JP2012204646A - Manufacturing method of substrate for thin film photoelectric conversion device and manufacturing method of thin film photoelectric conversion device - Google Patents

Manufacturing method of substrate for thin film photoelectric conversion device and manufacturing method of thin film photoelectric conversion device Download PDF

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秀忠 時岡
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a manufacturing method of a substrate for thin film photoelectric conversion device capable of suppressing the occurrence of defects in a photoelectric conversion layer formed on an upper layer while enhancing the photoelectric conversion efficiency of a thin film photoelectric conversion device.SOLUTION: The manufacturing method of a substrate for thin film photoelectric conversion device includes a first step for forming an electrode film 3 on a substrate 2, a second step for forming first protrusions and recesses 4 on the surface of the electrode film 3, and a third step for forming second protrusions and recesses 5, having a period shorter than that of the first protrusions and recesses 4, on the slopes of the first protrusions and recesses 4 by irradiating the surface of the first protrusions and recesses 4 with an energy beam 6.

Description

本発明は、薄膜光電変換装置用基板の製造方法および薄膜光電変換装置の製造方法に関するものであり、特に、透明導電膜の凹凸形状を有する薄膜光電変換装置用基板の製造方法および薄膜光電変換装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a substrate for a thin film photoelectric conversion device and a method for manufacturing a thin film photoelectric conversion device, and in particular, a method for manufacturing a substrate for a thin film photoelectric conversion device having a concavo-convex shape of a transparent conductive film and a thin film photoelectric conversion device. It relates to the manufacturing method.

従来の薄膜光電変換装置は、基板の他面側からの光入射により薄膜半導体層で光起電力を発生する薄膜太陽電池セルを備える。薄膜太陽電池セルは、例えば基板の一面側に、透明電極と、光電変換層としての薄膜半導体層と、裏面電極としての反射導電膜と、が順次形成される。そして、このような複数の薄膜太陽電池セルが隣り合うセル同士で所定の距離を隔てて配置され、電気的に直列に接続されて薄膜光電変換装置(薄膜太陽電池モジュール)を形成している。また、隣り合う薄膜太陽電池セル間の光電変換層は分離溝により電気的に分離されている。   A conventional thin film photoelectric conversion device includes a thin film solar cell that generates a photovoltaic force in a thin film semiconductor layer by light incidence from the other surface side of the substrate. In the thin film solar cell, for example, a transparent electrode, a thin film semiconductor layer as a photoelectric conversion layer, and a reflective conductive film as a back electrode are sequentially formed on one surface side of a substrate. A plurality of such thin film solar cells are arranged with a predetermined distance between adjacent cells, and are electrically connected in series to form a thin film photoelectric conversion device (thin film solar cell module). Moreover, the photoelectric converting layer between adjacent thin film photovoltaic cells is electrically separated by the separation groove.

このような薄膜光電変換装置では、基板および透明電極を透過した太陽光を光電変換層内で散乱させることにより、太陽光の利用効率を向上させる。そして、太陽光を散乱させるために、透明電極を構成している透明導電膜の表面にテクスチャと呼ばれる凹凸が形成されている。   In such a thin film photoelectric conversion device, sunlight utilization efficiency is improved by scattering sunlight transmitted through the substrate and the transparent electrode within the photoelectric conversion layer. And in order to scatter sunlight, the unevenness | corrugation called a texture is formed in the surface of the transparent conductive film which comprises the transparent electrode.

近年盛んに開発が進められている非晶質シリコン太陽電池セルと微結晶シリコン太陽電池セルとを積層して構成されるタンデム型太陽電池は、広い波長範囲の太陽光を吸収するため、透明導電膜の表面のテクスチャで短波長から長波長までの広範な光を散乱する必要がある。光はテクスチャの凹凸周期が波長と同等であるときに散乱する。したがって、テクスチャにおいては、短い凹凸周期の凹凸で短波長領域の光を、長い凹凸周期の凹凸で長波長領域の光を散乱させる。   Tandem solar cells, which are composed of a stack of amorphous silicon solar cells and microcrystalline silicon solar cells, which have been actively developed in recent years, absorb sunlight in a wide wavelength range, It is necessary to scatter a wide range of light from a short wavelength to a long wavelength by the texture of the film surface. Light is scattered when the texture irregularity period is equal to the wavelength. Therefore, in the texture, light in the short wavelength region is scattered by the unevenness of the short unevenness period, and light in the long wavelength region is scattered by the unevenness of the long unevenness cycle.

例えば特許文献1には、凹凸を形成するエッチング工程を二回施すことにより、凹凸周期が異なるダブルテクスチャ構造を有する透明導電膜を形成する方法が示されている。これにより凹凸周期が異なる凹凸で広い波長範囲の光を散乱させている。   For example, Patent Document 1 discloses a method of forming a transparent conductive film having a double texture structure with different irregularities by performing an etching process for forming irregularities twice. As a result, light in a wide wavelength range is scattered by unevenness having different unevenness periods.

また、特許文献2には、最初に長い凹凸周期の凹凸となる島化した小山部を常圧CVD(Chemical Vapor Deposition)法で形成し、その後短い凹凸周期の凹凸を有する連続膜を同様な方法で形成することにより、ダブルテクスチャ構造を有する透明導電膜を形成する方法が示されている。これにより、従来の透明導電膜と同等な製造方法を有し、広範な波長範囲の光を散乱する透明導電膜を形成している。   Further, Patent Document 2 discloses a similar method in which an island-like ridge that first becomes irregularities with a long irregularity cycle is formed by an atmospheric pressure CVD (Chemical Vapor Deposition) method, and then a continuous film having irregularities with a short irregularity cycle is formed. The method of forming the transparent conductive film which has a double texture structure by forming by is shown. Thereby, the transparent conductive film which has the manufacturing method equivalent to the conventional transparent conductive film and scatters light in a wide wavelength range is formed.

特開2004−119491号公報JP 2004-119491 A 特開2005−347490号公報JP 2005-347490 A

しかしながら、上記の特許文献1のように二回のエッチング工程でダブルテクスチャを形成する方法では、凹凸周期の短い凹凸を形成するときにエッチング速度がばらつくため長い凹凸周期の凹凸が消失する、という問題があった。また、凹凸周期の短い凹凸が不規則な位置に発生するため、所望の凹凸周期を有する凹凸を形成することが困難であった。   However, in the method of forming a double texture in two etching steps as in the above-mentioned Patent Document 1, the etching rate varies when forming unevenness with a short unevenness period, and thus the unevenness with a long unevenness period disappears. was there. Further, since irregularities having a short irregularity period occur at irregular positions, it is difficult to form irregularities having a desired irregularity period.

一方、上記の特許文献2のようにCVD法による二回製膜で透明導電膜およびダブルテクスチャ構造を形成することで、凹凸周期の短い凹凸形状のばらつきを抑制することができる。しかしながら、小山部で構成される長い凹凸周期の凹凸の凸間が急峻な谷になるため、透明導電膜上に形成される光電変換層、特に結晶性が重要となる微結晶シリコン膜にはそこを基点とした欠陥が生じ、発電特性が低下する、という問題があった。また、製膜工程が複数になるため製造方法が複雑となる、という問題があった。   On the other hand, by forming the transparent conductive film and the double texture structure by two-time film formation by the CVD method as in Patent Document 2 described above, it is possible to suppress variations in the uneven shape having a short uneven cycle. However, since the convexity of the irregularities with a long irregularity period composed of small ridges becomes a steep valley, it is not suitable for photoelectric conversion layers formed on transparent conductive films, especially microcrystalline silicon films where crystallinity is important. There was a problem that a defect with the base point occurred and the power generation characteristics deteriorated. In addition, there is a problem that the manufacturing method becomes complicated due to a plurality of film forming steps.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、上層に形成される光電変換層の欠陥発生を抑制するとともに薄膜光電変換装置の光電変換効率を向上可能な薄膜光電変換装置用基板の製造方法および薄膜光電変換装置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 manufacture of a substrate for a thin film photoelectric conversion device capable of suppressing generation of defects in a photoelectric conversion layer formed in an upper layer and improving the photoelectric conversion efficiency of the thin film photoelectric conversion device. It is an object to obtain a method and a manufacturing method of a thin film photoelectric conversion device.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる薄膜光電変換装置用基板の製造方法は、基板上に電極膜を形成する第1工程と、前記電極膜の表面に第1の凹凸を形成する第2工程と、前記第1の凹凸の表面にエネルギービームを照射することにより前記第1の凹凸の斜面に前記第1の凹凸よりも凹凸周期が短い第2の凹凸を形成する第3工程と、を含むことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a manufacturing method of a substrate for a thin film photoelectric conversion device according to the present invention includes a first step of forming an electrode film on the substrate, and a first step on the surface of the electrode film. A second step of forming the unevenness and forming a second unevenness having a shorter unevenness period than the first unevenness on the slope of the first unevenness by irradiating the surface of the first unevenness with an energy beam And a third step.

本発明によれば、上層に形成される光電変換層の欠陥発生を抑制するとともに薄膜光電変換装置の光電変換効率を向上可能な薄膜光電変換装置用基板が得られる、という効果を奏する。   According to the present invention, there is an effect that a substrate for a thin film photoelectric conversion device capable of suppressing generation of defects in the photoelectric conversion layer formed in the upper layer and improving the photoelectric conversion efficiency of the thin film photoelectric conversion device is obtained.

