JP5243697B2 - Transparent conductive film for photoelectric conversion device and manufacturing method thereof - Google Patents

Transparent conductive film for photoelectric conversion device and manufacturing method thereof Download PDF

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Description

本発明は、光電変換装置用透明導電膜とその製造方法の改善に関する。   The present invention relates to improvement of a transparent conductive film for a photoelectric conversion device and a method for producing the same.

光電変換装置は、受光センサや太陽電池などの様々な分野で用いられている。特に、太陽電池は地球に優しいエネルギ源の一つとして脚光を浴びており、近年の環境問題に対する関心の高まりと各国の導入加速政策によって、その普及が急速に進んでいる。そのような太陽電池を包含する光電変換装置の低コスト化と高効率化を両立させるために、原材料が少なくてすむ薄膜光電変換装置が注目され、その開発が精力的に行われている。特に、ガラスなどの安価な基板上に低温プロセスを用いて良質の半導体層を形成する方法が、低コストを実現し得る方法として期待されている。   Photoelectric conversion devices are used in various fields such as light receiving sensors and solar cells. In particular, solar cells are in the limelight as one of the energy sources that are friendly to the earth, and their spread is rapidly progressing due to the recent growing interest in environmental issues and the introduction acceleration policies of each country. In order to achieve both cost reduction and high efficiency of a photoelectric conversion device including such a solar cell, a thin film photoelectric conversion device that requires less raw materials has attracted attention and its development has been energetically performed. In particular, a method of forming a high-quality semiconductor layer on an inexpensive substrate such as glass using a low-temperature process is expected as a method capable of realizing low cost.

一般に、光電変換装置を作製するためには、その一部に透明導電膜を用いることが不可欠である。なぜならば、光電変換装置は透明導電膜と裏面電極層との間に1以上の光電変換ユニットを含み、光は透明導電膜を通して光電変換ユニット内へ入射させられるからである。光電変換ユニットは、pn接合またはpin接合を形成する複数の半導体層を含んでいる。光電変換ユニットがpin接合を含む場合、p型層、i型層、およびn型層がこの順、またはその逆順に積層されており、その主要部を占めるi型の光電変換層が非晶質のものは非晶質光電変換ユニットと呼ばれ、i型層が結晶質のものは結晶質光電変換ユニットと呼ばれている。   In general, in order to manufacture a photoelectric conversion device, it is indispensable to use a transparent conductive film for a part thereof. This is because the photoelectric conversion device includes one or more photoelectric conversion units between the transparent conductive film and the back electrode layer, and light is incident on the photoelectric conversion units through the transparent conductive film. The photoelectric conversion unit includes a plurality of semiconductor layers that form a pn junction or a pin junction. When the photoelectric conversion unit includes a pin junction, the p-type layer, the i-type layer, and the n-type layer are stacked in this order or in the reverse order, and the i-type photoelectric conversion layer that occupies the main part is amorphous. Are called amorphous photoelectric conversion units, and those having an i-type layer crystalline are called crystalline photoelectric conversion units.

透明導電膜は、例えばITO(インジュウム錫酸化物)、酸化錫(SnO2)、または酸化亜鉛(ZnO)などの導電性金属酸化物を用いて形成され、CVD(化学気相堆積)、スパッタ、または蒸着などの方法で形成され得る。透明導電膜は、その表面に微細な凹凸を有することによって、入射光の散乱を増大させる効果を有することが望ましい。なぜならば、入射光を散乱させることによって光電変換ユニット内の光路長を延ばすことができ、それによって光電変換装置の短絡電流密度を増大させることができて、光電変換効率を向上させることができるからである。透明導電膜の表面凹凸による光の散乱の効果は、厚さ100〜500μmの単結晶シリコン層または多結晶シリコン層などからなる光電変換ユニットを含むいわゆるバルクの光電変換装置において有効であるばかりでなく、厚さ0.1〜10μmの薄膜光電変換ユニットを含むいわゆる薄膜光電変換装置において特に有効である。 The transparent conductive film is formed using a conductive metal oxide such as ITO (indium tin oxide), tin oxide (SnO 2 ), or zinc oxide (ZnO), for example, CVD (chemical vapor deposition), sputtering, Or it can form by methods, such as vapor deposition. The transparent conductive film desirably has an effect of increasing the scattering of incident light by having fine irregularities on its surface. This is because the optical path length in the photoelectric conversion unit can be extended by scattering the incident light, thereby increasing the short-circuit current density of the photoelectric conversion device and improving the photoelectric conversion efficiency. It is. The effect of light scattering due to the surface unevenness of the transparent conductive film is not only effective in a so-called bulk photoelectric conversion device including a photoelectric conversion unit composed of a single crystal silicon layer or a polycrystalline silicon layer having a thickness of 100 to 500 μm. It is particularly effective in a so-called thin film photoelectric conversion device including a thin film photoelectric conversion unit having a thickness of 0.1 to 10 μm.

薄膜光電変換装置はそれに含まれる光電変換ユニットに用いられる半導体材料によって分類され、シリコン系薄膜光電変換装置、CdTe薄膜光電変換装置、およびCIS(CuInSe2の略称)薄膜光電変換装置が代表的である。シリコン系薄膜光電変換装置においは、その光電変換ユニットが非晶質シリコン、微結晶シリコン、および/または多結晶シリコンなどの薄膜で構成されたpin接合を含み、基板側またはそれと反対側から光が入射させられ、その光入射側に透明導電膜とp型層が配置される。CdTe薄膜光電変換装置においては、その光電変換ユニットがn型CdS層とp型CdTe層とからなるpn接合を含み、基板と反対側から光が入射させられて、その光入射側に透明導電膜とn型層が配置される。CIS薄膜光電変換装置においは、その光電変換ユニットがn型CdS層とp型のCuInSe2層とからなるpn接合を含み、基板と反対側から光が入射させられて、その光入射側に透明導電膜とn型層が配置される。 Thin film photoelectric conversion devices are classified according to semiconductor materials used in the photoelectric conversion units included in them, and silicon-based thin film photoelectric conversion devices, CdTe thin film photoelectric conversion devices, and CIS (abbreviation of CuInSe 2 ) thin film photoelectric conversion devices are typical. . In a silicon-based thin film photoelectric conversion device, the photoelectric conversion unit includes a pin junction composed of a thin film such as amorphous silicon, microcrystalline silicon, and / or polycrystalline silicon, and light is emitted from the substrate side or the opposite side. The transparent conductive film and the p-type layer are disposed on the light incident side. In the CdTe thin film photoelectric conversion device, the photoelectric conversion unit includes a pn junction composed of an n-type CdS layer and a p-type CdTe layer, and light is incident from the opposite side of the substrate, and a transparent conductive film is formed on the light incident side. And an n-type layer are disposed. In the CIS thin film photoelectric conversion device, the photoelectric conversion unit includes a pn junction composed of an n-type CdS layer and a p-type CuInSe 2 layer, and light is incident from the opposite side of the substrate, and the light incident side is transparent. A conductive film and an n-type layer are disposed.

シリコン系薄膜光電変換装置における光電変換ユニットは、p型層、実質的に真性の光電変換層であるi型層、およびn型層からなるpin接合を含んでいる。そして、非晶質シリコンのi型層を含むユニットが非晶質シリコン光電変換ユニットと称され、結晶質シリコンのi型層を含むユニットが結晶質シリコン光電変換ユニットと称されている。なお、非晶質または結晶質のシリコン系材料としては、主要元素としてシリコンのみを含む場合だけでなく、炭素、酸素、窒素、またはゲルマニウムなどの元素をも含む合金材料を用いることもできる。また、導電型層の主要構成材料としては、必ずしもi型層と同質のものである必要はなく、例えば非晶質シリコン光電変換ユニットのp型層として非晶質シリコンカーバイドを用い得るし、n型層として微結晶シリコン(μc−Siとも表示される)層を用いることもできる。   The photoelectric conversion unit in the silicon-based thin film photoelectric conversion device includes a pin junction including a p-type layer, an i-type layer that is a substantially intrinsic photoelectric conversion layer, and an n-type layer. A unit including an i-type layer of amorphous silicon is referred to as an amorphous silicon photoelectric conversion unit, and a unit including an i-type layer of crystalline silicon is referred to as a crystalline silicon photoelectric conversion unit. Note that as the amorphous or crystalline silicon-based material, not only a case where silicon is included as a main element but also an alloy material including an element such as carbon, oxygen, nitrogen, or germanium can be used. The main constituent material of the conductive layer is not necessarily the same as that of the i-type layer. For example, amorphous silicon carbide can be used as the p-type layer of the amorphous silicon photoelectric conversion unit. A microcrystalline silicon (also expressed as μc-Si) layer can also be used as the mold layer.

ところで、基板側から光を入射させるタイプの光電変換装置において用いられる透明絶縁基板には、ガラス、透明樹脂などの板状部材やシート状部材が用いられ得る。そして、透明絶縁基板上において、透明導電膜は前述のように例えば酸化錫、酸化亜鉛などの導電性金属酸化物を用いて形成され、CVD、スパッタ、蒸着などの方法で形成され得る。また、透明導電膜は、その表面に微細な凹凸を有することによって、入射光の散乱を増大させる効果を有することが望ましい。光電変換ユニット上に形成される裏面電極層としては、例えばAl、Agなどの金属層をスパッタ法または蒸着法によって形成し得る。また、光電変換ユニットと金属層との間に、ITO、酸化錫、酸化亜鉛などからなる導電性酸化物層を形成することも好ましい。   By the way, a plate-like member such as glass or transparent resin or a sheet-like member can be used for a transparent insulating substrate used in a photoelectric conversion device of a type in which light enters from the substrate side. On the transparent insulating substrate, the transparent conductive film is formed using a conductive metal oxide such as tin oxide or zinc oxide as described above, and can be formed by a method such as CVD, sputtering, or vapor deposition. The transparent conductive film desirably has an effect of increasing the scattering of incident light by having fine irregularities on the surface. As the back electrode layer formed on the photoelectric conversion unit, for example, a metal layer such as Al or Ag can be formed by sputtering or vapor deposition. It is also preferable to form a conductive oxide layer made of ITO, tin oxide, zinc oxide or the like between the photoelectric conversion unit and the metal layer.

非晶質シリコン薄膜光電変換装置においては、バルクの単結晶や多結晶の光電変換装置に比べて初期光電変換効率が低く、さらに長期間の光照射による光劣化現象(Staebler-Wronsky効果)によって変換効率が低下するという問題がある。そこで、薄膜多結晶シリコンや微結晶シリコンのような結晶質シリコンを光電変換層として用いた結晶質シリコン薄膜光電変換装置が、低コスト化と高効率化との両立可能なものとして期待されて検討されている。なぜならば、結晶質シリコン薄膜光電変換装置は、非晶質シリコン層の形成と同様にプラズマCVD法にて低温で形成することができ、さらに光劣化現象をほとんど生じないからである。また、非晶質シリコン光電変換層が長波長側において800nm程度までの波長の光を光電変換し得るのに対し、結晶質シリコン光電変換層はそれより長い約1200nm程度までの波長の光を光電変換することができる。   In the amorphous silicon thin film photoelectric conversion device, the initial photoelectric conversion efficiency is lower than that of bulk single crystal and polycrystal photoelectric conversion devices, and conversion is caused by the photodegradation phenomenon (Staebler-Wronsky effect) due to long-term light irradiation. There is a problem that efficiency decreases. Therefore, a crystalline silicon thin film photoelectric conversion device using crystalline silicon such as thin film polycrystalline silicon or microcrystalline silicon as a photoelectric conversion layer is expected to be compatible with both low cost and high efficiency. Has been. This is because the crystalline silicon thin film photoelectric conversion device can be formed at a low temperature by the plasma CVD method similarly to the formation of the amorphous silicon layer, and further, the light deterioration phenomenon hardly occurs. The amorphous silicon photoelectric conversion layer can photoelectrically convert light having a wavelength up to about 800 nm on the long wavelength side, whereas the crystalline silicon photoelectric conversion layer photoelectrically converts light having a wavelength up to about 1200 nm. Can be converted.

さらに、光電変換装置の変換効率を向上させる方法として、2以上の光電変換ユニットを積層して得られる積層型光電変換装置が知られている。この方法においては、光電変換装置の光入射側に大きな光学的禁制帯幅(エネルギバンドギャップ)を有する光電変換層を含む前方ユニットを配置し、その後ろに順に小さなバンドギャップを有する光電変換層を含む後方ユニットを配置して、入射光の広い波長範囲にわたる光電変換を可能にすることによって、装置全体としての変換効率の向上が図られている。   Furthermore, as a method for improving the conversion efficiency of the photoelectric conversion device, a stacked photoelectric conversion device obtained by stacking two or more photoelectric conversion units is known. In this method, a front unit including a photoelectric conversion layer having a large optical forbidden bandwidth (energy band gap) is disposed on the light incident side of the photoelectric conversion device, and a photoelectric conversion layer having a small band gap is sequentially disposed behind the front unit. The conversion efficiency of the entire device is improved by disposing the rear unit including the photoelectric conversion and enabling photoelectric conversion over a wide wavelength range of incident light.

ところで、薄膜光電変換装置においては、従来のバルクの単結晶や多結晶シリコンを利用した光電変換装置に比べて光電変換層を薄くすることが可能であるが、その反面で、薄膜全体の光吸収が膜厚によって制限されるという問題がある。そこで、光電変換ユニットに入射した光をより有効に利用するために、光電変換ユニットに接する透明導電膜または金属層の表面を凹凸化(テクスチャ化)し、その界面で光を散乱させて光電変換ユニット内へ入射させることによって光路長を延長せしめ、光電変換層内での光吸収量を増大させる工夫がなされている。この技術は「光閉じ込め」と呼ばれており、高い光電変換効率を有する薄膜光電変換装置を実用化する上で重要な技術となっている。   By the way, in the thin film photoelectric conversion device, it is possible to make the photoelectric conversion layer thinner than the photoelectric conversion device using conventional bulk single crystal or polycrystalline silicon, but on the other hand, the light absorption of the entire thin film Is limited by the film thickness. Therefore, in order to use light incident on the photoelectric conversion unit more effectively, the surface of the transparent conductive film or metal layer in contact with the photoelectric conversion unit is roughened (textured), and light is scattered at the interface to perform photoelectric conversion. A device has been devised to extend the optical path length by entering the unit and to increase the amount of light absorption in the photoelectric conversion layer. This technique is called “optical confinement”, and is an important technique for putting a thin film photoelectric conversion device having high photoelectric conversion efficiency into practical use.

ここで、光電変換装置に最適な透明導電膜の表面凹凸形状を求めるために、表面凹凸形状を定量的に表す指標が望まれる。そのような表面凹凸形状を表す指標として、ヘイズ率と表面面積比(Sdr)が利用されている。   Here, in order to obtain the surface uneven shape of the transparent conductive film optimal for the photoelectric conversion device, an index that quantitatively represents the surface uneven shape is desired. Haze rate and surface area ratio (Sdr) are used as an index representing such a surface irregularity shape.

