JP2003110125A - 太陽電池セル及びその製造方法 - Google Patents
太陽電池セル及びその製造方法Info
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- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Abstract
(57)【要約】
【課題】 発電層に筋状粒界などの擬似欠陥を生じるこ
となく凹凸境界面を形成し、発電層内で有効な光トラッ
プ効果を発現させることができる高効率の太陽電池セル
及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 基板2上に積層形成された透明電極膜4,6
を含む多層膜構造と発電層5との境界面10,11を凹凸テク
スチャー構造とし、該凹凸テクスチャー構造の境界面に
て光を多重反射させることにより、発電層内で吸収が小
さい波長域の光を発電に寄与させる太陽電池セルにおい
て、前記境界面の凹凸テクスチャー構造10,11は、繰り
返し凹凸の平均高さが繰り返し凹凸の平均ピッチ幅間隔
に対して０．５倍〜２倍の範囲内にある。
となく凹凸境界面を形成し、発電層内で有効な光トラッ
プ効果を発現させることができる高効率の太陽電池セル
及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 基板2上に積層形成された透明電極膜4,6
を含む多層膜構造と発電層5との境界面10,11を凹凸テク
スチャー構造とし、該凹凸テクスチャー構造の境界面に
て光を多重反射させることにより、発電層内で吸収が小
さい波長域の光を発電に寄与させる太陽電池セルにおい
て、前記境界面の凹凸テクスチャー構造10,11は、繰り
返し凹凸の平均高さが繰り返し凹凸の平均ピッチ幅間隔
に対して０．５倍〜２倍の範囲内にある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽光発電システ
ムに用いられる太陽電池セル及びその製造方法に関す
る。
ムに用いられる太陽電池セル及びその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】光の吸収の低い波長領域では電子正孔対
の生成が少ないため、膜中で光を多重反射させて光の実
行伝搬距離を長くすることにより電子正孔対の生成を増
やす方法が特開平７−２６３７２９号公報に提案されて
いる。この手法は化学エッチング処理を施した基板を用
いその表面に発電層となる、単結晶、アモルファス、あ
るいは多結晶、微結晶のＳｉを成膜している。通常は数
μｍから数十μｍの山の高さを有する凹凸が用いられ、
平坦な斜面に均質な膜が得られている。
の生成が少ないため、膜中で光を多重反射させて光の実
行伝搬距離を長くすることにより電子正孔対の生成を増
やす方法が特開平７−２６３７２９号公報に提案されて
いる。この手法は化学エッチング処理を施した基板を用
いその表面に発電層となる、単結晶、アモルファス、あ
るいは多結晶、微結晶のＳｉを成膜している。通常は数
μｍから数十μｍの山の高さを有する凹凸が用いられ、
平坦な斜面に均質な膜が得られている。
【０００３】しかし、この従来技術においては、凹凸面
の山の高さが高すぎるので、凹凸面の山または谷を起点
として図３に示す筋状の結晶粒界１１２が発電層内に発
生する。この筋状の結晶粒界１１２は発電層の膜質を劣
化させ、キャリアの自由な移動を妨げるため、発電効率
を低下させる。
の山の高さが高すぎるので、凹凸面の山または谷を起点
として図３に示す筋状の結晶粒界１１２が発電層内に発
生する。この筋状の結晶粒界１１２は発電層の膜質を劣
化させ、キャリアの自由な移動を妨げるため、発電効率
を低下させる。
【０００４】一方、０．１μｍ〜数μｍの山の高さを有
する凹凸で光学的な粗面を形成した基板を用いることで
も上記と同様な光トラップ効果が得られることが特開２
０００−２５２５００号公報に提案されている。この種
の基板を用いることで、発電層を平坦な面で形成するこ
とができ、生産性の向上に有効である。この場合凹凸面
は微小な平面を有するものや曲面の集合体などで形成さ
れている。通常は境界面での光学的性質を光線的に取り
扱い、各微細面からの反射光線により等価的な光路長の
増加により効率の改善が示されている。
する凹凸で光学的な粗面を形成した基板を用いることで
も上記と同様な光トラップ効果が得られることが特開２
０００−２５２５００号公報に提案されている。この種
の基板を用いることで、発電層を平坦な面で形成するこ
とができ、生産性の向上に有効である。この場合凹凸面
は微小な平面を有するものや曲面の集合体などで形成さ
れている。通常は境界面での光学的性質を光線的に取り
扱い、各微細面からの反射光線により等価的な光路長の
