JP2009071034A - Thin film photoelectric converion device and its manufacturing method - Google Patents

Thin film photoelectric converion device and its manufacturing method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin film photoelectric conversion device which improves photoelectrically converting efficiency. <P>SOLUTION: The thin film photoelectric conversion device includes a transparent electrode layer, one or more photoelectric conversion units and a rear electrode layer which are successively disposed from a light incidence side. In the thin film photoelectric conversion device, the photoelectric conversion unit is one in which a p-type semiconductor layer, a photoelectric conversion layer of a substantially intrinsic semiconductor, and an n-type semiconductor layer are disposed in this order from a light incidence direction. The transparent electrode layer contains Zn, Mg, O and a doping impurity, and the transparent electrode layer contacts with the p-type semiconductor layer contained in one of the photoelectric conversion units at an interface. Thus, the problem is solved. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、薄膜光電変換装置及びその製造方法に関し、特にその透明電極層の改善に関する。   The present invention relates to a thin film photoelectric conversion device and a method for manufacturing the same, and more particularly to improvement of the transparent electrode layer.

光電変換装置は、受光センサー、太陽電池など様々な分野で用いられている。なかでも、太陽電池は、地球に優しいエネルギー源の一つとして脚光を浴びており、近年の環境問題に対する関心の高まりと、各国の導入加速政策によって、太陽電池の普及が急速に進んでいる。   Photoelectric conversion devices are used in various fields such as light receiving sensors and solar cells. In particular, solar cells are in the limelight as one of the earth-friendly energy sources, and the spread of solar cells is rapidly progressing due to the recent interest in environmental problems and the introduction acceleration policies of each country.

光電変換装置のなかで、太陽電池を含む光電変換装置の低コスト化、高効率化を両立するために原材料が少なくてすむ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。特に、ガラス等の安価な基板上に低温プロセスを用いて良質の半導体層を形成する方法が低コストを実現可能な方法として期待されている。   Among photoelectric conversion devices, thin film photoelectric conversion devices that require less raw materials in order to achieve both low cost and high efficiency of photoelectric conversion devices including solar cells have attracted attention and are being energetically developed. In particular, a method of forming a high-quality semiconductor layer on an inexpensive substrate such as glass using a low-temperature process is expected as a method capable of realizing low cost.

図1は、このような薄膜光電変換装置の積層構造の一例を概念的な断面図で示している。なお、本願の図面において、長さ、幅、厚さなどの寸法関係は、図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法関係を表してはいない。また、本願の図面において、同一の参照符号は同一部分または相当部分を表している。   FIG. 1 is a conceptual cross-sectional view showing an example of a laminated structure of such a thin film photoelectric conversion device. In the drawings of the present application, dimensional relationships such as length, width, and thickness are appropriately changed for clarity and simplification of the drawings, and do not represent actual dimensional relationships. In the drawings of the present application, the same reference numerals represent the same or corresponding parts.

図1に図解されているような薄膜光電変換装置の製造においては、透光性絶縁基板11として一般にガラス基板が用いられる。また、透光性絶縁基板としてガラス基板111と透光性下地層112を積層したものを用いてもよい。ガラス基板上には透明電極層12として、例えば厚さ700nmのSnO2膜が熱CVD(化学気相堆積)法にて形成される。透明電極層12上には、1以上の非晶質光電変換ユニットおよび/または結晶質光電変換ユニットを含む半導体層20を形成する。引き続いて裏面電極層4が形成される。最後に、薄膜光電変換装置の裏面側は、封止樹脂(図示せず)によって保護される。 In the manufacture of a thin film photoelectric conversion device as illustrated in FIG. 1, a glass substrate is generally used as the translucent insulating substrate 11. Alternatively, a glass substrate 111 and a light-transmitting base layer 112 that are stacked may be used as the light-transmitting insulating substrate. On the glass substrate, as the transparent electrode layer 12, for example, a SnO 2 film having a thickness of 700 nm is formed by a thermal CVD (chemical vapor deposition) method. On the transparent electrode layer 12, a semiconductor layer 20 including one or more amorphous photoelectric conversion units and / or crystalline photoelectric conversion units is formed. Subsequently, the back electrode layer 4 is formed. Finally, the back side of the thin film photoelectric conversion device is protected by a sealing resin (not shown).

基板側から光を入射するタイプの光電変換装置にて用いられる透光性絶縁基板には、ガラス、透明樹脂等から成る板状部材やシート状部材が用いられる。   A plate-like member or a sheet-like member made of glass, transparent resin, or the like is used for a translucent insulating substrate used in a photoelectric conversion device of a type in which light is incident from the substrate side.

透明電極層12にはITO(インジュウム錫酸化物)、SnO2、ZnOなどの透明導電酸化物(TCO)が用いられ、それは一般にCVD、スパッタ、蒸着などの方法で形成される。透明電極層12は、その表面に微細な凹凸を有することによって、入射光の散乱を増大させる効果を有することが好ましい。 The transparent electrode layer 12 is made of a transparent conductive oxide (TCO) such as ITO (Indium Tin Oxide), SnO 2 , or ZnO, and is generally formed by a method such as CVD, sputtering, or vapor deposition. The transparent electrode layer 12 preferably has an effect of increasing the scattering of incident light by having fine irregularities on its surface.

一つの光電変換ユニットは、pn接合またはpin接合を含む半導体層からなる。半導体層には、非晶質シリコン、結晶質シリコン、CuInSe2(略称CIS)、CdTeなどが用いられ得る。なお、本願明細書において、「結晶質」と「微結晶」の用語は、部分的に非晶質を含む材料をも意味するものとする。 One photoelectric conversion unit includes a semiconductor layer including a pn junction or a pin junction. As the semiconductor layer, amorphous silicon, crystalline silicon, CuInSe 2 (abbreviation CIS), CdTe, or the like can be used. In the specification of the present application, the terms “crystalline” and “microcrystalline” also mean a material partially including amorphous material.

シリコン系薄膜光電変換装置の場合、光電変換ユニットは、p型層、実質的に真性のi型光電変換層、およびn型層で形成されるpin接合を含んでいる。そして、非晶質シリコンのi型層光電変換層を含むユニットは非晶質シリコン光電変換ユニットと称され、結晶質シリコンのi型光電変換層を含むユニットは結晶質シリコン光電変換ユニットと称される。なお、非晶質または結晶質のシリコン系材料としては、主要元素としてシリコンのみを含む材料だけでなく、炭素、酸素、窒素、ゲルマニウムなどの元素をも含む合金材料を用いることもできる。また、導電型層は、必ずしもi型層と同質の半導体材料で形成される必要はない。例えば、i型層が非晶質シリコンである場合に、p型層に非晶質シリコンカーバイドを用い得るし、n型層に微結晶含有シリコン層(μc−Si層とも呼ばれる)を用いることもできる。   In the case of a silicon-based thin film photoelectric conversion device, the photoelectric conversion unit includes a pin junction formed by a p-type layer, a substantially intrinsic i-type photoelectric conversion layer, and an n-type layer. The unit including the amorphous silicon i-type photoelectric conversion layer is referred to as an amorphous silicon photoelectric conversion unit, and the unit including the crystalline silicon i-type photoelectric conversion layer is referred to as a crystalline silicon photoelectric conversion unit. The Note that as the amorphous or crystalline silicon-based material, not only a material containing only silicon as a main element but also an alloy material containing elements such as carbon, oxygen, nitrogen, and germanium can be used. Further, the conductive type layer is not necessarily formed of the same semiconductor material as the i-type layer. For example, when the i-type layer is amorphous silicon, amorphous silicon carbide can be used for the p-type layer, and a microcrystal-containing silicon layer (also referred to as a μc-Si layer) can be used for the n-type layer. it can.

半導体層20上に形成される裏面電極層4としては、例えば、Al、Agなどの金属層がスパッタ法または蒸着法により形成され得る。また、図1に示されているように、半導体層20と裏面電極層4に含まれる金属層42との間に、ITO、SnO2、ZnOなどの導電性酸化物層41が形成されてもよい。 As the back electrode layer 4 formed on the semiconductor layer 20, for example, a metal layer such as Al or Ag can be formed by sputtering or vapor deposition. Further, as shown in FIG. 1, even if a conductive oxide layer 41 such as ITO, SnO 2 , or ZnO is formed between the semiconductor layer 20 and the metal layer 42 included in the back electrode layer 4. Good.

非晶質シリコン薄膜光電変換装置においては、バルクの単結晶や多結晶の光電変換装置に比べて初期光電変換効率が低く、光劣化現象(Staebler-Wronsky効果)によって変換効率が低下するという問題もある。そこで、多結晶や微結晶を含む結晶質シリコン薄膜を光電変換層に利用した結晶質シリコン薄膜光電変換装置が、低コスト化と高効率化とを両立させ得る光電変換装置として期待されて検討されている。なぜならば、結晶質シリコン薄膜光電変換装置は非晶質シリコン薄膜光電変換装置と同様にプラズマCVD法にて比較的低温で作製でき、ほとんど光劣化現象を生じることもないからである。また、非晶質シリコン光電変換層が長波長側において800nm程度の波長までの光を光電変換し得るのに対し、結晶質シリコン光電変換層はそれより長い約1200nm程度の波長までの光を光電変換することができる。   In the amorphous silicon thin film photoelectric conversion device, the initial photoelectric conversion efficiency is lower than that of bulk single crystal and polycrystalline photoelectric conversion devices, and the conversion efficiency decreases due to the photodegradation phenomenon (Staebler-Wronsky effect). is there. Therefore, a crystalline silicon thin film photoelectric conversion device using a crystalline silicon thin film containing polycrystals or microcrystals as a photoelectric conversion layer is expected and studied as a photoelectric conversion device that can achieve both low cost and high efficiency. ing. This is because the crystalline silicon thin film photoelectric conversion device can be manufactured at a relatively low temperature by the plasma CVD method as in the case of the amorphous silicon thin film photoelectric conversion device, and hardly causes a photodegradation phenomenon. In addition, the amorphous silicon photoelectric conversion layer can photoelectrically convert light up to a wavelength of about 800 nm on the long wavelength side, whereas the crystalline silicon photoelectric conversion layer photoelectrically converts light up to a wavelength of about 1200 nm. Can be converted.

さらに、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以上の積層された光電変換ユニットを含む積層型薄膜光電変換装置が知られている。この積層型薄膜光電変換装置においては、光入射側に大きなエネルギバンドギャップを有する光電変換層を含む前方ユニットを配置し、その後ろに順に小さなバンドギャップを有する光電変換層を含む後方ユニットを配置する。これによって、入射光の広い波長範囲にわたる光電変換を可能にして、積層型薄膜光電変換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薄膜光電変換装置と称される。   Furthermore, as a method for improving the conversion efficiency of a thin film photoelectric conversion device, a stacked thin film photoelectric conversion device including two or more stacked photoelectric conversion units is known. In this stacked thin film photoelectric conversion device, a front unit including a photoelectric conversion layer having a large energy band gap is disposed on the light incident side, and a rear unit including a photoelectric conversion layer having a small band gap is sequentially disposed behind the front unit. . Thus, photoelectric conversion over a wide wavelength range of incident light is enabled, and the conversion efficiency of the entire laminated thin film photoelectric conversion device is improved. 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 thin film photoelectric conversion device.

ところで、薄膜光電変換装置は、従来のバルクの単結晶や多結晶のシリコンを使用した光電変換装置に比べて光電変換層を薄くすることができるが、その反面において薄膜全体の光吸収が膜厚によって制限されるという問題がある。そこで、半導体層に入射した光をより有効に利用するために、半導体層に接する透明電極層または裏面電極層の表面を凹凸化(テクスチャ化)し、その界面で光を散乱させて半導体層内の光路長を延長せしめ、そうして光電変換層内での光吸収量を増加させる工夫がなされている。この技術は「光閉じ込め」と呼ばれており、高い光電変換効率を有する薄膜光電変換装置を実用化する上で重要な要素技術となっている。   By the way, the thin film photoelectric conversion device can make the photoelectric conversion layer thinner compared to the conventional photoelectric conversion device using bulk single crystal or polycrystalline silicon. There is a problem that is limited by. Therefore, in order to use light incident on the semiconductor layer more effectively, the surface of the transparent electrode layer or the back electrode layer in contact with the semiconductor layer is roughened (textured), and light is scattered at the interface to scatter the light inside the semiconductor layer. In order to extend the optical path length of the light-emitting layer, a device for increasing the amount of light absorbed in the photoelectric conversion layer has been devised. This technique is called “optical confinement”, and is an important elemental technique for putting a thin film photoelectric conversion device having high photoelectric conversion efficiency into practical use.