ヘイズ率とは、透明な基板の表面凹凸を光学的に評価する指標であり、(拡散透過率/全光線透過率)×100[%]で表される(JIS K7136)。ヘイズ率の測定に関しては、自動測定可能なヘイズメータが市販されており、容易にその測定をすることができる。なお、その測定用の光源としては、一般にC光源が用いられる。   The haze ratio is an index for optically evaluating the surface unevenness of a transparent substrate, and is represented by (diffuse transmittance / total light transmittance) × 100 [%] (JIS K7136). Regarding the measurement of the haze ratio, a haze meter capable of automatic measurement is commercially available and can be easily measured. In general, a C light source is used as the light source for the measurement.

表面面積比は、表面凹凸の高低差の大きさだけでなくて凹凸の形状をも含めて表す指標である。透明導電膜の表面凹凸が先鋭化すれば光電変換装置の開放電圧や曲線因子が低下する場合があるので、表面面積比は光電変換装置用の透明導電膜の表面凹凸状態を表す指標として有効である。表面面積比は、ディベロップト・サーフェス・エリア・レシオ(Developed Surface Area Ratio)とも呼ばれ、その略称としてSdrが用いられる。Sdrは次式1および2で定義される(K. J. Stout, P. J. Sullivan, W. P. Dong, E. Manisah, N. Luo, T. Mathia: "The development of methods for characterization of roughness on three dimensions", Publication no.EUR 15178 EN of the Commission of the European Communities, Lucembourg, 1994)。   The surface area ratio is an index that represents not only the height difference of the surface unevenness but also the shape of the unevenness. If the surface unevenness of the transparent conductive film is sharpened, the open circuit voltage and the fill factor of the photoelectric conversion device may decrease. Therefore, the surface area ratio is effective as an index representing the surface unevenness state of the transparent conductive film for the photoelectric conversion device. is there. The surface area ratio is also called a developed surface area ratio, and Sdr is used as an abbreviation thereof. Sdr is defined by the following equations 1 and 2 (KJ Stout, PJ Sullivan, WP Dong, E. Manisah, N. Luo, T. Mathia: "The development of methods for characterization of roughness on three dimensions", Publication no. EUR 15178 EN of the Commission of the European Communities, Lucembourg, 1994).

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ここで、MとNは、全測定領域をx方向の微小長さΔXとy方向の微小長さΔYに分割した数をそれぞれ表す。Z(x,y)は、微小測定領域ΔXΔY内の所定位置(x,y)における高さを表す。そして、Sdrは、全測定領域の平坦な面積に対して実際の表面積が増加している割合を表す。すなわち、凹凸が大きくて鋭く尖っているほどSdrは大きくなる。Sdrの測定は、AFM(原子間力顕微鏡)またはSTM(走査透過顕微鏡)などの走査型顕微鏡によって行なうことができる。 Here, M and N respectively represent numbers obtained by dividing the entire measurement region into a minute length ΔX in the x direction and a minute length ΔY in the y direction. Z (x, y) represents the height at a predetermined position (x, y) in the minute measurement region ΔXΔY. Sdr represents the rate at which the actual surface area increases with respect to the flat area of the entire measurement region. That is, Sdr increases as the unevenness becomes larger and sharper. Sdr can be measured by a scanning microscope such as AFM (Atomic Force Microscope) or STM (Scanning Transmission Microscope).

非晶質シリコン薄膜光電変換装置はガラスなどの透明基体上に形成され、その上の透明導電膜として表面凹凸を有する酸化錫膜がよく用いられている。前述のように、この酸化錫膜の表面凹凸は、光電変換層内への光閉じ込めに有効に寄与し得る。しかし、ガラス基体上において光閉じ込めに有効な表面凹凸を有する酸化錫膜を常圧熱CVD法で形成する場合、約550〜650℃の高温プロセスを必要とするので製造コストが高いという問題がある。また、その成膜温度が高いという理由から、ガラスやプラスチックフィルムなどの安価な基体が使えない問題がある。さらに、強化ガラスを高温プロセスにさらせば強化効果が消失してしまうので、それを基体に使うことができない。したがって、大面積太陽電池の場合に、ガラス基体はその強度を確保するために厚くなければならず、結果として太陽電池の重量が大きくなるという問題もある。   Amorphous silicon thin film photoelectric conversion devices are often formed on a transparent substrate such as glass, and a tin oxide film having surface irregularities is often used as a transparent conductive film thereon. As described above, the surface unevenness of the tin oxide film can effectively contribute to light confinement in the photoelectric conversion layer. However, when a tin oxide film having surface irregularities effective for light confinement is formed on a glass substrate by an atmospheric pressure thermal CVD method, a high temperature process of about 550 to 650 ° C. is required, and there is a problem that the manufacturing cost is high. . In addition, there is a problem that an inexpensive substrate such as glass or plastic film cannot be used because the film forming temperature is high. Furthermore, if the tempered glass is subjected to a high temperature process, the tempering effect disappears, so that it cannot be used for the substrate. Therefore, in the case of a large area solar cell, the glass substrate must be thick in order to ensure its strength, resulting in a problem that the weight of the solar cell increases.

また、酸化錫膜は耐プラズマ性が低く、水素を含む高プラズマ密度での光電変換層の堆積環境下では、酸化錫膜が還元されてしまう。酸化錫膜は還元されれば黒化するので、黒化した酸化錫膜で入射光が吸収されて光電変換層への透過光量が減少し、それが変換効率の低下を招く原因となる。   Further, the tin oxide film has low plasma resistance, and the tin oxide film is reduced in the deposition environment of the photoelectric conversion layer at a high plasma density containing hydrogen. Since the tin oxide film is blackened when reduced, incident light is absorbed by the blackened tin oxide film and the amount of light transmitted to the photoelectric conversion layer is reduced, which causes a reduction in conversion efficiency.

さらに、前述のように非晶質シリコン薄膜太陽電池はバルクの単結晶や多結晶の太陽電池に比べて初期光電変換効率が低く、さらに光劣化現象によって変換効率が低下するという問題がある。そこで、薄膜多結晶シリコンや微結晶シリコンのような結晶質シリコンを光電変換層として用いた結晶質シリコン薄膜太陽電池が、低コスト化と高効率化とを両立可能なものとして期待されて検討されている。なぜなら、結晶質シリコン薄膜太陽電池は、非晶質シリコンの形成と同様にプラズマCVD法にて低温形成でき、さらに光劣化現象がほとんど生じないからである。また、非晶質シリコン光電変換層が長波長側において800nm程度までの波長の光を光電変換し得るのに対し、結晶質シリコン光電変換層はそれより長い約1200nm程度までの波長の光を光電変換することができる。しかし、結晶質シリコン層は非晶質シリコン層の堆積条件に比べて高いプラズマ密度を必要とし、酸化錫膜を透明導電膜に用いた場合には大幅な光電変換率の向上が困難であった。   Furthermore, as described above, the amorphous silicon thin film solar cell has a problem that the initial photoelectric conversion efficiency is lower than that of a bulk single crystal or polycrystalline solar cell, and further, the conversion efficiency is lowered due to a photodegradation phenomenon. Therefore, a crystalline silicon thin film solar cell using crystalline silicon such as thin film polycrystalline silicon or microcrystalline silicon as a photoelectric conversion layer has been studied with the expectation that it can achieve both low cost and high efficiency. ing. This is because the crystalline silicon thin film solar cell can be formed at a low temperature by the plasma CVD method similarly to the formation of amorphous silicon, and further, the light deterioration phenomenon hardly occurs. The amorphous silicon photoelectric conversion layer can photoelectrically convert light having a wavelength up to about 800 nm on the long wavelength side, whereas the crystalline silicon photoelectric conversion layer photoelectrically converts light having a wavelength up to about 1200 nm. Can be converted. However, the crystalline silicon layer requires a higher plasma density than the deposition condition of the amorphous silicon layer, and it has been difficult to significantly improve the photoelectric conversion rate when a tin oxide film is used for the transparent conductive film. .

他方、酸化亜鉛は透明導電膜の材料として広く用いられている酸化錫またはITOよりも安価であって、耐プラズマ性も高いという利点を有しており、薄膜太陽電池用の透明導電膜材料として好適である。特に、非晶質シリコン層の堆積条件に比べて多量の水素を使用しかつ高プラズマ密度を必要とする薄膜多結晶シリコン層や微結晶シリコン層のような結晶質シリコン層を光電変換ユニットの一部として含む結晶質シリコン薄膜光電変換装置において、酸化亜鉛の導電性膜は有効である。   On the other hand, zinc oxide has the advantage that it is cheaper than tin oxide or ITO, which is widely used as a material for transparent conductive films, and has high plasma resistance, and is used as a transparent conductive film material for thin film solar cells. Is preferred. In particular, a crystalline silicon layer such as a thin-film polycrystalline silicon layer or a microcrystalline silicon layer that uses a large amount of hydrogen and requires a high plasma density compared to the deposition condition of an amorphous silicon layer is used as a photoelectric conversion unit. In the crystalline silicon thin film photoelectric conversion device included as a part, the conductive film of zinc oxide is effective.

なお、本願明細書における「結晶質」および「微結晶」の用語は、部分的に非晶質を含むものをも意味している。   Note that the terms “crystalline” and “microcrystal” in the present specification also mean those partially containing amorphous.

特許文献1の特開2002−25350号公報では、ガラス基体上において、DC(直流)スパッタリング条件を変えて積層された2層のGaドープ酸化亜鉛層が透明導電膜として形成されている。その第1層は成膜温度250℃で厚さ500nmに堆積され、第2層は成膜温度100℃で厚さ400nmに堆積され、その後に塩酸でウェットエッチングすることによって透明導電膜に表面凹凸が形成されている。この場合、第1酸化亜鉛層を高温成膜することによって透明導電膜と基板の密着力が高められ、第2酸化亜鉛層を低温で成膜することによってウェットエッチングする際のエッチングレートが増加して表面凹凸が形成されやすくなるとされている。   In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-25350 of Patent Document 1, two Ga-doped zinc oxide layers that are laminated under different DC (direct current) sputtering conditions are formed as a transparent conductive film on a glass substrate. The first layer is deposited to a thickness of 500 nm at a deposition temperature of 250 ° C., the second layer is deposited to a thickness of 400 nm at a deposition temperature of 100 ° C., and then wet etched with hydrochloric acid to form a surface irregularity on the transparent conductive film. Is formed. In this case, the adhesion between the transparent conductive film and the substrate is increased by forming the first zinc oxide layer at a high temperature, and the etching rate during wet etching is increased by forming the second zinc oxide layer at a low temperature. It is said that surface irregularities are easily formed.

ウェットエッチングせずに酸化亜鉛の透明導電膜に表面凹凸を形成する方法として、例えば特許文献2の特開2000−252501号公報では、200℃以下の低温における低圧熱CVD法(MOCVD(有機金属CVD)法とも称される)によって、表面凹凸を有する酸化亜鉛薄膜を形成し得ることが開示されている。この低圧熱CVD法は常圧熱CVDに比べて低温の200℃以下のプロセスであるので、低コスト化を図ることができる。また、低圧熱CVD法では、ガラスやプラスチックフィルムなどの安価な基体を用いることができる。さらに、低圧熱CVD法では強化ガラスを使用することも可能であって、大面積太陽電池のガラス基体を約2/3程度に薄くでき、その軽量化を図ることができる。さらに、低圧熱CVD法は、スパッタ法に比べて1桁以上速い速度にて成膜が可能であるとともに、原料の利用効率が高いことから、製造コスト面からも薄膜太陽電池の作製にとって好ましい。
特開2002−25350号公報 特開2000−252501号公報
As a method for forming surface irregularities on a transparent conductive film of zinc oxide without performing wet etching, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-252501, Patent Document 2 discloses a low pressure thermal CVD method (MOCVD (organometallic CVD) at a low temperature of 200 ° C. or less. It is also disclosed that a zinc oxide thin film having surface irregularities can be formed. Since this low-pressure thermal CVD method is a process at a temperature of 200 ° C. or lower, which is lower than that of atmospheric pressure CVD, the cost can be reduced. In the low pressure thermal CVD method, an inexpensive substrate such as glass or plastic film can be used. Further, in the low pressure thermal CVD method, tempered glass can be used, and the glass substrate of the large area solar cell can be thinned to about 2/3, and the weight can be reduced. Further, the low-pressure thermal CVD method is preferable for manufacturing a thin-film solar cell from the viewpoint of manufacturing cost because it can form a film at a speed one digit or more faster than the sputtering method and has high utilization efficiency of raw materials.
JP 2002-25350 A JP 2000-252501 A

光閉じ込め効果を高めるために、スパッタで作製した酸化亜鉛層を含む透明導電膜の表面凹凸を増大させるの方法を本発明者らが検討したところ、特許文献1による透明導電膜の製造方法では、透明導電膜に表面凹凸を形成ために塩酸でウェットエッチングしているので、以下の種々の課題が見出された。すなわち、エッチング液の使用回数に伴ってエッチング能力が低下して表面凹凸の再現性が悪くなる課題、大面積の透明導電膜ではエッチングむらによって均一な表面凹凸が得られない課題、さらにガラス基板に無反射コーティング(ARコート)が付与されている場合にそのARコートが塩酸で溶けたりダメージを受ける課題が見出された。また、スパッタ法では透明導電膜の堆積速度が遅い課題もあり、製造コストの増大も問題となる。   In order to enhance the light confinement effect, the present inventors have examined a method for increasing the surface irregularities of a transparent conductive film including a zinc oxide layer produced by sputtering. In the method for producing a transparent conductive film according to Patent Document 1, Since wet etching is performed with hydrochloric acid to form surface irregularities in the transparent conductive film, the following various problems have been found. That is, the etching ability decreases with the number of times the etchant is used and the reproducibility of the surface unevenness becomes poor, the problem that uniform surface unevenness cannot be obtained due to etching unevenness in a large-area transparent conductive film, and the glass substrate When an antireflective coating (AR coat) is applied, a problem has been found that the AR coat is melted by hydrochloric acid or damaged. In addition, the sputtering method has a problem that the deposition rate of the transparent conductive film is slow, which increases the manufacturing cost.

低圧熱CVD法を用いて酸化亜鉛膜の表面凹凸を増大させる方法を検討したところ、特許文献2の酸化亜鉛膜の製造方法では酸化亜鉛膜を厚くする必要がある。したがって、厚い酸化亜鉛膜の透明導電膜では、光吸収損失が大きくなって表面凹凸による光散乱効果が相殺されてしまい、短絡電流密度が不十分になるという課題が明らかになった。   When a method for increasing the surface irregularities of the zinc oxide film using the low-pressure thermal CVD method was examined, the zinc oxide film manufacturing method disclosed in Patent Document 2 requires a thick zinc oxide film. Therefore, in the transparent conductive film of the thick zinc oxide film, the light absorption loss is increased, the light scattering effect due to the surface unevenness is offset, and the short circuit current density becomes insufficient.

