substantially a genuine semiconductor, which are sequentially deposited by a plasma CVD method. , And n-type microcrystalline or amorphous silicon-based thin film 213
including.

【0040】前方光電変換ユニット21上には、後方光
電変換ユニットとして、図1に示すp型層131、光電
変換層132およびn型層133を含む光電変換ユニッ
ト13が形成されている。この後方光電変換ユニット1
3の上には、本発明の高抵抗透明導電性酸化物層141
と低抵抗透明導電性酸化物層142を含む透明裏面導電
膜14と、裏面金属電極膜15が、図1の光電変換装置
10の場合と同様に形成され、これによって図2に示さ
れるタンデム型光電変換装置20が完成する。
On the front photoelectric conversion unit 21, the photoelectric conversion unit 13 including the p-type layer 131, the photoelectric conversion layer 132, and the n-type layer 133 shown in FIG. This rear photoelectric conversion unit 1
3 above the high-resistance transparent conductive oxide layer 141 of the present invention.
A transparent back conductive film 14 including a low-resistance transparent conductive oxide layer 142 and a back metal electrode film 15 are formed in the same manner as in the case of the photoelectric conversion device 10 of FIG. 1, thereby forming the tandem type shown in FIG. The photoelectric conversion device 20 is completed.

【0041】次に、図3を参照して、本発明の第3の実
施の形態に係るシリコン系薄膜光電変換装置を説明す
る。図3に示す光電変換装置30は、nip構造のシリ
コン系薄膜光電変換ユニットを有し、基板とは反対側か
ら光が入射される。
Next, a silicon-based thin-film photoelectric conversion device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The photoelectric conversion device 30 illustrated in FIG. 3 includes a silicon-based thin-film photoelectric conversion unit having a nip structure, and light is incident from the side opposite to the substrate.

【0042】図3を参照すると、このシリコン系薄膜光
電変換装置30は、基板31上に、裏面金属電極膜3
2、低抵抗裏面透明導電性酸化物層331と高抵抗裏面
透明導電性酸化物層332を含む透明裏面導電膜、およ
び前面電極35を備える。
Referring to FIG. 3, a silicon-based thin-film photoelectric conversion device 30 includes
2, a transparent back conductive film including the low-resistance back transparent conductive oxide layer 331 and the high-resistance back transparent conductive oxide layer 332, and the front electrode 35.

【0043】基板31は、図1の光電変換装置10にお
ける基板11と同様の基板材料で形成することができ
る。しかし、基板31は、透明である必要がないので、
ステンレス鋼等の金属材料で形成することもできる。
The substrate 31 can be formed of the same substrate material as the substrate 11 in the photoelectric conversion device 10 of FIG. However, since the substrate 31 does not need to be transparent,
It can also be formed of a metal material such as stainless steel.

【0044】基板31上に形成される裏面金属電極膜3
2は、図1における裏面金属電極膜15に相当するもの
である。
Back metal electrode film 3 formed on substrate 31
Reference numeral 2 corresponds to the back metal electrode film 15 in FIG.

【0045】この裏面金属電極膜32は、表面凹凸構造
(表面テクスチャ構造)を有することが好ましい。その
ような裏面金属電極膜32の上表面における凹凸構造
は、基板31の表面を予めエッチング等によって凹凸構
造に加工し、その凹凸構造をそれ自体の上表面に伝達し
得るような薄い裏面金属電極膜32を形成することによ
って得ることができる。あるいは、基板31上に凹凸表
面を有する透明導電性酸化物層(図示せず)を堆積した
後に、その凹凸構造をそれ自体の上表面に伝達し得るよ
うな薄い裏面金属電極膜32を形成することによっても
得られる。
The back metal electrode film 32 preferably has a surface uneven structure (surface texture structure). Such a concavo-convex structure on the upper surface of the back metal electrode film 32 is formed by processing the surface of the substrate 31 into a concavo-convex structure by etching or the like in advance, and transmitting the concavo-convex structure to the upper surface of itself. It can be obtained by forming the film 32. Alternatively, after depositing a transparent conductive oxide layer (not shown) having an uneven surface on the substrate 31, a thin back metal electrode film 32 capable of transmitting the uneven structure to the upper surface thereof is formed. It can also be obtained by:

