JP2006310694A - Integrated multi-junction thin film photoelectric conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非結晶光電変換ユニット層と結晶質光電変換ユニット層との間で、部分的に光を反射しかつ透過する導電性の中間反射層(又は中間層)を含むタンデム型薄膜光電変換装置の特性改善に関するものである。 The present invention relates to a tandem thin film photoelectric conversion including a conductive intermediate reflection layer (or an intermediate layer) that partially reflects and transmits light between an amorphous photoelectric conversion unit layer and a crystalline photoelectric conversion unit layer. It relates to the improvement of the characteristics of the device.
なお、本願明細書における「結晶質」、「微結晶」の用語は、部分的に非晶質を含むものも含んでいるものとする。 Note that the terms “crystalline” and “microcrystal” in the present specification include those that partially include an amorphous material.
近年、光電変換装置の低コスト化、高効率化を両立するために資源面での問題もほとんど無い薄膜光電変換装置が注目され、開発が精力的に行われている。薄膜光電変換装置は、太陽電池、光センサ、ディスプレイなど、さまざまな用途への応用が期待されている。薄膜光電変換装置の一つである非晶質シリコン光電変換装置は、低温で大面積のガラス基板やステンレス基板上に形成できることから、低コスト化が期待できる。 In recent years, in order to achieve both cost reduction and high efficiency of a photoelectric conversion device, a thin film photoelectric conversion device that has almost no problem in terms of resources has attracted attention and has been vigorously developed. Thin film photoelectric conversion devices are expected to be applied to various applications such as solar cells, optical sensors, and displays. An amorphous silicon photoelectric conversion device, which is one of thin film photoelectric conversion devices, can be formed on a large-area glass substrate or stainless steel substrate at a low temperature, so that cost reduction can be expected.
薄膜光電変換装置は、一般に表面が絶縁性の基板上に順に積層された第一電極、1以上の半導体薄膜光電変換ユニット、及び第二電極とを含んでいる。そして1つの薄膜光電変換ユニットはp型層とn型層でサンドイッチされたi型層からなる。 A thin film photoelectric conversion device generally includes a first electrode, one or more semiconductor thin film photoelectric conversion units, and a second electrode, the surfaces of which are sequentially stacked on an insulating substrate. One thin film photoelectric conversion unit includes an i-type layer sandwiched between a p-type layer and an n-type layer.
薄膜光電変換ユニットの厚さの大部分は、実質的に真性の半導体層であるi型層によって占められ、光電変換作用は主としてこのi型層内で生じる。従って、光電変換層であるi型層の膜厚は光吸収のためには厚いほうが好ましいが、必要以上に厚くすると、その堆積にコストと時間がかかることになる。 Most of the thickness of the thin film photoelectric conversion unit is occupied by the i-type layer which is a substantially intrinsic semiconductor layer, and the photoelectric conversion action mainly occurs in the i-type layer. Therefore, the i-type layer, which is a photoelectric conversion layer, is preferably thicker for light absorption, but if it is thicker than necessary, the deposition takes cost and time.
他方、p型やn型の導電型層は光電変換ユニット内に拡散電位を生じさせる役目を果たし、この拡散電位の大きさによって薄膜光電変換装置の重要な特性の1つである開放端電圧の値が左右される。しかし、これらの導電型層は光電変換には寄与しない不活性な層であり、導電型層にドープされた不純物によって吸収される光は発電に寄与せず損失となる。したがって、p型とn型の導電型層の膜厚は、十分な拡散電位を生じさせる範囲内で可能な限り薄くすることが好ましい。 On the other hand, the p-type or n-type conductive layer plays a role of generating a diffusion potential in the photoelectric conversion unit, and the magnitude of the diffusion potential causes an open end voltage, which is one of the important characteristics of the thin film photoelectric conversion device. The value depends. However, these conductive layers are inactive layers that do not contribute to photoelectric conversion, and light absorbed by impurities doped in the conductive layers does not contribute to power generation and is lost. Therefore, it is preferable that the thicknesses of the p-type and n-type conductive layers be as thin as possible within a range that generates a sufficient diffusion potential.
ここで、光電変換ユニットまたは薄膜太陽電池は、それに含まれるp型とn型の導電型層が非晶質か結晶質かにかかわらず、その主要部を占めるi型の光電変換層が非晶質のものは非晶質光電変換ユニットまたは非晶質薄膜太陽電池と称され、i型層が結晶質のものは結晶質光電変換ユニットまたは結晶質薄膜太陽電池と称される。 Here, the photoelectric conversion unit or the thin-film solar cell has an amorphous i-type photoelectric conversion layer that occupies the main part regardless of whether the p-type and n-type conductivity type layers included therein are amorphous or crystalline. Those having a high quality are referred to as amorphous photoelectric conversion units or amorphous thin film solar cells, and those having a crystalline i-type layer are referred to as crystalline photoelectric conversion units or crystalline thin film solar cells.
一般に光電変換層に用いられている半導体は、波長が長くなるに従い光吸収係数が小さくなる。特に、光電変換材料が薄膜である場合は、吸収係数の小さな波長領域において十分な光吸収が生じないために、光電変換量が光電変換層の膜厚によって制限されることになる。そこで、光電変換装置内に入射した光が外部に逃げにくい光散乱構造を形成することによって、実質的な光路長を長くし、十分な吸収を得、大きな光電流を発生させ得る工夫がなされている。例えば、光が基板側から入射する場合、光入射側電極として表面型状が凹凸であるテクスチャ透明導電膜が用いられている。 Generally, a semiconductor used for a photoelectric conversion layer has a light absorption coefficient that decreases as the wavelength increases. In particular, when the photoelectric conversion material is a thin film, sufficient light absorption does not occur in a wavelength region having a small absorption coefficient, so that the photoelectric conversion amount is limited by the film thickness of the photoelectric conversion layer. Therefore, by forming a light scattering structure that makes it difficult for light incident in the photoelectric conversion device to escape to the outside, it has been devised to increase the substantial optical path length, obtain sufficient absorption, and generate a large photocurrent. Yes. For example, when light is incident from the substrate side, a textured transparent conductive film having an uneven surface shape is used as the light incident side electrode.
