JP2011077380A - Photoelectric conversion device - Google Patents

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真之 呉屋
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    • Y02E10/547Monocrystalline silicon PV cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion device that suppresses decline of an open voltage and the shape factor or has an improved open voltage and the shape factor while maintaining a high sensitivity to long wavelengths. <P>SOLUTION: The photoelectric conversion device 100 is provided, in which a p-layer-side gradient layer of an i-layer contains crystalline silicon and crystalline silicon germanium. The concentration of germanium in the p-layer-side gradient layer is in a range the same as or lower than that of a crystalline silicon germanium layer, and the concentration of germanium increases in a stepwise fashion or monotonously from a p-layer-side crystalline silicon layer toward the crystalline silicon germanium layer. The thickness of the p-layer-side crystalline silicon layer is not less than 30% nor more than 50% of the sum of the thicknesses of the p-layer-side crystalline silicon layer and the p-layer-side gradient layer. The sum of the thicknesses of the p-layer-side crystalline silicon layer and the p-layer-side gradient layer is not less than 20% nor more than 50% of the sum of the thicknesses of the p-layer-side crystalline silicon layer, the p-layer-side gradient layer, and the crystalline silicon germanium layer. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、光電変換装置に関し、特に発電層を製膜で作製する薄膜シリコン系太陽電池に関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion device, and more particularly to a thin film silicon solar cell in which a power generation layer is formed by film formation.

太陽光のエネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池に用いられる光電変換装置としては、p型シリコン系半導体(p層)、i型シリコン系半導体(i層)及びn型シリコン系半導体(n層)の薄膜をプラズマCVD法等で製膜して形成した光電変換層を備えた薄膜シリコン系光電変換装置が知られている。   Photoelectric conversion devices used in solar cells that convert solar energy into electrical energy include p-type silicon-based semiconductors (p-layers), i-type silicon-based semiconductors (i-layers), and n-type silicon-based semiconductors (n-layers). 2. Description of the Related Art A thin film silicon-based photoelectric conversion device including a photoelectric conversion layer formed by forming a thin film by using a plasma CVD method or the like is known.

従来、薄膜シリコン系光電変換装置の変換効率を上げるため、バンドギャップの異なる光電変換層を複数積層して多接合型とする手法が採用されている。バンドギャップの異なる光電変換層を組み合わせることで、波長範囲の広い太陽光エネルギーの有効利用を図れる。多接合型光電変換装置として、2層の光電変換層を積層して接合したタンデム型光電変換装置や3層の光電変換層を積層して接合したトリプル型光電変換装置が知られている。   Conventionally, in order to increase the conversion efficiency of a thin-film silicon-based photoelectric conversion device, a technique in which a plurality of photoelectric conversion layers having different band gaps are stacked to form a multi-junction type has been employed. By combining photoelectric conversion layers with different band gaps, it is possible to effectively use solar energy having a wide wavelength range. Known multi-junction photoelectric conversion devices include tandem photoelectric conversion devices in which two photoelectric conversion layers are stacked and bonded, and triple photoelectric conversion devices in which three photoelectric conversion layers are stacked and bonded.

多接合型光電変換装置に用いる光電変換層の膜の一つとして、結晶質シリコンゲルマニウム膜が挙げられる。結晶質シリコンゲルマニウムは、ナローギャップ材料であり、赤外域での吸収特性が優れることが知られている。結晶質シリコンゲルマニウムは、アモルファスシリコンや結晶質シリコンなどの他の光電変換材料との積層構造として用いることにより、長波長の太陽光を吸収して高効率化を図ることができる光電変換材料として期待されている。
多接合型光電変換装置を高効率化するためには、短絡電流、開放電圧及び形状因子が重要となる。結晶質シリコンゲルマニウム膜を光電変換層として備えた光電変換装置は、長波長感度が向上するため、短絡電流密度が向上する。しかしながら、結晶質シリコンゲルマニウムは、結晶質シリコンと比べてナローギャップである点や、ゲルマニウムが含まれることで欠陥密度が増える点、また、微結晶シリコンゲルマニウムは高ゲルマニウム濃度ではp型化することなどから、結晶質シリコンよりも開放電圧や形状因子が低いという問題があった。
As one of the films of the photoelectric conversion layer used for the multi-junction photoelectric conversion device, a crystalline silicon germanium film can be given. Crystalline silicon germanium is a narrow gap material and is known to have excellent absorption characteristics in the infrared region. Crystalline silicon germanium is expected to be a photoelectric conversion material that can absorb high wavelength sunlight and achieve high efficiency by using it as a laminated structure with other photoelectric conversion materials such as amorphous silicon and crystalline silicon. Has been.
In order to increase the efficiency of the multijunction photoelectric conversion device, the short-circuit current, the open-circuit voltage, and the form factor are important. In the photoelectric conversion device including the crystalline silicon germanium film as the photoelectric conversion layer, the long wavelength sensitivity is improved, so that the short-circuit current density is improved. However, crystalline silicon germanium has a narrow gap compared to crystalline silicon, a point where defect density increases due to inclusion of germanium, and microcrystalline silicon germanium becomes p-type at a high germanium concentration. Therefore, there is a problem that the open circuit voltage and the form factor are lower than that of crystalline silicon.

特許文献1に、i型半導体層としてアモルファスシリコンよりもバンドギャップの狭いアモルファスシリコンゲルマニウム等のアモルファス合金を用いた光起電力素子が開示されている。この光起電力素子は、i型半導体層のバンドギャップを所定の形状で傾斜させることを特徴としているが、3層スタック型(トリプル型)セルとしたときには、短絡電流が低下している。   Patent Document 1 discloses a photovoltaic element using an amorphous alloy such as amorphous silicon germanium having a narrower band gap than amorphous silicon as an i-type semiconductor layer. This photovoltaic element is characterized in that the band gap of the i-type semiconductor layer is inclined in a predetermined shape, but when a three-layer stack (triple-type) cell is used, the short-circuit current is reduced.

特許第2719230号公報(請求項1、第6表)Japanese Patent No. 2719230 (Claim 1, Table 6)

本発明は、光電変換i層に結晶質シリコンゲルマニウムを用いた場合でも、高い長波長感度は保持したまま、開放電圧や形状因子の低下を抑制または向上させた光電変換装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a photoelectric conversion device that suppresses or improves the decrease in open-circuit voltage and form factor while maintaining high long-wavelength sensitivity even when crystalline silicon germanium is used for the photoelectric conversion i layer. And

上記課題を解決するために、本発明は、基板上に、p層と、i層と、n層とが順に積層された光電変換層を備える光電変換装置であって、前記i層が、p層側から順にp層側結晶質シリコン層と、p層側傾斜層と、結晶質シリコンゲルマニウム層とを備え、前記p層側傾斜層が、結晶質シリコンと結晶質シリコンゲルマニウムとを含み、前記p層側傾斜層中のゲルマニウム濃度が、前記結晶質シリコンゲルマニウム層に含まれるゲルマニウム濃度以下の濃度範囲で、前記p層側結晶質シリコン層から前記結晶質シリコンゲルマニウム層に向かって段階的または単調にゲルマニウム濃度が増加するような構成であって、前記p層側結晶質シリコン層の膜厚が、前記p層側結晶質シリコン層の膜厚とp層側傾斜層の膜厚との和に対して、30%以上50%以下の厚さであり、前記p層側結晶質シリコン層の膜厚と前記p層側傾斜層の膜厚との和が、前記p層側結晶質シリコン層の膜厚と、前記p層側傾斜層の膜厚と、前記結晶質シリコンi層の膜厚との和に対して20%以上50%以下である光電変換装置を提供する。   In order to solve the above problems, the present invention provides a photoelectric conversion device including a photoelectric conversion layer in which a p layer, an i layer, and an n layer are sequentially stacked on a substrate, wherein the i layer includes p A p-layer side crystalline silicon layer, a p-layer side inclined layer, and a crystalline silicon germanium layer are provided in order from the layer side, and the p-layer side inclined layer includes crystalline silicon and crystalline silicon germanium, Stepwise or monotonous from the p-layer-side crystalline silicon layer toward the crystalline silicon-germanium layer in a concentration range of germanium concentration in the crystalline silicon-germanium layer or less in the concentration range of germanium in the p-layer-side inclined layer The thickness of the p-layer-side crystalline silicon layer is the sum of the thickness of the p-layer-side crystalline silicon layer and the thickness of the p-layer-side inclined layer. 30% or more The sum of the thickness of the p-layer-side crystalline silicon layer and the thickness of the p-layer-side inclined layer is the thickness of the p-layer-side crystalline silicon layer and the p-layer. Provided is a photoelectric conversion device that is 20% or more and 50% or less with respect to the sum of the thickness of the layer-side inclined layer and the thickness of the crystalline silicon i layer.

更に、本発明者らは、鋭意研究した結果、p層側結晶質シリコン層及びp層側傾斜層の膜厚にはそれぞれ適正範囲が存在することを見出した。
p層と結晶質シリコンゲルマニウム層との間に、結晶質シリコンゲルマニウム層よりも含有するゲルマニウムの濃度が低い層(p層側結晶質シリコン層、p層側傾斜層)を備えることによって、欠陥密度の低い部分ができる。これによってp/i層界面側のi層のp型化を回避し、バンドギャップのゆがみが抑制されるため、開放電圧及び形状因子を向上させることができる。p層側結晶質シリコン層の膜厚は、p層側結晶質シリコン層の膜厚とp層側傾斜層の膜厚との和に対して30%以上50%以下の厚さであることが好ましい。p層側結晶質シリコン層の膜厚の割合が30%以上であると、開放電圧及び形状因子の低下を抑制させる、または、開放電圧及び形状因子を向上させる効果が得られる。膜厚を厚くしすぎると、i層に含まれるゲルマニウムの濃度が低くなり、長波長感度が低下するため、p層側結晶質シリコン層の膜厚の割合は、50%以下が好ましい。
p層側結晶質シリコン層の膜厚とp層側傾斜層の膜厚との和は、p層側結晶質シリコン層の膜厚とp層側傾斜層の膜厚と結晶質シリコンゲルマニウム層の膜厚との和に対して20%以上50%以下の厚さであることが好ましい。これによって、長波長感度を保持しつつ、開放電圧及び形状因子を向上させる効果を奏する。
Furthermore, as a result of intensive studies, the present inventors have found that there are appropriate ranges for the film thicknesses of the p-layer side crystalline silicon layer and the p-layer side inclined layer.
By providing a layer (p layer side crystalline silicon layer, p layer side inclined layer) having a lower concentration of germanium contained than the crystalline silicon germanium layer between the p layer and the crystalline silicon germanium layer. The lower part can be made. This avoids the p-type of the i layer on the interface side of the p / i layer and suppresses the distortion of the band gap, so that the open circuit voltage and the shape factor can be improved. The thickness of the p-layer side crystalline silicon layer may be 30% or more and 50% or less with respect to the sum of the thickness of the p-layer side crystalline silicon layer and the thickness of the p-layer side inclined layer. preferable. When the ratio of the thickness of the p-layer-side crystalline silicon layer is 30% or more, an effect of suppressing the reduction of the open-circuit voltage and the shape factor or improving the open-circuit voltage and the shape factor can be obtained. If the film thickness is too large, the concentration of germanium contained in the i layer is lowered and the long wavelength sensitivity is lowered. Therefore, the ratio of the film thickness of the p-layer side crystalline silicon layer is preferably 50% or less.
The sum of the thickness of the p-layer-side crystalline silicon layer and the thickness of the p-layer-side inclined layer is equal to the thickness of the p-layer-side crystalline silicon layer, the thickness of the p-layer-side inclined layer, and the crystalline silicon-germanium layer. The thickness is preferably 20% or more and 50% or less with respect to the sum of the film thickness. As a result, there is an effect of improving the open circuit voltage and the form factor while maintaining the long wavelength sensitivity.