薄膜光電変換装置に最適な透明電極層の表面凹凸形状を求めるために、その凹凸形状を定量的に表す指標が必要である。そのような表面凹凸形状を表す指標として、ヘイズ率と表面面積比(Sdr)が知られている。   In order to obtain the surface uneven shape of the transparent electrode layer optimal for the thin film photoelectric conversion device, an index that quantitatively represents the uneven shape is required. Haze rate and surface area ratio (Sdr) are known as indices representing such surface irregularities.

ヘイズ率は透明な基板の表面凹凸を光学的に評価する指標であり、(拡散透過率/全光線透過率)×100[%]で表される(JIS K7136)。このようなヘイズ率は、市販されているヘイズメータによって自動測定され得る。その測定用の光源としては、一般的にC光源が用いられる。   The haze ratio is an index for optically evaluating the surface unevenness of the transparent substrate, and is expressed by (diffuse transmittance / total light transmittance) × 100 [%] (JIS K7136). Such a haze rate can be automatically measured by a commercially available haze meter. A C light source is generally used as a light source for the measurement.

表面面積比は、表面凹凸の高低差の大きさだけでなく、凹凸の形状も含めて表す指標である。透明電極層の表面凹凸が先鋭化すれば薄膜光電変換装置の開放電圧や曲線因子が低下する場合があるので、表面面積比は薄膜光電変換装置における透明電極層の表面凹凸の指標として有効である。表面面積比は、ディベロップト・サーフェス・エリア・レシオ(Developed Surface Area Ratio)とも呼ばれ、略称としてSdrが用いられる。   The surface area ratio is an index that represents not only the size of the surface unevenness but also the shape of the unevenness. If the surface irregularities of the transparent electrode layer are sharpened, the open-circuit voltage and the fill factor of the thin film photoelectric conversion device may decrease, so the surface area ratio is effective as an index of the surface irregularities of the transparent electrode layer in the thin film photoelectric conversion device. . The surface area ratio is also called a developed surface area ratio, and Sdr is used as an abbreviation.

薄膜光電変換装置はガラスなどの透明基体上に形成され、透明電極層としては表面凹凸を有する酸化錫(SnO2)膜がよく用いられている。この透明電極層の表面凹凸は、光電変換層内への光閉じ込めに寄与する。したがって、光閉じ込め効果を高めるためには表面凹凸の増大が望ましいが、SnO2膜単独では、光電変換装置に必要な透光性や導電性を維持したままで表面凹凸形状を顕著にすることが容易でない。 A thin film photoelectric conversion device is formed on a transparent substrate such as glass, and a tin oxide (SnO 2 ) film having surface irregularities is often used as a transparent electrode layer. The surface unevenness of the transparent electrode layer contributes to light confinement in the photoelectric conversion layer. Therefore, in order to enhance the light confinement effect, it is desirable to increase the surface unevenness. However, with the SnO 2 film alone, it is possible to make the surface uneven shape remarkable while maintaining the translucency and conductivity required for the photoelectric conversion device. Not easy.

また、光閉じ込めに有効な表面凹凸を有する透明電極層として常圧熱CVD法で形成されたSnO2膜を有するガラス基体は、その透明電極層を形成するために約550〜650℃の比較的高温のプロセスを必要とするので製造コストが高くなる。そして、そのCVD温度が高いので、通常のガラスやプラスチックフィルムなどの安価な基体が使えない。また、強化ガラスを高温プロセスにさらせば強化効果が消失するので強化ガラスを基体に使えず、大面積光電変換装置においてガラス基体の強度を確保するためにはその厚さを大きくする必要があり、その結果として光電変換装置が重くなる。 Further, a glass substrate having a SnO 2 film formed by atmospheric pressure CVD as a transparent electrode layer having surface irregularities effective for light confinement has a relatively high temperature of about 550 to 650 ° C. in order to form the transparent electrode layer. Since a high temperature process is required, the manufacturing cost is increased. And since the CVD temperature is high, an inexpensive substrate such as normal glass or plastic film cannot be used. Also, if the tempered glass is subjected to a high temperature process, the tempering effect disappears, so the tempered glass cannot be used for the substrate, and in order to ensure the strength of the glass substrate in the large area photoelectric conversion device, it is necessary to increase its thickness, As a result, the photoelectric conversion device becomes heavy.

さらに、SnO2膜は耐プラズマ性が低く、水素を含む高密度のプラズマを利用する半導体層の堆積環境下ではSnO2膜が還元され得る。SnO2膜は、還元されれば黒化して透明度が低下する。すなわち、黒化したSnO2電極層は入射光を吸収し、光電変換層への透過光量を減少させ、薄膜光電変換装置の変換効率の低下を招く原因となる。特に、ハイブリッド薄膜光電変換装置を作製する場合、非晶質シリコン層の堆積に比べて結晶質シリコン層の堆積の際に高いプラズマ密度が必要であり、SnO2膜を透明電極層に用いた場合には大幅な変換効率の向上が困難である。 Furthermore, SnO 2 film is plasma resistance is low, SnO 2 film can be reduced in a deposition environment of the semiconductor layer utilizing high-density plasma containing hydrogen. When the SnO 2 film is reduced, the SnO 2 film is blackened and the transparency is lowered. That is, the blackened SnO 2 electrode layer absorbs incident light, reduces the amount of light transmitted to the photoelectric conversion layer, and causes a decrease in conversion efficiency of the thin film photoelectric conversion device. In particular, when a hybrid thin film photoelectric conversion device is manufactured, a higher plasma density is required when depositing a crystalline silicon layer than when depositing an amorphous silicon layer, and a SnO 2 film is used as a transparent electrode layer. However, it is difficult to greatly improve the conversion efficiency.

他方、酸化亜鉛(ZnO)は透明電極層の材料として広く用いられているSnO2またはITOよりも安価であり、また耐プラズマ性が高いという利点を有しており、薄膜光電変換装置用の透明電極材料として好適である。特に、酸化亜鉛層は、非晶質シリコン層に比べて堆積時に多量の水素を含む高密度のプラズマを必要とする結晶質シリコン層を含む結晶質シリコン薄膜光電変換装置またはハイブリッド薄膜光電変換装置の透明電極層として好ましい。 On the other hand, zinc oxide (ZnO) is less expensive than SnO 2 or ITO widely used as a material for the transparent electrode layer, and has an advantage of high plasma resistance, and is transparent for thin film photoelectric conversion devices. It is suitable as an electrode material. In particular, a zinc oxide layer is a crystalline silicon thin film photoelectric conversion device or a hybrid thin film photoelectric conversion device including a crystalline silicon layer that requires a high-density plasma containing a large amount of hydrogen during deposition compared to an amorphous silicon layer. Preferred as a transparent electrode layer.

また、ZnOは光吸収層にCuInSe2(略称CIS)、あるいはCu(In、Ga)Se2(略称CIGS)を用いたCIS光電変換装置において、透明電極層のほかに高抵抗のバッファ層やn型窓層として用いられている。CIS光電変換装置の具体的積層構造として、ガラス/Moの裏面電極/CISまたはCIGSのp型半導体の光吸収層/ZnOのバッファ層/CdSのn型窓層/ITOの透明電極層/グリッド電極の順に積層した構造が挙げられる。あるいは、ガラス/Moの裏面電極/CISまたはCIGSのp型半導体の光吸収層/ZnOのn型窓層/ZnOの透明電極層/グリッド電極の構造が挙げられる。 ZnO is a CIS photoelectric conversion device using CuInSe 2 (abbreviation CIS) or Cu (In, Ga) Se 2 (abbreviation CIGS) for the light absorption layer. In addition to the transparent electrode layer, a high-resistance buffer layer or n-type is used. Used as a window layer. Specific laminated structure of CIS photoelectric conversion device is as follows: glass / Mo back electrode / CIS or CIGS p-type semiconductor light absorption layer / ZnO buffer layer / CdS n-type window layer / ITO transparent electrode layer / grid electrode The structure which laminated | stacked in order of these is mentioned. Alternatively, a structure of glass / Mo back electrode / CIS or CIGS p-type semiconductor light absorption layer / ZnO n-type window layer / ZnO transparent electrode layer / grid electrode may be mentioned.

(先行例1) 例えば、特許文献1に開示されているZnO膜の形成方法は、200℃以下の低圧熱CVD法(あるいはMOCVD法とも呼ばれる)で、低温で凹凸を有する薄膜が形成できると開示している。常圧熱CVDに比べて、200℃以下の低温プロセスのため、低コスト化が図れる。また、固体化後のガラスやプラスチックフィルムなどの安価な基体を用いることができる。さらに、強化ガラスを使用できるので大面積光電変換装置のガラス基体を約2/3程度に薄くでき、軽くできる。また、低圧熱CVD法は、スパッタ法に比べて1桁以上速い製膜速度にて製膜が可能であるとともに、原料の利用効率が高いことから、製造コストの面でも薄膜光電変換装置にとって好ましいとしている。   (Prior art example 1) For example, the formation method of the ZnO film disclosed in Patent Document 1 is disclosed that a thin film having unevenness can be formed at a low temperature by a low pressure thermal CVD method (also called MOCVD method) of 200 ° C. or lower is doing. Compared with atmospheric pressure thermal CVD, a low temperature process of 200 ° C. or lower can reduce the cost. In addition, an inexpensive base such as glass or plastic film after solidification can be used. Furthermore, since tempered glass can be used, the glass substrate of the large-area photoelectric conversion device can be reduced to about 2/3 and lighter. In addition, the low-pressure thermal CVD method is preferable for a thin film photoelectric conversion device in terms of manufacturing cost because it can be formed at a film forming speed one digit or more faster than the sputtering method and the utilization efficiency of raw materials is high. It is said.

(先行例2)特許文献2に、CIS光電変換装置として、裏面電極層、CISまたはCIGSのp型半導体の光吸収層、Zn1−xMgO(0<x<1、略称ZMO)のn型窓層、ドーピング不純物を含むZMOの透明電極層を順次積層した構造が開示されている。透明電極層はドーピング元素としてAl、Ga、Inのいずれかを含むことが必須であるとしている。特許文献2のCIS光電変換装置は、窓層と透明電極層を一般的なZnOに代えて、ZMOを用いることによって、光吸収層/窓層の界面、および窓層/透明電極層の界面それぞれの伝導帯のバンド不連続が小さくなり、光電変換装置の特性が改善するとしている。Mg濃度xの好ましい範囲は0.05以上0.35以下、ZMOの窓層の抵抗率は1×1012Ω・cm以下、好ましくは1×1011Ω・cm以下と開示されている。実施例のZMOの透明電極層のシート抵抗は60Ω/□である。
特開2000−252501号公報 特開2004−281938号公報
(Prior Art 2) Patent Document 2 discloses that a CIS photoelectric conversion device includes a back electrode layer, a CIS or CIGS p-type semiconductor light absorption layer, and Zn 1-x Mg x O (0 <x <1, abbreviated as ZMO). A structure in which an n-type window layer and a ZMO transparent electrode layer containing a doping impurity are sequentially laminated is disclosed. The transparent electrode layer is required to contain any of Al, Ga, and In as a doping element. The CIS photoelectric conversion device of Patent Document 2 uses a ZMO instead of the general ZnO for the window layer and the transparent electrode layer, thereby allowing the light absorption layer / window layer interface and the window layer / transparent electrode layer interface, respectively. The band discontinuity of the conduction band is reduced, and the characteristics of the photoelectric conversion device are improved. The preferred range of the Mg concentration x is 0.05 to 0.35, and the resistivity of the ZMO window layer is 1 × 10 12 Ω · cm or less, preferably 1 × 10 11 Ω · cm or less. The sheet resistance of the transparent electrode layer of ZMO in the example is 60Ω / □.
JP 2000-252501 A JP 2004-281938 A

本発明者は、上述の特許文献1で開示されている透明電極層にドーピング不純物を含むZnOを用いた薄膜光電変換装置を作製しその特性について検討したところ、透明電極層にドーピング不純物を含むSnOを用いた場合と比べて、300〜400nmの短波長光の収集効率が低くなる課題が見出された。 The present inventor fabricated a thin film photoelectric conversion device using ZnO containing a doping impurity in the transparent electrode layer disclosed in the above-mentioned Patent Document 1, and examined its characteristics. As a result, the transparent electrode layer contained SnO containing a doping impurity. As compared with the case of using 2 , it was found that the collection efficiency of light having a short wavelength of 300 to 400 nm is lowered.