【0046】裏面金属電極膜32の表面凹凸構造におけ
る凹凸の高低差は0.01〜2μmの範囲内にあるとと
もに、凹凸のピッチはその高低差より大きくかつその2
5倍以下であることが好ましく、4〜20倍の範囲内に
あることがより好ましい。このような表面凹凸構造を有
する裏面金属電極膜32を用いることにより、開放端電
圧の低下や製造歩留まりの低下を伴うことなく、光閉じ
込め効果を改善して高性能の光電変換装置を得ることが
できる。なお、このような表面凹凸構造は、上述したよ
うに、裏面金属電極膜32の断面のTEM(透過型電子
顕微鏡)写真やAFM(原子間力顕微鏡)による表面観
察によって測定することができる。
The height difference of the unevenness in the surface unevenness structure of the back metal electrode film 32 is in the range of 0.01 to 2 μm, and the pitch of the unevenness is larger than the height difference.
It is preferably 5 times or less, more preferably 4 to 20 times. By using the back metal electrode film 32 having such a surface unevenness structure, it is possible to improve the light confinement effect and obtain a high-performance photoelectric conversion device without lowering the open-circuit voltage or lowering the production yield. it can. In addition, such a surface uneven structure can be measured by a TEM (transmission electron microscope) photograph or a surface observation by an AFM (atomic force microscope) of a cross section of the back metal electrode film 32 as described above.

【0047】裏面金属電極膜32上に設けられる透明裏
面導電膜33は、図1における透明裏面導電膜14に相
当するものである。すなわち、この透明裏面導電膜33
は、図1における低抵抗透明導電性酸化物層142に相
当する低抵抗透明導電性酸化物層331と、図1におけ
る高抵抗透明導電性酸化物層141に相当する高抵抗透
明導電性酸化物層332を含む。
The transparent back conductive film 33 provided on the back metal electrode film 32 corresponds to the transparent back conductive film 14 in FIG. That is, the transparent back conductive film 33
Are a low-resistance transparent conductive oxide layer 331 corresponding to the low-resistance transparent conductive oxide layer 142 in FIG. 1 and a high-resistance transparent conductive oxide layer 331 corresponding to the high-resistance transparent conductive oxide layer 141 in FIG. And a layer 332.

【0048】裏面金属電極膜32上に形成される光電変
換ユニット34は、図1におけるp型層131とn型層
133の配置を逆転させた以外は図1の光電変換装置1
0における光電変換ユニット13と同様の構成を有す
る。すなわち、光電変換ユニット33は、基板31側か
ら、図1のn型層133に相当するn型層341、図1
の結晶質シリコン系薄膜光電変換層132に相当する結
晶質シリコン系薄膜光電変換層342、および図1のp
型層131に相当するp型層343を備える。
The photoelectric conversion unit 34 formed on the back metal electrode film 32 is similar to the photoelectric conversion device 1 of FIG. 1 except that the arrangement of the p-type layer 131 and the n-type layer 133 in FIG.
0 has the same configuration as the photoelectric conversion unit 13. That is, the photoelectric conversion unit 33 includes, from the substrate 31 side, an n-type layer 341 corresponding to the n-type layer 133 in FIG.
The crystalline silicon-based thin film photoelectric conversion layer 342 corresponding to the crystalline silicon-based thin film photoelectric conversion layer 132 of FIG.
A p-type layer 343 corresponding to the mold layer 131 is provided.

【0049】光電変換ユニット33上に形成される透明
前面電極35は、図1における透明前面電極12に相当
するものである。
The transparent front electrode 35 formed on the photoelectric conversion unit 33 corresponds to the transparent front electrode 12 in FIG.

