JP3027669B2 - Photovoltaic element - Google Patents

Photovoltaic element

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JP3027669B2
JP3027669B2 JP5107044A JP10704493A JP3027669B2 JP 3027669 B2 JP3027669 B2 JP 3027669B2 JP 5107044 A JP5107044 A JP 5107044A JP 10704493 A JP10704493 A JP 10704493A JP 3027669 B2 JP3027669 B2 JP 3027669B2
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silicon
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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】本発明は非単結晶シリコン系半導
体材料からなるpin層を有する光起電力素子におい
て、基体とpin層との間に酸化亜鉛薄膜層があるもの
に関する。該光起電力素子は、太陽電池、フォトダイオ
ード、電子写真感光体、発光素子等に好適に適用される
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photovoltaic device having a pin layer made of a non-single-crystal silicon-based semiconductor material and having a zinc oxide thin film layer between a base and the pin layer. The photovoltaic element is suitably applied to a solar cell, a photodiode, an electrophotographic photosensitive member, a light emitting element and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年より酸化亜鉛(ZnO)薄膜層を透
明導電膜として利用した光起電力素子の検討が精力的に
行われている。 例えば、 (i)“Optimization of Transparent and Reflecting El
ectrodes for AmorphousSilicon Solar Cells”,Gordo
n R G, Hu J, Musher J, Giunta C,US DOE Rep. pp.44
1991,においてはフッ素をドープしたテクスチャー構造
のZnOの改善を行っている。 (ii)“Research on amorphous silicon based thin fil
m photovoltaic devices. Task B:Research on stable
high efficiency, large area amorphous silicon base
d submodules”,Delahoy A E, Ellls F B Jr, Kampas
F J, Tonon T, Weakllem H A,US DOE Rep. pp.48 198
9,においては優れた高品位ドープZnOを用いた太陽電
池を報告している。 (iii)“Amorphous silicon pin solar cells using ind
ium doped ZnO transparent conducting coatings”,S
ansores E, Campos J, Nair P K,Photovoltaic Sol. En
ergy Conf. vol. 8th No.1 pp. 1008 1988,においては
インジウムをドープしたZnOを用いた太陽電池を報告
している。 (iv)特開昭62−259480号公報では不純物として
シリコンが含有されているZnOを用いた太陽電池の記
述があるが、本発明においてはZnO中のシリコンは不
純物としてではなく、構成元素として含有され、しかも
含有量が変化しているものである。さらにはその効果を
もたらす物理的現象も異なるものである。
2. Description of the Related Art In recent years, photovoltaic devices using a zinc oxide (ZnO) thin film layer as a transparent conductive film have been energetically studied. For example, (i) “Optimization of Transparent and Reflecting El
ectrodes for AmorphousSilicon Solar Cells ”, Gordo
n RG, Hu J, Musher J, Giunta C, US DOE Rep. pp.44
In 1991, ZnO having a texture structure doped with fluorine was improved. (ii) “Research on amorphous silicon based thin fil
m photovoltaic devices.Task B: Research on stable
high efficiency, large area amorphous silicon base
d submodules ”, Delahoy AE, Ellls FB Jr, Kampas
FJ, Tonon T, Weakllem HA, US DOE Rep.pp.48 198
9 reports a solar cell using excellent high-grade doped ZnO. (iii) “Amorphous silicon pin solar cells using ind
ium doped ZnO transparent conducting coatings ”, S
ansores E, Campos J, Nair PK, Photovoltaic Sol.En
ergy Conf. vol. 8th No. 1 pp. 1008 1988, reports a solar cell using ZnO doped with indium. (iv) JP-A-62-259480 describes a solar cell using ZnO containing silicon as an impurity, but in the present invention, silicon in ZnO is contained not as an impurity but as a constituent element. In addition, the content is changed. Furthermore, the physical phenomena that bring about the effects are also different.

【0003】またマイクロ波プラズマCVD法(MWP
CVD法)を用いた太陽電池の検討も下記のごとくなさ
れている。 (v)「マイクロ波プラズマCVD法によるa−Si太陽
電池」、東 和文、渡辺猛志、嶋田寿一、第50回応用
物理学会学術講演会予稿集 pp.566、等が挙げら
れる。この光起電力素子ではi層をMWPCVD法で形
成することによって良質、且つ堆積速度の速いi層を得
ている。
In addition, microwave plasma CVD (MWP)
A solar cell using the CVD method has also been studied as follows. (v) "a-Si solar cell by microwave plasma CVD", Kazufumi Higashi, Takeshi Watanabe, Juichi Shimada, Proc. 566, and the like. In this photovoltaic element, an i-layer having good quality and a high deposition rate is obtained by forming the i-layer by the MWPCVD method.

【0004】またドーピング層をMWPCVD法で形成
した例としては、例えば (vi)“High Efficiency Amorphous Solar Cell Employi
ng ECR-CVD Produced p-Type Microcrystalline SiC Fi
lm”,Y.Hattori, D.Kruangam, T.Toyama, H.Okamoto a
nd Y.Hamakawa,Proceedings of the International PVS
EC-3 Tokyo Japan 1987 pp.171, (vii)“HIGH-CONDUCTIVE WIDE BAND GAP P-TYPE a-SiC:
H PREPARED BY ECR CVDAND ITS APPlICATION TO HIGH E
FFICIENCY a-Si BASIS SOLAR CELLS”,Y.Hattori, D.K
ruangam, K.Katou, Y.Nitta, H.Okamoto and Y.Hamakaw
a,Proceedings of 19th IEEE Photovoltaic Specialist
s Conference 1987 pp.689,等が挙げられる。これらの
光起電力素子ではp層にMWPCVD法を用いることに
よって良質なp層を得ている。
[0004] Examples of the doping layer formed by the MWPCVD method include, for example, (vi) “High Efficiency Amorphous Solar Cell Employi”.
ng ECR-CVD Produced p-Type Microcrystalline SiC Fi
lm ”, Y. Hattori, D. Kruangam, T. Toyama, H. Okamoto a
nd Y. Hamakawa, Proceedings of the International PVS
EC-3 Tokyo Japan 1987 pp.171, (vii) “HIGH-CONDUCTIVE WIDE BAND GAP P-TYPE a-SiC:
H PREPARED BY ECR CVDAND ITS APPlICATION TO HIGH E
FFICIENCY a-Si BASIS SOLAR CELLS ”, Y. Hattori, DK
ruangam, K. Katou, Y. Nitta, H. Okamoto and Y. Hamakaw
a, Proceedings of 19th IEEE Photovoltaic Specialist
s Conference 1987 pp.689. In these photovoltaic elements, a high quality p layer is obtained by using the MWPCVD method for the p layer.

【0005】またフッ素を含有する非単結晶シリコン系
半導体層やこれを用いた光起電力素子の検討も進められ
ている。例えば、 (viii)「アモルファス太陽電池の実用化研究 アモルフ
ァス太陽電池高信頼性素子製造技術研究」、サンシャイ
ン計画研究開発の概況. 太陽エネルギー1. 光利用
技術 VOL.1985 pp.I.231-I.243 1986, (ix)“The chemical and configurational basis of hi
gh efficiency amorphous photovoltaic cells”,Ovsh
insky.S.R,Proceedings of 17th IEEE Photovoltaic Sp
ecialists Conference 1985 pp.1365, (x)“Development of the scientific and technical b
asis for integrated amorphous silicon modules. Res
erch on a-Si:F:H(B) alloys and module testing at I
ET-CIEMAT.”,Gutierrez M T, P Delgado L,Photovol
t. Power Gener., pp.70-75 1988, (xi)“The effect of fluorine on the photovoltaic p
roperties of amorphossilicon”,Konagai.M, Nishiha
ta.K, Takahashi.K, Komoro.K,Proceedings of 15th IE
EE Photovoltaic Specialists Conference 1981 pp.90
6,等が挙げられる。
[0005] Further, studies have been made on a non-single-crystal silicon-based semiconductor layer containing fluorine and a photovoltaic element using the same. For example, (viii) “Research on practical application of amorphous solar cells, Research on manufacturing technology for highly reliable elements of amorphous solar cells”, Overview of R & D on Sunshine Project. Solar energy1. Light utilization technology VOL.1985 pp.I.231-I.243 1986, (ix) “The chemical and configurational basis of hi
gh efficiency amorphous photovoltaic cells ”, Ovsh
insky.SR, Proceedings of 17th IEEE Photovoltaic Sp
ecialists Conference 1985 pp.1365, (x) “Development of the scientific and technical b
asis for integrated amorphous silicon modules.Res
erch on a-Si: F: H (B) alloys and module testing at I
ET-CIEMAT. ”, Gutierrez MT, P Delgado L, Photovol
t. Power Gener., pp. 70-75 1988, (xi) “The effect of fluorine on the photovoltaic p
roperties of amorphossilicon ”, Konagai.M, Nishiha
ta.K, Takahashi.K, Komoro.K, Proceedings of 15th IE
EE Photovoltaic Specialists Conference 1981 pp.90
6, etc.

【0006】しかし、これらの例においても光劣化現
象、熱的安定性については言及されているが、半導体層
の層剥離については述ベられていない。微結晶シリコン
を含有する光起電力素子の検討も精力的に行われている
が、層剥離については言及されていない。
However, even in these examples, the photodegradation phenomenon and the thermal stability are mentioned, but the delamination of the semiconductor layer is not mentioned. Research on photovoltaic elements containing microcrystalline silicon is also being made vigorously, but no mention is made of delamination.

【0007】USP4,400,409号特許明細書に
はロール・ツー・ロール(Roll toRoll)方式を採用し
た、半導体層を連続的に形成するプラズマCVD装置が
開示されている。本発明の光起電力素子はこのような装
置を用いて連続的に製造することが望ましい。この装置
によれば、複数の堆積室を設け、帯状、且つ可とう性の
基体を該基体が堆積室を順次通過する経路に沿って配置
し、前記堆積室にて所望の導電型を有する半導体層を形
成しつつ、前記基体をその長手方向に連続的に搬送する
ことによって、pin接合を有する光起電力素子を連続
的に製造することができるとされている。なお、該明細
書においては、半導体層に各価電子制御剤を含有させる
ための原料ガスが他の堆積室に拡散し、他の半導体層中
に混入すること防止するために、ガスゲートが用いられ
ている。具体的には前記堆積室の間をスリット状の分離
通路によって相互に分離し、さらに各分離通路にAr、
2、He等の掃気用ガスを流入させ、各原料ガスの相
互拡散を防止している。このロール・ツー・ロール方式
の形成方法は本発明のような光起電力素子を生産する際
には有効である。
[0007] In USP 4,400,409 patent specification
Adopts a roll-to-roll method
In addition, a plasma CVD apparatus for continuously forming a semiconductor layer is used.
It has been disclosed. The photovoltaic device of the present invention has such a device.
It is desirable to manufacture continuously using a device. This device
According to, a plurality of deposition chambers are provided,
Disposing a substrate along a path in which the substrate sequentially passes through the deposition chamber;
Forming a semiconductor layer having a desired conductivity type in the deposition chamber.
While continuously transporting the substrate in its longitudinal direction
As a result, a photovoltaic element having a pin junction can be continuously connected.
It is said that it can be manufactured on demand. The specification
In the book, the semiconductor layer contains each valence control agent
Source gas diffuses into other deposition chambers and
Gas gates are used to prevent
ing. Specifically, a slit-shaped separation between the deposition chambers
Are separated from each other by passages, and further, Ar,
H Two, He and other scavenging gases are allowed to flow in, and the
Mutual diffusion is prevented. This roll-to-roll method
The method of forming a photovoltaic element is used when producing a photovoltaic element as in the present invention.
Is effective.

【0008】上記の従来の光起電力素子では、ZnO/
pin層界面、ZnO/基体界面近傍での光励起キャリ
アーの再結合の抑制の向上が望まれている。またこれら
の光起電力素子では開放電圧、短絡電流の向上が望まれ
ている。
In the above conventional photovoltaic device, ZnO /
Improvement in suppression of recombination of photoexcited carriers near the pin layer interface and the ZnO / substrate interface is desired. Further, in these photovoltaic elements, it is desired to improve the open-circuit voltage and the short-circuit current.

【0009】また長時間光を照射した場合、光電変換効
率が低下する、いわゆる光劣化が問題となっている。ま
た長時間振動を付与した場合、光電変換効率が低下す
る、いわゆる振動劣化が問題となっている。さらに光起
電力素子にバイアス電圧を印加時の光劣化、振動劣化が
問題となっていた。
Further, when light is irradiated for a long time, the photoelectric conversion efficiency is reduced, that is, so-called light deterioration is a problem. In addition, when vibration is applied for a long time, the photoelectric conversion efficiency is reduced, that is, so-called vibration deterioration is a problem. Further, there has been a problem of light deterioration and vibration deterioration when a bias voltage is applied to the photovoltaic element.

【0010】さらに基体にAg、Al、Inのうち少な
くとも一つの元素を含有する光起電力素子では、光起電
力素子にバイアス電圧を印加して長時間放置した場合、
短絡するといった問題があった。
Further, in the case of a photovoltaic device in which the base contains at least one element of Ag, Al, and In, when a bias voltage is applied to the photovoltaic device and left for a long time,
There was a problem such as a short circuit.

【0011】また微結晶シリコンを含有する非単結晶シ
リコン系半導体層をZnO薄膜層上に形成した場合、微
結晶シリコンを含有しないものに比ベて層剥離しやすい
という問題点があった。
Further, when a non-single-crystal silicon-based semiconductor layer containing microcrystalline silicon is formed on a ZnO thin film layer, there is a problem that the layer is easily peeled as compared with a layer containing no microcrystalline silicon.

【0012】またフッ素を含有する非単結晶シリコン系
半導体層は酸化亜鉛薄膜層上に形成するとフッ素を含ま
ないものに比べて層剥離しやすいという間題点があっ
た。
Further, there is a problem that a non-single-crystal silicon-based semiconductor layer containing fluorine is easily peeled off when formed on a zinc oxide thin film layer as compared with a layer containing no fluorine.

【0013】また前記ロール・ツー・ロール法で形成さ
れたZnO薄膜層はロール状にして巻かれた状態にして
長期保存または輸送等をすると層剥離しやすいという問
題点があった。
Further, there has been a problem that the ZnO thin film layer formed by the roll-to-roll method is easily peeled off when stored in a roll and wound for a long time or transported.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来の問
題点を解決する光起電力素子を提供することを目的とし
ている。即ちZnO/pin層界面、ZnO/基体界面
近傍での光励起キャリアーの再結合の抑制を目的とす
る。また開放電圧、短絡電流の向上させ、光電変換効率
の向上を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a photovoltaic element which solves the above-mentioned conventional problems. That is, the object is to suppress the recombination of photoexcited carriers near the ZnO / pin layer interface and the ZnO / substrate interface. Another object is to improve the open-circuit voltage and the short-circuit current, and to improve the photoelectric conversion efficiency.

【0015】また光劣化、振動劣化を抑制することを目
的とする。さらにバイアス電圧時の光劣化、振動劣化を
抑制することを目的とする。さらに基体にAg、Al、
Inのうち少なくとも一つの元素を含有する光起電力素
子では、光起電力素子にバイアス電圧を印加して長時間
置いても、短絡しないようにすることを目的とする。
Another object is to suppress light deterioration and vibration deterioration. It is another object of the present invention to suppress light deterioration and vibration deterioration at the time of bias voltage. Further, Ag, Al,
An object of a photovoltaic element containing at least one element of In is to prevent a short circuit even when a bias voltage is applied to the photovoltaic element and the photovoltaic element is left for a long time.

【0016】また微結晶シリコンを含有する非単結晶シ
リコン系半導体層をZnO薄膜層上に形成した光起電力
素子においても層剥離しないようにすることを目的とし
ている。またフッ素を含有する非単結晶シリコン系半導
体層を有する光起電力素子においても層剥離しないよう
にすることを目的とする。ロール状に巻いた状態でも層
剥離しにくい光起電力素子を提供することを目的とす
る。
It is another object of the present invention to prevent delamination even in a photovoltaic device in which a non-single-crystal silicon-based semiconductor layer containing microcrystalline silicon is formed on a ZnO thin film layer. Another object is to prevent delamination even in a photovoltaic element having a non-single-crystal silicon-based semiconductor layer containing fluorine. It is an object of the present invention to provide a photovoltaic element which is hardly delaminated even in a rolled state.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明は従来の問題点を
解決し、前記目的を達成するために鋭意検討した結果、
見いだされたものであって、本発明の光起電力素子は、
基体上に酸化亜鉛薄膜層、非単結晶シリコン系半導体材
料からなるpin層(p層、i層、n層)を積層してな
る光起電力素子において、前記酸化亜鉛薄膜層は、表面
に0.1〜1.0μmの凹凸を有す、c軸配向性の結晶
性薄膜であり、且つシリコンを含有し、該シリコンの含
有量が前記基体との界面で最小値をとり、前記pin層
に向かって徐々に増加しており、前記酸化亜鉛薄膜層の
結晶粒界近傍にシリコンが多く含有されていることを特
徴としている。
The present invention solves the problems of the prior art, and as a result of intensive studies to achieve the above object,
It has been found that the photovoltaic device of the present invention comprises:
In a photovoltaic device in which a zinc oxide thin film layer and a pin layer (p layer, i layer, and n layer) made of a non-single-crystal silicon-based semiconductor material are stacked on a substrate, the zinc oxide thin film layer has a surface of zero. A c-axis oriented crystalline thin film having irregularities of 1 to 1.0 μm, containing silicon, and having a minimum silicon content at the interface with the substrate, And gradually increases toward the surface of the zinc oxide thin film layer.
It is characterized in that a large amount of silicon is contained in the vicinity of a crystal grain boundary .

