JP2952121B2 - Photovoltaic element - Google Patents

Photovoltaic element

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JP2952121B2
JP2952121B2 JP4283052A JP28305292A JP2952121B2 JP 2952121 B2 JP2952121 B2 JP 2952121B2 JP 4283052 A JP4283052 A JP 4283052A JP 28305292 A JP28305292 A JP 28305292A JP 2952121 B2 JP2952121 B2 JP 2952121B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、高性能で長期に対する
信頼性が高くしかも量産が容易な太陽電池等の光起電力
素子に関し、さらには、光起電力素子に設けられた改良
された金属層に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photovoltaic device such as a solar cell having high performance, high reliability over a long period of time and easy mass production, and an improved metal provided in the photovoltaic device. About layers.

【0002】[0002]

【従来の技術】人類のこれからのエネルギー源として、
その使用の結果発生する二酸化炭素の為に地球の温暖化
をもたらすと言われる石油や石炭に依存していくこと
や、不測の事故により、さらには正常な運転時に於いて
すら放射線の危険が皆無とは言えない原子力に全面的に
依存していく事は問題が多い。そこで太陽をエネルギー
源とし地球環境に対する影響が極めて少なく、エネルギ
ー発生源が無尽蔵である太陽電池、一層の普及が期待さ
れている。しかし現状に於いては、本格的な普及を妨げ
ているいくつかの問題点がある。
2. Description of the Related Art As a future energy source for humankind,
There is no danger of radiation due to the reliance on petroleum or coal, which is said to cause global warming due to the carbon dioxide generated as a result of its use, unexpected accidents, and even during normal operation. It is problematic to rely entirely on nuclear power, which cannot be said to be. Therefore, solar cells, which use the sun as an energy source, have very little influence on the global environment, and have an inexhaustible energy source, are expected to be more widely used. However, at present, there are some problems that hinder full-fledged diffusion.

【0003】従来太陽光発電用としては、単結晶または
多結晶のシリコンが多く用いられてきた。しかしこれら
の太陽電池では結晶の成長に多くのエネルギーと時間を
要し、またその後も複雑な工程が必要となるため量産効
果があがりにくく、低価格での提供が困難であった。こ
れに対して量産効果が高いアモルファスシリコン系(以
下a−Siと記載)や、CdS・CuInSe2 などの
化合物半導体を用いた、いわゆる薄膜半導体太陽電池が
盛んに研究、開発されてきた。これらの太陽電池では、
ガラスやステンレススティールのシートや板などの安価
な基板上に必要なだけの半導体層を形成すればよく、そ
の製造工程も比較的簡単であり、低価格化できる可能性
を持っている。しかし薄膜太陽電池は、その変換効率が
結晶シリコン太陽電池に比べて低く、しかも長期の使用
に対する信頼性に不安があるためこれまで本格的に使用
されてこなかった。そこで薄膜太陽電池の性能を改善す
るため、様々な工夫がなされている。
Conventionally, monocrystalline or polycrystalline silicon has been often used for photovoltaic power generation. However, these solar cells require a large amount of energy and time to grow crystals, and require complicated processes thereafter, so that the mass production effect is hard to increase, and it has been difficult to provide them at low cost. On the other hand, so-called thin-film semiconductor solar cells using compound semiconductors such as amorphous silicon-based (hereinafter referred to as a-Si) and CdS.CuInSe 2 which have high mass production effects have been actively researched and developed. In these solar cells,
It is only necessary to form as many semiconductor layers as necessary on an inexpensive substrate such as a glass or stainless steel sheet or plate, and the manufacturing process is relatively simple, and there is a possibility that the price can be reduced. However, thin-film solar cells have not been used in earnest because their conversion efficiency is lower than that of crystalline silicon solar cells, and their reliability for long-term use is uncertain. Therefore, various measures have been taken to improve the performance of the thin-film solar cell.

【0004】その一つに、変換効率を上げる為、基板表
面の光の反射率を高めさせ、薄膜半導体層で吸収されな
かった太陽光を、再び薄膜半導体層に戻し入射光を有効
に利用するための裏面反射層を設けることである。その
ためには、透明な基板上に光電変換層を設けた場合、基
板側から太陽光を入射させ、薄膜半導体の表面に形成す
る電極を銀(Ag)、アルミニウム(Al)、銅(C
u)など反射率の高い金属で形成するとよい。又薄膜半
導体層の表面から太陽光を入射させる場合には、同様の
金属の層を基板上に形成した後、薄膜半導体である光電
変換層を形成するとよい。さらに金属層と薄膜半導体層
の間に適当な光学的性質を持った透明層を介在させる
と、多重干渉効果によりさらに反射率を高める事ができ
る。図3は、シリコンと各種金属の間に透明層として酸
化亜鉛(ZnO)を介在させた場合(b)と、酸化亜鉛
層を介在させない場合(a)において、酸化亜鉛層を介
在させた(a)の方が酸化亜鉛層を介在させない(b)
より反射率がより向上していることを示すシミュレーシ
ョンの結果である。
One of the reasons is to increase the reflectance of light on the substrate surface in order to increase the conversion efficiency, return sunlight not absorbed by the thin film semiconductor layer to the thin film semiconductor layer again, and effectively use the incident light. Is to provide a back reflection layer. For this purpose, when a photoelectric conversion layer is provided on a transparent substrate, sunlight is incident from the substrate side, and electrodes formed on the surface of the thin film semiconductor are formed of silver (Ag), aluminum (Al), copper (C).
It is preferable to use a metal having high reflectivity such as u). In the case where sunlight is incident from the surface of the thin film semiconductor layer, it is preferable to form a photoelectric conversion layer which is a thin film semiconductor after forming a similar metal layer on a substrate. Further, when a transparent layer having appropriate optical properties is interposed between the metal layer and the thin film semiconductor layer, the reflectance can be further increased by the multiple interference effect. FIG. 3 shows a case where zinc oxide (ZnO) is interposed as a transparent layer between silicon and various metals (b), and a case where zinc oxide layer is not interposed (a), a zinc oxide layer is interposed (a). (B) does not involve a zinc oxide layer (b)
It is a result of a simulation showing that the reflectance is more improved.

【0005】この様な透明層を用いる事は薄膜太陽電池
の信頼性を高める上で効果がある。特許公告昭60−4
1878号公報には透明層を用いる事により半導体と金
属層が合金化する事を防止できるとの記載がある。また
米国特許4,532,372および4,598,306
には、適度な抵抗を持った透明層を用いる事により万が
一半導体層に短絡箇所が発生しても電極間に過剰な電流
が流れるのを防止できるとの記載がある。
The use of such a transparent layer is effective in improving the reliability of the thin-film solar cell. Patent notice 60-4
Japanese Patent No. 1878 describes that the use of a transparent layer can prevent alloying between a semiconductor and a metal layer. See also U.S. Patents 4,532,372 and 4,598,306.
Describes that use of a transparent layer having an appropriate resistance can prevent an excessive current from flowing between the electrodes even if a short circuit occurs in the semiconductor layer.

【0006】また薄膜太陽電池の変換効率を高めるため
の別の工夫として、太陽電池の表面又は/及び裏面反射
層との界面を微細な凹凸構造とする(テクスチャー構
造)方法がある。このような構成とする事により、太陽
電池の表面又は/裏面反射層との界面で太陽光が散乱さ
れ、更に半導体の内部に閉じこめられ、(光トラップ効
果)半導体中で有効に吸収できる様になる。基板が透明
な場合には、基板上の酸化錫(SnO2 )などの透明電
極の表面を凹凸構造にすると良い。また薄膜半導体の表
面から太陽光を入射する場合には、裏面反射層に用いる
金属層の表面を凹凸構造とすればよい。M.Hiras
aka,K.Suzuki,K.Nakatani,
M.Asano,M.Yano,H.Okaniwaは
Alを基板温度や堆積速度を調整して堆積する事により
裏面反射層用の凹凸構造が得られる事を示している(S
olar Cell Materials 20(19
90)pp99−110)。このような凹凸構造の裏面
反射層を用いた事による入射光の吸収の増加の例を図4
及び図5に示す。図4の曲線(a)は、金属層として平
滑なAlを用いたa−Si太陽電池の分光感度、曲線
(b)は、凹凸構造のAlを用いた場合のa−Si太陽
電池の分光感度を示し、図5の曲線(a)は、金属層と
して平滑なCuを用いたa−SiGe太陽電池の分光感
度、曲線(b)は、凹凸構造のCuを用いたa−SiG
e太陽電池の分光感度を示す。
Another method for improving the conversion efficiency of a thin-film solar cell is a method of forming a fine uneven structure at the interface between the solar cell and the front and / or back reflection layers (texture structure). With such a configuration, sunlight is scattered at the interface with the front or back surface reflection layer of the solar cell, further confined in the semiconductor, and can be effectively absorbed in the semiconductor (light trapping effect). Become. When the substrate is transparent, the surface of a transparent electrode such as tin oxide (SnO 2 ) on the substrate may have an uneven structure. In the case where sunlight enters from the surface of the thin film semiconductor, the surface of the metal layer used for the back reflection layer may have an uneven structure. M. Hiras
aka, K .; Suzuki, K .; Nakatani,
M. Asano, M .; Yano, H .; Okaniwa shows that by depositing Al by adjusting the substrate temperature and the deposition rate, a concavo-convex structure for the back reflection layer can be obtained (S
polar Cell Materials 20 (19
90) pp99-110). FIG. 4 shows an example of an increase in the absorption of incident light due to the use of the back reflection layer having such an uneven structure.
And FIG. Curve (a) in FIG. 4 shows the spectral sensitivity of an a-Si solar cell using smooth Al as a metal layer, and curve (b) shows the spectral sensitivity of an a-Si solar cell using Al having an uneven structure. 5 shows a spectral sensitivity of an a-SiGe solar cell using smooth Cu as a metal layer, and a curve (b) shows a-SiG using Cu having an uneven structure.
e shows the spectral sensitivity of the solar cell.

【0007】さらに金属層と透明層の2層からなる裏面
反射層の考え方と、凹凸構造の考え方を組み合わせる事
もできる。米国特許4,419,533号公報には金属
層の表面が凹凸構造を持ち、且つその上に透明層が形成
された裏面反射層の考え方が開示されている。
Further, the concept of the back-surface reflection layer composed of two layers, a metal layer and a transparent layer, can be combined with the concept of the uneven structure. U.S. Pat. No. 4,419,533 discloses a concept of a back reflection layer in which the surface of a metal layer has an uneven structure and a transparent layer is formed thereon.

【0008】裏面反射層の金属層としてアルミニウムあ
るいは銅を用いることは、製造に要するコストを低く抑
え、かつ変換効率の高い太陽電池を得る上で極めて有利
である。ところが金属層あるいは金属層を兼ねる基板が
アルミニウム或いは銅である従来の裏面反射層を用いた
場合では、高温高湿等の過酷な条件下での使用に対する
信頼性は必ずしも十分ではなく、変換効率が大幅に低下
する等の場合があった。このためこのような薄膜半導体
太陽電池は、低価格にて生産できる可能性がありなが
ら、太陽光発電用には本格的に使用されてこなかった。
The use of aluminum or copper as the metal layer of the backside reflection layer is extremely advantageous in reducing the production cost and obtaining a solar cell with high conversion efficiency. However, in the case of using the conventional back reflection layer in which the metal layer or the substrate also serving as the metal layer is aluminum or copper, the reliability for use under severe conditions such as high temperature and high humidity is not always sufficient, and the conversion efficiency is not sufficient. In some cases, it was significantly reduced. For this reason, such a thin-film semiconductor solar cell has not been used in earnest for photovoltaic power generation, although it may be produced at a low price.

【0009】本発明はこの様な現状に鑑みなされた物で
あって、改良された裏面反射層を用いることにより、従
来のものより変換効率が高くしかも信頼性の高い光起電
力素子を低価格にて提供する事を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and by using an improved back reflection layer, a photovoltaic element having higher conversion efficiency and higher reliability than the conventional one can be manufactured at a low cost. The purpose is to provide at.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、反射率
の高い金属としてアルミニウムを用いた裏面反射層や銅
を用いた裏面反射層には次のような解決すべき技術的課
題がある事を見いだした。
SUMMARY OF THE INVENTION The present inventors have found the following technical problems to be solved in a back reflection layer using aluminum as a metal having a high reflectance or a back reflection layer using copper. I found something.

【0011】(1)アルミニウム原子や銅原子の拡散に
よる透明層の変化 裏面反射層の上に薄膜半導体を堆積する際には、通常2
00度以上の基板温度とされる。この様な温度ではアル
ミニウム原子や銅原子が透明層中に拡散する事がある。
このアルミニウム原子や銅原子がドーパントとして働く
と、通常それ自身半導体である透明層の抵抗や耐薬品性
等に変化を来す。その結果、抵抗が高くなりすぎると回
路中で直列抵抗損失を生じ、低くなりすぎると短絡箇所
を流れる電流を抑えることができない。また薬品に対し
腐食を受け易くなると、後工程で用いるエッチャント等
の薬品によって、欠陥を生じる。
(1) Change of transparent layer due to diffusion of aluminum atoms and copper atoms When depositing a thin film semiconductor on the backside reflective layer, usually,
The substrate temperature is set to 00 degrees or higher. At such a temperature, aluminum atoms and copper atoms may diffuse into the transparent layer.
When these aluminum and copper atoms act as dopants, the resistance and chemical resistance of the transparent layer, which is usually a semiconductor itself, change. As a result, if the resistance is too high, a series resistance loss occurs in the circuit, and if the resistance is too low, the current flowing through the short-circuit portion cannot be suppressed. In addition, when a chemical is susceptible to corrosion, a defect occurs due to a chemical such as an etchant used in a subsequent process.

【0012】(2)薄膜半導体層へのアルミニウム原子
や銅原子の拡散 さらにアルミニウム原子や銅原子が透明層を貫通して透
明層の表面まで拡散し、金属が直接薄膜半導体層と接触
した場合アルミニウムや銅と半導体の反応を生じ半導体
接合の機能が損なわれる。極端な場合、透明電極との間
に短絡を生じる。
(2) Diffusion of aluminum and copper atoms into the thin film semiconductor layer Further, when aluminum and copper atoms diffuse through the transparent layer to the surface of the transparent layer and the metal comes into direct contact with the thin film semiconductor layer, aluminum In addition, a reaction between copper and the semiconductor occurs, and the function of the semiconductor junction is impaired. In an extreme case, a short circuit occurs with the transparent electrode.