【0050】さらに、この透明前面電極35上のグリッ
ド電極として、好ましくはAl、Ag、Au、Cuおよ
びPtから選択された少なくとも1種以上の金属または
これらの合金の層を含む櫛型金属電極36が形成されて
いる。
Further, as a grid electrode on the transparent front electrode 35, a comb-shaped metal electrode 36 including a layer of at least one or more metals selected from Al, Ag, Au, Cu and Pt or an alloy thereof is preferably used. Are formed.

【0051】このようなシリコン系薄膜光電変換装置3
0において、光電変換されるべき光hνは、透明前面電
極35側から照射される。
Such a silicon-based thin-film photoelectric conversion device 3
At 0, the light hν to be photoelectrically converted is emitted from the transparent front electrode 35 side.

【0052】図4は、本発明の第4の実施の形態による
シリコン系薄膜光電変換装置を模式的に示す概略断面図
である。図4において、図3と同一部分は同一符号を付
し、その詳細な説明は以下の記載から省略する。
FIG. 4 is a schematic sectional view schematically showing a silicon-based thin-film photoelectric conversion device according to a fourth embodiment of the present invention. 4, the same parts as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and the detailed description thereof will be omitted from the following description.

【0053】図4に示すシリコン系薄膜光電変換装置4
0は、図3に示す光電変換装置と同様の非晶質/結晶質
型のタンデム型シリコン系薄膜光電変換装置である。図
4に示すタンデム型光電変換装置40においては、図3
の光電変換装置30の場合と同様に、基板31上に、裏
面金属電極膜32と、高抵抗透明導電性酸化物層331
および低抵抗透明導電性酸化物層332を含む裏面透明
導電膜33と、n型層341、光電変換層342および
p型層343を含む光電変換ユニット34とが形成され
ている。この光電変化ユニット34は、後方光電変換ユ
ニットを構成する。
The silicon-based thin-film photoelectric conversion device 4 shown in FIG.
Reference numeral 0 denotes an amorphous / crystalline tandem silicon-based thin film photoelectric conversion device similar to the photoelectric conversion device shown in FIG. In the tandem-type photoelectric conversion device 40 shown in FIG.
As in the case of the photoelectric conversion device 30, the back metal electrode film 32 and the high-resistance transparent conductive oxide layer 331 are formed on the substrate 31.
In addition, a rear transparent conductive film 33 including a low-resistance transparent conductive oxide layer 332 and a photoelectric conversion unit 34 including an n-type layer 341, a photoelectric conversion layer 342, and a p-type layer 343 are formed. The photoelectric conversion unit 34 constitutes a rear photoelectric conversion unit.

【0054】この後方光電変換ユニット34上に重ね
て、前方光電変換ユニット41がさらに形成されてい
る。この前方光電変換ユニット41は、図2におけるp
型薄膜211とn型薄膜213との配置を逆転させた以
外は図2のタンデム型光電変換装置20における前方光
電変換ユニット21と同様の構成を有する。すなわち、
前方光電変換ユニット41は、図2のn型薄膜213に
相当するn型シリコン系薄膜411、図2の光電変換層
212に相当する実質的に真正半導体である非晶質シリ
コン系薄膜光電変換層412、および図2のp型薄膜2
11に相当するp型シリコン系薄膜413を含む。この
前方光電変換ユニット41上には、前面透明電極膜35
および櫛型金属電極36が図3に示す光電変換装置30
の場合と同様に形成され、これによって図4に示されて
いるようなタンデム型光電変換装置40が完成する。
A front photoelectric conversion unit 41 is further formed on the rear photoelectric conversion unit 34. This front photoelectric conversion unit 41 is provided by p
It has the same configuration as the front photoelectric conversion unit 21 in the tandem photoelectric conversion device 20 of FIG. 2 except that the arrangement of the type thin film 211 and the n-type thin film 213 is reversed. That is,
The front photoelectric conversion unit 41 includes an n-type silicon-based thin film 411 corresponding to the n-type thin film 213 in FIG. 2 and an amorphous silicon-based thin film photoelectric conversion layer substantially a genuine semiconductor corresponding to the photoelectric conversion layer 212 in FIG. 412, and the p-type thin film 2 of FIG.
11 includes a p-type silicon-based thin film 413. On the front photoelectric conversion unit 41, a front transparent electrode film 35 is provided.
And the comb-shaped metal electrode 36 is a photoelectric conversion device 30 shown in FIG.
The tandem-type photoelectric conversion device 40 as shown in FIG. 4 is thus completed.