上述のような先行技術における課題を鑑み、本発明の目的は、透明導電膜のウェットエッチングを行なわずかつその膜厚を増加させずに、表面凹凸が効果的に大きくされた光電変換装置用透明導電膜を提供することである。   In view of the problems in the prior art as described above, an object of the present invention is to provide a transparent for a photoelectric conversion device in which the surface unevenness is effectively increased without performing wet etching of the transparent conductive film and without increasing the film thickness. It is to provide a conductive film.

本発明の光電変換装置用透明導電膜においては、その透明導電膜が2次イオン質量分析(SIMS)で測定した原子濃度として2×1019個/cm3以上のB原子および2×1020個/cm3以上のH原子を含む酸化亜鉛からなり、かつB原子濃度/H原子濃度の比の値が透明導電膜の厚さ方向の所定位置において極小値を有するように変動させられていることを特徴としている。これによって、光電変換装置用透明導電膜の表面凹凸が効果的に大きくされ得る。 In the transparent conductive film for photoelectric conversion devices of the present invention, the transparent conductive film has an atomic concentration of 2 × 10 19 atoms / cm 3 or more and 2 × 10 20 atoms as measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS). It is made of zinc oxide containing H atoms of / cm 3 or more, and the value of the ratio of B atom concentration / H atom concentration is varied so as to have a minimum value at a predetermined position in the thickness direction of the transparent conductive film. It is characterized by. Thereby, the surface unevenness | corrugation of the transparent conductive film for photoelectric conversion apparatuses can be enlarged effectively.

なお、透明導電膜は透明絶縁基板上に形成されており、B原子濃度/H原子濃度比の極小値の位置が、基板面から0.1μm〜0.3μmの距離にあり、透明導電膜の総厚みの半分より基板側の範囲内にあることが好ましい。また、B原子濃度/H原子濃度の比の極小値は、0.01以上で0.1以下であることが好ましい。さらに、透明導電膜はその厚さ方向の所定位置においてB原子濃度/H原子濃度の比の極大値をも有し、その極大値が0.05以上であることが好ましい。透明導電膜はC原子をも含み、B原子濃度/C原子濃度の比の値が透明導電膜の厚さ方向の所定位置において極大値を有するように変動させられており、その極大値が1.5以上であることが好ましい。
The transparent conductive film is formed on a transparent insulating substrate, and the position of the minimum value of the B atom concentration / H atom concentration ratio is at a distance of 0.1 μm to 0.3 μm from the substrate surface. It is preferable that it exists in the range by the side of a board | substrate from half of the total thickness of this. The minimum value of the ratio of B atom concentration / H atom concentration is preferably 0.01 or more and 0.1 or less. Furthermore, the transparent conductive film also has a maximum value of the ratio of B atom concentration / H atom concentration at a predetermined position in the thickness direction, and the maximum value is preferably 0.05 or more. The transparent conductive film also includes C atoms, and the value of the ratio of B atom concentration / C atom concentration is varied so as to have a maximum value at a predetermined position in the thickness direction of the transparent conductive film. .5 or more is preferable.

以上のような光電変換装置用透明導電膜が付与された透明絶縁基板は、光電変換装置用基板として好ましく用いることができる。また、以上のような光電変換装置用透明導電膜と裏面電極層とによって1以上の光電変換ユニットを挟むことによって、改善された光電変換特性を有する薄膜光電変換装置を得ることができる。   The transparent insulating substrate provided with the above-described transparent conductive film for photoelectric conversion device can be preferably used as a substrate for photoelectric conversion device. Moreover, the thin film photoelectric conversion apparatus which has the improved photoelectric conversion characteristic can be obtained by pinching | interposing one or more photoelectric conversion units with the above transparent conductive films for photoelectric conversion apparatuses, and a back surface electrode layer.

以上のような光電変換装置用透明導電膜は、低圧CVD法において、第一の基板温度で透明導電膜の堆積初期の基板面から0.1μm〜0.3μmの厚さ部分を成膜したのち、第二の基板温度で透明導電膜の残りの少なくとも一部の厚さ部分の成膜を行ない、第一基板温度が第二基板温度より相対的に高く設定されることによって好ましく形成され得る。また、以上のような光電変換装置用透明導電膜は、低圧CVD法において、第一のB26ガス流量で透明導電膜の堆積初期の基板面から0.1μm〜0.3μmの厚さ部分を成膜したのち、第二のB26ガス流量で透明導電膜の残りの少なくとも一部の厚さ部分の成膜を行ない、第一のB26ガス流量が第二のB26ガス流量より相対的に大きく設定されることによっても好ましく形成され得る。 The transparent conductive film for a photoelectric conversion device as described above was formed in a low-pressure CVD method with a thickness of 0.1 μm to 0.3 μm from the substrate surface at the initial deposition of the transparent conductive film at the first substrate temperature. After that, at least a part of the remaining thickness of the transparent conductive film is formed at the second substrate temperature, and the first substrate temperature can be preferably set higher than the second substrate temperature. . Moreover, the transparent conductive film for photoelectric conversion devices as described above has a thickness of 0.1 μm to 0.3 μm from the substrate surface at the initial stage of deposition of the transparent conductive film at the first B 2 H 6 gas flow rate in the low pressure CVD method. after forming the portion is, performs deposition of the remaining at least a portion of the thickness of the portion of the transparent conductive film in the second B 2 H 6 gas flow rate, the first B 2 H 6 gas flow rate is the second It can also be preferably formed by setting it relatively larger than the B 2 H 6 gas flow rate.

なお、本発明に関して「低圧熱CVD法」の用語は、大気圧より低い圧力の気体を用いた熱化学的気相成長法を意味する。すなわち、低圧熱CVD法は、減圧CVD法、ロー・プレッシャー・CVD法(Low Pressure CVD:略称LP−CVD)とも呼ばれ、大気圧より低い圧力の気体を用いた熱化学的気相成長法と定義される。通常では、「CVD」の用語は「プラズマCVD」、「光CVD」などのようにエネルギ源を明示した場合を除いて「熱CVD」を意味するので、「低圧CVD法」の用語は「低圧熱CVD法」と同義である。また、低圧熱CVD法は、減圧下の有機金属CVD法(略称、MO−CVD法)をも包含する。   In the present invention, the term “low-pressure thermal CVD method” means a thermochemical vapor deposition method using a gas having a pressure lower than atmospheric pressure. That is, the low pressure thermal CVD method is also called a low pressure CVD method or a low pressure CVD method (low pressure CVD: abbreviated as LP-CVD), and is a thermochemical vapor deposition method using a gas having a pressure lower than atmospheric pressure. Defined. Normally, the term “CVD” means “thermal CVD” except when the energy source is clearly indicated, such as “plasma CVD”, “photo CVD”, etc. It is synonymous with “thermal CVD method”. The low-pressure thermal CVD method also includes an organic metal CVD method under reduced pressure (abbreviation, MO-CVD method).

本発明によれば、透明導電膜が2×1019個/cm3以上のB原子および2×1020個/cm3以上のH原子を含む酸化亜鉛からなり、かつB原子濃度/H原子濃度の比の値が透明導電膜の厚さ方向の所定位置において極小値をもつことによって、その酸化亜鉛膜の総膜厚が薄くても表面凹凸が大きくなって光閉じ込め効果が向上し、かつ低抵抗な透明導電膜を得ることができる。また、透明導電膜の表面凹凸の形成にウェットエッチングを用いないので、再現性よく表面凹凸を形成することができる。また、この透明導電膜を薄膜光電変換装置に適用すれば、薄膜光電変換装置の短絡電流密度(Jsc)と曲線因子(FF)が向上し、光電変換特性の改善された薄膜光電変換装置を提供することができる。 According to the present invention, the transparent conductive film is composed of zinc oxide containing 2 × 10 19 atoms / cm 3 or more of B atoms and 2 × 10 20 atoms / cm 3 or more of H atoms, and B atom concentration / H atom concentration. The value of the ratio has a minimum value at a predetermined position in the thickness direction of the transparent conductive film, so that even if the total thickness of the zinc oxide film is thin, the surface unevenness becomes large and the light confinement effect is improved, and low A resistive transparent conductive film can be obtained. Moreover, since wet etching is not used for forming the surface irregularities of the transparent conductive film, the surface irregularities can be formed with good reproducibility. In addition, when this transparent conductive film is applied to a thin film photoelectric conversion device, a short circuit current density (Jsc) and a fill factor (FF) of the thin film photoelectric conversion device are improved, and a thin film photoelectric conversion device with improved photoelectric conversion characteristics is provided. can do.

以下において本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお本願の図面において、厚さや長さなどの寸法関係については図面の明瞭化と簡略化のため適宜変更されており、実際の寸法関係を表してはいない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings of the present application, dimensional relationships such as thickness and length are appropriately changed for the sake of clarity and simplification, and do not represent actual dimensional relationships.

光電変換装置においては、透明導電膜の表面凹凸を増大させて光閉じ込め効果を増大させ、かつ低い電気抵抗を維持することが重要である。しかしながら、発明が解決しようとする課題に述べたように、透明導電膜に表面凹凸を形成するために、ウェットエッチングを用いたり、透明導電膜の膜厚を厚くすることは好ましくない。本発明者らは、課題を解決するために薄膜光電変換装置用の透明導電膜として酸化亜鉛膜についてその組成に着目して検討したところ、総膜厚を厚くせずに表面凹凸が増大させられかつ抵抗が低く抑制された透明導電膜が得られることを見出した。   In the photoelectric conversion device, it is important to increase the surface concavity and convexity of the transparent conductive film to increase the light confinement effect and maintain a low electrical resistance. However, as described in the problem to be solved by the invention, it is not preferable to use wet etching or increase the film thickness of the transparent conductive film in order to form surface irregularities in the transparent conductive film. In order to solve the problem, the present inventors examined a zinc oxide film as a transparent conductive film for a thin film photoelectric conversion device by paying attention to its composition. As a result, the surface roughness was increased without increasing the total film thickness. And it discovered that the transparent conductive film by which resistance was suppressed low was obtained.

すなわち、本発明によれば、透明導電膜がSIMSで測定した原子濃度として2×1019個/cm3以上のB原子および2×1020個/cm3以上のH原子を含む酸化亜鉛からなり、かつB原子濃度/H原子濃度の比の値が透明導電膜の厚さ方向の所定位置に極小値を有することを特徴としている。 That is, according to the present invention, a transparent conductive film made of zinc oxide containing 2 × 10 19 atoms / cm 3 or more B atoms and 2 × 10 20 atoms / cm 3 or more H atoms as atom concentration measured by SIMS The B atom concentration / H atom concentration ratio has a minimum value at a predetermined position in the thickness direction of the transparent conductive film.

酸化亜鉛膜の厚さ方向の所定位置においてB原子濃度/H原子濃度の極小値を設ければ、酸化亜鉛膜の厚さを増大させることなく、表面凹凸を増大させることができる。表面凹凸の増大の指標として、ヘイズ率が増大する。また、表面凹凸を形成するために従来行われていたウェットエッチングが不要となる。   If a minimum value of B atom concentration / H atom concentration is provided at a predetermined position in the thickness direction of the zinc oxide film, surface irregularities can be increased without increasing the thickness of the zinc oxide film. As an index of the increase in surface irregularities, the haze rate increases. Further, the conventional wet etching for forming the surface irregularities becomes unnecessary.

酸化亜鉛膜中のB原子濃度/H原子濃度の比(B濃度/H濃度)およびB原子濃度/C原子濃度の比(B濃度/C濃度)は、Cs+イオン源を用いたSIMSで測定することができる。本発明の透明導電膜である酸化亜鉛膜は、基板側から表面側に向かう所定厚さの位置において、B濃度/H濃度の極小値を有している。B濃度/H濃度の極小値の位置は、酸化亜鉛膜の総厚みの半分より基板側にあることが好ましい。また、B濃度/H濃度の極小値の位置より基板側に、B濃度/H濃度の極大値が存在してもよい。 The B atom concentration / H atom concentration ratio (B concentration / H concentration) and the B atom concentration / C atom concentration ratio (B concentration / C concentration) in the zinc oxide film were measured by SIMS using a Cs + ion source. can do. The zinc oxide film, which is the transparent conductive film of the present invention, has a minimum value of B concentration / H concentration at a predetermined thickness from the substrate side to the surface side. It is preferable that the position of the minimum value of B concentration / H concentration is closer to the substrate than half the total thickness of the zinc oxide film. Further, a maximum value of B concentration / H concentration may exist on the substrate side from the position of the minimum value of B concentration / H concentration.

酸化亜鉛膜がCを含む場合は、B濃度/C濃度も極小値を生じていることが好ましい。また、B濃度/C濃度の極小値より基板側に、B濃度/C濃度の極大値が存在してもよい。B濃度/C濃度に極大値が存在する場合、その位置はB濃度/H濃度の極大値の位置にほぼ一致することが好ましい。   When the zinc oxide film contains C, it is preferable that the B concentration / C concentration also has a minimum value. Further, a maximum value of B concentration / C concentration may exist on the substrate side from a minimum value of B concentration / C concentration. When a maximum value exists in the B concentration / C concentration, it is preferable that the position substantially coincides with the position of the maximum value of the B concentration / H concentration.

HとBを含む酸化亜鉛膜の堆積では、Bは膜の成長表面に濃縮される傾向にあり、Bが成長表面に濃縮されれば表面凹凸が小さくなる傾向がある。他方、Bはドーパントとして働き、Bの濃度が高いほど酸化亜鉛膜が低抵抗になるので、通常では酸化亜鉛膜の低抵抗と表面凹凸の増大は両立しない。ドーパント以外に酸化亜鉛膜の低抵抗化に寄与するものとしては、格子間Znおよび酸素欠損が挙げられ、これらはH濃度に影響を受けると考えられる。   In the deposition of a zinc oxide film containing H and B, B tends to be concentrated on the growth surface of the film, and if B is concentrated on the growth surface, the surface unevenness tends to be reduced. On the other hand, B acts as a dopant, and the higher the concentration of B, the lower the resistance of the zinc oxide film. Therefore, normally, the low resistance of the zinc oxide film and the increase in surface irregularities are not compatible. In addition to the dopant, those that contribute to the reduction in resistance of the zinc oxide film include interstitial Zn and oxygen vacancies, which are considered to be affected by the H concentration.

本発明では、B濃度/H濃度が極小値をもつことによって、酸化亜鉛膜の成長中に表面におけるB濃度が低い種層がいったん設けられる。この種層の表面においては、同じ膜厚の酸化亜鉛膜でB濃度/H濃度の極小値を持たない場合に比べて表面凹凸が大きくなり、この種層上に続いて形成される酸化亜鉛層の表面凹凸の成長はB濃度が増大しても促進される。したがって、酸化亜鉛膜の総膜厚が薄くてもその表面凹凸が増大し、かつB濃度が高いことによる低抵抗を実現することができ、光電変換装置の短絡電流密度(Jsc)と曲線因子(FF)を向上させ得る。   In the present invention, since the B concentration / H concentration has a minimum value, a seed layer having a low B concentration on the surface is once provided during the growth of the zinc oxide film. On the surface of this seed layer, the surface unevenness becomes larger compared to the case where the zinc oxide film having the same thickness does not have the minimum value of B concentration / H concentration, and the zinc oxide layer formed subsequently on this seed layer The growth of the surface irregularities of the film is promoted even when the B concentration increases. Therefore, even when the total thickness of the zinc oxide film is thin, the surface unevenness increases, and the low resistance due to the high B concentration can be realized, and the short-circuit current density (Jsc) and the fill factor ( FF) can be improved.

