JP3618986B2 - Photovoltaic element manufacturing method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は電析により酸化亜鉛層を形成する工程を有する光起電力素子の製造方法に係わる。
【0002】
【従来の技術】
従来より、光起電力素子の長波長における収集効率を改善するために、半導体層の裏面に金属等からなる反射層を設ける事が知られている。また、該反射層と半導体層との間に凹凸を有する酸化亜鉛層を設けることにより、反射光の光路長を伸ばす光閉込め効果や、シャント時に過大な電流が流れることを抑制する効果が得られる事が知られている。酸化亜鉛層にはスパッタ法で形成したZnOが広く用いられている。ZnOは酸化スズ、酸化インジウムのように水素を含有するプラズマに晒されても水素によって還元されることがないため、その上にCVD法によって半導体層を堆積する場合に好適である。
【0003】
例えば「29p−MF−22ステンレス基板上のa−SiGe太陽電池における光閉じ込め効果」(1990年秋季)第51回応用物理学会学術講演会講演予稿集p747、あるいは「a−SiC/a−Si/a−SiGe Multi−Bandgap StackedSolar Cells With Bandgap Profiling,」、Sannomiya et al.,Technical Digest of the International PVSEC−5,Kyoto,Japan,p381,1990 には反射層と酸化亜鉛層とのコンビネーションにて、光閉じ込め効果による短絡電流の増大を達成したことが記載されている。
【0004】
一方、「Electrolyte Optimization for Cathodic Growth of Zinc Oxide Films」 M. Izaki and T. Omi, J.Electrochem.Soc., Vol.143, No.3, March 1996や特開平8−217443などに、酸化亜鉛層を亜鉛イオン及び硝酸イオンを含有する水溶液からの電解によって作成する方法が報告されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の光閉じ込め効果を有する層は、一般に抵抗加熱や電子ビームによる真空蒸着法、スッパッタリング法、イオンプレーティング法、CVD法などによって形成されている。このため、ターゲット材料などの作成コストが高いこと、真空プロセスが必要であること、真空装置の償却費が大きいこと、材料の利用効率が高くないこと、等の問題点がある。したがって、これらの技術を用いると、光起電力素子のコストを極めて高くなり、太陽電池を産業的に応用しようとする上で大きなバリアとなっている。
【0006】
また、前記亜鉛イオン及び酢酸イオンを含有する水溶液からの電解によって 形成された酸化亜鉛層は安価に形成することが出来るが、以下の問題点を有していた。
【0007】
(1)特に、電流密度を上昇させたり、溶液の濃度を上げた場合に、堆積膜上にミクロンオーダーを越えるような針状や球状や樹脂状などの形状をした異常成長が生成しやすく、この酸化亜鉛層を光起電力素子の一部として用いた場合には、これらの異常成長が光起電力素子のシャントパスを誘発する原因となっていた。
【0008】
(2)酸化亜鉛結晶粒の大きさにばらつきが生じやすく、大面積化したときの均一性に問題があった。
【0009】
(3)基体上への密着性が抵抗加熱や電子ビームによる真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、CVD法などによって形成されたものに対して劣っていた。
【0010】
(4)平滑な膜厚をもった薄膜しか形成されず、光閉じ込め効果のある凸凹形状を備えた酸化亜鉛膜の形成方法が未知であった。
【0011】
本発明は、光起電力素子の光閉じ込め層に適用するのに好適な酸化亜鉛層を電析によって形成する方法を提供するものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための光起電力素子の製造方法は、少なくとも硝酸イオン及び亜鉛イオンを含有してなる水溶液に浸漬された導電性基体と、該溶液中に浸漬された電極との間に通電することにより、酸化亜鉛層(第1の酸化亜鉛層)を前記導電性基体上に形成する工程と、該酸化亜鉛層をエッチングする工程と、半導体層を形成する工程を有し、前記第1の水溶液が炭水化物を含有する製造方法である。
【0013】
前記エッチングする工程と、前記半導体層を形成する工程との間に、第2の酸化亜鉛層を前記酸化亜鉛層と同様に形成する工程を有していてもよい。
【0014】
前記水溶液中に炭水化物を含有することにより、酸化亜鉛結晶粒の異常成長を抑制できるため、素子のリーク電流を減少し、光電変換効率や歩留まりを向上できる。
【0015】
前記支持体上に反射率の高い金属による金属層を設けることによって、基体としての反射率を高めることができ、より光変換効率の高い光起電力素子を作成することができる。
【0016】
金属層としては、Au、Ag、Cu、CuMg(CuとMgの合金)、Al等を用いることが出来る。Alは安価なため金属層に好適であるが、Alは硝酸イオン及び亜鉛イオンが存在する水溶液に溶解するため、Al上に酸化亜鉛を電析することは困難である。この場合、Alの上に予め透明かつ導電性の中間層を形成しておくと良い。
【0017】
エッチングには酢酸または酢酸水溶液を用いることが望ましい。
【0018】
基板上に形成される酸化亜鉛層は、微細な結晶で平滑な表面をもち基板との密着性にすぐれた下部層と、結晶粒が大きく凸凹に富んだ表面をもち光閉じ込め効果の大きい上部層との積層構造とすることが好ましい。このような酸化亜鉛層は基板への密着性と効果的な光閉じ込めを両立する事が出来る。これらの層は形成温度、電流密度、又は水溶液濃度を互いに異ならしめることにより形成することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
(光起電力素子の構成)
図1は本発明の光起電力素子の概略的断面図である。導電性基板101の上に金、銀、銅、銅マグネシウム、またはアルミニウムを主成分とする裏面反射層102、酸化亜鉛からなる酸化亜鉛層110、半導体層105、上部透明電極106、及び集電電極107が積層されている。
【0020】
図1(a)における酸化亜鉛層110は、下部層103(a)及び上部層104(a)からなる。上部層104(a)の表面はエッチングされ凹凸が形成されている。上部層の形成温度は80度以上であることが望ましい。また、下部層を形成するための電流密度は、上部層のそれよりも高いことが望ましい。また、下部層を形成するための硝酸イオン及び亜鉛イオンの濃度は、上部層のそれよりも高いことが望ましい。
【0021】
図1(b)における酸化亜鉛層110は、酸化亜鉛層103(b)及び第2の酸化亜鉛層104(b)からなる。その他は図1(a)と同様である。酸化亜鉛層103(b)の表面はエッチングされ凹凸が形成されている。その後第2の酸化亜鉛層104(b)が形成される。酸化亜鉛層103(b)が、図1(a)に示したように2層構造になっていてもよい。
【0022】
(酸化亜鉛層の形成方法)
次に本発明の光起電力素子の酸化亜鉛からなる酸化亜鉛層の形成方法を図2(a)により示す。
【0023】
まず容器204に所定の濃度の硝酸亜鉛水溶液203を調製し、磁気撹拌子209を用いて水溶液をよく撹拌し、ヒーター208を用いて所定の温度まで水溶液を加熱する。次に対向電極202、絶縁テープ206を貼った導電性基板201を電源205及び負荷抵抗207に接続し、水溶液を介した回路を形成し、定電流モードで回路に電圧を印加する。すると透明な酸化亜鉛薄膜が負極側の導電性基板表面に析出する。
【0024】
所定の膜厚の酸化亜鉛層が形成されたところで、電圧印加を中断し、ただちに酸化亜鉛層が形成された導電性基板を取り出し、純水で十分に洗浄する。
【0025】
ここで硝酸イオンと亜鉛イオンの供給源として硝酸亜鉛を用いる場合、硝酸亜鉛水溶液の濃度は0.05mol/l以上、1.0 mol/l以下が望ましい。また温度は50℃以上が望ましい。さらに導電性基板表面での電流密度は0.1mA/cm以上、100mA/cm以下であることが望ましい。
【0026】
これらの形成条件は裏面反射層の種類、断面形状、結晶状態によって 異なるので一義的に決定することはできないが、一般的には硝酸亜鉛濃度が濃いほど酸化亜鉛の結晶粒は大きく、表面に凹凸ができやすい。また形成温度が低いほど、酸化亜鉛の結晶粒は大きい傾向がある。さらに電流密度が大きいほど表面の凹凸は減少していく傾向があるが、形成速度は大きくなる。
【0027】
(エッチング)
図2(b)に酸化亜鉛層の表面をエッチング処理する装置を示す。酸化亜鉛は両性酸化物であるため酸にもアルカリにも溶ける。まず酢酸などの酸性水溶液またはアンモニア水などのアルカリ性水溶液213を容器214に入れ、酸化亜鉛層が形成された導電性基板212をこの水溶液に浸漬し、酸化亜鉛からなる酸化亜鉛層をエッチング処理する。
【0028】
エッチングのための溶液としては、酸性水溶液、アルカリ性水溶液を用いることができ、酢酸などのような弱酸、アンモニア水などの弱アルカリ、あるいは硝酸などの強酸、水酸化カリウムなどの強アルカリを十分水で薄めて使用することが望ましい。酸性水溶液としては水素イオン濃度pHは2以上、5以下のものが好ましく、アルカリ性水溶液としては水素イオン濃度pHは9以上、12以下のものが好ましい。エッチング時の温度は室温から50℃までが好ましい。またエッチング時間は、酢酸を用いる場合5〜30秒が好ましい。
【0029】
エッチング液中に硫酸イオン、硫化物イオン、又は水酸化物イオンを多量に含有する水溶液は硫酸亜鉛、硫化亜鉛、水酸化亜鉛などが酸化亜鉛層中に沈殿し歩留まり低下を起こすことがある。本発明者らは、エッチング液として酢酸又は酢酸水溶液が特に好適であることを見出した。酢酸を用いることにより光閉じ込めに好適な凹凸を容易に形成することが出来、また装置に特別な耐酸性対策を施す必要がない。
【0030】
(酸化亜鉛層の断面形状)
図3(a)は酸化亜鉛からなる酸化亜鉛層のエッチング前の断面形状で、比較的鋭い穴320及び緩い穴321が形成されている。この状態では光起電力素子の光閉じ込め層に好適な断面形状ではない。また、鋭い穴320は素子の短絡の原因になるので望ましいものではない。本発明は逆にこの鋭い穴を積極的に利用し、光閉じ込め層に好適な断面形状を得るものである。すなわち、鋭い穴を有する酸化亜鉛層をエッチングすると、該鋭い穴の周囲が侵食されて図3(b)に示すような好適な凹凸を得ることが出来るのである。ここで穴とは、酸化亜鉛層の表面と水平面とのなす角が70°以上の領域をいう。
【0031】
エッチング前の穴の径は0.05乃至0.3μm程度が好ましい。穴の密度は100μmあたり100乃至1000個が好ましい。
【0032】
エッチングによってもなお鋭い穴327が残ることがありうる。そこで、前述と同様に電析によって第2の酸化亜鉛層304を第1の酸化亜鉛層303の上に形成し、鋭い穴327を埋めるようにしてもよい(図3(c))。第2の酸化亜鉛層を形成するための電流密度は、第1のそれに比べて大きくすることによってより効果的に鋭い穴327を埋めるような堆積が出来る。これは電流密度が大きいほど膜堆積が一様になされるためである。エッチング前の表面粗さRaは50〜300Åであり、エッチング後のRaは600Å以上となる。
【0033】
第2の酸化亜鉛層304は従来のスパッタ法によって形成してもよい。
【0034】
(酸化亜鉛層の形成条件)
酸化亜鉛層の穴は、65℃程度の温度で形成した層の上に85℃程度の温度で形成した層を積層することにより好適に得られる。またはある条件で形成した層の上に電流密度を低くし、硝酸亜鉛濃度を低くして層を形成することにより得られる。
【0035】
低温(70℃以下)で形成した酸化亜鉛は緻密であるためエッチングが一様にしか起こらず、形成表面の凹凸形状を大きく変化させるには至らない。しかし高温(80℃以上)で形成した酸化亜鉛は導電性基板の表面に対して垂直方向に結晶が成長し粗であるため不均一なエッチングが起こりやすく、図3(b)のような表面形状になるのではないかと考えられる。
【0036】
又、前記上部層の層厚を制御することにより、エッチング後の表面凹凸形状の深さを制御することが可能である。この製造方法により酸化亜鉛からなる酸化亜鉛層の表面凹凸形状をさらに適正化することができるため光閉じ込めまたは光の散乱がさらに向上する。従って光起電力素子の品質をさらに向上できるものである。
【0037】
また下部層を高い電流密度で形成することによって形成表面はほとんど平坦となり、導電性基板の表面に対して水平方向に結晶が成長し、深く大きい穴が比較的少なく制御される。上部層を低い電流密度かつ低い溶液濃度で形成することによって導電性基板の表面に対して垂直方向に結晶が成長し粗であるため不均一なエッチングが起こりやすく、図3(b)のような表面形状になる。
【0038】
(炭水化物の添加)
本発明の製造方法では水溶液に炭水化物を添加することにより結晶の異常成長を抑制することが出来る。板状の異常成長があると異常成長の発生箇所に形成された半導体層は局所的に薄くなり、過大なリーク電流が発生し、素子としての機能を果たせなくなる。
【0039】
前記炭水化物としては、グルコース(ブドウ糖)、フルクトース(果糖)などの単糖類、マルトース(麦芽糖)、サッカロース(ショ糖)などの二糖類、デキストリン、デンプンなどの多糖類、又はこれらの混合物を用いることが出来る。
【0040】
サッカロースを添加する場合、1乃至300g/l、またはデキストリンを添加する場合、0.001乃至10g/lが望ましい。望ましい範囲を下回ると異常成長抑制効果は少なく、逆に望ましい範囲を超えると形成された酸化亜鉛簿膜がほとんど平坦になってしまうため凹凸を作り出すための必要な穴が減少してしまう。
【0041】
工業的には電流密度を上げたほうが有利であるが、電流密度を5mA/cm以上に上げて酸化亜鉛層を形成すると、大きさ10μm以上の立った板状の異常成長が目立つようになる。しかし水溶液に炭水化物を加えることによってこのような異常成長をほとんどなくすことができる。この製造方法により光起電力素子の歩留りを向上させることができる。
【0042】
(アルミニウム反射層)
アルミニウムは波長600nm−1000nmの光において高い反射率を有し、またエレクトロケミカルマイグレーションを起こさないため、光起電力素子の裏面反射層には最も有望な金属である。しかし、前述のように水溶液中ではアルミニウム上に直接酸化亜鉛を電気化学的に成長(電気めっき)させることは困難である。
【0043】
従ってアルミニウムの上に極薄い(好ましくは0.01μm以上の厚さの)中間層を設けることが好ましい。この中間層は波長600nm−1000nmの光において透明で、かつある程度の(10−8Ωcm以上程度の)導電性を有するものでなければならない。例えば酸化錫(SnO)、酸化インジウム(In)、ITO(SnO+In)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム亜鉛、酸化錫亜鉛などが挙げられる。
【0044】
これらの酸化物はスパッタ法、CVD法、真空蒸着法で形成する。これらの中間層上には本発明の方法によって酸化亜鉛からなる酸化亜鉛層を形成することができる。エッチング処理により凹凸形状が適正化されているため、波長600nm−1000nmの光においても光閉じ込めまたは光の散乱が十分におこなわれる。従って本発明の光起電力素子は品質が高く、電力コストが安いものである。
【0045】
(酸化亜鉛層の層厚)
また酸化亜鉛層全体の膜厚は0.7μm以上3μm以下であることが望ましい。下部層と上部層を形成する場合は、下部層は0.5μm以上、上部層は0.2μm以上であることが好ましい。
【0046】
酸化亜鉛層の膜厚が0.7μm以下だとエッチング処理の際必要な穴の発生密度が極端に小さくなってしまうからである。また波長600nm−1000nmの光の閉じ込め効果や散乱にあまり寄与しなくなるからである。
【0047】
下部層が0.5μm以下だと緻密性が不十分でエッチング処理の際に不必要な穴が生じ易く、上部層が0.2μm以下だとエッチング処理の際必要な穴の発生密度が極端に小さく、又エッチング処理後の表面凹凸形状の深さが不十分になってしまう。
【0048】
酸化亜鉛層の膜厚が3μm以上である場合、立った板状の異常成長の発生密度が大きくなってしまう。また必要以上に厚膜化することは工業的、コスト的に不利である。
【0049】
また、第1及び第2の酸化亜鉛層からなる場合、第1の酸化亜鉛層の膜厚は0.5μm以上、第2のそれは0.05μm以上で、2層あわせて0.7μm以上3μm以下が望ましい。第2の酸化亜鉛層の膜厚が0.05μm以下だと深い穴を完全に埋めることができない。
【0050】
