JP2013058554A - Method for manufacturing stacked thin-film photoelectric conversion device - Google Patents

Method for manufacturing stacked thin-film photoelectric conversion device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a high-performance stacked thin-film photoelectric conversion device, capable of enhancing flexibility and improving production efficiency in manufacturing processes.SOLUTION: A method for manufacturing a stacked thin-film photoelectric conversion device at least including an amorphous photoelectric conversion unit, an n-type silicon composite layer and a crystalline photoelectric conversion unit in order from a light incident side, includes the steps of: forming the amorphous photoelectric conversion unit; forming the n-type silicon composite layer; exposing the formed n-type silicon composite layer in the atmosphere; subjecting the n-type silicon composite layer subjected to the atmosphere exposure to atmospheric pressure plasma treatment when a mixed gas of a dilution gas composed of nitrogen or a rare gas, and an oxygen-contained vapor is introduced; and then forming a p-type semiconductor layer of the crystalline photoelectric conversion unit in a decompressed state. The method may include no step of further forming the n-type silicon composite layer after the step of subjecting the n-type silicon composite layer to the atmospheric pressure plasma treatment.

Description

本発明は、積層型薄膜光電変換装置の製造方法に関し、高性能の光電変換装置を提供するのみならず、製造工程の融通性を高めかつ生産効率を改善し得る製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a stacked thin film photoelectric conversion device, and relates to a manufacturing method that not only provides a high-performance photoelectric conversion device but also increases the flexibility of the manufacturing process and improves the production efficiency.

なお、本願明細書における「結晶質」、「微結晶」との用語は、部分的に非晶質を含んでいるものも含んでいるものとする。   Note that the terms “crystalline” and “microcrystal” in the present specification include those that partially contain amorphous material.

近年、光電変換装置の低コスト化、高効率化を両立するために資源面での問題もほとんど無い薄膜光電変換装置が注目され、開発が精力的に行われている。薄膜光電変換装置は、太陽電池、光センサ、ディスプレイなど、さまざまな用途への応用が期待されている。薄膜光電変換装置の一つである非晶質シリコン光電変換装置は、低温で大面積のガラス基板やステンレス基板上に形成できることから、低コスト化が期待できる。   In recent years, in order to achieve both cost reduction and high efficiency of a photoelectric conversion device, a thin film photoelectric conversion device that has almost no problem in terms of resources has attracted attention and has been vigorously developed. Thin film photoelectric conversion devices are expected to be applied to various applications such as solar cells, optical sensors, and displays. An amorphous silicon photoelectric conversion device, which is one of thin film photoelectric conversion devices, can be formed on a large-area glass substrate or stainless steel substrate at a low temperature, so that cost reduction can be expected.

積層型薄膜光電変換装置は、一般に表面が絶縁性の基板上に順に積層された第一電極と、1以上の半導体薄膜光電変換ユニットと、及び第二電極とを含んでいる。そして1つの薄膜光電変換ユニットはp型層とn型層でサンドイッチされたi型層からなる。ここで、光電変換ユニットまたは薄膜太陽電池は、それに含まれるp型とn型の導電型層が非晶質か結晶質かにかかわらず、その主要部を占めるi型の光電変換層が非晶質のものは非晶質光電変換ユニットまたは非晶質薄膜太陽電池と称され、i型層が結晶質のものは結晶質光電変換ユニットまたは結晶質薄膜太陽電池と称される。   A multilayer thin film photoelectric conversion device generally includes a first electrode, a surface of which is sequentially laminated on an insulating substrate, one or more semiconductor thin film photoelectric conversion units, and a second electrode. One thin film photoelectric conversion unit includes an i-type layer sandwiched between a p-type layer and an n-type layer. Here, the photoelectric conversion unit or the thin-film solar cell has an amorphous i-type photoelectric conversion layer that occupies the main part regardless of whether the p-type and n-type conductivity type layers included therein are amorphous or crystalline. Those having a high quality are referred to as amorphous photoelectric conversion units or amorphous thin film solar cells, and those having a crystalline i-type layer are referred to as crystalline photoelectric conversion units or crystalline thin film solar cells.

また、積層型光電変換装置の変換効率を向上させる方法として、2つ以上の光電変換ユニットを積層した、通称タンデム型と呼ばれる構造を採用した光電変換装置が知られている。この方法においては、光電変換装置の光入射側に大きなバンドギャップを有する光電変換層を含む前方光電変換ユニットを配置し、その後ろに順に小さなバンドギャップを有する光電変換層を含む後方光電変換ユニットを配置することにより、入射光の広い波長範囲にわたって光電変換を可能にし、これによって装置全体としての変換効率の向上が図られている。(本願では、相対的に光入射側に配置された光電変換ユニットを前方光電変換ユニットと呼び、これよりも相対的に光入射側から遠い側に隣接して配置された光電変換ユニットを後方光電変換ユニットと呼ぶ。)
さらに、積層された複数の光電変換ユニットの間に光透過性及び光反射性の双方を有し且つ導電性の中間反射層を介在させる構造を有する積層型の光電変換装置が近年提案されている。この場合、中間反射層に到達した光の一部が反射し、中間反射層よりも光入射側に位置する前方光電変換ユニット内での光吸収量が増加し、その前方光電変換ユニットで発生する電流値を増大させることができる。例えば、非晶質シリコン光電変換ユニットと結晶質シリコン光電変換ユニットからなるハイブリッド型光電変換装置に中間反射層を挿入した場合、非晶質シリコン層の膜厚を増やすことなく非晶質シリコン光電変換ユニットによって発生する電流を増加させることができる。もしくは、同一の電流値を得るために必要な非晶質シリコン層の膜厚を薄くできることから、非晶質シリコン層の膜厚増加に応じて顕著となる光劣化による非晶質シリコン光電変換ユニットの特性低下を抑えることが可能となる。
As a method for improving the conversion efficiency of a stacked photoelectric conversion device, a photoelectric conversion device employing a so-called tandem structure in which two or more photoelectric conversion units are stacked is known. In this method, a front photoelectric conversion unit including a photoelectric conversion layer having a large band gap is disposed on the light incident side of the photoelectric conversion device, and a rear photoelectric conversion unit including a photoelectric conversion layer having a small band gap is sequentially arranged behind the photoelectric conversion layer. By arranging, photoelectric conversion can be performed over a wide wavelength range of incident light, thereby improving the conversion efficiency of the entire apparatus. (In the present application, a photoelectric conversion unit disposed relatively on the light incident side is referred to as a front photoelectric conversion unit, and a photoelectric conversion unit disposed adjacent to a side farther from the light incident side than this is referred to as a rear photoelectric conversion unit. Called a conversion unit.)
Furthermore, a stacked photoelectric conversion device having a structure in which both a light transmitting property and a light reflecting property are interposed between a plurality of stacked photoelectric conversion units and a conductive intermediate reflective layer is interposed has recently been proposed. . In this case, a part of the light reaching the intermediate reflection layer is reflected, and the amount of light absorption in the front photoelectric conversion unit located on the light incident side of the intermediate reflection layer is increased, and is generated in the front photoelectric conversion unit. The current value can be increased. For example, when an intermediate reflective layer is inserted into a hybrid photoelectric conversion device composed of an amorphous silicon photoelectric conversion unit and a crystalline silicon photoelectric conversion unit, the amorphous silicon photoelectric conversion is performed without increasing the film thickness of the amorphous silicon layer. The current generated by the unit can be increased. Alternatively, the amorphous silicon photoelectric conversion unit due to photodegradation that becomes conspicuous as the thickness of the amorphous silicon layer increases because the thickness of the amorphous silicon layer necessary to obtain the same current value can be reduced. It is possible to suppress the deterioration of characteristics.