SIMSで測定した濃度の絶対値は、測定装置やサンプルの状態に依存して、1/2〜2倍程度の誤差が生じる場合がある。したがって、濃度の絶対値にくらべて同一の測定条件による元素の濃度比のほうが測定値の再現性が高くなるので、酸化亜鉛膜のB濃度/H濃度やB濃度/C濃度を評価することが重要である。また、前述のようにドーパント以外に酸化亜鉛膜の低抵抗化に寄与するものとして、格子間Znおよび酸素欠損が挙げられ、これらが存在すればキャリア電子が増えて抵抗が下がる。O−Hの結合エネルギは428kJ/molであり、O=Cの結合エネルギも444kJ/molであってそれぞれ大きいので、酸化亜鉛膜中にHやCが含まれれば、格子間Znや酸素欠損の生成に関与すると考えられる。したがって、酸化亜鉛膜の表面凹凸および抵抗に関して、B濃度/H濃度とB濃度/C濃度は重要なパラメータになり得る。   The absolute value of the concentration measured by SIMS may have an error of about 1/2 to 2 times depending on the state of the measuring device and the sample. Therefore, since the reproducibility of the measured value is higher in the element concentration ratio under the same measurement conditions than in the absolute value of the concentration, it is possible to evaluate the B concentration / H concentration or B concentration / C concentration of the zinc oxide film. is important. Further, as described above, interstitial Zn and oxygen vacancies can be cited as factors contributing to lowering the resistance of the zinc oxide film in addition to the dopant, and if these exist, carrier electrons increase and the resistance decreases. The bond energy of O—H is 428 kJ / mol, and the bond energy of O═C is also 444 kJ / mol, which is large. Therefore, if H and C are contained in the zinc oxide film, interstitial Zn and oxygen deficiency It is thought to be involved in generation. Therefore, the B concentration / H concentration and the B concentration / C concentration can be important parameters regarding the surface roughness and resistance of the zinc oxide film.

本発明では、透明導電膜の抵抗を下げる観点からB濃度/H濃度の極小値を0.01以上にすることが好ましく、表面凹凸の成長を促進する観点からその極小値を0.1以下にすることが好ましい。また、酸化亜鉛膜の抵抗を下げる観点から、B濃度/H濃度の極大値は0.05以上であることが好ましい。Cを含む酸化亜鉛膜の場合では、その抵抗を下げる観点から、B濃度/H濃度の極大値の位置において、B濃度/C濃度が1.5以上の極大値を有することが好ましい。   In the present invention, the minimum value of B concentration / H concentration is preferably 0.01 or more from the viewpoint of reducing the resistance of the transparent conductive film, and the minimum value is set to 0.1 or less from the viewpoint of promoting the growth of surface irregularities. It is preferable to do. From the viewpoint of reducing the resistance of the zinc oxide film, the maximum value of B concentration / H concentration is preferably 0.05 or more. In the case of a zinc oxide film containing C, it is preferable that the B concentration / C concentration has a maximum value of 1.5 or more at the position of the maximum value of B concentration / H concentration from the viewpoint of reducing the resistance.

B濃度/H濃度の極小値の位置は、酸化亜鉛膜の総厚みの半分より基板側の範囲にあることが好ましい。なぜならば、酸化亜鉛膜の成長初期において表面B濃度が低い酸化亜鉛膜の種層ができるので、効果的に酸化亜鉛膜の表面凹凸の増大と低抵抗化を実現することができるからである。   The position of the minimum value of B concentration / H concentration is preferably in a range closer to the substrate than half the total thickness of the zinc oxide film. This is because a seed layer of a zinc oxide film having a low surface B concentration can be formed at the initial stage of the growth of the zinc oxide film, so that an increase in surface irregularities and a reduction in resistance of the zinc oxide film can be realized effectively.

図1において、本発明の実施形態の一例による薄膜光電変換装置用基板および薄膜光電変換装置が模式的断面図で示されている。図1における薄膜光電変換装置用基板1は、透明絶縁基板11とその上に形成された透明導電膜12を含んでいる。透明導電膜12上には、前方光電変換ユニット2、後方光電変換ユニット3、および裏面電極層4がこの順に積層され、これらによって薄膜光電変換装置5が構成されている。   In FIG. 1, the board | substrate for thin film photoelectric conversion apparatuses and thin film photoelectric conversion apparatuses by an example of embodiment of this invention are shown with typical sectional drawing. A thin film photoelectric conversion device substrate 1 in FIG. 1 includes a transparent insulating substrate 11 and a transparent conductive film 12 formed thereon. On the transparent conductive film 12, the front photoelectric conversion unit 2, the rear photoelectric conversion unit 3, and the back electrode layer 4 are laminated in this order, and the thin film photoelectric conversion device 5 is configured by these layers.

透明絶縁基板11としては、ガラス、透明樹脂などからなる板状部材やシート状部材が主に用いられる。特に、ガラス基板は高い光透過率を有しかつ安価であることから、透明絶縁基板11として好ましく用いられ得る。   As the transparent insulating substrate 11, a plate-like member or a sheet-like member made of glass, transparent resin or the like is mainly used. In particular, since the glass substrate has high light transmittance and is inexpensive, it can be preferably used as the transparent insulating substrate 11.

すなわち、透明絶縁基板11は薄膜光電変換装置5の光入射側に位置することから、より多くの太陽光を透過させて光電変換ユニット2、3に吸収させるために、できるだけ透明であることが好ましく、その材料としてガラス板が好適である。同様の観点から、太陽光の光入射面における光反射ロスを低減させるように、透明絶縁基板11の光入射面に無反射コーティング(図示せず)が施されていることが好ましい。   That is, since the transparent insulating substrate 11 is located on the light incident side of the thin film photoelectric conversion device 5, it is preferably as transparent as possible so that more sunlight can be transmitted and absorbed by the photoelectric conversion units 2 and 3. A glass plate is suitable as the material. From the same viewpoint, it is preferable that a non-reflective coating (not shown) is applied to the light incident surface of the transparent insulating substrate 11 so as to reduce the light reflection loss on the light incident surface of sunlight.

上述のように透絶縁基板11にはガラス基板を単体で用いることが可能であるが、さらに、透絶縁基板11は平滑な表面を有するガラスなどの透光性基体111と透光性下地層112との積層体からなることがより好ましい。このとき透光性下地層112は透明導電膜12側の界面に二乗平均平方根粗さが5〜50nmである微細な表面凹凸を有しかつその凸部は曲面からなることが好ましい。このような透光性下地層112を備えることによっても、薄膜光電変換装置用基板1の表面面積比を好ましい値に制御することが可能である。
Although the transparency insulating substrate 11 as described above it is possible to use a glass substrate alone, further, transparency insulating substrate 11 is light-transmitting substrate 111 and the transparent under such glass having a smooth surface More preferably, it consists of a laminate with the formation 112. At this time, the translucent underlayer 112 preferably has fine surface irregularities having a root mean square roughness of 5 to 50 nm at the interface on the transparent conductive film 12 side, and the convex portions are preferably curved surfaces. Also by providing such a light-transmitting underlayer 112, it is possible to control the surface area ratio of the thin film photoelectric conversion device substrate 1 to a preferable value.

透光性下地層112は、例えば溶媒を含むバインダ1122と共に透光性微粒子1121を塗布することによって形成することができる。より具体的には、透光性のバインダ1122として、シリコン酸化物、アルミニウム酸化物、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、およびタンタル酸化物などの金属酸化物を用いることができる。また、透光性微粒子1121としては、シリカ(SiO2)、酸化チタン(TiO2)、酸化アルミニウム(Al23)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化インジウム錫(ITO)、またはフッ化マグネシウム(MgF2)などが用いられ得る。透光性基体111の表面に上述のバインダ1122と透光性微粒子1121を塗布する方法としては、ディッピング法、スピンコート法、バーコート法、スプレー法、ダイコート法、ロールコート法、フローコート法などを利用し得るが、透光性微粒子1121を緻密かつ均一に塗布するにはロールコート法がより好ましい。その塗布操作が完了したら、直ちに塗布薄膜112を加熱して乾燥させる。 The translucent underlayer 112 can be formed by applying translucent fine particles 1121 together with a binder 1122 containing a solvent, for example. More specifically, a metal oxide such as silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, and tantalum oxide can be used as the light-transmitting binder 1122. The light-transmitting fine particles 1121 include silica (SiO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), indium tin oxide (ITO), or magnesium fluoride. (MgF 2 ) or the like can be used. Examples of the method for applying the binder 1122 and the light-transmitting fine particles 1121 to the surface of the light-transmitting substrate 111 include a dipping method, a spin coating method, a bar coating method, a spray method, a die coating method, a roll coating method, and a flow coating method. However, a roll coat method is more preferable for applying the translucent fine particles 1121 densely and uniformly. When the coating operation is completed, the coated thin film 112 is immediately heated and dried.

透明絶縁基板11上に配置される透明導電膜12の材料としては、酸化亜鉛が用いられる。その酸化亜鉛膜は、不純物として2×1019個/cm3以上のB原子および2×1020個/cm3以上のH原子を含む。酸化亜鉛膜は、光閉じ込め効果を有するテクスチャの形成が200℃以下の低温でも可能でありかつ高い耐プラズマ性を有するので、結晶質光電変換ユニットを含む薄膜光電変換装置の作製のために好ましい。すなわち、本発明の薄膜光電変換装置用基板の酸化亜鉛透明導電膜は、低圧熱CVD法にて200℃以下の基板温度で形成され得る。なお、ここでいう基板温度とは、基板が成膜装置の加熱部と接している面の温度を意味する。 Zinc oxide is used as a material for the transparent conductive film 12 disposed on the transparent insulating substrate 11. The zinc oxide film contains 2 × 10 19 atoms / cm 3 or more of B atoms and 2 × 10 20 atoms / cm 3 or more of H atoms as impurities. A zinc oxide film is preferable for manufacturing a thin film photoelectric conversion device including a crystalline photoelectric conversion unit because a texture having a light confinement effect can be formed even at a low temperature of 200 ° C. or less and has high plasma resistance. That is, the zinc oxide transparent conductive film of the substrate for a thin film photoelectric conversion device of the present invention can be formed at a substrate temperature of 200 ° C. or less by a low pressure thermal CVD method. Note that the substrate temperature here means the temperature of the surface where the substrate is in contact with the heating unit of the film forming apparatus.

酸化亜鉛膜の形成では、圧力5〜200Paに保持された真空槽内へ、有機金属蒸気としてのジエチル亜鉛(DEZ)またはジメチル亜鉛(DMZ)、酸化剤蒸気としての水、およびドーピングガスとしてのB26に加えて、キャリアガスとしてのH2、N2、希ガス(He、Ar、Ne、Kr、Rn)の少なくともいずれかを含む混合ガスが導入されることが好ましい。より具体的には、例えばDEZの流量が10〜1000sccm、水の流量が10〜1000sccm、H2の流量が100〜10000sccm、そしてArの流量が100〜10000sccmであることが好ましい。B26は、DEZに対して0.1%〜10%の割合で含まれることが好ましい。 In forming the zinc oxide film, diethyl zinc (DEZ) or dimethyl zinc (DMZ) as an organic metal vapor, water as an oxidant vapor, and B as a doping gas into a vacuum chamber maintained at a pressure of 5 to 200 Pa. In addition to 2 H 6 , it is preferable to introduce a mixed gas containing at least one of H 2 , N 2 , and a rare gas (He, Ar, Ne, Kr, Rn) as a carrier gas. More specifically, for example, the flow rate of DEZ is preferably 10 to 1000 sccm, the flow rate of water is 10 to 1000 sccm, the flow rate of H 2 is 100 to 10,000 sccm, and the flow rate of Ar is preferably 100 to 10,000 sccm. B 2 H 6 is preferably contained at a ratio of 0.1% to 10% with respect to DEZ.

酸化亜鉛膜の厚さ方向においてB濃度/H濃度の極小値を設ける方法としては、低圧熱CVD法を用いて、成膜初期の基板温度を高くし、その後に基板温度を低くする方法が挙げられる。基板温度を高くすれば、酸化亜鉛膜中にBが多く取りこまれてB原子濃度が高くなる。その後、基板温度を低くすれば、膜中のB濃度が低下する。しかし、その後に低い基板温度を保持して成膜を継続しても、Bが成長表面に濃縮される傾向があるので、酸化亜鉛膜中のB濃度が厚さ方向において緩やかに上昇する。これは、酸化亜鉛の生成熱で成長表面の温度が、基板温度より高くなるからである考えられる。この結果、酸化亜鉛膜の厚さ方向においてB濃度/H濃度に極小値が得られる。その極小値が得られた後は、基板温度を一定にしてもよいし、基板温度を高くしてもよい。他方、B濃度/H濃度の極小値の位置より基板側にその極大値が得られる。また、酸化亜鉛膜にCが含まれる場合では、B濃度/C濃度にも極小値と極大値が得られる。典型的には、基板温度は成膜後期に比べて成膜初期において相対的に10℃以上高くされることが好ましい。   As a method of providing the minimum value of B concentration / H concentration in the thickness direction of the zinc oxide film, there is a method of increasing the substrate temperature at the initial stage of film formation by using a low pressure thermal CVD method and then lowering the substrate temperature. It is done. If the substrate temperature is increased, a large amount of B is incorporated in the zinc oxide film, and the B atom concentration increases. Thereafter, if the substrate temperature is lowered, the B concentration in the film is lowered. However, even if film formation is continued while maintaining a low substrate temperature thereafter, B tends to be concentrated on the growth surface, so the B concentration in the zinc oxide film gradually increases in the thickness direction. This is presumably because the temperature of the growth surface becomes higher than the substrate temperature due to the heat of formation of zinc oxide. As a result, a minimum value is obtained for the B concentration / H concentration in the thickness direction of the zinc oxide film. After the minimum value is obtained, the substrate temperature may be constant or the substrate temperature may be increased. On the other hand, the maximum value is obtained on the substrate side from the position of the minimum value of B concentration / H concentration. Further, when C is contained in the zinc oxide film, a minimum value and a maximum value are obtained for the B concentration / C concentration. Typically, the substrate temperature is preferably relatively higher by 10 ° C. or more in the initial stage of film formation than in the latter stage of film formation.