また、上述の特許文献2では、CIS光電変換装置の窓層はドーピング不純物を含まない高抵抗のZMO、透明電極層はドーピング不純物を含むZMOを用いている。透明電極層のZMOは、n型窓層のZMOと接触するため、透明な電極としての機能だけでなく、強n型半導体としての機能も要求される課題がある。すなわち、窓層/透明電極層の界面で伝導帯バンド不連続による光電変換装置特性の低下が起こりうるため、透明電極層のドーピング不純物を含むZMOは、窓層のドーピング不純物を含まないZMOによってバンドギャップ及びMg組成が制限され、独立して最適化することができない課題がある。同様に、窓層はp型半導体光吸収層によって制限されるため、透明電極層のドーピング不純物を含むZMOは、p型半導体光吸収層にも制限されて、独立して最適化できない課題がある。このため、透明電極層のドーピング不純物を含むZMOの最適化が制限され、透明電極層のシート抵抗が高くなる課題がある。   In Patent Document 2 described above, the window layer of the CIS photoelectric conversion device uses a high-resistance ZMO that does not contain doping impurities, and the transparent electrode layer uses ZMO that contains doping impurities. Since the ZMO of the transparent electrode layer is in contact with the ZMO of the n-type window layer, there is a problem that not only a function as a transparent electrode but also a function as a strong n-type semiconductor is required. That is, since the characteristics of the photoelectric conversion device may be deteriorated due to the conduction band discontinuity at the interface between the window layer and the transparent electrode layer, the ZMO containing the doping impurity of the transparent electrode layer is banded by the ZMO containing no doping impurity of the window layer. There is a problem that the gap and Mg composition are limited and cannot be optimized independently. Similarly, since the window layer is limited by the p-type semiconductor light absorption layer, ZMO including doping impurities in the transparent electrode layer is also limited to the p-type semiconductor light absorption layer, and there is a problem that cannot be optimized independently. . For this reason, optimization of ZMO containing the doping impurity of a transparent electrode layer is restrict | limited, and the subject that the sheet resistance of a transparent electrode layer becomes high occurs.

さらに、特許文献2のp型半導体光吸収層が真空蒸着法で作製されるのに対して、n型窓層はスパッタで作製されるため、p型半導体とn型窓層の半導体の接合界面で、大気に取り出す必要があり、酸化や不純物の付着で光電変換装置の特性を低下させる場合がある問題がある。   Furthermore, since the p-type semiconductor light absorption layer of Patent Document 2 is produced by vacuum deposition, the n-type window layer is produced by sputtering. Therefore, the junction interface between the p-type semiconductor and the semiconductor of the n-type window layer is used. Therefore, there is a problem that the characteristics of the photoelectric conversion device may be deteriorated due to oxidation or adhesion of impurities.

そこで、本発明は上記のような課題を解決し、特性の改善された薄膜光電変換装置を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems and provide a thin film photoelectric conversion device with improved characteristics.

本発明の第1は、 光入射側から順次配置された、透明電極層、1以上の光電変換ユニット、裏面電極層を含む薄膜光電変換装置において、該光電変換ユニットは、光入射方向よりp型半導体層、実質的に真性半導体の光電変換層、n型半導体層の順に配置された光電変換ユニットであり、
前記透明電極層はZnとMgとOとドーピング不純物とを含み、かつ透明電極層は前記光電変換ユニットの1つに含まれるp型半導体層と界面で接していることを特徴とする薄膜光電変換装置である。ZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層を用いることによって、透明電極層の短波長の透過率が上がって短波長の薄膜光電変換装置の分光感度が向上する。また、光入射方向よりp型半導体層、実質的に真性半導体の光電変換層、n型半導体層の順に配置された光電変換ユニットを用いることで、ZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層はp型半導体と接触するので、ZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層は強n型半導体の機能は要求されずに単なる透明な電極として機能すればよくなり、伝導帯のバンド不連続の影響なくZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層を透明電極層として用いることができる。
The first aspect of the present invention is a thin film photoelectric conversion device including a transparent electrode layer, one or more photoelectric conversion units, and a back electrode layer, which are sequentially arranged from the light incident side. It is a photoelectric conversion unit arranged in the order of a semiconductor layer, a substantially intrinsic semiconductor photoelectric conversion layer, and an n-type semiconductor layer,
The thin film photoelectric conversion characterized in that the transparent electrode layer contains Zn, Mg, O and doping impurities, and the transparent electrode layer is in contact with the p-type semiconductor layer included in one of the photoelectric conversion units at the interface. Device. By using a transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and a doping impurity, the short wavelength transmittance of the transparent electrode layer is increased and the spectral sensitivity of the short wavelength thin film photoelectric conversion device is improved. In addition, by using a photoelectric conversion unit in which a p-type semiconductor layer, a substantially intrinsic semiconductor photoelectric conversion layer, and an n-type semiconductor layer are arranged in this order from the light incident direction, transparent containing Zn, Mg, O, and doping impurities. Since the electrode layer is in contact with the p-type semiconductor, the transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and doping impurities does not require the function of a strong n-type semiconductor, but only functions as a transparent electrode. A transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and doping impurities can be used as the transparent electrode layer without any influence of the band discontinuity.

また、pin接合を用いることによって、半導体の接合界面で大気に取り出す必要が無くなり、半導体接合界面の酸化や不純物付着の影響が無くなる。   In addition, by using a pin junction, it is not necessary to take out to the atmosphere at the semiconductor junction interface, and the influence of oxidation and impurity adhesion on the semiconductor junction interface is eliminated.

本発明は、また、前記ドーピング不純物が、B、Al、GaおよびInからなる群から選択される1以上の元素を含む、請求項1に記載の薄膜光電変換装置、である。   The present invention is the thin film photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the doping impurity includes one or more elements selected from the group consisting of B, Al, Ga, and In.

前記透明電極層が、前記ドーピング不純物として3族元素、特にB、Al、GaおよびInからなる群から選択される1以上の元素を含むことが好ましい。3族元素を含むことによって、ZMOは容易に低抵抗化される。特に、B、Al、Ga、Inはスパッタターゲット用の材料などに工業的に容易に入手できるので、コストが低減される。   The transparent electrode layer preferably contains a Group 3 element as the doping impurity, particularly one or more elements selected from the group consisting of B, Al, Ga and In. By including a group 3 element, the resistance of ZMO can be easily reduced. In particular, B, Al, Ga, and In can be easily obtained industrially as a material for a sputtering target, so that the cost is reduced.

本発明は、また、前記の薄膜光電変換装置を製造する方法であって、前記透明電極層をスパッタ法で形成する工程を含む、薄膜光電変換装置の製造方法、である。スパッタ法で形成することによって、大面積にZMOの薄膜を形成することができるという効果が有る。また、200℃以下の低温プロセスを使用できるため、固体化後のガラスやプラスチックフィルムなどの安価な基体を用いることができるという効果がある。   The present invention is also a method for producing the thin film photoelectric conversion device, wherein the method includes a step of forming the transparent electrode layer by a sputtering method. By forming by sputtering, there is an effect that a ZMO thin film can be formed in a large area. Moreover, since a low-temperature process of 200 ° C. or lower can be used, there is an effect that an inexpensive substrate such as glass or plastic film after solidification can be used.

本発明は、また、前記の薄膜光電変換装置を製造する方法であって、前記透明電極層を低圧CVD法で形成する工程を含む、薄膜光電変換装置の製造方法、である。ZMOを低圧CVD法で形成することによって、200℃以下の低い製膜温度で光閉じ込めに有効な凹凸を形成することができるという効果がある。また、200℃以下の低温プロセスを使用できるため、固体化後のガラスやプラスチックフィルムなどの安価な基体を用いることができるという効果が有る。また、低圧熱CVD法は、スパッタ法に比べて1桁以上速い製膜速度にて製膜が可能であるとともに、原料の利用効率が高いことから、製造コストの下げられる効果がある。   The present invention is also a method for producing the thin film photoelectric conversion device, wherein the transparent electrode layer is formed by a low pressure CVD method. By forming ZMO by a low pressure CVD method, there is an effect that unevenness effective for light confinement can be formed at a low film formation temperature of 200 ° C. or lower. Moreover, since a low-temperature process of 200 ° C. or lower can be used, there is an effect that an inexpensive base such as glass or plastic film after solidification can be used. In addition, the low-pressure thermal CVD method can form a film at a film formation speed that is one digit or more faster than the sputtering method, and has a high utilization efficiency of raw materials, and thus has an effect of reducing the manufacturing cost.

本発明は、また、前記低圧CVD法で使用するMgの原料が、ビスメチルシクロペンタジエニルマグネシウム{Mg(CH、略称MeCpMg}およびビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム{Mg(C、略称EtCpMg}からなる群から選択される1以上である、薄膜光電変換装置の製造方法、である。この構成によって、Mgを含む有機金属蒸気として比較的高い蒸気圧が得られ、低圧CVD法に容易に利用できるという効果が有る。 In the present invention, the raw material of Mg used in the low-pressure CVD method is bismethylcyclopentadienylmagnesium {Mg (CH 3 C 5 H 4 ) 2 , abbreviation MeCp 2 Mg}, and bisethylcyclopentadienylmagnesium. {Mg (C 2 H 5 C 5 H 4) 2, abbreviated EtCp 2 Mg} is one or more selected from the group consisting of a method for manufacturing a thin film photoelectric conversion device, it is. With this configuration, a relatively high vapor pressure can be obtained as the organometallic vapor containing Mg, and there is an effect that it can be easily used for the low pressure CVD method.

本発明は、また、 前記低圧CVD法で使用するドーピング不純物の原料が、ジボラン、トリメチルボロン、および三弗化ボロンからなる群から選択される1以上を含むガスである、薄膜光電変換装置の製造方法、である。この構成によって、常温常圧で気体であるため、気化器を用いる必要がなく製造コストを下げられるという効果が有る。   The present invention also provides a method for producing a thin film photoelectric conversion device, wherein a source of doping impurities used in the low-pressure CVD method is a gas containing one or more selected from the group consisting of diborane, trimethylboron, and boron trifluoride. Method. With this configuration, since it is a gas at normal temperature and pressure, there is an effect that it is not necessary to use a vaporizer and the manufacturing cost can be reduced.

なお、「低圧熱CVD法」の用語は、本発明では大気圧より低い圧力の気体を用いた熱化学的気相成長法を指す。低圧熱CVD法は、減圧CVD法、ロー・プレッシャー・CVD法(Low Pressure CVD:略称LP−CVD)とも呼ばれ、大気圧より低い圧力の気体を用いた熱化学的気相成長法と定義される。通常、「CVD」の用語は、「プラズマCVD」、「光CVD」などエネルギー源を明示した場合を除いて、「熱CVD」のことを指すので、「低圧CVD法」の用語は、「低圧熱CVD法」と同義である。また、低圧熱CVD法が、減圧下の有機金属CVD法(略称、MO−CVD法)も包含することは明らかである。   In the present invention, the term “low pressure thermal CVD method” refers to a thermochemical vapor deposition method using a gas having a pressure lower than atmospheric pressure. Low pressure thermal CVD is also called low pressure CVD or low pressure CVD (abbreviation LP-CVD), and is defined as thermochemical vapor deposition using a gas lower than atmospheric pressure. The Usually, the term “CVD” refers to “thermal CVD” except when an energy source is clearly indicated, such as “plasma CVD”, “photo CVD”, etc. It is synonymous with “thermal CVD method”. In addition, it is clear that the low pressure thermal CVD method includes an organic metal CVD method under reduced pressure (abbreviation, MO-CVD method).

本発明によれば、ZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層(簡便に言い換えればドーピング不純物を含むZMO)を透明電極層に用いることによって、透明電極層の短波長の透過率が上がって短波長の薄膜光電変換装置の分光感度が向上し、短絡電流密度(Jsc)が増加して、特性の改善された薄膜光電変換装置を提供することができる。また、光電変換ユニットは、光入射方向よりp型半導体層、実質的に真性半導体の光電変換層、n型半導体層の順に配置された光電変換ユニットであるため(一態様としては、pin型の順に積層されたpin接合)を用いることで、伝導帯のバンド不連続の影響なくZMOを透明電極層として用いることができ、半導体層とは独立にZMOの特性を最適化することが可能となり、特性の改善された薄膜光電変換装置を提供することができる。   According to the present invention, by using a transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and doping impurities (in other words, ZMO containing doping impurities) for the transparent electrode layer, the transmittance of the short wavelength of the transparent electrode layer is improved. The spectral sensitivity of the short wavelength thin film photoelectric conversion device is improved, the short circuit current density (Jsc) is increased, and a thin film photoelectric conversion device with improved characteristics can be provided. In addition, the photoelectric conversion unit is a photoelectric conversion unit that is arranged in the order of the p-type semiconductor layer, the substantially intrinsic semiconductor photoelectric conversion layer, and the n-type semiconductor layer from the light incident direction (in one embodiment, a pin type ZMO can be used as a transparent electrode layer without the influence of the band discontinuity of the conduction band, and the ZMO characteristics can be optimized independently of the semiconductor layer. A thin film photoelectric conversion device with improved characteristics can be provided.