ところで、積層型光電変換装置は半導体層の数および種類が多いため、複数ユニットを連続的に1つのプラズマCVD装置にて形成するためには、かなり大規模な設備が必要となり、コスト・設置場所、設備増設移設時などの様々な面で融通がきかなくなる。加えて、特にインライン方式のプラズマCVD装置の場合は、設備が大規模になるほど稼働率低下の恐れがある。また、例えば非晶質シリコン系ユニットに代表される前方光電変換ユニットと結晶質シリコン系ユニットに代表される後方光電変換ユニットとでは、膜厚の違いなどのために製膜に要する時間が異なり、さらには最適な形成条件や最適プラズマCVD装置構成も異なってくる。しかし、これらを別々のプラズマCVD装置を用いると、そうした懸念は少なくなり、製造工程の融通性と生産効率を高めることができる。例えば基板上にプラズマCVD装置を用いて前方光電変換ユニットを形成し、その基板をプラズマCVD装置から一旦大気中に取り出した後、他のプラズマCVD 装置に移して後方光電変換ユニットを引き続き形成するという製造方法がある。   By the way, since the stacked photoelectric conversion device has a large number and types of semiconductor layers, a large-scale facility is required to continuously form a plurality of units with a single plasma CVD device. In other ways, such as when facilities are relocated, it becomes inflexible. In addition, particularly in the case of an in-line type plasma CVD apparatus, there is a risk that the operating rate decreases as the equipment becomes larger. Also, for example, the front photoelectric conversion unit represented by an amorphous silicon-based unit and the rear photoelectric conversion unit represented by a crystalline silicon-based unit differ in the time required for film formation due to a difference in film thickness, etc. Furthermore, the optimum formation conditions and the optimum plasma CVD apparatus configuration are also different. However, when these are used in separate plasma CVD apparatuses, such concerns are reduced, and the flexibility and production efficiency of the manufacturing process can be improved. For example, a front photoelectric conversion unit is formed on a substrate using a plasma CVD apparatus, the substrate is once taken out from the plasma CVD apparatus into the atmosphere, and then transferred to another plasma CVD apparatus to continuously form a rear photoelectric conversion unit. There is a manufacturing method.

(先行例1)
特許文献1に、光入射側から見て、一導電型層と、実質的に真性半導体の光電変換層と、逆導電型層の順に配置され、かつプラズマC V D 法にて形成される光電変換ユニットを複数含む積層型光電変換装置の製造方法であって、相対的に光入射側に配置された前方光電変換ユニット内の逆導電型層と、該前方光電変換ユニットの後方側に隣接して配置される後方光電変換ユニット内の一導電型層のうち、片方もしくは両方にシリコンと酸素の非晶質合金中にシリコン結晶相が混在するシリコン複合層を少なくとも一部具備した導電型層を形成する工程を有し、且つ前記シリコン複合層の一部までが形成された後に一旦大気中に取り出されることによって、該シリコン複合層の最外表面が大気に暴露され、その後同一導電型の残りのシリコン複合層を形成する工程を有することを特徴とする、積層型光電変換装置の製造方法が開示されている。
(Prior Example 1)
In Patent Document 1, as viewed from the light incident side, a photoelectric layer formed by a plasma C V D method is disposed in the order of one conductivity type layer, a substantially intrinsic semiconductor photoelectric conversion layer, and a reverse conductivity type layer. A method for manufacturing a stacked photoelectric conversion device including a plurality of conversion units, wherein a reverse conductivity type layer in a front photoelectric conversion unit disposed relatively on a light incident side and a rear side of the front photoelectric conversion unit are adjacent to each other. One or both of the conductivity type layers in the rear photoelectric conversion unit arranged in a manner are provided with a conductivity type layer having at least a part of a silicon composite layer in which a silicon crystal phase is mixed in an amorphous alloy of silicon and oxygen. And forming the silicon composite layer up to a part of the silicon composite layer, and then taking it out to the atmosphere, so that the outermost surface of the silicon composite layer is exposed to the air, and then the remaining of the same conductivity type. Silicon Characterized by having a step of forming a coupling layer, the manufacturing method of the stacked photoelectric conversion device is disclosed.

特開2005−277303JP-A-2005-277303

上記に記した特許文献1のようにシリコン複合層の一部までが形成された後に一旦大気中に取り出されることによって、該シリコン複合層の最外表面が大気に暴露され、その後同一導電型の残りのシリコン複合層を形成することで、大気暴露による性能の劣化は抑制され特性が向上する。しかし、複数のCVD装置で同一のシリコン複合層を製膜するためには、同じガスラインを有するCVD装置を保有する必要がある。そのため製造の工程の融通性を高めるためには、シリコン複合層製膜前または後に大気暴露することが望まれるが、シリコン複合層製膜前あるいは後に大気に取り出すと性能が劣化するという課題がある。   After the formation of up to a part of the silicon composite layer as described in Patent Document 1 described above, the outermost surface of the silicon composite layer is exposed to the atmosphere once, and then the same conductivity type. By forming the remaining silicon composite layer, deterioration of performance due to atmospheric exposure is suppressed and characteristics are improved. However, in order to form the same silicon composite layer with a plurality of CVD apparatuses, it is necessary to have CVD apparatuses having the same gas line. Therefore, in order to increase the flexibility of the manufacturing process, it is desirable to expose to the atmosphere before or after the formation of the silicon composite layer, but there is a problem that the performance deteriorates if taken out to the atmosphere before or after the formation of the silicon composite layer. .

そこで本発明は、積層型薄膜太陽電池の製造工程の融通性を高めて生産効率を改善するとともに光電変換特性をも改善し得る製造方法を提供することを目的としている。   Therefore, an object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of improving production efficiency by improving flexibility of a manufacturing process of a laminated thin film solar cell and improving photoelectric conversion characteristics.

本発明の第1は、「光入射側から順に非晶質光電変換ユニットとn型シリコン複合層と結晶質光電変換ユニットとを少なくとも含む積層型薄膜光電変換装置の製造方法であって、
前記光電変換ユニットは光入射側から順に一導電型層と実質的に真性半導体の光電変換層と逆導電型層とを備えるものであり前記一導電型層はp型層であり前記逆導電型層はn型層であり前記n型シリコン複合層はシリコンと酸素の非晶質合金中にシリコン結晶相が混在するn型の層であり、
非晶質光電変換ユニットを形成する工程と、
n型シリコン複合層を形成する工程と、
形成された前記n型シリコン複合層を大気暴露する工程と、
大気暴露された前記n型シリコン複合層に対して、窒素または希ガスからなる希釈ガスと酸素含有蒸気との混合ガスを導入した状態で大気圧プラズマ処理する工程と、
引き続いて、減圧状態で結晶質光電変換ユニットのp型半導体層を形成する工程とを備えることを特徴とする、積層型薄膜光電変換装置の製造方法」、である。
The first of the present invention is “a method for producing a laminated thin film photoelectric conversion device including at least an amorphous photoelectric conversion unit, an n-type silicon composite layer, and a crystalline photoelectric conversion unit in order from the light incident side,
The photoelectric conversion unit includes, in order from the light incident side, one conductivity type layer, a substantially intrinsic semiconductor photoelectric conversion layer, and a reverse conductivity type layer. The one conductivity type layer is a p-type layer, and the reverse conductivity type. The layer is an n-type layer, and the n-type silicon composite layer is an n-type layer in which a silicon crystal phase is mixed in an amorphous alloy of silicon and oxygen,
Forming an amorphous photoelectric conversion unit;
forming an n-type silicon composite layer;
Exposing the formed n-type silicon composite layer to the atmosphere;
A step of performing atmospheric pressure plasma treatment on the n-type silicon composite layer exposed to the atmosphere in a state where a mixed gas of a dilution gas composed of nitrogen or a rare gas and an oxygen-containing vapor is introduced;
And a step of forming a p-type semiconductor layer of the crystalline photoelectric conversion unit under reduced pressure, and a method for producing a laminated thin-film photoelectric conversion device ”.