以下、本発明のその他の構成要素を説明する。
【0051】
(導電性基板)
本発明で使用する導電性基板は単体で構成されたものでもよく、あるいは基体に薄膜等を単数または複数形成したものでもよい。また、基板の一方の表面が導電性を有していれば基体は電気絶縁性のものであってもよい。
【0052】
導電性がある材料としては、Cu、Ni、Cr、Fe、Al、Cr、Mo、Nb、Ta、V、Ti、Rh等の金属または、これらの合金が挙げられ、単体で基板として使用できる。特に加工性、強度、化学的安定性、価格などの見地からステンレス、Feなどが適当である。
【0053】
絶縁性の基体の材料としては、ポリエステル、ポリエチレン、ポリカ−ボネ−ト、セルロ−スアセテ−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、セラミックスなどが挙げられ、上記の導電性材料からなる薄膜を少なくとも一方の表面に形成する。
【0054】
これらの材料を基板として使用するにはシ−ト状、あるいは帯状のものを円筒体に巻き付けたロ−ル状であることが望ましい。基体上に薄膜を形成して基板とする場合、真空蒸着法、スパッタ法、スクリ−ン印刷法、ディップ法、プラズマCVD法、電気めっき法、無電界めっき法などで形成する。
【0055】
また、基板表面に凹凸を形成するためにHNO、HF、HCl、HSOなどの酸性溶液を用いて基板表面をエッチングしたり、ラビングしたりしてもよい。
【0056】
また、裏面反射層、酸化亜鉛層の膜はがれ防止のために表面は表面活性剤または有機物質で洗浄されていることが望ましい。
【0057】
(裏面反射層)
本発明で使用する裏面反射層は単層または複数の層から構成されるものであってもよい。金、銀、銅、銅マグネシウム、またはアルミニウムを主成分とする。いずれの場合にも膜厚は0.05μm以上、0.5μm以下であることが好ましい。膜厚が0.05μm以下では反射率が低下するため不利である。また膜厚が0.5μm以上ではコスト的に不利である。
【0058】
該裏面反射層の形成方法は真空蒸着法またはスパッタ法または水溶液から電気化学的に析出する方法(メッキ法)を用いることが望ましい。裏面反射層の表面は平滑なものでも凹凸のあるものでもよい。裏面反射層をスパッタ法で形成する場合には基板温度を150℃以上にして凹凸にすると導電性基板との密着性が向上する。
【0059】
(中間層)
本発明で使用する裏面反射層にアルミニウムを使用する場合、その上には直接本発明の酸化亜鉛層を形成することはできないので、中間層として透明かつ導電性のある層をアルミニウムの層の上に形成する。中間層としては酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウムまたはITOなどが適当である。
【0060】
いずれの場合にも膜厚は0.01μm以上であることが好ましい。膜厚が0.01μm以下では膜が島状になっている可能性があるためである。該裏面反射層の形成方法は真空蒸着法またはスパッタ法または水溶液から電気化学的に析出する方法(メッキ法)を用いることが望ましい。
【0061】
(半導体層)
半導体層の材料としては、pn接合、pin接合、ショットキー接合、ヘテロ接合などが挙げられ、半導体材料としては、水素化非晶質シリコン、水素化非晶質シリコンゲルマニウム、水素化非晶質シリコンカーバイド、微結晶シリコンまたは多結晶シリコン等が使用できる。
【0062】
特に、長尺基板上に連続的に形成するのに好適なのはアモルファスあるいは微結晶のSi、C、Ge、またはこれらの合金である。同時に、水素及び/又はハロゲン原子が含有される。その好ましい含有量は0.1乃至40原子%である。さらに、酸素、窒素などを含有してもよい。これらの不純物濃度は5×1019cm−3以下が望ましい。さらにp型半導体とするにはIII属元素、n型半導体とするにはV属元素を含有する。
【0063】
スタックセルの場合、光入射側に近いpin接合のi型半導体層はバンドギャップが広く、遠いpin接合なるにしたがいバンドギャップが狭くなるのが好ましい。また、i層の内部ではその膜厚の中央よりもp層寄りにバンドギャップの極小値があるのが好ましい。
【0064】
光入射側のドープ層は光吸収の少ない結晶性の半導体か、又はバンドギャップの広い半導体が適している。
【0065】
上述の半導体層を形成するには、マイクロ波(MW)プラズマCVD法または高周波(RF)プラズマCVD法が適している。
【0066】
(透明電極)
透明電極はその膜厚を適当に設定することにより反射防止膜の役割をかねることが出来る。
【0067】
透明電極はITO、ZnO、InO等の材料を、蒸着、CVD、スプレー、スピンオン、浸漬などの方法を用いて形成される。これらの化合物に導電率を変化させる物質を含有してもよい。
【0068】
(集電電極)
集電電極は集電効率を向上させるために設けられる。その製造方法として、マスクを用いてスパッタによって電極パターンの金属を形成する方法や、導電性ペーストあるいは半田ペーストを印刷する方法、金属線を導電性ペーストで固着する方法などがある。
【0069】
なお、必要に応じて光起電力素子の両面に保護層を形成することがある。同時に鋼板等の補強材を併用してもよい。
【0070】
【実施例】
(実施例1)
ステンレス基板(SUS430 10×10cm 厚さ0.2mm)上にAgを0.8μm蒸着し、表1の条件で酸化亜鉛層を形成し、酢酸でエッチングした。半導体層として3つのpin接合を、下の二つのpin接合はマイクロ波CVD法で、最上層のpin接合は高周波CVD法で形成した。下の2つのpin接合はa−SiGe、最上層のpin接合のi層はa−Siとした。また、下の2つのpin接合のp層はμc−Siとした。半導体層は表6の条件で形成した。
【0071】
さらに上部透明電極層としてITOをスパッタ法で0.08μm形成し、集電電極として銀被覆銅線をカーボンペーストでITO上に加熱圧着した。
【0072】
(比較例1a)
酸化亜鉛層を従来のスパッタ法で形成した他は実施例1と同様に作成した。
【0073】
(比較例1b)
エッチングをしなかった他は、実施例1と同様に作成した。
【0074】
(評価)
ソーラーシュミレーター(AM1.5、100mW/cm2、表面温度25℃)を用いて初期光電変換効率、初期短絡電流を測定した。
【0075】
加速試験としてHH試験(高温高湿試験)を行なった。光起電力素子を環境試験箱に投入し温度86℃、湿度85%の状態で150時間放置し、次に環境試験箱を温度25℃、湿度50%に設定して1時間放置した後に取りだした。同様に光起電力素子の光電変換効率、短絡電流を測定した。
【0076】
光照射試験としてシュミレーター(AM1.5、100mW/cm2、表面温度50℃)に800時間暴露し、光電変換効率、短絡光電流を測定した。
【0077】
比較例1a,1bを基準とした時の実施例1の評価結果は、それぞれ、初期光電変換効率が1.14倍、1.07倍、初期短絡電流が1.15倍、1.13倍、高温高湿試験後の光電変換効率が1.08倍、1.06倍、短絡電流が1.12倍、1.10倍、光照射試験後の光電変換効率が1.04倍、1.03倍優れていることが分かった。
【0078】
(実施例2)
酸化亜鉛層が上部層と下部層の2層からなる図1(a)の光起電力素子を作成した。酸化亜鉛層の形成条件を表2のようにしたほかは実施例1と同様の条件とした。
【0079】
実施例1と同様の評価をしたところ、実施例2の素子は比較例1の素子よりも優れていることがわかった。さらに、高温多湿試験及び光照射試験後に光起電力素子を暗所におき、1.1Vの逆バイアスを印加し、リーク電流を測定した。実施例2は比較例1と比べてリーク電流が10分の1程度であった。
【0080】
(実施例3)
基板には長尺シートを用い、該基板上にRoll−to−Roll方式で酸化亜鉛層を形成した。それに先立って、Roll−to−Roll方式を用いたスパッタ法を用いて長尺のSUS430BA(厚さ0.15mm)上にアルミニウム0.05μmと酸化亜鉛からなる中間層0.1μmを形成した。
【0081】
続いて図4(a)に示す装置で酸化亜鉛層を形成した。ここで該装置について説明する。401はステンレスなどの可とう性を有する長尺基板で裏面には不図示の絶縁テープが貼ってある。433はこの基板をロール状に巻きつけた送り出しロール、434は該基板を巻き取る巻き取りロールで、基板は多くの搬送ローラー432を介して送り出しロールから各槽を通って巻き取りロールに巻き取られていく。各ローラーの直径は基板の塑性変形を防止するために本実施例では直径40cm以上とする。
【0082】
402は超音波有機洗浄を行なう洗浄槽で、ごみを除去するフィルターを内蔵する循環装置404が接続され、浴槽内部には超音波振動板403、ヒーター405がある。
【0083】
406は第1の酸化亜鉛層を形成する電析槽1で、同じくごみを除去するフィルターを内蔵する循環装置407が接続され、浴槽内部には亜鉛電極408、ヒーター409があり、外部には定電流電源が接続されている。電析槽1はサッカロースを13g/l添加した硝酸亜鉛水溶液で満たされ、循環装置407は該硝酸亜鉛水溶液の濃度を監視し、濃度が少なくなったら随時硝酸亜鉛を追加するシステムをもっている。
【0084】
411は超音波純水洗浄を行なう洗浄槽2で、同じくごみを除去するフィルターを内蔵する循環装置412が接続され、浴槽内部には超音波振動板413、ヒーター414がある。
【0085】
415は第1の酸化亜鉛層の表面をエッチング処理するエッチング槽で、同じくごみを除去するフィルターを内蔵する循環装置416が接続され、ヒーター417がある。415のエッチング槽内部は0.008mol/lの酢酸水溶液で満たされており、循環装置416は酢酸水溶液の濃度を監視する機能を有し、濃度が小さくなった時点で酢酸を追加するシステムを有する。
【0086】
418は411と同じ洗浄槽3である。422は純水をアルコール等に置換する洗浄槽4で、同じくごみを除去するフィルターを内蔵する循環装置424が接続され、浴槽内部には超音波振動板423がある。431は温風乾燥を行なう乾燥室である。
【0087】
以下にこの装置の使用方法を述べる。まず各槽に所定の溶液を満たし、循環装置、ヒーター、超音波振動を機能させる。洗浄槽1の温度は電析槽1の温度に、洗浄槽2の温度はエッチング槽の温度に、洗浄槽3の温度は80℃程度になるようにヒーターを設定しておく。
【0088】
送り出しロールから送り出された基板は各搬送ローラーを介して、洗浄槽1、電析槽1、洗浄槽 2、エッチング槽、洗浄槽3、洗浄槽4、乾燥室を通って巻き取りロールに巻き取られる。
【0089】
定電流電源410を所定の電流密度になるように設定し、酸化亜鉛層の連続形成を開始する。800mの基板上に酸化亜鉛層を形成し終えたところで、搬送をストップし、定電流電源、ヒーター、超音波振動を切り、酸化亜鉛層が形成された基板を取り出す。表3に酸化亜鉛層の形成条件を示す。
【0090】
次にRoll−to−Roll方式を用いて酸化亜鉛層の上に半導体層をCVD法で形成し、ITOを0.08μmスパッタ法で形成する。表6に示す条件で、3つのpin接合を形成した。
【0091】
取りだしたロール状の太陽電池を30x30cmの大きさに切り、次に実施例1と同様な集電電極を取り付け、バスバーを介して太陽電池を4個直列化し、各太陽電池とは並列にバイパスダイオードを接続した。次に、厚さ0.3mmの支持基板の上にEVA、ナイロン樹脂、EVA、ガラス不織布、直列化した太陽電池、ガラス不織布、EVA、ガラス不織布、EVA、ガラス不織布、フッ素樹脂を重ねあわせて加熱真空封止(ラミネーション)した。
【0092】
上記のように作成した35x130cmの大きさの太陽電池モジュールを実施例1と同様な測定および試験を行なったところ、初期特性、高温多湿試験、光照射試験ではともに優れた特性であった。
【0093】
さらに太陽電池 JIS C 8917のねじり試験を行なった。3つの角を固定し、ひとつの角を3cmだけ変位させる「ねじり」をひとつの角に対して50回繰り返した。同様な「ねじり」をすべての角について行なった。光電変換効率、短絡光電流、リーク電流、低照度開放電圧を測定したところ、ねじり試験による劣化は殆んどなかった。
【0094】
(実施例4)
酸化亜鉛層は上部層と下部層の2つの層からなり、該上部層を形成するための電流密度は該下部層を形成するための電流密度よりも低くし、かつ該上部層を形成する際の硝酸イオンおよび亜鉛イオンの濃度を、下部層を形成する際の各濃度よりも低くして光起電力素子を作成した。実施例1において酸化亜鉛層の形成条件を表4のようにした以外は実施例1と同様な光起電力素子を作成した。実施例1と同様な測定、および試験を行なったところ、実施例4の光起電力素子は実施例1の光起電力素子と同様に優れていることが分った。
【0095】
(実施例5)
図4(b)の装置を用い実施例3と同様に光起電力素子を作成し、モジュール化した。酸化亜鉛層が上部層と下部層の2つの層からなり、該上部層を形成するための電流密度は該下部層を形成するための電流密度よりも低くし、かつ該上部層を形成する際の硝酸イオンおよび亜鉛イオンの濃度を、下部層を形成する際の各濃度よりも低くして光起電力素子を作成した。実施例3において酸化亜鉛層の形成条件を表5のようにした以外は実施例3と同様な光起電力素子実施例5を作成した。実施例3と同様な測定、および試験を行なったところ、実施例5の光起電力素子は実施例3の光起電力素子と同様に優れていることが分った。
【0096】
(実施例6)
エッチング処理を行う水溶液2を0.0005mol/lの硝酸水溶液を用いた他は実施例1と同様に光起電力素子を作成し、試験・評価を行なったところ、実施例6の光起電力素子は実施例1の光起電力素子と同様に優れていることが分った。
【0097】
(実施例7)
エッチング処理を行う水溶液2を0.005mol/lの塩酸水溶液を用いた他は実施例1と同様に光起電力素子を作成し、試験・評価を行なったところ、実施例7の光起電力素子は実施例1の光起電力素子と同様に優れていることが分った。
【0098】
(実施例8)
エッチング処理を行う水溶液2を0.1mol/lの酢酸ナトリウム水溶液を用いた他は実施例1と同様に光起電力素子を作成し、試験・評価を行なったところ、実施例8の光起電力素子は実施例1の光起電力素子と同様に優れていることが分った。
【0099】
(実施例9)
水溶液中のサッカロース含有量を変えた実験を試みた。実施例2において水溶液中のサッカロース含有量を0から800g/lまで変えて実施例2と同様な光起電力素子を作成し、その光電変換効率(初期値)を測定した。結果を図5に示す。図5に示すようにサッカロース含有量が1g/l以上、300 g/l以下のとき光電変換効率が最大となった。
【0100】
酸化亜鉛層の断面をSEM(倍率1000倍)で観察したところ、サッカロースが1g/l以下では立った板状の異常成長が多かった。リーク電流が大きくなって光電変換効率が低下したものであった。逆にサッカロースが300 g/l以上では酸化亜鉛層をエッチング処理した形状が平らすぎて光閉じ込めや光の拡散を行うには不十分であったため、光電変換効率が低下したものであった。
【0101】
(実施例10)
酸化亜鉛層の層厚を変えた実験を試みた。実施例1において酸化亜鉛層の層厚を0.2μmから3.7μmまで変えて実施例1と同様な光起電力素子を作成したところ、図6に示すように酸化亜鉛層の膜厚が0.7μm以上、3μm以下のとき光電変換効率が最大となった。
【0102】
酸化亜鉛層の断面をSEMで観察したところ、酸化亜鉛層の膜厚が0.7μm以下だとエッチング処理の際必要な深い穴の発生密度が極端に小さくなって凹凸の数が少なかった。短絡電流が小さくなって光電変換効率が低下したものであった。逆に酸化亜鉛層の膜厚が3μm以上では立った板状の異常成長の発生密度が大きくなり、リーク電流が大きくなって光電変換効率が低下したものであった。
【0103】
(実施例11)
酸化亜鉛層の下部層の層厚を変えた実験を試みた。実施例2において上部層の層厚は0.2μmとし、下部層の層厚を0.2μmから1.2μmまで変えて実施例2と同様な光起電力素子を作成したところ、図7に示すように酸化亜鉛層の下部層の膜厚が0.5μm以上のとき光電変換効率が最大となる。
【0104】
酸化亜鉛層の断面をSEMで観察したところ、酸化亜鉛層の下部層の層厚が0.5μm以下だと緻密性が不十分でエッチング処理の際に不必要な深い穴が生じ易くリーク電流が大きくなって光電変換効率が低下したものであった。
【0105】
(実施例12)
酸化亜鉛層の上部層の層厚を変えた実験を試みた。実施例2において下部層の層厚は0.5μmとし、上部層の層厚を0.05μmから0.75μmまで変えて実施例2と同様な光起電力素子を作成したところ、図8に示すように酸化亜鉛層の上部層の層厚が0.2μm以上のとき光電変換効率が最大となった。
【0106】