【0013】(3)凹凸構造による拡散の増加 透明層、あるいは透明層とアルミニウム層あるいは透明
層と銅層が凹凸構造をとる場合、凹凸構造とすることに
より表面積が増えるためよりアルミニウム原子や銅原子
の拡散が増加する。
(3) Increase in diffusion due to the uneven structure When the transparent layer, or the transparent layer and the aluminum layer or the transparent layer and the copper layer have an uneven structure, the surface area is increased by forming the uneven structure, so that aluminum atoms or copper atoms are increased. Increase the diffusion of

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明者らはこれらの問
題点の検討の結果、以下に説明する本発明の基本概念を
想起するに至ったものである。
As a result of studying these problems, the present inventors have come up with the following basic concept of the present invention.

【0015】本第一発明の光起電力素子は、シリコン、
銅、亜鉛、マンガンのうち少なくとも一つを有するアル
ミニウムで形成された金属層と、該金属層上に設けられ
た透明層と、該透明層上に設けられた光電変換を有する
半導体層とを有し、該シリコン、銅、亜鉛、マンガンの
うち少なくとも一つが該透明層側の該金属層面から膜厚
方向に、50Å以上500Å以下で濃度が1/e(e=
自然対数の底)となるように単調に減少分布しているこ
とを特徴とする。
The photovoltaic device according to the first aspect of the present invention comprises silicon,
A metal layer formed of aluminum having at least one of copper, zinc, and manganese; a transparent layer provided on the metal layer; and a semiconductor layer having photoelectric conversion provided on the transparent layer. At least one of silicon, copper, zinc, and manganese has a concentration of 1 / e (e = e = 50 ° or more and 500 ° or less) in the thickness direction from the metal layer surface on the transparent layer side.
It is characterized by a monotonically decreasing distribution so as to be the natural logarithm base).

【0016】前記シリコン濃度が0.5〜10.0重量
%であることを特徴とする。
The silicon concentration is 0.5 to 10.0% by weight.

【0017】前記銅濃度が0.5〜10.0重量%であ
ることを特徴とする。
The copper concentration is 0.5 to 10.0% by weight.

【0018】前記亜鉛濃度が0.5〜10.0重量%で
あることを特徴とする。
The zinc concentration is 0.5 to 10.0% by weight.

【0019】さらに、少なくとも前記透明層の表面が凹
凸構造であることを特徴とする。又、本第二発明は、シ
リコン、アルミニウム、亜鉛、錫、ベリリウムのうち少
なくとも一つを含む銅で形成された金属層と、該金属層
上に設けられた透明層と、該透明層上に設けられた光電
変換を有する半導体層とを有し、該シリコン、銅、亜
鉛、マンガンのうち少なくとも一つが該透明層側の該金
属層面から膜厚方向に、50Å以上500Å以下で濃度
が1/e(e=自然対数の底)となるように単調に減少分
布していることを特徴とする。
Further, at least the surface of the transparent layer has an uneven structure. Further, the second invention provides a metal layer formed of copper containing at least one of silicon, aluminum, zinc, tin, and beryllium, a transparent layer provided on the metal layer, A semiconductor layer having photoelectric conversion provided therein, wherein at least one of silicon, copper, zinc, and manganese has a concentration of 1/50 to 500 ° in the film thickness direction from the metal layer surface on the transparent layer side. It is characterized by a monotonically decreasing distribution such that e (e = base of natural logarithm).

【0020】前記シリコン濃度が0.5〜10.0重量
%であることを特徴とする。
[0020] The silicon concentration is 0.5 to 10.0% by weight.

【0021】前記アルミニウム濃度が0.5〜10.0
重量%であることを特徴とする。
The aluminum concentration is 0.5 to 10.0.
% By weight.

【0022】前記亜鉛濃度が0.5〜10.0重量%で
あることを特徴とする。
It is characterized in that the zinc concentration is 0.5 to 10.0% by weight.

【0023】前記錫濃度が0.5〜10.0重量%であ
ることを特徴とする。
[0023] The tin concentration is 0.5 to 10.0% by weight.

【0024】前記ベリリウム濃度が0.1〜2.0重量
%であることを特徴とする。
The beryllium concentration is 0.1 to 2.0% by weight.

【0025】[0025]

【0026】少なくとも前記透明層の表面が凹凸構造で
あることを特徴とする。
At least the surface of the transparent layer has an uneven structure.

【0027】本発明による薄膜太陽電池の構造の一例を
図1、図2に示す。101は導電性の基板である。その
表面にアルミニウムの層又は銅の層102が形成されて
いる。ここでアルミニウム層又は銅層である金属層10
2には、適当な不純物が添加されている。その上に透明
層103が形成され金属面と透明層とで裏面反射層を構
成している。透明層は薄膜半導体層を透過してきた太陽
光に対して透明であればよい。尚、図1はアルミニウム
層又は銅層102が凹凸構造を取る場合、図2はアルミ
ニウム層又は銅層が平滑で透明層が凹凸構造を取る場合
であるが、この上に薄膜半導体接合104がある。ここ
では薄膜半導体接合としてpin型のa−Si系光起電
力素子を用いた例を示すが、pin型a−Si系光起電
力素子を複数積層したタンダムセルやトリプルセル構造
にしてもよい。即ち105はn型a−Si、106はi
型a−Si、107はp型a−Siである。薄膜半導体
接合104が薄い場合には、図1、図2に示すように薄
膜半導体接合全体が、透明層の表面と同様の凹凸構造を
示す事が多い。108は表面の透明電極である。その上
に電気を集める櫛型等の集電電極109が設けられてい
る。この様な構造を取る事により次のような効果を生じ
る。
FIGS. 1 and 2 show an example of the structure of the thin-film solar cell according to the present invention. 101 is a conductive substrate. An aluminum layer or a copper layer 102 is formed on the surface. Here, the metal layer 10 which is an aluminum layer or a copper layer
2 is doped with appropriate impurities. A transparent layer 103 is formed thereon, and the metal surface and the transparent layer constitute a back reflection layer. The transparent layer may be transparent to sunlight transmitted through the thin film semiconductor layer. FIG. 1 shows a case where the aluminum layer or the copper layer 102 has an uneven structure, and FIG. 2 shows a case where the aluminum layer or the copper layer has a smooth structure and the transparent layer has an uneven structure. . Although an example in which a pin-type a-Si based photovoltaic element is used as the thin film semiconductor junction is shown here, a tandem cell or triple cell structure in which a plurality of pin-type a-Si based photovoltaic elements are stacked may be used. That is, 105 is n-type a-Si, and 106 is i
Types a-Si and 107 are p-type a-Si. When the thin-film semiconductor junction 104 is thin, the entire thin-film semiconductor junction often shows an uneven structure similar to the surface of the transparent layer, as shown in FIGS. 108 is a transparent electrode on the surface. A comb-shaped collecting electrode 109 for collecting electricity is provided thereon. The following effects are obtained by adopting such a structure.

【0028】(1)金属層102としてアルミニウムあ
るいは銅を用いているため、太陽光の反射率が高い。
(1) Since aluminum or copper is used for the metal layer 102, the reflectance of sunlight is high.

【0029】(2)透明層103の表面が凹凸構造であ
るため、薄膜半導体接合104内部での光トラップ効果
が生じる。そのため入射した太陽光が効果的に吸収され
太陽電池の変換効率が向上する。
(2) Since the surface of the transparent layer 103 has a concavo-convex structure, a light trapping effect occurs inside the thin film semiconductor junction 104. Therefore, the incident sunlight is effectively absorbed, and the conversion efficiency of the solar cell is improved.

【0030】(3)アルミニウム層や銅層102に適当
な不純物が含まれているため、透明層103や薄膜半導
体接合104へのアルミニウム原子や銅原子の拡散が起
こりにくい。このため透明層103の抵抗、耐薬品性が
安定しており信頼性が高い。
(3) Since appropriate impurities are contained in the aluminum layer and the copper layer 102, diffusion of aluminum atoms and copper atoms into the transparent layer 103 and the thin film semiconductor junction 104 hardly occurs. Therefore, the resistance and chemical resistance of the transparent layer 103 are stable, and the reliability is high.

【0031】これについて詳細は不明であるが、アルミ
ニウム層や銅層に適当な不純物が含まれることによっ
て、アルミニウム層や銅層に直接透明層や半導体層が積
層される場合と異なり、急激に元素が変化しない為拡散
しにくく、又、耐薬品性が安定していると考えられる。
Although the details of this are unknown, the appropriate impurity contained in the aluminum layer or the copper layer causes the element layer to suddenly differ from the case where the transparent layer or the semiconductor layer is directly laminated on the aluminum layer or the copper layer. Are not changed because of no change, and it is considered that chemical resistance is stable.

【0032】(4)凹凸構造等の面積が実質的に拡がる
場合には特に金属の拡散が抑えられることにより信頼性
が高められる。
(4) When the area of the concavo-convex structure or the like is substantially increased, the reliability is enhanced particularly by suppressing the diffusion of metal.

【0033】なお、アルミ層や銅層に含有する不純分濃
度は、亜鉛ならば40重量%でも入るが金属層の反射率
を下げず、金属層からの拡散を防ぎ、合金の組成として
無利のない範囲とすればよく、具体的に最適な範囲とし
て、Alに、Si,Cu又はZnを含む場合は、それぞ
れ0.5〜10.0重量%の範囲であり、Mnを含む場
合は、0.1〜2.0重量%の範囲である。又CuにS
i,Al,Zn又はSnを含む場合は、それぞれ0.5
〜10.0重量%の範囲であり、Beを含む場合は0.
1〜2.0重量%の範囲である。
The concentration of impurities contained in the aluminum layer and the copper layer can be as much as 40% by weight in the case of zinc, but does not lower the reflectivity of the metal layer, prevents diffusion from the metal layer, and is not useful as an alloy composition. The optimum range is specifically 0.5 to 10.0% by weight when Al contains Si, Cu or Zn, and 0.5 to 10.0% by weight when Al contains Mn. It is in the range of 0.1 to 2.0% by weight. S to Cu
When i, Al, Zn or Sn is contained, 0.5
To 10.0% by weight, and 0.1% when Be is contained.
It is in the range of 1 to 2.0% by weight.

【0034】以下本発明の効果を示すための実験につい
て説明する。
An experiment for demonstrating the effects of the present invention will be described below.

【0035】(実験1)5×5cmのステンレス板(S
US430)上にDCマグネトロンスパッタ法にてSi
を10重量%含むAlターゲットを用いてAl層を30
00Å堆積した。この時の基板温度を250度とした。
SEM観察によると、Alの表面は、直径4000−6
000Å程度の結晶粒と見られる凸部が密集しており白
濁していた。その上にDCマグネトロンスパッタ法にて
ZnOを700Å堆積した。このときの基板温度を10
0度とした。こうして形成した裏面反射層の上に、基板
温度を300度としてグロー放電分解法にて、SiH
4 ,PH3 を原料ガスとしてn型a−Si層を200
Å、SiH4 を原料ガスとしてi型a−Si層を400
0Å、SiH4 ,BF3 ,H2 を原料ガスとしてp型微
結晶(μc)Si層を100Å堆積し薄膜半導体接合と
した(尚SiH4 などのグロー放電分解法によるa−S
i中には、10%程度の水素(H)が含まれる為、一般
にはa−Si:Hと表記されるが、本説明中では簡単の
ため単にa−Siと表記するものとする)。この上に透
明電極として抵抗加熱蒸着法によりITO膜を650Å
堆積した。さらにその上に銀ペーストをスクリーン印刷
により幅300ミクロンの集電電極を形成し試料1aと
した。
(Experiment 1) A 5 × 5 cm stainless steel plate (S
US430) by DC magnetron sputtering
Of the Al layer by using an Al target containing 10% by weight of
00Å deposited. The substrate temperature at this time was set to 250 degrees.
According to SEM observation, the surface of Al has a diameter of 4000-6.
The protruding portions, which appeared to be crystal grains of about 000 °, were dense and cloudy. On top of that, ZnO was deposited at 700 ° by DC magnetron sputtering. The substrate temperature at this time is set to 10
0 degrees. On the back reflection layer thus formed, the substrate temperature is set to 300 ° C. and the SiH
4 and PH 3 as source gases to form an n-type a-Si layer of 200
Å, an i-type a-Si layer SiH 4 as source gases 400
0 °, a 100 μm p-type microcrystalline (μc) Si layer is deposited using SiH 4 , BF 3 , and H 2 as source gases to form a thin film semiconductor junction (a-S by glow discharge decomposition such as SiH 4).
Since i contains about 10% of hydrogen (H), it is generally referred to as a-Si: H, but is simply referred to as a-Si for simplicity in this description.) An ITO film was formed thereon as a transparent electrode by a resistance heating evaporation method at 650 °.
Deposited. Further, a current collecting electrode having a width of 300 μm was formed on the silver paste by screen printing to obtain a sample 1a.

【0036】次にSiを3重量%含むAlのターゲット
を用いてAl層を形成した他は試料1aと同様にして試
料1bを得た。
Next, a sample 1b was obtained in the same manner as the sample 1a, except that an Al layer was formed using an Al target containing 3% by weight of Si.

【0037】次にSiを0.5重量%含むAlのターゲ
ットを用いてAl層を形成した他は試料1aと同様にし
て試料1cを得た。
Next, a sample 1c was obtained in the same manner as the sample 1a, except that an Al layer was formed using an Al target containing 0.5% by weight of Si.

【0038】次に純Alのターゲットを用いてAl層を
形成した他は試料1aと同様にして試料1dを得た。
Next, a sample 1d was obtained in the same manner as the sample 1a, except that an Al layer was formed using a target of pure Al.

