JP2002141525A - Substrate for solar cell and thin film solar cell - Google Patents

Substrate for solar cell and thin film solar cell

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JP2002141525A
JP2002141525A JP2000333718A JP2000333718A JP2002141525A JP 2002141525 A JP2002141525 A JP 2002141525A JP 2000333718 A JP2000333718 A JP 2000333718A JP 2000333718 A JP2000333718 A JP 2000333718A JP 2002141525 A JP2002141525 A JP 2002141525A
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solar cell
layer
photoelectric conversion
unevenness
substrate
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健司 和田
Yoshiyuki Nasuno
善之 奈須野
Michio Kondo
道雄 近藤
Akihisa Matsuda
彰久 松田
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Sharp Corp
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate for a solar cell which can make reduction in the defect density in crystalline silicon films compatible with an optical confinement effect using a roughened surface layer on the substrate for the solar cell, and to provide a thin film solar cell. SOLUTION: A thin film solar cell 20 is constituted by laminating a glass substrate 11a, a roughened surface layer 11b, a P-type crystalline silicon layer 12, an I-type crystalline silicon layer 13, an N-type silicon layer 14, a rear reflective layer 15 and a rear electrode 16 in this order. When a square mean value to show the roughened heights of the layer 11b is used as an index to represent the roughness of the surface of this layer 11b, the square mean value of the roughness of the layer 11b in the form of this embodiment is set in the range of 25 to 600 nm. At the time when the angle of inclination of the roughened surface of the layer 11b to the mean oval of the roughness of the layer 11b is assumed to be Θ the value of tanΘ is set in the range of 0.07 to 0.20.

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、安定かつ高い光電
変換効率を有する太陽電池を、安価に製造することを可
能にする太陽電池用基板および薄膜太陽電池に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a substrate for a solar cell and a thin-film solar cell capable of inexpensively manufacturing a solar cell having stable and high photoelectric conversion efficiency.

【0002】[0002]

【従来の技術】石油等の化石燃料は、将来の需給が懸念
されており、かつ地球温暖化現象の原因となり、二酸化
炭素排出の問題がある。近年、石油等の化石燃料の代替
エネルギー源として、太陽電池が注目されている。
2. Description of the Related Art Fossil fuels such as petroleum are feared for supply and demand in the future, cause global warming, and have a problem of carbon dioxide emission. BACKGROUND ART In recent years, solar cells have attracted attention as an alternative energy source for fossil fuels such as petroleum.

【0003】この太陽電池は、光エネルギーを電力に変
換する光電変換層にpn接合を有する半導体を備えてい
る。このpn接合を有する半導体として、一般的にはシ
リコンが最もよく用いられている。光電変換効率の観点
からいうと、この半導体には、単結晶シリコンを用いる
ことが好ましい。しかし、単結晶シリコンを用いた半導
体は、原料供給や大面積化、低コスト化の問題を有して
いる。
This solar cell has a semiconductor having a pn junction in a photoelectric conversion layer for converting light energy into electric power. In general, silicon is most often used as a semiconductor having this pn junction. From the viewpoint of photoelectric conversion efficiency, it is preferable to use single crystal silicon for this semiconductor. However, a semiconductor using single crystal silicon has a problem of a raw material supply, an increase in area, and a reduction in cost.

【0004】一方、大面積化および低コスト化を実現す
るのに有利な材料として、非晶質のアモルファスシリコ
ンを光電変換層として用いた薄膜太陽電池が実用化され
ている。さらには、単結晶シリコン太陽電池レベルの高
くて安定した光電変換効率と、アモルファスシリコン太
陽電池レベルの大面積化、低コスト化とを兼ね備えた太
陽電池を実現するために、結晶質シリコンの光電変換層
への使用が検討されている。特にアモルファスシリコン
の場合と同様の化学的気相成長法(以下、CVD法とす
る)による薄膜形成技術を用いて、結晶質シリコン薄膜
を形成した薄膜太陽電池(以下、結晶質シリコン薄膜太
陽電池とする)が注目されている。
On the other hand, a thin-film solar cell using amorphous amorphous silicon as a photoelectric conversion layer has been put to practical use as a material advantageous for realizing a large area and low cost. Furthermore, in order to realize a solar cell that has both high and stable photoelectric conversion efficiency at the level of a single-crystal silicon solar cell and large area and low cost at the level of an amorphous silicon solar cell, the photoelectric conversion of crystalline silicon Use for layers is being considered. In particular, a thin film solar cell (hereinafter, referred to as a crystalline silicon thin film solar cell) in which a crystalline silicon thin film is formed using a thin film forming technique by a chemical vapor deposition method (hereinafter, referred to as a CVD method) similar to that of amorphous silicon. Do) is attracting attention.

【0005】なお、以下の記載において、特に注意する
ことがない限り、「結晶質」という用語の意味する状態
として、「単結晶」および「多結晶」といった実質的に
結晶のみからなる状態だけでなく、「微結晶」あるいは
「マイクロクリスタル」と呼ばれる結晶成分と非晶質成
分が混在した状態のものも含んでいる。
[0005] In the following description, unless otherwise specified, the term "crystalline" refers to a state consisting essentially of only crystals, such as "single crystal" and "polycrystal". In addition, the term includes "crystallite" or "microcrystal" in which a crystalline component and an amorphous component are mixed.

【0006】高い光電変換効率を有する薄膜太陽電池を
実現する上で、重要な要素となる技術の1つに光閉込が
ある。光閉込とは、光電変換層に接する透明導電膜ある
いは金属層の表面を凹凸化して、その界面で光を散乱さ
せることで光路長を延長させ、光電変換層での光吸収量
を増大させるものである。
Light confinement is one of the technologies that is an important factor in realizing a thin-film solar cell having high photoelectric conversion efficiency. Light confinement means that the surface of a transparent conductive film or a metal layer in contact with the photoelectric conversion layer is made uneven, and light is scattered at the interface to extend the optical path length and increase the amount of light absorbed by the photoelectric conversion layer. Things.

【0007】例えば、特許公報である特許第16811
83号公報または特許第2862174号公報には、ガ
ラス基板上に形成した透明導電膜の粒径や凹凸の大きさ
を規定した太陽電池用基板の例が開示されている。
[0007] For example, Japanese Patent Publication No. 16811
No. 83 or Japanese Patent No. 2862174 discloses an example of a solar cell substrate in which the size of the transparent conductive film formed on a glass substrate is defined.

【0008】この光閉込による光電変換効率の向上は、
光電変換層の膜厚を薄くする効果をもたらす。これによ
り、アモルファスシリコン太陽電池の場合には、Sta
ebler−Wronski効果に起因する光劣化を抑
制することになる。
The improvement in photoelectric conversion efficiency due to the light confinement is as follows.
This has the effect of reducing the thickness of the photoelectric conversion layer. Thereby, in the case of an amorphous silicon solar cell, Sta
Light degradation due to the ebller-Wronski effect is suppressed.

【0009】さらに、結晶質シリコン太陽電池は、光吸
収特性のために、アモルファスシリコンと比較して数倍
から十数倍の数μmオーダーもの厚さが必要とされてい
た。しかし、光閉込効果を利用して、光電変換効率を上
げた場合には、結晶質シリコン太陽電池であっても、大
幅な製膜時間の減少をもたらすことになる。
Furthermore, crystalline silicon solar cells have been required to have a thickness on the order of several μm, which is several times to ten and several times that of amorphous silicon, due to light absorption characteristics. However, if the photoelectric conversion efficiency is increased by utilizing the light confinement effect, even a crystalline silicon solar cell will result in a drastic reduction in film formation time.

【0010】すなわち、光閉込は薄膜太陽電池の実用化
への大きな課題である高効率化、安定化、低コスト化の
全てを解決する手段として必須の技術である。
That is, light confinement is an indispensable technique as a means for solving all of high efficiency, stabilization, and cost reduction, which are major issues for practical use of a thin film solar cell.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来の結晶質シリコン薄膜太陽電池の光電変換効
率は、現在までのところ、精力的な研究開発が行われて
いるにも関わらず、アモルファスシリコン太陽電池の光
電変換効率と比較して、同等レベルまでしか達していな
い。
However, the photoelectric conversion efficiency of the conventional crystalline silicon thin-film solar cell as described above has not been improved to date despite vigorous research and development. Compared to the photoelectric conversion efficiency of silicon solar cells, they have reached only the same level.

【0012】H.Yamamoto et al,PV
SEC−11,Sapporo,Japan,1999
において、以下のような報告がなされている。
H. Yamamoto et al, PV
SEC-11, Sapporo, Japan, 1999
The following reports have been made.

【0013】ガラス表面上に微視的な凹凸を有する酸化
錫を積層したAsahi−U基板上に、プラズマCVD
法により微結晶シリコンを形成した場合、酸化錫の表面
に垂直な方向にシリコンの結晶粒が優先的に成長する。
そして、異なる凹凸表面から成長した互いに結晶方位の
異なる結晶粒同士がぶつかることで、多量の欠陥が発生
してしまう。このような欠陥は、キャリア(電子および
正孔)の再結合の中心となり、光電変換効率を著しく劣
化させるので、極力排除しなければならない。
On an Asahi-U substrate in which tin oxide having microscopic irregularities is laminated on a glass surface, plasma CVD is performed.
When microcrystalline silicon is formed by the method, silicon crystal grains grow preferentially in a direction perpendicular to the surface of tin oxide.
Then, a large number of defects occur due to the collision of crystal grains having different crystal orientations grown from different uneven surfaces. Such defects become the center of recombination of carriers (electrons and holes) and significantly deteriorate the photoelectric conversion efficiency. Therefore, such defects must be eliminated as much as possible.

【0014】H.Yamamotoらは、同時に以下の
ような報告も行っている。
H. Yamamoto et al. Also make the following reports at the same time.

【0015】表面に凹凸層を有する酸化錫の上に、さら
に酸化亜鉛を厚く積層することで凹凸の大きさを小さく
した場合、酸化錫のみの場合と同様に、酸化亜鉛の表面
に垂直な方向にシリコン結晶粒が成長し、異なる凹凸表
面から成長した結晶粒同士はぶつかる。しかし、それら
の方位差が小さいため、発生する欠陥が少なくなる。
When the thickness of the unevenness is reduced by further laminating zinc oxide on the tin oxide having an uneven layer on the surface, the direction perpendicular to the surface of the zinc oxide is the same as in the case of only tin oxide. Silicon crystal grains grow on the surface, and crystal grains grown from different uneven surfaces collide with each other. However, since the misorientation is small, the number of generated defects is reduced.

【0016】しかるに、結晶質シリコン薄膜中の欠陥を
低減するためには、基板表面の凹凸をできるだけ小さく
すればよいのは明らかである。しかしながら、上述した
ように光閉込は薄膜太陽電池に必須の技術であり、実用
化を考えた場合、表面の凹凸をなくす、あるいは小さく
することは回避すべきである。
However, in order to reduce the defects in the crystalline silicon thin film, it is clear that irregularities on the substrate surface should be reduced as much as possible. However, as described above, light confinement is an indispensable technology for thin-film solar cells, and when considering practical use, eliminating or reducing surface irregularities should be avoided.