増加により効率の改善が示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来技術
においては、凹凸面の山の高さを低くしているにもかか
わらず鋭い凹凸形状の境界面を起点として図３に示すよ
うに筋状結晶粒界１１２が発電層内に発生し、膜質が劣
化して発電効率が低下するおそれがある。
においては、凹凸面の山の高さを低くしているにもかか
わらず鋭い凹凸形状の境界面を起点として図３に示すよ
うに筋状結晶粒界１１２が発電層内に発生し、膜質が劣
化して発電効率が低下するおそれがある。
【０００６】特開２０００−３４０８１５号公報には凹
凸面の山の高さを０．０２μｍ以上０．１μｍ以下と
し、かつ凹凸のピッチ間隔を凹凸の山の高さの１０倍以
上２０倍以下とする太陽電池セルが開示されている。し
かし、このようにピッチ間隔を大きくした凹凸面では発
電に有効な光散乱が起こりにくく、多重反射による光ト
ラップ効果が得られ難いという問題がある。
凸面の山の高さを０．０２μｍ以上０．１μｍ以下と
し、かつ凹凸のピッチ間隔を凹凸の山の高さの１０倍以
上２０倍以下とする太陽電池セルが開示されている。し
かし、このようにピッチ間隔を大きくした凹凸面では発
電に有効な光散乱が起こりにくく、多重反射による光ト
ラップ効果が得られ難いという問題がある。
【０００７】本発明は、発電層に筋状粒界などの擬似欠
陥を生じることなく凹凸境界面を形成し、発電層内で有
効な光トラップ効果を発現させることができる高効率の
太陽電池セル及びその製造方法を提供することを目的と
する。
陥を生じることなく凹凸境界面を形成し、発電層内で有
効な光トラップ効果を発現させることができる高効率の
太陽電池セル及びその製造方法を提供することを目的と
する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に係る太陽電池セ
ルは、基板上に積層形成された透明電極膜を含む多層膜
構造と発電層との境界面を凹凸テクスチャー構造とし、
該凹凸テクスチャー構造の境界面にて光を多重反射させ
ることにより、発電層内で吸収が小さい波長域の光を発
電に寄与させる太陽電池セルにおいて、前記境界面の凹
凸テクスチャー構造は、繰り返し凹凸の平均高さが繰り
返し凹凸の平均ピッチ幅間隔に対して０．５倍〜２倍の
範囲内にあることを特徴とする。
ルは、基板上に積層形成された透明電極膜を含む多層膜
構造と発電層との境界面を凹凸テクスチャー構造とし、
該凹凸テクスチャー構造の境界面にて光を多重反射させ
ることにより、発電層内で吸収が小さい波長域の光を発
電に寄与させる太陽電池セルにおいて、前記境界面の凹
凸テクスチャー構造は、繰り返し凹凸の平均高さが繰り
返し凹凸の平均ピッチ幅間隔に対して０．５倍〜２倍の
範囲内にあることを特徴とする。
【０００９】光の感じる凹凸面は光の波長と同程度もし
くは小さい場合は、境界面を挟む両方の媒質が混合され
た等価的な屈折率をもつ層と同等に取り扱える。単一の
波長の光に着目すると、境界面からの正反射が主とな
り、ランダムな凹凸による回折効果による散乱波が弱く
発生する。ここで、正反射光は数μｍの厚みの発電層を
含む多層膜構造内で多重干渉効果を示すと考えられ、散
乱波は位相のそろっていない波であるため膜中を多重散
乱しながら一部発電に寄与し、残りは膜外に放射され
る。
くは小さい場合は、境界面を挟む両方の媒質が混合され
た等価的な屈折率をもつ層と同等に取り扱える。単一の
波長の光に着目すると、境界面からの正反射が主とな
り、ランダムな凹凸による回折効果による散乱波が弱く
発生する。ここで、正反射光は数μｍの厚みの発電層を
含む多層膜構造内で多重干渉効果を示すと考えられ、散
乱波は位相のそろっていない波であるため膜中を多重散
乱しながら一部発電に寄与し、残りは膜外に放射され
る。
【００１０】凹凸表面における光の反射特性は、凹凸部
界面を挟む両方の媒質が混ざり合った凹凸の平均高さに
相当する等価的な薄い層の反射特性として取り扱うこと
が可能である。
界面を挟む両方の媒質が混ざり合った凹凸の平均高さに
相当する等価的な薄い層の反射特性として取り扱うこと
が可能である。
【００１１】凹凸面は発電層を形成する上で光子吸収し
た電子や正孔の少数キャリアを捕獲して効率を低減する
欠陥準位を増やすため、凹凸の高さにはある上限が存在
する。また、光のトラップ効果（多重反射による発電効
率の増加（光散乱効果））を有効にするため、凹凸の高
さにはある下限が存在する。
た電子や正孔の少数キャリアを捕獲して効率を低減する
欠陥準位を増やすため、凹凸の高さにはある上限が存在
する。また、光のトラップ効果（多重反射による発電効
率の増加（光散乱効果））を有効にするため、凹凸の高
さにはある下限が存在する。
【００１２】繰り返し凹凸の平均高さが繰り返し凹凸の
平均ピッチ幅間隔に対して０．５倍を下回ると、多重反
射による発電効率の増加（光散乱効果）が得られ難くな
