JP2011192795A - Photoelectric conversion device, and method of manufacturing the same - Google Patents

Photoelectric conversion device, and method of manufacturing the same Download PDF

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善之 奈須野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion device that has improved photoelectric conversion efficiency and stability by forming fine recesses, and to provide a method of manufacturing the photoelectric conversion device. <P>SOLUTION: The photoelectric conversion device includes a glass substrate 2 and a transparent conductive film 3 which covers at least a part of a principal surface of the glass substrate 2 and has an uneven shape on a surface on the opposite side from the substrate side. The photoelectric conversion device further includes a p layer 5 which covers at least a part of the uneven shape of the transparent conductive film 3 and has a first conductivity type, and an i layer 6 which covers the p layer 5. The uneven shape has projections of 50 to 1,200 nm in maximum height. The projection has on a surface, fine recesses in which intervals of local tops are 2 to 25 nm. The p layer 5 has a layer thickness larger at a part formed on the bottom of the fine recess than at a part formed on other than the bottom. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、光電変換装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion device and a manufacturing method thereof.

薄膜太陽電池においては、基板上に透光性導電材料からなる透明導電膜が形成され、透明導電膜上に、p型、i型、n型の半導体層が順次積層されている。薄膜太陽電池の発電効率を向上させるため、基板表面などに凹凸形状を形成した薄膜太陽電池を開示した先行文献として、特許文献1,2がある。   In a thin film solar cell, a transparent conductive film made of a translucent conductive material is formed on a substrate, and p-type, i-type, and n-type semiconductor layers are sequentially stacked on the transparent conductive film. In order to improve the power generation efficiency of a thin film solar cell, there are Patent Documents 1 and 2 as prior documents disclosing a thin film solar cell in which a concavo-convex shape is formed on a substrate surface or the like.

特許文献1に記載された太陽電池用基板においては、平均段差3μm以上の凹凸状のガラス基板の表面に、それよりも小さな平均段差0.5μm以下、望ましくは0.2μm程度の凹凸を形成することにより、光の散乱効果を増大させている。特許文献2に記載された多接合型薄膜太陽電池においては、透明導電膜の表面に直径200〜2000μm、深さ50〜1200nmの穴を設け、その穴の表面に高低差10〜300nm程度(平均120nm)、間隔100〜900nm程度の凹凸を形成することにより、光閉込効果を向上させている。   In the solar cell substrate described in Patent Document 1, irregularities with an average step of 0.5 μm or less, preferably about 0.2 μm, are formed on the surface of an uneven glass substrate with an average step of 3 μm or more. This increases the light scattering effect. In the multi-junction thin film solar cell described in Patent Document 2, a hole having a diameter of 200 to 2000 μm and a depth of 50 to 1200 nm is provided on the surface of the transparent conductive film, and the height difference is about 10 to 300 nm (average) on the surface of the hole. 120 nm), and by forming irregularities with an interval of about 100 to 900 nm, the light confinement effect is improved.

また、凹凸形状を有する基板上にp型半導体層を均一に形成できないことによる光起電力装置の開放電圧の低下の問題を開示した先行文献として非特許文献1および特許文献3がある。   Further, Non-Patent Document 1 and Patent Document 3 are prior art documents disclosing the problem of reduction in the open-circuit voltage of a photovoltaic device due to the inability to uniformly form a p-type semiconductor layer on a substrate having an uneven shape.

さらに、透明導電膜とp型半導体層とのオーミック特性を向上させる目的、または、透明導電膜上にp型半導体層を形成する際の透明導電膜の還元劣化を低減する目的で、透明導電膜に水素プラズマなどのプラズマ処理を施す薄膜太陽電池の製造方法を開示した先行文献として、特許文献4から8および非特許文献2がある。   Further, for the purpose of improving the ohmic characteristics between the transparent conductive film and the p-type semiconductor layer, or for the purpose of reducing reduction deterioration of the transparent conductive film when forming the p-type semiconductor layer on the transparent conductive film, Patent Documents 4 to 8 and Non-Patent Document 2 are prior art documents that disclose a method for manufacturing a thin film solar cell that is subjected to plasma treatment such as hydrogen plasma.

特許文献4から7および非特許文献2に記載された薄膜太陽電池の製造方法においては、透明導電膜に水素プラズマ処理を施している。特許文献8に記載された光起電力素子の製造方法においては、希ガスプラズマ処理を施している。   In the method for manufacturing a thin-film solar cell described in Patent Documents 4 to 7 and Non-Patent Document 2, the transparent conductive film is subjected to hydrogen plasma treatment. In the method of manufacturing a photovoltaic element described in Patent Document 8, noble gas plasma treatment is performed.

特開平10−70294号公報JP-A-10-70294 特開2002−280590号公報JP 2002-280590 A 特開平4−324685号公報JP-A-4-324855 特開平6−92689号公報JP-A-6-92689 特開2008−283075号公報JP 2008-283075 A 特開昭63−215081号公報JP 63-215081 A 特開昭64−61959号公報JP-A-64-61959 特開2001−339079号公報JP 2001-339079 A

S.Tsuge, .et,al., Technical Digest of the International PVSEC-5, Kyoto, Japan, 1990, p.261-264S. Tsuge, .et, al., Technical Digest of the International PVSEC-5, Kyoto, Japan, 1990, p.261-264 Y.Ashida, .et.al., Technical Digest of the International PVSEC-5, Kyoto, Japan, 1990, p.367-370Y. Ashida, .et.al., Technical Digest of the International PVSEC-5, Kyoto, Japan, 1990, p.367-370

特許文献1および2に記載された薄膜太陽電池においては、凹凸形状の表面に小さな凹凸を設けることにより光路長を伸長させている。しかし、光電変換効率のさらなる向上の余地がある。   In the thin film solar cell described in Patent Documents 1 and 2, the optical path length is extended by providing small irregularities on the irregular surface. However, there is room for further improvement in photoelectric conversion efficiency.

特許文献4から8に記載された薄膜太陽電池の製造方法においては、プラズマ処理を施すことにより透明導電膜の表面の改質を行なっているが、プラズマ処理により微小凹部を形成することは開示も示唆もされていない。   In the method for manufacturing a thin-film solar cell described in Patent Documents 4 to 8, the surface of the transparent conductive film is modified by performing plasma treatment. However, it is also disclosed that minute recesses are formed by plasma treatment. There is no suggestion.

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、微小凹部を形成することにより、光電変換効率および安定性を向上させた、光電変換装置および光電変換装置の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a photoelectric conversion device and a method for manufacturing a photoelectric conversion device, in which a photoelectric conversion efficiency and stability are improved by forming minute recesses. With the goal.

本発明に基づく光電変換装置は、基板と、基板の主表面の少なくとも一部を覆い、基板側とは反対側の表面に凹凸形状を有する透明導電膜とを備えている。また、光電変換装置は、透明導電膜の凹凸形状の少なくとも一部を覆い、第1導電型を有する第1導電型半導体層と、第1導電型半導体層を覆う光吸収層とを備えている。凹凸形状は、最大高さが50nm以上1200nm以下である凸部を有している。凸部は、表面に、局部山頂の間隔が2nm以上25nm以下である微小凹部を有している。第1導電型半導体層は、微小凹部の底部上に形成された部分の層厚がこの底部上以外に形成された部分の層厚より大きい。   A photoelectric conversion device according to the present invention includes a substrate and a transparent conductive film that covers at least a part of the main surface of the substrate and has a concavo-convex shape on the surface opposite to the substrate side. In addition, the photoelectric conversion device includes a first conductive semiconductor layer having a first conductivity type that covers at least a part of the uneven shape of the transparent conductive film, and a light absorption layer that covers the first conductive semiconductor layer. . The concavo-convex shape has a convex portion having a maximum height of 50 nm to 1200 nm. The convex part has a minute concave part having a local peak sum of 2 nm or more and 25 nm or less on the surface. In the first conductivity type semiconductor layer, the layer thickness of the portion formed on the bottom of the minute recess is larger than the layer thickness of the portion formed other than on the bottom.

微小凹部を形成することにより、光電変換装置の光電変換効率および安定性を向上させる。   By forming the minute recesses, the photoelectric conversion efficiency and stability of the photoelectric conversion device are improved.

本発明の一実施形態に係る光電変換装置の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the photoelectric conversion apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 同実施形態に係る光電変換装置の断面の一部をTEMで撮影した画像である。It is the image which image | photographed a part of cross section of the photoelectric conversion apparatus which concerns on the same embodiment by TEM. 図2の画像を、閾値を50%として各画素の輝度値を2値化した画像である。3 is an image obtained by binarizing the luminance value of each pixel with a threshold value of 50%. 図3の画像を模式化した図である。FIG. 4 is a schematic diagram of the image of FIG. 3. 同実施形態に係る透明導電膜の凸部とp層とi層との境界部付近をTEMで撮影した画像である。It is the image which image | photographed the vicinity of the boundary part of the convex part of the transparent conductive film which concerns on the same embodiment, p layer, and i layer with TEM. 図5の画像を、閾値を50%として各画素の輝度値を2値化した画像である。6 is an image obtained by binarizing the luminance value of each pixel with the threshold value set to 50%. 図6の画像を模式的に示す図である。It is a figure which shows the image of FIG. 6 typically. 図6の画像を転がり円うねり測定に準じて解析した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which analyzed according to the rolling circular waviness measurement of the image of FIG. 微小凹部と転がり円とを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a micro recessed part and a rolling circle. 微小凹部の最大深さを説明する図である。It is a figure explaining the maximum depth of a micro recessed part. p層とi層との界面の最大深さを説明する図である。It is a figure explaining the maximum depth of the interface of p layer and i layer. p層の膜厚を説明する図である。It is a figure explaining the film thickness of p layer. 同実施形態の光電変換装置用基板、微小凹部を設けていない光電変換装置用基板および強い水素プラズマ処理を施した光電変換装置用基板の分光透過率と分光反射率とを示すグラフである。It is a graph which shows the spectral transmission factor and spectral reflectance of the substrate for photoelectric conversion devices of the same embodiment, the substrate for photoelectric conversion devices not provided with the minute recesses, and the substrate for photoelectric conversion devices subjected to strong hydrogen plasma treatment. (A)は、微小凹部を設けていない光電変換装置内における光の伝播状態を模式的に示す断面図であり、(B)は、本実施形態の光電変換装置内における光の伝搬状態を模式的に示す断面図である。(A) is sectional drawing which shows typically the propagation state of the light in the photoelectric conversion apparatus which does not provide the micro recessed part, (B) is a schematic diagram of the propagation state of the light in the photoelectric conversion apparatus of this embodiment. FIG. 水素含有プラズマ処理強度によるTCO基板の特性値の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the characteristic value of a TCO board | substrate by hydrogen-containing plasma processing intensity. 混合プラズマ処理においてTCO基板の微小凹部以外の部分における化学反応を模式的に説明する図である。It is a figure which illustrates typically the chemical reaction in parts other than the micro recessed part of a TCO board | substrate in mixed plasma processing. 混合プラズマ処理においてTCO基板の微小凹部における化学反応を模式的に説明する図である。It is a figure which illustrates typically the chemical reaction in the micro recessed part of a TCO board | substrate in mixed plasma processing. (A)は、仮定の光電変換装置におけるp層とi層との界面を示す模式図であり、(B)は、従来の光電変換装置におけるp層とi層との界面を示す模式図であり、(C)は、本実施形態の光電変換装置におけるp層とi層との界面を示す模式図である。(A) is a schematic diagram showing an interface between a p layer and an i layer in an assumed photoelectric conversion device, and (B) is a schematic diagram showing an interface between a p layer and an i layer in a conventional photoelectric conversion device. FIG. 6C is a schematic diagram illustrating an interface between the p layer and the i layer in the photoelectric conversion device of the present embodiment. TCO基板の微小凹部以外の部分における化学反応を模式的に説明する図である。It is a figure which illustrates typically the chemical reaction in parts other than the micro recessed part of a TCO board | substrate. TCO基板の微小凹部における化学反応を模式的に説明する図である。It is a figure which illustrates typically the chemical reaction in the micro recessed part of a TCO board | substrate.

以下、本発明に係る光電変換装置および光電変換装置の製造方法の一実施形態について図面を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰返さない。   Hereinafter, an embodiment of a photoelectric conversion device and a method for manufacturing the photoelectric conversion device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the embodiments, the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

図1は、本発明の一実施形態に係る光電変換装置の構成を模式的に示す断面図である。図1に示すように、本実施形態に係る光電変換装置1においては、基板であるガラス基板2の上面にSnO2(酸化錫)を主成分とする透明導電膜3が凹凸形状を有するように形成されている。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a photoelectric conversion apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, in the photoelectric conversion device 1 according to the present embodiment, the transparent conductive film 3 containing SnO 2 (tin oxide) as a main component has an uneven shape on the upper surface of a glass substrate 2 as a substrate. Is formed.

本実施形態においては、基板としてガラス基板を用いたが、光電変換装置1において変換される光を透過する基板であればよく、スーパーストレート型の太陽電池に用いることができるものが好ましい。スーパーストレート型の太陽電池とは、基板側から光が入射される太陽電池のことである。ガラス基板2と透明導電膜3とから、光電変換装置用基板4が構成されている。   In the present embodiment, a glass substrate is used as the substrate. However, any substrate that transmits light converted by the photoelectric conversion device 1 may be used, and a substrate that can be used for a super straight type solar cell is preferable. A super straight type solar cell is a solar cell into which light is incident from the substrate side. The glass substrate 2 and the transparent conductive film 3 constitute a photoelectric conversion device substrate 4.