【0018】本発明の望ましい形態は、前記c軸が基体
表面に対してほぼ垂直とした光起電力素子である。
A preferred embodiment of the present invention is a photovoltaic device in which the c-axis is substantially perpendicular to the substrate surface.

【0019】[0019]

【0020】本発明の望ましい形態は、前記酸化亜鉛薄
膜層と接する前記p層またはn層が微結晶シリコンを含
有する光起電力素子である。
A preferred embodiment of the present invention is a photovoltaic device in which the p layer or the n layer in contact with the zinc oxide thin film layer contains microcrystalline silicon.

【0021】本発明の望ましい形態は、前記酸化亜鉛薄
膜層と接する前記p層またはn層がフッ素を含有してい
る光起電力素子である。
A preferred embodiment of the present invention is a photovoltaic device in which the p layer or the n layer in contact with the zinc oxide thin film layer contains fluorine.

【0022】本発明の望ましい形態は、前記基体が可と
う性を有する帯状基体で、ロール状に巻くことができる
光起電力素子である。
A preferred embodiment of the present invention is a photovoltaic device in which the substrate is a flexible band-shaped substrate and can be wound in a roll.

【0023】[0023]

【作用及び実施態様例】以下、図面を参照しながら本発
明を詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0024】図1は本発明の光起電力素子の模式的説明
図である。図1において、本発明の光起電力素子は基体
101、表面に凹凸を有し、且つc軸配向性を有するZ
nO薄膜層102、非単結晶シリコン系半導体材料から
なるpin層103、透明電極104、集電電極105
等から構成される。
FIG. 1 is a schematic illustration of a photovoltaic device according to the present invention. In FIG. 1, a photovoltaic element of the present invention has a substrate 101, a surface having irregularities and a c-axis orientation.
nO thin film layer 102, pin layer 103 made of non-single-crystal silicon-based semiconductor material, transparent electrode 104, current collecting electrode 105
And so on.

【0025】図1の光起電力素子では通常、透明電極側
から光を照射して用いるが、基体裏面側から光を照射し
て用いてもよい。その場合、基体は光を透過する材料か
らなり、また透明電極の代わりに金属材料からなる光反
射層をpin層上に形成してもよい。
In the photovoltaic element shown in FIG. 1, light is normally applied from the transparent electrode side, but may be applied from the back side of the substrate. In this case, the base may be made of a material that transmits light, and a light reflection layer made of a metal material may be formed on the pin layer instead of the transparent electrode.

【0026】また本発明の光起電力素子のpin層はp
inpin構造やpinpinpin構造等のpin構
造を積層したものであってもよい。
The pin layer of the photovoltaic device of the present invention
It may be a stack of pin structures such as an inpin structure and a pinpinpin structure.

【0027】また本発明の光起電力素子のpin層はn
ip構造やnipnip構造やnipnipnip構造
等のnip構造を積層したものであってもよい。
The pin layer of the photovoltaic device of the present invention has n
A stack of nip structures such as an ip structure, a nipnip structure, and a nipnipnip structure may be used.

【0028】本発明の光起電力素子ではZnO薄膜層に
シリコンが含有され、その含有量がなめらかに変化し、
基体との界面で最小、pin層に向かって徐々に多くな
っているため、ZnO薄膜層とpin層との界面、Zn
O薄膜層と基体との界面での光励起キャリアーの再結合
を低減するものである。
In the photovoltaic device of the present invention, the ZnO thin film layer contains silicon, and its content changes smoothly,
Since it is minimum at the interface with the substrate and gradually increases toward the pin layer, the interface between the ZnO thin film layer and the pin layer
This is to reduce recombination of photoexcited carriers at the interface between the O thin film layer and the substrate.

【0029】またZnO薄膜層とpin層との界面、Z
nO薄膜層と基体との界面で発生する内部応力が低減さ
れるため、光起電力素子の光劣化(長時間の光照射によ
る素子特性の低下)、振動劣化(長時間の振動付与によ
る素子特性の低下)を抑制するものである。即ち光起電
力素子の光劣化は光のエネルギーによってウィークボン
ドが切れ、これが光励起キャリアーの再結合中心とな
り、素子特性が低下すると考えられる。また光起電力素
子の振動劣化は振動エネルギーによってウィークボンド
が切れ、これが光励起キャリアーの再結合中心となり、
素子特性が低下すると考えられる。このウィークボンド
は応力が発生している領域に局在していると考えられ、
ZnO薄膜層とpin層との界面で発生する再結合中心
の低減は特に重要である。
The interface between the ZnO thin film layer and the pin layer, Z
Since the internal stress generated at the interface between the nO thin film layer and the substrate is reduced, photodegradation of the photovoltaic element (deterioration of element properties due to long-time light irradiation) and vibration degradation (element properties due to long-term vibration application) Decrease). That is, it is considered that the photodegradation of the photovoltaic element breaks the weak bond due to the energy of light, and this becomes the center of recombination of the photoexcited carriers, thereby deteriorating the element characteristics. In addition, vibration degradation of the photovoltaic element breaks weak bonds due to vibration energy, which becomes the recombination center of photoexcited carriers,
It is considered that the element characteristics deteriorate. This weak bond is considered to be localized in the area where stress is generated,
It is particularly important to reduce the recombination centers generated at the interface between the ZnO thin film layer and the pin layer.

【0030】またZnO薄膜中で微量のシリコンは価電
子制御剤として働くため、膜の導電率を向上させること
ができ、しかもZnO薄膜の光の透過率を損なうことが
ない。即ち透明電極104側から光を照射する場合には
pin層で吸収しきれなかった光を効率よく透過するこ
とができ、短絡電流を向上させることができる。また基
体101の裏側から光を照射する場合には効率よく光を
pin層に導くものである。
Further, since a trace amount of silicon in the ZnO thin film works as a valence electron controlling agent, the conductivity of the film can be improved, and the light transmittance of the ZnO thin film is not impaired. That is, when light is irradiated from the transparent electrode 104 side, light that could not be absorbed by the pin layer can be transmitted efficiently, and short-circuit current can be improved. When light is irradiated from the back side of the base 101, the light is efficiently guided to the pin layer.

【0031】本発明においてはZnO薄膜層にc軸配向
性を有する結晶性のものを用いる。これにより図1のよ
うにZnO薄膜表面に凹凸が形成され、光を効率よくp
in層に導くことができ、光起電力素子の短絡光電流を
向上させることができる。即ち光を透明電極側から入射
する場合には、透明電極表面、pin層表面で光が屈折
するため、pin層に入射してから結晶性ZnO層表面
に光が到達するまでの光路長が延び、より多くの光をp
in層で吸収することができる。さらに、基体が光を反
射する材料で構成されている場合には、pin層で吸収
しきれなかった光をもう一度pin層に基体側から入射
させ、吸収させることができる。
In the present invention, a ZnO thin film layer having a c-axis orientation and being crystalline is used. As a result, irregularities are formed on the surface of the ZnO thin film as shown in FIG.
It can be led to the in layer, and the short-circuit photocurrent of the photovoltaic element can be improved. That is, when light is incident from the transparent electrode side, the light is refracted on the transparent electrode surface and the pin layer surface, so that the optical path length from the incident on the pin layer to the light reaching the crystalline ZnO layer surface is extended. P, more light
Can be absorbed in the in layer. Further, when the base is made of a material that reflects light, light that could not be absorbed by the pin layer can be once again made to enter the pin layer from the base and absorbed.

【0032】その際、結晶性ZnO薄膜層102の表面
が凹凸をなすため、反射光をここでも屈折させることが
でき、光路長を延ばすことができ、さらに有効に光を吸
収させることができる。可視光を吸収するにはこの凹凸
は山の高さが0.1〜1.0μmであるとき、可視光を
有効に吸収できる。
At this time, since the surface of the crystalline ZnO thin film layer 102 has irregularities, the reflected light can be refracted here, the optical path length can be extended, and the light can be absorbed more effectively. In order to absorb visible light, the unevenness can effectively absorb visible light when the height of the peak is 0.1 to 1.0 μm.

【0033】特開昭62−259480号公報ではZn
O薄膜層の白濁(表面の凹凸)を防止するものである
が、本発明ではむしろ積極的に表面を凹凸化(テクスチ
ャー化)して、表面を白濁させるものである。
JP-A-62-259480 discloses that Zn
Although it is intended to prevent opacity (irregularities on the surface) of the O thin film layer, in the present invention, rather, the surface is positively eroded (textured) to make the surface opaque.

【0034】なかでも各結晶粒107がウルツ鉱型の結
晶でc軸(6回回転軸)が基体に対してほぼ垂直である
ことが望ましい。こうすることによってさらに有効にp
in層に光を導くことができる。c軸を基体に対してほ
ぼ垂直にするにはZnO薄膜層をスパッタリング法で形
成する際、DCバイアスまたは/及びRFバイアスを印
加してプラズマ電位を上げるか、あるいは基体に負のD
Cバイアスを印加する。またc軸を基体とほぼ垂直にす
るには基体表面上に微細な突起部を無数に形成すればよ
い。例えばステンレス板の支持体上にAg薄膜層を支持
体温度200〜600℃で形成すればよい。またこの突
起部はほぼ等間隔に形成されていることが望ましい。
In particular, it is desirable that each crystal grain 107 is a wurtzite crystal and the c-axis (six rotation axis) is substantially perpendicular to the substrate. This makes p more effective
Light can be guided to the in layer. To make the c-axis almost perpendicular to the substrate, when forming a ZnO thin film layer by a sputtering method, a DC bias and / or an RF bias is applied to increase the plasma potential, or a negative D
Apply a C bias. Further, in order to make the c-axis substantially perpendicular to the base, countless fine projections may be formed on the surface of the base. For example, an Ag thin film layer may be formed on a stainless steel support at a support temperature of 200 to 600 ° C. It is desirable that the projections are formed at substantially equal intervals.

【0035】また結晶粒界106に多くのシリコンを含
有させることによって基体からの不純物の拡散を防止す
ることができる。即ち、基体にpin層に悪影響を及ぼ
す不純物(例えばある種の金属元素)を含有する材料を
用いる場合には、この不純物がpin層に拡散しないよ
うにしなければならない。図1のような結晶性ZnO薄
膜層の場合には結晶粒界を通して不純物が拡散してしま
い、素子特性を低下させることがある。特に素子にバイ
アス電圧を長時間印加する場合、特に顕著に現れ、シャ
ント抵抗が極端に小さくなり、光電変換効率等の特性を
悪化させる。これは結晶粒界には空隙やボイドが存在す
るため、不純物が拡散しやすいものと考えられる。そこ
で結晶粒界にシリコンを多く含有させることによって、
これらの空隙やボイドを減少させ、拡散を防止するもの
である。また結晶粒界にシリコンを多く含有させること
によって、未結合手を増加させ、拡散してきた不純物と
反応し、拡散を防止するものである。シリコンの含有量
としては結晶バルク内部よりも数倍多いことが望まし
い。
Further, by including a large amount of silicon in the crystal grain boundary 106, diffusion of impurities from the substrate can be prevented. That is, when a material containing an impurity (for example, a certain metal element) that adversely affects the pin layer is used for the base, the impurity must be prevented from diffusing into the pin layer. In the case of a crystalline ZnO thin film layer as shown in FIG. 1, impurities diffuse through crystal grain boundaries, which may degrade device characteristics. In particular, when a bias voltage is applied to the element for a long time, it becomes particularly noticeable, the shunt resistance becomes extremely small, and characteristics such as photoelectric conversion efficiency deteriorate. This is presumably because voids and voids are present at the crystal grain boundaries, so that impurities are easily diffused. Therefore, by including a large amount of silicon in the crystal grain boundaries,
These voids and voids are reduced to prevent diffusion. In addition, by containing a large amount of silicon in the crystal grain boundaries, dangling bonds are increased, and react with diffused impurities to prevent diffusion. It is desirable that the content of silicon be several times larger than that inside the crystal bulk.

【0036】本発明においては、ZnO薄膜層と接する
p層またはn層が微結晶シリコンを含有するのが好まし
い。微結晶シリコンを含有するp層またはn層は微結晶
シリコンを含有しないものに比ベて導電率が高く、光劣
化が少なく、熱的に安定であるという有利な特徴を有す
るが、膜が緻密となるため、層剥離しやすいと問題があ
った。しかし本発明ではZnO薄膜層の表面に多くのシ
リコンを含有させているため、層剥離しにくいものであ
る。
In the present invention, the p-layer or the n-layer in contact with the ZnO thin film layer preferably contains microcrystalline silicon. A p-layer or an n-layer containing microcrystalline silicon has the advantageous characteristics of higher conductivity, less photodegradation and thermal stability than those containing no microcrystalline silicon, but the film is denser. Therefore, there was a problem that the layer was easily peeled off. However, in the present invention, since a large amount of silicon is contained in the surface of the ZnO thin film layer, delamination is difficult.

【0037】本発明においてはZnO薄膜層と接するp
層またはn層がフッ素を含有するのが好ましい。フッ素
を含有するp層またはn層はフッ素を含有しないものに
比べて導電率が高く、光劣化が少なく、熱的に安定であ
るという有利な特徴を有するが、膜が緻密となるため、
層剥離しやすいと問題があった。しかし本発明ではZn
O薄膜層の表面に多くのシリコンを含有させているた
め、応力を緩和し、層間結合力を増し、層剥離しにくい
ものである。
In the present invention, p in contact with the ZnO thin film layer
Preferably, the layer or the n-layer contains fluorine. The fluorine-containing p-layer or n-layer has higher conductivity than those not containing fluorine, has less light degradation, and has the advantageous characteristics of being thermally stable, but because the film is denser,
There was a problem if the layers were easily separated. However, in the present invention, Zn
Since a large amount of silicon is contained on the surface of the O thin film layer, stress is reduced, interlayer bonding force is increased, and delamination is difficult.

【0038】本発明の光起電力素子ではp層またはn
層、及びi層はRFプラズマCVD法(RFPCVD
法)またはマイクロ波プラズマCVD法(MWPCVD
法)を用いて形成するのが望ましい。特にMWPCVD
法は堆積速度が速く、スループットを向上させることが
でき、さらには原料ガスの利用効率を向上させることが
できるため、生産性を向上させることができる。ドーピ
ング層をMWPCVD法で形成すると、光起電力素子と
して良好な特性を有するドーピング層が得られる。即
ち、該ドーピング層は光の透過性がよく、電気伝導度が
高く、活性化エネルギーが小さいためドーピング層とし
て優れている。さらにMWPCVD法で形成すると良質
な微結晶シリコン系半導体材料、またはバンドギャップ
の広い良質な非晶質シリコン系半導体材料を比較的容易
に形成することができ、ドーピング層の形成方法として
有効である。またi層はp層、n層に比ベて層厚が厚
く、特に有効である。
In the photovoltaic device of the present invention, the p layer or the n layer
Layer and the i-layer are formed by RF plasma CVD (RFPCVD).
Method) or microwave plasma CVD method (MWPCVD)
Method). Especially MWPCVD
According to the method, the deposition rate is high, the throughput can be improved, and the utilization efficiency of the source gas can be improved, so that the productivity can be improved. When the doping layer is formed by the MWPCVD method, a doping layer having good characteristics as a photovoltaic element can be obtained. That is, the doping layer is excellent as a doping layer because of good light transmittance, high electric conductivity, and low activation energy. Further, when formed by the MWPCVD method, a high-quality microcrystalline silicon-based semiconductor material or a high-quality amorphous silicon-based semiconductor material having a wide band gap can be relatively easily formed, which is effective as a method for forming a doping layer. The i-layer is particularly effective because the i-layer is thicker than the p-layer and the n-layer.

【0039】本発明のZnO薄膜層はスパッタリング法
で形成するのがよい。なかでも堆積速度の速いマグネト
ロンスパッタリング法や、以下に説明するマイクロ波ス
パッタリング法が適している。マイクロ波スパッタリン
グ法は「真空容器内部に不活性ガスまたは反応性ガスを
導入し、該ガスにマイクロ波を照射することによってイ
オンを発生させ、ターゲットに電磁エネルギーを印加す
ることによって、イオンを加速してターゲット表面上に
照射し、該ターゲットをスパッタリングして堆積膜を基
体表面上に高速に形成する方法」である。該電磁エネル
ギーはRF電力またはDC電力が適している。
The ZnO thin film layer of the present invention is preferably formed by a sputtering method. Among them, a magnetron sputtering method with a high deposition rate and a microwave sputtering method described below are suitable. Microwave sputtering method "inerts an inert gas or a reactive gas into a vacuum vessel, generates ions by irradiating the gas with microwaves, and accelerates the ions by applying electromagnetic energy to a target. To form a deposited film on the substrate surface at high speed by irradiating the target surface with the target and sputtering the target. The electromagnetic energy is suitably RF or DC power.

