JP2011222589A - Photovoltaic device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photovoltaic device which, having an effective light scattering effect, permits reduction of defects in a crystal-based thin-film semiconductor layer included in a photoelectric conversion layer compared to conventional art.SOLUTION: A photovoltaic device comprises a first electrode layer 12 having a texture structure, a photoelectric conversion layer 13, and a second electrode layer 17 which are laminated on a glass substrate 11 in this order. The photoelectric conversion layer 13 includes a first photoelectric conversion unit 14 and a second photoelectric conversion unit 16 composed of a crystal-based thin-film semiconductor layer, and has an intermediate layer 15 which, provided between the first and second photoelectric conversion units 14 and 16, reflects part of incident light while passing the remainder thereof and electrically connects between the first and second photoelectric conversion units 14 and 16. In the intermediate layer 15, fine particles 152 made of transparent conductive material are embedded in an intermediate layer medium 151 made of transparent conductive material, so that the surface on the side of the second electrode layer 17 is almost flattened.

Description

この発明は、結晶系薄膜半導体層を有する光起電力装置およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a photovoltaic device having a crystalline thin film semiconductor layer and a method for manufacturing the photovoltaic device.

ガラス基板上に透明導電膜、光電変換層および反射性導電膜を積層させた薄膜太陽電池では、光入射側の透明導電膜にテクスチャ構造を形成し、入射光を散乱させて光路長を増大させ、入射した太陽光を効率よく利用可能な構造が採られている。また、このような薄膜太陽電池において、光電変換層を、複数の光電変換ユニットを積層させるとともに、光入射側から反対側に向かうほど、より長い波長の光を吸収する光電変換ユニットを配置する構造とすることで、入射される光を効率よく光電変換する積層型薄膜太陽電池も提案されている。積層型薄膜太陽電池の場合には、複数の光電変換ユニットの利用する光の波長を制御し、生成する電流のバランスをとり、変換効率を向上させるために、各光電変換ユニットの間に中間層が設けられている(たとえば、特許文献1参照)。   In a thin film solar cell in which a transparent conductive film, photoelectric conversion layer, and reflective conductive film are laminated on a glass substrate, a texture structure is formed on the transparent conductive film on the light incident side, and incident light is scattered to increase the optical path length. A structure that can efficiently use incident sunlight is adopted. Further, in such a thin film solar cell, a structure in which a plurality of photoelectric conversion units are stacked as a photoelectric conversion layer and a photoelectric conversion unit that absorbs light having a longer wavelength is disposed from the light incident side toward the opposite side. Therefore, a stacked thin film solar cell that efficiently converts incident light into a photoelectric conversion has also been proposed. In the case of stacked thin-film solar cells, an intermediate layer is provided between each photoelectric conversion unit to control the wavelength of light used by a plurality of photoelectric conversion units, balance the generated current, and improve conversion efficiency. (For example, refer to Patent Document 1).

さらに、積層型薄膜太陽電池において、透明導電膜および中間層を、絶縁体の光散乱体を透明導電性材料からなる媒質に埋め込むことによって、透明導電膜にテクスチャ構造を設けずに、入射した太陽光を散乱させる構造のものが提案されている。このような構造では、微結晶シリコン系薄膜などの結晶系薄膜半導体層によって構成される光電変換ユニットを形成する際に、下地層には凹凸がないために、平坦な光電変換ユニットを形成することが可能となる(たとえば、特許文献2参照)。   Further, in the laminated thin film solar cell, the transparent conductive film and the intermediate layer are embedded in the insulating light scatterer in a medium made of a transparent conductive material, thereby allowing the incident solar without providing a texture structure to the transparent conductive film. A structure that scatters light has been proposed. In such a structure, when forming a photoelectric conversion unit composed of a crystalline thin film semiconductor layer such as a microcrystalline silicon thin film, a flat photoelectric conversion unit is formed because there is no unevenness in the underlayer. (For example, refer to Patent Document 2).

特開2003−347572号公報(図1)JP2003-347572A (FIG. 1) 特開2006−128478号公報(図5)JP 2006-128478 A (FIG. 5)

ところで、上記特許文献1に記載の技術では、透明導電膜またはガラス基板自体に大きなテクスチャ構造を形成して、効果的な光路長の増大および光閉じ込めを行っている。しかし、凹凸の大きな下地層上に、微結晶シリコン系薄膜などの結晶系薄膜半導体層を含む光電変換ユニットを形成すると、結晶系薄膜半導体層内の欠陥が増大してしまうという問題点があった。   By the way, in the technique described in Patent Document 1, a large texture structure is formed on the transparent conductive film or the glass substrate itself to effectively increase the optical path length and confine light. However, when a photoelectric conversion unit including a crystalline thin film semiconductor layer such as a microcrystalline silicon thin film is formed on a ground layer with large irregularities, there is a problem that defects in the crystalline thin film semiconductor layer increase. .

また、このような問題点に対して、結晶系薄膜半導体層内の欠陥を減少させるために平坦な下地層を実現しようとすると、太陽光の入射するガラス基板および透明導電膜から平坦にする必要があり、上記特許文献2に記載の技術のように、透明導電膜中に光散乱体を埋め込んで光を拡散させるしかない。しかし、このような光散乱体を下地層中に埋め込む構造の光散乱効果は、特許文献1に記載の透明導電膜またはガラス基板にテクスチャ構造を形成した場合に比して小さくなってしまうという問題点があった。つまり、このような構造では、テクスチャ構造を有する透明導電膜またはガラス基板のような効果的な光散乱効果を得ることができない。   In addition, in order to reduce the defects in the crystalline thin film semiconductor layer in order to solve such problems, it is necessary to flatten the glass substrate and the transparent conductive film on which sunlight is incident when attempting to realize a flat base layer. There is no choice but to diffuse the light by embedding a light scatterer in the transparent conductive film as in the technique described in Patent Document 2 above. However, the light scattering effect of the structure in which such a light scatterer is embedded in the underlayer is reduced as compared with the case where the texture structure is formed on the transparent conductive film or glass substrate described in Patent Document 1. There was a point. That is, with such a structure, it is not possible to obtain an effective light scattering effect as in a transparent conductive film or a glass substrate having a texture structure.

この発明は、上記に鑑みてなされたもので、結晶系薄膜半導体層を有する光起電力装置において、効果的な光散乱効果を有しながら、光電変換層に含まれる結晶系薄膜半導体層内の欠陥を従来に比して低減することができる光起電力装置およびその製造方法を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and in a photovoltaic device having a crystalline thin film semiconductor layer, while having an effective light scattering effect, the crystalline thin film semiconductor layer included in the photoelectric conversion layer It is an object of the present invention to obtain a photovoltaic device and a method for manufacturing the photovoltaic device that can reduce defects as compared with the related art.

