JP3029169B2 - Photovoltaic element - Google Patents

Photovoltaic element

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JP3029169B2
JP3029169B2 JP5107049A JP10704993A JP3029169B2 JP 3029169 B2 JP3029169 B2 JP 3029169B2 JP 5107049 A JP5107049 A JP 5107049A JP 10704993 A JP10704993 A JP 10704993A JP 3029169 B2 JP3029169 B2 JP 3029169B2
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    • Y02E10/548Amorphous silicon PV cells

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 1989.
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.Ene
rgy 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。
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 1989.
Report 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.Ene
In rgy Conf. vol.8th No.1 pp.1008 1988, a solar cell using ZnO doped with indium is reported.

【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。 (iv)「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. (iv) "a-Si solar cell by microwave plasma CVD", Kazufumi Higashi, Takeshi Watanabe, Juichi Shimada, "Proceedings of the 50th Annual Conference of the Japan Society of Applied Physics" pp. 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 (v)“High Efficiency Amorphous Solar Cell Employin
g ECR-CVD Produced p-Type Microcrystalline SiC Fil
m”,Y.Hattori, D.Kruangam, T.Toyama, H.Okamoto an
d Y.Hamakawa,Proceedings of the International PVSE
C-3 Tokyo Japan 1987 pp.171, (vi)“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。
As an example of forming a doping layer by MWPCVD, for example, (v) “High Efficiency Amorphous Solar Cell Employin
g ECR-CVD Produced p-Type Microcrystalline SiC Fil
m ”, Y. Hattori, D. Kruangam, T. Toyama, H. Okamoto an
d Y. Hamakawa, Proceedings of the International PVSE
C-3 Tokyo Japan 1987 pp.171, (vi) “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】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伝導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
に混入することを防止するために、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A
r,H2 ,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。
US Pat. No. 4,400,409 discloses a plasma CVD apparatus that employs a roll-to-roll method and continuously forms semiconductor layers. It is desirable that the photovoltaic element of the present invention be manufactured continuously using such an apparatus. According to this apparatus, a plurality of deposition chambers are provided, and a strip-shaped and flexible substrate is disposed along a path through which the substrates sequentially pass through the deposition chamber, and a semiconductor having a desired conductivity type is provided in the deposition chamber. It is described that a photovoltaic element having a pin junction can be continuously manufactured by continuously transporting the substrate in the longitudinal direction while forming a layer. Note that, in the specification, a gas gate is used to prevent a source gas for containing each valence electron controlling agent in a semiconductor layer from diffusing into another deposition chamber and being mixed into another semiconductor layer. Have been. Specifically, the deposition chambers are separated from each other by a slit-shaped separation passage, and each separation passage is provided with A
A scavenging gas such as r, H 2 , He or the like is introduced to prevent mutual diffusion of each source gas.

【0006】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。
This roll-to-roll forming method is effective in producing a photovoltaic device as in the present invention.

【0007】上記の従来の光起電力素子ではZnO/p
in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。また高温高湿度環境下で長時間光を照射した場
合、光電変換効率が低下する、いわゆる高温高湿度での
光劣化が問題となっている。また高温高湿度環境下で長
時間振動を付与した場合、光電変換効率が低下する、い
わゆる高温高湿度での振動劣化が問題となっている。
In the above conventional photovoltaic device, ZnO / p
Improvement in suppression of recombination of photoexcited carriers near the in-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. Further, when light is irradiated for a long time in a high-temperature and high-humidity environment, photoelectric conversion efficiency is reduced. In addition, when vibration is applied for a long time in a high-temperature and high-humidity environment, the photoelectric conversion efficiency is reduced.

【0008】また高温高湿度環境下でバイアス電圧を印
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、高温高湿度環境下でバイアス
電圧を印加すると短絡するといった問題があった。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搬
送すると層剥離しやすいという問題があった。
In addition, light deterioration and vibration deterioration when a bias voltage is applied in a high-temperature and high-humidity environment poses a problem. Further, in a photovoltaic element containing at least one of Ag, Al, and In in the base, there is a problem that a short circuit occurs when a bias voltage is applied in a high temperature and high humidity environment. Further, there is a problem that the ZnO thin film layer formed by the roll-to-roll method is easily peeled off when stored or transported for a long time in a rolled and wound state.

【0009】[0009]

【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。また高温高湿度環境下での光劣
化、振動劣化を抑制することを目的とする。また高温高
湿度環境下でバイアス電圧を印加した場合の光劣化、振
動劣化を抑制することを目的としている。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、高温高湿度環境下でバイアス電圧
を印加しても短絡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。
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. It is another object of the present invention to suppress light deterioration and vibration deterioration in a high temperature and high humidity environment. Another object of the present invention is to suppress light deterioration and vibration deterioration when a bias voltage is applied in a high temperature and high humidity environment. A further object of the present invention is to prevent a photovoltaic element containing at least one element of Ag, Al, and In from being short-circuited even when a bias voltage is applied in a high temperature and high humidity environment.
It is an object of the present invention to provide a photovoltaic element which is hardly delaminated even in a rolled state.

【0010】[0010]

【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0.1〜1.0 μmの凹凸を有す、c軸配向性の結
晶性薄膜であり、且つホウ素(B)を含有し、該ホウ素
の含有量が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
結晶粒界近傍にホウ素が多く含有されていることを特徴
としている。また、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
〜1.0 μmの凹凸を有す、c軸配向性の結晶性薄膜
であり、且つホウ素(B)を含有し、該ホウ素の含有量
が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はシリコン
及び/またはゲルマニウムを含有し、該酸化亜鉛薄膜層
の結晶粒界近傍にシリコン及びまたはゲルマニウムが多
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 and containing boron (B), and the content of boron takes the minimum value at the interface with the substrate, It gradually increases toward the pin layer, and the zinc oxide thin film layer
It is characterized in that a large amount of boron is contained near the crystal grain boundaries . In addition, the photovoltaic element of the present invention
Zinc oxide thin film layer, made of non-single-crystal silicon-based semiconductor material
Photovoltaic formed by laminating pin layers (p layer, i layer, n layer)
In the force element, the zinc oxide thin film layer has
C-axis oriented crystalline thin film with irregularities of ~ 1.0 μm
And containing boron (B), the content of the boron
Takes a minimum value at the interface with the substrate and moves toward the pin layer.
And the zinc oxide thin film layer is silicon
And / or germanium, and the zinc oxide thin film layer
Silicon and / or germanium in the vicinity of grain boundaries
It is characterized by high content.

【0011】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である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 surface of the substrate.

【0012】本発明の望ましい形態は、前記酸化亜鉛薄
膜層の結晶粒界近傍でホウ素含有量が多くなっている光
起電力素子である。
A preferred embodiment of the present invention is a photovoltaic element in which the boron content is high near the crystal grain boundary of the zinc oxide thin film layer.

【0013】本発明の望ましい形態は、前記酸化亜鉛薄
膜層はシリコン及び/またはゲルマニウムを含有し、該
含有量が層厚方向に変化し、且つ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多くなっている
光起電力素子である。
In a preferred embodiment of the present invention, the zinc oxide thin film layer contains silicon and / or germanium, and the content changes in the layer thickness direction and has a minimum value at the interface with the substrate. It is a photovoltaic element gradually increasing toward.

【0014】本発明の望ましい形態は、前記酸化亜鉛薄
膜層の結晶粒界近傍にシリコン及び/またはゲルマニウ
ムが含有され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 silicon and / or germanium is contained near the crystal grain boundaries of the zinc oxide thin film layer.

【0015】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層がホウ素を含有する光
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 boron.

【0016】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層をマイクロ波プラズマ
CVD法で形成することによって、該層のホウ素を酸化
亜鉛薄膜層中に拡散させて作製した光起電力素子であ
る。
In a preferred embodiment of the present invention, the p-layer or the n-layer in contact with the zinc oxide thin film layer is formed by a microwave plasma CVD method so that boron of the layer is diffused into the zinc oxide thin film layer. This is a photovoltaic element.

【0017】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層を形成した後、マイク
ロ波プラズマCVD法でプラズマ処理することによっ
て、該層中のホウ素を酸化亜鉛薄膜層中に拡散させて作
製した光起電力素子である。
In a preferred embodiment of the present invention, after forming the p-layer or the n-layer in contact with the zinc oxide thin-film layer, a plasma treatment is performed by a microwave plasma CVD method to remove boron in the layer. It is a photovoltaic element manufactured by diffusing it inside.

【0018】本発明の望ましい形態は、前記i層をマイ
クロ波プラズマCVD法で形成することによって、前記
酸化亜鉛薄膜層と接する前記p層またはn層中のホウ素
を前記酸化亜鉛薄膜層中に拡散させて作製した光起電力
素子である。
In a preferred embodiment of the present invention, the i-layer is formed by microwave plasma CVD to diffuse boron in the p-layer or the n-layer in contact with the zinc oxide thin film layer into the zinc oxide thin film layer. This is a photovoltaic element manufactured by the above method.

【0019】本発明の望ましい形態は、前記のホウ素の
拡散方法で、前記酸化亜鉛薄膜層と接する前記p層また
はn層中のシリコン及び/またはゲルマニウムをホウ素
とともに拡散させて作製した光起電力素子である。
A preferred embodiment of the present invention is a photovoltaic device manufactured by diffusing silicon and / or germanium in the p layer or the n layer in contact with the zinc oxide thin film layer together with boron by the above boron diffusion method. It is.