図1は、本発明の実施の形態1にかかる薄膜光電変換装置用基板の製造方法により製造される薄膜光電変換装置用基板の概略構成を模式的に示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of a thin film photoelectric conversion device substrate manufactured by the method for manufacturing a thin film photoelectric conversion device substrate according to the first embodiment of the present invention. 図2は、本発明の実施の形態1にかかるパルスレーザ光照射を用いて凹凸を形成する方法を説明する図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a method of forming irregularities using pulsed laser light irradiation according to the first embodiment of the present invention. 図3は、本発明の実施の形態1にかかるパルスレーザ光照射を用いて凹凸を形成する方法を説明する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a method of forming irregularities using pulsed laser light irradiation according to the first embodiment of the present invention. 図4は、本発明の実施の形態1にかかる薄膜光電変換装置用基板の製造方法の手順を説明する断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the procedure of the method for manufacturing the substrate for the thin film photoelectric conversion device according to the first embodiment of the present invention. 図5は、本発明の実施の形態2にかかる薄膜光電変換装置用基板の製造方法により製造される薄膜光電変換装置用基板の概略構成を模式的に示す断面図である。FIG. 5: is sectional drawing which shows typically schematic structure of the board | substrate for thin film photoelectric conversion apparatuses manufactured by the manufacturing method of the board | substrate for thin film photoelectric conversion apparatuses concerning Embodiment 2 of this invention. 図6は、本発明の実施の形態2にかかるイオンビーム照射を用いて凹凸を形成する方法を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a method of forming irregularities using ion beam irradiation according to the second embodiment of the present invention. 図7は、本発明の実施の形態2にかかる薄膜光電変換装置用基板の製造方法の手順を説明する断面図である。FIG. 7: is sectional drawing explaining the procedure of the manufacturing method of the board | substrate for thin film photoelectric conversion apparatuses concerning Embodiment 2 of this invention. 図8は、実施の形態1にかかる薄膜光電変換装置用基板の製造方法により製造された薄膜光電変換装置用基板を用いた光電変換装置の概略構成を模式的に示す要部断面図である。FIG. 8: is principal part sectional drawing which shows typically schematic structure of the photoelectric conversion apparatus using the board | substrate for thin film photoelectric conversion apparatuses manufactured by the manufacturing method of the board | substrate for thin film photoelectric conversion apparatuses concerning Embodiment 1. FIG.

以下に、本発明にかかる薄膜光電変換装置用基板の製造方法および薄膜光電変換装置の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。   EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, embodiment of the manufacturing method of the board | substrate for thin film photoelectric conversion apparatuses concerning this invention and the manufacturing method of a thin film photoelectric conversion apparatus is described in detail based on drawing. In addition, this invention is not limited to the following description, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably. In the drawings shown below, the scale of each member may be different from the actual scale for easy understanding. The same applies between the drawings.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる薄膜光電変換装置用基板の製造方法により製造される薄膜光電変換装置用基板1の概略構成を模式的に示す断面図である。この薄膜光電変換装置用基板1は、透光性絶縁基板2と透明電極膜3とを備える基板である。透明電極膜3は、その表面に、凹凸周期が長い第1の凹凸4と凹凸周期が短い第2の凹凸5を有している。例えば第1の凹凸4の凹凸周期を第1周期、第2の凹凸5の凹凸周期を第2周期とすると、第1周期は第2周期よりも長くなる。すなわち、透明電極膜3は、その表面に凹凸周期が異なるダブルテクスチャ構造を有する。このようなダブルテクスチャ構造を有する透明電極膜3は、凹凸周期の長い第1の凹凸4により長波長領域の光を散乱させ、凹凸周期の短い第2の凹凸5により短波長領域の光を散乱させることが可能である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of a thin film photoelectric conversion device substrate 1 manufactured by the method for manufacturing a thin film photoelectric conversion device substrate according to the first embodiment of the present invention. The thin film photoelectric conversion device substrate 1 is a substrate including a translucent insulating substrate 2 and a transparent electrode film 3. The transparent electrode film 3 has, on the surface thereof, a first unevenness 4 having a long unevenness period and a second unevenness 5 having a short unevenness period. For example, when the uneven period of the first unevenness 4 is the first period and the uneven period of the second unevenness 5 is the second period, the first period is longer than the second period. That is, the transparent electrode film 3 has a double texture structure with different irregularities on its surface. The transparent electrode film 3 having such a double texture structure scatters light in the long wavelength region by the first unevenness 4 having a long unevenness period, and scatters light in the short wavelength region by the second unevenness 5 having a short unevenness period. It is possible to make it.

透明電極膜3の表面に形成された第1の凹凸4は、凹凸周期が1μm〜2μm程度の凹凸を主として構成されている。第1の凹凸4の傾斜面に形成された第2の凹凸5は、凹凸周期が100nm〜200nm程度の凹凸を主として構成されている。   The first irregularities 4 formed on the surface of the transparent electrode film 3 are mainly composed of irregularities having an irregularity period of about 1 μm to 2 μm. The 2nd unevenness | corrugation 5 formed in the inclined surface of the 1st unevenness | corrugation 4 is mainly comprised by the unevenness | corrugation whose uneven | corrugated period is about 100 nm-about 200 nm.

この薄膜光電変換装置用基板1では、第2の凹凸5は第1の凹凸4の膜表面にパルスレーザ光照射を用いて形成されている。エネルギービームである一定の波長を有するパルスレーザ光をビーム照射領域の一部を重畳させながら膜表面にスキャン照射すると、膜の最表面が溶融・再凝固して凹凸周期が一定の凹凸が形成される。この現象で形成される周期的凹凸構造を、Laser-Induced Periodic Surface Structure(LIPSS)と呼ぶ。LIPSSの発生メカニズムは完全には解明されていないが、一般にその凹凸周期はレーザ光の波長と照射面に対する角度等とに依存するとされる。その凹凸周期は、下記の数式(1)および数式(2)で表される。数式(1)は、レーザ照射の重畳回数が少ない(〜10回)場合に対応する。数式(2)は、レーザ照射の重畳回数が多い(〜100回)場合に対応する。   In the thin film photoelectric conversion device substrate 1, the second unevenness 5 is formed on the film surface of the first unevenness 4 using pulsed laser light irradiation. When the laser beam is scanned and irradiated with a pulsed laser beam having a certain wavelength, which is an energy beam, with a part of the beam irradiation area overlapped, the outermost surface of the film is melted and re-solidified to form irregularities with a constant irregularity cycle. The A periodic uneven structure formed by this phenomenon is called Laser-Induced Periodic Surface Structure (LIPSS). Although the generation mechanism of LIPSS is not completely elucidated, it is generally assumed that the uneven period depends on the wavelength of the laser light and the angle with respect to the irradiation surface. The concavo-convex cycle is represented by the following formula (1) and formula (2). Equation (1) corresponds to the case where the number of times of laser irradiation is small (10 times). Formula (2) corresponds to the case where the number of times of laser irradiation is large (up to 100 times).

Figure 2012204646
Figure 2012204646

Figure 2012204646
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上記の数式(1)および数式(2)において、Lは凹凸周期を、λはレーザ光波長を、n0,λは波長λでの膜の屈折率を、θは膜面の法線方向に対するレーザ光の入射角度を示す。例えば、膜面に対して垂直にレーザ光を照射する場合は、θ=0°となる。ここで、波長532nmのパルスレーザ光を屈折率2の膜へ膜面に対して垂直に照射した場合は、LIPSSの凹凸周期は〜260nmとなる。また、照射角度のみを45°に変えて、重畳数を10回程度とした場合は、LIPSSの凹凸周期は〜150nmとなる。 In the above formulas (1) and (2), L is the concave-convex period, λ is the laser beam wavelength, n 0, λ is the refractive index of the film at the wavelength λ, and θ is relative to the normal direction of the film surface. The incident angle of laser light is shown. For example, when laser light is irradiated perpendicularly to the film surface, θ = 0 °. Here, when a pulse laser beam having a wavelength of 532 nm is irradiated onto a film having a refractive index of 2 perpendicular to the film surface, the concavo-convex period of LIPSS is ˜260 nm. Moreover, when only the irradiation angle is changed to 45 ° and the number of superpositions is about 10 times, the concavo-convex period of LIPSS is ˜150 nm.

