JP2002280590A - Multi-junction type thin-film solar battery and method for manufacturing the same - Google Patents

Multi-junction type thin-film solar battery and method for manufacturing the same

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JP2002280590A
JP2002280590A JP2001394695A JP2001394695A JP2002280590A JP 2002280590 A JP2002280590 A JP 2002280590A JP 2001394695 A JP2001394695 A JP 2001394695A JP 2001394695 A JP2001394695 A JP 2001394695A JP 2002280590 A JP2002280590 A JP 2002280590A
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film solar
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-efficiency multi-junction type thin-film solar battery including a crystalline semiconductor layer which has a sufficient optical confinement effect and is reduced in defective density. SOLUTION: The multi-junction type thin-film solar battery comprises at least a first transparent conductive layer, an amorphous or crystalline silicon photoelectric transfer layer, a second transparent conductive layer, and a crystalline silicon photoelectric transfer layer, which are stack on a substrate in this order. The amorphous silicon photoelectric transfer layer-side surface of the first transparent conductive layer is formed of a plurality of holes each of which the surface has an unevenness, and the crystalline silicon photoelectric transfer layer-side surface of the second transparent conductive layer is formed of a plurality of holes each of which the surface has an unevenness.

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】本発明は多接合型薄膜太陽電
池及びその製造方法に関し、より詳細には高い光電変換
効率を有する多接合型薄膜太陽電池及びその製造方法に
関する。
The present invention relates to a multi-junction thin-film solar cell and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a multi-junction thin-film solar cell having high photoelectric conversion efficiency and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】将来の需給が懸念され、かつ地球温暖化
現象の原因となる二酸化炭素排出の問題がある石油等の
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。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接合を用いており、このpn接合を構
成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。シリコンのなかでも、光電変換効率の点か
らは、単結晶シリコンを用いることが好ましい。しか
し、原料供給や大面積化、低コスト化の問題がある。
2. Description of the Related Art Solar cells are attracting attention as an alternative energy source for fossil fuels such as petroleum, which is concerned about future supply and demand and has a problem of carbon dioxide emission causing global warming. In this solar cell, a pn junction is used for a photoelectric conversion layer that converts light energy into electric power, and silicon is generally most often used as a semiconductor constituting the pn junction. Among silicon, single crystal silicon is preferably used in terms of photoelectric conversion efficiency. However, there are problems of raw material supply, large area, and low cost.

【0003】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アモルファスシリコンを光電変
換層とした薄膜太陽電池も実用化されている。さらに
は、単結晶シリコン太陽電池レベルの高くて安定な光電
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 silicon as a photoelectric conversion layer has been put to practical use as a material advantageous for realizing a large area and a 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, a photoelectric conversion layer of crystalline silicon is required. It is being considered for use. In particular, a thin-film solar cell (hereinafter, referred to as a crystalline silicon thin-film solar cell) formed of a crystalline silicon thin film using a thin-film forming technique by a chemical vapor deposition method (hereinafter, referred to as a CVD method) similar to the case of amorphous silicon. Do) is attracting attention.

【0004】例えば、特開平1−289173号公報
に、アモルファスシリコンを活性層とした光電変換素子
と、アモルファスシリコンと比較してエネルギーギャッ
プの小さな多結晶シリコンを活性層とした光電変換素子
とを積層して形成した多接合型薄膜太陽電池が提案され
ている。このような薄膜太陽電池は、アモルファスシリ
コンを活性層とした光電変換素子側から太陽光を入射す
る構成を採ることにより、太陽光エネルギーの利用を単
接合型のものより効率的に行うことができるという利点
がある。また、複数の光電変換素子を直列に接続するこ
とにより、高い開放電圧が得られ、活性層としてのアモ
ルファスシリコン層を薄くできるためStaebler−Wronsk
i効果に起因する光電変換効率の経時劣化を抑制でき、
アモルファスシリコン層と結晶質シリコン層とを同一の
装置で製造できるという種々の利点があり、高効率化と
低コスト化とを両立する手段として盛んに研究開発が行
われている。
For example, Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 1-289173 discloses that a photoelectric conversion element using amorphous silicon as an active layer and a photoelectric conversion element using polycrystalline silicon having an energy gap smaller than that of amorphous silicon as an active layer are laminated. A multi-junction thin-film solar cell formed by such a method has been proposed. Such a thin-film solar cell adopts a configuration in which sunlight is incident from the photoelectric conversion element side using amorphous silicon as an active layer, so that solar energy can be used more efficiently than a single-junction type. There is an advantage. Further, by connecting a plurality of photoelectric conversion elements in series, a high open-circuit voltage can be obtained, and the amorphous silicon layer as an active layer can be thinned, so that a Steebler-Wronsk
The deterioration with time of the photoelectric conversion efficiency caused by the i effect can be suppressed,
There are various advantages that an amorphous silicon layer and a crystalline silicon layer can be manufactured by the same apparatus, and research and development are being actively conducted as means for achieving both high efficiency and low cost.

【0005】ところで、高効率な薄膜太陽電池を実現す
る上で重要な技術の1つに、光閉込効果がある。光閉込
効果とは、光電変換層に接する透明導電層又は金属層の
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。
Incidentally, one of the important technologies for realizing a highly efficient thin-film solar cell is a light confinement effect. The light confinement effect means that the surface of the transparent conductive layer or 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. It is to let.

【0006】例えば、特許第1681183号公報又は
特許第2862174号公報には、ガラス基板上に形成
した透明導電層の粒径や凹凸の大きさを規定して、効率
の高い太陽電池用の基板を得ることが記載されている。
For example, Japanese Patent No. 1681183 or Japanese Patent No. 2862174 discloses a highly efficient solar cell substrate by defining the particle size and the size of irregularities of a transparent conductive layer formed on a glass substrate. It is stated that it can be obtained.

【0007】光閉込効果による光電変換効率の向上は、
光電変換層の膜厚を低減する作用がある。これにより、
特にアモルファスシリコン太陽電池の場合には光劣化を
抑制することができる。また、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となる数μ
mオーダーもの厚さが必要とされる結晶質シリコン太陽
電池の場合には、大幅に成膜時間を短縮化することがで
きる。すなわち、光閉込によって、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
の全てを向上させることが可能である。
The improvement in photoelectric conversion efficiency due to the light confinement effect is as follows.
It has an effect of reducing the thickness of the photoelectric conversion layer. This allows
In particular, in the case of an amorphous silicon solar cell, light degradation can be suppressed. Also, several μ to several tens of times larger than amorphous silicon due to light absorption characteristics.
In the case of a crystalline silicon solar cell requiring a thickness on the order of m, the film formation time can be significantly reduced. That is, it is possible to improve all of the high efficiency, stabilization, and cost reduction, which are major issues for practical use of a thin film solar cell, by optical confinement.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところが、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かかわら
ず、結晶質シリコン薄膜太陽電池の光電変換効率は、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
同等レベルでしかない。
However, the photoelectric conversion efficiency of the crystalline silicon thin-film solar cell has been limited to the photoelectric conversion efficiency of the amorphous silicon solar cell. Only at the same level as efficiency.

【0009】H.Yamamotoらは、PVSEC−
11,Sapporo,Japan,1999におい
て、ガラス基板表面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
り微結晶シリコン層を形成した場合、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し、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、多量の欠陥が発生することを報告
した。このような欠陥は、キャリアの再結合中心となる
ため光電変換効率を著しく劣化させることとなる。
H. Yamamoto et al., PVSEC-
11, Sapporo, Japan, 1999, when a microcrystalline silicon layer is formed by a plasma CVD method on an Asahi-U substrate in which tin oxide having microscopic unevenness is laminated on a glass substrate surface, the surface of the tin oxide is It was reported that silicon crystal grains grow preferentially in the vertical direction, and a large number of defects occur when crystal grains having different crystal orientations grown from different uneven surfaces collide with each other. Such a defect becomes a recombination center of carriers, and thus significantly degrades the photoelectric conversion efficiency.

【0010】また、H.Yamamotoらは、表面凹
凸を有する酸化錫の上にさらに酸化亜鉛を厚く積層する
ことで凹凸の程度を小さくした場合、酸化錫の場合と同
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
長して異なる凹凸表面から成長した結晶粒同士はぶつか
るが、それらの方位差が小さいため、発生する欠陥が少
なくなることを同時に報告した。つまり、結晶質シリコ
ン薄膜中の欠陥を低減するためには基板の表面凹凸をで
きるだけ小さくすればよいのは明らかである。
[0010] Also, H. Yamamoto et al. Reported that when zinc oxide was further thickened on tin oxide having surface irregularities to reduce the degree of irregularities, silicon crystal grains in a direction perpendicular to the surface of zinc oxide were similar to the case of tin oxide. It was also reported that the crystal grains that grew from different uneven surfaces due to growth collided with each other, but because the orientation difference between them was small, the number of generated defects was reduced. In other words, it is clear that the defects in the crystalline silicon thin film can be reduced by reducing the surface irregularities of the substrate as much as possible.

【0011】このように、表面凹凸をなくす又は小さく
することは、光閉込効果を向上させて効率の高い薄膜太
陽電池を得る技術に対して相反する結果をもたらす。
Eliminating or reducing surface irregularities in this way has a contradictory result with respect to techniques for obtaining highly efficient thin-film solar cells by improving the light confinement effect.

【0012】また、特開平10−117006号公報、
特開平10−294481号公報、特開平11−214
728号公報、特開平11−266027号公報及び特
開2000−58892号公報等には、表面を凹凸化し
た裏面電極上に結晶質シリコン層からなる光電変換層を
有する下部光電変換素子が形成され、この結晶質シリコ
ン層が基板表面に平行な(110)の優先結晶配向面を
有する多接合型薄膜太陽電池が提案されている。しか
し、これらの太陽電池はすべて光電変換素子側から光を
入射するサブストレート型の素子構造であり、透明基板
を用いて基板側から光を入射するスーパーストレート型
の素子構造において、結晶質シリコン薄膜中の欠陥密度
低減と光閉込効果とを両立させる好適な凹凸構造は見出
されていない。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-117006,
JP-A-10-294481, JP-A-11-214
No. 728, JP-A-11-266027, JP-A-2000-58892, and the like, a lower photoelectric conversion element having a photoelectric conversion layer made of a crystalline silicon layer on a back electrode having an uneven surface is formed. A multi-junction thin-film solar cell has been proposed in which this crystalline silicon layer has a (110) preferred crystal orientation plane parallel to the substrate surface. However, all of these solar cells have a substrate-type element structure in which light enters from the photoelectric conversion element side.In a superstrate-type element structure in which light enters from the substrate side using a transparent substrate, a crystalline silicon thin film is used. A suitable concavo-convex structure that achieves both a reduction in defect density and a light confinement effect has not been found.

【0013】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、十分な光閉込効果を有しつつ、欠陥密度を低減させ
た結晶質半導体層を有する高効率な多接合型薄膜太陽電
池を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a highly efficient multi-junction thin-film solar cell having a crystalline semiconductor layer with a reduced defect density while having a sufficient light confinement effect. The purpose is to do.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、基板上
に、少なくとも第1透明導電層、非晶質又は結晶質光電
変換層、第2透明導電層及び結晶質光電変換層がこの順
に積層され、前記第1透明導電層の非晶質又は結晶質光
電変換層側の表面及び前記第2透明導電層の結晶質光電
変換層側の表面に、それぞれ、複数の穴が形成されてお
り、該穴の表面に凹凸が形成されている多接合型薄膜太
陽電池が提供される。また、本発明によれば、上記薄膜
太陽電池を製造するに際し、基板及び/又は第1透明導
電層及び/又は第2透明導電層の表面をエッチングする
か、または第1透明導電層及び/又は第2透明導電層
を、その表面に穴が形成されるように成膜することによ
り、第1透明導電層及び第2透明導電層の表面に複数の
穴を形成する薄膜太陽電池の製造方法が提供される。
According to the present invention, at least a first transparent conductive layer, an amorphous or crystalline photoelectric conversion layer, a second transparent conductive layer, and a crystalline photoelectric conversion layer are formed on a substrate in this order. A plurality of holes are formed on the surface of the first transparent conductive layer on the amorphous or crystalline photoelectric conversion layer side and on the surface of the second transparent conductive layer on the crystalline photoelectric conversion layer side, respectively. And a multi-junction thin-film solar cell having irregularities formed on the surface of the hole. According to the present invention, in manufacturing the thin-film solar cell, the surface of the substrate and / or the first transparent conductive layer and / or the surface of the second transparent conductive layer is etched, or the first transparent conductive layer and / or A method for manufacturing a thin-film solar cell in which a plurality of holes are formed on the surfaces of the first transparent conductive layer and the second transparent conductive layer by forming the second transparent conductive layer so that holes are formed on the surface thereof is provided. Provided.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】本発明の多接合型薄膜太陽電池
は、少なくとも、基板上に第1透明導電層、非晶質又は
結晶質光電変換層、第2透明導電層及び結晶質光電変換
層がこの順に積層されて構成される。なお、第2透明導
電層及び結晶質光電変換層の上には、さらに第3透明導
電層及び結晶質光電変換層、第4透明導電層及び結晶質
光電変換層等・・・が積層されていてもよい。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The multi-junction thin-film solar cell of the present invention comprises at least a first transparent conductive layer, an amorphous or crystalline photoelectric conversion layer, a second transparent conductive layer and a crystalline photoelectric conversion layer on a substrate. Are stacked in this order. Note that a third transparent conductive layer and a crystalline photoelectric conversion layer, a fourth transparent conductive layer and a crystalline photoelectric conversion layer, and the like are further laminated on the second transparent conductive layer and the crystalline photoelectric conversion layer. You may.