本発明の光電変換装置用基板4は、ガラス基板2のような板状の基板と透明導電膜3との間にさらに別の層が形成されたものであってもよい。たとえば、酸化シリコン膜のような、ガラス基板2に含まれるアルカリ金属不純物の透明導電膜3への拡散を抑制する層が形成されていてもよい。   The photoelectric conversion device substrate 4 of the present invention may be one in which another layer is formed between a plate-like substrate such as the glass substrate 2 and the transparent conductive film 3. For example, a layer such as a silicon oxide film that suppresses diffusion of alkali metal impurities contained in the glass substrate 2 into the transparent conductive film 3 may be formed.

また、本実施形態の光電変換装置用基板4においては、ガラス基板2の一主面の大部分が透明導電膜3で覆われているが、主面の一部に透明導電膜3に覆われていない部分があってもよい。このような基板は、たとえば、ガラス基板2を額縁状のトレーに収納してからスパッタリング法などを用いて透明導電膜3を堆積することにより得られる。この場合、トレーの陰になった主面周縁部には透明導電膜3が堆積しない。   Further, in the photoelectric conversion device substrate 4 of the present embodiment, most of one main surface of the glass substrate 2 is covered with the transparent conductive film 3, but a part of the main surface is covered with the transparent conductive film 3. There may be parts that are not. Such a substrate can be obtained, for example, by depositing the transparent conductive film 3 using a sputtering method or the like after the glass substrate 2 is housed in a frame-shaped tray. In this case, the transparent conductive film 3 is not deposited on the periphery of the main surface that is behind the tray.

透明導電膜3の上面にp型の第1導電型半導体層である、a−SiC:H:Bからなるp層5が形成されている。p層5は、a−Si:H:Bで構成されていてもよい。   A p layer 5 made of a-SiC: H: B, which is a p-type first conductive semiconductor layer, is formed on the upper surface of the transparent conductive film 3. The p layer 5 may be composed of a-Si: H: B.

p層5の上面に実質的にi型の半導体層である、実質的にa−Si:Hからなるi層6が形成されている。ここで「実質的にi型」とは、真にi型のもののみならず、弱いp型、あるいは弱いn型のものをも意味する。以下、「実質的にi型」を単に「i型」と称することがある。界面特性の向上の観点から、i層6の導電型層側の界面近傍にはいわゆるバッファー層を設けることが好ましい。バッファー層としては、たとえば、p層5としてa−SiC:H:Bを用いた場合には、このp層5との界面側ではシリコンと炭素の組成比が高く、i層6との界面側へ向かって炭素の組成比が小さくなるような層を用いることができる。   On the upper surface of the p layer 5, an i layer 6 substantially made of a-Si: H, which is a substantially i-type semiconductor layer, is formed. Here, “substantially i-type” means not only true i-type but also weak p-type or weak n-type. Hereinafter, “substantially i-type” may be simply referred to as “i-type”. From the viewpoint of improving the interface characteristics, it is preferable to provide a so-called buffer layer in the vicinity of the interface on the conductivity type layer side of the i layer 6. As the buffer layer, for example, when a-SiC: H: B is used as the p layer 5, the composition ratio of silicon and carbon is high on the interface side with the p layer 5, and the interface side with the i layer 6. A layer whose carbon composition ratio decreases toward the bottom can be used.

i層6の上面にn型の第2導電型半導体層である、a−Si:H:Pからなるn層7が形成されている。p層5、i層6およびn層7から光電変換層8が構成されている。光電変換層8は、結晶質および非晶質の少なくともいずれかからなる層のpin接合により形成されている。ここで「結晶質」とは、いわゆる微結晶、すなわち、結晶粒と非晶質成分との混在したものをも意味する。   An n layer 7 made of a-Si: H: P, which is an n-type second conductive semiconductor layer, is formed on the upper surface of the i layer 6. A photoelectric conversion layer 8 is composed of the p layer 5, the i layer 6 and the n layer 7. The photoelectric conversion layer 8 is formed by a pin junction of layers made of at least one of crystalline and amorphous. Here, “crystalline” means so-called microcrystals, that is, a mixture of crystal grains and amorphous components.

また、本実施形態の光電変換装置は、ガラス基板2の一主面の大部分が半導体層で覆われているが、主面の一部に半導体層に覆われていない部分があってもよい。このような基板は、たとえば、光電変換装置用基板を額縁状のトレーに収納してからプラズマCVD法などを用いて半導体層を堆積することで得られる。この場合、トレーの陰になった主面周縁部には半導体層が堆積しない。   In the photoelectric conversion device of this embodiment, most of one main surface of the glass substrate 2 is covered with the semiconductor layer, but there may be a portion that is not covered with the semiconductor layer on a part of the main surface. . Such a substrate can be obtained, for example, by depositing a semiconductor layer using a plasma CVD method or the like after housing a photoelectric conversion device substrate in a frame-shaped tray. In this case, no semiconductor layer is deposited on the peripheral edge of the main surface that is behind the tray.

本発明の光電変換装置は、複数の光電変換層を積層した形態であってもよい。複数の光電変換層は、それぞれ有する実質的にi型の半導体層のバンドギャップが互いに異なるものであることが、光電変換効率の向上の観点から好ましい。具体的には、たとえば、水素化非晶質シリコンのi型半導体層と水素化微結晶シリコンのi型半導体層とを組み合わせることが好ましい。あるいは、シリコンと水素、炭素、ゲルマニウムなどの他の元素との組成比を変えてもよい。   The photoelectric conversion device of the present invention may have a form in which a plurality of photoelectric conversion layers are stacked. It is preferable from the viewpoint of improving the photoelectric conversion efficiency that the plurality of photoelectric conversion layers have substantially different band gaps of the i-type semiconductor layer. Specifically, for example, it is preferable to combine an i-type semiconductor layer of hydrogenated amorphous silicon and an i-type semiconductor layer of hydrogenated microcrystalline silicon. Alternatively, the composition ratio between silicon and other elements such as hydrogen, carbon, and germanium may be changed.

具体的には、第1の光電変換層のi層がa−Si:H(水素化非晶質シリコン)を主成分とし、第2の光電変換層のi層がμc−Si:H(水素化微結晶シリコン)を主成分とし、光電変換装置用基板、第1の光電変換層、第2の光電変換層の積層構造を有する、いわゆるタンデム構造の光電変換装置とすることが好ましい。   Specifically, the i layer of the first photoelectric conversion layer is mainly composed of a-Si: H (hydrogenated amorphous silicon), and the i layer of the second photoelectric conversion layer is μc-Si: H (hydrogen). It is preferable that a photoelectric conversion device having a so-called tandem structure that has a stacked structure of a substrate for a photoelectric conversion device, a first photoelectric conversion layer, and a second photoelectric conversion layer.

また、3つの光電変換層を有する光電変換装置であってもよい。この場合、第1/第2/第3の光電変換層のそれぞれのi層が、a−Si:H/a−Si:H/μc−Si:H、a−Si:H/a−SiGe:H/μc−Si:H、a−Si:H/a−Si:H/μc−SiGe:H、a−Si:H/a−SiGe:H/μc−SiGe:H、a−Si/μc−Si/μc−Siなどのいわゆるトリプル構造であってもよい。さらには、光電変換層を4つ以上積層した構造でもよい。   Moreover, the photoelectric conversion apparatus which has three photoelectric converting layers may be sufficient. In this case, each i layer of the first / second / third photoelectric conversion layers is a-Si: H / a-Si: H / .mu.c-Si: H, a-Si: H / a-SiGe: H / μc-Si: H, a-Si: H / a-Si: H / μc-SiGe: H, a-Si: H / a-SiGe: H / μc-SiGe: H, a-Si / μc- A so-called triple structure such as Si / μc-Si may be used. Furthermore, a structure in which four or more photoelectric conversion layers are stacked may be used.

複数の光電変換層を積層した場合、隣接する光電変換層の間に透光性導電層を有していても良い。透光性導電層としては、たとえば、ZnO、SiOxなどの透明導電性酸化膜を用いることができる。 When a plurality of photoelectric conversion layers are stacked, a light-transmitting conductive layer may be provided between adjacent photoelectric conversion layers. As the translucent conductive layer, for example, a transparent conductive oxide film such as ZnO or SiO x can be used.

n層7の上面に、ZnO(酸化亜鉛)を主成分とする裏面透明導電膜(不図示)と、銀を主成分とする裏面電極層9が形成されている。本実施形態においては、裏面電極層9を銀で形成したが、導電性を有する材料であればよく、材料は銀に限られない。   On the upper surface of the n layer 7, a back transparent conductive film (not shown) mainly composed of ZnO (zinc oxide) and a back electrode layer 9 mainly composed of silver are formed. In the present embodiment, the back electrode layer 9 is made of silver, but any material having conductivity may be used, and the material is not limited to silver.

本実施形態の光電変換装置は、ガラス基板2の一主面の大部分が裏面電極層で覆われているが、主面の一部に裏面電極層に覆われていない部分があってもよい。このような基板は、たとえば、光電変換装置用基板を額縁状のトレーに収納してからスパッタリング法を用いて裏面電極層を堆積することで得られる。この場合、トレーの陰になった主面周縁部には裏面電極層が堆積しない。   In the photoelectric conversion device of the present embodiment, most of one main surface of the glass substrate 2 is covered with the back electrode layer, but a part of the main surface may not be covered with the back electrode layer. . Such a substrate can be obtained, for example, by depositing a back electrode layer using a sputtering method after housing a photoelectric conversion device substrate in a frame-shaped tray. In this case, the back electrode layer is not deposited on the peripheral edge of the main surface that is behind the tray.

図2は、本実施形態に係る光電変換装置の断面の一部をTEM(Transmission Electron Microscope)で撮影した画像である。図2においては、光電変換装置用基板基板4と光電変換層8との境界部付近を撮影している。   FIG. 2 is an image obtained by photographing a part of a cross section of the photoelectric conversion device according to the present embodiment with a TEM (Transmission Electron Microscope). In FIG. 2, the vicinity of the boundary between the photoelectric conversion device substrate 4 and the photoelectric conversion layer 8 is photographed.

図3は、図2の画像を、閾値を50%として各画素の輝度値を2値化した画像である。ここで2値化とは、画像中の各画素のそれぞれについて、画素の輝度値が閾値以上の場合を白、閾値未満の場合を黒にする処理である。白の輝度値が255、黒の輝度値が0で表わされる場合、閾値を50%にすると、輝度値128以上の画素は白に、輝度値128未満の画素は黒に変換される。なお、閾値は、透明導電膜3と光電変換層8との界面で白い領域と黒い領域とが分かれるように適宜選択することができる。   FIG. 3 is an image obtained by binarizing the luminance value of each pixel with the threshold value of 50% from the image of FIG. Here, binarization is a process of setting each pixel in the image to white when the luminance value of the pixel is equal to or greater than a threshold value and black when less than the threshold value. When the white luminance value is 255 and the black luminance value is 0, if the threshold is 50%, pixels with a luminance value of 128 or more are converted to white, and pixels with a luminance value of less than 128 are converted to black. The threshold value can be appropriately selected so that a white region and a black region are separated at the interface between the transparent conductive film 3 and the photoelectric conversion layer 8.

図4は、図3の画像を模式化した図である。図4に示すように、ガラス基板2の上面に形成された透明導電膜3には、複数の凸部10が形成されている。ここで、ガラス基板2の主表面に平行に1000nmの長さを基準長さ(LA)とする。この基準長さ(LA)の範囲内において、複数の凸部10なす山と谷のうち、最も高い山と最も低い谷との高さ方向の距離を最大高さ(Hmax)とする。 FIG. 4 is a schematic diagram of the image of FIG. As shown in FIG. 4, a plurality of convex portions 10 are formed on the transparent conductive film 3 formed on the upper surface of the glass substrate 2. Here, a length of 1000 nm parallel to the main surface of the glass substrate 2 is defined as a reference length (L A ). Within the range of the reference length (L A ), the distance in the height direction between the highest peak and the lowest valley among the peaks and valleys formed by the plurality of convex portions 10 is defined as the maximum height (H max ).

図3の場合、1000nmの基準長さ(LA)の範囲内では4つの凸部10が観察される。4つの凸部10のうち左から2番目の山が最も高く、右から2番目の谷が最も低い。図3の場合は、凸部10の最大高さは100nmである。 In the case of FIG. 3, four convex portions 10 are observed within the range of the reference length (L A ) of 1000 nm. Of the four convex portions 10, the second peak from the left is the highest and the second valley from the right is the lowest. In the case of FIG. 3, the maximum height of the convex portion 10 is 100 nm.

なお、図2の画像中には、透明導電膜3とガラス基板2との界面は観察されていない。したがって、基準長さ(LA)の方向を決めるためには、まず、TEM観察中に、ガラス基板2の主表面と透明導電膜3との界面が観察できる程度の低倍率において、画像の水平方向をこの界面と平行になるようにする。その後、図2のように凸部10の最大高さが観察可能な程度にまで倍率を上げ、基準長さ(LA)の方向を画像の水平方向に対して平行にとる。 In addition, the interface of the transparent conductive film 3 and the glass substrate 2 is not observed in the image of FIG. Accordingly, in order to determine the direction of the reference length (L A ), first, during TEM observation, the horizontal direction of the image is set at such a low magnification that the interface between the main surface of the glass substrate 2 and the transparent conductive film 3 can be observed. The direction should be parallel to this interface. Thereafter, the magnification is increased to such an extent that the maximum height of the convex portion 10 can be observed as shown in FIG. 2, and the direction of the reference length (L A ) is set parallel to the horizontal direction of the image.

