JP2001177133A - Method of manufacturing hybrid thin-film photoelectric transduser device - Google Patents

Method of manufacturing hybrid thin-film photoelectric transduser device

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JP2001177133A
JP2001177133A JP36069099A JP36069099A JP2001177133A JP 2001177133 A JP2001177133 A JP 2001177133A JP 36069099 A JP36069099 A JP 36069099A JP 36069099 A JP36069099 A JP 36069099A JP 2001177133 A JP2001177133 A JP 2001177133A
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Japan
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photoelectric conversion
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amorphous
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JP36069099A
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Masashi Yoshimi
雅士 吉見
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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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a hybrid silicon-based thin-film photoelectric transducer device by which the properties of the device can be improved. SOLUTION: The hybrid thin-film photoelectric transducer device comprises a transparent electrode 2, an amorphous photoelectric transducer unit 11, a crystalline photoelectric transducer unit 12, and rear face electrode 13, which are formed on a transparent insulation substrate 1 in this order. The amorphous photoelectric transducer unit 11 comprises a p-type amorphous layer 111, an i-type amorphous photoelectric transducer layer 112A, an i-type transition layer 112B, and an n-type fine crystal layer 113, which are deposited by a plasma CVD in this order. The gas mixing ratio of a hydrogen dilution gas to a silane- based material gas is five times at most while the amorphous photoelectric transducer layer 112A is deposited and the same ratio is at least five times, while the transition layer 112B is deposited and fifty times or above when the deposition of the transition layer 112B is finished. The transition layer is deposited in a depth between 5 nm and 30 nm.

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】本発明は半導体薄膜光電変換
装置の製造方法に関し、特に、ハイブリッド型シリコン
系薄膜光電変換装置の性能を改善し得る製造方法に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor thin film photoelectric conversion device, and more particularly to a method of improving the performance of a hybrid silicon-based thin film photoelectric conversion device.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体薄膜光電変換装置は、一般に、少
なくとも表面が絶縁性の基板上に順次積層された第1電
極、1以上の半導体薄膜光電変換ユニット、および第2
電極を含んでいる。そして、1つの光電変換ユニット
は、p型層とn型層でサンドイッチされたi型層を含ん
でいる。光電変換ユニットの厚さの大部分を占めるi型
層は実質的に真性の半導体層であって、光電変換作用は
主としてこのi型層内で生じる。
2. Description of the Related Art In general, a semiconductor thin-film photoelectric conversion device has a first electrode, at least one semiconductor thin-film photoelectric conversion unit, and a second thin-film photoelectric conversion unit which are sequentially laminated on an insulating substrate at least on the surface.
Includes electrodes. Then, one photoelectric conversion unit includes an i-type layer sandwiched between a p-type layer and an n-type layer. The i-type layer occupying most of the thickness of the photoelectric conversion unit is a substantially intrinsic semiconductor layer, and the photoelectric conversion action mainly occurs in the i-type layer.

【0003】したがって、光電変換ユニットは、それに
含まれるp型とn型の導電型層が非晶質か結晶質かにか
かわらず、i型の光電変換層が非晶質のものは非晶質ユ
ニットと称され、i型層が結晶質のものは結晶質ユニッ
トと称される。なお、本願明細書内で、「多結晶」と
「微結晶」と「結晶質」の用語は、薄膜光電変換装置の
技術分野で一般的に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。
Therefore, regardless of whether the p-type and n-type conductive layers included therein are amorphous or crystalline, a photoelectric conversion unit having an amorphous i-type photoelectric conversion layer has an amorphous structure. A unit in which the i-type layer is crystalline is called a crystalline unit. In the specification of the present application, the terms “polycrystalline”, “microcrystalline”, and “crystalline” are partially amorphous as generally used in the technical field of a thin film photoelectric conversion device. It shall mean a state including a state.

【0004】他方、p型やn型の導電型層は光電変換ユ
ニット内に拡散電位を生じさせる役割を果たし、その拡
散電位の大きさによって光電変換装置の重要な特性の1
つである開放電圧の値も左右される。しかし、これらの
導電型層は光電変換に直接寄与しない不活性な層であ
り、導電型層にドープされた不純物によって吸収される
光は発電に寄与しない損失となる。特に、光入射側の導
電型層における光損失は重要な問題であり、この導電型
層のためにできるだけ光吸収ロスの少ない材料として、
たとえばp型非晶質シリコンカーバイドのように広いエ
ネルギーバンドギャップを有する合金材料が用いられ
る。
On the other hand, the p-type or n-type conductive layer plays a role of generating a diffusion potential in the photoelectric conversion unit, and one of the important characteristics of the photoelectric conversion device depends on the magnitude of the diffusion potential.
The value of the open-circuit voltage also depends. However, these conductive type layers are inactive layers that do not directly contribute to photoelectric conversion, and light absorbed by impurities doped in the conductive type layers is a loss that does not contribute to power generation. In particular, light loss in the conductive layer on the light incident side is an important issue, and as a material having as little light absorption loss as possible for this conductive layer,
For example, an alloy material having a wide energy band gap, such as p-type amorphous silicon carbide, is used.