【0016】本発明の太陽電池に用いることができる基
板としては、太陽電池全体を支持し、補強するものであ
れば特に限定されるものではなく、さらに耐熱性を有す
るもの(例えば、200℃程度)が好ましい。また、ス
ーパーストレート型の太陽電池に使用し得るものが好ま
しい。例えば、ガラス;ポリイミド、PET、PEN、
PES、テフロン(登録商標)等の耐熱性の高分子フィ
ルム;ステンレス鋼(SUS)、アルミニウム板等の金
属、セラミック等を単独又は積層構造で用いることがで
きる。なかでも、耐熱性を有し、透明であることが好ま
しい。これらの基板は、適当な強度及び重量等を備える
膜厚、例えば、0.1〜30mm程度の膜厚であること
が適当である。また、基板の利用態様に応じて、さらに
絶縁膜、導電膜、バッファ層等又はこれらが組み合わさ
れて形成されていてもよい。
The substrate that can be used in the solar cell of the present invention is not particularly limited as long as it supports and reinforces the entire solar cell, and further has heat resistance (for example, about 200 ° C.). Is preferred. Further, those which can be used for a superstrate type solar cell are preferable. For example, glass; polyimide, PET, PEN,
A heat-resistant polymer film such as PES or Teflon (registered trademark); a metal such as stainless steel (SUS) or an aluminum plate, a ceramic, or the like can be used alone or in a laminated structure. Especially, it is preferable that it has heat resistance and is transparent. It is appropriate that these substrates have a thickness having appropriate strength and weight, for example, a thickness of about 0.1 to 30 mm. In addition, an insulating film, a conductive film, a buffer layer, or the like, or a combination thereof may be formed according to the usage of the substrate.

【0017】基板は、表面、好ましくは、後述する第1
透明導電層側に、複数の穴が形成されていてもよい。ま
た、この穴の表面には凹凸が形成されていてもよい。こ
れらの穴及び凹凸の形状や大きさ等は、後述するよう
に、第1及び/又は第2透明導電層の光電変換層側に穴
や凹凸を生じさせることができるように設定することが
好ましく、後述する第1及び第2透明導電層の膜厚、材
料等に応じて、適宜調整することができる。具体的に
は、略立方体、直方体、円柱、円錐、球、半球等又はこ
れらの複合形状が挙げられ、穴の直径は、200〜20
00nm程度、穴の深さは50〜1200nm程度、凹
凸の高低差10〜300nm程度が挙げられる。
The substrate has a surface, preferably a first substrate, which will be described later.
A plurality of holes may be formed on the transparent conductive layer side. Also, irregularities may be formed on the surface of this hole. The shape and size of these holes and unevenness are preferably set so that holes and unevenness can be generated on the photoelectric conversion layer side of the first and / or second transparent conductive layer as described later. It can be appropriately adjusted according to the thickness, material, and the like of the first and second transparent conductive layers described later. Specifically, a substantially cuboid, a rectangular parallelepiped, a cylinder, a cone, a sphere, a hemisphere or the like or a composite shape thereof are mentioned, and the diameter of the hole is 200 to 20.
About 00 nm, the depth of the hole is about 50 to 1200 nm, and the height difference of the unevenness is about 10 to 300 nm.

【0018】穴が形成された基板表面の穴以外の表面に
凹凸が形成されていてもよい。この場合の凹凸の高低差
は10〜300nm程度が挙げられる。上記において、
穴の直径に対する穴の深さの比率および凹凸間隔に対す
る凹凸大きさの比率は、例えば、0.05〜3程度、好
ましくは0.1〜2程度が挙げられる。また、別の観点
から、穴の個数密度は、0.1〜5個/μm2程度、好
ましくは0.5〜2個/μm2程度が挙げられる。な
お、基板表面に穴又は凹凸等を形成する方法は、後述す
るように、透明導電層表面に穴又は凹凸等を形成する方
法と同様に行うことができる。なかでも、サンドブラス
ト法による加工が適当である。
The unevenness may be formed on the surface of the substrate other than the holes where the holes are formed. In this case, the height difference of the unevenness is about 10 to 300 nm. In the above,
The ratio of the depth of the hole to the diameter of the hole and the ratio of the size of the unevenness to the distance between the unevenness are, for example, about 0.05 to 3, preferably about 0.1 to 2. From another viewpoint, the number density of the holes is about 0.1 to 5 holes / μm 2 , preferably about 0.5 to 2 holes / μm 2 . The method for forming holes or irregularities on the surface of the substrate can be performed in the same manner as the method for forming holes or irregularities on the surface of the transparent conductive layer, as described later. Among them, the processing by the sand blast method is appropriate.

【0019】基板上に形成される第1透明導電層として
は、特に限定されるものではなく、例えば、SnO2
InO3、ZnO、ITO等の透明導電材等の単層又は
積層層により形成することができる。なかでも、耐プラ
ズマ性が高いZnOが好ましい。第1透明導電層は、抵
抗率を低減するという観点から、不純物が含有されてい
てもよい。この場合の不純物は、ガリウムやアルミニウ
ム等のIII族元素が挙げられる。その濃度は、例えば、
5×1020〜5×1021ions/cm3が挙げられ
る。第1透明導電層の膜厚は、0.1nm〜2μm程度
が挙げられる。これらは、基板上に、スパッタ法、真空
蒸着法、EB蒸着法、常圧CVD法、減圧CVD法、ソ
ルゲル法、電析法等によって形成することができる。な
かでも、透明導電層の透過率や抵抗率を多接合型薄膜太
陽電池に適したものに制御しやすいことからスパッタ法
が好ましい。
The first transparent conductive layer formed on the substrate is not particularly limited, and may be, for example, SnO 2 ,
It can be formed of a single layer or a laminated layer of a transparent conductive material such as InO 3 , ZnO, and ITO. Among them, ZnO having high plasma resistance is preferable. The first transparent conductive layer may contain an impurity from the viewpoint of reducing the resistivity. The impurities in this case include group III elements such as gallium and aluminum. The concentration is, for example,
5 × 10 20 to 5 × 10 21 ions / cm 3 . The thickness of the first transparent conductive layer is, for example, about 0.1 nm to 2 μm. These can be formed on a substrate by a sputtering method, a vacuum evaporation method, an EB evaporation method, a normal pressure CVD method, a low pressure CVD method, a sol-gel method, an electrodeposition method, or the like. Among them, the sputtering method is preferred because the transmittance and resistivity of the transparent conductive layer can be easily controlled to those suitable for a multi-junction thin-film solar cell.

【0020】第1透明導電層は、後述する光電変換層側
の表面に複数の穴が形成されている。また、この穴の表
面には、さらに凹凸が形成されていていることが好まし
い。これらの穴及び凹凸は、光電変換層の光吸収特性に
適した太陽光の散乱又は反射状態を生じさせることがで
きる数、大きさ、形状、深さ等であれば特に限定される
ものではなく、例えば、太陽光スペクトルの中心の波長
450〜650nm程度の中波長のみならず、さらに長
波長(例えば、700〜1200nm程度)に対しても
十分な光散乱効果を生じさせることができるものが好ま
しい。具体的には、略立方体、直方体、円柱、円錐、
球、半球等又はこれらの複合形状が挙げられ、穴の直径
が200〜2000nm程度、穴の深さが50〜120
0nm程度、凹凸の高低差が10〜300nm程度が挙
げられる。なお、第1透明導電層の表面に穴及び凹凸の
双方を形成する場合には、十分な太陽光の散乱又は反射
状態を得ることができ、さらに光電変換効率の高い光吸
収特性と欠陥密度の低減を両立させることができるた
め、より好ましい。
The first transparent conductive layer has a plurality of holes formed on the surface on the side of the photoelectric conversion layer described later. Further, it is preferable that unevenness is further formed on the surface of the hole. These holes and irregularities are not particularly limited as long as the number, size, shape, depth, and the like can generate a state of scattering or reflection of sunlight suitable for the light absorption characteristics of the photoelectric conversion layer. For example, a material that can produce a sufficient light scattering effect not only at a middle wavelength of about 450 to 650 nm in the center of the solar spectrum but also at a longer wavelength (for example, about 700 to 1200 nm) is preferable. . Specifically, a substantially cubic, rectangular parallelepiped, cylinder, cone,
A sphere, a hemisphere or the like or a composite shape thereof may be mentioned, and the diameter of the hole is about 200 to 2000 nm and the depth of the hole is
About 0 nm, and the height difference of the unevenness is about 10 to 300 nm. In the case where both holes and unevenness are formed on the surface of the first transparent conductive layer, a sufficient state of scattering or reflecting sunlight can be obtained, and furthermore, light absorption characteristics with high photoelectric conversion efficiency and defect density can be obtained. This is more preferable because both reductions can be achieved.

【0021】穴が形成された第1透明導電層表面の穴以
外の表面に凹凸が形成されていてもよい。この場合の凹
凸の高低差は10〜300nm程度が挙げられる。上記
において、穴の直径に対する穴の深さの比率および凹凸
間隔に対する凹凸大きさの比率は、例えば、0.05〜
3程度、好ましくは0.1〜2程度が挙げられる。ま
た、別の観点から、穴の個数密度は、0.1〜5個/μ
2程度、好ましくは0.5〜2個/μm2程度が挙げら
れる。
The surface of the first transparent conductive layer on which the holes are formed may have irregularities on the surface other than the holes. In this case, the height difference of the unevenness is about 10 to 300 nm. In the above, the ratio of the depth of the hole to the diameter of the hole and the ratio of the unevenness size to the unevenness interval are, for example, 0.05 to
About 3 and preferably about 0.1 to 2 are mentioned. From another viewpoint, the number density of holes is 0.1 to 5 holes / μ.
m 2 , preferably about 0.5 to 2 pieces / μm 2 .

【0022】透明導電層は、基板面に対して配向してい
ることが好ましい。ここで基板面に対して配向している
とは、X線回折における特定面に対する回折ピークが全
回折ピークの積分強度の和に対して60%以上、より好
ましくは70%以上となることを意味する。これによ
り、透明導電層におけるエッチング等の処理による面方
位依存性の影響がなくなり、透明導電層の光電変換層側
の表面に形成される穴や凹凸が均一となり、ひいては薄
膜太陽電池の光電変換特性を均一化することができる。
また、配向性の向上とともに、エッチング処理後に形成
される穴の深さが大きくなり、波長700nm以上の長
波長光を効果的に吸収することができる。例えば、酸化
亜鉛を透明導電層に用いた場合では、X線回折法で得ら
れる(0001)回折ピークの積分強度が、全回折ピー
クの積分強度の和に対して70%以上となっていること
が、電気的、光学的特性の上からより好ましい。
The transparent conductive layer is preferably oriented with respect to the substrate surface. Here, being oriented with respect to the substrate surface means that the diffraction peak for a specific surface in X-ray diffraction is 60% or more, more preferably 70% or more, of the sum of the integrated intensities of all diffraction peaks. I do. This eliminates the influence of plane orientation dependence due to processing such as etching on the transparent conductive layer, and makes uniform the holes and irregularities formed on the surface of the transparent conductive layer on the side of the photoelectric conversion layer. Can be made uniform.
Further, with the improvement of the orientation, the depth of the hole formed after the etching treatment is increased, so that long-wavelength light having a wavelength of 700 nm or more can be effectively absorbed. For example, when zinc oxide is used for the transparent conductive layer, the integrated intensity of the (0001) diffraction peak obtained by the X-ray diffraction method is 70% or more of the sum of the integrated intensity of all diffraction peaks. Is more preferable in terms of electrical and optical characteristics.

【0023】第1透明導電層の表面に、上記のような複
数の穴及び凹凸を形成する方法としては、第1透明導電
層の表面をエッチャント等で処理する化学的方法、第1
透明導電層の表面にイオンやプラズマ等を照射する物理
的方法、さらには、マグネトロンスパッタリング法によ
って透明導電層を作製する場合の条件を、自然に穴及び
凹凸が発生するように設定する方法、上述したように基
板自体にエッチングや機械加工を施すことで、その上に
形成される第1透明導電層に穴及び凹凸を発生させる方
法等の種々の方法が挙げられる。
As a method of forming the plurality of holes and the irregularities on the surface of the first transparent conductive layer as described above, a chemical method of treating the surface of the first transparent conductive layer with an etchant or the like,
Physical method of irradiating the surface of the transparent conductive layer with ions, plasma, and the like, and furthermore, a method of setting conditions for producing the transparent conductive layer by a magnetron sputtering method so that holes and irregularities are naturally generated, as described above. As described above, there are various methods such as a method of generating holes and irregularities in the first transparent conductive layer formed thereon by performing etching or machining on the substrate itself.

【0024】化学的方法は、エッチャントの種類、濃度
又はエッチング時間等を適宜変更することにより、透明
導電層の表面形状を容易に制御することができ、好まし
い。また、エッチャントで処理する場合、製造コストの
低減を考慮すると、エッチャント中に第1透明導電層を
浸漬する方法がこのましい。エッチャントとしては、塩
酸、硫酸、硝酸、フッ酸、酢酸、蟻酸、過酸化水素、過
塩素酸等の酸溶液の1種又は2種以上の混合物が挙げら
れる。なかでも、塩酸及び酢酸が好ましい、これらの溶
液は、例えば、0.05〜5重量%程度の濃度で使用す
ることができる。特に酢酸のような比較的弱い酸の場合
には、0.15〜5重量%程度の濃度で使用することが
好ましい。また、アルカリ溶液として、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、
水酸化ナトリウム等の1種又は2種以上の混合物が挙げ
られる。なかでも、水酸化ナトリウムが好ましい。これ
らの溶液は、1〜10重量%程度の濃度で使用すること
が好ましい。物理的方法では、例えば、イオンやプラズ
マの種類、発生方法、運動エネルギー等を制御すること
で、第1透明導電層の表面に穴又は凹凸を形成すること
ができる。
The chemical method is preferable because the surface shape of the transparent conductive layer can be easily controlled by appropriately changing the type, concentration, etching time and the like of the etchant. In the case of treatment with an etchant, a method of immersing the first transparent conductive layer in the etchant is preferable in consideration of reduction in manufacturing cost. Examples of the etchant include one or a mixture of two or more acid solutions such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, hydrofluoric acid, acetic acid, formic acid, hydrogen peroxide, and perchloric acid. Among them, hydrochloric acid and acetic acid are preferable. These solutions can be used, for example, at a concentration of about 0.05 to 5% by weight. In particular, in the case of a relatively weak acid such as acetic acid, it is preferable to use a concentration of about 0.15 to 5% by weight. Also, as an alkaline solution, sodium hydroxide, ammonia, potassium hydroxide, calcium hydroxide,
One type or a mixture of two or more types such as sodium hydroxide is exemplified. Of these, sodium hydroxide is preferred. These solutions are preferably used at a concentration of about 1 to 10% by weight. In the physical method, for example, holes or irregularities can be formed on the surface of the first transparent conductive layer by controlling the type of ion or plasma, generation method, kinetic energy, and the like.