本発明は、また、「前記大気圧プラズマ処理する工程と前記p型半導体層を形成する工程の間には前記n型シリコン複合層をさらに形成する工程が無いことを特徴とする、前記に記載の積層型薄膜光電変換装置の製造方法」、である。   The present invention is also characterized in that “the step of further forming the n-type silicon composite layer is not provided between the step of performing the atmospheric pressure plasma treatment and the step of forming the p-type semiconductor layer. Manufacturing method of the laminated thin-film photoelectric conversion device.

本発明は、また、「前記希釈ガスは窒素であり、前記酸素含有蒸気は酸素または乾燥空気であることを特徴とする、前記の積層型薄膜光電変換装置の製造方法」、である。   The present invention is also “a method for producing the laminated thin film photoelectric conversion device, wherein the dilution gas is nitrogen and the oxygen-containing vapor is oxygen or dry air”.

本発明は、また、「前記混合ガスにおいて酸素の窒素に対する流量比が10ppm以上300ppm以下であることを特徴とする、前記の積層型薄膜光電変換装置の製造方法」、である。   The present invention is also “a method for producing the laminated thin film photoelectric conversion device, wherein a flow ratio of oxygen to nitrogen in the mixed gas is 10 ppm or more and 300 ppm or less”.

本発明は、また、「前記大気圧プラズマ処理する工程の後1時間は、前記n型シリコン複合層表面の水接触角が10°以下であるような大気圧プラズマ処理条件を選定することを特徴とする、前記の積層型薄膜光電変換装置の製造方法」、である。   The present invention is also characterized in that "atmospheric pressure plasma treatment conditions are selected such that a water contact angle on the surface of the n-type silicon composite layer is 10 ° or less for one hour after the step of performing the atmospheric pressure plasma treatment. The manufacturing method of the laminated thin film photoelectric conversion device described above.

本発明によれば、以下のような具体的効果が得られる。即ち、シリコンと酸素の非晶質合金中にシリコン結晶相を含むことを特徴とするn型シリコン複合層を中間透過反射層として用いるため、シリコン複合層の前後の界面で光が一部反射され、前方の光電変換ユニットの発電電流を増大させることができ、あるいは前方光電変換ユニットのi 形層の膜厚を薄くして同等の発電電流を発生させることができるため、積層型光電変換装置の特性を向上させることができる。   According to the present invention, the following specific effects can be obtained. That is, since an n-type silicon composite layer characterized by containing a silicon crystal phase in an amorphous alloy of silicon and oxygen is used as an intermediate transmission reflection layer, light is partially reflected at the front and back interfaces of the silicon composite layer. The power generation current of the front photoelectric conversion unit can be increased, or the i-type layer of the front photoelectric conversion unit can be thinned to generate an equivalent power generation current. Characteristics can be improved.

また、多数のシリコン系薄膜および光電変換ユニットを有する積層型光電変換装置を同一膜の製膜を複数のCVD装置で製膜することなく、一つのプラズマCVD装置で形成することで、その製造工程の融通性を高めかつ生産効率を改善し得る製造方法を提供することができる。   In addition, a laminated photoelectric conversion device having a large number of silicon-based thin films and photoelectric conversion units is formed by using a single plasma CVD apparatus without forming the same film by using a plurality of CVD apparatuses. Thus, it is possible to provide a manufacturing method that can increase the flexibility and improve the production efficiency.

本発明の特徴は、上記n型シリコン複合層を形成した後に、大気暴露し、酸素含有蒸気と、窒素または希ガスからなる希釈ガスの混合ガスを導入した大気圧プラズマで処理する工程を有することを特徴としていることでn型シリコン複合層などの導電型層中に残存する過剰なドーパント原子が除去される効果がある。   A feature of the present invention is that after the n-type silicon composite layer is formed, it is exposed to the atmosphere and treated with atmospheric pressure plasma into which a mixed gas of oxygen-containing vapor and nitrogen or a rare gas is introduced. Is effective in removing excess dopant atoms remaining in a conductive layer such as an n-type silicon composite layer.

以上のような効果により、本発明によれば高性能かつ低コストの積層型光電変換装置を提供することができる。   Due to the effects as described above, according to the present invention, a high-performance and low-cost stacked photoelectric conversion device can be provided.

なお、酸素含有蒸気を含む混合ガスを用いた大気圧プラズマ処理による表面改質は、例えば特開平10-154598などに示されるように、よく知られている。しかしながら、その対象は樹脂フィルムやガラス、金属に対して行われ、半導体層には一般に用いない。なぜなら、半導体層に酸素含有蒸気を含む混合ガスを用いた大気圧プラズマ処理を行うと、表面が酸化されて絶縁物が形成され、抵抗が増加して半導体特性が損なわれることが、当業者に容易に想定されるからである。従って、半導体層に対して大気圧プラズマ処理することには、阻害要因が有り、当業者は、容易に想到できない。
しかしながら本発明では、この阻害要因を克服して、大気圧プラズマ処理をあえて選択することによって、顕著な効果が発現したものである。
Note that surface modification by atmospheric pressure plasma treatment using a mixed gas containing oxygen-containing vapor is well known as disclosed in, for example, JP-A-10-154598. However, the object is applied to a resin film, glass, and metal, and is not generally used for a semiconductor layer. This is because, when an atmospheric pressure plasma treatment using a mixed gas containing oxygen-containing vapor is performed on the semiconductor layer, the surface is oxidized to form an insulator, which increases resistance and impairs semiconductor characteristics. This is because it is assumed easily. Therefore, there are obstacles to the atmospheric pressure plasma treatment on the semiconductor layer, and those skilled in the art cannot easily conceive.
However, in the present invention, a remarkable effect is manifested by overcoming this obstruction factor and deliberately selecting atmospheric pressure plasma treatment.

本発明の実施例による積層型薄膜光電変換装置の構造断面図Cross-sectional view of a multilayer thin film photoelectric conversion device according to an embodiment of the present invention 大気圧プラズマ処理前後の水接触角Water contact angle before and after atmospheric pressure plasma treatment

以下において本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお本願の各図において、厚さや長さなどの寸法関係については図面の明瞭化と簡略化のため適宜変更されており、実際の寸法関係を表してはいない。また、各図において、同一の参照符号は同一部分または相当部分を表している。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each drawing of the present application, dimensional relationships such as thickness and length are appropriately changed for clarity and simplification of the drawings, and do not represent actual dimensional relationships. Moreover, in each figure, the same referential mark represents the same part or an equivalent part.