【0039】次にAlの堆積時の基板温度を室温とし、
ZnOの堆積温度を250度としZnOの厚さを400
0Åとした他は、試料1bと同様にして試料1eを得
た。
Next, the substrate temperature during the deposition of Al is set to room temperature,
The deposition temperature of ZnO is 250 degrees and the thickness of ZnO is 400
A sample 1e was obtained in the same manner as the sample 1b, except that the angle was 0 °.

【0040】なお分析によれば堆積されたAl層の中に
は、ターゲット中とほぼ同じ濃度のSiが検出された。
こうして得られた5種の試料をAM−1.5のソーラー
シミュレーターの下で測定し、太陽電池として変換効率
を評価した。結果を表1に示す。即ち、試料1dでは他
に比べ変換効率がかなり低い。これは太陽電池特性の詳
細な検討によれば短絡による効率低下と考えられる。各
試料の表面を金属顕微鏡にて倍率500倍で観察した。
試料1dでは一面にスポット状の変色が見られた。変色
した部分をオージェ分析したところAlがSiの表面に
見られた。なお試料1eは最も効率が高かったが、この
試料ではAlの表面が平滑であるためこの面での光の反
射率が最も良好だったことによると思われる。
According to the analysis, almost the same concentration of Si as in the target was detected in the deposited Al layer.
The five kinds of samples thus obtained were measured under a solar simulator of AM-1.5, and the conversion efficiency as a solar cell was evaluated. Table 1 shows the results. That is, the conversion efficiency of sample 1d is considerably lower than that of the other samples. This is considered to be a decrease in efficiency due to a short circuit according to a detailed study of solar cell characteristics. The surface of each sample was observed at a magnification of 500 times with a metallographic microscope.
In sample 1d, spot-like discoloration was observed on one surface. When the discolored portion was analyzed by Auger analysis, Al was found on the surface of the Si. Although the sample 1e had the highest efficiency, it is considered that the light reflectance on this surface was the best because the surface of Al was smooth in this sample.

【0041】(実験2)亜鉛(Zn)を3重量%含むA
lのターゲットを用いた他は実験1の試料1aと同様に
して試料2aを得た。
(Experiment 2) A containing 3% by weight of zinc (Zn)
A sample 2a was obtained in the same manner as the sample 1a of the experiment 1, except that the target 1 was used.

【0042】銅(Cu)3重量%含むAlのターゲット
を用いた他は試料1aと同様にして試料2bを得た。
A sample 2b was obtained in the same manner as the sample 1a, except that an Al target containing 3% by weight of copper (Cu) was used.

【0043】マンガン(Mn)を1重量%含むAlのタ
ーゲットを用いた他は試料1aと同様にして試料2cを
得た。
A sample 2c was obtained in the same manner as the sample 1a except that an Al target containing 1% by weight of manganese (Mn) was used.

【0044】なお分析によれば堆積されたAl層の中に
は、ターゲット中とほぼ同じ濃度の不純物金属が検出さ
れた。こうして得られた3種の試料をAM−1.5のソ
ーラーシミュレーターの下で測定し、太陽電池としての
変換効率を評価した。結果を表2に示す。即ち、何れも
良好な変換効率が得られた。次いで各試料の表面を金属
顕微鏡にて倍率500倍で観察したが、異常は認められ
なかった。
According to the analysis, an impurity metal was detected in the deposited Al layer at substantially the same concentration as in the target. The three types of samples thus obtained were measured under a solar simulator of AM-1.5 to evaluate the conversion efficiency as a solar cell. Table 2 shows the results. That is, good conversion efficiency was obtained in each case. Next, the surface of each sample was observed with a metallographic microscope at a magnification of 500 times, and no abnormality was observed.

【0045】更に各試料に用いた裏面反射層(ZnOま
で堆積された物)を温度300度の状態に2時間放置し
た。ZnOの表面に面積1cm2 のCr電極を形成し定
電流電源を用いて20mAの電流が流れるようにして抵
抗を評価した。何れの試料とも加熱放置の前後で抵抗の
変化は殆ど認められなかった。
Further, the back reflection layer (the material deposited up to ZnO) used for each sample was left at a temperature of 300 ° C. for 2 hours. A Cr electrode having an area of 1 cm 2 was formed on the surface of ZnO, and the resistance was evaluated using a constant current power supply so that a current of 20 mA flowed. In any of the samples, almost no change in resistance was observed before and after heating.

【0046】(実験3)実験1の試料1aの裏面反射層
と同様にして試料3aを得た。
(Experiment 3) A sample 3a was obtained in the same manner as in the back reflection layer of the sample 1a of the experiment 1.

【0047】純Alのターゲットを用いてAl層を堆積
した他は試料3aと同様にして試料3bとした。
A sample 3b was prepared in the same manner as the sample 3a, except that an Al layer was deposited using a target of pure Al.

【0048】両試料を300度の状態に2時間放置した
後、塩化鉄30%水溶液中に5分間漬けた。塩化鉄水溶
液はITOのパターニングに用いるエッチャントであ
る。試料3aでは特に変化が認められなかったが、試料
3bではZnOが著しく腐食していた。このことから、
試料3aの裏面反射層を用いると、薄膜半導体にピンホ
ール等の欠陥があっても後工程に於いてダメージを受け
にくいと予想される。またSIMS分析によると熱処理
直後の試料3bではAlが透明層の中に拡散していた。
After leaving both samples at 300 ° C. for 2 hours, they were immersed in a 30% iron chloride aqueous solution for 5 minutes. The aqueous iron chloride solution is an etchant used for patterning ITO. Although no particular change was observed in sample 3a, ZnO was significantly corroded in sample 3b. From this,
When the back reflection layer of the sample 3a is used, it is expected that even if a thin film semiconductor has a defect such as a pinhole, the thin film semiconductor is unlikely to be damaged in a later process. According to SIMS analysis, Al was diffused into the transparent layer in Sample 3b immediately after the heat treatment.

【0049】(実験4)5×5cmのステンレス板(S
US430)上にDCマグネトロンスパッタ法にてSi
を10重量%含むCuターゲットを用いてCu層を30
00Å堆積した。この時の基板温度を300度とした。
SEM観察によると、Cuの表面は、直径5000−7
000Å程度の結晶粒と見られる凸部が密集しており白
濁していた。その上にDCマグネトロンスパッタ法にて
ZnOを700Å堆積した。このときの基板温度を10
0度とした。こうして形成した裏面反射層の上に、基板
温度を300度としてグロー放電分解法にて、SiH
4 ,PH3 を原料ガスとしてn型a−Si層を200
Å、SiH4 を原料ガスとしてi型a−Si層を400
0Å、SiH4 ,BF3 ,H2 を原料ガスとしてp型微
結晶(μc)Si層を100Å堆積し薄膜半導体接合と
した(尚SiH4 などのグロー放電分解法によるa−S
i中には、10%程度の水素(H)が含まれる為、一般
にはa−Si:Hと表記されるが、本説明中では簡単の
ため単にa−Siと表記するものとする)。この上に透
明電極として抵抗加熱蒸着法よりITO膜を650Å堆
積した。さらにその上に銀ペーストをスクリーン印刷に
より幅300ミクロンの集電電極を形成し試料5aとし
た。
(Experiment 4) A 5 × 5 cm stainless steel plate (S
US430) by DC magnetron sputtering
Cu layer by using a Cu target containing 10% by weight of
00Å deposited. The substrate temperature at this time was 300 degrees.
According to SEM observation, the surface of Cu has a diameter of 5000-7.
The protruding portions, which appeared to be crystal grains of about 000 °, were dense and cloudy. On top of that, ZnO was deposited at 700 ° by DC magnetron sputtering. The substrate temperature at this time is set to 10
0 degrees. On the back reflection layer thus formed, the substrate temperature is set to 300 ° C. and the SiH
4 and PH 3 as source gases to form an n-type a-Si layer of 200
Å, an i-type a-Si layer SiH 4 as source gases 400
0 °, a 100 μm p-type microcrystalline (μc) Si layer is deposited using SiH 4 , BF 3 , and H 2 as source gases to form a thin film semiconductor junction (a-S by glow discharge decomposition such as SiH 4).
Since i contains about 10% of hydrogen (H), it is generally referred to as a-Si: H, but is simply referred to as a-Si for simplicity in this description.) An 650 ° ITO film was deposited thereon as a transparent electrode by resistance heating evaporation. Further, a current collecting electrode having a width of 300 μm was formed on the silver paste by screen printing to obtain a sample 5a.

【0050】次にSiを3重量%含むCuのターゲット
を用いてCu層を形成した他は試料5aと同様にして試
料5bを得た。
Next, a sample 5b was obtained in the same manner as the sample 5a, except that a Cu layer was formed using a Cu target containing 3% by weight of Si.

【0051】次にSiを0.5重量%含むCuのターゲ
ットを用いてCu層を形成した他は試料5aと同様にし
て試料5cを得た。
Next, a sample 5c was obtained in the same manner as the sample 5a, except that a Cu layer was formed using a Cu target containing 0.5% by weight of Si.

【0052】次に純Cuのターゲットを用いてCu層を
形成した他は試料5aと同様にして試料5dを得た。
Next, a sample 5d was obtained in the same manner as the sample 5a, except that a Cu layer was formed using a pure Cu target.

【0053】次にCuの堆積時の基板温度を室温とし、
ZnOの堆積温度を250度としZnOの厚さを400
0Åとした他は、試料5bと同様にして試料5eを得
た。
Next, the substrate temperature during the deposition of Cu is set to room temperature,
The deposition temperature of ZnO is 250 degrees and the thickness of ZnO is 400
A sample 5e was obtained in the same manner as the sample 5b, except that the angle was set to 0 °.

【0054】次にCuの堆積時の基板温度を室温とし、
ZnOの堆積温度を250度としZnOの厚さを400
0Åとした他は、試料5dと同様にして試料5fを得
た。
Next, the substrate temperature at the time of Cu deposition was set to room temperature,
The deposition temperature of ZnO is 250 degrees and the thickness of ZnO is 400
A sample 5f was obtained in the same manner as the sample 5d, except that the angle was set to 0 °.

【0055】なお分析によれば堆積されたCu層の中に
は、ターゲット中とほぼ同じ濃度のSiが検出された。
こうして得られた5種の試料をAM−1.5のソーラー
シミュレーターの下で測定し、太陽電池としての変換効
率を評価した。結果を表5に示す。即ち、試料5dでは
他に比べ変換効率がかなり低い。これは太陽電池特性の
詳細な検討によれば直列抵抗が極端に高まった為の効率
低下と考えられる。また試料5fでも特性が低下してお
り短絡が生じているのが認められた。なお試料1eは最
も効率が高かったが、この試料ではCuの表面が平滑で
あるためこの面での反射も最も良好だったことによると
思われる。
According to the analysis, Si was detected in the deposited Cu layer at substantially the same concentration as in the target.
The five kinds of samples thus obtained were measured under a solar simulator of AM-1.5 to evaluate the conversion efficiency as a solar cell. Table 5 shows the results. That is, the conversion efficiency of the sample 5d is considerably lower than those of the other samples. This is considered to be a decrease in efficiency due to an extremely high series resistance according to a detailed study of solar cell characteristics. Also in sample 5f, it was recognized that the characteristics were deteriorated and a short circuit occurred. Although the sample 1e had the highest efficiency, it is considered that the reflection on this surface was the best because the Cu surface was smooth in this sample.

【0056】(実験5)アルミニウムを3重量%含むC
uのターゲットを用いた他は実験4の試料1aと同様に
して試料6aを得た。
(Experiment 5) C containing 3% by weight of aluminum
A sample 6a was obtained in the same manner as the sample 1a of the experiment 4, except that the target of u was used.

【0057】亜鉛(Zn)を3重量%含むCuのターゲ
ットを用いた他は実験4の試料5aと同様にして試料6
bを得た。
Sample 6 was prepared in the same manner as Sample 5a of Experiment 4 except that a Cu target containing 3% by weight of zinc (Zn) was used.
b was obtained.

【0058】錫(Sn)を3重量%含むCuのターゲッ
トを用いた他は試料5aと同様にして試料6cを得た。
Sample 6c was obtained in the same manner as Sample 5a, except that a Cu target containing 3% by weight of tin (Sn) was used.

【0059】ベリリウム(Be)を1重量%含むCuの
ターゲットを用いた他は試料5aと同様にして試料6d
を得た。
Sample 6d was prepared in the same manner as sample 5a except that a Cu target containing 1% by weight of beryllium (Be) was used.
I got

【0060】なお分析によれば堆積されたCu層の中に
は、ターゲット中とほぼ同じ濃度の不純物金属が検出さ
れた。こうして得られた4種の試料をAM−1.5のソ
ーラーシミュレーターの下で測定し、太陽電池としての
変換効率を評価した。結果を表6に示す。即ち、何れも
良好な変換効率が得られた。次いで各試料の表面を金属
顕微鏡にて倍率500倍で観察したが、異常は認められ
なかった。
According to the analysis, an impurity metal having substantially the same concentration as in the target was detected in the deposited Cu layer. The four samples thus obtained were measured under an AM-1.5 solar simulator to evaluate the conversion efficiency as a solar cell. Table 6 shows the results. That is, good conversion efficiency was obtained in each case. Next, the surface of each sample was observed with a metallographic microscope at a magnification of 500 times, and no abnormality was observed.

【0061】更に各試料に用いた裏面反射層(ZnOま
で堆積された物)を温度300度の状態に2時間放置し
た。ZnOの表面に面積1cm2 のCr電極を形成し定
電流電源を用いて20mAの電流が流れるようにして抵
抗を評価した。何れの試料とも加熱放置の前後で抵抗の
変化は殆ど認められなかった。
Further, the back reflection layer (the material deposited up to ZnO) used for each sample was left at a temperature of 300 ° C. for 2 hours. A Cr electrode having an area of 1 cm 2 was formed on the surface of ZnO, and the resistance was evaluated using a constant current power supply so that a current of 20 mA flowed. In any of the samples, almost no change in resistance was observed before and after heating.

【0062】(実験6)試料5aの裏面反射層を試料7
aとした。
(Experiment 6) The back reflection layer of Sample 5a was replaced with Sample 7
a.