【0005】ここで、ガラス板のような透明絶縁基板上
に薄膜光電変換装置が形成される場合、その基板は光電
変換装置の表面保護用のカバーガラスの役目を果たさせ
ることができるので、一般に、ガラス基板上には透明電
極を介してp型層、i型光電変換層、およびn型層の順
に積層されることが多い。
Here, when the thin film photoelectric conversion device is formed on a transparent insulating substrate such as a glass plate, the substrate can serve as a cover glass for protecting the surface of the photoelectric conversion device. In general, a p-type layer, an i-type photoelectric conversion layer, and an n-type layer are often stacked on a glass substrate via a transparent electrode.

【0006】また、薄膜光電変換装置の変換効率を向上
させる方法として、2以上の光電変換ユニットを積層し
てタンデム型にする方法がある。この方法においては、
光電変換装置の光入射側に大きなバンドギャップを有す
る光電変換層を含む前方ユニットを配置し、その後ろに
順に小さなバンドギャップを有する(たとえばSi−G
e合金の)光電変換層を含む後方ユニットを配置するこ
とにより、入射光の広い波長範囲にわたって光電変換を
可能にし、これによって装置全体としての変換効率の向
上が図られる。タンデム型薄膜光電変換装置の中でも、
非晶質光電変換ユニットと結晶質光電変換ユニットを積
層したものはハイブリッド型薄膜光電変換装置と称され
る。
As a method of improving the conversion efficiency of a thin film photoelectric conversion device, there is a method of stacking two or more photoelectric conversion units to form a tandem type. In this method,
A front unit including a photoelectric conversion layer having a large band gap is disposed on the light incident side of the photoelectric conversion device, and a rear band unit having a smaller band gap (for example, Si-G
By arranging the rear unit including the photoelectric conversion layer (of the e-alloy), it is possible to perform photoelectric conversion over a wide wavelength range of the incident light, thereby improving the conversion efficiency of the entire device. Among tandem type thin film photoelectric conversion devices,
A laminate of an amorphous photoelectric conversion unit and a crystalline photoelectric conversion unit is called a hybrid thin-film photoelectric conversion device.

【0007】たとえば、i型非晶質シリコンが光電変換
し得る光の波長は長波長側において800nm程度まで
であるが、i型結晶質シリコンはそれより長い約100
0nm程度の波長の光までを光電変換することができ
る。したがって、ガラス基板上にハイブリッド型薄膜光
電変換装置が形成される場合、通常は、そのガラス基板
上に透明電極、非晶質ユニット、結晶質ユニット、およ
び裏面電極がこの順に積層される。
For example, the wavelength of light that can be photoelectrically converted by i-type amorphous silicon is up to about 800 nm on the long wavelength side, while i-type crystalline silicon has a wavelength of about 100 nm which is longer than that.
It is possible to photoelectrically convert light having a wavelength of about 0 nm. Therefore, when a hybrid thin-film photoelectric conversion device is formed on a glass substrate, usually, a transparent electrode, an amorphous unit, a crystalline unit, and a back electrode are laminated on the glass substrate in this order.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】このようなハイブリッ
ド型薄膜光電変換装置は、単一の非晶質光電変換ユニッ
トまたは単一の結晶質光電変換ユニットのいずれかを含
むシングル型薄膜光電変換装置に比べて、顕著に高い光
電変換効率を発揮し得るものである。しかし、このよう
に高い性能を有するハイブリッド型薄膜光電変換装置に
おいても、依然として、さらなる性能改善の余地がある
と考えられる。
SUMMARY OF THE INVENTION Such a hybrid thin film photoelectric conversion device is a single type thin film photoelectric conversion device including either a single amorphous photoelectric conversion unit or a single crystalline photoelectric conversion unit. In comparison, it can exhibit significantly higher photoelectric conversion efficiency. However, even in the hybrid type thin film photoelectric conversion device having such high performance, there is still room for further performance improvement.

【0009】そこで、本発明は、さらに改善された光電
変換特性を有するハイブリッド型薄膜光電変換装置を製
造するための方法を提供することを目的としている。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a hybrid thin-film photoelectric conversion device having further improved photoelectric conversion characteristics.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、透明絶
縁基板上に順次積層された透明電極、非晶質光電変換ユ
ニット、結晶質光電変換ユニット、および裏面電極を含
むハイブリッド型薄膜光電変換装置の製造方法は、非晶
質光電変換ユニットを形成するために、プラズマCVD
法によって非晶質p型層、非晶質i型光電変換層、i型
遷移層、および微結晶n型層を順次堆積し、非晶質光電
変換層の堆積の間はシラン系原料ガスに対する水素希釈
ガスの混合比が5倍以下にされ、遷移層を堆積する間の
そのガス混合比は最低限でも5倍より大きくて、少なく
ともその遷移層の堆積の実質的な終了時においては50
倍以上にされ、その遷移層は5〜30nmの範囲内の厚
さに堆積されることを特徴としている。
According to the present invention, there is provided a hybrid thin-film photoelectric conversion device including a transparent electrode, an amorphous photoelectric conversion unit, a crystalline photoelectric conversion unit, and a back electrode sequentially laminated on a transparent insulating substrate. The method of manufacturing the device includes the steps of: forming an amorphous photoelectric conversion unit by plasma CVD;
An amorphous p-type layer, an amorphous i-type photoelectric conversion layer, an i-type transition layer, and a microcrystalline n-type layer are sequentially deposited by a method, and a silane-based source gas is deposited during the deposition of the amorphous photoelectric conversion layer. The mixing ratio of the hydrogen diluting gas is reduced to 5 times or less, and the gas mixture ratio during the deposition of the transition layer is at least greater than 5 times, and at least at the substantial end of the deposition of the transition layer.
The transition layer is characterized by being deposited to a thickness in the range of 5 to 30 nm.