上記発明において、前記i層が、前記結晶質シリコンゲルマニウム層の上にn層側傾斜層と、n層側結晶質シリコン層とを順に備え、前記n層側傾斜層が、結晶質シリコンと結晶質シリコンゲルマニウムとを含み、前記結晶質シリコンゲルマニウム層から前記n層に向かって段階的または単調にゲルマニウム濃度が減少するよう構成され、前記n層側傾斜層の膜厚とn層側結晶質シリコン層の膜厚との和が、前記p層側結晶質シリコン層の膜厚と前記p層側傾斜層の膜厚と前記結晶質シリコンゲルマニウム層の膜厚との和に対して10%以上50%以下の厚さであることが好ましい。   In the above invention, the i layer includes an n-layer-side inclined layer and an n-layer-side crystalline silicon layer in order on the crystalline silicon germanium layer, and the n-layer-side inclined layer includes crystalline silicon and crystals. And the concentration of germanium decreases stepwise or monotonically from the crystalline silicon germanium layer toward the n layer, the thickness of the n-layer-side inclined layer and the n-layer-side crystalline silicon The sum of the thickness of the layers is 10% or more to the sum of the thickness of the p-layer-side crystalline silicon layer, the thickness of the p-layer-side inclined layer, and the thickness of the crystalline silicon-germanium layer. % Or less is preferable.

結晶質シリコンゲルマニウム層とn層との間に、n層側傾斜層及びn層側結晶質シリコン層を備えることで、i層としての総膜厚が厚くなり、短絡電流が増加する。
n層側傾斜層の膜厚とn層側結晶質シリコン層の膜厚との合計膜厚にも適正範囲が存在する。上記合計膜厚は、p層側結晶質シリコン層の膜厚とp層側傾斜層の膜厚と結晶質シリコンゲルマニウム層の膜厚との和に対して10%以上50%以下の厚さであることが好ましい。合計膜厚が10%以上であると、開放電圧及び形状因子が向上する。一方、膜厚を厚くしすぎると、i層中の欠陥密度が高くなり、開放電圧及び形状因子が低下するため、合計膜厚は50%以下が好ましい。
By providing the n-layer-side inclined layer and the n-layer-side crystalline silicon layer between the crystalline silicon germanium layer and the n-layer, the total film thickness as the i-layer is increased and the short-circuit current is increased.
There is an appropriate range for the total film thickness of the n-layer-side inclined layer and the n-layer-side crystalline silicon layer. The total film thickness is 10% or more and 50% or less with respect to the sum of the thickness of the p-layer side crystalline silicon layer, the thickness of the p-layer side inclined layer, and the thickness of the crystalline silicon germanium layer. Preferably there is. When the total film thickness is 10% or more, the open circuit voltage and the shape factor are improved. On the other hand, if the film thickness is too thick, the defect density in the i layer increases, and the open circuit voltage and the shape factor decrease. Therefore, the total film thickness is preferably 50% or less.

上記発明において、基板上に、結晶質シリコンゲルマニウムを主とする光電変換層と、結晶質シリコンゲルマニウムよりもバンドギャップ幅の広い半導体材料を主とする2つの光電変換層とを備えることが好ましい。結晶質シリコンゲルマニウム層は、短波長域での分光感度が低い。例えば、非晶質シリコンや結晶質シリコンなどの結晶質シリコンゲルマニウムよりもバンドギャップ幅の広い材料を主とする光電変換層を備えることで、短波長域での分光感度を得ることができる。   In the above invention, it is preferable that a photoelectric conversion layer mainly composed of crystalline silicon germanium and two photoelectric conversion layers mainly composed of a semiconductor material having a wider band gap than crystalline silicon germanium are provided on the substrate. The crystalline silicon germanium layer has low spectral sensitivity in the short wavelength region. For example, spectral sensitivity in a short wavelength region can be obtained by including a photoelectric conversion layer mainly composed of a material having a wider band gap than crystalline silicon germanium such as amorphous silicon or crystalline silicon.

上記発明によれば、結晶質シリコンゲルマニウム層を備えた光電変換装置の長波長感度を保持するとともに、開放電圧及び形状因子の低下を抑制できる。これにより、高変換効率の光電変換装置とすることができる。   According to the said invention, while maintaining the long wavelength sensitivity of the photoelectric conversion apparatus provided with the crystalline silicon germanium layer, the fall of an open circuit voltage and a form factor can be suppressed. Thereby, it can be set as the photoelectric conversion apparatus of high conversion efficiency.

本発明の光電変換装置の構成を表す概略図である。It is the schematic showing the structure of the photoelectric conversion apparatus of this invention. 太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。It is the schematic explaining one Embodiment which manufactures a solar cell panel. 太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。It is the schematic explaining one Embodiment which manufactures a solar cell panel. 太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。It is the schematic explaining one Embodiment which manufactures a solar cell panel. 太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。It is the schematic explaining one Embodiment which manufactures a solar cell panel. 結晶質シリコンゲルマニウムi層の各層に含まれるゲルマニウム濃度プロファイルを示す図である。It is a figure which shows the germanium concentration profile contained in each layer of crystalline silicon germanium i layer. 結晶質シリコンゲルマニウムi層の各層に含まれるゲルマニウム濃度プロファイルを示す図である。It is a figure which shows the germanium concentration profile contained in each layer of crystalline silicon germanium i layer. 結晶質シリコンゲルマニウムi層の各層に含まれるゲルマニウム濃度プロファイルを示す図である。It is a figure which shows the germanium concentration profile contained in each layer of crystalline silicon germanium i layer. 結晶質シリコンゲルマニウムi層の膜厚に対するp層側結晶質シリコン層及びp層側傾斜層の膜厚の和の割合と、シングル型太陽電池セルの短絡電流との関係について示すグラフである。It is a graph which shows about the ratio of the sum of the film thickness of the p layer side crystalline silicon layer and the p layer side inclination layer with respect to the film thickness of a crystalline silicon germanium i layer, and the short circuit current of a single type photovoltaic cell. 結晶質シリコンゲルマニウムi層の膜厚に対するp層側結晶質シリコン層及びp層側傾斜層の膜厚の和の割合と、シングル型太陽電池セルの開放電圧との関係について示すグラフである。It is a graph which shows about the ratio of the sum of the film thickness of the p layer side crystalline silicon layer and the p layer side inclination layer with respect to the film thickness of a crystalline silicon germanium i layer, and the open circuit voltage of a single type photovoltaic cell. 結晶質シリコンゲルマニウムi層の膜厚に対するp層側結晶質シリコン層及びp層側傾斜層の膜厚の和の割合と、シングル型太陽電池セルの形状因子との関係について示すグラフである。It is a graph which shows about the ratio of the sum of the film thickness of the p layer side crystalline silicon layer and the p layer side inclination layer with respect to the film thickness of a crystalline silicon germanium i layer, and the form factor of a single type photovoltaic cell. 結晶質シリコンゲルマニウムi層の膜厚に対するp層側結晶質シリコン層及びp層側傾斜層の膜厚の和の割合と、シングル型太陽電池セルの変換効率との関係について示すグラフである。It is a graph which shows about the ratio of the sum total of the film thickness of the p layer side crystalline silicon layer and the p layer side inclination layer with respect to the film thickness of a crystalline silicon germanium i layer, and the conversion efficiency of a single type photovoltaic cell. p層側結晶質シリコン層及びp層側傾斜層の膜厚の和に対するp層側結晶質シリコン層の膜厚の割合と、シングル型太陽電池セルの短絡電流との関係について示すグラフである。It is a graph which shows about the ratio of the film thickness of the p layer side crystalline silicon layer with respect to the sum of the film thickness of the p layer side crystalline silicon layer and the p layer side inclination layer, and the short circuit current of a single type photovoltaic cell. p層側結晶質シリコン層及びp層側傾斜層の膜厚の和に対するp層側結晶質シリコン層の膜厚の割合と、シングル型太陽電池セルの開放電圧との関係について示すグラフである。It is a graph which shows about the relationship between the ratio of the film thickness of the p layer side crystalline silicon layer with respect to the sum of the film thickness of a p layer side crystalline silicon layer and a p layer side inclination layer, and the open circuit voltage of a single type photovoltaic cell. p層側結晶質シリコン層及びp層側傾斜層の膜厚の和に対するp層側結晶質シリコン層の膜厚の割合と、シングル型太陽電池セルの形状因子との関係について示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the ratio of the film thickness of the p layer side crystalline silicon layer with respect to the sum of the film thickness of the p layer side crystalline silicon layer and the p layer side inclination layer, and the form factor of the single type solar cell. p層側結晶質シリコン層及びp層側傾斜層の膜厚の和に対するp層側結晶質シリコン層の膜厚の割合と、シングル型太陽電池セルの変換効率との関係について示すグラフである。It is a graph which shows about the relationship between the ratio of the film thickness of the p layer side crystalline silicon layer with respect to the sum of the film thickness of the p layer side crystalline silicon layer and the p layer side inclination layer, and the conversion efficiency of a single type photovoltaic cell. トリプルセルにおける結晶質シリコンゲルマニウムi層の膜厚に対するp層側結晶質シリコン層及びp層側傾斜層の膜厚の和の割合と、短絡電流との関係について示すグラフである。It is a graph which shows about the ratio of the sum total of the film thickness of the p layer side crystalline silicon layer and the p layer side inclination layer with respect to the film thickness of the crystalline silicon germanium i layer in a triple cell, and a short circuit current. トリプルセルにおける結晶質シリコンゲルマニウムi層の膜厚に対するp層側結晶質シリコン層及びp層側傾斜層の膜厚の和の割合と、開放電圧との関係について示すグラフである。It is a graph which shows about the ratio of the sum of the film thickness of the p layer side crystalline silicon layer and the p layer side inclination layer with respect to the film thickness of the crystalline silicon germanium i layer in a triple cell, and the open circuit voltage. トリプルセルにおける結晶質シリコンゲルマニウムi層の膜厚に対するp層側結晶質シリコン層及びp層側傾斜層の膜厚の和の割合と、形状因子との関係について示すグラフである。It is a graph which shows about the ratio of the sum of the film thickness of the p layer side crystalline silicon layer and the p layer side inclination layer with respect to the film thickness of the crystalline silicon germanium i layer in a triple cell, and the relationship with a shape factor. トリプルセルにおける結晶質シリコンゲルマニウムi層の膜厚に対するp層側結晶質シリコン層及びp層側傾斜層の膜厚の和の割合と、変換効率との関係について示すグラフである。It is a graph which shows about the ratio of the sum total of the film thickness of the p layer side crystalline silicon layer and the p layer side inclination layer with respect to the film thickness of the crystalline silicon germanium i layer in a triple cell, and the conversion efficiency. トリプルセルにおけるp層側結晶質シリコン層及びp層側傾斜層の膜厚の和に対するp層側結晶質シリコン層の膜厚の割合と、短絡電流との関係について示すグラフである。It is a graph which shows about the ratio of the film thickness of the p layer side crystalline silicon layer with respect to the sum of the film thickness of the p layer side crystalline silicon layer and p layer side inclination layer in a triple cell, and the short circuit current. トリプルセルにおけるp層側結晶質シリコン層及びp層側傾斜層の膜厚の和に対するp層側結晶質シリコン層の膜厚の割合と、開放電圧との関係について示すグラフである。It is a graph which shows about the ratio of the film thickness of the p layer side crystalline silicon layer with respect to the sum of the film thickness of the p layer side crystalline silicon layer and p layer side inclination layer in a triple cell, and an open circuit voltage. トリプルセルにおけるp層側結晶質シリコン層及びp層側傾斜層の膜厚の和に対するp層側結晶質シリコン層の膜厚の割合と、形状因子との関係について示すグラフである。It is a graph which shows about the ratio of the film thickness of the p layer side crystalline silicon layer with respect to the sum of the film thickness of the p layer side crystalline silicon layer in a triple cell, and the p layer side inclination layer, and a shape factor. トリプルセルにおけるp層側結晶質シリコン層及びp層側傾斜層の膜厚の和に対するp層側結晶質シリコン層の膜厚の割合と、変換効率との関係について示すグラフである。It is a graph which shows about the relationship between the ratio of the film thickness of the p layer side crystalline silicon layer with respect to the sum of the film thickness of the p layer side crystalline silicon layer and p layer side inclination layer in a triple cell, and conversion efficiency. 結晶質シリコンゲルマニウムi層の各層に含まれるゲルマニウム濃度プロファイルを示す図である。It is a figure which shows the germanium concentration profile contained in each layer of crystalline silicon germanium i layer. p層側結晶質シリコン層及びp層側傾斜層及び結晶質シリコンゲルマニウム層の膜厚の和に対するn層側傾斜層及びn層側結晶質シリコン層の膜厚の和の割合と、シングル型太陽電池セルの短絡電流との関係を示すグラフである。The ratio of the sum of the film thicknesses of the n-layer side inclined layer and the n-layer side crystalline silicon layer to the sum of the film thicknesses of the p-layer side crystalline silicon layer, the p-layer side inclined layer, and the crystalline silicon germanium layer, It is a graph which shows the relationship with the short circuit current of a battery cell. p層側結晶質シリコン層及びp層側傾斜層及び結晶質シリコンゲルマニウム層の膜厚の和に対するn層側傾斜層及びn層側結晶質シリコン層の膜厚の和の割合と、シングル型太陽電池セルの開放電圧との関係を示すグラフである。The ratio of the sum of the film thicknesses of the n-layer side inclined layer and the n-layer side crystalline silicon layer to the sum of the film thicknesses of the p-layer side crystalline silicon layer, the p-layer side inclined layer, and the crystalline silicon germanium layer, It is a graph which shows the relationship with the open circuit voltage of a battery cell. p層側結晶質シリコン層及びp層側傾斜層及び結晶質シリコンゲルマニウム層の膜厚の和に対するn層側傾斜層及びn層側結晶質シリコン層の膜厚の和の割合と、シングル型太陽電池セルの形状因子との関係を示すグラフである。The ratio of the sum of the film thicknesses of the n-layer side inclined layer and the n-layer side crystalline silicon layer to the sum of the film thicknesses of the p-layer side crystalline silicon layer, the p-layer side inclined layer, and the crystalline silicon germanium layer, It is a graph which shows the relationship with the shape factor of a battery cell. p層側結晶質シリコン層及びp層側傾斜層及び結晶質シリコンゲルマニウム層の膜厚の和に対するn層側傾斜層及びn層側結晶質シリコン層の膜厚の和の割合と、シングル型太陽電池セルの変換効率との関係を示すグラフである。The ratio of the sum of the film thicknesses of the n-layer side inclined layer and the n-layer side crystalline silicon layer to the sum of the film thicknesses of the p-layer side crystalline silicon layer, the p-layer side inclined layer, and the crystalline silicon germanium layer, It is a graph which shows the relationship with the conversion efficiency of a battery cell.