【0040】本発明の光起電力素子は可とう性を有する
帯状の基体上にZnO薄膜層とpin層が形成されてい
るため、ロール状に巻くことができ、保管または輸送等
にスペースをとることがなく、取扱いが容易となる。ま
たロール・ツー・ロール法を用いた製造方法にも適した
もので、生産性を飛躍的に向上させることができる。本
発明の光起電力素子では前記のごとくZnO薄膜層中に
シリコンが含有されているため、ロール状に巻いた状態
でも層剥離しにくいものである。
Since the photovoltaic element of the present invention has a ZnO thin film layer and a pin layer formed on a flexible strip-shaped substrate, it can be wound into a roll and takes up space for storage or transportation. And handling becomes easy. It is also suitable for a manufacturing method using a roll-to-roll method, and can dramatically improve productivity. In the photovoltaic element of the present invention, since the ZnO thin film layer contains silicon as described above, it is difficult for the layer to be peeled even in a rolled state.

【0041】以上pin構造の光起電力素子について説
明したが、図4−aのようなpinpin構造や図4−
bのようなpinpinpin構造等のpin構造を積
層した光起電力素子、あるいはnipnip構造やni
pnipnip構造等のnip構造を積層した光起電力
素子についても適用できるものである。
The photovoltaic element having the pin structure has been described above.
b, a photovoltaic element in which a pin structure such as a pinpinpin structure is laminated, or a nipnip structure or ni
The present invention is also applicable to a photovoltaic element in which a nip structure such as a pnnip structure is stacked.

【0042】図2は本発明の光起電力素子を作製するの
に適した堆積装置の模式的説明図である。該堆積装置2
00は、堆積室201、真空計202、バイアス電源2
03、基体204、ヒーター205、導波管206、コ
ンダクタンスバルブ207、バルブ208、ターゲット
電極209、バイアス電極210、ガス導入管211、
アプリケーター212、誘電体窓213、スパッタ電源
214、基体シャッター215、ターゲット216、タ
ーゲットシャッター217、マイクロ波電源219、ト
ロイダルコイル221、不図示の真空排気ポンプ、原料
ガス供給装置等から構成される。真空排気ポンプは図の
排気口220に接続され、原料ガス供給装置は原料ガス
ボンベ、バルブ、マスフローコントローラーから構成さ
れ、ガス導入管211に接続される。前記誘電体窓はア
ルミナセラミクス、石英、窒化ホウ素等のマイクロ波を
よく透過する材料からなる。
FIG. 2 is a schematic explanatory view of a deposition apparatus suitable for producing the photovoltaic element of the present invention. The deposition device 2
00 is a deposition chamber 201, a vacuum gauge 202, a bias power supply 2
03, substrate 204, heater 205, waveguide 206, conductance valve 207, valve 208, target electrode 209, bias electrode 210, gas introduction pipe 211,
It comprises an applicator 212, a dielectric window 213, a sputtering power supply 214, a base shutter 215, a target 216, a target shutter 217, a microwave power supply 219, a toroidal coil 221, a vacuum exhaust pump (not shown), a source gas supply device, and the like. The vacuum exhaust pump is connected to an exhaust port 220 shown in the figure, and the source gas supply device is composed of a source gas cylinder, a valve, and a mass flow controller, and is connected to a gas introduction pipe 211. The dielectric window is made of a material that transmits microwaves well, such as alumina ceramics, quartz, and boron nitride.

【0043】本発明の光起電力素子の作製は以下のよう
に行われるものである。まず図2の堆積室201内に設
置されたヒーター205に基体204を密着させ、堆積
室内を1×10-5Torr以下に十分に排気する。この
排気にはターボ分子ポンプまたは油拡散ポンプまたはク
ライオポンプが適している。その後、Ar等の不活性ガ
スを堆積室内に導入し、ヒーターのスイッチを入れ、基
体を加熱する。基体温度が所定の温度で安定したら、コ
ンダクタンスバルブ207を調整して所定の圧力に設定
し、以下に詳細に説明するZnO薄膜層の形成方法を実
施にする。次に、以下に詳細に説明するpin層の形成
方法を実施する。次に、真空中でターゲットをIn23
+SnO2(5wt%)のものに交換し、堆積室内にO2
ガスを導入し、DCマグネトロンスパッタリング法を行
い、pin層上にITOを形成する。次に堆積室をリー
クし、ITO表面上に櫛形の集電電極を電子ビーム真空
蒸着法で形成し、光起電力素子の作製を終える。
The fabrication of the photovoltaic device of the present invention is performed as follows. First, the substrate 204 is brought into close contact with the heater 205 provided in the deposition chamber 201 of FIG. 2, and the deposition chamber is sufficiently evacuated to 1 × 10 −5 Torr or less. A turbo molecular pump, an oil diffusion pump, or a cryopump is suitable for this exhaust. Thereafter, an inert gas such as Ar is introduced into the deposition chamber, the heater is turned on, and the substrate is heated. When the substrate temperature is stabilized at a predetermined temperature, the conductance valve 207 is adjusted to a predetermined pressure, and a method of forming a ZnO thin film layer described in detail below is performed. Next, a method of forming a pin layer described in detail below is performed. Next, the target is In 2 O 3 in a vacuum.
+ SnO 2 (5 wt%) and replace O 2 in the deposition chamber.
A gas is introduced, and a DC magnetron sputtering method is performed to form ITO on the pin layer. Next, the deposition chamber is leaked, and a comb-shaped current collecting electrode is formed on the ITO surface by an electron beam vacuum evaporation method, thereby completing the fabrication of the photovoltaic element.

【0044】pin層はMWPCVD法、またはRFP
CVD法で形成するのがよい。 (A)pin層をMWPCVD法で形成する場合 pin層をMWPCVD法で形成する場合、原料ガスを
堆積室に導入し、圧力をコンダクタンスバルブ207で
調整し、マイクロ波を導波管206、アプリケーター2
12を通して原料ガスに照射して、プラズマを生起す
る。pin層形成中の圧力は、非常に重要な因子であ
り、最適な堆積室内の圧力は、0.5〜50mTorr
が好適である。また堆積室内に導入されるMW電力は、
重要な因子である。該MW電力は堆積室内に導入される
原料ガスの流量によって適宜決定されるものであるが、
好ましい範囲としては、100〜5000Wである。M
W電力の好ましい周波数の範囲としては0.5〜10G
Hzが挙げられる。特に2.45GHz付近の周波数が
適している。所望の層厚を形成した後はMW電力の導入
を止め、堆積室内を十分排気し、H2、He、Ar等の
ガスで十分パージしてから次の層を形成する。
The pin layer is formed by MWPCVD or RFP
It is preferably formed by a CVD method. (A) When the pin layer is formed by the MWPCVD method When the pin layer is formed by the MWPCVD method, the source gas is introduced into the deposition chamber, the pressure is adjusted by the conductance valve 207, and the microwave is applied to the waveguide 206 and the applicator 2.
Irradiation is performed on the source gas through 12 to generate plasma. The pressure during the formation of the pin layer is a very important factor, and the optimal pressure in the deposition chamber is 0.5 to 50 mTorr.
Is preferred. The MW power introduced into the deposition chamber is
It is an important factor. The MW power is appropriately determined by the flow rate of the source gas introduced into the deposition chamber,
A preferable range is 100 to 5000 W. M
A preferable frequency range of W power is 0.5 to 10 G
Hz. Particularly, a frequency around 2.45 GHz is suitable. After forming the desired layer thickness, the introduction of MW power is stopped, the deposition chamber is sufficiently evacuated, and the next layer is formed after sufficiently purging with a gas such as H 2 , He, or Ar.

【0045】pin層を形成する際、MW電力とともに
RF電力をバイアス電極210に印加してもよい。この
場合、導入するMW電力は堆積室に導入する原料ガスを
100%分解するのに必要なMW電力よりも小さいこと
が望ましく、さらに同時に導入されるRF電力は、前記
MW電力よりも大きいことが望ましい。同時に導入され
るRF電力の好ましい範囲としては、200〜1000
0Wである。RF電力の好ましい周波数の範囲としては
1〜100MHzが挙げられる。特に13.56MHz
が最適である。RF電力供給用のバイアス電極の面積が
アースの面積よりも狭い場合、RF電力供給用の電源側
のセルフバイアス(DC成分)をアースした方が良いも
のである。またバイアス電極にDC電圧を印加しても良
い。DC電圧の好ましい範囲としては、30から300
V程度である。またバイアス電極にRF電力とDC電圧
を同時に印加しても良い。
When forming the pin layer, RF power may be applied to the bias electrode 210 together with MW power. In this case, the MW power to be introduced is desirably smaller than the MW power required to decompose the raw material gas introduced into the deposition chamber by 100%, and the RF power simultaneously introduced is preferably larger than the MW power. desirable. A preferable range of the simultaneously introduced RF power is 200 to 1000
0W. A preferable frequency range of the RF power includes 1 to 100 MHz. Especially 13.56MHz
Is optimal. When the area of the bias electrode for RF power supply is smaller than the area of the ground, it is better to ground the self-bias (DC component) on the power supply side for RF power supply. Further, a DC voltage may be applied to the bias electrode. A preferred range of the DC voltage is 30 to 300
About V. Further, RF power and DC voltage may be simultaneously applied to the bias electrode.

【0046】(B)pin層をRFPCVD法で堆積す
る場合、容量結合型のRFPCVD法が適している。該
RFPCVD法でpin層を形成する場合、原料ガスを
堆積室に導入し、バイアス電極にRF電力を印加してプ
ラズマを生起する。基体温度は100〜500℃、圧力
は0.1〜10Torr、RF電力は1〜2000W、
堆積速度は0.1〜2nm/secが最適条件として挙
げられる。所望の層厚を形成した後はMW電力の導入を
止め、堆積室内を十分排気し、H2、He、Ar等のガ
スで十分パージしてから次の層を形成する。
(B) When a pin layer is deposited by RFPCVD, a capacitively coupled RFPCVD method is suitable. When a pin layer is formed by the RFPCVD method, a source gas is introduced into a deposition chamber, and RF power is applied to a bias electrode to generate plasma. The substrate temperature is 100 to 500 ° C., the pressure is 0.1 to 10 Torr, the RF power is 1 to 2000 W,
The optimum deposition rate is 0.1 to 2 nm / sec. After forming the desired layer thickness, the introduction of MW power is stopped, the deposition chamber is sufficiently evacuated, and the next layer is formed after sufficiently purging with a gas such as H 2 , He, or Ar.

【0047】シリコンを含有し、その含有量が変化して
いるZnO薄膜層を形成するには以下の方法が挙げられ
る。
The following method can be used to form a ZnO thin film layer containing silicon and varying its content.

【0048】(1)スパッタリング法で形成する場合 形成速度の速いRFマグネトロンスパッタリング法また
はDCマグネトロンスパッタリング法が適している。そ
の場合にはターゲットの回りにトロイダルコイルを設置
した堆積室内に、Arガス、O2ガスを導入し、シリコ
ンを含有させたZnO:Siからなるターゲットをター
ゲット電極209に装着し、基体温度を200〜600
℃にし、RF(1〜100MHz)電力またはDC電力
を印加し、プラズマを生起して、基体上にZnO薄膜層
を形成する。
(1) In case of forming by sputtering method RF magnetron sputtering method or DC magnetron sputtering method, which has a high forming speed, is suitable. In that case, an Ar gas and an O 2 gas are introduced into a deposition chamber in which a toroidal coil is set around the target, a target made of ZnO: Si containing silicon is mounted on the target electrode 209, and the substrate temperature is set to 200. ~ 600
° C, and RF (1 to 100 MHz) power or DC power is applied to generate plasma to form a ZnO thin film layer on the substrate.

【0049】この際、堆積室内の圧力は堆積膜の形成速
度に密接に関係するパラメーターなので導入するガスの
種類、堆積装置の大きさ等により適宜決定されるもので
あるが、本発明の場合、通常1〜30mTorrであ
る。また上記のガスはガスボンベからマスフローコント
ローラーを介して所定の量を堆積室に導入されるが、そ
の導入量は、堆積室の体積によって適宜決定されるもの
である。またArガスに加えてO2ガスを導入してもよ
い。
At this time, the pressure in the deposition chamber is a parameter closely related to the formation rate of the deposited film, and is appropriately determined according to the type of gas to be introduced, the size of the deposition apparatus, and the like. Usually, it is 1 to 30 mTorr. A predetermined amount of the above-mentioned gas is introduced into the deposition chamber from the gas cylinder via the mass flow controller, and the introduction amount is appropriately determined depending on the volume of the deposition chamber. Further, O 2 gas may be introduced in addition to Ar gas.

【0050】また、シリコン含有量を層厚方向に変化さ
せるには、RF電力またはDC電力を時間的に変化させ
ればよい。即ちZnOとシリコンではスパッタ率のRF
電力(DC電力)依存性が異なるため、高いRF電力
(DC電力)ではシリコン含有量は多く、低いとシリコ
ン含有量は少なくなる。
To change the silicon content in the layer thickness direction, the RF power or the DC power may be changed over time. That is, for ZnO and silicon, the sputtering rate RF
Since the power (DC power) dependence is different, the silicon content is high at a high RF power (DC power), and the silicon content is low at a low RF power (DC power).

【0051】また、結晶粒界でシリコン含有量を多くす
るには、各結晶粒が近隣の結晶粒と接触する直前にRF
電力(DC電力)を高くすればよい。
Further, in order to increase the silicon content at the crystal grain boundary, the RF content should be increased immediately before each crystal grain comes into contact with a neighboring crystal grain.
The power (DC power) may be increased.

【0052】(2)スパッタリング法+RFPCVD法
で形成する場合 上記のRF(DC)マグネトロンスパッタリング法にお
いて新たにSiH4ガス、Si26等のシリコンを含有
するガスを導入し、その導入量を時間変化させればよ
い。この場合、シリコンを含有しないZnOからなるタ
ーゲットを用いてもよい。また、結晶粒界でシリコン含
有量を多くするには、各結晶粒が近隣の結晶粒と接触す
る直前にシリコンを含有するガスを多く流せばよい。
(2) In the case of forming by sputtering method + RFPCVD method In the above-mentioned RF (DC) magnetron sputtering method, a silicon-containing gas such as SiH 4 gas or Si 2 H 6 is newly introduced, and the amount of introduction is controlled by time. You only need to change it. In this case, a target made of ZnO containing no silicon may be used. Further, in order to increase the silicon content at the crystal grain boundary, a large amount of gas containing silicon may be flowed immediately before each crystal grain comes into contact with a neighboring crystal grain.

【0053】 (3)マイクロ波スパッタリング法で形成する場合 堆積室内に、Arガスを導入し、上記のZnO:Siか
らなるターゲットをターゲット電極209に装着し、基
体温度を200〜600℃にし、RF(1〜100MH
z)電力またはDC電力(100〜600V)を印加す
る。マイクロ波電源より発生したマイクロ波電力を伝送
させ、アプリケーター内で拡大し、誘電体窓213を通
して上記のガスに照射し、プラズマを生起して基体上に
ZnOの薄膜層を形成する。
(3) When Forming by Microwave Sputtering Method Ar gas is introduced into the deposition chamber, the target made of ZnO: Si is mounted on the target electrode 209, the substrate temperature is set to 200 to 600 ° C., and RF (1 to 100 MH
z) Apply power or DC power (100-600V). The microwave power generated from the microwave power source is transmitted, expanded in the applicator, and irradiated with the above gas through the dielectric window 213 to generate plasma to form a ZnO thin film layer on the substrate.

【0054】この際、堆積室内の圧力は堆積膜の形成速
度に密接に関係するパラメーターなので導入するガスの
種類、堆積装置の大きさ等により適宜決定されるもので
あるが、本発明の場合、通常0.1〜10mTorrで
ある。また上記のガスはガスボンベからマスフローコン
トローラーを介して所定の量を堆積室に導入されるが、
その導入量は、堆積室の体積によって適宜決定されるも
のである。またArガスに加えてO2ガスを導入しても
よい。
At this time, the pressure in the deposition chamber is a parameter closely related to the formation rate of the deposited film, and is appropriately determined depending on the type of gas to be introduced, the size of the deposition apparatus, and the like. Usually, it is 0.1 to 10 mTorr. In addition, the above gas is introduced into the deposition chamber from the gas cylinder through a mass flow controller in a predetermined amount.
The introduction amount is appropriately determined depending on the volume of the deposition chamber. Further, O 2 gas may be introduced in addition to Ar gas.