【0011】なお、遷移層の堆積の間にシラン系原料ガ
スに対する水素希釈ガスの混合比が連続的または段階的
に高められてもよい。また、微結晶n型層が5〜10n
mの範囲内の厚さに堆積されることが好ましい。
The mixture ratio of the hydrogen diluent gas to the silane source gas may be increased continuously or stepwise during the deposition of the transition layer. Further, the microcrystalline n-type layer has a thickness of 5 to 10 n.
Preferably, it is deposited to a thickness in the range of m.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】図1の模式的な断面図を参照しつ
つ、本発明の実施の形態の具体例として、いくつかの実
施例によるハイブリッド型薄膜光電変換装置の製造方法
が、いくつかの比較例とともに以下において説明され
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to the schematic sectional view of FIG. 1, as a specific example of the embodiment of the present invention, a method of manufacturing a hybrid type thin film photoelectric conversion device according to some examples will be described. This will be described below together with the comparative example.

【0013】(実施例1)図1に示されているようなハ
イブリッド型薄膜太陽電池が、実施例1において作製さ
れた。まず、透明絶縁性基板1として、ガラス板が用い
られた。ガラス基板1上には、透明導電性酸化物(TC
O)からなる前面透明電極2として、厚さ約800nm
のSnO2膜が熱CVD法にて形成された。なお、TC
Oとしては、ITO(インジウム錫酸化物)やZnOな
ども用いられ得ることはいうまでもない。
(Example 1) A hybrid thin-film solar cell as shown in FIG. 1 was manufactured in Example 1. First, a glass plate was used as the transparent insulating substrate 1. On the glass substrate 1, a transparent conductive oxide (TC
O) as the front transparent electrode 2 made of O)
SnO 2 film is formed by a thermal CVD method. Note that TC
It goes without saying that ITO (indium tin oxide), ZnO or the like can be used as O.

【0014】透明電極2上には、非晶質光電変換ユニッ
ト11、結晶質光電変換ユニット12、および裏面電極
13がこの順に積層された。非晶質光電変換ユニット1
1は、プラズマCVD法で順次堆積された厚さ10nm
のp型非晶質シリコンカーバイド層111、厚さ335
nmのi型非晶質シリコン光電変換層112A、厚さ1
5nmのi型シリコン遷移層112B、および厚さ10
nmのn型微結晶シリコン層113を含んでいる。結晶
質光電変換ユニット12は、プラズマCVD法で順次堆
積された厚さ10nmのp型微結晶シリコン層121、
厚さ2.5μmのi型結晶質シリコン光電変換層12
2、および厚さ10nmのn型微結晶シリコン層123
を含んでいる。裏面電極13は、順次スパッタリングと
蒸着で堆積された厚さ90nmのZnO層131と厚さ
300nmのAg層132を含んでいる。なお、ZnO
層131は他のTCO材料で形成されてもよく、Ag層
132も他の金属材料で形成されてもよいことはいうま
でもない。ここで、TCO層131は、金属層132の
下面を高い反射率に維持するとともに、金属原子が光電
変換ユニット12内へ拡散することを防止するように作
用する。
On the transparent electrode 2, an amorphous photoelectric conversion unit 11, a crystalline photoelectric conversion unit 12, and a back electrode 13 are laminated in this order. Amorphous photoelectric conversion unit 1
1 is a 10 nm-thick film sequentially deposited by a plasma CVD method.
P-type amorphous silicon carbide layer 111 having a thickness of 335
nm i-type amorphous silicon photoelectric conversion layer 112A, thickness 1
5 nm i-type silicon transition layer 112B and thickness 10
nm n-type microcrystalline silicon layer 113 is included. The crystalline photoelectric conversion unit 12 includes a 10-nm-thick p-type microcrystalline silicon layer 121 sequentially deposited by a plasma CVD method,
2.5 μm-thick i-type crystalline silicon photoelectric conversion layer 12
2, and an n-type microcrystalline silicon layer 123 having a thickness of 10 nm
Contains. The back electrode 13 includes a ZnO layer 131 having a thickness of 90 nm and an Ag layer 132 having a thickness of 300 nm, which are sequentially deposited by sputtering and vapor deposition. Note that ZnO
It goes without saying that the layer 131 may be formed of another TCO material, and the Ag layer 132 may be formed of another metal material. Here, the TCO layer 131 functions to maintain the lower surface of the metal layer 132 at a high reflectance and to prevent metal atoms from diffusing into the photoelectric conversion unit 12.