【0017】一方、特許第1681183号公報または
特許第2862174号公報に開示されているような、
表面に凹凸形状を有する透明導電膜が形成された太陽電
池用基板は、低コスト化が十分でなく、薄膜太陽電池の
普及を妨げる要因の一つとなっている。その解決策とし
て、透明導電膜に酸化亜鉛を使用することが注目されて
いる。酸化亜鉛は、透明導電膜として広く用いられてい
る酸化錫あるいはITOといった材料と比較して安価で
ある。さらには耐プラズマ性が高いという利点を有して
おり、薄膜太陽電池に用いられる透明導電膜材料として
好適である。
On the other hand, as disclosed in Japanese Patent No. 1681183 or Japanese Patent No. 2862174,
The cost of a solar cell substrate on which a transparent conductive film having a concavo-convex shape is formed is not sufficiently reduced, and is one of the factors that hinder the spread of thin-film solar cells. As a solution, attention has been paid to using zinc oxide for the transparent conductive film. Zinc oxide is less expensive than tin oxide or ITO, which is widely used as a transparent conductive film. Further, it has an advantage of high plasma resistance, and is suitable as a transparent conductive film material used for a thin film solar cell.

【0018】酸化亜鉛を薄膜太陽電池用透明導電膜材料
として用いた例として、特許第2974485号公報、
特許第3072832号公報、特開平11−23380
0号公報が挙げられる。これらの公報によれば、スパッ
タリング法により形成した酸化亜鉛層をエッチングし
て、凹凸形状を設けた薄膜太陽電池が示されている。し
かしながら、これらの例は、全てアモルファスシリコン
太陽電池用として最適化されたものであって、結晶質シ
リコン薄膜太陽電池へ適用するにはさらなる改良の余地
が残されている。特に、光電変換層に欠陥を導入するこ
となく高い光閉込効果を発現するような基板表面の凹凸
の構造については、未だ明らかとはなっていない。
Japanese Patent No. 2974485 discloses an example in which zinc oxide is used as a transparent conductive film material for a thin film solar cell.
Japanese Patent No. 3072832, JP-A-11-23380
No. 0 publication. According to these publications, a thin-film solar cell is provided in which a zinc oxide layer formed by a sputtering method is etched to form an uneven shape. However, these examples are all optimized for amorphous silicon solar cells, and there is room for further improvement for application to crystalline silicon thin film solar cells. In particular, the structure of the irregularities on the substrate surface that exhibits a high light confinement effect without introducing defects in the photoelectric conversion layer has not yet been clarified.

【0019】本発明の目的は、上記の問題点に鑑みてな
されたものであり、その目的は、結晶質半導体層中の欠
陥密度を増大させることなく十分な光閉込効果を有し、
かつ安価に製造できる太陽電池用基板および安定かつ高
い光電変換効率を有する薄膜太陽電池を提供することに
ある。
An object of the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to have a sufficient light confinement effect without increasing a defect density in a crystalline semiconductor layer.
An object of the present invention is to provide a solar cell substrate that can be manufactured at low cost and a thin-film solar cell having stable and high photoelectric conversion efficiency.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明の太陽電池用基板
は、上記課題を解決するために、光電変換層に接する表
面が凹凸化されており、該凹凸が形成されている面の反
対側から光が入射する太陽電池用基板であって、上記凹
凸の高さは、その二乗平均値が25nm〜600nmの
範囲になるように設定されていると共に、上記凹凸の平
均線に対する該凹凸表面の傾斜角をΘとしたときのta
nΘが0.07〜0.20の範囲に設定されていること
を特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems, a substrate for a solar cell according to the present invention has an uneven surface in contact with a photoelectric conversion layer, and the surface opposite to the surface on which the unevenness is formed. And the height of the irregularities is set so that the root-mean-square value is in the range of 25 nm to 600 nm, and the surface of the irregularities with respect to the average line of the irregularities. Ta when the inclination angle is Θ
nΘ is set in the range of 0.07 to 0.20.

【0021】上記の発明によれば、太陽電池用基板の表
面の凹凸は、光電変換層と接するように設けられている
ので、上記凹凸に向かって入射された光は、その界面で
散乱される。この光の散乱は、光路長を延長させ、その
結果、光電変換層での光吸収量が増大する。このよう
に、光が閉じ込められることによって、光電変換効率の
向上が可能となる。光電変換効率の向上により、光電変
換層の膜厚は薄くなる。これにより、光電変換層に要す
る製膜時間、及び製造コストを大幅に減少させることが
可能となる。
According to the above invention, since the unevenness on the surface of the solar cell substrate is provided so as to be in contact with the photoelectric conversion layer, light incident on the unevenness is scattered at the interface. . This scattering of light extends the optical path length, and as a result, the amount of light absorption in the photoelectric conversion layer increases. As described above, by confining the light, the photoelectric conversion efficiency can be improved. With the improvement of the photoelectric conversion efficiency, the thickness of the photoelectric conversion layer is reduced. This makes it possible to significantly reduce the film formation time and the manufacturing cost required for the photoelectric conversion layer.

【0022】ところで、太陽電池用基板の表面の凹凸
は、結晶方位が異なると、その高さによっては結晶同士
がぶつかり、これにより欠陥が発生する。このような欠
陥は、キャリアの再結合中心となり、光電変換効率を著
しく低下させる。
By the way, in the unevenness of the surface of the solar cell substrate, when the crystal orientation is different, the crystals collide with each other depending on the height, thereby causing a defect. Such a defect becomes a recombination center of carriers and significantly lowers the photoelectric conversion efficiency.

【0023】そこで、上記の発明によれば、上記凹凸の
高さは、その二乗平均値が25nm〜600nmの範囲
になるように設定されていると共に、上記凹凸の平均線
に対する該凹凸表面の傾斜角をΘとしたときのtanΘ
が0.07〜0.20の範囲に設定されているので、結
晶同士がぶつかることを確実に回避できる。それゆえ、
欠陥により光電変換効率が劣化することを確実に防止で
きる。
Therefore, according to the above invention, the height of the irregularities is set so that the root-mean-square value is in the range of 25 nm to 600 nm, and the inclination of the irregularities surface with respect to the average line of the irregularities is set. TanΘ when the angle is Θ
Is set in the range of 0.07 to 0.20, so that it is possible to reliably prevent the crystals from colliding with each other. therefore,
Deterioration of photoelectric conversion efficiency due to defects can be reliably prevented.

【0024】上記凹凸が透明導電性の材料からなるもの
であることが好ましい。この場合、上記凹凸の透明導電
性の材料と光電変換層との界面において、入射光が散乱
するため、光の光路長が長くなり、光閉込効果を高める
ことが可能となる。
Preferably, the irregularities are made of a transparent conductive material. In this case, since the incident light is scattered at the interface between the irregularly transparent conductive material and the photoelectric conversion layer, the optical path length of the light is increased, and the light confinement effect can be enhanced.

【0025】上記透明導電性の材料からなるものは、主
として酸化亜鉛からなることが好ましい。この場合、酸
化亜鉛で凹凸を構成することによって、全体として安価
に構成できると共に、耐プラズマ性が高く変質しにくく
なる。
It is preferable that the transparent conductive material is mainly composed of zinc oxide. In this case, by forming the concavities and convexities with zinc oxide, the structure can be made inexpensively as a whole, and the plasma resistance is high and the quality is hardly changed.

【0026】上記凹凸は、上記透明導電性の材料からな
るものに対してエッチングが行われることにより形成さ
れることが好ましい。この場合、エッチャントの種類、
濃度、またはエッチング時間等を適宜変更することによ
って、透明導電性の材料の表面形状を容易に制御できる
ので、所望の凹凸が容易に得られる。
Preferably, the irregularities are formed by etching a material made of the transparent conductive material. In this case, the type of etchant,
By appropriately changing the concentration, the etching time, and the like, the surface shape of the transparent conductive material can be easily controlled, so that desired irregularities can be easily obtained.

【0027】本発明の他の太陽電池用基板は、上記課題
を解決するために、光電変換層に接する表面が凹凸化さ
れているものであって、上記凹凸の一部である穴は、直
径が200nm〜2000nmの範囲である略半球状ま
たは円錐状の形状を有することを特徴としている。上記
穴の直径は、400nm〜1200nmの範囲であるこ
とがより好ましい。この場合、上記凹凸の高さは、その
二乗平均値が25nm〜600nmの範囲になると共
に、上記凹凸の平均線に対する該凹凸表面の傾斜角をΘ
としたときのtanΘが0.07〜0.20の範囲にな
り、結晶同士がぶつかることを確実に回避できる。それ
ゆえ、欠陥により光電変換効率が劣化することを確実に
防止できる。
In order to solve the above-mentioned problems, another solar cell substrate according to the present invention has a surface in contact with the photoelectric conversion layer which has an uneven surface. Has a substantially hemispherical or conical shape in the range of 200 nm to 2000 nm. More preferably, the diameter of the hole is in the range of 400 nm to 1200 nm. In this case, the height of the unevenness has a root-mean-square value in the range of 25 nm to 600 nm, and the inclination angle of the uneven surface with respect to the average line of the unevenness is ΔΘ.
Is in the range of 0.07 to 0.20, and it is possible to reliably prevent the crystals from colliding with each other. Therefore, it is possible to reliably prevent the photoelectric conversion efficiency from being deteriorated due to the defect.

【0028】本発明に係る薄膜太陽電池は、上記課題を
解決するために、上記の太陽電池用基板を備え、該太陽
電池用基板に少なくとも一つの光電変換素子からなる光
電変換層が設けられていることを特徴としている。
According to another aspect of the present invention, there is provided a thin-film solar cell including the above-described solar cell substrate, wherein the solar cell substrate is provided with a photoelectric conversion layer including at least one photoelectric conversion element. It is characterized by having.

【0029】上記の発明によれば、光電変換層中の欠陥
を増大させることなく、光閉込効果による光吸収量を増
大させることが可能となり、安定かつ高い光電変換効率
を有する太陽電池用基板を安価に提供できる。
According to the above invention, the amount of light absorbed by the light confinement effect can be increased without increasing the defects in the photoelectric conversion layer, and the substrate for a solar cell having stable and high photoelectric conversion efficiency can be obtained. Can be provided at low cost.

【0030】上記光電変換層に接する上記表面と反対側
の表面は凹凸化されており、上記凹凸の高さは、その二
乗平均値が15nm〜600nmの範囲になるように設
定されていると共に、上記凹凸の平均線に対する該凹凸
表面の傾斜角をΘとしたときのtanΘが0.10〜
0.30の範囲に設定されていることが好ましい。
The surface opposite to the surface in contact with the photoelectric conversion layer is made uneven, and the height of the unevenness is set so that its root mean square is in the range of 15 nm to 600 nm. The tan の when the inclination angle of the uneven surface with respect to the average line of the unevenness is Θ is 0.10 to 0.10.
Preferably, it is set in the range of 0.30.

【0031】これにより、光電変換層の両面側に好適な
凹凸が設けられることになり、太陽光スペクトル中心の
波長450〜650nm領域の中波長域に加えて、さら
に長い波長域に対しても十分な光閉込効果を生じさせる
ことができる。
As a result, suitable irregularities are provided on both surface sides of the photoelectric conversion layer, which is sufficient for a longer wavelength range in addition to the middle wavelength range of 450 to 650 nm in the center of the sunlight spectrum. A large light confinement effect.