【0055】また、シリコン含有量を層厚方向に変化さ
せるには、RF電力またはDC電力を時間的に変化させ
ればよい。即ちZnOとシリコンではスパッタ率のRF
電力(DC電力)依存性が異なるため、高いRF電力
(DC電力)ではシリコン含有量は多く、低いとシリコ
ン含有量は少なくなる。
To change the silicon content in the layer thickness direction, the RF power or the DC power may be changed over time. That is, for ZnO and silicon, the sputtering rate RF
Since the power (DC power) dependence is different, the silicon content is high at a high RF power (DC power), and the silicon content is low at a low RF power (DC power).

【0056】また、結晶粒界でシリコン含有量を多くす
るには、各結晶粒が近隣の結晶粒と接触する直前にRF
電力(DC電力)を高くすればよい。
Further, in order to increase the silicon content at the crystal grain boundary, the RF should be increased immediately before each crystal grain comes into contact with a neighboring crystal grain.
The power (DC power) may be increased.

【0057】(4)マイクロ波スパッタリング法+MW
PCVD法で形成する場合 上記のマイクロ波スパッタリング法において新たにSi
4ガス、Si26等のシリコンを含有するガスを導入
し、その導入量を時間変化させればよい。この場合シリ
コンを含有しないZnOからなるターゲットを用いても
よい。
(4) Microwave sputtering method + MW
When forming by PCVD method In the microwave sputtering method described above, Si is newly added.
A gas containing silicon, such as H 4 gas or Si 2 H 6, may be introduced, and the introduced amount may be changed over time. In this case, a target made of ZnO containing no silicon may be used.

【0058】また、結晶粒界でシリコン含有量を多くす
るには、各結晶粒が近隣の結晶粒と接触する直前にシリ
コンを含有するガスを多く流せばよい。
Further, in order to increase the silicon content at the crystal grain boundary, a large amount of gas containing silicon may be flowed immediately before each crystal grain comes into contact with a neighboring crystal grain.

【0059】 (5)ロール・ツー・ロ−ル方式で形成する場合 上記のマイクロ波スパッタリング法または通常のスパッ
タリング法において基体温度を200〜600℃にし、
新たにSiH4ガス、Si26等のシリコンを含有する
ガスを導入し、その導入量を基体の移動方向に対して空
間的に変化させればよい。
(5) When Forming by Roll-to-Roll Method In the microwave sputtering method or the ordinary sputtering method, the substrate temperature is set to 200 to 600 ° C.
A new gas containing silicon, such as SiH 4 gas or Si 2 H 6, may be introduced, and the introduced amount may be changed spatially with respect to the moving direction of the substrate.

【0060】また、結晶粒界でシリコン含有量を多くす
るには、各結晶粒が近隣の結晶粒と接触する所にシリコ
ンを含有するガスを多く流せばよい。
Further, in order to increase the silicon content at the crystal grain boundary, a large amount of a gas containing silicon may be flowed where each crystal grain comes into contact with a neighboring crystal grain.

【0061】また前記のpin層を形成する方法におい
て、原料ガスとしては以下のガスまたはバブリングでガ
ス化し得る化合物が適している。
In the above-described method for forming the pin layer, the following gases or compounds capable of being gasified by bubbling are suitable as the source gas.

【0062】シリコン原子を含有させるための原料ガス
しては、SiH4、SiD4、Si26、SiF4、Si2
6が適している。
Source gases for containing silicon atoms include SiH 4 , SiD 4 , Si 2 H 6 , SiF 4 and Si 2
F 6 is suitable.

【0063】フッ素原子を含有させるための原料ガスし
ては、F2、SiF4、GeF4、CF4、PF5、BF3
適している。
Suitable source gases for containing fluorine atoms are F 2 , SiF 4 , GeF 4 , CF 4 , PF 5 and BF 3 .

【0064】炭素原子を含有させるための原料ガスとし
ては、CH4、CD4、C22、CF 4が適している。
As a raw material gas for containing carbon atoms,
The CHFour, CDFour, CTwoHTwo, CF FourIs suitable.

【0065】ゲルマニウム原子を含有させるための原料
ガスとしては、GeH4、GeD4、GeF4が適してい
る。
As a source gas for containing germanium atoms, GeH 4 , GeD 4 and GeF 4 are suitable.

【0066】スズ原子を含有させるための原料ガスとし
ては、SnH4、SnD4、Sn(CH34が適してい
る。
Suitable source gases for containing tin atoms are SnH 4 , SnD 4 , and Sn (CH 3 ) 4 .

【0067】p層に周期律表第III族原子を導入する
ための原料ガスとしては、B26、B(CH33、B
(C253、Al(CH33、BF3が適している。
Source gases for introducing Group III atoms of the periodic table into the p layer include B 2 H 6 , B (CH 3 ) 3 , and B
(C 2 H 5 ) 3 , Al (CH 3 ) 3 and BF 3 are suitable.

【0068】n層に周期律表第V族原子を導入するため
の原料ガスとしては、PH3、AsH3、PF5が適して
いる。
As a source gas for introducing a group V atom of the periodic table into the n-layer, PH 3 , AsH 3 and PF 5 are suitable.

【0069】n層に周期律表第VI族原子を導入するた
めの原料ガスとしては、H2S、H2Seが適している。
H 2 S and H 2 Se are suitable as source gases for introducing a Group VI atom of the periodic table into the n-layer.

【0070】pin層中に酸素原子を含有させるための
原料ガスとしては、O2、CO2、CO、NOが適してい
る。
O 2 , CO 2 , CO, and NO are suitable as source gases for containing oxygen atoms in the pin layer.

【0071】pin層中に窒素原子を含有させるための
原料ガスとしては、N2、NO、NO2、N2O、NH3
が適している。
N 2 , NO, NO 2 , N 2 O, NH 3, etc. are suitable as the source gas for containing nitrogen atoms in the pin layer.

【0072】またこれらの原料ガスをH2、D2、He、
Ar等のガスで適宜希釈して堆積室に導入しても良い。
Further, these source gases are H 2 , D 2 , He,
It may be appropriately diluted with a gas such as Ar and introduced into the deposition chamber.

【0073】上記のシリコンを含有するZnO薄膜層を
形成する場合、ターゲットとしてはZnOまたはZn
O:Siを用いるが、酸素を含有しないZnまたはZ
n:Siでもよい。またシリコンは酸化物(SiO2
の形でターゲット含有させてもよい。酸素を含有しない
ターゲットを用いる場合はO2ガスを堆積室内に導入す
る必要がある。ZnO薄膜層中にシリコンを含有させる
ために導入されるガスとしてはSiH4、SiD4、Si
26、SiF4、Si26が適している。
In the case of forming the above-mentioned silicon-containing ZnO thin film layer, the target may be ZnO or ZnO.
O: Uses Si but does not contain oxygen Zn or Z
n: Si may be used. Silicon is an oxide (SiO 2 )
The target may be contained in the form of When a target containing no oxygen is used, it is necessary to introduce O 2 gas into the deposition chamber. As a gas introduced to contain silicon in the ZnO thin film layer, SiH 4 , SiD 4 , Si
2 H 6 , SiF 4 and Si 2 F 6 are suitable.

【0074】以下に本発明の構成をより詳細に説明す
る。基体 基体は導電性材料、絶縁性材料の単体で構成されたもの
でもよく、または導電性材料、絶縁性材料からなる支持
体上に薄膜層を形成したものであってもよい。
Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in more detail. Substrate The substrate may be composed of a simple substance of a conductive material or an insulating material, or may be a material in which a thin film layer is formed on a support made of a conductive material or an insulating material.

【0075】導電性材料としては、例えば、NiCr、
ステンレス、Al、Cr、Mo、Au、Nb、Ta、
V、Ti、Pt、Pb、Sn等の金属または、これらの
合金が挙げられる。これらの材料を支持体として使用す
るにはシート状、あるいは帯状のシートを円筒体に巻き
付けたロール状であることが望ましい。
As the conductive material, for example, NiCr,
Stainless steel, Al, Cr, Mo, Au, Nb, Ta,
Metals such as V, Ti, Pt, Pb, Sn and the like, and alloys thereof are exemplified. In order to use these materials as a support, it is desirable that the material be in the form of a sheet or a roll formed by winding a belt-like sheet around a cylindrical body.

【0076】絶縁性材料としては、ポリエステル、ポリ
エチレン、ポリカーボネート、セルロースアセテート、
ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデ
ン、ポリスチレン、ポリアミド等の合成樹脂、またはガ
ラス、セラミックス、紙等が挙げられる。これらの材料
を支持体として使用するにはシート状、あるいは帯状の
シートを円筒体に巻き付けたロール状であることが望ま
しい。
As the insulating material, polyester, polyethylene, polycarbonate, cellulose acetate,
Examples include synthetic resins such as polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene, and polyamide; glass, ceramics, and paper. In order to use these materials as a support, it is desirable that the material be in the form of a sheet or a roll formed by winding a belt-like sheet around a cylindrical body.

【0077】本発明の光起電力素子では支持体の一方の
表面に導電性薄膜層を形成し、該導電性薄膜層を形成し
た表面上にZnO薄膜層を形成することが望ましい。
In the photovoltaic device of the present invention, it is preferable that a conductive thin film layer is formed on one surface of the support, and a ZnO thin film layer is formed on the surface on which the conductive thin film layer is formed.

【0078】例えば、ガラスであれば表面上に、NiC
r、Al、Ag、Cr、Mo、Ir、Nb、Ta、V、
Ti、Pt、Pb、In23、SnO2、ITO(In2
3+SnO2)等の材料またはその合金からなる導電性
薄膜層を形成し、ポリエステルフイルム等の合成樹脂シ
ートであれば表面上にNiCr、Al、Ag、Pb、Z
n、Ni、Au、Cr、Mo、Ir、Nb、Ta、V、
Tl、Pt等の材料またはその合金からなる導電性薄膜
層を形成し、ステンレスであればNiCr、Al、A
g、Cr、Mo、Ir、Nb、Ta、V、Ti、Pt、
Pb、In23、SnO2、ITO(In23+Sn
2)等の材料またはその合金からなる導電性薄膜層を
形成する。形成方法としては真空蒸着法、スパッタリン
グ法、スクリーン印刷法等で形成する。
For example, in the case of glass, NiC
r, Al, Ag, Cr, Mo, Ir, Nb, Ta, V,
Ti, Pt, Pb, In 2 O 3 , SnO 2 , ITO (In 2
A conductive thin film layer made of a material such as O 3 + SnO 2 ) or an alloy thereof is formed, and if a synthetic resin sheet such as a polyester film is used, NiCr, Al, Ag, Pb, Z
n, Ni, Au, Cr, Mo, Ir, Nb, Ta, V,
A conductive thin film layer made of a material such as Tl or Pt or an alloy thereof is formed. If stainless steel is used, NiCr, Al, A
g, Cr, Mo, Ir, Nb, Ta, V, Ti, Pt,
Pb, In 2 O 3 , SnO 2 , ITO (In 2 O 3 + Sn
A conductive thin film layer made of a material such as O 2 ) or an alloy thereof is formed. As a forming method, it is formed by a vacuum deposition method, a sputtering method, a screen printing method, or the like.

【0079】基体表面形状は平滑あるいは山の高さが平
均0.1〜1.0μmの凹凸であることが望ましい。基
体の厚さは所望通りの光起電力素子を形成し得るように
適宜決定するが、光起電力素子としての柔軟性が要求さ
れる場合には、支持体としての機能が十分発揮される範
囲で可能な限り薄くすることができる。しかしながら、
支持体の製造上および取扱い上、機械的強度等の点か
ら、通常は10μm以上とされる。
The surface shape of the substrate is desirably smooth or uneven with a peak height of 0.1 to 1.0 μm on average. The thickness of the substrate is appropriately determined so that a desired photovoltaic element can be formed. However, when flexibility as a photovoltaic element is required, a range in which the function as a support is sufficiently exhibited is provided. Can be made as thin as possible. However,
The thickness is usually 10 μm or more from the viewpoint of production and handling of the support, mechanical strength and the like.

【0080】本発明の光起電力素子における望ましい基
体形態としては、上記支持体上にAg、Al、Cu、A
lSi等の可視光から近赤外で反射率の高い金属からな
る導電性薄膜層を形成することである。この層は光反射
層として機能し、光反射層としてのこれらの金属の層厚
としては10nmから5000nmが適した層厚として
挙げられる。光反射層の表面を凹凸化(テクスチャー
化)するためには形成時の基体温度を200℃以上とす
れば良い。
As a desirable base form in the photovoltaic device of the present invention, Ag, Al, Cu, A
The purpose is to form a conductive thin film layer made of a metal having high reflectance in the near infrared to visible light such as lSi. This layer functions as a light reflection layer, and a suitable layer thickness of these metals as the light reflection layer is 10 nm to 5000 nm. In order to make the surface of the light reflection layer uneven (texture), the substrate temperature at the time of formation may be 200 ° C. or higher.

【0081】ZnO薄膜層 上記の方法によって形成されたシリコンを含有するZn
O薄膜層の光の透過率は波長400nm〜900nmに
かけて透過率が85%以上のもので、また抵抗率は3×
10-4Ω・cm以下のものである。シリコンの含有量は
基体との界面で最小値(Cmin)をとり、pin層方
向に徐々に多くなっていく。また結晶粒界にてシリコン
含有量の最大値(Cmax)をとる。Cminとしては
0.1%程度、Cmaxとしては10%程度が適してい
る。シリコン含有量の層厚方向の変化パターンとしては
図3−aのように基体側から直線的に増加するもの、図
3−bのように基体側から指数関数的に増加するもの、
図3−cのようにpin層との界面近傍で急激に増加す
るものが適している。
ZnO Thin Film Layer Zn containing silicon formed by the above method
The light transmittance of the O thin film layer is 85% or more in the wavelength range of 400 nm to 900 nm, and the resistivity is 3 ×
It is less than 10 −4 Ω · cm. The silicon content has a minimum value (Cmin) at the interface with the substrate and gradually increases in the direction of the pin layer. Further, the maximum value (Cmax) of the silicon content is taken at the crystal grain boundary. About 0.1% is suitable as Cmin, and about 10% is suitable as Cmax. As the change pattern of the silicon content in the layer thickness direction, a pattern which increases linearly from the substrate side as shown in FIG. 3-a, a pattern which increases exponentially from the substrate side as shown in FIG. 3-b,
As shown in FIG. 3C, a material that rapidly increases near the interface with the pin layer is suitable.

【0082】p層、n層 この層は光起電力素子の特性を左右する重要な層で、非
晶質シリコン系半導体材料、または微結晶シリコン系半
導体材料、または多結晶シリコン系半導体材料から構成
される。
P layer, n layer This layer is an important layer that affects the characteristics of the photovoltaic element, and is composed of an amorphous silicon-based semiconductor material, a microcrystalline silicon-based semiconductor material, or a polycrystalline silicon-based semiconductor material. Is done.

【0083】非晶質(a−と略記する)シリコン系半導
体材料としては、a−Si、a−SiC、a−SiG
e、a−SiGeC、a−SiO、a−SiN、a−S
iON、a−SiCON等が挙げられる。微結晶(μc
−と略記する)シリコン系半導体材料としては、μc−
Si、μc−SiC、μc−SiGe、μc−SiO、
μc−SiGeC、μc−SiN、μc−SiON、μ
c−SiOCN、等が挙げられる。多結晶(poly−
と略記する)シリコン系半導体材料としては、poly
−Si、poly−SiC、poly−SiGe等が挙
げられる。
Examples of amorphous (abbreviated as a-) silicon-based semiconductor materials include a-Si, a-SiC, and a-SiG.
e, a-SiGeC, a-SiO, a-SiN, a-S
iON, a-SiCON and the like. Microcrystal (μc
The silicon-based semiconductor material is μc-
Si, μc-SiC, μc-SiGe, μc-SiO,
μc-SiGeC, μc-SiN, μc-SiON, μ
c-SiOCN, and the like. Polycrystalline (poly-
The silicon-based semiconductor material is poly
—Si, poly-SiC, poly-SiGe, and the like.

【0084】特に光入射側の層としては、光吸収の少な
い結晶性の半導体材料か、バンドギャップの広い非晶質
半導体層が適している。具体的には、a−SiC、a−
SiO、a−SiN、a−SiON、a−SiCON、
μc−Si、μc−SiC、μc−SiO、μc−Si
N、μc−SiON、μc−SiOCN、poly−S
i、poly−SiCが適している。
In particular, as the layer on the light incident side, a crystalline semiconductor material with little light absorption or an amorphous semiconductor layer with a wide band gap is suitable. Specifically, a-SiC, a-
SiO, a-SiN, a-SiON, a-SiCON,
μc-Si, μc-SiC, μc-SiO, μc-Si
N, μc-SiON, μc-SiOCN, poly-S
i, poly-SiC is suitable.

【0085】導電型をp型またはn型にするために導入
される価電子制御剤の導入量は、1000ppm〜10
%が好ましい範囲として挙げられる。
The amount of the valence electron controlling agent introduced to make the conductivity type p-type or n-type is 1000 ppm to 10 ppm.
% Is mentioned as a preferable range.