【0015】非晶質光電変換ユニットに含まれるp型非
晶質シリコンカーバイド層111は、上述のようにプラ
ズマCVDによって堆積されたが、他の周知のどのよう
な堆積方法で形成されてもよい。
The p-type amorphous silicon carbide layer 111 included in the amorphous photoelectric conversion unit is deposited by plasma CVD as described above, but may be formed by any other known deposition method. .

【0016】ノンドープのi型非晶質シリコン光電変換
層112Aは、以下に示す条件にて堆積された。すなわ
ち、プラズマCVD反応室に導入される原料ガスとして
シランのみが用いられ、反応室の圧力は67Pa(0.
5Torr)に設定された。また、RFパワー密度は1
5mW/cm2で成膜温度は200℃であった。
The non-doped i-type amorphous silicon photoelectric conversion layer 112A was deposited under the following conditions. That is, only silane is used as a source gas introduced into the plasma CVD reaction chamber, and the pressure in the reaction chamber is 67 Pa (0.
5 Torr). The RF power density is 1
At 5 mW / cm 2 , the film formation temperature was 200 ° C.

【0017】ノンドープのシリコン遷移層112Bの堆
積条件としては、プラズマCVD反応室内に導入される
原料ガスとしてシランと水素が用いられ、シランに対す
る水素の流量比が60倍にされたことのみにおいて光電
変換層112Aの場合と異なっていた。
The deposition conditions for the non-doped silicon transition layer 112B are as follows: silane and hydrogen are used as source gases introduced into the plasma CVD reaction chamber, and the photoelectric conversion is performed only when the flow ratio of hydrogen to silane is increased by 60 times. It was different from the case of the layer 112A.

【0018】他方、遷移層112B上に堆積されるn型
微結晶シリコン層113は、以下に示す条件にて堆積さ
れた。すなわち、プラズマCVD反応室内に導入される
原料ガスとしてシラン、ホスフィン、および水素が用い
られ、それらのガスの流量比はシランに対してホスフィ
ンが0.01倍であり、水素が80倍に設定された。ま
た、反応室の圧力は133Pa(1Torr)、RFパ
ワー密度は75mW/cm2、そして成膜温度は200
℃に設定された。
On the other hand, the n-type microcrystalline silicon layer 113 deposited on the transition layer 112B was deposited under the following conditions. That is, silane, phosphine, and hydrogen are used as source gases introduced into the plasma CVD reaction chamber, and the flow rate ratio of these gases is set to 0.01 times for phosphine and 80 times for hydrogen with respect to silane. Was. The pressure in the reaction chamber was 133 Pa (1 Torr), the RF power density was 75 mW / cm 2 , and the film formation temperature was 200
° C was set.

【0019】結晶質光電変換ユニット12に含まれるp
型微結晶シリコン層121は、以下に示す条件にて形成
された。すなわち、プラズマCVD反応室内に導入され
る原料ガスとしてシラン、ジボラン、および水素が用い
られ、それらのガスの流量比はシランに対してジボラン
が0.005倍であり、水素が100倍に設定された。
また、反応室の圧力は133Pa、RFパワー密度は3
0mW/cm2、そして成膜温度は200℃に設定され
た。
The p contained in the crystalline photoelectric conversion unit 12
The type microcrystalline silicon layer 121 was formed under the following conditions. That is, silane, diborane, and hydrogen are used as source gases introduced into the plasma CVD reaction chamber, and the flow rate ratio of these gases is set such that diborane is 0.005 times that of silane and hydrogen is 100 times that of silane. Was.
The pressure in the reaction chamber was 133 Pa and the RF power density was 3 Pa.
0 mW / cm 2 and the film formation temperature were set to 200 ° C.

【0020】ノンドープのi型結晶質シリコン光電変換
層122は、以下に示す条件にて堆積された。すなわ
ち、プラズマCVD反応室内に導入される原料ガスとし
てシランと水素が用いられ、シランに対する水素の流量
比は80倍にされた。また、反応室内の圧力は266P
a(2Torr)、RFパワー密度は75mW/c
2、そして成膜温度は200℃に設定された。
The non-doped i-type crystalline silicon photoelectric conversion layer 122 was deposited under the following conditions. That is, silane and hydrogen were used as source gases introduced into the plasma CVD reaction chamber, and the flow ratio of hydrogen to silane was increased by a factor of 80. The pressure in the reaction chamber is 266P
a (2 Torr), RF power density is 75 mW / c
m 2 , and the film formation temperature were set to 200 ° C.