【0032】前記光電変換層のうち、少なくとも1つの
光電変換素子における活性層は結晶質シリコンまたはシ
リコン合金からなることがより好ましい。
[0032] Of the photoelectric conversion layers, the active layer in at least one photoelectric conversion element is more preferably made of crystalline silicon or a silicon alloy.

【0033】これにより、非晶質であるアモルファスシ
リコンでは光電変換に利用できない波長700nm以上
の波長の長い光まで、十分に光電変換に利用することが
できる。
As a result, light having a wavelength of 700 nm or longer, which cannot be used for photoelectric conversion with amorphous silicon, can be sufficiently used for photoelectric conversion.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】[実施の形態]本発明の薄膜太陽
電池に関する実施の一形態について、図1に基づいて説
明すれば以下の通りである。
[Embodiment] One embodiment of the thin-film solar cell of the present invention will be described below with reference to FIG.

【0035】本発明の薄膜太陽電池20は、図1に示す
ように、ガラス基板11a、凹凸表面層11b、p型結
晶質シリコン層12、i型結晶質シリコン層13、n型
シリコン層14、裏面反射層15、裏面電極16が、こ
の順番で積層されて構成されている。
As shown in FIG. 1, the thin-film solar cell 20 of the present invention comprises a glass substrate 11a, an uneven surface layer 11b, a p-type crystalline silicon layer 12, an i-type crystalline silicon layer 13, an n-type silicon layer 14, The back reflection layer 15 and the back electrode 16 are stacked in this order.

【0036】薄膜太陽電池20は、スーパーストレート
型と呼ばれるガラス基板11a側から光を入射する薄膜
太陽電池である。
The thin-film solar cell 20 is a thin-film solar cell called a super straight type in which light is incident from the glass substrate 11a side.

【0037】また、太陽電池用基板11は、ガラス基板
11aと凹凸表面層11bとから構成されている。
The solar cell substrate 11 includes a glass substrate 11a and an uneven surface layer 11b.

【0038】ガラス基板11aは、太陽電池用基板11
を構成する透明基板である。基板の厚さは、特に限定さ
れるものではないが、構造を支持できる適当な強度や重
量を有するように、例えば、0.1〜30mm程度であ
ればよい。
The glass substrate 11a is a solar cell substrate 11
Is a transparent substrate. The thickness of the substrate is not particularly limited, but may be, for example, about 0.1 to 30 mm so as to have appropriate strength and weight to support the structure.

【0039】本実施形態では、この透明基板の材料とし
てガラスを用いたが、あるいはポリイミドやポリビニル
といった200℃程度の耐熱性を有する樹脂、さらには
それらが積層されたもの等、種々のものが使用できる。
さらには、それらの表面に金属膜、透明導電膜、あるい
は絶縁膜等を被覆したものであってもよい。
In this embodiment, glass is used as the material of the transparent substrate. Alternatively, various materials such as polyimide or polyvinyl resin having a heat resistance of about 200 ° C., and those in which they are laminated are used. it can.
Further, those surfaces may be covered with a metal film, a transparent conductive film, an insulating film, or the like.

【0040】凹凸表面層11bは、透明導電性の材料か
らなり、透明導電性の材料である酸化亜鉛をエッチング
することで形成される。
The uneven surface layer 11b is made of a transparent conductive material, and is formed by etching zinc oxide, which is a transparent conductive material.

【0041】エッチングによって凹凸を形成すること
で、太陽電池用基板11の表面に透明導電膜を形成して
いる場合、エッチャントの種類、濃度あるいはエッチン
グ時間等を適宜変更することにより、透明導電膜の表面
形状を容易に制御することができ、凹凸の高さを示す二
乗平均値およびtanΘが予め定めた範囲内の凹凸を形
成することが容易になる。
In the case where a transparent conductive film is formed on the surface of the solar cell substrate 11 by forming irregularities by etching, the type, concentration, etching time, etc. of the etchant are appropriately changed to obtain a transparent conductive film. The surface shape can be easily controlled, and it is easy to form irregularities in which the mean square value indicating the height of the irregularities and tanΘ are within a predetermined range.

【0042】なお、エッチャントとして酸またはアルカ
リ溶液を用いることで、従来の製造方法に比べて、より
安価に太陽電池用基板11を製造することができる。こ
の際、使用できる酸溶液としては塩酸、硫酸、硝酸、フ
ッ酸、酢酸、蟻酸、過塩素酸等の1種または2種以上の
混合物が挙げられるが、この中でも、塩酸、酢酸を使用
することが特に好ましい。これらの酸溶液は、例えば
0.05〜5.0重量%程度の濃度で使用できるが、特
に酢酸のような比較的弱い酸の場合には、0.1〜5.
0重量%程度の濃度で使用するとよい。また、アルカリ
溶液としては水酸化ナトリウム、アンモニア、水酸化カ
リウム、水酸化カルシウム、水酸化アルミニウム等の1
種または2種以上の混合物が挙げられるが、この中でも
水酸化ナトリウムを使用することが特に好ましい。ま
た、これらのアルカリ溶液は1〜10重量%程度の濃度
で使用するとよい。
By using an acid or alkali solution as an etchant, the solar cell substrate 11 can be manufactured at a lower cost than in a conventional manufacturing method. At this time, examples of the acid solution that can be used include one or a mixture of two or more of hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, hydrofluoric acid, acetic acid, formic acid, and perchloric acid. Among them, hydrochloric acid and acetic acid are used. Is particularly preferred. These acid solutions can be used at a concentration of, for example, about 0.05 to 5.0% by weight, but in the case of a relatively weak acid such as acetic acid, 0.1 to 5.0% by weight.
It may be used at a concentration of about 0% by weight. Examples of the alkaline solution include sodium hydroxide, ammonia, potassium hydroxide, calcium hydroxide, and aluminum hydroxide.
Species or a mixture of two or more species can be mentioned. Among them, it is particularly preferable to use sodium hydroxide. These alkaline solutions are preferably used at a concentration of about 1 to 10% by weight.

【0043】さらに、凹凸表面層11bに透明導電性の
材料を用いることにより、光電変換層21との界面にお
いて、薄膜太陽電池20内に入射してきた光は散乱す
る。よって、光の光路長が長くなり、光閉込効果を高め
ることが可能になる。この結果、光電変換効率が高くな
り、光電変換層21の膜厚を薄くすることができる。
Further, by using a transparent conductive material for the uneven surface layer 11b, light incident into the thin-film solar cell 20 is scattered at the interface with the photoelectric conversion layer 21. Therefore, the optical path length of light becomes longer, and the light confinement effect can be enhanced. As a result, the photoelectric conversion efficiency increases, and the thickness of the photoelectric conversion layer 21 can be reduced.

【0044】これにより、結晶質シリコンからなる薄膜
太陽電池20の薄膜化が可能になり、製膜時間を大幅に
減少させることができる。さらには、光電変換層21を
形成する際に、太陽電池用基板11に含まれている不純
物が光電変換層21へ取り込まれることを防止すること
ができる。
As a result, the thin-film solar cell 20 made of crystalline silicon can be made thinner, and the film-forming time can be greatly reduced. Furthermore, when the photoelectric conversion layer 21 is formed, it is possible to prevent impurities contained in the solar cell substrate 11 from being taken into the photoelectric conversion layer 21.

【0045】また、凹凸表面層11bを形成する透明導
電性の材料である酸化亜鉛は、安価であり、耐プラズマ
性が高く変質しにくいという特徴を有している。これに
より、透明導電膜に広く用いられている酸化錫、酸化イ
ンジウムあるいはITOといった材料を用いるよりも、
安価で耐プラズマ性の高い太陽電池用基板11を得るこ
とができる。
Further, zinc oxide, which is a transparent conductive material for forming the uneven surface layer 11b, is inexpensive, has high plasma resistance, and is hardly deteriorated. Thereby, a material such as tin oxide, indium oxide, or ITO, which is widely used for the transparent conductive film, is used.
The solar cell substrate 11 which is inexpensive and has high plasma resistance can be obtained.

【0046】なお、前記透明導電性の材料中に微量の不
純物が添加されていてもよい。例えば、酸化亜鉛が主成
分である場合には、5×1020〜5×1021cm-3程度
のガリウムやアルミニウムといった第IIIB族元素、
あるいは銅のような第IB族元素が含有されることによ
り抵抗率が低減するため、電極として使用するのに適し
ている。
Incidentally, a trace amount of impurities may be added to the transparent conductive material. For example, when zinc oxide is a main component, a group IIIB element such as gallium or aluminum of about 5 × 10 20 to 5 × 10 21 cm −3 ,
Alternatively, since the resistivity is reduced by containing a Group IB element such as copper, it is suitable for use as an electrode.

【0047】透明導電膜の厚さは薄すぎると、太陽電池
としての特性が、均一でなくなる恐れがある。これに対
して、透明導電膜が厚すぎると透過率の減少による光電
変換効率の低下や、製膜時間の増大によるコストの上昇
を引き起こすため、0.1〜2.0μm程度の厚さであ
ることが好ましい。
If the thickness of the transparent conductive film is too small, the characteristics as a solar cell may not be uniform. On the other hand, if the transparent conductive film is too thick, the photoelectric conversion efficiency decreases due to a decrease in transmittance, and the cost increases due to an increase in the film formation time, so that the thickness is about 0.1 to 2.0 μm. Is preferred.

【0048】透明導電膜は、例えば、スパッタリング
法、常圧CVD法、減圧CVD法、電子ビーム蒸着法、
ゾルゲル法、電析法等の公知の方法により作製できる。
その中でも特に、スパッタリング法により作製すること
により、凹凸表面層11bの光の透過率や抵抗率を、薄
膜太陽電池20に適したものに制御することが容易にな
る。
The transparent conductive film can be formed, for example, by sputtering, normal pressure CVD, low pressure CVD, electron beam evaporation,
It can be produced by a known method such as a sol-gel method and an electrodeposition method.
Among them, in particular, by manufacturing by a sputtering method, it becomes easy to control the light transmittance and the resistivity of the uneven surface layer 11b to those suitable for the thin-film solar cell 20.

【0049】ここで、この凹凸表面層11bの表面の凹
凸を表す指標として、凹凸高さを示す二乗平均値および
凹凸の平均線に対する凹凸表面の傾斜角をΘとしたとき
のtanΘを使用すると、本実施形態の凹凸表面層11
bの二乗平均値は、25〜600nmの範囲に設定され
ており、かつtanΘが、0.07〜0.20の範囲に
設定されている。
Here, as an index representing the unevenness of the surface of the uneven surface layer 11b, a root mean square value indicating the height of the unevenness and tan と き when an inclination angle of the uneven surface with respect to an average line of the unevenness is Θ are used. The uneven surface layer 11 of the present embodiment
The mean square value of b is set in the range of 25 to 600 nm, and tan Θ is set in the range of 0.07 to 0.20.