さらに、pin接合を用いることによって、半導体の接合界面で大気に取り出す必要が無くなり、半導体接合界面の酸化や不純物付着の影響が無くなり、特性あるいは歩留まりの改善された薄膜光電変換装置を提供することができる。   Furthermore, by using a pin junction, there is no need to take out to the atmosphere at the semiconductor junction interface, and there is no influence of oxidation or impurity adhesion on the semiconductor junction interface, and a thin film photoelectric conversion device with improved characteristics or yield is provided. it can.

以下において本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明の一実施形態による薄膜光電変換装置に関しても参照することができる。すなわち、本発明の一実施形態による集積型薄膜太陽電池も、透光性絶縁基板11とその上に形成された透明電極層12を含む薄膜光電変換装置用基板1を備えている(図1参照)。その基板1上には、順に積層された前方光電変換ユニット2、および後方光電変換ユニット3を含む半導体層20が形成され、その上には裏面電極層4が形成されている。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 can also refer to a thin film photoelectric conversion device according to an embodiment of the present invention. That is, the integrated thin-film solar cell according to one embodiment of the present invention also includes the thin-film photoelectric conversion device substrate 1 including the translucent insulating substrate 11 and the transparent electrode layer 12 formed thereon (see FIG. 1). ). On the substrate 1, a semiconductor layer 20 including a front photoelectric conversion unit 2 and a rear photoelectric conversion unit 3 that are sequentially stacked is formed, and a back electrode layer 4 is formed thereon.

透光性絶縁基板11には、ガラス、透明樹脂等から成る板状部材やシート状部材が主に用いられる。特に透光性絶縁基板として主にガラス基板を用いると、透過率が高く、安価であることから、透光性絶縁基板として望ましい。   The translucent insulating substrate 11 is mainly a plate-like member or sheet-like member made of glass, transparent resin, or the like. In particular, when a glass substrate is mainly used as the light-transmitting insulating substrate, it is preferable as the light-transmitting insulating substrate because of its high transmittance and low cost.

透光性絶縁基板11は、例えば図1のように構成された薄膜光電変換装置5を構成した際に光入射側に位置することから、より多くの太陽光を透過させて非晶質または結晶質の光電変換ユニットに吸収させるために、できるだけ透明であることが好ましく、その材料としてはガラス板が好適である。同様の意図から、太陽光の光入射面における光反射ロスを低減させるように、透光性絶縁基板の光入射面に無反射コーティングを行うことが望ましい。   Since the translucent insulating substrate 11 is positioned on the light incident side when the thin film photoelectric conversion device 5 configured as shown in FIG. 1 is configured, for example, it transmits more sunlight and is amorphous or crystalline. In order to be absorbed by a high-quality photoelectric conversion unit, it is preferably as transparent as possible, and a glass plate is suitable as the material. For the same purpose, it is desirable to apply a non-reflective coating to the light incident surface of the translucent insulating substrate so as to reduce the light reflection loss on the light incident surface of sunlight.

透光性絶縁基板11にはガラス基板を単体で用いることが可能であるが、さらに、透光性絶縁基板11は、基体が平滑な表面を有するガラスなどの透光性基体111と透光性下地層112との積層体からなることがより好ましい。このとき透光性下地層112は該透明電極層12側の界面に二乗平均平方根粗さが5〜50nmである微細な表面凹凸を有し、その凸部は曲面からなることを特徴とすることが好ましい。上記のような透光性下地層112を備えることによっても、表面面積比を望ましい値に制御することが可能である。   Although it is possible to use a glass substrate alone as the light-transmitting insulating substrate 11, the light-transmitting insulating substrate 11 further includes a light-transmitting base 111 such as glass having a smooth surface and a light-transmitting property. More preferably, the base layer 112 is a laminate. At this time, the translucent underlayer 112 has fine surface irregularities having a root mean square roughness of 5 to 50 nm at the interface on the transparent electrode layer 12 side, and the convex parts are curved surfaces. Is preferred. The surface area ratio can be controlled to a desired value by providing the light-transmitting underlayer 112 as described above.

透光性下地層112は、例えば、透光性微粒子1121を、溶媒を含んだバインダー形成材料と共に塗布することで作製できる。具体的には、透光性のバインダー1122として、シリコン酸化物、アルミニウム酸化物、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物およびタンタル酸化物などの金属酸化物が挙げられる。また、透光性微粒子1121としては、シリカ(SiO)、酸化チタン(TiO)、酸化アルミニウム(Al)、酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化インジウム錫(ITO)、またはフッ化マグネシウム(MgF)等が用いられ得る。透光性基体111の表面に上記塗布液を塗布する方法としては、ディッピング法、スピンコート法、バーコート法、スプレー法、ダイコート法、ロールコート法、フローコート法等が挙げられるが、透光性微粒子を緻密かつ均一に形成するにはロールコート法が好適に用いられる。塗布操作が完了したら、直ちに塗布薄膜を加熱乾燥する。 The translucent underlayer 112 can be produced, for example, by applying translucent fine particles 1121 together with a binder forming material containing a solvent. Specifically, examples of the light-transmitting binder 1122 include metal oxides such as silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, and tantalum oxide. The light-transmitting fine particles 1121 include silica (SiO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), indium tin oxide (ITO), or magnesium fluoride. (MgF 2 ) or the like can be used. Examples of the method for applying the coating solution on the surface of the translucent substrate 111 include a dipping method, a spin coat method, a bar coat method, a spray method, a die coat method, a roll coat method, and a flow coat method. A roll coating method is preferably used to form the fine particles finely and uniformly. When the coating operation is completed, the coated thin film is immediately dried by heating.

なお、図1では、透光性基体111の一方の面に透光性下地層112を備える態様を示しているが、透光性基体111の反対の面にも透光性下地層112と同じ材料を備える態様であっても良い。透光性基体111の両方の面に透光性下地層112の材料を備える態様では、一方の面は下地層として働いて透明電極層の凹凸の増加および付着力の向上に寄与し、反対面である光入射側の面では反射防止膜として働き、光閉じ込めの効果がより高まるという意味で、より好ましい。ディッピング法を用いると、透光性基体111の両方の面に、同時に透光性下地層112の材料を形成することができる。   Note that FIG. 1 illustrates an embodiment in which a light-transmitting base layer 112 is provided on one surface of the light-transmitting base 111, but the same surface as the light-transmitting base layer 112 is provided on the opposite surface of the light-transmitting base 111. An aspect provided with material may be sufficient. In an aspect in which the material of the light-transmitting base layer 112 is provided on both surfaces of the light-transmitting substrate 111, one surface serves as the base layer, contributing to an increase in the unevenness of the transparent electrode layer and an improvement in adhesion, and the opposite surface. The surface on the light incident side is more preferable in the sense that it works as an antireflection film and the effect of light confinement is further enhanced. When the dipping method is used, the material of the light-transmitting underlayer 112 can be simultaneously formed on both surfaces of the light-transmitting substrate 111.

透光性絶縁基板11上に配置される透明電極層12の材料としては、ドーピング不純物を含むZn1−xMgO(0<x<1、略称ZMO)を用いる。ドーピング不純物としては、B、Al、GaおよびInからなる群から選択される1以上の元素を含むことが好ましい。特に、B、Alは、コストが低いことから好ましく、気体材料が容易に入手できることからBが特に好ましい。不純物として、5×1019個/cm以上のAl原子、または2×1019個/cm以上のB原子が含まれることが好ましい。また、ドーピング不純物以外に、水素、炭素を不純物として含んでも良い。特に2×1020個/cm以上のH原子を含む場合に、200℃以下の低温でも光閉じ込め効果を有するテクスチャ構造が形成され、光閉じ込め効果が高くなるので好ましい。 As a material of the transparent electrode layer 12 disposed on the light-transmitting insulating substrate 11, Zn 1-x Mg x O containing doping impurities (0 <x <1, abbreviated as ZMO) is used. The doping impurity preferably contains one or more elements selected from the group consisting of B, Al, Ga, and In. In particular, B and Al are preferable because of low cost, and B is particularly preferable because a gaseous material can be easily obtained. The impurities preferably include 5 × 10 19 atoms / cm 3 or more of Al atoms or 2 × 10 19 atoms / cm 3 or more of B atoms. In addition to doping impurities, hydrogen and carbon may be included as impurities. In particular, in the case of containing 2 × 10 20 atoms / cm 3 or more of H atoms, a texture structure having a light confinement effect is formed even at a low temperature of 200 ° C. or less, which is preferable.

ZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層中のMg比は下記の(1)式で定義することができる。
(Mg比)=(Mg原子数密度)/{(Mg原子数密度)+(Zn原子数密度)}×100[%] (1)式
ZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層の短波長の透過率を増加するためには、前記のMg比を10%より大きくすることが望ましく、15%より大きくすることがさらに望ましい。また、ZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層のシート抵抗を低くするためには、前記のMg比は40%未満が望ましく、30%未満がさらに望ましい。
The Mg ratio in the transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and doping impurities can be defined by the following formula (1).
(Mg ratio) = (Mg atom number density) / {(Mg atom number density) + (Zn atom number density)} × 100 [%] (1) Formula Transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and doping impurities In order to increase the transmittance of the short wavelength, the Mg ratio is desirably larger than 10%, and more desirably larger than 15%. In order to reduce the sheet resistance of the transparent electrode layer containing Zn, Mg, O and doping impurities, the Mg ratio is preferably less than 40%, and more preferably less than 30%.

本願では、ZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層を採用している。これまで、pin型光電変換ユニットを含む薄膜光電変換装置では、透明電極層としてITO、SnO、ZnOなどが用いられてきた。MgOは絶縁体であるため、従来の透明電極層のZnOにMgを添加したZMOは抵抗率が高くなることが明らかで、透明電極層として本来、望ましくない。また、抵抗率の増加を補うために、ドーピング不純物を大量に添加すると長波長の透過率が低下するので透明電極層として望ましくない。また、従来のドーピング不純物を含むZnOでは原料にZn、O、ドーピング不純物元素を使用していたが、ドーピング不純物を含むZMOではさらにMgを必要とするので、原料コストが増加する。具体的には、製造方法がスパッタの場合はターゲットのコストが増加する。また、製造方法が低圧CVD法の場合は、ZnOの場合に原料にジエチル亜鉛(DEZ)、水、Bを用い、DEZ用と水用の2台の気化器を使用するのに対して、ドーピング不純物を含むZMOはさらにMeCpMg、またはEtCpMgを使用するため気化器がもう1台必要となり、原料コストとともに装置コストも増加する。また、MeCpMg、MgEtCpMgは、蒸気圧がDEZや水より2〜3桁低いので、気化することがDEZや水より困難である。したがって、ドーピング不純物を含むZMOを透明電極層としてpin型光電変換ユニットを含む薄膜光電変換装置に当業者が積極的に採用する理由は少ないと考える。 In the present application, a transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and doping impurities is employed. Until now, in a thin film photoelectric conversion device including a pin type photoelectric conversion unit, ITO, SnO 2 , ZnO or the like has been used as a transparent electrode layer. Since MgO is an insulator, it is clear that ZMO in which Mg is added to ZnO of the conventional transparent electrode layer has a high resistivity, and is not desirable as a transparent electrode layer. Further, if a large amount of doping impurities is added to compensate for the increase in resistivity, the transmittance at a long wavelength is lowered, which is not desirable as a transparent electrode layer. In addition, ZnO containing a doping impurity conventionally uses Zn, O, and a doping impurity element as a raw material. However, since ZMO containing a doping impurity further requires Mg, the raw material cost increases. Specifically, when the manufacturing method is sputtering, the cost of the target increases. In addition, when the manufacturing method is a low pressure CVD method, in the case of ZnO, diethylzinc (DEZ), water, and B 2 H 6 are used as raw materials, whereas two vaporizers for DEZ and water are used. In addition, since ZMO containing doping impurities further uses MeCp 2 Mg or EtCp 2 Mg, another vaporizer is required, and the device cost increases with the raw material cost. In addition, since MeCp 2 Mg and MgEtCp 2 Mg have vapor pressures that are 2-3 orders of magnitude lower than DEZ and water, it is more difficult to vaporize than DEZ and water. Therefore, it is considered that there is little reason for those skilled in the art to actively adopt a thin film photoelectric conversion device including a pin-type photoelectric conversion unit using ZMO containing a doping impurity as a transparent electrode layer.

しかしながら、本発明者がドーピング不純物を含むZMOを透明電極層として、pin型光電変換ユニットを含む薄膜光電変換装置に適用したところ、工業的に許容できるコストで透明電極層として十分使用できる特性を示すことが明らかとなった。   However, when the present inventor applied ZMO containing a doping impurity as a transparent electrode layer to a thin film photoelectric conversion device including a pin-type photoelectric conversion unit, it shows characteristics that can be sufficiently used as a transparent electrode layer at an industrially acceptable cost. It became clear.