【0063】試料5dの裏面反射層を試料7bとした。The back reflection layer of Sample 5d was used as Sample 7b.

【0064】試料5fの裏面反射層を試料7cとした。The back reflection layer of sample 5f was used as sample 7c.

【0065】これらの試料を300度で2時間加熱処理
を行った。またSIMS分析によると熱処理後の試料7
bではCuが透明層の中に拡散しており、実験4で試料
5dの特性が低かったのは、Cuの拡散により透明層の
抵抗が高くなりすぎたためと考えられる。また熱処理後
の試料5fの表面を倍率500倍の金属顕微鏡にて観察
したところ、部分的にZnO層が剥離しているのが見ら
れた。さらにこの試料のZnO層を酢酸にてエッチング
したところ、Cu表面が荒れており、熱処理中に表面の
形状が変化してZnO層の剥離を生じた物と考えられ
る。
These samples were heat-treated at 300 ° C. for 2 hours. According to SIMS analysis, Sample 7 after heat treatment
In b, Cu was diffused into the transparent layer, and the characteristic of Sample 5d was low in Experiment 4 because the diffusion of Cu caused the resistance of the transparent layer to be too high. When the surface of the sample 5f after the heat treatment was observed with a metallographic microscope at a magnification of 500, it was found that the ZnO layer was partially peeled off. Furthermore, when the ZnO layer of this sample was etched with acetic acid, it was considered that the Cu surface was rough, and the surface shape changed during the heat treatment to cause peeling of the ZnO layer.

【0066】(実験7)2個の独立したターゲットを持
ち、基板ホルダーの回転によって、基板が各々のターゲ
ットに対向する位置を順次通過する構造を持つDCマグ
ネトロンスパッタ装置を用意した。
(Experiment 7) A DC magnetron sputtering apparatus having two independent targets and having a structure in which a substrate sequentially passes through positions facing the respective targets by rotating a substrate holder was prepared.

【0067】一方のターゲットは純アルミニウムとし、
他方のターゲットはSiを6重量%含むアルミニウムタ
ーゲットとした。この装置を用いて5×5cmのステン
レス板の上にAl層を堆積した。堆積の初期においては
純アルミニウムのターゲットのみに電圧を加え、純アル
ミニウムを堆積した。堆積の途中から他方のターゲット
にも電圧を加え徐々に電力(電圧×電流)を増加し、最
後には両ターゲットの電力が等しくなった所で同時に電
圧の印加を止め、膜の堆積を中止した。純Alのターゲ
ットだけでAlの堆積を行った基板及び他方のターゲッ
トの電力を増加させる速さを変え全部で7種の表面近傍
にSiを含むAl膜を堆積した。こうして作製した7種
の試料を2次イオン質量分析装置(SIMS)にて表面
からSi濃度の分析を行った。結果を図10に示す。こ
こで表面からSi濃度がピーク値
One target is pure aluminum,
The other target was an aluminum target containing 6% by weight of Si. Using this apparatus, an Al layer was deposited on a 5 × 5 cm stainless plate. At the beginning of the deposition, pure aluminum was deposited by applying a voltage only to the target of pure aluminum. During the deposition, a voltage was applied to the other target and the power (voltage x current) was gradually increased. Finally, when the power of both targets became equal, the application of the voltage was stopped at the same time, and the deposition of the film was stopped. . The rate of increasing the power of the substrate on which Al was deposited only with the target of pure Al and the rate of increasing the power of the other target were changed, and Al films containing Si were deposited near seven types of surfaces in all. The seven samples thus prepared were analyzed for Si concentration from the surface using a secondary ion mass spectrometer (SIMS). The results are shown in FIG. Where the Si concentration from the surface is the peak value

【0068】[0068]

【外1】 となる深さ=lを算出した。次に各々のAl層の上に基
板温度を200℃としてZnOを4000Å堆積した
所、ZnOが凹凸構造となり表面が白濁した。こうして
得られた7種の基板の上に実験1と同様にしてグロー放
電分解法にて7種の太陽電池(試料8a〜8g)を作製
した。これらの変換効率を測定した結果を表8に示す。
l=150Åまでは、lが長くなるにつれ、変換効率が
増加し、Si添加の効果が認められた。一方、lをそれ
以上増すとむしろ変換効率は若干低下傾向となった。こ
れは次の様に解釈される。実測によるとAlにSiを添
加すると若干の反射率の低下が見られるが、Siの添加
が表面近傍に限定されていると、反射率の低下が少なく
なる。一方、Siの添加が極端に表面近くに限定される
と、Alの拡散を抑制する効果が弱まる。結局l=50
〜500Å程度が最適となったと考えられる。
[Outside 1] Depth = 1 was calculated. Next, when the substrate temperature was set to 200 ° C. and ZnO was deposited at 4000 ° C. on each Al layer, the ZnO became an uneven structure and the surface became cloudy. Seven types of solar cells (samples 8a to 8g) were produced on the seven types of substrates thus obtained by glow discharge decomposition in the same manner as in Experiment 1. Table 8 shows the results of measuring these conversion efficiencies.
Up to l = 150 °, the conversion efficiency increased and the effect of Si addition was recognized as l became longer. On the other hand, when l was further increased, the conversion efficiency tended to slightly decrease. This is interpreted as follows. According to actual measurements, a slight decrease in reflectance is observed when Si is added to Al. However, when the addition of Si is limited to the vicinity of the surface, the decrease in reflectance is reduced. On the other hand, if the addition of Si is extremely limited near the surface, the effect of suppressing the diffusion of Al is weakened. After all, l = 50
It is considered that about が 500 ° was optimal.

【0069】(実験8)実験7で使用したのと同じDC
マグネトロンスパッタ装置において、純Alのターゲッ
トとZnを6重量%含むアルミニウムターゲットを用い
て実験7と同様にして表面近傍で約3%のZnを含むl
の異なる2種のAl層を堆積した。また同様にして表面
近傍で約1%のMnを含むlの異なる2種のAl層を堆
積した。
(Experiment 8) The same DC as used in Experiment 7
In a magnetron sputtering apparatus, using a target of pure Al and an aluminum target containing 6% by weight of Zn, in the same manner as in Experiment 7, containing about 3% of Zn near the surface.
And two different Al layers were deposited. In the same manner, two different types of Al layers containing about 1% Mn were deposited near the surface.

【0070】この後、4種のAl層の上に実験7と同様
にして凹凸構造を持つZnO層を堆積し、さらに太陽電
池を形成し、その特性を評価した。結果を表9に示す。
ここでもlとして適当な値を選ぶ事により、変換効率を
最も高める事ができた。
Thereafter, a ZnO layer having a concavo-convex structure was deposited on the four types of Al layers in the same manner as in Experiment 7, and a solar cell was further formed, and its characteristics were evaluated. Table 9 shows the results.
Again, by selecting an appropriate value for l, the conversion efficiency could be maximized.

【0071】(実験9)実験7と同様にしてステンレス
板上に、純粋なCuの層及び表面近傍にのみSi原子を
含む6種の銅の層を堆積した。これらの上に凹凸構造を
持つZnO層を堆積し、さらに太陽電池を形成し、特性
を評価した。結果を表10に示す。Alの場合と同様C
uの場合にもlを50Å〜500Å程度とする事により
特に変換効率を高める事ができた。
(Experiment 9) In the same manner as in Experiment 7, a pure Cu layer and six types of copper layers containing Si atoms only near the surface were deposited on a stainless steel plate. A ZnO layer having a concavo-convex structure was deposited thereon, and a solar cell was further formed to evaluate the characteristics. Table 10 shows the results. C as in the case of Al
Also in the case of u, the conversion efficiency could be particularly increased by setting l to about 50 ° to 500 °.

【0072】(実験10)実験9と同様にしてステンレ
ス板上に純粋なCu及び表面近傍にのみZnを含むlの
異なる2種のCuの層を堆積した。又、表面近傍にのみ
Snを含むlの異なる2種のCuの層を堆積した。又、
表面近傍にのみBeを含むlの異なる2種のCuの層を
堆積した。これらの上に凹凸構造を持つZnO層を堆積
し、さらに太陽電池を形成し特性を評価した。結果を表
11に示す。lとして適当な値を選ぶことにより、変換
効率を最も高める事ができた。
(Experiment 10) In the same manner as in Experiment 9, two different layers of Cu containing pure Cu and Zn only near the surface were deposited on a stainless steel plate. In addition, two different types of Cu layers having different l including Sn were deposited only in the vicinity of the surface. or,
Only two different types of Cu layers containing Be were deposited near the surface. A ZnO layer having a concavo-convex structure was deposited on these, and a solar cell was further formed to evaluate characteristics. Table 11 shows the results. By selecting an appropriate value for l, the conversion efficiency could be maximized.

【0073】次に本発明の光起電力素子において用いら
れる裏面反射防止層について詳しく説明する。
Next, the back surface anti-reflection layer used in the photovoltaic device of the present invention will be described in detail.

【0074】(基板及び金属層)基板としては各種の金
属が用いられる。中でもステンレススティール板、亜
鉛、鋼板、アルミニウム板、銅板等は、価格が比較的低
く好適である。これらの金属板は、一定の形状に切断し
て用いても良いし、板厚によっては長尺のシート状の形
態で用いても良い。この場合にはコイル状に巻く事がで
きるので連続生産に適合性がよく、保管や輸送も容易に
なる。又用途によってはシリコン等の結晶基板、ガラス
やセラミックス、樹脂等のシート状あるいは板形状を用
いる事もできる。基板の表面は研磨しても良いが、例え
ばブライトアニール処理されたステンレス板の様に仕上
りの良い場合にはそのまま用いても良い。
(Substrate and Metal Layer) Various metals are used as the substrate. Among them, stainless steel plate, zinc, steel plate, aluminum plate, copper plate and the like are preferable because of their relatively low price. These metal plates may be cut into a certain shape and used, or may be used in a long sheet-like form depending on the plate thickness. In this case, since it can be wound in a coil shape, it is suitable for continuous production, and storage and transportation are easy. Depending on the application, a crystal substrate such as silicon or a sheet or plate of glass, ceramics, resin or the like may be used. The surface of the substrate may be polished, but may be used as it is when the finish is good, such as a stainless steel plate which has been subjected to bright annealing.

【0075】ステンレススティールや亜鉛鋼板の様にそ
のままでは光の反射率が低い基板でも、その上に反射率
の高いアルミニウムの層を堆積して用いることができ
る。またガラスやセラミックスの様にそのままでは導電
性の低い材料でも、アルミニウムの層や銅の層を設ける
ことによって基板として用いることができる。
Even a substrate having a low light reflectance such as stainless steel or a zinc steel plate can be used by depositing an aluminum layer having a high reflectance on the substrate. In addition, a material having low conductivity as it is, such as glass or ceramics, can be used as a substrate by providing an aluminum layer or a copper layer.

【0076】アルミニウム層の堆積には、抵抗加熱や電
子ビームによる真空蒸着法、スパッタリング法、イオン
プレーティング法、CVD法、メッキ法等が用いられ
る。成膜法の一例としてスパッタリング法の場合を説明
する。図6にスパッタリング装置の一例を示す。401
は堆積室であり、不図示の排気ポンプで真空排気でき
る。この内部に、不図示のガスボンベに接続されたガス
導入管402より、アルゴン(Ar)等の不活性ガスが
所定の流量導入され、排気弁403の開度を調整し堆積
室401内は所定の圧力とされる。また基板404は内
部にヒーター405が設けられたアノード406の表面
に固定される。アノード406に対向してその表面にタ
ーゲット407が固定されたカソード電極408が設け
られている。ターゲット407は適度な濃度の不純物を
含んだアルミニウムのブロックである。カソード電極は
電源409に接続されている。電源409により、ラジ
オ周波数(RF)や直流(DC)の高電圧を加え、カソ
ード・アノード間にプラズマ410をたてる。このプラ
ズマの作用によりターゲット407の金属原子が基板4
04上に堆積される。またカソード408の内部に磁石
を設けプラズマの強度を高めたマグネトロンスパッタリ
ング装置では、堆積速度を高める事ができる。
For deposition of the aluminum layer, a vacuum deposition method using resistance heating or an electron beam, a sputtering method, an ion plating method, a CVD method, a plating method, or the like is used. A case of a sputtering method will be described as an example of a film formation method. FIG. 6 shows an example of a sputtering apparatus. 401
Denotes a deposition chamber, which can be evacuated by an exhaust pump (not shown). A predetermined flow rate of an inert gas such as argon (Ar) is introduced into the inside of the chamber from a gas introduction pipe 402 connected to a gas cylinder (not shown), and the opening of the exhaust valve 403 is adjusted. Pressure. The substrate 404 is fixed to the surface of the anode 406 provided with the heater 405 inside. A cathode electrode 408 having a target 407 fixed on the surface thereof is provided opposite to the anode 406. The target 407 is an aluminum block containing an appropriate concentration of impurities. The cathode electrode is connected to a power supply 409. A high voltage such as radio frequency (RF) or direct current (DC) is applied by a power supply 409 to generate plasma 410 between a cathode and an anode. By the action of this plasma, metal atoms of the target 407 are converted to the substrate 4
04. In a magnetron sputtering apparatus in which a magnet is provided inside the cathode 408 to increase the plasma intensity, the deposition rate can be increased.

【0077】堆積条件の一例を挙げる。直径6インチS
iを5%含み純度99.99%でのAlターゲットを用
いた。表面を研磨した5cm×5cm厚さ1mmのステ
ンレス板(SUS430)を基板とした。ターゲット基
板間の距離を5cmとした。Arを10sccm流しつ
つ、圧力を1.5mTorrに保ち500Vの直流電圧
を加えたところ、プラズマがたち2アンペアの電流が流
れた。この状態で1分間放電を継続した。基板温度を、
室温、100度、200度、300度と変えて試料3
a,3b,3c,3dとした。表3にこれらの試料の外
観、SEM観察の結果をまとめた。明らかに温度を高め
るとAlの表面が平滑面から凹凸構造へと変化していく
のが認められる。他の成膜方法に於いても概ね同様の傾
向がみられる。
An example of the deposition conditions will be described. 6 inch diameter S
An Al target containing 5% of i and having a purity of 99.99% was used. A stainless plate (SUS430) having a surface of 5 cm × 5 cm and a thickness of 1 mm having a polished surface was used as a substrate. The distance between the target substrates was 5 cm. When a pressure of 1.5 mTorr was applied and a DC voltage of 500 V was applied while flowing 10 sccm of Ar, plasma was generated and a current of 2 amps flowed. In this state, discharging was continued for one minute. Substrate temperature
Sample 3 at room temperature, 100 degrees, 200 degrees, and 300 degrees
a, 3b, 3c, and 3d. Table 3 summarizes the appearance of these samples and the results of SEM observation. Obviously, when the temperature is increased, the Al surface changes from a smooth surface to an uneven structure. A similar tendency is observed in other film forming methods.