【0050】上記のような範囲に設定された凹凸表面層
11bを形成することにより、太陽電池用基板11の表
面の凹凸は、光電変換層21と接するように設けられて
いるので、その界面で光が散乱される。この光の散乱
は、光路長を延長させ、その結果、光電変換層21での
光吸収量が増大する。このように、光が閉じ込められる
ことによって、光電変換効率の向上が可能となる。光電
変換効率の向上により、光電変換層21の膜厚は薄くな
る。これにより、光電変換層21に要する製膜時間、お
よび製造コストを大幅に減少させることが可能となる。
By forming the uneven surface layer 11 b set in the above range, the unevenness on the surface of the solar cell substrate 11 is provided so as to be in contact with the photoelectric conversion layer 21. Light is scattered. This light scattering prolongs the optical path length, and as a result, the amount of light absorbed by the photoelectric conversion layer 21 increases. As described above, by confining the light, the photoelectric conversion efficiency can be improved. By improving the photoelectric conversion efficiency, the thickness of the photoelectric conversion layer 21 is reduced. Thereby, it is possible to significantly reduce the film formation time and the manufacturing cost required for the photoelectric conversion layer 21.

【0051】さらに、上記の構成によれば、上記凹凸の
高さは、その二乗平均値が15nm〜600nmの範囲
になるように設定されていると共に、tanΘが0.1
0〜0.30の範囲に設定されている。これにより、光
電変換層21を形成する結晶同士がぶつかることを確実
に回避できる。それゆえ、欠陥により光電変換効率が劣
化することを確実に防止できる。
Further, according to the above configuration, the height of the unevenness is set so that the root-mean-square value is in the range of 15 nm to 600 nm, and tan 0.1 is 0.1.
It is set in the range of 0 to 0.30. Thereby, it is possible to reliably prevent the crystals forming the photoelectric conversion layer 21 from colliding with each other. Therefore, it is possible to reliably prevent the photoelectric conversion efficiency from being deteriorated due to the defect.

【0052】言い換えれば、太陽電池用基板11に少な
くとも1層の凹凸表面層11bが形成されており、前記
凹凸の二乗平均値が、25nm以上に、かつtanΘ
は、0.07以上に設定されることにより、十分な光閉
込効果が得られる凹凸表面層11bを形成できる。さら
に、前記二乗平均値が600nm以下であり、かつta
nΘが0.20以下とすることで、凹凸表面層11b上
に形成されるシリコン結晶粒がぶつかっても、凹凸の高
さおよび方位差が適切であるために、発生する欠陥数の
増大を抑制できる。
In other words, at least one uneven surface layer 11b is formed on the solar cell substrate 11, and the mean square value of the unevenness is 25 nm or more and tanΘ
Is set to 0.07 or more, it is possible to form the uneven surface layer 11b having a sufficient light confinement effect. Further, the mean square value is 600 nm or less, and ta
By setting nΘ to 0.20 or less, even if the silicon crystal grains formed on the uneven surface layer 11b collide, the increase in the number of generated defects is suppressed because the height and orientation difference of the unevenness are appropriate. it can.

【0053】なお、本発明の効果をさらに効果的に得る
ためには、凹凸高さの二乗平均値は、25〜400nm
の範囲であり、かつtanΘは0.07〜0.15の範
囲であればなお良い。この二乗平均値およびtanΘの
条件に当てはまる凹凸を形成することにより、さらに確
実に、欠陥数が少なく、光閉込効果の大きい凹凸表面層
11bを得ることができる。
In order to obtain the effect of the present invention more effectively, the mean square value of the height of the unevenness is 25 to 400 nm.
And tanΘ is more preferably in the range of 0.07 to 0.15. By forming the unevenness that satisfies the conditions of the mean square value and tan Θ, the uneven surface layer 11b having a small number of defects and a large light confinement effect can be obtained more reliably.

【0054】また、太陽電池用基板11表面の凹凸の一
部であり、上記凹凸よりも緩やかな凹凸からなる穴は、
直径が200〜2000nmの範囲である略半球状ある
いは円錐上の形状を有している。
Further, a hole which is a part of the unevenness on the surface of the solar cell substrate 11 and has a more gentle unevenness than the above unevenness is
It has a substantially hemispherical or conical shape with a diameter in the range of 200 to 2000 nm.

【0055】これにより、凹凸高さの二乗平均値、およ
びtanΘについて、上述した好適な範囲の凹凸を有す
る凹凸表面層11bを再現性よく形成することができ
る。よって、良好な光閉込効果が得られることから、光
電変換効率の高い太陽電池用基板11を得ることができ
る。
As a result, it is possible to form the uneven surface layer 11b having the unevenness in the above-described preferred range with good reproducibility with respect to the mean square value of the unevenness height and tan Θ. Therefore, since a good light confinement effect is obtained, the solar cell substrate 11 with high photoelectric conversion efficiency can be obtained.

【0056】なお、前記穴の直径が、400〜1200
nmの範囲であれば、さらに良好な光閉込効果を得ら
れ、さらに欠陥の少ない凹凸表面層11bを形成できる
ため、本発明をさらに効果的に実施できる。
The diameter of the hole is 400 to 1200.
Within the range of nm, a more favorable light confinement effect can be obtained, and the uneven surface layer 11b with less defects can be formed, so that the present invention can be implemented more effectively.

【0057】本実施形態では、前記凹凸表面層11bを
形成する手段として、エッチングを用いた。しかし、エ
ッチングに限定される訳ではなく、例えば、平滑な表面
を有するガラス基板11a上に、堆積すると同時に、表
面に凹凸が形成されるような膜を形成してもよい。凹凸
表面層11bを形成する膜は、太陽電池用基板11と同
じ材料であっても、または異なる材料であっても構わな
い。また、太陽電池用基板11の表面に対して、サンド
ブラストのような機械加工を行うことによっても形成可
能である。
In this embodiment, etching is used as a means for forming the uneven surface layer 11b. However, the present invention is not limited to the etching. For example, a film may be formed on the glass substrate 11a having a smooth surface, at the same time as depositing the film, the surface of which may be uneven. The film forming the uneven surface layer 11b may be the same material as the solar cell substrate 11, or may be a different material. Further, it can also be formed by performing machining such as sandblasting on the surface of the solar cell substrate 11.

【0058】さらに、入射してきた光を電気に変換す
る、いわゆる光電変換を行う光電変換層21は、p型結
晶質シリコン層12、i型結晶質シリコン層13、n型
シリコン層14によって形成されている。
Further, a photoelectric conversion layer 21 that converts incident light into electricity, that is, performs so-called photoelectric conversion, is formed by the p-type crystalline silicon layer 12, the i-type crystalline silicon layer 13, and the n-type silicon layer 14. ing.

【0059】また、前記光電変換層21の表面は、凹凸
形状になっており、i型結晶質シリコン層13からなる
凹凸が以下の条件で形成され、この上にn型シリコン層
14が積層されている。なお、n型シリコン層14は薄
いために、i型結晶質シリコン層13の凹凸形状をその
まま投影していると考えてもよい。上記条件とは、凹凸
高さを示す二乗平均値が、15〜600nmの範囲に設
定され、かつtanΘが、0.10〜0.30の範囲に
設定されているというものである。
The surface of the photoelectric conversion layer 21 has an irregular shape, and irregularities made of an i-type crystalline silicon layer 13 are formed under the following conditions, and an n-type silicon layer 14 is laminated thereon. ing. Since the n-type silicon layer 14 is thin, it may be considered that the uneven shape of the i-type crystalline silicon layer 13 is projected as it is. The above conditions are that the root mean square value indicating the height of the unevenness is set in a range of 15 to 600 nm, and tan Θ is set in a range of 0.10 to 0.30.

【0060】これにより、光電変換層21の両面に好適
な凹凸が設けられることになり、さらに、凹凸表面層1
1bとは異なる条件の凹凸が付加されることで、太陽光
スペクトル中心の波長450〜650nm領域の中波長
域、およびさらに長い波長域のいずれに対しても十分な
光閉込効果を生じさせることができる。
As a result, suitable irregularities are provided on both surfaces of the photoelectric conversion layer 21.
By adding irregularities under conditions different from 1b, a sufficient light confinement effect is produced in any of a middle wavelength region and a longer wavelength region in a wavelength range of 450 to 650 nm at the center of the solar spectrum. Can be.

【0061】i型結晶質シリコン層13の表面に前記条
件の凹凸を形成する手段としては、例えば、光電変換層
21を構成する各半導体膜(p型結晶質シリコン層1
2、i型結晶質シリコン層13、n型シリコン層14)
の堆積と同時に、表面に凹凸が形成されるように光電変
換層21を形成してもよい。この際、光電変換層21表
面の凹凸の形状は、太陽電池用基板11に設けられてい
る凹凸表面層11bの形状の影響を受けることを考慮し
て、形成条件を決定すればよい。また、光電変換層21
の表面に対して、サンドブラストのような機械加工、あ
るいはエッチングといった化学的加工処理であっても、
前記凹凸を形成できる。
Means for forming the irregularities under the above conditions on the surface of the i-type crystalline silicon layer 13 include, for example, each semiconductor film (the p-type crystalline silicon layer 1) constituting the photoelectric conversion layer 21.
2, i-type crystalline silicon layer 13, n-type silicon layer 14)
The photoelectric conversion layer 21 may be formed at the same time as the deposition, so that irregularities are formed on the surface. At this time, the forming conditions may be determined in consideration of the fact that the shape of the unevenness on the surface of the photoelectric conversion layer 21 is affected by the shape of the uneven surface layer 11b provided on the solar cell substrate 11. In addition, the photoelectric conversion layer 21
Even if it is a machining process such as sandblasting or a chemical processing process such as etching,
The irregularities can be formed.

【0062】裏面反射層15は、マグネトロンスパッタ
リング法により形成された、厚さ50nmの酸化亜鉛か
らなる薄膜電極である。
The back reflection layer 15 is a thin film electrode made of zinc oxide having a thickness of 50 nm and formed by magnetron sputtering.

【0063】裏面電極16は、銀を電子ビーム蒸着法に
より、500nmの厚さに形成したものであり、この裏
面電極16と凹凸表面層11bとから、電極17をそれ
ぞれ引き出して、スーパーストレート型の薄膜太陽電池
20が構成されている。
The back electrode 16 is formed by depositing silver to a thickness of 500 nm by electron beam evaporation. The electrodes 17 are respectively drawn out from the back electrode 16 and the uneven surface layer 11b to form a super straight type. A thin-film solar cell 20 is configured.

【0064】以上の構成により、光閉込効果を利用して
光電変換率が高く、光電変換率を高めるために設けられ
た凹凸表面層11bの凹凸上に欠陥の少ない光電変換層
21を形成できる太陽電池用基板11を得ることができ
る。さらに、この太陽電池用基板11を用いることで、
安価で、光電変換率の高い薄膜太陽電池20を得ること
ができる。
With the above configuration, the photoelectric conversion layer 21 having a high photoelectric conversion rate by utilizing the light confinement effect and having few defects can be formed on the unevenness of the uneven surface layer 11b provided for increasing the photoelectric conversion rate. The solar cell substrate 11 can be obtained. Furthermore, by using this solar cell substrate 11,
An inexpensive thin film solar cell 20 having a high photoelectric conversion rate can be obtained.