上記目的を達成するため、この発明にかかる光起電力装置は、基板上に、テクスチャ構造を有する第1の電極層、光電変換層および第2の電極層が順に積層された光起電力装置において、前記光電変換層は、結晶系薄膜半導体層からなる光電変換ユニットを少なくとも含む複数の光電変換ユニットと、前記複数の光電変換ユニット間に設けられ、入射した光の一部を反射し、残りを透過するとともに、前記複数の光電変換ユニット間を電気的に接続する中間層と、を有し、前記中間層のうち、結晶系薄膜半導体層からなる前記光電変換ユニットよりも前記第1の電極層側に形成される少なくとも1つの中間層は、透明導電性材料からなる微粒子が透明導電性材料からなる中間層媒質に埋め込まれ、前記第2の電極層側の面が略平坦化された構造を有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a photovoltaic device according to the present invention is a photovoltaic device in which a first electrode layer having a texture structure, a photoelectric conversion layer, and a second electrode layer are sequentially laminated on a substrate. The photoelectric conversion layer is provided between the plurality of photoelectric conversion units including at least a photoelectric conversion unit made of a crystalline thin film semiconductor layer, reflects a part of incident light, and An intermediate layer that transmits and electrically connects the plurality of photoelectric conversion units, and the first electrode layer than the photoelectric conversion unit made of a crystalline thin film semiconductor layer among the intermediate layers. The at least one intermediate layer formed on the side has a structure in which fine particles made of a transparent conductive material are embedded in an intermediate layer medium made of a transparent conductive material, and the surface on the second electrode layer side is substantially flattened. Characterized in that it has a.

この発明によれば、テクスチャ構造を有する基板または透明導電膜上に形成された光電変換ユニット間に設けられる中間層を、透明導電性材料からなる微粒子を含む透明導電性材料からなる中間層媒質によって構成し、下地層の凹部に導電性微粒子が埋め込まれるように形成したので、結晶系薄膜半導体層の下地層となる中間層の上面は略平坦化する。その結果、テクスチャ構造によって効果的な光散乱効果を実現するとともに、中間層上に形成される結晶系薄膜半導体層内の欠陥を従来に比して低減することができるという効果を有する。   According to this invention, the intermediate layer provided between the photoelectric conversion units formed on the substrate having the texture structure or the transparent conductive film is formed by the intermediate layer medium made of the transparent conductive material including the fine particles made of the transparent conductive material. Since the conductive fine particles are embedded in the recesses of the underlayer, the upper surface of the intermediate layer that becomes the underlayer of the crystalline thin film semiconductor layer is substantially flattened. As a result, an effective light scattering effect is realized by the texture structure, and defects in the crystalline thin film semiconductor layer formed on the intermediate layer can be reduced as compared with the conventional case.

図1は、この発明の実施の形態1による光起電力装置の構造の一例を模式的に示す斜視図である。1 is a perspective view schematically showing an example of the structure of a photovoltaic device according to Embodiment 1 of the present invention. 図2は、この発明の実施の形態1による光起電力装置の一例を模式的に示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view schematically showing an example of the photovoltaic apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 図3は、結晶系薄膜半導体層内に発生する欠陥の量と下地層のテクスチャ構造との間の関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the amount of defects generated in the crystalline thin film semiconductor layer and the texture structure of the underlayer. 図4−1は、この発明の実施の形態1による薄膜太陽電池の製造方法の手順の一例を模式的に示す斜視図である(その1)。FIGS. 4-1 is a perspective view which shows typically an example of the procedure of the manufacturing method of the thin film solar cell by Embodiment 1 of this invention (the 1). 図4−2は、この発明の実施の形態1による薄膜太陽電池の製造方法の手順の一例を模式的に示す斜視図である(その2)。FIGS. 4-2 is a perspective view which shows typically an example of the procedure of the manufacturing method of the thin film solar cell by Embodiment 1 of this invention (the 2). FIGS. 図5は、中間層に用いることができる透明導電性材料とその屈折率を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a transparent conductive material that can be used for the intermediate layer and its refractive index.

以下に添付図面を参照して、この発明の実施の形態にかかる光起電力装置およびその製造方法を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施の形態で用いられる光起電力装置の斜視図や断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる。   Hereinafter, a photovoltaic device and a manufacturing method thereof according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited to these embodiments. In addition, the perspective view and cross-sectional view of the photovoltaic device used in the following embodiments are schematic, and the relationship between the thickness and width of the layers, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. .

実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による光起電力装置の構造の一例を模式的に示す斜視図であり、図2は、この発明の実施の形態1による光起電力装置の一例を模式的に示す断面図である。この光起電力装置としての薄膜太陽電池10は、基板11上に、第1の電極層12、光電変換層13、第2の電極層17が順に積層された構造を有する。なお、ここでは、基板11側から光電変換される光が入射されるものとする。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of the structure of a photovoltaic device according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a schematic example of the photovoltaic device according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. The thin film solar cell 10 as the photovoltaic device has a structure in which a first electrode layer 12, a photoelectric conversion layer 13, and a second electrode layer 17 are sequentially stacked on a substrate 11. Here, it is assumed that light subjected to photoelectric conversion is incident from the substrate 11 side.

基板11は、光の入射側に位置するため、透明性を有するガラス、有機フィルム、セラミックスなどの材料によって構成される。また、基板11上に第1の電極層12や光電変換層13、第2の電極層17を形成するため、基板11は、これらの第1の電極層12などの成膜温度よりも高い融点を持つ材料であることが望ましい。   Since the board | substrate 11 is located in the incident side of light, it is comprised with materials, such as glass, organic film, and ceramics which have transparency. In addition, since the first electrode layer 12, the photoelectric conversion layer 13, and the second electrode layer 17 are formed on the substrate 11, the substrate 11 has a melting point higher than the film formation temperature of the first electrode layer 12 and the like. It is desirable that the material has

第1の電極層12は、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム錫(Indium Tin Oxide、以下、ITOという)、酸化スズ(SnO2)などの透明導電性酸化膜や、ドーパントとしてアルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、ホウ素(B)、イットリウム(Y)、シリコン(Si)、ジルコニウム(Zr)、チタン(Ti)、フッ素(F)、窒素(N)などから選択される少なくとも1種類以上の元素を用いたZnO膜、ITO膜、SnO2膜などの透明導電性材料によって構成される。また、この第1の電極層12の上面には、薄膜太陽電池10内に入射した光を効率よく散乱させるとともに閉じ込めるためのテクスチャ構造(凹凸構造)が形成されている。 The first electrode layer 12 includes a transparent conductive oxide film such as zinc oxide (ZnO), indium tin oxide (hereinafter referred to as ITO), tin oxide (SnO 2 ), aluminum (Al) as a dopant, At least selected from gallium (Ga), indium (In), boron (B), yttrium (Y), silicon (Si), zirconium (Zr), titanium (Ti), fluorine (F), nitrogen (N), etc. It is composed of a transparent conductive material such as a ZnO film, an ITO film, or a SnO 2 film using one or more elements. Further, a texture structure (uneven structure) is formed on the upper surface of the first electrode layer 12 to efficiently scatter and confine light incident on the thin-film solar cell 10.