多数のシリコン系薄膜および光電変換ユニットを有する積層型光電変換装置を、複数のプラズマCVD装置で形成することは、製造工程の融通性を高めかつ生産効率を改善するという点において重要である。しかし、複数のプラズマCVD装置で形成するために、製膜途中に大気暴露すると、不純物の付着などの影響で特性が落ちるという問題がある。シリコン複合層製膜途中で大気に取り出し、該シリコン複合層の最外表面が大気に暴露され、その後同一導電型の残りのシリコン複合層を形成することで、大気暴露による性能の劣化は抑制され特性が向上する。しかし、複数のCVD装置で同一のシリコン複合層を製膜するためには、同じガスラインを有するCVD装置を保有する必要がある。そこで大気圧プラズマ処理を用いた工程の適用を鋭意検討した。   Forming a stacked photoelectric conversion device having a large number of silicon-based thin films and photoelectric conversion units with a plurality of plasma CVD devices is important in terms of increasing the flexibility of the manufacturing process and improving the production efficiency. However, since it is formed by a plurality of plasma CVD apparatuses, there is a problem that if the atmosphere is exposed during the film formation, the characteristics deteriorate due to the influence of adhesion of impurities. Taking out the silicon composite layer to the atmosphere in the middle of film formation, the outermost surface of the silicon composite layer is exposed to the air, and then forming the remaining silicon composite layer of the same conductivity type, so that the deterioration of performance due to atmospheric exposure is suppressed. Improved characteristics. However, in order to form the same silicon composite layer with a plurality of CVD apparatuses, it is necessary to have CVD apparatuses having the same gas line. Therefore, the application of the process using the atmospheric pressure plasma treatment was studied earnestly.

酸素含有蒸気を含む混合ガスを用いた大気圧プラズマ処理による表面改質は、例えば特開平10-154598などに示されるように、よく知られている。しかし、その対象は樹脂フィルムやガラス、金属に対して行われ、半導体層には一般に用いない。なぜなら、半導体層に酸素含有蒸気を含む混合ガスを用いた大気圧プラズマ処理を行うと、表面が酸化されて絶縁物が形成され、抵抗が増加して半導体特性が損なわれることが、当業者に容易に想定されるからである。   Surface modification by atmospheric pressure plasma treatment using a mixed gas containing oxygen-containing vapor is well known as shown in, for example, JP-A-10-154598. However, the object is applied to a resin film, glass, or metal, and is not generally used for a semiconductor layer. This is because, when an atmospheric pressure plasma treatment using a mixed gas containing oxygen-containing vapor is performed on the semiconductor layer, the surface is oxidized to form an insulator, which increases resistance and impairs semiconductor characteristics. This is because it is assumed easily.

しかしながら、発明者は、n型シリコン複合層を製膜後に、大気暴露し、かつ酸素含有蒸気を含む混合ガスを用いた大気圧プラズマ処理をすることで、大気暴露後にn型シリコン複合層を製膜することなく、減圧状態で結晶質光電変換ユニットのp型半導体層を形成することで、特性を落とすことなく大気暴露できる製造方法を見出した。酸素含有蒸気を含む混合ガスを用いた大気圧プラズマでn型シリコン複合層を処理することによって、n型シリコン複合層に含まれる過剰なドーパント原子が除去されたために特性が向上したと考えられる。検討の過程で、n型シリコン複合層形成前に大気暴露し、かつ、大気圧プラズマの処理を行うと、積層型薄膜光電変換装置の特性が低くなることが見出され、n型シリコン複合層形成後に大気暴露し大気圧プラズマの処理を行うことが重要であることがわかった。これは、n型シリコン複合層が元々酸素を含有する層であるため、大気圧プラズマ処理によって酸化されなかったためと考えられる。   However, the inventor made an n-type silicon composite layer after exposure to the air by performing atmospheric pressure plasma treatment using a mixed gas containing oxygen-containing vapor after the n-type silicon composite layer was formed. The present inventors have found a manufacturing method in which the p-type semiconductor layer of the crystalline photoelectric conversion unit is formed in a reduced pressure state without forming a film, so that it can be exposed to the atmosphere without degrading characteristics. By treating the n-type silicon composite layer with atmospheric pressure plasma using a mixed gas containing oxygen-containing vapor, it is considered that the characteristics were improved because excess dopant atoms contained in the n-type silicon composite layer were removed. In the course of the study, it was found that the characteristics of the laminated thin film photoelectric conversion device were lowered when exposed to the atmosphere before the n-type silicon composite layer was formed and treated with atmospheric pressure plasma. It was found that it was important to perform atmospheric pressure plasma treatment after exposure to the atmosphere. This is presumably because the n-type silicon composite layer was originally an oxygen-containing layer and was not oxidized by the atmospheric pressure plasma treatment.

図1に、本発明の実施形態の一例による積層型薄膜光電変換装置の断面図を示す。透明絶縁基板1上に、順次、透明電極層2、前方光電変換ユニット3、中間透過反射層4、後方光電変換ユニット5から形成されている。裏面透明電極層51および裏面金属電極層52からなる裏面電極層5が配置され、積層型薄膜光電変換装置を形成している。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a stacked thin film photoelectric conversion device according to an example of an embodiment of the present invention. A transparent electrode layer 2, a front photoelectric conversion unit 3, an intermediate transmission / reflection layer 4, and a rear photoelectric conversion unit 5 are sequentially formed on the transparent insulating substrate 1. A back electrode layer 5 composed of a back transparent electrode layer 51 and a back metal electrode layer 52 is disposed to form a stacked thin film photoelectric conversion device.

基板側から光を入射するタイプの光電変換装置にて用いられる透明基板1には、ガラス、透明樹脂等から成る板状部材やシート状部材が用いられる。特に、透明基板1としてガラス板を用いれば、それが高い透過率を有しかつ安価であるので好ましい。   A plate-like member or a sheet-like member made of glass, transparent resin or the like is used for the transparent substrate 1 used in a photoelectric conversion device of a type in which light enters from the substrate side. In particular, it is preferable to use a glass plate as the transparent substrate 1 because it has a high transmittance and is inexpensive.

すなわち、透明基板1は薄膜光電変換装置の光入射側に位置するので、より多くの太陽光を透過させて光電変換ユニットに吸収させるために、できるだけ透明であることが好ましい。同様の意図から、太陽光の入射面における光反射ロスを低減させるために、透明基板1の光入射面上に無反射コーティングを設けることが好ましい。   That is, since the transparent substrate 1 is located on the light incident side of the thin film photoelectric conversion device, it is preferable that the transparent substrate 1 be as transparent as possible so that more sunlight is transmitted and absorbed by the photoelectric conversion unit. From the same intention, it is preferable to provide a non-reflective coating on the light incident surface of the transparent substrate 1 in order to reduce the light reflection loss on the sunlight incident surface.

透明電極層2はSnO、ZnO等の導電性金属酸化物から成ることが好ましく、CVD、スパッタ、蒸着等の方法を用いて形成されることが好ましい。透明電極層2はその表面に微細な凹凸を有することにより、入射光の散乱を増大させる効果を有することが望ましい。 The transparent electrode layer 2 is preferably made of a conductive metal oxide such as SnO 2 or ZnO, and is preferably formed using a method such as CVD, sputtering, or vapor deposition. The transparent electrode layer 2 desirably has the effect of increasing the scattering of incident light by having fine irregularities on its surface.