【0065】なお、本実施形態では、光電変換層21
は、1つの光電変換素子からなる例について説明した。
しかし、光電変換層21は、複数の光電変換素子から形
成されていてもよく、そのうち、少なくとも1つの光電
変換素子における活性層(I型層)が、結晶質シリコン
またはシリコン合金で形成されていればよい。そうすれ
ば、アモルファスシリコンでは光電変換に利用できない
波長700nm以上の長波長光を十分に利用することが
できる。
In this embodiment, the photoelectric conversion layer 21
Has described an example including one photoelectric conversion element.
However, the photoelectric conversion layer 21 may be formed of a plurality of photoelectric conversion elements, and among them, the active layer (I-type layer) in at least one photoelectric conversion element is formed of crystalline silicon or a silicon alloy. I just need. Then, long-wavelength light having a wavelength of 700 nm or more, which cannot be used for photoelectric conversion with amorphous silicon, can be sufficiently used.

【0066】なお、上記シリコン合金とは、例えば、シ
リコンに錫が添加されたSix Sn 1-x 、およびゲルマ
ニウムが添加されたSix Ge1-x 等の材料である。
The above-mentioned silicon alloy is, for example, silicon
Si with tin added to siliconxSn 1-x, And germana
Si doped with NxGe1-xAnd other materials.

【0067】さらに、本発明の効果を具体的にするため
に、実施例1〜3、比較例、従来例を以下に記す。
Further, in order to make the effect of the present invention concrete, Examples 1 to 3, Comparative Examples and Conventional Examples will be described below.

【0068】(実施例1)図1を用いて、太陽電池用基
板11および薄膜太陽電池20の作成手順を説明する。
なお、説明の便宜上、前記実施の形態にて説明した図面
と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記
し、その説明を省略する。
(Example 1) A procedure for producing the solar cell substrate 11 and the thin-film solar cell 20 will be described with reference to FIG.
Note that, for convenience of description, members having the same functions as those in the drawings described in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0069】表面が平滑なガラス基板11aの1主面上
に、マグネトロンスパッタリング法により基板温度15
0℃で酸化亜鉛を厚さ500nmとなるように形成し
た。この酸化亜鉛には1×1021cm-3程度のガリウム
が添加されている。この結果、得られた酸化亜鉛のシー
ト抵抗は10Ω/□であり、波長800nmの光に対す
る透過率は80%であった。
On one principal surface of the glass substrate 11a having a smooth surface, a substrate temperature of 15% was applied by magnetron sputtering.
At 0 ° C., zinc oxide was formed to a thickness of 500 nm. Gallium of about 1 × 10 21 cm −3 is added to the zinc oxide. As a result, the sheet resistance of the obtained zinc oxide was 10 Ω / □, and the transmittance for light having a wavelength of 800 nm was 80%.

【0070】続いて酸化亜鉛表面のエッチングを行っ
た。前記酸化亜鉛が被覆されたガラス基板11aを液温
25℃の0.5重量%塩酸水溶液に30秒浸した後、表
面を純水で十分に洗浄し、凹凸表面層11bを有する太
陽電池用基板11を得た。この凹凸表面層11bの表面
形状を走査型電子顕微鏡で観察したところ、表面での直
径が200〜1400nm程度の略半球状の穴が多数形
成されていることが分かった。
Subsequently, the zinc oxide surface was etched. After immersing the glass substrate 11a coated with zinc oxide in a 0.5% by weight hydrochloric acid aqueous solution at a liquid temperature of 25 ° C. for 30 seconds, the surface is sufficiently washed with pure water, and a solar cell substrate having an uneven surface layer 11b is provided. 11 was obtained. Observation of the surface shape of the uneven surface layer 11b with a scanning electron microscope revealed that a large number of substantially hemispherical holes having a diameter of about 200 to 1400 nm were formed on the surface.

【0071】この凹凸表面層11bの表面形状を詳細に
調べるため、原子間力顕微鏡により表面形状を測定し
た。前記穴の深さ方向形状から、前記穴の形状は略半球
状あるいは円錐状であることが分かった。そして、表面
形状の特徴を数値で表現するために、凹凸の高さの二乗
平均値(RMS)を凹凸高さの指標とした。さらに、表
面形状波形曲線をフーリエ変換した際に得られる正弦型
曲線の最頻出波長Wを凹凸ピッチの指標とし、表面凹凸
の平均線に対する凹凸表面の傾きをΘとすると、tan
Θ=2RMS/(W/2)=4RMS/Wであり、RM
SおよびtanΘの値を凹凸形状の指標とした。この時
の凹凸高さの二乗平均値は28nmであり、tanΘは
0.08であった。
In order to examine the surface shape of the uneven surface layer 11b in detail, the surface shape was measured with an atomic force microscope. From the shape of the hole in the depth direction, it was found that the shape of the hole was substantially hemispherical or conical. Then, in order to express the characteristics of the surface shape by numerical values, the root mean square value (RMS) of the height of the unevenness was used as an index of the unevenness height. Further, assuming that the most frequent wavelength W of the sinusoidal curve obtained when the surface shape waveform curve is Fourier-transformed is used as an index of the unevenness pitch, and the inclination of the uneven surface with respect to the average line of the surface unevenness is Θ,
Θ = 2RMS / (W / 2) = 4RMS / W, RM
The values of S and tanΘ were used as indices of the uneven shape. The mean square value of the height of the unevenness at this time was 28 nm, and tan 0.0 was 0.08.

【0072】こうして得た太陽電池用基板11上に、1
3.56MHzの高周波を用いたプラズマCVD法によ
りp型結晶質シリコン層12、i型結晶質シリコン層1
3、n型シリコン層14を順に積層した。
On the solar cell substrate 11 thus obtained, 1
The p-type crystalline silicon layer 12 and the i-type crystalline silicon layer 1 are formed by a plasma CVD method using a high frequency of 3.56 MHz.
3. An n-type silicon layer 14 was sequentially stacked.

【0073】p型結晶質シリコン層12は、SiH4
ス3SCCM、H2 ガス600SCCM、H2 ガスによ
り5000ppmに調整されたB2 6 ガス1SCC
M、製膜室圧力200Pa、放電電力25W、基板温度
140℃の条件で製膜し、30nmの厚さとした。i型
結晶質シリコン層13は、SiH4 ガス11SCCM、
2 ガス350SCCM、製膜室圧力200Pa、放電
電力20W、基板温度140℃の条件で製膜し、250
0nmの厚さとした。n型シリコン層14は、SiH4
ガス10SCCM、H2 ガスにより1000ppmに調
整されたPH3 ガス100SCCM、製膜室圧力27P
a、放電電力30W、基板温度180℃の条件で製膜
し、30nmの厚さとした。
The p-type crystalline silicon layer 12 is made of 3 SCCM of SiH 4 gas, 600 SCCM of H 2 gas, and 1 SCC of B 2 H 6 gas adjusted to 5000 ppm by H 2 gas.
M, a film forming chamber pressure of 200 Pa, a discharge power of 25 W, and a substrate temperature of 140 ° C. were formed to have a thickness of 30 nm. The i-type crystalline silicon layer 13 is made of SiH 4 gas 11 SCCM,
The film was formed under the conditions of 350 SCCM of H 2 gas, a film forming chamber pressure of 200 Pa, a discharge power of 20 W, and a substrate temperature of 140 ° C.
The thickness was set to 0 nm. The n-type silicon layer 14 is made of SiH 4
10 SCCM of gas, 100 SCCM of PH 3 gas adjusted to 1000 ppm by H 2 gas, and 27 P of film forming chamber pressure
a, a discharge power of 30 W and a substrate temperature of 180 ° C. were formed into a film having a thickness of 30 nm.

【0074】プラズマCVD装置(図示せず)から取り
出した後、n型シリコン層14表面の形状を原子間力顕
微鏡により測定したところ、凹凸高さの二乗平均値は1
8nmであり、tanΘは0.06であった。
After taking out from the plasma CVD apparatus (not shown), the shape of the surface of the n-type silicon layer 14 was measured with an atomic force microscope.
8 nm, and tan 0.0 was 0.06.

【0075】さらに、n型シリコン層14の表面に対し
てX線回折法を行ったところ、(220)X線回折ピー
クの積分強度I220と(111)X線回折ピークの積分強
度I1 11の比I220/I111は3.0であった。ここで、実際
に得られたX線回折ピークはi型結晶質シリコン層13
単体の情報ではないが、i型結晶質シリコン層13に比
べて、p型結晶質シリコン層12およびn型シリコン層
14の膜厚は非常に薄い。よって、X線回折法の結果
は、i型結晶質シリコン層13の結晶配向性を反映して
いるものとして差し支えない。
Further, the surface of the n-type silicon layer 14
When the X-ray diffraction method was performed using (220) X-ray diffraction peak
Integrated intensity I220And integral intensity of (111) X-ray diffraction peak
Degree I1 11Ratio I220/ I111Was 3.0. Where the actual
The X-ray diffraction peak obtained in FIG.
Although it is not information of a single substance, it is compared with the i-type crystalline silicon layer 13.
In all, a p-type crystalline silicon layer 12 and an n-type silicon layer
14 is very thin. Therefore, the result of the X-ray diffraction method
Reflects the crystal orientation of the i-type crystalline silicon layer 13
It does not matter.

【0076】その後、マグネトロンスパッタリング法に
より裏面反射層15として酸化亜鉛を厚さ50nmで形
成した。さらに、電子ビーム蒸着法により裏面電極16
として銀を厚さ500nmで形成し、ガラス基板11a
側から光を入射するスーパーストレート型の薄膜太陽電
池20とした。
Thereafter, zinc oxide was formed to a thickness of 50 nm as the back surface reflection layer 15 by magnetron sputtering. Further, the back electrode 16 is formed by electron beam evaporation.
Is formed with a thickness of 500 nm as a glass substrate 11a.
A super straight type thin-film solar cell 20 to which light is incident from the side was obtained.

【0077】この薄膜太陽電池20の、AM1.5(1
00mW/cm2 )照射条件下における電流−電圧特性
を測定したところ、短絡電流は25.0mA/cm2
開放電圧は0.524V、形状因子は0.700、光電
変換効率は9.17%であった。
The AM1.5 (1)
00mW / cm 2) current under the irradiation condition - was measured voltage characteristic, short circuit current is 25.0mA / cm 2,
The open circuit voltage was 0.524 V, the form factor was 0.700, and the photoelectric conversion efficiency was 9.17%.

【0078】この結果から、凹凸表面層11bの凹凸高
さの二乗平均値=28nm、かつtanΘ=0.08と
いう凹凸の形状は、以下に示す比較例、従来例と比べ
て、高い光電変換率が得られることが分かった。また、
本実施例のように、凹凸表面層11bの表面の穴の直径
が200〜1400nmであれば、上記条件の凹凸を有
する凹凸表面層11bを形成できることが分かった。
From these results, it can be seen that the irregularity shape of the irregularity height of the irregularity surface layer 11b of root mean square = 28 nm and tant = 0.08 has a higher photoelectric conversion rate than the comparative example and the conventional example shown below. Was obtained. Also,
As in this example, when the diameter of the holes on the surface of the uneven surface layer 11b was 200 to 1400 nm, it was found that the uneven surface layer 11b having the unevenness under the above conditions could be formed.

【0079】また、n型シリコン層14の表面の凹凸高
さの二乗平均値=18nm、かつtanΘ=0.06と
いう凹凸の形状が、光閉込効果を得るのに適切な凹凸で
あるか否かは、以下に示すシリコン層表面の凹凸の形成
条件を変えた実施例3の結果から判断する。
Further, it is determined whether or not the shape of the unevenness where the mean square value of the unevenness height of the surface of the n-type silicon layer 14 is 18 nm and tanΘ = 0.06 is appropriate for obtaining the light confinement effect. This is determined from the results of Example 3 in which the conditions for forming the irregularities on the silicon layer surface described below were changed.