【0025】さらに、成膜条件を制御する方法では、例
えば、特許第28620174号公報に記載されている
ように成膜条件を制御する。これにより、第1透明導電
層の結晶粒径及び配向性を制御することができ、第1透
明導電層の表面に穴又は凹凸を形成することができる。
基板に凹凸を形成する方法では、例えば、特開平10−
70294号公報に記載のサンドブラスト法が挙げられ
る。なお、上記方法は、単独で行ってもよいし、2種以
上を組み合わせて行ってもよい。
Further, in the method of controlling the film forming conditions, the film forming conditions are controlled, for example, as described in Japanese Patent No. 28620174. Thereby, the crystal grain size and orientation of the first transparent conductive layer can be controlled, and holes or irregularities can be formed on the surface of the first transparent conductive layer.
In a method of forming irregularities on a substrate, for example, Japanese Patent Application Laid-Open
No. 70294 discloses a sand blast method. The above method may be performed alone or in combination of two or more.

【0026】第1透明導電層上に形成される非晶質又は
結晶質光電変換層は、通常、pin接合により形成され
る。ここで、「非晶質」とは、特に注意することがない
限り、アモルファスと呼ばれる結晶成分を意味し、「結
晶質」とは、特に注意することがない限り、多結晶及び
単結晶のほか、いわゆる微結晶又はマイクロクリスタル
と呼ばれる結晶成分等の全ての結晶状態を含む。光電変
換層のうち、少なくともi層は全体にわたって結晶質で
あってもよいが、少なくともi層が全体にわたって非晶
質層であることが好ましい。i層、特に、非晶質層を構
成する材料は、シリコン等の元素半導体、シリコン合金
(例えば、炭素が添加されたSix1-x、ゲルマニウム
が添加されたSixGe1-x又はそのほかの不純物等が添
加されたシリコン等の合金化されたシリコン)等が挙げ
られる。光電変換層を構成するp層及びn層は、全体又
は部分的に結晶質層であってもよいし、全体が非晶質層
であってもよい。これらp層及びn層を構成する材料
は、結晶質層を構成する材料と同じものを用いることが
できる。
The amorphous or crystalline photoelectric conversion layer formed on the first transparent conductive layer is usually formed by a pin junction. Here, "amorphous" means a crystalline component called amorphous unless otherwise noted, and "crystalline" means, in addition to polycrystal and single crystal, unless otherwise noted. And all crystal states such as crystal components called so-called microcrystals or microcrystals. In the photoelectric conversion layer, at least the i-layer may be entirely crystalline, but it is preferable that at least the i-layer is entirely amorphous. i layer, in particular, the material constituting the amorphous layer is an element such as silicon semiconductor, a silicon alloy (e.g., Si x Ge 1-x or the Si x C 1-x carbon is added, germanium is added Alloyed silicon such as silicon to which other impurities are added). The p-layer and the n-layer constituting the photoelectric conversion layer may be entirely or partially crystalline layers, or may be entirely amorphous layers. As the material forming the p-layer and the n-layer, the same material as the material forming the crystalline layer can be used.

【0027】光電変換層を構成するp層は、III族元素
(例えば、ボロン、アルミニウム、ゲルマニウム、イン
ジウム、チタン等)が含有された層である。p層は、単
層であってもよいし、III族元素濃度が異なる又は徐々
に変化する積層層により形成されていてもよい。III族
元素濃度としては、例えば、0.01〜8原子%程度が
挙げられる。p層の膜厚は、例えば、1〜200nm程
度が挙げられる。p層は、結晶質層又は非晶質層をp型
の導電型を有するように形成することができる方法であ
れば、どのような方法によっても形成することができ
る。非晶質層又は結晶質層を形成する方法としては、代
表的にはCVD法が挙げられる。ここでのCVD法とし
ては、常圧CVD、減圧CVD、プラズマCVD、EC
RプラズマCVD、高温CVD、低温CVD等のいずれ
であってもよい。なかでも、RFからVHFの周波数帯
の高周波によるもの、ECRプラズマCVD法、これら
の組み合わせ等が好ましい。例えば、プラズマCVD法
を利用する場合には、その条件は、周波数10〜200
MHz程度、パワー数W〜数kW程度、チャンバー内圧
力0.1〜20Torr程度、基板温度は室温〜600℃程
度等が挙げられる。
The p-layer constituting the photoelectric conversion layer is a layer containing a group III element (for example, boron, aluminum, germanium, indium, titanium, etc.). The p-layer may be a single layer, or may be formed by a stacked layer having a different or gradually changing group III element concentration. Examples of the group III element concentration include about 0.01 to 8 atomic%. The thickness of the p-layer is, for example, about 1 to 200 nm. The p-layer can be formed by any method capable of forming a crystalline layer or an amorphous layer to have a p-type conductivity. As a method for forming an amorphous layer or a crystalline layer, a CVD method is typically given. As the CVD method here, normal pressure CVD, low pressure CVD, plasma CVD, EC
Any of R plasma CVD, high temperature CVD, low temperature CVD, etc. may be used. Among them, a method using a high frequency in a frequency band from RF to VHF, an ECR plasma CVD method, a combination thereof, and the like are preferable. For example, when the plasma CVD method is used, the condition is a frequency of 10 to 200.
MHz, a power of several W to several kW, a chamber pressure of about 0.1 to 20 Torr, and a substrate temperature of about room temperature to about 600 ° C.

【0028】非晶質層又は結晶質層を形成する場合に使
用されるシリコン含有ガスとしては、例えば、Si
4、Si26、SiF4、SiH2Cl2、SiCl4
が挙げられる。シリコン含有ガスは、通常、希釈ガスと
して、H2、Ar、He、Ne、Xe等の不活性ガスと
ともに使用される。なかでもH2ガスが好ましい。シリ
コン含有ガスと希釈ガスとの混合比は、一定で又は変化
させながら、例えば、容量比で1:1〜1:100程度
とすることが適当である。なお、ドーピングガスとして
は、任意にIII族元素を含有するガス、例えば、B26
等を用いてもよい。この場合、シリコン含有ガスとIII
族元素を含有するガスとの混合比は、CVD等の成膜装
置の大きさ、得ようとするIII族元素濃度等に応じて適
宜調整することができ、一定で又は変化させながら、例
えば、容量比で1:0.001〜1:1程度とすること
ができる。なお、III族元素のドーピングは、上記のよ
うにシリコン層の成膜と同時に行ってもよいが、シリコ
ン層を形成した後、イオン注入、シリコン層の表面処理
又は固相拡散等により、行ってもよい。なお、任意に、
シリコン含有ガス等にフッ素含有ガスを添加してもよ
い。フッ素含有ガスとしては、例えば、F2、SiF4
SiH22等が挙げられる。この場合のフッ素含有ガス
の使用量は、例えば、水素ガスの0.01〜10倍程度
が挙げられる。
The silicon-containing gas used when forming the amorphous layer or the crystalline layer is, for example, Si
H 4 , Si 2 H 6 , SiF 4 , SiH 2 Cl 2 , SiCl 4 and the like can be mentioned. The silicon-containing gas is generally used as a diluting gas together with an inert gas such as H 2 , Ar, He, Ne, and Xe. Among them, H 2 gas is preferable. It is appropriate that the mixing ratio of the silicon-containing gas and the diluent gas is constant or changed, for example, about 1: 1 to 1: 100 by volume. As the doping gas, a gas containing a group III element arbitrarily, for example, B 2 H 6
Etc. may be used. In this case, the silicon-containing gas and III
The mixing ratio with the gas containing a group element can be appropriately adjusted according to the size of a film forming apparatus such as CVD, the concentration of a group III element to be obtained, and the like, while being constant or changed, for example, The capacity ratio can be about 1: 0.001 to 1: 1. The doping of the group III element may be performed simultaneously with the formation of the silicon layer as described above, but after the formation of the silicon layer, ion implantation, surface treatment of the silicon layer, solid phase diffusion, or the like is performed. Is also good. Optionally,
A fluorine-containing gas may be added to a silicon-containing gas or the like. Examples of the fluorine-containing gas include F 2 , SiF 4 ,
SiH 2 F 2 and the like. In this case, the amount of the fluorine-containing gas used is, for example, about 0.01 to 10 times that of the hydrogen gas.

【0029】i層は、実質的にp型及びn型の導電型を
示さない層であるが、光電変換機能を損なわない限り、
非常に弱いp型又はn型の導電型を示すものであっても
よい。i層は、例えば、プラズマCVD法によって形成
することができる。その場合の膜厚は、例えば、0.1
〜10μm程度が挙げられる。使用ガスとしては、III
族元素を含まない以外は、p層と実質的に同様のものを
同様に用いることができる。また、成膜条件としては、
p層と実質的に同様のものが挙げられる。
The i-layer is a layer which does not substantially exhibit p-type and n-type conductivity types, but as long as the photoelectric conversion function is not impaired.
It may have a very weak p-type or n-type conductivity. The i-layer can be formed, for example, by a plasma CVD method. The film thickness in that case is, for example, 0.1
About 10 to about 10 μm. The gas used is III
Except for not containing a group element, those substantially the same as the p-layer can be used similarly. The film forming conditions are as follows:
Substantially the same as the p-layer.

【0030】n層は、通常、太陽電池のpin接合に使
用されるn層であれば、特に限定されるものではない。
ドナーとなる不純物としては、例えば、リン、砒素、ア
ンチモン等が挙げられ、不純物濃度は、1018〜1020
cm-3程度が挙げられる。n層の膜厚は、例えば、10
〜100nm程度が挙げられる。
The n-layer is not particularly limited as long as it is an n-layer usually used for a pin junction of a solar cell.
Examples of the impurity serving as a donor include phosphorus, arsenic, and antimony, and the impurity concentration is 10 18 to 10 20.
cm -3 . The thickness of the n-layer is, for example, 10
About 100 nm.

【0031】なお、p層、i層、n層は、別々に成膜条
件を設定し、それぞれ非晶質成分を含む層又は含まない
層等として形成してもよいが、プラズマCVD法によ
り、使用ガス流量を変化させながら、任意に他の条件も
変化させながら、連続的に形成することが好ましい。こ
れにより、p層からn層にわたって堆積の中断を伴わな
い一体的な層として形成することができる。
The p-layer, the i-layer, and the n-layer may be formed as layers containing or not containing an amorphous component by separately setting film forming conditions. It is preferable to form the film continuously while changing the flow rate of the used gas and arbitrarily changing other conditions. Thereby, it can be formed as an integral layer without interruption of deposition from the p layer to the n layer.

【0032】また、第1の透明導電層に隣接する光電変
換層のトータルの膜厚は、均一な特性を得るため及びピ
ンホール等によるリークの抑制のために、第1透明導電
層の穴の表面に形成されている凹凸の平均高低差の1倍
以上が好ましく、穴による光散乱効果を発現させるため
に必要な穴の大きさを維持するために、凹凸の平均高低
差の4倍以下であることが好ましい。
In addition, the total thickness of the photoelectric conversion layer adjacent to the first transparent conductive layer is determined by the thickness of the hole in the first transparent conductive layer in order to obtain uniform characteristics and to suppress leakage due to pinholes and the like. The average height difference of the unevenness formed on the surface is preferably at least 1 time or more, and the average height difference of the unevenness is 4 times or less in order to maintain the size of the hole necessary for expressing the light scattering effect of the hole. Preferably, there is.

【0033】第2透明導電層としては、第1透明導電層
のなかから選択することができる。なかでも、透明酸化
物からなる層が好ましく、安価にかつ安定した光電変換
効率を得ることができるという観点から、酸化亜鉛から
なる層がより好ましい。第2透明導電層の膜厚は、0.
5〜50nm程度が挙げられる。
The second transparent conductive layer can be selected from among the first transparent conductive layers. Above all, a layer made of a transparent oxide is preferable, and a layer made of zinc oxide is more preferable from the viewpoint that inexpensive and stable photoelectric conversion efficiency can be obtained. The thickness of the second transparent conductive layer is set to 0.1.
About 5 to 50 nm.