酸化亜鉛層の断面をSEMで観察したところ、透明導電層の上部層の層厚が0.2μm以下だとエッチング処理の際必要な深い穴の発生密度が極端に小さく、又 、エッチング処理後の表面凹凸形状の深さが不十分になってしまい、波長600nm−1000nmの光の閉じ込め効果や散乱にあまり寄与しなくなり短絡電流が小さくなって光電変換効率が低下したものであった。
【0107】
(実施例13)
水溶液中のデキストリン含有量を変えた実験を試みた。実施例2において水溶液中のデキストリン含有量を0から100g/lまで変えて実施例2と同様な光起電力素子を作成したところ、図9に示すようにデキストリン含有量が0.001g/l以上、10 g/l以下のとき光電変換効率が最大となった。
【0108】
酸化亜鉛層の断面をSEMで観察したところ、デキストリン が0.001g/l以下では立った板状の異常成長が多かった。リーク電流が大きくなって光電変換効率が低下したものであった。逆にデキストリンが10g/l以上では酸化亜鉛層をエッチング処理した形状が平らすぎて光閉じ込めや光の拡散を行うには不十分であったため、光電変換効率が低下したものであった。
【0109】
(実施例14)
実施例3において中間層が酸化錫からなる光起電力素子を作成した。膜厚0.12μmの中間層をスパッタ法で形成する以外は実施例3と同じ方法で光起電力素子を作成したところ、実施例3の光起電力素子と同様、優れた特性を有していた。
【0110】
(実施例15)
裏面反射層が銅からなる光起電力素子を作製した。銅からなる裏面反射層を電析法で作成する以外は実施例2と同様な光起電力素子を作成したところ、実施例2の光起電力素子と同様に優れていることが分った。
【0111】
(実施例16)
ステンレス基板(SUS430 10×10cm 厚さ0.2mm)上にAgを蒸着し、表7の条件で第1の酸化亜鉛層を形成し、酢酸でエッチングし、さらに第2の酸化亜鉛層を形成した。半導体層として3つのpin接合を、下の二つのpin接合はマイクロ波CVD法で、最上層のpin接合は高周波CVD法で形成した。下の2つのpin接合はa−SiGe、最上層のpin接合のi層はa−Siとした。また、下の2つのpin接合のp層はμc−Siとした。半導体層は表11の条件で形成した。
【0112】
さらに上部透明電極層としてITOをスパッタ法で0.08μm形成し、集電電極として銀被覆銅線をカーボンペーストでITO上に加熱圧着した。
【0113】
(比較例2)
酸化亜鉛層を従来のスパッタ法で形成した他は実施例16と同様に作成した。
【0114】
比較例2を基準とした時の実施例16の評価結果は、初期光電変換効率が1.15倍、初期短絡電流が1.16倍、高温高湿試験後の光電変換効率が1.07倍、短絡電流が1.10倍、光照射試験後の光電変換効率が1.02倍優れていることが分かった。
【0115】
(実施例17)
第1の酸化亜鉛層が上部層と下部層の2層からなり、さらに第2の酸化亜鉛層を有する光起電力素子を作成した。酸化亜鉛層の形成条件を表8のようにしたほかは実施例16と同様の条件とした。
【0116】
実施例1と同様の評価をしたところ、実施例2の素子は比較例1の素子よりも優れていることがわかった。さらに、高温多湿試験及び光照射試験後に光起電力素子を暗所におき、1.1Vの逆バイアスを印加し、リーク電流を測定した。実施例2は比較例1と比べてリーク電流が10分の1程度であった。また実施例16と比べて酸化亜鉛膜の均一性がすぐれ、光起電力素子としての長波長感度が優れていた。
【0117】
(実施例18)
基板には長尺シートを用い、Roll−to−Roll方式で形成した。まず、Roll−to−Roll方式を用いたスパッタ法を用いて長尺のSUS430BA(厚さ0.15mm)上にアルミニウム0.05μmと酸化亜鉛からなる中間層0.1μmを形成した。
【0118】
続いて図4(c)の装置を用いて第1の酸化亜鉛層を形成し、エッチングした後、さらに第2の酸化亜鉛層を表9の条件で形成した。半導体層は表11の条件で形成した。実施例16と同様に作成した35x130cm2の大きさの太陽電池モジュールを実施例16と同様な測定および試験を行なったところ、初期特性、高温多湿試験、光照射試験ではともに優れた特性であった。
【0119】
さらに太陽電池 JIS C 8917のねじり試験を行なった。3つの角を固定し、ひとつの角を3cmだけ変位させる「ねじり」をひとつの角に対して50回繰り返した。同様な「ねじり」をすべての角について行なった。光導電特性、リーク電流、低照度開放電圧を測定したところ、劣化は殆んどなかった。
【0120】
(実施例19)
酸化亜鉛層は上部層と下部層の2つの層からなり、該上部層を形成するための電流密度は該下部層を形成するための電流密度よりも低くし、かつ該上部層を形成する際の硝酸イオンおよび亜鉛イオンの濃度を、下部層を形成する際の各濃度よりも低くして光起電力素子を作成した。実施例16において酸化亜鉛層の形成条件を表10のようにした以外は実施例1と同様な光起電力素子を作成した。実施例1と同様な測定、および試験を行なったところ、実施例19の光起電力素子は実施例16の光起電力素子と同様に優れていることが分った。
【0121】
(実施例20)
エッチング処理を行う水溶液2として0.0005mol/lの硝酸水溶液を用いた他は実施例16と同様に光起電力素子を作成し、試験・評価を行なったところ、実施例20の光起電力素子は実施例16の光起電力素子と同様に優れていることが分った。
【0122】
(実施例21)
エッチング処理を行う水溶液2として0.005mol/lの塩酸水溶液を用いた他は実施例16と同様に光起電力素子を作成し、試験・評価を行なったところ、実施例21の光起電力素子は実施例16の光起電力素子と同様に優れていることが分った。
【0123】
(実施例22)
エッチング処理を行う水溶液2として0.1mol/lの酢酸ナトリウム水溶液を用いた他は実施例16と同様に光起電力素子を作成し、試験・評価を行なったところ、実施例22の光起電力素子は実施例17の光起電力素子と同様に優れていることが分った。
【0124】
(実施例23)
第1の酸化亜鉛層を形成するための水溶液中のサッカロース含有量を変えた実験を試みた。実施例17において水溶液中のサッカロース含有量を0から800g/lまで変えて実施例17と同様な光起電力素子を作成したところ、図10に示すようにサッカロース含有量が1g/l以上、300 g/l以下のとき光電変換効率が最大となった。
【0125】
酸化亜鉛層の断面をSEMで観察したところ、サッカロースが1g/l以下では立った板状の異常成長が多かった。リーク電流が大きくなって光電変換効率が低下したものであった。逆にサッカロースが300 g/l以上では酸化亜鉛層をエッチング処理した形状が平らすぎて光閉じ込めや光の拡散を行うには不十分であったため、光電変換効率が低下したものであった。
【0126】
第2の酸化亜鉛層を形成するための水溶液のサッカロース含有量に関しても同様のことがわかった。
【0127】
(実施例24)
実施例18において、中間層が酸化スズからなる光起電力素子を作成した。膜厚0.1μmの酸化スズからなる中間層をスパッタ法で形成する以外は実施例18と同様に光起電力素子を作成し、測定・評価をしたところ実施例18と同様の優れた特性を有していた。
【0128】
(実施例25)
裏面反射層が銅からなる光起電力素子を作製した。銅からなる裏面反射層を電析法で作成する以外は実施例17と同様な光起電力素子を作成したところ、実施例17の光起電力素子と同様に優れていることが分った。
【0129】
(実施例26)
第1の透明導電層、第2の透明導電層を電析法で形成する際、第1の水溶液、第2の水溶液にデキストリンを0.1(g/l)の割合で添加して光起電力素子を作成した。添加剤をデキストリンにする以外は実施例16と同様にし、測定・評価を行なったところ、実施例26の太陽電池は実施例16の太陽電池と同様に優れていることが分った。
【0130】
(実施例27)
水溶液中のデキストリン含有量を変えた実験を試みた。実施例26において水溶液中のデキストリン含有量を0から100g/lまで変えて実施例26と同様な光起電力素子を作成したところ、図11に示すようにデキストリン含有量が0.001g/l以上、10 g/l以下のとき光電変換効率が最大となる。第2の酸化亜鉛層を形成するための水溶液のデキストリン含有量に関しても同様のことがわかった。
【0131】
【表1】

Figure 0003618986
【0132】
【表2】
Figure 0003618986
【0133】
【表3】
Figure 0003618986
【0134】
【表4】
Figure 0003618986
【0135】
【表5】
Figure 0003618986
【0136】
【表6】
Figure 0003618986
【0137】
【表7】
Figure 0003618986
【0138】
【表8】
Figure 0003618986
【0139】
【表9】
Figure 0003618986
【0140】
【表10】
Figure 0003618986
【0141】
【表11】
Figure 0003618986
【0142】
【発明の効果】
本発明の光起電力素子製造方法によれば、光閉込め効果に優れた凹凸を有する酸化亜鉛層を形成することが出来るので、光起電力素子の光電変換効率、短絡光電流、リーク電流といった光導電特性を向上できる。また屋外暴露試験、機械的強度、HH(高温高湿環境)試験、長時間光照射における耐久性を向上できる。さらに光起電力素子のコストを大幅に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光起電力素子を示す図
【図2】本発明の酸化亜鉛の製造装置を示す図
【図3】本発明の酸化亜鉛層の断面図
【図4】本発明の酸化亜鉛の連続製造装置を示す図
【図5】水溶液中のサッカロースの含有量と光電変換効率の関係を示す図
【図6】酸化亜鉛層の層厚と光電変換効率の関係を示す図
【図7】酸化亜鉛層の下部層の層厚と光電変換効率の関係を示す図
【図8】酸化亜鉛層の上部層の層厚と光電変換効率の関係を示す図
【図9】水溶液中のデキストリンの含有量と光電変換効率の関係を示す図
【図10】水溶液中のサッカロースの含有量と光電変換効率の関係を示す図
【図11】水溶液中のデキストリンの含有量と光電変換効率の関係を示す図
【符号の説明】
101 導電性基板
102 裏面反射層
103(a) 上部層
104(a) 下部層
103(b) 第1の酸化亜鉛層
104(b) 第2の酸化亜鉛層
105 半導体層
110 酸化亜鉛層
201 導電性基板
202 対向電極
203 水溶液
205 電源
208 ヒーター
320 鋭い穴
321 緩い穴
323 エッチング前の酸化亜鉛層の表面
324 エッチング後の酸化亜鉛層の表面
325 第2の酸化亜鉛層堆積後の表面
327 エッチング後も残った鋭い穴
401 基板
402 洗浄槽1
403 超音波振動板
404 循環装置
405 ヒーター
406 電析槽1
407 循環装置
408 亜鉛電極
409 ヒーター
410 定電流電源
411 洗浄槽2
412 循環装置
413 超音波振動板
414 ヒーター
415 エッチング槽
416 循環装置
417 ヒーター
418 洗浄槽3
419 循環装置
420 超音波振動板
421 ヒーター
422 電析槽2
423 ヒーター
424 循環装置
425 亜鉛電極
426 定電流電源
427 洗浄槽4
428 超音波振動板
429 ヒーター
430 循環装置
431 乾燥室
432 搬送ロール
433 送り出しロール
434 巻き取りロール[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a photovoltaic device having a step of forming a zinc oxide layer by electrodeposition.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in order to improve the collection efficiency at a long wavelength of the photovoltaic element, it is known to provide a reflective layer made of metal or the like on the back surface of the semiconductor layer. In addition, by providing an uneven zinc oxide layer between the reflective layer and the semiconductor layer, an optical confinement effect that extends the optical path length of the reflected light and an effect that suppresses excessive current flow during shunting are obtained. It is known that ZnO formed by sputtering is widely used for the zinc oxide layer. Since ZnO is not reduced by hydrogen even when exposed to plasma containing hydrogen such as tin oxide and indium oxide, it is suitable when a semiconductor layer is deposited thereon by CVD.
[0003]
For example, “Optical confinement effect in a-SiGe solar cell on 29p-MF-22 stainless steel substrate” (Autumn 1990), p747 of the 51st Japan Society of Applied Physics Academic Lecture Proceedings, or “a-SiC / a-Si / a-SiGe Multi-Bandgap Stacked Solar Cells With Bandgap Profiling, "Sannomiya et al. , Technical Digest of the International PVSEC-5, Kyoto, Japan, p381, 1990, describes that a short-circuit current increase due to a light confinement effect was achieved by a combination of a reflective layer and a zinc oxide layer.
[0004]
On the other hand, “Electrolyte Optimization for Cathodic Growth of Zinc Oxide Films” Izaki and T.I. Omi, J .; Electrochem. Soc. , Vol. 143, no. 3, March 1996, Japanese Patent Laid-Open No. 8-217443, and the like have reported methods for producing a zinc oxide layer by electrolysis from an aqueous solution containing zinc ions and nitrate ions.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, a conventional layer having a light confinement effect is generally formed by resistance heating, electron beam vacuum deposition, sputtering, ion plating, CVD, or the like. For this reason, there are problems such as a high production cost of the target material, a vacuum process, a high depreciation cost of the vacuum apparatus, and a low material utilization efficiency. Therefore, when these technologies are used, the cost of the photovoltaic device becomes extremely high, and this is a great barrier to industrial application of solar cells.