例えば、本発明のZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層は、スパッタ法で形成することができる。Zn、Mg、Oおよびドーピング不純物を含んだターゲットを用いて作製することができる。ドーピング不純物としては、B、Al、GaおよびInからなる群から選択される1以上を含むことが好ましい。また、複数のターゲットを用いてもよい。例えば、Alをドーピング不純物として含んだZnOターゲットと、MgOのターゲットとを用いることができる。この場合、2つのターゲットに同時に放電させてスパッタリングをしてもよいし、2つのターゲットを短時間に交互に、あるいはあるいは所定の頻度間隔などで交互に、スパッタリングしてもよい。スパッタする際、Arガスが好適に用いられる。ZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層中の酸素濃度を最適化するために、Oガスを添加することもできる。また、ZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層の抵抗率を改善するためにHガスを添加することもできる。 For example, the transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and doping impurities of the present invention can be formed by sputtering. It can be manufactured using a target containing Zn, Mg, O and doping impurities. The doping impurities preferably include one or more selected from the group consisting of B, Al, Ga and In. A plurality of targets may be used. For example, a ZnO target containing Al as a doping impurity and an MgO target can be used. In this case, sputtering may be performed by simultaneously discharging the two targets, or the two targets may be sputtered alternately in a short time or alternately at a predetermined frequency interval. Ar gas is preferably used when sputtering. In order to optimize the oxygen concentration in the transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and doping impurities, O 2 gas can be added. Further, H 2 gas can be added in order to improve the resistivity of the transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and doping impurities.

また、本発明のZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層中は、基板温度が200℃以下で低圧CVD法にて形成することもできる。なお、ここでいう基板温度とは、基板が製膜装置の加熱部と接している面の温度のことをいう。低圧CVD法を用いると、スパッタ法に比べて製膜速度が速く、製造時間が短くなるので製造コストを低減することができる。また、スパッタ法ではZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層にテクスチャー構造を形成することが困難であるが、低圧CVD法で作製したZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層は200℃以下の低い製造温度でテクスチャー構造を形成することが可能で、光閉じ込め効果を増加することができるので好適である。   Further, the transparent electrode layer containing Zn, Mg, O and doping impurities of the present invention can be formed by a low pressure CVD method at a substrate temperature of 200 ° C. or lower. The substrate temperature here means the temperature of the surface where the substrate is in contact with the heating unit of the film forming apparatus. When the low pressure CVD method is used, the film forming speed is higher than that of the sputtering method, and the manufacturing time is shortened. Therefore, the manufacturing cost can be reduced. Further, although it is difficult to form a texture structure on a transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and doping impurities by sputtering, it is transparent that contains Zn, Mg, O, and doping impurities produced by low-pressure CVD. The electrode layer is preferable because it can form a texture structure at a low manufacturing temperature of 200 ° C. or less and can increase the light confinement effect.

低圧CVD法によるZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層の製膜は、具体的には、Znの原料の有機金属蒸気としてジエチル亜鉛(DEZ)またはジメチル亜鉛、Mgの原料の有機金属蒸気としてMeCpMgまたはEtCpMgを、酸化剤蒸気として水が好適に用いられる。特にZn原料としてはDEZが水と蒸気圧が近いことから好適に用いられる。またMg原料としては特にMeCpMgが、蒸気圧がEtCpMgより高いため好適に用いられる。ドーピングガスとしてジボラン(B)、トリメチルボロン{B(CH}、三弗化ボロン(BF)が、常温常圧で気体であるので好適に用いられ、特にBが分解効率が高いため好適に用いられる。希釈ガスとしてH、He、Ar、Nのいずれかまたは複数を加えてもよい。これらの混合したガスを、圧力を5〜200Paに保持した真空槽に導入して、ZMOの製膜を行なうことが好ましい。具体的には、DEZの流量は10〜1000sccm、MeCpMgの流量は1〜500sccm、水の流量は10〜1000sccm、Hの流量は100〜10000sccm、Arの流量は100〜10000sccmである。BはDEZに対して、0.1%〜10%で製膜することが好ましい。 Specifically, the formation of a transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and doping impurities by low-pressure CVD is performed by using organic materials such as diethyl zinc (DEZ), dimethyl zinc, or Mg as an organic metal vapor. MeCp 2 Mg or EtCp 2 Mg is suitably used as the metal vapor, and water is suitably used as the oxidant vapor. In particular, DEZ is preferably used as a Zn raw material because it has a vapor pressure close to that of water. As the Mg raw material, MeCp 2 Mg is particularly preferred because it has a higher vapor pressure than EtCp 2 Mg. As the doping gas, diborane (B 2 H 6 ), trimethylboron {B (CH 3 ) 3 }, and boron trifluoride (BF 3 ) are preferably used because they are gases at room temperature and normal pressure, and particularly B 2 H 6. Is preferably used because of its high decomposition efficiency. One or more of H 2 , He, Ar, and N 2 may be added as a dilution gas. It is preferable to carry out ZMO film formation by introducing these mixed gases into a vacuum chamber maintained at a pressure of 5 to 200 Pa. Specifically, the flow rate of DEZ is 10 to 1000 sccm, the flow rate of MeCp 2 Mg is 1 to 500 sccm, the flow rate of water is 10 to 1000 sccm, the flow rate of H 2 is 100 to 10,000 sccm, and the flow rate of Ar is 100 to 10,000 sccm. B 2 H 6 is preferably formed into a film at 0.1% to 10% with respect to DEZ.

ZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層の粒径は概ね50〜500nmで、かつ凹凸の高さが概ね20〜200nmの表面凹凸を有する薄膜であることが薄膜光電変換装置の光閉じ込め効果を得る点で好ましい。なお、粒径は、原子間力顕微鏡(AFM)、走査トンネル顕微鏡(STM)などの走査型顕微鏡、あるいは走査型電子顕微鏡(SEM)、透過型電子顕微鏡(TEM)で測定することができる。また、凹凸の高さは、AFM、STM,TEMなどで測定できる。また、ヘイズ率は、15%以上、望ましくは20%以上が、光閉じ込め効果を得る点で好ましい。   The transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and doping impurities has a particle diameter of about 50 to 500 nm and a height of the unevenness of about 20 to 200 nm. It is preferable at the point which acquires the confinement effect. The particle size can be measured with a scanning microscope such as an atomic force microscope (AFM) or a scanning tunneling microscope (STM), a scanning electron microscope (SEM), or a transmission electron microscope (TEM). Further, the height of the unevenness can be measured by AFM, STM, TEM or the like. The haze ratio is preferably 15% or more, and more preferably 20% or more from the viewpoint of obtaining the light confinement effect.

ZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層のシート抵抗は、20Ω/□以下、望ましくは10Ω/□以下が、抵抗損失を抑制するために望ましい。   The sheet resistance of the transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and doping impurities is 20Ω / □ or less, preferably 10Ω / □ or less, in order to suppress resistance loss.

ZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層の平均厚さは0.7〜5μmであることが好ましく、1〜3μmであることがより好ましい。なぜなら、ZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層が薄すぎれば、光閉じ込め効果に有効に寄与する凹凸を十分に付与すること自体が困難となり、また透明電極層として必要な導電性が得にくく、厚すぎればZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層自体による光吸収により、ZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層を透過し光電変換ユニットへ到達する光量が減るため、効率が低下するからである。さらに、厚すぎる場合は、製膜時間の増大によりその製膜コストが増大する。   The average thickness of the transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and doping impurities is preferably 0.7 to 5 μm, and more preferably 1 to 3 μm. This is because if the transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and doping impurities is too thin, it is difficult to sufficiently provide unevenness that effectively contributes to the light confinement effect, and the necessary conductivity for the transparent electrode layer. If it is too thick, light is absorbed by the transparent electrode layer itself containing Zn, Mg, O, and doping impurities, and passes through the transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and doping impurities to reach the photoelectric conversion unit. This is because the amount of light decreases and the efficiency decreases. Furthermore, when it is too thick, the film forming cost increases due to an increase in the film forming time.

また、ZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層の製膜条件で表面面積比(Sdr)は、55%以上95%以下が望ましい。Sdrが大きすぎる場合は、開放電圧(Voc)、曲線因子(FF)が低下して、Effが低下する。場合によっては、短絡電流密度(Jsc)が低下して、変換効率(Eff)が低下する。Sdrが大きいときにVoc、FFが低下するのは、薄膜光電変換装置用基板の凹凸が鋭角的になって、透明電極層上のシリコン半導体層のカバレッジが悪くなって、接触抵抗の増加またはリーク電流の増加がおきるためと考えられる。また、Sdrが大きいときにJscが低下するのは、透明電極層上の半導体層の成長が阻害されて、半導体層の膜質が低下して、キャリア再結合による損失が多くなるためと考えられる。逆に、Sdrが小さすぎる場合は、薄膜光電変換装置用基板の凹凸の大きさが小さくなるため、光閉じ込めの効果が弱くなり、短絡電流密度(Jsc)が低下してEffが低下するといえる。表面面積比は、ZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層の製膜条件で制御して最適な値とすることが可能である。例えば、低圧CVD法で、ZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層の表面面積比は、基板温度、原料ガス流量、圧力などの製膜条件によって大きく変わるので、それらを制御して表面面積比を所望の値とすることが可能である。   Further, the surface area ratio (Sdr) is desirably 55% or more and 95% or less under the film forming conditions of the transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and doping impurities. When Sdr is too large, the open circuit voltage (Voc) and the fill factor (FF) decrease, and Eff decreases. In some cases, the short circuit current density (Jsc) decreases and the conversion efficiency (Eff) decreases. When Sdr is large, Voc and FF decrease because the unevenness of the substrate for the thin film photoelectric conversion device becomes sharp, the coverage of the silicon semiconductor layer on the transparent electrode layer deteriorates, and the contact resistance increases or leaks. This is thought to be due to an increase in current. The reason why Jsc decreases when Sdr is large is thought to be that the growth of the semiconductor layer on the transparent electrode layer is inhibited, the film quality of the semiconductor layer is deteriorated, and loss due to carrier recombination increases. On the contrary, when Sdr is too small, the unevenness of the thin film photoelectric conversion device substrate becomes small, so that the effect of light confinement is weakened, the short-circuit current density (Jsc) is lowered, and Eff is lowered. The surface area ratio can be controlled to an optimum value by controlling the film forming conditions of the transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and doping impurities. For example, in the low pressure CVD method, the surface area ratio of the transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and doping impurities varies greatly depending on the film forming conditions such as the substrate temperature, the raw material gas flow rate, and the pressure. The surface area ratio can be set to a desired value.

前方光電変換ユニット2として非晶質シリコン系材料を選べば、約360〜800nmの光に対して感度を有し、後方光電変換ユニット3に結晶質シリコン系材料を選べばそれより長い約1200nmまでの光に対して感度を有する。したがって、光入射側から非晶質シリコン系材料の前方光電変換ユニット2、結晶質シリコン系材料の後方光電変換ユニット3の順で配置される薄膜光電変換装置5は、入射光をより広い範囲で有効利用可能となる。ただし、「シリコン系」の材料には、シリコンに加え、シリコンカーバイドやシリコンゲルマニウムなど、シリコンを含むシリコン合金半導体材料も含む。   If an amorphous silicon-based material is selected as the front photoelectric conversion unit 2, it has sensitivity to light of about 360 to 800 nm, and if a crystalline silicon-based material is selected for the rear photoelectric conversion unit 3, it is longer than about 1200 nm. Sensitivity to light. Therefore, the thin film photoelectric conversion device 5 arranged in this order from the light incident side to the front photoelectric conversion unit 2 of the amorphous silicon-based material and the rear photoelectric conversion unit 3 of the crystalline silicon-based material allows the incident light in a wider range. Effective use becomes possible. However, “silicon-based” materials include silicon alloy semiconductor materials containing silicon such as silicon carbide and silicon germanium in addition to silicon.

前方光電変換ユニット2は、例えばpin型の順にプラズマCVD法により各半導体層を積層して形成される。具体的には、例えば導電型決定不純物原子であるボロンが0.01原子%以上ドープされたp型非晶質シリコンカーバイド層を一導電型層21とし、真性非晶質シリコン層を光電変換層22とし、導電型決定不純物原子であるリンが0.01原子%以上ドープされたn型微結晶シリコン層を逆導電型層23として、この順に堆積すればよい。   The front photoelectric conversion unit 2 is formed by stacking each semiconductor layer by a plasma CVD method in the order of, for example, a pin type. Specifically, for example, a p-type amorphous silicon carbide layer doped with 0.01 atomic% or more of boron, which is a conductivity type determining impurity atom, is used as one conductivity type layer 21, and an intrinsic amorphous silicon layer is a photoelectric conversion layer. The n-type microcrystalline silicon layer doped with 0.01 atomic% or more of phosphorus, which is a conductivity-determining impurity atom, may be deposited as the reverse conductivity type layer 23 in this order.

