JP2004308001A - Method for forming zinc oxide film and method for forming photovoltaic element - Google Patents

Method for forming zinc oxide film and method for forming photovoltaic element Download PDF

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祐介 宮本
Jo Toyama
上 遠山
Susumu Hayashi
享 林
Yuichi Sonoda
雄一 園田
Tomonori Nishimoto
智紀 西元
Masumitsu Iwata
益光 岩田
Takaharu Kondo
隆治 近藤
Satoshi Yamada
聡 山田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To continuously form a thin zinc oxide film by electrolytic deposition without allowing a film to adhere to the rear surface of a substrate. <P>SOLUTION: The zinc oxide film is formed on the substrate 100 by applying an electric current between the substrate 100 and an electrode 121, both the substrate 100 and the electrode 121 being immersed in an aqueous solution containing at least zinc ions and a carbohydrate. After the substrate 100 is taken out of the solution, at least the edge part of the substrate 100 surface not facing the electrode 121 is brought into contact with a water-absorptive member 115 having supplied a chemical liquid or is directly supplied with the chemical liquid and brought into contact with the water-absorptive member 115; thus, a byproduct formed on the substrate 100 surface not facing the electrode 121 is dissolved and removed. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、酸化亜鉛膜の形成方法、並びにそれを用いた光起電力素子の形成方法に関する。特に基板の片面にのみ酸化亜鉛膜を良好な状態で成膜する技術に関する。   The present invention relates to a method for forming a zinc oxide film and a method for forming a photovoltaic element using the same. In particular, the present invention relates to a technique for forming a zinc oxide film in a favorable state only on one surface of a substrate.

従来、水素化非晶質シリコン、水素化非晶質シリコンゲルマニウム、水素化非晶質シリコンカーバイド、微結晶シリコンまたは多結晶シリコンなどからなる光起電力素子は、長波長における収集効率を改善するために、裏面の反射層が利用されてきた。かかる反射層は、半導体材料のバンド端に近くその吸収の小さくなる波長、即ち800nmから1200nmで有効な反射特性を示すのが望ましい。この条件を十分に満たすのは、金・銀・銅・アルミニウムといった金属やそれらの合金などである。また、光閉じ込めとして知られる所定の波長範囲で光学的に透明な凸凹層を設けることも行なわれていて、一般的には前記金属層と半導体活性層の間に凸凹の透明導電性層を設けて、反射光を有効に利用して短絡電流密度Jscを改善することが試みられている。さらに、前記透明導電性層は、シャントパスによる特性低下を防止する。極めて一般的にはこれらの層は、真空蒸着やスパッタといった方法にて成膜され、短絡電流密度の改善を示している。   Conventionally, a photovoltaic element made of hydrogenated amorphous silicon, hydrogenated amorphous silicon germanium, hydrogenated amorphous silicon carbide, microcrystalline silicon, polycrystalline silicon, or the like is used to improve the collection efficiency at long wavelengths. In addition, a reflective layer on the back surface has been used. Such a reflective layer desirably exhibits effective reflection characteristics at a wavelength near the band edge of the semiconductor material, where its absorption is reduced, that is, from 800 nm to 1200 nm. Metals such as gold, silver, copper, and aluminum, and alloys thereof, etc., sufficiently satisfy this condition. Also, providing an optically transparent uneven layer in a predetermined wavelength range known as light confinement has been performed. Generally, an uneven transparent conductive layer is provided between the metal layer and the semiconductor active layer. Thus, attempts have been made to improve the short-circuit current density Jsc by effectively using the reflected light. Further, the transparent conductive layer prevents deterioration of characteristics due to a shunt path. Very commonly, these layers are deposited by methods such as vacuum evaporation or sputtering, and have shown improvements in short circuit current density.

その例として、非特許文献1、非特許文献2などに、銀原子から構成される反射層について反射率とテクスチャー構造について検討されている。これらの例においては、反射層を基板温度を変えて形成した銀の2層堆積とすることで有効な凸凹を形成し、これによって酸化亜鉛層とのコンビネーションにて、光閉じ込め効果による短絡電流の増大を達成したとしている。   For example, Non-Patent Documents 1 and 2 discuss the reflectance and texture structure of a reflective layer composed of silver atoms. In these examples, the reflection layer is formed of two layers of silver formed by changing the substrate temperature, thereby forming an effective unevenness, thereby forming a short-circuit current due to the light confinement effect in combination with the zinc oxide layer. The company has achieved an increase.

また、特許文献1では、亜鉛イオン0.001mol/l〜0.5mol/l、及び硝酸イオン0.001mol/l〜0.5mol/lを含有する水溶液からなる酸化亜鉛膜作製用電解液を用いて作製した酸化亜鉛膜は、膜厚及び組成が均一で、光学的透明性に優れた酸化亜鉛膜が形成されたことが開示されている。   In Patent Document 1, an electrolytic solution for producing a zinc oxide film, which is an aqueous solution containing 0.001 mol / l to 0.5 mol / l of zinc ions and 0.001 mol / l to 0.5 mol / l of nitrate ions, is used. It is disclosed that the zinc oxide film formed in this manner had a uniform thickness and composition and was formed with excellent optical transparency.

また、特許文献2では、少なくとも亜鉛イオンを含有してなる単数もしくは複数の水溶液に浸漬された導電性基板と、該水溶液の少なくとも一つの中に浸漬された対向電極との間に通電し、酸化亜鉛薄膜を前記導電性基板上に形成する方法において、裏面膜付着防止電極を水溶液中に浸漬し、裏面膜付着防止電極と導電性基板と対向電極との電位の関係が、対向電極>導電性基板>裏面膜付着防止電極または対向電極<導電性基板<裏面膜付着防止電極となるように通電することにより、基板裏面への膜付着を防止しながら酸化亜鉛薄膜を形成できることが開示されている。   Further, in Patent Document 2, an electric current is applied between a conductive substrate immersed in one or more aqueous solutions containing at least zinc ions and a counter electrode immersed in at least one of the aqueous solutions to oxidize. In the method of forming a zinc thin film on the conductive substrate, the back film adhesion preventing electrode is immersed in an aqueous solution, and the potential relationship between the back film adhesion preventing electrode, the conductive substrate, and the counter electrode is determined by the following formula: counter electrode> conductive It is disclosed that a zinc oxide thin film can be formed while preventing the film from adhering to the back surface of the substrate by applying a current so that the substrate> the back film adhesion preventing electrode or the counter electrode <the conductive substrate <the back film adhesion preventing electrode. .

また、特許文献3では、少なくとも亜鉛イオンと硝酸イオン、更にサッカロースまたはデキストリンを含有してなる水溶液に浸漬された導電性基板と、同じく該水溶液中に浸漬された対向電極の間に通電し、酸化亜鉛薄膜を該導電性基板上に形成する装置、方法において該対向電極が該導電性基板の主面に対する垂線方向からの投影面内に配置することによって、基板裏面への膜付着を防止しながら酸化亜鉛薄膜を形成できることが開示されている。   Further, in Patent Document 3, an electric current is passed between a conductive substrate immersed in an aqueous solution containing at least zinc ions and nitrate ions, and further, saccharose or dextrin, and a counter electrode also immersed in the aqueous solution to oxidize. In a device and a method for forming a zinc thin film on the conductive substrate, the counter electrode is disposed in a projection plane from a direction perpendicular to a main surface of the conductive substrate, thereby preventing film adhesion to the back surface of the substrate. It is disclosed that a zinc oxide thin film can be formed.

特許第3273294号公報Japanese Patent No. 3273294 特開平11−286799号公報JP-A-11-286799 特開平11−222697号公報JP-A-11-222697 「29p−MF−22ステンレス基板上のa−SiGe太陽電池における光閉じ込め効果」(1990年秋季)第51回応用物理学会学術講演会講演予稿集p747"Light Confinement Effect in a-SiGe Solar Cell on 29p-MF-22 Stainless Steel Substrate" (Autumn 1990) Proceedings of 51st Annual Conference of the Japan Society of Applied Physics p747 「P−IA−15a−SiC/a−Si/a−SiGe Multi−Bandgap Stacked Solar Cells With Bandgap Profiling」,Sannomiya et al.,Technical Digest of the International PVSEC−5,Kyoto,Japan,p381,1990"P-IA-15a-SiC / a-Si / a-SiGe Multi-Bandgap Stacked Solar Cells With Bandgap Profiling," Sannomiya et al. , Technical Digest of the International PVSEC-5, Kyoto, Japan, p381, 1990.

前述のようにすでに開示された光閉じ込め層は、優れた光変換特性を有するものであるが、非特許文献1では、酸化亜鉛層を抵抗加熱や電子ビームによる真空蒸着法、スッパッタリング法、イオンプレーティング法、CVD法などに方法によってのみ形成されており、前記の方法で作成した酸化亜鉛薄膜は波長600nm〜1000nmでの光閉じ込め効果が不十分なものであり、ターゲット材料などの作成工賃が高いことや、真空装置の償却費の大きいことや、材料の利用効率が高くないことは、これらの技術を用いる光起電力素子のコストを極めて高いものとして、太陽電池を産業的に応用しようとする上で大きなバリアとなっている。   As described above, the light confinement layer already disclosed has excellent light conversion characteristics. However, in Non-Patent Document 1, the zinc oxide layer is formed by resistance heating or vacuum evaporation using an electron beam, sputtering, It is formed only by a method such as an ion plating method or a CVD method, and the zinc oxide thin film formed by the above method has an insufficient light confinement effect at a wavelength of 600 nm to 1000 nm. High cost, high depreciation cost of vacuum equipment, and low efficiency of material utilization make the cost of photovoltaic devices using these technologies extremely high, and let solar cells be applied industrially. It is a big barrier in doing so.

特許文献1では、膜厚および組成が均一で光学的特性の優れた酸化亜鉛膜の作成に関する技術が開示されているが、テクスチャー構造を備えた酸化亜鉛膜の作成に関しては触れられておらず、さらに、基板の裏面に付着する副生成物については記載が無い。   Patent Document 1 discloses a technique relating to the production of a zinc oxide film having a uniform film thickness and composition and excellent optical characteristics, but does not mention the production of a zinc oxide film having a texture structure. Further, there is no description about by-products adhering to the back surface of the substrate.

特許文献2では、作製条件を調整することによって、容易に表面形状を制御することができる電析法において基板裏面の副生成物の形成を抑制する方法として優れたものであるが、基板の構成材料として、電析浴液に電界中でイオン化して溶解しやすい金属を使用する際には、不具合を生じる場合がある。例えば、硝酸亜鉛水溶液から酸化亜鉛薄膜を形成する場合、基板の構成要素である反射層に銀を用いた場合には、この構成をとることにより、作製条件によっては裏面膜付着防止電極と基板との間の電界により、水溶液中に反射層の銀が溶出してしまい、それを用いて形成された酸化亜鉛膜は所望の特性が得られない(特に透過率が低下する)という問題点が生じた。   Patent Literature 2 is an excellent method for suppressing the formation of by-products on the back surface of a substrate in an electrodeposition method in which the surface shape can be easily controlled by adjusting the manufacturing conditions. When using a metal which is easily ionized and dissolved in an electric field in an electrodeposition bath solution as a material, a problem may occur. For example, when a zinc oxide thin film is formed from an aqueous solution of zinc nitrate, and when silver is used for a reflective layer that is a component of the substrate, by adopting this configuration, the back film adhesion preventing electrode and the substrate may be used depending on manufacturing conditions. The silver in the reflective layer is eluted into the aqueous solution due to the electric field during this time, and the zinc oxide film formed using the same has a problem that desired characteristics cannot be obtained (in particular, the transmittance is reduced). Was.