るので、平均高さ／平均ピッチ幅間隔比の下限値を０．
５倍とした。一方、繰り返し凹凸の平均高さが繰り返し
凹凸の平均ピッチ幅間隔に対して２倍を上回ると、発電
層内に図３に示す筋状粒界１１２を生じるおそれがある
ので、凹凸の平均高さ／ピッチ幅間隔比の上限値を２倍
とした。
平均ピッチ幅間隔に対して０．５倍を下回ると、多重反
射による発電効率の増加（光散乱効果）が得られ難くな
るので、平均高さ／平均ピッチ幅間隔比の下限値を０．
５倍とした。一方、繰り返し凹凸の平均高さが繰り返し
凹凸の平均ピッチ幅間隔に対して２倍を上回ると、発電
層内に図３に示す筋状粒界１１２を生じるおそれがある
ので、凹凸の平均高さ／ピッチ幅間隔比の上限値を２倍
とした。
【００１３】この場合に、凹凸テクスチャー構造の平均
高さと平均ピッチ幅間隔とを、それぞれ真空中における
光の波長の１〜２倍の範囲内とすることが好ましい。太
陽光の波長はその殆どが０．１〜１μｍ（１００〜１０
００ｎｍ）の範囲に分布しているので、発電層／透明電
極の境界面の凹凸テクスチャー構造を、光の波長の１〜
２倍の範囲内、すなわち０．１〜２μｍ（１００〜２０
００ｎｍ）の範囲とすると、凹凸テクスチャー構造の境
界面が低くランダムな状態で高効率の光トラップ効果を
発現させることができる。
高さと平均ピッチ幅間隔とを、それぞれ真空中における
光の波長の１〜２倍の範囲内とすることが好ましい。太
陽光の波長はその殆どが０．１〜１μｍ（１００〜１０
００ｎｍ）の範囲に分布しているので、発電層／透明電
極の境界面の凹凸テクスチャー構造を、光の波長の１〜
２倍の範囲内、すなわち０．１〜２μｍ（１００〜２０
００ｎｍ）の範囲とすると、凹凸テクスチャー構造の境
界面が低くランダムな状態で高効率の光トラップ効果を
発現させることができる。
【００１４】基板は、その上に多層膜構造が形成される
前に、イオンビームの照射を受けて表面がエッチングさ
れることにより、表面の鋭い形状の凹凸がなだらかなテ
クスチャー構造の凹凸とされていることが好ましい。
前に、イオンビームの照射を受けて表面がエッチングさ
れることにより、表面の鋭い形状の凹凸がなだらかなテ
クスチャー構造の凹凸とされていることが好ましい。
【００１５】また、透明電極膜は、その上に発電層が形
成される前に、イオンビームの照射を受けて表面がエッ
チングされることにより、表面の鋭い形状の凹凸がなだ
らかなテクスチャー構造の凹凸とされていることが好ま
しい。
成される前に、イオンビームの照射を受けて表面がエッ
チングされることにより、表面の鋭い形状の凹凸がなだ
らかなテクスチャー構造の凹凸とされていることが好ま
しい。
【００１６】さらに、凹凸テクスチャー構造の平均高さ
と平均ピッチ幅間隔とを、それぞれ０．１μｍ以上１．
０μｍ以下とすることが好ましく、さらに０．５μｍ以
上０．７μｍ以下とすることがより好ましい。０．１μ
ｍ〜１．０μｍの波長域はアモルファスシリコン発電層
に吸収され難いからである。また、緑色光の波長は約
０．５μｍであり、近赤外線光の波長は約０．７μｍで
あるからである。このようにサイズコントロールされた
凹凸境界面は、発電層内で吸収が小さい波長域の光を多
重反射により吸収しやすくし、発電に有効に寄与させる
ことができる。
と平均ピッチ幅間隔とを、それぞれ０．１μｍ以上１．
０μｍ以下とすることが好ましく、さらに０．５μｍ以
上０．７μｍ以下とすることがより好ましい。０．１μ
ｍ〜１．０μｍの波長域はアモルファスシリコン発電層
に吸収され難いからである。また、緑色光の波長は約
０．５μｍであり、近赤外線光の波長は約０．７μｍで
あるからである。このようにサイズコントロールされた
凹凸境界面は、発電層内で吸収が小さい波長域の光を多
重反射により吸収しやすくし、発電に有効に寄与させる
ことができる。
【００１７】多層膜構造には透明電極膜の他にバリア層
（ＳｉＯ2）および裏面反射膜（Ａｌ又はＡｇ）が含ま
れる。透明電極膜は二酸化錫ＳｉＯ2またはインジウム
錫酸化物（ＩＴＯ）からなるものである。発電層にはア
モルファスシリコンのｎ型、ｉ型、ｐ型半導体で構成さ
れるｐｉｎ型多層膜および結晶シリコン膜が含まれる。
（ＳｉＯ2）および裏面反射膜（Ａｌ又はＡｇ）が含ま
れる。透明電極膜は二酸化錫ＳｉＯ2またはインジウム
錫酸化物（ＩＴＯ）からなるものである。発電層にはア
モルファスシリコンのｎ型、ｉ型、ｐ型半導体で構成さ
れるｐｉｎ型多層膜および結晶シリコン膜が含まれる。
【００１８】本発明に係る太陽電池セルの製造方法は、
基板の表面にエネルギーコントロールされたイオンビー
ムを照射して、基板の表面に存在する鋭い形状の凹凸を
エッチングによりなだらかな凹凸テクスチャー構造とす
る工程と、前記基板の凹凸テクスチャー構造の面上に透
明電極膜を含む多層膜構造を物理的成膜方法又は化学的
成膜方法を用いて形成し、さらに前記多層膜構造の上に