後方光電変換ユニット3は、例えばpin型の順にプラズマCVD法により各半導体層を積層して形成される。具体的には、例えば導電型決定不純物原子であるボロンが0.01原子%以上ドープされたp型微結晶シリコン層を一導電型層31とし、真性結晶質シリコン層を光電変換層32とし、導電型決定不純物原子であるリンが0.01原子%以上ドープされたn型微結晶シリコン層を逆導電型層33としてこの順に堆積すればよい。   The rear photoelectric conversion unit 3 is formed by stacking each semiconductor layer by a plasma CVD method in the order of, for example, a pin type. Specifically, for example, a p-type microcrystalline silicon layer doped with 0.01 atomic% or more of boron, which is a conductivity-determining impurity atom, is used as one conductivity-type layer 31, and an intrinsic crystalline silicon layer is used as a photoelectric conversion layer 32. An n-type microcrystalline silicon layer doped with 0.01 atomic% or more of phosphorus, which is a conductivity type determining impurity atom, may be deposited as the reverse conductivity type layer 33 in this order.

裏面電極層4としては、Al、Ag、Au、Cu、PtおよびCrからなる群から選択される1以上の材料を、少なくとも一層の金属層42としてスパッタ法または蒸着法により形成することが好ましい。また、1以上の光電変換ユニットとの間に、ITO、SnO、ZnO等の導電性酸化物層41を裏面電極層4の一部として形成するほうが好ましい。この導電性酸化物層41は、1以上の光電変換ユニットと裏面電極層4との間の密着性を高めるとともに、裏面電極層4の光反射率を高め、さらに、光電変換ユニットの化学変化を防止する機能を有する。 As the back electrode layer 4, it is preferable to form one or more materials selected from the group consisting of Al, Ag, Au, Cu, Pt and Cr as at least one metal layer 42 by sputtering or vapor deposition. Further, it is preferable to form a conductive oxide layer 41 such as ITO, SnO 2 , or ZnO as a part of the back electrode layer 4 between one or more photoelectric conversion units. The conductive oxide layer 41 enhances the adhesion between the one or more photoelectric conversion units and the back electrode layer 4, increases the light reflectance of the back electrode layer 4, and further changes the chemical change of the photoelectric conversion unit. It has a function to prevent.

図1では、透光性絶縁基板の一主面上に、透明電極層、光電変換ユニット、裏面電極層の順に積層した薄膜光電変換装置を示したが、以下のように逆順に積層した薄膜光電変換装置も有効である。すなわち、基板、裏面電極層、1以上の光電変換ユニット、ZMOの透明電極層の順に積層した薄膜光電変換装置であって、光電変換ユニットはn型半導体層、実質的に真性半導体の光電変換層、p型半導体層の順に積層されていている薄膜光電変換装置であっても有効である。このような構成の薄膜光電変換装置は、基板の反対面から光が入射されるので、不透明な基板を用いることができ、基板の材料の選択肢が広くなる。例えば、不透明基板として、耐熱性プラスチックフィルムであるポリイミド、金属であるステンレスフォイルなどを用いて、フレキシブルな薄膜光電変換装置も作製することができる。   Although FIG. 1 shows a thin film photoelectric conversion device in which a transparent electrode layer, a photoelectric conversion unit, and a back electrode layer are stacked in this order on one main surface of a translucent insulating substrate, the thin film photoelectric devices stacked in reverse order as follows. A conversion device is also effective. That is, a thin film photoelectric conversion device in which a substrate, a back electrode layer, one or more photoelectric conversion units, and a ZMO transparent electrode layer are stacked in this order, the photoelectric conversion unit being an n-type semiconductor layer, a substantially intrinsic semiconductor photoelectric conversion layer Even a thin film photoelectric conversion device laminated in the order of the p-type semiconductor layer is effective. In the thin film photoelectric conversion device having such a structure, since light is incident from the opposite surface of the substrate, an opaque substrate can be used, and the choice of a material for the substrate becomes wide. For example, a flexible thin film photoelectric conversion device can also be manufactured using polyimide as a heat-resistant plastic film, stainless steel foil as a metal, or the like as an opaque substrate.

以下、本発明による実施例と、従来技術による比較例に基づいて詳細に説明する。各図において同様の部材には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。また、本発明はその趣旨を超えない限り以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, examples according to the present invention and comparative examples according to the prior art will be described in detail. In the drawings, the same members are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Moreover, this invention is not limited to a following example, unless the meaning is exceeded.

(実施例1)
本発明の実施例1として、ZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層を作製した。厚み0.7mm、125mm×125mmのガラス基板上にスパッタ法を用い、ZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層を作製した。ターゲットの組成は、MgOが15wt.%、ZnOが82wt.%、Alが3wt.%である。Ar流量50sccmで、圧力0.5Paとした。パワー密度300mW/cmの直流放電を用いてスパッタを行った。製膜速度は約0.5nm/sであった。
Example 1
As Example 1 of the present invention, a transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and doping impurities was produced. A transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and a doping impurity was produced on a glass substrate having a thickness of 0.7 mm and 125 mm × 125 mm by sputtering. The composition of the target was 15 wt. %, ZnO is 82 wt. %, Al 2 O 3 is 3 wt. %. The pressure was 0.5 Pa at an Ar flow rate of 50 sccm. Sputtering was performed using DC discharge with a power density of 300 mW / cm 2 . The film forming speed was about 0.5 nm / s.

作製したZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層の反射スペクトルの干渉から求めた膜厚は約400nmであった。この透明電極層中Mg比をエネルギー分散型X線分析(Energy Dispersive X−ray Spectroscopy、略称EDX)で測定したところ、Mg比は24.8%であった。   The film thickness obtained from the interference of the reflection spectrum of the produced transparent electrode layer containing Zn, Mg, O and doping impurities was about 400 nm. When the Mg ratio in this transparent electrode layer was measured by energy dispersive X-ray spectroscopy (abbreviation EDX), the Mg ratio was 24.8%.

透過スペクトル及び反射スペクトルから、吸収係数αを求めて、X軸に光エネルギーE[eV]、Y軸に(αE)^2をプロットして、X軸の切片をバンドギャップEgとして求めた。その結果、実施例1のバンドギャップEg=3.72eVであった。シート抵抗は8.8Ω/□、ヘイズ率は4.3%であった。   The absorption coefficient α was determined from the transmission spectrum and the reflection spectrum, and the optical energy E [eV] was plotted on the X axis and (αE) ^ 2 was plotted on the Y axis, and the intercept of the X axis was determined as the band gap Eg. As a result, the band gap Eg of Example 1 was 3.72 eV. The sheet resistance was 8.8Ω / □, and the haze ratio was 4.3%.

図2に、実施例1のZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層、および後述する比較例1、実施例2の透過スペクトルを示す。実施例1の短波長側の透過率が10%になる波長は337nm、透過率が60%になる波長は361nmであった。   FIG. 2 shows a transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and doping impurities of Example 1, and transmission spectra of Comparative Example 1 and Example 2 described later. The wavelength at which the transmittance on the short wavelength side of Example 1 was 10% was 337 nm, and the wavelength at which the transmittance was 60% was 361 nm.

(比較例1)
従来の比較例1として、ドーピング不純物を含むZnOの透明電極層を作製した。ターゲットの組成が異なる他は、実施例1と同様の製造方法で作製した。ターゲットの組成は、ZnOが97wt.%、Alが3wt.%である。製膜速度は約0.5nm/sであった。
作製したドーピング不純物を含むZnO膜の膜厚は約400nmであった。膜中Mg比は0%であった。バンドギャップは3.30eVであった。シート抵抗は6.5Ω/□、ヘイズ率は3.7%であった。
(Comparative Example 1)
As a conventional comparative example 1, a transparent electrode layer of ZnO containing doping impurities was prepared. The same manufacturing method as in Example 1 was used except that the composition of the target was different. The composition of the target was 97 wt. %, Al 2 O 3 is 3 wt. %. The film forming speed was about 0.5 nm / s.
The thickness of the produced ZnO film containing doping impurities was about 400 nm. The Mg ratio in the film was 0%. The band gap was 3.30 eV. The sheet resistance was 6.5Ω / □, and the haze ratio was 3.7%.

図2に透過スペクトルを示すように、比較例1のドーピング不純物を含むZnO膜の短波長側の透過率が10%になる波長は377nm、透過率が60%になる波長は408nmであった。   As shown in FIG. 2, the wavelength at which the transmittance on the short wavelength side of the ZnO film containing the doping impurity of Comparative Example 1 was 10% was 377 nm, and the wavelength at which the transmittance was 60% was 408 nm.

(実施例2)
本発明の実施例2として、ZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層を作製した。ターゲットの組成が異なる他は、実施例1と同様の製造方法で作製した。ターゲットの組成は、MgOが20wt.%、ZnOが77wt.%、Alが3wt.%である。製膜速度は約0.5nm/sであった。作製したZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層の膜厚は約400nmであった。膜中Mg比は33.8%であった。バンドギャップは3.91eVであった。シート抵抗は11.8Ω/□、ヘイズ率は4.5%であった。
(Example 2)
As Example 2 of the present invention, a transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and doping impurities was produced. The same manufacturing method as in Example 1 was used except that the composition of the target was different. The composition of the target is 20 wt. %, ZnO is 77 wt. %, Al 2 O 3 is 3 wt. %. The film forming speed was about 0.5 nm / s. The film thickness of the produced transparent electrode layer containing Zn, Mg, O and doping impurities was about 400 nm. The Mg ratio in the film was 33.8%. The band gap was 3.91 eV. The sheet resistance was 11.8Ω / □ and the haze ratio was 4.5%.

図2に透過スペクトルを示すように、実施例2のZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層の短波長側の透過率が10%になる波長は322nm、透過率が60%になる波長は347nmであった。   As shown in the transmission spectrum in FIG. 2, the wavelength at which the transmittance on the short wavelength side of the transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and doping impurities of Example 2 is 10% is 322 nm, and the transmittance is 60%. The resulting wavelength was 347 nm.

(実施例1、2、比較例1のまとめ)
図2から、Mg比が増加するにしたがって、透過スペクトルの短波長側の立ち上がりが、短波長側にシフトすることがわかる。透過率が10%になる波長は、比較例1のドーピング不純物を含むZnOに対して、実施例1のMg比24.8%のドーピング不純物を含むZMO(ZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層)では40nm波長が短く、実施例2のMg比33.8%のドーピング不純物を含むZMO(ZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層)では55nm波長が短い。また、透過率が60%になる波長は、比較例1のドーピング不純物を含むZnOに対して、実施例1のMg比24.8%のドーピング不純物を含ZMO(ZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層)では47nm波長が短く、実施例2のMg比33.8%のドーピング不純物を含むZMO(ZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層)では61nm波長が短い。従って、ドーピング不純物を含むZnOに比べて、ドーピング不純物を含むZMO(ZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層)の透明電極層はより短波長の光を透過して、薄膜光電変換装置の短波長感度を増加して、短絡電流密度を改善できるといえる。
(Summary of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1)
From FIG. 2, it can be seen that as the Mg ratio increases, the rising edge of the transmission spectrum on the short wavelength side shifts to the short wavelength side. The wavelength at which the transmittance becomes 10% is obtained by comparing ZMO (Zn, Mg, O, and doping impurities) with doping impurities with a Mg ratio of 24.8% in Example 1 with respect to ZnO containing doping impurities in Comparative Example 1. The transparent electrode layer containing 40 nm has a short wavelength of 40 nm, and ZMO (transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and doping impurities) containing a doping impurity of 33.8% in Example 2 has a short wavelength of 55 nm. Further, the wavelength at which the transmittance is 60% is that the ZnO containing the doping impurity of Comparative Example 1 is doped with ZMO (Zn, Mg, O, and doping impurities) with the doping ratio of 24.8% of Mg in Example 1. 47 nm wavelength is short in the transparent electrode layer containing 3) and ZMO (transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and doping impurities) containing the doping impurity with the Mg ratio of 33.8% in Example 2 has a short wavelength of 61 nm. . Therefore, compared with ZnO containing doping impurities, the transparent electrode layer of ZMO containing doping impurities (transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and doping impurities) transmits light having a shorter wavelength, and thin film photoelectric conversion. It can be said that the short-wave current density can be improved by increasing the short wavelength sensitivity of the device.