この凸部10は、光電変換層8の光吸収特性に適した光の散乱または反射状態を生じさせることできる大きさであることが好ましい。たとえば、太陽光スペクトルの中心の波長450nmから650nm程度の中波長のみならず、たとえば、700nmから1200nm程度の長波長に対しても十分な光散乱効果を生じさせることができるものが好ましい。これらのことから、凸部10の最大高さは、50nm以上1200nm以下であることが好ましい。   The convex portion 10 preferably has a size capable of producing a light scattering or reflection state suitable for the light absorption characteristics of the photoelectric conversion layer 8. For example, it is preferable to be able to produce a sufficient light scattering effect not only for the middle wavelength of about 450 nm to 650 nm at the center of the sunlight spectrum but also for a long wavelength of about 700 nm to 1200 nm, for example. From these things, it is preferable that the maximum height of the convex part 10 is 50 nm or more and 1200 nm or less.

図5は、本実施形態に係る透明導電膜の凸部とp層とi層との境界部付近をTEMで撮影した画像である。図6は、図5の画像を、閾値を50%として各画素の輝度値を2値化した画像である。図7は、図6の画像を模式的に示す図である。   FIG. 5 is an image obtained by photographing the vicinity of the convex portion of the transparent conductive film according to the present embodiment, the p layer, and the i layer with a TEM. FIG. 6 is an image obtained by binarizing the luminance value of each pixel with the threshold value of 50% from the image of FIG. FIG. 7 is a diagram schematically showing the image of FIG.

図7に示すように、透明導電膜3の凸部10の表面には、複数の微小凹部11が形成されている。また、p層5と、p層5側の界面近傍にバッファー層を有するi層6との間の界面12が、透明導電膜3の表面に略平行になだらかな線状に延びている。   As shown in FIG. 7, a plurality of minute concave portions 11 are formed on the surface of the convex portion 10 of the transparent conductive film 3. In addition, an interface 12 between the p layer 5 and the i layer 6 having a buffer layer in the vicinity of the interface on the p layer 5 side extends in a gentle line shape substantially parallel to the surface of the transparent conductive film 3.

以下、本発明に係る微小凹部、微小凹部の線密度および微小凹部の最大深さの定義について説明する。   Hereinafter, the definition of the minute recesses, the line density of the minute recesses, and the maximum depth of the minute recesses according to the present invention will be described.

図8は、図6の画像を転がり円うねり測定に準じて解析した状態を示す図である。図8に示す、透明導電膜3の凸部10の表面を表している線(白部分と黒部分との境界線)を、以後、測定断面線と称す。   FIG. 8 is a diagram showing a state in which the image of FIG. 6 is analyzed according to rolling circle waviness measurement. A line (boundary line between the white portion and the black portion) representing the surface of the convex portion 10 of the transparent conductive film 3 shown in FIG. 8 is hereinafter referred to as a measurement cross-sectional line.

測定断面線に倣って直径25nmの転がり円13(rolling circle)が転がるときの転がり円13の中心14の軌跡を、転がり円うねり測定線(rolling circle traced profile)と称す。本実施形態においては、基準長さ(Lw)を80nmとした。基準長さにおいて計測した転がり円うねり測定線を一次関数(直線)を用いて最小二乗法により転がり円うねり測定線の平均線を算出した。以下、転がり円うねり測定線の平均線を測定平均線と称す。 The locus of the center 14 of the rolling circle 13 when a rolling circle 13 having a diameter of 25 nm rolls following the measurement cross-sectional line is referred to as a rolling circle traced profile. In the present embodiment, the reference length (L w ) is 80 nm. An average line of the rolling circle waviness measurement line was calculated by a least square method using a linear function (straight line) for the rolling circle waviness measurement line measured at the reference length. Hereinafter, the average line of the rolling circle waviness measurement line is referred to as a measurement average line.

なお、上記の転がり円うねり測定は、JIS規格(JIS B0610:’01)の測定条件と比較して、転がり円の半径と基準長さとの比が2倍になっている。   In the above-described rolling circle waviness measurement, the ratio between the radius of the rolling circle and the reference length is doubled as compared with the measurement conditions of JIS standard (JIS B0610: '01).

図9は、微小凹部と転がり円とを示す模式図である。図9に示すように、転がり円13と微小凹部11とは少なくとも2点で接している。この接点のうち最も間隔が離れた2つの接点を局部山頂15A,15Bと称す。   FIG. 9 is a schematic diagram showing a minute recess and a rolling circle. As shown in FIG. 9, the rolling circle 13 and the minute recess 11 are in contact at at least two points. Two of the contacts that are the farthest apart are referred to as local mountain peaks 15A and 15B.

測定平均線と平行な線のうち、微小凹部11の最底部を通過する線を基底線(L2)と称す。測定平均線と平行で局部山頂15Aを通過する線と、測定平均線と平行で局部山頂15Bを通過する線とのうち、基底線(L2)からの距離が離れた方の線を頂上線(L1)と称す。 Of the lines parallel to the measurement average line, the line passing through the bottom of the minute recess 11 is referred to as a base line (L 2 ). Of the line passing through the local peak 15A parallel to the measurement average line and the line passing through the local peak 15B parallel to the measurement average line, the line with the distance from the base line (L 2 ) is the top line (L 1 ).

微小凹部11とは、微小凹部11の深さである、基底線(L2)と頂上線(L1)との間の距離が1nm以上であり、かつ、微小凹部11の幅である、2つの局部山頂15A,15B同士の間の距離が2nm以上である凹部のことをいう。よって、この条件を満たさない凹部は、微小凹部11ではない。 The minute recess 11 is the depth of the minute recess 11, the distance between the base line (L 2 ) and the top line (L 1 ) is 1 nm or more, and the width of the minute recess 11 is 2 The distance between two local peaks 15A and 15B is a recess having a distance of 2 nm or more. Therefore, the concave portion that does not satisfy this condition is not the minute concave portion 11.

図8においては、基準長さ(Lw)とした80nmの範囲において、上記の条件を満たす微小凹部11と接している転がり円13Aを実線で示し、条件を満たさない凹部と接している転がり円13Bを破線で示している。 In FIG. 8, in a range of 80 nm as the reference length (L w ), the rolling circle 13A that is in contact with the minute recess 11 that satisfies the above conditions is indicated by a solid line, and the rolling circle that is in contact with the recess that does not satisfy the condition. 13B is indicated by a broken line.

微小凹部11の線密度とは、基準長さ80nmの範囲内で単位長さ(1nm)当たりに存在する微小凹部11の数をいう。よって、図8に示すように、基準長さ(Lw)とした80nmの範囲に転がり円13Aが7つある場合、微小凹部11の線密度は、7/80=0.0875nm-1となる。 The linear density of the minute recesses 11 refers to the number of minute recesses 11 present per unit length (1 nm) within a reference length of 80 nm. Therefore, as shown in FIG. 8, when there are seven rolling circles 13A in the range of 80 nm as the reference length (L w ), the linear density of the minute recesses 11 is 7/80 = 0.0875 nm −1. .

図10は、微小凹部の最大深さを説明する図である。図10に示すように、微小凹部11の最大深さ(Dmax)とは、基準長さ80nmの範囲内で測定平均線に平行で測定断面線と接する2本の直線(L4,L5)同士の間の距離をいう。図8に示す微小凹部11の最大深さは4nmであった。 FIG. 10 is a diagram for explaining the maximum depth of the minute recesses. As shown in FIG. 10, the maximum depth (D max ) of the minute recess 11 is defined as two straight lines (L 4 , L 5) parallel to the measurement average line and in contact with the measurement sectional line within a reference length of 80 nm. ) The distance between each other. The maximum depth of the minute recess 11 shown in FIG. 8 was 4 nm.

図11は、p層とi層との界面の最大深さを説明する図である。図11に示すように、p層5とi層6との界面はなだらかにわずかに波打っている。p層5とi層6との界面の最大深さ(Bmax)とは、測定断面において、測定平均線に平行でp層5とi層6との界面12と接する2本の直線(L6,L7)同士の間の距離をいう。微小凹部11の最大深さ(Dmax)を計測した領域に対応する領域において、微小凹部11の最大深さ(Dmax)と同様の方法により、p層5とi層6との界面の最大深さ(Bmax)を計測した。 FIG. 11 is a diagram for explaining the maximum depth of the interface between the p layer and the i layer. As shown in FIG. 11, the interface between the p layer 5 and the i layer 6 is gently and slightly waved. The maximum depth (B max ) of the interface between the p layer 5 and the i layer 6 is two straight lines (L) parallel to the measurement average line and in contact with the interface 12 between the p layer 5 and the i layer 6 in the measurement cross section. 6 , L 7 ) Distance between each other. In the region corresponding to the maximum depth of the minute recesses 11 were measured (D max) region, the maximum of the interface of the maximum depth of the micro recesses 11 similar to the manner as (D max), and p layer 5 and the i layer 6 The depth (B max ) was measured.

図12は、p層の膜厚を説明する図である。図12に示すように、p層5の膜厚とは、測定平均線に平行な直線(L8)に対して直交する方向における膜厚を言う。微小凹部11の底部26上の膜厚は、図12に示す長さTとなる。 FIG. 12 is a diagram illustrating the thickness of the p layer. As shown in FIG. 12, the film thickness of the p layer 5 refers to the film thickness in a direction orthogonal to a straight line (L 8 ) parallel to the measurement average line. The film thickness on the bottom 26 of the minute recess 11 is the length T shown in FIG.

以下、本実施形態の光電変換装置1の製造方法および作用について説明する。
ガラス基板2の上面に常圧CVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いてSnO2を積層し、50nm以上1200nm以下の最大高さを有する凸部10を備えた透明導電膜3を形成する。この凸部10を有する透明導電膜3が形成された基板を、以下、TCO(Transparent Conductive Oxide)基板と称す。本実施形態においては、透明導電膜3の材料としてSnO2を用いたが、In23、ZnOおよびITO(Indium Tin Oxide)などの透明導電性材料を用いてもよい。
Hereinafter, the manufacturing method and effect | action of the photoelectric conversion apparatus 1 of this embodiment are demonstrated.
SnO 2 is laminated on the upper surface of the glass substrate 2 using an atmospheric pressure CVD (Chemical Vapor Deposition) method to form a transparent conductive film 3 having a convex portion 10 having a maximum height of 50 nm to 1200 nm. The substrate on which the transparent conductive film 3 having the convex portions 10 is formed is hereinafter referred to as a TCO (Transparent Conductive Oxide) substrate. In this embodiment, SnO 2 is used as the material of the transparent conductive film 3, but a transparent conductive material such as In 2 O 3 , ZnO, and ITO (Indium Tin Oxide) may be used.

また、本実施形態においては、常圧CVD法を用いてテキスチャー構造を有する透明導電膜3を形成したが、真空蒸着法、EB蒸着法、スパッタリング法、減圧CVD法、ゾルゲル法および電析法などを用いてもよい。   In the present embodiment, the transparent conductive film 3 having a texture structure is formed by using the atmospheric pressure CVD method. However, the vacuum evaporation method, the EB evaporation method, the sputtering method, the reduced pressure CVD method, the sol-gel method, the electrodeposition method, and the like. May be used.

次に、TCO基板を容量結合型平行平板高周波プラズマ反応室内において水素含有プラズマ処理する。この水素含有プラズマ処理は、TCO表面に到達する主な還元反応種が水素ラジカルであるように行なう。この水素ラジカルを反応種とするエッチングの結果、透明導電膜3の凸部10の表面に微小凹部11が形成される。エッチングが表面層の全体に亘って均一に行なわれずに微小凹部11が形成される理由は、TCO基板の表面に存在する欠陥におけるエッチング速度が他の部分におけるエッチング速度より大きいためと考えられる。   Next, the TCO substrate is subjected to a hydrogen-containing plasma treatment in a capacitively coupled parallel plate high-frequency plasma reaction chamber. This hydrogen-containing plasma treatment is performed such that the main reduction reaction species that reach the TCO surface are hydrogen radicals. As a result of etching using the hydrogen radical as a reactive species, a minute recess 11 is formed on the surface of the protrusion 10 of the transparent conductive film 3. The reason why the minute recesses 11 are formed without being uniformly etched over the entire surface layer is considered to be because the etching rate at the defects existing on the surface of the TCO substrate is higher than the etching rate at other portions.

本実施形態においては、プラズマ反応室内に導入するガス種として、水素ガスのみを用いたため製造設備を簡潔にすることができた。プラズマ反応室内に導入するH2の流量は、70SLMとした。ただし、プラズマ反応室内に導入するガス種として、窒素、アルゴン、キセノンなどのガスと水素ガスとの混合ガスを用いてもよい。本発明における「水素含有プラズマ」とは、主な反応種が水素ラジカルであるようなプラズマであれば、水素ガスのみを用いたものに限られず、このような混合ガスを用いたものをも意味する。 In this embodiment, since only hydrogen gas is used as the gas species introduced into the plasma reaction chamber, the production equipment can be simplified. The flow rate of H 2 introduced into the plasma reaction chamber was 70 SLM. However, a mixed gas of a gas such as nitrogen, argon, or xenon and hydrogen gas may be used as a gas species introduced into the plasma reaction chamber. The “hydrogen-containing plasma” in the present invention is not limited to one using only hydrogen gas as long as the main reactive species is a hydrogen radical, and also means one using such a mixed gas. To do.