酸化亜鉛膜の厚さ方向においてB濃度/H濃度に極小値を設ける別の方法として、低圧熱CVD法を用いて、B26の流量を成膜初期に大きくし、その後に低くする方法が挙げられる。その極小値が得られた後には、B26流量を再び大きくされてもよい。酸化亜鉛膜中のB原子濃度はB26の流量で制御できるので、この方法でも酸化亜鉛中にB濃度/H濃度の極小値が得られる。典型的には、B26流量のDEZ流量に対する割合は、成膜後期に比べて成膜初期において相対的に0.1%以上大きくすることが好ましい。 As another method of providing a minimum value for the B concentration / H concentration in the thickness direction of the zinc oxide film, a method of increasing the flow rate of B 2 H 6 at the initial stage of film formation and then lowering it by using a low pressure thermal CVD method. Is mentioned. After the minimum value is obtained, the B 2 H 6 flow rate may be increased again. Since the B atom concentration in the zinc oxide film can be controlled by the flow rate of B 2 H 6 , the minimum value of B concentration / H concentration can also be obtained in this method. Typically, it is preferable that the ratio of the B 2 H 6 flow rate to the DEZ flow rate is relatively larger by 0.1% or more in the initial stage of film formation than in the latter stage of film formation.

酸化亜鉛膜において、結晶粒径が概ね50〜500nmであって、概ね高低差20〜200nmの表面凹凸が形成されていることが、薄膜光電変換装置の光閉じ込め効果を得る観点から好ましい。また、酸化亜鉛膜のヘイズ率は、光閉じ込め効果の観点から15%以上であることが好ましく、20%以上であることがより好ましい。酸化亜鉛膜のシート抵抗は、抵抗損失を抑制するために、15Ω/□以下であることが好ましく、10Ω/□以下であることがより好ましい。   In the zinc oxide film, it is preferable from the viewpoint of obtaining the light confinement effect of the thin film photoelectric conversion device that the crystal grain size is approximately 50 to 500 nm and surface irregularities having a height difference of 20 to 200 nm are formed. Further, the haze ratio of the zinc oxide film is preferably 15% or more, more preferably 20% or more from the viewpoint of the light confinement effect. The sheet resistance of the zinc oxide film is preferably 15Ω / □ or less, more preferably 10Ω / □ or less, in order to suppress resistance loss.

酸化亜鉛膜の平均厚さは0.7〜5μmであることが好ましく、1〜3μmであることがより好ましい。なぜならば、酸化亜鉛膜が薄すぎれば光閉じ込め効果に有効に寄与する表面凹凸を付与すること自体が困難となり、また透明導電膜として必要な導電性が得られにくくなるからである。他方、厚すぎれば酸化亜鉛膜自体による光吸収に起因して、それを透過して光電変換ユニットへ到達する光量が減少して光電変換効率が低下するからである。また、酸化亜鉛膜が厚すぎる場合には、その成膜時間の増大によって成膜コストが増大する。   The average thickness of the zinc oxide film is preferably 0.7 to 5 μm, and more preferably 1 to 3 μm. This is because if the zinc oxide film is too thin, it becomes difficult to provide surface irregularities that effectively contribute to the light confinement effect, and it becomes difficult to obtain the conductivity necessary for the transparent conductive film. On the other hand, if it is too thick, the amount of light that passes through the zinc oxide film itself and reaches the photoelectric conversion unit is reduced and the photoelectric conversion efficiency is lowered. Further, when the zinc oxide film is too thick, the film formation cost increases due to the increase of the film formation time.

酸化亜鉛膜の表面面積比(Sdr)は、55%以上で95%以下であることが好ましい。Sdrが大きすぎる場合には、開放電圧(Voc)と曲線因子(FF)が低下して、変換効率(Eff)が低下する。また、場合によっては、短絡電流密度(Jsc)が低下して、変換効率(Eff)が低下する。Sdrが大きいときにVocとFFが低下する理由としては、薄膜光電変換装置用基板1の表面凹凸が鋭角的になっていて、透明導電膜12上のシリコン半導体層のカバレッジが悪くなり、接触抵抗の増大またはリーク電流の増大が生じるからであると考えられる。また、Sdrが大きいときにJscが低下する理由としては、透明導電膜上の半導体層の成長が阻害されて半導体層の膜質が低下し、キャリア再結合による損失が多くなるからである考えられる。逆に、Sdrが小さすぎる場合には、薄膜光電変換装置用基板1の表面凹凸の大きさが小さくなるので、光閉じ込めの効果が弱くなり、Jscが低下してEffが低下するといえる。表面面積比は、酸化亜鉛膜の堆積条件を制御することによって、最適な値にすることが可能である。例えば、低圧熱CVD法において、酸化亜鉛膜の表面面積比は、基板温度、原料ガス流量、圧力などの成膜条件によって大きく変わるので、それらを制御することによって表面面積比を所望の値にすることが可能である。   The surface area ratio (Sdr) of the zinc oxide film is preferably 55% or more and 95% or less. When Sdr is too large, the open circuit voltage (Voc) and the fill factor (FF) are lowered, and the conversion efficiency (Eff) is lowered. In some cases, the short circuit current density (Jsc) decreases and the conversion efficiency (Eff) decreases. The reason why Voc and FF decrease when Sdr is large is that the surface unevenness of the substrate 1 for a thin film photoelectric conversion device is acute, the coverage of the silicon semiconductor layer on the transparent conductive film 12 deteriorates, and the contact resistance This is thought to be due to an increase in the leakage current or an increase in leakage current. The reason why Jsc decreases when Sdr is large is thought to be that the growth of the semiconductor layer on the transparent conductive film is inhibited, the film quality of the semiconductor layer is decreased, and loss due to carrier recombination increases. On the contrary, when Sdr is too small, the surface unevenness of the thin film photoelectric conversion device substrate 1 becomes small, so that the effect of light confinement is weakened, and Jsc is lowered and Eff is lowered. The surface area ratio can be set to an optimum value by controlling the deposition conditions of the zinc oxide film. For example, in the low-pressure thermal CVD method, the surface area ratio of the zinc oxide film varies greatly depending on the film forming conditions such as the substrate temperature, the raw material gas flow rate, and the pressure, so that the surface area ratio is set to a desired value by controlling them. It is possible.

前方光電変換ユニット2として非晶質シリコン系材料を選べば、それは約360〜800nmの波長の光に対して感度を有し、後方光電変換ユニット3に結晶質シリコン系材料を選べば、それはより長い約1200nmの波長までの光に対して感度を有する。したがって、光入射側から非晶質シリコン系材料の前方光電変換ユニット2および結晶質シリコン系材料の後方光電変換ユニット3の順で積層される薄膜光電変換装置5は、入射光をより広い波長範囲で有効利用可能となる。ただし、「シリコン系」の材料には、シリコンに加え、シリコンカーバイドやシリコンゲルマニウムなど、シリコンを含むシリコン合金半導体材料をも含まれる。   If an amorphous silicon-based material is selected as the front photoelectric conversion unit 2, it has sensitivity to light with a wavelength of about 360 to 800 nm, and if a crystalline silicon-based material is selected for the rear photoelectric conversion unit 3, it is more Sensitive to long light up to about 1200 nm wavelength. Therefore, the thin film photoelectric conversion device 5 stacked in this order from the light incident side to the front photoelectric conversion unit 2 of the amorphous silicon-based material and the rear photoelectric conversion unit 3 of the crystalline silicon-based material has the incident light in a wider wavelength range. It becomes possible to use it effectively. However, “silicon-based” materials include silicon alloy semiconductor materials containing silicon such as silicon carbide and silicon germanium in addition to silicon.

前方光電変換ユニット2は、例えばpin型の順にプラズマCVD法によって各半導体層を積層して形成され得る。具体的には、例えば導電型決定不純物原子であるボロンが0.01原子%以上ドープされたp型非晶質シリコンカーバイド層を一導電型層21とし、真性非晶質シリコン層を光電変換層22とし、そして導電型決定不純物原子であるリンが0.01原子%以上ドープされたn型微結晶シリコン層を逆導電型層23として、この順に堆積されればよい。   The front photoelectric conversion unit 2 can be formed by stacking each semiconductor layer by a plasma CVD method in the order of, for example, a pin type. Specifically, for example, a p-type amorphous silicon carbide layer doped with 0.01 atomic% or more of boron, which is a conductivity type determining impurity atom, is used as one conductivity type layer 21, and an intrinsic amorphous silicon layer is a photoelectric conversion layer. 22 and an n-type microcrystalline silicon layer doped with 0.01 atomic% or more of phosphorus, which is a conductivity type determining impurity atom, may be deposited in this order as a reverse conductivity type layer 23.

後方光電変換ユニット3も、例えばpin型の順にプラズマCVD法によって各半導体層を積層して形成され得る。具体的には、例えばボロンが0.01原子%以上ドープされたp型微結晶シリコン層を一導電型層31とし、真性結晶質シリコン層を光電変換層32とし、そしてリンが0.01原子%以上ドープされたn型微結晶シリコン層を逆導電型層33として、この順に堆積されればよい。   The rear photoelectric conversion unit 3 can also be formed by laminating each semiconductor layer by a plasma CVD method in the order of, for example, a pin type. Specifically, for example, a p-type microcrystalline silicon layer doped with 0.01 atomic% or more of boron is used as one conductivity type layer 31, an intrinsic crystalline silicon layer is used as a photoelectric conversion layer 32, and phosphorus is 0.01 atom. % Or more doped n-type microcrystalline silicon layer may be deposited as the reverse conductivity type layer 33 in this order.

裏面電極層4としては、Al、Ag、Au、Cu、Pt、およびCrから選ばれる少なくとも一種が、少なくとも一層の金属層42として、スパッタ法または蒸着法によって好ましく堆積され得る。また、光電変換ユニット3との間において、ITO、酸化錫、酸化亜鉛などの導電性酸化物層41を裏面電極層4の一部として形成することが好ましい。この導電性酸化物層41は、光電変換ユニット3と裏面金属層42との間の密着性を高めるとともに、裏面電極層4の光反射率を高め、さらに光電変換ユニット3の化学変化を防止する保護層としても機能し得る。   As the back electrode layer 4, at least one selected from Al, Ag, Au, Cu, Pt, and Cr can be preferably deposited as the at least one metal layer 42 by a sputtering method or an evaporation method. In addition, a conductive oxide layer 41 such as ITO, tin oxide, or zinc oxide is preferably formed as a part of the back electrode layer 4 between the photoelectric conversion unit 3. The conductive oxide layer 41 enhances the adhesion between the photoelectric conversion unit 3 and the back surface metal layer 42, increases the light reflectance of the back electrode layer 4, and further prevents chemical changes of the photoelectric conversion unit 3. It can also function as a protective layer.

本発明の光電変換装置用透明導電膜は、シリコン系薄膜光電変換装置用に限定されるものではなく、その他の薄膜光電変換装置においても同様に有効であることが明らかであろう。例えば、CdTe薄膜光電変換装置において、基板、p型CdTe、n型CdS、本発明の透明導電膜を順次積層した構造でも有効である。また、CIS薄膜光電変換装置において、基板、Mo裏面電極、p型CuInSe2、n型CdS、本発明の透明導電膜を順次積層した構造でも有効である。Gaを添加したCuInSe2を利用した略称CIGS薄膜光電変換装置においても、本発明の透明導電膜は有効である。 It will be apparent that the transparent conductive film for a photoelectric conversion device of the present invention is not limited to a silicon-based thin film photoelectric conversion device, and is equally effective in other thin film photoelectric conversion devices. For example, in a CdTe thin film photoelectric conversion device, a structure in which a substrate, p-type CdTe, n-type CdS, and the transparent conductive film of the present invention are sequentially laminated is also effective. Further, in the CIS thin film photoelectric conversion device, a structure in which a substrate, a Mo back electrode, p-type CuInSe 2 , n-type CdS, and the transparent conductive film of the present invention are sequentially laminated is also effective. The transparent conductive film of the present invention is also effective in an abbreviation CIGS thin film photoelectric conversion device using CuInSe 2 to which Ga is added.

また、光閉じ込め効果は限定されるものの、単結晶や多結晶の層厚が50μm以上であるバルクの光電変換装置においても、本発明の透明導電膜は有効である。   Moreover, although the light confinement effect is limited, the transparent conductive film of the present invention is also effective in a bulk photoelectric conversion device having a single crystal or polycrystalline layer thickness of 50 μm or more.

以下において、本発明の種々の実施例が、従来技術による比較例との比較においてさらに詳細に説明される。   In the following, various embodiments of the present invention will be described in more detail in comparison with comparative examples according to the prior art.

(実施例1)
本発明の実施例1として、図1に対応する光電変換装置用透明導電膜が作製された。具体的には、910mm×455mmの面積を有する厚さ4mmのガラス基板111上にSiO2微粒子1121を含む透光性下地層112を形成することによって、透明絶縁基板11が作製された。透光性下地層112を形成するための塗布液としては、平均粒径が100nmの球状シリカ分散液、水、およびエチルセロソルブの混合液にテトラエトキシシランを加え、さらに塩酸を添加してテトラエトキシシランを加水分解させたものが用いられた。この塗布液を印刷機にてガラス基板111上に塗布した後、それを90℃で30分間乾燥させ、その後に450℃で5分間加熱することによって、表面に微細な凹凸が形成された透明絶縁基板11が得られた。この透明絶縁基板11の表面を原子間力顕微鏡(AFM)で観察したところ、微粒子1121の形状を反映して、凸部が曲面からなる表面凹凸が確認され、その二乗平均平方根粗さ(RMS)は5〜50nmであった。なお、本願におけるRMSは、一辺が5μmの正方形領域を観察した原子間力顕微鏡(AFM)像から求められている(ISO 4287/1)。このAFM測定には、Nano−Rシステム(Pacific Nanotechnology社製)のノンコンタクトモードが用いられた。
Example 1
As Example 1 of the present invention, a transparent conductive film for a photoelectric conversion device corresponding to FIG. 1 was produced. Specifically, the transparent insulating substrate 11 was produced by forming the transparent base layer 112 containing the SiO 2 fine particles 1121 on the glass substrate 111 having a thickness of 910 mm × 455 mm and a thickness of 4 mm. As a coating solution for forming the light-transmitting underlayer 112, tetraethoxysilane is added to a mixture of a spherical silica dispersion having an average particle diameter of 100 nm, water, and ethyl cellosolve, and hydrochloric acid is added to add tetraethoxysilane. A hydrolyzed silane was used. After applying this coating liquid on the glass substrate 111 with a printing machine, it is dried at 90 ° C. for 30 minutes, and then heated at 450 ° C. for 5 minutes, thereby forming a transparent insulation with fine irregularities formed on the surface. A substrate 11 was obtained. When the surface of the transparent insulating substrate 11 was observed with an atomic force microscope (AFM), the surface irregularities with convex portions reflecting the shape of the fine particles 1121 were confirmed, and their root mean square roughness (RMS) Was 5-50 nm. In addition, RMS in this application is calculated | required from the atomic force microscope (AFM) image which observed the square area | region whose one side is 5 micrometers (ISO 4287/1). For this AFM measurement, a non-contact mode of a Nano-R system (manufactured by Pacific Nanotechnology) was used.