【0020】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あり、ロール状に巻くことがで
きる前記の光起電力素子である。
A preferred embodiment of the present invention is the above-described photovoltaic device, wherein the substrate is a flexible band-shaped substrate, and the roll-shaped photovoltaic element can be wound.

【0021】[0021]

【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。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、ZnO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10
4、集電電極105等から構成される。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic explanatory view of a photovoltaic device of the present invention. In FIG. 1, a photovoltaic element of the present invention includes a substrate 101, a ZnO thin film layer 102, a pin layer 103 made of a non-single-crystal silicon-based semiconductor material, and a transparent electrode 10.
4. It is composed of a collecting electrode 105 and the like.

【0022】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。
The photovoltaic element shown in FIG. 1 is usually used by irradiating light from the transparent electrode side, but may be used by irradiating light 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.

【0023】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。
Further, the pin layer of the photovoltaic element of the present invention
It may be a stack of pin structures such as an inpin structure and a pinpinpin structure.

【0024】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.

【0025】本発明の光起電力素子ではZnO薄膜層に
ホウ素が含有され、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、ZnO
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
低減することができる。またZnO薄膜層とpin層と
の界面、ZnO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)を抑制することができ
る。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。
In the photovoltaic device of the present invention, the ZnO thin film layer contains boron, the content of which changes smoothly and is minimum at the interface with the substrate and gradually increases toward the pin layer. Interface between thin film layer and pin layer, ZnO
Recombination of photoexcited carriers at the interface between the thin film layer and the substrate can be reduced. Further, since the internal stress generated at the interface between the ZnO thin film layer and the pin layer and the interface between the ZnO thin film layer and the base is reduced, photodeterioration of the photovoltaic element (deterioration of element characteristics due to long-time light irradiation), Vibration deterioration (deterioration of element characteristics due to long-time vibration application) can be suppressed. It is considered that the photodeterioration of the photovoltaic element causes a weak bond to be broken by the energy of light, and this becomes a recombination center of the photoexcited carrier, thereby deteriorating the element characteristics. In addition, it is considered that vibration degradation of a photovoltaic element breaks a weak bond due to vibration energy, and this becomes a recombination center of photoexcited carriers, thereby deteriorating element characteristics. It is considered that this weak bond is localized in a region where stress is generated, and it is particularly important to reduce recombination centers generated at the interface between the ZnO thin film layer and the pin layer.

【0026】これらの効果はZnO薄膜層と接するp層
またはn層にホウ素が含有されている場合、特に顕著に
現れる。ZnO薄膜層にシリコン及び/またはゲルマニ
ウムが含有され、該含有量が層厚方向に変化し、且つ基
体との界面で最小、前記pin層に向かって徐々に多く
なっているとさらによい。
These effects are particularly prominent when the p-layer or the n-layer in contact with the ZnO thin film layer contains boron. More preferably, the ZnO thin film layer contains silicon and / or germanium, and the content changes in the layer thickness direction, and is minimum at the interface with the substrate and gradually increases toward the pin layer.

【0027】さらにZnO薄膜層にホウ素が含有されて
いるとZnO薄膜層の高温高湿環境境下での安定性が向
上して、光起電力素子の高温高湿特性の安定性が向上
し、高温高湿下での光劣化、振動劣化を抑制することが
できる。ZnO薄膜層にシリコン及び/またはゲルマニ
ウムが含有され、該含有量が層厚方向に変化し、且つ基
体との界面で最小、前記pin層に向かって徐々に多く
なっているとさらによい。
Further, when boron is contained in the ZnO thin film layer, the stability of the ZnO thin film layer in a high temperature and high humidity environment is improved, and the stability of the high temperature and high humidity characteristics of the photovoltaic device is improved. Light deterioration and vibration deterioration under high temperature and high humidity can be suppressed. More preferably, the ZnO thin film layer contains silicon and / or germanium, and the content changes in the layer thickness direction, and is minimum at the interface with the substrate and gradually increases toward the pin layer.

【0028】またZnO薄膜中でホウ素は価電子制御剤
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10
1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。
In addition, since boron acts as a valence electron controlling agent in the ZnO thin film, the conductivity of the film can be improved.
Moreover, 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. The base 10
When irradiating light from the back side of 1, the light is efficiently pinned.
Leads to the layers.

【0029】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。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。
In the present invention, a crystalline ZnO thin film having c-axis orientation 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. At that time, crystalline ZnO
Since the surface of the thin film layer 102 has irregularities, the reflected light can be refracted here, and the optical path length can be extended.
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.

【0030】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
DC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 type 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. In order to make the c-axis almost perpendicular to the substrate, when forming a ZnO thin film layer by sputtering, a DC bias and / or an RF bias is applied to increase the plasma potential, or a negative DC bias is applied to the substrate. Apply. Further, in order to make the c-axis substantially perpendicular to the substrate, countless fine protrusions may be formed on the surface of the substrate. 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.

【0031】また結晶粒界106に多くのホウ素を含有
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
で結晶粒界にホウ素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、拡散を防止することが
できる。また結晶粒界にホウ素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
応して拡散を防止するものである。ホウ素の含有量とし
ては結晶バルク内部よりも数倍多いことが望ましい。Z
nO薄膜層の結晶粒界にシリコン及び/またはゲルマニ
ウムが含有されているとさらによい。
Further, by making the crystal grain boundary 106 contain a large amount of boron, 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 adding a large amount of boron to the crystal grain boundaries, these voids and voids can be reduced and diffusion can be prevented. Further, by adding a large amount of boron to the crystal grain boundaries, dangling bonds are increased, and the diffusion is prevented by reacting with the diffused impurities. It is desirable that the content of boron is several times larger than the inside of the crystal bulk. Z
It is more preferable that silicon and / or germanium be contained in the crystal grain boundaries of the nO thin film layer.

【0032】本発明においてはZnO薄膜層と接するp
層またはn層にはホウ素が含有されているため、光劣
化、振動劣化を抑制するものである。即ち本発明の光起
電力素子に光を照射したために発生したp層またはn層
中の未結合手等の欠陥をp層またはn層中では不活性と
なっているホウ素がこの未結合手等の欠陥を補償し、光
劣化を抑制するものである。また同様に振動を付与した
ために発生したp層またはn層中の未結合手等の欠陥を
不活性となっているホウ素がこの未結合手等の欠陥を補
償し、振動劣化を抑制するものである。
In the present invention, p in contact with the ZnO thin film layer
Since boron is contained in the layer or the n-layer, light deterioration and vibration deterioration are suppressed. That is, defects such as dangling bonds in the p-layer or n-layer generated by irradiating the photovoltaic device of the present invention with light are converted into boron which is inactive in the p-layer or n-layer. To compensate for the defect and suppress light degradation. Similarly, boron, which inactivates defects such as dangling bonds in the p-layer or n-layer generated by applying vibration, compensates for defects such as dangling bonds and suppresses vibration deterioration. is there.

【0033】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層に比べて層厚が厚
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.

【0034】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 is a method that introduces an inert gas or a reactive gas into a vacuum vessel, irradiates the gas with microwaves to generate ions, and applies electromagnetic energy to a target to accelerate the ions. And irradiate the target surface, and sputter the target to form a deposited film on the substrate surface at high speed. The electromagnetic energy is suitably RF power.

【0035】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述のごとくZnO薄膜層中にホ
ウ素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 device of the present invention has a ZnO thin film layer and a pin layer formed on a flexible band-shaped substrate, it can be wound into a roll, and requires space for storage or transportation. And handling becomes easy. Further, the method is 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 boron as described above, it is difficult for the layer to be peeled even in a rolled state.

【0036】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.

【0037】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 illustration of a deposition apparatus suitable for producing the photovoltaic device 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.

【0038】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の堆積質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In2
3 +SnO2 (5wt%)のものに交換し、堆積室内に
2 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 installed in the sediment 201 in 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 in a vacuum.
Replace with 3 + SnO 2 (5 wt%), introduce O 2 gas into the deposition chamber, perform DC magnetron sputtering, and 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.

【0039】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213、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、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。MW電力の
好ましい周波数の範囲としては0.5〜10GHz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 213 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 pressure in the deposition chamber is preferably 0.5 to 50 mTorr. The MW power introduced into the deposition chamber is also an important factor. The MW power is appropriately determined depending on the flow rate of the source gas introduced into the deposition chamber, but is preferably in the range of 100 to 5000 W. A preferable frequency range of the MW power includes 0.5 to 10 GHz. Particularly, a frequency around 2.45 GHz is suitable. After forming the desired layer thickness, stop introducing MW power,
The deposition chamber is sufficiently evacuated and sufficiently purged with a gas such as H 2 , He, or Ar before forming the next layer.

【0040】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.

【0041】(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電圧を印加してプ
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RF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 an RF voltage 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 the desired layer thickness is formed, the introduction of RF 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.

【0042】ホウ素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。 (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ガスを導入し、ホウ
素を含有させたZnO:B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。
The following method can be used to form a ZnO thin film layer having a changed boron content. (1) In the case of forming by sputtering method RF magnetron sputtering method with high forming speed is suitable. In that case, an Ar gas is introduced into a deposition chamber in which a toroidal coil is placed around the target, a target made of ZnO: B containing boron is mounted on the target electrode 209, and the substrate temperature is set to 200 to 600 ° C.
Then, RF (1 to 100 MHz) power is applied to generate plasma to form a ZnO thin film layer on the substrate.