本実施形態においては、プラズマ反応室内の圧力は600Paとした。プラズマ反応室内の圧力を高圧にするほど水素ラジカルの密度が増加するため、TCO基板の表面に形成される微小凹部11の最大深さが深くなる。一方、プラズマ反応室内の圧力を低圧にするほどTCO基板の表面が受けるイオンダメージが大きくなるため、TCO基板の表面に形成される微小凹部11の線密度が大きくなる。そのため、微小凹部11の深さを深くしつつ、微小凹部11の線密度を大きくするため、プラズマ反応室内の圧力は100Pa以上1500Pa以下であることが好ましい。   In the present embodiment, the pressure in the plasma reaction chamber is 600 Pa. Since the density of hydrogen radicals increases as the pressure in the plasma reaction chamber increases, the maximum depth of the minute recesses 11 formed on the surface of the TCO substrate increases. On the other hand, as the pressure in the plasma reaction chamber is lowered, the ion damage received on the surface of the TCO substrate increases, so that the linear density of the minute recesses 11 formed on the surface of the TCO substrate increases. Therefore, in order to increase the linear density of the minute recesses 11 while increasing the depth of the minute recesses 11, the pressure in the plasma reaction chamber is preferably 100 Pa or more and 1500 Pa or less.

本実施形態においては、プラズマ反応室内に投入する電力密度は、40mW/cm2とした。水素プラズマ処理時の電力密度が大きいほど、プラズマ反応室内に発生する水素ラジカルの密度が高くなる。よって、大きな電力密度を投入して水素プラズマ処理することにより、TCO基板の表面に形成される微小凹部11の最大深さが深くなり、微小凹部11の線密度は大きくなる。 In the present embodiment, the power density input into the plasma reaction chamber is 40 mW / cm 2 . The higher the power density during the hydrogen plasma treatment, the higher the density of hydrogen radicals generated in the plasma reaction chamber. Therefore, by applying a high power density and performing hydrogen plasma treatment, the maximum depth of the minute recesses 11 formed on the surface of the TCO substrate is increased, and the linear density of the minute recesses 11 is increased.

ただし、電力密度が大きすぎると、TCO基板において透明導電膜3を構成するSnO2の還元量が著しく多くなり、透明導電膜3の表面にSnが析出して透明導電膜3の透過率が低下する。このようにTCO基板の透過率が低くなると、光電変換装置1における発電効率の低下を招くため、電力密度を過度に大きくしないことが必要である。よって、プラズマ反応室内に投入する電力密度は、10mW/cm2以上200mW/cm2以下であることが好ましい。 However, if the power density is too high , the reduction amount of SnO 2 constituting the transparent conductive film 3 in the TCO substrate is remarkably increased, and Sn is deposited on the surface of the transparent conductive film 3 to reduce the transmittance of the transparent conductive film 3. To do. Thus, when the transmittance | permeability of a TCO board | substrate becomes low, since it will cause the fall of the power generation efficiency in the photoelectric conversion apparatus 1, it is necessary not to make power density too large. Therefore, the power density input into the plasma reaction chamber is preferably 10 mW / cm 2 or more and 200 mW / cm 2 or less.

プラズマ反応室内においての処理時間は15秒とした。処理時間が長いほど、TCO基板の表面に形成される微小凹部11の最大深さが深くなり、微小凹部11の線密度は大きくなる。   The processing time in the plasma reaction chamber was 15 seconds. The longer the processing time, the deeper the maximum depth of the minute recesses 11 formed on the surface of the TCO substrate, and the greater the linear density of the minute recesses 11.

ただし、処理時間が長すぎると、TCO基板において透明導電膜3を構成するSnO2の還元量が著しく多くなり、透明導電膜3の表面近傍にSnが析出して透明導電膜3の透過率が低下する。このようにTCO基板の透過率が低くなると、光電変換装置1における発電効率の低下を招くため、処理時間を過度に長くしないことが必要である。よって、プラズマ反応室内において処理する時間は、5秒以上200秒以下であることが好ましい。 However, if the treatment time is too long, the reduction amount of SnO 2 constituting the transparent conductive film 3 on the TCO substrate is remarkably increased, and Sn is deposited near the surface of the transparent conductive film 3 so that the transmittance of the transparent conductive film 3 is increased. descend. Thus, when the transmittance | permeability of a TCO board | substrate becomes low, since the fall of the power generation efficiency in the photoelectric conversion apparatus 1 will be caused, it is necessary not to make processing time excessively long. Therefore, the treatment time in the plasma reaction chamber is preferably 5 seconds or more and 200 seconds or less.

水素含有プラズマ処理においてパルスプラズマを用いる場合には、On時間とOff時間のデューティ比を変化させて実効的な処理時間を制御するようにしてもよい。パルス状にON/OFFする周波数は、プラズマ励起周波数(5MHz〜80MHz)に対して十分低い周波数(100Hz〜10kHz)が望ましい。デューティ比は、0.05〜0.5とすることができる。デューティ比を小さく、投入電力を大きくすることで、処理の進行速度を制御しつつ、処理による基板へのイオンダメージを大きくすることができる。   When pulse plasma is used in the hydrogen-containing plasma processing, the effective processing time may be controlled by changing the duty ratio between the On time and the Off time. The frequency of ON / OFF in a pulsed manner is desirably a sufficiently low frequency (100 Hz to 10 kHz) with respect to the plasma excitation frequency (5 MHz to 80 MHz). The duty ratio can be 0.05 to 0.5. By reducing the duty ratio and increasing the input power, the ion damage to the substrate due to the processing can be increased while controlling the processing speed.

水素含有プラズマ処理における処理強度は、処理工程において基板がプラズマから受け取る総エネルギーに比例すると考えられる。基板がプラズマから受け取る総エネルギーは、プラズマ投入電力密度、処理時間、パルスデューティ比のそれぞれに比例する。単位面積当たりの総エネルギー(=電力密度(mW/cm2)×処理時間(sec)×デューティ比)は、20mJ/cm2〜300mJ/cm2であることが好ましい。 The processing intensity in the hydrogen-containing plasma processing is considered to be proportional to the total energy that the substrate receives from the plasma in the processing step. The total energy that the substrate receives from the plasma is proportional to the plasma input power density, the processing time, and the pulse duty ratio. The total energy per unit area (= the power density (mW / cm 2) × processing time (sec) × duty ratio) is preferably 20mJ / cm 2 ~300mJ / cm 2 .

本実施形態においては、水素含有プラズマ処理の際の基板温度は190℃とした。処理時の基板温度が高いほど、TCO基板の凸部10の表面における欠陥部分とそれ以外の部分における還元反応速度の差が小さくなる。そのため、TCO基板の凸部10の表面の全域にわたってエッチングが発生するため、TCO基板の表面に形成される微小凹部11の最大深さが浅くなり、微小凹部11の線密度は小さくなる。よって、水素含有プラズマ処理時の基板温度は、室温(20℃)以上200℃以下であることが好ましい。   In the present embodiment, the substrate temperature during the hydrogen-containing plasma treatment is 190 ° C. The higher the substrate temperature during processing, the smaller the difference in the reduction reaction rate between the defective portion on the surface of the convex portion 10 of the TCO substrate and the other portion. Therefore, since etching occurs over the entire surface of the convex portion 10 of the TCO substrate, the maximum depth of the fine concave portion 11 formed on the surface of the TCO substrate becomes shallow, and the linear density of the fine concave portion 11 becomes small. Therefore, the substrate temperature during the hydrogen-containing plasma treatment is preferably room temperature (20 ° C.) or higher and 200 ° C. or lower.

好ましくは、上記の水素含有プラズマ処理を施す前に、TCO基板の表面に欠陥を導入する処理を行なう。この欠陥とは、水素含有プラズマ処理により微小凹部11となる欠陥をいう。たとえば、水素含有プラズマ処理工程の条件より有意に強い電力密度を投入した状態において、極めて短時間の間、TCO基板をプラズマ処理する。この処理を施すことにより、イオンダメージが原因と考えられる欠陥が、TCO基板の表面に導入される。電力密度が大きいほど発生する欠陥の線密度も増加し、後工程の水素含有プラズマ処理により発生する微小凹部11の線密度を大きくすることができる。   Preferably, a treatment for introducing defects into the surface of the TCO substrate is performed before the hydrogen-containing plasma treatment. This defect means the defect which becomes the micro recessed part 11 by hydrogen-containing plasma processing. For example, the TCO substrate is plasma-treated for a very short time in a state where a power density significantly higher than the conditions of the hydrogen-containing plasma treatment step is applied. By performing this treatment, defects that may be caused by ion damage are introduced into the surface of the TCO substrate. As the power density increases, the linear density of defects generated increases, and the linear density of the minute recesses 11 generated by the hydrogen-containing plasma treatment in the subsequent process can be increased.

上記の欠陥導入工程においてプラズマを用いる場合、プラズマ電位を大きくするほど、TCO基板の表面から深い位置までイオンダメージが及ぶ。そのため、深い欠陥が発生し、後工程の水素含有プラズマ処理により発生する微小凹部11の最大深さが深くなる。プラズマ電位を大きくするためには、たとえば、1パルスのOn時間が1m秒以下である短時間パルスプラズマを用いる、プラズマの発生のために投入する電力密度を大きくする、プラズマ発生用ガスとして、などの手法を用いることができる。また、アルゴン、キセノンなどの原子量が比較的大きなガス種を用いることができる。   When plasma is used in the defect introduction step, ion damage extends from the surface of the TCO substrate to a deeper position as the plasma potential is increased. Therefore, deep defects are generated, and the maximum depth of the minute recesses 11 generated by the subsequent hydrogen-containing plasma treatment is increased. In order to increase the plasma potential, for example, a short-time pulse plasma in which the on-time of one pulse is 1 msec or less is used, the power density input for generating the plasma is increased, the gas for plasma generation, etc. Can be used. In addition, a gas species having a relatively large atomic weight such as argon or xenon can be used.

欠陥導入工程として、プラズマの発生のために投入する電力密度を大きくして水素含有プラズマ処理を行なう場合、欠陥導入工程の終了後、プラズマを切らずに電力密度を低下させることにより、水素含有プラズマ処理工程に移行することができる。よって、製造時間の短縮化および製造装置の簡略化の両方を図ることができる。   When performing the hydrogen-containing plasma treatment by increasing the power density input for generating the plasma as the defect introduction process, the hydrogen-containing plasma is reduced by reducing the power density without turning off the plasma after the defect introduction process. It is possible to shift to a processing step. Therefore, both shortening of the manufacturing time and simplification of the manufacturing apparatus can be achieved.

図13は、本実施形態の光電変換装置用基板、微小凹部を設けていない光電変換装置用基板および強い水素プラズマ処理を施した光電変換装置用基板の分光透過率と分光反射率とを示すグラフである。図13においては、縦軸に分光透過率および分光反射率、横軸に入射光の波長を示している。本実施形態の光電変換装置用基板4のデータを実線、微小凹部11を設けていない光電変換装置用基板のデータを点線、強い水素プラズマ処理を施した光電変換装置用基板のデータを一点差線で示している。   FIG. 13 is a graph showing the spectral transmittance and the spectral reflectance of the photoelectric conversion device substrate of the present embodiment, the photoelectric conversion device substrate not provided with the minute recesses, and the photoelectric conversion device substrate subjected to strong hydrogen plasma treatment. It is. In FIG. 13, the vertical axis represents the spectral transmittance and the spectral reflectance, and the horizontal axis represents the wavelength of the incident light. The data of the photoelectric conversion device substrate 4 of the present embodiment is a solid line, the data of the photoelectric conversion device substrate not provided with the minute recesses 11 is a dotted line, and the data of the photoelectric conversion device substrate subjected to strong hydrogen plasma treatment is a one-point difference line Is shown.

微小凹部を設けていない光電変換装置用基板には、水素プラズマ処理工程を施していないため、TCO基板の表面に微小凹部11が形成されていない。微小凹部を設けていない光電変換装置用基板のそれ以外の構成は、本実施形態の光電変換装置用基板4と同様である。   Since the substrate for a photoelectric conversion device not provided with the minute recesses is not subjected to the hydrogen plasma treatment process, the minute recesses 11 are not formed on the surface of the TCO substrate. Other configurations of the photoelectric conversion device substrate not provided with the minute recesses are the same as those of the photoelectric conversion device substrate 4 of the present embodiment.

強い水素プラズマ処理を施した光電変換装置のTCO基板には、水素プラズマ処理工程において、処理時間を300秒とした強い水素プラズマ処理により微小凹部11を形成している。強い水素プラズマ処理を施した光電変換装置用基板のそれ以外の構成は、本実施形態の光電変換装置用基板4と同様である。   On the TCO substrate of the photoelectric conversion device subjected to strong hydrogen plasma treatment, the minute recesses 11 are formed by strong hydrogen plasma treatment with a treatment time of 300 seconds in the hydrogen plasma treatment step. Other configurations of the photoelectric conversion device substrate subjected to the strong hydrogen plasma treatment are the same as those of the photoelectric conversion device substrate 4 of the present embodiment.