【0034】第2透明導電層は、後述する結晶質光電変
換層側の表面に複数の穴が形成されている。また、その
穴の表面にはさらに凹凸が形成されていてもよい。これ
らの穴及び凹凸は、光電変換層の光吸収特性に適した太
陽光の散乱又は反射状態を生じさせることができるとと
もに、この上に積層する結晶質光電変換層の欠陥密度低
減に適した数、大きさ、形状、深さ等であれば、特に限
定されない。具体的には、略立方体、直方体、円柱、円
錐、球、半球等の形状又はこれらの複合形状が挙げら
れ、穴の直径が200〜2000nm程度、好ましくは
400〜1200nm程度、穴の深さが50〜1200
nm程度、好ましくは100〜800nm程度、凹凸の
高低差が10〜300nm程度、好ましくは20〜20
0nm程度が挙げられる。穴の直径に対する穴の深さの
比率および凹凸間隔に対する凹凸大きさの比率は、例え
ば、0.05〜3程度、好ましくは0.1〜2程度が挙
げられる。また、別の観点から、穴の個数密度は、0.
1〜5個/μm2程度、好ましくは0.5〜2個/μm2
程度が挙げられる。なお、結晶質光電変換層中に欠陥を
発生させないためには、第2透明導電層表面に形成され
た穴表面の凹凸の高低差は、第1透明導電層表面に形成
された穴表面の凹凸の高低差よりも小さく、凹凸の間隔
に対する凹凸の大きさの比率は0.1〜1程度が好まし
い。
The second transparent conductive layer has a plurality of holes formed on the surface on the side of the crystalline photoelectric conversion layer described later. Further, irregularities may be further formed on the surface of the hole. These holes and irregularities can cause a state of scattering or reflection of sunlight suitable for the light absorption characteristics of the photoelectric conversion layer, and a number suitable for reducing the defect density of the crystalline photoelectric conversion layer laminated thereon. The size, shape, depth, etc., are not particularly limited. Specifically, a shape such as a substantially cuboid, a rectangular parallelepiped, a cylinder, a cone, a sphere, a hemisphere, or a composite shape thereof may be mentioned. The diameter of the hole is about 200 to 2000 nm, preferably about 400 to 1200 nm, and the depth of the hole is 50-1200
nm, preferably about 100 to 800 nm, and the height difference of the unevenness is about 10 to 300 nm, preferably 20 to 20 nm.
About 0 nm. The ratio of the depth of the hole to the diameter of the hole and the ratio of the size of the unevenness to the distance between the unevenness are, for example, about 0.05 to 3, preferably about 0.1 to 2. Further, from another viewpoint, the number density of the holes is 0.1%.
About 1 to 5 pieces / μm 2 , preferably 0.5 to 2 pieces / μm 2
Degree. In order to prevent defects from occurring in the crystalline photoelectric conversion layer, the height difference between the surface irregularities formed on the surface of the second transparent conductive layer and the surface irregularities formed on the surface of the first transparent conductive layer are determined. And the ratio of the size of the unevenness to the distance between the unevenness is preferably about 0.1 to 1.

【0035】さらに、良好な光散乱又は反射状態を生じ
させるためには、穴が形成された第2透明導電層表面の
穴以外の表面に凹凸が形成されていてもよい。この場合
の凹凸の高低差は10〜300nm程度、好ましくは2
0〜200nm程度が挙げられる。また、凹凸間隔に対
する凹凸大きさの比率又は穴の個数密度は上記と同程度
が挙げられる。これにより、結晶質光電変換層に入射す
る太陽光に対しても十分な光散乱効果を生じさせること
ができる。また、光散乱効果は、凹凸形状により効果の
大小はあるが、効果の発生を制限されるものではない。
なお、第2透明導電層の第1透明導電層側の表面には第
1透明導電層の表面形状の影響を受けた穴及び凹凸が存
在しているが、第1透明導電層と同様にして、第2透明
導電層の形成条件を選択することで表面形状を変化させ
ることにより、上述したように結晶質光電変換層に適し
た形状の穴及び凹凸を形成することができる。
Further, in order to generate a good light scattering or reflection state, irregularities may be formed on the surface other than the holes on the surface of the second transparent conductive layer in which the holes are formed. In this case, the height difference of the unevenness is about 10 to 300 nm, preferably 2 to 300 nm.
About 0 to 200 nm. Further, the ratio of the size of the unevenness to the interval of the unevenness or the number density of the holes is substantially the same as the above. Thereby, a sufficient light scattering effect can be generated even for sunlight incident on the crystalline photoelectric conversion layer. Further, the light scattering effect varies in size depending on the uneven shape, but the generation of the effect is not limited.
The surface of the second transparent conductive layer on the side of the first transparent conductive layer has holes and irregularities affected by the surface shape of the first transparent conductive layer. By changing the surface shape by selecting the conditions for forming the second transparent conductive layer, holes and unevenness suitable for the crystalline photoelectric conversion layer can be formed as described above.

【0036】第2透明導電層上に形成される結晶質光電
変換層としては、通常、pin接合により形成される。
この場合の結晶質光電変換層とは、少なくともi層が全
体的に又は部分的に結晶質を含んでいればよい。結晶質
である以外は、非晶質光電変換層と実質的に同様の材
料、膜厚等で、上記シリコン光電変換層を形成する方法
と同様の方法又は準じた方法によって形成することがで
きる。
The crystalline photoelectric conversion layer formed on the second transparent conductive layer is usually formed by a pin junction.
In this case, the crystalline photoelectric conversion layer only needs to include at least the i-layer entirely or partially containing crystalline material. Except for being crystalline, it can be formed of substantially the same material, film thickness, and the like as the amorphous photoelectric conversion layer by the same method as the method of forming the silicon photoelectric conversion layer or a method similar thereto.

【0037】結晶質シリコン光電変換層のトータルの膜
厚は、均一な特性を得るため及びピンホール等によるリ
ークの抑制のために、第2透明導電層の穴の表面に形成
されている凹凸の平均高低差と同等以上が好ましく、穴
による光散乱効果を発現させるために必要な穴の大きさ
を維持するために、凹凸の平均高低差の10倍以下であ
ることが適当である。具体的には0.2〜10μm程度
が挙げられる。また、結晶質シリコン光電変換層は、i
層が(220)X線回折ピークの積分強度I220と(11
1)X線回折ピークの積分強度I111の比I220/I111
が5以上であることが好ましい。
The total film thickness of the crystalline silicon photoelectric conversion layer is determined by the unevenness formed on the surface of the hole of the second transparent conductive layer in order to obtain uniform characteristics and to suppress leakage due to pinholes and the like. The average height difference is preferably equal to or more than the average height difference. In order to maintain the size of the hole required for expressing the light scattering effect of the hole, it is appropriate that the average height difference is not more than 10 times the average height difference of the unevenness. Specifically, the thickness is about 0.2 to 10 μm. In addition, the crystalline silicon photoelectric conversion layer has i
The layer has the integrated intensity I 220 of the (220) X-ray diffraction peak and (11
1) Ratio of integrated intensity I 111 of X-ray diffraction peak I 220 / I 111
Is preferably 5 or more.

【0038】本発明の薄膜太陽電池は、基板側から光を
入射させるスーパーストレート型及び光電変換層側から
光を入射させるサブストレート型のいずれであってもよ
いが、好ましい態様としては、透明基板上に、透明電
極、非晶質シリコン層、透明導電層及び結晶質シリコン
層がこの順に1組又は並列あるいは直列に複数組形成さ
れ、さらに結晶質シリコン層上に導電層が形成され、基
板側から光が入射される構造であることが好ましい。な
お、ここでの導電層は、透明導電層のほか、通常一般に
電極材料として使用できる導電材からなるものであれば
よい。また、基板及びp層、i層、n層の間に、任意に
バッファ層、中間層、導電層、絶縁層、保護層等の1以
上をさらに備えていてもよい。また、このような多接合
型薄膜太陽電池が、複数個又は他の構造の薄膜太陽電池
と組み合わせられて太陽電池モジュールを構成してもよ
い。
The thin-film solar cell of the present invention may be either a superstrate type in which light is incident from the substrate side or a substrate type in which light is incident from the photoelectric conversion layer side. A set of a transparent electrode, an amorphous silicon layer, a transparent conductive layer and a crystalline silicon layer is formed in this order, or a plurality of sets are formed in parallel or in series. Further, a conductive layer is formed on the crystalline silicon layer. It is preferable to have a structure from which light is incident. Here, the conductive layer may be made of a conductive material that can be generally used as an electrode material in addition to the transparent conductive layer. Further, one or more of a buffer layer, an intermediate layer, a conductive layer, an insulating layer, a protective layer, and the like may be optionally provided between the substrate and the p layer, the i layer, and the n layer. Further, such a multi-junction thin-film solar cell may be combined with a plurality of or thin-film solar cells having other structures to constitute a solar cell module.

【0039】なお、本発明の多接合型薄膜太陽電池にお
いて、第3透明導電層及び光電変換層、第4透明導電層
及び光電変換層…が形成されている場合には、第3透明
導電層等は、第1及び第2透明導電層と実質的に同様と
することができ、第3透明導電層等は、すべての表面に
穴及び凹凸を有していてもよいが、特定の透明導電層に
のみ穴及び凹凸が形成されていてもよい。第3光電変換
層等は、結晶質又は非晶質のいずれの光電変換層でもよ
いが、結晶質光電変換層であることが好ましく、実質的
に上記光電変換層と同様とすることができる。以下、本
発明の多接合型薄膜太陽電池の実施例を詳細に説明す
る。
In the multi-junction thin-film solar cell of the present invention, when the third transparent conductive layer and the photoelectric conversion layer, the fourth transparent conductive layer and the photoelectric conversion layer are formed, the third transparent conductive layer is formed. And the like can be substantially the same as the first and second transparent conductive layers. The third transparent conductive layer and the like may have holes and irregularities on all surfaces, Holes and irregularities may be formed only in the layer. The third photoelectric conversion layer or the like may be a crystalline or amorphous photoelectric conversion layer, but is preferably a crystalline photoelectric conversion layer, and may be substantially the same as the above-mentioned photoelectric conversion layer. Hereinafter, examples of the multi-junction thin-film solar cell of the present invention will be described in detail.

【0040】実施例1 この実施例におけるスーパーストレート型の多接合型薄
膜太陽電池を図1に示す。この薄膜太陽電池は、ガラス
板11aとその上に形成された第1透明導電層11bか
らなる薄膜太陽電池用基板11上に、非晶質シリコン光
電変換層12、第2透明導電層13、結晶質シリコン光
電変換層14、裏面反射層15、裏面電極16がこの順
に積層されてなる。第1透明導電層11b上及び第2透
明導電層13上には、概略球形のガラス板11aには至
らない穴が多数形成されている。また、非晶質シリコン
光電変換層12は、p型非晶質シリコン層12a、i型
非晶質シリコン層12b及びn型非晶質シリコン層12
cからなり、結晶質シリコン光電変換層14は、p型結
晶質シリコン層14a、i型結晶質シリコン層14b及
びn型結晶質シリコン層14cからなる。
Embodiment 1 FIG. 1 shows a super straight type multi-junction thin film solar cell in this embodiment. This thin-film solar cell has an amorphous silicon photoelectric conversion layer 12, a second transparent conductive layer 13, and a crystal on a thin-film solar cell substrate 11 composed of a glass plate 11a and a first transparent conductive layer 11b formed thereon. The quality silicon photoelectric conversion layer 14, the back surface reflection layer 15, and the back surface electrode 16 are laminated in this order. On the first transparent conductive layer 11b and the second transparent conductive layer 13, a large number of holes that do not reach the substantially spherical glass plate 11a are formed. The amorphous silicon photoelectric conversion layer 12 includes a p-type amorphous silicon layer 12a, an i-type amorphous silicon layer 12b, and an n-type amorphous silicon layer 12a.
The crystalline silicon photoelectric conversion layer 14 is composed of a p-type crystalline silicon layer 14a, an i-type crystalline silicon layer 14b, and an n-type crystalline silicon layer 14c.

【0041】このような多接合型薄膜太陽電池は、以下
のように形成することができる。まず、表面が平滑なガ
ラス板11a上に、マグネトロンスパッタリング法によ
り基板温度150℃、成膜圧力0.3Torrの条件下で、
第1透明導電層11bとして酸化亜鉛を厚さ1200n
mとなるように形成し、薄膜太陽電池用基板11とし
た。第1透明導電層11bには1×1021cm-3程度の
ガリウムが含有されている。この結果、得られた第1透
明導電層11bのシート抵抗は6Ω/□であり、波長8
00nmの光に対する透過率は80%であった。また、
第1透明導電層11bに対してX線回折を行ったとこ
ろ、(0001)回折ピークの積分強度が全回折ピーク
の積分強度の和に対して75%であった。
Such a multi-junction thin-film solar cell can be formed as follows. First, on a glass plate 11a having a smooth surface, a magnetron sputtering method was used at a substrate temperature of 150 ° C. and a film forming pressure of 0.3 Torr.
The first transparent conductive layer 11b is made of zinc oxide having a thickness of 1200n.
m, and the substrate 11 for thin film solar cells was obtained. The first transparent conductive layer 11b contains gallium of about 1 × 10 21 cm −3 . As a result, the sheet resistance of the obtained first transparent conductive layer 11b was 6Ω / □, and the wavelength was 8
The transmittance for 00 nm light was 80%. Also,
When X-ray diffraction was performed on the first transparent conductive layer 11b, the integrated intensity of the (0001) diffraction peak was 75% of the sum of the integrated intensity of all the diffraction peaks.

【0042】続いて、第1透明導電層11b表面のエッ
チングを行った。基板11を液温25℃の1重量%酢酸
水溶液に200秒間浸した後、基板11表面を純水で十
分に洗浄した。エッチング後の第1透明導電層11bの
表面形状を走査型電子顕微鏡で観察したところ、ガラス
板11aには至らない、表面での直径が200〜160
0nm程度の概略円形の穴が多数形成されていることが
分かった。この穴および周辺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観察した。原子
間力顕微鏡により測定した透明導電層11bの表面形状
の概略を図2に示す。図2において、透明導電層11b
の表面に形成された穴の1つの深さ21は80〜100
0nm程度に分布しており、穴の直径22に対する穴の
深さ21の比率はおおよそ0.1〜1の範囲であった。
さらに前記穴の表面には凹凸が形成されており、この凹
凸の大きさ(凹凸の高低差)23は10〜300nm程
度に分布しており、凹凸の間隔24は100〜900n
m程度であった。この凹凸間隔24に対する凹凸大きさ
23の比率はおおよそ0.1〜1の範囲であった。ま
た、穴表面以外の部分に形成されている凹凸の大きさは
20nm以下であった。
Subsequently, the surface of the first transparent conductive layer 11b was etched. After immersing the substrate 11 in a 1% by weight acetic acid aqueous solution at a liquid temperature of 25 ° C. for 200 seconds, the surface of the substrate 11 was sufficiently washed with pure water. When the surface shape of the first transparent conductive layer 11b after etching was observed with a scanning electron microscope, it did not reach the glass plate 11a and had a diameter of 200 to 160 on the surface.
It was found that a large number of substantially circular holes of about 0 nm were formed. In order to examine the surface shape of the hole and the periphery in detail, the surface shape was observed with an atomic force microscope. FIG. 2 schematically shows the surface shape of the transparent conductive layer 11b measured by an atomic force microscope. In FIG. 2, the transparent conductive layer 11b
The depth 21 of one of the holes formed in the surface of
The distribution was about 0 nm, and the ratio of the hole depth 21 to the hole diameter 22 was approximately in the range of 0.1 to 1.
Further, irregularities are formed on the surface of the hole, the size of the irregularities (the height difference of the irregularities) 23 is distributed about 10 to 300 nm, and the interval 24 between the irregularities is 100 to 900 n.
m. The ratio of the unevenness size 23 to the unevenness interval 24 was approximately in the range of 0.1 to 1. Also, the size of the irregularities formed on the portion other than the hole surface was 20 nm or less.