[0006]
Moreover, although the zinc oxide layer formed by electrolysis from the aqueous solution containing the zinc ions and acetate ions can be formed at a low cost, it has the following problems.
[0007]
(1) In particular, when the current density is increased or the concentration of the solution is increased, abnormal growth having a shape such as a needle shape, a spherical shape, or a resin shape exceeding micron order is easily generated on the deposited film. When this zinc oxide layer is used as a part of the photovoltaic device, these abnormal growths cause a shunt path of the photovoltaic device.
[0008]
(2) The size of the zinc oxide crystal grains tends to vary, and there is a problem in uniformity when the area is increased.
[0009]
(3) Adhesion on the substrate was inferior to those formed by resistance heating, electron beam vacuum deposition, sputtering, ion plating, CVD, or the like.
[0010]
(4) Only a thin film having a smooth film thickness was formed, and a method for forming a zinc oxide film having an uneven shape with a light confinement effect was unknown.
[0011]
The present invention provides a method of forming a zinc oxide layer suitable for application to a light confinement layer of a photovoltaic device by electrodeposition.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
A method for manufacturing a photovoltaic device for solving the above-described problem is to supply current between a conductive substrate immersed in an aqueous solution containing at least nitrate ions and zinc ions, and an electrode immersed in the solution. A step of forming a zinc oxide layer (first zinc oxide layer) on the conductive substrate, a step of etching the zinc oxide layer, and a step of forming a semiconductor layer. And the first aqueous solution contains carbohydrates Manufacturing method.
[0013]
You may have the process of forming a 2nd zinc oxide layer similarly to the said zinc oxide layer between the process of etching and the process of forming the said semiconductor layer.
[0014]
By containing carbohydrate in the aqueous solution, abnormal growth of zinc oxide crystal grains can be suppressed, so that leakage current of the element can be reduced and photoelectric conversion efficiency and yield can be improved.
[0015]
By providing a metal layer made of a metal having a high reflectance on the support, the reflectance as a substrate can be increased, and a photovoltaic element having a higher light conversion efficiency can be produced.
[0016]
As the metal layer, Au, Ag, Cu, CuMg (an alloy of Cu and Mg), Al, or the like can be used. Al is suitable for the metal layer because it is inexpensive, but since Al dissolves in an aqueous solution containing nitrate ions and zinc ions, it is difficult to deposit zinc oxide on Al. In this case, it is preferable to previously form a transparent and conductive intermediate layer on Al.
[0017]
It is desirable to use acetic acid or an acetic acid aqueous solution for etching.
[0018]
The zinc oxide layer formed on the substrate consists of a fine crystal, smooth surface, a lower layer with excellent adhesion to the substrate, and an upper layer with a large crystal grain and uneven surface and a large light confinement effect. It is preferable to have a laminated structure. Such a zinc oxide layer can achieve both adhesion to the substrate and effective light confinement. These layers can be formed by making the formation temperature, current density, or aqueous solution concentration different from each other.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Configuration of photovoltaic element)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the photovoltaic device of the present invention. On the conductive substrate 101, a back reflective layer 102 mainly composed of gold, silver, copper, copper magnesium, or aluminum, a zinc oxide layer 110 made of zinc oxide, a semiconductor layer 105, an upper transparent electrode 106, and a collecting electrode 107 are stacked.
[0020]
The zinc oxide layer 110 in FIG. 1A includes a lower layer 103 (a) and an upper layer 104 (a). The surface of the upper layer 104 (a) is etched to form irregularities. The upper layer is preferably formed at a temperature of 80 ° C. or higher. Further, it is desirable that the current density for forming the lower layer is higher than that of the upper layer. Further, it is desirable that the concentration of nitrate ions and zinc ions for forming the lower layer is higher than that of the upper layer.
[0021]
The zinc oxide layer 110 in FIG. 1B includes a zinc oxide layer 103 (b) and a second zinc oxide layer 104 (b). Others are the same as in FIG. The surface of the zinc oxide layer 103 (b) is etched to form irregularities. Thereafter, a second zinc oxide layer 104 (b) is formed. The zinc oxide layer 103 (b) may have a two-layer structure as shown in FIG.
[0022]
(Method for forming zinc oxide layer)
Next, a method for forming a zinc oxide layer made of zinc oxide in the photovoltaic element of the present invention is shown in FIG.
[0023]
First, a zinc nitrate aqueous solution 203 having a predetermined concentration is prepared in a container 204, the aqueous solution is thoroughly stirred using a magnetic stirring bar 209, and the aqueous solution is heated to a predetermined temperature using a heater 208. Next, the conductive substrate 201 to which the counter electrode 202 and the insulating tape 206 are attached is connected to a power source 205 and a load resistor 207 to form a circuit through an aqueous solution, and a voltage is applied to the circuit in a constant current mode. Then, a transparent zinc oxide thin film is deposited on the conductive substrate surface on the negative electrode side.
[0024]
When the zinc oxide layer having a predetermined thickness is formed, voltage application is interrupted, and the conductive substrate on which the zinc oxide layer has been formed is taken out and washed thoroughly with pure water.
[0025]
Here, when zinc nitrate is used as a supply source of nitrate ions and zinc ions, the concentration of the aqueous zinc nitrate solution is preferably 0.05 mol / l or more and 1.0 mol / l or less. The temperature is preferably 50 ° C. or higher. Furthermore, the current density on the surface of the conductive substrate is 0.1 mA / cm. 2 100 mA / cm 2 The following is desirable.
[0026]
These formation conditions differ depending on the type, cross-sectional shape, and crystal state of the back reflective layer, and cannot be determined uniquely.However, in general, the higher the zinc nitrate concentration, the larger the zinc oxide crystal grains and the unevenness on the surface. Easy to do. Also, the lower the formation temperature, the larger the zinc oxide crystal grains. Furthermore, the surface current unevenness tends to decrease as the current density increases, but the formation speed increases.
[0027]
(etching)
FIG. 2B shows an apparatus for etching the surface of the zinc oxide layer. Since zinc oxide is an amphoteric oxide, it is soluble in both acids and alkalis. First, an acidic aqueous solution such as acetic acid or an alkaline aqueous solution 213 such as aqueous ammonia is put in a container 214, and the conductive substrate 212 on which the zinc oxide layer is formed is immersed in this aqueous solution, and the zinc oxide layer made of zinc oxide is etched.