また、薄膜光電変換装置の変換効率を向上させる方法として、2つ以上の光電変換ユニットを積層した積層型光電変換装置にする方法が知られている。この方法においては、光電変換装置の光入射側に大きなバンドギャップを有する光電変換層を含む前方光電変換ユニット(本願では、相対的に光入射側に配置された光電変換ユニットを前方光電変換ユニット、相対的に光入射側から遠い側に配置された光電変換ユニットを後方光電変換ユニットと呼ぶ。)を配置し、その後ろに順に小さなバンドギャップを有する(例えばSi−Ge合金の)光電変換層を含む後方光電変換ユニットを配置することにより、入射光の広い波長範囲にわたって光電変換を可能にし、これによって装置全体としての変換効率の向上が図られている。積層型薄膜光電変換装置の中でも、非晶質光電変換ユニットと結晶質光電変換ユニットを積層したものはハイブリッド型光電変換装置と称される。ハイブリッド型光電変換装置においては、非晶質シリコンが光電変換し得る光の波長は長波長側において800nm程度であるが、結晶質シリコンはそれより長い約1100nm程度までの光を光電変換することが可能であるため、入射光のより広い範囲を有効に光電変換することが可能になる。 As a method for improving the conversion efficiency of a thin film photoelectric conversion device, a method of forming a stacked photoelectric conversion device in which two or more photoelectric conversion units are stacked is known. In this method, a front photoelectric conversion unit including a photoelectric conversion layer having a large band gap on the light incident side of the photoelectric conversion device (in this application, a photoelectric conversion unit relatively disposed on the light incident side is referred to as a front photoelectric conversion unit, A photoelectric conversion unit disposed on the side relatively far from the light incident side is referred to as a rear photoelectric conversion unit.) A photoelectric conversion layer having a small band gap (for example, Si-Ge alloy) is sequentially disposed behind the photoelectric conversion unit. By including the rear photoelectric conversion unit including the photoelectric conversion, it is possible to perform photoelectric conversion over a wide wavelength range of incident light, thereby improving the conversion efficiency of the entire apparatus. Among stacked thin film photoelectric conversion devices, a stack of an amorphous photoelectric conversion unit and a crystalline photoelectric conversion unit is referred to as a hybrid photoelectric conversion device. In the hybrid photoelectric conversion device, the wavelength of light that amorphous silicon can photoelectrically convert is about 800 nm on the long wavelength side, but crystalline silicon can photoelectrically convert longer light up to about 1100 nm. Therefore, it is possible to effectively photoelectrically convert a wider range of incident light.
ところで、積層型光電変換装置では、各光電変換ユニットが直列に接続されているため、光電変換装置としての短絡電流密度(Jsc)は各光電変換ユニットで発生する電流値のうち最も小さな値で制限される。従って、各光電変換ユニットの電流値は均等であるほど好ましく、さらに電流の絶対値が大きいほど変換効率の向上が期待できる。 By the way, in the stacked photoelectric conversion device, since each photoelectric conversion unit is connected in series, the short circuit current density (Jsc) as the photoelectric conversion device is limited to the smallest value among the current values generated in each photoelectric conversion unit. Is done. Therefore, it is preferable that the current values of the respective photoelectric conversion units are equal, and further, the conversion efficiency can be expected to increase as the absolute value of the current increases.
また、積層型の薄膜光電変換装置では、積層された複数の薄膜光電変換ユニットの間に光透過性及び光反射性の双方を有し且つ導電性の中間反射層を介在させることがある。この場合、中間反射層に到達した光の一部が反射し、中間反射層よりも光入射側に位置する光電変換ユニット内での光吸収量が増加し、その光電変換ユニットで発生する電流値を増大させることができる。すなわち、見かけ上中間反射層よりも光入射側に位置する光電変換ユニットの実効的な膜厚が増加したことになる。 Further, in a stacked thin film photoelectric conversion device, a light-transmitting and light-reflective and conductive intermediate reflective layer may be interposed between a plurality of stacked thin film photoelectric conversion units. In this case, a part of the light reaching the intermediate reflection layer is reflected, the amount of light absorption in the photoelectric conversion unit located on the light incident side of the intermediate reflection layer is increased, and the current value generated in the photoelectric conversion unit Can be increased. That is, the effective film thickness of the photoelectric conversion unit located on the light incident side with respect to the intermediate reflection layer apparently increased.
例えば、非晶質シリコン光電変換ユニットと結晶質シリコン光電変換ユニットからなるハイブリッド型光電変換装置に中間反射層を挿入した場合、非晶質シリコン層の膜厚を増やすことなく非晶質シリコン光電変換ユニットによって発生する電流を増加させることができる。もしくは、同一の電流値を得るために必要な非晶質シリコン層の膜厚を薄くできることから、非晶質シリコン層の膜厚増加に応じて顕著となる光劣化による非晶質シリコン光電変換ユニットの特性低下を押さえることが可能となる。 For example, when an intermediate reflective layer is inserted into a hybrid photoelectric conversion device composed of an amorphous silicon photoelectric conversion unit and a crystalline silicon photoelectric conversion unit, the amorphous silicon photoelectric conversion is performed without increasing the film thickness of the amorphous silicon layer. The current generated by the unit can be increased. Alternatively, the amorphous silicon photoelectric conversion unit due to photodegradation that becomes conspicuous as the thickness of the amorphous silicon layer increases because the thickness of the amorphous silicon layer necessary to obtain the same current value can be reduced. It is possible to suppress the deterioration of characteristics.
中間反射層は、多結晶のITO、ZnOのような透明導電性金属酸化物層、特にZnOで構成されることが多い。しかしながら、ZnOはスパッタ、スプレーなどの手法で形成されるため、プラズマCVD法等で一般的に形成される半導体薄膜とは別設備を用いる必要があり、設備コストがかかり、生産タクトも長くなるという問題が発生する。さらに、特にZnOの形成にスパッタ法を用いる場合、下地半導体薄膜へのスパッタダメージによる性能低下を引き起こす可能性がある、という問題も発生する。 The intermediate reflective layer is often composed of a transparent conductive metal oxide layer such as polycrystalline ITO or ZnO, particularly ZnO. However, since ZnO is formed by a method such as sputtering or spraying, it is necessary to use equipment different from a semiconductor thin film generally formed by plasma CVD, etc., which requires equipment costs and increases production tact time. A problem occurs. Furthermore, in particular, when a sputtering method is used for forming ZnO, there is a problem that the performance may be deteriorated due to sputtering damage to the underlying semiconductor thin film.
また、太陽電池の直列抵抗に与える影響を抑制するために、透明導電性金属酸化物層と半導体薄膜と界面で良好なオーミックコンタクトを取る必要がある。このために透明導電性金属酸化物層の暗導電率は、不純物をドープすることや酸化度を変化させることなどによって1.0×102S/cm〜1.0×103S/cmの高い値に調整する必要がある。 Further, in order to suppress the influence on the series resistance of the solar cell, it is necessary to make a good ohmic contact at the interface between the transparent conductive metal oxide layer and the semiconductor thin film. For this reason, the dark conductivity of the transparent conductive metal oxide layer is 1.0 × 10 2 S / cm to 1.0 × 10 3 S / cm by doping impurities or changing the degree of oxidation. It needs to be adjusted to a higher value.