つぎに、上述したようなパルスレーザ照射による凹凸の形成方法を第1の凹凸4の膜表面に適用した場合について説明する。パルスレーザ光の波長は、200nm〜1000nmの範囲であることが好ましい。パルスレーザ光6の波長を制御することにより、第2の凹凸5の凹凸周期を制御可能である。パルスレーザ光6を第1の凹凸4の表面にスキャン照射すると、第1の凹凸4の斜面にパルスレーザ光6のレーザ波長と同等またはそれ以下の凹凸周期を持つ第2の凹凸5が形成される。したがって、パルスレーザ光の波長を200nm〜1000nmの範囲とすることで、凹凸周期を制御して〜1000nmの凹凸周期を持つ第2の凹凸5を形成できる。また、パルスレーザ光の波長が200nmより小である場合は、形成される凹凸周期が100nm以下になってしまい、太陽光に含まれる光が殆ど散乱されなくなり望ましくない。パルスレーザ光の波長が1000nmより大である場合は、形成される凹凸周期が1000nm以上となり、波長1000nm以下の光が殆ど散乱されなくなり望ましくない。   Next, a description will be given of a case where the unevenness forming method by pulse laser irradiation as described above is applied to the film surface of the first unevenness 4. The wavelength of the pulsed laser light is preferably in the range of 200 nm to 1000 nm. By controlling the wavelength of the pulsed laser beam 6, the uneven period of the second unevenness 5 can be controlled. When the surface of the first unevenness 4 is scanned and irradiated with the pulse laser beam 6, the second unevenness 5 having an unevenness period equal to or less than the laser wavelength of the pulsed laser light 6 is formed on the slope of the first unevenness 4. The Therefore, by setting the wavelength of the pulse laser light in the range of 200 nm to 1000 nm, the second unevenness 5 having the unevenness period of ~ 1000 nm can be formed by controlling the unevenness period. In addition, when the wavelength of the pulse laser beam is smaller than 200 nm, the formed irregularity period is 100 nm or less, and light contained in sunlight is hardly scattered, which is not desirable. When the wavelength of the pulsed laser beam is larger than 1000 nm, the uneven period to be formed is 1000 nm or more, and light with a wavelength of 1000 nm or less is hardly scattered, which is not desirable.

パルスレーザ光の光源としては、例えばNd:YAGレーザの基本波、Nd:YAGレーザの2次高調波、Nd:YAGレーザの3次高調波、エキシマレーザ、紫外線レーザなどを用いることができる。これらの光源を用いることにより、数十nm〜数百nmの凹凸周期の第2の凹凸5を形成できる。   As the light source of the pulse laser beam, for example, a fundamental wave of an Nd: YAG laser, a second harmonic of an Nd: YAG laser, a third harmonic of an Nd: YAG laser, an excimer laser, an ultraviolet laser, or the like can be used. By using these light sources, the second unevenness 5 having an unevenness period of several tens to several hundreds of nanometers can be formed.

図2は、パルスレーザ光照射を用いて凹凸を形成する方法を説明する図であり、第1の凹凸4が形成された透明電極膜3の表面に対するパルスレーザ光6の照射の開始状態を模式的に示す断面図である。図2に示す第1の凹凸4において、突起(凸部)頭頂部の角度は〜45°である。パルスレーザ光6は、図2に示すように第1の凹凸4の表面に、透光性絶縁基板2の基板面に対して垂直に照射される。   FIG. 2 is a diagram for explaining a method of forming irregularities using pulsed laser beam irradiation, and schematically shows a start state of irradiation with pulsed laser light 6 on the surface of the transparent electrode film 3 on which the first irregularities 4 are formed. FIG. In the 1st unevenness | corrugation 4 shown in FIG. 2, the angle | corner of protrusion (convex part) head top part is -45 degrees. As shown in FIG. 2, the pulse laser beam 6 is irradiated on the surface of the first unevenness 4 perpendicularly to the substrate surface of the translucent insulating substrate 2.

図3は、パルスレーザ光照射を用いて凹凸を形成する方法を説明する図であり、第1の凹凸4が形成された透明電極膜3の表面に対してパルスレーザ光6をスキャン照射する状態を模式的に示す断面図である。パルスレーザ光6は、図3に示すように第1の凹凸4の表面に、透光性絶縁基板2の基板面に対して垂直にスキャン照射される。   FIG. 3 is a diagram for explaining a method of forming irregularities using pulsed laser beam irradiation, in which the surface of the transparent electrode film 3 on which the first irregularities 4 are formed is scanned with pulsed laser light 6. It is sectional drawing which shows this typically. As shown in FIG. 3, the pulsed laser beam 6 is scanned and irradiated on the surface of the first unevenness 4 perpendicular to the substrate surface of the translucent insulating substrate 2.

図中の曲線群は、パルスレーザ光6のビーム強度分布を表すビーム強度分布曲線を、矢印Aはパルスレーザ光6のビームのスキャン方向を示している。矢印Aの方向は、透明電極膜3の面方向である。また、図中のビーム強度分布曲線上にパルスレーザ光6の照射回数を表した。パルスレーザ光6のビーム照射領域の重畳数は5回とした。N回目のパルスレーザ光6のビーム照射に続く(N+1)回目のパルスレーザ光6のビーム照射では、ビーム幅の20%照射領域をずらすので、照射領域の80%が重畳されている。同様の割合で照射位置をずらしながらパルスレーザ光6を透明電極膜3の表面に照射し続けると、(N+5)回目の照射ではN回目の照射との照射領域の重畳が無くなる。   The curve group in the figure indicates a beam intensity distribution curve representing the beam intensity distribution of the pulsed laser light 6, and the arrow A indicates the scanning direction of the beam of the pulsed laser light 6. The direction of arrow A is the surface direction of the transparent electrode film 3. In addition, the number of irradiation times of the pulse laser beam 6 is shown on the beam intensity distribution curve in the figure. The number of overlaps of the beam irradiation region of the pulse laser beam 6 was five. In the (N + 1) th pulse laser beam 6 beam irradiation following the Nth pulse laser beam 6 beam irradiation, the irradiation region is shifted by 20%, so that 80% of the irradiation region is superimposed. If the surface of the transparent electrode film 3 is continuously irradiated with the pulsed laser beam 6 while shifting the irradiation position at the same rate, the irradiation area overlaps with the Nth irradiation in the (N + 5) th irradiation.

このようにしてパルスレーザ光6を透明電極膜3の表面にスキャン照射すると、図1に示したように第1の凹凸4の斜面に、パルスレーザ光6のレーザ波長と同等またはそれ以下の凹凸周期を持つ第2の凹凸5が形成される。例えばパルスレーザ光6の光源に波長300nm程度の紫外線レーザを用いた場合は、以下で述べるが透明電極膜3の屈折率は〜2であるので第2の凹凸5の凹凸周期は〜150nm程度となり、第1の凹凸4の凹凸周期に比べて短くなる。したがって、第1の凹凸4を1μm〜2μm程度の長い凹凸周期で形成することにより、凹凸周期の長い第1の凹凸4と凹凸周期の短い第2の凹凸5とにより構成されたダブルテクスチャ構造を透明電極膜3の表面に形成できる。   When the surface of the transparent electrode film 3 is scanned and irradiated with the pulse laser beam 6 in this manner, the unevenness equal to or less than the laser wavelength of the pulsed laser light 6 is formed on the slope of the first unevenness 4 as shown in FIG. Second irregularities 5 having a period are formed. For example, when an ultraviolet laser having a wavelength of about 300 nm is used as the light source of the pulse laser beam 6, the refractive index of the transparent electrode film 3 is ˜2, as will be described below, so that the concavo-convex period of the second concavo-convex 5 is about 150 nm. This is shorter than the uneven period of the first unevenness 4. Therefore, by forming the first unevenness 4 with a long unevenness period of about 1 μm to 2 μm, a double texture structure composed of the first unevenness 4 with a long unevenness period and the second unevenness 5 with a short unevenness period is formed. It can be formed on the surface of the transparent electrode film 3.

また、パルスレーザ光6の光源に波長300nm程度のエキシマレーザを用いた場合は、透明電極膜3の屈折率は〜2であるので第2の凹凸5の凹凸周期は数十nm程度となり、第1の凹凸4の凹凸周期に比べて短くなる。したがって、第1の凹凸4を1μm〜2μm程度の長い凹凸周期で形成することにより、凹凸周期の長い第1の凹凸4と凹凸周期の短い第2の凹凸5とにより構成されたダブルテクスチャ構造を透明電極膜3の表面に形成できる。   When an excimer laser having a wavelength of about 300 nm is used as the light source of the pulse laser beam 6, the refractive index of the transparent electrode film 3 is ˜2, so that the concave / convex period of the second concave / convex 5 is about several tens of nm. It becomes shorter than the concave / convex period of one concave / convex 4. Therefore, by forming the first unevenness 4 with a long unevenness period of about 1 μm to 2 μm, a double texture structure composed of the first unevenness 4 with a long unevenness period and the second unevenness 5 with a short unevenness period is formed. It can be formed on the surface of the transparent electrode film 3.

次に、上記において説明したパルスレーザ照射による凹凸の形成方法を用いた薄膜光電変換装置用基板1の製造方法について説明する。図4は、本発明の実施の形態1にかかる薄膜光電変換装置用基板1の製造方法の手順を説明する断面図である。まず、図4(a)に示すように透光性絶縁基板2の上に透明電極膜3を形成する。スーパーストレート型の薄膜光電変換装置に用いる薄膜光電変換装置用基板では、基板として透光性絶縁基板が使用され、第1電極として透明電極膜が使用される。   Next, the manufacturing method of the board | substrate 1 for thin film photoelectric conversion apparatuses using the formation method of the unevenness | corrugation by pulse laser irradiation demonstrated above is demonstrated. FIG. 4: is sectional drawing explaining the procedure of the manufacturing method of the board | substrate 1 for thin film photoelectric conversion devices concerning Embodiment 1 of this invention. First, as shown in FIG. 4A, the transparent electrode film 3 is formed on the translucent insulating substrate 2. In a substrate for a thin film photoelectric conversion device used for a super straight type thin film photoelectric conversion device, a light-transmitting insulating substrate is used as a substrate, and a transparent electrode film is used as a first electrode.