また特許文献3では、作製条件を調整することによって、容易に表面形状を制御することができる電析法において基板裏面の副生成物の形成を抑制する方法として優れたものであるが、酸化亜鉛薄膜の作製条件(特に電解析出時の電流密度を上昇させた時)によっては、基板裏面の端部近傍に、意図しない亜鉛化合物等の副生成物が付着してしまう問題点が生じる場合があった。   Patent Document 3 discloses an excellent method for suppressing the formation of by-products on the back surface of a substrate in an electrodeposition method in which the surface shape can be easily controlled by adjusting the manufacturing conditions. Depending on the manufacturing conditions of the thin film (especially when the current density during electrolytic deposition is increased), there may be a problem that an unintended by-product such as a zinc compound adheres to the vicinity of the edge on the back surface of the substrate. there were.

ここで、上記の副生成物が基板裏面に付着していると、基板形成後に真空雰囲気の工程(半導体層形成工程や透明導電膜形成工程など)において、真空装置内で副生成物に起因する脱ガスが発生し、雰囲気ガス中に不純物が混入し、特性を低下させるという問題点が生じる場合がある。   Here, if the by-products adhere to the back surface of the substrate, the by-products are generated in the vacuum apparatus in a vacuum atmosphere process (a semiconductor layer forming process or a transparent conductive film forming process) after the substrate is formed. In some cases, degassing occurs, impurities are mixed into the atmosphere gas, and the characteristics are degraded.

また、半導体層の形成において、n型半導体層またはp型半導体層を形成する場合には、導電型を制御するためにドーパント含有ガスを導入するが、基板裏面に副生成物が付着していると、副生成物に多量のドーパント含有ガスが吸着するという現象が生じる。その結果、別の導電型の半導体層を形成する場合に、吸着したドーパントガスが雰囲気中により多く放出されるために、所望の特性の膜が得られないという問題点が生じる場合がある。   In the formation of a semiconductor layer, when an n-type semiconductor layer or a p-type semiconductor layer is formed, a dopant-containing gas is introduced to control the conductivity type, but a by-product adheres to the back surface of the substrate. Then, a phenomenon occurs in which a large amount of the dopant-containing gas is adsorbed on the by-product. As a result, when a semiconductor layer of another conductivity type is formed, a larger amount of adsorbed dopant gas is released into the atmosphere, which may cause a problem that a film having desired characteristics cannot be obtained.

また、基板裏面に副生成物が付着していると、装置内での電気的または機械的な接触不良が生じたり、付着した副生成物が脱離したりすることにより、装置内への意図しない副生成物が混入するという問題が生じる場合がある。   In addition, if by-products adhere to the back surface of the substrate, electrical or mechanical contact failure occurs in the device, or the attached by-products are detached. There is a case where a problem that a by-product is mixed occurs.

また、前記基板として長尺状の基板を用いたときに、基板裏面に副生成物が付着した状態で、基板をロール状に巻き取った場合には、副生成物の状態や、巻き取り面の圧力、或いは、巻いた状態での保管時間によっては裏面に付着していた副生成物が、おもて面に転写する場合がある。   When a long substrate is used as the substrate and the substrate is wound up in a roll shape with the by-product adhered to the back surface of the substrate, the state of the by-product and the winding surface Depending on the pressure or the storage time in a rolled state, the by-product adhered to the back surface may be transferred to the front surface.

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、従来の方法に比べ、浴を汚染することなく、基板裏面に副生成物の付着の無い、酸化亜鉛膜を安価に形成することができ、これを光起電力素子に組み入れることにより、効率の高い素子を安価に供給することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to form a zinc oxide film at low cost without contaminating the bath and without attaching by-products to the back surface of the substrate, as compared with the conventional method. An object of the present invention is to provide a highly efficient element at a low cost by incorporating the element into a photovoltaic element.

本発明は、(1)少なくとも亜鉛イオンおよび炭水化物を含有してなる水溶液に浸漬された基体と、該水溶液に浸漬された前記基体と対向して配置された電極との間に通電して、前記基体上に酸化亜鉛膜を形成する方法であって、前記基体を前記水溶液から搬出した後に、前記基体の前記電極と対向していない面の少なくとも端部を、薬液を供給した吸水性を有する部材と接触させることにより、前記電解析出法によって前記基体の前記電極と対向していない面に形成された副生成物を溶解除去することを特徴とする。   The present invention provides (1) energizing between a substrate immersed in an aqueous solution containing at least zinc ions and carbohydrates, and an electrode disposed opposite to the substrate immersed in the aqueous solution, A method of forming a zinc oxide film on a substrate, wherein after removing the substrate from the aqueous solution, at least an end of a surface of the substrate not facing the electrode has a water-absorbing member supplied with a chemical solution. By contacting with, the by-product formed on the surface of the substrate not facing the electrode by the electrolytic deposition method is dissolved and removed.

また本発明は、(2)少なくとも亜鉛イオンおよび炭水化物を含有してなる水溶液に浸漬された基体と、該水溶液に浸漬された前記基体と対向して配置された電極との間に通電して、前記基体上に酸化亜鉛膜を形成する方法であって、前記基体を前記水溶液から搬出した後に、前記基体の前記電極と対向していない面に直接、薬液を供給し、前記基体の前記電極と対向していない面の少なくとも端部を、吸水性を有する部材と接触させることにより、前記電解析出法によって前記基体の前記電極と対向していない面に形成された副生成物を溶解除去することを特徴とする。   Also, the present invention provides (2) energizing between a substrate immersed in an aqueous solution containing at least zinc ions and carbohydrates, and an electrode disposed opposite to the substrate immersed in the aqueous solution, A method of forming a zinc oxide film on the substrate, wherein after removing the substrate from the aqueous solution, a chemical solution is directly supplied to a surface of the substrate that is not opposed to the electrode, and the electrode of the substrate is By contacting at least the end of the non-facing surface with a member having water absorption, a by-product formed on the surface of the base not facing the electrode by the electrolytic deposition method is dissolved and removed. It is characterized by the following.

また本発明は、(3)前記基体上に銀を含む反射層を形成し、その上に酸化亜鉛膜を形成することを特徴とする。   Further, the present invention is characterized in that (3) a reflection layer containing silver is formed on the substrate, and a zinc oxide film is formed thereon.

また本発明は、(4)前記薬液が、前記水溶液に含まれるイオンからなる酸であることを特徴とする。   Further, the present invention is characterized in that (4) the chemical solution is an acid composed of ions contained in the aqueous solution.

また本発明は、(5)前記基体の前記電極と対向していない面の少なくとも端部を、吸水性を有する部材と接触させる工程の後に、前記基体に水を吹き付ける工程を行うことを特徴とし、さらに(6)前記水を吹き付ける工程を、前記基体の両面に実施することを特徴とする。   Further, the present invention is characterized in that (5) a step of spraying water on the base is performed after a step of contacting at least an end of a surface of the base not facing the electrode with a member having water absorbency. Further, (6) the step of spraying the water is performed on both surfaces of the base.

また本発明は、(7)上記本発明の酸化亜鉛膜の形成方法を用いて形成された酸化亜鉛膜上に、プラズマCVD法により半導体層を積層形成する工程を有することを特徴とする光起電力素子の形成方法である。   The present invention also provides (7) a photovoltaic method comprising a step of laminating a semiconductor layer by a plasma CVD method on a zinc oxide film formed by using the method for forming a zinc oxide film of the present invention. This is a method for forming a power element.

前述した手段(1)、(2)によれば、電解析出による酸化亜鉛薄膜形成において、基体裏面に副生成物の付着の無い、且つ、成膜面側に薬液の影響が無い、酸化亜鉛薄膜基板を形成することが可能になる。これにより基板形成後の真空雰囲気の工程(半導体層形成工程や透明導電膜形成工程など)において、真空装置内で副生成物に起因する脱ガスが発生し、雰囲気ガス中に不純物が混入し、特性を低下させることを防止できる。
前述した手段(3)によれば、浴を汚染することなく基体の片面のみに酸化亜鉛薄膜を良好な状態で形成することが可能である。
前述した手段(4)によれば、薬液に対しての排水処理設備を新たに増設する必要が無くなる。
前述した手段(5)、(6)によれば、成膜面側への薬液の影響を無くし、基体の片面にのみ酸化亜鉛薄膜を良好な状態で形成することが可能になる。
前述した手段(7)によれば、本発明の酸化亜鉛薄膜の形成方法を光起電力素子(太陽電池)の裏面反射層の製造方法に適用することにより、太陽電池の短絡電流密度、光電変換効率の増加、さらに良品率を向上させる。また、スパッタ法や蒸着法に比べて材料コスト、ランニングコストが非常に有利(約100分の1のコスト)であるため太陽光発電の本格的な普及に寄与することができる。
According to the above-mentioned means (1) and (2), in the formation of a zinc oxide thin film by electrolytic deposition, there is no adhesion of by-products on the back surface of the substrate and no influence of a chemical solution on the film formation surface side. It becomes possible to form a thin film substrate. As a result, in a vacuum atmosphere process (such as a semiconductor layer formation process or a transparent conductive film formation process) after the substrate is formed, degassing due to by-products occurs in the vacuum apparatus, and impurities are mixed into the atmosphere gas. Deterioration of characteristics can be prevented.
According to the above-mentioned means (3), it is possible to form a zinc oxide thin film on only one side of the substrate in good condition without contaminating the bath.
According to the means (4) described above, it is not necessary to newly add a wastewater treatment facility for the chemical solution.
According to the means (5) and (6) described above, it is possible to eliminate the influence of the chemical solution on the film forming surface side and to form a zinc oxide thin film on only one surface of the substrate in a favorable state.
According to the means (7) described above, by applying the method for forming a zinc oxide thin film of the present invention to the method for manufacturing the back reflection layer of a photovoltaic element (solar cell), the short-circuit current density of the solar cell and the photoelectric conversion Increase efficiency and improve non-defective rate. Further, since the material cost and the running cost are very advantageous (about 1/100 of the cost) as compared with the sputtering method and the vapor deposition method, it can contribute to the full-fledged spread of solar power generation.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明するが、本発明は本実施形態に限るものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the embodiments.