特にZnOは、非晶質シリコンまたは結晶質シリコンとの界面でオーミックコンタクトを取ることが困難であることが一般に知られている。暗導電率がこの範囲よりも低いと、中間反射層と前方光電変換ユニット、および中間反射層と後方光電変換ユニットとの良好なオーミックコンタクトが取れなくなり、接触抵抗が増加してセルの曲線因子(FF)を低下させ、光電変換装置の特性が悪くなる。逆に、暗導電率がこの範囲より高いと透明導電性金属酸化物層の透過率が低下して短絡電流密度(Jsc)を低下させ、光電変換装置の特性が悪くなる。 In particular, ZnO is generally known to be difficult to make ohmic contact at the interface with amorphous silicon or crystalline silicon. If the dark conductivity is lower than this range, the ohmic contact between the intermediate reflection layer and the front photoelectric conversion unit and between the intermediate reflection layer and the rear photoelectric conversion unit cannot be made, the contact resistance increases, and the cell fill factor ( FF) is lowered, and the characteristics of the photoelectric conversion device are deteriorated. On the other hand, if the dark conductivity is higher than this range, the transmittance of the transparent conductive metal oxide layer is lowered, the short-circuit current density (Jsc) is lowered, and the characteristics of the photoelectric conversion device are deteriorated.
しかし、中間反射層にシリコンと酸素の非晶質合金中にシリコン結晶相を含む一導電型の酸化シリコン層(本願ではシリコン複合層(Si1-XOX)と呼ぶ)を用いた場合、膜中酸素濃度を高くすれば低い屈折率を実現でき、非晶質シリコンとシリコン複合層との界面での高い反射効果を得ることが可能となる。また、一導電型のシリコン複合層は膜中酸素濃度が高いにもかかわらず、シリコン結晶相を含むことによって、高い暗導電率を実現することが可能となる。その結果、シリコン複合層を用いることによって、高い反射効果と、高い暗導電率の両立が可能となり、第一の光電変換ユニットの発電電流が増加して積層型光電変換装置の特性が改善される。 However, in the case where a silicon oxide layer of one conductivity type containing a silicon crystal phase in an amorphous alloy of silicon and oxygen (referred to as a silicon composite layer (Si 1-X O x ) in this application) is used as the intermediate reflection layer, If the oxygen concentration in the film is increased, a low refractive index can be realized, and a high reflection effect at the interface between the amorphous silicon and the silicon composite layer can be obtained. In addition, even if the one-conductivity-type silicon composite layer has a high oxygen concentration in the film, it can realize a high dark conductivity by including a silicon crystal phase. As a result, by using the silicon composite layer, it is possible to achieve both a high reflection effect and a high dark conductivity, and the power generation current of the first photoelectric conversion unit is increased to improve the characteristics of the stacked photoelectric conversion device. .
このようなことから特許文献1では、不純物の取り込みやピンホールの発生が無く、変換効率が高く、かつ製造が容易な多接合型薄膜太陽電池を提供するために、pin型セルを複数層積層してなり、光入射側の上側セルと反入射側の下側セルとの境界をなす二つの層(前記n層またはp層)の少なくともいずれかの層又はその一部の層を、前記いずれかの層又はその一部の層より上側の半導体層の屈折率より低い屈折率を有する低屈折率層としてなる多接合型薄膜太陽電池において、前記低屈折率層はシリコンオキサイド半導体層としている。つまり、特許文献1においては低屈折率層(本願での中間層に相当する)を従来低温で形成したn型微結晶シリコン層や、スパッタリングや蒸着により形成される金属酸化物層に代わり、シリコンオキサイド半導体層とすることで、屈折率の低減化や不純物の取りこみやピンホール低減によるデバイス特性の向上および歩留まりの向上が出来るとしている。 For this reason, in Patent Document 1, in order to provide a multi-junction thin film solar cell that does not contain impurities and does not generate pinholes, has high conversion efficiency, and is easy to manufacture, a plurality of pin-type cells are stacked. And at least one of the two layers (the n layer or the p layer) forming a boundary between the upper cell on the light incident side and the lower cell on the non-incident side, or a part of the layer, In the multi-junction thin film solar cell that is a low refractive index layer having a refractive index lower than that of the semiconductor layer above the layer or a part of the layer, the low refractive index layer is a silicon oxide semiconductor layer. That is, in Patent Document 1, instead of an n-type microcrystalline silicon layer in which a low refractive index layer (corresponding to an intermediate layer in the present application) is conventionally formed at a low temperature, or a metal oxide layer formed by sputtering or vapor deposition, silicon By using an oxide semiconductor layer, the device characteristics can be improved and the yield can be improved by reducing the refractive index, introducing impurities, and reducing pinholes.
ところで、大面積の薄膜光電変換装置は、通常、集積型薄膜光電変換モジュールとして形成される。集積型薄膜光電変換モジュールは、小面積に区切られた光電変換装置である光電変換セルを、複数個、ガラス基板上で相互に直列接続した構造を有している。それぞれの光電変換セルは、一般的には、ガラス基板上への透明電極層、1つ以上の薄膜半導体光電変換ユニット、及び裏面電極層の製膜とパターニングとを順次行うことにより形成されている。 By the way, a large area thin film photoelectric conversion device is usually formed as an integrated thin film photoelectric conversion module. The integrated thin film photoelectric conversion module has a structure in which a plurality of photoelectric conversion cells, which are photoelectric conversion devices divided into small areas, are connected in series on a glass substrate. Each photoelectric conversion cell is generally formed by sequentially forming and patterning a transparent electrode layer, one or more thin film semiconductor photoelectric conversion units, and a back electrode layer on a glass substrate. .