発電層を形成する工程と、前記発電層の上にさらに透明
電極膜を含む多層膜構造を物理的成膜方法又は化学的成
膜方法を用いて形成する工程とを具備することを特徴と
する。
基板の表面にエネルギーコントロールされたイオンビー
ムを照射して、基板の表面に存在する鋭い形状の凹凸を
エッチングによりなだらかな凹凸テクスチャー構造とす
る工程と、前記基板の凹凸テクスチャー構造の面上に透
明電極膜を含む多層膜構造を物理的成膜方法又は化学的
成膜方法を用いて形成し、さらに前記多層膜構造の上に
発電層を形成する工程と、前記発電層の上にさらに透明
電極膜を含む多層膜構造を物理的成膜方法又は化学的成
膜方法を用いて形成する工程とを具備することを特徴と
する。
【００１９】また、本発明に係る太陽電池セルの製造方
法は、基板の上に透明電極膜を含む多層膜構造を物理的
成膜方法又は化学的成膜方法を用いて形成する工程と、
前記透明電極膜の表面にエネルギーコントロールされた
イオンビームを照射して、該透明電極膜の表面に存在す
る鋭い形状の凹凸をエッチングによりなだらかな凹凸テ
クスチャー構造とするする工程と、物理的成膜方法又は
化学的成膜方法を用いて前記透明電極膜の凹凸テクスチ
ャー構造の面上に発電層を形成する工程と、前記発電層
の上にさらに透明電極膜を含む多層膜構造を物理的成膜
方法又は化学的成膜方法を用いて形成する工程とを具備
することを特徴とする。
法は、基板の上に透明電極膜を含む多層膜構造を物理的
成膜方法又は化学的成膜方法を用いて形成する工程と、
前記透明電極膜の表面にエネルギーコントロールされた
イオンビームを照射して、該透明電極膜の表面に存在す
る鋭い形状の凹凸をエッチングによりなだらかな凹凸テ
クスチャー構造とするする工程と、物理的成膜方法又は
化学的成膜方法を用いて前記透明電極膜の凹凸テクスチ
ャー構造の面上に発電層を形成する工程と、前記発電層
の上にさらに透明電極膜を含む多層膜構造を物理的成膜
方法又は化学的成膜方法を用いて形成する工程とを具備
することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の好ましい実施の形態について説明する。
明の好ましい実施の形態について説明する。
【００２１】図２に示すように、太陽電池セル１は、ガ
ラス基板２の上にバリア層３、透明電極膜４、発電層
５、透明電極膜６、Ａｌ電極膜７がこの順に積層された
ものである。バリア層３は酸化シリコン（ＳｉＯ2）か
らなり、ガラス基板２に含まれる不純物が透明電極膜４
に侵入するのを防止するための障壁層である。透明電極
膜４は、酸化錫（ＳｎＯ2）又はインジウム錫酸化物
（ＩＴＯ）からなり、外部負荷の負極に接続される。
ラス基板２の上にバリア層３、透明電極膜４、発電層
５、透明電極膜６、Ａｌ電極膜７がこの順に積層された
ものである。バリア層３は酸化シリコン（ＳｉＯ2）か
らなり、ガラス基板２に含まれる不純物が透明電極膜４
に侵入するのを防止するための障壁層である。透明電極
膜４は、酸化錫（ＳｎＯ2）又はインジウム錫酸化物
（ＩＴＯ）からなり、外部負荷の負極に接続される。
【００２２】発電層５は、ｐ層、ｉ層、ｎ層が順次積層
された非晶質シリコン膜（a-Si-p-i-n）からなり、透明
電極膜４との間に第１の凹凸テクスチャー境界面１０を
形成している。裏面側の透明電極膜６は、酸化錫（Ｓｎ
Ｏ2）又はインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）からなり、外
部負荷の正極に接続される。この裏面側の透明電極膜６
は、発電層５との間に第２の凹凸テクスチャー境界面１
１を形成している。裏面反射膜７は、アルミニウム（Ａ
ｌ）からなり、基板２の側から入射した光を全反射する
ようになっている。
された非晶質シリコン膜（a-Si-p-i-n）からなり、透明
電極膜４との間に第１の凹凸テクスチャー境界面１０を
形成している。裏面側の透明電極膜６は、酸化錫（Ｓｎ
Ｏ2）又はインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）からなり、外
部負荷の正極に接続される。この裏面側の透明電極膜６
は、発電層５との間に第２の凹凸テクスチャー境界面１
１を形成している。裏面反射膜７は、アルミニウム（Ａ
ｌ）からなり、基板２の側から入射した光を全反射する
ようになっている。
【００２３】ところで、ガラス基板２の一方側の表面
（バリア層３との境界面となる凹凸面）は、後述の出力
エネルギ制御されたイオンビームの照射を受けて、凹凸
の山の頂部が削り取られている。このイオンビームエッ
チングにより凹凸の山の高さが低くされているため、本
実施例の太陽電池セル１においては図３に示す筋状粒界
１１２が発電層５内に存在しない。
（バリア層３との境界面となる凹凸面）は、後述の出力
エネルギ制御されたイオンビームの照射を受けて、凹凸