透光性絶縁基板2には、透光性および絶縁性を有する基板として、例えば透明なガラスや樹脂、またこれらの材料の上に不純物の阻止層として、スパッタリング法などで酸化珪素などのアンダーコート層を設けたものが使用できる。   The light-transmitting insulating substrate 2 is made of, for example, transparent glass or resin as a substrate having light-transmitting and insulating properties, and as an impurity blocking layer on these materials, an undercoat such as silicon oxide by sputtering or the like. What provided the layer can be used.

透明電極膜3には、透光性を有する導電膜として、高い光透過率を有する酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム錫(ITO:Indium Tin Oxide)、酸化スズ(SnO)などの透明導電膜や、これらにアルミニウム(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)、マンガン(Mn)からなる群より選択した少なくとも1種類以上の元素を添加した透明導電膜を使用することができる。透明電極膜3の製膜には、例えばスパッタリング法や熱CVD法を用いることができる。透明電極膜3の膜厚は、導電性を維持するため、0.5μm〜1μm程度が好ましい。 For the transparent electrode film 3, a transparent conductive film such as zinc oxide (ZnO), indium tin oxide (ITO), tin oxide (SnO 2 ), etc. having high light transmittance is used as the transparent conductive film. And aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), boron (B), yttrium (Y), silicon (Si), zirconium (Zr), titanium (Ti), and manganese (Mn). A transparent conductive film to which at least one element selected from the group is added can be used. For forming the transparent electrode film 3, for example, a sputtering method or a thermal CVD method can be used. The film thickness of the transparent electrode film 3 is preferably about 0.5 μm to 1 μm in order to maintain conductivity.

次いで、図4(b)に示すように透明電極膜3の表面に、凹凸周期の長い第1の凹凸4を形成する。透明電極膜3がZnOやITOなど、スパッタリング法で形成された膜である場合は、その表面は平坦になる。そして、透明電極膜3の形成後、希塩酸などの酸性溶液で透明電極膜3の表面を化学エッチングすることにより、透明電極膜3の表面に第1の凹凸4を形成する。希塩酸の濃度は、0.1%またはそれ以下が好ましい。このとき、ZnO、ITOなどの透明電極膜3の形成条件、希塩酸によるエッチング条件を適切に選ぶことにより、第1の凹凸4の主な領域の凹凸周期を数μmにすることができる。   Next, as shown in FIG. 4B, first irregularities 4 having a long irregularity period are formed on the surface of the transparent electrode film 3. When the transparent electrode film 3 is a film formed by sputtering, such as ZnO or ITO, the surface becomes flat. Then, after the formation of the transparent electrode film 3, the first unevenness 4 is formed on the surface of the transparent electrode film 3 by chemically etching the surface of the transparent electrode film 3 with an acidic solution such as dilute hydrochloric acid. The concentration of dilute hydrochloric acid is preferably 0.1% or less. At this time, by appropriately selecting the formation conditions of the transparent electrode film 3 such as ZnO or ITO and the etching conditions with dilute hydrochloric acid, the uneven period of the main region of the first unevenness 4 can be set to several μm.

また、透明電極膜3がSnOなど、熱CVD法で形成された膜である場合は、その表面には形成時に凹凸が発生する。このため、透明電極膜3がZnOやITOからなる場合のような、膜形成後の希塩酸などによる表面の化学エッチングは不要である。 In addition, when the transparent electrode film 3 is a film formed by a thermal CVD method such as SnO 2 , irregularities are generated on the surface when formed. Therefore, chemical etching of the surface with diluted hydrochloric acid or the like after the film formation is unnecessary as in the case where the transparent electrode film 3 is made of ZnO or ITO.

第1の凹凸4を形成した後、図4(c)に示すように第1の凹凸4の斜面上に、パルスレーザ光6を矢印Bの方向にスキャン照射する。矢印Bの方向は、透明電極膜3の面方向である。たとえば、第1の凹凸4が形成された透明電極膜3の表面に、波長532nmのNd:YAGレーザの2次高調波を光源としたパルスレーザ光6を上述のように透光性絶縁基板2の基板面に対して垂直にスキャン照射する。パルスレーザ光6の照射の重畳回数は生産性の低下を抑えるため、10回程度が好ましい。   After forming the first unevenness 4, the pulse laser beam 6 is scanned and irradiated in the direction of arrow B on the slope of the first unevenness 4 as shown in FIG. The direction of arrow B is the surface direction of the transparent electrode film 3. For example, on the surface of the transparent electrode film 3 on which the first unevenness 4 is formed, the pulsed laser beam 6 using the second harmonic of an Nd: YAG laser having a wavelength of 532 nm as a light source is used as described above. Scan irradiation is performed perpendicularly to the substrate surface. The number of times of irradiation with the pulsed laser light 6 is preferably about 10 in order to suppress a decrease in productivity.

上述のように第1の凹凸4の斜面上にパルスレーザ光6をスキャン照射すると、図4(d)に示すように第1の凹凸4の斜面に、凹凸周期の短い第2の凹凸5が形成される。また、透明電極膜3に用いるZnO、ITO、SnOの屈折率は約2であり、第1の凹凸4の突起(凸部)部頭頂角は30°程度であることから、パルスレーザ光6の照射によって形成される第2の凹凸5の凹凸周期は数式(1)から約160nm(≒532nm/3.4)となり、第1の凹凸4の凹凸周期(〜1μm)に比べて小さい値となる。したがって、凹凸周期の長い第1の凹凸4と凹凸周期の短い第2の凹凸5とにより構成されたダブルテクスチャ構造が実現される。 When the pulse laser beam 6 is scanned and irradiated on the slope of the first unevenness 4 as described above, the second unevenness 5 having a short unevenness period is formed on the slope of the first unevenness 4 as shown in FIG. It is formed. Further, the refractive index of ZnO, ITO, SnO 2 used for the transparent electrode film 3 is about 2, and the projection (convex portion) top angle of the first unevenness 4 is about 30 °, so that the pulse laser beam 6 The unevenness period of the second unevenness 5 formed by the irradiation is about 160 nm (≈532 nm / 3.4) from Equation (1), which is smaller than the unevenness period (˜1 μm) of the first unevenness 4. Become. Therefore, a double texture structure constituted by the first unevenness 4 having a long unevenness period and the second unevenness 5 having a short unevenness period is realized.

このようにして形成されたダブルテクスチャ構造を有する透明電極膜3は、凹凸周期の長い第1の凹凸4により長波長領域の光を散乱させ、凹凸周期の短い第2の凹凸5により短波長領域の光を散乱させることが可能となる。   The transparent electrode film 3 having a double texture structure formed in this manner scatters light in the long wavelength region by the first unevenness 4 having a long uneven period, and short wavelength region by the second unevenness 5 having a short uneven period. It becomes possible to scatter light.

上述した実施の形態1にかかる薄膜光電変換装置用基板の製造方法においては、凹凸周期の長い第1の凹凸4の表面にパルスレーザ光6をスキャン照射することにより第1の凹凸4の斜面上に凹凸周期の短い第2の凹凸5が選択的に形成される。そして、第2の凹凸5は主に第1の凹凸4の斜面上に形成されるため、第2の凹凸5の形成時に凹凸周期の長い第1の凹凸4が消失することが無く、また、所望の凹凸周期で第2の凹凸5を形成することができる。これにより、光散乱特性の良好なダブルテクスチャ構造を透明電極膜3の表面に確実に形成することができる。   In the manufacturing method of the substrate for a thin film photoelectric conversion device according to the first embodiment described above, the surface of the first unevenness 4 having a long unevenness period is scanned and irradiated with the pulsed laser beam 6 on the slope of the first unevenness 4. The second unevenness 5 having a short unevenness period is selectively formed. And since the 2nd unevenness | corrugation 5 is mainly formed on the slope of the 1st unevenness | corrugation 4, the 1st unevenness | corrugation 4 with a long unevenness | corrugation period does not lose | disappear at the time of formation of the 2nd unevenness | corrugation 5, The 2nd unevenness | corrugation 5 can be formed with a desired uneven | corrugated period. Thereby, a double texture structure with good light scattering characteristics can be reliably formed on the surface of the transparent electrode film 3.

また、実施の形態1にかかる薄膜光電変換装置用基板の製造方法においては、第1の凹凸4を化学エッチング法で形成するため、第1の凹凸4の凹部の傾斜が緩やかになり、第1の凹凸4の表面における急峻な谷の発生が抑制される。このため、本実施の形態の製造方法で作製した薄膜光電変換装置用基板1上に微結晶シリコン膜などの光電変換層を形成して光電変換装置を構成した場合、第1の凹凸4の谷上に欠陥が発生せず、発電効率の高い光電変換装置が得られる。   Moreover, in the manufacturing method of the substrate for a thin film photoelectric conversion device according to the first embodiment, since the first unevenness 4 is formed by the chemical etching method, the inclination of the recess of the first unevenness 4 becomes gradual, and the first The generation of steep valleys on the surface of the unevenness 4 is suppressed. For this reason, when a photoelectric conversion layer such as a microcrystalline silicon film is formed on the thin film photoelectric conversion device substrate 1 manufactured by the manufacturing method of the present embodiment to form the photoelectric conversion device, the valleys of the first unevenness 4 There is no defect on the top, and a photoelectric conversion device with high power generation efficiency can be obtained.