図1は積層型光電変換装置を複数直列接続した中間反射層のない従来の集積型薄膜光電変換モジュールの例を概略的に示す断面図である。図1に示す集積型薄膜光電変換モジュール101は、ガラス基板102上に、透明電極層103、非晶質シリコン光電ユニットである前方光電変換ユニット104、結晶質シリコン光電変換ユニットである後方光電変換ユニット106、及び裏面電極層107を順次積層した構造を有している。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a conventional integrated thin film photoelectric conversion module having no intermediate reflection layer in which a plurality of stacked photoelectric conversion devices are connected in series. An integrated thin film
図1に示すように、集積型薄膜光電変換モジュール101には、上記薄膜を分割する第1、第2の分離溝121、123と接続溝122とが設けられている。これら第1、第2の分離溝121、123及び接続溝122は、互いに平行であって、紙面に対して垂直な方向に延在している。なお、隣り合う光電変換セル110間の境界は、第1及び第2の分離溝121,123によって規定されている。
As shown in FIG. 1, the integrated thin film
第1の分離溝121は、透明電極層103をそれぞれの光電変換セル110に対応して分割しており、透明電極層103と非晶質シリコン光電変換ユニット104との界面に開口を有し且つ透明基板102の表面を底面としている。この第1の分離溝121は、非晶質シリコン光電変換ユニット104を構成する非晶質によって埋め込まれており、隣り合う透明電極膜103同士を電気的に絶縁している。
The
第2の分離溝123は、第1の分離溝121から離れた位置に設けられている。第2の分離溝123は、前方光電変換ユニット104、後方光電変換ユニット106、及び裏面電極層107をそれぞれの光電変換セル110に対応して分割しており、裏面電極層108の上面に開口を有し且つ透明電極層103と前方光電変換ユニット104の界面を底面としている。この第2の分離溝123は、隣り合う光電変換セル110間で裏面電極層107同士を電気的に絶縁している。
The
接続溝122は、第1の分離溝121と第2の分離溝123との間に設けられている。接続溝122は、前方光電変換ユニット104、および後方光電変換ユニット106を分割しており、後方光電変換ユニット106と裏面電極層107との界面に開口を有し且つ透明電極層103と前方光電変換ユニット104の界面を底面としている。この接続溝122は、裏面電極層107を構成する金属材料で埋め込まれており、隣り合う光電変換セル110の一方の裏面電極層107と他方の透明電極層103とを電気的に接続している。すなわち、接続溝122及びそれを埋め込む金属材料は、ガラス基板102上に並置された光電変換セル110同士を直列接続する役割を担っている。
上述のような課題に鑑み、本発明は、中間反射層にシリコン複合層を適用する集積化多接合薄膜光電変換装置において、各光電変換ユニットにおいてリークが無く、発生した電力が十分に出力される集積化多接合薄膜光電変換装置及びその製造方法を提供することを目的としている。 In view of the above-described problems, the present invention provides an integrated multi-junction thin film photoelectric conversion device in which a silicon composite layer is applied to an intermediate reflection layer, and there is no leakage in each photoelectric conversion unit, and generated power is sufficiently output. An object of the present invention is to provide an integrated multi-junction thin film photoelectric conversion device and a method for manufacturing the same.
本発明の集積化多接合薄膜光電変換装置は基板上に中間層を介して直列接続された2つの薄膜光電変換ユニットを少なくとも1組含む多接合薄膜光電変換セルを集積化した集積化多接合薄膜光電変換装置であって、該中間層の材料がn型Si1-XOX(但し、0.3<X<0.6)で、かつ、該1組の薄膜光電変換ユニットの少なくとも一方の薄膜光電変換ユニットの一部を構成する該中間層に隣接する中間層隣接p型半導体層の不純物のドーピング量が2500ppm以上、かつ5000ppm以下であることを特徴としている。 An integrated multi-junction thin film photoelectric conversion device of the present invention is an integrated multi-junction thin film in which a multi-junction thin film photoelectric conversion cell including at least one set of two thin film photoelectric conversion units connected in series via an intermediate layer on a substrate is integrated. A photoelectric conversion device, wherein the material of the intermediate layer is n-type Si 1-X O X (where 0.3 <X <0.6), and at least one of the set of thin film photoelectric conversion units The impurity doping amount of the p-type semiconductor layer adjacent to the intermediate layer adjacent to the intermediate layer constituting a part of the thin film photoelectric conversion unit is 2500 ppm or more and 5000 ppm or less.
この様に、中間層に隣接するp型半導体層の不純物のドーピング量を限定することで、該1組の薄膜光電変換ユニットでのリークを低減させ、発生した電力を十分に取り出すことが可能となる。 In this way, by limiting the impurity doping amount of the p-type semiconductor layer adjacent to the intermediate layer, it is possible to reduce leakage in the one set of thin film photoelectric conversion units and to sufficiently extract the generated power. Become.
また、中間反射層に隣接するp型半導体層の材料がp型シリコン系半導体とすることで、バンド不連続なく、界面での欠陥を低減させることができる。 In addition, since the material of the p-type semiconductor layer adjacent to the intermediate reflective layer is a p-type silicon-based semiconductor, defects at the interface can be reduced without band discontinuity.
さらに、不純物として硼素が前記中間層隣接p型半導体層にドーピングされていることで良好なp型シリコン系半導体を形成しやすい。 Furthermore, boron as an impurity is doped in the p-type semiconductor layer adjacent to the intermediate layer, so that a good p-type silicon-based semiconductor can be easily formed.
ところで、本発明では前記中間層隣接p型半導体層が前記基板から前記中間層を挟んで形成された薄膜光電変換ユニットの一部を構成してなることを特徴としている。すなわち中間反射層上に形成される後方光電変換ユニット側のp型半導体層を指しており、後方光電変換ユニットのリークが低減され、発生した電力を十分に取り出すことが可能となる。 By the way, the present invention is characterized in that the intermediate layer adjacent p-type semiconductor layer constitutes a part of a thin film photoelectric conversion unit formed by sandwiching the intermediate layer from the substrate. That is, it refers to the p-type semiconductor layer on the rear photoelectric conversion unit side formed on the intermediate reflection layer, and the leakage of the rear photoelectric conversion unit is reduced, and the generated power can be sufficiently taken out.
その上、前記1組の薄膜光電変換ユニットの少なくとも基板側の薄膜光電変換ユニットを構成する該中間層に隣接する中間反射層に隣接するn型半導体層の材料がn型微結晶シリコンであることで、n型半導体層と中間反射層との間で良好な接合が形成され、またn型半導体層が微結晶シリコンであることにより、中間反射層形成の際に微結晶シリコンの種層となる役割も果たし、良好な中間反射層を形成することが可能となる。 Moreover, the material of the n-type semiconductor layer adjacent to the intermediate reflective layer adjacent to the intermediate layer constituting at least the thin film photoelectric conversion unit on the substrate side of the pair of thin film photoelectric conversion units is n-type microcrystalline silicon. Thus, a good junction is formed between the n-type semiconductor layer and the intermediate reflective layer, and the n-type semiconductor layer is made of microcrystalline silicon, so that it becomes a seed layer of microcrystalline silicon when forming the intermediate reflective layer. It also plays a role, and it becomes possible to form a good intermediate reflective layer.