光電変換層13は、複数の光電変換ユニットと、積層方向に隣接する2つの光電変換ユニット間に形成される中間層と、を含む。この例では、光電変換層13は、第1の光電変換ユニット14と、中間層15と、第2の光電変換ユニット16と、が第1の電極層12上に順に積層された構造を有する。   The photoelectric conversion layer 13 includes a plurality of photoelectric conversion units and an intermediate layer formed between two photoelectric conversion units adjacent in the stacking direction. In this example, the photoelectric conversion layer 13 has a structure in which a first photoelectric conversion unit 14, an intermediate layer 15, and a second photoelectric conversion unit 16 are sequentially stacked on the first electrode layer 12.

第1の光電変換ユニット14は、アモルファスのpin構造を有する薄膜半導体層、たとえばアモルファスシリコンやアモルファスシリコンゲルマニウム、アモルファス酸化シリコン、アモルファス炭化シリコンなどによって構成される。第1の光電変換ユニット14は、テクスチャ構造が形成された第1の電極層12上に形成されるので、下地の影響を受け、上面は平坦ではなく、凹凸構造を有している。   The first photoelectric conversion unit 14 is constituted by a thin film semiconductor layer having an amorphous pin structure, for example, amorphous silicon, amorphous silicon germanium, amorphous silicon oxide, amorphous silicon carbide, or the like. Since the 1st photoelectric conversion unit 14 is formed on the 1st electrode layer 12 in which the texture structure was formed, it receives the influence of a foundation | substrate and the upper surface is not flat but has an uneven structure.

中間層15は、基板11側から入射した光を部分的に反射し、かつ部分的に透過する機能を有する透明導電性材料によって構成される。より具体的には、中間層15は、基板11側から入射した光のうち、第1の光電変換ユニット14で吸収可能な波長範囲の光を第1の光電変換ユニット14側に反射させ、その他の波長範囲の光を第2の光電変換ユニット16側に透過させる機能を有することが望ましい。   The intermediate layer 15 is made of a transparent conductive material having a function of partially reflecting and partially transmitting light incident from the substrate 11 side. More specifically, the intermediate layer 15 reflects light in a wavelength range that can be absorbed by the first photoelectric conversion unit 14 out of light incident from the substrate 11 side to the first photoelectric conversion unit 14 side. It is desirable to have a function of transmitting light in the wavelength range to the second photoelectric conversion unit 16 side.

また、中間層15は、導電性を有する酸化ケイ素からなる中間層媒質151に、導電性を有する結晶酸化ケイ素からなる微粒子152が含まれる構造を有する。具体的には、第1の光電変換ユニット14の上面に形成された凹凸構造の凹部を埋めつつ、第1の光電変換ユニット14の上面と第2の光電変換ユニット16の下面との間を接続するように微粒子152が配置され、微粒子152間を埋めるように中間層媒質151が形成される。ここで、中間層媒質151は、たとえば20〜150nmの厚さに設定することができ、微粒子152は、形成する中間層15の厚さよりも小さい径を有するものとする。このような構造をとることによって、中間層15の上面は、第1の光電変換ユニット14の上面に比して滑らかな(平坦な)構造となるとともに、第1の光電変換ユニット14と第2の光電変換ユニット16との間の電気的な接続が確保される。   The intermediate layer 15 has a structure in which the intermediate layer medium 151 made of conductive silicon oxide includes fine particles 152 made of crystalline silicon oxide having conductivity. Specifically, the upper surface of the first photoelectric conversion unit 14 and the lower surface of the second photoelectric conversion unit 16 are connected while filling the concave portion of the concavo-convex structure formed on the upper surface of the first photoelectric conversion unit 14. The fine particles 152 are arranged so that the intermediate layer medium 151 is formed so as to fill the space between the fine particles 152. Here, the intermediate layer medium 151 can be set to a thickness of 20 to 150 nm, for example, and the fine particles 152 have a diameter smaller than the thickness of the intermediate layer 15 to be formed. By adopting such a structure, the upper surface of the intermediate layer 15 has a smoother (flat) structure than the upper surface of the first photoelectric conversion unit 14, and the first photoelectric conversion unit 14 and the second photoelectric conversion unit 14 Electrical connection with the photoelectric conversion unit 16 is ensured.

第2の光電変換ユニット16は、pin構造を有する結晶系薄膜半導体層、たとえば微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウム、微結晶炭化シリコンなどによって構成される。第2の光電変換ユニット16は、第1の光電変換ユニット14の上面のテクスチャ構造の上面に比して平坦な上面を有する中間層15上に形成されるので、結晶系薄膜半導体層の内部に欠陥が生じ難い。その結果、第2の光電変換ユニット16の品質を向上させ、変換効率を向上させることができる。   The second photoelectric conversion unit 16 is composed of a crystalline thin film semiconductor layer having a pin structure, such as microcrystalline silicon, microcrystalline silicon germanium, or microcrystalline silicon carbide. Since the second photoelectric conversion unit 16 is formed on the intermediate layer 15 having a flat upper surface as compared with the upper surface of the texture structure on the upper surface of the first photoelectric conversion unit 14, it is formed inside the crystalline thin film semiconductor layer. Defects are unlikely to occur. As a result, the quality of the second photoelectric conversion unit 16 can be improved and the conversion efficiency can be improved.

第2の電極層17は、光電変換層13の直上に形成される透明導電膜171と光反射性導電膜172とが積層された構造を有する。透明導電膜171として、光電変換層13で吸収されずに通過してきた波長範囲の光を吸収しない透明導電性材料によって構成されることが望ましい。このような透明導電膜171の材料として、ZnO,ITO,SnO2などの透明導電性酸化膜や、ドーパントとしてAl,Ga,In,B,Y,Si,Zr,Ti,F,Nなどから選択される少なくとも1種類以上の元素を用いたZnO膜、ITO膜、SnO2膜などの透明導電性材料を例示することができる。 The second electrode layer 17 has a structure in which a transparent conductive film 171 and a light reflective conductive film 172 formed immediately above the photoelectric conversion layer 13 are stacked. The transparent conductive film 171 is preferably made of a transparent conductive material that does not absorb light in the wavelength range that has passed without being absorbed by the photoelectric conversion layer 13. A material for such a transparent conductive film 171 is selected from a transparent conductive oxide film such as ZnO, ITO, SnO 2 , and a dopant selected from Al, Ga, In, B, Y, Si, Zr, Ti, F, N, and the like. Examples thereof include transparent conductive materials such as ZnO films, ITO films, and SnO 2 films using at least one kind of element.

また、光反射性導電膜172は、光電変換された電流を取り出す役割を有するほかに、光電変換層13で吸収されずに通過してきた光を反射させる役割を有する。このような光反射性導電膜172の材料として、銀(Ag)、Ti、Alおよびモリブデン(Mo)などを例示することができる。   The light-reflecting conductive film 172 has a role of reflecting light that has passed through the photoelectric conversion layer 13 without being absorbed, in addition to having a function of extracting a photoelectrically converted current. Examples of such a material for the light reflective conductive film 172 include silver (Ag), Ti, Al, and molybdenum (Mo).

