JP2001127316A - 薄膜光電変換装置 - Google Patents

薄膜光電変換装置

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JP2001127316A
JP2001127316A JP30553299A JP30553299A JP2001127316A JP 2001127316 A JP2001127316 A JP 2001127316A JP 30553299 A JP30553299 A JP 30553299A JP 30553299 A JP30553299 A JP 30553299A JP 2001127316 A JP2001127316 A JP 2001127316A
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JP
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thin
conductive film
film
conversion unit
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JP30553299A
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Hideo Yamagishi
英雄 山岸
Hitoshi Nishio
仁 西尾
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Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄膜光電変換ユニットと裏面透明導電膜との
界面抵抗を下げることにより、光電変換特性が改善され
た薄膜光電変換装置を提供する。 【解決手段】 基板(1)上に、透明導電膜(2)、p
in接合を有する薄膜光電変換ユニット(3)、裏面透
明導電膜(41)、裏面金属電極(42)を順次形成し
た薄膜光電変換装置であって、前記薄膜光電変換ユニッ
ト(3)を構成するn型層(33)が不純物としてリン
を原子比で2〜8%含有するシリコンからなり、前記裏
面透明導電膜(41)がAlを1〜5wt%含有するZ
nOからなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【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、特に光電変換特性が改善された薄膜光電変換装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体薄膜を利用した光電変換装
置の開発が精力的に行なわれている。これらの光電変換
装置の開発では、安価な基板上に低温プロセスで良質の
半導体薄膜を形成することによる低コスト化と高性能化
の両立が目標となっている。こうした光電変換装置は、
太陽電池、光センサなど、さまざまな用途への応用が期
待されている。
【0003】光電変換装置の一例として、基板上に、透
明導電膜、pin接合を有する薄膜光電変換ユニット、
裏面透明導電膜、裏面金属電極を順次積層した構造を有
するものが知られている。薄膜光電変換ユニットと裏面
金属電極との間の裏面透明導電膜は、半導体薄膜と金属
電極との熱膨張係数の相違による熱歪みを緩和して付着
性を高め、かつ金属電極の金属原子が光電変換ユニット
へ拡散するのを防止するために設けられる。この裏面透
明導電膜としてはZnOが用いられることが多く、一般
的に10nm〜1μmの厚さで高い透過率を有し、しか
も1.5×10 -3Ωcm以下の低い抵抗率を有すること
が要求される。このようにZnOの抵抗率を下げるため
に、通常Alなどの金属元素がドープされる。
【0004】しかし、裏面透明導電膜の抵抗率を下げる
だけでは、光電変換装置の光電変換特性を十分に改善す
ることができない。たとえば、光電変換装置の光電変換
特性を低下させる原因として、薄膜光電変換ユニットと
裏面透明導電膜との界面抵抗が挙げられ、この界面抵抗
を下げることが要望されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、薄膜
光電変換ユニットと裏面透明導電膜との界面抵抗を下げ
ることにより、光電変換特性が改善された薄膜光電変換
装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の薄膜光電変換装
置は、基板上に、透明導電膜、pin接合を有する薄膜
光電変換ユニット、裏面透明導電膜、裏面金属電極を順
次形成して薄膜光電変換装置において、前記薄膜光電変
換ユニットを構成するn型層が不純物としてリンを原子
比で2〜8%含有するシリコンからなり、前記裏面透明
導電膜がAlを1〜5wt%含有するZnOからなるこ
とを特徴とする。
【0007】本発明の薄膜光電変換装置においては、例
えばアモルファスシリコンからなる薄膜光電変換ユニッ
トが用いられる。この薄膜光電変換ユニットを構成する
n型層は、微結晶を含むアモルファスシリコンであるこ
とが好ましい。
【0008】
【発明の実施の形態】図1に示す断面図を参照して、本
発明に係るシリコン系薄膜光電変換装置の一例を説明す
る。このシリコン系薄膜光電変換装置は、基板1上に、
透明導電膜2と、p型層31、実質的に真性半導体から
なるi型層32およびn型層33を含むシリコン系光電
変換ユニット3と、ZnOからなる裏面透明導電膜41
および裏面金属電極42を含む裏面電極4とを順次積層
した構造を有する。この光電変換装置に対しては、光電
変換されるべき光hνは基板1側から入射される。
【0009】基板1としては、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などの透明基板を用
いることができる。
【0010】基板1上に配置される透明導電膜2の材料
としては、ITO、SnO2およびZnOから選択され
る1以上の層を含む裏面透明導電膜が用いられる。これ
らの材料のうち、透過率、導電率および化学安定性の観
点からはSnO2が特に好適であり、加工性、導電率お
よび透過率の観点からはITOも好適である。透明導電
膜は真空蒸着、熱CVDまたはスパッタなどの方法によ
って基板1上に形成される。
【0011】透明導電膜2上に光電変換ユニット3が形
成される。光電変換ユニット3は、アモルファスシリコ