特に、1%〜2.8%の燐が前記中間層に隣接するn型半導体層に不純物としてドーピングされていれば不純物による吸収も少なく、n型半導体層として良好な導電率を持つためである。 In particular, if 1% to 2.8% of phosphorus is doped as an impurity in the n-type semiconductor layer adjacent to the intermediate layer, the absorption by the impurity is small and the n-type semiconductor layer has good conductivity. .
基板上に中間層を介して直列接続された2つの薄膜光電変換ユニットを少なくとも1組含む多接合薄膜光電変換セルを集積化した集積化多接合薄膜光電変換装置であって、該中間層の材料がn型Si1-XOXで、かつ、該1組の薄膜光電変換ユニットの少なくとも一方の薄膜光電変換ユニットの一部を構成する該中間層に隣接する中間層隣接p型半導体層の不純物のドーピング量が5000ppm以下であれば、p型半導体層から接続溝を経由する電流パスの抵抗が高くなり、リーク電流を低減することが出来る。言いかえれば、各光電変換ユニットから十分に光電変換特性を引き出すことができるので効率が改善される。 An integrated multijunction thin film photoelectric conversion device in which a multijunction thin film photoelectric conversion cell including at least one pair of two thin film photoelectric conversion units connected in series via an intermediate layer on a substrate is integrated, and the material of the intermediate layer Is an n-type Si 1-X O X , and an impurity in the p-type semiconductor layer adjacent to the intermediate layer adjacent to the intermediate layer constituting a part of at least one thin film photoelectric conversion unit of the one set of thin film photoelectric conversion units If the doping amount is 5000 ppm or less, the resistance of the current path from the p-type semiconductor layer through the connection groove is increased, and the leakage current can be reduced. In other words, since the photoelectric conversion characteristics can be sufficiently extracted from each photoelectric conversion unit, the efficiency is improved.
本発明者らは、中間層の材料としてn型Si1-XOXを用いて図2に示すような中間層を有する集積化多接合薄膜光電変換装置を実際に作製し検討を行った。その結果、後方光電変換ユニット106のp型微結晶シリコン層106aを従来の製膜条件で形成し、集積化多接合薄膜光電変換装置を作製すると後方光電変換ユニット側106側でリーク電流が発生し、集積化光電変換モジュールの特性が低下することを見出し、本発明を為すに到った。
The present inventors actually made and studied an integrated multi-junction thin film photoelectric conversion device having an intermediate layer as shown in FIG. 2 using n-type Si 1-X O X as a material for the intermediate layer. As a result, when the p-type
つまり、図1に示す従来型の中間反射層のない集積化多接合薄膜光電変換装置では前方光電変換ユニットおよび後方光電変換ユニットにおいて分光感度でリークの発生は無かったが、図2に示すような中間反射層を前方光電変換ユニットと後方光電変換ユニットの間に挿入した集積化多接合薄膜光電変換装置では後方光電変換ユニットにおいて分光感度で図3に示すように500nm付近において通常現れない見かけ上の感度が観測された。すなわち後方光電変換ユニットにおいてリークが発生し、後方光電変換ユニットで発生した電力が十分に出力されない。 That is, in the conventional integrated multi-junction thin film photoelectric conversion device without the intermediate reflection layer shown in FIG. 1, there was no leakage in spectral sensitivity in the front photoelectric conversion unit and the rear photoelectric conversion unit, but as shown in FIG. In the integrated multi-junction thin film photoelectric conversion device in which the intermediate reflection layer is inserted between the front photoelectric conversion unit and the rear photoelectric conversion unit, the spectral sensitivity in the rear photoelectric conversion unit does not usually appear in the vicinity of 500 nm as shown in FIG. Sensitivity was observed. That is, a leak occurs in the rear photoelectric conversion unit, and the electric power generated in the rear photoelectric conversion unit is not sufficiently output.
このリーク電流は図3に示すように集積化光電変換モジュールの分光感度測定において後方光電変換ユニット側の分光感度で通常500nm付近には現れない見かけ上の感度が観測されることから分かる。これは中間反射層105を設けたことで、その上に製膜される後方光電変換ユニット106のp型微結晶シリコン層106aの導電率が高くなる方向に変質し、基板と平行な方向にも容易に電流が流れて、電極層の役割をも果たしてしまったためであると考えられる。すなわち、p型微結晶シリコン層106a、接続溝123、裏面電極層107の電流経路で、後方光電変換ユニット106が短絡してしまい、リーク電流が流れる。そのため、従来条件で製膜したp型微結晶シリコン層106aでは後方光電変換ユニット106で生じた電力を十分に取り出すことが出来ない。
As shown in FIG. 3, this leakage current can be understood from the fact that an apparent sensitivity that does not usually appear in the vicinity of 500 nm is observed as the spectral sensitivity on the rear photoelectric conversion unit side in the spectral sensitivity measurement of the integrated photoelectric conversion module. This is due to the provision of the
これらのことから、本発明者らは、2段以上の光電変換ユニットを積層した多接合薄膜光電変換装置を集積化した集積化多接合薄膜光電変換装置で、各光電変換ユニットで発生した電力を十分に取り出すためには、中間反射層に近接する不純物層のドーピング量をある限られた範囲に設定することが重要であることを見出したのである。 From these, the present inventors are an integrated multi-junction thin film photoelectric conversion device in which a multi-junction thin film photoelectric conversion device in which two or more stages of photoelectric conversion units are stacked is integrated, and the electric power generated in each photoelectric conversion unit is obtained. It has been found that in order to take out sufficiently, it is important to set the doping amount of the impurity layer adjacent to the intermediate reflection layer within a certain limited range.
以下、本発明の一つの実施形態による光電変換装置である図2の中間層を有する二接合型薄膜シリコン系光電変換装置の模式的な断面図をを用いて本発明につき詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to a schematic cross-sectional view of a two-junction thin film silicon-based photoelectric conversion device having the intermediate layer of FIG. 2 which is a photoelectric conversion device according to one embodiment of the present invention. The present invention is not limited to this.
本発明の二接合型薄膜シリコン系光電変換装置の各構成要素について説明する。 Each component of the two-junction thin film silicon photoelectric conversion device of the present invention will be described.