図3は、本発明による光起電力素子の一例を示す模式的な断面図である。図中301は基板、302−1Aは非晶質n型半導体層、302−2Aは結晶相を含むi型半導体層、302−3Aは結晶相を含むp型半導体層、303は透明導電層、304は集電電極である。   FIG. 3 is a schematic sectional view showing an example of the photovoltaic device according to the present invention. In the figure, 301 is a substrate, 302-1A is an amorphous n-type semiconductor layer, 302-2A is an i-type semiconductor layer containing a crystalline phase, 302-3A is a p-type semiconductor layer containing a crystalline phase, 303 is a transparent conductive layer, 304 is a collecting electrode.

図4は、図3における基板301の一構成例を示す模式的な断面図である。図中301−1は基体、301−2は反射層、301−3は酸化亜鉛層である。これらは基板301の構成部材であり、反射層は必要に応じて形成される。   FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing one configuration example of the substrate 301 in FIG. In the figure, 301-1 is a substrate, 301-2 is a reflective layer, and 301-3 is a zinc oxide layer. These are constituent members of the substrate 301, and the reflection layer is formed as necessary.

以下、各部材について説明する。   Hereinafter, each member will be described.

(基体)
基体301−1としては、金属、樹脂、ガラス、セラミックス、半導体バルク等からなる板状部材やシート状部材が好適に用いられる。その表面には微細な凸凹を有していてもよい。透明基体を用いて基体側から光が入射する構成としてもよい。また、基体を長尺の形状とすることによってロール・ツー・ロール法を用いた連続成膜を行うことができる。特にステンレス、ポリイミド等の可撓性を有する材料は基体の材料として好適である。
(Substrate)
As the base 301-1, a plate-like member or a sheet-like member made of metal, resin, glass, ceramics, semiconductor bulk, or the like is preferably used. The surface may have fine irregularities. A structure may be employed in which light is incident from the substrate side using a transparent substrate. Further, by forming the base into a long shape, continuous film formation using a roll-to-roll method can be performed. In particular, a flexible material such as stainless steel or polyimide is suitable as a material for the base.

(反射層)
反射層301−2は電極としての役割と、到達した光を反射して半導体層で再利用させる反射層としての役割とを有する。その材料としては、Al、Cu、Ag、Au、CuMg、AlSiやこれらの合金を好適に用いることができる。また反射層をNi、Cr、Tiなどの遷移金属との積層構造とすることも好適に用いることができる。そうすることによって基体と反射層の密着性をより向上させる効果が期待できる。反射層の形成方法としては、蒸着、スパッタ、電析、印刷等の方法が好適である。反射層は、その表面に凸凹を有することが好ましい。それにより反射光の半導体層内での光路長を伸ばし、短絡電流を増大させることができる。
(Reflective layer)
The reflection layer 301-2 has a role as an electrode and a role as a reflection layer that reflects the reached light and reuses it in the semiconductor layer. As the material, Al, Cu, Ag, Au, CuMg, AlSi and alloys thereof can be suitably used. Further, it is also possible to suitably use the reflection layer having a laminated structure with a transition metal such as Ni, Cr, or Ti. By doing so, an effect of further improving the adhesion between the substrate and the reflective layer can be expected. As a method for forming the reflective layer, methods such as vapor deposition, sputtering, electrodeposition, and printing are suitable. It is preferable that the reflective layer has irregularities on its surface. Thereby, the optical path length of the reflected light in the semiconductor layer can be extended, and the short-circuit current can be increased.

(酸化亜鉛層)
酸化亜鉛層301−3は、入射光及び反射光の乱反射を増大し、半導体層内での光路長を伸ばす役割を有する。また、反射層の元素が半導体層へ拡散あるいはマイグレーションを起こし、光起電力素子がシャントすることを防止する役割を有する。さらに、適度な抵抗をもつことにより、半導体層のピンホール等の欠陥によるショートを防止する役割を有する。乱反射が十分大きくなるよう、酸化亜鉛層はその表面に凸凹を有していることが望ましい。
(Zinc oxide layer)
The zinc oxide layer 301-3 has a role of increasing irregular reflection of incident light and reflected light and extending an optical path length in the semiconductor layer. In addition, the photovoltaic element has a role of preventing the element of the reflection layer from diffusing or migrating into the semiconductor layer and causing the photovoltaic element to shunt. Further, by having an appropriate resistance, it has a role of preventing a short circuit due to a defect such as a pinhole in the semiconductor layer. It is desirable that the zinc oxide layer has irregularities on its surface so that diffuse reflection is sufficiently large.

電析法によって酸化亜鉛膜を形成する条件は、耐腐食性容器内に、硝酸イオン、亜鉛イオンを含んだ水溶液を用いるのが好ましい。硝酸イオン、亜鉛イオンの濃度は、0.002mol/lから2.0mol/lの範囲にあるのが望ましく、0.01mol/lから1.0mol/lの範囲にあるのがより望ましく、0.1mol/lから0.5mol/lの範囲にあるのがさらに望ましい。硝酸イオン、亜鉛イオンの供給源としては特に限定するものではなく、両方のイオンの供給源である硝酸亜鉛でもよいし、硝酸イオンの供給源である硝酸アンモニウムなどの水溶性の硝酸塩と、亜鉛イオンの供給源である硫酸亜鉛などの亜鉛塩の混合物であってもよい。さらに、水溶液に、異常成長を抑制したり密着性を向上させるために、サッカロースやデキストリンなどの炭水化物を加えることも好ましいものである。ただし過剰の炭水化物は、酸化亜鉛のC軸配向に特定する働きが強まり、表面形状を平坦化させるため好ましくない。以上のことから、水溶液中の炭水化物の量は炭水化物の種類にもよるが概ね、サッカロースの場合には、1g/lから500g/l、さらに好ましくは3g/lから100g/lが好ましい範囲としてあげられ、デキストリンの場合には、0.01g/lから10g/l、さらに好ましくは、0.025g/lから1g/lが好ましい範囲としてあげられる。   As a condition for forming a zinc oxide film by the electrodeposition method, it is preferable to use an aqueous solution containing nitrate ions and zinc ions in a corrosion-resistant container. The concentrations of nitrate ions and zinc ions are desirably in the range of 0.002 mol / l to 2.0 mol / l, more desirably in the range of 0.01 mol / l to 1.0 mol / l. More preferably, it is in the range of 1 mol / l to 0.5 mol / l. The source of nitrate ion and zinc ion is not particularly limited, and zinc nitrate, which is a source of both ions, or a water-soluble nitrate such as ammonium nitrate, which is a source of nitrate ion, and zinc ion It may be a mixture of zinc salts such as zinc sulfate as a source. Further, it is also preferable to add a carbohydrate such as saccharose or dextrin to the aqueous solution in order to suppress abnormal growth or improve adhesion. However, excessive carbohydrates are not preferable because the action of specifying the C-axis orientation of zinc oxide is enhanced and the surface shape is flattened. From the above, the amount of carbohydrate in the aqueous solution depends on the type of carbohydrate, but is generally in the range of 1 g / l to 500 g / l, more preferably 3 g / l to 100 g / l in the case of saccharose. In the case of dextrin, the preferred range is 0.01 g / l to 10 g / l, more preferably 0.025 g / l to 1 g / l.

電析法により酸化亜鉛膜を堆積する場合には、前記の水溶液中に酸化亜鉛膜を堆積する基体を陰極にし、亜鉛、白金、炭素などを陽極とするのが好ましい。ここで、電析法を用いて酸化亜鉛膜を形成する場合には、水溶液中の硝酸イオン、亜鉛イオンの濃度、水溶液の温度、水溶液のpH、水溶液の攪拌方法、炭水化物などの添加物を制御することによって、形成される酸化亜鉛の膜構造や形状や配向性の制御を可能にならしめるが、酸化亜鉛膜の膜構造は、上述した電析法の条件に加え、基体の材質、表面形状、反射層の有無、反射層の材質、反射層の表面形状などの影響も受け、さらに酸化亜鉛膜を、スパッタ法で形成した第一の酸化亜鉛膜301−3Aと、該第一の酸化亜鉛膜上に、水溶液からの電気化学的反応による電析法で形成した第二の酸化亜鉛膜301−3Bによる積層構成とした場合には、第一の酸化亜鉛膜の表面形状、膜厚などによっても、電析法で形成した酸化亜鉛膜の膜構造は影響を受ける。   When a zinc oxide film is deposited by an electrodeposition method, it is preferable that a substrate on which the zinc oxide film is deposited in the aqueous solution is used as a cathode and zinc, platinum, carbon, or the like is used as an anode. Here, when the zinc oxide film is formed using the electrodeposition method, the concentration of nitrate ions and zinc ions in the aqueous solution, the temperature of the aqueous solution, the pH of the aqueous solution, the method of stirring the aqueous solution, and the additives such as carbohydrates are controlled. By doing so, it is possible to control the film structure, shape and orientation of the formed zinc oxide, but the film structure of the zinc oxide film is based on the conditions of the above-described electrodeposition method, the material of the substrate, and the surface shape. And the presence or absence of a reflective layer, the material of the reflective layer, the surface shape of the reflective layer, and the like. Further, a zinc oxide film is formed by a first zinc oxide film 301-3A formed by a sputtering method and the first zinc oxide. In the case of a laminated structure of the second zinc oxide film 301-3B formed on the film by an electrodeposition method by an electrochemical reaction from an aqueous solution, depending on the surface shape, the film thickness, and the like of the first zinc oxide film. The zinc oxide film formed by the electrodeposition method It is affected.

スパッタ法によって酸化亜鉛膜(第一の酸化亜鉛膜301−3A)を形成する条件は、方法やガスの種類と流量、内圧、投入電力、成膜速度、基板温度等が大きく影響を及ぼす。例えばDCマグネトロンスパッタ法で、酸化亜鉛ターゲットを用いて酸化亜鉛膜を形成する場合には、ガスの種類としてはAr、Ne、Kr、Xe、Hg、O2などがあげられ、流量は、装置の大きさと排気速度によって異なるが、例えば成膜空間の容積が20リットルの場合、1cm3/min(normal)から100cm3/min(normal)が好ましい。また成膜時の内圧は10mPaから10Paが好ましい。投入電力は、ターゲットの大きさにもよるが、10Wから10kWが好ましい。また基板温度は、成膜速度によって好適な範囲が異なるが、70℃から450℃であることが好ましい。 The conditions for forming the zinc oxide film (first zinc oxide film 301-3A) by the sputtering method are greatly affected by the method, the type and the flow rate of the gas, the internal pressure, the input power, the film formation rate, the substrate temperature, and the like. For example, when a zinc oxide film is formed by a DC magnetron sputtering method using a zinc oxide target, the types of gas include Ar, Ne, Kr, Xe, Hg, O 2, and the like, and the flow rate is controlled by the apparatus. Although it differs depending on the size and the pumping speed, for example, when the volume of the film forming space is 20 liters, it is preferably 1 cm 3 / min (normal) to 100 cm 3 / min (normal). The internal pressure during film formation is preferably from 10 mPa to 10 Pa. The input power depends on the size of the target, but is preferably from 10 W to 10 kW. Although the suitable range of the substrate temperature varies depending on the film formation rate, it is preferably from 70 ° C. to 450 ° C.