【0043】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, since the pressure in the deposition chamber is a parameter closely related to the deposition film formation speed, it 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.

【0044】また、ホウ素含有量を層厚方向に変化させ
るには、RF電力を時間的に変化させればよい。即ちZ
nOとホウ素ではスパッタ率のRF電力依存性が異なる
ため、高いRF電力ではホウ素含有量は多く、低いとホ
ウ素含有量は少なくなる。
To change the boron content in the layer thickness direction, the RF power may be changed over time. That is, Z
Since the RF power dependence of the sputtering rate differs between nO and boron, the boron content is high at high RF power, and the boron content is low at low RF power.

【0045】また、結晶粒界でホウ素含有量を多くする
には、各結晶粒が近隣の結晶粒と接触する直前にRF電
力を高くすればよい。
In order to increase the boron content at the crystal grain boundary, the RF power may be increased immediately before each crystal grain comes into contact with a neighboring crystal grain.

【0046】(2)スパッタリング法+RFPCVD法
で形成する場合 上記のRFマグネトロンスパッタリング法において新た
にB2 6 ガス、BF 3 等のホウ素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、
ホウ素を含有しないZnOからなるターゲットを用いて
もよい。
(2) Sputtering method + RFPCVD method
In the case of forming by the RF magnetron sputtering method described above,
To BTwoH6Gas, BF ThreeGas containing boron such as
And the amount of introduction may be changed over time. in this case,
Using a target made of ZnO that does not contain boron
Is also good.

【0047】また、結晶粒界でホウ素含有量を多くする
には、各結晶粒が近隣の結晶粒と接触する直前にホウ素
を含有するガスを多く流せばよい。
Further, in order to increase the boron content at the crystal grain boundary, a large amount of a gas containing boron may be flowed immediately before each crystal grain comes into contact with a neighboring crystal grain.

【0048】 (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:B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: B 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.

【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 according to 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.

【0050】また、ホウ素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とホウ素ではスパッタ率のRF電力
(DC電力)依存性が異なるため、高いRF電力(DC
電力)ではホウ素含有量は多く、低いとホウ素含有量は
少なくなる。
To change the boron content in the layer thickness direction, the RF power or the DC power may be changed over time. That is, since the RF power (DC power) dependency of the sputtering rate differs between ZnO and boron, the high RF power (DC power) is high.
In power, the boron content is high and the lower the boron content.

【0051】また、結晶粒界でホウ素含有量を多くする
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。
In order to increase the boron content at the crystal grain boundaries, the RF power (DC power) may be increased immediately before each crystal grain comes into contact with a neighboring crystal grain.

【0052】(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B2
6 ガス、BF3 ガス等のホウ素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。この場合ホウ
素を含有しない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, B 2 is newly added.
A boron-containing gas such as an H 6 gas or a BF 3 gas may be introduced, and the introduced amount may be changed over time. In this case, a target made of ZnO containing no boron may be used.

【0053】また、結晶粒界でホウ素含有量を多くする
には、各結晶粒が近隣の結晶粒と接触する直前にホウ素
を含有するガスを多く流せばよい。
Further, in order to increase the boron content at the crystal grain boundary, a large amount of a gas containing boron may be flowed immediately before each crystal grain comes into contact with a neighboring crystal grain.

【0054】 (5)p層またはn層中のホウ素を拡散させる場合−1 ZnO薄膜層は通常のスパッタリング法で形成した後
に、ZnO薄膜層と接するp層またはn層をMWPCV
D法で形成する際、比較的高いマイクロ波電力を入射す
ることによってp層またはn層の表面温度を上げ、p層
またはn層中のホウ素をZnO薄膜中に拡散させる。
(5) In the case of diffusing boron in the p layer or the n layer-1 After forming the ZnO thin film layer by a normal sputtering method, the p layer or the n layer in contact with the ZnO thin layer is MWPCV.
When forming by the method D, the surface temperature of the p-layer or the n-layer is raised by applying relatively high microwave power, and boron in the p-layer or the n-layer is diffused into the ZnO thin film.

【0055】また、結晶粒界でホウ素含有量を多くする
には、基体温度を300℃以上にすればよい。
In order to increase the boron content at the crystal grain boundaries, the substrate temperature may be set to 300 ° C. or higher.

【0056】 (6)p層またはn層中のホウ素を拡散させる場合−2 ZnO薄膜層は通常のスパッタリング法で形成し、Zn
O薄膜層と接するp層またはn層をRFPCVD法で形
成した後、Arガス等の不活性ガスまたはH2ガスを堆
積室に導入し、マイクロ波でプラズマを生起し、該p層
またはn層をマイクロ波プラズマ処理することにより該
p層またはn層中のホウ素をZnO薄膜層に拡散させ
る。この際、基体の方向に徐々にホウ素含有量が減少す
るようにマイクロ波電力を調整するとよい。
(6) In the case of diffusing boron in the p-layer or the n-layer -2 The ZnO thin film layer is formed by a normal sputtering method.
After forming a p-layer or an n-layer in contact with the O thin film layer by RFPCVD, an inert gas such as an Ar gas or an H 2 gas is introduced into the deposition chamber, and plasma is generated by microwaves to generate the p-layer or the n-layer. Is subjected to microwave plasma treatment to diffuse boron in the p layer or the n layer into the ZnO thin film layer. At this time, it is preferable to adjust the microwave power so that the boron content gradually decreases in the direction of the base.

【0057】また、結晶粒界でホウ素含有量を多くする
には、基体温度を300℃以上にすればよい。
In order to increase the boron content at the crystal grain boundaries, the substrate temperature may be set to 300 ° C. or higher.

【0058】 (7)p層またはn層中のホウ素を拡散させる場合−3 ZnO薄膜層は通常のスパッタリング法で形成し、Zn
O薄膜層と接し、ホウ素を含有するp層またはn層をR
FPCVD法で形成した後、MWPCVD法でi層を形
成する。形成する際の表面温度の上昇によって下地のp
層またはn層中のホウ素をZnO薄膜層に拡散させる。
この際、基体の方向に徐々にホウ素含有量が減少するよ
うにマイクロ波電力を調整するとよい。
(7) In the case of diffusing boron in the p layer or the n layer-3 The ZnO thin film layer is formed by a normal sputtering method,
O thin film layer, and the boron-containing p-layer or n-layer
After the formation by the FPCVD method, the i-layer is formed by the MWPCVD method. Due to the rise in surface temperature during formation,
The boron in the layer or n-layer is diffused into the ZnO thin film layer.
At this time, it is preferable to adjust the microwave power so that the boron content gradually decreases in the direction of the base.

【0059】また、結晶粒界でホウ素含有量を多くする
には、基体温度を300℃以上にすればよい。
In order to increase the boron content at the crystal grain boundaries, the substrate temperature may be set to 300 ° C. or higher.

【0060】 (8) ロール・ツー・ロー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B2 6 ガス等のホウ素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。
(8) When Forming by Roll-to-Roll Method The substrate temperature is set to 200 to 600 ° C. in the microwave sputtering method or the ordinary sputtering method,
A boron-containing gas such as a B 2 H 6 gas may be newly introduced, and the introduced amount may be spatially changed with respect to the moving direction of the substrate.

【0061】また、結晶粒界でホウ素含有量を多くする
には、各結晶粒が近隣の結晶粒と接触する所でホウ素を
含有するガスを多く流せばよい。
Further, in order to increase the boron content at the crystal grain boundary, it is sufficient to flow a large amount of a boron-containing gas where each crystal grain comes into contact with a neighboring crystal grain.

【0062】またZnO薄膜層にシリコン及び/または
ゲルマニウムを含有させるには上記のホウ素を含有させ
る方法(1)〜(8)と同様な方法で行うことができ
る。
Further, the method for containing boron and / or germanium in the ZnO thin film layer can be carried out in the same manner as in the above methods (1) to (8) for containing boron.

【0063】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 method of forming the above-mentioned pin layer, the following gases or compounds capable of being gasified by bubbling are suitable as the source gas.

【0064】シリコン原子を含有させるための原料ガス
としては、SiH4 ,SiD4 ,Si2 6 ,Si
4 ,Si2 6 が適している。
As a source gas for containing silicon atoms, SiH 4 , SiD 4 , Si 2 H 6 , Si
F 4 and Si 2 F 6 are suitable.

【0065】フッ素原子を含有させるための原料ガスと
しては、F2 ,SiF4 ,GeF4,CF4 ,PF5
BF3 が適している。
As a raw material gas for containing a fluorine atom, F 2 , SiF 4 , GeF 4 , CF 4 , PF 5 ,
BF 3 is suitable.

【0066】炭素原子を含有させるための原料ガスとし
ては、CH4 ,CD4 ,C2 2 ,CF4 が適してい
る。
As a source gas for containing carbon atoms, CH 4 , CD 4 , C 2 H 2 and CF 4 are suitable.

【0067】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。
GeH 4 , GeD 4 , and GeF 4 are suitable as source gases for containing germanium atoms.

【0068】スズ原子を含有させるための原料ガスとし
ては、SnH4 ,SnD4 ,Sn(CH3 4 が適して
いる。
As a source gas for containing a tin atom, SnH 4 , SnD 4 and Sn (CH 3 ) 4 are suitable.