図1で、基板11上の一部で光電変換層13と第2の電極層17とが除去され、第1の電極層12が露出した領域は、コンタクト部21である。このコンタクト部21と、第2の電極層17上に図示しない外部取出電極を取り付けることによって、基板11上の光電変換層13で発電された電流が外部に取り出される。   In FIG. 1, a region where the photoelectric conversion layer 13 and the second electrode layer 17 are removed at a part on the substrate 11 and the first electrode layer 12 is exposed is a contact portion 21. By attaching an external extraction electrode (not shown) on the contact portion 21 and the second electrode layer 17, the current generated by the photoelectric conversion layer 13 on the substrate 11 is extracted to the outside.

なお、上述した説明では、第1の電極層12にテクスチャ構造を設ける場合を示したが、テクスチャ構造を設けた基板11上に第1の電極層12を形成することによっても、第1の電極層12の上面にテクスチャ構造を設けることができる。   In the above description, the case where the texture structure is provided on the first electrode layer 12 is shown. However, the first electrode layer 12 can also be formed by forming the first electrode layer 12 on the substrate 11 provided with the texture structure. A texture structure can be provided on the top surface of layer 12.

図3は、結晶系薄膜半導体層内に発生する欠陥の量と下地層のテクスチャ構造との間の関係を示す図である。この図は、文献(M. Python et al, “Influence of the substrate geometrical parameters on microcrystalline silicon growth for thin-film solar cells”, Solar Energy Materials & Solar Cells 93(2009), p1714-1720)に掲載されている図である。この図3では、微結晶半導体膜内に発生する欠陥(クラック)の量の基板のテクスチャ構造の曲率半径およびピラミッド構造の角度αに対する依存性を数値計算した結果を示している。図3(a)では、シミュレーションを行うテクスチャ構造の形状を示している。ここで、テクスチャ構造を形成するピラミッド構造の側面を延長した場合に基板面となす角度をαとしている。また、隣接するピラミッド構造の側面間を曲面状の接続面で接続している。そして、角度αと接続面の曲率半径を種々に変化させてシミュレーションを行い、微結晶半導体膜内に発生する欠陥の量を算出している。その結果が、図3(b)に示されている。図3(b)では、横軸にピラミッド構造の側面間を結ぶ接続面の曲率半径を取り、縦軸に微結晶半導体膜内に発生する欠陥の量を取っている。   FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the amount of defects generated in the crystalline thin film semiconductor layer and the texture structure of the underlayer. This figure is published in the literature (M. Python et al, “Influence of the substrate geometrical parameters on microcrystalline silicon growth for thin-film solar cells”, Solar Energy Materials & Solar Cells 93 (2009), p1714-1720). It is a figure. FIG. 3 shows the result of numerical calculation of the dependence of the amount of defects (cracks) generated in the microcrystalline semiconductor film on the radius of curvature of the texture structure of the substrate and the angle α of the pyramid structure. FIG. 3A shows the shape of the texture structure to be simulated. Here, an angle formed with the substrate surface when the side surface of the pyramid structure forming the texture structure is extended is α. Further, the side surfaces of adjacent pyramid structures are connected by a curved connection surface. Then, the simulation is performed by variously changing the angle α and the curvature radius of the connection surface, and the amount of defects generated in the microcrystalline semiconductor film is calculated. The result is shown in FIG. In FIG. 3B, the horizontal axis represents the radius of curvature of the connecting surface connecting the side surfaces of the pyramid structure, and the vertical axis represents the amount of defects generated in the microcrystalline semiconductor film.

図3(b)に示されるように、基板に形成されるピラミッド構造の側面の角度αが小さくなり、ピラミッド構造間の接続面の曲率半径が大きくなるにしたがって、その上部に形成される微結晶半導体膜内に発生する欠陥の量が減少していくことが分かる。しかし、このような基板では、基板側から入射した光を散乱し、光路長を増大させる効果が小さい。そのため、このような基板を用いる場合には、基板上に形成される光電変換層の膜厚を増加させなければならない。その結果、内蔵電界の低下および出力電圧の減少を招いてしまう。   As shown in FIG. 3B, as the angle α of the side surface of the pyramid structure formed on the substrate becomes smaller and the radius of curvature of the connecting surface between the pyramid structures becomes larger, the microcrystal formed on the upper part thereof. It can be seen that the amount of defects generated in the semiconductor film decreases. However, such a substrate has a small effect of scattering light incident from the substrate side and increasing the optical path length. Therefore, when using such a substrate, the film thickness of the photoelectric conversion layer formed on the substrate must be increased. As a result, the built-in electric field is lowered and the output voltage is reduced.

これに対して、実施の形態1では、ピラミッド構造の側面の角度αが大きく、ピラミッド構造間の接続面の曲率半径が小さいような基板11(第1の電極層12)上に光電変換層13を形成する場合でも、テクスチャ構造が形成された第1の光電変換ユニット14の凹部を埋めるように導電性の結晶酸化ケイ素からなる微粒子152を形成し、微粒子152間を埋めるように導電性の酸化ケイ素からなる中間層媒質151を形成した。これによって、中間層15の上面を滑らか(平坦)にすることができ、中間層15上に形成される結晶系薄膜半導体層からなる第2の光電変換ユニット16内での欠陥の発生を抑制することが可能となる。つまり、光入射側では、光散乱効果の大きなテクスチャ構造を形成しながら、欠陥の少ない結晶系薄膜半導体層を有する光電変換層13を形成することができる。   On the other hand, in Embodiment 1, the photoelectric conversion layer 13 is formed on the substrate 11 (first electrode layer 12) where the angle α of the side surface of the pyramid structure is large and the curvature radius of the connection surface between the pyramid structures is small. In the case of forming the microparticles 152, the fine particles 152 made of conductive crystalline silicon oxide are formed so as to fill the concave portions of the first photoelectric conversion unit 14 in which the texture structure is formed, and the conductive oxide is filled so as to fill the spaces between the fine particles 152. An intermediate layer medium 151 made of silicon was formed. Thereby, the upper surface of the intermediate layer 15 can be made smooth (flat), and the occurrence of defects in the second photoelectric conversion unit 16 made of a crystalline thin film semiconductor layer formed on the intermediate layer 15 is suppressed. It becomes possible. That is, on the light incident side, the photoelectric conversion layer 13 having a crystalline thin film semiconductor layer with few defects can be formed while forming a texture structure with a large light scattering effect.

ここで、このような構造の薄膜太陽電池10における動作の概略について説明する。基板11側から入射した太陽光などの入射光は、テクスチャ構造を有する第1の電極層12で散乱されることによって、第1および第2の光電変換ユニット14,16内部を基板面に垂直な方向に対して斜めに進行する。つまり、第1の電極層12にテクスチャ構造を形成しない場合に比して、第1および第2の光電変換ユニット14,16中で長い光路長を有することになる。   Here, an outline of the operation in the thin film solar cell 10 having such a structure will be described. Incident light such as sunlight incident from the substrate 11 side is scattered by the first electrode layer 12 having a textured structure, so that the inside of the first and second photoelectric conversion units 14 and 16 is perpendicular to the substrate surface. Progress diagonally with respect to the direction. That is, the first and second photoelectric conversion units 14 and 16 have a longer optical path length than when no texture structure is formed in the first electrode layer 12.