【0078】またAl層に不純物金属を添加するには蒸
発源やターゲットに所望の不純物を添加しても良いし、
特にスパッタリング法ではターゲットの上に不純物を含
む材料の小片を置いても良い。
To add an impurity metal to the Al layer, a desired impurity may be added to an evaporation source or a target,
In particular, in the sputtering method, a small piece of a material containing an impurity may be placed on a target.

【0079】銅層の堆積にも、抵抗加熱や電子ビームに
よる真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティ
ング法、CVD法、メッキ法等が用いられる。成膜法の
一例としてスパッタリング法の場合を説明する。図6に
スパッタリング装置の一例を示す。401は堆積室であ
り、不図示の排気ポンプで真空排気できる。この内部
に、不図示のガスボンベに接続されたガス導入管402
より、アルゴン(Ar)等の不活性ガスが所定の流量導
入され、排気弁403の開度を調整し堆積室401内は
所定の圧力とされる。また基板404は内部にヒーター
405が設けられたアノード406の表面に固定され
る。アノード406に対向してその表面にターゲット4
07が固定されたカソード電極408が設けられてい
る。ターゲット407は適度な濃度の不純物を含んだ銅
のブロックである。カソード電極は電源409に接続さ
れている。電源409により、ラジオ周波数(RF)や
直流(DC)の高電圧を加え、カソード・アノード間に
プラズマ410をたてる。このプラズマの作用によりタ
ーゲット407の金属原子が基板404上に堆積され
る。またカソード408の内部に磁石を設けプラズマの
強度を高めたマグネトロンスパッタリング装置では、堆
積速度を高める事ができる。
For the deposition of the copper layer, a vacuum deposition method using resistance heating or an electron beam, a sputtering method, an ion plating method, a CVD method, a plating method, or the like is used. A case of a sputtering method will be described as an example of a film formation method. FIG. 6 shows an example of a sputtering apparatus. Reference numeral 401 denotes a deposition chamber, which can be evacuated by an exhaust pump (not shown). Inside this, a gas introduction pipe 402 connected to a gas cylinder (not shown) is provided.
As a result, an inert gas such as argon (Ar) is introduced at a predetermined flow rate, the opening of the exhaust valve 403 is adjusted, and the inside of the deposition chamber 401 is set to a predetermined pressure. The substrate 404 is fixed to the surface of the anode 406 provided with the heater 405 inside. A target 4 is provided on the surface facing the anode 406.
A cathode electrode 408 to which the reference numeral 07 is fixed is provided. The target 407 is a copper block containing an appropriate concentration of impurities. The cathode electrode is connected to a power supply 409. A high voltage such as radio frequency (RF) or direct current (DC) is applied by a power supply 409 to generate plasma 410 between a cathode and an anode. The metal atoms of the target 407 are deposited on the substrate 404 by the action of the plasma. In a magnetron sputtering apparatus in which a magnet is provided inside the cathode 408 to increase the plasma intensity, the deposition rate can be increased.

【0080】堆積条件の一例を挙げる。直径6インチS
iを5%含み純度99.99%でのCuターゲットを用
いた。表面を研磨した5cm×5cm厚さ1mmのステ
ンレス板(SUS430)を基板とした。ターゲット基
板間の距離を5cmとした。Arを10sccm流しつ
つ、圧力を1.5mTorrに保ち500Vの直流電圧
を加えたところ、プラズマがたち2アンペアの電流が流
れた。この状態で1分間放電を継続した。基板温度を、
室温、100度、200度、300度と変えて試料7
a,7b,7c,7dとした。表7にこれらの試料の外
観、SEM観察の結果をまとめた。明らかに温度を高め
るとCuの表面が平滑面から凹凸構造へと変化していく
のが認められる。他の成膜方法に於いても概ね同様の傾
向がみられる。
An example of the deposition conditions will be described. 6 inch diameter S
A Cu target containing 5% i and having a purity of 99.99% was used. A stainless plate (SUS430) having a surface of 5 cm × 5 cm and a thickness of 1 mm having a polished surface was used as a substrate. The distance between the target substrates was 5 cm. When a pressure of 1.5 mTorr was applied and a DC voltage of 500 V was applied while flowing 10 sccm of Ar, plasma was generated and a current of 2 amps flowed. In this state, discharging was continued for one minute. Substrate temperature
Sample 7 at room temperature, 100 degrees, 200 degrees, and 300 degrees
a, 7b, 7c and 7d. Table 7 summarizes the appearance of these samples and the results of SEM observation. Obviously, when the temperature is increased, the surface of Cu changes from a smooth surface to an uneven structure. A similar tendency is observed in other film forming methods.

【0081】またCuの層に不純物金属を添加するには
蒸発源やターゲットに所望の不純物を添加しても良い
し、特にスパッタリング法ではターゲットの上に不純物
を含む材料の小片を置いても良い。
To add an impurity metal to the Cu layer, a desired impurity may be added to the evaporation source or the target. In particular, a small piece of a material containing the impurity may be placed on the target in the sputtering method. .

【0082】(透明層及びその凹凸構造)透明層として
は、ZnOをはじめIn23 ,SnO2 ,CdO,C
dSnO4 ,TiO等の酸化物がしばしば用いられる
(ただしここで示した化合物の組成比は実態と必ずしも
一致していない)。透明層の光の透過率は一般的には高
いほど良いが、薄膜半導体に吸収される波長域の光に対
しては、透明である必要はない。透明層はピンホールな
どによる電流を抑制するためにむしろ抵抗があった方が
よい。一方この抵抗による直列抵抗損失が太陽電池の変
換効率に与える影響が無視できる範囲でなくてはならな
い。この様な観点から単位面積(1cm2 )あたりの抵
抗の範囲は好ましくは10-6〜10Ω、更に好ましくは
10-5〜3Ω、最も好ましくは10-4〜1Ωである。ま
た透明層の膜厚は透明性の点からは薄いほどよいが、表
面の凹凸構造を取るためには平均的な膜厚として100
0Å以上必要である。また信頼性の点からこれ以上の膜
厚が必要な場合もある。凹凸構造については後に詳述す
る。
(Transparent Layer and its Uneven Structure) The transparent layer is made of ZnO, In 2 O 3 , SnO 2 , CdO, C
Oxides such as dSnO 4 and TiO are often used (however, the composition ratios of the compounds shown here do not always match the actual conditions). In general, the higher the light transmittance of the transparent layer, the better, but it is not necessary to be transparent for light in the wavelength range absorbed by the thin film semiconductor. It is preferable that the transparent layer has a resistance in order to suppress a current caused by a pinhole or the like. On the other hand, the effect of the series resistance loss due to this resistance on the conversion efficiency of the solar cell must be within a negligible range. From such a viewpoint, the range of the resistance per unit area (1 cm 2 ) is preferably 10 -6 to 10 Ω, more preferably 10 -5 to 3 Ω, and most preferably 10 -4 to 1 Ω. The thickness of the transparent layer is preferably as small as possible from the viewpoint of transparency.
0 ° or more is required. In some cases, a higher film thickness is required from the viewpoint of reliability. The uneven structure will be described later in detail.

【0083】透明層の堆積には、抵抗加熱や電子ビーム
による真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーテ
ィング法、CVD法、スプレーコート法等が用いられ
る。成膜法の一例としてスパッタリング法を説明する。
この場合も図6に示したスパッタリング装置が使用でき
る。ただし酸化物ではターゲットとして酸化物そのもの
を用いる場合と、金属(Zn,Sn等)のターゲットを
用いる場合がある。後者の場合では、堆積室にArと同
時に酸素を流す必要がある(反応性スパッタリング法と
呼ばれる)。
For deposition of the transparent layer, a vacuum deposition method using resistance heating or an electron beam, a sputtering method, an ion plating method, a CVD method, a spray coating method, or the like is used. A sputtering method will be described as an example of a film formation method.
Also in this case, the sputtering apparatus shown in FIG. 6 can be used. However, in the case of an oxide, there are a case where the oxide itself is used as a target and a case where a metal (Zn, Sn, etc.) target is used. In the latter case, it is necessary to flow oxygen into the deposition chamber simultaneously with Ar (this is called a reactive sputtering method).

【0084】堆積条件の一例を挙げる。表面を研磨した
5cm×5cm厚さ1mmのステンレス板(SUS43
0)を基板とした。直径6インチ純度99.9%のZn
Oターゲットを用い、ターゲット基板間の距離を5cm
として、Arを10sccm流しつつ、圧力を1.5m
Torrに保ち、直流電圧を加えたところ、プラズマが
たち1アンペアの電流が流れた。この状態で5分間放電
を継続した。基板温度を、室温、100度、200度、
300度と変えて試料4a,4b,4c,4dとした。
表4にこれらの試料の外観、SEM観察の結果をまとめ
た。温度を高めるとZnOの表面の形態が変化する。白
濁が起こった試料4c,4dでは表面にクレーター状の
凹部が見られこれが白濁の原因と考えられる(図7)。
An example of the deposition conditions will be described. 5cm x 5cm 1mm thick stainless steel plate with polished surface (SUS43
0) was used as a substrate. 6 inch diameter 99.9% pure Zn
Using O target, distance between target substrates is 5cm
The pressure was 1.5 m while flowing Ar at 10 sccm.
When the voltage was maintained at Torr and a DC voltage was applied, plasma was generated and a current of 1 amp flowed. In this state, discharging was continued for 5 minutes. Substrate temperature, room temperature, 100 degrees, 200 degrees,
Samples 4a, 4b, 4c, and 4d were used instead of 300 degrees.
Table 4 summarizes the appearance of these samples and the results of SEM observation. Increasing the temperature changes the surface morphology of ZnO. In the samples 4c and 4d where turbidity occurred, crater-like concave portions were observed on the surface, and this is considered to be the cause of turbidity (FIG. 7).

【0085】凹凸構造により光トラッピングが起こる理
由としては、金属層が凹凸構造を取っている場合(図
1)には金属層での光の散乱が考えられるが、金属層が
平滑で透明層が凹凸構造を取る場合(図2)には、薄膜
半導体の表面及び/又は透明層との界面に於いて入射光
の位相が凹部と凸部でずれる事による散乱が考えられ
る。ピッチとして好ましくは3000〜20000Å程
度、より好ましくは4000〜15000Å、または高
さの差として好ましくは500〜20000Å、より好
ましくは700〜10000Åとなる。また薄膜半導体
の表面が透明層の表面と同様な凹凸構造になると光の位
相差による光の散乱が起こり易く光トラップの効果が高
い。
As a reason why light trapping occurs due to the uneven structure, when the metal layer has an uneven structure (FIG. 1), scattering of light in the metal layer can be considered. When an uneven structure is adopted (FIG. 2), scattering due to the phase shift of the incident light between the concave portion and the convex portion at the surface of the thin film semiconductor and / or the interface with the transparent layer may be considered. The pitch is preferably about 3000 to 20000 °, more preferably 4000 to 15000 °, or the difference in height is preferably 500 to 20000 °, more preferably 700 to 10000 °. In addition, when the surface of the thin film semiconductor has a concavo-convex structure similar to the surface of the transparent layer, light scattering easily occurs due to the phase difference of light, and the effect of the light trap is high.

【0086】[0086]

【実施例】【Example】

(実施例1)本実施例においては、図1の断面模式図に
示す構成のpin型a−Si系薄膜半導体太陽電池を作
製した。表面を研磨した5×5cm厚さ1mmのステン
レス板101に図6に示した装置にてSiを2%添加し
たAlターゲットを用い基板温度を250度として表面
が凹凸構造をした平均的な厚さが4000Åのアルミニ
ウム層102を堆積した。ついでZnOターゲットを用
いて基板温度100度にて平均的な厚さが700ÅのZ
nO層103を堆積した。
(Example 1) In this example, a pin-type a-Si thin film semiconductor solar cell having the structure shown in the schematic sectional view of FIG. 1 was manufactured. Average thickness of a 5 × 5 cm 1 mm thick stainless steel plate 101 whose surface has been polished with an Al target containing 2% of Si by using the apparatus shown in FIG. Deposited a 4000 ° aluminum layer 102. Then, using a ZnO target, Z at an average thickness of 700 ° at a substrate temperature of 100 ° C.
An nO layer 103 was deposited.