半導体層は1以上の光電変換ユニットを含む。前方光電変換ユニット3として非晶質シリコン系材料を選べば、約360〜800nmの光に対して感度を有し、後方光電変換ユニット5に結晶質シリコン系材料を選べばそれより長い約1200nmまでの光に対して感度を有する。したがって、光入射側から非晶質シリコン系材料の前方光電変換ユニット3、結晶質シリコン系材料の後方光電変換ユニット5の順で配置される薄膜光電変換装置は、入射光をより広い範囲で有効利用可能となる。ただし、「シリコン系」の材料には、シリコンに加え、シリコンカーバイドやシリコンゲルマニウムなど、シリコンを含むシリコン合金半導体材料も含む。   The semiconductor layer includes one or more photoelectric conversion units. If an amorphous silicon-based material is selected as the front photoelectric conversion unit 3, it has sensitivity to light of about 360 to 800 nm, and if a crystalline silicon-based material is selected for the rear photoelectric conversion unit 5, it is longer than about 1200 nm. Sensitivity to light. Therefore, the thin-film photoelectric conversion device arranged in this order from the light incident side to the front photoelectric conversion unit 3 of the amorphous silicon-based material and the rear photoelectric conversion unit 5 of the crystalline silicon-based material is effective in a wider range. Be available. However, “silicon-based” materials include silicon alloy semiconductor materials containing silicon such as silicon carbide and silicon germanium in addition to silicon.

上述した薄膜光電変換ユニットを複数積層する方法のほかに、薄膜光電変換装置の変換効率の向上には、薄膜光電変換ユニット間に、導電性を有しかつ薄膜光電変換ユニットを形成する材料よりも低い屈折率を有する材料からなる中間透過反射層4を形成する方法がある。このような中間透過反射層4を有することで、短波長側の光は反射し、長波長側の光は透過させる設計が可能となり、より有効に各薄膜光電変換ユニットでの光電変換が可能となる。   In addition to the method of laminating a plurality of thin film photoelectric conversion units as described above, the conversion efficiency of the thin film photoelectric conversion device can be improved by using a conductive material between the thin film photoelectric conversion units rather than the material forming the thin film photoelectric conversion unit. There is a method of forming the intermediate transmission / reflection layer 4 made of a material having a low refractive index. By having such an intermediate transmission reflection layer 4, it is possible to design to reflect light on the short wavelength side and transmit light on the long wavelength side, and more effectively perform photoelectric conversion in each thin film photoelectric conversion unit. Become.

たとえば、前方の非晶質シリコン光電変換ユニットと後方の結晶質シリコン光電変換ユニットからなるハイブリッド型薄膜光電変換装置に中間透過反射層を挿入した場合、非晶質シリコン光電変換層の膜厚を増やすことなく、その前方光電変換ユニットによって発生する電流を増加させることができる。また、中間透過反射層を含む場合には、それを含まない場合に比べて、同一の電流値を得るために必要な非晶質シリコン光電変換層の厚さを小さくし得ることから、非晶質シリコン層の厚さの増加に応じて顕著となる光劣化(Staebler-Wronsky効果)による非晶質シリコン光電変換ユニットの特性低下を抑制することが可能となる。   For example, when an intermediate transmission / reflection layer is inserted into a hybrid thin film photoelectric conversion device composed of a front amorphous silicon photoelectric conversion unit and a rear crystalline silicon photoelectric conversion unit, the thickness of the amorphous silicon photoelectric conversion layer is increased. Without increasing the current generated by the front photoelectric conversion unit. In addition, when the intermediate transmission / reflection layer is included, the amorphous silicon photoelectric conversion layer necessary for obtaining the same current value can be made thinner than when the intermediate transmission / reflection layer is not included. It becomes possible to suppress the deterioration of the characteristics of the amorphous silicon photoelectric conversion unit due to the photodegradation (Staebler-Wronsky effect) that becomes conspicuous as the thickness of the porous silicon layer increases.

中間透過反射層は、前方光電変換ユニットと後方光電変換ユニットの間に挿入してもよいが、前方光電変換ユニットの逆導電形層の一部に中間透過反射層を設けても良い。   The intermediate transmission / reflection layer may be inserted between the front photoelectric conversion unit and the rear photoelectric conversion unit, but the intermediate transmission / reflection layer may be provided on a part of the reverse conductivity type layer of the front photoelectric conversion unit.

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

中間透過反射層4の材料としては、非晶質シリコンや結晶質シリコンと同様にプラズマCVDで作製可能な、結晶シリコン相が非晶質酸化シリコン母相に分散した層であるシリコン複合層を用いる。シリコン複合層の形成は、例えば、反応ガスとして、SiH、CO、H、PHを用い、H/SiH比が大きい、いわゆる微結晶作製条件で、かつCO/SiH比が2以上の範囲を用いてプラズマCVD法で作製することが好ましい。このときのプラズマCVDの条件は、例えば容量結合型の平行平板電極を用いて、電源周波数10〜100MHz、高周波パワー密度0.01〜0.5W/cm、圧力50〜1500Pa、基板温度150〜250℃が好ましい。CO/SiH比を増加させると膜中酸素濃度が単調に増加し、中間透過反射層の屈折率を下げることができる。具体的には、シリコン複合層の波長600nmの光に対する屈折率は1.7以上2.5以下が好ましい。 As the material of the intermediate transmission / reflection layer 4, a silicon composite layer, which is a layer in which a crystalline silicon phase is dispersed in an amorphous silicon oxide matrix, which can be produced by plasma CVD like amorphous silicon or crystalline silicon, is used. . The formation of the silicon composite layer uses, for example, SiH 4 , CO 2 , H 2 , and PH 3 as a reaction gas, a so-called microcrystal production condition with a large H 2 / SiH 4 ratio, and a CO 2 / SiH 4 ratio. Is preferably formed by plasma CVD using a range of 2 or more. The plasma CVD conditions at this time are, for example, using a capacitively coupled parallel plate electrode, a power frequency of 10 to 100 MHz, a high frequency power density of 0.01 to 0.5 W / cm 2 , a pressure of 50 to 1500 Pa, and a substrate temperature of 150 to 250 ° C. is preferred. When the CO 2 / SiH 4 ratio is increased, the oxygen concentration in the film increases monotonously, and the refractive index of the intermediate transmission / reflection layer can be lowered. Specifically, the refractive index of the silicon composite layer with respect to light having a wavelength of 600 nm is preferably 1.7 or more and 2.5 or less.

後方光電変換ユニット5は、例えばpin層の順にプラズマCVD法により各半導体層を積層して形成される。具体的には、例えば導電型決定不純物原子であるボロンが0.01原子%以上ドープされたp型微結晶シリコン層を一導電型層51とし、真性結晶質シリコン層を光電変換層52とし、導電型決定不純物原子であるリンが0.01原子%以上ドープされたn型微結晶シリコン層を逆導電型層としてこの順に堆積すればよい。この例の場合、結晶質シリコン光電変換ユニットが形成される。   The rear photoelectric conversion unit 5 is formed, for example, by laminating semiconductor layers by plasma CVD in the order of pin layers. Specifically, for example, a p-type microcrystalline silicon layer doped with 0.01 atomic% or more of boron, which is a conductivity-determining impurity atom, is used as one conductivity type layer 51, and an intrinsic crystalline silicon layer is used as a photoelectric conversion layer 52. An n-type microcrystalline silicon layer doped with 0.01 atomic% or more of phosphorus which is a conductivity type determining impurity atom may be deposited in this order as a reverse conductivity type layer. In this example, a crystalline silicon photoelectric conversion unit is formed.