図1は、本発明の光電変換装置の構成を示す概略図である。光電変換装置100は、トリプル型シリコン系太陽電池であり、基板1、透明電極層2、太陽電池光電変換層3としての第1セル層91(非晶質シリコン系)、第2セル層92(結晶質シリコン系)及び第3セル層93(結晶質シリコン系)、中間コンタクト層5a、5b、及び裏面電極層4を備える。なお、ここで、シリコン系とはシリコン(Si)やシリコンカーバイト(SiC)やシリコンゲルマニウム(SiGe)を含む総称である。また、結晶質シリコン系とは、非晶質シリコン系以外のシリコン系を意味するものであり、微結晶シリコンや多結晶シリコンも含まれる。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a photoelectric conversion device of the present invention. The photoelectric conversion device 100 is a triple silicon solar cell, and includes a substrate 1, a transparent electrode layer 2, a first cell layer 91 (amorphous silicon) as a solar cell photoelectric conversion layer 3, and a second cell layer 92 ( Crystalline silicon) and third cell layer 93 (crystalline silicon), intermediate contact layers 5a and 5b, and back electrode layer 4 are provided. Here, the silicon-based is a generic name including silicon (Si), silicon carbide (SiC), and silicon germanium (SiGe). Further, the crystalline silicon system means a silicon system other than the amorphous silicon system, and includes microcrystalline silicon and polycrystalline silicon.

本実施形態に係る光電変換装置の製造方法を、太陽電池パネルを製造する工程を例に挙げて説明する。図2から図5は、本実施形態の太陽電池パネルの製造方法を示す概略図である。   A method for manufacturing a photoelectric conversion device according to this embodiment will be described by taking a process for manufacturing a solar cell panel as an example. 2 to 5 are schematic views showing a method for manufacturing the solar cell panel of the present embodiment.

(1)図2(a)
基板1としてソーダフロートガラス基板(例えば1.4m×1.1m×板厚:3.5mm〜4.5mm)を使用する。基板端面は熱応力や衝撃などによる破損防止にコーナー面取りやR面取り加工されていることが望ましい。
(1) FIG. 2 (a)
A soda float glass substrate (for example, 1.4 m × 1.1 m × plate thickness: 3.5 mm to 4.5 mm) is used as the substrate 1. The end face of the substrate is preferably subjected to corner chamfering or R chamfering to prevent damage due to thermal stress or impact.

(2)図2(b)
透明電極層2として、酸化錫(SnO)を主成分とする膜厚約500nm以上800nm以下の透明導電膜を、熱CVD装置にて約500℃で製膜する。この際、透明電極膜の表面には、適当な凹凸のあるテクスチャーが形成される。透明電極層2として、透明電極膜に加えて、基板1と透明電極膜との間にアルカリバリア膜(図示されず)を形成しても良い。アルカリバリア膜は、酸化シリコン膜(SiO)を50nm〜150nm、熱CVD装置にて約500℃で製膜処理する。
(2) FIG. 2 (b)
As the transparent electrode layer 2, a transparent conductive film having a thickness of about 500 nm to 800 nm and having tin oxide (SnO 2 ) as a main component is formed at about 500 ° C. with a thermal CVD apparatus. At this time, a texture with appropriate irregularities is formed on the surface of the transparent electrode film. As the transparent electrode layer 2, an alkali barrier film (not shown) may be formed between the substrate 1 and the transparent electrode film in addition to the transparent electrode film. As the alkali barrier film, a silicon oxide film (SiO 2 ) is formed at a temperature of about 500 ° C. in a thermal CVD apparatus at 50 nm to 150 nm.

(3)図2(c)
その後、基板1をX−Yテーブルに設置して、YAGレーザーのp層側高調波(1064nm)を、図の矢印に示すように、透明電極膜の膜面側から照射する。加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極膜を発電セルの直列接続方向に対して垂直な方向へ、基板1とレーザー光を相対移動して、溝10を形成するように幅約6mmから15mmの所定幅の短冊状にレーザーエッチングする。
(3) FIG. 2 (c)
Thereafter, the substrate 1 is placed on an XY table, and a p-layer side harmonic (1064 nm) of a YAG laser is irradiated from the film surface side of the transparent electrode film as indicated by an arrow in the figure. The laser power is adjusted to be appropriate for the processing speed, and the transparent electrode film is moved relative to the direction perpendicular to the series connection direction of the power generation cells so that the substrate 1 and the laser light are moved relative to each other to form the groove 10. And laser etching into a strip shape having a predetermined width of about 6 mm to 15 mm.

(4)図2(d)
第1セル層91として、非晶質シリコン薄膜からなるp層、i層及びn層を、プラズマCVD装置により製膜する。SiHガス及びHガスを主原料にして、減圧雰囲気:30Pa以上1000Pa以下、基板温度:約200℃にて、透明電極層2上に太陽光の入射する側から非晶質シリコンp層31、非晶質シリコンi層32、非晶質シリコンn層33の順で製膜する。非晶質シリコンp層31は非晶質のBドープシリコンを主とし、膜厚10nm以上30nm以下である。非晶質シリコンi層32は、膜厚200nm以上350nm以下である。非晶質シリコンn層33は、非晶質シリコンに微結晶シリコンを含有するPドープシリコンを主とし、膜厚30nm以上50nm以下である。非晶質シリコンp層31と非晶質シリコンi層32の間には、界面特性の向上のためにバッファー層を設けても良い。
(4) FIG. 2 (d)
As the first cell layer 91, a p layer, an i layer, and an n layer made of an amorphous silicon thin film are formed by a plasma CVD apparatus. Using SiH 4 gas and H 2 gas as main raw materials, the amorphous silicon p layer 31 from the side on which sunlight is incident on the transparent electrode layer 2 at a reduced pressure atmosphere: 30 Pa to 1000 Pa and a substrate temperature: about 200 ° C. Then, an amorphous silicon i layer 32 and an amorphous silicon n layer 33 are formed in this order. The amorphous silicon p layer 31 is mainly made of amorphous B-doped silicon and has a thickness of 10 nm to 30 nm. The amorphous silicon i layer 32 has a thickness of 200 nm to 350 nm. The amorphous silicon n layer 33 is mainly P-doped silicon containing microcrystalline silicon in amorphous silicon, and has a thickness of 30 nm to 50 nm. A buffer layer may be provided between the amorphous silicon p layer 31 and the amorphous silicon i layer 32 in order to improve interface characteristics.

次に、第1セル層91の上に、プラズマCVD装置により、減圧雰囲気:3000Pa以下、基板温度:約200℃、プラズマ発生周波数:40MHz以上100MHz以下にて、第2セル層92としての結晶質シリコンp層41、結晶質シリコンi層42、及び、結晶質シリコンn層43を順次製膜する。結晶質シリコンp層41はBドープした微結晶シリコンを主とし、膜厚10nm以上50nm以下である。結晶質シリコンi層42は微結晶シリコンを主とし、膜厚は1.2μm以上3.0μm以下である。結晶質シリコンn層43はPドープした微結晶シリコンを主とし、膜厚20nm以上50nm以下である。   Next, a crystalline material as the second cell layer 92 is formed on the first cell layer 91 by a plasma CVD apparatus at a reduced pressure atmosphere: 3000 Pa or less, a substrate temperature: about 200 ° C., and a plasma generation frequency: 40 MHz or more and 100 MHz or less. A silicon p layer 41, a crystalline silicon i layer 42, and a crystalline silicon n layer 43 are sequentially formed. The crystalline silicon p layer 41 is mainly made of B-doped microcrystalline silicon and has a thickness of 10 nm to 50 nm. The crystalline silicon i layer 42 is mainly made of microcrystalline silicon and has a film thickness of 1.2 μm or more and 3.0 μm or less. The crystalline silicon n layer 43 is mainly made of P-doped microcrystalline silicon and has a thickness of 20 nm to 50 nm.

次に、第2セル層92の上に、プラズマCVD装置を用いて、第3セル層93としての結晶質シリコンp層61、結晶質シリコンゲルマニウムi層62、及び、結晶質シリコンn層63を順次製膜する。
結晶質シリコンp層61は、Bドープした微結晶シリコンを主とし、膜厚10nm以上50nm以下である。結晶質シリコンp層61は、ガス種:SiH、H及びB、減圧雰囲気:3000Pa以下、基板温度:約200℃、プラズマ発生周波数:40MHz以上100MHz以下の条件で製膜する。
Next, a crystalline silicon p layer 61, a crystalline silicon germanium i layer 62, and a crystalline silicon n layer 63 as the third cell layer 93 are formed on the second cell layer 92 using a plasma CVD apparatus. Sequentially form a film.
The crystalline silicon p layer 61 is mainly made of B-doped microcrystalline silicon and has a thickness of 10 nm to 50 nm. The crystalline silicon p layer 61 is formed under the conditions of gas species: SiH 4 , H 2 and B 2 H 6 , reduced pressure atmosphere: 3000 Pa or less, substrate temperature: about 200 ° C., plasma generation frequency: 40 MHz to 100 MHz.