【0055】[0055]

【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。The present invention will be described below with reference to examples.

【0056】実施例1 本実施例では、図1に示す構造を有するシリコン系薄膜
光電変換装置を作製した。
Example 1 In this example, a silicon-based thin-film photoelectric conversion device having the structure shown in FIG. 1 was manufactured.

【0057】すなわち、まず、ガラス基板11上に透明
前面電極膜12としてSnO2 膜を形成した。
That is, first, an SnO 2 film was formed as a transparent front electrode film 12 on a glass substrate 11.

【0058】次に、透明前面電極(SnO2 )膜12上
に、光電変換ユニット13を構成するp型シリコン層1
31、ノンドープの結晶質シリコン系光電変換層132
およびn型シリコン層133をプラズマCVD法により
形成した。ノンドープの結晶質シリコン系光電変換層1
32は300℃の下地温度の下でRFプラズマCVD法
によって3.0μmの厚さに形成した。この結晶質光電
変換層132において、2次イオン質量分析法によって
求めた水素含有量は2.3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0.2であった。
Next, on the transparent front electrode (SnO 2 ) film 12, the p-type silicon layer 1 constituting the photoelectric conversion unit 13 is formed.
31, non-doped crystalline silicon-based photoelectric conversion layer 132
And an n-type silicon layer 133 was formed by a plasma CVD method. Non-doped crystalline silicon-based photoelectric conversion layer 1
No. 32 was formed to a thickness of 3.0 μm by RF plasma CVD at a base temperature of 300 ° C. In the crystalline photoelectric conversion layer 132, the hydrogen content determined by secondary ion mass spectrometry was 2.3 atomic%, and the intensity ratio of the (111) diffraction peak to the (220) diffraction peak in X-ray diffraction was 0%. .2.

【0059】ついで、光電変換ユニット13上に透明裏
面導電膜14として、RFスパッタ法により、高抵抗透
明導電性酸化物層141および低抵抗透明導電性酸化物
層142を順次堆積させた。高抵抗層141と低抵抗層
142のスパッタ条件としては、Arのスパッタガス、
3×10-3Torrの圧力、850mW/cm2 のRF
パワー密度、および300℃の下地温度であった。高抵
抗層141の形成に際しては、アルミニウムまたはガリ
ウムを0.1重量%の割合で含有する酸化亜鉛ターゲッ
トを用いた。他方、低抵抗層142の形成に際しては、
アルミニウムまたはガリウムを3重量%の割合で含有す
る酸化亜鉛ターゲットを用いた。得られた高抵抗層14
1は、5×10-2Ωcmの比抵抗を有しており、低抵抗
層142は、6×10-4Ωcmの比抵抗を有していた。
Next, a high-resistance transparent conductive oxide layer 141 and a low-resistance transparent conductive oxide layer 142 were sequentially deposited on the photoelectric conversion unit 13 as the transparent back conductive film 14 by RF sputtering. The sputtering conditions for the high-resistance layer 141 and the low-resistance layer 142 include a sputtering gas of Ar,
RF of 3 × 10 −3 Torr, 850 mW / cm 2
The power density and the substrate temperature of 300 ° C. In forming the high resistance layer 141, a zinc oxide target containing 0.1% by weight of aluminum or gallium was used. On the other hand, when forming the low resistance layer 142,
A zinc oxide target containing 3% by weight of aluminum or gallium was used. High resistance layer 14 obtained
1 had a specific resistance of 5 × 10 −2 Ωcm, and the low-resistance layer 142 had a specific resistance of 6 × 10 −4 Ωcm.