また、実施の形態1にかかる薄膜光電変換装置用基板の製造方法においては、透明電極膜3の形成時における製膜工程が1回であるため、製造方法が簡便である。   Moreover, in the manufacturing method of the board | substrate for thin film photoelectric conversion apparatuses concerning Embodiment 1, since the film forming process at the time of formation of the transparent electrode film 3 is 1 time, a manufacturing method is simple.

したがって、実施の形態1にかかる薄膜光電変換装置用基板の製造方法によれば、上層に形成される光電変換層の欠陥発生を抑制するとともに薄膜光電変換装置の光電変換効率を向上可能な薄膜光電変換装置用基板が得られる、という効果を奏する。   Therefore, according to the manufacturing method of the substrate for a thin film photoelectric conversion device according to the first embodiment, the thin film photoelectric conversion device capable of suppressing the generation of defects in the photoelectric conversion layer formed in the upper layer and improving the photoelectric conversion efficiency of the thin film photoelectric conversion device. There exists an effect that the board | substrate for converters is obtained.

実施の形態2.
図5は、本発明の実施の形態2にかかる薄膜光電変換装置用基板の製造方法により製造される薄膜光電変換装置用基板101の概略構成を模式的に示す断面図である。この薄膜光電変換装置用基板101は、透光性絶縁基板102と透明電極膜103とを備える基板である。透明電極膜103は、その表面に、凹凸周期が長い第1の凹凸104と凹凸周期が短い第2の凹凸105を有している。例えば第1の凹凸104の凹凸周期を第1周期、第2の凹凸105の凹凸周期を第2周期とすると、第1周期は第2周期よりも長くなる。すなわち、透明電極膜103は、その表面に凹凸周期が異なるダブルテクスチャ構造を有する。このようなダブルテクスチャ構造を有する透明電極膜103は、凹凸周期の長い第1の凹凸104により長波長領域の光を散乱させ、凹凸周期の短い第2の凹凸105により短波長領域の光を散乱させることが可能である。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 5: is sectional drawing which shows typically schematic structure of the board | substrate 101 for thin film photoelectric conversion apparatuses manufactured by the manufacturing method of the board | substrate for thin film photoelectric conversion apparatuses concerning Embodiment 2 of this invention. The thin film photoelectric conversion device substrate 101 is a substrate including a translucent insulating substrate 102 and a transparent electrode film 103. The transparent electrode film 103 has, on its surface, a first unevenness 104 with a long unevenness period and a second unevenness 105 with a short unevenness period. For example, when the uneven period of the first unevenness 104 is the first period and the uneven period of the second unevenness 105 is the second period, the first period is longer than the second period. That is, the transparent electrode film 103 has a double texture structure with different irregularities on its surface. The transparent electrode film 103 having such a double texture structure scatters light in the long wavelength region by the first unevenness 104 having a long unevenness period, and scatters light in the short wavelength region by the second unevenness 105 having a short unevenness period. It is possible to make it.

透明電極膜103の表面に形成された第1の凹凸104は、凹凸周期が1μm〜2μm程度の凹凸を主として構成されている。第1の凹凸104の傾斜面に形成された第2の凹凸105は、凹凸周期が100nm〜200nm程度の凹凸を主として構成されている。   The first unevenness 104 formed on the surface of the transparent electrode film 103 is mainly composed of unevenness having an unevenness period of about 1 μm to 2 μm. The 2nd unevenness | corrugation 105 formed in the inclined surface of the 1st unevenness | corrugation 104 is mainly comprised by the unevenness | corrugation whose uneven | corrugated period is about 100 nm-about 200 nm.

この薄膜光電変換装置用基板101では、第2の凹凸105は第1の凹凸104の膜表面にイオンビーム照射を用いて形成されている。エネルギービームであるイオンビームを膜表面にスキャン照射すると、膜の最表面のスパッタリングと表面拡散の競合過程が発生して凹凸周期が一定の凹凸が形成される。この現象をRipple Pattern Formationと呼ぶ。Ripple Pattern Formationの発生メカニズムは完全には解明されていないが、一般に同現象で形成される凹凸周期は数百nm程度である。凹凸周期は、イオンビームのエネルギー、フラックス(単位面積・単位時間あたりに入るイオンの量)、照射角度に依存する。イオンビームのエネルギーとフラックスは高いほど、照射角度は膜面に対して小さいほど、凹凸周期の短い凹凸が形成される。また、イオンビームを膜面に対して垂直に照射した場合は、凹凸は殆ど形成されない。   In the thin film photoelectric conversion device substrate 101, the second unevenness 105 is formed on the film surface of the first unevenness 104 using ion beam irradiation. When an ion beam, which is an energy beam, is scanned and irradiated on the film surface, a competing process of sputtering and surface diffusion on the outermost surface of the film occurs, and irregularities with a constant irregularity period are formed. This phenomenon is called Ripple Pattern Formation. The generation mechanism of Ripple Pattern Formation has not been completely elucidated, but generally the uneven period formed by this phenomenon is about several hundred nm. The uneven period depends on the ion beam energy, flux (amount of ions entering per unit area / unit time), and irradiation angle. As the energy and flux of the ion beam are higher and the irradiation angle is smaller with respect to the film surface, irregularities with shorter irregularities are formed. In addition, when the ion beam is irradiated perpendicularly to the film surface, unevenness is hardly formed.

つぎに、上述したようなイオンビーム照射による凹凸の形成方法を第1の凹凸104の膜表面に適用した場合について説明する。イオンビームは、例えばイオンにアルゴン(Ar)イオンを用いたアルゴンイオンビーム、イオンにヘリウム(He)を用いたヘリウムイオンビーム、イオンに窒素分子(N)を用いた窒素分子イオンビームなどの希ガスイオンビームを用いることができる。希ガスイオンビームを用いることにより、イオンビームの形成が容易となり、また透明電極膜103への不純物の混入を抑制できる。イオンビームの照射には、汎用のイオン注入装置などを用いる。 Next, a description will be given of a case where the unevenness forming method by ion beam irradiation as described above is applied to the film surface of the first unevenness 104. The ion beam may be a rare ion beam such as an argon ion beam using argon (Ar) ions as ions, a helium ion beam using helium (He) as ions, or a nitrogen molecular ion beam using nitrogen molecules (N 2 ) as ions. A gas ion beam can be used. By using a rare gas ion beam, the ion beam can be easily formed and impurities can be prevented from being mixed into the transparent electrode film 103. A general-purpose ion implantation apparatus or the like is used for ion beam irradiation.

図6は、イオンビーム照射を用いて凹凸を形成する方法を説明する図であり、第1の凹凸104が形成された透明電極膜103の表面に対してイオンビーム106をスキャン照射する状態を模式的に示す断面図である。図6に示す第1の凹凸104において、突起(凸部)頭頂部の角度は〜45°である。実施の形態1におけるパルスレーザ光6のスキャン照射と同様な方法で、イオンビーム106を第1の凹凸104の表面に透光性絶縁基板102の基板面に対して垂直にスキャン照射すると上述の照射角度が45°となる。   FIG. 6 is a diagram for explaining a method of forming irregularities using ion beam irradiation, and schematically illustrates a state in which the surface of the transparent electrode film 103 on which the first irregularities 104 are formed is scanned with the ion beam 106. FIG. In the first unevenness 104 shown in FIG. 6, the angle of the protrusion (convex portion) head portion is ˜45 °. When the ion beam 106 is scan-irradiated perpendicularly to the substrate surface of the light-transmitting insulating substrate 102 by the same method as the scan irradiation of the pulsed laser light 6 in Embodiment 1, the above-described irradiation is performed. The angle is 45 °.

このようにしてイオンビーム106を透明電極膜103の表面にスキャン照射すると、図5に示したように第1の凹凸104の斜面に、数百nm程度の凹凸周期を持つ第2の凹凸105が形成される。また、第1の凹凸104の頭頂部と谷部とではイオンビーム106は膜面に対して垂直に照射されることになり、第2の凹凸105は殆ど形成されない。したがって、第1の凹凸104を1μm〜2μm程度の長い凹凸周期で形成することにより、凹凸周期の長い第1の凹凸104と凹凸周期の短い第2の凹凸105とにより構成されたダブルテクスチャ構造を透明電極膜103の表面に形成できる。   When the ion beam 106 is scanned and irradiated on the surface of the transparent electrode film 103 in this way, the second unevenness 105 having an unevenness period of about several hundred nm is formed on the slope of the first unevenness 104 as shown in FIG. It is formed. In addition, the ion beam 106 is irradiated perpendicularly to the film surface at the top and valley of the first unevenness 104, and the second unevenness 105 is hardly formed. Therefore, by forming the first unevenness 104 with a long unevenness period of about 1 μm to 2 μm, a double texture structure composed of the first unevenness 104 with a long unevenness period and the second unevenness 105 with a short unevenness period is formed. It can be formed on the surface of the transparent electrode film 103.