【0087】ひき続き、該裏面反射層の形成された基板
を市販の容量結合型高周波CVD装置(アルバック社製
CHJ−3030)にセットした。排気ポンプにて、反
応容器の排気管を介して、荒引き、高真空引き操作を行
った。この時、基板の表面温度は250℃となるよう、
温度制御機構により制御した。十分に排気が行われた時
点で、ガス導入管より、SiH4 、300sccm、S
iF4 、4sccm、PH3 /H2 (1%H2 希釈)5
5sccm、H2 40sccmを導入し、スロットルバ
ルブの開度を調整して、反応容器の内圧を1Torrに
保持し、圧力が安定したところで、直ちに高周波電源よ
り200Wの電力を投入した。プラズマは5分間持続さ
せた。これにより、n型a−Si層105が透明層10
3上に形成された。再び排気をした後に、今度はガス導
入管よりSiH4 300sccm、SiF4 4scc
m、H2 40sccmを導入し、スロットルバルブの開
度を調整して、反応容器の内圧を1Torrに保持し、
圧力が安定したところで、直ちに高周波電源より150
Wの電力を投入し、プラズマは40分間持続させた。こ
れによりi型a−Si層106がn型a−Si層105
上に形成された。再び排気をした後に、今度はガス導入
管よりSiH4 50sccm、BF3 /H2 (1%H2
希釈)50sccm、H2 500sccmを導入し、ス
ロットルバルブの開度を調整して、反応容器の内圧を1
Torrに保持し、圧力が安定したところで、直ちに高
周波電源より300Wの電力を投入した。プラズマは2
分間持続させた。これによりp型μc−Si層107が
i型a−Si層106上に形成された。次に試料を高周
波CVD装置より取り出し、抵抗加熱真空蒸着装置にて
ITOを堆積した後、塩化鉄水溶液を含むペーストを印
刷し、所望の透明電極108のパターンを形成した。更
にAgペーストをスクリーン印刷して集電電極109を
形成し薄膜半導体太陽電池を完成した。この方法で10
枚の試料を作成し、AM1.5(100mW/cm2
光照射下にて特性評価を行ったところ、光電変換効率で
8.1±0.3%と優れた変換効率が再現性良く得られ
た。またこれらの太陽電池を、温度50度湿度90%の
環境下に1000時間放置したが変化効率は7.8±
0.5%とほとんど低下が認められなかった。
Subsequently, the substrate on which the back reflection layer was formed was set in a commercially available capacitively coupled high-frequency CVD apparatus (CHJ-3030 manufactured by ULVAC, Inc.). Rough evacuation and high vacuum evacuation operations were performed by an evacuation pump through the evacuation pipe of the reaction vessel. At this time, the surface temperature of the substrate becomes 250 ° C.
Controlled by a temperature control mechanism. At the time when the exhaust was sufficiently performed, SiH 4 , 300 sccm, S
iF 4 , 4 sccm, PH 3 / H 2 (1% H 2 dilution) 5
5 sccm and H 2 40 sccm were introduced, the opening of the throttle valve was adjusted, the internal pressure of the reaction vessel was maintained at 1 Torr, and when the pressure was stabilized, 200 W of power was immediately supplied from the high frequency power supply. The plasma was maintained for 5 minutes. Thereby, the n-type a-Si layer 105 becomes transparent layer 10
3 was formed. After evacuating again, this time, 300 sccm of SiH 4 and 4 sccc of SiF 4
m, 40 sccm of H 2 were introduced, the opening of the throttle valve was adjusted, and the internal pressure of the reaction vessel was maintained at 1 Torr.
Immediately after the pressure becomes stable,
The power of W was applied and the plasma was maintained for 40 minutes. As a result, the i-type a-Si layer 106 becomes the n-type a-Si layer 105.
Formed on After evacuating again, this time, 50 sccm of SiH 4 and BF 3 / H 2 (1% H 2
(Dilution) 50 sccm and H 2 500 sccm were introduced, and the opening degree of the throttle valve was adjusted to adjust the internal pressure of the reaction vessel to 1
When the pressure was stabilized and the pressure was stabilized, 300 W of power was immediately supplied from the high frequency power supply. Plasma is 2
Lasted for minutes. As a result, a p-type μc-Si layer 107 was formed on the i-type a-Si layer 106. Next, the sample was taken out from the high-frequency CVD apparatus, ITO was deposited by a resistance heating vacuum evaporation apparatus, and then a paste containing an aqueous solution of iron chloride was printed to form a desired pattern of the transparent electrode 108. Further, an Ag paste was screen-printed to form a current collecting electrode 109, thereby completing a thin-film semiconductor solar cell. In this way 10
AM1.5 (100 mW / cm 2 )
When the characteristics were evaluated under light irradiation, an excellent conversion efficiency of 8.1 ± 0.3% in photoelectric conversion efficiency was obtained with good reproducibility. Further, these solar cells were allowed to stand for 1000 hours in an environment of a temperature of 50 ° C. and a humidity of 90%.
A decrease of 0.5% was hardly observed.

【0088】(実施例2)本実施例においては、図2の
断面模式図に示す構成のpin型a−SiGe薄膜半導
体太陽電池を作製した。表面を研磨した5×5cm厚さ
1mmのステンレス板101に、イオンプレーティング
法にて、基板温度を室温としてCuを1重量%含むAl
をとばし、厚さが1500Åで、表面が平滑なAl層を
堆積した。次いで再びイオンプレーティング法にて、基
板温度を350度として酸素雰囲気にてSnをとばし、
平均的な厚さが1ミクロンで、表面がテクスチャー構造
であるSnO2 層を堆積した。
Example 2 In this example, a pin-type a-SiGe thin film semiconductor solar cell having the structure shown in the schematic sectional view of FIG. 2 was produced. A 5 × 5 cm 1 mm thick stainless steel plate 101 having a polished surface was subjected to an ion plating method at a substrate temperature of room temperature and Al containing 1% by weight of Cu.
And an Al layer having a thickness of 1500 ° and a smooth surface was deposited. Then, Sn was blown again in an oxygen atmosphere at a substrate temperature of 350 ° C. by ion plating,
An SnO 2 layer having an average thickness of 1 micron and a textured surface was deposited.

【0089】i層としては、Si26 を50scc
m、GeH4 を10sccm、H2 を300sccm導
入し、反応容器の内圧を1Torrに保持し、100W
の電力を投入しプラズマを10分間持続させて堆積した
a−SiGeを用いた以外は実施例1と同様にして10
枚の試料を作成した。これらをAM1.5(100mW
/cm2 )光照射下にて特性評価を行ったところ、光電
変換効率で8.4±0.4%と優れた変換効率が再現性
良く得られた。本実施例の場合Al面が平滑であるため
この面での光の反射が特に良好であったと考えられる。
For the i layer, 50 scc of Si 2 H 6 was used.
m, 10 sccm of GeH 4 and 300 sccm of H 2 were introduced, the internal pressure of the reaction vessel was maintained at 1 Torr, and 100 W
Except that a-SiGe deposited by applying power and maintaining plasma for 10 minutes was used in the same manner as in Example 1.
One sample was prepared. AM1.5 (100mW
/ Cm 2 ) When the characteristics were evaluated under light irradiation, an excellent conversion efficiency of 8.4 ± 0.4% in photoelectric conversion efficiency was obtained with good reproducibility. In the case of this example, it is considered that the reflection of light on this surface was particularly good because the Al surface was smooth.

【0090】(実施例3)図8に示す装置を用いて連続
的に裏面反射層の形成を行った。ここで基板送り出し室
603には洗浄済みの幅350mm、厚さ0.2mm、
長さ500mのステンレスシートロール601がセット
されている。ここからステンレスシート602は金属層
堆積室604、透明層堆積室605を経て基板巻き取り
室606に送られて行く。シート602は各々の堆積室
にて基板ヒーター607、608にて所望の温度に加熱
できるようになっている。堆積室604のターゲット6
09は純度97.99%(ただし2.0%はZn)のA
lで、DCマグネトロンスパッタリングによりシート6
02上にAl層を堆積する。堆積室605のターゲット
610は純度99.9%のZnOで、DCマグネトロン
スパッタリングにより引き続きZnO層を堆積する。堆
積速度、所望の膜厚の関係でターゲット609は2枚か
らなる。
(Example 3) Using a device shown in FIG. 8, a back reflection layer was continuously formed. Here, the substrate delivery chamber 603 has a cleaned width of 350 mm, a thickness of 0.2 mm,
A stainless steel sheet roll 601 having a length of 500 m is set. From here, the stainless sheet 602 passes through the metal layer deposition chamber 604 and the transparent layer deposition chamber 605 and is sent to the substrate winding chamber 606. The sheet 602 can be heated to a desired temperature by the substrate heaters 607 and 608 in each deposition chamber. Target 6 of deposition chamber 604
09 is A having a purity of 99.99% (2.0% is Zn).
1, sheet 6 by DC magnetron sputtering
An Al layer is deposited on the substrate 02. The target 610 in the deposition chamber 605 is made of ZnO having a purity of 99.9%, and a ZnO layer is continuously deposited by DC magnetron sputtering. There are two targets 609 in relation to the deposition rate and the desired film thickness.

【0091】この装置を用いて裏面反射層の形成を行っ
た。シートの送り速度を毎分20cmとし基板ヒーター
607のみを用いてAl堆積時の基板温度を250度と
なるよう調整した。Arを流して圧力を1.5mTor
rとし、各々のカソードに500VのDC電圧を加え
た。ターゲット609には各々6アンペア、ターゲット
610には4アンペアの電流が流れた。巻き取られたシ
ートを調べたところAl層の厚さは平均3000Å、Z
nO層の厚さは平均800ÅでありAl層の表面は白濁
していた。
The back reflection layer was formed using this apparatus. The sheet feeding speed was set to 20 cm / min, and the substrate temperature during Al deposition was adjusted to 250 ° C. using only the substrate heater 607. Ar flow and pressure 1.5 mTorr
r, and a DC voltage of 500 V was applied to each cathode. Currents of 6 amps each flowed through the target 609, and 4 amps flowed through the target 610. Examination of the wound sheet revealed that the average thickness of the Al layer was 3000 °
The average thickness of the nO layer was 800 °, and the surface of the Al layer was cloudy.

【0092】この上に図9に示す構造のa−Si/a−
SiGeタンデム太陽電池を形成した。ここで701は
基板、702はアルミニウム層、703はZnO層、7
04はボトムセル、708はトップセルである。さらに
705、709はn型a−Si層、707、711はp
型μc−Si、706はi型a−SiGe層、710は
i型a−Si層である。これらの薄膜半導体層は、米国
特許4,492,181に記載されている様なロール・
ツー・ロ−ル型成膜装置を用いて連続的に製造した。ま
た712は透明電極であり図8の装置に類似のスパッタ
リング装置で堆積した。713は集電電極である。透明
電極のパターニング及び集電電極の形成を行った後シー
ト602を切断した。こうして全工程を連続的に処理
し、量産効果を挙げる事ができた。
Further, a-Si / a- of the structure shown in FIG.
A SiGe tandem solar cell was formed. Here, 701 is a substrate, 702 is an aluminum layer, 703 is a ZnO layer, 7
04 is a bottom cell and 708 is a top cell. Further, 705 and 709 are n-type a-Si layers, and 707 and 711 are p-type a-Si layers.
Type μc-Si, 706 is an i-type a-SiGe layer, and 710 is an i-type a-Si layer. These thin film semiconductor layers may be rolled as described in U.S. Pat. No. 4,492,181.
It was manufactured continuously using a two-roll type film forming apparatus. A transparent electrode 712 is deposited by a sputtering apparatus similar to the apparatus shown in FIG. 713 is a current collecting electrode. After patterning the transparent electrode and forming the current collecting electrode, the sheet 602 was cut. In this way, all the processes were continuously processed, and a mass production effect was obtained.

【0093】この方法で100枚の試料を作成し、AM
1.5(100mW/cm2 )光照射下にて特性評価を
行ったところ、光電変換効率で10.4±0.2%と優
れた変換効率が再現性良く得られた。またこれらの太陽
電池を温度50度湿度90%の環境下に1000時間放
置したが変換効率は10.0±0.5%とほとんど劣化
が認められなかった。又この方法で作成した別の100
枚を、開放状態にてAM1.5相当の光に600時間照
射したところ9.8±0.3%と光による劣化も少なか
った。これはランダム構成を取る事でより波長の長い光
まで有効に吸収され、出力電圧がより高くできたためで
ある。また光照射下での薄膜半導体層の劣化を低くでき
たためである。こうして本発明の裏面反射層の効果と相
まって変換効率が高く、信頼性の高い薄膜太陽電池が得
られた。
In this way, 100 samples were prepared, and the AM
When the characteristics were evaluated under irradiation of 1.5 (100 mW / cm 2 ) light, an excellent conversion efficiency of 10.4 ± 0.2% in photoelectric conversion efficiency was obtained with good reproducibility. These solar cells were left for 1000 hours in an environment of a temperature of 50 ° C. and a humidity of 90%, but the conversion efficiency was 10.0 ± 0.5%, and almost no deterioration was observed. Another 100 created by this method
When the sheet was irradiated with light equivalent to AM 1.5 for 600 hours in an open state, the deterioration by light was small at 9.8 ± 0.3%. This is because, by adopting a random configuration, light having a longer wavelength is effectively absorbed, and the output voltage can be increased. This is also because deterioration of the thin film semiconductor layer under light irradiation can be reduced. Thus, a highly reliable thin-film solar cell having high conversion efficiency combined with the effect of the back reflection layer of the present invention was obtained.

【0094】(実施例4)Mnを2重量%含むAl層を
用いた他は、実験1の試料1aと同様の方法で裏面反射
層を形成した。この基板とAl層、ZnO層を堆積しな
かった基板の上にスパッタリング法にてCuを0.2ミ
クロン、インジューム(In)を0.4ミクロン堆積し
た。次いでこの試料を石英ガラス製のベルジャーに移し
400度に加熱しながらベルジャー内に水素で10%に
希釈したセレン化水素(H2 Se)を流し、CuInS
2 (CIS)の薄膜を形成した。この上に再びスパッ
タリング法によりCdSの層を0.1ミクロン堆積した
後250度でアニールしp/n接合を形成した。この上
に実施例1と同様にして透明電極、集電電極を形成し
た。
Example 4 A back reflection layer was formed in the same manner as in Sample 1a of Experiment 1, except that an Al layer containing 2% by weight of Mn was used. On this substrate, the substrate on which the Al layer and the ZnO layer were not deposited, Cu was deposited by 0.2 μm and Indium (In) was deposited by 0.4 μm by sputtering. Next, the sample was transferred to a quartz glass bell jar and heated to 400 ° C., and hydrogen selenide (H 2 Se) diluted to 10% with hydrogen was passed through the bell jar, and CuInS
A thin film of e 2 (CIS) was formed. A CdS layer was again deposited thereon by 0.1 μm by a sputtering method and then annealed at 250 ° C. to form a p / n junction. A transparent electrode and a current collecting electrode were formed thereon in the same manner as in Example 1.