【0021】結晶質光電変換層122上のn型微結晶シ
リコン層123は、n型微結晶シリコン層113と同じ
条件で堆積された。
The n-type microcrystalline silicon layer 123 on the crystalline photoelectric conversion layer 122 was deposited under the same conditions as the n-type microcrystalline silicon layer 113.

【0022】このようにして作製された実施例1のハイ
ブリッド型薄膜太陽電池に対して、入射光3としてソー
ラーシミュレータを用いてAM1.5の光を100mW
/cm2のエネルギー密度で照射したときの光電変換特
性においては、開放端電圧が1.36V、短絡電流密度
が12.2mA/cm2、曲線因子が75.6%、そし
て変換効率が12.7%であった。
The hybrid thin-film solar cell of Example 1 manufactured as described above was irradiated with AM1.5 light at 100 mW using a solar simulator as incident light 3.
Regarding the photoelectric conversion characteristics when irradiated at an energy density of 1 / cm 2 , the open-circuit voltage is 1.36 V, the short-circuit current density is 12.2 mA / cm 2 , the fill factor is 75.6%, and the conversion efficiency is 12. 7%.

【0023】(比較例1)非晶質シリコン光電変換層1
12Aを350nmの厚さに成膜して遷移層112Bの
形成が省略されたことを除いて、実施例1と同様の条件
でハイブリッド型薄膜太陽電池が比較例1として作製さ
れた。この比較例1の太陽電池に対して実施例1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1.28V、短絡電流密度が10.5mA
/cm2、曲線因子が61.3%、そして変換効率が
8.2%であった。
Comparative Example 1 Amorphous Silicon Photoelectric Conversion Layer 1
A hybrid thin-film solar cell was produced as Comparative Example 1 under the same conditions as in Example 1 except that 12A was formed to a thickness of 350 nm and the formation of the transition layer 112B was omitted. In the output characteristics when the solar cell of Comparative Example 1 was irradiated with light under the same conditions as in Example 1,
Open-end voltage is 1.28V, short-circuit current density is 10.5mA
/ Cm 2 , fill factor 61.3%, and conversion efficiency 8.2%.

【0024】(実施例1と比較例1との比較)実施例1
と比較例1の比較から明らかなように、ノンドープシリ
コン遷移層112Bをi型非晶質シリコン光電変換層1
12Aとn型微結晶シリコン層113との間の介在層と
して設けることによって、ハイブリッド型薄膜太陽電池
の光電変換効率が明らかに向上することがわかる。この
ことは、以下のように理解することができる。
(Comparison between Example 1 and Comparative Example 1)
As is clear from the comparison between Comparative Example 1 and Non-doped silicon transition layer 112B,
It can be seen that the provision of an intervening layer between 12A and the n-type microcrystalline silicon layer 113 significantly improves the photoelectric conversion efficiency of the hybrid thin-film solar cell. This can be understood as follows.

【0025】先行技術においては、i型非晶質シリコン
層上に直接n型微結晶シリコン層を形成しようとする場
合、そのn型層中で容易に結晶化が起こらないので、十
分に微結晶化させるためにはn型層の厚さを大きくする
必要がある。したがって、比較例1ではn型層の厚さが
十分ではないために微結晶化が不十分で、その結果とし
て光電変換特性が劣っていると考えられる。
In the prior art, when an n-type microcrystalline silicon layer is to be formed directly on an i-type amorphous silicon layer, crystallization does not easily occur in the n-type silicon layer. In order to achieve this, it is necessary to increase the thickness of the n-type layer. Therefore, it is considered that in Comparative Example 1, microcrystallization was insufficient because the thickness of the n-type layer was not sufficient, and as a result, the photoelectric conversion characteristics were inferior.

【0026】逆にいえば、実施例1のように薄いノンド
ープシリコン遷移層112Bが形成される場合には、図
1に示されているn型層113との界面1Sの近傍でこ
の遷移層112Bに結晶核が発生する。界面1Sにおけ
る遷移層112B中のこれらの結晶核はn型層113中
の微結晶成長の種となり得るので、n型層113はその
膜厚が薄くても容易に微結晶化され得ると考えられる。
このように微結晶化されたn型層は非晶質n型層より低
い抵抗率を有している。また、十分に微結晶化されたn
型層113は、その上に堆積される結晶質光電変換ユニ
ット12の結晶性を改善するようにも作用し得る。さら
に、遷移層112Bはその膜厚が薄いので核発生層も薄
くて、その大半がノンドープ非晶質層であるので光電変
換に直接寄与し得る活性層となり得る。以上のような遷
移層112Bがもたらす種々の効果によって、実施例1
のハイブリッド型薄膜太陽電池は、比較例1に比べて種
々の光電変換特性のいずれにおいても顕著に改善された
ものと考えられる。
Conversely, when the thin non-doped silicon transition layer 112B is formed as in the first embodiment, the transition layer 112B is formed near the interface 1S with the n-type layer 113 shown in FIG. A crystal nucleus is generated. Since these crystal nuclei in the transition layer 112B at the interface 1S can serve as seeds for microcrystal growth in the n-type layer 113, it is considered that the n-type layer 113 can be easily microcrystallized even if its thickness is small. .
The n-type layer thus microcrystallized has a lower resistivity than the amorphous n-type layer. In addition, n which is sufficiently microcrystallized
The mold layer 113 can also act to improve the crystallinity of the crystalline photoelectric conversion unit 12 deposited thereon. Further, since the transition layer 112B has a small thickness, the nucleation layer is also thin, and since most of the transition layer 112B is a non-doped amorphous layer, it can be an active layer that can directly contribute to photoelectric conversion. According to the various effects provided by the transition layer 112B as described above, the first embodiment
It is considered that the hybrid thin-film solar cell of the present invention has remarkably improved in all of various photoelectric conversion characteristics as compared with Comparative Example 1.