【0069】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、B2 6,B(CH3 3
B(C2 5 3 ,Al(CH3 3 ,BF3 が適して
いる。
As a source gas for introducing a Group III atom of the periodic table into the p layer, B 2 H 6 , B (CH 3 ) 3 ,
B (C 2 H 5 ) 3 , Al (CH 3 ) 3 and BF 3 are suitable.

【0070】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。
PH 3 , AsH 3 , and PF 5 are suitable as source gases for introducing Group V atoms of the periodic table into the n-layer.

【0071】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、H2 S,H 2 Seが適してい
る。
A group VI atom of the periodic table is introduced into the n-layer.
As the raw material gas, HTwoS, H TwoSe is suitable
You.

【0072】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.

【0073】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 ,N2 O,NH
3 等が適している。
Source gases for containing nitrogen atoms in the pin layer include N 2 , NO, NO 2 , N 2 O, NH
3 is suitable.

【0074】またこれらの原料ガスを、H2 ,D2 ,H
e,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 used as H 2 , D 2 , H
It may be appropriately diluted with a gas such as e or Ar and introduced into the deposition chamber.

【0075】上記のホウ素を含有するZnO薄膜層を形
成する場合、ターゲットとしてはZnOまたはZnO:
Bを用いるが、酸素を含有しないZnまたはZn:Bで
もよい。ホウ素は酸化物(B2 3)の形でターゲット
に含有させてもよい。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。
When the above-mentioned ZnO thin film layer containing boron is formed, ZnO or ZnO:
B is used, but Zn containing no oxygen or Zn: B may be used. Boron may be contained in the target in the form of an oxide (B 2 O 3 ). When a target containing no oxygen is used, it is necessary to introduce O 2 gas into the deposition chamber.

【0076】ホウ素とともにシリコン及び/またはゲル
マニウムを含有させる場合には、ZnO:BSi(G
e),Zn:BSi(Ge)でもよい。シリコン及び/
またはゲルマニウムは酸化物(SiO2 ,GeO2 )の
形でターゲットに含有させてもよい。ZnO薄膜層中に
ホウ素を含有させるために導入されるガスとしては、B
2 6 ,B(CH3 3 ,B(C2 5 3 ,BF3
が適している。
Silicon and / or gel with boron
In the case of containing manium, ZnO: BSi (G
e), Zn: BSi (Ge) may be used. Silicon and / or
Alternatively, germanium is an oxide (SiOTwo, GeOTwo)of
It may be contained in the target in the form. In the ZnO thin film layer
As a gas introduced to contain boron, B
TwoH6, B (CHThree)Three, B (CTwoHFive)Three, BFThreeetc
Is suitable.

【0077】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。導電性材
料としては、例えば、NiCr,ステンレス、Al,C
r,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。
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. As the conductive material, for example, NiCr, stainless steel, Al, C
r, Mo, Au, Nb, Ta, V, Ti, Pt, Pb,
Metals such as Sn 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.

【0078】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.

【0079】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.

【0080】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,In2 3 ,SnO2 ,ITO(I
23 +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、ポリエステルフィルム等の合成
樹脂シートであれば表面上に、NiCr,Al,Ag,
Pb,Zn,Ni,Au,Cr,Mo,Ir,Nb,T
a,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,Ag,Cr,Mo,Ir,Nb,Ta,V,T
i,Pt,Pb,In2 3 ,SnO2 ,ITO(In
2 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 (I
n 2 O 3 + SnO 2 ) or a conductive thin film layer made of an alloy thereof, and if a synthetic resin sheet such as a polyester film is used, NiCr, Al, Ag,
Pb, Zn, Ni, Au, Cr, Mo, Ir, Nb, T
a, V, Tl, Pt, etc., or a conductive thin film layer made of an alloy thereof is formed.
Al, Ag, Cr, Mo, Ir, Nb, Ta, V, T
i, Pt, Pb, In 2 O 3 , SnO 2 , ITO (In
A conductive thin film layer made of a material such as 2 O 3 + SnO 2 ) or an alloy thereof is formed. As a forming method, a vacuum evaporation method,
It is formed by a sputtering method, a screen printing method, or the like.

【0081】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.

【0082】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。
The preferred form of the substrate in the photovoltaic device of the present invention is such that 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.

【0083】ZnO薄膜層 上記の方法によって形成されたホウ素を含有するZnO
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3×1
-4Ω・cm以下のものである。ホウ素の含有量は基体
との界面で最小値(Cmin)をとり、pin層方向に
徐々に多くなり、結晶粒界にてホウ素含有量の最大値
(Cmax)をとる。Cminとしては0.01%程
度、Cmaxとしては5%程度が適している。
ZnO Thin Film Layer ZnO containing boron formed by the above method
The light transmittance of the thin film layer is 85% or more in the wavelength range of 400 nm to 900 nm, and the resistivity is 3 × 1.
It is less than 0 -4 Ω · cm. The boron content has a minimum value (Cmin) at the interface with the substrate, gradually increases in the direction of the pin layer, and has a maximum boron content (Cmax) at the crystal grain boundary. About 0.01% is suitable as Cmin, and about 5% is suitable as Cmax.

【0084】ホウ素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。またZnO薄膜層にシリコ
ン及び/またはゲルマニウムを含有させる場合、シリコ
ン含有量、ゲルマニウム含有量の変化パターンもホウ素
の変化パターンと同様なものが望ましい。
As the change pattern of the boron content in the layer thickness direction, a pattern which increases linearly from the substrate side as shown in FIG. 3A, a pattern which increases exponentially from the substrate side as shown in FIG. As shown in FIG. 3C, a material that rapidly increases near the interface with the pin layer is suitable. When silicon and / or germanium is contained in the ZnO thin film layer, the change pattern of the silicon content and the germanium content is preferably the same as the change pattern of boron.

【0085】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。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−SiGe,a
−SiGeC,a−SiO,a−SiN,a−SiO
N,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−S
i,μc−SiC,μc−SiGe,μc−SiO,μ
c−SiGeC,μc−SiN,μc−SiON,μc
−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−S
i,poly−SiC,poly−SiGe等が挙げら
れる。
P layer, n layer These layers are important layers that affect the characteristics of the photovoltaic element, and are made of an amorphous silicon-based semiconductor material, a microcrystalline silicon-based semiconductor material, or a polycrystalline silicon-based semiconductor material. Is done. Amorphous (abbreviated as a-) silicon-based semiconductor materials include a-Si, a-SiC, a-SiGe, a
-SiGeC, a-SiO, a-SiN, a-SiO
N, a-SiCON and the like. Microcrystalline (abbreviated as μc−) silicon-based semiconductor material includes μc-S
i, μc-SiC, μc-SiGe, μc-SiO, μ
c-SiGeC, μc-SiN, μc-SiON, μc
—SiOCN and the like. As a polycrystalline (abbreviated as poly-) silicon-based semiconductor material, poly-S
i, poly-SiC, poly-SiGe and the like.

【0086】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.

【0087】伝導型を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.

【0088】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.

【0089】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.

【0090】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。さらに層厚は1〜
50nmが好ましく、3〜30nmが最適である。
As for the electric characteristics, the activation energy is 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. Further, the layer thickness is 1 to
50 nm is preferred, and 3 to 30 nm is optimal.

【0091】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 the above-mentioned crystalline semiconductor material having little light absorption or an amorphous semiconductor layer having a wide band gap is formed, a source gas such as H 2 , D 2 , He or the like is used 2 to 100 times. And introducing relatively high MW or RF power.

【0092】また本発明の光起電力素子ではZnO薄膜
層にホウ素が含有され、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Z
nO薄膜層と接するp層またはn層を形成しても、Zn
O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。
In the photovoltaic element of the present invention, the ZnO thin film layer contains boron, and the content gradually increases toward the pin layer.
Even if a p layer or an n layer in contact with the nO thin film layer is formed, Zn
Damage to the O thin film layer, that is, interface level can be reduced.

【0093】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 and slightly n-type layer can also 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.

【0094】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
ャ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.

【0095】酸素、窒素原子の導入量は0.1ppm〜
1%が好適な範囲である。
The amount of oxygen and nitrogen atoms introduced is 0.1 ppm to
1% is a suitable range.

【0096】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 thickness of the i-layer depends on the structure (for example, pin, pinpin, nip) of the photovoltaic element and the band gap of the i-layer, and the optimum thickness is 0.05 to 1.0 μm.

【0097】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 valence band tail state, 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.

【0098】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.

【0099】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 by a factor of 2 to 100 with a gas such as H 2 , D 2 , He and to introduce a relatively high MW power.

【0100】透明電極 透明電極はインジウム酸化物(In)、スズ酸
化物(SnO2 )、ITO(In2 3 +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 Electrode The transparent electrode is made of a material suitable for indium oxide (In 2 O 3 ), tin oxide (SnO 2 ), and ITO (In 2 O 3 + SnO 2 ). These materials contain fluorine. You may.

【0101】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。
For forming a transparent electrode, a sputtering method and a vacuum evaporation method are optimal.

【0102】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。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℃〜6
00℃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、Ar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ーゲット
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/secの範囲である。
In the case of forming by a sputtering method, a target such as a metal target or an oxide target is used in appropriate combination. When forming by a sputtering method, the substrate temperature is an important factor,
00 ° C is mentioned as a preferable range. In the case where the transparent electrode is formed by a sputtering method, an inert gas such as an Ar gas may be used as a sputtering 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 inert gas or the like, the pressure is preferably in the range of 0.1 to 50 mTorr in order to effectively perform sputtering. The deposition rate of the transparent electrode depends on the pressure and the electric power to be introduced.
The range is from 01 to 10 nm / sec.