【0095】この太陽電池をAM1.5(100mW/
cm2 )光照射下にて特性評価を行ったところ、Al
層、ZnO層のある太陽電池では変換効率が8.9%と
優れた変換効率が得られたのに対し、Al層、ZnOの
無い太陽電池では7.3%と特性が劣っており、本発明
がa−Si以外の薄膜半導体に対しても効果があること
がわかった。
This solar cell was manufactured using AM1.5 (100 mW /
cm 2 ) Characteristic evaluation was performed under light irradiation.
The solar cell with the Al layer and ZnO layer had an excellent conversion efficiency of 8.9%, while the solar cell without the Al layer and ZnO had an inferior characteristic of 7.3%. It has been found that the invention is also effective for thin film semiconductors other than a-Si.

【0096】(実施例5)本実施例においては、図1の
断面模式図に示す構成のpin型a−Si系薄膜半導体
太陽電池を作製した。表面を研磨した5×5cm厚さ1
mmのステンレス板101に図6に示した装置にてSi
を3%添加したCuターゲットを用い基板温度を220
度として表面が凹凸構造をした平均的な厚さが4000
ÅのCuの層102を堆積した。ついでZnOターゲッ
トを用いて基板温度100度にて平均的な厚さが700
ÅのZnO層103を堆積した。
Example 5 In this example, a pin-type a-Si thin-film semiconductor solar cell having the structure shown in the schematic sectional view of FIG. 1 was produced. 5 × 5cm thickness 1 with polished surface
6 mm on a stainless steel plate 101 mm.
Substrate temperature of 220 using a Cu target with 3%
The average thickness of the surface is 4,000 as a degree
A layer 102 of Cu was deposited. Then, at a substrate temperature of 100 ° C., the average thickness is 700 using a ZnO target.
Zn ZnO layer 103 was deposited.

【0097】ひき続き、該裏面反射層の形成された基板
を市販の容量結合型高周波CVD装置(アルバック社製
CHJ−3030)にセットした。排気ポンプにて、反
応容器の排気管を介して、荒引き、高真空引き操作を行
った。この時、基板の表面温度は250℃となるよう、
温度制御機構により制御した。十分に排気が行われた時
点で、ガス導入管より、SiH4 300sccm、Si
4 4sccm、PH 3 /H2 (1%H2 希釈)55s
ccm、H2 40sccmを導入し、スロットルバルブ
の開度を調整して、反応容器の内圧を1Torrに保持
し、圧力が安定したところで、直ちに高周波電源より2
00Wの電力を投入した。プラズマは5分間持続させ
た。これにより、n型a−Si層105が透明層103
上に形成された。再び排気をした後に、今度はガス導入
管よりSiH4 300sccm、SiF4 4sccm、
2 40sccmを導入し、スロットルバルブの開度を
調整して、反応容器の内圧を1Torrに保持し、圧力
が安定したところで、直ちに高周波電源より150Wの
電力を投入し、プラズマは40分間持続させた。これに
よりi型a−Si層106がn型a−Si層105上に
形成された。再び排気をした後に、今度はガス導入管よ
りSiH4 50sccm、BF3 /H2 (1%H2
釈)50sccm、H2 500sccmを導入し、スロ
ットルバルブの開度を調整して、反応容器の内圧を1T
orrに保持し、圧力が安定したところで、直ちに高周
波電源より300Wの電力を投入した。プラズマは2分
間持続させた。これによりp型μc−Si層107がi
型a−Si層106上に形成された。次に試料を高周波
CVD装置より取り出し、抵抗加熱真空蒸着装置にてI
TOを堆積した後、塩化鉄水溶液を含むペーストを印刷
し、所望の透明電極108のパターンを形成した。更に
Agペーストをスクリーン印刷して集電電極109を形
成し薄膜半導体太陽電池を完成した。この方法で10枚
の試料を作成し、AM1.5(100mW/cm2 )光
照射下にて特性評価を行ったところ、光電変換効率で
8.4±0.4%と優れた変換効率が再現性良く得られ
た。またこれらの太陽電池を、温度50度湿度90%の
環境下に1000時間放置したが変化効率は8.1±
0.4%とほとんど低下が認められなかった。
Subsequently, the substrate on which the back reflection layer is formed
To a commercially available capacitively coupled high-frequency CVD device (manufactured by ULVAC
CHJ-3030). With the exhaust pump,
Rough evacuation and high vacuum evacuation operations are performed through the exhaust pipe of the reaction vessel.
Was. At this time, the surface temperature of the substrate becomes 250 ° C.
Controlled by a temperature control mechanism. When exhaust has been sufficiently exhausted
From the point of view of the gas introduction pipe,Four 300sccm, Si
FFour 4sccm, PH Three / HTwo (1% HTwo Dilution) 55s
ccm, HTwo Introduce 40sccm, throttle valve
Adjust the degree of opening to maintain the internal pressure of the reaction vessel at 1 Torr
When the pressure stabilizes, immediately 2
The power of 00W was turned on. The plasma lasts for 5 minutes
Was. As a result, the n-type a-Si layer 105 becomes transparent layer 103
Formed on After exhausting again, this time introduce gas
SiH from pipeFour 300 sccm, SiFFour 4sccm,
HTwo Introduce 40sccm and adjust the throttle valve opening
Adjust to maintain the internal pressure of the reaction vessel at 1 Torr.
Is stable, 150W from the high frequency power supply immediately
Power was turned on and the plasma was maintained for 40 minutes. to this
Thus, the i-type a-Si layer 106 is formed on the n-type a-Si layer 105.
Been formed. After exhausting again, this time it's a gas introduction pipe
SiHFour 50sccm, BFThree / HTwo (1% HTwo Rare
A) 50 sccm, HTwo Introduce 500sccm
Adjust the opening of the throttle valve to adjust the internal pressure of the reaction vessel to 1T.
orr, and when the pressure stabilizes, immediately
300 W of power was supplied from the wave power supply. Plasma is 2 minutes
Lasted for a while. Thereby, the p-type μc-Si layer 107 becomes i
Formed on the mold a-Si layer 106. Next, the sample is
Take out from the CVD device, and I
After depositing TO, print paste containing iron chloride aqueous solution
Then, a desired pattern of the transparent electrode 108 was formed. Further
Ag paste is screen printed to form the collecting electrode 109
Thus, a thin-film semiconductor solar cell was completed. 10 pieces in this way
A sample of AM1.5 (100 mW / cmTwo )light
When the characteristics were evaluated under irradiation, the photoelectric conversion efficiency was
Excellent conversion efficiency of 8.4 ± 0.4% with good reproducibility
Was. In addition, these solar cells are operated at a temperature of 50 degrees and a humidity of 90%.
It was left in the environment for 1000 hours, but the change efficiency was 8.1 ±
Almost no reduction was observed at 0.4%.

【0098】(実施例6)本実施例においては、図2の
断面模式図に示す構成のpin型a−SiGe薄膜半導
体太陽電池を作製した。表面を研磨した5×5cm厚さ
1mmのステンレス板101に、イオンプレーティング
法にて、基板温度を室温としてZnを1重量%含むCu
を形成し、厚さが1500Åで、表面が平滑なCu層を
堆積した。次いで再びイオンプレーティング法にて、基
板温度を350度として酸素雰囲気にてSnをとばし、
平均的な厚さが1ミクロンで、表面が凹凸構造であるS
nO2 層を堆積した。
Example 6 In this example, a pin-type a-SiGe thin film semiconductor solar cell having the structure shown in the schematic sectional view of FIG. 2 was produced. A 5 × 5 cm 1 mm thick stainless steel plate 101 having a polished surface is coated with Cu containing 1% by weight of Zn at a substrate temperature of room temperature by an ion plating method.
Was formed, and a Cu layer having a thickness of 1500 ° and a smooth surface was deposited. Then, Sn was blown again in an oxygen atmosphere at a substrate temperature of 350 ° C. by ion plating,
S having an average thickness of 1 micron and an uneven surface
An nO 2 layer was deposited.

【0099】i層としては、Si26 を50scc
m、GeH4 を10sccm、H2 を300sccm導
入し、反応容器の内圧を1Torrに保持し、100W
の電力を投入しプラズマを10分間持続させて堆積した
a−SiGeを用いた以外は実施例5と同様にして10
枚の試料を作成した。これらをAM1.5(100mW
/cm2 )光照射下にて特性評価を行ったところ、光電
変換効率で8〜9±0.4%と優れた変換効率が再現性
良く得られた。a−Siの光学的バンドギャップ(約
1.7eV)に比べa−SiGeでは光学的バンドギャ
ップが約1.45eVと狭いため、長波長の光に対し感
度が高いので長波長で反射率の高いCuの裏面反射層が
極めて有効であった。またCuの表面が平滑であるため
この面での光の反射が特に良好であったと思われる。
For the i-layer, 50 scc of Si 2 H 6 was used.
m, 10 sccm of GeH 4 and 300 sccm of H 2 were introduced, the internal pressure of the reaction vessel was maintained at 1 Torr, and 100 W
Except that a-SiGe deposited while maintaining the plasma for 10 minutes by applying power was used in the same manner as in Example 5.
One sample was prepared. AM1.5 (100mW
/ Cm 2 ) When the characteristics were evaluated under light irradiation, an excellent conversion efficiency of 8 to 9 ± 0.4% in photoelectric conversion efficiency was obtained with good reproducibility. Since the optical band gap of a-SiGe is narrower at about 1.45 eV than the optical band gap of a-Si (about 1.7 eV), the sensitivity to long-wavelength light is high, and the reflectance is high at long wavelengths. The Cu back reflection layer was extremely effective. In addition, it is considered that the reflection of light on this surface was particularly good because the surface of Cu was smooth.

【0100】(実施例7)図8に示す装置を用いて連続
的に裏面反射層の形成を行った。ここで基板送り出し室
603には洗浄済みの幅350mm、厚さ0.2mm、
長さ500mのステンレスシートロール601がセット
されている。ここからステンレスシート602は金属層
堆積室604、透明層堆積室605を経て基板巻き取り
室606に送られて行く。シート602は各々の堆積室
にて基板ヒーター607、608にて所望の温度に加熱
できるようになっている。堆積室604のターゲット6
09は純度97.99%(ただし2.0%はSn)のC
uで、DCマグネトロンスパッタリングによりシート6
02上にCu層を堆積する。堆積室605のターゲット
610は純度99.9%のZnOで、DCマグネトロン
スパッタリングにより引き続きZnO層を堆積する。堆
積速度、所望の膜厚の関係でターゲット609は2枚か
らなる。
(Example 7) Using the apparatus shown in FIG. 8, a back reflection layer was continuously formed. Here, the substrate delivery chamber 603 has a cleaned width of 350 mm, a thickness of 0.2 mm,
A stainless steel sheet roll 601 having a length of 500 m is set. From here, the stainless sheet 602 passes through the metal layer deposition chamber 604 and the transparent layer deposition chamber 605 and is sent to the substrate winding chamber 606. The sheet 602 can be heated to a desired temperature by the substrate heaters 607 and 608 in each deposition chamber. Target 6 of deposition chamber 604
09 is C having a purity of 99.99% (however, 2.0% is Sn).
u, sheet 6 by DC magnetron sputtering
On top of this, a Cu layer is deposited. The target 610 in the deposition chamber 605 is made of ZnO having a purity of 99.9%, and a ZnO layer is continuously deposited by DC magnetron sputtering. There are two targets 609 in relation to the deposition rate and the desired film thickness.

【0101】この装置を用いて裏面反射層の形成を行っ
た。シートの送り速度を毎分20cmとし基板ヒーター
607のみを用いてCu堆積時の基板温度を220度と
なるよう調整した。Arを流して圧力を1.5mTor
rとし、各々のカソードに500VのDC電圧を加え
た。ターゲット609には各々6アンペア、ターゲット
610には4アンペアの電流が流れた。巻き取られたシ
ートを調べたところCu層の厚さは平均2800Å、Z
nO層の厚さは平均800ÅでありCu層の表面は白濁
していた。
Using this apparatus, a back reflection layer was formed. The sheet feeding speed was set to 20 cm / min, and the substrate temperature during Cu deposition was adjusted to 220 ° C. using only the substrate heater 607. Ar flow and pressure 1.5 mTorr
r, and a DC voltage of 500 V was applied to each cathode. Currents of 6 amps each flowed through the target 609, and 4 amps flowed through the target 610. Examination of the wound sheet revealed that the average thickness of the Cu layer was 2800 °
The thickness of the nO layer was 800 ° on average, and the surface of the Cu layer was cloudy.

【0102】この上に図9に示す構造のa−Si/a−
SiGeタンデム太陽電池を形成した。ここで701は
基板、702はCu層、703はZnO層、704はボ
トムセル、708はトップセルである。さらに705、
709はn型a−Si層、707、711はp型μc−
Si、706はi型a−SiGe層、710はi型a−
Si層である。これらの薄膜半導体層は、米国特許4,
492,181に記載されている様なロール・ツー・ロ
ール型成膜装置を用いて連続的に製造した。また712
は透明電極であり図8の装置に類似のスパッタリング装
置で堆積した。713は集電電極である。透明電極のパ
ターニング及び集電電極の形成を行った後シート602
を切断した。こうして全工程を連続的に処理し、量産効
果を挙げる事ができた。
On top of this, a-Si / a- of the structure shown in FIG.
A SiGe tandem solar cell was formed. Here, 701 is a substrate, 702 is a Cu layer, 703 is a ZnO layer, 704 is a bottom cell, and 708 is a top cell. Further 705,
709 is an n-type a-Si layer, 707 and 711 are p-type μc-
Si, 706 is an i-type a-SiGe layer, and 710 is an i-type a-SiGe layer.
It is a Si layer. These thin film semiconductor layers are described in U.S. Pat.
It was manufactured continuously using a roll-to-roll type film forming apparatus as described in 492,181. 712
Is a transparent electrode and was deposited by a sputtering apparatus similar to the apparatus of FIG. 713 is a current collecting electrode. After patterning the transparent electrode and forming the current collecting electrode, the sheet 602
Was cut. In this way, all the processes were continuously processed, and a mass production effect was obtained.