基板102としては、例えば、金属基板やガラス板、フレキシブルな透明樹脂フィルムなどの透光性絶縁基板を用いることができる。金属基板では図2とは異なる構造を有するが、ここでは割愛する。透光性絶縁基板では一般にガラス基板が用いられ、大面積な板が安価に入手可能で透明性、絶縁性が高い、SiO2、Na2O及びCaOを主成分とする両主面が平滑なソーダライム板ガラスを用いることができる。
As the
透明電極層103はITO膜、SnO2膜、或いはZnO膜のような透明導電性酸化物層等で構成することができる。透明電極膜103は単層構造でも多層構造であっても良い。透明電極膜103は、蒸着法、CVD法、或いはスパッタリング法等それ自体既知の気相堆積法を用いて形成することができる。透明電極膜103の表面には、微細な凹凸を含む表面テクスチャ構造を形成することが好ましい。この凹凸の深さは0.05μm以上1.0μm以下である事が好ましく、更に一つの山と山の間隔は0.05μm以上1.0μm以下である事が好ましい。透明電極膜103の表面にこのようなテクスチャ構造を形成することにより、光閉じ込め効果を増大させる事が可能となる。
The
図2に示す本発明における二接合型薄膜シリコン系光電変換装置においては、非晶質シリコン光電ユニットである前方光電変換ユニット104、中間反射層105、結晶質シリコン光電変換ユニットである後方光電変換ユニット106、及び裏面電極層107を順次積層した構造を有している。
In the two-junction thin film silicon photoelectric conversion device according to the present invention shown in FIG. 2, the front
非晶質シリコン光電変換ユニット104は非晶質シリコン光電変換層を備えており、透明電極膜103側からp型半導体層104a、非晶質シリコン光電変換層104b、及びn型半導体層104cを順次積層した構造を有する。これらp型半導体層、非晶質シリコン光電変換層、及びn型半導体層はいずれもプラズマCVD法により形成することができる。
The amorphous silicon
一方、結晶質シリコン光電変換ユニット106は結晶質シリコン光電変換層を備えており、例えば、中間反射層105側からp型半導体層106a、結晶質シリコン光電変換層106b、及びn型半導体層106cを順次積層した構造を有する。これらp型半導体層、結晶質シリコン光電変換層、及びn型半導体層はいずれもプラズマCVD法により形成することができる。
On the other hand, the crystalline silicon
非晶質シリコン光電変換ユニット104の厚さは、0.01μm〜0.5μmの範囲内にあることが好ましく、0.1μm〜0.3μmの範囲内にあることがより好ましい。
The thickness of the amorphous silicon
また、n型半導体層104cは非晶質シリコンでも良いが、微結晶シリコンの方が好ましい。微結晶シリコンを用いることでその上に形成される中間反射層であるシリコン複合層の結晶質シリコンの結晶化度を向上させることが出来る。さらに、不純物として1%〜2.8%の範囲内で燐がドーピングされていることがより好ましい。燐の濃度が〜2.8%より大きいと不純物の吸収が大きくなりJscの低下を招き、また1%未満であると十分な導電率および拡散電位が得られず、変換効率は低下する。
The n-
一方、結晶質シリコン光電変換ユニット106の厚さは、0.1μm〜10μmの範囲内にあることが好ましく、0.1μm〜5μmの範囲内にあることがより好ましい。また、p型半導体層106aは不純物のドーピング量が2500ppm以上、かつ5000ppm以下である。5000ppm以下とすることでp型半導体層から接続溝を経由する電流パスの抵抗が高くなり、リーク電流を低減することが出来る。また、2500ppm以上とすると、シリーズ抵抗小さくできるので、高い変換効率が達成される。さらに、不純物としては硼素を用いることがより好ましい。硼素を不純物とすることで、良好なp型半導体を形成することが出来る。また、n型半導体層106cの一部に裏面反射層としてシリコン複合層を用いるほうが好ましい。
On the other hand, the thickness of the crystalline silicon
中間反射層105及び裏面反射層106cの一部は600nmの波長の光に対して屈折率が2.5以下であり、望ましくは2.0以下である。屈折率が2.5より大きいと十分な反射が得られず、十分な光閉じ込め効果を得ることが出来ない。屈折率は以下のように測定される。ガラス基板のような透明でかつ絶縁性の基体上に中間反射層105あるいは裏面反射層106cの一部を形成するときと同条件で導電型決定不純物、酸素、窒素及び結晶質シリコン含むシリコン合金層を0.1〜0.4μm程度形成し、この形成層を分光エリプソメトリーにより測定することで屈折率を測定する。また同時に膜厚の決定を行うことも可能である。この際形成したシリコン合金層の導電率は1.0×10-9S/cm以上であり、導電率の測定は以下のようにして行われる。0.1〜0.4μm程度形成された該シリコン合金層上に真空蒸着法により1mm×15mmのアルミ電極を1mmの間隔を空けて形成し、100Vの電圧をその2電極間に印加した時の電流値から算出される。この時の計算に用いられる該シリコン合金層の膜厚は分光エリプソメトリーにて得られた値を用いる。導電率が1.0×10-9S/cmより小さいと、直列抵抗が大きくなり変換効率が低下する。
Part of the intermediate
裏面電極膜107は電極としての機能を有するだけでなく、基板102から前方光電変換ユニット104および後方光電変換ユニット106に入射し裏面電極膜107に到着した光を反射して後方光電変換ユニット106および前方光電変換ユニット104内に再入射させる反射層としての機能も有している。裏面電極膜107は、銀やアルミニウム等を用いて、蒸着法やスパッタリング法等により、例えば200nm〜400nm程度の厚さに形成することができる。
The
なお、裏面電極膜107と前方光電変換ユニット104および後方光電変換ユニット106との間には、例えば両者の間の接着性を向上させるために、ZnOのような非金属材料からなる透明電導性薄膜(図示せず)を設けることができる。
A transparent conductive thin film made of a non-metallic material such as ZnO is provided between the
ところで図2に示すように、集積型薄膜光電変換モジュール101には、上記薄膜を分割する第1、第2の分離溝121、123と接続溝122とが設けられている。これら第1、第2の分離溝121、123及び接続溝122は、互いに平行であって、紙面に対して垂直な方向に延在している。なお、隣り合う光電変換セル110間の境界は、第1及び第2の分離溝121,123によって規定されている。
As shown in FIG. 2, the integrated thin film
第1の分離溝121は、透明電極層103をそれぞれの光電変換セル110に対応して分割しており、透明電極層103と非晶質シリコン光電変換ユニット104との界面に開口を有し且つ透明基板102の表面を底面としている。この第1の分離溝121は、非晶質シリコン光電変換ユニット104を構成する非晶質によって埋め込まれており、隣り合う透明電極膜103同士を電気的に絶縁している。
The
第2の分離溝123は、第1の分離溝121から離れた位置に設けられている。第2の分離溝123は、前方光電変換ユニット104、後方光電変換ユニット106、及び裏面電極層107をそれぞれの光電変換セル110に対応して分割しており、裏面電極層107の上面に開口を有し且つ透明電極層103と前方光電変換ユニット104の界面を底面としている。この第2の分離溝123は、隣り合う光電変換セル110間で裏面電極層107同士を電気的に絶縁している。
The
接続溝122は、第1の分離溝121と第2の分離溝123との間に設けられている。接続溝122は、前方光電変換ユニット104、後方光電変換ユニット106を分割しており、後方光電変換ユニット104と裏面電極層107との界面に開口を有し且つ透明電極層103と前方光電変換ユニット104の界面を底面としている。この接続溝122は、裏面電極層107を構成する金属材料で埋め込まれており、隣り合う光電変換セル110の一方の裏面電極層107と他方の透明電極層103とを電気的に接続している。すなわち、接続溝122及びそれを埋め込む金属材料は、ガラス基板102上に並置された光電変換セル110同士を直列接続する役割を担っている。
The
以下、本発明を比較例とともにいくつかの実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はその趣旨を超えない限り以下の記載例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on some Examples with a comparative example, this invention is not limited to the following description examples, unless the meaning is exceeded.