の山の頂部が削り取られている。このイオンビームエッ
チングにより凹凸の山の高さが低くされているため、本
実施例の太陽電池セル１においては図３に示す筋状粒界
１１２が発電層５内に存在しない。
【００２４】また、ガラス基板表面へのイオンビームの
出力エネルギを制御しているので、基板２の凹凸が所望
形状に制御され、その結果として凹凸テクスチャー境界
面１０，１１の高さ／ピッチ間隔比が０．５〜２．０倍
の範囲に形状コントロールされている。このため、入射
光８は２つの凹凸テクスチャー境界面１０，１１にて多
重反射されて多重反射光９となり、発電層５内を往復す
るうちに低吸収率波長の光エネルギも十分に吸収され、
発電効率が向上する（光トラップ効果）。
出力エネルギを制御しているので、基板２の凹凸が所望
形状に制御され、その結果として凹凸テクスチャー境界
面１０，１１の高さ／ピッチ間隔比が０．５〜２．０倍
の範囲に形状コントロールされている。このため、入射
光８は２つの凹凸テクスチャー境界面１０，１１にて多
重反射されて多重反射光９となり、発電層５内を往復す
るうちに低吸収率波長の光エネルギも十分に吸収され、
発電効率が向上する（光トラップ効果）。
【００２５】次に、図１を参照して本実施例の太陽電池
セルを製造する方法について説明する。
セルを製造する方法について説明する。
【００２６】本実施例では非晶質シリコン発電膜（a-Si
-p-i-n）をもつ太陽電池セルを製造した。ガラス基板２
として、型抜き後に熱処理により表面強化された無色透
明のソーダ石灰ガラス（普通板ガラス）を用いた。一般
的には、普通板ガラスの諸特性は、熱処理前の強度が５
０００〜１００００Ｐａ（５〜１０ｋｇ／ｍｍ2）、熱
処理後の強度が熱処理前の２〜３倍程度、歪点が約４８
０〜５１０℃、軟化点が約７２０〜７３５℃である。ガ
ラス基板２の表面をミクロ的な視点から見ると、図１の
（ａ）に示すように鋭い形状の凹凸頂部２ａが多数存在
する。凹凸頂部２ａの高さ／ピッチ間隔比（Ｈ１／Ｐ
１）は１〜２程度である。
-p-i-n）をもつ太陽電池セルを製造した。ガラス基板２
として、型抜き後に熱処理により表面強化された無色透
明のソーダ石灰ガラス（普通板ガラス）を用いた。一般
的には、普通板ガラスの諸特性は、熱処理前の強度が５
０００〜１００００Ｐａ（５〜１０ｋｇ／ｍｍ2）、熱
処理後の強度が熱処理前の２〜３倍程度、歪点が約４８
０〜５１０℃、軟化点が約７２０〜７３５℃である。ガ
ラス基板２の表面をミクロ的な視点から見ると、図１の
（ａ）に示すように鋭い形状の凹凸頂部２ａが多数存在
する。凹凸頂部２ａの高さ／ピッチ間隔比（Ｈ１／Ｐ
１）は１〜２程度である。
【００２７】通常、普通板ガラスの表面状態は、メーカ
ーからの受け入れ状態で、中心線平均粗さＲａが０．２
〜１．０μｍの程度である。
ーからの受け入れ状態で、中心線平均粗さＲａが０．２
〜１．０μｍの程度である。
【００２８】この鋭い形状の凹凸頂部２ａの上にバリア
層３、透明電極膜４、発電層５、透明電極膜６を次々に
積層すると、図３に示す筋状粒界１１２を生じるので、
ガラス基板２の表面にイオンビームを照射してエッチン
グにより凹凸頂部２ａを削り取り、図１の（ｂ）に示す
ように山の高さが低い凹凸頂部２ｂとする。凹凸頂部２
ｂの高さ／ピッチ間隔比（Ｈ２／Ｐ２）は０．５〜２．
０倍の範囲に形状制御されている。すなわち、イオンビ
ームの出力エネルギを調整するとともに、ビーム照射時
間を高精度にコントロールすることにより、凹凸頂部２
ｂが削り取られて高さが低くなる。この場合に、イオン
ビーム発生器には５００ＶのＡｒイオンビームを発生さ
せる能力を有するものを用いることが望ましい。また、
ビーム径はエッチングの均一性を確保するために１６０
ｍｍ程度に拡げることが望ましい。なお、イオンビーム
照射後においても凹凸頂部２ｂのピッチ間隔Ｐ２は最初
の凹凸頂部２ａのピッチ間隔Ｐ１とほとんど変わらな
い。
層３、透明電極膜４、発電層５、透明電極膜６を次々に
積層すると、図３に示す筋状粒界１１２を生じるので、
ガラス基板２の表面にイオンビームを照射してエッチン
グにより凹凸頂部２ａを削り取り、図１の（ｂ）に示す
ように山の高さが低い凹凸頂部２ｂとする。凹凸頂部２
ｂの高さ／ピッチ間隔比（Ｈ２／Ｐ２）は０．５〜２．
０倍の範囲に形状制御されている。すなわち、イオンビ
ームの出力エネルギを調整するとともに、ビーム照射時
間を高精度にコントロールすることにより、凹凸頂部２
ｂが削り取られて高さが低くなる。この場合に、イオン
ビーム発生器には５００ＶのＡｒイオンビームを発生さ
せる能力を有するものを用いることが望ましい。また、
ビーム径はエッチングの均一性を確保するために１６０
ｍｍ程度に拡げることが望ましい。なお、イオンビーム
照射後においても凹凸頂部２ｂのピッチ間隔Ｐ２は最初
の凹凸頂部２ａのピッチ間隔Ｐ１とほとんど変わらな
い。
【００２９】次いで、図１の（ｃ）に示すように、ガラ