第1および第2の光電変換ユニット14,16内部に入射した光は、それぞれ第1および第2の光電変換ユニット14,16中のi型半導体層で自由キャリアが生成される。生成された自由キャリアは、第1および第2の光電変換ユニット14,16中のp型半導体層とn型半導体層によって形成される内蔵電界によって光電変換層13中を輸送され、電流が発生する。そして、発生した電流は、第1の電極層12と第2の電極層17から取り出される。   Light incident on the first and second photoelectric conversion units 14 and 16 generates free carriers in the i-type semiconductor layers in the first and second photoelectric conversion units 14 and 16, respectively. The generated free carriers are transported in the photoelectric conversion layer 13 by a built-in electric field formed by the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer in the first and second photoelectric conversion units 14 and 16, and a current is generated. . The generated current is taken out from the first electrode layer 12 and the second electrode layer 17.

また、光電変換層13に入射したが、ここで光電変換されなかった入射光は、第2の電極層17の透明導電膜171を透過し、光反射性導電膜172で再び光電変換層13側へと反射される。そして、再び光電変換層13に入射した光の一部は、ここで光電変換される。   In addition, incident light that has entered the photoelectric conversion layer 13 but has not been subjected to photoelectric conversion here passes through the transparent conductive film 171 of the second electrode layer 17, and again returns to the photoelectric conversion layer 13 side by the light reflective conductive film 172. It is reflected to. A part of the light incident on the photoelectric conversion layer 13 again is photoelectrically converted here.

さらに、光電変換層13で光電変換されなかった光は、第1の電極層12に到達する。第1の電極層12には、テクスチャ構造が形成されており、このテクスチャ構造の凹凸部によって、第1の電極層12に到達した光の一部は再び光電変換層13へと反射される。このような工程を繰り返すことによって、薄膜太陽電池10によって光電変換が行われ、外部に電流(電圧)が取り出される。   Further, the light that has not been subjected to photoelectric conversion by the photoelectric conversion layer 13 reaches the first electrode layer 12. A texture structure is formed in the first electrode layer 12, and a part of the light reaching the first electrode layer 12 is reflected again to the photoelectric conversion layer 13 by the uneven portion of the texture structure. By repeating such steps, photoelectric conversion is performed by the thin-film solar cell 10 and current (voltage) is taken out to the outside.

つぎに、このような構造の薄膜太陽電池10の製造方法について説明する。図4−1〜図4−2は、この発明の実施の形態1による薄膜太陽電池の製造方法の手順の一例を模式的に示す斜視図である。まず、図4−1(a)に示されるように、基板11上に第1の電極層12を真空蒸着法、スパッタ法またはCVD(Chemical Vapor Deposition)法などの成膜法によって形成する。第1の電極層12として、たとえばZnO膜を用いることができる。また、第1の電極層12の上面には、テクスチャ構造が形成されている。テクスチャ構造は、たとえば第1の電極層12を成膜した後、塩酸水溶液などの酸性溶液や水酸化ナトリウム溶液などのアルカリ性溶液などをエッチング液としてウエットエッチング処理を施すことによって形成することができる。また、基板11に予めテクスチャ構造を形成しておき、テクスチャ構造が形成された基板11上に第1の電極層12を形成することによって、第1の電極層12は下地層に影響されて形成されるので、上面にテクスチャ構造を形成することができる。   Next, a method for manufacturing the thin film solar cell 10 having such a structure will be described. 4-1 to 4-2 are perspective views schematically showing an example of the procedure of the method for manufacturing the thin-film solar battery according to Embodiment 1 of the present invention. First, as shown in FIG. 4A, the first electrode layer 12 is formed on the substrate 11 by a film forming method such as a vacuum deposition method, a sputtering method, or a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. For example, a ZnO film can be used as the first electrode layer 12. A texture structure is formed on the upper surface of the first electrode layer 12. The texture structure can be formed, for example, by depositing the first electrode layer 12 and performing wet etching using an acidic solution such as an aqueous hydrochloric acid solution or an alkaline solution such as a sodium hydroxide solution as an etching solution. In addition, by forming a texture structure in advance on the substrate 11 and forming the first electrode layer 12 on the substrate 11 on which the texture structure is formed, the first electrode layer 12 is formed by being influenced by the underlying layer. Thus, a texture structure can be formed on the upper surface.

ついで、図4−1(b)に示されるように、テクスチャ構造が形成された第1の電極層12上に、プラズマCVD法などの成膜法によって、pin構造を有するアモルファスの薄膜半導体層からなる第1の光電変換ユニット14を形成する。第1の光電変換ユニット14として、たとえばアモルファスシリコン膜を用いることができる。第1の光電変換ユニット14は、テクスチャ構造が形成された下地層(第1の電極層12)上に形成されるので、その上面には下地の凹凸に対応した凹凸構造が形成される。   Next, as shown in FIG. 4B, the amorphous thin film semiconductor layer having the pin structure is formed on the first electrode layer 12 having the texture structure by a film forming method such as a plasma CVD method. The first photoelectric conversion unit 14 is formed. For example, an amorphous silicon film can be used as the first photoelectric conversion unit 14. Since the 1st photoelectric conversion unit 14 is formed on the base layer (1st electrode layer 12) in which the texture structure was formed, the uneven structure corresponding to the unevenness | corrugation of a base is formed in the upper surface.

ついで、図4−1(c)に示されるように、ゾルゲル法によって、第1の光電変換ユニット14上に中間層15を形成する。ここでは、イオン交換水(H2O)およびエチルアルコール(C25OH)を溶媒として用い、原料としてテトラエトキシシラン(Si(C25O)4,TEOS)を用いてゾル溶液を生成し、このゾル溶液に導電性を有する結晶酸化ケイ素からなる微粒子を混入させたものを用いる。このゾル溶液にたとえば第1の光電変換ユニット14を形成した基板11を浸漬し、乾燥させた後に、300℃以下の温度で加熱処理を行って焼結させることによって、中間層15が形成される。この中間層15は、テクスチャ構造の凹部に微粒子152が入り込むとともに、微粒子152間を埋めるように中間層媒質151が形成される。このとき、ゾルゲル法の特徴で、ゾル溶液が基板11(第1の光電変換ユニット14)上に形成されると、材料の流動性によってその表面の平坦性が向上する。その結果、下地層の凹凸に影響されない滑らかな膜からなる中間層15が得られる。 Next, as shown in FIG. 4C, the intermediate layer 15 is formed on the first photoelectric conversion unit 14 by a sol-gel method. Here, a sol solution is prepared using ion-exchanged water (H 2 O) and ethyl alcohol (C 2 H 5 OH) as a solvent and tetraethoxysilane (Si (C 2 H 5 O) 4 , TEOS) as a raw material. The resulting sol solution is mixed with fine particles of conductive crystalline silicon oxide. For example, the substrate 11 on which the first photoelectric conversion unit 14 is formed is immersed in this sol solution, dried, and then subjected to heat treatment at a temperature of 300 ° C. or lower to sinter the intermediate layer 15. . In the intermediate layer 15, the fine particle 152 enters the concave portion of the texture structure, and the intermediate layer medium 151 is formed so as to fill the space between the fine particles 152. At this time, when the sol solution is formed on the substrate 11 (first photoelectric conversion unit 14), the surface flatness is improved due to the fluidity of the material. As a result, the intermediate layer 15 made of a smooth film that is not affected by the unevenness of the underlayer is obtained.