[0028]
As the solution for etching, an acidic aqueous solution or an alkaline aqueous solution can be used. A weak acid such as acetic acid, a weak alkali such as ammonia water, a strong acid such as nitric acid, or a strong alkali such as potassium hydroxide is sufficient with water. It is desirable to use it diluted. The acidic aqueous solution preferably has a hydrogen ion concentration pH of 2 or more and 5 or less, and the alkaline aqueous solution preferably has a hydrogen ion concentration pH of 9 or more and 12 or less. The temperature during etching is preferably from room temperature to 50 ° C. The etching time is preferably 5 to 30 seconds when acetic acid is used.
[0029]
In an aqueous solution containing a large amount of sulfate ion, sulfide ion, or hydroxide ion in the etching solution, zinc sulfate, zinc sulfide, zinc hydroxide, or the like may precipitate in the zinc oxide layer and cause a decrease in yield. The inventors have found that acetic acid or an aqueous acetic acid solution is particularly suitable as an etching solution. By using acetic acid, irregularities suitable for light confinement can be easily formed, and it is not necessary to take special acid resistance measures for the apparatus.
[0030]
(Cross sectional shape of zinc oxide layer)
FIG. 3A shows a cross-sectional shape of a zinc oxide layer made of zinc oxide before etching, in which relatively sharp holes 320 and loose holes 321 are formed. In this state, the cross-sectional shape is not suitable for the optical confinement layer of the photovoltaic element. Also, the sharp hole 320 is not desirable because it causes a short circuit of the element. In the present invention, on the contrary, this sharp hole is actively used to obtain a cross-sectional shape suitable for the optical confinement layer. That is, when a zinc oxide layer having a sharp hole is etched, the periphery of the sharp hole is eroded and a suitable unevenness as shown in FIG. 3B can be obtained. Here, the hole refers to a region where the angle formed by the surface of the zinc oxide layer and the horizontal plane is 70 ° or more.
[0031]
The diameter of the hole before etching is preferably about 0.05 to 0.3 μm. Hole density is 100μm 2 100 to 1000 per piece is preferable.
[0032]
Etching can still leave a sharp hole 327. Therefore, as described above, the second zinc oxide layer 304 may be formed on the first zinc oxide layer 303 by electrodeposition to fill the sharp hole 327 (FIG. 3C). The current density for forming the second zinc oxide layer can be deposited so as to fill the sharp hole 327 more effectively by increasing the current density than that of the first zinc oxide layer. This is because film deposition is made more uniform as the current density increases. The surface roughness Ra before etching is 50 to 300 mm, and Ra after etching is 600 mm or more.
[0033]
The second zinc oxide layer 304 may be formed by a conventional sputtering method.
[0034]
(Conditions for forming the zinc oxide layer)
The hole in the zinc oxide layer can be suitably obtained by laminating a layer formed at a temperature of about 85 ° C. on a layer formed at a temperature of about 65 ° C. Alternatively, it can be obtained by forming a layer on a layer formed under certain conditions by reducing the current density and decreasing the zinc nitrate concentration.
[0035]
Since zinc oxide formed at a low temperature (70 ° C. or lower) is dense, etching occurs only uniformly, and the uneven shape of the formation surface does not change greatly. However, zinc oxide formed at a high temperature (80 ° C. or higher) is rough because the crystal grows in a direction perpendicular to the surface of the conductive substrate, and thus non-uniform etching is likely to occur. The surface shape as shown in FIG. It is thought that it becomes.
[0036]
Further, by controlling the layer thickness of the upper layer, it is possible to control the depth of the surface irregularities after etching. By this manufacturing method, the surface unevenness shape of the zinc oxide layer made of zinc oxide can be further optimized, so that light confinement or light scattering is further improved. Therefore, the quality of the photovoltaic element can be further improved.
[0037]
Further, by forming the lower layer at a high current density, the surface to be formed becomes almost flat, crystals grow in the horizontal direction with respect to the surface of the conductive substrate, and deep and large holes are controlled with relatively few. By forming the upper layer at a low current density and a low solution concentration, the crystal grows in a direction perpendicular to the surface of the conductive substrate and is rough, so uneven etching is likely to occur, as shown in FIG. It becomes a surface shape.
[0038]
(Addition of carbohydrates)
In the production method of the present invention, abnormal growth of crystals can be suppressed by adding a carbohydrate to an aqueous solution. If there is a plate-like abnormal growth, the semiconductor layer formed at the location where the abnormal growth occurs is locally thin, an excessive leakage current is generated, and the function as an element cannot be performed.
[0039]
Examples of the carbohydrate include monosaccharides such as glucose (glucose) and fructose (fructose), disaccharides such as maltose (malt sugar) and saccharose (sucrose), polysaccharides such as dextrin and starch, or mixtures thereof. I can do it.
[0040]
When sucrose is added, 1 to 300 g / l, or when dextrin is added, 0.001 to 10 g / l is desirable. If it is below the desired range, the effect of suppressing abnormal growth is small. Conversely, if it exceeds the desired range, the formed zinc oxide film becomes almost flat, so the number of holes necessary to create irregularities is reduced.
[0041]
Industrially, it is advantageous to increase the current density, but the current density is 5 mA / cm. 2 When the zinc oxide layer is formed by increasing the above, standing abnormal plate-like growth having a size of 10 μm or more becomes conspicuous. However, such abnormal growth can be almost eliminated by adding carbohydrate to the aqueous solution. This manufacturing method can improve the yield of photovoltaic elements.
[0042]
(Aluminum reflective layer)
Aluminum is the most promising metal for the back reflective layer of photovoltaic elements because it has a high reflectivity in light with a wavelength of 600 nm-1000 nm and does not cause electrochemical migration. However, as described above, it is difficult to electrochemically grow (electroplate) zinc oxide directly on aluminum in an aqueous solution.
[0043]
Therefore, it is preferable to provide an extremely thin intermediate layer (preferably having a thickness of 0.01 μm or more) on aluminum. This intermediate layer is transparent in light having a wavelength of 600 nm to 1000 nm and has a certain level of (10 -8 It must be conductive (approximately Ωcm or higher). For example, tin oxide (SnO 2 ), Indium oxide (In 2 O 3 ), ITO (SnO 2 + In 2 O 3 ), Zinc oxide (ZnO), indium zinc oxide, tin zinc oxide and the like.
[0044]
These oxides are formed by sputtering, CVD, or vacuum deposition. A zinc oxide layer made of zinc oxide can be formed on these intermediate layers by the method of the present invention. Since the concavo-convex shape is optimized by the etching process, light confinement or light scattering is sufficiently performed even with light having a wavelength of 600 nm to 1000 nm. Therefore, the photovoltaic device of the present invention has high quality and low power cost.
[0045]
(Zinc oxide layer thickness)
The total thickness of the zinc oxide layer is preferably 0.7 μm or more and 3 μm or less. When the lower layer and the upper layer are formed, the lower layer is preferably 0.5 μm or more, and the upper layer is preferably 0.2 μm or more.
[0046]
This is because if the thickness of the zinc oxide layer is 0.7 μm or less, the generation density of holes required for the etching process becomes extremely small. Moreover, it is because it does not contribute much to the confinement effect and scattering of light having a wavelength of 600 nm to 1000 nm.
[0047]
If the lower layer is 0.5 μm or less, the denseness is insufficient, and unnecessary holes are easily formed during the etching process. If the upper layer is 0.2 μm or less, the generation density of the holes necessary for the etching process is extremely high. It is small, and the depth of the surface unevenness after the etching process becomes insufficient.
[0048]
When the thickness of the zinc oxide layer is 3 μm or more, the density of occurrence of abnormal plate-like growth increases. Moreover, it is disadvantageous in terms of industrial and cost to make the film thicker than necessary.
[0049]
When the first and second zinc oxide layers are formed, the thickness of the first zinc oxide layer is 0.5 μm or more, the second is 0.05 μm or more, and the two layers together are 0.7 μm or more and 3 μm or less. Is desirable. If the thickness of the second zinc oxide layer is 0.05 μm or less, the deep hole cannot be completely filled.
[0050]
Hereinafter, other components of the present invention will be described.
[0051]
(Conductive substrate)
The conductive substrate used in the present invention may be a single substrate, or may be a single substrate or a plurality of thin films formed on the substrate. The substrate may be electrically insulating as long as one surface of the substrate has conductivity.
[0052]
Examples of the conductive material include metals such as Cu, Ni, Cr, Fe, Al, Cr, Mo, Nb, Ta, V, Ti, and Rh, or alloys thereof, and these can be used alone as a substrate. In particular, stainless steel, Fe, and the like are suitable from the viewpoint of processability, strength, chemical stability, and price.
[0053]
Examples of the insulating base material include polyester, polyethylene, polycarbonate, cellulose acetate, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene, polyamide, and other synthetic resins, or glass and ceramics. The thin film which consists of said electroconductive material is formed in at least one surface.
[0054]
In order to use these materials as a substrate, a sheet shape or a roll shape in which a belt is wound around a cylindrical body is desirable. When a substrate is formed by forming a thin film on a substrate, it is formed by a vacuum deposition method, a sputtering method, a screen printing method, a dipping method, a plasma CVD method, an electroplating method, an electroless plating method, or the like.
[0055]
Also, HNO is used to form irregularities on the substrate surface. 3 , HF, HCl, H 2 SO 4 The substrate surface may be etched or rubbed using an acidic solution such as.
[0056]
Further, it is desirable that the surface is cleaned with a surface active agent or an organic substance in order to prevent peeling of the back reflective layer and the zinc oxide layer.
[0057]
(Back reflective layer)
The back reflective layer used in the present invention may be composed of a single layer or a plurality of layers. Mainly composed of gold, silver, copper, copper magnesium, or aluminum. In any case, the film thickness is preferably 0.05 μm or more and 0.5 μm or less. A film thickness of 0.05 μm or less is disadvantageous because the reflectance decreases. Further, if the film thickness is 0.5 μm or more, it is disadvantageous in terms of cost.
[0058]
As the method for forming the back reflective layer, it is desirable to use a vacuum deposition method, a sputtering method, or a method of electrochemical deposition from an aqueous solution (plating method). The surface of the back reflective layer may be smooth or uneven. When the back surface reflection layer is formed by sputtering, the adhesion with the conductive substrate is improved by making the substrate temperature 150 ° C. or higher and making it uneven.
[0059]
(Middle layer)
When aluminum is used for the back reflective layer used in the present invention, since the zinc oxide layer of the present invention cannot be directly formed thereon, a transparent and conductive layer as an intermediate layer is formed on the aluminum layer. To form. As the intermediate layer, zinc oxide, tin oxide, indium oxide, ITO or the like is suitable.
[0060]
In any case, the film thickness is preferably 0.01 μm or more. This is because if the film thickness is 0.01 μm or less, the film may have an island shape. As the method for forming the back reflective layer, it is desirable to use a vacuum deposition method, a sputtering method, or a method of electrochemical deposition from an aqueous solution (plating method).
[0061]
(Semiconductor layer)
Examples of the semiconductor layer material include a pn junction, a pin junction, a Schottky junction, and a heterojunction. Examples of the semiconductor material include hydrogenated amorphous silicon, hydrogenated amorphous silicon germanium, and hydrogenated amorphous silicon. Carbide, microcrystalline silicon or polycrystalline silicon can be used.
[0062]
In particular, amorphous or microcrystalline Si, C, Ge, or alloys thereof are suitable for continuous formation on a long substrate. At the same time, hydrogen and / or halogen atoms are contained. Its preferred content is 0.1 to 40 atomic%. Further, oxygen, nitrogen, etc. may be contained. These impurity concentrations are 5 × 10 19 cm -3 The following is desirable. Furthermore, a p-type semiconductor contains a group III element, and a n-type semiconductor contains a group V element.
[0063]
In the case of the stack cell, the pin junction i-type semiconductor layer close to the light incident side has a wide band gap, and the band gap is preferably narrowed as the far pin junction is formed. In addition, it is preferable that the minimum value of the band gap be closer to the p layer than the center of the film thickness inside the i layer.
[0064]
As the doped layer on the light incident side, a crystalline semiconductor with little light absorption or a semiconductor with a wide band gap is suitable.
[0065]
In order to form the semiconductor layer, a microwave (MW) plasma CVD method or a radio frequency (RF) plasma CVD method is suitable.
[0066]
(Transparent electrode)
The transparent electrode can also serve as an antireflection film by appropriately setting its film thickness.
[0067]
Transparent electrodes are ITO, ZnO, InO 3 A material such as vapor deposition, CVD, spraying, spin-on, and immersion are formed. You may contain the substance which changes electrical conductivity in these compounds.
[0068]
(Collector electrode)
The current collecting electrode is provided to improve current collecting efficiency. As the manufacturing method, there are a method of forming a metal of an electrode pattern by sputtering using a mask, a method of printing a conductive paste or a solder paste, and a method of fixing a metal wire with a conductive paste.
[0069]
In addition, a protective layer may be formed on both surfaces of the photovoltaic element as necessary. At the same time, a reinforcing material such as a steel plate may be used in combination.
[0070]
【Example】
(Example 1)
0.8 μm of Ag was vapor-deposited on a stainless steel substrate (SUS430 10 × 10 cm, thickness 0.2 mm), a zinc oxide layer was formed under the conditions shown in Table 1, and etched with acetic acid. Three pin junctions were formed as semiconductor layers, the lower two pin junctions were formed by microwave CVD, and the uppermost pin junction was formed by high-frequency CVD. The lower two pin junctions were a-SiGe, and the i layer of the uppermost pin junction was a-Si. The p layer of the lower two pin junctions was μc-Si. The semiconductor layer was formed under the conditions shown in Table 6.