【0103】この方法で100枚の試料を作成し、AM
1.5(100mW/cm2 )光照射下にて特性評価を
行ったところ、光電変換効率で10.8±0.3%と優
れた変換効率が再現性良く得られた。またこれらの太陽
電池を温度50度湿度90%の環境下に1000時間放
置したが変換効率は10.6±0.5%とほとんど劣化
が認められなかった。又この方法で作成した別の100
枚を、開放状態にてAM1.5相当の光に600時間照
射したところ10.0±0.3%と光による劣化も少な
かった。これはタンデム構成を取る事でより波長の長い
光まで有効に吸収され、出力電圧がより高くできたため
である。また光照射下での薄膜半導体層の劣化を低くで
きたためである。こうして本発明の裏面反射層の効果と
相まって変換効率が高く、信頼性の高い薄膜太陽電池が
得られた。
In this way, 100 samples were prepared, and the AM
When the characteristics were evaluated under irradiation of 1.5 (100 mW / cm 2 ) light, an excellent conversion efficiency of 10.8 ± 0.3% in photoelectric conversion efficiency was obtained with good reproducibility. Further, these solar cells were left for 1000 hours in an environment of a temperature of 50 ° C. and a humidity of 90%, but the conversion efficiency was 10.6 ± 0.5%, and almost no deterioration was observed. Another 100 created by this method
When the sheet was irradiated with light equivalent to AM 1.5 for 600 hours in an open state, the deterioration due to light was small at 10.0 ± 0.3%. This is because the tandem configuration effectively absorbs light having a longer wavelength, thereby increasing the output voltage. This is also because deterioration of the thin film semiconductor layer under light irradiation can be reduced. Thus, a highly reliable thin-film solar cell having high conversion efficiency combined with the effect of the back reflection layer of the present invention was obtained.

【0104】(実施例8)Beを2重量%含むCu層を
用いた他は、実験4の試料1aと同様の方法で裏面反射
層を形成した。この基板とCu層、ZnO層を堆積しな
かった基板の上にスパッタリング法にてCuを0.2ミ
クロン、インジューム(In)を0.4ミクロン堆積し
た。次いでこの試料を石英ガラス製のベルジャーに移し
400度に加熱しながらベルジャー内に水素で10%に
希釈したセレン化水素(H2 Se)を流し、CuInS
2 (CIS)の薄膜を形成した。この上に再びスパッ
タリング法によりCdSの層を0.1ミクロン堆積した
後250度でアニールしp/n接合を形成した。この上
に実施例5と同様にして透明電極、集電電極を形成し
た。
Example 8 A back reflection layer was formed in the same manner as in Sample 4a of Experiment 4 except that a Cu layer containing 2% by weight of Be was used. On this substrate, the substrate on which the Cu layer and the ZnO layer were not deposited, Cu was deposited by 0.2 μm and Indium (In) was deposited by 0.4 μm by sputtering. Next, the sample was transferred to a quartz glass bell jar and heated to 400 ° C., and hydrogen selenide (H 2 Se) diluted to 10% with hydrogen was passed through the bell jar, and CuInS
A thin film of e 2 (CIS) was formed. A CdS layer was again deposited thereon by 0.1 μm by a sputtering method and then annealed at 250 ° C. to form a p / n junction. A transparent electrode and a current collecting electrode were formed thereon in the same manner as in Example 5.

【0105】この太陽電池をAM1.5(100mW/
cm2 )光照射下にて特性評価を行ったところ、Cu
層、ZnO層のある太陽電池では変換効率が9.8%と
優れた変換効率が得られたのに対し、Cu層、ZnOの
無い太陽電池では7.3%と特性が劣っており、本発明
がa−Si以外の薄膜半導体に対しても効果があること
がわかった。
This solar cell was manufactured using AM1.5 (100 mW /
cm 2 ) When the characteristics were evaluated under light irradiation, Cu
The solar cell with the layer and the ZnO layer had an excellent conversion efficiency of 9.8%, while the solar cell without the Cu layer and ZnO had a poor characteristic of 7.3%. It has been found that the invention is also effective for thin film semiconductors other than a-Si.

【0106】[0106]

【発明の効果】本発明の裏面反射層を用いる事により、
光の反射率が高くなり、光が薄膜半導体中に有効に閉じ
こめられるため、薄膜半導体への光の吸収が増加し、変
換効率が高い光起電力素子が得られる。また金属原子が
透明層さらには半導体膜中に拡散しにくくなり、信頼性
の高い光起電力素子が得られる。凹凸構造等の面積が実
質的に拡がる場合には、特に金属の拡散が抑えられるこ
とにより、より信頼性の高い光起電力素子が得られる。
更にこの様な裏面反射層はロール・ツー・ロール法等の
量産性に富む方法の一環として製造できる。このように
本発明は太陽光発電の普及に大いに寄与するものであ
る。
By using the back reflection layer of the present invention,
Since the light reflectance is increased and the light is effectively confined in the thin-film semiconductor, the absorption of light into the thin-film semiconductor increases, and a photovoltaic device with high conversion efficiency can be obtained. Further, metal atoms are less likely to diffuse into the transparent layer and further into the semiconductor film, and a highly reliable photovoltaic element can be obtained. When the area of the concavo-convex structure or the like is substantially expanded, a more reliable photovoltaic element can be obtained by suppressing the diffusion of metal in particular.
Further, such a back reflection layer can be manufactured as a part of a method having high productivity such as a roll-to-roll method. Thus, the present invention greatly contributes to the spread of photovoltaic power generation.

【0107】[0107]

【表1】 [Table 1]

【0108】[0108]

【表2】 [Table 2]

【0109】[0109]

【表3】 [Table 3]

【0110】[0110]

【表4】 [Table 4]

【0111】[0111]

【表5】 [Table 5]

【0112】[0112]

【表6】 [Table 6]

【0113】[0113]

【表7】 [Table 7]

【0114】[0114]

【表8】 [Table 8]

【0115】[0115]

【表9】 [Table 9]

【0116】[0116]

【表10】 [Table 10]

【0117】[0117]

【表11】 [Table 11]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の光起電力素子の金属層が凹凸構造であ
る断面構造を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional structure in which a metal layer of a photovoltaic element of the present invention has an uneven structure.

【図2】本発明の光起電力素子の金属層が平滑で透明層
が凹凸構造である断面構造を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure of a photovoltaic element of the present invention in which a metal layer is smooth and a transparent layer has an uneven structure.

【図3】シリコンと金属の界面での反射率に対するZn
Oの効果を示す図。(a)ZnOが無い場合、(b)Z
nOがある場合。
FIG. 3 shows Zn versus reflectance at the interface between silicon and metal.
The figure which shows the effect of O. (A) In the absence of ZnO, (b) Z
When there is nO.

【図4】金属層としてAlを用いた場合の凹凸構造によ
る太陽電池の分光感度の改善を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing an improvement in spectral sensitivity of a solar cell due to an uneven structure when Al is used as a metal layer.

【図5】金属層としてCuを用いた場合の凹凸構造によ
る太陽電池の分光感度の改善を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing an improvement in spectral sensitivity of a solar cell due to an uneven structure when Cu is used as a metal layer.

【図6】本発明の裏面反射層を製造するに好適なスパッ
タリング装置の構造を示す図。
FIG. 6 is a view showing a structure of a sputtering apparatus suitable for manufacturing the back reflection layer of the present invention.

【図7】凹凸構造となった透明層のSEM写真。FIG. 7 is an SEM photograph of a transparent layer having an uneven structure.

【図8】本発明の裏面反射層を製造するに好適な別のス
パッタリング装置の構造を示す図。
FIG. 8 is a view showing the structure of another sputtering apparatus suitable for producing the back reflection layer of the present invention.

【図9】本発明の薄膜半導体太陽電池の別の実施例の断
面構造を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing a cross-sectional structure of another embodiment of the thin-film semiconductor solar cell of the present invention.

【図10】2次イオン質料分析装置(SIMS)によ
り、金属層表面からのSi濃度の分布を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing a distribution of Si concentration from the surface of a metal layer by a secondary ionic substance analyzer (SIMS).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101、701 基板 102、702 金属層 103、703 透明層 105、705、709 n型a−Si 106、710 i型a−Si 107、707、711 p型μc−Si 108、712 透明電極 109、713 集電電極 401 堆積室 402 ガス導管 403 排気弁 404、602 基板 405、607、608 基板加熱ヒーター 406 アノード 407、609、610 ターゲット 408 カソード電極 409 電源 410 プラズマ 603 基板送り出し室 604 金属層堆積室 605 透明層堆積室 606 基板巻き取り室 601 基板のロール 706 i型a−SiGe 101, 701 Substrate 102, 702 Metal layer 103, 703 Transparent layer 105, 705, 709 n-type a-Si 106, 710 i-type a-Si 107, 707, 711 p-type μc-Si 108, 712 Transparent electrode 109, 713 Collector electrode 401 Deposition chamber 402 Gas conduit 403 Exhaust valve 404, 602 Substrate 405, 607, 608 Substrate heater 406 Anode 407, 609, 610 Target 408 Cathode electrode 409 Power supply 410 Plasma 603 Substrate delivery chamber 604 Metal layer deposition chamber 605 Transparent Layer deposition chamber 606 Substrate winding chamber 601 Roll of substrate 706 i-type a-SiGe

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−99477(JP,A) 特開 昭60−231372(JP,A) 特開 昭62−203369(JP,A) 特開 昭59−150485(JP,A) 特開 昭59−25218(JP,A) 特開 平3−120820(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 31/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-3-99477 (JP, A) JP-A-60-231372 (JP, A) JP-A-62-203369 (JP, A) JP-A-59-1984 150485 (JP, A) JP-A-59-25218 (JP, A) JP-A-3-120820 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 31/04

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】シリコン、銅、亜鉛、マンガンのうち少な
くとも一つを有するアルミニウムで形成された金属層
と、該金属層上に設けられた透明層と、該透明層上に
けられた光電変換を有する半導体層とを有し、該シリコ
ン、銅、亜鉛、マンガンのうち少なくとも一つが該透明
層側の該金属層面から膜厚方向に、50Å以上500Å
以下で濃度が1/e(e=自然対数の底)となるように単
調に減少分布していることを特徴とする光起電力素子。
Claims: 1. A small amount of silicon, copper, zinc and manganese.
A metal layer formed of aluminum having one Kutomo, a transparent layer provided on the metal layer, set on the transparent layer
And a semiconductor layer having a vignetting photoelectric conversion, the silicone
At least one of copper, zinc, manganese is transparent
50 ° or more and 500 ° or more from the metal layer surface on the layer side in the film thickness direction.
Below, the concentration is simply 1 / e (e = base of natural logarithm).
A photovoltaic element characterized by a gradual decreasing distribution .
【請求項2】 前記シリコン濃度が0.5〜10.0重
量%であることを特徴とする請求項1記載の光起電力素
子。
2. The photovoltaic device according to claim 1, wherein said silicon concentration is 0.5 to 10.0% by weight.
【請求項3】 前記銅濃度が0.5〜10.0重量%で
あることを特徴とする請求項1記載の光起電力素子。
3. The photovoltaic device according to claim 1, wherein said copper concentration is 0.5 to 10.0% by weight.
【請求項4】 前記亜鉛濃度が0.5〜10.0重量%
であることを特徴とする請求項1記載の光起電力素子。
4. The method according to claim 1, wherein the zinc concentration is 0.5 to 10.0% by weight.
The photovoltaic device according to claim 1, wherein
【請求項5】 前記マンガン濃度が0.1〜2.0重量
%であることを特徴とする請求項1記載の光起電力素
子。
5. The photovoltaic device according to claim 1, wherein said manganese concentration is 0.1 to 2.0% by weight.
【請求項6】 少なくとも前記透明層の表面が凹凸構造
であることを特徴とする請求項1記載の光起電力素子。
6. At least a photovoltaic element according to claim 1, wherein the surface of the transparent layer is characterized by a concave-convex structure.
【請求項7】シリコン、アルミニウム、亜鉛、錫、ベリ
リウムのうち少なくとも一つを含む銅で形成された金属
層と、該金属層上に設けられた透明層と、該透明層上に
設けられた光電変換を有する半導体層とを有し、該シリ
コン、銅、亜鉛、マンガンのうち少なくとも一つが該透
明層側の該金属層面から膜厚方向に、50Å以上500
Å以下で濃度が1/e(e=自然対数の底)となるように
単調に減少分布していることを特徴とする光起電力素
子。
7. Silicon, aluminum, zinc, tin, bery
A metal layer formed of copper containing at least one of lithium, a transparent layer provided on the metal layer,
And a semiconductor layer having provided photoelectric conversion, the serial
At least one of copper, zinc, manganese,
50 ° or more and 500 °
So that the concentration becomes 1 / e (e = base of natural logarithm) below
A photovoltaic element characterized by a monotonically decreasing distribution .
【請求項8】 前記シリコン濃度が0.5〜10.0重
量%であることを特徴とする請求項記載の光起電力素
子。
8. The photovoltaic device according to claim 7, wherein said silicon concentration is 0.5 to 10.0% by weight.
【請求項9】 前記銅濃度が0.5〜10.0重量%で
あることを特徴とする請求項記載の光起電力素子。
9. The photovoltaic device according to claim 7, wherein said copper concentration is 0.5 to 10.0% by weight.
【請求項10】 前記亜鉛濃度が0.5〜10.0重量
%であることを特徴とする請求項記載の光起電力素
子。
10. The photovoltaic device according to claim 7, wherein said zinc concentration is 0.5 to 10.0% by weight.
【請求項11】 前記錫濃度が0.5〜10.0重量%
であることを特徴とする請求項記載の光起電力素子。
11. The tin concentration is 0.5 to 10.0% by weight.
The photovoltaic device according to claim 7, wherein
【請求項12】 前記ベリリウム濃度が0.1〜2.0
重量%であることを特徴とする請求項記載の光起電力
素子。
12. The beryllium concentration of 0.1 to 2.0.
The photovoltaic device according to claim 7, wherein the content is% by weight.
【請求項13】 少なくとも前記透明層の表面が凹凸構
造であることを特徴とする請求項記載の光起電力素
子。
13. The photovoltaic device according to claim 7, wherein at least the surface of the transparent layer has an uneven structure.
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