【0103】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。
[0103] As vapor deposition sources suitable for forming a transparent electrode in a 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.

【0104】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。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,P
d,Ag,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,A
l,Cr,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。
It is preferable that the layer thickness of the transparent electrode satisfies the condition of the antireflection film. As a specific layer thickness, a preferable range is 50 to 500 nm. In order to make more light incident on the i-layer, which is the photovoltaic layer of the collecting electrode, and to efficiently collect generated carriers on the electrode, the shape of the collecting electrode (the shape as viewed from the light incident direction) and the material Is 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. The material of the current collecting electrode is Fe, Cr, Ni, Au, Ti, P
d, Ag, Al, Cu, AlSi, C (graphite)
Ag, Cu, A having small resistivity
Metals such as l, Cr, C, and 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.

【0105】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が望まし
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.

【0106】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.

【0107】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 the shape of a current collecting electrode is brought into close contact with the transparent electrode, Ar gas is introduced into a vacuum, DC is applied to a desired metal sputtering target, and glow discharge is generated. By letting
A metal is sputtered to form a current collecting electrode having a desired shape on the transparent electrode.

【0108】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.

【0109】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.

【0110】[0110]

【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.

【0111】(実施例1)図2に示す堆積装置を用いて
図1に示す構成の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.

【0112】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
/H2 (希釈度:100ppm)ガスボンベ、B2 6
/H2 (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ZnO:B(1%)があり、それぞれ真空中で切り替
えてスパッタリング法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) gas cylinder, H 2 gas cylinder, and Ar gas cylinder were connected. The target is Ag
And ZnO: B (1%), each of which can be switched in vacuum to perform a sputtering method. An RF power supply was used as a bias power supply.

【0113】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1×10-5 TorrになったらArガスを50
sccm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。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。
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 -5 Torr, 50
sccm was introduced, and the pressure was adjusted with a conductance valve so as to be 7 mTorr. When the substrate temperature reached 150 ° C., an electric 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. The target shutter and the base shutter were opened, and when a 0.3 μm-thick Ag light reflecting layer was formed 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ホウ素
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5
0sccm導入し、基体温度を350℃、圧力を5mT
orr、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
2.0μmのホウ素を含有する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 whose boron content changes in the layer thickness direction was formed by the formation method (1). Switch the target electrode to the RF power source and supply Ar gas to the deposition chamber for 5 minutes.
0 sccm, substrate temperature 350 ° C, pressure 5mT
Orr, RF power of 300 W was applied to the target electrode from a sputtering power source 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 2.0 μm-thick boron-containing ZnO thin film layer 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200sc
cm、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、Zn
O薄膜層上にn層の形成を開始し、層厚40nm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
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 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 2 sccm, PH 3 / H 2 gas 200 sc
cm, H 2 gas 100 sccm was introduced, and the pressure in the deposition chamber was adjusted to 1.0 Torr. The power of the RF power source was set to 5 W, RF power was applied to the bias electrode, plasma was generated, the substrate shutter was opened, and Zn
The formation of the n-layer was started on the O thin film layer. When the n-layer having a thickness of 40 nm was formed, the shutter was closed, the RF power was turned off, the plasma was extinguished, and the formation of the n-layer was completed. Stop the flow of SiH 4 gas and PH 3 / H 2 gas into the deposition chamber,
After continuously flowing H 2 gas into the deposition chamber for 5 minutes, the inflow of H 2 gas was stopped, and the deposition chamber and the inside of the gas pipe were 1 × 10 2
The chamber was evacuated to -5 Torr.

【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
ガス流量が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、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350nm
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 is stabilized, SiH 4 gas is introduced, and SiH 4
Gas flow rate is 50 sccm, H 2 gas flow rate is 500 scc
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, and the formation of the i-layer on the n-layer was started.
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、B2 6/H2 ガスを流入させた。この時、
SiH4 ガス流量が10sccm、CH4 ガス流量が2
sccm、H2 ガス流量が100sccm、B2 6
2ガス流量が500sccm、圧力が0.02Tor
rとなるように調整した。その後、MW電源の電力を5
00W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,CH
4 ガス,B2 6/H2 ガスの流入を止め、5分間、H
2 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,
SiH 4 gas flow rate is 10 sccm, CH 4 gas flow rate is 2
sccm, H 2 gas flow rate is 100 sccm, B 2 H 6 /
H 2 gas flow rate 500 sccm, pressure 0.02 Torr
r was adjusted. Then, the power of the MW power supply is reduced by 5
Set to 00W, introduce MW power through the dielectric window,
Plasma is generated, the base shutter is opened, the formation of a p-layer on the i-layer is started, and when the p-layer having a thickness of 10 nm is formed, the shutter is closed, the MW power is turned off, the plasma is extinguished, and the p-layer Finished forming. SiH 4 gas, CH
Stop the inflow of 4 gas and B 2 H 6 / H 2 gas, and
After the continuous flow of the two gases, the flow of the H 2 gas was stopped, and the inside of the deposition chamber and the gas pipe were evacuated to 1 × 10 −5 Torr, and the deposition chamber was 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)からなる櫛型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、ターゲットにホウ素を含有しない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 boron 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℃にする以外は、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)、高温高湿振動劣化、高温高湿光劣化、及びバイ
アス電圧印加時の高温高湿振動劣化、高温高湿光劣化の
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), high-temperature high-humidity vibration deterioration, high-temperature high-humidity light Deterioration, high-temperature high-humidity vibration deterioration when bias voltage was applied, and high-temperature high-humidity light deterioration were measured.

【0125】初期光電変換効率の測定は、作製した太陽
電池を、AM−1.5(100mW/cm2)光照射下
に設置して、V−1特性を測定することにより得られ
る。
The measurement of the initial photoelectric conversion efficiency can be obtained by placing the produced solar cell under irradiation of AM-1.5 (100 mW / cm 2 ) light and measuring the V-1 characteristic.

【0126】高温高湿振動劣化の測定は、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90%、温度
70℃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(高温高湿振動劣化試
験後の光電変換効率/初期光電変換効率)により行っ
た。
For measurement of high-temperature high-humidity vibration deterioration, a solar cell whose initial photoelectric conversion efficiency was measured in advance was placed in a dark place with a humidity of 90% and a temperature of 70 ° C., and a vibration frequency of 60 Hz and an amplitude of 0.
After the vibration of 1 mm was applied for 500 hours, the reduction rate of the photoelectric conversion efficiency under AM-1.5 light irradiation (photoelectric conversion efficiency after high-temperature and high-humidity vibration deterioration test / initial photoelectric conversion efficiency) was performed.

【0127】高温高湿光劣化の測定は、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90%、温度
70℃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(高温高湿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。
For the measurement of high-temperature high-humidity light deterioration, a solar cell whose initial photoelectric conversion efficiency was measured in advance was placed in an environment with a humidity of 90% and a temperature of 70 ° C., and irradiated with AM-1.5 light for 500 hours. Later, the rate of decrease in photoelectric conversion efficiency under AM-1.5 light irradiation (photoelectric conversion efficiency after high-temperature and high-humidity light deterioration test / initial photoelectric conversion efficiency) was used.

【0128】測定の結果、(SC実1)に対して(SC
比1−1)、(SC比1−2)、(SC比1−3)の初
期光電変換効率、高温高湿光劣化後の光電変換効率の低
下率、及び高温高湿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及び
短絡光電流の差が起因していた。
As a result of the measurement, (SC actual 1)
Ratio 1-1), (SC ratio 1-2), (SC ratio 1-3), initial photoelectric conversion efficiency, reduction rate of photoelectric conversion efficiency after high-temperature and high-humidity light deterioration, and photoelectric conversion after high-temperature and high-humidity vibration deterioration The conversion efficiency reduction rate was as follows. These differences were mainly due to the difference between open-circuit voltage and short-circuit photocurrent.

【0129】 初期光電変換効率 高温高湿振動劣化 高温高湿光劣化 (SC実1) 1.00倍 1.00倍 1.00倍 (SC比1−1) 0.90倍 0.87倍 0.89倍 (SC比1−2) 0.87倍 0.85倍 0.87倍 (SC比1−3) 0.86倍 0.86倍 0.88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べたところ、平
均の山の高さが約0.15μmであることが分かった。
(SC比1−3)の表面の凹凸は0.04μm以下であ
った。
Initial photoelectric conversion efficiency High-temperature high-humidity vibration deterioration High-temperature high-humidity light deterioration (SC actual 1) 1.00 times 1.00 times 1.00 times (SC ratio 1-1) 0.90 times 0.87 times 0 0.89 times (SC ratio 1-2) 0.87 times 0.85 times 0.87 times (SC ratio 1-3) 0.86 times 0.86 times 0.88 times First, the surface of the solar cell was examined with an electron microscope. Observed at
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 was examined using a surface roughness meter. However, it was found that the average peak height was about 0.15 μm.
The surface irregularities (SC ratio 1-3) were 0.04 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ホウ素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、ホウ
素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)ではホウ素は検出さ
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 in the boron content in the thickness direction of the fabricated (SC Ex. 1) was determined by 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 was no change in the layer thickness direction. In (SC ratio 1-2), boron was not detected. In (SC ratio 1-3), the same change as (SC actual 1) was obtained. Was done.