ン系、微結晶を含むアモルファスシリコン系、結晶質
(多結晶または微結晶)シリコン系のいずれでもよい。
この光電変換ユニット3に含まれるすべての半導体層
は、下地温度を400℃以下に設定してプラズマCVD
法によって堆積される。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
を用いてもよいし、周波数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
法を用いてもよい。この光電変換ユニット3にはp型層
31、i型層32およびn型層33が含まれる。
【0012】p型層31は、たとえば導電型決定不純物
原子としてボロンをドープしたp型シリコン系薄膜から
なる。ただし、不純物原子は特に限定されず、アルミニ
ウムなどでもよい。なお、必要に応じて、堆積されたp
型層31にパルスレーザ光を照射(レーザーアニール)
することにより、結晶化分率やキャリア濃度を制御する
こともできる。
【0013】p型層31上にi型層32が堆積される。
このi型層32は、実質的にノンドープの真性半導体か
らなる。i型層32の厚さは、必要かつ十分な光電変換
が可能なように、アモルファスシリコン系の場合には一
般的に0.3〜0.4μm、結晶質シリコン系の場合に
は一般的に0.5〜20μmの範囲に形成される。この
うち結晶質(多結晶または微結晶)シリコン系の光電変
換層としては、体積結晶化分率が80%以上である、多
結晶シリコン膜もしくは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
分に備えたシリコン系薄膜材料を用いることができる。
【0014】i型層32上にはn型層33が形成され
る。このn型層33は、たとえば導電型決定不純物原子
としてリンがドープされたn型シリコン系薄膜からな
る。ただし、不純物原子は特に限定されず、窒素などで
もよい。本発明の薄膜光電変換装置においては、不純物
としてリンを原子比で2〜8%含有するn型シリコン系
薄膜が用いられる。リンの含有量は原子比で5〜7%で
あることがより好ましい。本発明におけるn型層のリン
含有量は、通常よりも多くなっている。このn型層は、
微結晶を含むアモルファスシリコンからなることが好ま
しい。このn型層はSiH4とPH3を100:2〜8の
流量比で供給しながらプラズマCVDにより形成され
る。
【0015】光電変換ユニット3上には裏面透明導電膜
41と裏面金属電極42とを含む裏面電極4が形成され
る。
【0016】裏面透明導電膜41は、光電変換ユニット
3と裏面金属電極42との付着性を高め、裏面金属電極
42による反射効率を高め、光電変換ユニット3を化学
変化から防止する機能を有する。本発明においては、裏
面透明導電膜41としてAlを1〜5wt%含有するZ
nOが用いられる。ZnO中のAl含有量は3〜5wt
%であることがより好ましい。光電変換ユニット3に隣
接する裏面透明導電膜41の平均結晶粒径は100nm
以上であることが好ましい。また、ZnOを主成分とす
る裏面透明導電膜41の膜厚は10nm〜1μmである
ことが好ましく、比抵抗は1.5×10-3Ωcm以下で
あることが好ましい。このような裏面透明導電膜は、タ
ーゲットとしてAl23を1〜5wt%ドープしたZn
Oを用いてスパッタ法により形成される。
【0017】裏面透明導電膜41上の裏面金属電極42
は真空蒸着またはスパッタなどの方法によって形成する
ことができる。裏面金属電極42は、Ag、Au、A
l、CuおよびPtから選択される1種、またはこれら
を含む合金で形成することが好ましい。たとえば、光反
射性の高いAgを100〜330℃、より好ましくは2
00〜300℃の温度で真空蒸着によって形成すること
が好ましい。また、Ag上にTiなどを形成してもよ
い。
【0018】本発明によれば、薄膜光電変換ユニットを
構成するn型シリコン層中のリン含有量を原子比で2〜
8%に設定するとともに、裏面透明導電膜であるZnO
中のAl含有量を1〜5wt%に設定することにより、
両者の間の界面抵抗を下げることができ、光電変換特性
の改善された薄膜光電変換装置を提供することができ
る。
【0019】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【0020】(実施例1)図1に示されるアモルファス
シリコン系光電変換装置を製造した。まず、ガラス基板
1上にSnO2からなる透明導電膜2を形成した。この
透明導電膜2上に、プラズマCVD法により、p型層3
1、i型層32、n型層33を含むアモルファスシリコ
ン系光電変換ユニット3を形成した。このうちn型層3
3は、水素希釈されたSiH4とPH3を100:6の流
量比で供給しながらプラズマCVDにより形成した。こ
の光電変換ユニット3上に、厚さ90nmのAlドープ
ZnOからなる裏面透明導電膜41を形成した。この裏
面透明導電膜41は、ターゲットとしてAl23を3w
t%ドープしたZnOを用いてスパッタ法により形成し
た。さらに、裏面透明導電膜41上に、スパッタ法によ
りAgからなる裏面金属電極42を形成し、光電変換装
置を製造した。
【0021】得られた光電変換装置に、AM1.5の光
を100mW/cm2の光量で入射したときの光電変換
効率は10.8%であった。
【0022】(比較例1)以下の条件を用いた以外は実
施例1と同様にして光電変換装置を製造した。すなわ
ち、水素希釈されたSiH4とPH3を100:1の流量
比で供給しながらプラズマCVDによりn型層33を形
成した。また、ターゲットとしてAl23を2wt%ド
ープしたZnOを用いてスパッタ法によりAlドープZ
nOからなる裏面透明導電膜41を形成した。
【0023】得られた光電変換装置に、AM1.5の光
を100mW/cm2の光量で入射したときの光電変換
効率は10.2%であり、実施例1よりも低かった。
【0024】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、薄
膜光電変換ユニットと裏面透明導電膜との界面抵抗を下
げることにより、光電変換特性が改善された薄膜光電変
換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るシリコン系薄膜光電変換装置の一
例を示す断面図。
【符号の説明】
1…基板 2…透明導電膜 3…光電変換ユニット 31…p型層 32…i型層 33…n型層 4…裏面電極 41…裏面透明導電膜 42…裏面金属電極