図13に示すように、分光透過率においては、強い水素プラズマ処理を施した光電変換装置用基板で著しく低下している。これは、上述の通り、透明導電膜3の還元量が多く、透明導電膜3の透過率が低下していることを示している。   As shown in FIG. 13, the spectral transmittance is remarkably lowered in the substrate for a photoelectric conversion device subjected to strong hydrogen plasma treatment. This indicates that the amount of reduction of the transparent conductive film 3 is large and the transmittance of the transparent conductive film 3 is reduced as described above.

入射光の波長が約400nmから約700nmまでの範囲においては、本実施形態の光電変換装置用基板4は、微小凹部11を設けていない光電変換装置用基板と比較して、分光透過率および分光反射率の増減の振幅が小さくなっている。これは、本実施形態の光電変換装置用基板4は、微小凹部11を設けていない光電変換装置用基板に比較して、透明導電膜3内における光の干渉が起こりにくいためと考えられる。その理由として、微小凹部11に起因する光散乱が考えられる。   When the wavelength of the incident light is in the range from about 400 nm to about 700 nm, the photoelectric conversion device substrate 4 of this embodiment has a spectral transmittance and a spectral transmittance that are smaller than those of the photoelectric conversion device substrate in which the minute recesses 11 are not provided. The amplitude of increase / decrease in reflectance is small. This is probably because the photoelectric conversion device substrate 4 of the present embodiment is less susceptible to light interference in the transparent conductive film 3 than the photoelectric conversion device substrate in which the minute recesses 11 are not provided. The reason is considered to be light scattering caused by the minute recess 11.

図14(A)は、微小凹部を設けていない光電変換装置内における光の伝播状態を模式的に示す断面図であり、(B)は、本実施形態の光電変換装置内における光の伝搬状態を模式的に示す断面図である。   FIG. 14A is a cross-sectional view schematically showing a light propagation state in a photoelectric conversion device not provided with a minute recess, and FIG. 14B is a light propagation state in the photoelectric conversion device of the present embodiment. It is sectional drawing which shows this typically.

図14(A)に示すように、微小凹部が形成されていない透明導電膜16に入射した光18は、透明導電膜16とp層5との界面において、一部は透過して透過光19となり、一部は反射して反射光20となる。   As shown in FIG. 14A, a part of the light 18 incident on the transparent conductive film 16 in which no minute recess is formed is transmitted at the interface between the transparent conductive film 16 and the p layer 5 and transmitted light 19. And part of the light is reflected to become reflected light 20.

図14(B)に示すように、本実施形態の透明導電膜3に入射した光18は、透明導電膜3とp層5との界面において、一部は透過して透過光21となり、一部は反射して反射光22となる。この透過光21および反射光22は、微小凹部11により広範囲の方向に分散されていると考えられる。   As shown in FIG. 14B, a part of the light 18 incident on the transparent conductive film 3 of the present embodiment is transmitted and becomes transmitted light 21 at the interface between the transparent conductive film 3 and the p layer 5. The part is reflected to become reflected light 22. It is considered that the transmitted light 21 and the reflected light 22 are dispersed in a wide range by the minute recesses 11.

そのため、本実施形態の光電変換装置用基板4は、微小凹部11が設けられていない光電変換装置用基板に比較して、波長が約400nmから約700nmまでの範囲における光の干渉が起こりにくくなっていると考えられる。   For this reason, the photoelectric conversion device substrate 4 of the present embodiment is less likely to cause light interference in the wavelength range of about 400 nm to about 700 nm, as compared to the photoelectric conversion device substrate in which the minute recesses 11 are not provided. It is thought that.

また、図14(B)に示すように、本実施形態の光電変換装置1は、透明導電膜3と光電変換層8との界面において反射した反射光22の一部が、反射した凸部10の斜面に相対する斜面に位置している微小凹部11に伝搬すると考えられる。その一部の反射光22は、微小凹部11によりさらに分散されて、一部は透過光23として光電変換層8内に伝搬するものと考えられる。よって、光電変換層8内に入射する光量が増加し、発電に寄与する光を増加させることができると考えられる。   Further, as shown in FIG. 14B, the photoelectric conversion device 1 of the present embodiment has a convex portion 10 in which a part of the reflected light 22 reflected at the interface between the transparent conductive film 3 and the photoelectric conversion layer 8 is reflected. It is considered that the light propagates to the minute concave portion 11 located on the slope opposite to the slope. A part of the reflected light 22 is further dispersed by the minute recesses 11, and a part of the reflected light 22 is considered to propagate into the photoelectric conversion layer 8 as transmitted light 23. Therefore, it is considered that the amount of light incident on the photoelectric conversion layer 8 increases and the light contributing to power generation can be increased.

ここで、幅が2nm以上25nm以下である極めて小さな微小凹部11が光を散乱させる理由の詳細は不明であるが、微小凹部11の幅が光電変換装置用基板4に入射する太陽光の波長、特に、エネルギー強度の大きな約350nm〜約1100nmの波長の10分の1以下であることから、おそらく、1つ1つの微小凹部11が入射光をレイリー散乱(Rayleigh scattering)しているのではないかと推測される。レイリー散乱は、光の波長に比べて散乱体の大きさが非常に小さい場合にのみ妥当する。光の波長が短いほど散乱の度合いが大きく、散乱体が大きいほど散乱の度合いが大きい。   Here, although the details of the reason why the very small minute recesses 11 having a width of 2 nm or more and 25 nm or less scatter light are unknown, the width of the minute recesses 11 is the wavelength of sunlight incident on the photoelectric conversion device substrate 4, In particular, since it is less than one tenth of the wavelength of about 350 nm to about 1100 nm where the energy intensity is large, it is likely that each minute concave portion 11 is performing Rayleigh scattering of incident light. Guessed. Rayleigh scattering is only relevant when the size of the scatterer is very small compared to the wavelength of the light. The shorter the wavelength of light, the greater the degree of scattering, and the larger the scatterer, the greater the degree of scattering.

このことから、透明導電膜3の凹凸表面について考察するに、幅が2nm以上25nm以下である微小凹部11は、入射光の散乱体として機能し、入射光の波長が短いほど散乱の程度が大きくなる。よって、複数の光電変換層を有する光電変換装置において、透明導電膜3の直近に位置する第1の光電変換層内での光路長が大きくなると考えられる。なお、第1の光電変換層のi層の主成分は、たとえば、水素化非晶質シリコン、または、水素化非晶質シリコンカーボンからなる。このような短波長光がレイリー散乱を受けるとすれば、微小凹部11での反射光もまた強く散乱されると考えられる。その結果、1つの凸部10の相対する2つの斜面の一方で反射された散乱光がもう一方の斜面に再入射する確率が大きくなる。総じて、第1の光電変換層のi層膜厚が比較的薄い場合でも短波長光を十分に吸収できることになる。その結果、i層が非晶質シリコン系の材質を主成分とする場合、i層が光劣化する影響を小さくできる。   From this, when considering the uneven surface of the transparent conductive film 3, the minute recess 11 having a width of 2 nm or more and 25 nm or less functions as a scatterer of incident light, and the degree of scattering increases as the wavelength of the incident light decreases. Become. Therefore, in a photoelectric conversion device having a plurality of photoelectric conversion layers, it is considered that the optical path length in the first photoelectric conversion layer located in the immediate vicinity of the transparent conductive film 3 is increased. The main component of the i layer of the first photoelectric conversion layer is made of hydrogenated amorphous silicon or hydrogenated amorphous silicon carbon, for example. If such short wavelength light is subjected to Rayleigh scattering, it is considered that the reflected light from the minute recess 11 is also strongly scattered. As a result, the probability that the scattered light reflected on one of the two inclined surfaces facing one convex portion 10 is incident again on the other inclined surface increases. In general, even when the i-layer thickness of the first photoelectric conversion layer is relatively thin, short wavelength light can be sufficiently absorbed. As a result, when the i layer is mainly composed of an amorphous silicon-based material, it is possible to reduce the influence of the i layer being photodegraded.

短波長光の中でも、太陽光のエネルギー強度が比較的大きな約350nm〜約550nmの範囲は光電変換層8での吸収率を向上させるべきであることに鑑み、微小凹部11の局部山頂の間隔は25nm以下であり、20nm以下であることが特に好ましい。また、微小凹部11が多いほど光の散乱効果は高くなることと考えられるため、微小凹部11の線密度は0.05nm-1以上であることが好ましく、0.07nm-1以上であることが特に好ましい。ただし、線密度が多すぎると、1つ1つの微小凹部11の局部山頂の間隔が小さくなりすぎ、光散乱の効果が小さくなることから、線密度は0.3nm-1以下であることが好ましく、0.1nm-1以下であることが特に好ましい。微小凹部は、透明導電膜の凸部表面の実質的に全ての部分に形成されていることが好ましい。 Among short-wavelength light, the range of about 350 nm to about 550 nm where the energy intensity of sunlight is relatively large should improve the absorption rate in the photoelectric conversion layer 8. It is particularly preferably 25 nm or less and 20 nm or less. Moreover, since it is considered that it is higher scattering effect of the more minute recesses 11 are more light, it is preferable that the linear density of the micro recesses 11 is 0.05 nm -1 or more, it is 0.07 nm -1 or more Particularly preferred. However, if the linear density is too high, the distance between the local peaks of each minute concave portion 11 becomes too small, and the effect of light scattering is reduced. Therefore, the linear density is preferably 0.3 nm −1 or less. Particularly preferably, it is 0.1 nm −1 or less. It is preferable that the minute concave portions are formed in substantially all the portions of the convex surface of the transparent conductive film.

比較的長波長の入射光はレイリー散乱の度合いが小さく、最大高さが主に50nm以上1200nm以下である凸部10による幾何光学的あるいはミー散乱的なメカニズムに基づく光散乱が支配的になると思われる。図11において、入射光の波長約800nm以上では、本実施形態の光電変換装置用基板4と微小凹部なしの光電変換装置用基板とで分光反射率がほぼ一致していることが、長波長光のレイリー散乱の度合いが小さいであろうことを傍証していると考えられる。したがって、透明導電膜3の近傍に位置する第1の光電変換層内での光路長が相対的に小さくなると考えられる。   Incident light with a relatively long wavelength has a small degree of Rayleigh scattering, and light scattering based on a geometrical optical or Mie scattering mechanism by the convex part 10 whose maximum height is mainly 50 nm or more and 1200 nm or less seems to be dominant. It is. In FIG. 11, when the wavelength of incident light is about 800 nm or longer, the spectral reflectances of the photoelectric conversion device substrate 4 of the present embodiment and the photoelectric conversion device substrate having no minute recesses are substantially the same. It is thought that this proves that the degree of Rayleigh scattering will be small. Therefore, it is considered that the optical path length in the first photoelectric conversion layer located in the vicinity of the transparent conductive film 3 is relatively small.

そのため、上記第1の光電変換層での長波長光の吸収量はレイリー散乱による増分が小さい分だけ、上記第1の光電変換層を覆うような位置に積層されている第2の光電変換層への入射量が増加すると考えられる。なお、第2の光電変換層のi層の主成分は、たとえば、水素化非晶質シリコンゲルマニウム、水素化微結晶シリコン、または、水素化微結晶シリコンゲルマニウムからなる。その結果、第2の光電変換層のi層での光吸収量を向上できる。上記のように第1の光電変換層のi層膜厚を比較的薄くした場合、第2の光電変換層のi層での光吸収量はさらに向上できる。   Therefore, the second photoelectric conversion layer is laminated at a position that covers the first photoelectric conversion layer by the amount of absorption of long-wavelength light in the first photoelectric conversion layer that is small in increment due to Rayleigh scattering. The amount of incident light is considered to increase. The main component of the i layer of the second photoelectric conversion layer is made of, for example, hydrogenated amorphous silicon germanium, hydrogenated microcrystalline silicon, or hydrogenated microcrystalline silicon germanium. As a result, the amount of light absorption in the i layer of the second photoelectric conversion layer can be improved. When the i-layer thickness of the first photoelectric conversion layer is relatively thin as described above, the light absorption amount in the i-layer of the second photoelectric conversion layer can be further improved.

以上の考察から、本発明の光電変換装置用基板は、いわゆるスーパーストレート型の積層型光電変換装置に適用することが好適であることが理解できる。積層型光電変換装置は、基板の主面の大部分を覆うように複数の光電変換層が積層された構造を有する。光の入射側に近い方の光電変換層のi層のバンドギャップを大きくして主に短波長光を吸収させ、入射側から遠い方の光電変換層のi層のバンドギャップを小さくして主に長波長光を吸収させることで、入射光の波長の利用できる範囲を広げて光電変換効率を向上することができる。   From the above considerations, it can be understood that the substrate for a photoelectric conversion device of the present invention is preferably applied to a so-called super straight type stacked photoelectric conversion device. The stacked photoelectric conversion device has a structure in which a plurality of photoelectric conversion layers are stacked so as to cover most of the main surface of the substrate. The band gap of the i layer of the photoelectric conversion layer closer to the light incident side is increased to mainly absorb short wavelength light, and the band gap of the i layer of the photoelectric conversion layer farther from the incident side is decreased to By absorbing the long wavelength light, it is possible to widen the usable range of the wavelength of the incident light and improve the photoelectric conversion efficiency.