ス基板２上に熱酸化法により厚さ０．０１μｍのバリア
層３を形成した。さらに、図１の（ｄ）に示すようにバ
リア層３の上にＣＶＤ法又はスパッタリング法により酸
化錫からなる厚さ０．１〜１．０μｍの透明電極膜４を
形成した。レーザーエッチング装置に基板を搬送し、透
明電極膜４を所定パターンにエッチングした。
ス基板２上に熱酸化法により厚さ０．０１μｍのバリア
層３を形成した。さらに、図１の（ｄ）に示すようにバ
リア層３の上にＣＶＤ法又はスパッタリング法により酸
化錫からなる厚さ０．１〜１．０μｍの透明電極膜４を
形成した。レーザーエッチング装置に基板を搬送し、透
明電極膜４を所定パターンにエッチングした。
【００３０】次いで、図１の（ｅ）に示すように透明電
極膜４の上に発電層５のｐ層、ｉ層、ｎ層を順次積層し
た。すなわち、膜厚５〜５０ｎｍのｉ層初期膜と、ｉ層
バルク膜と、膜厚１０〜５０ｎｍのｉ層後期膜と、ｎ層
からなる非晶質シリコン膜からなる発電層５を形成し
た。ｉ層初期膜１５の形成に際しては、成膜速度０．１
〜０．４ｎｍ／秒、製膜表面ヒータ電力１５０〜２００
Ｗ、放電周波数２７〜１００ＭＨｚの少なくともいずれ
かの条件を満たしながら、欠陥密度８×１０14個／ｃｃ
以下とした。また、ｉ層バルク膜は、ｉ層初期膜を形成
後、放電を維持したまま形成した。さらに、ｉ層後期膜
はｉ層バルク膜を形成後、放電を維持したまま形成し
た。ｉ層初期膜の成膜速度を上記のように設定したの
は、０．１ｎｍ／秒未満では、放電が不安定となって品
質の安定した太陽電池の製造が困難になるからであり、
０．４ｎｍ／秒を超えると、欠陥密度の小さい高品質膜
が得られないため、ｉ層初期膜としてのｐ層／ｉ層界面
特性の改善効果が小さいからである。
極膜４の上に発電層５のｐ層、ｉ層、ｎ層を順次積層し
た。すなわち、膜厚５〜５０ｎｍのｉ層初期膜と、ｉ層
バルク膜と、膜厚１０〜５０ｎｍのｉ層後期膜と、ｎ層
からなる非晶質シリコン膜からなる発電層５を形成し
た。ｉ層初期膜１５の形成に際しては、成膜速度０．１
〜０．４ｎｍ／秒、製膜表面ヒータ電力１５０〜２００
Ｗ、放電周波数２７〜１００ＭＨｚの少なくともいずれ
かの条件を満たしながら、欠陥密度８×１０14個／ｃｃ
以下とした。また、ｉ層バルク膜は、ｉ層初期膜を形成
後、放電を維持したまま形成した。さらに、ｉ層後期膜
はｉ層バルク膜を形成後、放電を維持したまま形成し
た。ｉ層初期膜の成膜速度を上記のように設定したの
は、０．１ｎｍ／秒未満では、放電が不安定となって品
質の安定した太陽電池の製造が困難になるからであり、
０．４ｎｍ／秒を超えると、欠陥密度の小さい高品質膜
が得られないため、ｉ層初期膜としてのｐ層／ｉ層界面
特性の改善効果が小さいからである。
【００３１】透明電極膜４の上に発電層５を積層するこ
とにより第１の凹凸テクスチャー境界面１０が形成され
る。この第１の凹凸テクスチャー境界面１０は、図１の
（ｂ）に示す基板側の低い頂部２ｂをもつ凹凸形状を継
承するものであり、高さ／ピッチ間隔比が０．５〜２．
０倍の範囲内となっている。
とにより第１の凹凸テクスチャー境界面１０が形成され
る。この第１の凹凸テクスチャー境界面１０は、図１の
（ｂ）に示す基板側の低い頂部２ｂをもつ凹凸形状を継
承するものであり、高さ／ピッチ間隔比が０．５〜２．
０倍の範囲内となっている。
【００３２】次いで、図１の（ｆ）に示すように、発電
層５の上にプラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法によ
りＩＴＯからなる厚さ０．１〜１．０μｍの透明電極膜
６を形成した。レーザーエッチング装置に基板を搬送
し、透明電極膜６を所定パターンにエッチングした。
層５の上にプラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法によ
りＩＴＯからなる厚さ０．１〜１．０μｍの透明電極膜
６を形成した。レーザーエッチング装置に基板を搬送
し、透明電極膜６を所定パターンにエッチングした。
【００３３】発電層５の上に透明電極膜６を積層するこ
とにより第２の凹凸テクスチャー境界面１１が形成され
る。この第２の凹凸テクスチャー境界面１１は、図１の
（ｂ）に示す基板側の低い頂部２ｂをもつ凹凸形状を継
承するものであり、高さ／ピッチ間隔比が０．５〜２．
０倍の範囲内となっている。
とにより第２の凹凸テクスチャー境界面１１が形成され
る。この第２の凹凸テクスチャー境界面１１は、図１の
（ｂ）に示す基板側の低い頂部２ｂをもつ凹凸形状を継
承するものであり、高さ／ピッチ間隔比が０．５〜２．
０倍の範囲内となっている。
【００３４】次いで、図１の（ｇ）に示すように、透明
電極膜６の上に真空蒸着法によりアルミニウムからなる
厚さ０．１μｍの裏面反射膜７を形成した。
電極膜６の上に真空蒸着法によりアルミニウムからなる
厚さ０．１μｍの裏面反射膜７を形成した。