裏面電極層6は裏面透明電極層61と裏面金属電極層62からなる。裏面透明電極層61は、ITO、SnO、ZnO等の導電性酸化物層を、スパッタ法または蒸着法により形成することが好ましい。この裏面透明電極層61は、光反射率を高め、さらに、光電変換ユニットの化学変化を防止する機能を有する。裏面金属電極層62は、Al、Ag、Au、Cu、PtおよびCrから選ばれる少なくとも一つの材料を、スパッタ法または蒸着法により形成することが好ましい。 The back electrode layer 6 includes a back transparent electrode layer 61 and a back metal electrode layer 62. The back transparent electrode layer 61 is preferably formed of a conductive oxide layer such as ITO, SnO 2 , or ZnO by a sputtering method or a vapor deposition method. The back transparent electrode layer 61 has a function of increasing the light reflectivity and further preventing chemical change of the photoelectric conversion unit. The back metal electrode layer 62 is preferably formed by sputtering or vapor deposition of at least one material selected from Al, Ag, Au, Cu, Pt, and Cr.

光電変換ユニットは図1に示した様に2つでもよいが、光電変換ユニットを3つ備える薄膜光電変換装置、いわゆるトリプルセルでも良く、さらに3つ以上の光電変換ユニットを積層してもよい。また、トリプルセルの例として、非晶質シリコン光電変換ユニット/実質的なi層に非晶質シリコンゲルマニウムを用いた非晶質シリコンゲルマニウム光電変換ユニット/結晶質シリコン光電変換ユニットの順に3つの光電変換ユニットを積層しても良い。また、非晶質シリコン光電変換ユニット/結晶質シリコン光電変換ユニット/結晶質シリコン光電変換ユニットの順に3つの光電変換ユニットを積層しても良い。   As shown in FIG. 1, two photoelectric conversion units may be used, but a thin film photoelectric conversion device including three photoelectric conversion units, a so-called triple cell may be used, and three or more photoelectric conversion units may be stacked. As an example of a triple cell, there are three photoelectrics in the order of amorphous silicon photoelectric conversion unit / amorphous silicon germanium photoelectric conversion unit using amorphous silicon germanium in a substantial i layer / crystalline silicon photoelectric conversion unit. Conversion units may be stacked. Further, three photoelectric conversion units may be stacked in the order of amorphous silicon photoelectric conversion unit / crystalline silicon photoelectric conversion unit / crystalline silicon photoelectric conversion unit.

本発明の実施形態において、n型シリコン複合層を形成後に、大気暴露し、かつ、酸素含有蒸気と、窒素または希ガスからなる希釈ガスの混合ガスを導入した大気圧プラズマで処理する工程を有することを特徴とする。   In the embodiment of the present invention, after the n-type silicon composite layer is formed, it is exposed to the atmosphere and treated with atmospheric pressure plasma into which a mixed gas of oxygen-containing vapor and nitrogen or a rare gas is introduced. It is characterized by that.

すなわち、図1に示す第一の実施形態の積層型薄膜光電変換装置の製造工程において、図1のn型シリコン複合層4形成後、大気暴露し、かつ、大気圧プラズマ処理し、その後n型シリコン複合層を形成することなく、図1の結晶質シリコン光電変換ユニット5を形成する。酸素含有蒸気としては酸素または乾燥空気が、安全性が高く、また、安価であるため望ましい。希釈ガスとしては、窒素が安全性が高く、また、低価格であるため望ましい。酸化剤蒸気として酸素、希釈ガスとして窒素を用いた場合、酸素の濃度は10から300ppmが望ましく、50から150ppmがさらに望ましい。大気圧プラズマは、微小な間隔の平行平板電極間にパルス状の高電圧を引加して発生させることが望ましい。電圧をパルス状にすることにより、アーク放電の発生を抑制することが出来る。   That is, in the manufacturing process of the multilayer thin film photoelectric conversion device of the first embodiment shown in FIG. 1, after the n-type silicon composite layer 4 of FIG. 1 is formed, it is exposed to the atmosphere and subjected to atmospheric pressure plasma treatment, and then the n-type. The crystalline silicon photoelectric conversion unit 5 of FIG. 1 is formed without forming a silicon composite layer. As the oxygen-containing steam, oxygen or dry air is desirable because it is highly safe and inexpensive. As a diluent gas, nitrogen is desirable because it is highly safe and inexpensive. When oxygen is used as the oxidant vapor and nitrogen is used as the diluent gas, the oxygen concentration is preferably 10 to 300 ppm, and more preferably 50 to 150 ppm. The atmospheric pressure plasma is desirably generated by applying a pulsed high voltage between parallel plate electrodes with a minute interval. By making the voltage pulse, the occurrence of arc discharge can be suppressed.

大気圧プラズマ処理をしたシリコン複合膜4の表面は、純水による接触角が20°以下になることが望ましく、10°以下になることがさらに望ましい。接触角によって、大気圧プラズマによる表面改質の目安となるためである。   The surface of the silicon composite film 4 subjected to the atmospheric pressure plasma treatment preferably has a contact angle with pure water of 20 ° or less, and more preferably 10 ° or less. This is because the contact angle is a measure of surface modification by atmospheric pressure plasma.

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

(実施例1)
本発明の実施例1として、図1に示されるような積層型薄膜光電変換装置を作成した。透明基板1は、1.8mm×125mm×125mmのガラス基板を用い1cm分離型薄膜太陽電池を25点作製した。透明基板1の上に、透明電極層2を形成した。透明電極層2は微小なピラミッド状の表面凹凸を含みかつ平均厚さ700nmのSnO膜が透明基板1の上に熱CVD法にて形成された。得られた透明電極層2のシート抵抗は約14Ω/□であった。またC光源で測定したヘイズ率は12%であり、表面凹凸の平均高低差dは約100nmであった。ヘイズ率はJISK7136に基づき測定した。
Example 1
As Example 1 of the present invention, a stacked thin film photoelectric conversion device as shown in FIG. 1 was prepared. As the transparent substrate 1, a glass substrate of 1.8 mm × 125 mm × 125 mm was used, and 25 1 cm separation type thin film solar cells were produced. A transparent electrode layer 2 was formed on the transparent substrate 1. The transparent electrode layer 2 was formed on the transparent substrate 1 by a thermal CVD method with a SnO 2 film having minute pyramidal surface irregularities and an average thickness of 700 nm. The sheet resistance of the obtained transparent electrode layer 2 was about 14Ω / □. The haze ratio measured with a C light source was 12%, and the average height difference d of the surface irregularities was about 100 nm. The haze ratio was measured based on JISK7136.

上述のような透明電極層2上に、非晶質シリコン光電変換ユニット3、中間透過反射層であるn型シリコン複合層4、結晶質シリコン光電変換ユニット5が形成された。さらに、裏面電極層6として裏面透明電極層61および裏面金属電極層62を順次形成することによって、図1に示すような積層型薄膜太陽電池が作製された。   On the transparent electrode layer 2 as described above, an amorphous silicon photoelectric conversion unit 3, an n-type silicon composite layer 4 as an intermediate transmission / reflection layer, and a crystalline silicon photoelectric conversion unit 5 were formed. Furthermore, the back surface transparent electrode layer 61 and the back surface metal electrode layer 62 were sequentially formed as the back surface electrode layer 6 to produce a stacked thin film solar cell as shown in FIG.