得られた透明絶縁基板11上に、酸化亜鉛からなる透明導電膜12が低圧熱CVD法で形成された。本発明の特徴である酸化亜鉛膜12の厚さ方向においてB濃度/H濃度の極小値を得るために、成膜初期の厚さ約0.2μmまでは基板温度170℃で成膜され、残りの厚さ範囲は基板温度を10℃下げた160℃で成膜された。この酸化亜鉛膜12は、圧力20Pa、ジエチル亜鉛(DEZ)の流量400sccm、水の流量1000sccm、ジボラン(B26)流量2sccm、アルゴン流量500sccm、そして水素流量500sccmの成膜条件で堆積された。B26流量は、DEZ流量に対して0.5%であった。 A transparent conductive film 12 made of zinc oxide was formed on the obtained transparent insulating substrate 11 by a low pressure thermal CVD method. In order to obtain the minimum value of B concentration / H concentration in the thickness direction of the zinc oxide film 12 which is a feature of the present invention, the film is formed at a substrate temperature of 170 ° C. until the initial thickness of about 0.2 μm, and the rest The film was formed at 160 ° C. with the substrate temperature lowered by 10 ° C. This zinc oxide film 12 was deposited under the deposition conditions of a pressure of 20 Pa, a flow rate of diethyl zinc (DEZ) of 400 sccm, a flow rate of water of 1000 sccm, a diborane (B 2 H 6 ) flow rate of 2 sccm, an argon flow rate of 500 sccm, and a hydrogen flow rate of 500 sccm. . The B 2 H 6 flow rate was 0.5% with respect to the DEZ flow rate.

図2のグラフにおいて、実施例1の酸化亜鉛膜12についてSIMSで測定されたB濃度/H濃度およびB濃度/C濃度の深さ方向分布が示されている。すなわち、このグラフにおいて、横軸は酸化亜鉛膜の表面からの深さ(μm)を表し、縦軸はB濃度/H濃度の濃度比およびB濃度/C濃度の濃度比を表している。また、グラフ中の太線の曲線はB濃度/H濃度を表し、細線の曲線はB濃度/C濃度を表している。なお、SIMSには、Cs+イオン源が用いられた。 In the graph of FIG. 2, the distribution in the depth direction of the B concentration / H concentration and the B concentration / C concentration measured by SIMS for the zinc oxide film 12 of Example 1 is shown. That is, in this graph, the horizontal axis represents the depth (μm) from the surface of the zinc oxide film, and the vertical axis represents the concentration ratio of B concentration / H concentration and the concentration ratio of B concentration / C concentration. Further, the bold curve in the graph represents the B concentration / H concentration, and the thin curve represents the B concentration / C concentration. Note that a Cs + ion source was used for SIMS.

図2のグラフからわかるように、透明絶縁基板11側から酸化亜鉛膜12の表面側に向かって、B濃度/H濃度はいったん増加して極大値を経た後に減少した極小値を有し、その後は緩やかに表面側に向かって増大している。B濃度/C濃度の値に関しては、その絶対値はB濃度/H濃度の場合と異なるが、B濃度/H濃度とほぼ同様に透明絶縁基板11側から酸化亜鉛膜12の表面側に向かっていったん増加して極大値を経た後に減少した極小値を有し、その後は緩やかに表面側に向かって増大している。   As can be seen from the graph of FIG. 2, from the transparent insulating substrate 11 side toward the surface side of the zinc oxide film 12, the B concentration / H concentration once increases and passes through the maximum value, then decreases and then decreases. Gradually increases toward the surface. The absolute value of the B concentration / C concentration is different from that of the B concentration / H concentration, but is almost the same as the B concentration / H concentration, from the transparent insulating substrate 11 side toward the surface side of the zinc oxide film 12. It has a local minimum value that has increased once and then passed through a local maximum value, and then gradually increases toward the surface side.

図2において、B濃度/H濃度の極小値は4.9×10-2であった。SIMSのスパッタレートから求めた酸化亜鉛膜の総厚みが1.65μmであって、B濃度/H濃度の極小値の位置は基板から約0.2μmの厚さの位置にあった。また、B濃度/H濃度の極大値は6.1×10-2であって、その位置は基板から約0.1μmの厚さの位置であった。他方、B濃度/C濃度の極小値は1.1であった。B濃度/C濃度も基板から約0.1μmの厚さの位置に極大値を有し、その極大値は1.8であった。なお、酸化亜鉛膜の最表面でB濃度/H濃度とB濃度/C濃度が低くなっているのは、最表面ではSIMSの測定感度が不安定になるからであり、実質的な濃度比を表してはいない。 In FIG. 2, the minimum value of B concentration / H concentration was 4.9 × 10 −2 . The total thickness of the zinc oxide film obtained from the SIMS sputtering rate was 1.65 μm, and the position of the minimum value of B concentration / H concentration was at a position of about 0.2 μm from the substrate. Further, the maximum value of B concentration / H concentration was 6.1 × 10 −2 , and the position thereof was a position about 0.1 μm thick from the substrate. On the other hand, the minimum value of B concentration / C concentration was 1.1. The B concentration / C concentration also had a local maximum value at a thickness of about 0.1 μm from the substrate, and the local maximum value was 1.8. The reason why the B concentration / H concentration and the B concentration / C concentration are low on the outermost surface of the zinc oxide film is that the SIMS measurement sensitivity becomes unstable on the outermost surface, and the substantial concentration ratio is It is not represented.

SIMSで測定した酸化亜鉛膜中のB濃度は、深さ方向で分布があるが、1.1×1020〜3.6×1020個/cm3の範囲内であった。また、酸化亜鉛膜中のH濃度は、8.7×1020〜2.9×1021個/cm3の範囲内であった。さらに、酸化亜鉛膜中のC濃度は、5.0×1019〜1.0×1020個/cm3の範囲内であった。 The B concentration in the zinc oxide film measured by SIMS has a distribution in the depth direction, but was in the range of 1.1 × 10 20 to 3.6 × 10 20 pieces / cm 3 . The H concentration in the zinc oxide film was in the range of 8.7 × 10 20 to 2.9 × 10 21 pieces / cm 3 . Furthermore, the C concentration in the zinc oxide film was in the range of 5.0 × 10 19 to 1.0 × 10 20 pieces / cm 3 .

得られた酸化亜鉛膜12に関して反射スペクトルの干渉から求めた厚さは1.65μmであり、SIMSのスパッタレートから求めた膜厚とほぼ一致した。また、得られた酸化亜鉛膜12において、シート抵抗は12.3Ω/□であり、表面面積比(Sdr)は75.5%であり、そしてC光源を用いて測定したヘイズ率は32.2%であった。なお、本願におけるSdrも、一辺が5μmの正方形領域を観察した原子間力顕微鏡(AFM)像から求められている。また、このAFM測定にもNano−Rシステム(Pacific Nanotechnology社製)のノンコンタクトモードが用いられた。   The thickness obtained from the interference of the reflection spectrum with respect to the obtained zinc oxide film 12 was 1.65 μm, which substantially coincided with the film thickness obtained from the sputtering rate of SIMS. Further, in the obtained zinc oxide film 12, the sheet resistance was 12.3Ω / □, the surface area ratio (Sdr) was 75.5%, and the haze ratio measured using a C light source was 32.2. %Met. In addition, Sdr in this application is also calculated | required from the atomic force microscope (AFM) image which observed the square area | region whose one side is 5 micrometers. The non-contact mode of Nano-R system (manufactured by Pacific Nanotechnology) was also used for this AFM measurement.

(比較例1)
従来法による比較例1においても、実施例1に類似して、図1に示されているような酸化亜鉛膜1が形成された。すなわち、この比較例1は、実施例1と比べて、酸化亜鉛膜の堆積時の基板温度が一定の160℃に維持されたことのみにおいて異なっていた。
(Comparative Example 1)
Also in Comparative Example 1 according to the conventional method, similar to Example 1, the zinc oxide film 1 2 as shown in FIG. 1 is formed. That is, Comparative Example 1 was different from Example 1 only in that the substrate temperature during deposition of the zinc oxide film was maintained at a constant 160 ° C.

図2に類似した図3のグラフにおいて、比較例1の酸化亜鉛膜をSIMSで測定したB濃度/H濃度およびB濃度/C濃度の深さ方向分布が示されている。このグラフでは、透明絶縁基板11側から酸化亜鉛膜12の表面側に向かってB濃度/H濃度が単調に増加しており、その極小値は存在していない。B濃度/C濃度の値に関しても、その絶対値はB濃度/H濃度の場合と異なるが、B濃度/H濃度と同様に透明絶縁基板11側から酸化亜鉛膜12の表面側に向かって単調に増加しており、その極小値は存在していない。前述のように、図3の場合でも最表面でB濃度/H濃度とB濃度/C濃度が低くなっているのは最表面ではSIMSの測定感度が不安定になるからであり、実質的な濃度比を表してはいない。図3では基板側から表面側に向かってB濃度/H濃度が単調に増加していることから、基板温度一定の場合にはBが成長表面側に濃縮される傾向のあることがわかる。   In the graph of FIG. 3 similar to FIG. 2, B direction / H concentration and B concentration / C concentration depth direction distributions of the zinc oxide film of Comparative Example 1 measured by SIMS are shown. In this graph, the B concentration / H concentration monotonously increases from the transparent insulating substrate 11 side toward the surface side of the zinc oxide film 12, and the minimum value does not exist. The absolute value of the B concentration / C concentration is also different from that of the B concentration / H concentration, but is monotonous from the transparent insulating substrate 11 side to the surface side of the zinc oxide film 12 in the same manner as the B concentration / H concentration. The minimum value does not exist. As described above, even in the case of FIG. 3, the B concentration / H concentration and the B concentration / C concentration are low on the outermost surface because the SIMS measurement sensitivity becomes unstable on the outermost surface. It does not represent the concentration ratio. In FIG. 3, since the B concentration / H concentration monotonously increases from the substrate side to the surface side, it can be seen that B tends to be concentrated on the growth surface side when the substrate temperature is constant.

本比較例1で得られた酸化亜鉛膜に関して反射スペクトルの干渉から求めた厚さは1.65μmで、SIMSのスパッタレートから求めた膜厚1.65μmとほぼ一致した。また、本比較例1で得られた酸化亜鉛膜において、シート抵抗は12.4Ω/□であり、表面面積比(Sdr)は85.3%であって、そしてヘイズ率は23.0%であった。   The thickness obtained from the interference of the reflection spectrum with respect to the zinc oxide film obtained in this Comparative Example 1 was 1.65 μm, which substantially coincided with the film thickness of 1.65 μm obtained from the sputtering rate of SIMS. In the zinc oxide film obtained in Comparative Example 1, the sheet resistance is 12.4 Ω / □, the surface area ratio (Sdr) is 85.3%, and the haze ratio is 23.0%. there were.

(実施例1と比較例1との比較)
実施例1と比較例1とでは酸化亜鉛膜が同じ膜厚を有しているにもかかわらず、実施例1ではヘイズ率が約10%増加(表面凹凸が増加)しており、それによって光閉じ込め効果を増大させ得ることがわかる。実施例1の酸化亜鉛膜のシート抵抗は、比較例1の場合に比べて実質的に変わっていない。また、実施例1ではヘイズ率が比較例1に比べて増加しているにもかかわらず、Sdrが低下している。したがって、実施例1では酸化亜鉛膜の表面凹凸の高低差が大きくなっているが、表面凹凸の形状は緩やかになっていると言うことができ、これは光電変換装置におけるFFの低下の抑制に有効であるといえる。
(Comparison between Example 1 and Comparative Example 1)
In Example 1 and Comparative Example 1, although the zinc oxide film has the same film thickness, in Example 1, the haze ratio is increased by about 10% (surface irregularities are increased). It can be seen that the confinement effect can be increased. The sheet resistance of the zinc oxide film of Example 1 is not substantially changed as compared with the case of Comparative Example 1. Further, in Example 1, although the haze rate is increased as compared with Comparative Example 1, Sdr is decreased. Therefore, in Example 1, the level difference of the surface unevenness of the zinc oxide film is large, but it can be said that the shape of the surface unevenness is gentle, which is to suppress the decrease in FF in the photoelectric conversion device. It can be said that it is effective.

図4のグラフにおいて、実施例1の酸化亜鉛膜と比較例1の酸化亜鉛膜との浸液透過スペクトルが示されている。すなわち、このグラフにおいて、横軸は光の波長(nm)を表し、縦軸は透過率(%)を表している。基板上の酸化亜鉛膜に光を直接入射させて測定すれば、酸化亜鉛膜の表面凹凸による光の散乱によって分光器の検知器に入射する光量が低下し、その結果として透過率が実際より低めに表示されてしまう。そこで、酸化亜鉛膜の表面にヨードメシレン液を滴下してカバーガラスを載せてから、透過スペクトルが測定された。この方法で測定される透過率は、浸液透過率と呼ばれている。ヨードメシレン液の屈折率は1.74であって酸化亜鉛の屈折率2に近いので、滴下したヨードメシレン液が酸化亜鉛膜の表面凹凸を埋めて平坦化することによって光の散乱の影響が抑制され、酸化亜鉛膜の透過スペクトルをより正確に測定することができる。   In the graph of FIG. 4, immersion liquid transmission spectra of the zinc oxide film of Example 1 and the zinc oxide film of Comparative Example 1 are shown. That is, in this graph, the horizontal axis represents the wavelength (nm) of light, and the vertical axis represents the transmittance (%). If light is directly incident on the zinc oxide film on the substrate and measured, the amount of light incident on the detector of the spectroscope decreases due to light scattering due to the surface irregularities of the zinc oxide film, and as a result, the transmittance is lower than actual. Will be displayed. Therefore, after the iodomesylene solution was dropped on the surface of the zinc oxide film and the cover glass was placed, the transmission spectrum was measured. The transmittance measured by this method is called immersion liquid transmittance. Since the refractive index of the iodomesylene liquid is 1.74, which is close to the refractive index of zinc oxide 2, the dripped iodomesylene liquid fills the surface irregularities of the zinc oxide film and flattens it, thereby suppressing the influence of light scattering. The transmission spectrum of the zinc oxide film can be measured more accurately.

図4のグラフ中において、太線の曲線は実施例1の酸化亜鉛膜の透過率を表し、細線の曲線は比較例1の酸化亜鉛膜の透過率を表している。このグラフからわかるように、実施例1と比較例1とにおいて、酸化亜鉛膜の浸液透過スペクトルはほぼ一致している。換言すれば、実施例1の酸化亜鉛膜では、透過率を高く保ったままで表面凹凸が増大しているといえる。   In the graph of FIG. 4, the thick curve represents the transmittance of the zinc oxide film of Example 1, and the thin curve represents the transmittance of the zinc oxide film of Comparative Example 1. As can be seen from this graph, in Example 1 and Comparative Example 1, the immersion liquid permeation spectra of the zinc oxide films are almost the same. In other words, in the zinc oxide film of Example 1, it can be said that the surface unevenness is increased while keeping the transmittance high.

(実施例2と比較例2)
図5のグラフは、本発明の実施例2および従来法による比較例2における酸化亜鉛膜の膜厚に対するヘイズ率を示している。すなわち、このグラフの横軸は酸化亜鉛膜の総膜厚(nm)を表し、縦軸はヘイズ率(%)を表している。
(Example 2 and Comparative Example 2)
The graph of FIG. 5 shows the haze ratio with respect to the film thickness of the zinc oxide film in Example 2 of the present invention and Comparative Example 2 by the conventional method. That is, the horizontal axis of this graph represents the total thickness (nm) of the zinc oxide film, and the vertical axis represents the haze ratio (%).