【0043】このようにして得られた基板11上に、高
周波プラズマCVD装置を用いて、高周波プラズマCV
D法により、厚さ20nmのp型非晶質シリコン層12
a、厚さ300nmのi型非晶質シリコン層12b、厚
さ30nmのn型非晶質シリコン層12cを順に積層す
ることで、非晶質シリコン光電変換層12を作製した。
成膜時の基板温度は各々の層において200℃とした。
p型非晶質シリコン層12a形成時には、SiH4ガス
を流量比で5倍のH2ガスにより希釈したものを原料ガ
スとして用いるとともに、さらにB26ガスをSiH4
ガス流量に対して0.01%添加して成膜した。また、
i型非晶質シリコン層12bは、p型非晶質シリコン層
12aと同様の原料ガスを、n型非晶質シリコン層12
cは、さらにPH3ガスをSiH4ガス流量に対して0.
01%添加して用いた。
On the substrate 11 thus obtained, high-frequency plasma CV was applied using a high-frequency plasma CVD apparatus.
According to the D method, a p-type amorphous silicon layer 12 having a thickness of 20 nm is formed.
a, an amorphous silicon photoelectric conversion layer 12 was produced by sequentially laminating an i-type amorphous silicon layer 12b having a thickness of 300 nm and an n-type amorphous silicon layer 12c having a thickness of 30 nm.
The substrate temperature during film formation was 200 ° C. for each layer.
At the time of forming the p-type amorphous silicon layer 12a, a material obtained by diluting SiH 4 gas with H 2 gas at a flow ratio of 5 times is used as a source gas, and B 2 H 6 gas is further converted to SiH 4 gas.
A film was formed by adding 0.01% to the gas flow rate. Also,
The i-type amorphous silicon layer 12b is formed by using the same source gas as the p-type amorphous silicon layer 12a,
Further, in the case of (c), the PH 3 gas is added to the SiH 4 gas flow rate at 0.1%.
01% was used.

【0044】プラズマCVD装置から得られた基板11
を一旦取り出し、再度マグネトロンスパッタリング法に
より第2透明導電層13として、膜厚は5nmの酸化亜
鉛を第1透明導電層11bと同じ条件で成膜した。得ら
れた第2透明導電層13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200〜1400n
m程度の概略円形の穴が多数形成されていることが分か
った。この穴および周辺の表面形状を詳細に調べるた
め、原子間力顕微鏡により第2透明導電層13の表面形
状を測定した。第2透明導電層13の表面の穴の深さは
80〜1000nm程度に分布しており、穴の直径に対
する穴の深さの比率はおおよそ0.1〜1の範囲であっ
た。さらに穴の表面にも凹凸が形成されており、この凹
凸の大きさは第1透明導電層表面に形成された凹凸より
小さく、10〜240nm程度に分布しており、凹凸の
間隔は100〜900nm程度であった。また、穴表面
以外の部分に形成されている凹凸の大きさは10nm以
下であった。この凹凸間隔24に対する凹凸大きさ23
の比率はおおよそ0.1〜1の範囲であった。第2透明
導電層13の表面形状を表1に示す。
The substrate 11 obtained from the plasma CVD device
Was once taken out, and zinc oxide having a thickness of 5 nm was formed again as the second transparent conductive layer 13 by magnetron sputtering under the same conditions as the first transparent conductive layer 11b. When the surface shape of the obtained second transparent conductive layer 13 was observed with a scanning electron microscope, the diameter at the surface was 200 to 1400 n.
It was found that a large number of substantially circular holes of about m were formed. The surface shape of the second transparent conductive layer 13 was measured with an atomic force microscope in order to examine the surface shape of the hole and the periphery in detail. The depth of the holes on the surface of the second transparent conductive layer 13 was distributed in the range of about 80 to 1000 nm, and the ratio of the depth of the holes to the diameter of the holes was approximately in the range of 0.1 to 1. Further, irregularities are also formed on the surface of the hole, and the size of the irregularities is smaller than the irregularities formed on the surface of the first transparent conductive layer and is distributed in about 10 to 240 nm, and the interval between the irregularities is 100 to 900 nm. It was about. Further, the size of the irregularities formed on the portion other than the hole surface was 10 nm or less. The unevenness size 23 relative to the unevenness interval 24
Was in the range of approximately 0.1-1. Table 1 shows the surface shape of the second transparent conductive layer 13.

【0045】再び高周波プラズマCVD法により、第2
透明導電層13上に厚さ20nmのp型結晶質シリコン
層14a、厚さ2μmのi型結晶質シリコン層14b、
厚さ30nmのn型結晶質シリコン層14cを順に積層
することで、結晶質シリコン光電変換層14を作製し
た。成膜時の基板温度は各々の層において200℃とし
た。p型結晶質シリコン層14a形成時には、SiH4
ガスを流量比で50倍のH2ガスにより希釈したものを
原料ガスとして用いるとともに、さらにB26ガスをS
iH4ガス流量に対して0.01%添加して成膜するこ
とにより、シリコン層を十分に結晶化させた。また、i
型結晶質シリコン層14bは、p型結晶質シリコン層1
4aと同様の原料ガスを、n型結晶質シリコン層14c
は、さらにPH3ガスをSiH4ガス流量に対して0.0
1%添加して用いた。
The second process is again performed by the high frequency plasma CVD method.
A 20-nm-thick p-type crystalline silicon layer 14a, a 2-μm-thick i-type crystalline silicon layer 14b on the transparent conductive layer 13,
The crystalline silicon photoelectric conversion layer 14 was manufactured by sequentially laminating an n-type crystalline silicon layer 14c having a thickness of 30 nm. The substrate temperature during film formation was 200 ° C. for each layer. When the p-type crystalline silicon layer 14a is formed, SiH 4
A gas obtained by diluting a gas with H 2 gas having a flow ratio of 50 times is used as a source gas, and B 2 H 6 gas is
The silicon layer was sufficiently crystallized by adding 0.01% to the flow rate of the iH 4 gas to form a film. Also, i
The p-type crystalline silicon layer 14b is a p-type crystalline silicon layer 1
The same source gas as in FIG. 4a is applied to the n-type crystalline silicon layer 14c.
Further reduces the PH 3 gas to 0.04 with respect to the SiH 4 gas flow rate.
1% was used.

【0046】プラズマCVD装置から取り出した後、得
られた光電変換層14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(11
1)X線回折ピークの積分強度I111の比I220/I111
は3であった。ここで、実際に得られたX線回折ピーク
は、結晶質シリコン光電変換層中のi型結晶質シリコン
層単体の情報ではないが、i型結晶質シリコン層に比べ
てp型結晶質シリコン層及びn型結晶質シリコン層の膜
厚は非常に薄いので、i型結晶質シリコン層の結晶配向
性を反映しているものとして差し支えない。また、結晶
質シリコン光電変換層の配向性について表1に示す。
After taking out from the plasma CVD apparatus, the obtained photoelectric conversion layer 14 was subjected to an X-ray diffraction method. As a result, the integrated intensity I 220 of the (220) X-ray diffraction peak and (11)
1) Ratio of integrated intensity I 111 of X-ray diffraction peak I 220 / I 111
Was 3. Here, the actually obtained X-ray diffraction peak is not information of the i-type crystalline silicon layer alone in the crystalline silicon photoelectric conversion layer, but the p-type crystalline silicon layer is compared with the i-type crystalline silicon layer. In addition, since the thickness of the n-type crystalline silicon layer is very small, the thickness may be considered to reflect the crystal orientation of the i-type crystalline silicon layer. Table 1 shows the orientation of the crystalline silicon photoelectric conversion layer.

【0047】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、電
子ビーム蒸着法により裏面電極16として銀を厚さ50
0nmで形成し、ガラス板11a側から光を入射するス
ーパーストレート型の多接合型薄膜太陽電池を完成し
た。得られた多接合型薄膜太陽電池のAM1.5(10
0mW/cm2)照射条件下における電流−電圧特性を
表2に示す。
Thereafter, zinc oxide was formed to a thickness of 50 nm as the back reflection layer 15 by magnetron sputtering, and silver was formed to a thickness of 50 as the back electrode 16 by electron beam evaporation.
A super straight multi-junction thin-film solar cell formed at 0 nm and having light incident from the glass plate 11a side was completed. The AM1.5 (10
Table 2 shows the current-voltage characteristics under the irradiation conditions of 0 mW / cm 2 ).

【0048】実施例2 第1透明導電層11b表面のエッチングの際に、基板1
1を酢酸水溶液に浸す時間を280秒とした以外は実施
例1と同様にして多接合型薄膜太陽電池を作製した。実
施例1と同様にして非晶質シリコン光電変換層12、第
2透明導電層13を形成した後、結晶質シリコン光電変
換層14を形成する前に、第2透明導電層13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400〜1400nm程度の概略円形の穴が多数形成
されていることが分かった。個数密度は1個/μm2
度であった。
Embodiment 2 When etching the surface of the first transparent conductive layer 11b, the substrate 1
A multi-junction thin-film solar cell was produced in the same manner as in Example 1, except that the time for immersing No. 1 in an acetic acid aqueous solution was set to 280 seconds. After forming the amorphous silicon photoelectric conversion layer 12 and the second transparent conductive layer 13 in the same manner as in Example 1, before forming the crystalline silicon photoelectric conversion layer 14, the surface shape of the second transparent conductive layer 13 is changed. Observation with a scanning electron microscope revealed that a large number of substantially circular holes having a diameter of about 400 to 1400 nm on the surface were formed. The number density was about 1 / μm 2 .

【0049】実施例1と同様にして、この穴及び周辺の
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。第2透明導電層13の表面形状を図
3に示す。穴の深さ31は100〜700nm程度の分
布を有しており、穴の平均直径32に対する穴の平均深
さ31の比率はおおよそ0.1〜1の範囲であった。ま
た、穴の表面及び穴が形成されていない表面にも凹凸が
形成されており、この凹凸の大きさ33(凹凸の高低
差)は20〜200nm程度の分布を有していた(穴以
外の表面:20から40nm程度)。また、凹凸の間隔
34は200〜800nm程度であった。この凹凸間隔
34に対する凹凸大きさ33の比率はおおよそ0.1〜
1の範囲であった。実施例1の場合と比較して、第1透
明導電層11bのエッチング時間を長くすることによ
り、第1透明導電層11b表面に形成される穴及び凹凸
の形状がより均一化されたため、第2透明導電層13表
面の穴及び凹凸の形状もより均一化されているものと考
えられる。
In the same manner as in Example 1, in order to examine the surface shape of the hole and the periphery in detail, the surface shape was measured with an atomic force microscope. FIG. 3 shows the surface shape of the second transparent conductive layer 13. The hole depth 31 had a distribution of about 100 to 700 nm, and the ratio of the average hole depth 31 to the average hole diameter 32 was approximately in the range of 0.1 to 1. Also, irregularities were formed on the surface of the hole and on the surface where the hole was not formed, and the size 33 of the irregularity (the difference in height of the irregularity) had a distribution of about 20 to 200 nm (except for the hole). Surface: about 20 to 40 nm). Further, the interval 34 between the irregularities was about 200 to 800 nm. The ratio of the unevenness size 33 to the unevenness interval 34 is approximately 0.1 to
1 range. By increasing the etching time of the first transparent conductive layer 11b compared to the case of Example 1, the shapes of the holes and irregularities formed on the surface of the first transparent conductive layer 11b were made more uniform. It is considered that the shapes of the holes and the irregularities on the surface of the transparent conductive layer 13 are more uniform.

【0050】さらに、結晶質シリコン光電変換層14を
形成した後に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3であり、実
施例1と同等であった。第2透明導電層13の表面形状
および結晶質シリコン光電変換層の配向性を表1に、こ
の多接合型薄膜太陽電池のAM1.5(100mW/c
2)照射条件下における電流−電圧特性を表2に示
す。
Furthermore, when the crystalline silicon photoelectric conversion layer 14 was formed and then subjected to X-ray diffraction, it was found that (220) X
The ratio I 220 / I 111 of the line integral intensity of a diffraction peak I 220 (111) integrated intensity of the X-ray diffraction peaks I 111 is 3, were equivalent to those of the first embodiment. Table 1 shows the surface shape of the second transparent conductive layer 13 and the orientation of the crystalline silicon photoelectric conversion layer. The AM1.5 (100 mW / c)
m 2 ) Table 2 shows current-voltage characteristics under irradiation conditions.