【0132】以上のように本実施例の太陽電池(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 actual 1) of this embodiment is different from the conventional solar cell (SC ratio 1-1) and (SC ratio 1).
-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、結晶粒界でホウ素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Ag
光反射層を形成する際、基体温度を350℃にし、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(S
C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 boron content was high at the crystal grain boundaries was produced. Ag in Example 1
When forming the light reflecting layer, the solar cell (S) was formed in the same manner as in Example 1 except that the substrate temperature was set to 350 ° C. and the RF power of the sputter power supply was rapidly increased immediately before each crystal grain contacted.
C Ex 2) was produced.

【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
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). Rate. 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、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 2-1) 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.

【0136】(比較例2−2)ZnO薄膜層を形成する
際、ホウ素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 2-2) A solar cell was fabricated in the same manner as in Example 2, except that a target not containing boron was used 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0.24μmであること
が分かった。(SC比2−3)では凹凸の山の高さが
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 0.24 μm. I understood. In (SC ratio 2-3), the peak height of the unevenness was 0.05 μm or less.

【0139】またX線回折装置を用いてその結晶性を調
べたところ、(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 examined 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。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。
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. As a result of the measurement,
(SC ratio 2-1), (SC ratio 2-2), (SC ratio 2-
It was found that (SC Ex. 2) had better characteristics than 3).

【0141】(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、ターゲットとしてはホ
ウ素を含有しないものを用い、ホウ素を含有するガスと
してB2 6/H2 を導入し、流量を時間変化させて、
図3−bのようなホウ素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), a target not containing boron is used, B 2 H 6 / H 2 is introduced as a gas containing boron, and the flow rate is changed over time. hand,
The boron content was changed as shown in FIG. Then, p
On the layer, the same transparent electrode and current collecting electrode as in Example 1 were formed.

【0142】(比較例3−1)ZnO薄膜層を形成する
際、B2 6 /H2 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) was formed under the same conditions as in Example 3 except that the flow rate of the B 2 H 6 / H 2 gas was not changed when the ZnO thin film layer was formed.
-1) was prepared.

【0143】(比較例3−2)ZnO薄膜層を形成する
際、B/H2 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 B 2 H 6 / H 2 gas was not introduced when forming the ZnO thin film layer. did.

【0144】(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.

【0145】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、本実施例のフォトダ
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 irradiating AM-1.5 light) of the fabricated 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 this embodiment is different from the conventional photodiode (PD
It has been found that it has more excellent characteristics than (Comparative 3-1), (PD ratio 3-2), and (PD ratio 3-3).

【0146】(実施例4)ZnO薄膜層上にホウ素を含
有するn層を有する太陽電池(SC実4)を作製した。
実施例1でn層を形成する際、新たにB2 6/H2
スを20sccm導入して、ZnO薄膜層上に、n層
(μc−Si:PB RFPCVD法)、i層(a−S
i RFPCVD法)、p層(a−SiC:B MWP
CVD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、ホウ素含有量を図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) having a boron-containing n-layer on a ZnO thin film layer was manufactured.
When forming an n-layer in Example 1, a new B 2 H 6 / H 2 gas was introduced at 20 sccm, and an n-layer (μc-Si: PB RFPCVD method) and an i-layer (a- S
i RFPCVD method), p layer (a-SiC: B MWP)
CVD method). When forming a ZnO thin film layer,
This was performed by the formation method of (3), and the RF power was changed with time to change the boron content as shown in FIG. A transparent electrode and a current collecting electrode were formed in the same manner as in Example 1.

【0147】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1)よりもさら
に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, and it was found that the solar cell (SC Ex. 4) of the present invention had more excellent characteristics than (SC Ex. 1).

【0148】(実施例5)(5)の形成方法で形成した
ZnO薄膜層を用いたnip型の太陽電池(SC実5)
を作製した。ZnO薄膜層は通常のRFマグネトロンス
パッタリング法を用いて基体温度を350℃で形成し、
その上にp層(μc−Si:B)はMWPCVD法で形
成し、形成条件はSiH4 ガス流量50sccm、B2
6/H2ガス流量500sccm、圧力5mTorr、
MW電力300W、基体温度350℃とした。その上に
実施例2と同じi層、n層、透明電極,集電電極を形成
した。
(Example 5) A nip type solar cell using the ZnO thin film layer formed by the method of (5) (SC Ex. 5)
Was prepared. The ZnO thin film layer is formed at a substrate temperature of 350 ° C. using a normal RF magnetron sputtering method,
A p layer (μc-Si: B) is formed thereon by the MWPCVD method under the conditions of a SiH 4 gas flow rate of 50 sccm, B 2
H 6 / H 2 gas flow rate 500 sccm, pressure 5 mTorr,
The MW power was 300 W and the substrate temperature was 350 ° C. On it, the same i-layer, n-layer, transparent electrode and current collecting electrode as in Example 2 were formed.

【0149】ZnO薄膜層内のホウ素含有量は図3−c
のようになっており、また粒界近傍ではホウ素含有量が
多くなっていることがSIMSで判明した。
The boron content in the ZnO thin film layer is shown in FIG.
SIMS revealed that the boron content was high near the grain boundaries.

【0150】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実2)よりもさらに優れた
特性を有することが分かった。また実施例2と同様な測
定をしたところ、(SC実5)は(SC実2)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, it was found that the solar cell (SC Ex. 5) had more excellent characteristics than (SC Ex. 2). Also, the same measurement as in Example 2 was performed, and it was found that (SC Ex. 5) had more excellent characteristics than (SC Ex. 2).

【0151】(実施例6)(5)の形成方法で形成し、
ホウ素とシリコンを含有したZnO薄膜層を用いたni
p型の太陽電池(SC実6)を作製した。ZnO薄膜層
は通常のRFマグネトロンスパッタリング法を用いて基
体温度350℃で形成した。その上にp層をMWPCV
D法で形成し、形成条件はSiH4 5ガス流量0scc
m、B2 6/H2 ガス流量500sccm、圧力5m
Torr、MW電力800W、基体温度350℃とし
た。
(Example 6) A film was formed by the method of (5),
Ni using ZnO thin film layer containing boron and silicon
A p-type solar cell (SC Ex. 6) was produced. ZnO thin film layer
Is based on standard RF magnetron sputtering
It was formed at a body temperature of 350 ° C. On top of that, the p layer is MWPCV
D method, and the formation condition is SiHFour5 gas flow rate 0scc
m, BTwoH 6/ HTwoGas flow rate 500sccm, pressure 5m
Torr, MW power 800W, substrate temperature 350 ° C
Was.

【0152】ZnO薄膜層内のホウ素含有量は図3−c
のようになっており、また粒界近傍ではホウ素含有量が
多くなっていることがSIMSで判明した。同様にZn
O薄膜層内のシリコン含有量は図3−cのようになって
おり、また粒界近傍ではシリコン含有量が多くなってい
ることがSIMSで判明した。
The boron content in the ZnO thin film layer is shown in FIG.
SIMS revealed that the boron content was high near the grain boundaries. Similarly, Zn
SIMS revealed that the silicon content in the O thin film layer was as shown in FIG. 3C, and that the silicon content was high near the grain boundaries.

【0153】i層、n層、透明電極、集電電極は実施例
1と同じ条件で作製した。実施例1と同様な測定を行っ
たところ、太陽電池(SC実6)は(SC実5)よりも
さらに優れた特性を有することが分かった。また実施例
2と同様な測定をしたところ、(SC実6)は(SC実
5)よりもさらに優れた特性を有することが分かった。
The i-layer, the n-layer, the transparent electrode, and the current collecting electrode were manufactured under the same conditions as in Example 1. When the same measurement as in Example 1 was performed, it was found that the solar cell (SC Ex. 6) had more excellent characteristics than (SC Ex. 5). In addition, the same measurement as in Example 2 was performed, and it was found that (SC Ex. 6) had more excellent characteristics than (SC Ex. 5).

【0154】(実施例7)(7)の形成方法で形成し、
ホウ素、シリコン、ゲルマニウムを含有させたZnO薄
膜層を用いたnip型の太陽電池(SC実7)を作製し
た。ZnO薄膜層は通常のRFマグネトロンスパッタリ
ング法を用いて基体温度を350℃で形成し、p層は新
たにGeH4 を1sccm導入する以外は実施例6と同
じ条件で形成し、i層はMWPCVD法で形成し、Si
4 ガス流量150sccm、H2ガス流量300sc
cm、圧力5mTorr、MW電力400W、RF電力
を800Wとした。
(Example 7) A film was formed by the method of (7),
A nip solar cell (SC Ex. 7) using a ZnO thin film layer containing boron, silicon, and germanium was manufactured. The ZnO thin film layer is formed at a substrate temperature of 350 ° C. using a normal RF magnetron sputtering method, the p layer is formed under the same conditions as in Example 6 except that GeH 4 is newly introduced at 1 sccm, and the i layer is formed by the MWPCVD method. Formed with Si
H 4 gas flow rate 150 sccm, H 2 gas flow rate 300 sc
cm, pressure 5 mTorr, MW power 400 W, and RF power 800 W.