(実施例1)
実施例1として、図2に示される集積化多接合薄膜光電変換装置を作製した。厚み0.7mmのガラス基板102上に、透明電極膜103として凹凸を有するSnO2を用いた。この透明電極103に隣り合う透明電極膜103同士を電気的に絶縁するようレーザースクライブにて分離溝121を形成した。
Example 1
As Example 1, an integrated multi-junction thin film photoelectric conversion device shown in FIG. SnO 2 having irregularities was used as the
その後この透明電極膜103の上に、反応ガスとしてシラン、水素、メタン及びジボランを導入しp型半導体層104aを15nm形成後、反応ガスとしてシランを導入し非晶質シリコン光電変換層104bを250nm形成し、その後反応ガスとしてシラン、水素及びホスフィンを導入しn型半導体層104cを5nm形成することで非晶質シリコン光電変換ユニット104を形成した。n型半導体層形成時、ホスフィン/シランガス流量比を0.25%とした。
Thereafter, silane, hydrogen, methane and diborane are introduced as reactive gases on the
非晶質シリコン光電変換ユニット104形成後、反応ガスとしてシラン、水素、ホスフィンおよび二酸化炭素を導入し中間反射層105を70nm形成した。
After the amorphous silicon
その後反応ガスとしてシラン、水素及びジボランを導入しp型半導体層106aを20nm形成した。このときジボラン/シランガス流量比を0.25%とし集積化多接合薄膜光電変換装置101を形成した。これにより、このp型半導体層106aの層中のボロンドープ量は表1に示すように5000ppmとなる。
Thereafter, silane, hydrogen and diborane were introduced as reaction gases to form a p-
p型半導体層106aを形成後、反応ガスとして水素とシランを導入し結晶質シリコン光電変換層106bを2.5μm形成し、その後反応ガスとしてシラン、水素及びホスフィンを導入しn型半導体層106cを5nm形成することで結晶質シリコン光電変換ユニット106を形成した。また、n型半導体層106cの一部に反応ガスとしてシラン、水素、ホスフィンおよび二酸化炭素を導入しシリコン複合層を60nm形成した。非晶質シリコン光電変換ユニット104、中間反射層105、および結晶質シリコン光電変換ユニット106はいずれもプラズマCVD法により形成した。
After forming the p-
その後レーザースクライブにてガラス基板102上に並置された光電変換セル110同士を直列接続する役割を担う接続溝122を形成し、さらに裏面反射層との密着性向上のため、スパッタ法にてZnO膜を30nm形成後、同じくスパッタ法にてAg膜を形成し裏面電極107を形成した。最後に隣り合う光電変換セル110間で裏面電極層107同士を電気的に絶縁するため、レーザースクライブにて分離溝123を形成した。
Thereafter, a
この実施例1の集積化多接合薄膜光電変換装置101の光電変換特性にソーラーシミュレーターを用いてAM1.5の光を100mW/cm2の光量で25℃のもとで照射することによって、光電変換効率を測定した。その結果表1に示すように12.2%と高い変換効率が得られた。
The photoelectric conversion characteristics of the integrated multi-junction thin film
図1のような中間反射層を有さない構造で、その他の条件を実施例1と同条件で形成した。この比較例1の集積化多接合薄膜光電変換装置101の光電変換特性を実施例1と同様にして測定したところ11.8%であった。実施例1の中間反射層を有する構造よりも集積化モジュールの変換効率が低かった。しかし、表1に示すように分離セルにくらべて集積化モジュールは実施例1と比較例1との差が少ない。
The other conditions were the same as in Example 1 with the structure having no intermediate reflection layer as shown in FIG. The photoelectric conversion characteristics of the integrated multi-junction thin film
そこで、実施例1および比較例1で形成された集積化多接合薄膜光電変換装置101の分光感度測定を行った。分光感度測定の測定方法は以下の通りである。プローブ光の波長範囲を集積化薄膜多結晶光電変換装置101の感度波長帯域である300nmから1200nmとした。また波長分解能を20nmとした。プローブ光を全波長域で5μWとなるようXeランプから出射された光にNDフィルターを用いて校正を行った。校正検出器には単結晶シリコンフォトダイオードを使用しピコアンペアメーターにて電流値の測定を行った。
Therefore, the spectral sensitivity of the integrated multi-junction thin film
前方光電変換層104の分光感度を測定する場合は、前方光電変換層の感度より長波長側のカラーバイアス光を後方光電変換層に当てプローブ光をチョッパーでチョッピングしながら各波長での電流値をロックインアンプにて検出した。なお、プローブ光およびカラーバイアス光は集積化多接合光電変換装置101の前面に照射されるようにした。後方光電変換層106の分光感度を測定する場合は前述のカラーバイアス光を後方光電変換層の感度より短波長側のものを用いることで可能となる。
When measuring the spectral sensitivity of the front
表1の後方光電変換層相対分光感度(500nm)の欄は後方光電変換層106の波長500nmでの相対分光感度の値を示している。分光感度測定の結果、表1より明らかなように、実施例1では後方光電変換層106の波長500nmでの相対分光感度は分離セルでは見られないが、集積化モジュールでは見かけ上の感度が現れていることから後方光電変換層106においてリークが有ることが分かった。また比較例1の集積化多接合薄膜光電変換装置101の後方光電変換層相対分光感度(500nm)の値は分離セルとほぼ同等で0に近く、後方光電変換層106でのリークが無いことが分かった。以上より実施例1の中間反射層を有する集積化モジュールは分光感度で見知できるリークが発生していることが原因で、比較例1の中間反射層を有さない構造に対して変換効率の大きな向上が見られないことが判った。
The column of the rear photoelectric conversion layer relative spectral sensitivity (500 nm) in Table 1 shows the value of the relative spectral sensitivity of the rear
(実施例2)
上記の知見から後方光電変換層106でのリークを無くすために、実施例2の集積化多接合薄膜光電変換装置101として、p型半導体層106aの形成条件中のジボラン/シランガス流量比を0.20%としたこと以外は実施例1と同様にして実施例2の集積化多接合薄膜光電変換装置101を形成した。これにより、このp型半導体層106aの層中のボロンドープ量は表1に示すように4000ppmとなる。
(Example 2)
From the above knowledge, in order to eliminate leakage in the rear
実施例1と同様に後方光電変換層相対分光感度の分光感度を測定したところ、実施例2の集積化多接合薄膜光電変換装置101の後方光電変換層相対分光感度(500nm)の値は分離セルとほぼ同等で0に近く、後方光電変換層106でのリークが無いことが分かった。