【0080】(実施例2)本発明の薄膜太陽電池の他の
実施例について説明すれば、以下の通りである。
Embodiment 2 Another embodiment of the thin-film solar cell of the present invention will be described below.

【0081】なお、説明の便宜上、前記実施の形態にて
説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ
符号を付記し、その説明を省略する。
For convenience of explanation, members having the same functions as those in the drawings described in the above embodiment are given the same reference numerals, and explanations thereof are omitted.

【0082】本実施例では、太陽電池用基板11の表面
のエッチングの際に、太陽電池用基板11を塩酸水溶液
に浸す時間を45秒とした以外は、実施例1と同様にし
て薄膜太陽電池を作製した。これにより、凹凸表面層1
1bの凹凸の高さが実施例1よりも大きくなることが予
想される。
In this embodiment, the thin-film solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the time for immersing the solar cell substrate 11 in the hydrochloric acid aqueous solution was 45 seconds when the surface of the solar cell substrate 11 was etched. Was prepared. Thereby, the uneven surface layer 1
It is expected that the height of the unevenness of 1b will be larger than in Example 1.

【0083】光電変換層21の形成前に、凹凸表面層1
1bの形状を走査型電子顕微鏡で観察したところ、表面
での直径が400〜1000nm程度の略半球状の穴が
多数形成されていることが分かった。
Before the formation of the photoelectric conversion layer 21, the uneven surface layer 1
Observation of the shape of 1b with a scanning electron microscope revealed that a large number of substantially hemispherical holes having a diameter of about 400 to 1000 nm on the surface were formed.

【0084】この凹凸表面層11bの形状を詳細に調べ
るため、原子間力顕微鏡により表面形状を測定した。本
実施例の凹凸表面層11bに形成された穴の形状は、実
施例1の場合と同様に略半球状あるいは円錐状であった
が、本実施例での凹凸高さの二乗平均値は40nmであ
り、tanΘは0.13であった。
To examine the shape of the uneven surface layer 11b in detail, the surface shape was measured by an atomic force microscope. The shape of the hole formed in the uneven surface layer 11b of the present example was substantially hemispherical or conical as in the case of Example 1, but the mean square value of the uneven height in this example was 40 nm. And tanΘ was 0.13.

【0085】シリコン層からなる光電変換層21形成後
に、n型シリコン層14の表面形状を原子間力顕微鏡に
より測定したところ、凹凸高さの二乗平均値は20nm
であり、tanΘは0.06であった。
After the formation of the photoelectric conversion layer 21 composed of a silicon layer, the surface shape of the n-type silicon layer 14 was measured by an atomic force microscope.
And tan 0.0 was 0.06.

【0086】さらに、光電変換層21の形成後にX線回
折法を行ったところ、(220)X線回折ピークの積分
強度I220と(111)X線回折ピークの積分強度I111
比I2 20/I111は2.8であり、実施例1の場合とほぼ同
値である。
Further, after the formation of the photoelectric conversion layer 21, the X-ray
When the folding method was performed, the integration of the (220) X-ray diffraction peak was performed.
Strength I220And (111) X-ray diffraction peak integrated intensity I111of
Ratio ITwo 20/ I111Is 2.8, which is almost the same as in the first embodiment.
Value.

【0087】この薄膜太陽電池のAM1.5(100m
W/cm2 )照射条件下における電流−電圧特性を測定
したところ、短絡電流は25.4mA/cm2 、開放電
圧は0.527V、形状因子は0.701、光電変換効
率は9.38%であった。
The AM1.5 (100 m)
(W / cm 2 ) When the current-voltage characteristics under the irradiation conditions were measured, the short-circuit current was 25.4 mA / cm 2 , the open-circuit voltage was 0.527 V, the form factor was 0.701, and the photoelectric conversion efficiency was 9.38%. Met.

【0088】この結果から、凹凸表面層11bの凹凸形
成条件を変えた本実施例において、凹凸高さの二乗平均
値=40nm、かつtanΘ=0.23という凹凸表面
層11bの形状により、実施例1の凹凸形状よりも高い
光電変換率が得られることが分かった。
From the results, in the present embodiment in which the conditions for forming the concavo-convex surface layer 11b were changed, the mean square value of the concavo-convex height was 40 nm and the shape of the concavo-convex surface layer 11b was tanΘ = 0.23. It was found that a photoelectric conversion rate higher than that of the uneven shape of No. 1 was obtained.

【0089】なお、凹凸高さの二乗平均値=20nm、
かつtanΘ=0.06というn型シリコン層14の凹
凸の形状が、良好な光閉込効果を得るために適切である
かどうかは、実施例1と同様に、以下の実施例3の結果
から判断する。
The mean square value of the height of the irregularities = 20 nm,
Whether or not the irregular shape of the n-type silicon layer 14 of tan Θ = 0.06 is appropriate for obtaining a good light confinement effect is determined by the following results of Example 3 as in Example 1. to decide.

【0090】(実施例3)本発明の薄膜太陽電池のさら
に他の実施例について説明すれば、以下の通りである。
なお、説明の便宜上、前記実施の形態にて説明した図面
と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記
し、その説明を省略する。
(Embodiment 3) Still another embodiment of the thin-film solar cell of the present invention will be described below.
Note that, for convenience of description, members having the same functions as those in the drawings described in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0091】本実施例では、i型結晶質シリコン層13
形成の際に、SiH4 ガスを250SCCMとすること
以外は、実施例2と同様にして薄膜太陽電池20を作製
した。これにより、i型結晶質シリコン層13の表面の
凹凸高さが大きくなることが予想される。
In this embodiment, the i-type crystalline silicon layer 13
A thin-film solar cell 20 was produced in the same manner as in Example 2, except that the SiH 4 gas was changed to 250 SCCM during the formation. This is expected to increase the height of the irregularities on the surface of i-type crystalline silicon layer 13.

【0092】シリコン層からなる光電変換層21形成後
に、i型結晶質シリコン層13の表面の凹凸形状を投影
するn型シリコン層14表面の形状を原子間力顕微鏡に
より測定したところ、凹凸高さの二乗平均値は26nm
であり、tanΘは0.09であった。
After the photoelectric conversion layer 21 made of a silicon layer was formed, the shape of the surface of the n-type silicon layer 14 projecting the unevenness of the surface of the i-type crystalline silicon layer 13 was measured by an atomic force microscope. Mean square value of 26 nm
And tanΘ was 0.09.

【0093】さらにX線回折法を行ったところ、(22
0)X線回折ピークの積分強度I220と(111)X線回
折ピークの積分強度I111の比I220/I111は3.2であ
り、実施例1および2の場合とほぼ同値であった。
Further, when the X-ray diffraction method was performed, (22
0) The ratio I 220 / I 111 of the integrated intensity I 220 of the X-ray diffraction peak to the integrated intensity I 111 of the (111) X-ray diffraction peak is 3.2, which is almost the same value as in Examples 1 and 2. Was.

【0094】この薄膜太陽電池のAM1.5(100m
W/cm2 )照射条件下における電流−電圧特性を測定
したところ、短絡電流は26.8mA/cm2 、開放電
圧は0.525V、形状因子は0.702、光電変換効
率は9.88%であった。
The AM1.5 (100 m
(W / cm 2 ) The current-voltage characteristics under the irradiation conditions were measured. The short-circuit current was 26.8 mA / cm 2 , the open-circuit voltage was 0.525 V, the form factor was 0.702, and the photoelectric conversion efficiency was 9.88%. Met.

【0095】この結果を、実施例1、2の場合と比較す
ると、開放電圧および形状因子にはほとんど差がないこ
とが分かる。これに対して、短絡電流の増大により、光
電変換効率が向上していることが分かる。これはn型シ
リコン層14表面の形状が、長波長光の光閉込に好適な
ものとなっているためであると考えられる。
When the results are compared with those of Examples 1 and 2, it can be seen that there is almost no difference between the open circuit voltage and the form factor. On the other hand, it can be seen that the photoelectric conversion efficiency is improved by the increase in the short-circuit current. It is considered that this is because the shape of the surface of the n-type silicon layer 14 is suitable for confinement of long-wavelength light.

【0096】この結果から、n型シリコン層14の表面
の凹凸高さの二乗平均値=26、かつtanΘ=0.0
9というn型シリコン層14の表面の凹凸の形成条件に
より、実施例1および2よりも高い光電変換効率が得ら
れることが分かった。
From the results, the root-mean-square value of the height of the unevenness on the surface of the n-type silicon layer = 26 and tan Θ = 0.0
It has been found that a photoelectric conversion efficiency higher than that of Examples 1 and 2 can be obtained with the formation condition of the unevenness on the surface of the n-type silicon layer 14 of 9.

【0097】(比較例)本発明の薄膜太陽電池の比較例
について説明すれば、以下の通りである。
Comparative Example A comparative example of the thin-film solar cell of the present invention will be described below.

【0098】本比較例では、基板表面のエッチングの際
に、基板を塩酸水溶液に浸す時間を15秒とした以外は
実施例1と同様にして薄膜太陽電池を作製した。これに
より、上記各実施例よりも凹凸表面層の凹凸高さが小さ
くなることが予想される。
In this comparative example, a thin-film solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the time of immersing the substrate in an aqueous hydrochloric acid solution during etching of the substrate surface was changed to 15 seconds. Accordingly, it is expected that the height of the unevenness of the uneven surface layer will be smaller than in each of the above examples.

【0099】シリコン層からなる光電変換層の形成前
に、凹凸表面層の形状を走査型電子顕微鏡で観察したと
ころ、表面での直径が50〜200nm程度の略半球状
の穴が形成されていることが分かった。しかしながら、
形状が穴であると明瞭に判別できる穴の数は、実施例1
および2の場合より少なかった。
Before the formation of the photoelectric conversion layer composed of a silicon layer, the shape of the uneven surface layer was observed with a scanning electron microscope. As a result, a substantially hemispherical hole having a diameter of about 50 to 200 nm was formed on the surface. I understood that. However,
The number of holes that can be clearly discriminated as a hole is determined in Example 1.
And less than in 2.

【0100】この凹凸表面層の形状を詳細に調べるた
め、原子間力顕微鏡により表面形状を測定した。本実施
例の凹凸表面層に形成された穴の形状は、実施例1の場
合と同様に略半球状あるいは円錐状であったが、本実施
例での凹凸高さの二乗平均値は12nmであり、tan
Θは0.05であった。
In order to examine the shape of the uneven surface layer in detail, the surface shape was measured with an atomic force microscope. The shape of the hole formed in the uneven surface layer of the present example was substantially hemispherical or conical as in the case of Example 1, but the mean square value of the uneven height in the present example was 12 nm. Yes, tan
Θ was 0.05.

【0101】さらに、光電変換層を形成後にX線回折法
を行ったところ、(220)X線回折ピークの積分強度
I220と(111)X線回折ピークの積分強度I111の比I
220/I111は3.2であり、実施例1〜3の場合とほぼ
同値である。
Further, when the X-ray diffraction method was performed after the formation of the photoelectric conversion layer, the integrated intensity of the (220) X-ray diffraction peak was determined.
The ratio I of the integrated intensity I 111 of the I 220 to the (111) X-ray diffraction peak I
220 / I111 is 3.2, which is almost the same value as in the first to third embodiments.