【0060】最後に、透明裏面導電膜14の上に、裏面
金属電極膜15として銀をスパッタ法により堆積させ
た。
Finally, silver was deposited as a back metal electrode film 15 on the transparent back conductive film 14 by a sputtering method.

【0061】こうして得られた光電変換装置に入射光h
νとしてAM1.5の光を100mW/cm2 の光量で
照射して出力特性を測定したところ、開放端電圧が0.
52V、短絡電流密度が25mA/cm2 、曲線因子が
72%、そして変換効率が9.36%であった。
The incident light h is applied to the photoelectric conversion device thus obtained.
When the output characteristics were measured by irradiating a light of AM 1.5 with a light amount of 100 mW / cm 2 as ν, the open-circuit voltage was set to 0.
52V, the short-circuit current density of 25mA / cm 2, a fill factor is 72%, and a conversion efficiency of 9.36%.

【0062】比較例1 透明裏面導電膜14の形成に際し、高抵抗透明導電膜を
形成せず、低抵抗透明導電膜のみを形成した以外は実施
例1と同様にして光電変換装置を作製した。
Comparative Example 1 A photoelectric conversion device was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a high-resistance transparent conductive film was not formed and only a low-resistance transparent conductive film was formed in forming the transparent back conductive film 14.

【0063】得られた光電変換装置について実施例1と
同様に出力特性を測定したところ、開放端電圧が0.4
8V、短絡電流密度が25mA/cm2 、曲線因子が6
8%、そして変換効率が8.16%であった。
The output characteristics of the obtained photoelectric conversion device were measured in the same manner as in Example 1.
8 V, short circuit current density 25 mA / cm 2 , fill factor 6
8% and the conversion efficiency was 8.16%.

【0064】実施例2 本実施例では、図2に示す構造を有する非晶質/結晶質
型のタンデム型シリコン系薄膜光電変換装置を作製し
た。
Example 2 In this example, an amorphous / crystalline tandem silicon-based thin film photoelectric conversion device having the structure shown in FIG. 2 was manufactured.

【0065】すなわち、まず、実施例1の手法により、
基板11上に、透明前面電極12としてSnO2 膜を形
成した。
That is, first, according to the method of the first embodiment,
An SnO 2 film was formed as a transparent front electrode 12 on a substrate 11.

【0066】この透明前面電極12上に、前方光電変換
ユニット21を形成した。この前方光電変換ユニット2
1は、順次積層されたp型層211、非晶質シリコン系
光電変換層212、およびn型層213を含むものであ
った。なお、非晶質光電変換層212の厚さは、300
nmに設定した。
The front photoelectric conversion unit 21 was formed on the transparent front electrode 12. This front photoelectric conversion unit 2
1 includes a p-type layer 211, an amorphous silicon-based photoelectric conversion layer 212, and an n-type layer 213 which are sequentially stacked. Note that the thickness of the amorphous photoelectric conversion layer 212 is 300
nm.

【0067】得られた前方光電変換ユニット21上に、
実施例1と同様に、p型シリコン層131、ノンドープ
の結晶質シリコン系光電変換層132およびn型シリコ
ン層133をプラズマCVD法により形成した。ただ
し、結晶質シリコン系光電変換層132の膜厚は、3.
0μmに設定した。
On the obtained front photoelectric conversion unit 21,
As in Example 1, a p-type silicon layer 131, a non-doped crystalline silicon-based photoelectric conversion layer 132, and an n-type silicon layer 133 were formed by a plasma CVD method. However, the thickness of the crystalline silicon-based photoelectric conversion layer 132 is 3.
It was set to 0 μm.

【0068】最後に、実施例1と同様に、高抵抗透明導
電性酸化物層141と低抵抗透明導電性酸化物層142
からなる透明裏面導電膜14、および銀からなる裏面金
属電極膜15を形成した。
Finally, similarly to the first embodiment, the high-resistance transparent conductive oxide layer 141 and the low-resistance transparent conductive oxide layer 142
And a back metal electrode film 15 made of silver.