(基板)
本発明においては、前記基体上に酸化亜鉛層を形成したものを基板という。上記方法により、基体上に酸化亜鉛層を積層して基板を形成する。また、必要に応じて基板に反射層を設けてもよい。
(substrate)
In the present invention, a substrate obtained by forming a zinc oxide layer on the substrate is referred to as a substrate. By the above method, a substrate is formed by laminating a zinc oxide layer on a substrate. Further, a reflection layer may be provided on the substrate as needed.

(半導体層)
半導体層にシリコン系薄膜を用いた場合の主たる材料としては、非晶質相あるいは結晶相、さらにはこれらの混相系が用いられる。Siに代えて、SiとC又はGeとの合金を用いても構わない。半導体層には同時に、水素及び/又はハロゲン原子が含有される。その好ましい含有量は0.1〜40原子%である。さらに半導体層は、酸素、窒素などを含有してもよい。半導体層をp型半導体層とするにはIII属元素、n型半導体層とするにはV属元素を含有する。
(Semiconductor layer)
When a silicon-based thin film is used for the semiconductor layer, the main material is an amorphous phase or a crystalline phase, or a mixed phase of these. Instead of Si, an alloy of Si and C or Ge may be used. The semiconductor layer contains hydrogen and / or halogen atoms at the same time. The preferred content is 0.1 to 40 atomic%. Further, the semiconductor layer may contain oxygen, nitrogen, and the like. The semiconductor layer contains a Group III element to be a p-type semiconductor layer, and contains a Group V element to be an n-type semiconductor layer.

p型半導体層及びn型半導体層の電気特性としては、活性化エネルギーが0.2eV以下のものが好ましく、0.1eV以下のものが最適である。また比抵抗としては100Ωcm以下が好ましく、1Ωcm以下が最適である。スタックセル(pin接合を複数有する光起電力素子)の場合、光入射側に近いpin接合のi型半導体層はバンドギャップが広く、遠いpin接合になるに随いバンドギャップが狭くなるのが好ましい。また、i層内部ではその膜厚方向の中心よりもp層寄りにバンドギャップの極小値があるのが好ましい。光入射側のドープ層(p型層もしくはn型層)は光吸収の少ない結晶性の半導体か、又はバンドギャップの広い半導体が適している。   Regarding the electrical characteristics of the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer, those having an activation energy of 0.2 eV or less are preferable, and those having an activation energy of 0.1 eV or less are optimal. The specific resistance is preferably 100 Ωcm or less, and most preferably 1 Ωcm or less. In the case of a stacked cell (a photovoltaic device having a plurality of pin junctions), it is preferable that the band gap of the i-type semiconductor layer of the pin junction near the light incident side is wide, and the band gap becomes narrower as the pin junction becomes farther. . Further, it is preferable that the band gap has a minimum value closer to the p layer than the center in the thickness direction in the i layer. As the doped layer (p-type layer or n-type layer) on the light incident side, a crystalline semiconductor with low light absorption or a semiconductor with a wide band gap is suitable.

pin接合を2組積層したスタックセルの例としては、i型シリコン系半導体層の組み合わせとして、光入射側から(アモルファス半導体層、結晶相を含む半導体層)、(結晶相を含む半導体層、結晶相を含む半導体層)、(アモルファス半導体層、アモルファス半導体層)となるものがあげられる。また、pin接合を3組積層した光起電力素子の例としては、i型シリコン系半導体層の組み合わせとして、光入射側から(アモルファス半導体層、アモルファス半導体層、結晶相を含む半導体層)、(アモルファス、結晶相を含む半導体層、結晶相を含む半導体層)、(結晶相を含む半導体層、結晶相を含む半導体層、結晶相を含む半導体層)となるものがあげられる。   As an example of a stack cell in which two sets of pin junctions are stacked, a combination of an i-type silicon-based semiconductor layer includes (amorphous semiconductor layer, semiconductor layer containing crystal phase), (semiconductor layer containing crystal phase, crystal Phase-containing semiconductor layer) and (amorphous semiconductor layer, amorphous semiconductor layer). Further, as an example of a photovoltaic element in which three sets of pin junctions are stacked, as a combination of i-type silicon-based semiconductor layers, from the light incident side (amorphous semiconductor layer, amorphous semiconductor layer, semiconductor layer including crystal phase), ( A semiconductor layer containing an amorphous or crystalline phase; a semiconductor layer containing a crystalline phase; and a semiconductor layer containing a crystalline phase, a semiconductor layer containing a crystalline phase, and a semiconductor layer containing a crystalline phase.

i型半導体層としては光(630nm)の吸収係数(α)が5000cm-1以上、ソーラーシミュレーター(AM1.5、100mW/cm2)による擬似太陽光照射下の光伝導度(σp)が10×10-5S/cm以上、暗伝導度(σd)が10×10-6S/cm以下、コンスタントフォトカレントメソッド(CPM)によるアーバックエナジーが55meV以下であるのが好ましい。i型半導体層としては、わずかにp型、n型になっているものでも使用することができる。 The i-type semiconductor layer has an absorption coefficient (α) of light (630 nm) of 5000 cm −1 or more, and a photoconductivity (σp) of 10 × under simulated sunlight irradiation by a solar simulator (AM 1.5, 100 mW / cm 2 ). 10 -5 S / cm or more and, dark conductivity (.sigma.d) is 10 × 10 -6 S / cm or less, Urbach energy by the constant photocurrent method (CPM) is is preferably not more than 55 meV. As the i-type semiconductor layer, even a slightly p-type or n-type semiconductor layer can be used.

(半導体層の形成方法)
シリコン系半導体、及び上述の半導体層を形成するには、高周波プラズマCVD法が適している。以下、高周波プラズマCVD法によって半導体層を形成する手順の好適な例を示す。
(Method of forming semiconductor layer)
In order to form a silicon-based semiconductor and the above-described semiconductor layer, a high-frequency plasma CVD method is suitable. Hereinafter, a preferred example of a procedure for forming a semiconductor layer by a high-frequency plasma CVD method will be described.

減圧状態にできる堆積室(真空チャンバー)内を所定の堆積圧力に減圧する。堆積室内に原料ガス、希釈ガス等の材料ガスを導入し、堆積室内を真空ポンプによって排気しつつ、堆積室内を所定の堆積圧力に設定する。基板301をヒーターによって所定の温度に設定する。高周波電源によって発振された高周波を前記堆積室に導入する。前記堆積室への高周波の導入方法は、高周波を導波管によって導き、アルミナセラミックスなどの誘電体窓を介して堆積室内に導入する方法、或いは高周波を同軸ケーブルによって導き、金属電極を介して堆積室内に導入する方法がある。堆積室内にプラズマを生起させて原料ガスを分解し、堆積室内に配置された基板301上に堆積膜を形成する。この手順を必要に応じて複数回繰り返して半導体層を形成する。半導体層の形成条件としては、堆積室内の基板温度は100〜450℃、圧力は50mPa〜1500Pa、高周波パワーは0.001〜1W/cm3が好適な条件としてあげられる。 The pressure in the deposition chamber (vacuum chamber) that can be reduced in pressure is reduced to a predetermined deposition pressure. A material gas such as a source gas and a dilution gas is introduced into the deposition chamber, and the deposition chamber is set to a predetermined deposition pressure while the deposition chamber is evacuated by a vacuum pump. The substrate 301 is set at a predetermined temperature by a heater. The high frequency oscillated by the high frequency power supply is introduced into the deposition chamber. The method of introducing high frequency into the deposition chamber is a method in which high frequency is guided by a waveguide and introduced into the deposition chamber through a dielectric window such as alumina ceramics, or high frequency is guided by a coaxial cable and deposited through a metal electrode. There is a method to introduce it indoors. Plasma is generated in the deposition chamber to decompose the source gas, and a deposited film is formed on the substrate 301 placed in the deposition chamber. This procedure is repeated a plurality of times as necessary to form a semiconductor layer. Suitable conditions for forming the semiconductor layer include a substrate temperature in a deposition chamber of 100 to 450 ° C., a pressure of 50 mPa to 1500 Pa, and a high frequency power of 0.001 to 1 W / cm 3 .

本発明のシリコン系半導体、及び上述の半導体層の形成に適した原料ガスとしては、SiH4、Si26、SiF4等のシリコン原子を含有したガス化しうる化合物があげられる。合金系にする場合にはさらに、GeH4やCH4などのようにGeやCを含有したガス化しうる化合物を原料ガスに添加することが望ましい。原料ガスは、希釈ガスで希釈して堆積室内に導入することが望ましい。希釈ガスとしては、H2やHeなどがあげられる。さらに窒素、酸素等を含有したガス化しうる化合物を原料ガス乃至希釈ガスとして添加してもよい。半導体層をp型層とするためのドーパントガスとしてはB26、BF3等が用いられる。また、半導体層をn型層とするためのドーパントガスとしては、PH3、PF3等が用いられる。結晶相の薄膜や、SiC等の光吸収が少ないかバンドギャップの広い層を堆積する場合には、原料ガスに対する希釈ガスの割合を増やし、比較的高いパワーの高周波を導入するのが好ましい。 Examples of the source gas suitable for forming the silicon-based semiconductor of the present invention and the above-described semiconductor layer include a gasizable compound containing silicon atoms, such as SiH 4 , Si 2 H 6 , and SiF 4 . In the case of using an alloy, it is desirable to further add a gasizable compound containing Ge or C, such as GeH 4 or CH 4 , to the source gas. It is desirable that the source gas be diluted with a dilution gas and introduced into the deposition chamber. Examples of the diluent gas include H 2 and He. Further, a gasifiable compound containing nitrogen, oxygen or the like may be added as a source gas or a diluent gas. B 2 H 6 , BF 3 or the like is used as a dopant gas for converting the semiconductor layer into a p-type layer. PH 3 , PF 3 or the like is used as a dopant gas for converting the semiconductor layer into an n-type layer. When depositing a thin film of a crystalline phase or a layer having a small light absorption or a wide band gap such as SiC, it is preferable to increase the ratio of the diluent gas to the source gas and to introduce a relatively high power high frequency.

(透明導電層)
透明導電層303は、光入射側の電極であるとともに、その膜厚を適当に設定することにより反射防止膜の役割を兼ねることができる。透明導電層は、半導体層の吸収可能な波長領域において高い透過率を有することと、抵抗率が低いことが要求される。好ましくは550nmにおける透過率が80%以上、より好ましくは85%以上であることが望ましい。透明導電層の材料としては、ITO、ZnO、In23等を好適に用いることができる。その形成方法としては、蒸着、CVD、スプレー、スピンオン、浸漬などの方法が好適である。これらの材料に導電率を変化させる物質を添加してもよい。
(Transparent conductive layer)
The transparent conductive layer 303 is an electrode on the light incident side, and can also serve as an antireflection film by appropriately setting the film thickness. The transparent conductive layer is required to have a high transmittance in a wavelength region in which the semiconductor layer can absorb light and to have a low resistivity. Preferably, the transmittance at 550 nm is at least 80%, more preferably at least 85%. As a material of the transparent conductive layer, ITO, ZnO, In 2 O 3 or the like can be preferably used. As the formation method, methods such as vapor deposition, CVD, spray, spin-on, and immersion are suitable. A substance that changes the conductivity may be added to these materials.