【００３５】なお、上記実施形態ではガラス基板の表面
をイオンビームエッチングする場合について説明した
が、本発明はこれのみに限定されるものではなく、第１
の透明電極膜４の表面をイオンビームエッチングしても
上記と同様の効果を得ることができる。
をイオンビームエッチングする場合について説明した
が、本発明はこれのみに限定されるものではなく、第１
の透明電極膜４の表面をイオンビームエッチングしても
上記と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
【発明の効果】本発明によれば、発電層の膜質を劣化さ
せることなく、発電層で吸収が小さい波長域の光を、透
明電極を含む多層膜構造により生じる多重干渉特性を、
発電層境界凹凸部での光の位相変化により発電層内で増
強させることができる。
せることなく、発電層で吸収が小さい波長域の光を、透
明電極を含む多層膜構造により生じる多重干渉特性を、
発電層境界凹凸部での光の位相変化により発電層内で増
強させることができる。
【図１】（ａ）〜（ｇ）は本発明の実施形態に係る太陽
電池セルの製造方法を示すフローチャート。
電池セルの製造方法を示すフローチャート。
【図２】本発明の実施形態に係る太陽電池セルを示す断
面模式図。
面模式図。
【図３】従来の太陽電池セルを示す断面模式図。
１…太陽電池セル、
２…ガラス基板、
２ａ，２ｂ…基板表面の凹凸頂部（凹凸の山）、
３…バリア層（ＳｉＯ2）、
４，６…透明電極膜（ＳｎＯ2又はＩＴＯ）、
５…発電層（a-Si-p-i-n）、
７…裏面反射膜（Ａｌ）、
８…入射光（太陽光）、
９…多重反射光、
１０，１１，１１０，１１１…凹凸テクスチャー境界
面、 １１２…筋状粒界（擬似欠陥）。
面、 １１２…筋状粒界（擬似欠陥）。
Claims (7)
- 【請求項１】 基板上に積層形成された透明電極膜を含
む多層膜構造と発電層との境界面を凹凸テクスチャー構
造とし、該凹凸テクスチャー構造の境界面にて光を多重
反射させることにより、発電層内で吸収が小さい波長域
の光を発電に寄与させる太陽電池セルにおいて、前記境
界面の凹凸テクスチャー構造は、繰り返し凹凸の平均高
さが繰り返し凹凸の平均ピッチ幅間隔に対して０．５倍
〜２倍の範囲内にあることを特徴とする太陽電池セル。 - 【請求項２】 前記凹凸テクスチャー構造の平均高さと
平均ピッチ幅間隔とを、それぞれ真空中における光の波
長の１〜２倍の範囲内とすることを特徴とする請求項１
記載の太陽電池セル。 - 【請求項３】 前記基板は、その上に多層膜構造が形成
される前に、イオンビームの照射を受けて表面がエッチ
ングされることにより、表面の鋭い形状の凹凸がなだら
かなテクスチャー構造の凹凸とされていることを特徴と
する請求項１記載の太陽電池セル。 - 【請求項４】 前記透明電極膜は、その上に発電層が形
成される前に、イオンビームの照射を受けて表面がエッ
チングされることにより、表面の鋭い形状の凹凸がなだ
らかなテクスチャー構造の凹凸とされていることを特徴
とする請求項１記載の太陽電池セル。 - 【請求項５】 前記凹凸テクスチャー構造の平均高さと
平均ピッチ幅間隔とを、それぞれ０．１μｍ以上１．０
μｍ以下とすることを特徴とする請求項１記載の太陽電
池セル。 - 【請求項６】 基板の表面にエネルギーコントロールさ
れたイオンビームを照射して、基板の表面に存在する鋭
い形状の凹凸をエッチングによりなだらかな凹凸テクス
チャー構造とする工程と、 前記基板の凹凸テクスチャー構造の面上に透明電極膜を
含む多層膜構造を物理的成膜方法又は化学的成膜方法を
用いて形成し、さらに前記多層膜構造の上に発電層を形
成する工程と、 前記発電層の上にさらに透明電極膜を含む多層膜構造を
物理的成膜方法又は化学的成膜方法を用いて形成する工
程と、を具備することを特徴とする太陽電池の製造方
法。 - 【請求項７】 基板の上に透明電極膜を含む多層膜構造
を物理的成膜方法又は化学的成膜方法を用いて形成する
工程と、 前記透明電極膜の表面にエネルギーコントロールされた
イオンビームを照射して、該透明電極膜の表面に存在す
る鋭い形状の凹凸をエッチングによりなだらかな凹凸テ
クスチャー構造とするする工程と、 物理的成膜方法又は化学的成膜方法を用いて前記透明電
極膜の凹凸テクスチャー構造の面上に発電層を形成する
工程と、 前記発電層の上にさらに透明電極膜を含む多層膜構造を
物理的成膜方法又は化学的成膜方法を用いて形成する工
程と、を具備することを特徴とする太陽電池の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001305774A JP2003110125A (ja) | 2001-10-01 | 2001-10-01 | 太陽電池セル及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001305774A JP2003110125A (ja) | 2001-10-01 | 2001-10-01 | 太陽電池セル及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003110125A true JP2003110125A (ja) | 2003-04-11 |