【0102】この薄膜太陽電池のAM1.5(100m
W/cm2 )照射条件下における電流−電圧特性を測定
したところ、短絡電流は22.9mA/cm2 、開放電
圧は0.520V、形状因子は0.699、光電変換効
率は8.32%であった。
The AM1.5 (100 m
(W / cm 2 ) When the current-voltage characteristics under the irradiation conditions were measured, the short-circuit current was 22.9 mA / cm 2 , the open-circuit voltage was 0.520 V, the form factor was 0.699, and the photoelectric conversion efficiency was 8.32%. Met.

【0103】実施例1〜3の場合と比較すると、開放電
圧および形状因子の値はほとんど変化していないが、短
絡電流の値が減少していることが分かる。すなわち、エ
ッチング時間が不十分であるために、太陽電池用基板表
面の凹凸構造が光閉込効果を発するには不十分なもので
あることを意味している。
As compared with the cases of Examples 1 to 3, it can be seen that the values of the open circuit voltage and the form factor hardly change, but the value of the short circuit current decreases. That is, it means that the uneven structure on the surface of the solar cell substrate is insufficient for producing the light confinement effect due to insufficient etching time.

【0104】この結果から、凹凸表面層の凹凸高さの二
乗平均値=12nmおよびtanΘ=0.05の凹凸形
成条件では、良好な光閉込効果を有する凹凸表面層を得
られないことが分かった。また、凹凸表面層表面の穴の
直径が50〜200nmでは、上記と同様に、良好な光
閉込効果を有する凹凸表面層を得られないことが分かっ
た。
From these results, it is found that the uneven surface layer having a good light confinement effect cannot be obtained under the uneven surface forming conditions of the mean square value of the uneven surface height of the uneven surface layer = 12 nm and tanΘ = 0.05. Was. It was also found that when the diameter of the holes on the surface of the uneven surface layer was 50 to 200 nm, the uneven surface layer having a good light confinement effect could not be obtained, as in the case described above.

【0105】(従来例)本発明の薄膜太陽電池の効果を
より明確にするために、従来の薄膜太陽電池について説
明すれば、以下の通りである。
(Conventional Example) In order to clarify the effect of the thin-film solar cell of the present invention, a conventional thin-film solar cell will be described as follows.

【0106】表面が平滑なガラス基板上に常圧CVD法
により、表面凹凸を有する酸化錫を形成した基板(商品
名Asahi−U)の上に、電子ビーム蒸着法により基
板温度150℃で裏面電極として銀を厚さ500nmと
なるように形成した。さらに、マグネトロンスパッタリ
ング法により基板温度150℃で酸化亜鉛を厚さ50n
mに形成することで、凹凸表面層を有する薄膜太陽電池
を作製した。
On a substrate (Trade name: Asahi-U) in which tin oxide having surface irregularities was formed by a normal pressure CVD method on a glass substrate having a smooth surface, a back electrode was formed at a substrate temperature of 150 ° C. by an electron beam evaporation method. Was formed to have a thickness of 500 nm. Further, zinc oxide was deposited at a substrate temperature of 150 ° C. to a thickness of 50 n by magnetron sputtering.
m to prepare a thin-film solar cell having an uneven surface layer.

【0107】なお、酸化亜鉛は結晶質シリコン層形成中
に水素プラズマにより生じる酸化錫の還元反応を防止す
るために設けられている。
Note that zinc oxide is provided to prevent a reduction reaction of tin oxide caused by hydrogen plasma during formation of the crystalline silicon layer.

【0108】この太陽電池用基板の凹凸表面層の形状を
詳細に調べるため、原子間力顕微鏡により表面形状を測
定した。本従来例の凹凸表面層の形状は公知であるピラ
ミッド型であり、凹凸高さの二乗平均値は42nmであ
り、tanΘは0.31であった。
In order to examine the shape of the uneven surface layer of the solar cell substrate in detail, the surface shape was measured with an atomic force microscope. The shape of the concavo-convex surface layer of this conventional example was a well-known pyramid type, the mean square value of the concavo-convex height was 42 nm, and tan 0.3 was 0.31.

【0109】シリコン層からなる光電変換層を形成後に
X線回折法を行ったところ、(220)X線回折ピーク
の積分強度I220と(111)X線回折ピークの積分強度
I111の比I220/I111は1.5であった。
When the X-ray diffraction method was performed after forming the photoelectric conversion layer composed of the silicon layer, the integrated intensity I 220 of the (220) X-ray diffraction peak and the integrated intensity I of the (111) X-ray diffraction peak were obtained.
The ratio I 220 / I 111 of the I 111 was 1.5.

【0110】この薄膜太陽電池のAM1.5(100m
W/cm2 )照射条件下における電流−電圧特性を測定
したところ、短絡電流は24.7mA/cm2 、開放電
圧は0.517V、形状因子は0.692、光電変換効
率は8.84%であった。
The AM1.5 (100 m)
(W / cm 2 ) When the current-voltage characteristics under the irradiation conditions were measured, the short-circuit current was 24.7 mA / cm 2 , the open-circuit voltage was 0.517 V, the form factor was 0.692, and the photoelectric conversion efficiency was 8.84%. Met.

【0111】実施例1〜3の場合と比較すると、短絡電
流、開放電圧、形状因子のいずれも値が低下しているこ
とが分かる。
Compared with the cases of Examples 1 to 3, it can be seen that the values of all of the short-circuit current, open-circuit voltage and form factor are reduced.

【0112】X線回折法の結果と併せて考えると、従来
からある基板表面凹凸の構造では結晶質シリコン層の形
成中に多量の欠陥が導入されてしまうので、結晶質シリ
コン薄膜太陽電池に適していないことを意味している。
よって、従来の方法により形成された凹凸表面層の凹凸
(二乗平均値=42nm、tanΘ=0.31)では、
良好な光閉込効果は得られず、光電変換効率の高い薄膜
太陽電池は得られないことがわかった。
When considered in conjunction with the results of the X-ray diffraction method, a large number of defects are introduced during the formation of the crystalline silicon layer in the conventional structure of the substrate surface irregularities, and therefore, it is suitable for a crystalline silicon thin film solar cell. Not mean.
Therefore, in the unevenness of the uneven surface layer formed by the conventional method (root mean square = 42 nm, tanΘ = 0.31),
It was found that a good light confinement effect was not obtained and a thin-film solar cell with high photoelectric conversion efficiency could not be obtained.

【0113】上記凹凸表面層の欠陥を少なくし、良好な
光閉込効果を有する凹凸表面層を得るためには、本従来
例の結果よりも凹凸の高さあるいは方位差を小さくする
のが好ましいと思われる。
In order to reduce the defects of the uneven surface layer and to obtain an uneven surface layer having a good light confinement effect, it is preferable to make the height or azimuth difference of the unevenness smaller than the result of the conventional example. I think that the.

【0114】以上の実施例1〜3、比較例、従来例の各
結果から、凹凸表面層11bの凹凸高さの二乗平均値
が、25〜600nmの範囲であり、かつtanΘが、
0.07〜0.20の範囲であれば、良好な光閉込効果
を有する凹凸を形成できることが分かった。
From the results of Examples 1 to 3, the comparative example, and the conventional example, the root-mean-square value of the uneven height of the uneven surface layer 11b is in the range of 25 to 600 nm, and tan 、 is
It was found that irregularities having a good light confinement effect can be formed in the range of 0.07 to 0.20.

【0115】また、凹凸表面層11bの凹凸の一部であ
る穴の直径は、200〜2000nmであれば、上記の
凹凸形状の条件に適した凹凸を形成できることが分かっ
た。
Further, it was found that if the diameter of the hole, which is a part of the unevenness of the uneven surface layer 11b, is 200 to 2000 nm, unevenness suitable for the above-mentioned uneven shape condition can be formed.

【0116】さらに、n型シリコン層14表面の凹凸高
さの二乗平均値は、15〜600nmの範囲であり、か
つtanΘが、0.10〜0.30の範囲であれば、さ
らに良好な光閉込効果の得られる凹凸を有する薄膜太陽
電池20を提供できることが分かった。
Further, if the mean square value of the height of the unevenness on the surface of the n-type silicon layer 14 is in the range of 15 to 600 nm and tan 、 is in the range of 0.10 to 0.30, more favorable light It has been found that the thin-film solar cell 20 having the concavo-convex effect having the confinement effect can be provided.

【0117】よって、本発明の太陽電池用基板11の表
面凹凸の構造により、光電変換層21の形成中に多量の
欠陥が導入されることがなく、高い光電変換効率を有す
る薄膜太陽電池20を提供できることが明らかとなっ
た。
Therefore, with the structure of the surface irregularities of the solar cell substrate 11 of the present invention, a large number of defects are not introduced during the formation of the photoelectric conversion layer 21 and the thin-film solar cell 20 having high photoelectric conversion efficiency can be obtained. It became clear that it could be provided.

【0118】[0118]

【発明の効果】本発明の太陽電池用基板は、上記のよう
に、光電変換層に接する表面が凹凸化されており、該凹
凸が形成されている面の反対側から光が入射する太陽電
池用基板であって、上記凹凸の高さは、その二乗平均値
が25nm〜600nmの範囲になるように設定されて
いると共に、上記凹凸の平均線に対する該凹凸表面の傾
斜角をΘとしたときのtanΘが0.07〜0.20の
範囲に設定されている構成である。
As described above, the substrate for a solar cell of the present invention has a roughened surface in contact with the photoelectric conversion layer, and receives light from the opposite side of the surface on which the unevenness is formed. Substrate, the height of the irregularities is set so that the root-mean-square value is in the range of 25 nm to 600 nm, and the angle of inclination of the irregular surface relative to the average line of the irregularities is represented by Θ. Is set in the range of 0.07 to 0.20.

【0119】本発明によれば、光閉込効果が高くなり、
光電変換効率の向上した太陽電池用基板が得られるとい
う効果を奏する。光電変換効率の向上により、光電変換
層の膜厚は薄くなる。これにより、光電変換層に要する
製膜時間、及び製造コストを大幅に減少させることが可
能となる。さらに、欠陥により光電変換効率が劣化する
ことを確実に防止できる。
According to the present invention, the light confinement effect is enhanced,
There is an effect that a solar cell substrate with improved photoelectric conversion efficiency can be obtained. With the improvement of the photoelectric conversion efficiency, the thickness of the photoelectric conversion layer is reduced. This makes it possible to significantly reduce the film formation time and the manufacturing cost required for the photoelectric conversion layer. Further, it is possible to reliably prevent the photoelectric conversion efficiency from deteriorating due to defects.

【0120】上記凹凸が透明導電性の材料からなること
により、上記凹凸の透明導電性の材料と光電変換層との
界面において、入射光が散乱するため、光の光路長が長
くなり、光閉込効果を高めることが可能となるという効
果を奏する。
When the irregularities are made of a transparent conductive material, the incident light is scattered at the interface between the transparent conductive material having the irregularities and the photoelectric conversion layer, so that the optical path length of the light becomes longer and the light is closed. The effect that it becomes possible to raise the incorporation effect is produced.