(実施例3)
本発明の実施例3として、低圧CVD法でZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層を作製した。厚み0.7mm、125mm×125mmのガラス基板の透光性基体111上にSiO微粒子1121を含む透光性下地層112を形成し、透光性絶縁基板11とした。透光性下地層111を形成する際に用いた塗布液は、平均粒径が100nmの球状シリカ分散液、水、エチルセロソルブの混合液にテトラエトキシシランを加え、更に塩酸を添加してテトラエトキシシランを加水分解させたものを用いた。塗布液を印刷機にてガラス上に塗布した後、90℃で30分乾燥し、その後450℃で5分加熱することにより、表面に微細な凹凸が形成された透光性絶縁基板11を得た。この透光性絶縁基板11の表面を原子間力顕微鏡(AFM)で観察したところ、微粒子の形状を反映し、凸部が曲面からなる凹凸が確認された。この条件で製膜された透光性下地層112の二乗平均平方根粗さ(RMS)は5〜50nmであった。なお、本発明におけるRMSは、一辺が5μmの正方形領域を観察した原子間力顕微鏡(AFM)像から求めている(ISO 4287/1)。このAFM測定にはNano−Rシステム(Pacific Nanotechnology社製)のノンコンタクトモードが用いられた。
(Example 3)
As Example 3 of the present invention, a transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and doping impurities was produced by low-pressure CVD. A light-transmitting base layer 112 containing SiO 2 fine particles 1121 was formed on a light-transmitting substrate 111 of a glass substrate having a thickness of 0.7 mm and 125 mm × 125 mm, whereby a light-transmitting insulating substrate 11 was obtained. The coating liquid used for forming the light-transmitting underlayer 111 was tetraethoxysilane added to a mixture of a spherical silica dispersion having an average particle diameter of 100 nm, water and ethyl cellosolve, and hydrochloric acid was further added to add tetraethoxysilane. A product obtained by hydrolyzing silane was used. After coating the coating solution on glass with a printing machine, drying is performed at 90 ° C. for 30 minutes, and then heating is performed at 450 ° C. for 5 minutes to obtain a light-transmitting insulating substrate 11 having fine irregularities formed on the surface. It was. When the surface of the translucent insulating substrate 11 was observed with an atomic force microscope (AFM), irregularities in which the convex portions were curved reflecting the shape of the fine particles were confirmed. The root mean square roughness (RMS) of the light-transmitting underlayer 112 formed under these conditions was 5 to 50 nm. In addition, RMS in this invention is calculated | required from the atomic force microscope (AFM) image which observed the square area | region whose one side is 5 micrometers (ISO 4287/1). The non-contact mode of Nano-R system (manufactured by Pacific Nanotechnology) was used for this AFM measurement.

得られた透光性絶縁基板11の上にZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層12を低圧熱CVD法で形成した。この透明電極層12は、製膜時基板温度160℃、圧力20Pa、ジエチル亜鉛(DEZ)の流量400sccm、MeCpMgの流量120sccm、水の流量1000sccm、ジボラン(B)流量2sccm、アルゴン流量500sccm、水素流量500sccmで形成した。このとき製膜速度は2nm/sであった。すなわち、低圧CVD法で作製した実施例3のZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層の製膜速度は、スパッタ法で作製した実施例1、2のZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層の製膜速度の4倍に速くなった。 A transparent electrode layer 12 containing Zn, Mg, O, and doping impurities was formed on the obtained translucent insulating substrate 11 by a low pressure thermal CVD method. This transparent electrode layer 12 has a substrate temperature of 160 ° C., a pressure of 20 Pa, a flow rate of diethyl zinc (DEZ) of 400 sccm, a flow rate of MeCp 2 Mg of 120 sccm, a flow rate of water of 1000 sccm, a diborane (B 2 H 6 ) flow rate of 2 sccm, and argon. It was formed at a flow rate of 500 sccm and a hydrogen flow rate of 500 sccm. At this time, the film forming speed was 2 nm / s. That is, the deposition rate of the transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and doping impurities of Example 3 manufactured by the low pressure CVD method is the same as that of Zn, Mg, O, and doping of Examples 1 and 2 manufactured by the sputtering method. The film-forming speed of the transparent electrode layer containing impurities was four times faster.

得られたZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層12の反射スペクトルの干渉から求めた膜厚は1.8μmであった。EDXから求めた膜中Mg比は29.7%であった。シート抵抗は13.2Ω/□であった。表面面積比(Sdr)は72.5%であった。なお、本発明におけるSdrは、一辺が5μmの正方形領域を観察した原子間力顕微鏡(AFM)像から求めている。このAFM測定にはNano−Rシステム(Pacific Nanotechnology社製)のノンコンタクトモードが用いられた。C光源を用いて測定したヘイズ率は28.4%であった。   The film thickness obtained from interference of the reflection spectrum of the obtained transparent electrode layer 12 containing Zn, Mg, O and doping impurities was 1.8 μm. The Mg ratio in the film determined from EDX was 29.7%. The sheet resistance was 13.2 Ω / □. The surface area ratio (Sdr) was 72.5%. The Sdr in the present invention is obtained from an atomic force microscope (AFM) image obtained by observing a square region having a side of 5 μm. The non-contact mode of Nano-R system (manufactured by Pacific Nanotechnology) was used for this AFM measurement. The haze ratio measured using a C light source was 28.4%.

(比較例2)
従来法による比較例2として、ドーピング不純物を含むZnOの透明電極層を低圧CVD法で作製した。ドーピング不純物を含むZnOの製膜時にMeCpMgを用いなかったこと以外は、その構造、作製方法は実施例3と同一とした。製膜速度は2nm/sであった。
(Comparative Example 2)
As Comparative Example 2 by the conventional method, a transparent electrode layer of ZnO containing doping impurities was produced by a low pressure CVD method. The structure and the manufacturing method were the same as those in Example 3 except that MeCp 2 Mg was not used when forming ZnO containing doping impurities. The film forming speed was 2 nm / s.

得られたドーピング不純物を含むZnO膜の透明電極層の膜厚は1.8μmであった。シート抵抗は12.4Ω/□であった。表面面積比(Sdr)は75.3%であった。ヘイズ率は27.0%であった。   The film thickness of the transparent electrode layer of the obtained ZnO film containing doping impurities was 1.8 μm. The sheet resistance was 12.4Ω / □. The surface area ratio (Sdr) was 75.3%. The haze ratio was 27.0%.

(実施例4)
本発明の実施例4として、実施例3の透明電極層を用いて、その上に非晶質シリコン光電変換ユニット、結晶質シリコン光電変換ユニット、及び裏面電極層を形成することで、積層型薄膜光電変換装置を作製した。図1に実施例4の薄膜光電変換装置の断面構造の概念図を示す。
Example 4
As Example 4 of the present invention, by using the transparent electrode layer of Example 3 and forming an amorphous silicon photoelectric conversion unit, a crystalline silicon photoelectric conversion unit, and a back electrode layer thereon, a laminated thin film A photoelectric conversion device was produced. FIG. 1 is a conceptual diagram of a cross-sectional structure of the thin film photoelectric conversion device of Example 4.

具体的には、実施例1の透明電極層12の上に、厚さ10nmのp型微結晶シリコン層および厚さ15nmのp型非晶質シリコンカーバイド層からなる一導電型層21、厚さ350nmの真性非晶質シリコン層の光電変換層22、及び厚さ15nmのn型微結晶シリコン層の逆導電型層23からなる非晶質光電変換ユニットの前方光電変換ユニット2を形成し、さらに、厚さ15nmのp型微結晶シリコン層の一導電型層31、厚さ1.5μmの真性結晶質シリコン層の光電変換層32、及び厚さ15nmのn型微結晶シリコン層の逆導電型層33からなる結晶質シリコン光電変換層ユニットの後方光電変換ユニット3を順次プラズマCVD法で形成した。さらに、裏面電極層4として厚さ90nmのAlドープされたZnOの導電性酸化物層41と厚さ200nmのAgの金属層42をスパッタ法にて順次形成し、積層型薄膜光電変換装置を作製した。   Specifically, on the transparent electrode layer 12 of Example 1, a one-conductivity type layer 21 composed of a p-type microcrystalline silicon layer having a thickness of 10 nm and a p-type amorphous silicon carbide layer having a thickness of 15 nm. Forming a front photoelectric conversion unit 2 of an amorphous photoelectric conversion unit comprising a photoelectric conversion layer 22 of 350 nm intrinsic amorphous silicon layer and a reverse conductivity type layer 23 of n-type microcrystalline silicon layer having a thickness of 15 nm; One conductivity type layer 31 of a p-type microcrystalline silicon layer having a thickness of 15 nm, a photoelectric conversion layer 32 having an intrinsic crystalline silicon layer having a thickness of 1.5 μm, and a reverse conductivity type of an n-type microcrystalline silicon layer having a thickness of 15 nm. The rear photoelectric conversion unit 3 of the crystalline silicon photoelectric conversion layer unit composed of the layer 33 was sequentially formed by the plasma CVD method. Further, an Al-doped ZnO conductive oxide layer 41 having a thickness of 90 nm and an Ag metal layer 42 having a thickness of 200 nm are sequentially formed as the back electrode layer 4 by a sputtering method to produce a stacked thin film photoelectric conversion device. did.

このようにして得られた実施例4の薄膜光電変換装置5にAM1.5の光を100mW/cmの光量で照射して出力特性を測定ところ、開放電圧(Voc)が1.291V、短絡電流密度(Jsc)が13.25mA/cm、曲線因子(FF)が0.705、そして変換効率(Eff)が12.06%であった。 The thin film photoelectric conversion device 5 of Example 4 obtained in this way was irradiated with AM 1.5 light at a light amount of 100 mW / cm 2 to measure the output characteristics, and the open circuit voltage (Voc) was 1.291 V, short-circuited. The current density (Jsc) was 13.25 mA / cm 2 , the fill factor (FF) was 0.705, and the conversion efficiency (Eff) was 12.06%.

(比較例3)
比較例3においては、実施例4に類似の薄膜光電変換装置が作製された。すなわち、透明電極層に比較例2のドーピング不純物を含むZnO層を用いたことのみにおいて、実施例4と異なっていた。得られた比較例3の薄膜光電変換装置の出力特性を実施例4の場合と同様に測定したところ、Vocが1.292V、Jscが12.90mA/cm2、FFが0.708、そしてEffが11.80%であった。
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, a thin film photoelectric conversion device similar to Example 4 was produced. That is, it was different from Example 4 only by using the ZnO layer containing the doping impurity of Comparative Example 2 for the transparent electrode layer. When the output characteristics of the obtained thin film photoelectric conversion device of Comparative Example 3 were measured in the same manner as in Example 4, Voc was 1.292 V, Jsc was 12.90 mA / cm 2 , FF was 0.708, and Eff Was 11.80%.

(比較例4)
比較例4においては、実施例4に類似の薄膜光電変換装置が作製された。すなわち、比較例4の薄膜光電変換装置は、透光性下地層112がないこと、透明電極層としてZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層に代えてドーピング不純物としてFを含むSnO2層を用いたこと、一導電型層21が厚さ15nmのp型非晶質シリコンカーバイド層だけからなることの3点のみにおいて、実施例4と異なっていた。薄膜光電変換装置用基板1としてはドーピング不純物を含むSnO電極層12が熱CVD法で形成された市販品を用い、そのヘイズ率は13.2%であり、ドーピング不純物を含むSnO2電極層のシート抵抗は12.5Ω/□であった。得られた比較例4の薄膜光電変換装置の出力特性を実施例4の場合と同様に測定したところ、Vocが1.302V、Jscが12.52mA/cm2、FFが0.710、そしてEffが11.56%であった。
(Comparative Example 4)
In Comparative Example 4, a thin film photoelectric conversion device similar to Example 4 was produced. That is, the thin film photoelectric conversion device of Comparative Example 4 has no translucent underlayer 112, SnO containing F as a doping impurity instead of the transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and a doping impurity as a transparent electrode layer. It was different from Example 4 only in the three points that two layers were used and that one conductivity type layer 21 consisted only of a p-type amorphous silicon carbide layer having a thickness of 15 nm. As the substrate 1 for a thin film photoelectric conversion device, a commercially available product in which a SnO 2 electrode layer 12 containing a doping impurity is formed by a thermal CVD method is used, and its haze ratio is 13.2%. A SnO 2 electrode layer containing a doping impurity The sheet resistance was 12.5Ω / □. When the output characteristics of the obtained thin film photoelectric conversion device of Comparative Example 4 were measured in the same manner as in Example 4, Voc was 1.302 V, Jsc was 12.52 mA / cm 2 , FF was 0.710, and Eff Was 11.56%.