具体的には、透明電極層2上には、厚さ15nmのp型非晶質シリコンカーバイド層のp型層31、厚さ300nmの真性非晶質シリコン光電変換層32、および厚さ15nmのn型微結晶シリコン層33からなる非晶質光電変換ユニット3がプラズマCVDによって形成された。つづけて、プラズマCVDによって、厚さ50nmのn型シリコン複合層4を形成した。その後、大気暴露し、かつ酸素および窒素の混合ガスを用いた大気圧プラズマ処理を行った。酸素の濃度は250ppmとした。大気圧プラズマは、パルス状電圧を引加し、1kWのパワーを用いた。大気圧プラズマ後に、n型シリコン複合層4の表面に純水を滴下して接触角を測定したところ、図2に示すように、3.6°であった。なお、表面張力は接触角計(PCA−1(協和界面科学製))を用いて3回測定し、その算術平均値を用いた。大気圧プラズマ処理後、真空中にて、大気暴露前に製膜された層と同一のn型シリコン複合層を形成することなく、厚さ15nmのp型微結晶シリコン層51、厚さ2.5μmの真性結晶質シリコン層52、および厚さ15nmのn型微結晶シリコン層53からなる結晶質シリコン光電変換層ユニット5をプラズマCVDで形成した。   Specifically, on the transparent electrode layer 2, a p-type layer 31 of a p-type amorphous silicon carbide layer having a thickness of 15 nm, an intrinsic amorphous silicon photoelectric conversion layer 32 having a thickness of 300 nm, and a 15-nm thickness. An amorphous photoelectric conversion unit 3 composed of the n-type microcrystalline silicon layer 33 was formed by plasma CVD. Subsequently, an n-type silicon composite layer 4 having a thickness of 50 nm was formed by plasma CVD. After that, atmospheric pressure plasma treatment using a mixed gas of oxygen and nitrogen was performed. The concentration of oxygen was 250 ppm. Atmospheric pressure plasma applied a pulsed voltage and used a power of 1 kW. After atmospheric pressure plasma, pure water was dropped on the surface of the n-type silicon composite layer 4 and the contact angle was measured. As a result, it was 3.6 ° as shown in FIG. In addition, surface tension was measured 3 times using the contact angle meter (PCA-1 (made by Kyowa Interface Science)), and the arithmetic mean value was used. After the atmospheric pressure plasma treatment, a p-type microcrystalline silicon layer 51 having a thickness of 15 nm is formed in vacuum without forming the same n-type silicon composite layer as that formed before exposure to the atmosphere. A crystalline silicon photoelectric conversion layer unit 5 including an intrinsic crystalline silicon layer 52 having a thickness of 5 μm and an n-type microcrystalline silicon layer 53 having a thickness of 15 nm was formed by plasma CVD.

その後、結晶質シリコン光電変換層ユニット5上には、裏面電極層6として、Alドープされた厚さ90nmのZnO層の裏面透明電極層61と厚さ200nmのAg層の裏面金属電極層62が、スパッタ法にて順次形成された。   Thereafter, on the crystalline silicon photoelectric conversion layer unit 5, as the back electrode layer 6, a back transparent electrode layer 61 of an Al-doped ZnO layer having a thickness of 90 nm and a back metal electrode layer 62 of an Ag layer having a thickness of 200 nm are formed. And sequentially formed by sputtering.

さらに、YAGレーザの第二高調波(波長532nm)を用いるレーザースクライブによって、前方光電変換ユニット3、中間透過反射層4、後方光電変換ユニット5、および裏面電極層6を貫通する幅70umの分離溝を形成し面積1cmの太陽電池を作製した。この際に、レーザビームのエネルギ密度は0.7J/cm設定され、加工速度は600mm/sに設定された。 Further, a separation groove having a width of 70 μm that penetrates the front photoelectric conversion unit 3, the intermediate transmission / reflection layer 4, the rear photoelectric conversion unit 5, and the back electrode layer 6 by laser scribing using the second harmonic of the YAG laser (wavelength 532 nm) To form a solar cell having an area of 1 cm 2 . At this time, the energy density of the laser beam was set to 0.7 J / cm 2 and the processing speed was set to 600 mm / s.

こうして得られた本実施例1の薄膜光電変換装置にエアマス(AM)1.5の光を100mW/cmの光強度で照射して出力特性を測定したところ、25点のうち上位5点平均の値において、開放電圧(Voc)が1.384V、短絡電流密度(Jsc)が12.52mA/cm、曲線因子(FF)が0.735、そして変換効率(Eff)が12.73%であった。 The thin film photoelectric conversion device of Example 1 thus obtained was irradiated with light of air mass (AM) 1.5 at a light intensity of 100 mW / cm 2 and the output characteristics were measured. The open circuit voltage (Voc) is 1.384 V, the short circuit current density (Jsc) is 12.52 mA / cm 2 , the fill factor (FF) is 0.735, and the conversion efficiency (Eff) is 12.73%. there were.

(比較例1)
比較例1は、大気圧プラズマ処理を行わずに大気暴露したことのみにおいて、実施例1と異なっていた。比較例1の薄膜太陽電池の出力特性を実施例1の場合と同様に測定したところ、Vocが1.379V、Jscが12.48mA/cm、FFが0.731、そしてEffが12.58%であった。
(Comparative Example 1)
Comparative Example 1 was different from Example 1 only in that it was exposed to the atmosphere without performing atmospheric pressure plasma treatment. When the output characteristics of the thin film solar cell of Comparative Example 1 were measured in the same manner as in Example 1, Voc was 1.379 V, Jsc was 12.48 mA / cm 2 , FF was 0.731, and Eff was 12.58. %Met.

比較例1は、初期のEffがやや低くなった。   In Comparative Example 1, the initial Eff was slightly lower.

(比較例2)
比較例2は、非晶質光電変換ユニット3製膜後に、大気暴露したのち、大気圧プラズマ処理を行った点において、実施例1と異なっていた。つまり、大気圧プラズマ処理後に、大気暴露前に製膜した層と同一のn型半導体層を真空中にて製膜することなく、中間透過反射層4、後方光電変換ユニット5、および裏面電極層6を順次製膜した比較例2の薄膜太陽電池の出力特性を実施例1の場合と同様に測定したところ、Vocが1.168V、Jscが11.63mA/cm、FFが0.508、そしてEffが6.904%であった。
(Comparative Example 2)
Comparative Example 2 was different from Example 1 in that after the amorphous photoelectric conversion unit 3 was formed, it was exposed to the atmosphere and then subjected to atmospheric pressure plasma treatment. That is, after the atmospheric pressure plasma treatment, the intermediate transmission / reflection layer 4, the rear photoelectric conversion unit 5, and the back electrode layer are formed without forming the same n-type semiconductor layer as that formed before exposure to the atmosphere in vacuum. When the output characteristics of the thin film solar cell of Comparative Example 2 in which 6 was sequentially formed were measured in the same manner as in Example 1, Voc was 1.168 V, Jsc was 11.63 mA / cm 2 , FF was 0.508, And Eff was 6.904%.

比較例2は、実施例1に比べて初期Effが低くなった。特にVoc及びFFが実施例1に比べて低くなった。     In Comparative Example 2, the initial Eff was lower than that in Example 1. In particular, Voc and FF were lower than in Example 1.