(集電電極)
集電電極304は集電効率を向上するために透明導電層上に設けられる。その形成方法として、マスクを用いてスパッタによって電極パターンの金属を形成する方法や、導電性ペーストあるいは半田ペーストを印刷する方法、金属線を導電性ペーストで固着する方法などが好適である。
(Collecting electrode)
The current collecting electrode 304 is provided on the transparent conductive layer in order to improve current collecting efficiency. As the forming method, a method of forming metal of an electrode pattern by sputtering using a mask, a method of printing a conductive paste or a solder paste, a method of fixing a metal wire with a conductive paste, and the like are preferable.

本発明の酸化亜鉛膜の形成方法は、図4に例示したような基板301を形成する際、前述のようにして酸化亜鉛膜を成膜し、電析浴から搬出した後に、基体の裏面(前記亜鉛、白金、炭素などの陽極電極と対向していない面)に形成された副生成物を、吸水性を有する部材及び所定の薬液等を用いて溶解除去することを特徴とするものであり、以下に、この吸水性を有する部材及び薬液等について説明する。   According to the method for forming a zinc oxide film of the present invention, when forming a substrate 301 as illustrated in FIG. 4, after forming a zinc oxide film as described above and carrying it out of the electrodeposition bath, By-products formed on the surface not facing the anode electrode such as zinc, platinum, and carbon) are dissolved and removed by using a water-absorbing member, a predetermined chemical solution, and the like. Hereinafter, the water-absorbing member, the chemical solution, and the like will be described.

(吸水性を有する部材)
本発明で使用する吸水性を有する部材は、薬液が成膜面に触れないようにする構成が好ましい。そのため、吸水性を有し、かつ耐薬品性にすぐれた部材であることが求められる。具体的には、PVA,PVC、ウレタン等の樹脂が好ましい。吸水性を有する部材の形状は、ブレード状,ローラー状等が挙げられ、薬液が成膜面に触れないようにすることの他に、長尺基板の搬送に悪影響を与えない、基板に与える損傷が少ないという点からはローラー状が好ましい。ローラー状の吸水性を有する部材の接触のさせ方としては、長尺基板に対して従動する程度の圧力で接触させることが好ましい。
(Water-absorbing member)
The water-absorbing member used in the present invention preferably has a configuration in which the chemical solution does not touch the film formation surface. Therefore, it is required that the member has water absorption and is excellent in chemical resistance. Specifically, resins such as PVA, PVC, and urethane are preferable. Examples of the shape of the member having water absorbency include a blade shape, a roller shape, and the like. In addition to preventing the chemical solution from touching the film formation surface, damage to the substrate that does not adversely affect the conveyance of the long substrate is given. The roller shape is preferred from the viewpoint that the amount is small. As a method of contacting the roller-shaped member having water absorbency, it is preferable to contact the long substrate with a pressure enough to follow the long substrate.

また、吸水性を有する部材の設置場所は、酸化亜鉛薄膜を形成する槽と水洗槽の間に設置するのが好ましい。   In addition, it is preferable that the member having the water absorbing property is installed between the tank for forming the zinc oxide thin film and the washing tank.

(薬液)
本発明で使用する、基体裏面に付着した副生成物を溶解させる薬液は、水溶液(電析浴)に含まれるイオンを含む酸であることが好ましい。理由は、水溶液に含まれるイオンを含む酸であると、排水処理設備を新たに増設する必要が無いからである。
(Chemical solution)
The chemical solution for dissolving by-products attached to the back surface of the substrate used in the present invention is preferably an acid containing ions contained in an aqueous solution (electrodeposition bath). The reason is that if the acid contains ions contained in the aqueous solution, it is not necessary to newly add a wastewater treatment facility.

また、亜鉛イオンと硝酸イオンとを含む水溶液から酸化亜鉛薄膜を電気化学的に析出させる場合は、硝酸水溶液の使用が好ましい。その場合の硝酸水溶液の濃度は0.01wt%から10wt%、さらに好ましくは0.05wt%から5wt%が好ましい範囲としてあげられる。また、硝酸水溶液の温度は10℃から40℃、さらに好ましくは20℃から30℃が好ましい範囲としてあげられる。   In addition, when a zinc oxide thin film is electrochemically deposited from an aqueous solution containing zinc ions and nitrate ions, it is preferable to use an aqueous nitric acid solution. In this case, the concentration of the nitric acid aqueous solution is preferably 0.01 wt% to 10 wt%, more preferably 0.05 wt% to 5 wt%. The temperature of the aqueous nitric acid solution is preferably in the range of 10 ° C to 40 ° C, more preferably 20 ° C to 30 ° C.

基体裏面への薬液の供給方法は、シャワーによる吹き付けか、吸水性を有する部材による塗布が好ましい。   As a method of supplying the chemical solution to the back surface of the base, spraying by a shower or application by a member having a water absorbing property is preferable.

(水)
上記のようにして基体裏面へ薬液を供給し吸水性を有する部材と接触させた後に、水によって薬液を洗い流す。このとき、洗浄済みの液が基板のおもて面に触れるのを抑制する構成が好ましい。具体的には、水を基板の両面に吹き付ける構成は好ましい。
(water)
After the chemical is supplied to the back surface of the base and brought into contact with a member having water absorbency as described above, the chemical is washed away with water. At this time, it is preferable to adopt a configuration in which the cleaned liquid is prevented from touching the front surface of the substrate. Specifically, a configuration in which water is sprayed on both surfaces of the substrate is preferable.

以上のようにして酸化亜鉛膜を形成することにより、基体裏面に副生成物の付着の無い、且つ、成膜面側に薬液の影響が無い、酸化亜鉛薄膜基板を形成することができる。   By forming a zinc oxide film as described above, a zinc oxide thin film substrate can be formed without by-products adhering to the back surface of the substrate and without being affected by a chemical solution on the film formation surface side.

本発明の光起電力素子の形成方法は、以上のようにして形成された基板の酸化亜鉛膜上に、プラズマCVD法により前述の半導体層を積層形成する工程を有することを特徴とするものである。本発明によって得られる酸化亜鉛薄膜基板を用いることにより、この半導体層形成工程、さらには透明導電膜形成工程などにおいて、真空装置内で副生成物に起因する脱ガスが発生し、雰囲気ガス中に不純物が混入し、特性を低下させることを極めて効果的に防止することができる。   The method for forming a photovoltaic element of the present invention includes a step of laminating and forming the above-described semiconductor layer by a plasma CVD method on a zinc oxide film of a substrate formed as described above. is there. By using the zinc oxide thin film substrate obtained by the present invention, in this semiconductor layer forming step, furthermore, in the transparent conductive film forming step, etc., outgassing due to by-products occurs in a vacuum apparatus, and the atmosphere gas contains It is possible to very effectively prevent impurities from being mixed and deteriorating the characteristics.

なお、必要に応じて光起電力素子の両面に保護層を形成することがある。同時に光起電力素子の裏面(光入射側と反射側)などに鋼板等の補強材を併用してもよい。   Note that protective layers may be formed on both surfaces of the photovoltaic element as needed. At the same time, a reinforcing material such as a steel plate may be used in combination on the back surface (light incident side and reflection side) of the photovoltaic element.

以下の実施例では、光起電力素子として太陽電池を例に挙げて本発明を具体的に説明するが、これらによって本発明は、なんら限定されるものではない。   In the following examples, the present invention will be specifically described by taking a solar cell as an example of a photovoltaic element, but the present invention is not limited thereto.

(実施例1)
本実施例は、図1に示すロール・ツー・ロール実験装置を用いて基板(酸化亜鉛薄膜基板)を形成した例である。図1中、100は長尺基板、101は堆積膜形成装置、102は送り出しローラー、103は巻き取りローラー、111は電析槽、113は水洗容器、114は純水シャワー、115は吸水性を有する部材、116は乾燥容器、117は赤外線ヒーター、121は対向電極(陽極)、131は電源である。
(Example 1)
This embodiment is an example in which a substrate (a zinc oxide thin film substrate) is formed using the roll-to-roll experimental apparatus shown in FIG. In FIG. 1, 100 is a long substrate, 101 is a deposited film forming apparatus, 102 is a feeding roller, 103 is a take-up roller, 111 is an electrodeposition tank, 113 is a washing vessel, 114 is a pure water shower, and 115 is water absorbing property. Reference numeral 116 denotes a drying container, 117 denotes an infrared heater, 121 denotes a counter electrode (anode), and 131 denotes a power supply.

あらかじめ、ロール状のSUS430 2D(幅400mm、長さ200m、厚さ0.125mm)に反射層をロール対応のDCマグネトロンスパッタ装置により銀400nm(4000Å)堆積し、その上に同様のロール対応のDCマグネトロンスパッタ装置により200nm(2000Å)の酸化亜鉛薄膜を堆積した長尺基板100上に、以下のようにして電析による酸化亜鉛層を形成した。   A reflection layer is deposited in advance on a roll-shaped SUS430 2D (400 mm in width, 200 m in length, 0.125 mm in thickness) by a DC magnetron sputtering apparatus for rolls, and 400 nm of silver (4000 °) is deposited thereon. A zinc oxide layer was formed by electrodeposition as follows on a long substrate 100 on which a 200 nm (2000 °) zinc oxide thin film was deposited by a magnetron sputtering apparatus.

長尺基板100は搬送ローラーを経て、電析槽111に搬送される。電析浴は、硝酸亜鉛0.2mol/l、デキストリン0.1g/lを含んでおり、浴中を撹拌するために液循環処理がなされている。液温は80℃の温度に保たれており、pHは4.0〜6.0に保持される。対向電極121は亜鉛板(4−N、幅380mm、長さ150mm)が用いられる。電流は、陰極側の長尺基板100をアースとして、陽極側の対向電極121と長尺基板100との間で10mA/cm2(1.0A/dm2)を通電し、電解析出を行った。 The long substrate 100 is transported to the electrodeposition tank 111 via the transport rollers. The electrodeposition bath contains 0.2 mol / l of zinc nitrate and 0.1 g / l of dextrin, and a liquid circulation process is performed to stir the bath. The liquid temperature is maintained at a temperature of 80 ° C., and the pH is maintained at 4.0 to 6.0. As the counter electrode 121, a zinc plate (4-N, width 380 mm, length 150 mm) is used. As for the current, 10 mA / cm 2 (1.0 A / dm 2 ) is applied between the counter electrode 121 on the anode side and the long substrate 100 while the long substrate 100 on the cathode side is grounded to perform electrolytic deposition. Was.