その後、図4−2(a)に示されるように、上面が平坦な中間層15上に、プラズマCVD法などの成膜法によって、pin構造を有する結晶系薄膜半導体層からなる第2の光電変換ユニット16を形成する。第2の光電変換ユニット16として、たとえば微結晶シリコン膜を用いることができる。第2の光電変換ユニット16は、平坦な下地層(中間層15)上に形成されるので、その上面も平坦な構造になるとともに、膜中に発生する欠陥の数は、凹凸を有する下地層上に形成した場合に比して少なくなる。これによって、第1の光電変換ユニット14、中間層15および第2の光電変換ユニット16が積層された光電変換層13が形成される。   Thereafter, as shown in FIG. 4A, the second photoelectric layer composed of the crystalline thin film semiconductor layer having the pin structure is formed on the intermediate layer 15 having a flat upper surface by a film forming method such as a plasma CVD method. A conversion unit 16 is formed. For example, a microcrystalline silicon film can be used as the second photoelectric conversion unit 16. Since the second photoelectric conversion unit 16 is formed on a flat underlayer (intermediate layer 15), the upper surface thereof has a flat structure, and the number of defects generated in the film is such that the number of defects in the film is uneven. Less than when formed above. Thereby, the photoelectric conversion layer 13 in which the first photoelectric conversion unit 14, the intermediate layer 15, and the second photoelectric conversion unit 16 are stacked is formed.

ついで、図4−2(b)に示されるように、第2の光電変換ユニット16上に第2の電極層17を形成する。具体的には、第2の光電変換ユニット16上に、透明導電性材料からなる透明導電膜171と、光反射性導電膜172と、を順にスパッタ法などの成膜法によって積層させる。透明導電膜171として、たとえばZnO膜を用いることができ、光反射性導電膜172として、たとえばAg膜を用いることができる。   Next, as shown in FIG. 4B, the second electrode layer 17 is formed on the second photoelectric conversion unit 16. Specifically, a transparent conductive film 171 made of a transparent conductive material and a light reflective conductive film 172 are sequentially stacked on the second photoelectric conversion unit 16 by a film forming method such as a sputtering method. As the transparent conductive film 171, for example, a ZnO film can be used, and as the light reflective conductive film 172, for example, an Ag film can be used.

その後、レーザスクライブ法によって所定の領域の第2の電極層17から光電変換層13を除去して、第1の電極層12を露出させ、図示しないコンタクト部を形成する。そして、コンタクト部と第2の電極層17上に外部に電流を取り出すための外部取出配線と接続するためのコンタクトを形成する。以上によって、図1〜図2に示される薄膜太陽電池10が製造される。   Thereafter, the photoelectric conversion layer 13 is removed from the second electrode layer 17 in a predetermined region by a laser scribing method, the first electrode layer 12 is exposed, and a contact portion (not shown) is formed. Then, a contact is formed on the contact portion and the second electrode layer 17 so as to be connected to an external extraction wiring for extracting an electric current to the outside. As described above, the thin film solar cell 10 shown in FIGS. 1 to 2 is manufactured.

なお、上述した説明では、ゾルゲル法によって中間層15を形成しているが、中間層15の上面を平坦化することができる方法であれば、他の方法によって中間層15を形成してもよい。   In the above description, the intermediate layer 15 is formed by the sol-gel method. However, the intermediate layer 15 may be formed by other methods as long as the upper surface of the intermediate layer 15 can be planarized. .

ここで、図4−1(c)で、ゾル溶液に導電性の結晶酸化ケイ素からなる微粒子を混入しないでゾルゲル法で中間層15を形成する場合について説明する。薄膜太陽電池10の製造工程は一般的に、基板11(ガラス基板)の耐熱温度と、シリコン系薄膜の最適な堆積温度と、の関係から、100〜300℃の温度範囲内で行われることが望ましい。原料としてテトラエトキシシランを用い、溶媒としてイオン交換水とエチルアルコールとを用いてゾル溶液を形成し、このゾル溶液に、第1の光電変換ユニット14を形成した基板11を浸漬した後、溶媒を200〜300℃で蒸発させる。このとき生成された膜(中間層媒質)のみでも、材料の流動性を利用して平坦性を向上することが可能であるが、十分な導電性、特に第1と第2の光電変換ユニット14,16の間を電気的に接続するための厚さ方向の導電性、を確保するためには、結晶の酸化ケイ素が必要である。そこで、膜に含まれる酸化ケイ素(SiO)を結晶化させるために、乾燥後にさらに600℃以上の温度で熱処理を行わなければならない。この熱処理の結果、基板温度200℃以下で形成した第1の光電変換ユニット14(アモルファスシリコン膜)の特性が劣化してしまう。   Here, the case where the intermediate layer 15 is formed by the sol-gel method without mixing fine particles made of conductive crystalline silicon oxide into the sol solution will be described with reference to FIG. The manufacturing process of the thin film solar cell 10 is generally performed within a temperature range of 100 to 300 ° C. from the relationship between the heat resistance temperature of the substrate 11 (glass substrate) and the optimum deposition temperature of the silicon-based thin film. desirable. A sol solution is formed using tetraethoxysilane as a raw material and ion-exchanged water and ethyl alcohol as a solvent, and after immersing the substrate 11 on which the first photoelectric conversion unit 14 is formed in this sol solution, the solvent is added. Evaporate at 200-300 ° C. Even with only the film (intermediate layer medium) generated at this time, it is possible to improve the flatness by utilizing the fluidity of the material, but sufficient conductivity, particularly the first and second photoelectric conversion units 14. In order to ensure electrical conductivity in the thickness direction for electrical connection between the first and second electrodes 16, crystalline silicon oxide is required. Therefore, in order to crystallize silicon oxide (SiO) contained in the film, heat treatment must be performed at a temperature of 600 ° C. or higher after drying. As a result of this heat treatment, the characteristics of the first photoelectric conversion unit 14 (amorphous silicon film) formed at a substrate temperature of 200 ° C. or lower deteriorate.

このような理由から、アモルファスの薄膜半導体層からなる第1の光電変換ユニット14の特性が劣化しない温度、たとえば300℃以下の温度で、平坦かつ導電性のある中間層15を製造する方法が望まれていた。そこで、この実施の形態1では、上記したように、ゾル溶液に導電性を有する結晶酸化ケイ素の微粒子152を混入し、この微粒子152が中間層媒質151中で厚さ方向に互いに接触して配置されるようにした。これによって、アモルファスの薄膜半導体層の特性が劣化する温度以上に加熱することなく、第1と第2の光電変換ユニット14,16の間の導電性を確保しながら、上面が平坦化した中間層15を形成することができる。   For this reason, a method for producing a flat and conductive intermediate layer 15 at a temperature at which the characteristics of the first photoelectric conversion unit 14 made of an amorphous thin film semiconductor layer do not deteriorate, for example, a temperature of 300 ° C. or lower, is desired. It was rare. Therefore, in the first embodiment, as described above, conductive crystalline silicon oxide fine particles 152 are mixed in the sol solution, and these fine particles 152 are arranged in contact with each other in the thickness direction in the intermediate layer medium 151. It was made to be. Thus, an intermediate layer whose upper surface is flattened while ensuring conductivity between the first and second photoelectric conversion units 14 and 16 without heating above the temperature at which the characteristics of the amorphous thin film semiconductor layer deteriorate. 15 can be formed.