【0086】また含有される水素(H、D)及びフッ素
は未結合手を補償する働きをし、ドーピング効率を向上
させるものである。水素及びフッ素含有量は0.1〜3
0at%が最適量として挙げられる。特に結晶性の場
合、0.01〜10at%が最適量として挙げられる。
The contained hydrogen (H, D) and fluorine work to compensate for dangling bonds and improve the doping efficiency. Hydrogen and fluorine content is 0.1-3
0 at% is mentioned as the optimum amount. In particular, in the case of crystallinity, 0.01 to 10 at% is mentioned as an optimum amount.

【0087】酸素、窒素原子の導入量は0.1ppm〜
20%、微量に含有させる場合には0.1ppm〜1%
が好適な範囲である。
The introduction amount of oxygen and nitrogen atoms is from 0.1 ppm to
20%, 0.1ppm-1% when contained in trace amount
Is a preferable range.

【0088】電気特性としては活性化エネルギーが0.
2eV以下のものが好ましく、0.1eV以下のものが
最適である。また抵抗率としては100Ωcm以下が好
ましく、1Ωcm以下が最適である。
As for the electrical characteristics, the activation energy is set to 0.1.
Those having 2 eV or less are preferable, and those having 0.1 eV or less are optimal. The resistivity is preferably 100 Ωcm or less, and most preferably 1 Ωcm or less.

【0089】さらに層厚は1〜50nmが好ましく、3
〜30nmが最適である。
Further, the layer thickness is preferably 1 to 50 nm,
3030 nm is optimal.

【0090】特に前述した光吸収の少ない結晶性の半導
体材料か、バンドギャップの広い非晶質半導体層を形成
する場合はH2、D2、He等のガスで2〜100倍に原
料ガスを希釈し、比較的高いMW電力またはRF電力を
導入するのが好ましい。
In particular, when a crystalline semiconductor material having little light absorption as described above or an amorphous semiconductor layer having a wide band gap is formed, the source gas is increased 2 to 100 times with a gas such as H 2 , D 2 or He. It is preferable to dilute and introduce relatively high MW or RF power.

【0091】また本発明の光起電力素子ではZnO薄膜
層にシリコンが含有され、pin層に向かって徐々に含
有量が多くなっているため、特に高いMW電力を用いて
ZnO薄膜層と接するp層またはn層を形成しても、Z
nO薄膜層へのダメージ、即ち界面準位が低減できるも
のである。
Further, in the photovoltaic device of the present invention, silicon is contained in the ZnO thin film layer, and the content gradually increases toward the pin layer. Layer or n-layer, Z
Damage to the nO thin film layer, that is, interface level can be reduced.

【0092】i層 本発明の光起電力素子において、i層は光励起キャリア
を発生、輸送する最も重要な層である。i層としては僅
かにp型、僅かにn型の層も使用でき、水素を含有する
非晶質シリコン系半導体材料から構成され、例えばa−
Si、a−SiC、a−SiGe、a−SiGeC、a
−SiSn、a−SiSnC、a−SiSnGe、a−
SiSnGeC等が挙げられる。
I-Layer In the photovoltaic device of the present invention, the i-layer is the most important layer for generating and transporting photoexcited carriers. A slightly p-type or slightly n-type layer can be used as the i-layer, and is made of an amorphous silicon-based semiconductor material containing hydrogen.
Si, a-SiC, a-SiGe, a-SiGeC, a
-SiSn, a-SiSnC, a-SiSnGe, a-
SiSnGeC and the like can be mentioned.

【0093】i層に含有される水素(H、D)及びフッ
素は、i層の未結合手を補償する働きをし、i層でのキ
ァリアーの移動度と寿命の積を向上させるものである。
また界面の界面準位を補償する働きをし、光起電力素子
の光起電力、光電流そして光応答性を向上させる効果の
あるものである。i層の水素及びフッ素含有量は1〜3
0at%が最適な含有量として挙げられる。
Hydrogen (H, D) and fluorine contained in the i-layer work to compensate for dangling bonds in the i-layer, and improve the product of the carrier mobility and the lifetime in the i-layer. .
Further, it has a function of compensating the interface state of the interface, and has an effect of improving the photovoltaic power, the photocurrent and the photoresponsiveness of the photovoltaic element. The hydrogen and fluorine contents of the i-layer are 1 to 3
0 at% is mentioned as the optimum content.

【0094】酸素、窒素原子の導入量は0.1ppm〜
1%が好適な範囲である。i層の層厚は、光起電力素子
の構造(例えばpin、pinpin、nip)及びi
層のバンドギャップに依存するが0.05〜1.0μm
が最適な層厚として挙げられる。
The introduction amount of oxygen and nitrogen atoms is from 0.1 ppm to
1% is a suitable range. The thickness of the i-layer depends on the structure of the photovoltaic element (for example, pin, pinpin, nip) and i
0.05 to 1.0 μm depending on the band gap of the layer
Is an optimum layer thickness.

【0095】本発明のi層は価電子帯側のテイルステイ
トが少ないものであって、テイルステイトの傾きは60
meV以下であり、且つ電子スピン共鳴(ESR)によ
る未結合手の密度は1017/cm3以下である。
The i-layer of the present invention has a small tail state on the valence band side, and has a tail state inclination of 60.
The density is less than meV and the density of dangling bonds by electron spin resonance (ESR) is 10 17 / cm 3 or less.

【0096】i層の形成にはMWCVD法を用い、望ま
しくは前述したようにMWPCVD法においてRF電力
を同時に導入し、さらに望ましくは前述したようにMW
PCVD法においてRF電力とDC電力を同時に導入す
る。
The MWCVD method is used to form the i-layer. Preferably, RF power is simultaneously introduced in the MWPCVD method as described above.
RF power and DC power are simultaneously introduced in the PCVD method.

【0097】バンドギャップの広いa−SiCを形成す
る場合は、H2、D2、He等のガスで2〜100倍に原
料ガスを希釈し、比較的高いMW電力を導入するのが好
ましい。
In the case of forming a-SiC having a wide band gap, it is preferable to dilute the source gas 2 to 100 times with a gas such as H 2 , D 2 , He, and to introduce a relatively high MW power.

【0098】透明電極 透明電極はインジウム酸化物(In23)、スズ酸化物
(SnO2)、ITO(In23+SnO2)が適した材
料であり、これらの材料にフッ素を含有させてもよい。
Transparent Electrodes Transparent electrodes are suitable materials of indium oxide (In 2 O 3 ), tin oxide (SnO 2 ), and ITO (In 2 O 3 + SnO 2 ). These materials contain fluorine. You may.

【0099】透明電極の形成にはスパッタリング法と真
空蒸着法が最適である。スパッタリング法で形成する場
合、金属ターゲット、あるいは酸化物ターゲット等のタ
ーゲットを適宜組み合わせて用いられる。
For forming a transparent electrode, a sputtering method and a vacuum evaporation method are optimal. When formed by a sputtering method, a target such as a metal target or an oxide target is used in appropriate combination.

【0100】スパッタリング法で形成する場合、基体温
度は重要な因子であって、20℃〜600℃が好ましい
範囲として挙げられる。また透明電極をスパッタリング
法で形成する場合のスパッタリング用のガスとして、A
rガス等の不活性ガスが挙げられる。また前記不活性ガ
スに酸素ガス(O2)を必要に応じて添加することが好
ましいものである。特に金属をターゲットにしている場
合、酸素ガス(O2)は必須のものである。さらに前記
不活性ガス等によってタ−ゲットをスパッタリングする
場合、圧力は効果的にスパッタリングを行うために、
0.1〜50mTorrが好ましい範囲として挙げられ
る。透明電極の堆積速度は、圧力や導入する電力に依存
し、最適な堆積速度としては、0.01〜10nm/s
ecの範囲である。
In the case of forming by a sputtering method, the substrate temperature is an important factor, and a preferable range is from 20 ° C. to 600 ° C. A gas for sputtering when the transparent electrode is formed by a sputtering method is A
and inert gas such as r gas. It is preferable to add oxygen gas (O 2 ) to the inert gas as needed. Particularly when a metal is targeted, oxygen gas (O 2 ) is essential. Further, when sputtering the target with the above-mentioned inert gas or the like, the pressure is set to effectively perform sputtering.
0.1-50 mTorr is mentioned as a preferable range. The deposition rate of the transparent electrode depends on the pressure and the power introduced, and the optimal deposition rate is 0.01 to 10 nm / s.
ec.

【0101】真空蒸着法において透明電極を形成するの
に適した蒸着源としては、金属スズ、金属インジウム、
インジウム−スズ合金が挙げられる。また透明電極を形
成するときの基体温度としては25℃〜600℃の範囲
が適した範囲である。さらに、酸素ガス(O2)を導入
し、圧力が5×10-5Torr〜9×10-4Torrの
範囲で形成することが必要である。この範囲で酸素を導
入することによって蒸着源から気化した前記金属が気相
中の酸素と反応して良好な透明電極が形成される。上記
条件による透明電極の好ましい堆積速度の範囲としては
0.01〜10nm/secである。堆積速度が0.0
1nm/sec未満であると生産性が低下し、10nm
/secより大きくなると粗な膜となり透過率、導電率
や密着性が低下する。
[0101] As a vapor deposition source suitable for forming a transparent electrode in the vacuum vapor deposition method, metal tin, metal indium,
An indium-tin alloy is exemplified. A suitable range of the substrate temperature for forming the transparent electrode is from 25 ° C. to 600 ° C. Further, it is necessary to introduce oxygen gas (O 2 ) and form the pressure in a range of 5 × 10 −5 Torr to 9 × 10 −4 Torr. By introducing oxygen in this range, the metal vaporized from the evaporation source reacts with oxygen in the gas phase to form a good transparent electrode. The preferable range of the deposition rate of the transparent electrode under the above conditions is 0.01 to 10 nm / sec. Deposition rate is 0.0
If it is less than 1 nm / sec, the productivity decreases, and
If it is larger than / sec, the film becomes coarse, and the transmittance, the electrical conductivity and the adhesion are reduced.

【0102】透明電極の層厚は、反射防止膜の条件を満
たすようにするのが好ましいものである。具体的な層厚
としては50〜500nmが好ましい範囲として挙げら
れる。
It is preferable that the thickness of the transparent electrode satisfy the conditions of the antireflection film. As a specific layer thickness, a preferable range is 50 to 500 nm.

【0103】集電電極 光起電力層であるi層により多くの光を入射させ、発生
したキャリアを効率よく電極に集めるためには、集電電
極の形(光の入射方向から見た形)、及び材質は重要で
ある。通常、集電電極の形は櫛型が使用され、その線
幅、線数等は、光起電力素子の光入射方向から見た形、
及び大きさ、集電電極の材質等によって決定される。線
幅は通常0.1mm〜5mm程度である。集電電極の材
質としては、Fe、Cr、Ni、Au、Ti、Pd、A
g、Al、Cu、AlSi、C(グラファイト)等が用
いられ、通常抵抗率の小さい、Ag、Cu、Al、C
r、C等の金属、あるいはこれらの合金が適している。
集電電極の層構造としては単一の層からなるものであっ
てもよいし、さらには複数の層からなるものであっても
よい。
The collecting electrode In order to make more light incident on the i-layer, which is the photovoltaic layer, and to efficiently collect generated carriers at the electrode, the shape of the collecting electrode (as viewed from the light incident direction) , And material are important. Usually, the shape of the current collecting electrode is a comb shape, and the line width, the number of lines, and the like are as follows:
And the size, the material of the collecting electrode, and the like. The line width is usually about 0.1 mm to 5 mm. As the material of the collecting electrode, Fe, Cr, Ni, Au, Ti, Pd, A
g, Al, Cu, AlSi, C (graphite), etc. are used, and Ag, Cu, Al, C
Metals such as r and C or alloys thereof are suitable.
The layer structure of the collecting electrode may be composed of a single layer, or may be composed of a plurality of layers.

【0104】これらの金属により、真空蒸着法、スパッ
タリング法、メッキ法、印刷法等で形成するの望まし
い。
It is desirable to form these metals by a vacuum deposition method, a sputtering method, a plating method, a printing method, or the like.

【0105】真空蒸着法で形成する場合、集電電極形状
をなしたマスクを透明電極上に密着させ、真空中で所望
の金属蒸着源を電子ビームまたは抵抗加熱で蒸発させ、
透明電極上に所望の形状をした集電電極を形成する。
In the case of forming by a vacuum evaporation method, a mask having a shape of a collecting electrode is brought into close contact with the transparent electrode, and a desired metal evaporation source is evaporated in a vacuum by electron beam or resistance heating.
A collector electrode having a desired shape is formed on the transparent electrode.

【0106】スパッタリング法で形成する場合、集電電
極形状をなしたマスクを透明電極上に密着させ、真空中
にArガスを導入し、所望の金属スパッタターゲットに
DC電力を印加し、グロー放電を発生させることによっ
て、金属をスパッタさせ、透明電極上に所望の形状をし
た集電電極を形成する。
In the case of forming by a sputtering method, a mask having a shape of a collecting electrode is brought into close contact with the transparent electrode, Ar gas is introduced into a vacuum, DC power is applied to a desired metal sputter target, and glow discharge is performed. By causing this, the metal is sputtered to form a current collecting electrode having a desired shape on the transparent electrode.

【0107】印刷法で形成する場合には、Agペース
ト、Alペースト、あるいはカーボンペーストをスクリ
ーン印刷機で印刷する。
In the case of forming by a printing method, an Ag paste, an Al paste, or a carbon paste is printed by a screen printing machine.

【0108】これらの金属の層厚としては10nm〜
0.5mmが適した層厚として挙げられる。
The layer thickness of these metals is 10 nm to
A suitable layer thickness is 0.5 mm.

【0109】[0109]

【実施例】以下、非単結晶シリコン系半導体材料からな
る太陽電池およびフォトダイオードの作製によって本発
明の光起電力素子を詳細に説明するが、本発明はこれに
限定されるものではない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the photovoltaic element of the present invention will be described in detail by manufacturing a solar cell and a photodiode made of a non-single-crystal silicon-based semiconductor material, but the present invention is not limited thereto.

【0110】(実施例1)図2に示す堆積装置を用いて
図1の構成をした太陽電池を作製した。
Example 1 A solar cell having the structure shown in FIG. 1 was manufactured using the deposition apparatus shown in FIG.

【0111】図2の堆積装置には原料ガス供給装置(不
図示)がガス導入管を通して接続されている。原料ガス
ボンベはいずれも超高純度に精製されたもので、SiH
4ガスボンベ、SiF4ガスボンベ、CH4ガスボンベ、
GeH4ガスボンベ、SnH4ガスボンベ、PH3/H
2(希釈度:100ppm)ガスボンベ、B26/H
2(希釈度:100ppm)ガスボンベ、H2ガスボン
ベ、Arガスボンベを接続した。ターゲットはAgとZ
nO:Si(1%)があり、それぞれ真空中で切り替え
てスパッタリングを行うことができる。バイアス電源に
はRF電源を用いた。
A source gas supply device (not shown) is connected to the deposition device of FIG. 2 through a gas introduction pipe. All raw material gas cylinders have been purified to ultra-high purity.
4 gas cylinder, SiF 4 gas cylinder, CH 4 gas cylinder,
GeH 4 gas cylinder, SnH 4 gas cylinder, PH 3 / H
2 (dilution: 100 ppm) gas cylinder, B 2 H 6 / H
2 (Dilution: 100 ppm) A gas cylinder, an H 2 gas cylinder, and an Ar gas cylinder were connected. Targets are Ag and Z
There is nO: Si (1%), and sputtering can be performed by switching each in a vacuum. An RF power supply was used as a bias power supply.

【0112】まず、基体の作製を行った。厚さ0.5m
m、50×50mm2のステンレス板をアセトンとイソ
プロパノールで超音波洗浄し、温風乾燥させた。スパッ
タ電源としてDC電源を接続し、DCマグネトロンスパ
ッタリング法を用いてAg光反射層を形成した。図2の
ヒーターにこのステンレス板を密着させ、油拡散ポンプ
が接続された排気口220から堆積室を真空排気した。
圧力が1×10-6TorrになったらArガスを50s
ccm導入し、圧力が7mTorrになるようにコンダ
クタンスバルブで調節した。基体温度が150℃になっ
たらトロイダルコイルに電流を流し、スパッタ電源から
400VのDC電力を印加し、Arプラズマを生起し
た。
First, a substrate was manufactured. 0.5m thick
A 50 × 50 mm 2 stainless steel plate was subjected to ultrasonic cleaning with acetone and isopropanol and dried with hot air. A DC power supply was connected as a sputtering power supply, and an Ag light reflecting layer was formed using a DC magnetron sputtering method. The stainless plate was brought into close contact with the heater of FIG. 2, and the deposition chamber was evacuated from the exhaust port 220 to which the oil diffusion pump was connected.
When the pressure reaches 1 × 10 -6 Torr, Ar gas is supplied for 50 seconds.
The pressure was adjusted to 7 mTorr by a conductance valve. When the substrate temperature reached 150 ° C., a current was passed through the toroidal coil, and a DC power of 400 V was applied from a sputtering power supply to generate Ar plasma.