【0069】こうして得られた光電変換装置について実
施例1と同様に出力特性を測定したところ、開放端電圧
が1.42V、短絡電流密度が12.3mA/cm2
曲線因子が76%、そして変換効率が13.27%であ
った。
When the output characteristics of the photoelectric conversion device thus obtained were measured in the same manner as in Example 1, the open-circuit voltage was 1.42 V, the short-circuit current density was 12.3 mA / cm 2 ,
The fill factor was 76% and the conversion efficiency was 13.27%.

【0070】実施例3 本実施例では、図3に示す構造を有するシリコン系薄膜
光電変換装置を作製した。
Example 3 In this example, a silicon-based thin-film photoelectric conversion device having the structure shown in FIG. 3 was manufactured.

【0071】すなわち、まず、ガラス基板11上に厚さ
300nmの銀からなる裏面金属電極膜32をスパッタ
法により堆積させた。
That is, first, a back metal electrode film 32 made of silver having a thickness of 300 nm was deposited on the glass substrate 11 by a sputtering method.

【0072】ついで、低抵抗透明導電性酸化物層331
と高抵抗透明導電性酸化物層332を実施例1の手法に
準じてRFスパッタ法によって堆積させた。
Next, the low-resistance transparent conductive oxide layer 331
And a high-resistance transparent conductive oxide layer 332 were deposited by RF sputtering according to the method of the first embodiment.

【0073】次に、得られた透明導電膜33上に、光電
変換ユニット34を構成するn型層341、ノンドープ
の結晶質シリコン系光電変換層342およびp型層34
3をプラズマCVD法により形成した。ノンドープの結
晶質シリコン系光電変換層342は300℃の下地温度
の下でRFプラズマCVD法によって3.0μmの厚さ
に形成した。この結晶質光電変換層342において、2
次イオン質量分析法によって求めた水素含有量は2.3
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0.10であ
った。
Next, on the obtained transparent conductive film 33, an n-type layer 341, a non-doped crystalline silicon-based photoelectric conversion layer 342, and a p-type layer 34 constituting the photoelectric conversion unit 34 are formed.
3 was formed by a plasma CVD method. The non-doped crystalline silicon-based photoelectric conversion layer 342 was formed to a thickness of 3.0 μm by an RF plasma CVD method at a base temperature of 300 ° C. In this crystalline photoelectric conversion layer 342, 2
The hydrogen content determined by secondary ion mass spectrometry was 2.3.
Atomic%, and the intensity ratio of the (111) diffraction peak to the (220) diffraction peak in X-ray diffraction was 0.10.

【0074】ついで、光電変換ユニット34上に透明前
面電極膜35としてを酸化亜鉛膜を実施例1と同様に形
成し、その上に電流取り出し用の櫛型銀電極36を形成
した。
Next, a zinc oxide film was formed as a transparent front electrode film 35 on the photoelectric conversion unit 34 in the same manner as in Example 1, and a comb-shaped silver electrode 36 for taking out current was formed thereon.

【0075】こうして得られた光電変換装置について実
施例1と同様に出力特性を測定したところ、開放端電圧
が0.55V、短絡電流密度が26.5mA/cm2
曲線因子が77%、そして変換効率が11.2%であっ
た。
When the output characteristics of the photoelectric conversion device thus obtained were measured in the same manner as in Example 1, the open-circuit voltage was 0.55 V, the short-circuit current density was 26.5 mA / cm 2 ,
The fill factor was 77% and the conversion efficiency was 11.2%.

【0076】比較例2 透明裏面導電膜33の形成に際し、ターゲットとしてイ
ットリウムを含有しない酸化亜鉛ターゲットを使用して
1層の酸化亜鉛層を形成した以外は実施例3と同様にし
て光電変換装置を作製した。
Comparative Example 2 A photoelectric conversion device was manufactured in the same manner as in Example 3 except that a single zinc oxide layer was formed using a zinc oxide target containing no yttrium as a target when forming the transparent back conductive film 33. Produced.