【0051】実施例3 i型結晶質シリコン層14b形成の際に、SiH4ガス
を流量比で30倍のH2ガスにより希釈したものを原料
とすること以外は、実施例2と同様にして多接合型薄膜
太陽電池を作製した。結晶質シリコン光電変換層14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5.5であった。第
2透明導電層13の表面形状及び結晶質シリコン光電変
換層14の配向性について表1に、この多接合型薄膜太
陽電池のAM1.5(100mW/cm2)照射条件下
における電流−電圧特性を表2に示す。
Example 3 In the same manner as in Example 2 except that the material used in forming the i-type crystalline silicon layer 14b was diluted with H 2 gas having a flow rate ratio of 30 times the SiH 4 gas. A multi-junction thin-film solar cell was fabricated. When the X-ray diffraction method was performed after the formation of the crystalline silicon photoelectric conversion layer 14, the ratio I 220 / I 111 of the integrated intensity I 220 of the ( 220 ) X-ray diffraction peak and the integrated intensity I 111 of the (111) X-ray diffraction peak was obtained. Was 5.5. Table 1 shows the surface shape of the second transparent conductive layer 13 and the orientation of the crystalline silicon photoelectric conversion layer 14. The current-voltage characteristics of the multi-junction thin-film solar cell under AM1.5 (100 mW / cm 2 ) irradiation conditions are shown in Table 1. Are shown in Table 2.

【0052】比較例1 従来技術を用いた例として、表面が平滑なガラス板(1
1aに相当する)上に形成する第1透明導電層として、
常圧CVD法により形成した酸化錫と、さらにその上に
マグネトロンスパッタリング法により形成した酸化亜鉛
を被覆したものを用い、エッチングを行わないこと以外
は実施例1と同様にして多接合型薄膜太陽電池を作製し
た。
Comparative Example 1 As an example using the prior art, a glass plate (1
1a) as a first transparent conductive layer formed thereon.
A multi-junction thin-film solar cell in the same manner as in Example 1 except that tin oxide formed by atmospheric pressure CVD and zinc oxide formed thereon by magnetron sputtering were coated thereon and etching was not performed. Was prepared.

【0053】酸化錫は、特許第2862174号公報に
開示されている方法に従い作製した。すなわち、表面に
酸化ケイ素膜が形成されているガラス板を600℃に加
熱し、SnCl4、水、メタノール、フッ酸をN2ガスで
希釈したものを表面に吹き付けることにより、凹凸の平
均高さが150nm、平均間隔が180nmである表面
凹凸形状を有する酸化錫を作製した。この酸化錫の平均
膜厚は600nm、シート抵抗は10Ω/□、波長80
0nmの光に対する透過率は78%であった。なお、酸
化亜鉛は結晶質シリコン層形成中に生じる水素プラズマ
による酸化錫の還元反応を防止するために設けられてお
り、厚さは30nmと薄いので、酸化錫表面の凹凸形状
にはほとんど影響を与えない。
Tin oxide was prepared according to the method disclosed in Japanese Patent No. 2862174. That is, a glass plate having a silicon oxide film formed on its surface is heated to 600 ° C., and SnCl 4 , water, methanol, and hydrofluoric acid diluted with N 2 gas are sprayed on the surface, so that the average height of the irregularities is increased. Was 150 nm and the average interval was 180 nm, to produce tin oxide having a surface unevenness. This tin oxide has an average thickness of 600 nm, a sheet resistance of 10 Ω / □, and a wavelength of 80.
The transmittance for light of 0 nm was 78%. Zinc oxide is provided to prevent a reduction reaction of tin oxide due to hydrogen plasma generated during the formation of the crystalline silicon layer, and its thickness is as thin as 30 nm. Do not give.

【0054】実施例1と同様にして非晶質シリコン光電
変換層、第2透明導電層を形成した後、結晶質シリコン
光電変換層14を形成する前に、表面形状を走査型電子
顕微鏡で観察したところ、凹凸の平均高さが100n
m、平均間隔が150nmとなっており、凹凸の間隔に
対する凹凸の高低差は約0.5〜2の範囲であり、実施
例1又は2の場合に見られる概略円形の穴は見られなか
った。
After forming the amorphous silicon photoelectric conversion layer and the second transparent conductive layer in the same manner as in Example 1, before forming the crystalline silicon photoelectric conversion layer 14, the surface shape was observed with a scanning electron microscope. As a result, the average height of the irregularities was 100 n.
m, the average interval is 150 nm, the height difference of the unevenness with respect to the interval of the unevenness is in the range of about 0.5 to 2, and the substantially circular hole seen in the case of Example 1 or 2 was not seen. .

【0055】さらに、結晶質シリコン光電変換層14を
形成した後、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。第2透明導電層13の表面形状及び結晶質シリコン
光電変換層の配向性について表1に、この多接合型薄膜
太陽電池のAM1.5(100mW/cm2)照射条件
下における電流−電圧特性を表2に示す。
Further, after the crystalline silicon photoelectric conversion layer 14 was formed, X-ray diffraction was carried out.
The ratio I 220 / I 111 of the line integral intensity of a diffraction peak I 220 (111) integrated intensity of the X-ray diffraction peaks I 111 was 1.5. With respect to the surface shape of the second transparent conductive layer 13 and the orientation of the crystalline silicon photoelectric conversion layer, Table 1 shows current-voltage characteristics of the multi-junction thin-film solar cell under AM1.5 (100 mW / cm 2 ) irradiation conditions. It is shown in Table 2.

【0056】比較例2 透明導電層11b表面のエッチングの差異に、基板11
を酢酸水溶液に浸す時間を80秒に変化させた以外は、
実施例8と同様にして多接合型薄膜太陽電池を作製し
た。第2透明導電層13の表面形状及び結晶質シリコン
光電反感層14の配向性を表1に、この多接合型薄膜態
様電池のAM1.5(100mW/cm2)照射条件下
における電流−電圧特性を表2に示す。
Comparative Example 2 The difference between the etching of the surface of the transparent conductive layer 11b and the substrate 11
Except that the time of immersion in the aqueous acetic acid solution was changed to 80 seconds.
A multi-junction thin-film solar cell was produced in the same manner as in Example 8. Table 1 shows the surface shape of the second transparent conductive layer 13 and the orientation of the crystalline silicon photoelectrically sensitive layer 14. The current-voltage characteristics of this multi-junction thin-film battery under the irradiation conditions of AM1.5 (100 mW / cm 2 ). Are shown in Table 2.

【0057】比較例3及び4 i型非晶質シリコン層12bの膜厚を100nmおよび
500nmにすること以外は実施例1と同様にして多接
合型薄膜太陽電池を作製した。第2透明導電層13の表
面形状および結晶質シリコン光電変換層14の配向性に
ついて表1に、この多接合型薄膜太陽電池のAMl.5
(100mW/cm2)照射条件下における電流−電圧
特性を表2に示す。
Comparative Examples 3 and 4 A multi-junction thin-film solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the i-type amorphous silicon layer 12b was changed to 100 nm and 500 nm. Table 1 shows the surface shape of the second transparent conductive layer 13 and the orientation of the crystalline silicon photoelectric conversion layer 14.
Table 2 shows current-voltage characteristics under irradiation conditions of (100 mW / cm 2 ).

【0058】実施例4 第2透明導電層として第1透明導電層11bと異なる条
件で、設定膜厚30nm積層する以外は実施例1と同様
にして薄膜太陽電池を作成した。第2透明導電層の成膜
条件は、実施例1の成膜条件と異なり、成膜圧力を3m
Torrとした。この製膜条件でガラス基板上に製膜を行っ
た透明導電層に対してX線回折法を行ったところ、ラン
ダム配向であった。実施例1と同様にして非晶質シリコ
ン光電変換層12、第2透明導電層13を形成した後、
結晶質シリコン光電変換層14を形成する前に、第2透
明導電層13の表面形状を走査型電子顕微鏡で観察し
た。
Example 4 A thin-film solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the second transparent conductive layer was laminated under a condition different from that of the first transparent conductive layer 11b to a set thickness of 30 nm. The film forming conditions for the second transparent conductive layer were different from the film forming conditions of Example 1, and the film forming pressure was 3 m.
Torr. When the X-ray diffraction method was performed on the transparent conductive layer formed on the glass substrate under the film forming conditions, the transparent conductive layer was in a random orientation. After forming the amorphous silicon photoelectric conversion layer 12 and the second transparent conductive layer 13 in the same manner as in Example 1,
Before forming the crystalline silicon photoelectric conversion layer 14, the surface shape of the second transparent conductive layer 13 was observed with a scanning electron microscope.

【0059】その結果、実施例1と異なり、第2透明導
電層13上全面に凹凸が形成されており、凹凸高さは2
0〜280nm程度の分布(穴以外の表面:20〜50
nm)を有していた。これはランダム配向条件で形成し
た透明導電層が縞状に成長したために凹凸が全面に形成
されたものと考えられる。第2透明導電層13の表面形
状および結晶質シリコン光電変換層14の配向性を表1
に、この多接合型薄膜太陽電池のAMl.5(100m
W/cm2)照射条件下における電流−電圧特性を表2
に示す。
As a result, unlike the first embodiment, the unevenness is formed on the entire surface of the second transparent conductive layer 13, and the height of the unevenness is 2
Distribution of about 0 to 280 nm (surfaces other than holes: 20 to 50)
nm). This is presumably because the transparent conductive layer formed under the random alignment condition grew in a stripe shape, and thus irregularities were formed on the entire surface. Table 1 shows the surface shape of the second transparent conductive layer 13 and the orientation of the crystalline silicon photoelectric conversion layer 14.
The AM1.5 (100 m) of this multi-junction thin-film solar cell
W / cm 2 ) Table 2 shows current-voltage characteristics under irradiation conditions.
Shown in

【0060】実施例5 図4に示したように、表面が平滑なガラス板の代わり
に、表面形状を加工したガラス基板11aを用いた薄膜
太陽電池用基板11を形成し、さらに、その上に膜厚1
000nmの透明導電層11bを形成した基板11を用
いる以外、実施例1と同様に多接合型薄膜太陽電池を作
製した。ガラス板11aの表面を、アルミナ製の平均粒
径1μmの砥粒を用いてサンドブラスト処理することに
より加工した。サンドブラスト処理条件は、噴射圧力を
3〜4kg/cm2程度、噴射距離を8cm程度に設定
し、噴射角度を90°、加工用の台の速度を25mm/
分、噴射量を50g/分程度に設定した。その後、実施
例1と同様にして多接合型薄膜太陽電池を作製した。
Example 5 As shown in FIG. 4, instead of a glass plate having a smooth surface, a substrate 11 for a thin-film solar cell was formed using a glass substrate 11a having a processed surface shape. Film thickness 1
A multi-junction thin-film solar cell was produced in the same manner as in Example 1, except that the substrate 11 on which the 000 nm transparent conductive layer 11b was formed was used. The surface of the glass plate 11a was processed by sandblasting using abrasive grains made of alumina having an average particle diameter of 1 μm. The sandblasting conditions were as follows: the injection pressure was set at about 3-4 kg / cm 2 , the injection distance was set at about 8 cm, the injection angle was 90 °, and the speed of the processing table was 25 mm / cm 2.
And the injection amount were set at about 50 g / min. Thereafter, a multi-junction thin-film solar cell was produced in the same manner as in Example 1.

【0061】実施例1と同様にして非晶質シリコン光電
変換層12、第2透明導電層13を形成した後、結晶質
シリコン光電変換層14を形成する前に、第2透明導電
層13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400〜1000nm程度の概略円
形の穴が、個数密度1個/μm2程度で形成されている
ことが分かった。穴の深さは100〜700nm程度の
分布しており、穴の直径に対する穴の深さの比率は、約
0.1〜1の範囲であった。また、穴の表面および穴が
形成されていない表面にも凹凸が形成されており、この
凹凸の大きさは30〜120nm程度に分布しており、
凹凸の間隔は100〜400nm程度の分布を有してい
た。この凹凸間隔に対する凹凸大きさの比率は、約0.
1〜1の範囲であった。第2透明導電層13の表面形状
および結晶質シリコン光電変換層14の配向性を表1
に、この多接合型薄膜太陽電池のAMl.5(100m
W/cm2)照射条件下における電流−電圧特性を表2
に示す。
After forming the amorphous silicon photoelectric conversion layer 12 and the second transparent conductive layer 13 in the same manner as in Example 1, before forming the crystalline silicon photoelectric conversion layer 14, the second transparent conductive layer When the surface shape was observed with a scanning electron microscope, it was found that approximately circular holes having a diameter of about 400 to 1000 nm on the surface were formed at a number density of about 1 / μm 2 . The hole depth was distributed on the order of 100-700 nm, and the ratio of the hole depth to the hole diameter was in the range of about 0.1-1. Also, irregularities are formed on the surface of the hole and on the surface where the hole is not formed, and the size of the irregularity is distributed in about 30 to 120 nm.
The unevenness had a distribution of about 100 to 400 nm. The ratio of the size of the unevenness to the interval of the unevenness is about 0.
It was in the range of 1-1. Table 1 shows the surface shape of the second transparent conductive layer 13 and the orientation of the crystalline silicon photoelectric conversion layer 14.
The AM1.5 (100 m) of this multi-junction thin-film solar cell
W / cm 2 ) Table 2 shows current-voltage characteristics under irradiation conditions.
Shown in

【0062】比較例5 ガラス板11a表面の加工条件以外は実施例5と同様に
して多接合型薄膜太陽電池を作製した。ガラス板11a
の表面形状の加工はアルミナ製の平均粒径20μmの砥
粒を用いてサンドブラスト処理を行うことで行った。サ
ンドブラスト処理条件は、噴射圧力を3〜4kg/cm
2程度、噴射距離を8cm程度に設定し、噴射角度を9
0°、加工用の台の速度を250mm/分、噴射量を5
0g/分程度に設定した。実施例1と同様にして非晶質
シリコン光電変換層12、第2透明導電層13を形成し
た後、結晶質シリコン光電変換層14の形成前に、第2
透明導電層13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800〜3000nm程度の
概略円形の穴が、個数密度0.3個/μm2程度で形成
されていることが分かった。
Comparative Example 5 A multi-junction thin-film solar cell was produced in the same manner as in Example 5, except for the processing conditions for the surface of the glass plate 11a. Glass plate 11a
The surface shape was processed by sandblasting using abrasive grains made of alumina having an average particle diameter of 20 μm. The sandblasting condition is that the injection pressure is 3-4 kg / cm.
Set the injection distance to about 2 and the injection distance to about 8 cm, and set the injection angle to 9
0 °, processing table speed 250 mm / min, injection amount 5
It was set to about 0 g / min. After forming the amorphous silicon photoelectric conversion layer 12 and the second transparent conductive layer 13 in the same manner as in Example 1, before forming the crystalline silicon photoelectric conversion layer 14, the second
When the surface shape of the transparent conductive layer 13 was observed with a scanning electron microscope, it was found that approximately circular holes having a diameter of about 800 to 3000 nm on the surface were formed with a number density of about 0.3 / μm 2. Do you get it.