Family
ID=19125511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001305774A Withdrawn JP2003110125A (ja) | 2001-10-01 | 2001-10-01 | 太陽電池セル及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003110125A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008034686A (ja) * | 2006-07-31 | 2008-02-14 | Toppan Printing Co Ltd | 光電変換素子およびその製造方法 |
| JP2008041674A (ja) * | 2006-08-01 | 2008-02-21 | Teijin Dupont Films Japan Ltd | 太陽電池の基材 |
| JP2008041746A (ja) * | 2006-08-02 | 2008-02-21 | Teijin Dupont Films Japan Ltd | 太陽電池の基材 |
| WO2009096610A1 (ja) * | 2008-01-31 | 2009-08-06 | Teijin Dupont Films Japan Limited | 太陽電池用基材 |
| WO2010044269A1 (ja) | 2008-10-17 | 2010-04-22 | 株式会社アルバック | 太陽電池の製造方法 |
| KR101137440B1 (ko) * | 2010-04-12 | 2012-04-20 | 삼성코닝정밀소재 주식회사 | 투과율 향상을 위한 패터닝된 커버 글래스를 적용한 태양광 발전 모듈 |
| KR101186560B1 (ko) | 2011-07-07 | 2012-10-08 | 포항공과대학교 산학협력단 | 태양전지용 기판 및 이의 제조방법 |
-
2001
- 2001-10-01 JP JP2001305774A patent/JP2003110125A/ja not_active Withdrawn
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008034686A (ja) * | 2006-07-31 | 2008-02-14 | Toppan Printing Co Ltd | 光電変換素子およびその製造方法 |
| JP2008041674A (ja) * | 2006-08-01 | 2008-02-21 | Teijin Dupont Films Japan Ltd | 太陽電池の基材 |
| JP2008041746A (ja) * | 2006-08-02 | 2008-02-21 | Teijin Dupont Films Japan Ltd | 太陽電池の基材 |
| WO2009096610A1 (ja) * | 2008-01-31 | 2009-08-06 | Teijin Dupont Films Japan Limited | 太陽電池用基材 |
| JPWO2009096610A1 (ja) * | 2008-01-31 | 2011-05-26 | 帝人デュポンフィルム株式会社 | 太陽電池用基材 |
| WO2010044269A1 (ja) | 2008-10-17 | 2010-04-22 | 株式会社アルバック | 太陽電池の製造方法 |
| US8460965B2 (en) | 2008-10-17 | 2013-06-11 | Ulvac, Inc. | Manufacturing method for solar cell |
| KR101137440B1 (ko) * | 2010-04-12 | 2012-04-20 | 삼성코닝정밀소재 주식회사 | 투과율 향상을 위한 패터닝된 커버 글래스를 적용한 태양광 발전 모듈 |
| KR101186560B1 (ko) | 2011-07-07 | 2012-10-08 | 포항공과대학교 산학협력단 | 태양전지용 기판 및 이의 제조방법 |
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Legal Events
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