【0113】ターゲットシャッター、基体シャッターを
開けてステンレス板表面上に層厚0.3μmのAgの光
反射層を形成したところで2つのシャッターを閉じ、プ
ラズマを消滅させ、基体の作製を終えた。
When the target shutter and the base shutter were opened to form a 0.3 μm-thick Ag light reflecting layer on the surface of the stainless steel plate, the two shutters were closed to extinguish the plasma, completing the manufacture of the base.

【0114】次に(1)の形成方法で層厚方向にシリコ
ン含有量が変化しているZnO薄膜層を形成した。ター
ゲット電極をRF電源に切り替え、堆積室にArガスを
50sccm導入し、基体温度を350℃、圧力を5m
Torrとし、スパッタ電源からRF電力300Wをタ
ーゲット電極に印加し、Arプラズマを生起した。ター
ゲットシャッター、基体シャッターを開けた。RF電力
を時間に対して単調増加させて、Ag光反射層表面上に
層厚0.7μmのシリコンを含有するZnO薄膜層を形
成したところで2つのシャッターを閉じ、プラズマを消
滅させた。
Next, a ZnO thin film layer having a silicon content varying in the layer thickness direction was formed by the formation method (1). The target electrode was switched to an RF power source, Ar gas was introduced at 50 sccm into the deposition chamber, the substrate temperature was 350 ° C., and the pressure was 5 m.
At Torr, RF power of 300 W was applied from a sputtering power source to the target electrode to generate Ar plasma. The target shutter and the base shutter were opened. When the RF power was monotonically increased with time to form a ZnO thin film layer containing silicon having a thickness of 0.7 μm on the surface of the Ag light reflection layer, the two shutters were closed to extinguish the plasma.

【0115】次にZnO薄膜層上にn層、i層、p層を
順次形成した。a−Siからなるn層及びa−Siから
なるi層はRFPCVD法で形成し、a−SiCからな
るp層はMWPCVD法で形成した。
Next, an n-layer, an i-layer, and a p-layer were sequentially formed on the ZnO thin film layer. The n-layer made of a-Si and the i-layer made of a-Si were formed by RFPCVD, and the p-layer made of a-SiC was formed by MWPCVD.

【0116】a−Siからなるn層を形成するには、H
2ガスを300sccm導入し、堆積室内の圧力が1.
0Torr、基体温度が250℃で安定したところで、
SiH4ガス2sccm、PH3/H2ガス200scc
m、H2ガス100sccmを導入し、堆積室内の圧力
は1.0Torrとなるように調整した。RF電源の電
力を5Wに設定し、バイアス電極にRF電力を印加し、
プラズマを生起させ、基体シャッターを開け、ZnO薄
膜層上にn層の形成を開始し、層厚20nmのn層を形
成したところでシャッターを閉じ、RF電源を切って、
プラズマを消滅させ、n層の形成を終えた。堆積室内へ
のSiH4ガス、PH3/H2ガスの流入を止め、5分
間、堆積室内へH2ガスを流し続けたのち、H2ガスの流
入も止め、堆積室内およびガス配管内を1×10-5To
rrまで真空排気した。
To form an n-layer made of a-Si, H
2 gas was introduced at 300 sccm, and the pressure in the deposition chamber was 1.
At 0 Torr, when the substrate temperature was stabilized at 250 ° C.,
SiH 4 gas 2sccm, PH 3 / H 2 gas 200scc
m, H 2 gas of 100 sccm was introduced, and the pressure in the deposition chamber was adjusted to 1.0 Torr. Set the power of the RF power supply to 5 W, apply RF power to the bias electrode,
Plasma was generated, the base shutter was opened, the formation of an n-layer on the ZnO thin film layer was started, and when the n-layer having a thickness of 20 nm was formed, the shutter was closed and the RF power was turned off.
The plasma was extinguished to complete the formation of the n-layer. SiH 4 gas into the deposition chamber, stopping the flow of PH 3 / H 2 gas for 5 minutes, after which continued to flow H 2 gas into the deposition chamber, stopping the inflow of the H 2 gas, the deposition chamber and the gas in the pipe 1 × 10 -5 To
Evacuated to rr.

【0117】a−Siからなるi層を形成するには、H
2ガスを500sccm導入し、圧力が1.5Tor
r、基体温度が250℃になるようにした。基体温度が
安定したところで、SiH4ガスを流入させ、SiH4
ス流量が50sccm、H2ガス流量が500scc
m、堆積室内の圧力が1.5Torrとなるように調整
した。次に、RF電源の電力を50Wに設定してバイア
ス電極に印加し、プラズマを生起させ、基体シャッター
を開け、n層上にi層の形成を開始し、層厚250nm
のi層を形成したところでシャッターを閉じ、RF電源
を切って、プラズマを消滅させ、i層の形成を終えた。
SiH4ガスの流入を止め、5分間、H2ガスを流し続け
たのち、H2ガスの流入も止め、堆積室内およびガス配
管内を1×10-5Torrまで真空排気した。
To form an i-layer made of a-Si, H
2 gas is introduced at 500 sccm and the pressure is 1.5 Torr
r, The substrate temperature was set to 250 ° C. When the substrate temperature becomes stable, SiH 4 gas is introduced, and the flow rate of SiH 4 gas is 50 sccm, and the flow rate of H 2 gas is 500 sccc.
m and the pressure in the deposition chamber were adjusted to 1.5 Torr. Next, the power of the RF power source was set to 50 W and applied to the bias electrode to generate plasma, the base shutter was opened, the formation of the i-layer on the n-layer was started, and the layer thickness was 250 nm.
When the i-layer was formed, the shutter was closed, the RF power was turned off, the plasma was extinguished, and the formation of the i-layer was completed.
SiH 4 stop the flow of gas, 5 minutes, after which continued to flow H 2 gas, stopping the inflow of the H 2 gas was evacuated deposition chamber and the gas in the pipe up to 1 × 10 -5 Torr.

【0118】a−SiCからなるp層を形成するには、
2ガスを500sccm導入し、堆積室内の圧力が
0.02Torr、基体温度が200℃になるように設
定した。基体温度が安定したところでSiH4ガス、C
4ガス、B26/H2ガスを流入させた。この時、Si
4ガス流量が10sccm、CH4ガス流量が2scc
m、H2ガス流量が100sccm、B26/H2ガス流
量が500sccm、圧力が0.02Torrとなるよ
うに調整した。その後、MW電源の電力を500Wに設
定し、誘電体窓を通してMW電力を導入し、プラズマを
生起させ、基体シャッターを開け、i層上にp層の形成
を開始し、層厚10nmのp層を形成したところでシャ
ッターを閉じ、MW電源を切って、プラズマを消滅さ
せ、p層の形成を終えた。SiH4ガス、CH4ガス、B
26/H2ガスの流入を止め、5分間、H2ガスを流し続
けたのち、H2ガスの流入も止め、堆積室内およびガス
配管内を1×10-5Torrまで真空排気し、堆積室を
リークした。
To form a p-layer made of a-SiC,
H 2 gas was introduced at 500 sccm, the pressure in the deposition chamber was set to 0.02 Torr, and the substrate temperature was set to 200 ° C. When the substrate temperature becomes stable, SiH 4 gas, C
H 4 gas and B 2 H 6 / H 2 gas were introduced. At this time, Si
H 4 gas flow rate is 10 sccm, CH 4 gas flow rate is 2 scc
m, H 2 gas flow rate is 100sccm, B 2 H 6 / H 2 gas flow rate was adjusted to 500 sccm, the pressure becomes 0.02 Torr. Thereafter, the power of the MW power supply is set to 500 W, the MW power is introduced through the dielectric window, plasma is generated, the base shutter is opened, the formation of the p layer is started on the i layer, and the p layer having a layer thickness of 10 nm is formed. Was formed, the shutter was closed, the MW power was turned off, the plasma was extinguished, and the formation of the p-layer was completed. SiH 4 gas, CH 4 gas, B
2 H 6 / H 2 stop the flow of gas, 5 minutes, after which continued to flow H 2 gas, stopping the inflow of the H 2 gas, and evacuating the deposition chamber and the gas in the pipe up to 1 × 10 -5 Torr, The deposition chamber leaked.

【0119】次に、p層上に、透明電極として、層厚7
0nmのITOを抵抗加熱真空蒸着法で真空蒸着した。
次に透明電極上に櫛型の穴が開いたマスクを乗せ、Cr
(40nm)/Ag(1000nm)/Cr(40n
m)からなる櫛形の集電電極を電子ビーム真空蒸着法で
真空蒸着した。
Next, a transparent electrode having a thickness of 7 was formed on the p-layer.
0 nm of ITO was vacuum deposited by a resistance heating vacuum deposition method.
Next, a mask having a comb-shaped hole is placed on the transparent electrode, and Cr
(40 nm) / Ag (1000 nm) / Cr (40 n
m) was vacuum-deposited by an electron beam vacuum deposition method.

【0120】以上で太陽電池の作製を終えた。この太陽
電池を(SC実1)と呼ぶことにする。
Thus, the production of the solar cell has been completed. This solar cell will be referred to as (SC Ex. 1).

【0121】(比較例1−1)ZnO薄膜層を形成する
際に、RF電力を時間的に一定とする以外は、実施例1
と同じ条件で太陽電池(SC比1−1)を作製した。
Comparative Example 1-1 Example 1 was repeated except that the RF power was kept constant over time when the ZnO thin film layer was formed.
Under the same conditions as above, a solar cell (SC ratio 1-1) was produced.

【0122】(比較例1−2)ZnO薄膜層を形成する
際に、ターゲットにシリコンを含有しないZnOを用い
た以外は、実施例1と同じ条件で太陽電池(SC比1−
2)を作製した。
(Comparative Example 1-2) A solar cell (SC ratio 1-1) was formed under the same conditions as in Example 1 except that ZnO containing no silicon was used as a target when forming a ZnO thin film layer.
2) was produced.

【0123】(比較例1−3)ZnO薄膜層を形成する
際に、基体温度を80℃とする以外は、実施例1と同じ
条件で太陽電池(SC比1−3)を作製した。
(Comparative Example 1-3) A solar cell (SC ratio 1-3) was manufactured under the same conditions as in Example 1 except that the temperature of the base was 80 ° C when forming the ZnO thin film layer.

【0124】太陽電池(SC実1)及び(SC比1−
1)、(SC比1−2)、(SC比1−3)をそれぞれ
6個づつ作製し、初期光電変換効率(光起電力/入射光
電力)、振動劣化、光劣化、及びバイアス電圧印加時の
振動劣化、光劣化の測定を行った。
The solar cell (SC actual 1) and (SC ratio 1−
1), (SC ratio 1-2), and (SC ratio 1-3) were prepared six each, and the initial photoelectric conversion efficiency (photovoltaic power / incident light power), vibration deterioration, light deterioration, and bias voltage application The measurement of vibration deterioration and light deterioration at the time was performed.

【0125】初期光電変換効率は、作製した太陽電池
を、AM−1.5(100mW/cm 2)光照射下に設
置して、V−I特性を測定することにより得た。
The initial photoelectric conversion efficiency was determined based on the solar cell fabricated.
With AM-1.5 (100 mW / cm Two) Installed under light irradiation
And obtained by measuring the VI characteristics.

【0126】振動劣化の測定は、予め初期光電変換効率
を測定しておいた太陽電池を湿度50%、温度25℃の
暗所に設置し、振動周波数60Hzで振幅0.1mmの
振動を500時間加えた後の、AM−1.5光照射下で
の光電変換効率の低下率(振動劣化試験後の光電変換効
率/初期光電変換効率)により行った。
For the measurement of vibration deterioration, a solar cell whose initial photoelectric conversion efficiency was measured in advance was placed in a dark place at a humidity of 50% and a temperature of 25 ° C., and a vibration having a vibration frequency of 60 Hz and an amplitude of 0.1 mm was performed for 500 hours. After the addition, the reduction rate of the photoelectric conversion efficiency under AM-1.5 light irradiation (photoelectric conversion efficiency after vibration deterioration test / initial photoelectric conversion efficiency) was used.

【0127】光劣化の測定は、予め初期光電変換効率を
測定しておいた太陽電池を、湿度50%、温度25℃の
環境に設置し、AM−1.5光を500時間照射後の、
AM−1.5光照射下での光電変換効率の低下率(光劣
化試験後の光電変換効率/初期光電変換効率)により行
った。
The photodegradation was measured by installing a solar cell whose initial photoelectric conversion efficiency was measured in advance in an environment of a humidity of 50% and a temperature of 25 ° C., and irradiating AM-1.5 light for 500 hours.
The measurement was performed based on the rate of decrease in photoelectric conversion efficiency under AM-1.5 light irradiation (photoelectric conversion efficiency after light deterioration test / initial photoelectric conversion efficiency).

【0128】測定の結果、(SC実1)に対して、(S
C比1−1)、(SC比1−2)、(SC比1−3)の
初期光電変換効率、光劣化後の光電変換効率の低下率、
及び振動劣化後の光電変換効率の低下率は以下のように
なった。これらの差は主に開放電圧の差及び短絡光電流
の差が起因していた。
As a result of the measurement, (S
C ratio 1-1), (SC ratio 1-2), (SC ratio 1-3), initial photoelectric conversion efficiency, reduction rate of photoelectric conversion efficiency after photodegradation,
The rate of decrease in photoelectric conversion efficiency after vibration degradation was as follows. These differences were mainly due to differences in open-circuit voltage and differences in short-circuit photocurrent.

【0129】 初期光電変換効率 振動劣化 光劣化 (SC実1) 1.00倍 1.00倍 1.00倍 (SC比1−1) 0.96倍 0.92倍 0.94倍 (SC比1−2) 0.95倍 0.93倍 0.95倍 (SC比1−3) 0.94倍 0.92倍 0.94倍 まず、太陽電池の表面を電子顕微鏡で観察したところ、
(SC実1)、(SC比1−1)、(SC比1−2)で
は図1のように表面が凹凸(テクスチャー)化してお
り、表面粗さ計を用いて表面の凹凸を調ベたところ、平
均の山の高さが約0.12μmであることが分かった。
(SC比1−3)の表面の凹凸は0.05μm以下であ
った。
Initial photoelectric conversion efficiency Vibration deterioration Light deterioration (SC actual 1) 1.00 times 1.00 times 1.00 times (1-1 of SC ratio) 0.96 times 0.92 times 0.94 times (SC ratio) 1-2) 0.95 times 0.93 times 0.95 times (SC ratio 1-3) 0.94 times 0.92 times 0.94 times First, when the surface of the solar cell was observed with an electron microscope,
In (SC Ex. 1), (SC Comp. 1-1), and (SC Comp. 1-2), the surface is uneven (texture) as shown in FIG. 1, and the surface unevenness is measured using a surface roughness meter. As a result, it was found that the average peak height was about 0.12 μm.
The surface irregularities (SC ratio 1-3) were 0.05 μm or less.

【0130】次に4つの太陽電池に用いたZnO薄膜層
のサンプルを作製して、X線回折装置で結晶性を評価し
たところ、(SC実1)、(SC比1−1)、(SC比
1−2)ではc軸配向性を有しているが、(SC比1−
3)では結晶性を有していないことが分かった。
Next, samples of the ZnO thin film layer used for the four solar cells were prepared, and the crystallinity was evaluated using an X-ray diffractometer. (SC actual 1), (SC ratio 1-1), (SC ratio 1-1) Although the composition has c-axis orientation in the ratio 1-2), the (SC ratio 1-
In 3), it was found that it did not have crystallinity.

【0131】次にSIMSを用いて、作製した(SC実
1)の層厚方向に対するシリコン含有量の変化を求めた
ところ、ZnO薄膜層内では図3−aのようになり、シ
リコン含有量がスパッタ電源のRF電力に依存して変化
していることが分かった。また(SC比1−1)では層
厚方向の変化はなく、(SC比1−2)ではシリコンは
検出されず、(SC比1−3)では(SC実1)と同様
な変化が得られた。
Next, the change of the silicon content in the layer thickness direction of the manufactured (SC Ex. 1) was obtained using SIMS, and as shown in FIG. It was found that the value varied depending on the RF power of the sputtering power supply. In (SC ratio 1-1), there is no change in the layer thickness direction. In (SC ratio 1-2), no silicon is detected. In (SC ratio 1-3), a change similar to (SC actual 1) is obtained. Was done.

【0132】以上のように本発明の太陽電池(SC実
1)が、従来の太陽電池(SC比1−1)、(SC比1
−2)、(SC比1−3)よりもさらに優れた特性を有
することが分かった。
As described above, the solar cell (SC Ex. 1) of the present invention is different from the conventional solar cell (SC ex.
-2) and (SC ratio 1-3).