[0071]
Furthermore, ITO was formed as an upper transparent electrode layer by sputtering with a thickness of 0.08 μm, and a silver-coated copper wire as a collecting electrode was heat-pressed on the ITO with a carbon paste.
[0072]
(Comparative Example 1a)
A zinc oxide layer was formed in the same manner as in Example 1 except that a conventional sputtering method was used.
[0073]
(Comparative Example 1b)
It was produced in the same manner as in Example 1 except that etching was not performed.
[0074]
(Evaluation)
The initial photoelectric conversion efficiency and the initial short circuit current were measured using a solar simulator (AM1.5, 100 mW / cm 2, surface temperature 25 ° C.).
[0075]
An HH test (high temperature and high humidity test) was performed as an acceleration test. The photovoltaic device was put into an environmental test box and left at a temperature of 86 ° C. and a humidity of 85% for 150 hours. Next, the environmental test box was set at a temperature of 25 ° C. and a humidity of 50% and left for 1 hour to take out. . Similarly, the photoelectric conversion efficiency and short circuit current of the photovoltaic device were measured.
[0076]
As a light irradiation test, it was exposed to a simulator (AM 1.5, 100 mW / cm 2, surface temperature 50 ° C.) for 800 hours, and the photoelectric conversion efficiency and the short-circuit photocurrent were measured.
[0077]
The evaluation results of Example 1 with reference to Comparative Examples 1a and 1b are the initial photoelectric conversion efficiency of 1.14 times and 1.07 times, the initial short circuit current of 1.15 times and 1.13 times, respectively. Photoelectric conversion efficiency after high temperature and high humidity test 1.08 times, 1.06 times, short circuit current 1.12 times, 1.10 times, photoelectric conversion efficiency after light irradiation test 1.04 times, 1.03 It was found to be twice as good.
[0078]
(Example 2)
The photovoltaic element shown in FIG. 1 (a) in which the zinc oxide layer was composed of two layers, an upper layer and a lower layer, was prepared. The conditions for forming the zinc oxide layer were the same as in Example 1 except that the conditions were as shown in Table 2.
[0079]
When the same evaluation as in Example 1 was performed, it was found that the element of Example 2 was superior to the element of Comparative Example 1. Further, after the high temperature and humidity test and the light irradiation test, the photovoltaic device was placed in a dark place, a reverse bias of 1.1 V was applied, and the leakage current was measured. In Example 2, the leakage current was about 1/10 compared to Comparative Example 1.
[0080]
(Example 3)
A long sheet was used as a substrate, and a zinc oxide layer was formed on the substrate by a roll-to-roll method. Prior to that, an intermediate layer of 0.05 μm of aluminum and 0.1 μm of zinc oxide was formed on a long SUS430BA (thickness of 0.15 mm) by sputtering using a Roll-to-Roll method.
[0081]
Subsequently, a zinc oxide layer was formed using the apparatus shown in FIG. The apparatus will now be described. Reference numeral 401 denotes a long substrate having flexibility such as stainless steel, and an insulating tape (not shown) is pasted on the back surface. Reference numeral 433 denotes a feed roll in which the substrate is wound in a roll shape, and reference numeral 434 denotes a take-up roll for winding the substrate. The substrate is wound from the feed roll through the respective tanks through a number of transport rollers 432 to the take-up roll. It will be. In this embodiment, each roller has a diameter of 40 cm or more in order to prevent plastic deformation of the substrate.
[0082]
Reference numeral 402 denotes a cleaning tank that performs ultrasonic organic cleaning, to which a circulation device 404 including a filter for removing dust is connected. Inside the bathtub, there is an ultrasonic vibration plate 403 and a heater 405.
[0083]
Reference numeral 406 denotes an electrodeposition tank 1 for forming a first zinc oxide layer, to which a circulation device 407 having a filter for removing dust is also connected. A zinc electrode 408 and a heater 409 are provided inside the bathtub, and a fixed electrode is provided outside. The current power supply is connected. The electrodeposition tank 1 is filled with a zinc nitrate aqueous solution to which 13 g / l of sucrose is added, and the circulation device 407 has a system for monitoring the concentration of the zinc nitrate aqueous solution and adding zinc nitrate as needed when the concentration decreases.
[0084]
Reference numeral 411 denotes a cleaning tank 2 that performs ultrasonic pure water cleaning, to which a circulation device 412 having a built-in filter for removing dust is connected, and an ultrasonic diaphragm 413 and a heater 414 are provided inside the bathtub.
[0085]
Reference numeral 415 denotes an etching tank for etching the surface of the first zinc oxide layer, which is connected to a circulation device 416 having a filter for removing dust, and has a heater 417. The inside of the etching tank 415 is filled with 0.008 mol / l acetic acid aqueous solution, and the circulation device 416 has a function of monitoring the concentration of the acetic acid aqueous solution and has a system for adding acetic acid when the concentration decreases. .
[0086]
Reference numeral 418 denotes the same washing tank 3 as 411. Reference numeral 422 denotes a washing tank 4 that replaces pure water with alcohol or the like, to which a circulation device 424 that also contains a filter for removing dust is connected, and an ultrasonic diaphragm 423 is provided inside the bathtub. Reference numeral 431 denotes a drying chamber for performing hot air drying.
[0087]
The method of using this apparatus will be described below. First, each tank is filled with a predetermined solution, and a circulation device, a heater, and ultrasonic vibration are made to function. The heater is set so that the temperature of the cleaning tank 1 is the temperature of the electrodeposition tank 1, the temperature of the cleaning tank 2 is the temperature of the etching tank, and the temperature of the cleaning tank 3 is about 80 ° C.
[0088]
The substrate fed from the feed roll is wound on the take-up roll through the cleaning tank 1, the electrodeposition tank 1, the cleaning tank 2, the etching tank, the cleaning tank 3, the cleaning tank 4, and the drying chamber via each transport roller. It is done.
[0089]
The constant current power supply 410 is set to have a predetermined current density, and continuous formation of the zinc oxide layer is started. When the formation of the zinc oxide layer on the 800 m substrate is completed, the conveyance is stopped, the constant current power source, the heater, and the ultrasonic vibration are turned off, and the substrate on which the zinc oxide layer is formed is taken out. Table 3 shows the conditions for forming the zinc oxide layer.
[0090]
Next, using the Roll-to-Roll method, a semiconductor layer is formed on the zinc oxide layer by a CVD method, and ITO is formed by a 0.08 μm sputtering method. Under the conditions shown in Table 6, three pin junctions were formed.
[0091]
Rolled solar cell taken out 30x30cm 2 Next, a collector electrode similar to that of Example 1 was attached, and four solar cells were connected in series via a bus bar, and a bypass diode was connected in parallel with each solar cell. Next, EVA, nylon resin, EVA, glass nonwoven fabric, serialized solar cell, glass nonwoven fabric, EVA, glass nonwoven fabric, EVA, glass nonwoven fabric, and fluororesin are superimposed and heated on a support substrate having a thickness of 0.3 mm. Vacuum sealed (lamination).
[0092]
35x130cm created as above 2 When the solar cell module of the size was measured and tested in the same manner as in Example 1, the initial characteristics, high temperature and high humidity test, and light irradiation test were excellent characteristics.
[0093]
Furthermore, the torsion test of the solar cell JIS C 8917 was performed. “Torsion”, in which three corners were fixed and one corner was displaced by 3 cm, was repeated 50 times for each corner. A similar “twist” was performed on all corners. When photoelectric conversion efficiency, short-circuit photocurrent, leakage current, and low illuminance open voltage were measured, there was almost no deterioration due to the torsion test.
[0094]
(Example 4)
The zinc oxide layer consists of two layers, an upper layer and a lower layer. The current density for forming the upper layer is lower than the current density for forming the lower layer, and the upper layer is formed. The photovoltaic element was prepared by lowering the concentrations of nitrate ions and zinc ions of each of the lower concentrations than the concentrations in forming the lower layer. A photovoltaic element similar to that in Example 1 was prepared except that the conditions for forming the zinc oxide layer in Example 1 were as shown in Table 4. When the same measurement and test as in Example 1 were performed, it was found that the photovoltaic element of Example 4 was superior to the photovoltaic element of Example 1.
[0095]
(Example 5)
A photovoltaic device was prepared in the same manner as in Example 3 using the apparatus shown in FIG. The zinc oxide layer consists of two layers, an upper layer and a lower layer. The current density for forming the upper layer is lower than the current density for forming the lower layer, and the upper layer is formed. The photovoltaic element was made by making the concentration of nitrate ion and zinc ion lower than the concentration at the time of forming the lower layer. A photovoltaic device example 5 similar to that of example 3 was prepared except that the conditions for forming the zinc oxide layer in Example 3 were as shown in Table 5. When the same measurement and test as in Example 3 were performed, it was found that the photovoltaic element of Example 5 was as excellent as the photovoltaic element of Example 3.
[0096]
(Example 6)
A photovoltaic device was prepared and tested and evaluated in the same manner as in Example 1 except that a 0.0005 mol / l nitric acid aqueous solution was used as the aqueous solution 2 to be etched. Was found to be as excellent as the photovoltaic element of Example 1.
[0097]
(Example 7)
A photovoltaic device was prepared and tested and evaluated in the same manner as in Example 1 except that 0.005 mol / l hydrochloric acid aqueous solution was used as the aqueous solution 2 to be etched. Was found to be as excellent as the photovoltaic element of Example 1.
[0098]
(Example 8)
A photovoltaic device was prepared and tested and evaluated in the same manner as in Example 1 except that 0.1 mol / l sodium acetate aqueous solution was used as the aqueous solution 2 to be etched. The device was found to be as good as the photovoltaic device of Example 1.
[0099]
Example 9
An experiment was conducted in which the saccharose content in the aqueous solution was changed. In Example 2, the saccharose content in the aqueous solution was changed from 0 to 800 g / l to produce a photovoltaic device similar to that in Example 2, and the photoelectric conversion efficiency (initial value) was measured. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 5, the photoelectric conversion efficiency was maximized when the saccharose content was 1 g / l or more and 300 g / l or less.
[0100]
When the cross section of the zinc oxide layer was observed with an SEM (magnification 1000 times), there were many abnormal plate-like growths at sucrose of 1 g / l or less. The leakage current was increased and the photoelectric conversion efficiency was lowered. Conversely, when the saccharose was 300 g / l or more, the shape obtained by etching the zinc oxide layer was too flat to perform light confinement or light diffusion, and the photoelectric conversion efficiency was lowered.
[0101]
(Example 10)
An experiment was conducted in which the thickness of the zinc oxide layer was changed. When a photovoltaic element similar to that of Example 1 was prepared by changing the thickness of the zinc oxide layer from 0.2 μm to 3.7 μm in Example 1, the thickness of the zinc oxide layer was 0 as shown in FIG. The photoelectric conversion efficiency was maximized when the thickness was 7 μm or more and 3 μm or less.
[0102]
When the cross section of the zinc oxide layer was observed with an SEM, when the thickness of the zinc oxide layer was 0.7 μm or less, the generation density of deep holes necessary for the etching treatment was extremely small, and the number of irregularities was small. The short circuit current was reduced and the photoelectric conversion efficiency was lowered. On the contrary, when the thickness of the zinc oxide layer is 3 μm or more, the occurrence density of standing abnormal plate-like growth is increased, the leakage current is increased, and the photoelectric conversion efficiency is lowered.
[0103]
(Example 11)
An experiment was conducted in which the thickness of the lower layer of the zinc oxide layer was changed. A photovoltaic device similar to that of Example 2 was prepared by changing the thickness of the upper layer in Example 2 to 0.2 μm and changing the thickness of the lower layer from 0.2 μm to 1.2 μm. Thus, when the film thickness of the lower layer of the zinc oxide layer is 0.5 μm or more, the photoelectric conversion efficiency is maximized.
[0104]
When the cross section of the zinc oxide layer was observed with an SEM, if the thickness of the lower layer of the zinc oxide layer was 0.5 μm or less, the denseness was insufficient, and unnecessary deep holes were likely to occur during the etching process, resulting in leakage current. It became large and the photoelectric conversion efficiency fell.
[0105]
(Example 12)
An experiment was conducted in which the thickness of the upper layer of the zinc oxide layer was changed. A photovoltaic element similar to that of Example 2 was prepared by changing the thickness of the lower layer in Example 2 to 0.5 μm and changing the thickness of the upper layer from 0.05 μm to 0.75 μm. Thus, when the layer thickness of the upper layer of the zinc oxide layer was 0.2 μm or more, the photoelectric conversion efficiency was maximized.
[0106]
When the cross section of the zinc oxide layer was observed with an SEM, if the thickness of the upper layer of the transparent conductive layer was 0.2 μm or less, the generation density of deep holes necessary for the etching process was extremely small, and after the etching process, The depth of the surface unevenness became insufficient, and the photoelectric conversion efficiency was lowered because the short-circuit current was reduced because it did not contribute much to the confinement effect and scattering of light having a wavelength of 600 nm to 1000 nm.
[0107]
(Example 13)
An experiment was conducted in which the dextrin content in the aqueous solution was changed. In Example 2, the dextrin content in the aqueous solution was changed from 0 to 100 g / l to produce a photovoltaic device similar to that in Example 2. As shown in FIG. 9, the dextrin content was 0.001 g / l or more. Photoelectric conversion efficiency was maximized at 10 g / l or less.