When the spectral sensitivity of the rear photoelectric conversion layer relative spectral sensitivity was measured in the same manner as in Example 1, the value of the rear photoelectric conversion layer relative spectral sensitivity (500 nm) of the integrated multi-junction thin film
この実施例2の集積化多接合薄膜光電変換装置101の光電変換特性を実施例1と同様にして測定したところ12.4%と実施例1よりも高い変換効率であった。
When the photoelectric conversion characteristics of the integrated multi-junction thin film
(実施例3)
さらに、実施例3の集積化多接合薄膜光電変換装置101として、p型半導体層106aの形成条件中のジボラン/シランガス流量比を0.13%としたこと以外は実施例1と同様にして実施例3の集積化多接合薄膜光電変換装置101を形成した。これにより、このp型半導体層106aの層中のボロンドープ量は表1に示すように2500ppmとなる。
(Example 3)
Further, the integrated multi-junction thin film
実施例1と同様に後方光電変換層相対分光感度の分光感度を測定したところ、実施例2の集積化多接合薄膜光電変換装置101の後方光電変換層相対分光感度(500nm)の値は分離セルとほぼ同等で0に近く、後方光電変換層106でのリークが無いことが分かった。
When the spectral sensitivity of the rear photoelectric conversion layer relative spectral sensitivity was measured in the same manner as in Example 1, the value of the rear photoelectric conversion layer relative spectral sensitivity (500 nm) of the integrated multi-junction thin film
この実施例2の集積化多接合薄膜光電変換装置101の光電変換特性を実施例1と同様にして測定したところ11.9%と実施例2に比べて変換効率が低下した。
When the photoelectric conversion characteristics of the integrated multi-junction thin film
(比較例2)
比較例2の集積化多接合薄膜光電変換装置101として、p型半導体層106aの形成条件中のジボラン/シランガス流量比を更に小さく、0.10%としたこと以外は実施例1と同様にして比較例2の集積化多接合薄膜光電変換装置101を形成した。これにより、このp型半導体層106aの層中のボロンドープ量は表1に示すように2000ppmとなる。 実施例1と同様に後方光電変換層相対分光感度の分光感度を測定したところ、比較例2の集積化多接合薄膜光電変換装置101の後方光電変換層相対分光感度(500nm)の値は分離セルとほぼ同等で0に近く、後方光電変換層106でのリークが無いことが分かった。
(Comparative Example 2)
The integrated multi-junction thin film
この実施例2の集積化多接合薄膜光電変換装置101の光電変換特性を実施例1と同様にして測定したところ11.7%と中間反射層を有さない比較例1よりも変換効率が低下した。
When the photoelectric conversion characteristics of the integrated multi-junction thin film
(比較例3)
比較例3の集積化多接合薄膜光電変換装置101として、p型半導体層106aの形成条件中のジボラン/シランガス流量比を実施例1より大きく、0.35%としたこと以外は実施例1と同様にして比較例3の集積化多接合薄膜光電変換装置101を形成した。これにより、このp型半導体層106aの層中のボロンドープ量は表1に示すように7000ppmとなる。
(Comparative Example 3)
As the integrated multi-junction thin film
実施例1と同様に後方光電変換層相対分光感度の分光感度を測定したところ、比較例3では後方光電変換層106の波長500nmでの相対分光感度より集積化モジュールでは見かけ上の感度が現れており、実施例1よりもその値が大きいことから、後方光電変換層106においてリークが実施例1よりも大きいことが分かった。
When the spectral sensitivity of the rear photoelectric conversion layer relative spectral sensitivity was measured in the same manner as in Example 1, in Comparative Example 3, the apparent sensitivity appeared in the integrated module from the relative spectral sensitivity of the rear
この実施例3の集積化多接合薄膜光電変換装置101の光電変換特性を実施例1と同様にして測定したところ11.7%と中間反射層を有さない比較例1よりも変換効率が低下した。
When the photoelectric conversion characteristics of the integrated multi-junction thin film
上記の様に、実施例1〜3および比較例1〜3のいずれの集積化多接合薄膜光電変換装置101の光電変換特性、また後方光電変換層106の波長500nmでの相対分光感度より、本発明のp型半導体層106aの不純物のドーピング量が5000ppm以下であれば、p型半導体層から接続溝を経由する電流パスの抵抗が高くなり、リーク電流を低減することが出来る。言いかえれば、各光電変換ユニットから十分に光電変換特性を引き出すことができるので効率が改善されるという効果が確認できた。また、光電変換特性よりp型半導体層106aの不純物のドーピング量が2500ppm以上5000ppm以下であればp型半導体層から接続溝を経由する電流パスの抵抗が高くなり、リーク電流を低減することが出来る。言いかえれば、各光電変換ユニットから十分に光電変換特性を引き出すことができるので効率が改善されるという効果が確認できた。しかし光電変換特性よりp型半導体層106aの不純物のドーピング量が2500ppm以下で光電変換特性が低下しているが、これはシリーズ抵抗の増大による影響である。
As described above, from the photoelectric conversion characteristics of any of the integrated multi-junction thin film
101 集積化多接合薄膜光電変換装置
102 基板
103 透明導電層
104 前方光電変換ユニットであり非晶質シリコン光電変換ユニット
104a 前方光電変換ユニットのp型半導体層
104b 非晶質シリコン光電変換層
104c 前方光電変換ユニットのn型半導体層
105 中間反射層、シリコン複合層
106 後方光電変換ユニットであり結晶質シリコン光電変換ユニット
106a 後方光電変換ユニットのp型半導体層
106b 結晶質シリコン光電変換層
106c 後方光電変換ユニットのn型半導体層および裏面反射層の一部
107 裏面電極層
121,123 分離溝
122 接続溝
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