また、スーパーストレート型とは、ガラスのような透光性基板の一主面を覆う位置に透明導電膜を有する基板を用い、透光性基板の他の主面から光が入射するタイプを意味する。微小凹部11を有する光電変換装置用基板4を用いたスーパーストレート型の積層型光電変換装置では、短波長光を大きく散乱させて入射側から近い第1の光電変換層での吸収量を向上させ、長波長光は比較的小さく散乱させて入射側から遠い第2の光電変換層への入射量を向上させることが可能となり、光電変換効率の向上を実現できる。   The super straight type means a type in which light is incident from the other main surface of the translucent substrate using a substrate having a transparent conductive film at a position covering one main surface of the translucent substrate such as glass. To do. In the super straight type stacked photoelectric conversion device using the photoelectric conversion device substrate 4 having the minute recesses 11, the short-wavelength light is greatly scattered to improve the absorption amount in the first photoelectric conversion layer close to the incident side. It is possible to scatter long-wavelength light relatively small and improve the amount of incident light on the second photoelectric conversion layer far from the incident side, thereby realizing improvement in photoelectric conversion efficiency.

一方、微小凹部11の大きさが小さすぎると、実質的に微小凹部11がない凹凸表面と同様になり、レイリー散乱が生じなくなる。この観点から、微小凹部11の局所山頂の間隔は、5nm以上であることが好ましい。   On the other hand, if the size of the minute recess 11 is too small, the surface is substantially the same as the uneven surface without the minute recess 11, and Rayleigh scattering does not occur. From this viewpoint, the interval between the local peaks of the minute recesses 11 is preferably 5 nm or more.

このように、微小凹部11を設けたことにより、光が微小凹部11で散乱して光電変換層8内に入射するため、光電変換層8内を伝搬する光の光路長が長くなる。その結果、光電変換層8における光の光電変換効率が向上し、光電変換装置1の短絡電流密度(Jsc)が増加する。 As described above, by providing the minute recesses 11, light is scattered by the minute recesses 11 and enters the photoelectric conversion layer 8, so that the optical path length of the light propagating in the photoelectric conversion layer 8 is increased. As a result, the photoelectric conversion efficiency of light in the photoelectric conversion layer 8 is improved, and the short-circuit current density (J sc ) of the photoelectric conversion device 1 is increased.

本実施形態の光電変換装置1は、微小凹部11を設けていない光電変換装置に比較して光電変換層8とTCO基板との接着力が大きい。図14(A)に示すような微小凹部11を設けていないTCO基板17上に光電変換層8を積層した場合においては、TCO基板17の表面と光電変換層8との接着力が比較的弱い。図14(B)に示すような微小凹部11を設けたTCO基板上に光電変換層8を積層した場合には、TCO基板の表面と光電変換層8との接着力が比較的強い。   The photoelectric conversion device 1 of the present embodiment has a larger adhesive force between the photoelectric conversion layer 8 and the TCO substrate than a photoelectric conversion device that does not have the minute recesses 11. In the case where the photoelectric conversion layer 8 is laminated on the TCO substrate 17 not provided with the minute recesses 11 as shown in FIG. 14A, the adhesive force between the surface of the TCO substrate 17 and the photoelectric conversion layer 8 is relatively weak. . When the photoelectric conversion layer 8 is stacked on a TCO substrate provided with the minute recesses 11 as shown in FIG. 14B, the adhesive force between the surface of the TCO substrate and the photoelectric conversion layer 8 is relatively strong.

このTCO基板の表面と光電変換層8との接着力の違いの要因として、一つ目は、TCO基板の表面と光電変換層8との接触面積の違いが考えられる。微小凹部11を形成することにより、TCO基板の表面と光電変換層8との接触面積は飛躍的に増大する。接触面積の増大により、TCO基板の表面と光電変換層8との接着力が増加すると考えられる。   As a factor of the difference in adhesive force between the surface of the TCO substrate and the photoelectric conversion layer 8, the first is considered to be a difference in contact area between the surface of the TCO substrate and the photoelectric conversion layer 8. By forming the minute recesses 11, the contact area between the surface of the TCO substrate and the photoelectric conversion layer 8 increases dramatically. It is considered that the adhesive force between the surface of the TCO substrate and the photoelectric conversion layer 8 increases due to the increase in the contact area.

TCO基板の表面と光電変換層8との接着力の違いの要因として、2つ目は、微小凹部11の大きさの違いが考えられる。本実施形態の微小凹部11としては、局部山頂の間隔が2nm以上25nm以下である幅の狭い微小凹部11が設けられている。そのため、TCO基板の表面と光電変換層8との界面においては、幅の狭い微小凹部11の内部に光電変換層8が入り込むような状態になっている。   As a second factor of the difference in adhesive force between the surface of the TCO substrate and the photoelectric conversion layer 8, the difference in the size of the minute recesses 11 can be considered. As the minute concave portion 11 of the present embodiment, a narrow minute concave portion 11 in which the interval between the local peaks is 2 nm or more and 25 nm or less is provided. Therefore, at the interface between the surface of the TCO substrate and the photoelectric conversion layer 8, the photoelectric conversion layer 8 enters the narrow concave portion 11 having a small width.

このように、複雑に入組んだ界面において、TCO基板の表面と光電変換層8との間にアンカー効果が働き、TCO基板の表面と光電変換層8との間の接着力を著しく増加させていると考えられる。よって、微小凹部11の最大深さは、2nm以上であることが好ましい。また、微小凹部11が凸部10の表面に所定の割合以上で形成されていることにより、アンカー効果を安定させることができる。よって、微小凹部11の線密度は、0.05nm-1以上であることが好ましい。 In this way, at the complicated intricate interface, the anchor effect works between the surface of the TCO substrate and the photoelectric conversion layer 8, and the adhesive force between the surface of the TCO substrate and the photoelectric conversion layer 8 is remarkably increased. It is thought that there is. Therefore, the maximum depth of the minute recess 11 is preferably 2 nm or more. In addition, since the minute recesses 11 are formed on the surface of the protrusions 10 at a predetermined ratio or more, the anchor effect can be stabilized. Therefore, the linear density of the minute recesses 11 is preferably 0.05 nm −1 or more.

TCO基板の表面と光電変換層8との接着力の違いの要因として、3つ目は、TCO基板表面の活性度の違いが考えられる。本実施形態においては、微小凹部11を水素プラズマ処理により形成している。図14(A)に示すような、微小凹部11が形成されていないTCO基板17の表面は、化学的に比較的安定な状態にあり未結合手の数密度が相対的に小さな不活性表面である。そのため、TCO基板17と光電変換層8とは、互いに化学結合している部分が相対的に少ないと考えられる。そのため、特に1m2以上の大面積の基板では、その表面を水素含有プラズマ処理しないと光電変換層が剥離することがあった。 As a third factor of the difference in adhesive force between the surface of the TCO substrate and the photoelectric conversion layer 8, the third is considered to be a difference in activity on the surface of the TCO substrate. In the present embodiment, the minute recess 11 is formed by hydrogen plasma treatment. The surface of the TCO substrate 17 in which the minute recesses 11 are not formed as shown in FIG. 14A is an inert surface that is in a chemically relatively stable state and the number density of dangling bonds is relatively small. is there. For this reason, the TCO substrate 17 and the photoelectric conversion layer 8 are considered to have relatively few portions chemically bonded to each other. Therefore, in particular, in the case of a substrate having a large area of 1 m 2 or more, the photoelectric conversion layer may be peeled off unless the surface is treated with hydrogen-containing plasma.

水素含有プラズマ処理を施すと、TCO基板の表面において水素ラジカルがTCO基板に含まれる酸素を脱離し、TCO基板の表面に未結合手が形成されると考えられる。水素ラジカルが透明導電膜表面の欠陥を優先的にエッチングする結果として微小凹部11が形成されると推測されることに照らせば、この未結合手は、微小凹部11が形成されていない比較的滑らかな場所よりは、微小凹部11の谷となったあたりの方が相対的に多いのではないかと推測される。   When the hydrogen-containing plasma treatment is performed, it is considered that hydrogen radicals desorb oxygen contained in the TCO substrate on the surface of the TCO substrate, and dangling bonds are formed on the surface of the TCO substrate. In light of the presumed that the minute recesses 11 are formed as a result of hydrogen radicals preferentially etching the defects on the surface of the transparent conductive film, the dangling bonds are relatively smooth without the minute recesses 11 formed. It is presumed that there are relatively more areas around the valleys of the minute recesses 11 than there are.

この未結合手は反応活性であるため、シリコンからなる光電変換層8を形成する際に、SiH3ラジカルなどがTCO基板の表面に形成された未結合手と強固に結合する。そのため、TCO基板と光電変換層8とは、互いに化学結合している部分が相対的に多い。その結果、TCO基板と光電変換層8との接着力が増加すると考えられる。 Since these dangling bonds are reactive, when the photoelectric conversion layer 8 made of silicon is formed, SiH 3 radicals and the like are firmly bonded to dangling bonds formed on the surface of the TCO substrate. Therefore, the TCO substrate and the photoelectric conversion layer 8 have relatively many portions that are chemically bonded to each other. As a result, it is considered that the adhesive force between the TCO substrate and the photoelectric conversion layer 8 increases.

図15は、水素含有プラズマ処理強度によるTCO基板の特性値の変化を示すグラフである。図15においては、縦軸に、TCO基板の透過率、および、TCO基板の表面におけるSn/Snx+の比率、横軸に水素含有プラズマ処理強度を示している。また、図15において、本実施形態の水素含有プラズマ処理条件を点線で示している。 FIG. 15 is a graph showing changes in the characteristic value of the TCO substrate due to the hydrogen-containing plasma treatment intensity. In FIG. 15, the vertical axis represents the transmittance of the TCO substrate, the ratio of Sn / Sn x + on the surface of the TCO substrate, and the horizontal axis represents the hydrogen-containing plasma treatment intensity. In FIG. 15, the hydrogen-containing plasma processing conditions of this embodiment are indicated by dotted lines.

図15に示すように、本実施形態の水素プラズマ処理条件においては、TCO基板の表面にわずかに金属Snが析出し始める程度の水素プラズマ処理強度で水素プラズマ処理を行なっている。金属Snは、透明導電膜3を構成するSnO2が水素ラジカルによって還元されることにより析出する。 As shown in FIG. 15, under the hydrogen plasma processing conditions of the present embodiment, the hydrogen plasma processing is performed with a hydrogen plasma processing intensity at which metal Sn starts to slightly deposit on the surface of the TCO substrate. Metal Sn is deposited by reducing SnO 2 constituting the transparent conductive film 3 by hydrogen radicals.

上記のように、水素含有プラズマ処理工程において、TCO基板の表面が水素ラジカルによって還元およびエッチングされた結果、TCO基板の表面には、バルク部分と比較して還元された金属原子の濃度がわずかに高い表面層が形成される。この表面層には、微小凹部11が形成されている。   As described above, in the hydrogen-containing plasma processing step, the surface of the TCO substrate is reduced and etched by hydrogen radicals. As a result, the concentration of the reduced metal atoms is slightly present on the surface of the TCO substrate as compared with the bulk portion. A high surface layer is formed. A minute recess 11 is formed in this surface layer.

本実施形態の変形例においては、水素含有プラズマ処理工程の後に、微量の炭素を含有する水素プラズマ処理(以下、混合プラズマと称す)を行なった。混合プラズマ中には、たとえば、CH3ラジカルのような、炭素原子を有するラジカルが存在すると考えられる。以下、CH3ラジカルを例として、混合プラズマ処理について説明する。 In the modification of the present embodiment, hydrogen plasma treatment (hereinafter referred to as mixed plasma) containing a small amount of carbon was performed after the hydrogen-containing plasma treatment step. During mixing the plasma, for example, CH 3, such as radicals, believed that there is a radical having a carbon atom. Hereinafter, the mixed plasma processing will be described by taking CH 3 radicals as an example.

図16は、混合プラズマ処理においてTCO基板の微小凹部以外の部分における化学反応を模式的に説明する図である。図17は、混合プラズマ処理においてTCO基板の微小凹部における化学反応を模式的に説明する図である。図16,17においては、水素原子24を白丸、炭素原子25を黒丸で示している。   FIG. 16 is a diagram schematically illustrating a chemical reaction in a portion other than the minute concave portion of the TCO substrate in the mixed plasma processing. FIG. 17 is a diagram schematically illustrating a chemical reaction in a minute recess of the TCO substrate in the mixed plasma processing. 16 and 17, hydrogen atoms 24 are indicated by white circles, and carbon atoms 25 are indicated by black circles.

混合プラズマ処理の際には、図16(A)に示すように、TCO基板の微小凹部以外の部分において、CH3ラジカルおよび水素ラジカルは、TCO基板の表面に物理吸着される。その後、図16(B)に示すように、CH3ラジカルおよび水素ラジカルは、TCO基板の表面において熱拡散する。そして、図16(C)に示すように、CH3ラジカルと水素ラジカルとは、再結合によってTCO基板の表面から脱離する。 In the mixed plasma treatment, as shown in FIG. 16A, CH 3 radicals and hydrogen radicals are physically adsorbed on the surface of the TCO substrate at portions other than the minute recesses of the TCO substrate. Thereafter, as shown in FIG. 16B, CH 3 radicals and hydrogen radicals thermally diffuse on the surface of the TCO substrate. Then, as shown in FIG. 16C, the CH 3 radical and the hydrogen radical are desorbed from the surface of the TCO substrate by recombination.