【0155】ZnO薄膜層内のホウ素含有量は図3−c
のようになっており、また粒界近傍ではホウ素含有量が
多くなっていることがSIMSで判明した。さらにZn
O薄膜層内のシリコン含有量とゲルマニウム含有量は図
3−cのようなっており、また粒界近傍ではシリコン含
有量とゲルマニウム含有量がともに多くなっていること
がSIMSで判明した。
The boron content in the ZnO thin film layer is shown in FIG.
SIMS revealed that the boron content was high near the grain boundaries. Further Zn
SIMS revealed that the silicon content and the germanium content in the O thin film layer were as shown in FIG. 3C, and that both the silicon content and the germanium content increased near the grain boundaries.

【0156】n層、透明電極、集電電極は実施例1と同
じ条件で作製した。実施例1と同様な測定を行ったとこ
ろ、太陽電池(SC実7)は(SC実6)よりもさらに
優れた特性を有することが分かった。また実施例2と同
様な測定をしたところ、(SC実7)は(SC実6)よ
りもさらに優れた特性を有することが分かった。
The n-layer, transparent electrode, and current collecting electrode were manufactured under the same conditions as in Example 1. The same measurement as in Example 1 was performed, and it was found that the solar cell (SC Ex. 7) had more excellent characteristics than (SC Ex. 6). In addition, the same measurement as in Example 2 was performed, and it was found that (SC Ex. 7) had more excellent characteristics than (SC Ex. 6).

【0157】(実施例8)pinpin構造を有する図
4−aの太陽電池(SC実8)を作製した。シリコンを
含有しないターゲットを用い、(6)の形成方法で基体
上に結晶性ZnO薄膜層、n1層(a−Si:PB R
FPCVD法、層厚40nm)を形成した後、Arガス
流量300sccm、圧力10mTorr、MW電力6
00Wの条件で30分間、マイクロ波プラズマ処理を行
った。続いてi1層(a−SiGeRFPCVD法、層
厚250nm)、pl層(a−SiC:B MWPCV
D法 層厚10nm)、n2層(a−Si:P RFP
CVD法、層厚20nm)、i2層(a−Si MWP
CVD法、層厚150nm)、p2層(μc−SiC:
B MWPCVD法、層厚5nm)を順次積層した。Z
nO薄膜層、pinpin層以外は実施例1と同じもの
を用いた。
Example 8 A solar cell (SC Ex. 8) having a pinpin structure and shown in FIG. 4A was manufactured. Using a target not containing silicon, a crystalline ZnO thin film layer and an n1 layer (a-Si: PBR) were formed on a substrate by the formation method of (6).
After forming the FPCVD method, the layer thickness is 40 nm, the Ar gas flow rate is 300 sccm, the pressure is 10 mTorr, and the MW power is 6
Microwave plasma treatment was performed under the condition of 00W for 30 minutes. Subsequently, an i1 layer (a-SiGe RFPCVD method, a layer thickness of 250 nm) and a pl layer (a-SiC: B MWPCV)
D method layer thickness 10 nm), n2 layer (a-Si: P RFP)
CVD method, layer thickness 20 nm), i2 layer (a-Si MWP)
CVD method, layer thickness 150 nm), p2 layer (μc-SiC:
B MWPCVD method, layer thickness 5 nm). Z
The same layers as in Example 1 were used except for the nO thin film layer and the pinpin layer.

【0158】ZnO薄膜層内のホウ素含有量は図3−b
のようになっており、また粒界近傍ではホウ素含有量が
多くなっていることがSIMSで判明した。さらにZn
O薄膜層内のシリコン含有量は図3−bのようになって
おり、また粒界近傍ではシリコン含有量がともに多くな
っていることがSIMSで判明した。
The boron content in the ZnO thin film layer is shown in FIG.
SIMS revealed that the boron content was high near the grain boundaries. Further Zn
SIMS showed that the silicon content in the O thin film layer was as shown in FIG. 3B, and that the silicon content increased near the grain boundaries.

【0159】(比較例8)実施例8でマイクロ波プラズ
マ処理を行わない以外は、実施例8と同じ条件でpin
pin型の太陽電池(SC比8)を作製した。
(Comparative Example 8) The same procedure as in Example 8 was performed except that the microwave plasma treatment was not performed.
A pin type solar cell (SC ratio: 8) was produced.

【0160】実施例1と同様な測定を行ったところ、太
陽電池(SC実8)は(SC比8)よりもさらに優れた
特性を有することが分かった。また実施例2と同様な測
定をしたところ、(SC実8)のほうが(SC比8)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, and it was found that the solar cell (SC Ex. 8) had more excellent characteristics than (SC ratio 8). In addition, the same measurement as in Example 2 was performed, and it was found that (SC Ex. 8) had better characteristics than (SC Comp. 8).

【0161】(実施例9)ガラス基体上に実施例1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
in層を形成し、pin層上にAlからなる光反射層を
有する太陽電池(SC実9)を作製した。光反射層は層
厚0.5μmで、電子ビーム真空蒸着法で形成した。
(Example 9) A ZnO thin film layer similar to that of Example 1 was formed on a glass substrate.
Except for flowing 4 gas at 10 sccm, the same p
An in-layer was formed, and a solar cell (SC Ex. 9) having a light reflection layer made of Al on the pin layer was manufactured. The light reflection layer had a thickness of 0.5 μm and was formed by electron beam vacuum evaporation.

【0162】(比較例9)ZnO薄膜層を形成する際、
ホウ素を含有しないターゲットを用いた以外は、実施例
9と同じ条件で太陽電池(SC比9)を作製した。
(Comparative Example 9) When forming a ZnO thin film layer,
A solar cell (SC ratio 9) was manufactured under the same conditions as in Example 9 except that a target containing no boron was used.

【0163】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9)は(SC
比9)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 that it had better characteristics than the ratio 9).

【0164】(実施例10)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pinp
in型の太陽電池を作製した。
(Embodiment 10) Using the deposition apparatus using the roll-to-roll method of FIG. 5, the pinp of FIG.
An in-type solar cell was manufactured.

【0165】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ではホウ素を含
有するZnO薄膜層を、堆積室503〜508ではpi
npin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 boron in the deposition chamber 502, and pi in the deposition chambers 503 to 508.
For the npin layer, a transparent electrode made of ITO is formed in the deposition chamber 509.

【0166】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、ターゲットにはホ
ウ素を含有しないZnOを用いる。堆積室509ではR
Fマグネトロンスパッタリング法を行い、O2ガスとA
rガスを導入し、ターゲットにはITO(In2 3
SnO2 (5wt%))を用いる。
In each of the deposition chambers, a halogen lamp heater 518 for heating the substrate from behind is installed, and each deposition chamber is heated to a predetermined temperature. In the deposition chamber 501, a DC magnetron sputtering method is performed, Ar gas is introduced from a gas inlet 526, and AlSi (9: 1) is used as a target.
Is used. In the deposition chamber 502, RF magnetron sputtering is performed, an Ar gas is introduced, and ZnO containing no boron is used as a target. In the deposition chamber 509, R
F magnetron sputtering, O 2 gas and A
r gas was introduced, and ITO (In 2 O 3 +
SnO 2 (5 wt%) is used.

【0167】550は堆積室503〜508を上から見
た図で、堆積室504、507ではRF電力を印加した
MWPCVD法を実施し、堆積室508では通常のMW
PCVD法を実施し、堆積室503、505、506で
はRFPCVD法を実施する。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
512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504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。
Reference numeral 550 denotes a top view of the deposition chambers 503 to 508. In the deposition chambers 504 and 507, an MWPCVD method to which RF power is applied is performed.
The PCVD method is performed, and the RFPCVD method is performed in the deposition chambers 503, 505, and 506. 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 connected to the source gas inlet 514. 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 an inlet 519 through which scavenging gas flows is provided in a separation passage 512 connected to the deposition chamber.
A scavenging gas as shown in the figure is introduced. A bias electrode 531 is arranged in the deposition chambers 504 and 507, which are the i-layer deposition chambers, and an RF power supply (not shown) is connected as a power supply.

【0168】540は堆積室502を横から見た図で、
層厚方向に対してホウ素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B2 6/H2 ガスを用いた。こうす
ることによってB2 6/H2ガスの一部は堆積室502
に流入し、一部は堆積室503に流入する。しかもpi
n層との界面近傍543では多くのホウ素が含有され、
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。
540 is a side view of the deposition chamber 502.
In order to gradually change the boron content in the layer thickness direction, B 2 H 6 / H 2 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, a part of the B 2 H 6 / H 2 gas is removed from the deposition chamber 502.
, And partly flows into the deposition chamber 503. And pi
A lot of boron is contained in the vicinity 543 of the interface with the n-layer,
A change in the content is obtained such that the content gradually decreases toward the interface 541 with the Ag light reflection layer.

【0169】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。
[0169] A 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.

【0170】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 above stainless 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.

【0171】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2
000nm)、堆積室503でn1層(μc−Si:P
B、層厚20nm)を形成し、堆積室504でi1層
(a−SiGe、層厚180nm)、堆積室505でp
1層(μc−Si:B、層厚10nm)、堆積室506
でn2層(μc−Si:P、層厚20nm)、堆積室5
07でi2層(a−Si、層厚220nm)、堆積室5
08でp2層(μc−SiC:B、層厚10nm)、堆
積室509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 a substrate in a deposition chamber 501, and a ZnO thin film layer (substrate temperature 350 ° C., layer thickness 2) is formed in a deposition chamber 502.
000 nm), n1 layer (μc-Si: P
B, a layer thickness of 20 nm), an i1 layer (a-SiGe, a layer thickness of 180 nm) in the deposition chamber 504, and a p layer in the deposition chamber 505.
One layer (μc-Si: B, layer thickness 10 nm), deposition chamber 506
, N2 layer (μc-Si: P, layer thickness 20 nm), deposition chamber 5
07, i2 layer (a-Si, layer thickness 220 nm), deposition chamber 5
08, a p2 layer (μc-SiC: B, layer thickness 10 nm) and a transparent electrode (ITO, layer thickness 75 nm) were sequentially formed in the deposition chamber 509.