【0133】(実施例2)c軸が基体に対してほぼ垂直
で、結晶粒界でシリコン含有量が多くなっている図1の
構成を有する太陽電池を作製した。実施例1においてA
g光反射層を形成する際、基体温度を350℃にした。
ZnO薄膜層を形成する際、スパッタ電源のRF電力は
各々の結晶粒が接触する直前に急激に高くする以外は実
施例1と同様にして太陽電池(SC実2)を作製した。
(Example 2) A solar cell having the configuration shown in FIG. 1 in which the c-axis was substantially perpendicular to the substrate and the silicon content was large at the crystal grain boundaries was produced. In Example 1, A
g When forming the light reflecting layer, the substrate temperature was set to 350 ° C.
When forming the ZnO thin film layer, a solar cell (SC Ex. 2) was produced in the same manner as in Example 1, except that the RF power of the sputter power supply was suddenly increased immediately before the contact of each crystal grain.

【0134】実施例1と同様な測定を行ったところ、振
動劣化、光劣化は同程度であったが、(SC実2)の太
陽電池は(SC実1)よりもさらに優れた初期光電変換
効率を有することが分かった。これは表面凹凸形状が適
正化され、短絡電流が向上したためである。
When the same measurement as in Example 1 was performed, the vibration degradation and light degradation were almost the same, but the solar cell of (SC Ex. 2) was more excellent in initial photoelectric conversion than (SC Ex. 1). It has been found to be efficient. This is because the surface irregularities were optimized and the short-circuit current was improved.

【0135】(比較例2−1)ZnO薄膜層を形成する
際、シリコンを含有しないターゲットを用いた以外は実
施例2と同様な太陽電池を作製した。
(Comparative Example 2-1) A solar cell was manufactured in the same manner as in Example 2, except that a target not containing silicon was used when forming the ZnO thin film layer.

【0136】(比較例2−2)ZnO薄膜層を形成する
際、スパッタ電源のRF電力を一定にした以外は実施例
2と同様な太陽電池を作製した。
(Comparative Example 2-2) A solar cell was manufactured in the same manner as in Example 2, except that the RF power of the sputtering power supply was constant when forming the ZnO thin film layer.

【0137】(比較例2−3)ZnO薄膜層を形成する
際に、基体温度を80℃とする以外は、実施例2と同様
な太陽電池(SC比2−3)を作製した。
(Comparative Example 2-3) A solar cell (SC ratio 2-3) similar to that of Example 2 was prepared except that the substrate temperature was set to 80 ° C when forming the ZnO thin film layer.

【0138】まず、太陽電池の表面を電子顕微鏡で観察
したところ、(SC実2)、(SC比2−1)、(SC
比2−2)では図1のように表面が凹凸(テクスチャ
ー)化しており、表面粗さ計を用いて表面の凹凸を調べ
たところ、平均の山の高さが約0.21μmであること
が分かった。(SC比2−3)の凹凸は山の高さが0.
05μm以下であった。
First, when the surface of the solar cell was observed with an electron microscope, (SC Ex. 2), (SC ratio 2-1), (SC ex.
In the ratio 2-2), the surface is uneven (texture) as shown in FIG. 1. When the surface unevenness was examined using a surface roughness meter, the average peak height was about 0.21 μm. I understood. The unevenness of (SC ratio 2-3) has a peak height of 0.
It was not more than 05 μm.

【0139】またX線回折装置を用いてその結晶性を調
ベたところ、(SC実2)、(SC比2−1)、(SC
比2−2)ではc軸配向性があり、c軸が基体に対して
垂直になっていることが分かった。(SC比2−3)は
配向性がなく、結晶性がないことが分かった。
When the crystallinity was measured using an X-ray diffractometer, (SC Ex. 2), (SC ratio 2-1), (SC ex.
In the ratio 2-2), it was found that there was c-axis orientation, and the c-axis was perpendicular to the substrate. (SC ratio 2-3) was found to have no orientation and no crystallinity.

【0140】また順バイアスを印加して振動劣化、及び
光劣化の測定を行った。予め初期光電変換効率を測定し
ておいた太陽電池(SC実2)、(SC比2−1)、
(SC比2−2)、(SC比2−3)を湿度50%、温
度25℃で、順方向バイアス電圧として0.8Vを印加
し、振動劣化と光劣化の測定を行った。
Further, measurement of vibration deterioration and light deterioration was performed by applying a forward bias. Solar cells (SC actual 2), whose initial photoelectric conversion efficiency was measured in advance, (SC ratio 2-1),
(SC ratio 2-2) and (SC ratio 2-3) were measured at a humidity of 50% and a temperature of 25 ° C., and a voltage of 0.8 V was applied as a forward bias voltage to measure vibration deterioration and light deterioration.

【0141】測定の結果、(SC比2−1)、(SC比
2−2)、(SC比2−3)よりも(SC実2)のほう
が優れた特性を有することが分かった。
As a result of the measurement, it was found that (SC Ex. 2) had better characteristics than (SC Ex. 2-1), (SC Ex. 2-2) and (SC Ex. 2-3).

【0142】(実施例3)図1の層構成を有するフォト
ダイオード(PD実3)を作製した。まず、基体の作製
を行った。厚さ0.5mm、20×20mm2のガラス
基体をアセトンとイソプロパノールで超音波洗浄し、温
風乾燥させ、真空蒸着法で室温にてガラス基体表面上に
層厚0.1μmのAlの光反射層を形成し、基体の作製
を終えた。実施例1と同様な方法で基体上にZnO薄膜
層、n層(a−Si:P RFPCVD法)、i層(a
−Si RFPCVD法)、p層(a−SiC:B M
WPCVD法)を順次形成した。ZnO薄膜層を形成す
る際、(2)の形成方法で行い、シリコンを含有しない
ターゲットを用い、シリコンを含有するガスとしてSi
4ガスを導入し、流量を時間変化させて、図3−bの
ようにシリコン含有量を変化させた。次に、p層上に実
施例1と同様な透明電極と集電電極を形成した。
Example 3 A photodiode (PD Ex. 3) having the layer configuration shown in FIG. 1 was manufactured. First, a base was produced. A 0.5 mm thick, 20 × 20 mm 2 glass substrate is ultrasonically cleaned with acetone and isopropanol, dried with hot air, and the light reflection of 0.1 μm thick Al on a glass substrate surface at room temperature by a vacuum evaporation method. The layer was formed, and the production of the base was completed. In the same manner as in Example 1, a ZnO thin film layer, an n layer (a-Si: P RFPCVD method), and an i layer (a
-Si RFPCVD method), p-layer (a-SiC: BM)
WPCVD method). When the ZnO thin film layer is formed, it is performed by the formation method of (2), using a target not containing silicon and using Si as a gas containing silicon.
The H 4 gas was introduced, the flow rate was changed over time, and the silicon content was changed as shown in FIG. Next, the same transparent electrode and current collecting electrode as in Example 1 were formed on the p layer.

【0143】(比較例3−1)ZnO薄膜層を形成する
際、SiH4ガスの流量を時間変化させない以外は、実
施例3と同じ条件でフォトダイオード(PD比3−1)
を作製した。
Comparative Example 3-1 A photodiode (PD ratio 3-1) was formed under the same conditions as in Example 3 except that the flow rate of the SiH 4 gas was not changed when forming the ZnO thin film layer.
Was prepared.

【0144】(比較例3−2)ZnO薄膜層を形成する
際、SiH4ガスを導入しない以外は、実施例3と同じ
条件でフォトダイオード(PD比3−2)を作製した。
(Comparative Example 3-2) A photodiode (PD ratio 3-2) was manufactured under the same conditions as in Example 3 except that no SiH 4 gas was introduced when forming the ZnO thin film layer.

【0145】(比較例3−3)ZnO薄膜層を形成する
際、基体温度を80℃にする以外は、実施例3と同じ条
件でフォトダイオード(PD比3−3)を作製した。
(Comparative Example 3-3) A photodiode (PD ratio 3-3) was manufactured under the same conditions as in Example 3 except that the temperature of the substrate was 80 ° C. when forming the ZnO thin film layer.

【0146】作製したフォトダイオードのオンオフ比
(AM−1.5光を照射したときの光電流/暗電流 測
定周波数10kHz)を測定した。これを初期オンオフ
比と呼ぶことにする。次に実施例1と同様な測定をオン
オフ比について行った。その結果、本発明のフォトダイ
オード(PD実3)は従来のフォトダイオード(PD比
3−1)、(PD比3−2)、(PD比3−3)よりも
さらに優れた特性を有することが分かった。
The on / off ratio (photocurrent / dark current measurement frequency of 10 kHz when AM-1.5 light was irradiated) of the manufactured photodiode was measured. This will be referred to as an initial on / off ratio. Next, the same measurement as in Example 1 was performed for the on / off ratio. As a result, the photodiode (PD actual 3) of the present invention has more excellent characteristics than the conventional photodiodes (PD ratio 3-1), (PD ratio 3-2), and (PD ratio 3-3). I understood.

【0147】(実施例4)ZnO薄膜層上に微結晶シリ
コンを含有するp層を形成した、nip型構造を有する
図1の太陽電池(SC実4)を作製した。実施例1と同
様にしてZnO薄膜層を形成し、その上に、p層(μc
−Si:B RFPCVD法)、i層(a−Si RF
PCVD法)、n層(a−SiC:P MWPCVD
法)を形成した。ZnO薄膜層を形成する際、(3)の
形成方法で行い、RF電力を時間的に変化させて、シリ
コン含有量を図3−cのようにした。実施例1と同様に
透明電極と集電電極を形成した。
Example 4 A solar cell (SC Ex. 4) of FIG. 1 having a nip-type structure in which a p-layer containing microcrystalline silicon was formed on a ZnO thin film layer was manufactured. A ZnO thin film layer was formed in the same manner as in Example 1, and a p-layer (μc
-Si: B RFPCVD method), i-layer (a-Si RF
PCVD method), n-layer (a-SiC: P MWPCVD)
Method). When the ZnO thin film layer was formed, it was performed by the formation method of (3), and the RF power was changed with time to make the silicon content as shown in FIG. A transparent electrode and a current collecting electrode were formed in the same manner as in Example 1.

【0148】実施例1と同様な測定を行ったところ、本
発明の太陽電池(SC実4)は(SC実2)と同様に従
来の太陽電池(SC比1−1)、(SC比1−2)、
(SC比1−3)よりもさらに優れた特性を有すること
が分かった。
When the same measurement as in Example 1 was performed, the solar cell (SC Ex. 4) of the present invention was similar to the conventional solar cell (SC Comp. 1-1) and (SC Comp. -2),
(SC ratio 1-3) It turned out that it has the more excellent characteristic.

【0149】(実施例5)n層にフッ素を含有する太陽
電池(SC実5)を作製した。n層を形成する際、Si
4ガス1sccmを新たに導入する以外は実施例2と
同じ条件で作製した。
Example 5 A solar cell (SC Ex. 5) containing fluorine in the n-layer was manufactured. When forming the n-layer, Si
It was manufactured under the same conditions as in Example 2 except that 1 sccm of F 4 gas was newly introduced.

【0150】(比較例5)ZnO薄膜層を形成する際、
シリコンを含有しないZnOターゲットを用いる以外は
実施例5と同じ条件で太陽電池(SC比5)を作製し
た。
Comparative Example 5 When forming a ZnO thin film layer,
A solar cell (SC ratio 5) was produced under the same conditions as in Example 5 except that a ZnO target containing no silicon was used.

【0151】実施例1と同様な測定を行ったところ、太
陽電池(SC実5)は(SC比5)よりも優れた特性を
有していることが分かった。また、(SC実5)では層
剥離は観察されなかったが、(SC比5)ではわずかに
層剥離が観察された。
The same measurement as in Example 1 was performed, and it was found that the solar cell (SC Ex. 5) had better characteristics than (SC ratio 5). In (SC Ex. 5), no delamination was observed, but in (SC ratio 5), delamination was slightly observed.

【0152】(実施例6)ガラス基体上に実施例2と同
様なZnO薄膜層を形成し、i層を形成する際、SnH
4ガスを10sccm流す以外は、実施例1と同様なp
層、i層、n層を形成し、pin層上にAlからなる層
厚0.5μmの光反射層を有する太陽電池(SC実6)
を作製した。光反射層は電子ビーム真空蒸着法で形成し
た。
(Example 6) A ZnO thin film layer similar to that of Example 2 was formed on a glass substrate.
Except for flowing 4 gas at 10 sccm, the same p
Solar cell in which a layer, an i-layer, and an n-layer are formed and a light reflecting layer made of Al and having a thickness of 0.5 μm is formed on the pin layer (SC Ex. 6)
Was prepared. The light reflecting layer was formed by an electron beam vacuum evaporation method.

【0153】(比較例6)ZnO薄膜層を形成する際、
シリコンを含有しないターゲットを用いて形成した以外
は、実施例6と同様な太陽電池(SC比6)を作製し
た。
(Comparative Example 6) When forming a ZnO thin film layer,
A solar cell (SC ratio 6) similar to that of Example 6 was produced except that the solar cell was formed using a target not containing silicon.

【0154】ガラス基体の裏面から光を照射して実施例
1と同様な測定を行ったところ、(SC実6)は(SC
比6)よりも優れた特性を有することが分かった。
The same measurement as in Example 1 was carried out by irradiating light from the back surface of the glass substrate.
It was found to have characteristics superior to the ratio 6).

【0155】(実施例7)図5のロール・ツー・ロール
法を用いた堆積装置を使用して、図4−aのpinpi
n型の太陽電池を作製した。
Example 7 The pinpi of FIG. 4A was used by using the deposition apparatus using the roll-to-roll method of FIG.
An n-type solar cell was produced.

【0156】基体(支持体)は長さ300m、幅30c
m、厚さ0.1mmの帯状ステンレスシートを用いた。
図5はロール・ツー・ロール法を用いた光起電力素子の
連続形成装置の概略図である。この装置は基体送り出し
室510と、複数の堆積室501〜509と、基体巻き
取り室511を順次配置し、それらの間を分離通路51
2で接続してなり、各堆積室には排気口があり、内部を
真空にすることができる。帯状の基体513はこれらの
堆積室、分離通路を通って、基体送り出し室から基体巻
き取り室に巻き取られていく。同時に各堆積室、分離通
路のガス入り口からガスを導入し、それぞれの排気口か
らガスを排気し、それぞれの層を形成することができる
ようになっている。堆積室501ではAlSi(9:
1)からなる光反射層を、堆積室502ではシリコンを
含有するZnO薄膜層を、堆積室503〜508ではp
inpin層を、堆積室509ではITOからなる透明
電極を形成する。
The substrate (support) has a length of 300 m and a width of 30 c.
A strip-shaped stainless steel sheet having a thickness of 0.1 mm and a thickness of 0.1 mm was used.
FIG. 5 is a schematic view of an apparatus for continuously forming photovoltaic elements using a roll-to-roll method. In this apparatus, a substrate delivery chamber 510, a plurality of deposition chambers 501 to 509, and a substrate winding chamber 511 are sequentially arranged, and a separation passage 51 is provided therebetween.
Each deposition chamber has an exhaust port, and the inside can be evacuated. The strip-shaped substrate 513 is wound up from the substrate delivery chamber to the substrate winding chamber through the deposition chamber and the separation passage. At the same time, gas can be introduced from the gas inlets of the respective deposition chambers and separation passages, and the gas can be exhausted from the respective exhaust ports to form respective layers. In the deposition chamber 501, AlSi (9:
1), a ZnO thin film layer containing silicon in the deposition chamber 502, and a p-layer in the deposition chambers 503 to 508.
For the inpin layer, a transparent electrode made of ITO is formed in the deposition chamber 509.

【0157】各堆積室には基体を裏から加熱するハロゲ
ンランプヒーター518が内部に設置され、各堆積室で
所定の温度に加熱される。堆積室501ではDCマグネ
トロンスパッタリング法を行い、ガス入り口526から
Arガスを導入し、ターゲットにはAlSi(9:1)
を用いる。堆積室502ではRFマグネトロンスパッタ
リング法を行い、Arガスを導入し、ターゲットにはシ
リコンを含有しないZnOを用いる。堆積室509では
RFマグネトロンスパッタリング法を行い、O 2ガスと
Arガスを導入し、ターゲットにはITO(In23
SnO2(5wt%))を用いる。
In each of the deposition chambers, a halogen that heats the substrate from the back is provided.
Lamp heaters 518 are installed inside each deposition chamber.
It is heated to a predetermined temperature. In the deposition chamber 501, DC magnet
Perform the tron sputtering method, and from the gas inlet 526
Ar gas is introduced and the target is AlSi (9: 1)
Is used. RF magnetron sputtering in the deposition chamber 502
A ring method was performed, and Ar gas was introduced.
ZnO containing no silicon is used. In the deposition chamber 509
RF magnetron sputtering is performed, and O TwoWith gas
Ar gas was introduced and the target was ITO (In)TwoOThree+
SnOTwo(5 wt%)).