【0063】穴の深さ31は700〜2000nm程度
に分布しており、穴の直径に対する穴の深さの比率は、
約0.5〜2の範囲であった。また、穴の表面および穴
が形成されていない表面にも凹凸が形成されており、こ
の凹凸の大きさは150〜500nm程度に分布してお
り、凹凸の間隔は200〜800nm程度の分布を有し
ていた。この凹凸間隔に対する凹凸大きさの比率は、約
0.5〜2の範囲であった。第2透明導電層13の表面
形状および結晶質シリコン光電変換層14の配向性につ
いて表1に、この多接合型薄膜太陽電池のAMl.5
(100mW/cm2)照射条件下における電流−電圧
特性を表2に示す。
The hole depth 31 is distributed in the range of about 700 to 2000 nm, and the ratio of the hole depth to the hole diameter is:
It was in the range of about 0.5-2. Also, irregularities are formed on the surface of the holes and on the surface where no holes are formed, and the size of the irregularities is distributed about 150 to 500 nm, and the interval between the irregularities is about 200 to 800 nm. Was. The ratio of the unevenness size to the unevenness interval was in the range of about 0.5 to 2. Table 1 shows the surface shape of the second transparent conductive layer 13 and the orientation of the crystalline silicon photoelectric conversion layer 14.
Table 2 shows current-voltage characteristics under irradiation conditions of (100 mW / cm 2 ).

【0064】[0064]

【表1】 [Table 1]

【0065】[0065]

【表2】 [Table 2]

【0066】以下に実施例を表1、表2を用いて詳細に
説明する。表1にはエッチング時間等基板の形成条件、
第2透明導電層の表面形状および結晶質シリコン光電変
換層の配向性を、表2には多接合型薄膜太陽電池の電流
―電圧特性を示している。
Examples will be described below in detail with reference to Tables 1 and 2. Table 1 shows the substrate forming conditions such as etching time,
Table 2 shows the surface shape of the second transparent conductive layer and the orientation of the crystalline silicon photoelectric conversion layer, and Table 2 shows current-voltage characteristics of the multi-junction thin-film solar cell.

【0067】実施例1〜2と従来の基板を用いた比較例
1における第2透明導電層の表面形状を比較すると、比
較例1では第2透明導電層上に平均100nmの凹凸が
形成されているのに対し、実施例1〜2では比較例1の
凹凸と比べて大きく、かつ、深さより直径が大きい穴が
形成され、さらにこれらの穴の表面に穴より小さな凹凸
が形成されている。このように表面形状の異なる第2透
明導電層上に結晶質シリコン光電変換層を積層して形成
した多接合型薄膜太陽電池の特性が表2に示されてい
る。実施例1〜2および比較例1における多接合型薄膜
太陽電池の電流―電圧特性を比較すると、比較例1では
開放電圧が実施例1〜2に比べて低く、結晶質シリコン
光電変換層の配向性も低下していることから、比較例1
の第2透明導電層の表面形状ではその上に形成する結晶
質シリコン光電変換層の配向性が低下し、欠陥が導入さ
れてしまうものと考えられる。
When the surface shapes of the second transparent conductive layers in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 using a conventional substrate are compared, in Comparative Example 1, irregularities having an average of 100 nm are formed on the second transparent conductive layer. On the other hand, in Examples 1 and 2, holes larger in diameter than the depth of the comparative example 1 and larger than the depth were formed, and further, unevenness smaller than the holes was formed on the surface of these holes. Table 2 shows the characteristics of the multi-junction thin-film solar cell formed by laminating the crystalline silicon photoelectric conversion layer on the second transparent conductive layers having different surface shapes. Comparing the current-voltage characteristics of the multi-junction thin-film solar cells in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, the open-circuit voltage of Comparative Example 1 was lower than that of Examples 1 and 2, and the orientation of the crystalline silicon photoelectric conversion layer was Comparative Example 1
In the surface shape of the second transparent conductive layer described above, it is considered that the orientation of the crystalline silicon photoelectric conversion layer formed thereon is reduced and defects are introduced.

【0068】また、実施例1〜2は開放電圧が比較例1
より高いだけでなく、短絡電流も比較例1と同等以上で
あることから、実施例1〜2の表面構造を持つ第2透明
導電層上に結晶質シリコン光電変換層を形成すること
で、光閉込効果と反射率の低減を維持しつつ、基板の凹
凸による結晶質シリコン光電変換層への欠陥密度の導入
防止することが可能になっている。
In Examples 1 and 2, the open circuit voltage was lower than that in Comparative Example 1.
Not only is it higher, but also the short-circuit current is equal to or higher than that of Comparative Example 1, so that by forming a crystalline silicon photoelectric conversion layer on the second transparent conductive layer having the surface structure of Examples 1 and 2, It is possible to prevent the introduction of the defect density into the crystalline silicon photoelectric conversion layer due to the unevenness of the substrate while maintaining the confinement effect and the reduction of the reflectance.

【0069】さらに、実施例2では実施例1よりも短絡
電流が高くなっている。実施例1と実施例2を比較する
と穴の直径、深さおよび穴表面の凹凸の大きさがあまり
変化していないことから、実施例2において穴表面以外
にも10nm以上の凹凸が形成されていることが原因で
高い光閉込効果が発生しているものと考えられる。
Further, in the second embodiment, the short-circuit current is higher than in the first embodiment. Comparison between Example 1 and Example 2 shows that the diameter, depth, and size of the unevenness on the hole surface did not change so much. In Example 2, unevenness of 10 nm or more was formed in addition to the hole surface. It is considered that the high light confinement effect is caused by the presence of the light.

【0070】実施例3では結晶質シリコン光電変換層の
配向性I220/I111が5.5の多接合型薄膜太陽電池を形
成した。この太陽電池は実施例1〜2における結晶質シ
リコン光電変換層の配向性I220/I111が3である多接合
型薄膜太陽電池より高い開放電圧および形状因子を示し
ている。このことから結晶質シリコン光電変換層の配向
性I220/I111が5以上であることが好ましいと考えられ
る。
In Example 3, a multi-junction thin-film solar cell having a crystalline silicon photoelectric conversion layer having an orientation I 220 / I 111 of 5.5 was formed. This solar cell has higher open-circuit voltage and form factor than the multi-junction thin-film solar cell in which the orientation I 220 / I 111 of the crystalline silicon photoelectric conversion layer in Examples 1 and 2 is 3. From this, it is considered that the orientation I 220 / I 111 of the crystalline silicon photoelectric conversion layer is preferably 5 or more.

【0071】また、比較例2および比較例5に第2透明
導電層表面の穴の直径、深さおよび凹凸大きさが実施例
1〜2と比べて小さい場合と大きい場合について示して
いる。比較例2では穴および凹凸が小さすぎるために光
閉込効果が発生せず短絡電流が低下し、比較例5では開
放電圧および形状因子だけでなく、結晶質シリコン光電
変換層の配向性も低下していることから、穴の直径、深
さおよび凹凸が大きすぎるために結晶質シリコン光電変
換層に欠陥が導入され、開放電圧および形状因子が低下
しているものと考えられる。
Further, Comparative Examples 2 and 5 show the case where the diameter, the depth and the size of the unevenness of the hole on the surface of the second transparent conductive layer are smaller and larger than those of Examples 1 and 2. In Comparative Example 2, since the holes and the irregularities were too small, the optical confinement effect did not occur, and the short-circuit current was reduced. In Comparative Example 5, not only the open voltage and the shape factor but also the orientation of the crystalline silicon photoelectric conversion layer was reduced. Therefore, it is considered that defects are introduced into the crystalline silicon photoelectric conversion layer due to excessively large diameters, depths, and irregularities of the holes, and the open-circuit voltage and the shape factor are reduced.

【0072】したがって多接合型薄膜太陽電池の結晶質
シリコン光電変換層に、欠陥密度の低減と高い光閉じ込
め効果とを両立させるのに適した穴の直径、深さおよび
凹凸大きさが存在し、穴の直径が200nm以上、20
00nm以下の範囲にあり、穴の深さが50nm以上、
1200nm以下の範囲に、穴の表面および穴以外の表
面にある凹凸大きさが10nm以上300nm以下の範
囲にあることが好ましいと考えられる。ここまで第2透
明導電層の表面形状について言及したが、第1透明導電
層上には非晶質シリコン光電変換層が形成されるため、
凹凸により光電変換層に欠陥が導入されることはなく、
第1透明導電層の表面には第2透明導電層より大きな凹
凸を形成して光閉じ込め効果をより増大させることが可
能である。
Therefore, the crystalline silicon photoelectric conversion layer of the multi-junction thin-film solar cell has a hole diameter, depth, and unevenness suitable for achieving both a reduction in defect density and a high light confinement effect. Hole diameter is 200nm or more, 20
00 nm or less, the depth of the hole is 50 nm or more,
It is considered that the size of the irregularities on the surface of the hole and the surface other than the hole is preferably in the range of 10 nm or more and 300 nm or less in the range of 1200 nm or less. Although the surface shape of the second transparent conductive layer has been described above, since the amorphous silicon photoelectric conversion layer is formed on the first transparent conductive layer,
Defects are not introduced into the photoelectric conversion layer due to unevenness,
The surface of the first transparent conductive layer can be formed with larger irregularities than the second transparent conductive layer to further enhance the light confinement effect.

【0073】一方、比較例3〜4においてi型非晶質シ
リコン層の膜厚を100nmから500nmに厚くする
ことで穴表面の凹凸が小さくなっていることから、本実
施例の非晶質シリコン光電変換層の製膜条件では第1透
明導電層上に非晶質シリコン光電変換層を積層すること
で、第2透明導電層表面の凹凸が第1透明導電層の凹凸
より小さくなると考えられる。
On the other hand, in Comparative Examples 3 and 4, the thickness of the i-type amorphous silicon layer was increased from 100 nm to 500 nm to reduce the unevenness of the hole surface. It is considered that the unevenness of the surface of the second transparent conductive layer becomes smaller than the unevenness of the first transparent conductive layer by stacking the amorphous silicon photoelectric conversion layer on the first transparent conductive layer under the conditions for forming the photoelectric conversion layer.

【0074】したがって、本明細書における全ての実施
例において第2透明導電層の凹凸は第1透明導電層の凹
凸より小さく、結晶質シリコン光電変換層の欠陥密度の
低減と高い光閉込効果を両立させるに適した構造になっ
ている。さらに、非晶質シリコン光電変換層の膜厚につ
いても適切な範囲が存在する。実施例1および比較例3
〜4において非晶質シリコン光電変換層の膜厚の異なる
多接合型薄膜太陽電池が形成されている。比較例3にお
いては、短絡電流の値はほとんど変化していないが、開
放電圧および形状因子の値が減少していることから、非
晶質シリコン光電変換層が薄すぎるために、ピンホール
等の欠陥が発生し、短絡を生じていると考えられる。ま
た、比較例4においては、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
いることから、非晶質シリコン光電変換層が厚すぎるた
めに、第2透明酸化物層表面の構造が光閉込効果を発す
るには不十分なものとなっていると考えられる。したが
って、第1透明導電層の凹凸高さに対して適切な非晶質
シリコン光電変換層の膜厚が存在し、非晶質シリコン光
電変換層の膜厚は第1透明導電層の凹凸の平均高低差の
1倍以上4倍以下であることが好ましいと考えられる。
Therefore, in all the embodiments in this specification, the irregularities of the second transparent conductive layer are smaller than the irregularities of the first transparent conductive layer, so that the defect density of the crystalline silicon photoelectric conversion layer can be reduced and the light confinement effect can be high. It has a structure suitable for both. Further, there is an appropriate range for the film thickness of the amorphous silicon photoelectric conversion layer. Example 1 and Comparative Example 3
In Nos. 1 to 4, multi-junction thin-film solar cells having different amorphous silicon photoelectric conversion layer thicknesses are formed. In Comparative Example 3, although the value of the short-circuit current hardly changed, the values of the open-circuit voltage and the shape factor were reduced, and the amorphous silicon photoelectric conversion layer was too thin. It is considered that a defect has occurred and a short circuit has occurred. In Comparative Example 4, the values of the open-circuit voltage and the shape factor hardly changed, but the value of the short-circuit current was reduced. It is considered that the structure of the surface of the transparent oxide layer is insufficient to produce a light confinement effect. Therefore, there is an appropriate thickness of the amorphous silicon photoelectric conversion layer with respect to the height of the unevenness of the first transparent conductive layer, and the thickness of the amorphous silicon photoelectric conversion layer is an average of the unevenness of the first transparent conductive layer. It is considered preferable that the height difference is not less than 1 time and not more than 4 times.