実施例2では、成膜初期の厚さ約0.2μmまでを基板温度170℃で堆積した後、基板温度160℃で残りの膜厚を種々に変化させながら堆積することによって酸化亜鉛膜の総厚が種々に変えられた。比較例2は、酸化亜鉛膜が一定の基板温度160℃で堆積されたことのみにおいて実施例2と異なっていた。   In Example 2, an initial thickness of about 0.2 μm was deposited at a substrate temperature of 170 ° C., and then deposited at various temperatures while changing the remaining thickness at a substrate temperature of 160 ° C. The thickness was varied. Comparative Example 2 was different from Example 2 only in that the zinc oxide film was deposited at a constant substrate temperature of 160 ° C.

図5のグラフ中で、黒角印は実施例2の酸化亜鉛膜を表し、白角印は比較例2の酸化亜鉛膜を表している。このグラフから明らかなように、酸化亜鉛膜の同じ総膜厚で比較すれば、実施例2は比較例2に比べてヘイズ率が約10%増大することがわかる。他方、図5中においてヘイズ率の各測定点にシート抵抗値が示されているが、同じ総膜厚で比較すれば、実施例2の酸化亜鉛膜のシート抵抗は比較例2の酸化亜鉛膜のシート抵抗とほぼ同様の値を維持していることがわかる。   In the graph of FIG. 5, black square marks represent the zinc oxide film of Example 2, and white square marks represent the zinc oxide film of Comparative Example 2. As is clear from this graph, it can be seen that the haze ratio in Example 2 is increased by about 10% in comparison with Comparative Example 2 when compared with the same total film thickness of the zinc oxide films. On the other hand, the sheet resistance value is shown at each measurement point of the haze ratio in FIG. 5, but when compared with the same total film thickness, the sheet resistance of the zinc oxide film of Example 2 is the zinc oxide film of Comparative Example 2 It can be seen that the sheet resistance is maintained almost the same value.

(実施例3)
本発明の実施例3として、B濃度/H濃度の極小値の基板からの位置を変化させた酸化亜鉛膜が作製された。すなわち、本実施例3は、成膜初期において基板温度170℃で堆積厚を種々に変化させ、残りの膜厚が基板温度160℃で約1.45μmに堆積されたことのみにおいて実施例1と異なっていた。
(Example 3)
As Example 3 of the present invention, a zinc oxide film was produced in which the position from the substrate having the minimum value of B concentration / H concentration was changed. That is, Example 3 is different from Example 1 only in that the deposition thickness was variously changed at the substrate temperature of 170 ° C. at the initial stage of film formation, and the remaining film thickness was deposited at about 1.45 μm at the substrate temperature of 160 ° C. It was different.

図6のグラフは、実施例3の酸化亜鉛膜におけるB濃度/H濃度の極小値の位置とヘイズ率との関係を示している。すなわち、このグラフにおいて、横軸は基板表面からB濃度/H濃度の極小値の位置までの距離(μm)を表し、縦軸はヘイズ率(%)を表している。このグラフから、基板面からB濃度/H濃度極小値の位置までの距離が大きくなるにともなって、ヘイズ率が増大していることがわかる。   The graph of FIG. 6 shows the relationship between the position of the minimum value of B concentration / H concentration in the zinc oxide film of Example 3 and the haze ratio. That is, in this graph, the horizontal axis represents the distance (μm) from the substrate surface to the position of the minimum value of B concentration / H concentration, and the vertical axis represents the haze ratio (%). From this graph, it can be seen that the haze rate increases as the distance from the substrate surface to the position of the B concentration / H concentration minimum value increases.

他方、図7のグラフは、実施例3の酸化亜鉛膜におけるB濃度/H濃度の極小値の位置とシート抵抗との関係を示している。すなわち、このグラフにおいて、横軸は基板表面からB濃度/H濃度の極小値の位置までの距離(μm)を表し、縦軸はシート抵抗(Ω/□)を表している。このグラフから、基板面からB濃度/H濃度の極小値の位置までの距離が大きくなるにともなって、シート抵抗が減少していることがわかる。   On the other hand, the graph of FIG. 7 shows the relationship between the position of the minimum value of B concentration / H concentration in the zinc oxide film of Example 3 and the sheet resistance. That is, in this graph, the horizontal axis represents the distance (μm) from the substrate surface to the position of the minimum value of B concentration / H concentration, and the vertical axis represents the sheet resistance (Ω / □). From this graph, it can be seen that the sheet resistance decreases as the distance from the substrate surface to the position of the minimum value of B concentration / H concentration increases.

すなわち、図6と図7から、酸化亜鉛膜において基板面からB濃度/H濃度の極小値の位置までの距離が大きくなるにともなって、酸化亜鉛膜の表面凹凸が増大してヘイズ率が増大するとともに、そのシート抵抗が減少し得ることがわかる。   That is, from FIG. 6 and FIG. 7, as the distance from the substrate surface to the position of the minimum value of B concentration / H concentration in the zinc oxide film increases, the surface unevenness of the zinc oxide film increases and the haze rate increases. It can be seen that the sheet resistance can be reduced.

(実施例4)
本発明の実施例4として、図1に対応する薄膜光電変換装置が作製された。すなわち、本実施例4においては、実施例1の酸化亜鉛膜12上に非晶質シリコン光電変換ユニット2、結晶質シリコン光電変換ユニット3、および裏面電極層4を形成するこによって、積層型薄膜光電変換装置が作製された。
Example 4
As Example 4 of this invention, the thin film photoelectric conversion apparatus corresponding to FIG. 1 was produced. That is, in the fourth embodiment, the amorphous silicon photoelectric conversion unit 2, the crystalline silicon photoelectric conversion unit 3, and the back electrode layer 4 are formed on the zinc oxide film 12 of the first embodiment, so that the laminated thin film A photoelectric conversion device was produced.

より具体的には、実施例1の酸化亜鉛膜12上に、厚さ10nmのp型微結晶シリコン層と厚さ15nmのp型非晶質シリコンカーバイド層の積層からなるp型層21、厚さ350nmの真性非晶質シリコン光電変換層22、および厚さ15nmのn型微結晶シリコン層23を含む非晶質光電変換ユニット2を形成し、さらに、厚さ15nmのp型微結晶シリコン層31、厚さ1.5μmの真性結晶質シリコン光電変換層32、および厚さ15nmのn型微結晶シリコン層33を含む結晶質シリコン光電変換ユニット3が順次プラズマCVD法で形成された。さらに、裏面電極層4として厚さ90nmのAlドープされた酸化亜鉛層41と厚さ200nmのAg層42をスパッタ法にて順次形成し、こうして図1に対応する積層型薄膜光電変換装置が作製された。
More specifically, on the zinc oxide film 12 of Example 1, a p-type layer 21 composed of a stack of a p-type microcrystalline silicon layer having a thickness of 10 nm and a p-type amorphous silicon carbide layer having a thickness of 15 nm, An amorphous photoelectric conversion unit 2 including an intrinsic amorphous silicon photoelectric conversion layer 22 having a thickness of 350 nm and an n-type microcrystalline silicon layer 23 having a thickness of 15 nm is formed, and a p-type microcrystalline silicon layer having a thickness of 15 nm is further formed. 31, the crystalline silicon photoelectric varying Yu knit 3 including an intrinsic crystalline silicon photoelectric conversion layer 32 and having a thickness of 15 nm n-type microcrystalline silicon layer 33, a thickness of 1.5μm was formed by sequentially plasma CVD method. Further, an Al-doped zinc oxide layer 41 having a thickness of 90 nm and an Ag layer 42 having a thickness of 200 nm are sequentially formed as the back electrode layer 4 by sputtering, and thus a stacked thin film photoelectric conversion device corresponding to FIG. 1 is manufactured. It was done.

こうして得られた実施例4の薄膜光電変換装置5に対してAM1.5の光を100mW/cm2の光量で照射して出力特性を測定ところ、開放電圧(Voc)が1.323V、短絡電流密度(Jsc)が12.63mA/cm2、曲線因子(FF)が0.713、そして変換効率(Eff)が11.92%であった。 When the output characteristics were measured by irradiating the thin film photoelectric conversion device 5 of Example 4 thus obtained with AM 1.5 light at a light quantity of 100 mW / cm 2 , the open circuit voltage (Voc) was 1.323 V, and the short circuit current was measured. The density (Jsc) was 12.63 mA / cm 2 , the fill factor (FF) was 0.713, and the conversion efficiency (Eff) was 11.92%.

(比較例3)
比較例3においても、実施例4に類似して、図1に対応する薄膜光電変換装置が作製された。すなわち、比較例3において作製された積層型薄膜光電変換装置は、実施例1の酸化亜鉛膜の代わりに比較例1の酸化亜鉛膜を用いて作製されたことのみにおいて実施例4と異なっていた。本比較例3の薄膜光電変換装置の出力特性を測定したところ、Vocが1.266V、Jscが12.39mA/cm2、FFが0.662、そしてEffが10.39%であった。
(Comparative Example 3)
Also in Comparative Example 3, a thin film photoelectric conversion device corresponding to FIG. That is, the stacked thin film photoelectric conversion device manufactured in Comparative Example 3 was different from Example 4 only in that it was manufactured using the zinc oxide film of Comparative Example 1 instead of the zinc oxide film of Example 1. . When the output characteristics of the thin-film photoelectric conversion device of Comparative Example 3 was measured, Voc is 1.266V, Jsc is 12.39mA / cm 2, FF is 0.662, and Eff was 10.39%.

実施例4と比較例3との比較から、実施例4の積層型薄膜光電変換装置は、比較例3に比べてEffが約1.5%高くなっていることがわかる。また、比較例3に比べて実施例4ではJscが向上しているのは、酸化亜鉛膜12のヘイズ率が増大して(表面凹凸が増大して)光閉じ込め効果が増大しからであるといえる。さらに、比較例3に比べて実施例4においてVocとFFが向上したのは、酸化亜鉛膜のSdr減少(表面凹凸の先鋭化の低減)が理由であると考えられる。
From a comparison between Example 4 and Comparative Example 3, it can be seen that the EFF of the stacked thin film photoelectric conversion device of Example 4 is about 1.5% higher than that of Comparative Example 3. Further, the Jsc was improved in Example 4 as compared with Comparative Example 3 because the haze ratio of the zinc oxide film 12 increased (surface irregularities increased) and the light confinement effect increased. I can say that. Furthermore, it is considered that the reason why Voc and FF improved in Example 4 as compared with Comparative Example 3 was that the Sdr of the zinc oxide film was reduced (the sharpening of the surface irregularities).

(実施例5)
本発明の実施例5として作製された積層型薄膜光電変換装置は、酸化亜鉛膜中におけるB濃度/H濃度の極小値の位置が基板面から厚さ方向に0.1μmの距離に設定されたことのみにおいて実施例4と異なっていた。本実施例5の積層型薄膜光電変換装置に含まれる酸化亜鉛膜において、そのヘイズ率は25.8%、シート抵抗は16.6Ω/□、そしてSdrは58.1%であった。得られた実施例5の薄膜光電変換装置の出力特性を測定ところ、Vocが1.318V、Jscが12.60mA/cm2、FFが0.694、そしてEffが11.53%であった。
(Example 5)
In the stacked thin film photoelectric conversion device manufactured as Example 5 of the present invention, the position of the minimum value of B concentration / H concentration in the zinc oxide film was set at a distance of 0.1 μm in the thickness direction from the substrate surface. This was different from Example 4 only. In the zinc oxide film included in the multilayer thin film photoelectric conversion device of Example 5, the haze ratio was 25.8%, the sheet resistance was 16.6 Ω / □, and Sdr was 58.1%. The output characteristics of the obtained thin film photoelectric conversion device of Example 5 were measured. As a result, Voc was 1.318 V, Jsc was 12.60 mA / cm 2 , FF was 0.694, and Eff was 11.53%.

すなわち、本実施例5では、酸化亜鉛膜中のB濃度/H濃度の極小値の位置が基板面から僅かに0.1μmであるように小さくても、比較例3の光電変換装置に比べて約1%高いEffが得られている。ただし、実施例4に比べれば、本実施例5では、酸化亜鉛膜のヘイズ率が低いのでJscがやや低く、シート抵抗が高いのでFFとVocが低くなっており、その結果としてEffが少し低くなっている。   That is, in Example 5, even if the position of the minimum value of B concentration / H concentration in the zinc oxide film is as small as 0.1 μm from the substrate surface, compared with the photoelectric conversion device of Comparative Example 3. Eff about 1% higher is obtained. However, compared with Example 4, in Example 5, since the haze ratio of the zinc oxide film is low, Jsc is slightly low, and since sheet resistance is high, FF and Voc are low, and as a result, Eff is slightly low. It has become.

(実施例6)
本発明の実施例6として作製された積層型薄膜光電変換装置は、酸化亜鉛膜中におけるB濃度/H濃度極小値の位置が基板面から厚さ方向に0.3μmの距離に設定されたことのみにおいて実施例4と異なっていた。本実施例6の積層型薄膜光電変換装置に含まれる酸化亜鉛膜において、そのヘイズ率は36.7%、シート抵抗は9.9Ω/□、そしてSdrは80.0%であった。得られた実施例6の薄膜光電変換装置の出力特性を測定ところ、Vocが1.280V、Jscが12.62mA/cm2、FFが0.686、そしてEffが11.09%であった。
(Example 6)
In the stacked thin film photoelectric conversion device manufactured as Example 6 of the present invention, the position of the B concentration / H concentration minimum value in the zinc oxide film was set at a distance of 0.3 μm in the thickness direction from the substrate surface. Only in the difference from Example 4. In the zinc oxide film included in the multilayer thin film photoelectric conversion device of Example 6, the haze ratio was 36.7%, the sheet resistance was 9.9Ω / □, and Sdr was 80.0%. When the output characteristics of the obtained thin film photoelectric conversion device of Example 6 were measured, Voc was 1.280 V, Jsc was 12.62 mA / cm 2 , FF was 0.686, and Eff was 11.09%.

すなわち、本実施例6において、酸化亜鉛膜のB濃度/H濃度の極小値の位置が基板面から0.3μmであても、比較例3に比べて約0.5%高いEffが得られていることがわかる。ただし、実施例4に比べれば、実施例6ではSdrが増大(表面凹凸が先鋭化)しているので、VocとFFが低下してEffが低くなっている。   That is, in Example 6, even when the position of the minimum value of B concentration / H concentration of the zinc oxide film is 0.3 μm from the substrate surface, Eff about 0.5% higher than that of Comparative Example 3 is obtained. I understand that. However, compared with Example 4, in Example 6, since Sdr is increased (surface irregularities are sharpened), Voc and FF are decreased and Eff is decreased.