次に、上記において説明したイオンビーム照射による凹凸の形成方法を用いた薄膜光電変換装置用基板101の製造方法について説明する。図7は、本発明の実施の形態2にかかる薄膜光電変換装置用基板101の製造方法の手順を説明する断面図である。まず、図7(a)に示すように透光性絶縁基板102の上に透明電極膜103を形成する。スーパーストレート型の薄膜光電変換装置に用いる薄膜光電変換装置用基板では、基板として透光性絶縁基板が使用され、第1電極として透明電極膜が使用される。   Next, a method for manufacturing the substrate 101 for a thin film photoelectric conversion device using the method for forming irregularities by ion beam irradiation described above will be described. FIG. 7: is sectional drawing explaining the procedure of the manufacturing method of the board | substrate 101 for thin film photoelectric conversion apparatuses concerning Embodiment 2 of this invention. First, as shown in FIG. 7A, a transparent electrode film 103 is formed on a translucent insulating substrate 102. In a substrate for a thin film photoelectric conversion device used for a super straight type thin film photoelectric conversion device, a light-transmitting insulating substrate is used as a substrate, and a transparent electrode film is used as a first electrode.

透光性絶縁基板102には、透光性および絶縁性を有する基板として、例えば透明なガラスや樹脂、またこれらの材料の上に不純物の阻止層として、スパッタリング法などで酸化珪素などのアンダーコート層を設けたものが使用できる。   The light-transmitting insulating substrate 102 is a transparent and insulating substrate, for example, transparent glass or resin, and as an impurity blocking layer on these materials, an undercoat such as silicon oxide by sputtering or the like. What provided the layer can be used.

透明電極膜103には、透光性を有する導電膜として、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム錫(ITO:Indium Tin Oxide)、酸化スズ(SnO)などの透明導電膜や、これらにアルミニウム(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)、マンガン(Mn)からなる群より選択した少なくとも1種類以上の元素を添加した透明導電膜を使用することができる。透明電極膜103の製膜には、例えばスパッタリング法や熱CVD法を用いることができる。透明電極膜103の膜厚は、導電性を維持するため、0.5μm〜1μm程度が好ましい。 The transparent electrode film 103 includes a transparent conductive film such as zinc oxide (ZnO), indium tin oxide (ITO), and tin oxide (SnO 2 ) as a light-transmitting conductive film, and aluminum ( At least one selected from the group consisting of Al), gallium (Ga), indium (In), boron (B), yttrium (Y), silicon (Si), zirconium (Zr), titanium (Ti), manganese (Mn) A transparent conductive film to which more than one kind of element is added can be used. For forming the transparent electrode film 103, for example, a sputtering method or a thermal CVD method can be used. The film thickness of the transparent electrode film 103 is preferably about 0.5 μm to 1 μm in order to maintain conductivity.

次いで、図7(b)に示すように透明電極膜103の表面に、凹凸周期の長い第1の凹凸104を形成する。透明電極膜103がZnOやITOなど、スパッタリング法で形成された膜である場合は、その表面は平坦になる。そして、透明電極膜103の形成後、希塩酸などの酸性溶液で透明電極膜103の表面を化学エッチングすることにより、透明電極膜103の表面に第1の凹凸104を形成する。希塩酸の濃度は、0.1%またはそれ以下が好ましい。このとき、ZnO、ITOなどの透明電極膜103の形成条件、希塩酸によるエッチング条件を適切に選ぶことにより、第1の凹凸104の主な領域の凹凸周期を数μmにすることができる。   Next, as shown in FIG. 7B, a first unevenness 104 having a long unevenness period is formed on the surface of the transparent electrode film 103. When the transparent electrode film 103 is a film formed by sputtering, such as ZnO or ITO, the surface becomes flat. Then, after the formation of the transparent electrode film 103, the first unevenness 104 is formed on the surface of the transparent electrode film 103 by chemically etching the surface of the transparent electrode film 103 with an acidic solution such as dilute hydrochloric acid. The concentration of dilute hydrochloric acid is preferably 0.1% or less. At this time, by appropriately selecting the formation conditions of the transparent electrode film 103 such as ZnO or ITO and the etching conditions with dilute hydrochloric acid, the uneven period of the main region of the first unevenness 104 can be set to several μm.

また、透明電極膜103がSnOなど、熱CVD法で形成された膜である場合は、その表面には形成時に凹凸が発生する。このため、透明電極膜103がZnOやITOからなる場合のような、膜形成後の希塩酸などによる表面の化学エッチングは不要である。 In addition, when the transparent electrode film 103 is a film formed by a thermal CVD method such as SnO 2 , irregularities are generated on the surface when formed. Therefore, chemical etching of the surface with dilute hydrochloric acid or the like after the film formation is unnecessary as in the case where the transparent electrode film 103 is made of ZnO or ITO.

第1の凹凸104を形成した後、図7(c)に示すように第1の凹凸104の斜面上に、イオンビーム106を矢印Cの方向にスキャン照射する。矢印Cの方向は、透明電極膜103の面方向である。たとえば、第1の凹凸104が形成された透明電極膜103の表面に、加速電圧50keV以下のアルゴン(Ar)イオンビームを上述のように透光性絶縁基板102の基板面に対して垂直にスキャン照射する。イオンビーム106の照射の重畳回数は生産性の低下を抑えるため、10回程度が好ましい。   After the first unevenness 104 is formed, the ion beam 106 is scanned and irradiated in the direction of arrow C on the slope of the first unevenness 104 as shown in FIG. The direction of arrow C is the surface direction of the transparent electrode film 103. For example, an argon (Ar) ion beam having an acceleration voltage of 50 keV or less is scanned on the surface of the transparent electrode film 103 on which the first unevenness 104 is formed perpendicularly to the substrate surface of the translucent insulating substrate 102 as described above. Irradiate. The number of times of irradiation of the ion beam 106 is preferably about 10 in order to suppress a decrease in productivity.

上述のように第1の凹凸104の斜面上にイオンビーム106をスキャン照射すると、図7(d)に示すように第1の凹凸104の斜面に、凹凸周期の短い第2の凹凸105が形成される。イオンビーム106の照射によって形成される第2の凹凸105の凹凸周期は数百nmとなり、第1の凹凸104の凹凸周期(〜1μm)に比べて小さい値となる。したがって、凹凸周期の長い第1の凹凸104と凹凸周期の短い第2の凹凸105とにより構成されたダブルテクスチャ構造が実現される。   When the ion beam 106 is scanned and irradiated on the slope of the first unevenness 104 as described above, the second unevenness 105 having a short unevenness cycle is formed on the slope of the first unevenness 104 as shown in FIG. Is done. The unevenness period of the second unevenness 105 formed by irradiation with the ion beam 106 is several hundred nm, which is a value smaller than the unevenness period (˜1 μm) of the first unevenness 104. Therefore, a double texture structure constituted by the first unevenness 104 having a long unevenness period and the second unevenness 105 having a short unevenness period is realized.

このようにして形成されたダブルテクスチャ構造を有する透明電極膜103は、凹凸周期の長い第1の凹凸104により長波長領域の光を散乱させ、凹凸周期の短い第2の凹凸105により短波長領域の光を散乱させることが可能となる。   The transparent electrode film 103 having a double texture structure formed in this way scatters light in the long wavelength region by the first unevenness 104 having a long unevenness period, and short wavelength region by the second unevenness 105 having a short unevenness period. It becomes possible to scatter light.

上述した実施の形態2にかかる薄膜光電変換装置用基板の製造方法においては、凹凸周期の長い第1の凹凸104の表面にイオンビーム106を透光性絶縁基板102の基板面に対して垂直にスキャン照射することにより第1の凹凸104の斜面上に凹凸周期の短い第2の凹凸105が選択的に形成される。そして、第1の凹凸104の頭頂部と谷部とでは第2の凹凸105は殆ど形成されないため、第2の凹凸105の形成時に凹凸周期の長い第1の凹凸104が消失することが無く、また、所望の凹凸周期で第2の凹凸105を形成することができる。これにより、光散乱特性の良好なダブルテクスチャ構造を透明電極膜103の表面に確実に形成することができる。   In the method for manufacturing the substrate for a thin film photoelectric conversion device according to the second embodiment described above, the ion beam 106 is made perpendicular to the substrate surface of the translucent insulating substrate 102 on the surface of the first unevenness 104 having a long unevenness period. By performing the scan irradiation, the second unevenness 105 having a short unevenness cycle is selectively formed on the slope of the first unevenness 104. And since the 2nd unevenness | corrugation 105 is hardly formed in the top part and trough part of the 1st unevenness | corrugation 104, the 1st unevenness | corrugation 104 with a long unevenness | corrugation period does not lose | disappear at the time of formation of the 2nd unevenness | corrugation 105, Moreover, the 2nd unevenness | corrugation 105 can be formed with a desired uneven | corrugated period. As a result, a double texture structure with good light scattering characteristics can be reliably formed on the surface of the transparent electrode film 103.