(比較例3)
比較例3は、非晶質光電変換ユニット3製膜後に大気暴露した後、大気圧プラズマ処理を行わなかったことのみにおいて、比較例2と異なっていた。比較例3の薄膜太陽電池の出力特性を実施例1の場合と同様に測定したところ、Vocが1.371V、Jscが11.69mA/cm、FFが0.7500、そしてEffが12.02%であった。
(Comparative Example 3)
Comparative Example 3 was different from Comparative Example 2 only in that the atmospheric pressure plasma treatment was not performed after exposure to the atmosphere after the amorphous photoelectric conversion unit 3 was formed. When the output characteristics of the thin-film solar cell of Comparative Example 3 were measured in the same manner as in Example 1, Voc was 1.371 V, Jsc was 11.69 mA / cm 2 , FF was 0.7500, and Eff was 12.02. %Met.

比較例3は、実施例1に比べて初期Effが低くなった。   In Comparative Example 3, the initial Eff was lower than that in Example 1.

(比較例4)
比較例4は、大気暴露せずに、製膜した点のみにおいて、実施例1と異なっていた。比較例4の薄膜太陽電池の出力特性を実施例1の場合と同様に測定したところ、Vocが1.382V、Jscが12.48mA/cm、FFが0.731、そしてEffが12.61%であった。
(Comparative Example 4)
Comparative Example 4 was different from Example 1 only in that the film was formed without being exposed to the atmosphere. When the output characteristics of the thin film solar cell of Comparative Example 4 were measured in the same manner as in Example 1, Voc was 1.382 V, Jsc was 12.48 mA / cm 2 , FF was 0.731, and Eff was 12.61. %Met.

比較例4は、実施例1に比べて初期Effが低くなった。   In Comparative Example 4, the initial Eff was lower than that in Example 1.

表1に、実施例1及び、比較例1から4の結果をまとめる。   Table 1 summarizes the results of Example 1 and Comparative Examples 1 to 4.

1 透明基板
2 透明電極層
3 前方光電変換ユニットである非晶質シリコン光電変換ユニット
3 1 前方光電変換ユニット内の一導電型層である、非晶質シリコンカーバイド層
3 2 前方光電変換ユニット内の光電変換層である、i型非晶質シリコン光電変換層
3 3 前方光電変換ユニット内の逆導電型層であるn型層
4 透明中間反射層n型シリコン複合層
5 後方光電変換ユニットである結晶質シリコン光電変換ユニット
5 1 後方光電変換ユニット内の一導電型層である、p型微結晶シリコン層
5 2 後方光電変換ユニット内の光電変換層である、ノンドープのi型結晶質シリコン光電変換層
5 3 後方光電変換ユニット内の逆導電型層である、n型微結晶シリコン層
6 裏面電極
6 1 透明電極層
6 2 金属電極層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transparent substrate 2 Transparent electrode layer 3 Amorphous silicon photoelectric conversion unit which is a front photoelectric conversion unit 3 1 Amorphous silicon carbide layer which is one conductivity type layer in a front photoelectric conversion unit 3 2 In a front photoelectric conversion unit I-type amorphous silicon photoelectric conversion layer that is a photoelectric conversion layer 3 3 n-type layer that is a reverse conductivity type layer in the front photoelectric conversion unit 4 transparent intermediate reflection layer n-type silicon composite layer 5 crystal that is the rear photoelectric conversion unit Non-doped i-type crystalline silicon photoelectric conversion layer, which is a photoelectric conversion layer in the rear photoelectric conversion unit 5 1, p-type microcrystalline silicon layer, which is one conductive type layer in the rear photoelectric conversion unit 5 1 5 3 n-type microcrystalline silicon layer which is a reverse conductivity type layer in the rear photoelectric conversion unit 6 Back electrode 6 1 Transparent electrode layer 6 2 Metal electrode layer

Claims (5)

光入射側から順に非晶質光電変換ユニットとn型シリコン複合層と結晶質光電変換ユニットとを少なくとも含む積層型薄膜光電変換装置の製造方法であって、
前記光電変換ユニットは光入射側から順に一導電型層と実質的に真性半導体の光電変換層と逆導電型層とを備えるものであり前記一導電型層はp型層であり前記逆導電型層はn型層であり前記n型シリコン複合層はシリコンと酸素の非晶質合金中にシリコン結晶相が混在するn型の層であり、
非晶質光電変換ユニットを形成する工程と、
n型シリコン複合層を形成する工程と、
形成された前記n型シリコン複合層を大気暴露する工程と、
大気暴露された前記n型シリコン複合層に対して、窒素または希ガスからなる希釈ガスと酸素含有蒸気との混合ガスを導入した状態で大気圧プラズマ処理する工程と、
引き続いて、減圧状態で結晶質光電変換ユニットのp型半導体層を形成する工程とを備えることを特徴とする、積層型薄膜光電変換装置の製造方法。
A method for producing a laminated thin film photoelectric conversion device including at least an amorphous photoelectric conversion unit, an n-type silicon composite layer, and a crystalline photoelectric conversion unit in order from the light incident side,
The photoelectric conversion unit includes, in order from the light incident side, one conductivity type layer, a substantially intrinsic semiconductor photoelectric conversion layer, and a reverse conductivity type layer. The one conductivity type layer is a p-type layer, and the reverse conductivity type. The layer is an n-type layer, and the n-type silicon composite layer is an n-type layer in which a silicon crystal phase is mixed in an amorphous alloy of silicon and oxygen,
Forming an amorphous photoelectric conversion unit;
forming an n-type silicon composite layer;
Exposing the formed n-type silicon composite layer to the atmosphere;
A step of performing atmospheric pressure plasma treatment on the n-type silicon composite layer exposed to the atmosphere in a state where a mixed gas of a dilution gas composed of nitrogen or a rare gas and an oxygen-containing vapor is introduced;
And a step of forming a p-type semiconductor layer of the crystalline photoelectric conversion unit in a reduced pressure state.
前記大気圧プラズマ処理する工程と前記p型半導体層を形成する工程の間には前記n型シリコン複合層をさらに形成する工程が無いことを特徴とする、請求項1に記載の積層型薄膜光電変換装置の製造方法。 2. The stacked thin film photoelectric device according to claim 1, wherein there is no step of further forming the n-type silicon composite layer between the step of performing the atmospheric pressure plasma treatment and the step of forming the p-type semiconductor layer. A method for manufacturing a conversion device. 前記希釈ガスは窒素であり、前記酸素含有蒸気は酸素または乾燥空気であることを特徴とする、請求項1または2に記載の積層型薄膜光電変換装置の製造方法。 The method for manufacturing a stacked thin film photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the dilution gas is nitrogen, and the oxygen-containing vapor is oxygen or dry air. 前記混合ガスにおいて酸素の窒素に対する流量比が10ppm以上300ppm以下であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の積層型薄膜光電変換装置の製造方法。 4. The method for manufacturing a stacked thin film photoelectric conversion device according to claim 1, wherein a flow rate ratio of oxygen to nitrogen in the mixed gas is 10 ppm or more and 300 ppm or less. 5. 前記大気圧プラズマ処理する工程の後1時間は、前記n型シリコン複合層表面の水接触角が10°以下であるような大気圧プラズマ処理条件を選定することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の積層型薄膜光電変換装置の製造方法。 The atmospheric pressure plasma treatment conditions are selected such that a water contact angle on the surface of the n-type silicon composite layer is 10 ° or less for 1 hour after the step of performing the atmospheric pressure plasma treatment. 5. A method for producing a stacked thin-film photoelectric conversion device according to any one of 4 above.
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