(実施例4、比較例3、4の収集効率)
図3に、実施例4、比較例3、4の薄膜光電変換装置の収集効率スペクトルを示す。収集効率スペクトルを測定する際、赤色バイアス光を照射して前方光電変換ユニットの収集効率を測定し、青色バイアス光を照射して後方光電変換ユニットの収集効率を測定した。300〜400nmの収集効率の短波長側の立ち上がり始める波長を比較すると、ドーピング不純物を含むZnOを透明電極層に用いた比較例3は約360nm、ドーピング不純物を含むSnOを透明電極層に用いた比較例4は300nm、ドーピング不純物を含むZMO(ZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層)を透明電極層に用いた実施例4は300nmになっている。これは、ZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層のバンドギャップがドーピング不純物を含むZnOより大きくなって、ドーピング不純物を含むSnOと同等の短波長の光を透過できるためである。
(Collection efficiency of Example 4, Comparative Examples 3 and 4)
In FIG. 3, the collection efficiency spectrum of the thin film photoelectric conversion apparatus of Example 4 and Comparative Examples 3 and 4 is shown. When measuring the collection efficiency spectrum, the collection efficiency of the front photoelectric conversion unit was measured by irradiating with red bias light, and the collection efficiency of the rear photoelectric conversion unit was measured by irradiating with blue bias light. Comparing the wavelengths at which the collection efficiency of 300 to 400 nm starts to rise on the short wavelength side, Comparative Example 3 using ZnO containing a doping impurity for the transparent electrode layer was about 360 nm, and SnO 2 containing a doping impurity was used for the transparent electrode layer. Comparative Example 4 has a thickness of 300 nm, and Example 4 in which ZMO containing a doping impurity (a transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and doping impurities) is used as the transparent electrode layer has a thickness of 300 nm. This is because the band gap of the transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and doping impurities is larger than that of ZnO containing doping impurities, and light having a short wavelength equivalent to that of SnO 2 containing doping impurities can be transmitted. .

また、750〜1100nmの収集効率の長波長のすそを比較すると、実施例4と比較例3がほぼ同等で、比較例4が低くなっている。これは、ドーピング不純物を含むZMO(ZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層)がドーピング不純物を含むZnOと同様に25%以上の高いヘイズ率の凹凸をもつため、長波長光の光閉じ込め効果が高いためである。   Moreover, when comparing the long-wavelength skirts having a collection efficiency of 750 to 1100 nm, Example 4 and Comparative Example 3 are substantially equivalent, and Comparative Example 4 is low. This is because ZMO containing a doping impurity (transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and doping impurities) has irregularities with a high haze ratio of 25% or more like ZnO containing doping impurities. This is because the light confinement effect is high.

すなわち、比較例3および比較例4に比べて、ZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層を、透明電極層に用いた実施例4は収集効率を改善されたため、Jscを増加して、Effが改善された。   That is, compared with Comparative Example 3 and Comparative Example 4, Example 4 using the transparent electrode layer containing Zn, Mg, O, and doping impurities as the transparent electrode layer improved the collection efficiency, and thus increased Jsc. Eff was improved.

(比較例5)
比較例5においては、実施例4に類似の薄膜光電変換装置が作製された。すなわち、透明電極層の製造時にBを用いず、透明電極層としてドーピング不純物を含まないZMO層を用いたことのみにおいて、実施例4と異なっていた。得られた比較例5の薄膜光電変換装置の出力特性を実施例4の場合と同様に測定したところ、IVカーブが直線状になってEff=0%で、太陽電池として使えなかった。
(Comparative Example 5)
In Comparative Example 5, a thin film photoelectric conversion device similar to Example 4 was produced. That is, without using the B 2 H 6 in the production of the transparent electrode layer, only in that with ZMO layer containing no doping impurity as a transparent electrode layer, was different from Example 4. When the output characteristics of the obtained thin film photoelectric conversion device of Comparative Example 5 were measured in the same manner as in Example 4, the IV curve was linear and Eff = 0%, which was not usable as a solar cell.

(実施例5)
本発明の実施例5として、ステンレス基板上に、裏面電極層、n、i、p型の順に配置した結晶質シリコン光電変換ユニット、及びドーピング不純物を含むZMOの透明電極層を形成することで、薄膜光電変換装置を作製した。光電変換ユニットを1つだけ備えるいわゆるシングル構造の薄膜光電変換装置である。図4に実施例5の薄膜光電変換装置の断面構造の概念図を示す。
(Example 5)
As Example 5 of the present invention, on a stainless steel substrate, by forming a back electrode layer, a crystalline silicon photoelectric conversion unit arranged in the order of n, i, and p type, and a transparent electrode layer of ZMO containing doping impurities, A thin film photoelectric conversion device was produced. This is a so-called single-structure thin-film photoelectric conversion device having only one photoelectric conversion unit. FIG. 4 is a conceptual diagram of a cross-sectional structure of the thin film photoelectric conversion device of Example 5.

具体的には、厚み0.5mm、30mm×30mmのステンレス基板上に、裏面電極層4として厚さ200nmのAgの金属層42と厚さ90nmのAlドープされたZnOの導電性酸化物層41とをスパッタ法にて順次形成した。その上に、厚さ15nmのn型微結晶シリコン層の逆導電型層33、厚さ2.0μmの真性結晶質シリコン層の光電変換層32、及び厚さ15nmのp型微結晶シリコン層の一導電型層31からなる結晶質シリコン光電変換層ユニット34を順次プラズマCVD法で形成した。さらに、ZnとMgとOとドーピング不純物とを含む透明電極層12を、低圧CVD法で実施例3と同様に形成し、薄膜光電変換装置を形成した。得られた実施例5の薄膜光電変換装置の出力特性を実施例4の場合と同様に測定したところ、Vocが0.514V、Jscが25.0mA/cm2、FFが0.702、そしてEffが9.02%であった。 Specifically, on a stainless steel substrate having a thickness of 0.5 mm and 30 mm × 30 mm, an Ag metal layer 42 having a thickness of 200 nm and an Al-doped ZnO conductive oxide layer 41 having a thickness of 90 nm are formed as the back electrode layer 4. Were sequentially formed by sputtering. On top of that, an n-type microcrystalline silicon layer reverse-conductivity type layer 33 having a thickness of 15 nm, an intrinsic crystalline silicon layer photoelectric conversion layer 32 having a thickness of 2.0 μm, and a p-type microcrystalline silicon layer having a thickness of 15 nm are formed. Crystalline silicon photoelectric conversion layer units 34 composed of one conductivity type layer 31 were sequentially formed by plasma CVD. Further, the transparent electrode layer 12 containing Zn, Mg, O, and doping impurities was formed by the low pressure CVD method in the same manner as in Example 3 to form a thin film photoelectric conversion device. When the output characteristics of the obtained thin film photoelectric conversion device of Example 5 were measured in the same manner as in Example 4, Voc was 0.514 V, Jsc was 25.0 mA / cm 2 , FF was 0.702, and Eff Was 9.02%.

(比較例6)
比較例6においては、実施例5に類似の薄膜光電変換装置が作製された。すなわち、透明電極層にドーピング不純物を含むZnO層を用いたことのみにおいて、実施例5と異なっていた。ZnO層の製膜条件は比較例2と同様とした。得られた比較例6の薄膜光電変換装置の出力特性を実施例4の場合と同様に測定したところ、Vocが0.523V、Jscが23.6mA/cm2、FFが0.695、そしてEffが8.6%であった。
(Comparative Example 6)
In Comparative Example 6, a thin film photoelectric conversion device similar to Example 5 was produced. That is, it was different from Example 5 only by using a ZnO layer containing a doping impurity for the transparent electrode layer. The conditions for forming the ZnO layer were the same as in Comparative Example 2. When the output characteristics of the obtained thin film photoelectric conversion device of Comparative Example 6 were measured in the same manner as in Example 4, Voc was 0.523 V, Jsc was 23.6 mA / cm 2 , FF was 0.695, and Eff Was 8.6%.

実施例5は透明電極層にドーピング不純物を含むZMOを用いることによって、比較例6に比べてJscの増加によってEffが向上していることがわかる。   In Example 5, it can be seen that by using ZMO containing a doping impurity in the transparent electrode layer, Eff is improved by increasing Jsc as compared with Comparative Example 6.

本発明の一実施形態の光電変換装置用基板および薄膜光電変換装置の断面図。Sectional drawing of the board | substrate for photoelectric conversion apparatuses of one Embodiment of this invention, and a thin film photoelectric conversion apparatus. 本発明の実施例1、実施例2および従来法の比較例1の透明電極層の透過スペクトル。The transmission spectrum of the transparent electrode layer of Example 1, Example 2 of this invention, and the comparative example 1 of the conventional method. 本発明の実施例4および従来法の比較例3、4の収集効率スペクトル。The collection efficiency spectrum of Example 4 of this invention and the comparative examples 3 and 4 of a conventional method. 本発明の実施例5の薄膜光電変換装置の断面図。Sectional drawing of the thin film photoelectric conversion apparatus of Example 5 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 光電変換装置用基板
11 透光性絶縁基板
111 透光性基体
112 透光性下地層
1121 透光性微粒子
1122 透光性バインダー
12 透明電極層
20 半導体層
2 前方光電変換ユニット
21 一導電型層
22 光電変換層
23 逆導電型層
3 後方光電変換ユニット
31 一導電型層
32 光電変換層
33 逆導電型層
34 結晶質光電変換ユニット
4 裏面電極層
41 導電性酸化物層
42 金属層
5 薄膜光電変換装置
6 ステンレス基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate for photoelectric conversion devices 11 Translucent insulating substrate 111 Translucent substrate 112 Translucent foundation layer 1121 Translucent fine particle 1122 Translucent binder 12 Transparent electrode layer 20 Semiconductor layer 2 Front photoelectric conversion unit 21 One conductivity type layer DESCRIPTION OF SYMBOLS 22 Photoelectric conversion layer 23 Reverse conductive type layer 3 Back photoelectric conversion unit 31 One conductive type layer 32 Photoelectric conversion layer 33 Reverse conductive type layer 34 Crystalline photoelectric conversion unit 4 Back surface electrode layer 41 Conductive oxide layer 42 Metal layer 5 Thin film photoelectric Conversion device 6 Stainless steel substrate

Claims (6)

光入射側から順次配置された、透明電極層、1以上の光電変換ユニット、裏面電極層を含む薄膜光電変換装置において、
該光電変換ユニットは、光入射方向よりp型半導体層、実質的に真性半導体の光電変換層、n型半導体層の順に配置された光電変換ユニットであり、
前記透明電極層はZnとMgとOとドーピング不純物とを含み、かつ透明電極層は前記光電変換ユニットの1つに含まれるp型半導体層と界面で接していることを特徴とする薄膜光電変換装置。
In a thin film photoelectric conversion device including a transparent electrode layer, one or more photoelectric conversion units, and a back electrode layer, which are sequentially arranged from the light incident side,
The photoelectric conversion unit is a photoelectric conversion unit arranged in the order of a p-type semiconductor layer, a substantially intrinsic semiconductor photoelectric conversion layer, and an n-type semiconductor layer from the light incident direction,
The thin film photoelectric conversion characterized in that the transparent electrode layer contains Zn, Mg, O and doping impurities, and the transparent electrode layer is in contact with the p-type semiconductor layer included in one of the photoelectric conversion units at the interface. apparatus.
前記ドーピング不純物は、B、Al、GaおよびInからなる群から選択される1以上の元素を含む、請求項1に記載の薄膜光電変換装置。   The thin film photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the doping impurity includes one or more elements selected from the group consisting of B, Al, Ga, and In. 請求項1または2に記載の薄膜光電変換装置を製造する方法であって、前記透明電極層をスパッタ法で形成する工程を含む、薄膜光電変換装置の製造方法。   A method for manufacturing the thin film photoelectric conversion device according to claim 1, comprising a step of forming the transparent electrode layer by a sputtering method. 請求項1または2に記載の薄膜光電変換装置を製造する方法であって、前記透明電極層を低圧CVD法で形成する工程を含む、薄膜光電変換装置の製造方法。   A method for producing the thin film photoelectric conversion device according to claim 1, comprising a step of forming the transparent electrode layer by a low pressure CVD method. 前記低圧CVD法で使用するMgの原料は、ビスメチルシクロペンタジエニルマグネシウムMg(CHおよびビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウムMg(Cからなる群から選択される1以上である、請求項4に記載の薄膜光電変換装置の製造方法。 The raw materials for Mg used in the low-pressure CVD method are bismethylcyclopentadienyl magnesium Mg (CH 3 C 5 H 4 ) 2 and bisethylcyclopentadienyl magnesium Mg (C 2 H 5 C 5 H 4 ) 2. The manufacturing method of the thin film photoelectric conversion device of Claim 4 which is 1 or more selected from the group which consists of. 前記低圧CVD法で使用するドーピング不純物の原料は、ジボラン、トリメチルボロン、および三弗化ボロンからなる群から選択される1以上を含むガスである、請求項4または5に記載の薄膜光電変換装置の製造方法。   The thin film photoelectric conversion device according to claim 4 or 5, wherein a source of doping impurities used in the low pressure CVD method is a gas containing one or more selected from the group consisting of diborane, trimethylboron, and boron trifluoride. Manufacturing method.
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