結晶質シリコンゲルマニウムi層62は、p層側結晶質シリコン層、p層側傾斜層及び結晶質シリコンゲルマニウム層が、結晶質シリコンp層61上にp層側から順に積層される構成となっている。
p層側結晶質シリコン層は、該層の膜厚が、p層側結晶質シリコン層の膜厚とp層側傾斜層の膜厚との和に対して、30%以上50%以下の厚さとなるように設計される。本実施形態において、p層側結晶質シリコン層は、膜厚が60nm以上250nm以下である微結晶シリコンを主とする膜である。本発明は、この実施形態の範囲に縛られるものではなく、膜厚の比率が重要である。p層側結晶質シリコン層は、プラズマCVD装置を用いて、ガス種:SiH及びH、減圧雰囲気:3000Pa以下、基板温度:約200℃、プラズマ発生周波数:40MHz以上100MHz以下の条件で製膜する。
The crystalline silicon germanium i layer 62 has a configuration in which a p-layer-side crystalline silicon layer, a p-layer-side inclined layer, and a crystalline silicon-germanium layer are sequentially stacked on the crystalline silicon p-layer 61 from the p-layer side. Yes.
The p-layer side crystalline silicon layer has a thickness of 30% or more and 50% or less with respect to the sum of the thickness of the p-layer side crystalline silicon layer and the thickness of the p-layer side inclined layer. It is designed to be In the present embodiment, the p-layer side crystalline silicon layer is a film mainly composed of microcrystalline silicon having a thickness of 60 nm to 250 nm. The present invention is not limited to the scope of this embodiment, and the ratio of the film thickness is important. The p-layer side crystalline silicon layer is manufactured using a plasma CVD apparatus under the conditions of gas types: SiH 4 and H 2 , reduced pressure atmosphere: 3000 Pa or less, substrate temperature: about 200 ° C., plasma generation frequency: 40 MHz to 100 MHz. Film.

p層側傾斜層は、結晶質シリコン及び結晶質シリコンゲルマニウムを含み、ゲルマニウム濃度がp層側結晶質シリコン層側から結晶質シリコンゲルマニウム層側へ向かって段階的に増加する構成とされる。p層側傾斜層に含まれるゲルマニウム濃度は、結晶質シリコンゲルマニウム層に含まれるゲルマニウム濃度以下とする。p層側傾斜層の膜厚は、p層側結晶質シリコン層の膜厚とp層側傾斜層の膜厚との和が、p層側結晶質シリコン層の膜厚とp層側傾斜層の膜厚と結晶質シリコンゲルマニウム層の膜厚との和に対して20%以上50%以下となるように設計される。本実施形態においては、p層側傾斜層の膜厚は、100nm以上400nm以下とする。本発明は、この実施形態の範囲に縛られるものではなく、膜厚の比率が重要である。   The p-layer-side gradient layer includes crystalline silicon and crystalline silicon germanium, and has a structure in which the germanium concentration gradually increases from the p-layer side crystalline silicon layer side toward the crystalline silicon germanium layer side. The germanium concentration contained in the p-layer-side gradient layer is set to be equal to or lower than the germanium concentration contained in the crystalline silicon germanium layer. The thickness of the p-layer-side gradient layer is the sum of the thickness of the p-layer-side crystalline silicon layer and the thickness of the p-layer-side gradient layer, and the thickness of the p-layer-side crystalline silicon layer and the p-layer-side gradient layer It is designed to be 20% or more and 50% or less with respect to the sum of the thickness of the film and the thickness of the crystalline silicon germanium layer. In the present embodiment, the thickness of the p-layer-side inclined layer is set to 100 nm or more and 400 nm or less. The present invention is not limited to the scope of this embodiment, and the ratio of the film thickness is important.

p層側傾斜層は、プラズマCVD装置を用いて、ガス種:SiH、GeH及びH、減圧雰囲気:3000Pa以下、基板温度:約200℃、プラズマ発生周波数:40MHz以上100MHz以下の条件で製膜する。p層側傾斜層中のゲルマニウム濃度を段階的に変化させる方法として、p層側結晶質シリコン層側から結晶質シリコンゲルマニウム層側へ向かってゲルマニウム濃度が増加するように、所定時間毎に原料ガス中のGeH流量を増加させて製膜する方法が挙げられる。このとき、GeH流量増加に併せてH流量も調整すると、結晶質シリコンゲルマニウムの結晶性を制御することができる。 The p-layer-side gradient layer is formed using a plasma CVD apparatus under conditions of gas types: SiH 4 , GeH 4 and H 2 , reduced pressure atmosphere: 3000 Pa or less, substrate temperature: about 200 ° C., plasma generation frequency: 40 MHz or more and 100 MHz or less. Form a film. As a method of changing the germanium concentration in the p-layer-side inclined layer in a stepwise manner, the source gas is supplied every predetermined time so that the germanium concentration increases from the p-layer-side crystalline silicon layer side toward the crystalline silicon-germanium layer side. An example is a method of forming a film by increasing the GeH 4 flow rate therein. At this time, the crystallinity of the crystalline silicon germanium can be controlled by adjusting the H 2 flow rate as the GeH 4 flow rate increases.

結晶質シリコンゲルマニウム層は、膜厚が500nm以上800nm以下であり、15原子%以上35原子%以下の濃度でゲルマニウムを含む。結晶質シリコンゲルマニウム層は、プラズマCVD装置を用いて、ガス種:SiH、GeH及びH、減圧雰囲気:3000Pa以下、基板温度:約200℃、プラズマ発生周波数:40MHz以上100MHz以下の条件で製膜する。 The crystalline silicon germanium layer has a film thickness of 500 nm to 800 nm and contains germanium at a concentration of 15 atomic% to 35 atomic%. The crystalline silicon germanium layer is formed using a plasma CVD apparatus under the conditions of gas type: SiH 4 , GeH 4 and H 2 , reduced pressure atmosphere: 3000 Pa or less, substrate temperature: about 200 ° C., plasma generation frequency: 40 MHz to 100 MHz. Form a film.

結晶質シリコンゲルマニウムi層62は、結晶質シリコンn層63側に、n層側傾斜層及びn層側結晶質シリコン層を順に備えても良い。
n層側傾斜層は、結晶質シリコン及び結晶質シリコンゲルマニウムを含み、ゲルマニウム濃度が結晶質シリコンゲルマニウム層側から結晶質シリコンn層63側へ向かって段階的に減少するような構成とされる。n層側傾斜層の膜厚は、n層側傾斜層の膜厚とn層側結晶質シリコン層の膜厚との和が、p層側結晶質シリコン層の膜厚とp層側傾斜層の膜厚と結晶質シリコンゲルマニウム層の膜厚との和に対して10%以上50%以下となるように設計される。本実施形態においては、n層側傾斜層の膜厚は、100nm以上500nm以下とする。
The crystalline silicon germanium i layer 62 may include an n-layer-side inclined layer and an n-layer-side crystalline silicon layer in this order on the crystalline silicon n-layer 63 side.
The n-layer-side inclined layer includes crystalline silicon and crystalline silicon germanium, and has a structure in which the germanium concentration gradually decreases from the crystalline silicon germanium layer side toward the crystalline silicon n layer 63 side. The thickness of the n-layer-side inclined layer is the sum of the thickness of the n-layer-side inclined layer and the thickness of the n-layer-side crystalline silicon layer, and the thickness of the p-layer-side crystalline silicon layer and the p-layer-side inclined layer It is designed to be 10% or more and 50% or less with respect to the sum of the thickness of the film and the thickness of the crystalline silicon germanium layer. In the present embodiment, the thickness of the n-layer-side inclined layer is set to 100 nm or more and 500 nm or less.

n層側傾斜層は、プラズマCVD装置を用いて、ガス種:SiH、GeH及びH、減圧雰囲気:3000Pa以下、基板温度:約200℃、プラズマ発生周波数:40MHz以上100MHz以下の条件で製膜する。n層側傾斜層中のゲルマニウム濃度を段階的に変化させる方法として、p層側結晶質シリコン層側から側へ向かってゲルマニウム濃度が減少するように、所定時間毎に原料ガス中のGeH流量を低下させて製膜する方法が挙げられる。このとき、GeH流量増加に併せてH流量も調整すると、結晶質シリコンゲルマニウムの結晶性を制御することができる。 The n-layer-side gradient layer is formed using a plasma CVD apparatus under the conditions of gas types: SiH 4 , GeH 4 and H 2 , reduced pressure atmosphere: 3000 Pa or less, substrate temperature: about 200 ° C., plasma generation frequency: 40 MHz or more and 100 MHz or less. Form a film. As a method of changing the germanium concentration in the n-layer-side gradient layer stepwise, the GeH 4 flow rate in the source gas every predetermined time so that the germanium concentration decreases from the p-layer side crystalline silicon layer side to the side. The method of forming into a film by lowering | hanging is mentioned. At this time, the crystallinity of the crystalline silicon germanium can be controlled by adjusting the H 2 flow rate as the GeH 4 flow rate increases.

n層側結晶質シリコン層は、微結晶シリコンを主とする膜であり、その膜厚はn層側傾斜層の膜厚の記載に準じて設計される。本実施形態において、n層側結晶質シリコン層の膜厚は、10nm以上50nm以下とする。製膜条件は、p層側結晶質シリコン層と同様とする。   The n-layer side crystalline silicon layer is a film mainly composed of microcrystalline silicon, and the film thickness is designed according to the description of the film thickness of the n-layer side inclined layer. In this embodiment, the film thickness of the n-layer side crystalline silicon layer is 10 nm or more and 50 nm or less. The film forming conditions are the same as those for the p-layer side crystalline silicon layer.

結晶質シリコン系の材料を主とするi層膜をプラズマCVD法で形成するにあたり、プラズマ放電電極と基板1の表面との距離dは、3mm以上10mm以下にすることが好ましい。3mmより小さい場合、大型基板に対応する製膜室内の各構成機器精度から距離dを一定に保つことが難しくなるとともに、近過ぎて放電が不安定になる恐れがある。10mmより大きい場合、十分な製膜速度(1nm/s以上)を得難くなるとともに、プラズマの均一性が低下しイオン衝撃により膜質が低下する。   In forming an i-layer film mainly composed of a crystalline silicon-based material by the plasma CVD method, the distance d between the plasma discharge electrode and the surface of the substrate 1 is preferably 3 mm or more and 10 mm or less. If it is smaller than 3 mm, it is difficult to keep the distance d constant from the accuracy of each component device in the film forming chamber corresponding to the large substrate, and there is a possibility that the discharge becomes unstable because it is too close. When it is larger than 10 mm, it is difficult to obtain a sufficient film forming speed (1 nm / s or more), and the uniformity of the plasma is lowered and the film quality is lowered by ion bombardment.

第1セル層91と第2セル層92の間、及び、第2セル層92と第3セル層93の間に、接触性を改善するとともに電流整合性を取るために半反射膜となる中間コンタクト層5a、5bをそれぞれ設ける。中間コンタクト層5a、5bとして、膜厚:20nm以上100nm以下のGZO(GaドープZnO)膜を、ターゲット:GaドープZnO焼結体を用いてスパッタリング装置により製膜する。また、中間コンタクト層5a、5bを設けない場合もある。   Between the first cell layer 91 and the second cell layer 92, and between the second cell layer 92 and the third cell layer 93, an intermediate layer which becomes a semi-reflective film in order to improve the contact property and achieve current matching Contact layers 5a and 5b are provided, respectively. As intermediate contact layers 5a and 5b, a GZO (Ga-doped ZnO) film having a film thickness of 20 nm to 100 nm is formed by sputtering using a target: Ga-doped ZnO sintered body. In some cases, the intermediate contact layers 5a and 5b are not provided.

(5)図2(e)
基板1をX−Yテーブルに設置して、レーザーダイオード励起YAGレーザーの第2高調波(532nm)を、図の矢印に示すように、光電変換層3の膜面側から照射する。パルス発振:10kHzから20kHzとして、加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極層2のレーザーエッチングラインの約100μmから150μmの横側を、溝11を形成するようにレーザーエッチングする。またこのレーザーは基板1側から照射しても良く、この場合は光電変換層3の非晶質シリコン系の第1セル層で吸収されたエネルギーで発生する高い蒸気圧を利用して光電変換層3をエッチングできるので、更に安定したレーザーエッチング加工を行うことが可能となる。レーザーエッチングラインの位置は前工程でのエッチングラインと交差しないように位置決め公差を考慮して選定する。
(5) FIG. 2 (e)
The substrate 1 is placed on an XY table, and the second harmonic (532 nm) of the laser diode-pumped YAG laser is irradiated from the film surface side of the photoelectric conversion layer 3 as indicated by an arrow in the figure. Pulse oscillation: 10 kHz to 20 kHz, laser power is adjusted so as to be suitable for the processing speed, and laser etching is performed so that grooves 11 are formed on the lateral side of the laser etching line of the transparent electrode layer 2 from about 100 μm to 150 μm. To do. Further, this laser may be irradiated from the substrate 1 side. In this case, the photoelectric conversion layer is formed by utilizing a high vapor pressure generated by the energy absorbed in the amorphous silicon-based first cell layer of the photoelectric conversion layer 3. Since 3 can be etched, a more stable laser etching process can be performed. The position of the laser etching line is selected in consideration of positioning tolerances so as not to intersect with the etching line in the previous process.