この実施の形態1では、光散乱効果の高いテクスチャ構造を有する第1の電極層12上に、アモルファスの薄膜半導体層からなる第1の光電変換ユニット14を形成し、第1の光電変換ユニット14上に、導電性を有する結晶酸化ケイ素の微粒子152が中間層媒質151内に配置された中間層15を形成した。これによって、中間層15の上面が、下地層に影響されることがなく平坦化し、この上に形成される第2の光電変換ユニット16は、欠陥の少ない結晶系薄膜半導体層となる。その結果、第2の光電変換ユニット16の曲線因子が改善し、変換効率を改善することができるという効果を有する。つまり、効果的な光散乱効果を有するテクスチャ構造を有しながら、欠陥の少ない結晶系薄膜半導体層を含む光電変換層13を備える薄膜太陽電池10を得ることができるという効果を有する。   In the first embodiment, the first photoelectric conversion unit 14 made of an amorphous thin film semiconductor layer is formed on the first electrode layer 12 having a texture structure with a high light scattering effect, and the first photoelectric conversion unit 14 is formed. The intermediate layer 15 in which fine particles 152 of crystalline silicon oxide having conductivity are arranged in the intermediate layer medium 151 is formed. As a result, the upper surface of the intermediate layer 15 is flattened without being affected by the underlying layer, and the second photoelectric conversion unit 16 formed thereon becomes a crystalline thin film semiconductor layer with few defects. As a result, the fill factor of the second photoelectric conversion unit 16 is improved, and the conversion efficiency can be improved. That is, there is an effect that the thin film solar cell 10 including the photoelectric conversion layer 13 including the crystalline thin film semiconductor layer with few defects can be obtained while having a texture structure having an effective light scattering effect.

また、導電性を有する結晶酸化ケイ素の微粒子を有するゾル溶液を用いたゾルゲル法によって中間層15を形成するので、乾燥させるまでの過程で流動化によって基板11(第1の光電変換ユニット14)上に平坦化した膜が得られるという効果を有する。さらに、第1と第2の光電変換ユニット14,16の間を結ぶ導電性を有する結晶酸化ケイ素の微粒子が含まれるので、乾燥によって形成される中間層媒質151を結晶化させるための高温での熱処理を行う必要がない。その結果、アモルファスの薄膜半導体層によって構成される第1の光電変換ユニット14の光電変換特性を劣化させることがないという効果も有する。   In addition, since the intermediate layer 15 is formed by a sol-gel method using a sol solution having crystalline silicon oxide fine particles having conductivity, the substrate 11 (first photoelectric conversion unit 14) is fluidized in the process until drying. The effect is that a flattened film can be obtained. Further, since fine particles of crystalline silicon oxide having conductivity that connect between the first and second photoelectric conversion units 14 and 16 are included, the intermediate layer medium 151 formed by drying is heated at a high temperature. There is no need for heat treatment. As a result, there is also an effect that the photoelectric conversion characteristics of the first photoelectric conversion unit 14 configured by the amorphous thin film semiconductor layer are not deteriorated.

実施の形態2.
実施の形態1では、中間層15を構成する中間層媒質151と微粒子152とは、同じ材料によって構成される場合を説明した。実施の形態2では、中間層15を構成する中間層媒質151と微粒子152とが異なる材料によって構成される場合について説明する。なお、実施の形態2でも、光起電力装置の構成は実施の形態1の図1〜図2と同様であるので、その説明を省略する。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the case where the intermediate layer medium 151 and the fine particles 152 constituting the intermediate layer 15 are made of the same material has been described. In the second embodiment, a case where the intermediate layer medium 151 and the fine particles 152 constituting the intermediate layer 15 are made of different materials will be described. In the second embodiment, the configuration of the photovoltaic device is the same as that of the first embodiment shown in FIGS.

図5は、中間層に用いることができる透明導電性材料とその屈折率を示す図である。図5に示されるように、透明導電性材料として、酸化亜鉛、酸化錫、酸化ケイ素、酸化チタン、フッ化マグネシウムなどを用いることができる。屈折率の値は、それぞれの材料の組成比によって多少変化するが、光電変換層13を構成する半導体材料であるシリコンの屈折率nSi=3.5に比して小さい屈折率を有する材料を、中間層媒質151として選択し、それと異なる屈折率を有する材料を、微粒子152として選択すればよい。このような材料の組み合わせを選択することによって、中間層15においても、入射した光を中間層媒質151と微粒子152との界面で散乱させることができる。なお、図5に示した透明導電性材料は一例であり、微粒子152には、太陽光に対して透明で導電性があり薄膜太陽電池10で利用する太陽光の波長域に対する光吸収量が少ない材料であれば、図5に記載された材料に限定されずに用いることができる。 FIG. 5 is a diagram showing a transparent conductive material that can be used for the intermediate layer and its refractive index. As shown in FIG. 5, zinc oxide, tin oxide, silicon oxide, titanium oxide, magnesium fluoride, or the like can be used as the transparent conductive material. Although the refractive index value varies somewhat depending on the composition ratio of each material, a material having a refractive index smaller than the refractive index n Si = 3.5 of silicon which is a semiconductor material constituting the photoelectric conversion layer 13 is used. The intermediate layer medium 151 may be selected, and a material having a different refractive index may be selected as the fine particles 152. By selecting such a combination of materials, the incident light can be scattered at the interface between the intermediate layer medium 151 and the fine particles 152 also in the intermediate layer 15. The transparent conductive material shown in FIG. 5 is an example, and the fine particles 152 are transparent and conductive with respect to sunlight, and have a small amount of light absorption with respect to the wavelength region of sunlight used in the thin film solar cell 10. Any material can be used without being limited to the materials shown in FIG.

この実施の形態2では、中間層媒質151として、半導体層(光電変換層13)の屈折率に比して小さい屈折率を有する透明導電性材料を用い、微粒子152として、中間層媒質151とは異なる屈折率を有する透明導電性材料を用いて、中間層15に光散乱効果を付加した。これによって、散乱された光の光電変換層13内での光路長を、実施の形態1の場合に比して増大させることができるとともに、光をロスすることなく反射、透過散乱させることができる。その結果、太陽光の利用効率を改善することができるという効果を、実施の形態1の効果に加えて得ることができる。   In the second embodiment, a transparent conductive material having a refractive index smaller than the refractive index of the semiconductor layer (photoelectric conversion layer 13) is used as the intermediate layer medium 151, and the intermediate layer medium 151 is used as the fine particles 152. A light scattering effect was added to the intermediate layer 15 using transparent conductive materials having different refractive indexes. As a result, the optical path length of the scattered light in the photoelectric conversion layer 13 can be increased as compared with the case of Embodiment 1, and the light can be reflected and transmitted and scattered without loss. . As a result, the effect that the utilization efficiency of sunlight can be improved can be obtained in addition to the effect of the first embodiment.