【0172】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、ブラズ
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 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.

【0173】次にスクリーン印刷法で層厚5μm、線幅
0.5mmのカーボンスペースを印刷し、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。以上でロール・ツー・ロー
ル法を用いたpinpin型太陽電池(SC実10)の
作製を終えた。
Next, a carbon space 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. Thus, the production of the pinpin type solar cell (SC Ex. 10) using the roll-to-roll method was completed.

【0174】(比較例10)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
薄膜層にホウ素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10)を作製した。
(Comparative Example 10) The scavenging gas flowing in the separation passage between the deposition chambers 502 and 503 was changed to Ar gas,
A solar cell (SC ratio: 10) was manufactured under the same conditions as in Example 14 except that boron was not contained in the thin film layer.

【0175】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10)は、従来の太
陽電池(SC比10)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. 10) of the present invention had more excellent characteristics than the conventional solar cell (SC ratio: 10). Do you get it.

【0176】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10)、(SC比10)
ともにc軸配向性を有することが分かった。また(SC
実10)ではZnO薄膜層内でのホウ素含有量が図3−
bのように変化していることがSIMSで分かった。ま
た(SC比10)ではホウ素は含有していなかった。
When the crystallinity was evaluated using an X-ray diffractometer in the same manner as in Example 1, (SC Ex. 10), (SC ratio 10)
Both were found to have c-axis orientation. Also (SC
In Example 10), the boron content in the ZnO thin film layer is
It was found by SIMS that it changed like b. Also, (SC ratio 10) did not contain boron.

【0177】またロール状に巻いた(SC実10)と
(SC比10)を3カ月間暗所で保存していたところ、
(SC実10)では層剥離はみられなかったが(SC比
10)ではわずかに層剥離がみられた。
Further, when (SC Ex 10) and (SC ratio 10) wound in a roll were stored in a dark place for 3 months,
In (SC Ex. 10), no delamination was observed, but in (SC ratio 10), delamination was slightly observed.

【0178】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 element of the present invention was exhibited irrespective of the element configuration and element material.

【0179】[0179]

【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
再結合の抑制し、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。また高温高湿度環
境下での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。さらに高温高湿度環境下で光起電力素子に
バイアス電圧印加した場合の光劣化、振動劣化を抑制
し、短絡しないようにすることができる。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 the 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. In addition, light deterioration and vibration deterioration of the photovoltaic element in a high temperature and high humidity environment can be suppressed. Furthermore, it is possible to suppress light deterioration and vibration deterioration when a bias voltage is applied to the photovoltaic element in a high-temperature and high-humidity environment, and to prevent a short circuit. 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薄膜層中のホウ素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 boron content in a ZnO thin film layer in a layer thickness direction.

【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、 518 ランプヒーター、 519 掃気ガス入口、 520 送り出しロール、 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、 529 トロイダルコイル、 531 バイアス電極、 541 界面、 543 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 p npinpin layer, 501,502,503,504,505,506,5
07, 508, 509 deposition chamber, 510 substrate feeding chamber, 511 substrate winding chamber, 512 separation passage, 513 substrate, 514 gas inlet, 515 exhaust port, 516 RF electrode, 517 microwave applicator, 518 lamp heater, 519 scavenging gas Inlet, 520 delivery roll, 521 guide roller, 522 take-up roll, 523 guide roller, 526 gas inlet, 527 target electrode, 529 toroidal coil, 531 bias electrode, 541 interface, 543 interface vicinity.

───────────────────────────────────────────────────── 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62−259480(JP,A) 特開 昭62−295466(JP,A) 特開 平4−369870(JP,A) 特開 平1−161776(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/04 - 31/078 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-5-110125 (JP, A) JP-A-62-122011 (JP, A) JP-A-62-259480 (JP, A) JP-A 62-259480 295466 (JP, A) JP-A-4-369870 (JP, A) JP-A-1-161776 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 31/04-31 / 078

Claims (11)

(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0.1〜1.0 μmの凹凸を有
す、c軸配向性の結晶性薄膜であり、且つホウ素(B)
を含有し、該ホウ素の含有量が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ホウ素が多く含有さ
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.
Layer), the zinc oxide thin film layer is a c-axis oriented crystalline thin film having irregularities of 0.1 to 1.0 μm on the surface, and boron ( B)
Containing, taking the minimum value content of the boron at the interface with the substrate, it is increasing gradually towards the pin layer, before
High boron content near the grain boundaries of the zinc oxide thin film layer
A photovoltaic element, characterized in that it is provided.
【請求項2】 前記酸化亜鉛薄膜層はシリコン及び/ま
たはゲルマニウムを含有し、該シリコン及び/またはゲ
ルマニウム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いることを
特徴とする請求項1に記載の光起電力素子。
2. The zinc oxide thin film layer contains silicon and / or germanium, and the content of the silicon and / or germanium has a minimum value at the interface with the substrate, and gradually increases toward the pin layer. The photovoltaic device according to claim 1, wherein:
【請求項3】 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、且つホウ素(B)を含
有し、該ホウ素の含有量が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
酸化亜鉛薄膜層はシリコン及び/またはゲルマニウムを
含有し、該酸化亜鉛薄膜層の結晶粒界近傍にシリコン及
び/またはゲルマニウムが多く含有されていることを特
徴とする光起電力素子。
3. 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 boron (B), wherein the boron content has a minimum value at the interface with the substrate and gradually increases toward the pin layer ;
The zinc oxide thin film layer is made of silicon and / or germanium
Silicon and silicon near the grain boundaries of the zinc oxide thin film layer.
And / or germanium is contained in a large amount .
【請求項4】 前記c軸は、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1〜3のいずれか1項
記載の光起電力素子。
Wherein said c-axis, the photovoltaic device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it is substantially perpendicular to the substrate surface.
【請求項5】 前記シリコン及び/またはゲルマニウム
の含有量が前記基体との界面で最小値をとり、前記前記
pin層に向かって徐々に増加していることを特徴とす
る請求項記載の光起電力素子。
5. The light according to claim 3, wherein the silicon and / or germanium content has a minimum value at the interface with the substrate and gradually increases toward the pin layer. Electromotive element.
【請求項6】 前記酸化亜鉛薄膜層と接する前記p層ま
たはn層はホウ素を含有することを特徴とする請求項1
〜5のいずれか1項に記載の光起電力素子。
6. The p-layer or the n-layer in contact with the zinc oxide thin film layer contains boron.
The photovoltaic device according to any one of claims 1 to 5.
【請求項7】 前記酸化亜鉛薄膜層と接する前記p層ま
たはn層をマイクロ波プラズマCVD法で形成すること
によって、該p層またはn層中のホウ素を前記酸化亜鉛
薄膜層中に拡散させることを特徴とする請求項6に記載
の光起電力素子。
7. The method according to claim 1, wherein the p-layer or the n-layer in contact with the zinc oxide thin-film layer is formed by a microwave plasma CVD method so that boron in the p-layer or the n-layer is diffused into the zinc oxide thin-film layer. The photovoltaic device according to claim 6, wherein:
【請求項8】 前記酸化亜鉛薄膜層と接する前記p層ま
たはn層を形成した後、マイクロ波プラズマCVD法で
プラズマ処理することによって、該p層またはn層中の
ホウ素を前記酸化亜鉛薄膜層中に拡散させることを特徴
とする請求項6または7に記載の光起電力素子。
8. After forming the p-layer or the n-layer in contact with the zinc oxide thin-film layer, the boron in the p-layer or the n-layer is subjected to plasma treatment by a microwave plasma CVD method. The photovoltaic device according to claim 6, wherein the photovoltaic device is diffused into the photovoltaic device.
【請求項9】 前記i層をマイクロ波プラズマCVD法
で形成することによって、前記酸化亜鉛薄膜層と接する
前記p層またはn層中のホウ素を前記酸化亜鉛薄膜層中
に拡散させて作製したことを特徴とする請求項6〜8の
いずれか1項に記載の光起電力素子。
9. A method in which the i-layer is formed by microwave plasma CVD to diffuse boron in the p-layer or the n-layer in contact with the zinc oxide thin film layer into the zinc oxide thin film layer. The photovoltaic device according to any one of claims 6 to 8, wherein:
【請求項10】 前記酸化亜鉛薄膜層と接する前記p層
またはn層中のシリコン及び/またはゲルマニウムをホ
ウ素とともに前記酸化亜鉛薄膜層に拡散させることを特
徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載の光起電力
素子。
10. The method according to claim 7, wherein silicon and / or germanium in the p layer or the n layer in contact with the zinc oxide thin film layer is diffused into the zinc oxide thin film layer together with boron. A photovoltaic device according to Item.
【請求項11】 前記基体は可とう性を有する帯状基体
であり、ロール状に巻くことができることを特徴とする
請求項1〜10のいずれか1項に記載の光起電力素子。
11. The photovoltaic device according to claim 1, wherein the substrate is a flexible band-shaped substrate and can be wound in a roll.
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