(6)図3(a)
裏面電極層4としてAg膜/Ti膜を、スパッタリング装置により、減圧雰囲気、製膜温度:150℃から200℃にて製膜する。本実施形態では、Ag膜:150nm以上500nm以下、これを保護するものとして防食効果の高いTi膜:10nm以上20nm以下を、この順に積層する。あるいは、裏面電極層4を、25nmから100nmの膜厚を有するAg膜と、15nmから500nmの膜厚を有するAl膜との積層構造としても良い。結晶質シリコンn層43と裏面電極層4との接触抵抗低減と光反射向上を目的に、光電変換層3と裏面電極層4との間に、スパッタリング装置により、膜厚:50nm以上100nm以下のGZO(GaドープZnO)膜を製膜して設けても良い。
(6) FIG. 3 (a)
An Ag film / Ti film is formed as the back electrode layer 4 by a sputtering apparatus at a reduced pressure atmosphere and at a film forming temperature of 150 ° C. to 200 ° C. In this embodiment, an Ag film: 150 nm to 500 nm and a Ti film having a high anticorrosion effect: 10 nm to 20 nm are stacked in this order as a protective film. Alternatively, the back electrode layer 4 may have a laminated structure of an Ag film having a thickness of 25 nm to 100 nm and an Al film having a thickness of 15 nm to 500 nm. For the purpose of reducing the contact resistance between the crystalline silicon n layer 43 and the back electrode layer 4 and improving the light reflection, a film thickness of 50 nm or more and 100 nm or less is formed between the photoelectric conversion layer 3 and the back electrode layer 4 by a sputtering apparatus. A GZO (Ga-doped ZnO) film may be formed and provided.

(7)図3(b)
基板1をX−Yテーブルに設置して、レーザーダイオード励起YAGレーザーの第2高調波(532nm)を、図の矢印に示すように、基板1側から照射する。レーザー光が光電変換層3で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層4が爆裂して除去される。パルス発振:1kHz以上10kHz以下として加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極層2のレーザーエッチングラインの250μmから400μmの横側を、溝12を形成するようにレーザーエッチングする。
(7) FIG. 3 (b)
The substrate 1 is placed on an XY table, and the second harmonic (532 nm) of the laser diode-pumped YAG laser is irradiated from the substrate 1 side as indicated by the arrow in the figure. The laser light is absorbed by the photoelectric conversion layer 3, and the back electrode layer 4 is exploded and removed using the high gas vapor pressure generated at this time. Pulse oscillation: laser power is adjusted so as to be suitable for the processing speed from 1 kHz to 10 kHz, and laser etching is performed so that grooves 12 are formed on the lateral side of the laser etching line of the transparent electrode layer 2 from 250 μm to 400 μm. .

(8)図3(c)と図4(a)
発電領域を区分して、基板端周辺の膜端部をレーザーエッチングし、直列接続部分で短絡し易い影響を除去する。基板1をX−Yテーブルに設置して、レーザーダイオード励起YAGレーザーの第2高調波(532nm)を、基板1側から照射する。レーザー光が透明電極層2と光電変換層3で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層4が爆裂して、裏面電極層4/光電変換層3/透明電極層2が除去される。パルス発振:1kHz以上10kHz以下として加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、基板1の端部から5mmから20mmの位置を、図3(c)に示すように、X方向絶縁溝15を形成するようにレーザーエッチングする。なお、図3(c)では、光電変換層3が直列に接続された方向に切断したX方向断面図となっているため、本来であれば絶縁溝15位置には裏面電極層4/光電変換層3/透明電極層2の膜研磨除去をした周囲膜除去領域14がある状態(図4(a)参照)が表れるべきであるが、基板1の端部への加工の説明の便宜上、この位置にY方向断面を表して形成された絶縁溝をX方向絶縁溝15として説明する。このとき、Y方向絶縁溝は後工程で基板1周囲膜除去領域の膜面研磨除去処理を行うので、設ける必要がない。
(8) FIG. 3 (c) and FIG. 4 (a)
The power generation region is divided, and the film edge around the substrate edge is laser-etched to eliminate the effect of short circuit at the serial connection portion. The substrate 1 is placed on an XY table, and the second harmonic (532 nm) of the laser diode pumped YAG laser is irradiated from the substrate 1 side. The laser light is absorbed by the transparent electrode layer 2 and the photoelectric conversion layer 3, and the back electrode layer 4 explodes using the high gas vapor pressure generated at this time, and the back electrode layer 4 / photoelectric conversion layer 3 / transparent electrode layer 2 is removed. Pulse oscillation: 1 kHz or more and 10 kHz or less, the laser power is adjusted so as to be suitable for the processing speed, and the position of 5 mm to 20 mm from the end of the substrate 1 is placed in the X-direction insulating groove as shown in FIG. Laser etching is performed to form 15. In addition, in FIG.3 (c), since it becomes X direction sectional drawing cut | disconnected in the direction in which the photoelectric converting layer 3 was connected in series, the back surface electrode layer 4 / photoelectric conversion is originally in the position of the insulating groove 15 A state (see FIG. 4A) where there is a peripheral film removal region 14 where the layer 3 / transparent electrode layer 2 is polished and removed should appear, but for convenience of explanation of processing to the end of the substrate 1, The insulating groove formed to represent the Y-direction cross section at the position will be described as the X-direction insulating groove 15. At this time, the Y-direction insulating groove does not need to be provided because the film surface polishing removal processing of the peripheral film removal region of the substrate 1 is performed in a later process.

絶縁溝15は基板1の端より5mmから15mmの位置にてエッチングを終了させることにより、太陽電池パネル端部からの太陽電池モジュール6内部への外部湿分浸入の抑制に、有効な効果を呈するので好ましい。   The insulating groove 15 exhibits an effective effect in suppressing external moisture intrusion into the solar cell module 6 from the end portion of the solar cell panel by terminating the etching at a position of 5 mm to 15 mm from the end of the substrate 1. Therefore, it is preferable.

尚、以上までの工程におけるレーザー光はYAGレーザーとしているが、YVO4レーザーやファイバーレーザーなどが同様に使用できるものがある。   In addition, although the laser beam in the above process is made into a YAG laser, there exists what can use a YVO4 laser, a fiber laser, etc. similarly.

(9)図4(a:太陽電池膜面側から見た図、b:受光面の基板側から見た図)
後工程のEVA等を介したバックシート24との健全な接着・シール面を確保するために、基板1周辺(周囲膜除去領域14)の積層膜は、段差があるとともに剥離し易いため、この膜を除去して周囲膜除去領域14を形成する。基板1の端から5〜20mmで基板1の全周囲にわたり膜を除去するにあたり、X方向は前述の図3(c)工程で設けた絶縁溝15よりも基板端側において、Y方向は基板端側部付近の溝10よりも基板端側において、裏面電極層4/光電変換層3/透明電極層2を、砥石研磨やブラスト研磨などを用いて除去を行う。
研磨屑や砥粒は基板1を洗浄処理して除去した。
(9) FIG. 4 (a: view from the solar cell film side, b: view from the substrate side of the light receiving surface)
Since the laminated film around the substrate 1 (peripheral film removal region 14) has a step and is easy to peel off in order to ensure a sound adhesion / seal surface with the back sheet 24 via EVA or the like in a later process, The film is removed to form a peripheral film removal region 14. In removing the film over the entire circumference of the substrate 1 at 5 to 20 mm from the end of the substrate 1, the X direction is closer to the substrate end than the insulating groove 15 provided in the step of FIG. The back electrode layer 4 / photoelectric conversion layer 3 / transparent electrode layer 2 are removed by using grinding stone polishing, blast polishing, or the like on the substrate end side with respect to the groove 10 near the side portion.
Polishing debris and abrasive grains were removed by cleaning the substrate 1.

(10)図5(a)(b)
端子箱23の取付け部分はバックシート24に開口貫通窓を設けて集電板を取出す。この開口貫通窓部分には絶縁材を複数層で設置して外部からの湿分などの浸入を抑制する。
直列に並んだ一方端の太陽電池発電セルと、他方端部の太陽電池発電セルとから銅箔を用いて集電して太陽電池パネル裏側の端子箱23の部分から電力が取出せるように処理する。銅箔は各部との短絡を防止するために銅箔幅より広い絶縁シートを配置する。
集電用銅箔などが所定位置に配置された後に、太陽電池モジュール6の全体を覆い、基板1からはみ出さないようにEVA(エチレン酢酸ビニル共重合体)等による接着充填材シートを配置する。
EVAの上に、防水効果の高いバックシート24を設置する。バックシート24は本実施形態では防水防湿効果が高いようにPETシート/Al箔/PETシートの3層構造よりなる。
バックシート24までを所定位置に配置したものを、ラミネータにより減圧雰囲気で内部の脱気を行い約150〜160℃でプレスしながら、EVAを架橋させて密着させる。
(10) FIGS. 5 (a) and 5 (b)
An attachment portion of the terminal box 23 is provided with an opening through window in the back sheet 24 to take out the current collector plate. Insulating materials are installed in a plurality of layers in the opening through window portion to suppress intrusion of moisture and the like from the outside.
Processing so that power can be taken out from the terminal box 23 on the back side of the solar battery panel by collecting copper foil from one end of the photovoltaic power generation cells arranged in series and the other end of the solar power generation cell. To do. In order to prevent a short circuit with each part, the copper foil arranges an insulating sheet wider than the copper foil width.
After the current collecting copper foil or the like is disposed at a predetermined position, an adhesive filler sheet made of EVA (ethylene vinyl acetate copolymer) or the like is disposed so as to cover the entire solar cell module 6 and not protrude from the substrate 1. .
A back sheet 24 having a high waterproof effect is installed on the EVA. In this embodiment, the back sheet 24 has a three-layer structure of PET sheet / Al foil / PET sheet so that the waterproof and moisture-proof effect is high.
The EVA sheet is placed in a predetermined position until the back sheet 24 is deaerated with a laminator in a reduced pressure atmosphere and pressed at about 150 to 160 ° C., and EVA is crosslinked and brought into close contact.

(11)図5(a)
太陽電池モジュール6の裏側に端子箱23を接着剤で取付ける。
(12)図5(b)
銅箔と端子箱23の出力ケーブルとをハンダ等で接続し、端子箱23の内部を封止剤(ポッティング剤)で充填して密閉する。これで太陽電池パネル50が完成する。
(13)図5(c)
図5(b)までの工程で形成された太陽電池パネル50について発電検査ならびに、所定の性能試験を行う。発電検査は、AM1.5、全天日射基準太陽光(1000W/m)のソーラシミュレータを用いて行う。
(14)図5(d)
発電検査(図5(c))に前後して、外観検査をはじめ所定の性能検査を行う。
(11) FIG. 5 (a)
The terminal box 23 is attached to the back side of the solar cell module 6 with an adhesive.
(12) FIG. 5 (b)
The copper foil and the output cable of the terminal box 23 are connected by solder or the like, and the inside of the terminal box 23 is filled with a sealing agent (potting agent) and sealed. Thus, the solar cell panel 50 is completed.
(13) FIG. 5 (c)
A power generation inspection and a predetermined performance test are performed on the solar cell panel 50 formed in the steps up to FIG. The power generation inspection is performed using a solar simulator of AM1.5 and solar radiation standard sunlight (1000 W / m 2 ).
(14) FIG. 5 (d)
Before and after the power generation inspection (FIG. 5C), a predetermined performance inspection is performed including an appearance inspection.

上記実施の形態では太陽電池として、トリプル型太陽電池について説明したが、本発明は、この例に限定されるものではない。結晶質シリコンゲルマニウムを含む光電変換i層を備えたシングル型太陽電池あるいはタンデム型太陽電池などの他の種類の薄膜太陽電池にも同様に適用可能である。   Although the triple solar cell has been described as the solar cell in the above embodiment, the present invention is not limited to this example. The present invention can be similarly applied to other types of thin film solar cells such as a single type solar cell or a tandem type solar cell provided with a photoelectric conversion i layer containing crystalline silicon germanium.