また、実施の形態2にかかる薄膜光電変換装置用基板の製造方法においては、第1の凹凸104を化学エッチング法で形成するため、第1の凹凸104の凹部の傾斜が緩やかになり、第1の凹凸104の表面における急峻な谷の発生が抑制される。このため、本実施の形態の製造方法で作製した薄膜光電変換装置用基板101上に微結晶シリコン膜などの光電変換層を形成して光電変換装置を構成した場合、第1の凹凸104の谷上に欠陥が発生せず、発電効率の高い光電変換装置が得られる。   Moreover, in the manufacturing method of the substrate for a thin film photoelectric conversion device according to the second embodiment, since the first unevenness 104 is formed by the chemical etching method, the inclination of the recessed portion of the first unevenness 104 becomes gentle, and the first The generation of steep valleys on the surface of the unevenness 104 is suppressed. Therefore, when the photoelectric conversion device is formed by forming a photoelectric conversion layer such as a microcrystalline silicon film over the thin film photoelectric conversion device substrate 101 manufactured by the manufacturing method of this embodiment, the valleys of the first unevenness 104 There is no defect on the top, and a photoelectric conversion device with high power generation efficiency can be obtained.

また、実施の形態2にかかる薄膜光電変換装置用基板の製造方法においては、透明電極膜3の形成時における製膜工程が1回であるため、製造方法が簡便である。   Moreover, in the manufacturing method of the board | substrate for thin film photoelectric conversion apparatuses concerning Embodiment 2, since the film forming process at the time of formation of the transparent electrode film 3 is 1 time, a manufacturing method is simple.

したがって、実施の形態2にかかる薄膜光電変換装置用基板の製造方法によれば、上層に形成される光電変換層の欠陥発生を抑制するとともに薄膜光電変換装置の光電変換効率を向上可能な薄膜光電変換装置用基板が得られる、という効果を奏する。   Therefore, according to the manufacturing method of the substrate for a thin film photoelectric conversion device according to the second embodiment, the thin film photoelectric conversion device capable of suppressing the generation of defects in the photoelectric conversion layer formed in the upper layer and improving the photoelectric conversion efficiency of the thin film photoelectric conversion device. There exists an effect that the board | substrate for converters is obtained.

実施の形態3.
図8は、実施の形態1にかかる薄膜光電変換装置用基板の製造方法により製造された薄膜光電変換装置用基板1を用いて作製された光電変換装置201の概略構成を模式的に示す要部断面図である。この光電変換装置201は、透光性絶縁基板2と透明電極膜3とを備える薄膜光電変換装置用基板1上に、非晶質シリコン(Si)光電変換層14、中間層15、微結晶シリコン(Si)光電変換層16、裏面電極層17が順に積層された構成を有する。また、透光性絶縁基板2と透明電極膜3との間には、必要に応じて不純物の阻止層として酸化シリコンからなるアンダーコート層18を備えてもよい。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 8: is a principal part which shows typically schematic structure of the photoelectric conversion apparatus 201 produced using the board | substrate 1 for thin film photoelectric conversion apparatuses manufactured by the manufacturing method of the board | substrate for thin film photoelectric conversion apparatuses concerning Embodiment 1. FIG. It is sectional drawing. The photoelectric conversion device 201 includes an amorphous silicon (Si) photoelectric conversion layer 14, an intermediate layer 15, microcrystalline silicon on a thin film photoelectric conversion device substrate 1 including a translucent insulating substrate 2 and a transparent electrode film 3. (Si) It has the structure by which the photoelectric converting layer 16 and the back surface electrode layer 17 were laminated | stacked in order. In addition, an undercoat layer 18 made of silicon oxide may be provided between the translucent insulating substrate 2 and the transparent electrode film 3 as an impurity blocking layer as necessary.

非晶質シリコン(Si)光電変換層14は、透明電極膜3側からp型非晶質Si層141、i型非晶質Si層142、n型非晶質Si層143が積層され、p−i−n接合を有する。微結晶シリコン(Si)光電変換層16は、中間層15側からp型微結晶Si層161、i型微結晶Si層162、n型微結晶Si層163が積層され、p−i−n接合を有する。   The amorphous silicon (Si) photoelectric conversion layer 14 includes a p-type amorphous Si layer 141, an i-type amorphous Si layer 142, and an n-type amorphous Si layer 143 stacked from the transparent electrode film 3 side. -I-n junction. The microcrystalline silicon (Si) photoelectric conversion layer 16 includes a p-i-n junction in which a p-type microcrystalline Si layer 161, an i-type microcrystalline Si layer 162, and an n-type microcrystalline Si layer 163 are stacked from the intermediate layer 15 side. Have

なお、光電変換層として非晶質シリコン(Si)光電変換層14と微結晶シリコン(Si)光電変換層16とを積み重ねた構造としたが、いずれか1層のみでもよく、また、さらに別の層を積み重ねてもよい。また、光電変換層の材料としてSiのかわりにSiとゲルマニウム(Ge)、Siと炭素(C)などの混合材料などを用いてもよい。これらの光電変換層は、例えばシラン(SiH)などの半導体原料ガスを用いたCVD法などで形成することができる。 Note that although the amorphous silicon (Si) photoelectric conversion layer 14 and the microcrystalline silicon (Si) photoelectric conversion layer 16 are stacked as the photoelectric conversion layer, only one of these layers may be used. Layers may be stacked. Further, as a material for the photoelectric conversion layer, a mixed material of Si and germanium (Ge), Si and carbon (C), or the like may be used instead of Si. These photoelectric conversion layers can be formed by, for example, a CVD method using a semiconductor source gas such as silane (SiH 4 ).

中間層15は、非晶質シリコン(Si)光電変換層14と微結晶シリコン(Si)光電変換層16との間に設けられ、部分酸化したSi(SiOx)や透明導電材料などを使用することができる。裏面電極層17は第2電極であり、透明導電材料や銀(Ag)などの金属材料を使用することができ、CVD法やスパッタリング法などで形成することができる。   The intermediate layer 15 is provided between the amorphous silicon (Si) photoelectric conversion layer 14 and the microcrystalline silicon (Si) photoelectric conversion layer 16 and uses partially oxidized Si (SiOx), a transparent conductive material, or the like. Can do. The back electrode layer 17 is a second electrode, and a transparent conductive material or a metal material such as silver (Ag) can be used, and can be formed by a CVD method, a sputtering method, or the like.

以上のように構成された光電変換装置201の作製方法について説明する。まず、実施の形態1にかかる薄膜光電変換装置用基板の製造方法により薄膜光電変換装置用基板1を作製する。なお、必要に応じて透光性絶縁基板2と透明電極膜3との間にアンダーコート層18を設けてもよい。   A method for manufacturing the photoelectric conversion device 201 configured as described above will be described. First, the thin film photoelectric conversion device substrate 1 is manufactured by the method for manufacturing a thin film photoelectric conversion device substrate according to the first embodiment. Note that an undercoat layer 18 may be provided between the translucent insulating substrate 2 and the transparent electrode film 3 as necessary.

つぎに、透明電極膜3上に非晶質シリコン(Si)光電変換層14を公知の方法で形成する。例えば非晶質シリコン(Si)光電変換層14として、透明電極膜3側からp型非晶質Si層141、i型非晶質Si層142、n型非晶質Si層143をCVD法により順次形成する。   Next, an amorphous silicon (Si) photoelectric conversion layer 14 is formed on the transparent electrode film 3 by a known method. For example, as the amorphous silicon (Si) photoelectric conversion layer 14, a p-type amorphous Si layer 141, an i-type amorphous Si layer 142, and an n-type amorphous Si layer 143 are formed by CVD from the transparent electrode film 3 side. Sequentially formed.

つぎに、非晶質シリコン(Si)光電変換層14上に中間層15を公知の方法で形成する。たとえば部分酸化したSi(SiOx)をCVD法により形成する。   Next, the intermediate layer 15 is formed on the amorphous silicon (Si) photoelectric conversion layer 14 by a known method. For example, partially oxidized Si (SiOx) is formed by a CVD method.

つぎに、中間層15上に微結晶シリコン(Si)光電変換層16を公知の方法で形成する。例えば微結晶シリコン(Si)光電変換層16として、中間層15側からp型微結晶Si層161、i型微結晶Si層162、n型微結晶Si層163をCVD法により順次形成する。   Next, a microcrystalline silicon (Si) photoelectric conversion layer 16 is formed on the intermediate layer 15 by a known method. For example, as the microcrystalline silicon (Si) photoelectric conversion layer 16, a p-type microcrystalline Si layer 161, an i-type microcrystalline Si layer 162, and an n-type microcrystalline Si layer 163 are sequentially formed from the intermediate layer 15 side by a CVD method.

つぎに、微結晶シリコン(Si)光電変換層16上に裏面電極層17を公知の方法で形成する。たとえば裏面電極層17として、銀(Ag)膜をスパッタリング法で形成する。以上により、図8に示す実施の形態3にかかる光電変換装置201が製造される。   Next, the back electrode layer 17 is formed on the microcrystalline silicon (Si) photoelectric conversion layer 16 by a known method. For example, a silver (Ag) film is formed as the back electrode layer 17 by a sputtering method. Thus, the photoelectric conversion device 201 according to the third embodiment shown in FIG. 8 is manufactured.