【0158】550は堆積室503〜508を上から見
た図で、堆積室503、508ではMWPCVD法、堆
積室504、507ではバイアスを印加したMWPCV
D法、堆積室505、506ではRFPCVD法を実施
できるようになっている。各堆積室には原料ガスの入り
口514と排気口515があり、RF電極516あるい
はマイクロ波アプリケーター517が取り付けられ、原
料ガスの入り口514には原料ガス供給装置(不図示)
が接続されている。各堆積室の排気口には油拡散ポン
プ、メカニカルブースターポンプ等の真空排気ポンプ
(不図示)が接続され、堆積室に接続された分離通路5
12には掃気ガスを流入させる入り口519があり、図
のような掃気ガスを導入する。i層の堆積室である堆積
室503と507にはバイアス電極531が配置されて
おり、電源としてRF電源(不図示)が接続されてい
る。
550 is a top view of the deposition chambers 503 to 508. In the deposition chambers 503 and 508, an MWPCVD method is used. In the deposition chambers 504 and 507, a biased MWPCV is applied.
In the D method and the deposition chambers 505 and 506, the RFPCVD method can be performed. Each deposition chamber has a source gas inlet 514 and an exhaust port 515, an RF electrode 516 or a microwave applicator 517 is attached, and a source gas supply device (not shown) is provided at the source gas inlet 514.
Is connected. A vacuum exhaust pump (not shown) such as an oil diffusion pump or a mechanical booster pump is connected to an exhaust port of each deposition chamber, and a separation passage 5 connected to the deposition chamber.
12 has an inlet 519 through which a scavenging gas flows, and a scavenging gas as shown in the figure is introduced. A bias electrode 531 is arranged in the deposition chambers 503 and 507, which are the i-layer deposition chambers, and an RF power supply (not shown) is connected as a power supply.

【0159】540は堆積室502を横から見た図で、
層厚方向に対してシリコン含有量を徐々に変化させるた
めに、堆積室502と堆積室503の間の分離通路に導
入する掃気ガスにはSiH4ガスを用いた。こうするこ
とによってこのSiH4ガスの一部は堆積室502に流
入し、しかもpin層との界面近傍543では多くのシ
リコンが含有され、Ag光反射層との界面541に向か
って徐々に減少するような含有量の変化が得られる。
Reference numeral 540 is a view of the deposition chamber 502 viewed from the side.
In order to gradually change the silicon content in the layer thickness direction, SiH 4 gas was used as a scavenging gas introduced into the separation passage between the deposition chamber 502 and the deposition chamber 503. By doing so, part of the SiH 4 gas flows into the deposition chamber 502, and more silicon is contained in the vicinity 543 of the interface with the pin layer, and gradually decreases toward the interface 541 with the Ag light reflection layer. Such a change in the content is obtained.

【0160】基体送り出し室には送り出しロール520
と基体に適度の張力を与え、常に水平に保つためのガイ
ドローラー521があり、基体巻き取り室には巻き取り
ロール522とガイドローラー523がある。
The delivery roll 520 is provided in the substrate delivery chamber.
And a guide roller 521 for applying an appropriate tension to the substrate and keeping the substrate horizontal at all times, and a winding roller 522 and a guide roller 523 in the substrate winding chamber.

【0161】まず、前記のステンレスシートを送り出し
ロールに巻き付け(平均曲率半径30cm)、基体送り
出し室にセットし、各堆積室内を通過させた後に基体の
端を基体巻き取りロールに巻き付ける。装置全体を真空
排気ポンプで真空排気し、各堆積室のランプヒーターを
点灯させ、各堆積室内の基体温度が所定の温度になるよ
うに設定する。装置全体の圧力が1mTorr以下にな
ったら掃気ガスの入り口519から図5に示すような掃
気ガスを流入させ、基体を図の矢印の方向に移動させな
がら、巻き取りロールで巻き取っていく。各堆積室にそ
れぞれの原料ガスを流入させる。この際、各堆積室に流
入させる原料ガスが他の堆積室に拡散しないように各分
離通路に流入させるガスの流量、あるいは各堆積室の圧
力を調整する。次にRF電力、またはMW電力を導入し
てプラズマを生起し、それぞれの層を形成していく。
First, the stainless steel sheet is wound around a delivery roll (average radius of curvature: 30 cm), set in a substrate delivery chamber, passed through each deposition chamber, and then wound around a substrate take-up roll. The entire apparatus is evacuated by a vacuum pump, the lamp heaters in each deposition chamber are turned on, and the substrate temperature in each deposition chamber is set to a predetermined temperature. When the pressure of the entire apparatus becomes 1 mTorr or less, a scavenging gas as shown in FIG. 5 is introduced from a scavenging gas inlet 519, and the substrate is taken up by a take-up roll while moving in the direction of the arrow in the figure. Each source gas flows into each deposition chamber. At this time, the flow rate of the gas flowing into each separation passage or the pressure of each deposition chamber is adjusted so that the raw material gas flowing into each deposition chamber is not diffused into another deposition chamber. Next, RF power or MW power is introduced to generate plasma, and respective layers are formed.

【0162】基体上に堆積室501でAlSi光反射層
(基体温度350℃、層厚300nm)を形成し、堆積
室502でZnO薄膜層(基体温度350℃、層厚60
0nm)、堆積室503でn1層(a−Si:P、層厚
20nm)を形成し、堆積室504でi1層(a−Si
Ge、層厚180nm)、堆積室505でp1層(μc
−Si:B、層厚10nm)、堆積室506でn2層
(μc−Si:P、層厚20nm)、堆積室507でi
2層(a−Si、層厚250nm)、堆積室508でp
2層(μc−SiC:B、層厚10nm)、堆積室50
9で透明電極(ITO、層厚75nm)を順次形成し
た。
An AlSi light reflecting layer (substrate temperature 350 ° C., layer thickness 300 nm) is formed on the substrate in the deposition chamber 501, and a ZnO thin film layer (substrate temperature 350 ° C., layer thickness 60) is formed in the deposition chamber 502.
0 nm), an n1 layer (a-Si: P, layer thickness 20 nm) is formed in the deposition chamber 503, and an i1 layer (a-Si
Ge, layer thickness 180 nm), p1 layer (μc) in the deposition chamber 505
-Si: B, layer thickness 10 nm), n2 layer (μc-Si: P, layer thickness 20 nm) in the deposition chamber 506, i in the deposition chamber 507
2 layers (a-Si, layer thickness 250 nm), p in the deposition chamber 508
2 layers (μc-SiC: B, layer thickness 10 nm), deposition chamber 50
9, transparent electrodes (ITO, layer thickness 75 nm) were sequentially formed.

【0163】基体の巻き取りが終わったところで、すべ
てのMW電源、RF電源、スパッタ電源を切り、プラズ
マを消滅させ、原料ガス、掃気ガスの流入を止めた。装
置全体をリークし、巻き取りロールを取りだした。
When the winding of the substrate was completed, all the MW power, RF power, and sputtering power were turned off, the plasma was extinguished, and the inflow of the raw material gas and the scavenging gas was stopped. The entire device was leaked, and the take-up roll was taken out.

【0164】次にスクリーン印刷法で層厚5μm、線幅
0.5mmのカーボンペーストを印刷し、その上に層厚
10μm、線幅0.5mmの銀ペーストを印刷し、集電
電極を形成し、ロール状の太陽電池を250mm×10
0mmの大きさに切断した。
Next, a carbon paste having a layer thickness of 5 μm and a line width of 0.5 mm was printed by a screen printing method, and a silver paste having a layer thickness of 10 μm and a line width of 0.5 mm was printed thereon to form a current collecting electrode. , Roll-shaped solar cell 250 mm x 10
It was cut to a size of 0 mm.

【0165】以上でロール・ツー・ロール法を用いたp
inpin型太陽電池(SC実7)の作製を終えた。
In the above, p using the roll-to-roll method
The fabrication of the inpin type solar cell (SC Ex 7) was completed.

【0166】(比較例7)堆積室502と503の間の
分離通路に流す掃気ガスをArガスに変更し、ZnO薄
膜層にシリコンを含有しないようにする以外は、実施例
14と同じ条件で太陽電池(SC比7)を作製した。
Comparative Example 7 The same conditions as in Example 14 were adopted except that the scavenging gas flowing through the separation passage between the deposition chambers 502 and 503 was changed to Ar gas so that the ZnO thin film layer did not contain silicon. A solar cell (SC ratio 7) was produced.

【0167】実施例1、実施例2と同様な測定を行った
ところ、本発明の太陽電池(SC実7)は、従来の太陽
電池(SC比7)よりもさらに優れた特性を有すること
が分かった。
When the same measurement as in Examples 1 and 2 was performed, it was found that the solar cell (SC Ex. 7) of the present invention had more excellent characteristics than the conventional solar cell (SC ratio 7). Do you get it.

【0168】また実施例1と同様にX線回折装置で結晶
性を評価したところ、(SC実7)、(SC比7)とも
にc軸配向性を有することが分かった。また(SC実
7)ではZnO薄膜層内でのシリコン含有量が図3−b
のように変化していることがSIMSで分かった。
When the crystallinity was evaluated with an X-ray diffractometer in the same manner as in Example 1, it was found that both (SC Ex. 7) and (SC ratio 7) had c-axis orientation. Also, in (SC Ex. 7), the silicon content in the ZnO thin film layer
It was found by SIMS that it had changed as follows.

【0169】(SC比7)ではシリコンは含有していな
かった。またロール状に巻いた(SC実7)と(SC比
7)を3カ月間暗所で保存していたところ、(SC実
7)では層剥離はみられなかったが(SC比7)ではわ
ずかに層剥離がみられた。
(SC ratio 7) did not contain silicon. In addition, when (SC Ex. 7) and (SC Comp. 7) wound in a roll were stored in a dark place for 3 months, no delamination was observed in (SC Ex. 7), but in (SC Comp. 7) Slight delamination was observed.

【0170】以上のように、本発明の光起電力素子の効
果は、素子構成、素子材料によらずに発揮されることが
実証された。
As described above, it was proved that the effect of the photovoltaic device of the present invention was exhibited irrespective of the device configuration and device material.

【0171】[0171]

【発明の効果】本発明の光起電力素子はZnO/pin
層界面、ZnO/基体界面近傍での光励起キャリアーの
再結合を抑制し、開放電圧、短絡電流を向上させ、光電
変換効率を向上させることができる。また光起電力素子
の光劣化、振動劣化を抑制することができる。さらに光
起電力素子にバイアス電圧印加した場合の光劣化、振動
劣化、短絡を抑制することができる。また微結晶シリコ
ンを含有する非単結晶シリコン系半導体層をZnO薄膜
層上に形成した光起電力素子においても層剥離しないも
のである。またフッ素を含有する非単結晶シリコン系半
導体層をZnO薄膜層上に形成した光起電力素子におい
ても層剥離しないものである。ロール状に巻いた状態で
も層剥離しないものである。
The photovoltaic device of the present invention has a ZnO / pin
It is possible to suppress recombination of photoexcited carriers near the layer interface and the ZnO / substrate interface, improve the open-circuit voltage and the short-circuit current, and improve the photoelectric conversion efficiency. Further, light deterioration and vibration deterioration of the photovoltaic element can be suppressed. Further, light deterioration, vibration deterioration, and short circuit when a bias voltage is applied to the photovoltaic element can be suppressed. Further, even in a photovoltaic element in which a non-single-crystal silicon-based semiconductor layer containing microcrystalline silicon is formed on a ZnO thin film layer, delamination does not occur. Further, even in a photovoltaic element in which a non-single-crystal silicon-based semiconductor layer containing fluorine is formed on a ZnO thin film layer, delamination does not occur. It does not delaminate even in a rolled state.

【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層構成の一例を示す概
略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a layer configuration of a photovoltaic element of the present invention.

【図2】堆積装置の一例を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a deposition apparatus.

【図3】ZnO薄膜層中のシリコン含有量の層厚方向変
化を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a change in a silicon content in a thickness direction in a ZnO thin film layer.

【図4】本発明の光起電力素子の層構成の他の例を示す
概略図である。
FIG. 4 is a schematic view showing another example of the layer configuration of the photovoltaic element of the present invention.

【図5】ロール・ツー・ロール法の堆積装置の一例を示
す概略図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of a roll-to-roll deposition apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101,411,421 基体、 102,412,422 ZnO薄膜層、 103 pin層、 104,414,424 透明電極、 105,415,425 集電電極、 106,416,426 結晶粒界、 107,417,427 結晶粒、 200 堆積装置、 201 堆積室、 202 真空計、 203 バイアス電源、 204 基体、 205 ヒーター、 206 導波管、 207 コンダクタンスバルブ、 208 バルブ、 209 ターゲット電極、 210 バイアス電極、 211 ガス導入管、 212 アプリケーター、 213 誘電体窓、 214 スパッタ電源、 215 基体シャッター、 216 ターゲット、 217 ターゲットシャッター、 219 マイクロ波電源、 220 排気口、 221 トロイダルコイル、 413 pinpin層、 423 pinpinpin層、 501,502,503,504,505,506,5
07,508,509堆積室、 510 基体送り出し室、 511 基体巻き取り室、 512 分離通路、 513 基体、 514 ガス入口、 515 排気口、 516 RF電極、 517 マイクロ波アプリケーター、 519 掃気ガス入口、 521 ガイドローラー、 522 巻き取りロール、 523 ガイドローラー、 526 ガス入口、 527 ターゲット電極, 528 ターゲット、 529 トロイダルコイル、 531 バイアス電極、 541 Ag光反射層との界面 543 pin層との界面近傍。
101, 411, 421 substrate, 102, 412, 422 ZnO thin film layer, 103 pin layer, 104, 414, 424 transparent electrode, 105, 415, 425 current collecting electrode, 106, 416, 426 crystal grain boundary, 107, 417, 427 crystal grain, 200 deposition apparatus, 201 deposition chamber, 202 vacuum gauge, 203 bias power supply, 204 substrate, 205 heater, 206 waveguide, 207 conductance valve, 208 valve, 209 target electrode, 210 bias electrode, 211 gas introduction pipe , 212 applicator, 213 dielectric window, 214 sputtering power supply, 215 substrate shutter, 216 target, 217 target shutter, 219 microwave power supply, 220 exhaust port, 221 toroidal coil, 413 pinpin layer, 423 pinpinpin layer, 501, 502, 503, 504, 505, 506, 5
07, 508, 509 deposition chamber, 510 substrate delivery chamber, 511 substrate winding chamber, 512 separation passage, 513 substrate, 514 gas inlet, 515 exhaust port, 516 RF electrode, 517 microwave applicator, 519 scavenging gas inlet, 521 guide Roller, 522 Take-up roll, 523 Guide roller, 526 Gas inlet, 527 Target electrode, 528 target, 529 Toroidal coil, 531 Bias electrode, 541 Interface with Ag light reflecting layer 543 Near interface with pin layer.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−110125(JP,A) 特開 昭62−122011(JP,A) 特開 昭59−224181(JP,A) 特開 昭62−35680(JP,A) 特開 昭59−97515(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/04 - 31/078 Continuation of the front page (56) References JP-A-5-110125 (JP, A) JP-A-62-122011 (JP, A) JP-A-59-224181 (JP, A) JP-A-62-35680 (JP, A) , A) JP-A-59-97515 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 31/04-31/078

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基体上に酸化亜鉛薄膜層、非単結晶シリ
コン系半導体材料からなるpin層(p層、i層、n
層)を積層してなる光起電力素子において、前記酸化亜
鉛薄膜層は、表面に0.1〜1.0μmの凹凸を有す、
c軸配向性の結晶性薄膜であり、且つシリコンを含有
し、該シリコンの含有量が前記基体との界面で最小値を
とり、前記pin層に向かって徐々に増加しており、前
記酸化亜鉛薄膜層の結晶粒界近傍にシリコンが多く含有
されていることを特徴とする光起電力素子。
1. A zinc oxide thin film layer and a pin layer (p layer, i layer, n layer) made of a non-single-crystal silicon semiconductor material on a substrate.
Layers), the zinc oxide thin film layer has a surface with irregularities of 0.1 to 1.0 μm,
a crystalline thin film having a c-axis orientation and containing silicon, wherein the silicon content has a minimum value at the interface with the substrate and gradually increases toward the pin layer ;
High content of silicon near the grain boundaries of the zinc oxide thin film layer
Photovoltaic element characterized in that it is.
【請求項2】 前記c軸は、前記基体表面に対してほぼ
垂直であることを特徴とする請求項1に記載の光起電力
素子。
2. The photovoltaic device according to claim 1, wherein the c-axis is substantially perpendicular to the surface of the base.
【請求項3】 前記酸化亜鉛薄膜層と接する前記p層ま
たはn層は、微結晶シリコンを含有することを特徴とす
る請求項1または2に記載の光起電力素子。
Wherein the said p-layer or n-layer in contact with the zinc oxide thin film layer, the photovoltaic device according to claim 1 or 2, characterized in that it contains a microcrystalline silicon.
【請求項4】 前記酸化亜鉛薄膜層と接する前記p層ま
たはn層はフッ素を含有していることを特徴とする請求
項1〜のいずれか1項に記載の光起電力素子。
4. A photovoltaic element according to any one of claims 1 to 3, wherein the p-layer or n-layer in contact with the zinc oxide thin film layer is characterized by containing the fluorine.
【請求項5】 前記基体は可とう性を有する帯状基体
で、ロール状に巻くことができることを特徴とする請求
項1〜のいずれか1項に記載の光起電力素子。
5. A band-like substrate wherein the substrate having flexibility, the photovoltaic device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that can be wound into a roll.
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