【0027】(実施例2と3および比較例2)実施例2
と3および比較例2によるハイブリッド型薄膜太陽電池
は実施例1のものと同様に作製され、シリコン遷移層1
12Bの膜厚が種々に変化させられたことのみにおいて
異なっている。なお、これらの実施例と比較例におい
て、非晶質光電変換層112Aと遷移層112Bの合計
厚さは、350nmに維持された。これらの実施例2と
3および比較例2の太陽電池に対して実施例1の場合と
同様に光照射したときの出力特性である開放端電圧(V
oc)、短絡電流密度(Jsc)、曲線因子(F.
F.)、および変換効率として、表1に示されているよ
うな結果が得られた。なお、表1においては、実施例1
と比較例1の結果も併記されている。
(Examples 2 and 3 and Comparative Example 2) Example 2
And 3 and Comparative Example 2 were fabricated in the same manner as in Example 1, and the silicon transition layer 1
The difference is only that the film thickness of 12B was variously changed. In these examples and comparative examples, the total thickness of the amorphous photoelectric conversion layer 112A and the transition layer 112B was maintained at 350 nm. The open-circuit voltage (V) which is the output characteristic when the solar cells of Examples 2 and 3 and Comparative Example 2 are irradiated with light in the same manner as in Example 1
oc), short circuit current density (Jsc), and fill factor (F.
F. ) And conversion efficiency, the results as shown in Table 1 were obtained. Note that, in Table 1, Example 1
And the results of Comparative Example 1 are also shown.

【0028】[0028]

【表1】 [Table 1]

【0029】表1からわかるように、比較例3のように
遷移層112Bの膜厚が大きすぎる場合には、その中に
おいて界面1S近傍で微結晶化が生じ、非晶質領域と微
結晶領域とが局所的に混在した中途半端な構造を有する
膜となるので、光電変換によって発生したキャリアの輸
送特性が悪化し、部分的な光電変換活性層としての機能
が低下してしまう。その結果、太陽電池としての光電変
換効率は実施例1〜3に比べてかえって低下している。
以上のような表1の検討結果からわかるように、遷移層
112Bの膜厚は5〜30nmの範囲内に設定されるこ
とが好ましい。
As can be seen from Table 1, when the thickness of the transition layer 112B is too large as in Comparative Example 3, microcrystallization occurs in the vicinity of the interface 1S, and the amorphous region and the microcrystalline region Is locally mixed, resulting in a film having an incomplete structure, which deteriorates the transport characteristics of carriers generated by photoelectric conversion and partially reduces the function as a photoelectric conversion active layer. As a result, the photoelectric conversion efficiency of the solar cell is lower than in Examples 1 to 3.
As can be seen from the above examination results in Table 1, the thickness of the transition layer 112B is preferably set in the range of 5 to 30 nm.

【0030】(実施例4〜7および比較例3と4)実施
例4〜7および比較例3と4によるハイブリッド型薄膜
太陽電池は実施例1の場合と同様に作製され、非晶質光
電変換層112Aと遷移層112Bの堆積の際における
シランに対する水素の流量比が種々に変えられたことの
みにおいて異なっている。この表2においては、これら
の実施例4〜7および比較例3と4によるハイブリッド
型薄膜太陽電池の光電変換特性が示されており、実施例
1の太陽電池の光電変換特性も併記されている。
(Examples 4 to 7 and Comparative Examples 3 and 4) Hybrid thin-film solar cells according to Examples 4 to 7 and Comparative Examples 3 and 4 were manufactured in the same manner as in Example 1, and amorphous photoelectric conversion was performed. The only difference is that the flow rate ratio of hydrogen to silane during the deposition of layer 112A and transition layer 112B was varied. In Table 2, the photoelectric conversion characteristics of the hybrid thin-film solar cells according to Examples 4 to 7 and Comparative Examples 3 and 4 are shown, and the photoelectric conversion characteristics of the solar cell of Example 1 are also shown. .