上記した実施の形態1,2では、光電変換層13は、2層の光電変換ユニット14,16と、その間に挟まれる1層の中間層15とによって構成される場合を示したが、この発明がこれらの実施の形態に限定されるものではなく、3層以上の複数層の光電変換ユニットと、積層方向に隣接する2つの光電変換ユニットの間に挟まれる中間層と、を有する光電変換層13を備える薄膜太陽電池10に対して適用することができる。この場合には、光電変換ユニットのうち、テクスチャ構造が形成された第1の電極層12側に最も近く配置された結晶系薄膜半導体層からなる光電変換ユニットよりも、第1の電極層12側に配置される少なくとも1層の中間層を、微粒子を配置した中間層媒質で構成すればよい。   In the first and second embodiments, the case where the photoelectric conversion layer 13 is configured by the two photoelectric conversion units 14 and 16 and the one intermediate layer 15 sandwiched therebetween is shown. However, the present invention is not limited to these embodiments, and a photoelectric conversion layer having a plurality of photoelectric conversion units of three or more layers and an intermediate layer sandwiched between two photoelectric conversion units adjacent in the stacking direction It can apply with respect to the thin film solar cell 10 provided with 13. FIG. In this case, among the photoelectric conversion units, the first electrode layer 12 side rather than the photoelectric conversion unit composed of the crystalline thin film semiconductor layer disposed closest to the first electrode layer 12 side where the texture structure is formed. The at least one intermediate layer arranged in the above may be constituted by an intermediate layer medium in which fine particles are arranged.

以上のように、この発明にかかる光起電力装置は、テクスチャ構造を形成した電極層上に結晶系薄膜半導体層を含む光電変換層を備える薄膜太陽電池に有用である。   As described above, the photovoltaic device according to the present invention is useful for a thin film solar cell including a photoelectric conversion layer including a crystalline thin film semiconductor layer on an electrode layer in which a texture structure is formed.

10 薄膜太陽電池
11 基板
12 第1の電極層
13 光電変換層
14 第1の光電変換ユニット
15 中間層
16 第2の光電変換ユニット
17 第2の電極層
21 コンタクト部
151 中間層媒質
152 微粒子
171 透明導電膜
172 光反射性導電膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Thin film solar cell 11 Substrate 12 1st electrode layer 13 Photoelectric conversion layer 14 1st photoelectric conversion unit 15 Intermediate layer 16 2nd photoelectric conversion unit 17 2nd electrode layer 21 Contact part 151 Intermediate layer medium 152 Fine particle 171 Transparent Conductive film 172 Light reflective conductive film

Claims (7)

基板上に、テクスチャ構造を有する第1の電極層、光電変換層および第2の電極層が順に積層された光起電力装置において、
前記光電変換層は、結晶系薄膜半導体層からなる光電変換ユニットを少なくとも含む複数の光電変換ユニットと、前記複数の光電変換ユニット間に設けられ、入射した光の一部を反射し、残りを透過するとともに、前記複数の光電変換ユニット間を電気的に接続する中間層と、を有し、
前記中間層のうち、結晶系薄膜半導体層からなる前記光電変換ユニットよりも前記第1の電極層側に形成される少なくとも1つの中間層は、透明導電性材料からなる微粒子が透明導電性材料からなる中間層媒質に埋め込まれ、前記第2の電極層側の面が略平坦化された構造を有することを特徴とする光起電力装置。
In a photovoltaic device in which a first electrode layer having a texture structure, a photoelectric conversion layer, and a second electrode layer are sequentially laminated on a substrate,
The photoelectric conversion layer is provided between a plurality of photoelectric conversion units including at least a photoelectric conversion unit made of a crystalline thin film semiconductor layer, and reflects a part of incident light and transmits the rest. And an intermediate layer for electrically connecting the plurality of photoelectric conversion units,
Among the intermediate layers, at least one intermediate layer formed on the first electrode layer side of the photoelectric conversion unit formed of a crystalline thin film semiconductor layer has fine particles formed of a transparent conductive material formed of a transparent conductive material. A photovoltaic device, characterized in that the photovoltaic device has a structure embedded in an intermediate layer medium, and the surface on the second electrode layer side is substantially flattened.
前記微粒子と前記中間層媒質は、同じ材料によって構成されることを特徴とする請求項1に記載の光起電力装置。   The photovoltaic device according to claim 1, wherein the fine particles and the intermediate layer medium are made of the same material. 前記微粒子と前記中間層媒質は、異なる材料によって構成されることを特徴とする請求項1に記載の光起電力装置。   The photovoltaic device according to claim 1, wherein the fine particles and the intermediate layer medium are made of different materials. 前記中間層媒質は、前記光電変換ユニットを構成する材料の屈折率に比して、小さい屈折率を有する材料によって構成されることを特徴とする請求項2または3に記載の光起電力装置。   4. The photovoltaic device according to claim 2, wherein the intermediate layer medium is made of a material having a refractive index smaller than a refractive index of a material constituting the photoelectric conversion unit. 5. 前記微粒子は、前記中間層の厚さよりも小さい直径を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の光起電力装置。   The photovoltaic device according to claim 1, wherein the fine particles have a diameter smaller than a thickness of the intermediate layer. 前記微粒子と前記中間層媒質は、酸化亜鉛、酸化錫、酸化ケイ素、酸化チタンおよびフッ化マグネシウムからなる群から選択される材料によって構成されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の光起電力装置。   The fine particles and the intermediate layer medium are made of a material selected from the group consisting of zinc oxide, tin oxide, silicon oxide, titanium oxide, and magnesium fluoride. A photovoltaic device according to claim 1. 基板上に、テクスチャ構造を有する第1の電極層、光電変換層および第2の電極層が順に積層された光起電力装置の製造方法において、
前記光電変換層を構成し、テクスチャ構造を有する第1の光電変換ユニットの上面を、焼結後に透明導電性材料となる媒質に透明導電性材料からなる微粒子を混入した溶液で被覆する工程と、
前記溶液を焼結させ、上面が前記第1の光電変換ユニットに比して平坦化された中間層を形成する工程と、
前記中間層上に、前記光電変換層を構成し、結晶系薄膜半導体層からなる第2の光電変換ユニットを形成する工程と、
を含むことを特徴とする光起電力装置の製造方法。
In the method of manufacturing a photovoltaic device in which a first electrode layer having a texture structure, a photoelectric conversion layer, and a second electrode layer are sequentially laminated on a substrate,
The step of forming the photoelectric conversion layer and covering the upper surface of the first photoelectric conversion unit having a texture structure with a solution in which fine particles made of a transparent conductive material are mixed in a medium that becomes a transparent conductive material after sintering,
Sintering the solution and forming an intermediate layer whose upper surface is flattened as compared to the first photoelectric conversion unit;
Forming the photoelectric conversion layer on the intermediate layer and forming a second photoelectric conversion unit comprising a crystalline thin film semiconductor layer;
A method for manufacturing a photovoltaic device, comprising:
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