[0108]
When the cross section of the zinc oxide layer was observed with an SEM, there were many abnormal plate-like growths when the dextrin was 0.001 g / l or less. The leakage current was increased and the photoelectric conversion efficiency was lowered. On the other hand, when the dextrin was 10 g / l or more, the shape obtained by etching the zinc oxide layer was too flat to perform light confinement or light diffusion, so that the photoelectric conversion efficiency was lowered.
[0109]
(Example 14)
In Example 3, a photovoltaic element having an intermediate layer made of tin oxide was produced. A photovoltaic device was produced by the same method as in Example 3 except that an intermediate layer having a thickness of 0.12 μm was formed by sputtering. The photovoltaic device had excellent characteristics as in the photovoltaic device of Example 3. It was.
[0110]
(Example 15)
A photovoltaic device having a back reflective layer made of copper was produced. A photovoltaic device similar to that of Example 2 was prepared except that the back surface reflective layer made of copper was prepared by an electrodeposition method. As a result, it was found that the photovoltaic device was as excellent as the photovoltaic device of Example 2.
[0111]
(Example 16)
Ag was vapor-deposited on a stainless steel substrate (SUS430 10 × 10 cm, thickness 0.2 mm), a first zinc oxide layer was formed under the conditions in Table 7, etched with acetic acid, and a second zinc oxide layer was further formed. . Three pin junctions were formed as semiconductor layers, the lower two pin junctions were formed by microwave CVD, and the uppermost pin junction was formed by high-frequency CVD. The lower two pin junctions were a-SiGe, and the i layer of the uppermost pin junction was a-Si. The p layer of the lower two pin junctions was μc-Si. The semiconductor layer was formed under the conditions shown in Table 11.
[0112]
Furthermore, ITO was formed as an upper transparent electrode layer by sputtering with a thickness of 0.08 μm, and a silver-coated copper wire as a collecting electrode was heat-pressed on the ITO with a carbon paste.
[0113]
(Comparative Example 2)
It was prepared in the same manner as in Example 16 except that the zinc oxide layer was formed by a conventional sputtering method.
[0114]
The evaluation result of Example 16 with reference to Comparative Example 2 is that the initial photoelectric conversion efficiency is 1.15 times, the initial short circuit current is 1.16 times, and the photoelectric conversion efficiency after the high temperature and high humidity test is 1.07 times. It was found that the short circuit current was 1.10 times and the photoelectric conversion efficiency after the light irradiation test was 1.02 times better.
[0115]
(Example 17)
The first zinc oxide layer was composed of two layers, an upper layer and a lower layer, and a photovoltaic device having a second zinc oxide layer was produced. The conditions for forming the zinc oxide layer were the same as in Example 16 except that the conditions were as shown in Table 8.
[0116]
When the same evaluation as in Example 1 was performed, it was found that the element of Example 2 was superior to the element of Comparative Example 1. Further, after the high temperature and humidity test and the light irradiation test, the photovoltaic device was placed in a dark place, a reverse bias of 1.1 V was applied, and the leakage current was measured. In Example 2, the leakage current was about 1/10 compared to Comparative Example 1. Further, the uniformity of the zinc oxide film was superior to that of Example 16, and the long wavelength sensitivity as a photovoltaic element was excellent.
[0117]
(Example 18)
A long sheet was used for the substrate, and it was formed by the Roll-to-Roll method. First, an intermediate layer of 0.05 μm aluminum and 0.1 μm zinc was formed on a long SUS430BA (thickness 0.15 mm) by sputtering using a roll-to-roll method.
[0118]
Subsequently, after the first zinc oxide layer was formed and etched using the apparatus of FIG. 4C, a second zinc oxide layer was further formed under the conditions shown in Table 9. The semiconductor layer was formed under the conditions shown in Table 11. When a solar cell module having a size of 35 × 130 cm 2 prepared in the same manner as in Example 16 was measured and tested in the same manner as in Example 16, the initial characteristics, high temperature and high humidity test, and light irradiation test were all excellent characteristics.
[0119]
Furthermore, the torsion test of the solar cell JIS C 8917 was performed. “Torsion”, in which three corners were fixed and one corner was displaced by 3 cm, was repeated 50 times for each corner. A similar “twist” was performed on all corners. When the photoconductive characteristics, leakage current, and low illuminance open-circuit voltage were measured, there was little deterioration.
[0120]
(Example 19)
The zinc oxide layer consists of two layers, an upper layer and a lower layer. The current density for forming the upper layer is lower than the current density for forming the lower layer, and the upper layer is formed. The photovoltaic element was prepared by lowering the concentrations of nitrate ions and zinc ions of each of the lower concentrations than the concentrations in forming the lower layer. A photovoltaic element similar to that of Example 1 was prepared except that the conditions for forming the zinc oxide layer in Example 16 were as shown in Table 10. When the same measurement and test as in Example 1 were performed, it was found that the photovoltaic element of Example 19 was superior to the photovoltaic element of Example 16.
[0121]
(Example 20)
A photovoltaic device was prepared and tested and evaluated in the same manner as in Example 16 except that a 0.0005 mol / l nitric acid aqueous solution was used as the aqueous solution 2 to be etched. The photovoltaic device of Example 20 was tested and evaluated. Was found to be as excellent as the photovoltaic element of Example 16.
[0122]
(Example 21)
A photovoltaic device was prepared and tested and evaluated in the same manner as in Example 16 except that a 0.005 mol / l hydrochloric acid aqueous solution was used as the aqueous solution 2 to be etched. Was found to be as excellent as the photovoltaic element of Example 16.
[0123]
(Example 22)
A photovoltaic device was prepared and tested and evaluated in the same manner as in Example 16 except that a 0.1 mol / l sodium acetate aqueous solution was used as the aqueous solution 2 to be etched. The device was found to be as good as the photovoltaic device of Example 17.
[0124]
(Example 23)
An experiment was conducted in which the saccharose content in the aqueous solution for forming the first zinc oxide layer was changed. When a photovoltaic device similar to that of Example 17 was prepared by changing the saccharose content in the aqueous solution from 0 to 800 g / l in Example 17, the saccharose content was 1 g / l or more, 300 as shown in FIG. Photoelectric conversion efficiency was maximized when g / l or less.
[0125]
When the cross section of the zinc oxide layer was observed with an SEM, there were many abnormal plate-like growths when the saccharose was 1 g / l or less. The leakage current was increased and the photoelectric conversion efficiency was lowered. Conversely, when the saccharose was 300 g / l or more, the shape obtained by etching the zinc oxide layer was too flat to perform light confinement or light diffusion, and the photoelectric conversion efficiency was lowered.
[0126]
The same was found with respect to the sucrose content of the aqueous solution for forming the second zinc oxide layer.
[0127]
(Example 24)
In Example 18, a photovoltaic device in which the intermediate layer was made of tin oxide was produced. A photovoltaic device was prepared, measured and evaluated in the same manner as in Example 18 except that an intermediate layer made of tin oxide having a thickness of 0.1 μm was formed by sputtering. As a result, the same excellent characteristics as in Example 18 were obtained. Had.
[0128]
(Example 25)
A photovoltaic device having a back reflective layer made of copper was produced. A photovoltaic device similar to that of Example 17 was prepared except that the back surface reflective layer made of copper was prepared by an electrodeposition method. As a result, it was found that the photovoltaic device was as excellent as the photovoltaic device of Example 17.
[0129]
(Example 26)
When the first transparent conductive layer and the second transparent conductive layer are formed by the electrodeposition method, dextrin is added to the first aqueous solution and the second aqueous solution at a rate of 0.1 (g / l), and the photovoltaic A power device was created. Measurement and evaluation were performed in the same manner as in Example 16 except that the additive was dextrin. As a result, it was found that the solar cell of Example 26 was superior to the solar cell of Example 16.
[0130]
(Example 27)
An experiment was conducted in which the dextrin content in the aqueous solution was changed. In Example 26, the dextrin content in the aqueous solution was changed from 0 to 100 g / l to produce a photovoltaic device similar to that in Example 26. As shown in FIG. 11, the dextrin content was 0.001 g / l or more. When it is 10 g / l or less, the photoelectric conversion efficiency becomes maximum. The same was found regarding the dextrin content of the aqueous solution for forming the second zinc oxide layer.
[0131]
[Table 1]
Figure 0003618986
[0132]
[Table 2]
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[0133]
[Table 3]
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[0134]
[Table 4]
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[0135]
[Table 5]
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[0136]
[Table 6]
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[0137]
[Table 7]
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[0138]
[Table 8]
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[0139]
[Table 9]
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[0140]
[Table 10]
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[0141]
[Table 11]
Figure 0003618986
[0142]
【The invention's effect】
According to the photovoltaic device manufacturing method of the present invention, a zinc oxide layer having unevenness with excellent light confinement effect can be formed, so that the photoelectric conversion efficiency, short-circuit photocurrent, leakage current, etc. of the photovoltaic device The photoconductive property can be improved. Moreover, durability in outdoor exposure test, mechanical strength, HH (high temperature and high humidity environment) test, and long-time light irradiation can be improved. Furthermore, the cost of the photovoltaic element can be greatly reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a photovoltaic element of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an apparatus for producing zinc oxide according to the present invention.
FIG. 3 is a sectional view of the zinc oxide layer of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an apparatus for continuously producing zinc oxide according to the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the sucrose content in an aqueous solution and the photoelectric conversion efficiency.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the thickness of a zinc oxide layer and photoelectric conversion efficiency.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the layer thickness of the lower layer of the zinc oxide layer and the photoelectric conversion efficiency.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the layer thickness of the upper layer of the zinc oxide layer and the photoelectric conversion efficiency.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between dextrin content in an aqueous solution and photoelectric conversion efficiency.
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the sucrose content in an aqueous solution and the photoelectric conversion efficiency.
FIG. 11 is a graph showing the relationship between dextrin content in aqueous solution and photoelectric conversion efficiency.