以下に、本実施形態に係る光電変換装置の実施例を説明する。
(実施例1)
ガラス基板1(1.4m×1.1m×板厚:3.5〜4.5mm)を用いて、光電変換層3に結晶質シリコンゲルマニウムi層を備えたシングル型太陽電池セルを作製した。
透明電極層2:酸化錫膜、膜厚500nm〜800nm
結晶質シリコンp層61:膜厚10nm〜50nm
結晶質シリコンゲルマニウムi層62:平均膜厚1000nm
結晶質シリコンn層63:膜厚20nm〜50nm
裏面透明電極層:GZO膜/膜厚50nm〜100nm
裏面電極層4:Ag膜/膜厚150nm〜500nm、Ti膜/膜厚10nm〜20nm
Examples of the photoelectric conversion device according to this embodiment will be described below.
Example 1
Using a glass substrate 1 (1.4 m × 1.1 m × plate thickness: 3.5 to 4.5 mm), a single type solar cell provided with a crystalline silicon germanium i layer on the photoelectric conversion layer 3 was produced.
Transparent electrode layer 2: tin oxide film, film thickness 500 nm to 800 nm
Crystalline silicon p-layer 61: film thickness 10 nm to 50 nm
Crystalline silicon germanium i layer 62: Average film thickness 1000 nm
Crystalline silicon n layer 63: film thickness 20 nm to 50 nm
Back surface transparent electrode layer: GZO film / film thickness 50 nm to 100 nm
Back electrode layer 4: Ag film / film thickness 150 nm to 500 nm, Ti film / film thickness 10 nm to 20 nm

結晶質シリコンゲルマニウムi層は、p層側結晶質シリコン層、p層側傾斜層及び結晶質シリコンゲルマニウム層から構成される。結晶質シリコンゲルマニウムi層の各層に含まれるゲルマニウム濃度プロファイルを図6に示す。同図において、横軸は各層の膜厚、縦軸はゲルマニウム濃度である。
p層側結晶質シリコン層の膜厚とp層側傾斜層の膜厚との和は、結晶質シリコンゲルマニウムi層62の膜厚に対して10%の厚さ、すなわち、100nmとした。p層側結晶質シリコン層の膜厚は、50nm(実施例1−1)、33nm(実施例1−2)、25nm(実施例1−3)とした。p層側傾斜層は、1層、2層または3層構造とし、p層側傾斜層の各層の膜厚は等しいものとした。p層側傾斜層の各層に含まれるゲルマニウム濃度は20原子%未満とした。
結晶質シリコンゲルマニウム層に含まれるゲルマニウム濃度は20原子%とした。
The crystalline silicon germanium i layer includes a p-layer side crystalline silicon layer, a p-layer side inclined layer, and a crystalline silicon germanium layer. The germanium concentration profile contained in each layer of the crystalline silicon germanium i layer is shown in FIG. In the figure, the horizontal axis represents the film thickness of each layer, and the vertical axis represents the germanium concentration.
The sum of the thickness of the p-layer-side crystalline silicon layer and the thickness of the p-layer-side inclined layer was 10% of the thickness of the crystalline silicon germanium i layer 62, that is, 100 nm. The thickness of the p-layer side crystalline silicon layer was 50 nm (Example 1-1), 33 nm (Example 1-2), and 25 nm (Example 1-3). The p-layer-side inclined layer has a one-layer, two-layer, or three-layer structure, and the thickness of each layer of the p-layer-side inclined layer is the same. The germanium concentration contained in each layer of the p-layer-side inclined layer was less than 20 atomic%.
The concentration of germanium contained in the crystalline silicon germanium layer was 20 atomic%.

p層側結晶質シリコン層は、プラズマCVD装置を用いて、ガス種:SiH及びH、減圧雰囲気:3000Pa以下、基板温度:約200℃、プラズマ発生周波数:40MHz以上100MHz以下の条件で製膜した。
p層側傾斜層は、プラズマCVD装置を用いて、ガス種:SiH、GeH及びH、減圧雰囲気:3000Pa以下、基板温度:約200℃、プラズマ発生周波数:40MHz以上100MHz以下の条件で製膜した。このとき、製膜中の原料ガスの供給量を段階的に増加させ、p層側結晶質シリコン層側から結晶質シリコンゲルマニウム層側に向かって層中に含まれるゲルマニウム濃度が増加するよう調整した。
結晶質シリコンゲルマニウム層は、プラズマCVD装置を用いて、ガス種:SiH、GeH及びH、減圧雰囲気:3000Pa以下、基板温度:約200℃、プラズマ発生周波数:40MHz以上100MHz以下の条件で製膜した。
The p-layer side crystalline silicon layer is manufactured using a plasma CVD apparatus under the conditions of gas types: SiH 4 and H 2 , reduced pressure atmosphere: 3000 Pa or less, substrate temperature: about 200 ° C., plasma generation frequency: 40 MHz to 100 MHz. Filmed.
The p-layer-side gradient layer is formed using a plasma CVD apparatus under conditions of gas types: SiH 4 , GeH 4 and H 2 , reduced pressure atmosphere: 3000 Pa or less, substrate temperature: about 200 ° C., plasma generation frequency: 40 MHz or more and 100 MHz or less. A film was formed. At this time, the supply amount of the source gas during film formation was increased stepwise, and the germanium concentration contained in the layer was adjusted to increase from the p-layer side crystalline silicon layer side toward the crystalline silicon germanium layer side. .
The crystalline silicon germanium layer is formed using a plasma CVD apparatus under the conditions of gas type: SiH 4 , GeH 4 and H 2 , reduced pressure atmosphere: 3000 Pa or less, substrate temperature: about 200 ° C., plasma generation frequency: 40 MHz to 100 MHz. A film was formed.

(実施例2)
結晶質シリコンゲルマニウムi層の各層に含まれるゲルマニウム濃度プロファイルを図7に示す。同図において、横軸は各層の膜厚、縦軸はゲルマニウム濃度である。
実施例1のp層側結晶質シリコン層の膜厚とp層側傾斜層の膜厚との和を、結晶質シリコンゲルマニウムi層62の膜厚に対して20%の厚さ、すなわち、200nmとした。p層側結晶質シリコン層の膜厚は、100nm(実施例2−1)、67nm(実施例2−2)、50nm(実施例2−3)とした。それ以外の層構成は、実施例1と同様とした。
(Example 2)
The germanium concentration profile contained in each layer of the crystalline silicon germanium i layer is shown in FIG. In the figure, the horizontal axis represents the film thickness of each layer, and the vertical axis represents the germanium concentration.
The sum of the thickness of the p-layer-side crystalline silicon layer and the thickness of the p-layer-side inclined layer in Example 1 is 20% of the thickness of the crystalline silicon germanium i layer 62, that is, 200 nm. It was. The thickness of the p-layer side crystalline silicon layer was 100 nm (Example 2-1), 67 nm (Example 2-2), and 50 nm (Example 2-3). The other layer configuration was the same as in Example 1.

(実施例3)
結晶質シリコンゲルマニウムi層の各層に含まれるゲルマニウム濃度プロファイルを図8に示す。同図において、横軸は各層の膜厚、縦軸はゲルマニウム濃度である。
実施例1のp層側結晶質シリコン層の膜厚とp層側傾斜層の膜厚との和を、結晶質シリコンゲルマニウムi層62の膜厚に対して50%の厚さ、すなわち、500nmとした。p層側結晶質シリコン層の膜厚は、250nm(実施例3−1)、167nm(実施例3−2)、125nm(実施例3−3)とした。それ以外の層構成は、実施例1と同様とした。
(Example 3)
FIG. 8 shows the germanium concentration profile contained in each layer of the crystalline silicon germanium i layer. In the figure, the horizontal axis represents the film thickness of each layer, and the vertical axis represents the germanium concentration.
The sum of the thickness of the p-layer-side crystalline silicon layer and the thickness of the p-layer-side inclined layer in Example 1 is 50% of the thickness of the crystalline silicon germanium i layer 62, that is, 500 nm. It was. The thickness of the p-layer side crystalline silicon layer was 250 nm (Example 3-1), 167 nm (Example 3-2), and 125 nm (Example 3-3). The other layer configuration was the same as in Example 1.

(比較例1)
p層側結晶質シリコン層とp層側傾斜層を設けなかったこと以外は、実施例1と同様の層構成とした。
(Comparative Example 1)
The layer configuration was the same as in Example 1 except that the p-layer side crystalline silicon layer and the p-layer side inclined layer were not provided.

実施例1〜3及び比較例1の短絡電流、開放電圧、形状因子及び変換効率を測定した。測定は、AM1.5、全天日射基準太陽光(1000W/m)のソーラシミュレータを用いて行った。
図9〜図12に、光電変換層3に結晶質シリコンゲルマニウムi層を備えたシングル型太陽電池セルの電池特性と、結晶質シリコンゲルマニウムi層の膜厚に対するp層側結晶質シリコン層及びp層側傾斜層の膜厚の和の割合との関係を示す。同図において、横軸は結晶質シリコンゲルマニウムi層の膜厚に対するp層側結晶質シリコン層及びp層側傾斜層の膜厚の和の割合である。縦軸は、図9が短絡電流、図10が開放電圧、図11が形状因子、図12が変換効率であり、それぞれ比較例1の値を基準としたときの相対値である。
The short circuit current, open circuit voltage, form factor, and conversion efficiency of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were measured. The measurement was performed using a solar simulator of AM1.5 and global solar radiation standard sunlight (1000 W / m 2 ).
9 to 12 show the battery characteristics of a single solar cell in which the photoelectric conversion layer 3 is provided with a crystalline silicon germanium i layer, and the p-layer-side crystalline silicon layer and the p with respect to the film thickness of the crystalline silicon germanium i layer. The relationship with the ratio of the sum of the film thickness of a layer side inclination layer is shown. In the figure, the horizontal axis represents the ratio of the sum of the thicknesses of the p-layer side crystalline silicon layer and the p-layer side inclined layer to the thickness of the crystalline silicon germanium i layer. The vertical axis represents the short-circuit current, FIG. 10 is the open circuit voltage, FIG. 11 is the form factor, and FIG. 12 is the conversion efficiency, which are relative values based on the values of Comparative Example 1.

図13〜図16に、光電変換層3に結晶質シリコンゲルマニウムi層を備えたシングル型太陽電池セルの電池特性と、p層側結晶質シリコン層及びp層側傾斜層の膜厚の和に対するp層側結晶質シリコン層の膜厚の割合との関係を示す。同図において、横軸はp層側結晶質シリコン層及びp層側傾斜層の膜厚の和に対するp層側結晶質シリコン層の膜厚の割合である。縦軸は、図13が短絡電流、図14が開放電圧、図15が形状因子、図16が変換効率であり、それぞれ比較例1の値を基準としたときの相対値である。   FIG. 13 to FIG. 16 show the battery characteristics of the single type solar cell provided with the crystalline silicon germanium i layer in the photoelectric conversion layer 3 and the sum of the film thicknesses of the p-layer side crystalline silicon layer and the p-layer side inclined layer. The relationship with the ratio of the film thickness of the p layer side crystalline silicon layer is shown. In the figure, the horizontal axis represents the ratio of the thickness of the p-layer side crystalline silicon layer to the sum of the thicknesses of the p-layer side crystalline silicon layer and the p-layer side inclined layer. The vertical axis represents the short-circuit current, FIG. 14 is the open circuit voltage, FIG. 15 is the shape factor, and FIG. 16 is the conversion efficiency, which are relative values based on the values of Comparative Example 1.

図9〜図12では、すべての実施例において、p層側結晶質シリコン層の膜厚とp層側傾斜層の膜厚との和の割合の増加に伴って、短絡電流、形状因子及び変換効率が上昇する傾向が確認され、比較例よりも高い値が得られた。特にp層側結晶質シリコン層の膜厚とp層側傾斜層の膜厚との和の割合が20%以上のとき、より大きな向上効果が得られていた。また、開放電圧も比較例と同程度の値を維持していた。   9 to 12, in all the examples, as the ratio of the sum of the thickness of the p-layer side crystalline silicon layer and the thickness of the p-layer side inclined layer increases, the short-circuit current, the form factor, and the conversion The tendency for the efficiency to increase was confirmed, and a value higher than that of the comparative example was obtained. In particular, when the ratio of the sum of the thickness of the p-layer side crystalline silicon layer and the thickness of the p-layer side inclined layer is 20% or more, a greater improvement effect was obtained. Moreover, the open circuit voltage maintained the same value as the comparative example.

図13〜図16では、すべての実施例において、p層側結晶質シリコン層の膜厚の割合の増加に伴って、短絡電流、形状因子及び変換効率が上昇する傾向が確認された。また、比較例と同等もしくは比較例よりも高い値が得られた。特にp層側結晶質シリコン層の膜厚の割合が30%以上で向上効果が得られていた。また、開放電圧も比較例と同程度の値を維持していた。   13 to 16, in all the examples, it was confirmed that the short-circuit current, the shape factor, and the conversion efficiency tend to increase as the ratio of the film thickness of the p-layer side crystalline silicon layer increases. Moreover, the value equivalent to a comparative example or higher than a comparative example was obtained. In particular, the improvement effect was obtained when the ratio of the thickness of the p-layer side crystalline silicon layer was 30% or more. Moreover, the open circuit voltage maintained the same value as the comparative example.