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に、透明導電膜、pin接合を有
    する薄膜光電変換ユニット、裏面透明導電膜、裏面金属
    電極を順次形成した薄膜光電変換装置において、前記薄
    膜光電変換ユニットを構成するn型層が不純物としてリ
    ンを原子比で2〜8%含有するシリコンからなり、前記
    裏面透明導電膜がAlを1〜5wt%含有するZnOか
    らなることを特徴とする薄膜光電変換装置。
  2. 【請求項2】 前記薄膜光電変換ユニットがアモルファ
    スシリコンからなることを特徴とする請求項1記載の薄
    膜光電変換装置。
  3. 【請求項3】 前記薄膜光電変換ユニットを構成するn
    型層が微結晶を含むアモルファスシリコンからなること
    を特徴とする請求項2記載の薄膜光電変換装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7012739B2 (en) 2003-04-10 2006-03-14 Agilent Technologies, Inc. Double-pass polarization-independent signal processor and on-axis processing method
JP2010219084A (ja) * 2009-03-13 2010-09-30 Mitsubishi Materials Corp (Zn,Al)O系透明電極層を構成層とする太陽電池および前記(Zn,Al)O系透明電極層の形成に用いられるZnO−Al2O3系スパッタリングターゲット
JP2010238893A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Mitsubishi Materials Corp (Zn,Ga,Al)O系透明電極層を構成層とする太陽電池および前記(Zn,Ga,Al)O系透明電極層の形成に用いられるZnO−Ga2O3−Al系スパッタリングターゲット

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7012739B2 (en) 2003-04-10 2006-03-14 Agilent Technologies, Inc. Double-pass polarization-independent signal processor and on-axis processing method
JP2010219084A (ja) * 2009-03-13 2010-09-30 Mitsubishi Materials Corp (Zn,Al)O系透明電極層を構成層とする太陽電池および前記(Zn,Al)O系透明電極層の形成に用いられるZnO−Al2O3系スパッタリングターゲット
JP2010238893A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Mitsubishi Materials Corp (Zn,Ga,Al)O系透明電極層を構成層とする太陽電池および前記(Zn,Ga,Al)O系透明電極層の形成に用いられるZnO−Ga2O3−Al系スパッタリングターゲット

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