一方、TCO基板の微小凹部11においては、図17(A)に示すように、CH3ラジカルおよび水素ラジカルは、TCO基板の表面に物理吸着後、熱拡散する。次に、図17(B)に示すように、微小凹部11では未結合手が存在して反応活性が高いため、CH3ラジカルが微小凹部の未結合手と化学結合する。そして、図17(C)に示すように、微小凹部で結合したCH3基と水素ラジカルとが衝突し、TCO基板と炭素原子との結合力が強いため水素分子が脱離し、微小凹部11の近傍においては未結合手を有する炭素原子が結合した状態となる。 On the other hand, in the minute recess 11 of the TCO substrate, as shown in FIG. 17A, CH 3 radicals and hydrogen radicals thermally diffuse after physical adsorption on the surface of the TCO substrate. Next, as shown in FIG. 17B, since the dangling bonds are present in the minute recess 11 and the reaction activity is high, the CH 3 radical chemically bonds with the dangling bonds in the minute recess. Then, as shown in FIG. 17C, the CH 3 group bonded at the minute recess and the hydrogen radical collide, and the hydrogen molecule is desorbed due to the strong bonding force between the TCO substrate and the carbon atom. In the vicinity, a carbon atom having an unbonded hand is bonded.

なお、水素含有プラズマ処理工程と混合プラズマ処理工程とは、プラズマを点灯させたまま連続して行なうことができる。具体的には、たとえば、プラズマ反応室内に水素プラズマと反応して炭素系ラジカルを発生させる固体状炭素源を導入する。その状態で水素プラズマを点灯させることにより、水素プラズマ処理の開始時においては、ほぼ純粋な水素プラズマによる処理が施される。時間の経過とともにプラズマに含まれる炭素系ラジカルの量が増えて、混合プラズマ処理が施されることになる。ここまでの工程により、光電変換装置用基板が製造される。   Note that the hydrogen-containing plasma treatment step and the mixed plasma treatment step can be continuously performed while the plasma is turned on. Specifically, for example, a solid carbon source that reacts with hydrogen plasma to generate carbon radicals is introduced into the plasma reaction chamber. By turning on the hydrogen plasma in this state, at the start of the hydrogen plasma treatment, a treatment with substantially pure hydrogen plasma is performed. With the passage of time, the amount of carbon-based radicals contained in the plasma increases and the mixed plasma treatment is performed. The substrate for the photoelectric conversion device is manufactured through the steps so far.

なお、欠陥導入工程および混合プラズマ処理工程は、必ずしも行なわなくてもよい。
混合プラズマ処理工程の後に、p層5をプラズマCVD装置を用いて積層する。前駆体であるSiH3ラジカルなどは、TCO基板の表面上を熱拡散した後、その一部が化学的な活性点で化学結合する。微小凹部11は未結合手が多い活性点であり、また、混合プラズマ処理を施した場合は未結合手を有する炭素原子が微小凹部11の近傍に多く存在するため、SiH3ラジカルは微小凹部11においてTCO基板と化学結合しやすい。よって、微小凹部11において、p層5とTCO基板とが強固に結合する。p層5の膜厚は、5nm以上15nm以下の範囲とすることが好ましいことに鑑み、p層5が透明導電膜3の微小凹部11を適切に被覆できるように、微小凹部11の最大高さは10nm以下であることが好ましい。
Note that the defect introduction step and the mixed plasma treatment step are not necessarily performed.
After the mixed plasma processing step, the p layer 5 is laminated using a plasma CVD apparatus. The precursor, such as SiH 3 radical, is thermally diffused on the surface of the TCO substrate, and then a part thereof is chemically bonded at a chemically active site. Micro recesses 11 are dangling bonds are often active sites, also, because when subjected to mixed plasma treatment of carbon atoms having dangling bonds are abundant in the vicinity of the minute recess 11, SiH 3 radicals micro recesses 11 It is easy to chemically bond with the TCO substrate. Therefore, the p layer 5 and the TCO substrate are firmly bonded in the minute recess 11. Considering that the thickness of the p layer 5 is preferably in the range of 5 nm or more and 15 nm or less, the maximum height of the minute recesses 11 so that the p layer 5 can appropriately cover the minute recesses 11 of the transparent conductive film 3. Is preferably 10 nm or less.

その後、i層6およびn層7を順次、プラズマCVD装置を用いて積層することにより、光電変換層8を形成する。最後に、酸化亜鉛および銀をこの順にスパッタリング装置を用いてn層7を覆うように積層することにより、裏面電極層9を形成する。上記の工程により、本実施形態の光電変換装置1が製造される。光電変換層8および裏面電極層9の形成方法には、一般的な薄膜太陽電池などに用いられる方法を用いることができる。   Thereafter, the i layer 6 and the n layer 7 are sequentially stacked using a plasma CVD apparatus, thereby forming the photoelectric conversion layer 8. Finally, the back electrode layer 9 is formed by laminating zinc oxide and silver in this order so as to cover the n layer 7 using a sputtering apparatus. The photoelectric conversion device 1 of this embodiment is manufactured by the above process. As a method for forming the photoelectric conversion layer 8 and the back electrode layer 9, a method used for a general thin film solar cell or the like can be used.

以下、本実施形態における光電変換装置1におけるp層5について説明する。図18(A)は、仮定の光電変換装置におけるp層とi層との界面を示す模式図であり、(B)は、従来の光電変換装置におけるp層とi層との界面を示す模式図であり、(C)は、本実施形態の光電変換装置におけるp層とi層との界面を示す模式図である。図18においては、p層とi層との界面に存在する欠陥を黒印で示している。この欠陥は、キャリアの再結合中心として働く界面準位を有している。   Hereinafter, the p layer 5 in the photoelectric conversion device 1 in the present embodiment will be described. FIG. 18A is a schematic diagram showing an interface between the p layer and the i layer in the assumed photoelectric conversion device, and FIG. 18B is a schematic diagram showing an interface between the p layer and the i layer in the conventional photoelectric conversion device. It is a figure and (C) is a schematic diagram which shows the interface of the p layer and i layer in the photoelectric conversion apparatus of this embodiment. In FIG. 18, defects present at the interface between the p layer and the i layer are indicated by black marks. This defect has an interface state that functions as a carrier recombination center.

図18(A)に示すように、仮定の光電変換装置においては、p層28とi層との界面に、TCO基板表面の微小凹部の形状が引き写されている。よって、p層28とi層との界面の面積が比較的大きく、欠陥27の数も比較的多い。   As shown in FIG. 18A, in the hypothetical photoelectric conversion device, the shape of the minute concave portion on the surface of the TCO substrate is copied at the interface between the p layer 28 and the i layer. Therefore, the area of the interface between the p layer 28 and the i layer is relatively large, and the number of defects 27 is also relatively large.

図18(B)に示すように、従来の光電変換装置においては、微小凹部11が設けられておらず、p層29とi層との界面は、TCO基板表面の形状が引き写されている。よって、p層29とi層との界面の面積が比較的小さく、欠陥27の数は比較的少ない。   As shown in FIG. 18B, in the conventional photoelectric conversion device, the minute recess 11 is not provided, and the shape of the surface of the TCO substrate is copied at the interface between the p layer 29 and the i layer. . Therefore, the area of the interface between the p layer 29 and the i layer is relatively small, and the number of defects 27 is relatively small.

図18(C)に示すように、本実施形態の光電変換装置においては、p層5とi層6との界面に、TCO基板表面の微小凹部の形状が引き写されていない。よって、p層5とi層6との界面の面積が比較的小さく、欠陥27の数は比較的少ない。   As shown in FIG. 18C, in the photoelectric conversion device of this embodiment, the shape of the minute recesses on the surface of the TCO substrate is not copied on the interface between the p layer 5 and the i layer 6. Therefore, the area of the interface between the p layer 5 and the i layer 6 is relatively small, and the number of defects 27 is relatively small.

本実施形態の光電変換装置1においては、微小凹部11を設けているにもかかわらず、p層5とi層6との界面に存在する欠陥27が比較的少ないため、キャリアの再結合の発生頻度が従来の光電変換装置と同等程度に抑えることができる。   In the photoelectric conversion device 1 of the present embodiment, although the minute recesses 11 are provided, the number of defects 27 present at the interface between the p layer 5 and the i layer 6 is relatively small, and therefore, carrier recombination occurs. The frequency can be suppressed to the same level as that of a conventional photoelectric conversion device.

また、仮定の光電変換装置に比べて、本実施形態の光電変換装置1は、p層5に含まれるホウ素および炭素のi層6への拡散を抑制することができる。したがって、i層6が水素化シリコン系の材料から構成されている場合、不純物のi層6側への拡散に起因する光劣化の進行について、従来の光電変換装置と同等程度に抑えることができる。   In addition, as compared with the assumed photoelectric conversion device, the photoelectric conversion device 1 of the present embodiment can suppress diffusion of boron and carbon contained in the p layer 5 to the i layer 6. Therefore, when the i layer 6 is made of a silicon hydride-based material, the progress of photodegradation caused by the diffusion of impurities toward the i layer 6 can be suppressed to the same level as that of a conventional photoelectric conversion device. .

以下、本実施形態の光電変換装置1においては、p層5とi層6との界面に、TCO基板表面の微小凹部の形状が引き写されていない理由を説明する。図19は、TCO基板の微小凹部以外の部分における化学反応を模式的に説明する図である。図20は、TCO基板の微小凹部における化学反応を模式的に説明する図である。図19,20においては、水素原子24を白丸、シリコン原子28を黒丸で示している。   Hereinafter, in the photoelectric conversion device 1 of the present embodiment, the reason why the shape of the minute recesses on the surface of the TCO substrate is not copied on the interface between the p layer 5 and the i layer 6 will be described. FIG. 19 is a diagram schematically illustrating a chemical reaction in a portion other than the minute concave portion of the TCO substrate. FIG. 20 is a diagram schematically illustrating a chemical reaction in a minute recess of the TCO substrate. 19 and 20, hydrogen atoms 24 are indicated by white circles, and silicon atoms 28 are indicated by black circles.

TCO基板上にp層5の堆積を開始すると、TCO基板の微小凹部から離れた位置において、図19(A)に示すように、SiH3ラジカルおよび水素ラジカルは、TCO基板の表面に物理吸着される。その後、図19(B)に示すように、SiH3ラジカルおよび水素ラジカルは、TCO基板の表面において熱拡散する。そして、図19(C)に示すように、微小凹部から離れた位置においては、未結合手のような活性点の密度が低いため、SiH3ラジカルと水素ラジカルとは、再結合によってTCO基板の表面から脱離する確率が高い。 When deposition of the p-layer 5 is started on the TCO substrate, SiH 3 radicals and hydrogen radicals are physically adsorbed on the surface of the TCO substrate at a position away from the minute recesses of the TCO substrate, as shown in FIG. The Thereafter, as shown in FIG. 19B, SiH 3 radicals and hydrogen radicals thermally diffuse on the surface of the TCO substrate. As shown in FIG. 19C, since the density of active sites such as unbonded hands is low at a position away from the minute recess, the SiH 3 radical and the hydrogen radical are recombined with each other on the TCO substrate. High probability of desorption from the surface.

一方、TCO基板上にp層5の堆積を開始すると、TCO基板の微小凹部11の近傍において、図20(A)に示すように、SiH3ラジカルおよび水素ラジカルは、TCO基板の表面に物理吸着後、熱拡散する。 On the other hand, when the deposition of the p layer 5 is started on the TCO substrate, SiH 3 radicals and hydrogen radicals are physically adsorbed on the surface of the TCO substrate as shown in FIG. After that, thermal diffusion.

次に、図20(B)に示すように、微小凹部11では未結合手が存在して反応活性が高いため、SiH3ラジカルが微小凹部の未結合手と化学結合する。そして、図20(C)に示すように、微小凹部で結合したSiH3基と水素ラジカルとが衝突し、TCO基板と炭素原子との結合力が強いため水素分子が脱離し、微小凹部11の近傍においては未結合手を有するSiH2基が結合した状態となる。図20(D)に示すように、未結合手を有するSiH2基にSiH3ラジカルが化学結合することにより、微小凹部11の近傍において前駆体とTCO基板との結合とp層の堆積が進行する。 Next, as shown in FIG. 20B, since the dangling bonds are present in the minute recesses 11 and the reaction activity is high, the SiH 3 radical is chemically bonded to the dangling bonds in the minute recesses. Then, as shown in FIG. 20C, the SiH 3 group bonded to the minute recess and the hydrogen radical collide with each other, and since the bonding force between the TCO substrate and the carbon atom is strong, the hydrogen molecule is desorbed, In the vicinity, a SiH 2 group having an unbonded hand is bonded. As shown in FIG. 20D, SiH 3 radicals are chemically bonded to SiH 2 groups having dangling bonds, whereby the bonding between the precursor and the TCO substrate and the deposition of the p layer proceed in the vicinity of the minute recess 11. To do.