(実施例4)
ガラス基板1(1.4m×1.1m×板厚:3.5〜4.5mm)を用いて、図1に示すような光電変換層3に結晶質シリコンゲルマニウムi層を備えたトリプル型太陽電池セルを作製した。
透明電極層2:酸化錫膜、膜厚500nm〜800nm
非晶質シリコンp層31:膜厚10nm〜30nm
非晶質シリコンi層32:平均膜厚150nm
非晶質シリコンn層33:膜厚30nm〜50nm
中間コンタクト層5a:膜厚20nm〜100nm
結晶質シリコンp層41:膜厚10nm〜50nm
結晶質シリコンi層42:平均膜厚1000nm
結晶質シリコンn層43:膜厚20nm〜50nm
中間コンタクト層5b:膜厚20nm〜100nm
結晶質シリコンp層61:膜厚10nm〜50nm
結晶質シリコンゲルマニウムi層62:平均膜厚1000nm
結晶質シリコンn層63:膜厚20nm〜50nm
裏面透明電極層:GZO膜/膜厚50nm〜100nm
裏面電極層4:Ag膜/膜厚150nm〜500nm、Ti膜/膜厚10nm〜20nm
Example 4
A triple solar having a crystalline silicon germanium i layer on a photoelectric conversion layer 3 as shown in FIG. 1 using a glass substrate 1 (1.4 m × 1.1 m × plate thickness: 3.5 to 4.5 mm). A battery cell was produced.
Transparent electrode layer 2: tin oxide film, film thickness 500 nm to 800 nm
Amorphous silicon p layer 31: film thickness 10 nm to 30 nm
Amorphous silicon i layer 32: Average film thickness 150 nm
Amorphous silicon n layer 33: film thickness 30 nm to 50 nm
Intermediate contact layer 5a: film thickness 20 nm to 100 nm
Crystalline silicon p-layer 41: film thickness 10 nm to 50 nm
Crystalline silicon i layer 42: Average film thickness 1000 nm
Crystalline silicon n layer 43: film thickness 20 nm to 50 nm
Intermediate contact layer 5b: film thickness 20 nm to 100 nm
Crystalline silicon p-layer 61: film thickness 10 nm to 50 nm
Crystalline silicon germanium i layer 62: Average film thickness 1000 nm
Crystalline silicon n layer 63: film thickness 20 nm to 50 nm
Back surface transparent electrode layer: GZO film / film thickness 50 nm to 100 nm
Back electrode layer 4: Ag film / film thickness 150 nm to 500 nm, Ti film / film thickness 10 nm to 20 nm

結晶質シリコンゲルマニウムi層62は、p層側結晶質シリコン層、p層側傾斜層及び結晶質シリコンゲルマニウム層から構成される。結晶質シリコンゲルマニウムi層62の各層に含まれるゲルマニウム濃度プロファイル及び結晶質シリコンゲルマニウムi層62の製膜方法は、実施例1と同様とした。
p層側結晶質シリコン層の膜厚とp層側傾斜層の膜厚との和は、結晶質シリコンゲルマニウムi層62の膜厚に対して10%の厚さ(100nm)とした。p層側結晶質シリコン層の膜厚は、50nm(実施例4−1)、33nm(実施例4−2)、25nm(実施例4−3)とした。p層側傾斜層は、1層、2層または3層構造とし、p層側傾斜層の各層の膜厚は等しいものとした。p層側傾斜層の各層に含まれるゲルマニウム濃度は20原子%未満とした。
結晶質シリコンゲルマニウム層に含まれるゲルマニウム濃度は20原子%とした。
The crystalline silicon germanium i layer 62 includes a p-layer side crystalline silicon layer, a p-layer side inclined layer, and a crystalline silicon germanium layer. The germanium concentration profile contained in each layer of the crystalline silicon germanium i layer 62 and the method for forming the crystalline silicon germanium i layer 62 were the same as in Example 1.
The sum of the thickness of the p-layer-side crystalline silicon layer and the thickness of the p-layer-side inclined layer was 10% (100 nm) with respect to the thickness of the crystalline silicon-germanium i layer 62. The thickness of the p-layer side crystalline silicon layer was 50 nm (Example 4-1), 33 nm (Example 4-2), and 25 nm (Example 4-3). The p-layer-side inclined layer has a one-layer, two-layer, or three-layer structure, and the thickness of each layer of the p-layer-side inclined layer is the same. The germanium concentration contained in each layer of the p-layer-side inclined layer was less than 20 atomic%.
The concentration of germanium contained in the crystalline silicon germanium layer was 20 atomic%.

(実施例5)
実施例4のp層側結晶質シリコン層の膜厚とp層側傾斜層の膜厚との和を、結晶質シリコンゲルマニウムi層62の膜厚に対して20%の厚さ、すなわち、200nmとした。p層側結晶質シリコン層の膜厚は、100nm(実施例5−1)、67nm(実施例5−2)、50nm(実施例5−3)とした。それ以外の層構成は、実施例4と同様とした。
(Example 5)
The sum of the thickness of the p-layer side crystalline silicon layer and the thickness of the p-layer side inclined layer in Example 4 is 20% of the thickness of the crystalline silicon germanium i layer 62, that is, 200 nm. It was. The thickness of the p-layer side crystalline silicon layer was 100 nm (Example 5-1), 67 nm (Example 5-2), and 50 nm (Example 5-3). The other layer configuration was the same as in Example 4.

(実施例6)
実施例4のp層側結晶質シリコン層の膜厚とp層側傾斜層の膜厚との和を、結晶質シリコンゲルマニウムi層62の膜厚に対して50%の厚さ、すなわち、500nmとした。p層側結晶質シリコン層の膜厚は、250nm(実施例6−1)、167nm(実施例6−2)、125nm(実施例6−3)とした。それ以外の層構成は、実施例4と同様とした。
(Example 6)
The sum of the thickness of the p-layer-side crystalline silicon layer and the thickness of the p-layer-side inclined layer in Example 4 is 50% of the thickness of the crystalline silicon germanium i layer 62, that is, 500 nm. It was. The thickness of the p-layer side crystalline silicon layer was 250 nm (Example 6-1), 167 nm (Example 6-2), and 125 nm (Example 6-3). The other layer configuration was the same as in Example 4.

(比較例2)
p層側結晶質シリコン層とp層側傾斜層を設けなかったこと以外は、実施例4と同様の層構成とした。
(Comparative Example 2)
The layer configuration was the same as in Example 4 except that the p-layer side crystalline silicon layer and the p-layer side inclined layer were not provided.

トリプルセル構造(非晶質シリコン/結晶質シリコン/結晶質シリコンゲルマニウム)を有する実施例4〜実施例6及び比較例2の短絡電流、開放電圧、形状因子及び変換効率を測定した。
図17〜図20に、光電変換層3に結晶質シリコンゲルマニウムi層62を備えたトリプル型太陽電池セルの電池特性と、結晶質シリコンゲルマニウムi層62の膜厚に対するp層側結晶質シリコン層及びp層側傾斜層の膜厚の和の割合との関係を示す。同図において、横軸は結晶質シリコンゲルマニウムi層62の膜厚に対するp層側結晶質シリコン層及びp層側傾斜層の膜厚との和の割合である。縦軸は、図17が短絡電流、図18が開放電圧、図19が形状因子、図20が変換効率であり、それぞれ比較例2の値を基準としたときの相対値である。
図21〜図24に、光電変換層3に結晶質シリコンゲルマニウムi層62を備えたトリプル型太陽電池セルの電池特性と、p層側結晶質シリコン層及びp層側傾斜層の膜厚の和に対するp層側結晶質シリコン層の膜厚の割合との関係を示す。同図において、横軸はp層側結晶質シリコン層及びp層側傾斜層の膜厚の和に対するp層側結晶質シリコン層の膜厚の割合である。縦軸は、図21が短絡電流、図22が開放電圧、図23が形状因子、図24が変換効率であり、それぞれ比較例2の値を基準としたときの相対値である。
The short-circuit current, open-circuit voltage, form factor, and conversion efficiency of Examples 4 to 6 and Comparative Example 2 having a triple cell structure (amorphous silicon / crystalline silicon / crystalline silicon germanium) were measured.
17 to 20, the p-layer side crystalline silicon layer with respect to the battery characteristics of the triple solar cell including the crystalline silicon germanium i layer 62 in the photoelectric conversion layer 3 and the film thickness of the crystalline silicon germanium i layer 62 are shown. And the relationship with the ratio of the sum total of the film thickness of the p layer side inclination layer is shown. In the figure, the horizontal axis represents the ratio of the sum of the thicknesses of the p-layer side crystalline silicon layer and the p-layer side inclined layer to the thickness of the crystalline silicon germanium i layer 62. FIG. 17 shows the short-circuit current, FIG. 18 shows the open-circuit voltage, FIG. 19 shows the shape factor, and FIG. 20 shows the conversion efficiency, which are relative values based on the values of Comparative Example 2.
FIG. 21 to FIG. 24 show the sum of the battery characteristics of the triple solar cell provided with the crystalline silicon germanium i layer 62 in the photoelectric conversion layer 3 and the film thicknesses of the p-layer side crystalline silicon layer and the p-layer side inclined layer. The relationship with the ratio of the film thickness of the p layer side crystalline silicon layer with respect to is shown. In the figure, the horizontal axis represents the ratio of the thickness of the p-layer side crystalline silicon layer to the sum of the thicknesses of the p-layer side crystalline silicon layer and the p-layer side inclined layer. The vertical axis represents a relative value when FIG. 21 is a short-circuit current, FIG. 22 is an open circuit voltage, FIG. 23 is a shape factor, and FIG. 24 is a conversion efficiency.

図17〜図20では、すべての実施例において、比較例2と比べて、短絡電流及び開放電圧は同程度の値を維持していた。また、形状因子及び変換効率は、比較例2よりも高い値となった。特に、p層側結晶質シリコン層及びp層側傾斜層の膜厚の和の割合が、20%以上でより大きな向上効果が得られていた。   17 to 20, in all the examples, the short-circuit current and the open-circuit voltage maintained the same level as compared with Comparative Example 2. Further, the shape factor and the conversion efficiency were higher than those of Comparative Example 2. In particular, when the ratio of the sum of the film thicknesses of the p-layer side crystalline silicon layer and the p-layer side inclined layer was 20% or more, a greater improvement effect was obtained.

図21〜図24では、すべての実施例において、比較例2と比べて、短絡電流及び開放電圧は維持された。p層側結晶質シリコン層の膜厚の割合の増加に伴って、形状因子及び変換効率は上昇する傾向がみられ、比較例と同程度もしくは比較例よりも高い値が得られた。特に、p層側結晶質シリコン層の膜厚の割合が30%以上で向上効果が得られていた。上記結果によれば、p層側結晶質シリコン層及びp層側傾斜層を適切な膜厚で挿入すると、長波長感度を保持しつつ、変換効率の高い光電変換装置とすることができることが示された。   21 to 24, the short-circuit current and the open-circuit voltage were maintained in all Examples as compared with Comparative Example 2. As the ratio of the thickness of the p-layer side crystalline silicon layer increased, the shape factor and the conversion efficiency tended to increase, and a value comparable to or higher than that of the comparative example was obtained. In particular, the improvement effect was obtained when the ratio of the thickness of the p-layer side crystalline silicon layer was 30% or more. According to the above results, it is shown that when the p-layer side crystalline silicon layer and the p-layer side inclined layer are inserted with appropriate thicknesses, a photoelectric conversion device with high conversion efficiency can be obtained while maintaining long wavelength sensitivity. It was done.