【0077】得られた光電変換装置について実施例1と
同様に出力特性を測定したところ、開放端電圧が0.5
2V、短絡電流密度が26.5mA/cm2 、曲線因子
が73%、そして変換効率が10.05%であった。
The output characteristics of the obtained photoelectric conversion device were measured in the same manner as in Example 1.
The short circuit current density was 26.5 mA / cm 2 , the fill factor was 73%, and the conversion efficiency was 10.05%.

【0078】実施例4 本実施例では、図4に示す構造を有する非晶質/結晶質
型のタンデム型シリコン系薄膜光電変換装置を作製し
た。
Example 4 In this example, an amorphous / crystalline tandem silicon-based thin film photoelectric conversion device having the structure shown in FIG. 4 was manufactured.

【0079】すなわち、実施例3の手法により、基板3
1上に、裏面金属電極膜32と、低抵抗透明導電性酸化
物層331および高抵抗透明導電性酸化物層332から
なる透明裏面導電膜33と、光電変換ユニット34を形
成した。ただし、結晶質シリコン系光電変換層342の
膜厚は、3.0μmの厚さに設定した。
That is, according to the method of the third embodiment, the substrate 3
On 1, a back metal electrode film 32, a transparent back conductive film 33 composed of a low-resistance transparent conductive oxide layer 331 and a high-resistance transparent conductive oxide layer 332, and a photoelectric conversion unit 34 were formed. However, the thickness of the crystalline silicon-based photoelectric conversion layer 342 was set to a thickness of 3.0 μm.

【0080】ついで、得られた後方光電変換ユニット3
4上に、前方光電変換ユニット41をさらに形成した。
この前方光電変換ユニット41は、順次積層されたn型
層411、非晶質シリコン系光電変換層412、および
p型層413を含む。なお、非晶質光電変換層212の
厚さは、300nmに設定した。
Then, the obtained rear photoelectric conversion unit 3
4, a front photoelectric conversion unit 41 was further formed.
The front photoelectric conversion unit 41 includes an n-type layer 411, an amorphous silicon-based photoelectric conversion layer 412, and a p-type layer 413 that are sequentially stacked. Note that the thickness of the amorphous photoelectric conversion layer 212 was set to 300 nm.

【0081】最後に、光電変換ユニット21上に、実施
例1の場合と同様に、透明前面電極膜35と櫛型銀電極
36を形成した。
Finally, a transparent front electrode film 35 and a comb-shaped silver electrode 36 were formed on the photoelectric conversion unit 21 in the same manner as in the first embodiment.

【0082】こうして得られた光電変換装置について実
施例1と同様に出力特性を測定したところ、開放端電圧
が1.42V、短絡電流密度が12.4mA/cm2
曲線因子が77%、そして変換効率が13.55%であ
った。
When the output characteristics of the photoelectric conversion device thus obtained were measured in the same manner as in Example 1, the open-circuit voltage was 1.42 V, the short-circuit current density was 12.4 mA / cm 2 ,
The fill factor was 77% and the conversion efficiency was 13.55%.