【0031】[0031]

【表2】 [Table 2]

【0032】表2からわかるように、比較例3のように
遷移層112Bの堆積の間にシランに対する水素の流量
比が50倍に満たない20倍の場合には、十分な光電変
換特性が得られない。これは、水素希釈率が低いために
遷移層112Bが界面1S近傍においても十分な結晶核
を生じることができず、そのためにn型層113の微結
晶化が不十分になったためであると考えられる。他方、
比較例4におけるように非晶質光電変換層112Aの堆
積の間にシランに対する水素の流量比が5倍を超えて2
0倍であった場合には、光電変換層112A自体が完全
な非晶質にならずに結晶核が混在した膜になったと考え
られる。そのために、光電変換層112A内の不均一性
によって光電変換機能が低下するとともに、キャリアの
スムースな流れが阻害されて光電変換効率が顕著に低下
したものと考えられる。
As can be seen from Table 2, when the flow rate ratio of hydrogen to silane is 20 times, which is less than 50 times, during the deposition of the transition layer 112B as in Comparative Example 3, sufficient photoelectric conversion characteristics are obtained. I can't. This is considered to be because the transition layer 112B could not generate sufficient crystal nuclei even in the vicinity of the interface 1S due to the low hydrogen dilution rate, and the microcrystallization of the n-type layer 113 became insufficient. Can be On the other hand,
As in Comparative Example 4, during the deposition of the amorphous photoelectric conversion layer 112A, the flow ratio of hydrogen to
If the value is 0, it is considered that the photoelectric conversion layer 112A itself did not become completely amorphous but became a film in which crystal nuclei were mixed. Therefore, it is considered that the photoelectric conversion function is reduced due to the non-uniformity in the photoelectric conversion layer 112A, and the smooth flow of the carrier is inhibited, so that the photoelectric conversion efficiency is significantly reduced.

【0033】(実施例8)以下に言及される成膜条件を
除いて実施例1の場合と同様の条件で、実施例8のハイ
ブリッド型薄膜太陽電池が作製された。
Example 8 A hybrid thin-film solar cell of Example 8 was manufactured under the same conditions as in Example 1 except for the film formation conditions mentioned below.

【0034】すなわち、ノンドープi型非晶質シリコン
光電変換層112Aは、320nmの厚さに堆積され
た。ノンドープのシリコン遷移層112Bは、その中間
の膜厚20nmまではシランに対する水素の流量比が1
0倍の下で堆積され、その後の最終膜厚30nmまでは
シランに対する水素の流量比が60倍の下で堆積され
た。
That is, the non-doped i-type amorphous silicon photoelectric conversion layer 112A was deposited to a thickness of 320 nm. The non-doped silicon transition layer 112B has a flow rate ratio of hydrogen to silane of 1 up to an intermediate film thickness of 20 nm.
Deposition was performed under 0 times, and thereafter, until a final film thickness of 30 nm, the flow ratio of hydrogen to silane was deposited under 60 times.

【0035】このような実施例8によるハイブリッド型
薄膜太陽電池に対して実施例1の場合と同様に光照射し
たときの出力特性においては、開放端電圧が1.38
V、短絡電流密度が12.5mA/cm2、曲線因子が
75.5%、そして変換効率が13.0%であった。
The output characteristics when the hybrid thin-film solar cell according to the eighth embodiment is irradiated with light in the same manner as in the first embodiment have an open-circuit voltage of 1.38.
V, short-circuit current density was 12.5 mA / cm 2 , fill factor was 75.5%, and conversion efficiency was 13.0%.

【0036】(実施例9)以下に言及される成膜条件を
除いて、実施例1の場合と同様の条件で実施例9による
ハイブリッド型薄膜太陽電池が作製された。
Example 9 A hybrid thin-film solar cell according to Example 9 was produced under the same conditions as in Example 1 except for the film formation conditions mentioned below.

【0037】すなわち、非晶質シリコン光電変換層11
2Aは、320nmの厚さに堆積された。遷移層112
Bは、始めの15nmの厚さまではシランに対する水素
の流量比が10倍の下で堆積され、その後の25nmの
中間厚さまではシランに対する水素の流量比が20倍の
下で堆積され、さらにその後の最終膜厚30nmまでは
シランに対する水素の流量比が60倍の下で堆積され
た。
That is, the amorphous silicon photoelectric conversion layer 11
2A was deposited to a thickness of 320 nm. Transition layer 112
B is deposited at a flow rate ratio of hydrogen to silane of 10 times under the initial thickness of 15 nm, at a flow rate of hydrogen to silane of 20 times at the intermediate thickness of 25 nm thereafter, and thereafter. Until the final film thickness of 30 nm was deposited, the flow ratio of hydrogen to silane was 60 times lower.

【0038】この実施例9によるハイブリッド型薄膜太
陽電池に対して実施例1の場合と同様の光照射をしたと
きの出力特性においては、開放端電圧が1.40V、短
絡電流密度が12.5mA/cm2、曲線因子が76.
4%、そして変換効率が13.4%であった。
The output characteristics when the hybrid thin-film solar cell according to the ninth embodiment is irradiated with the same light as in the first embodiment have an open-circuit voltage of 1.40 V and a short-circuit current density of 12.5 mA. / Cm 2 and fill factor of 76.
4% and the conversion efficiency was 13.4%.