上述した実施の形態3にかかる薄膜光電変換装置の製造方法においては、実施の形態1にかかる薄膜光電変換装置用基板の製造方法により製造された薄膜光電変換装置用基板1を用いるため、より広範な波長範囲の光の利用効率が高まって、光電変換効率の優れた薄膜光電変換装置が得られる。   In the thin film photoelectric conversion device manufacturing method according to the third embodiment described above, the thin film photoelectric conversion device substrate 1 manufactured by the thin film photoelectric conversion device substrate manufacturing method according to the first embodiment is used. The utilization efficiency of light in a wide wavelength range is increased, and a thin film photoelectric conversion device having excellent photoelectric conversion efficiency can be obtained.

また、本実施の形態の製造方法で作製した薄膜光電変換装置用基板1上に光電変換層16を形成して光電変換装置201を形成するため、透明電極膜3の表面に形成された凹凸周期が長い第1の凹凸4の谷上においても光電変換層16に欠陥が発生せず、光電変換効率の高い薄膜光電変換装置が得られる。   In addition, in order to form the photoelectric conversion device 201 by forming the photoelectric conversion layer 16 on the thin film photoelectric conversion device substrate 1 manufactured by the manufacturing method of the present embodiment, the concave-convex period formed on the surface of the transparent electrode film 3. Even in the valleys of the long first irregularities 4, no defects occur in the photoelectric conversion layer 16, and a thin film photoelectric conversion device with high photoelectric conversion efficiency is obtained.

また、上記の実施の形態で説明した構成を有する薄膜光電変換装置セルを透光性絶縁基板2上に複数形成し、隣接する薄膜光電変換装置セル同士を電気的に接続することにより、光電変換効率に優れた薄膜光電変換モジュールが実現できる。この場合は、隣接する薄膜光電変換セルの一方の透明電極膜3と他方の裏面電極層17とを電気的に接続すればよい。   In addition, a plurality of thin film photoelectric conversion device cells having the configuration described in the above embodiment are formed on the light-transmitting insulating substrate 2, and the adjacent thin film photoelectric conversion device cells are electrically connected to each other to thereby perform photoelectric conversion. An efficient thin film photoelectric conversion module can be realized. In this case, what is necessary is just to electrically connect one transparent electrode film 3 and the other back surface electrode layer 17 of an adjacent thin film photoelectric conversion cell.

以上のように、本発明にかかる薄膜光電変換装置用基板の製造方法は、高性能の薄膜光電変換装置用基板の製造に有用である。   As described above, the method for manufacturing a substrate for a thin film photoelectric conversion device according to the present invention is useful for manufacturing a substrate for a high performance thin film photoelectric conversion device.

1 薄膜光電変換装置用基板
2 透光性絶縁基板
3 透明電極膜
4 第1の凹凸
5 第2の凹凸
6 パルスレーザ光
14 光電変換層
15 中間層
16 光電変換層
17 裏面電極層
18 アンダーコート層
101 薄膜光電変換装置用基板
102 透光性絶縁基板
103 透明電極膜
104 第1の凹凸
105 第2の凹凸
106 イオンビーム
141 p型非晶質Si層
142 i型非晶質Si層
143 n型非晶質Si層
161 p型微結晶Si層
162 i型微結晶Si層
163 n型微結晶Si層
201 光電変換装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate for thin film photoelectric conversion devices 2 Translucent insulating substrate 3 Transparent electrode film 4 First unevenness 5 Second unevenness 6 Pulsed laser light 14 Photoelectric conversion layer 15 Intermediate layer 16 Photoelectric conversion layer 17 Back electrode layer 18 Undercoat layer DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Substrate for thin film photoelectric conversion device 102 Translucent insulating substrate 103 Transparent electrode film 104 First unevenness 105 Second unevenness 106 Ion beam 141 p-type amorphous Si layer 142 i-type amorphous Si layer 143 n-type non Crystalline Si layer 161 p-type microcrystalline Si layer 162 i-type microcrystalline Si layer 163 n-type microcrystalline Si layer 201 Photoelectric conversion device

Claims (11)

基板上に電極膜を形成する第1工程と、
前記電極膜の表面に第1の凹凸を形成する第2工程と、
前記第1の凹凸の表面にエネルギービームを照射することにより前記第1の凹凸の斜面に前記第1の凹凸よりも凹凸周期が短い第2の凹凸を形成する第3工程と、
を含むことを特徴とする薄膜光電変換装置用基板の製造方法。
A first step of forming an electrode film on the substrate;
A second step of forming first irregularities on the surface of the electrode film;
A third step of forming a second concavo-convex having a concavo-convex period shorter than the first concavo-convex on the slope of the first concavo-convex by irradiating the surface of the first concavo-convex with an energy beam;
The manufacturing method of the board | substrate for thin film photoelectric conversion apparatuses characterized by including.
前記エネルギービームがパルスレーザ光であること、
を特徴とする請求項1に記載の薄膜光電変換装置用基板の製造方法。
The energy beam is a pulsed laser beam;
The manufacturing method of the board | substrate for thin film photoelectric conversion apparatuses of Claim 1 characterized by these.
前記パルスレーザ光の波長が、200nm〜1000nmの範囲であること、
を特徴とする請求項2に記載の薄膜光電変換装置用基板の製造方法。
The wavelength of the pulse laser beam is in the range of 200 nm to 1000 nm;
The manufacturing method of the board | substrate for thin film photoelectric conversion apparatuses of Claim 2 characterized by these.
前記パルスレーザ光の光源が、Nd:YAGレーザの基本波、Nd:YAGレーザの高調波、エキシマレーザおよび紫外線レーザのうちから選択される少なくとも1種であること、
を特徴とする請求項2に記載の薄膜光電変換装置用基板の製造方法。
The light source of the pulse laser beam is at least one selected from a fundamental wave of an Nd: YAG laser, a harmonic wave of an Nd: YAG laser, an excimer laser, and an ultraviolet laser;
The manufacturing method of the board | substrate for thin film photoelectric conversion apparatuses of Claim 2 characterized by these.
前記パルスレーザ光の光源がエキシマレーザであること、
を特徴とする請求項4に記載の薄膜光電変換装置用基板の製造方法。
The light source of the pulse laser beam is an excimer laser;
The manufacturing method of the board | substrate for thin film photoelectric conversion apparatuses of Claim 4 characterized by these.
前記エネルギービームがイオンビームであること、
を特徴とする請求項1に記載の薄膜光電変換装置用基板の製造方法。
The energy beam is an ion beam;
The manufacturing method of the board | substrate for thin film photoelectric conversion apparatuses of Claim 1 characterized by these.
前記イオンビームが希ガスイオンビームであること、
を特徴とする請求項6に記載の薄膜光電変換装置用基板の製造方法。
The ion beam is a rare gas ion beam;
The manufacturing method of the board | substrate for thin film photoelectric conversion apparatuses of Claim 6 characterized by these.
前記第1工程では、前記電極膜としてスパッタリング法により酸化亜鉛膜または酸化インジウム錫膜を形成すること、
を特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載の薄膜光電変換装置用基板の製造方法。
In the first step, a zinc oxide film or an indium tin oxide film is formed as the electrode film by a sputtering method,
The manufacturing method of the board | substrate for thin film photoelectric conversion apparatuses as described in any one of Claims 1-7 characterized by these.
前記第2工程では、酸性溶液を用いた化学エッチングにより前記電極膜の表面に前記第1の凹凸を形成すること、
を特徴とする請求項1〜8のいずれか1つに記載の薄膜光電変換装置用基板の製造方法。
In the second step, the first irregularities are formed on the surface of the electrode film by chemical etching using an acidic solution.
The manufacturing method of the board | substrate for thin film photoelectric conversion apparatuses as described in any one of Claims 1-8 characterized by these.
前記第1工程では、前記電極膜として熱CVD法により酸化錫膜を形成し、
前記電極膜の形成時に前記第1の凹凸が形成されること、
を特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載の薄膜光電変換装置用基板の製造方法。
In the first step, a tin oxide film is formed as the electrode film by a thermal CVD method,
The first unevenness is formed when the electrode film is formed;
The manufacturing method of the board | substrate for thin film photoelectric conversion apparatuses as described in any one of Claims 1-7 characterized by these.
請求項1〜10のいずれか1つに記載の薄膜光電変換装置用基板の製造方法により透光性絶縁基板上に透光性を有する第1電極を形成する第1電極形成工程と、
前記第1電極上に光電変換を行う光電変換層を形成する光電変換層形成工程と、
前記光電変換層上に第2電極を形成する第2電極形成工程と、
を含むことを特徴とする薄膜光電変換装置の製造方法。
A first electrode forming step of forming a first electrode having translucency on a translucent insulating substrate by the method for manufacturing a substrate for a thin film photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 10,
A photoelectric conversion layer forming step of forming a photoelectric conversion layer for performing photoelectric conversion on the first electrode;
A second electrode forming step of forming a second electrode on the photoelectric conversion layer;
The manufacturing method of the thin film photoelectric conversion apparatus characterized by including.
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