【0083】[0083]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、増大し
た開放端電圧を示し、もって改善された光電変換特性を
有するシリコン系薄膜光電変換装置が提供される。
As described above, according to the present invention, there is provided a silicon-based thin-film photoelectric conversion device which exhibits an increased open-circuit voltage and thus has improved photoelectric conversion characteristics.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態による結晶質シリコ
ン系薄膜光電変換装置を説明するための模式的な断面図
である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining a crystalline silicon-based thin film photoelectric conversion device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施の形態による非晶質/結晶
質型のタンデム型シリコン系薄膜光電変換装置を説明す
るための模式的な断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating an amorphous / crystalline tandem silicon-based thin film photoelectric conversion device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施の形態による結晶質シリコ
ン系薄膜光電変換装置を説明するための模式的な断面図
である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining a crystalline silicon-based thin film photoelectric conversion device according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4の実施の形態による非晶質/結晶
質型のタンデム型シリコン系薄膜光電変換装置を説明す
るための模式的な断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating an amorphous / crystalline tandem silicon-based thin film photoelectric conversion device according to a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,31…基板 12,35…透明前面電極膜 13,21,34,41…光電変換ユニット 14,33…透明裏面電膜 15,32…裏面金属電極膜 36…櫛型金属電極 131,211,343,413…p型層 132,212,342,412…光電変換層 133,213、341,411…n型層 141,332…高抵抗透明導電性酸化物層 142,331…低抵抗透明導電性酸化物層 11, 31 ... substrate 12, 35 ... transparent front electrode film 13, 21, 34, 41 ... photoelectric conversion unit 14, 33 ... transparent back electrode film 15, 32 ... back metal electrode film 36 ... comb-shaped metal electrode 131, 211, 343, 413: p-type layer 132, 212, 342, 412: photoelectric conversion layer 133, 213, 341, 411: n-type layer 141, 332: high-resistance transparent conductive oxide layer 142, 331: low-resistance transparent conductivity Oxide layer

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Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 透明前面電極膜と、一導電型層、結晶質
シリコン系薄膜からなる光電変換層および逆導電型層を
含むシリコン系薄膜光電変換ユニットと、透明裏面導電
膜と、裏面金属電極膜とを備え、 前記透明裏面導電膜は、前記光電変換ユニット側から順
に、アルミニウムおよび/またはガリウムを含有する高
抵抗透明導電性酸化物層と、アルミニウムおよび/また
はガリウムを含有する低抵抗透明導電性酸化物層を含む
ことを特徴とするシリコン系薄膜光電変換装置。
1. A transparent front electrode film, a silicon-based thin-film photoelectric conversion unit including a one-conductivity-type layer, a photoelectric conversion layer composed of a crystalline silicon-based thin film, and a reverse-conductivity-type layer, a transparent back conductive film, and a back metal electrode. A transparent high-resistance transparent conductive oxide layer containing aluminum and / or gallium and a low-resistance transparent conductive film containing aluminum and / or gallium in this order from the photoelectric conversion unit side. A silicon-based thin-film photoelectric conversion device comprising a conductive oxide layer.
【請求項2】 前記高抵抗透明導電性酸化物層が、アル
ミニウムおよび/またはガリウムを0.5重量%以下の
割合で含有し、前記低抵抗透明導電性酸化物層が、アル
ミニウムおよび/またはガリウムを6重量%以下の割合
で含有することを特徴とする請求項1に記載のシリコン
系薄膜光電変換装置。
2. The high-resistance transparent conductive oxide layer contains aluminum and / or gallium in a proportion of 0.5% by weight or less, and the low-resistance transparent conductive oxide layer contains aluminum and / or gallium. The silicon-based thin-film photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the silicon-based thin film photoelectric conversion device contains 6% by weight or less.
【請求項3】 前記高抵抗透明導電性酸化物層が、30
nm以下の厚さを有し、前記低抵抗透明導電性酸化物層
が、90nm以下の厚さを有することを特徴とする請求
項1または2に記載のシリコン系薄膜光電変換装置。
3. The high-resistance transparent conductive oxide layer has a thickness of 30%.
3. The silicon-based thin-film photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the low-resistance transparent conductive oxide layer has a thickness of 90 nm or less. 4.
【請求項4】 前記高抵抗透明導電性酸化物層および低
抵抗透明導電性酸化物層が、それぞれ、酸化亜鉛を主成
分として含むことを特徴とする請求項1ないし3のいず
れか1項に記載のシリコン系薄膜光電変換装置。
4. The method according to claim 1, wherein the high-resistance transparent conductive oxide layer and the low-resistance transparent conductive oxide layer each contain zinc oxide as a main component. The silicon-based thin-film photoelectric conversion device as described in the above.
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