(実施例7)
実施例1の結晶質シリコンゲルマニウム層と結晶質シリコンn層63との間に、結晶質シリコンゲルマニウムi層として結晶質シリコンゲルマニウム層側から順に、n層側傾斜層とn層側結晶質シリコン層を設けた。それ以外は、実施例3−1と同様の層構成とした。図25に、結晶質シリコンゲルマニウムi層62の各層に含まれるゲルマニウム濃度プロファイルを示す。同図において、横軸は結晶質シリコンゲルマニウムi層62の各層の膜厚、縦軸はゲルマニウム濃度である。
n層側傾斜層は、ゲルマニウム濃度10原子%の1層構造の膜とした。n層側傾斜層の膜厚とn層側結晶質シリコン層の膜厚との和は、p層側結晶質シリコン層の膜厚とp層側傾斜層の膜厚と結晶質シリコンゲルマニウム層の膜厚との和に対して10%(実施例7−1)、20%(実施例7−2)、50%(実施例7−3)の厚さ、すなわち100nm、200nm、500nmとした。n層側傾斜層の膜厚とn層側結晶質シリコン層の膜厚は、等しい厚さとした。
(Example 7)
Between the crystalline silicon germanium layer of Example 1 and the crystalline silicon n layer 63, an n layer side inclined layer and an n layer side crystalline silicon layer are sequentially formed as a crystalline silicon germanium i layer from the crystalline silicon germanium layer side. Was established. Other than that, it was set as the layer structure similar to Example 3-1. FIG. 25 shows a germanium concentration profile included in each layer of the crystalline silicon germanium i layer 62. In the figure, the horizontal axis represents the film thickness of each layer of the crystalline silicon germanium i layer 62, and the vertical axis represents the germanium concentration.
The n-layer-side gradient layer was a single-layer film having a germanium concentration of 10 atomic%. The sum of the thickness of the n-layer-side inclined layer and the thickness of the n-layer-side crystalline silicon layer is equal to the thickness of the p-layer-side crystalline silicon layer, the thickness of the p-layer-side inclined layer, and the crystalline silicon-germanium layer. The thickness was set to 10% (Example 7-1), 20% (Example 7-2), and 50% (Example 7-3) with respect to the sum of the film thickness, that is, 100 nm, 200 nm, and 500 nm. The film thickness of the n-layer side inclined layer and the film thickness of the n-layer side crystalline silicon layer were made equal.

n層側傾斜層は、プラズマCVD装置を用いて、ガス種:SiH、GeH及びH、減圧雰囲気:3000Pa以下、基板温度:約200℃、プラズマ発生周波数:40MHz以上100MHz以下の条件で製膜した。製膜中の原料ガスの供給量を段階的に低下させ、ゲルマニウム濃度が10原子%となるよう調整した。
n層側結晶質シリコン層は、プラズマCVD装置を用いて、ガス種:SiH及びH、減圧雰囲気:3000Pa以下、基板温度:約200℃、プラズマ発生周波数:40MHz以上100MHz以下の条件で製膜した。
The n-layer-side gradient layer is formed using a plasma CVD apparatus under the conditions of gas types: SiH 4 , GeH 4 and H 2 , reduced pressure atmosphere: 3000 Pa or less, substrate temperature: about 200 ° C., plasma generation frequency: 40 MHz or more and 100 MHz or less. A film was formed. The supply amount of the source gas during film formation was decreased stepwise to adjust the germanium concentration to 10 atomic%.
The n-layer side crystalline silicon layer is manufactured using a plasma CVD apparatus under the conditions of gas types: SiH 4 and H 2 , reduced pressure atmosphere: 3000 Pa or less, substrate temperature: about 200 ° C., plasma generation frequency: 40 MHz to 100 MHz. Filmed.

実施例7の短絡電流、開放電圧、形状因子及び変換効率を測定した。
図26〜図29に、実施例7のシングル型太陽電池セルの電池特性と、p層側結晶質シリコン層及びp層側傾斜層及び結晶質シリコンゲルマニウム層の膜厚の和に対するn層側傾斜層及びn層側結晶質シリコン層の膜厚の和の割合との関係を示す。横軸は、p層側結晶質シリコン層及びp層側傾斜層及び結晶質シリコンゲルマニウム層の膜厚の和に対するn層側傾斜層及びn層側結晶質シリコン層の膜厚の和の割合である。縦軸は、図26が短絡電流、図27が開放電圧、図28が形状因子、図29が変換効率であり、それぞれ実施例3−1の値を基準としたときの相対値である。
The short circuit current, open circuit voltage, form factor, and conversion efficiency of Example 7 were measured.
FIGS. 26 to 29 show the battery characteristics of the single type solar battery cell of Example 7, and the n-layer side tilt with respect to the sum of the film thicknesses of the p-layer side crystalline silicon layer, the p-layer side tilted layer, and the crystalline silicon germanium layer. The relationship with the ratio of the sum of the film thickness of the layer and the n-layer side crystalline silicon layer is shown. The horizontal axis is the ratio of the sum of the thicknesses of the n-layer-side tilted layer and the n-layer-side crystalline silicon layer to the sum of the thicknesses of the p-layer-side crystalline silicon layer, the p-layer-side tilted layer, and the crystalline silicon-germanium layer. is there. FIG. 26 shows the short-circuit current, FIG. 27 shows the open circuit voltage, FIG. 28 shows the shape factor, and FIG. 29 shows the conversion efficiency, which are relative values based on the values of Example 3-1.

通常、結晶質シリコンゲルマニウムi層の膜厚が厚くなると、短絡電流は増大する。しかしながら、結晶質シリコンゲルマニウムi層中の欠陥密度が増えるため、開放電圧及び形状因子は低下する。一方、実施例7では、結晶質シリコンゲルマニウム層と結晶質シリコンn層63との間に、n層側傾斜層の膜厚とn層側結晶質シリコン層とを設けたことで、開放電圧及び形状因子は増加し、共に実施例3−1よりも高い値を示した。n層側傾斜層の膜厚とn層側結晶質シリコン層の膜厚の和が、p層側結晶質シリコン層の膜厚とp層側傾斜層の膜厚と結晶質シリコンゲルマニウム層の膜厚との和に対して10%の厚さのとき、最も高い値となった。その後、膜厚の割合を20%または50%としても10%のときと同程度の効果が得られた。   Usually, as the film thickness of the crystalline silicon germanium i layer increases, the short-circuit current increases. However, since the defect density in the crystalline silicon germanium i layer increases, the open circuit voltage and the form factor decrease. On the other hand, in Example 7, by providing the thickness of the n-layer-side inclined layer and the n-layer-side crystalline silicon layer between the crystalline silicon germanium layer and the crystalline silicon n-layer 63, the open circuit voltage and The form factor increased and both showed higher values than Example 3-1. The sum of the thickness of the n-layer-side inclined layer and the thickness of the n-layer-side crystalline silicon layer is equal to the thickness of the p-layer-side crystalline silicon layer, the thickness of the p-layer-side inclined layer, and the crystalline silicon-germanium layer. The highest value was obtained when the thickness was 10% of the sum of the thickness. After that, even when the film thickness ratio was 20% or 50%, the same effect as when 10% was obtained.

上記結果によれば、光電変換層3に結晶質シリコンゲルマニウムi層を備えた光電変換装置において、高い長波長感度を有したまま、開放電圧や形状因子を向上させることができる。   According to the above result, in the photoelectric conversion device provided with the crystalline silicon germanium i layer in the photoelectric conversion layer 3, the open-circuit voltage and the form factor can be improved while maintaining high long wavelength sensitivity.

1 基板
2 透明電極層
3 光電変換層
4 裏面電極層
5a,5b 中間コンタクト層
6 太陽電池モジュール
31 非晶質シリコンp層
32 非晶質シリコンi層
33 非晶質シリコンn層
41 結晶質シリコンp層
42 結晶質シリコンi層
43 結晶質シリコンn層
61 結晶質シリコンp層
62 結晶質シリコンゲルマニウムi層
63 結晶質シリコンn層
91 第1セル層
92 第2セル層
93 第3セル層
100 光電変換装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Transparent electrode layer 3 Photoelectric conversion layer 4 Back electrode layer 5a, 5b Intermediate contact layer 6 Solar cell module 31 Amorphous silicon p layer 32 Amorphous silicon i layer 33 Amorphous silicon n layer 41 Crystalline silicon p Layer 42 crystalline silicon i layer 43 crystalline silicon n layer 61 crystalline silicon p layer 62 crystalline silicon germanium i layer 63 crystalline silicon n layer 91 first cell layer 92 second cell layer 93 third cell layer 100 photoelectric conversion apparatus

Claims (3)

基板上に、p層と、i層と、n層とが順に積層された光電変換層を備える光電変換装置であって、
前記i層が、p層側から順にp層側結晶質シリコン層と、p層側傾斜層と、結晶質シリコンゲルマニウム層とを備え、
前記p層側傾斜層が、結晶質シリコンと結晶質シリコンゲルマニウムとを含み、
前記p層側傾斜層中のゲルマニウム濃度が、前記結晶質シリコンゲルマニウム層に含まれるゲルマニウム濃度以下の濃度範囲で、前記p層側結晶質シリコン層から前記結晶質シリコンゲルマニウム層に向かって段階的または単調にゲルマニウム濃度が増加し、
前記p層側結晶質シリコン層の膜厚が、前記p層側結晶質シリコン層の膜厚とp層側傾斜層の膜厚との和に対して30%以上50%以下の厚さであり、
前記p層側結晶質シリコン層の膜厚と前記p層側傾斜層の膜厚との和が、前記p層側結晶質シリコン層の膜厚と、前記p層側傾斜層の膜厚と、前記結晶質シリコンゲルマニウム層の膜厚との和に対して20%以上50%以下である光電変換装置。
A photoelectric conversion device including a photoelectric conversion layer in which a p layer, an i layer, and an n layer are sequentially stacked on a substrate,
The i layer comprises a p layer side crystalline silicon layer, a p layer side inclined layer, and a crystalline silicon germanium layer in order from the p layer side,
The p-layer-side gradient layer includes crystalline silicon and crystalline silicon germanium,
The germanium concentration in the p-layer-side gradient layer is stepwise from the p-layer-side crystalline silicon layer toward the crystalline silicon-germanium layer in a concentration range equal to or lower than the germanium concentration contained in the crystalline silicon-germanium layer. Monotonically increasing germanium concentration,
The thickness of the p-layer side crystalline silicon layer is 30% to 50% of the sum of the thickness of the p-layer side crystalline silicon layer and the thickness of the p-layer side inclined layer. ,
The sum of the thickness of the p-layer-side crystalline silicon layer and the thickness of the p-layer-side inclined layer is the thickness of the p-layer-side crystalline silicon layer and the thickness of the p-layer-side inclined layer, The photoelectric conversion device which is 20% or more and 50% or less with respect to the sum of the thickness of the crystalline silicon germanium layer.
前記i層が、前記結晶質シリコンゲルマニウム層の上にn層側傾斜層と、n層側結晶質シリコン層とを順に備え、
前記n層側傾斜層が、結晶質シリコンと結晶質シリコンゲルマニウムとを含み、前記結晶質シリコンゲルマニウム層から前記n層に向かって段階的または単調にゲルマニウム濃度が減少し、
前記n層側傾斜層の膜厚とn層側結晶質シリコン層の膜厚との和が、前記p層側結晶質シリコン層の膜厚と、前記p層側傾斜層の膜厚と、前記結晶質シリコンゲルマニウム層の膜厚との和に対して10%以上50%以下の厚さである請求項1に記載の光電変換装置。
The i layer comprises an n-layer-side gradient layer and an n-layer-side crystalline silicon layer in order on the crystalline silicon germanium layer,
The n-layer-side gradient layer includes crystalline silicon and crystalline silicon germanium, and the germanium concentration decreases stepwise or monotonically from the crystalline silicon germanium layer toward the n layer,
The sum of the thickness of the n-layer-side inclined layer and the thickness of the n-layer-side crystalline silicon layer is the thickness of the p-layer-side crystalline silicon layer, the thickness of the p-layer-side inclined layer, The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion device has a thickness of 10% or more and 50% or less with respect to the sum of the thickness of the crystalline silicon germanium layer.
基板上に、
結晶質シリコンゲルマニウムを主とする光電変換層と、
結晶質シリコンゲルマニウムよりもバンドギャップ幅の広い半導体材料を主とする2つの光電変換層と、
を備えた請求項1または請求項2に記載の光電変換装置。
On the board
A photoelectric conversion layer mainly composed of crystalline silicon germanium;
Two photoelectric conversion layers mainly composed of a semiconductor material having a wider band gap than crystalline silicon germanium;
The photoelectric conversion device according to claim 1 or 2, further comprising:
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