参考例
本発明の参考例として作製された積層型薄膜光電変換装置は、酸化亜鉛膜中におけるB濃度/H濃度極小値の位置が基板面から0.5μmの距離に設定されたことのみにおいて実施例4と異なっていた。本参考例の積層型薄膜光電変換装置に含まれる酸化亜鉛膜において、そのヘイズ率は40.1%、シート抵抗は6.9Ω/□、そしてSdrは154.0%であった。得られた参考例の薄膜光電変換装置の出力特性を測定したところ、Vocが0.474V、Jscが12.35mA/cm2、FFが0.616、そしてEffが3.60%であった。
( Reference example )
Reference examples and to work made by the multilayer thin-film photoelectric conversion device of the present invention, carried out in only the position of the B concentration / H density minima in the zinc oxide film is set to a distance 0.5μm from the substrate surface It was different from Example 4. In the zinc oxide film included in the laminated thin film photoelectric conversion device of this reference example , the haze ratio was 40.1%, the sheet resistance was 6.9 Ω / □, and Sdr was 154.0%. When obtained was measured output characteristics of the thin-film photoelectric conversion device of Reference Example, Voc is 0.474V, Jsc is 12.35mA / cm 2, FF is 0.616, and Eff was 3.60%.

参考例では、Sdrが154.0%であって実施例4の場合に比べて2倍以上に大きくなっているので、酸化亜鉛膜の表面凹凸の先鋭化によってその表面におけるシリコン薄膜のカバレッジが悪くなり、その結果として著しくVocが低下したといえる。したがって、薄膜光電変換装置のEffを向上させるためには、酸化亜鉛膜中のB濃度/H濃度の極小値の位置が総膜厚の半分より基板側にあることが好ましく、基板面から0.5μm未満の距離にあることがより好ましい。
In the reference example , Sdr is 154.0%, which is twice or more that in the case of Example 4. Therefore, the silicon oxide thin film has poor coverage on the surface due to sharpening of the surface irregularities of the zinc oxide film. As a result, it can be said that Voc is significantly reduced. Therefore, in order to improve the Eff of the thin film photoelectric conversion device, the position of the minimum value of B concentration / H concentration in the zinc oxide film is preferably located on the substrate side with respect to half of the total film thickness. More preferably, the distance is less than 5 μm.

(実施例8)
本発明の実施例8は、酸化亜鉛膜中の厚さ方向におけるB濃度/H濃度の極小値の位置がB26の流量を制御することによって基板面から0.2μmの距離に設定されたことのみにおいて実施例4と異なっていた。具体的には、酸化亜鉛膜を低圧熱CVDで成膜するときに基板温度を一定の160℃に維持し、成膜初期の約0.2μmの堆積厚さまではB26流量を2.5sccmとし、残りの厚さの堆積ではB26流量を1.5sccmとした。DEZ流量に対するB26流量の割合は、その成膜初期の厚さまでは0.625%であって、残りの厚さ部分では0.375%であった。
(Example 8)
In Example 8 of the present invention, the position of the minimum value of B concentration / H concentration in the thickness direction in the zinc oxide film is set at a distance of 0.2 μm from the substrate surface by controlling the flow rate of B 2 H 6. This was different from Example 4 only. Specifically, when the zinc oxide film is formed by low-pressure thermal CVD, the substrate temperature is maintained at a constant 160 ° C., and the B 2 H 6 flow rate is set to 2. at a deposition thickness of about 0.2 μm at the initial stage of film formation. The flow rate was 5 sccm, and the B 2 H 6 flow rate was 1.5 sccm for the remaining thickness of deposition. The ratio of the B 2 H 6 flow rate to the DEZ flow rate was 0.625% at the initial thickness of the film formation, and 0.375% at the remaining thickness portion.

本実施例8の積層型薄膜光電変換装置に含まれる酸化亜鉛膜において、ヘイズ率は26.5%、シート抵抗は10.9Ω/□、そしてSdrは63.4%であった。得られた実施例8の薄膜光電変換装置の出力特性を測定ところ、Vocが1.332V、Jscが12.48mA/cm2、FFが0.675、そしてEffが11.22%であった。 In the zinc oxide film included in the multilayer thin film photoelectric conversion device of Example 8, the haze ratio was 26.5%, the sheet resistance was 10.9Ω / □, and Sdr was 63.4%. When the output characteristics of the obtained thin film photoelectric conversion device of Example 8 were measured, Voc was 1.332 V, Jsc was 12.48 mA / cm 2 , FF was 0.675, and Eff was 11.22%.

本実施例8から、酸化亜鉛膜の堆積時にB26流量を制御してB濃度/H濃度の極小値を設定した場合でも、比較例3に比べてEffが向上することがわかる。 From Example 8, it can be seen that Eff is improved as compared with Comparative Example 3 even when the B 2 H 6 flow rate is controlled and the minimum value of B concentration / H concentration is set during deposition of the zinc oxide film.

表1において、本発明の実施例4〜8および比較例3による薄膜光電変換装置の出力特性および酸化亜鉛膜の堆積条件と特性がまとめられて示されている。   In Table 1, the output characteristics of the thin film photoelectric conversion devices according to Examples 4 to 8 and Comparative Example 3 of the present invention and the deposition conditions and characteristics of the zinc oxide film are collectively shown.

Figure 0005243697
Figure 0005243697

なお、以上の種々の実施例においてp型層とn型層との導電型層を互いに反転させても、本発明の効果が同様に得られることは当業者にとって容易に理解されよう。   It will be readily understood by those skilled in the art that the effects of the present invention can be obtained in the same manner even if the conductive layers of the p-type layer and the n-type layer are inverted from each other in the various embodiments described above.

本発明の一実施形態による光電変換装置用基板および積層型薄膜光電変換装置を示す模式的断面図である。1 is a schematic cross-sectional view illustrating a substrate for a photoelectric conversion device and a stacked thin film photoelectric conversion device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施例1による酸化亜鉛膜中におけるB濃度/H濃度およびB濃度/C濃度の深さ方向分布を表すグラフである。It is a graph showing the depth direction distribution of B density | concentration / H density | concentration and B density | concentration / C density | concentration in the zinc oxide film | membrane by Example 1 of this invention. 従来法の比較例1による酸化亜鉛膜中におけるB濃度/H濃度およびB濃度/C濃度の深さ方向分布を表すグラフである。It is a graph showing the depth direction distribution of B concentration / H concentration and B concentration / C concentration in the zinc oxide film by the comparative example 1 of the conventional method. 本発明の実施例1による酸化亜鉛膜および従来法の比較例1による酸化亜鉛膜における浸液透過スペクトルを表すグラフである。It is a graph showing the immersion liquid transmission spectrum in the zinc oxide film by Example 1 of this invention, and the zinc oxide film by the comparative example 1 of the conventional method. 本発明の実施例2による酸化亜鉛膜および従来法の比較例2による酸化亜鉛膜における膜厚とヘイズ率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the film thickness and haze rate in the zinc oxide film by Example 2 of this invention, and the zinc oxide film by the comparative example 2 of the conventional method. 本発明の実施例3による酸化亜鉛膜中におけるB濃度/H濃度の極小値の位置とヘイズ率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the position of the minimum value of B density | concentration / H density | concentration in the zinc oxide film | membrane by Example 3 of this invention, and a haze rate. 本発明の実施例による酸化亜鉛膜中におけるB濃度/H濃度の極小値の位置とシート抵抗との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the position of the minimum value of B density | concentration / H density | concentration in the zinc oxide film | membrane by Example 3 of this invention, and sheet resistance .

符号の説明Explanation of symbols

1 薄膜光電変換装置用基板、11 透明絶縁基板、111 透光性基体、112 透光性下地層、1121 透光性微粒子、1122 透光性バインダ、12 酸化亜鉛膜、2 前方光電変換ユニット、21 p型層、22 光電変換層、23 n型層、3 後方光電変換ユニット、31 p型層、32 光電変換層、33 n型層、4 裏面電極層、41 導電性酸化物層、42 金属層、5 薄膜光電変換装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate for thin film photoelectric conversion devices, 11 Transparent insulating substrate, 111 Translucent base, 112 Translucent underlayer, 1121 Translucent fine particles, 1122 Translucent binder, 12 Zinc oxide film, 2 Front photoelectric conversion unit, 21 p-type layer, 22 photoelectric conversion layer, 23 n-type layer, 3 backward photoelectric conversion unit, 31 p-type layer, 32 photoelectric conversion layer, 33 n-type layer, 4 back electrode layer, 41 conductive oxide layer, 42 metal layer 5 Thin film photoelectric conversion device.

Claims (9)

基板上に形成された光電変換装置用透明導電膜であって、2次イオン質量分析で測定した原子濃度として2×1019個/cm3以上のB原子および2×1020個/cm3以上のH原子を含む酸化亜鉛からなり、
かつB原子濃度/H原子濃度の比の値が前記透明導電膜の厚さ方向の所定位置において極小値を有するように変動させられており、
前記B原子濃度/H原子濃度比の極小値の位置が、基板面から0.1μm〜0.3μmの距離にあることを特徴とする光電変換装置用透明導電膜。
A transparent conductive film for a photoelectric conversion device formed on a substrate, having an atomic concentration measured by secondary ion mass spectrometry of 2 × 10 19 atoms / cm 3 or more and 2 × 10 20 atoms / cm 3 or more. Consisting of zinc oxide containing H atoms of
And the value of the ratio of B atom concentration / H atom concentration is varied so as to have a minimum value at a predetermined position in the thickness direction of the transparent conductive film,
The transparent conductive film for a photoelectric conversion device, wherein the position of the minimum value of the B atom concentration / H atom concentration ratio is at a distance of 0.1 μm to 0.3 μm from the substrate surface.
前記透明導電膜は透絶縁基板上に形成されており、前記B原子濃度/H原子濃度比の極小値の位置が、前記透明導電膜の総厚みの半分より基板側の範囲内にあることを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置用透明導電膜。
The transparent conductive film is formed on the transparency on an insulating substrate, said position of minimum value of the B atom concentration / H atomic concentration ratio is in the range of the substrate side than half of the total thickness of the transparent conductive film The transparent conductive film for photoelectric conversion devices according to claim 1.
前記B原子濃度/H原子濃度の比の極小値が、0.01以上で0.1以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の光電変換装置用透明導電膜。   3. The transparent conductive film for a photoelectric conversion device according to claim 1, wherein a minimum value of the ratio of B atom concentration / H atom concentration is 0.01 or more and 0.1 or less. 前記透明導電膜はその厚さ方向の所定位置においてB原子濃度/H原子濃度の比の極大値を有し、その極大値が0.05以上であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光電変換装置用透明導電膜。   4. The transparent conductive film according to claim 1, wherein the transparent conductive film has a maximum value of a ratio of B atom concentration / H atom concentration at a predetermined position in the thickness direction, and the maximum value is 0.05 or more. The transparent conductive film for photoelectric conversion apparatuses in any one. 前記透明導電膜はC原子をも含み、B原子濃度/C原子濃度の比の値が透明導電膜の厚さ方向の所定位置において極大値を有するように変動させられており、その極大値が1.5以上であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の光電変換装置用透明導電膜。   The transparent conductive film also includes C atoms, and the value of the ratio of B atom concentration / C atom concentration is varied so as to have a maximum value at a predetermined position in the thickness direction of the transparent conductive film. It is 1.5 or more, The transparent conductive film for photoelectric conversion apparatuses in any one of Claim 1 to 4 characterized by the above-mentioned. 請求項1から5のいずれかに記載の光電変換装置用透明導電膜を含む光電変換装置用基板であって、透明絶縁基板とその上に形成された前記透明導電膜とを含むことを特徴とする光電変換装置用基板。   A photoelectric conversion device substrate comprising the transparent conductive film for a photoelectric conversion device according to claim 1, comprising a transparent insulating substrate and the transparent conductive film formed thereon. A substrate for a photoelectric conversion device. 請求項1から5のいずれかに記載の光電変換装置用透明導電膜を含む光電変換装置であって、前記透明導電膜、1以上の光電変換ユニット、および裏面電極層とを含み、前記1以上の光電変換ユニットが前記透明導電膜と前記裏面電極層との間に挟まれていることを特徴とする薄膜光電変換装置。   It is a photoelectric conversion apparatus containing the transparent conductive film for photoelectric conversion apparatuses in any one of Claim 1-5, Comprising: The said transparent conductive film, 1 or more photoelectric conversion units, and a back surface electrode layer, Said 1 or more The thin film photoelectric conversion device is characterized in that the photoelectric conversion unit is sandwiched between the transparent conductive film and the back electrode layer. 低圧CVD法を用いて基板上に光電変換装置用透明導電膜を製造する方法であって、
前記透明導電膜は2次イオン質量分析で測定した原子濃度として2×1019個/cm3以上のB原子および2×1020個/cm3以上のH原子を含む酸化亜鉛からなり、
第一の基板温度で前記透明導電膜の堆積初期の基板面から0.1μm〜0.3μmの厚さ部分を成膜したのち、第二の基板温度で前記透明導電膜の残りの少なくとも一部の厚さ部分の成膜を行ない、前記第一基板温度が前記第二基板温度より相対的に高いことを特徴とする光電変換装置用透明導電膜の製造方法。
A method for producing a transparent conductive film for a photoelectric conversion device on a substrate using a low-pressure CVD method,
The transparent conductive film made of zinc oxide containing 2 × 10 19 atoms / cm 3 or more B atoms and 2 × 10 20 atoms / cm 3 or more H atoms as atom concentration measured by secondary ion mass spectrometry,
After forming the thickness portion of 0.1 μm to 0.3 μm from the substrate surface at the initial deposition of the transparent conductive film at the first substrate temperature, at least one remaining of the transparent conductive film at the second substrate temperature. A method for producing a transparent conductive film for a photoelectric conversion device, wherein the first substrate temperature is relatively higher than the second substrate temperature by depositing a thickness portion of the portion.
低圧CVD法を用いて基板上に光電変換装置用透明導電膜を製造する方法であって、
前記透明導電膜は2次イオン質量分析で測定した原子濃度として2×1019個/cm3以上のB原子および2×1020個/cm3以上のH原子を含む酸化亜鉛からなり、
第一のB26ガス流量で前記透明導電膜の堆積初期の基板面から0.1μm〜0.3μmの厚さ部分を成膜したのち、第二のB26ガス流量で前記透明導電膜の残りの少なくとも一部の厚さ部分の成膜を行ない、前記第一のB26ガス流量が前記第二のB26ガス流量より相対的に大きいことを特徴とする光電変換装置用透明導電膜の製造方法。
A method for producing a transparent conductive film for a photoelectric conversion device on a substrate using a low-pressure CVD method,
The transparent conductive film made of zinc oxide containing 2 × 10 19 atoms / cm 3 or more B atoms and 2 × 10 20 atoms / cm 3 or more H atoms as atom concentration measured by secondary ion mass spectrometry,
After forming a thickness portion of 0.1 μm to 0.3 μm from the substrate surface in the initial stage of deposition of the transparent conductive film at the first B 2 H 6 gas flow rate, the second B 2 H 6 gas flow rate A thickness of at least a part of the remaining transparent conductive film is formed, and the first B 2 H 6 gas flow rate is relatively larger than the second B 2 H 6 gas flow rate. The manufacturing method of the transparent conductive film for photoelectric conversion apparatuses.
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