そして本実施例では、長尺基板が電析槽111から搬出された後に、長尺基板の陽極と対向していない面(裏面)に吸水性を有する部材115としてPVA製のスポンジローラー(直径45mm、幅450mm)を基板の動きに従動するように接触させ、前記スポンジローラーに1%の硝酸を不図示の定量ポンプを用いて50ml/minの流量で供給し、裏面に付着した副生成物を溶解させた。   In the present embodiment, after the long substrate is carried out of the electrodeposition tank 111, a sponge roller (45 mm in diameter) made of PVA is used as the water-absorbing member 115 on the surface (back surface) not facing the anode of the long substrate. , Width 450 mm) so as to follow the movement of the substrate, and 1% nitric acid was supplied to the sponge roller at a flow rate of 50 ml / min using a metering pump (not shown) to remove by-products adhering to the back surface. Dissolved.

また長尺基板が、前記スポンジローラーを通過後すぐに、純水で基板の両面を同時に水洗シャワー114にて水洗を実施した。シャワーの水量は最低毎分2lとすることが好ましい。さらに水洗槽113で水洗された後、乾燥炉116に搬出される。乾燥炉116は、不図示の温風ノズルと赤外線ヒーター117を有しており、温風は撥水も同時に行う。温風ノズルからの温風は80℃に制御し、赤外線ヒーター117は150℃に制御した。   Immediately after the long substrate passed the sponge roller, both surfaces of the substrate were simultaneously rinsed with pure water using a shower 114. The amount of water in the shower is preferably at least 2 l / min. Further, after being washed in the washing tank 113, it is carried out to the drying furnace 116. The drying furnace 116 has a hot air nozzle (not shown) and an infrared heater 117, and the hot air simultaneously performs water repellency. The hot air from the hot air nozzle was controlled at 80 ° C, and the infrared heater 117 was controlled at 150 ° C.

以上のようにして得られた酸化亜鉛薄膜を光学特性(日本分光(株)製 V−570)の波形から光干渉法を用いて膜厚を調べ、更に長尺基板の裏面(反射層、酸化亜鉛層が積層されてない方の面)の副生成物付着状態を目視にて確認した。結果を表1に示す。   The thickness of the zinc oxide thin film obtained as described above is examined from the waveform of the optical characteristics (V-570 manufactured by JASCO Corporation) using the optical interference method, and the back surface of the long substrate (reflection layer, oxidation The state of by-product adhesion on the side where the zinc layer was not laminated) was visually checked. Table 1 shows the results.

(実施例2)
本実施例は、図1に示すロール・ツー・ロール実験装置を用いて基板(酸化亜鉛薄膜基板)を形成した例である。
(Example 2)
This embodiment is an example in which a substrate (a zinc oxide thin film substrate) is formed using the roll-to-roll experimental apparatus shown in FIG.

あらかじめ、ロール状のSUS430 2D(幅400mm、長さ200m、厚さ0.125mm)に反射層をロール対応のDCマグネトロンスパッタ装置により銀300nm(3000Å)堆積し、その上に同様のロール対応のDCマグネトロンスパッタ装置により200nm(2000Å)の酸化亜鉛薄膜を堆積した長尺基板100上に、以下のようにして電析による酸化亜鉛層を形成した。   A reflection layer is previously deposited on a roll-shaped SUS430 2D (400 mm in width, 200 m in length, 0.125 mm in thickness) by a DC magnetron sputtering apparatus for rolls in a thickness of 300 nm (3000 mm). A zinc oxide layer was formed by electrodeposition as follows on a long substrate 100 on which a 200 nm (2000 °) zinc oxide thin film was deposited by a magnetron sputtering apparatus.

長尺基板100は搬送ローラーを経て、電析槽111に搬送される。電析浴は、硝酸亜鉛0.2mol/l、デキストリン0.15g/lを含んでおり、浴中を撹拌するために液循環処理がなされている。液温は80℃の温度に保たれており、pHは4.0〜6.0に保持される。対向電極121は亜鉛板(4−N、幅380mm、長さ150mm)が用いられる。電流は、陰極側の長尺基板100をアースとして、陽極側の対向電極121と長尺基板100との間で10mA/cm2(1.0A/dm2)を通電し、電解析出を行った。 The long substrate 100 is transported to the electrodeposition tank 111 via the transport rollers. The electrodeposition bath contains 0.2 mol / l of zinc nitrate and 0.15 g / l of dextrin, and liquid circulation treatment is performed to stir the bath. The liquid temperature is maintained at a temperature of 80 ° C., and the pH is maintained at 4.0 to 6.0. As the counter electrode 121, a zinc plate (4-N, width 380 mm, length 150 mm) is used. As for the current, 10 mA / cm 2 (1.0 A / dm 2 ) is applied between the counter electrode 121 on the anode side and the long substrate 100 while the long substrate 100 on the cathode side is grounded to perform electrolytic deposition. Was.

そして本実施例では、長尺基板が電析槽111から搬出された後に、長尺基板の陽極と対向していない面(裏面)に吸水性を有する部材115としてPVA製のスポンジローラー(直径45mm、幅450mm)を基板の動きに従動するように接触させ、長尺基板が前記スポンジローラーを通過する前に1%の硝酸を不図示の定量ポンプを用いて40ml/minの流量で基板裏面に直接供給し、裏面に付着した副生成物を溶解させた。副生成物を溶解した後の硝酸は前記スポンジローラーによって吸収され、基板表面に硝酸が廻りこむのを防いでいる。   In the present embodiment, after the long substrate is carried out of the electrodeposition tank 111, a sponge roller (45 mm in diameter) made of PVA is used as the water-absorbing member 115 on the surface (back surface) not facing the anode of the long substrate. , 450 mm in width) so as to follow the movement of the substrate, and before the long substrate passes through the sponge roller, 1% nitric acid is applied to the back surface of the substrate at a flow rate of 40 ml / min using a metering pump (not shown). It was supplied directly to dissolve by-products attached to the back surface. The nitric acid after dissolving the by-product is absorbed by the sponge roller, thereby preventing nitric acid from flowing around the substrate surface.

また長尺基板が、前記スポンジローラーを通過後すぐに、純水で基板の両面を同時に水洗シャワー114にて水洗を実施した。シャワーの水量は最低毎分2lとすることが好ましい。さらに水洗槽113で水洗された後、乾燥炉116に搬出される。乾燥炉116は、不図示の温風ノズルと赤外線ヒーター117を有しており、温風は撥水も同時に行う。温風ノズルからの温風は80℃に制御し、赤外線ヒーター117は150℃に制御した。   Immediately after the long substrate passed the sponge roller, both surfaces of the substrate were simultaneously rinsed with pure water using a shower 114. The amount of water in the shower is preferably at least 2 l / min. Further, after being washed in the washing tank 113, it is carried out to the drying furnace 116. The drying furnace 116 has a hot air nozzle (not shown) and an infrared heater 117, and the hot air simultaneously performs water repellency. The hot air from the hot air nozzle was controlled at 80 ° C, and the infrared heater 117 was controlled at 150 ° C.

以上のようにして得られた酸化亜鉛薄膜を光学特性(日本分光(株)製 V−570)の波形から光干渉法を用いて膜厚を調べ、更に長尺基板の裏面(反射層、酸化亜鉛層が積層されてない方の面)の副生成物付着状態を目視にて確認した。結果を表1に示す。   The thickness of the zinc oxide thin film obtained as described above is examined from the waveform of the optical characteristics (V-570 manufactured by JASCO Corporation) using the optical interference method, and the back surface of the long substrate (reflection layer, oxidation The state of by-product adhesion on the side where the zinc layer was not laminated) was visually checked. Table 1 shows the results.

(比較例1)
長尺基板が電析槽から搬出された後に、PVA製のスポンジローラー及び硝酸を使用しない以外は実施例1と同様に電解析出を行い、基板(酸化亜鉛薄膜基板)を形成した。
(Comparative Example 1)
After the long substrate was carried out of the electrodeposition tank, electrolytic deposition was performed in the same manner as in Example 1 except that a PVA-made sponge roller and nitric acid were not used to form a substrate (a zinc oxide thin film substrate).

得られた酸化亜鉛薄膜を光学特性(日本分光(株)製 V−570)の波形から光干渉法を用いて膜厚を調べ、更に長尺基板の裏面(反射層、酸化亜鉛層が積層されてない方の面)の副生成物付着状態を目視にて確認した。結果を表1に示す。   The thickness of the obtained zinc oxide thin film is examined from the waveform of the optical characteristics (V-570 manufactured by JASCO Corporation) using an optical interference method, and the back surface of the long substrate (reflection layer, zinc oxide layer is laminated). The side with no by-product) was visually observed. Table 1 shows the results.

(比較例2)
長尺基板が電析槽から搬出された後に、PVA製のスポンジローラーを使用しない以外は実施例2と同様に電解析出を行い、基板(酸化亜鉛薄膜基板)を形成した。
(Comparative Example 2)
After the long substrate was carried out of the electrodeposition bath, electrolytic deposition was performed in the same manner as in Example 2 except that a sponge roller made of PVA was not used, to form a substrate (a zinc oxide thin film substrate).

得られた酸化亜鉛薄膜を光学特性(日本分光(株)製 V−570)の波形から光干渉法を用いて膜厚を調べ、更に長尺基板の裏面(反射層、酸化亜鉛層が積層されてない方の面)の副生成物付着状態を目視にて確認した。結果を表1に示す。   The thickness of the obtained zinc oxide thin film is examined from the waveform of the optical characteristics (V-570 manufactured by JASCO Corporation) using an optical interference method, and the back surface of the long substrate (reflection layer, zinc oxide layer is laminated). The side with no by-product) was visually observed. Table 1 shows the results.

Figure 2004308001
Figure 2004308001

表1の実施例1と実施例2、比較例1、比較例2の結果を比較すると以下のことが言える。   Comparing the results of Example 1 and Example 2, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 in Table 1, the following can be said.

すなわち、酸化亜鉛薄膜を堆積後、長尺基板の裏面(反射層、酸化亜鉛層が積層されてない方の面)に薬液を供給した吸水性を有する部材と接触させる又は、長尺基板の裏面(反射層、酸化亜鉛層が積層されてない方の面)に直接、薬液を供給し、吸水性を有する部材と接触させることにより、基板裏面の副生成物を溶解除去でき、かつ、成膜面(反射層、酸化亜鉛層が積層されている方の面)に薬液の影響のない、膜厚分布の少ない、効果的な副生成物の溶解除去が行える。   That is, after depositing the zinc oxide thin film, the back surface of the long substrate (the surface on which the reflection layer and the zinc oxide layer are not laminated) is brought into contact with a water-absorbing member supplied with a chemical, or the back surface of the long substrate. By supplying a chemical solution directly to the surface (the surface on which the reflective layer and the zinc oxide layer are not laminated) and contacting with a water-absorbing member, by-products on the back surface of the substrate can be dissolved and removed, and the film is formed. The surface (the surface on which the reflective layer and the zinc oxide layer are laminated) is free from the influence of the chemical solution, has a small thickness distribution, and can effectively dissolve and remove by-products.