【0121】上記透明導電性の材料からなるものは、主
として酸化亜鉛からなることにより酸化亜鉛で凹凸を構
成することによって、全体として安価に構成できると共
に、耐プラズマ性が高く変質しにくくなるという効果を
奏する。
The transparent conductive material is mainly made of zinc oxide, so that the unevenness is made of zinc oxide, so that it can be made inexpensively as a whole, and has high plasma resistance and is hardly deteriorated. To play.

【0122】上記凹凸は、上記透明導電性の材料からな
るものに対してエッチングが行われることにより形成さ
れることにより、エッチャントの種類、濃度、またはエ
ッチング時間等を適宜変更することによって、透明導電
性の材料の表面形状を容易に制御できるので、所望の凹
凸が容易に得られるという効果を奏する。
The irregularities are formed by etching the transparent conductive material, and the transparent conductive material is appropriately changed by changing the type, concentration, etching time, etc. of the etchant. Since the surface shape of the conductive material can be easily controlled, an effect that desired irregularities can be easily obtained is exerted.

【0123】本発明の他の太陽電池用基板は、上記のよ
うに、光電変換層に接する表面が凹凸化されているもの
であって、上記穴は、直径が200nm〜2000nm
の範囲である略半球状または円錐状の形状を有している
構成である。
As described above, another substrate for a solar cell according to the present invention has a surface in contact with the photoelectric conversion layer which is uneven, and the hole has a diameter of 200 nm to 2000 nm.
And a substantially hemispherical or conical shape in the range of

【0124】本発明によれば、上記凹凸の高さは、その
二乗平均値が25nm〜600nmの範囲になると共
に、上記凹凸の平均線に対する該凹凸表面の傾斜角をΘ
としたときのtanΘが0.07〜0.20の範囲にな
り、結晶同士がぶつかることを確実に回避できる。それ
ゆえ、欠陥により光電変換効率が劣化することを確実に
防止できるという効果を奏する。
According to the present invention, the height of the unevenness has a root-mean-square value in the range of 25 nm to 600 nm, and the inclination angle of the uneven surface with respect to the average line of the unevenness is ΔΘ.
Tan の is in the range of 0.07 to 0.20, and the collision of crystals can be reliably avoided. Therefore, it is possible to reliably prevent the photoelectric conversion efficiency from being deteriorated due to the defect.

【0125】また、上記穴の直径は、400nm〜12
00nmの範囲であることにより、上記と同様の効果を
さらに確実に得ることができるという効果を奏する。
The diameter of the hole is 400 nm to 12 nm.
When the thickness is within the range of 00 nm, the same effect as described above can be obtained more reliably.

【0126】本発明に係る薄膜太陽電池は、上記のよう
に、上記の太陽電池用基板を備え、該太陽電池用基板に
少なくとも一つの光電変換素子からなる光電変換層が設
けられている構成である。
As described above, the thin-film solar cell according to the present invention comprises the above-mentioned solar cell substrate, and the solar cell substrate is provided with a photoelectric conversion layer comprising at least one photoelectric conversion element. is there.

【0127】本発明によれば、光電変換層中の欠陥を増
大させることなく、光閉込効果による光吸収量を増大さ
せることが可能となり、安定かつ高い光電変換効率を有
する太陽電池用基板を安価に提供できるという効果を奏
する。
According to the present invention, the amount of light absorbed by the light confinement effect can be increased without increasing the defects in the photoelectric conversion layer, and a solar cell substrate having stable and high photoelectric conversion efficiency can be obtained. An effect that it can be provided at low cost is achieved.

【0128】上記光電変換層に接する上記表面と反対側
の表面は凹凸化されており、上記凹凸の高さは、その二
乗平均値が15nm〜600nmの範囲になるように設
定されていると共に、上記凹凸の平均線に対する該凹凸
表面の傾斜角をΘとしたときのtanΘが0.10〜
0.30の範囲に設定されていることが好ましい。
The surface opposite to the surface in contact with the photoelectric conversion layer is made uneven, and the height of the unevenness is set so that the root-mean-square value is in the range of 15 nm to 600 nm. TanΘ when the inclination angle of the uneven surface with respect to the average line of the unevenness is 0.1 is 0.10 to 0.10.
Preferably, it is set in the range of 0.30.

【0129】これにより、光電変換層の両面に好適な凹
凸が設けられることになり、太陽光スペクトル中心の波
長450〜650nm領域の中波長域に加えて、さらに
長い波長域に対しても十分な光閉込効果を生じさせるこ
とができるという効果を奏する。
As a result, suitable irregularities are provided on both surfaces of the photoelectric conversion layer, and are sufficient for a longer wavelength range in addition to a middle wavelength range of 450 to 650 nm in the center of the sunlight spectrum. There is an effect that a light confinement effect can be generated.

【0130】上記光電変換層のうち、少なくとも1つの
光電変換素子における活性層は結晶質シリコンまたはシ
リコン合金からなることにより、非晶質であるアモルフ
ァスシリコンでは光電変換に利用できない波長700n
m以上の波長の長い光まで、十分に光電変換に利用する
ことができるという効果を奏する。
The active layer of at least one of the photoelectric conversion layers is made of crystalline silicon or a silicon alloy.
An effect is obtained that light having a long wavelength of m or more can be sufficiently used for photoelectric conversion.

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

【図1】本発明の薄膜太陽電池の構造を示す模式図であ
る。
FIG. 1 is a schematic view showing a structure of a thin-film solar cell of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 太陽電池用基板 11a ガラス基板 11b 凹凸表面層 12 p型結晶質シリコン層 13 i型結晶質シリコン層 14 n型シリコン層 15 裏面反射層 16 裏面電極 17 電極 20 薄膜太陽電池 21 光電変換層 REFERENCE SIGNS LIST 11 solar cell substrate 11 a glass substrate 11 b uneven surface layer 12 p-type crystalline silicon layer 13 i-type crystalline silicon layer 14 n-type silicon layer 15 back reflection layer 16 back electrode 17 electrode 20 thin film solar cell 21 photoelectric conversion layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 500132649 近藤 道雄 茨城県つくば市梅園1丁目1番1中央第2 独立行政法人産業技術総合研究所内 (74)上記3名の代理人 100080034 弁理士 原 謙三 (72)発明者 和田 健司 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 奈須野 善之 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 近藤 道雄 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業技 術院電子技術総合研究所内 (72)発明者 松田 彰久 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業技 術院電子技術総合研究所内 Fターム(参考) 5F051 AA02 CB12 CB15 DA04 FA02 FA19 FA23 GA03 GA16  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (71) Applicant 500132649 Michio Kondo 1-1-1 Umezono, Tsukuba City, Ibaraki Pref., National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (74) The above three agents 100080034 Patent Attorney Kenzo Hara (72) Inventor Kenji Wada 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Sharp Co., Ltd. (72) Inventor Yoshiyuki Nasuno 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Sharp Co., Ltd. (72) Invention Person Michio Kondo 1-1-4 Umezono, Tsukuba, Ibaraki Pref., Within the Institute of Technology, Electronic Technology Research Institute (72) Inventor Akihisa Matsuda 1-4-1 Umezono, Umezono, Tsukuba, Ibaraki, Japan F-term (Reference) 5F051 AA02 CB12 CB15 DA04 FA02 FA19 FA23 GA03 GA16

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光電変換層に接する表面が凹凸化されてお
り、該凹凸の形成されている面の反対側から光が入射す
る太陽電池用基板であって、 上記凹凸の高さは、その二乗平均値が25nm〜600
nmの範囲になるように設定されていると共に、 上記凹凸の平均線に対する該凹凸表面の傾斜角をΘとし
たときのtanΘが0.07〜0.20の範囲に設定さ
れていることを特徴とする太陽電池用基板。
1. A solar cell substrate in which a surface in contact with a photoelectric conversion layer is uneven, and light is incident from a side opposite to a surface on which the unevenness is formed. Mean square value is 25 nm to 600
nm, and the tan と き when the inclination angle of the uneven surface with respect to the average line of the unevenness is Θ is set in the range of 0.07 to 0.20. Substrate for a solar cell.
【請求項2】上記凹凸が透明導電性の材料からなるもの
であることを特徴とする請求項1記載の太陽電池用基
板。
2. The solar cell substrate according to claim 1, wherein said irregularities are made of a transparent conductive material.
【請求項3】上記透明導電性の材料からなるものは、主
として酸化亜鉛からなることを特徴とする請求項2記載
の太陽電池用基板。
3. The solar cell substrate according to claim 2, wherein said transparent conductive material is mainly made of zinc oxide.
【請求項4】上記凹凸は、上記透明導電性の材料からな
るものに対してエッチングが行われることにより形成さ
れることを特徴とする請求項3又は4に記載の太陽電池
用基板。
4. The solar cell substrate according to claim 3, wherein the irregularities are formed by etching a material made of the transparent conductive material.
【請求項5】光電変換層に接する表面が凹凸化されてい
る太陽電池用基板であって、 上記太陽電池用基板の凹凸の一部である穴は、直径が2
00nm〜2000nmの範囲である略半球状または円
錐状の形状を有することを特徴とする太陽電池用基板。
5. A solar cell substrate in which the surface in contact with the photoelectric conversion layer is made uneven, wherein the hole that is a part of the unevenness of the solar cell substrate has a diameter of 2.
A solar cell substrate having a substantially hemispherical or conical shape in the range of 00 nm to 2000 nm.
【請求項6】上記穴は、直径が400nm〜1200n
mの範囲である略半球状または円錐状の形状を有するこ
とを特徴とする請求項5記載の太陽電池用基板。
6. The hole has a diameter of 400 nm to 1200 n.
6. The solar cell substrate according to claim 5, wherein the substrate has a substantially hemispherical or conical shape in the range of m.
【請求項7】請求項1乃至6に記載の太陽電池用基板を
備え、該太陽電池用基板に少なくとも一つの光電変換素
子からなる光電変換層が設けられていることを特徴とす
る薄膜太陽電池。
7. A thin-film solar cell comprising the solar cell substrate according to claim 1, wherein the solar cell substrate is provided with a photoelectric conversion layer comprising at least one photoelectric conversion element. .
【請求項8】上記光電変換層に接する上記表面と反対側
の表面は凹凸化されており、 上記凹凸の高さは、その二乗平均値が15nm〜600
nmの範囲になるように設定されていると共に、 上記凹凸の平均線に対する該凹凸表面の傾斜角をΘとし
たときのtanΘが0.10〜0.30の範囲に設定さ
れていることを特徴とする請求項7記載の薄膜太陽電
池。
8. A surface opposite to the surface in contact with the photoelectric conversion layer is made uneven, and the height of the unevenness has a root-mean-square value of 15 nm to 600 nm.
nm, and tan 角 when the inclination angle of the uneven surface with respect to the average line of the unevenness is Θ is set in the range of 0.10 to 0.30. The thin-film solar cell according to claim 7, wherein
【請求項9】前記光電変換層のうち、少なくとも1つの
光電変換素子における活性層は結晶質シリコンまたはシ
リコン合金からなることを特徴とする請求項7または8
に記載の薄膜太陽電池。
9. The active layer in at least one of the photoelectric conversion layers is made of crystalline silicon or a silicon alloy.
2. The thin-film solar cell according to 1.
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