このように、微小凹部11の近傍においては、微小凹部11から離れた位置と比べてp層5の堆積速度が速くなる。そのため、微小凹部11の底部26上に形成されたP層5の層厚は、底部26上以外に形成された部分の層厚より大きくなっている。また、p層5とi層6との界面の最大深さ(Bmax)は、微小凹部11の最大深さ(Dmax)より小さくなっている。この結果、p層5とi層6との界面は、測定断面において、なだらかな線状になっている。 Thus, in the vicinity of the minute recess 11, the deposition rate of the p layer 5 is faster than the position away from the minute recess 11. Therefore, the layer thickness of the P layer 5 formed on the bottom portion 26 of the minute recess 11 is larger than the layer thickness of the portion formed other than on the bottom portion 26. In addition, the maximum depth (B max ) of the interface between the p layer 5 and the i layer 6 is smaller than the maximum depth (D max ) of the minute recess 11. As a result, the interface between the p layer 5 and the i layer 6 has a gentle line shape in the measurement cross section.

上記のように、微小凹部11の形成によるp層5とi層6との界面における欠陥を増加させないことにより、キャリアの再結合の増加による光電変換効率の低下を抑制することができる。   As described above, by not increasing the defects at the interface between the p layer 5 and the i layer 6 due to the formation of the minute recesses 11, it is possible to suppress a decrease in photoelectric conversion efficiency due to an increase in carrier recombination.

p層5の膜厚は、5nm以上15nm以下であることが好ましい。p層5の膜厚が5nm以上の場合、光電変換装置1の内部電界を十分大きくすることができる。p層5の膜厚が15nm以下である場合、非晶質シリコン系太陽電池のようにp層5における光吸収が発電に寄与しない光電変換装置において、p層5での光吸収による損失を低減することができる。   The thickness of the p layer 5 is preferably 5 nm or more and 15 nm or less. When the thickness of the p layer 5 is 5 nm or more, the internal electric field of the photoelectric conversion device 1 can be sufficiently increased. When the thickness of the p layer 5 is 15 nm or less, in a photoelectric conversion device in which light absorption in the p layer 5 does not contribute to power generation, such as an amorphous silicon solar cell, loss due to light absorption in the p layer 5 is reduced. can do.

なお、本実施形態の光電変換装置の構成においては、以下の構成を採用してもよい。透光性基板として、プラズマCVDプロセスに耐える耐熱性を有し、透光性を有するものが使用可能であり、ガラスおよびポリイミドなどを使用でき、たとえば、無アルカリガラスを使用してもよい。透明導電層として、ITOおよびZnOなどを使用でき、たとえば、SnO2膜を使用してもよい。 In addition, in the structure of the photoelectric conversion apparatus of this embodiment, you may employ | adopt the following structures. As the light-transmitting substrate, one having heat resistance that can withstand the plasma CVD process and having light-transmitting properties can be used, and glass, polyimide, and the like can be used. For example, alkali-free glass may be used. As the transparent conductive layer, ITO, ZnO, or the like can be used. For example, a SnO 2 film may be used.

光電変換層として、pin単接合、トップ層pin/ボトム層pinの二接合、トップ層pin/ミドル層pin/ボトム層pinの三接合、それ以上の四接合のデバイス構造を使用でき、たとえば、二接合タンデム構造を採用してもよい。   As the photoelectric conversion layer, a pin single junction, a top layer pin / bottom layer pin two junction, a top layer pin / middle layer pin / bottom layer pin three junction, or a four-junction device structure higher than that can be used. A junction tandem structure may be employed.

二接合タンデム構造を採用した場合、トップ層を構成するp層(膜厚は、5nm〜30nmであることが好ましい)として、アモルファスシリコンカーバイト(a−SiC:H:B)層、アモルファスシリコン(a−Si:H:B)層およびアモルファスシリコンナイトライド(a−SiN:H:B)層、またはこれらを積層したものを使用することができる。トップ層を構成するi層(膜厚は、100nm〜400nmであることが好ましい)として、a−Si:H層を使用できる。トップ層を構成するn層(膜厚は、5nm〜40nmであることが好ましい)として、a−Si:H:P層および微結晶シリコン(μc−Si:H:P)層、または、これらを積層したものを使用できる。   When a two-junction tandem structure is employed, an amorphous silicon carbide (a-SiC: H: B) layer, amorphous silicon ( An a-Si: H: B) layer and an amorphous silicon nitride (a-SiN: H: B) layer, or a laminate of these layers can be used. An a-Si: H layer can be used as the i layer (thickness is preferably 100 nm to 400 nm) constituting the top layer. As an n layer (thickness is preferably 5 nm to 40 nm) constituting the top layer, an a-Si: H: P layer and a microcrystalline silicon (μc-Si: H: P) layer, or these are used. Stacked ones can be used.

ボトム層を構成するp層(膜厚は、5nm〜30nmであることが好ましい)として、μc−Si層、微結晶シリコンナイトライド(μc−SiN:H:B)層および微結晶シリコンカーバイト(μc−SiC:H:B)層、または、これらを積層したものを使用できる。ボトム層を構成するi層(膜厚は、1000nm〜3000nmであることが好ましい)として、μc−Si:H層を使用できる。ボトム層を構成するn層(膜厚は、5nm〜40nmであることが好ましい)として、a−Si:H:P層および微結晶シリコン(μc−Si:H:P)層、または、これらを積層したものを使用できる。   As the p layer (thickness is preferably 5 nm to 30 nm) constituting the bottom layer, a μc-Si layer, a microcrystalline silicon nitride (μc-SiN: H: B) layer, and a microcrystalline silicon carbide ( A μc-SiC: H: B) layer or a laminate of these can be used. As the i layer (thickness is preferably 1000 nm to 3000 nm) constituting the bottom layer, a μc-Si: H layer can be used. As an n layer (thickness is preferably 5 nm to 40 nm) constituting the bottom layer, an a-Si: H: P layer and a microcrystalline silicon (μc-Si: H: P) layer, or these are used. Stacked ones can be used.

裏面電極層として、ZnO膜(膜厚は、20nm〜150nmであることが好ましい)とAg膜(膜厚は、50nm〜500nmであることが好ましい)を積層したものを使用できる。また、ZnOの代わりにITOを使用してもよい。Agの代わりにAlを使用してもよい。   As the back electrode layer, a laminate of a ZnO film (thickness is preferably 20 nm to 150 nm) and an Ag film (thickness is preferably 50 nm to 500 nm) can be used. Further, ITO may be used instead of ZnO. Al may be used instead of Ag.

本実施形態によれば、透明導電膜を水素含有プラズマに暴露して透明導電膜に局部山頂の間隔が2nm以上25nm以下である微細な微小凹部11を設けることにより、入射光の光路長を伸長し、光電変換効率を向上することができる。さらに、光電変換装置用基板4と光電変換層8との接合強度を増加させて光電変換装置1の安定性を向上することができる。これらの効果を得るうえで、微小凹部11の線密度は、0.05nm-1以上であることが好ましい。また、微小凹部11の最大深さは、2nm以上10nm以下であることが好ましい。 According to the present embodiment, the optical path length of incident light is extended by exposing the transparent conductive film to hydrogen-containing plasma and providing the fine conductive layer 11 with a local peak sum of 2 nm to 25 nm in the transparent conductive film. In addition, the photoelectric conversion efficiency can be improved. Furthermore, the stability of the photoelectric conversion device 1 can be improved by increasing the bonding strength between the photoelectric conversion device substrate 4 and the photoelectric conversion layer 8. In order to obtain these effects, the linear density of the minute recesses 11 is preferably 0.05 nm −1 or more. Moreover, it is preferable that the maximum depth of the micro recessed part 11 is 2 nm or more and 10 nm or less.

なお、今回開示した上記実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。   In addition, the said embodiment disclosed this time is an illustration in all the points, Comprising: It does not become a basis of limited interpretation. Therefore, the technical scope of the present invention is not interpreted only by the above-described embodiments, but is defined based on the description of the scope of claims. Further, all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims are included.

1 光電変換装置、2 ガラス基板、3,16 透明導電膜、4 光電変換装置用基板、5,28,29 p層、6 i層,7 n層、8 光電変換層、9 裏面電極層、10 凸部、11 微小凹部、12 界面、13,13A,13B 転がり円、14 転がり円中心、15A,15B 局部山頂、17 TCO基板、18 光、19,21,23 透過光、20,22 反射光、24 水素原子、25 炭素原子、26 底部、27 欠陥、28 シリコン原子。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Photoelectric conversion apparatus, 2 Glass substrate, 3,16 Transparent conductive film, 4 Substrate for photoelectric conversion apparatuses, 5, 28, 29 p layer, 6 i layer, 7 n layer, 8 Photoelectric conversion layer, 9 Back electrode layer, 10 Convex part, 11 Minute concave part, 12 Interface, 13, 13A, 13B Rolling circle, 14 Rolling circle center, 15A, 15B Local peak, 17 TCO substrate, 18 light, 19, 21, 23 Transmitted light, 20, 22 Reflected light, 24 hydrogen atoms, 25 carbon atoms, 26 bottom, 27 defects, 28 silicon atoms.

Claims (9)

基板と、
前記基板の主表面の少なくとも一部を覆い、前記基板側とは反対側の表面に凹凸形状を有する透明導電膜と、
前記透明導電膜の前記凹凸形状の少なくとも一部を覆い、第1導電型を有する第1導電型半導体層と、
前記第1導電型半導体層を覆う光吸収層と
を備え、
前記凹凸形状は、最大高さが50nm以上1200nm以下である凸部を有し、
前記凸部は、表面に、局部山頂の間隔が2nm以上25nm以下である微小凹部を有し、
前記第1導電型半導体層は、前記微小凹部の底部上に形成された部分の層厚が該底部上以外に形成された部分の層厚より大きい、光電変換装置。
A substrate,
A transparent conductive film that covers at least a part of the main surface of the substrate and has a concavo-convex shape on the surface opposite to the substrate side;
A first conductivity type semiconductor layer covering at least a part of the irregular shape of the transparent conductive film and having a first conductivity type;
A light absorption layer covering the first conductivity type semiconductor layer,
The uneven shape has a convex portion having a maximum height of 50 nm or more and 1200 nm or less,
The convex part has a minute concave part on the surface where the distance between the local peaks is 2 nm or more and 25 nm or less,
The first conductivity type semiconductor layer is a photoelectric conversion device, wherein a layer thickness of a portion formed on a bottom portion of the minute recess is larger than a layer thickness of a portion formed on a portion other than the bottom portion.
前記微小凹部の最大深さが、2nm以上10nm以下である、請求項1に記載の光電変換装置。   The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the maximum depth of the minute recess is 2 nm or more and 10 nm or less. 前記微小凹部の線密度が0.05nm-1以上である、請求項1または2に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein a linear density of the minute recesses is 0.05 nm −1 or more. 前記第1導電型半導体層の層厚が、5nm以上15nm以下である、請求項1から3のいずれかに記載の光電変換装置。   4. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein a thickness of the first conductivity type semiconductor layer is 5 nm or more and 15 nm or less. 基板の主表面の少なくとも一部を覆うように、凸部の最大高さが50nm以上1200nm以下である凹凸形状を有する透明導電膜を形成する工程と、
前記透明導電膜を水素含有プラズマに暴露することにより前記凸部の表面に、局部山頂の間隔が2nm以上25nm以下である微小凹部を形成する工程と、
前記透明導電膜の少なくとも一部を覆うように第1導電型半導体層を形成する工程と、
前記第1導電型半導体層を覆うように光吸収層を形成する工程と
を備え、
前記第1導電型半導体層を形成する工程においては、前記第1導電型半導体層を、前記微小凹部の底部上に形成された部分の層厚が該底部上以外に形成された部分の層厚より大きくなるように形成する、光電変換装置の製造方法。
Forming a transparent conductive film having a concavo-convex shape in which the maximum height of the convex part is 50 nm or more and 1200 nm or less so as to cover at least a part of the main surface of the substrate;
Exposing the transparent conductive film to a hydrogen-containing plasma to form micro-recesses on the surface of the protrusions with a local peak sum of 2 nm or more and 25 nm or less;
Forming a first conductive semiconductor layer so as to cover at least a part of the transparent conductive film;
Forming a light absorption layer so as to cover the first conductivity type semiconductor layer,
In the step of forming the first conductivity type semiconductor layer, the layer thickness of the portion where the first conductivity type semiconductor layer is formed on the bottom of the minute recess is formed on the portion other than on the bottom. A method for manufacturing a photoelectric conversion device, which is formed to be larger.
前記微小凹部の最大深さが、2nm以上10nm以下となるように前記微小凹部を形成する、請求項5に記載の光電変換装置の製造方法。   The method for manufacturing a photoelectric conversion device according to claim 5, wherein the minute recesses are formed so that a maximum depth of the minute recesses is 2 nm or more and 10 nm or less. 前記微小凹部の線密度が0.05nm-1以上となるように前記微小凹部を形成する、請求項5または6に記載の光電変換装置の製造方法。 The method for manufacturing a photoelectric conversion device according to claim 5, wherein the minute recesses are formed so that a linear density of the minute recesses is 0.05 nm −1 or more. 前記透明導電膜を形成する工程と前記微小凹部を形成する工程との間に、前記透明導電膜の表面に欠陥を導入する工程を備える、請求項5から7のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。   The photoelectric conversion device according to claim 5, further comprising a step of introducing a defect into a surface of the transparent conductive film between the step of forming the transparent conductive film and the step of forming the minute recesses. Manufacturing method. 前記微小凹部を形成する工程において、炭素を含有する水素プラズマを用いる、請求項5から8のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。   The method for manufacturing a photoelectric conversion device according to claim 5, wherein hydrogen plasma containing carbon is used in the step of forming the minute recesses.
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