(実施例3)
本実施例は、図1に示すロール・ツー・ロール実験装置を用いて基板(酸化亜鉛薄膜基板)を形成した後、この基板を用いて図3に示したような光起電力素子を形成した例である。
(Example 3)
In this example, after a substrate (a zinc oxide thin film substrate) was formed using the roll-to-roll experimental apparatus shown in FIG. 1, a photovoltaic element as shown in FIG. 3 was formed using this substrate. It is an example.

あらかじめ、ロール状のSUS430 2D(幅400mm、長さ1000m、厚さ0.125mm)に反射層をロール対応のDCマグネトロンスパッタ装置により銀300nm(3000Å)堆積し、その上に同様のロール対応のDCマグネトロンスパッタ装置により200nm(2000Å)の酸化亜鉛薄膜を堆積した長尺基板100上に、以下のようにして電析による酸化亜鉛層を形成した。   A reflection layer is previously deposited on a roll-shaped SUS430 2D (width 400 mm, length 1000 m, thickness 0.125 mm) with a roll-compatible DC magnetron sputtering apparatus to a thickness of 300 nm (3000 Å), and a similar roll-compatible DC is further deposited thereon. A zinc oxide layer was formed by electrodeposition as follows on a long substrate 100 on which a 200 nm (2000 °) zinc oxide thin film was deposited by a magnetron sputtering apparatus.

長尺基板100は搬送ローラーを経て、電析槽111に搬送される。電析浴は、硝酸亜鉛0.2mol/l、デキストリン0.15g/lを含んでおり、浴中を撹拌するために液循環処理がなされている。液温は80℃の温度に保たれており、pHは4.0〜6.0に保持される。対向電極121は亜鉛板(4−N、幅380mm、長さ150mm)が用いられる。電流は、陰極側の長尺基板100をアースとして、陽極側の対向電極121と長尺基板100との間で10mA/cm2(1.0A/dm2)を通電し、電解析出を行った。 The long substrate 100 is transported to the electrodeposition tank 111 via the transport rollers. The electrodeposition bath contains 0.2 mol / l of zinc nitrate and 0.15 g / l of dextrin, and liquid circulation treatment is performed to stir the bath. The liquid temperature is maintained at a temperature of 80 ° C., and the pH is maintained at 4.0 to 6.0. As the counter electrode 121, a zinc plate (4-N, width 380 mm, length 150 mm) is used. As for the current, 10 mA / cm 2 (1.0 A / dm 2 ) is applied between the counter electrode 121 on the anode side and the long substrate 100 while the long substrate 100 on the cathode side is grounded to perform electrolytic deposition. Was.

そして本実施例では、長尺基板が電析槽111から搬出された後に、長尺基板の陽極と対向していない面(裏面)に吸水性を有する部材115としてPVA製のスポンジローラー(直径45mm、幅450mm)を基板の動きに従動するように接触させ、前記スポンジローラーに1%の硝酸を不図示の定量ポンプを用いて50ml/minの流量で供給し、裏面に付着した副生成物を溶解させた。   In the present embodiment, after the long substrate is carried out of the electrodeposition tank 111, a sponge roller (45 mm in diameter) made of PVA is used as the water-absorbing member 115 on the surface (back surface) not facing the anode of the long substrate. , Width 450 mm) so as to follow the movement of the substrate, and 1% nitric acid was supplied to the sponge roller at a flow rate of 50 ml / min using a metering pump (not shown) to remove by-products adhering to the back surface. Dissolved.

また長尺基板が、前記スポンジローラーを通過後すぐに、純水で基板の両面を同時に水洗シャワー114にて水洗を実施した。シャワーの水量は最低毎分2lとすることが好ましい。さらに水洗槽113で水洗された後、乾燥炉116に搬出される。乾燥炉116は、不図示の温風ノズルと赤外線ヒーター117を有しており、温風は撥水も同時に行う。温風ノズルからの温風は80℃に制御し、赤外線ヒーター117は150℃に制御した。   Immediately after the long substrate passed the sponge roller, both surfaces of the substrate were simultaneously rinsed with pure water using a shower 114. The amount of water in the shower is preferably at least 2 l / min. Further, after being washed in the washing tank 113, it is carried out to the drying furnace 116. The drying furnace 116 has a hot air nozzle (not shown) and an infrared heater 117, and the hot air simultaneously performs water repellency. The hot air from the hot air nozzle was controlled at 80 ° C, and the infrared heater 117 was controlled at 150 ° C.

巻き取りローラー103に巻き取られた基板を、真空ポンプに接続された不図示の乾燥容器に入れ、10kPaの窒素雰囲気中で雰囲気温度を250℃で5時間乾燥させ、基板(酸化亜鉛薄膜基板)を完成させた。   The substrate taken up by the take-up roller 103 is placed in a drying vessel (not shown) connected to a vacuum pump, and dried in a nitrogen atmosphere of 10 kPa at an atmosphere temperature of 250 ° C. for 5 hours. Was completed.

次に、図2に示す堆積膜形成装置を用いて図3に示したような光起電力素子を形成した。   Next, a photovoltaic element as shown in FIG. 3 was formed using the deposition film forming apparatus shown in FIG.

図2に示す堆積膜形成装置201は、基板送り出し容器202、半導体形成用真空容器211〜216、基板巻き取り容器203が、ガスゲート221〜227を介して結合することによって構成されている。この堆積膜形成装置には、各容器及び各ガスゲートを貫いて帯状の基板204(先に形成した酸化亜鉛薄膜基板)がセットされる。帯状の基板204は、基板送り出し容器202に設置されたボビンから巻き出され、基板巻き取り容器203で別のボビンに巻き取られる。   The deposition film forming apparatus 201 shown in FIG. 2 is configured by connecting a substrate sending container 202, semiconductor forming vacuum containers 211 to 216, and a substrate winding container 203 via gas gates 221 to 227. A strip-shaped substrate 204 (the previously formed zinc oxide thin film substrate) is set in this deposited film forming apparatus through each container and each gas gate. The band-shaped substrate 204 is unwound from a bobbin provided in the substrate unloading container 202 and wound up by a substrate winding container 203 on another bobbin.

半導体形成用真空容器211〜216は、それぞれ堆積室を有しており、該堆積室内の放電電極241〜246に高周波電源251〜256から高周波電力を印加することによってグロー放電を生起させ、それによって原料ガスを分解し基板上に半導体層を堆積させる。また、各半導体形成用真空容器211〜216には、原料ガスや希釈ガスを導入するためのガス導入管231〜236が接続されている。   Each of the semiconductor forming vacuum vessels 211 to 216 has a deposition chamber, and generates a glow discharge by applying high-frequency power from a high-frequency power supply 251 to 256 to discharge electrodes 241 to 246 in the deposition chamber. The source gas is decomposed to deposit a semiconductor layer on the substrate. Further, gas introduction pipes 231 to 236 for introducing a source gas and a dilution gas are connected to each of the semiconductor forming vacuum vessels 211 to 216.

図2に示した堆積膜形成装置201の各半導体形成用真空容器211〜216には、各堆積室内での基板204と放電空間との接触面積を調整するための、不図示の成膜領域調整板が設けられており、これを調整することによって各容器で形成される各半導体膜の膜厚を調整することができるようになっている。   In each of the vacuum chambers 211 to 216 for semiconductor formation of the deposition film forming apparatus 201 shown in FIG. 2, a film formation region adjustment (not shown) for adjusting the contact area between the substrate 204 and the discharge space in each deposition chamber. A plate is provided, and by adjusting this, the thickness of each semiconductor film formed in each container can be adjusted.

光起電力素子を形成は、先ず、基板送り出し容器202に、基板を巻いたボビンを装着し、基板を搬入側のガスゲート、半導体形成用真空容器211〜216、搬出側のガスゲートを介し、基板巻き取り容器203まで通し、帯状の基板204が弛まないように張力調整を行った。そして、基板送り出し容器202、半導体形成用真空容器211〜216、基板巻き取り容器203を不図示の真空ポンプからなる真空排気系により、十分に真空排気した。   To form a photovoltaic element, first, a bobbin around which a substrate is wound is mounted on a substrate delivery container 202, and the substrate is wound through a gas gate on the loading side, vacuum containers 211 to 216 for semiconductor formation, and a gas gate on the unloading side. The tension was adjusted to pass through the take-up container 203 so that the belt-shaped substrate 204 was not loosened. Then, the substrate unloading container 202, the semiconductor forming vacuum containers 211 to 216, and the substrate take-up container 203 were sufficiently evacuated by an evacuation system including a vacuum pump (not shown).

次に、真空排気系を作動させつつ、半導体形成用真空容器211〜216へガス導入管231〜236から原料ガス及び希釈ガスを供給した。   Next, the source gas and the diluent gas were supplied from the gas introduction pipes 231 to 236 to the semiconductor formation vacuum vessels 211 to 216 while operating the vacuum evacuation system.

また、不図示の各ゲートガス供給管から、各ガスゲートにゲートガスとして500cm3/min(normal)のH2ガスを供給した。この状態で真空排気系の排気能力を調整して、半導体形成用真空容器211〜216内の圧力を所望の圧力に調整した。形成条件は表2に示す通りである。 Further, H 2 gas of 500 cm 3 / min (normal) was supplied to each gas gate from each gate gas supply pipe (not shown) as a gate gas. In this state, the evacuation capacity of the evacuation system was adjusted to adjust the pressure in the semiconductor forming vacuum vessels 211 to 216 to a desired pressure. The forming conditions are as shown in Table 2.

Figure 2004308001
Figure 2004308001

半導体形成用真空容器211〜216内の圧力が安定したところで、基板送り出し容器202から基板巻き取り容器203の方向に、基板の移動を開始した。   When the pressure in the semiconductor formation vacuum containers 211 to 216 was stabilized, the movement of the substrate was started from the substrate delivery container 202 to the substrate take-up container 203.

次に、半導体形成用真空容器211〜216内の放電電極241〜246に高周波電源251〜256より高周波を導入し、半導体形成用真空容器211〜216内の堆積室内にグロー放電を生起し、基板上に非晶質n型半導体層(膜厚50nm)、結晶相を含むi型半導体層(膜厚3.5μm)、結晶相を含むp型半導体層(膜厚10nm)を形成し光起電力素子を形成し、不図示の連続モジュール化装置を用いて、形成した帯状の光起電力素子を36cm×22cmの太陽電池モジュールに加工した。   Next, a high frequency is introduced from a high frequency power supply 251 to 256 to the discharge electrodes 241 to 246 in the vacuum chambers 211 to 216 for semiconductor formation, and a glow discharge is generated in a deposition chamber in the vacuum chambers 211 to 216 for semiconductor formation. An amorphous n-type semiconductor layer (thickness: 50 nm), an i-type semiconductor layer including a crystal phase (thickness: 3.5 μm), and a p-type semiconductor layer including a crystal phase (thickness: 10 nm) are formed thereon to form a photovoltaic device. The element was formed, and the formed strip-shaped photovoltaic element was processed into a solar cell module of 36 cm × 22 cm using a continuous modularization device (not shown).