【0039】以上のような実施例8および9と実施例1
との比較からわかるように、遷移層112Bの堆積の間
にシランに対する水素の混合比を段階的に高めることに
よって光電変換効率がさらに改善されることがわかる。
なお、遷移層112Bの堆積の間にシランに対する水素
の混合比が連続的に高められてもよいことは、言うまで
もない。
Examples 8 and 9 and Example 1 as described above
As can be seen from the comparison, the photoelectric conversion efficiency is further improved by gradually increasing the mixing ratio of hydrogen to silane during the deposition of the transition layer 112B.
It goes without saying that the mixing ratio of hydrogen to silane may be continuously increased during the deposition of the transition layer 112B.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上のように、本発明の製造方法によれ
ば、ハイブリッド型薄膜光電変換装置の光電変換特性を
さらに改善することができる。
As described above, according to the manufacturing method of the present invention, the photoelectric conversion characteristics of the hybrid type thin film photoelectric conversion device can be further improved.

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

【図1】 本発明の一実施例によるハイブリッド型薄膜
光電変換装置の製造方法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 illustrating a method for manufacturing a hybrid thin-film photoelectric conversion device according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ガラス等の基板、2 SnO2等の透明電極、3
入射光、11 非晶質光電変換ユニット、12 結晶質
光電変換ユニット、13 裏面電極、111p型非晶質
シリコン系層、112A ノンドープ非晶質シリコン系
光電変換層、112B ノンドープシリコン系遷移層、
113 n型結晶質シリコン系層、1S 遷移層112
Bとn型層113との界面、121 p型結晶質シリコ
ン系層、122 ノンドープ結晶質シリコン系光電変換
層、123 n型結晶質シリコン系層、131 ZnO
等の透明導電性酸化膜、132 Ag等の金属膜。
1 Substrate such as glass, 2 Transparent electrode such as SnO 2 , 3
Incident light, 11 amorphous photoelectric conversion unit, 12 crystalline photoelectric conversion unit, 13 back electrode, 111p-type amorphous silicon-based layer, 112A non-doped amorphous silicon-based photoelectric conversion layer, 112B non-doped silicon-based transition layer,
113 n-type crystalline silicon-based layer, 1S transition layer 112
Interface between B and n-type layer 113, 121 p-type crystalline silicon-based layer, 122 non-doped crystalline silicon-based photoelectric conversion layer, 123 n-type crystalline silicon-based layer, 131 ZnO
And a metal film such as 132 Ag.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 透明絶縁基板上に順次積層された透明電
極、非晶質光電変換ユニット、結晶質光電変換ユニッ
ト、および裏面電極を含むハイブリッド型薄膜光電変換
装置の製造方法であって、 前記非晶質光電変換ユニットを形成するために、プラズ
マCVD法によって非晶質p型層、非晶質i型光電変換
層、i型遷移層、および微結晶n型層を順次堆積し、 前記非晶質光電変換層の堆積の間はシラン系原料ガスに
対する水素希釈ガスのガス混合比が5倍以下にされ、 前記遷移層を堆積する間の前記ガス混合比は最低限でも
5倍より大きくて、少なくともその遷移層の堆積の実質
的な終了時においては50倍以上にされ、 前記遷移層は5〜30nmの範囲内の厚さに堆積される
ことを特徴とする製造方法。
1. A method of manufacturing a hybrid thin-film photoelectric conversion device including a transparent electrode, an amorphous photoelectric conversion unit, a crystalline photoelectric conversion unit, and a back electrode sequentially laminated on a transparent insulating substrate, the method comprising: An amorphous p-type layer, an amorphous i-type photoelectric conversion layer, an i-type transition layer, and a microcrystalline n-type layer are sequentially deposited by a plasma CVD method to form a crystalline photoelectric conversion unit; During the deposition of the porous photoelectric conversion layer, the gas mixture ratio of the hydrogen diluent gas to the silane-based source gas is set to 5 times or less, and the gas mixture ratio during the deposition of the transition layer is at least larger than 5 times, A method according to claim 1, characterized in that at least at the substantial end of the deposition of the transition layer, it is increased by a factor of 50 or more, and the transition layer is deposited to a thickness in the range of 5 to 30 nm.
【請求項2】 前記遷移層の堆積の間に前記ガス混合比
が連続的または段階的に高められることを特徴とする請
求項1に記載の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the gas mixture ratio is increased continuously or stepwise during the deposition of the transition layer.
【請求項3】 前記微結晶n型層が5〜10nmの範囲
内の厚さに堆積されることを特徴とする請求項1または
2に記載の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the microcrystalline n-type layer is deposited to a thickness in a range of 5 to 10 nm.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007094747A1 (en) * 2006-02-14 2007-08-23 Elena Moiseevna Shembel Integrated thin-film photo module provided with vertical electron-hole junctions
JP2011003750A (en) * 2009-06-19 2011-01-06 Kaneka Corp Crystal silicon system solar cell

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