【0075】また、実施例4、実施例5ではそれぞれ第
2透明導電層の形成条件の制御、ガラス基板のサンドブ
ラスト加工により実施例2と同等の穴および凹凸を表面
に持つ第1透明導電層および第2透明導電層を形成し、
実施例2と同等の電流―電圧特性持つ多接合型薄膜太陽
電池を形成している。このことから、高い光電変換効率
を示す多接合型薄膜太陽電池の形成には透明導電層の表
面形状が重要であり、穴および凹凸の形成方法は実施例
1〜3における透明導電層のエッチングに限られるもの
ではなく、透明導電層の形成条件の制御やガラス基板の
サンドブラスト加工およびそれらの組み合わせ等が有効
であると考えられる。
In the fourth and fifth embodiments, the first transparent conductive layer and the first transparent conductive layer having the same holes and irregularities as those of the second embodiment are formed by controlling the formation conditions of the second transparent conductive layer and sandblasting the glass substrate. Forming a second transparent conductive layer,
A multi-junction thin-film solar cell having current-voltage characteristics equivalent to that of the second embodiment is formed. For this reason, the surface shape of the transparent conductive layer is important for forming a multi-junction thin-film solar cell exhibiting high photoelectric conversion efficiency, and the method for forming holes and irregularities is not limited to the etching of the transparent conductive layer in Examples 1 to 3. The present invention is not limited thereto, and it is considered that control of the conditions for forming the transparent conductive layer, sandblasting of the glass substrate, and a combination thereof are effective.

【0076】[0076]

【発明の効果】本発明によれば、透明基板上に、第1透
明導電層、非晶質シリコン光電変換層、第2透明導電層
および結晶質シリコン光電変換層がこの順に形成され、
前記第1透明導電層の非晶質シリコン光電変換層側およ
び前記第2透明導電層の結晶質シリコン光電変換層側の
表面に複数の穴が形成され、該穴の表面に凹凸が形成さ
れているため、非晶質シリコンおよび結晶質シリコンの
光吸収特性に適した太陽光の散乱また反射状態生じさせ
ることができ、光閉込効果による光吸収量の増大と結晶
質シリコン層中の欠陥密度との両立が可能になり、高い
光電変換効率を有した多接合型薄膜太陽電池を得ること
ができる。
According to the present invention, a first transparent conductive layer, an amorphous silicon photoelectric conversion layer, a second transparent conductive layer, and a crystalline silicon photoelectric conversion layer are formed in this order on a transparent substrate,
A plurality of holes are formed on the surface of the first transparent conductive layer on the side of the amorphous silicon photoelectric conversion layer and the surface of the second transparent conductive layer on the side of the crystalline silicon photoelectric conversion layer, and irregularities are formed on the surface of the holes. Therefore, it is possible to generate a scattering or reflection state of sunlight suitable for the light absorption characteristics of amorphous silicon and crystalline silicon, thereby increasing the amount of light absorption due to the light confinement effect and the defect density in the crystalline silicon layer. And a multi-junction thin-film solar cell having high photoelectric conversion efficiency can be obtained.

【0077】特に、第2透明導電層に形成された穴表面
の凹凸の高低差が、第1透明導電層表面に形成された穴
表面の凹凸の高低差が、第1透明導電層表面に形成され
た穴表面の凹凸高低差よりも小さい場合には、より欠陥
の少ない結晶質シリコンからなる光電変換層を得ること
ができる。
In particular, the difference in height of the surface of the hole formed in the second transparent conductive layer is determined by the difference in height of the surface of the hole formed in the surface of the first transparent conductive layer. When the height difference is smaller than the height difference of the formed hole surface, a photoelectric conversion layer made of crystalline silicon with fewer defects can be obtained.

【0078】また、第2透明導電層表面に形成された穴
の直径は200nm以上、2000nm以下の範囲にあ
り、該穴の深さは50nm以上、1200nm以下の範
囲にあり、該穴の表面にある凹凸の高低差は10nm以
上、200nm以下の範囲にある場合には、太陽光スペ
クトル中心波長である450〜650nm領域の中波長
光だけ出なく、さらに長い波長を有する光に対しても十
分な光散乱効果を生じさせることができる。
The diameter of the hole formed on the surface of the second transparent conductive layer is in the range of 200 nm or more and 2000 nm or less, and the depth of the hole is in the range of 50 nm or more and 1200 nm or less. When the height difference of a certain unevenness is in the range of 10 nm or more and 200 nm or less, not only medium wavelength light in the 450 to 650 nm region, which is the center wavelength of the solar spectrum, but also sufficient light for light having a longer wavelength. A light scattering effect can be created.

【0079】さらに、穴が形成された第2透明導電層表
面の前記穴以外の表面に凹凸が形成されており、該凹凸
の高低差が10nm以上、300nm以上の範囲にある
場合には、光閉じ込め効果をより強力に発揮させること
ができる。
Further, when irregularities are formed on the surface of the second transparent conductive layer on which the holes are formed other than the holes, and when the height difference of the irregularities is in the range of 10 nm or more and 300 nm or more, light The confinement effect can be exerted more strongly.

【0080】また、第2透明導電層が、酸化亜鉛を含有
する場合には、安価に、かつ、高い変換効率を安定して
得ることができるとともに、非晶質シリコンからなる光
電変換層と結晶質シリコンからなる光電変換層との逆接
合部分でのさらなる光の散乱や反射を利用することがで
きる。
When the second transparent conductive layer contains zinc oxide, it is possible to obtain a high conversion efficiency stably at a low cost, and it is possible to obtain a crystal with a photoelectric conversion layer made of amorphous silicon. Light scattering and reflection at the reverse junction with the photoelectric conversion layer made of porous silicon can be used.

【0081】さらに、非晶質シリコン光電変換層が、第
1透明導電層の穴表面の凹凸の平均高低差の1倍以上、
4倍以下である場合には、均一な特性を得ることができ
るとともに、ピンホール等によるリークを抑制すること
ができる。また、結晶質シリコン光電変換層の(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が5以上である
場合には、非常に欠陥の少ない光電変換層を得ることが
でき、より高い光電変換効率の薄膜太陽電池を得ること
ができる。
Further, the amorphous silicon photoelectric conversion layer
1 1 times or more of the average height difference of the unevenness of the hole surface of the transparent conductive layer,
When it is four times or less, uniform characteristics can be obtained, and leakage due to pinholes and the like can be suppressed. In addition, (22) of the crystalline silicon photoelectric conversion layer
0) When 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 5 or more, a photoelectric conversion layer with very few defects is obtained. And a thin-film solar cell having higher photoelectric conversion efficiency can be obtained.

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

【図1】本発明の多接合型薄膜太陽電池(実施例1)の
一実施例を示す要部の概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a main part showing one embodiment of a multi-junction thin-film solar cell (Example 1) of the present invention.

【図2】図1における透明導電層の表面形状を説明する
ための模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a surface shape of a transparent conductive layer in FIG.

【図3】本発明の多接合型薄膜太陽電池(実施例2)に
おける透明導電層の表面形状を説明するための模式図で
ある。
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a surface shape of a transparent conductive layer in a multi-junction thin-film solar cell (Example 2) of the present invention.

【図4】本発明の多接合型薄膜太陽電池(実施例5)を
示す要部の概略断面図である。
FIG. 4 is a schematic sectional view of a main part showing a multi-junction thin-film solar cell (Example 5) of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…基板 11a…ガラス板 11b…第1透明導電層 12…非晶質シリコン光電変換層 12a…p型非晶質シリコン層 12b…i型非晶質シリコン層 12c…n型非晶質シリコン層 13…第2透明導電層 14…結晶質シリコン光電変換層 14a…p型結晶質シリコン層 14b…i型結晶質シリコン層 14c…n型結晶質シリコン層 15…裏面反射層 16…裏面電極 21、31…穴の深さ 22、32…穴の直径 23、33…凹凸の高低差 24、34…凹凸の間隔 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Substrate 11a ... Glass plate 11b ... 1st transparent conductive layer 12 ... Amorphous silicon photoelectric conversion layer 12a ... P-type amorphous silicon layer 12b ... i-type amorphous silicon layer 12c ... n-type amorphous silicon layer DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 ... 2nd transparent conductive layer 14 ... crystalline silicon photoelectric conversion layer 14a ... p-type crystalline silicon layer 14b ... i-type crystalline silicon layer 14c ... n-type crystalline silicon layer 15 ... backside reflective layer 16 ... backside electrode 21, 31: Hole depth 22, 32: Hole diameter 23, 33: Height difference of unevenness 24, 34: Spacing of unevenness

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に、少なくとも第1透明導電層、
非晶質又は結晶質光電変換層、第2透明導電層及び結晶
質光電変換層がこの順に積層され、 前記第1透明導電層の非晶質又は結晶質光電変換層側の
表面及び前記第2透明導電層の結晶質光電変換層側の表
面に、それぞれ、複数の穴が形成されており、該穴の表
面に凹凸が形成されていることを特徴とする多接合型薄
膜太陽電池。
1. At least a first transparent conductive layer on a substrate,
An amorphous or crystalline photoelectric conversion layer, a second transparent conductive layer and a crystalline photoelectric conversion layer are laminated in this order, and the surface of the first transparent conductive layer on the amorphous or crystalline photoelectric conversion layer side and the second A multi-junction thin-film solar cell, wherein a plurality of holes are formed on the surface of the transparent conductive layer on the side of the crystalline photoelectric conversion layer, and irregularities are formed on the surface of the holes.
【請求項2】 基板の表面に、複数の穴が形成されてお
り、該穴の表面に凹凸が形成されている請求項1に記載
の多接合型薄膜太陽電池。
2. The multi-junction thin-film solar cell according to claim 1, wherein a plurality of holes are formed in a surface of the substrate, and the surface of the holes has irregularities.
【請求項3】 第2透明導電層表面に形成された穴表面
の凹凸の高低差が、第1透明導電層表面に形成された穴
表面の凹凸高低差よりも小さい請求項1又は2に記載の
多接合型薄膜太陽電池。
3. The method according to claim 1, wherein a difference in height of the surface of the hole formed on the surface of the second transparent conductive layer is smaller than a difference in height of the surface of the hole formed on the surface of the first transparent conductive layer. Multi-junction thin-film solar cells.
【請求項4】 第1及び/又は第2透明導電層表面に形
成された穴の直径が200nm以上、2000nm以下
の範囲にあり、該穴の深さが50nm以上、1200n
m以下の範囲にあり、該穴の表面にある凹凸の高低差が
10nm以上、300nm以下の範囲にある請求項1〜
3のいずれか1つに記載の多接合型薄膜太陽電池。
4. The diameter of a hole formed in the surface of the first and / or second transparent conductive layer is in a range of 200 nm or more and 2000 nm or less, and the depth of the hole is 50 nm or more and 1200 n.
m or less, and the height difference of the unevenness on the surface of the hole is 10 nm or more and 300 nm or less.
3. The multi-junction thin-film solar cell according to any one of 3.
【請求項5】 穴が形成された第1及び/又は2透明導
電層表面の前記穴以外の表面に凹凸が形成されており、
該凹凸の高低差が10nm以上、300nm以下の範囲
にある請求項1〜4のいずれか1つに記載の多接合型薄
膜太陽電池。
5. An unevenness is formed on a surface of the first and / or second transparent conductive layer on which a hole is formed, except for the hole.
The multi-junction thin-film solar cell according to any one of claims 1 to 4, wherein a height difference of the unevenness is in a range of 10 nm or more and 300 nm or less.
【請求項6】 第1及び/又は第2透明導電層が、酸化
亜鉛を主体として形成されてなる請求項1〜5のいずれ
か1つに記載の多接合型薄膜太陽電池。
6. The multi-junction thin-film solar cell according to claim 1, wherein the first and / or second transparent conductive layers are mainly formed of zinc oxide.
【請求項7】 第1透明導電層に隣接する光電変換層
が、第1透明導電層の穴表面の凹凸の平均高低差の1倍
以上、4倍以下の膜厚で形成されてなる請求項1〜6の
いずれか1つに記載の多接合型薄膜太陽電池。
7. The photoelectric conversion layer adjacent to the first transparent conductive layer is formed so as to have a thickness of 1 to 4 times the average height difference of the irregularities on the hole surface of the first transparent conductive layer. 7. The multi-junction thin-film solar cell according to any one of 1 to 6.
【請求項8】 結晶質光電変換層がpin接合からな
り、i層の(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が5以上である請求項1〜7のいずれか1つに
記載の多接合型薄膜太陽電池。
8. The integrated intensity I 220 of the (220) X-ray diffraction peak of the i-layer, wherein the crystalline photoelectric conversion layer comprises a pin junction.
(111) the ratio of the integrated intensity I 111 of the X-ray diffraction peaks I 220
The multi-junction thin-film solar cell according to any one of claims 1 to 7, wherein / I 111 is 5 or more.
【請求項9】 第1透明導電層が、基板面に対して配向
している請求項1〜10のいずれか1つに記載の多接合
型薄膜太陽電池。
9. The multi-junction thin-film solar cell according to claim 1, wherein the first transparent conductive layer is oriented with respect to the substrate surface.
【請求項10】 請求項1から9のいずれか1つに記載
の薄膜太陽電池を製造するに際し、基板及び/又は第1
透明導電層及び/又は第2透明導電層の表面をエッチン
グすることにより、第1透明導電層及び第2透明導電層
の表面に複数の穴を形成することを特徴とする薄膜太陽
電池の製造方法。
10. A substrate and / or a first thin-film solar cell according to claim 1, wherein
A method of manufacturing a thin-film solar cell, comprising forming a plurality of holes in the surfaces of the first transparent conductive layer and the second transparent conductive layer by etching the surface of the transparent conductive layer and / or the second transparent conductive layer. .
【請求項11】 請求項1から9のいずれか1つに記載
の薄膜太陽電池を製造するに際し、第1透明導電層及び
/又は第2透明導電層を、その表面に穴が形成されるよ
うに成膜することにより、第1透明導電層及び第2透明
導電層の表面に複数の穴を形成することを特徴とする薄
膜太陽電池の製造方法。
11. When manufacturing the thin-film solar cell according to any one of claims 1 to 9, the first transparent conductive layer and / or the second transparent conductive layer are formed such that holes are formed in the surface thereof. Forming a plurality of holes in the surfaces of the first transparent conductive layer and the second transparent conductive layer.
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