(比較例3)
酸化亜鉛薄膜を作製するときに、長尺基板の対向電極と対向していない面(裏面)に薬液を供給した吸水性を有する部材と接触させない以外は実施例3と同様の手順で太陽電池モジュールを作製した。
(Comparative Example 3)
When producing a zinc oxide thin film, the solar cell module was manufactured in the same procedure as in Example 3 except that the surface (rear surface) of the long substrate not facing the counter electrode was not brought into contact with the water-absorbing member supplied with the chemical solution. Was prepared.

実施例3及び比較例3で作製した太陽電池モジュールの光電変換効率をソーラーシミュレーター(AM1.5、100mW/cm2)を用いて測定した。その結果、実施例3の太陽電池モジュールの光電変換効率は、比較例3の太陽電池モジュールの光電変換効率の1.15倍であった。特に、実施例3の太陽電池モジュールは、短絡電流密度が比較例3の太陽電池モジュールに比べて優れていた。 The photoelectric conversion efficiencies of the solar cell modules manufactured in Example 3 and Comparative Example 3 were measured using a solar simulator (AM 1.5, 100 mW / cm 2 ). As a result, the photoelectric conversion efficiency of the solar cell module of Example 3 was 1.15 times the photoelectric conversion efficiency of the solar cell module of Comparative Example 3. In particular, the solar cell module of Example 3 was superior in the short-circuit current density to the solar cell module of Comparative Example 3.

また、実施例3及び比較例3で作製した太陽電池モジュールをSIMS分析し、i型半導体層中のP(リン)、O(酸素)の濃度を測定したところ、比較例3のサンプルはi型半導体層中のP(リン)、O(酸素)の濃度が実施例3のサンプルに比べて多かった。これは、実施例3では基板裏面の副生成物を溶解除去した為、ドーパント含有ガスの吸着及び、副生成物自身からの脱ガスも防止できた為ではないかと考えられる。   The solar cell modules manufactured in Example 3 and Comparative Example 3 were subjected to SIMS analysis to measure the concentrations of P (phosphorus) and O (oxygen) in the i-type semiconductor layer. The concentration of P (phosphorus) and O (oxygen) in the semiconductor layer was higher than that of the sample of Example 3. This is probably because in Example 3, the by-products on the back surface of the substrate were dissolved and removed, so that the adsorption of the dopant-containing gas and the degassing from the by-products themselves could be prevented.

また、比較例3で作製した太陽電池モジュールは、裏面に付着した副生成物が、おもて面に転写した部分が見られたが、実施例3で作製した太陽電池モジュールではそういう部分は見られなかった。   In addition, in the solar cell module manufactured in Comparative Example 3, a portion where the by-product adhered to the back surface was transferred to the front surface was seen. In the solar cell module manufactured in Example 3, such a portion was not seen. I couldn't.

また、実施例3では半導体層を形成中に起きた放電切れの回数が、比較例3に比べて3分の1以下になった。   Further, in Example 3, the number of times of discharge interruption occurred during the formation of the semiconductor layer was one third or less of that in Comparative Example 3.

さらに比較例3では、半導体層形成後の半導体形成用真空容器内に副生成物の残留が確認された。   Furthermore, in Comparative Example 3, residual by-products were confirmed in the semiconductor formation vacuum vessel after the formation of the semiconductor layer.

以上のことから、本発明の形成方法を採用することにより、基体裏面に副生成物の付着の無い、且つ、成膜面側に薬液の影響が無い、酸化亜鉛薄膜基板を形成することが可能になり、その後の真空雰囲気の工程において副生成物に起因する脱ガスの発生を抑制し、雰囲気ガス中への不純物の混入を防止して、優れた特性を有する光起電力素子が得られることが実証された。   From the above, by employing the formation method of the present invention, it is possible to form a zinc oxide thin film substrate without by-products adhering to the back surface of the base and without being affected by the chemical solution on the film formation surface side. In the subsequent vacuum atmosphere process, the generation of degassing due to by-products is suppressed, impurities are prevented from being mixed into the atmosphere gas, and a photovoltaic device having excellent characteristics can be obtained. Has been demonstrated.

上記の実施例ではシリコン系の光起電力素子について説明したが、本発明はそれに限られるものではなく、その他の光起電力素子、例えば色素増感型太陽電池にも適用可能である。その場合、酸化亜鉛膜に関わらない部分の製法は定法を用いることが出来る。   Although the silicon-based photovoltaic element has been described in the above embodiment, the present invention is not limited to this, and can be applied to other photovoltaic elements, for example, dye-sensitized solar cells. In that case, a conventional method can be used for a method of manufacturing a portion not related to the zinc oxide film.

実施例において酸化亜鉛膜の形成に用いたロール・ツー・ロール実験装置を示す模式的な断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a roll-to-roll experimental apparatus used for forming a zinc oxide film in Examples. 実施例において光起電力素子の製造に用いた堆積膜形成装置を示す模式的な断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a deposited film forming apparatus used for manufacturing a photovoltaic element in an example. 本発明による光起電力素子の一例を示す模式的な断面図である。It is a typical sectional view showing an example of a photovoltaic element by the present invention. 本発明による酸化亜鉛薄膜基板の一例を示す模式的な断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of a zinc oxide thin film substrate according to the present invention.

符号の説明Explanation of reference numerals

100 長尺基板
101 堆積膜形成装置
102 送り出しローラー
103 巻き取りローラー
111 電析槽
113 水洗容器
114 純水シャワー
115 吸水性を有する部材
116 乾燥容器
117 赤外線ヒーター
121 対抗電極
131 電源
201 堆積膜形成装置
202 基板送り出し容器
203 基板巻き取り容器
204 基板
211〜216 半導体形成用真空容器
221〜227 ガスゲート
231〜236 ガス導入管
241〜246 放電電極
251〜256 高周波電源
301 基板
301−1 基体
301−2 反射層
301−3 酸化亜鉛層
301−3A 第一の酸化亜鉛層
301−3B 第二の酸化亜鉛層
302−1A 非晶質n型半導体層
302−2A 結晶相を含むi型半導体層
302−3A 結晶相を含むp型半導体層
303 透明導電層
304 集電電極
REFERENCE SIGNS LIST 100 Long substrate 101 Deposited film forming device 102 Sending roller 103 Winding roller 111 Electrodeposition tank 113 Rinsing container 114 Pure water shower 115 Water-absorbing member 116 Drying container 117 Infrared heater 121 Counter electrode 131 Power supply 201 Deposited film forming device 202 Substrate unloading container 203 Substrate winding container 204 Substrate 211-216 Vacuum container for semiconductor formation 221-227 Gas gate 231-236 Gas introduction tube 241-246 Discharge electrode 251-256 High frequency power supply 301 Substrate 301-1 Substrate 301-2 Reflective layer 301 -3 Zinc oxide layer 301-3A First zinc oxide layer 301-3B Second zinc oxide layer 302-1A Amorphous n-type semiconductor layer 302-2A i-type semiconductor layer including crystal phase 302-3A Crystal phase Including p-type semiconductor layer 3 3 transparent conductive layer 304 collector electrode

Claims (7)

少なくとも亜鉛イオンおよび炭水化物を含有してなる水溶液に浸漬された基体と、該水溶液に浸漬された前記基体と対向して配置された電極との間に通電して、前記基体上に酸化亜鉛膜を形成する方法であって、前記基体を前記水溶液から搬出した後に、前記基体の前記電極と対向していない面の少なくとも端部を、薬液を供給した吸水性を有する部材と接触させることにより、前記電解析出法によって前記基体の前記電極と対向していない面に形成された副生成物を溶解除去することを特徴とする酸化亜鉛膜の形成方法。   An electric current is applied between a substrate immersed in an aqueous solution containing at least zinc ions and carbohydrates, and an electrode arranged opposite to the substrate immersed in the aqueous solution to form a zinc oxide film on the substrate. In the method of forming, after carrying out the substrate from the aqueous solution, by contacting at least the end of the surface of the substrate not facing the electrode with a member having a water-absorbing property supplied with a chemical solution, A method for forming a zinc oxide film, comprising dissolving and removing a by-product formed on a surface of the substrate not facing the electrode by an electrolytic deposition method. 少なくとも亜鉛イオンおよび炭水化物を含有してなる水溶液に浸漬された基体と、該水溶液に浸漬された前記基体と対向して配置された電極との間に通電して、前記基体上に酸化亜鉛膜を形成する方法であって、前記基体を前記水溶液から搬出した後に、前記基体の前記電極と対向していない面に直接、薬液を供給し、前記基体の前記電極と対向していない面の少なくとも端部を、吸水性を有する部材と接触させることにより、前記電解析出法によって前記基体の前記電極と対向していない面に形成された副生成物を溶解除去することを特徴とする酸化亜鉛膜の形成方法。   An electric current is applied between a substrate immersed in an aqueous solution containing at least zinc ions and carbohydrates, and an electrode arranged opposite to the substrate immersed in the aqueous solution to form a zinc oxide film on the substrate. A method of forming, wherein after carrying out the substrate from the aqueous solution, a chemical solution is directly supplied to a surface of the substrate not facing the electrode, and at least an end of the surface of the substrate not facing the electrode. Contacting the part with a member having water absorption to dissolve and remove by-products formed on the surface of the substrate not facing the electrode by the electrolytic deposition method. Formation method. 前記基体上に銀を含む反射層を形成し、その上に酸化亜鉛膜を形成することを特徴とする請求項1又は2に記載の酸化亜鉛膜の形成方法。   The method for forming a zinc oxide film according to claim 1, wherein a reflection layer containing silver is formed on the substrate, and a zinc oxide film is formed thereon. 前記薬液が、前記水溶液に含まれるイオンを含む酸であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の酸化亜鉛膜の形成方法。   The method for forming a zinc oxide film according to any one of claims 1 to 3, wherein the chemical liquid is an acid containing ions contained in the aqueous solution. 前記基体の前記電極と対向していない面の少なくとも端部を、吸水性を有する部材と接触させる工程の後に、前記基体に水を吹き付ける工程を行うことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の酸化亜鉛膜の形成方法。   5. The method according to claim 1, wherein a step of spraying water on the base is performed after the step of bringing at least an end of a surface of the base not facing the electrode into contact with a member having water absorbency. The method for forming a zinc oxide film according to claim 1. 前記水を吹き付ける工程を、前記基体の両面に実施することを特徴とする請求項5に記載の酸化亜鉛膜の形成方法。   The method for forming a zinc oxide film according to claim 5, wherein the step of spraying the water is performed on both surfaces of the substrate. 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の方法を用いて形成された酸化亜鉛膜上に、プラズマCVD法により半導体層を積層形成する工程を有することを特徴とする光起電力素子の形成方法。   7. A method for forming a photovoltaic element, comprising: forming a semiconductor layer on a zinc oxide film formed by the method according to claim 1 by a plasma CVD method. Method.
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