[Explanation of symbols]
101 conductive substrate
102 Back reflective layer
103 (a) Upper layer
104 (a) Lower layer
103 (b) First zinc oxide layer
104 (b) Second zinc oxide layer
105 Semiconductor layer
110 Zinc oxide layer
201 conductive substrate
202 Counter electrode
203 Aqueous solution
205 power supply
208 heater
320 sharp hole
321 Loose hole
323 Surface of zinc oxide layer before etching
324 Surface of zinc oxide layer after etching
325 Surface after deposition of second zinc oxide layer
327 Sharp hole left after etching
401 substrate
402 Washing tank 1
403 Ultrasonic diaphragm
404 Circulator
405 heater
406 Electrodeposition tank 1
407 Circulator
408 Zinc electrode
409 Heater
410 constant current power supply
411 Washing tank 2
412 Circulator
413 Ultrasonic vibration plate
414 heater
415 Etching tank
416 Circulator
417 Heater
418 Washing tank 3
419 Circulator
420 Ultrasonic vibration plate
421 heater
422 Electrodeposition tank 2
423 Heater
424 Circulator
425 Zinc electrode
426 constant current power supply
427 Washing tank 4
428 Ultrasonic vibration plate
429 heater
430 Circulator
431 Drying room
432 Transport roll
433 Delivery roll
434 Winding roll

Claims (48)

少なくとも硝酸イオン及び亜鉛イオンを含有してなる第1の水溶液に浸漬された導電性基体と、該溶液中に浸漬された電極との間に通電することにより、第1の酸化亜鉛層を前記導電性基体上に形成する工程と、該第1の酸化亜鉛層をエッチングする工程と、半導体層を形成する工程を有し、前記第1の水溶液が炭水化物を含有することを特徴とする光起電力素子の製造方法。By energizing between a conductive substrate immersed in a first aqueous solution containing at least nitrate ions and zinc ions and an electrode immersed in the solution, the first zinc oxide layer is electrically conductive. And a step of etching the first zinc oxide layer and a step of forming a semiconductor layer, wherein the first aqueous solution contains a carbohydrate. Device manufacturing method. 前記エッチングする工程と半導体層を形成する工程との間に、前記第1の酸化亜鉛層が形成された導電性基板を少なくとも硝酸イオン及び亜鉛イオンを含有してなる第2の水溶液に浸漬し、該溶液中に浸漬された電極との間に通電することにより、第2の酸化亜鉛層を前記第1の酸化亜鉛層上に形成する工程を有し、前記第1又は第2の水溶液が炭水化物を含有することを特徴とする請求項1記載の光起電力素子の製造方法。Between the step of etching and the step of forming a semiconductor layer, the conductive substrate on which the first zinc oxide layer is formed is immersed in a second aqueous solution containing at least nitrate ions and zinc ions, A step of forming a second zinc oxide layer on the first zinc oxide layer by energizing the electrode immersed in the solution, wherein the first or second aqueous solution is a carbohydrate The method for producing a photovoltaic element according to claim 1, comprising: 前記炭水化物が単糖類、二糖類、又は多糖類であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光起電力素子の製造方法。It said carbohydrate is monosaccharide, disaccharide, or method of producing a photovoltaic element according to claim 1 or 2, characterized in that a polysaccharide. 前記第1の水溶液にはサッカロースが1乃至300g/l含有されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の光起電力素子の製造方法。The method for producing a photovoltaic device according to claim 1 or 2, wherein the first aqueous solution contains 1 to 300 g / l of saccharose. 前記第1の水溶液にはデキストリンが0.001乃至10g/l含有されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の光起電力素子の製造方法。The method for producing a photovoltaic device according to claim 1 or 2, wherein the first aqueous solution contains 0.001 to 10 g / l of dextrin. 前記第1の酸化亜鉛層は上部層と下部層の2つの層からなることを特徴とする請求項1又は2記載の光起電力素子の製造方法。3. The method of manufacturing a photovoltaic element according to claim 1, wherein the first zinc oxide layer is composed of two layers, an upper layer and a lower layer. 前記上部層の形成温度は該下部層の形成温度よりも高いことを特徴とする請求項6に記載の光起電力素子製造方法。The method for manufacturing a photovoltaic device according to claim 6, wherein the formation temperature of the upper layer is higher than the formation temperature of the lower layer. 前記上部層の形成温度は80℃以上であることを特徴とする請求項7に記載の光起電力素子製造方法。The photovoltaic element manufacturing method according to claim 7, wherein the formation temperature of the upper layer is 80 ° C. or more. 前記上部層を形成するための電流密度は前記下部層を形成するための電流密度よりも低いことを特徴とする請求項6記載の光起電力素子の製造方法。The method for manufacturing a photovoltaic device according to claim 6, wherein a current density for forming the upper layer is lower than a current density for forming the lower layer. 前記上部層を形成する際の硝酸イオンおよび亜鉛イオンの濃度が、前記下部層を形成する際の各濃度よりも低いことを特徴とする請求項6に記載の光起電力素子製造方法。The photovoltaic element manufacturing method according to claim 6, wherein the concentration of nitrate ions and zinc ions when forming the upper layer is lower than each concentration when forming the lower layer. 前記エッチングは酢酸またはその水溶液によることを特徴とする請求項1又は2に記載の光起電力素子製造方法。The photovoltaic device manufacturing method according to claim 1, wherein the etching is performed with acetic acid or an aqueous solution thereof. 前記第1の酸化亜鉛層を形成する工程の前、又は前記第1の酸化亜鉛層を形成する工程とエッチングする工程との間、又はエッチングする工程の後に洗浄する工程を有することを特徴とする請求項1記載の光起電力素子の製造方法。The method includes a step of washing before the step of forming the first zinc oxide layer, between the step of forming the first zinc oxide layer and the step of etching, or after the step of etching. The manufacturing method of the photovoltaic element of Claim 1. 前記第1の酸化亜鉛層が表面に穴を有し、前記エッチングする工程前の該穴の直径は0.05乃至0.3μmであることを特徴とする請求項1記載の光起電力素子の製造方法。2. The photovoltaic device according to claim 1, wherein the first zinc oxide layer has a hole on a surface thereof, and the diameter of the hole before the etching step is 0.05 to 0.3 μm. 3. Production method. 前記第1の酸化亜鉛層が前記エッチングする工程前に表面に穴を有し、前記エッチングする工程後には穴を有さないことを特徴とする請求項1記載の光起電力素子の製造方法。2. The method of manufacturing a photovoltaic element according to claim 1, wherein the first zinc oxide layer has a hole on a surface before the etching step and has no hole after the etching step. 前記酸化亜鉛層が表面に穴を有し、該穴の密度が100μm当たり100乃至1000個である請求項1記載の光起電力素子の製造方法。The method for producing a photovoltaic device according to claim 1, wherein the zinc oxide layer has holes on the surface, and the density of the holes is 100 to 1000 per 100 µm 2 . 前記第1の酸化亜鉛層上にスパッタ法により第2の酸化亜鉛層を形成することを特徴とする請求項1記載の光起電力素子の製造方法。2. The method of manufacturing a photovoltaic element according to claim 1, wherein a second zinc oxide layer is formed on the first zinc oxide layer by sputtering. 前記導電性基板はステンレス板、鋼板、銅板、真鍮板、アルミニウム板から選ばれる一種であることを特徴とする請求項1記載の光起電力素子の製造方法。2. The method for manufacturing a photovoltaic element according to claim 1, wherein the conductive substrate is a kind selected from a stainless steel plate, a steel plate, a copper plate, a brass plate, and an aluminum plate. 前記導電性基板上に金属層が形成されていることを特徴とする請求項1記載の光起電力素子の製造方法。The method for manufacturing a photovoltaic element according to claim 1, wherein a metal layer is formed on the conductive substrate. 前記導電性基板はガラス、セラミクス、又は樹脂から選ばれる一種の少なくとも片面に金属層を形成したものであることを特徴とする請求項1記載の光起電力素子の製造方法。2. The method of manufacturing a photovoltaic element according to claim 1, wherein the conductive substrate is formed by forming a metal layer on at least one surface selected from glass, ceramic, or resin. 前記金属層はAu、Ag、Cu、CuMg、又はAlから選ばれる一種であることを特徴とする請求項18又は19記載の光起電力素子の製造方法。The method for manufacturing a photovoltaic device according to claim 18, wherein the metal layer is one type selected from Au, Ag, Cu, CuMg, or Al. 前記金属層はAlであり、前記酸化亜鉛層の形成前に中間層を形成する工程を有することを特徴とする請求項18又は19記載の光起電力素子の製造方法。The method for manufacturing a photovoltaic element according to claim 18, wherein the metal layer is Al, and includes a step of forming an intermediate layer before forming the zinc oxide layer. 前記中間層は酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウム、又はITOから選ばれる一種であることを特徴とする請求項21記載の光起電力素子の製造方法。The method for manufacturing a photovoltaic element according to claim 21, wherein the intermediate layer is one kind selected from zinc oxide, tin oxide, indium oxide, or ITO. 前記第1の酸化亜鉛層の層厚は0.7乃至3μmであることを特徴とする請求項1記載の光起電力素子の製造方法。2. The method of manufacturing a photovoltaic element according to claim 1, wherein the thickness of the first zinc oxide layer is 0.7 to 3 [mu] m. 前記第1の酸化亜鉛層の下部層の層厚が0.5μm以上であることを特徴とする請求項6記載の光起電力素子の製造方法。The method of manufacturing a photovoltaic element according to claim 6, wherein a thickness of a lower layer of the first zinc oxide layer is 0.5 μm or more. 前記第1の酸化亜鉛層の上部層の層厚が0.2μm以上であることを特徴とする請求項6記載の光起電力素子の製造方法。The method of manufacturing a photovoltaic element according to claim 6, wherein a layer thickness of an upper layer of the first zinc oxide layer is 0.2 μm or more. 前記第1の酸化亜鉛層の層厚が0.5μm以上、前記第2の酸化亜鉛層の層厚が0.05μm以上で、2層あわせて0.7μm以上3μm以下であることを特徴とする請求項2記載の光起電力素子の製造方法。The thickness of the first zinc oxide layer is 0.5 μm or more, the layer thickness of the second zinc oxide layer is 0.05 μm or more, and the two layers together are 0.7 μm or more and 3 μm or less. The manufacturing method of the photovoltaic element of Claim 2. 前記炭水化物が単糖類、二糖類、又は多糖類であることを特徴とする請求項26記載の光起電力素子の製造方法。27. The method for manufacturing a photovoltaic device according to claim 26, wherein the carbohydrate is a monosaccharide, a disaccharide, or a polysaccharide. 前記第1又は第2の水溶液にはサッカロースが1乃至300g/l含有されていることを特徴とする請求項2に記載の光起電力素子の製造方法。The method for manufacturing a photovoltaic device according to claim 2, wherein the first or second aqueous solution contains 1 to 300 g / l of saccharose. 前記第1又は第2の水溶液にはデキストリンが0.001乃至10g/l含有されていることを特徴とする請求項2に記載の光起電力素子の製造方法。The method for producing a photovoltaic device according to claim 2, wherein the first or second aqueous solution contains 0.001 to 10 g / l of dextrin. 前記第1の酸化亜鉛層は上部層と下部層の2つの層からなることを特徴とする請求項2記載の光起電力素子の製造方法。3. The method of manufacturing a photovoltaic element according to claim 2, wherein the first zinc oxide layer is composed of two layers, an upper layer and a lower layer. 前記上部層の形成温度は該下部層の形成温度よりも高いことを特徴とする請求項30に記載の光起電力素子製造方法。The method for manufacturing a photovoltaic device according to claim 30, wherein the formation temperature of the upper layer is higher than the formation temperature of the lower layer. 前記上部層の形成温度は80℃以上であることを特徴とする請求項31に記載の光起電力素子製造方法。32. The method of manufacturing a photovoltaic device according to claim 31, wherein the formation temperature of the upper layer is 80 [deg.] C. or higher. 前記上部層を形成するための電流密度は前記下部層を形成するための電流密度よりも低いことを特徴とする請求項30記載の光起電力素子の製造方法。The method of manufacturing a photovoltaic element according to claim 30, wherein a current density for forming the upper layer is lower than a current density for forming the lower layer. 前記上部層を形成する際の硝酸イオンおよび亜鉛イオンの濃度が、前記下部層を形成する際の各濃度よりも低いことを特徴とする請求項30に記載の光起電力素子製造方法。31. The method of manufacturing a photovoltaic device according to claim 30, wherein concentrations of nitrate ions and zinc ions when forming the upper layer are lower than respective concentrations when forming the lower layer. 前記エッチングは酢酸またはその水溶液によることを特徴とする請求項2に記載の光起電力素子製造方法。The method of manufacturing a photovoltaic device according to claim 2, wherein the etching is performed with acetic acid or an aqueous solution thereof. 前記第2の酸化亜鉛層を形成する工程の前、又は前記第2の酸化亜鉛層を形成する工程とエッチングする工程との間、又はエッチングする工程の後に洗浄する工程を有することを特徴とする請求項2記載の光起電力素子の製造方法。The method includes a step of washing before the step of forming the second zinc oxide layer, between the step of forming the second zinc oxide layer and the step of etching, or after the step of etching. The manufacturing method of the photovoltaic element of Claim 2. 前記第2の酸化亜鉛層が表面に穴を有し、前記エッチングする工程前の該穴の直径は0.05乃至0.3μmであることを特徴とする請求項2記載の光起電力素子の製造方法。3. The photovoltaic device according to claim 2, wherein the second zinc oxide layer has a hole on a surface thereof, and the diameter of the hole before the etching step is 0.05 to 0.3 [mu] m. Production method. 前記第2の酸化亜鉛層が前記エッチングする工程前に表面に穴を有し、前記エッチングする工程後には穴を有さないことを特徴とする請求項2記載の光起電力素子の製造方法。3. The method of manufacturing a photovoltaic element according to claim 2, wherein the second zinc oxide layer has a hole in the surface before the etching step and does not have a hole after the etching step. 前記第2の酸化亜鉛層が表面に穴を有し、該穴の密度が100μm当たり100乃至1000個である請求項2記載の光起電力素子の製造方法。The method for producing a photovoltaic device according to claim 2, wherein the second zinc oxide layer has holes on the surface, and the density of the holes is 100 to 1000 per 100 µm 2 . 前記導電性基板はステンレス板、鋼板、銅板、真鍮板、アルミニウム板から選ばれる一種であることを特徴とする請求項2記載の光起電力素子の製造方法。3. The method of manufacturing a photovoltaic element according to claim 2, wherein the conductive substrate is a kind selected from a stainless steel plate, a steel plate, a copper plate, a brass plate, and an aluminum plate. 前記導電性基板上に金属層が形成されていることを特徴とする請求項2記載の光起電力素子の製造方法。3. The method of manufacturing a photovoltaic element according to claim 2, wherein a metal layer is formed on the conductive substrate. 前記導電性基板はガラス、セラミクス、又は樹脂から選ばれる一種の少なくとも片面に金属層を形成したものであることを特徴とする請求項2記載の光起電力素子の製造方法。3. The method of manufacturing a photovoltaic element according to claim 2, wherein the conductive substrate is formed by forming a metal layer on at least one surface selected from glass, ceramic, or resin. 前記金属層はAu、Ag、Cu、CuMg、又はAlから選ばれる一種であることを特徴とする請求項41又は42記載の光起電力素子の製造方法。43. The method of manufacturing a photovoltaic element according to claim 41, wherein the metal layer is one kind selected from Au, Ag, Cu, CuMg, or Al. 前記金属層はAlであり、前記酸化亜鉛層の形成前に中間層を形成する工程を有することを特徴とする請求項41又は42記載の光起電力素子の製造方法。43. The method of manufacturing a photovoltaic element according to claim 41, wherein the metal layer is Al and includes a step of forming an intermediate layer before forming the zinc oxide layer. 前記中間層は酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウム、又はITOから選ばれる一種であることを特徴とする請求項44記載の光起電力素子の製造方法。45. The method of manufacturing a photovoltaic element according to claim 44, wherein the intermediate layer is one kind selected from zinc oxide, tin oxide, indium oxide, or ITO. 前記第1の酸化亜鉛層の層厚と前記第2の酸化亜鉛層の層厚との和は0.7乃至3μmであることを特徴とする請求項2記載の光起電力素子の製造方法。3. The method of manufacturing a photovoltaic element according to claim 2, wherein the sum of the thickness of the first zinc oxide layer and the thickness of the second zinc oxide layer is 0.7 to 3 [mu] m. 前記第1の酸化亜鉛層の下部層の層厚が0.5μm以上であることを特徴とする請求項30記載の光起電力素子の製造方法。The method of manufacturing a photovoltaic element according to claim 30, wherein a thickness of a lower layer of the first zinc oxide layer is 0.5 µm or more. 前記第1の酸化亜鉛層の上部層の層厚が0.2μm以上であることを特徴とする請求項30記載の光起電力素子の製造方法。31. The method of manufacturing a photovoltaic element according to claim 30, wherein a layer thickness of an upper layer of the first zinc oxide layer is 0.2 [mu] m or more.
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