JP5307280B2 - Thin film photoelectric conversion element - Google Patents

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Description

本発明は、薄膜光電変換素子に関する。特に薄膜光電変換素子の透明電極層の改善に関する。   The present invention relates to a thin film photoelectric conversion element. In particular, the present invention relates to improvement of a transparent electrode layer of a thin film photoelectric conversion element.

太陽光を電気エネルギーに変換する光電変換素子である太陽電池は、石油などの化石エネルギーや原子力エネルギーに代わるクリーンなエネルギーとして期待されている。太陽電池を電力用のエネルギー源として実用化するために解決すべき課題は、高効率化と低コスト化である。なかでも、大面積化が容易な薄膜光電変換素子は、大幅な低コスト化が可能なので、そのエネルギー変換効率の向上が強く望まれている。   Solar cells, which are photoelectric conversion elements that convert sunlight into electrical energy, are expected as clean energy to replace fossil energy such as petroleum and nuclear energy. Problems to be solved in order to put solar cells into practical use as an energy source for electric power are high efficiency and low cost. In particular, a thin film photoelectric conversion element that can be easily increased in area can be greatly reduced in cost, and therefore, it is strongly desired to improve its energy conversion efficiency.

薄膜太陽電池の一例が、特開2012−114296号公報(特許文献1)に記載されている。特許文献1では、裏面電極と光電変換層との間にZnO,ITOまたはSnO2からなる透明電極を備えることが好ましいとされている。 An example of a thin film solar cell is described in JP2012-114296A (Patent Document 1). In Patent Document 1, it is preferable to provide a transparent electrode made of ZnO, ITO, or SnO 2 between the back electrode and the photoelectric conversion layer.

独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の成果報告書(管理番号:20100000000638)である「平成18−21年度 成果報告書 新エネルギー技術研究開発 太陽光発電システム未来技術研究開発 高電流型高効率薄膜シリコン太陽電池の研究開発(ボトムセル)」(非特許文献1)の記載からは、微結晶シリコンゲルマニウムにおける結晶の単位格子サイズが、ゲルマニウム濃度の増加に比例して、結晶シリコンの単位格子サイズから結晶ゲルマニウムの単位格子サイズまでの範囲で変化することがわかる。   A report on the results of the New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO) (Management Number: 20100000000638) “Results of FY2006-21 Research and Development of New Energy Technology Future Technology Research and Development of Solar Power Generation Systems High Current From the description of "Research and development of type high-efficiency thin-film silicon solar cell (bottom cell)" (Non-patent Document 1), the unit cell size of crystal in microcrystalline silicon germanium is proportional to the increase in germanium concentration. It can be seen that it varies in the range from the lattice size to the unit cell size of crystalline germanium.

特開2012−114296号公報JP 2012-114296 A NEDO成果報告書(管理番号:20100000000638)「平成18−21年度 成果報告書 新エネルギー技術研究開発 太陽光発電システム未来技術研究開発 高電流型高効率薄膜シリコン太陽電池の研究開発(ボトムセル)」NEDO Results Report (Management Number: 20100000000638) “Fiscal Year 2006-21 Results Report New Energy Technology Research and Development Future Technology Research and Development of Solar Power Generation System Research and Development of High Current Type High Efficiency Thin Film Silicon Solar Cells (Bottom Cell)”

発明者らは、上述の特許文献1で開示されているように、裏面側の透明電極としてZnO,ITOまたはSnO2を形成した場合、薄膜太陽電池の変換効率が低下する原因となっていることを突き止めた。それは、n型半導体層と、裏面側の透明電極との間の仕事関数の関係性が、適した設計になっていないためである。 As disclosed in Patent Document 1 described above, the inventors have caused the conversion efficiency of a thin-film solar cell to be reduced when ZnO, ITO, or SnO 2 is formed as a transparent electrode on the back side. I found out. This is because the work function relationship between the n-type semiconductor layer and the transparent electrode on the back side is not a suitable design.

そこで、本発明は、これらの問題点を解消し、光電変換効率を改善した薄膜光電変換素子を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a thin film photoelectric conversion element that solves these problems and has improved photoelectric conversion efficiency.

上記目的を達成するため、本発明に基づく薄膜光電変換素子の一つの局面では、主表面を有する光透過性基板と、上記主表面上に上記光透過性基板から近い側から順に積層された、透明電極層、p型半導体層、i型半導体層、n型半導体層、裏面透明電極層、および裏面反射層とを備え、上記n型半導体層と上記裏面透明電極層との接合界面において、真空準位をゼロにとり物質の仕事関数を負の値に定義する場合、上記接合界面において上記n型半導体層の仕事関数Φsmiと上記裏面透明電極層の仕事関数Φoxの関係がΦsmi<Φoxとなる。 In order to achieve the above object, in one aspect of the thin-film photoelectric conversion element according to the present invention, a light-transmitting substrate having a main surface, and the main surface are sequentially stacked from the side closer to the light-transmitting substrate. A transparent electrode layer, a p-type semiconductor layer, an i-type semiconductor layer, an n-type semiconductor layer, a back surface transparent electrode layer, and a back surface reflective layer, and a vacuum is formed at the junction interface between the n-type semiconductor layer and the back surface transparent electrode layer. When the level is set to zero and the work function of the material is defined as a negative value, the relationship between the work function Φ smi of the n-type semiconductor layer and the work function Φ ox of the back transparent electrode layer is Φ smi <Φ It becomes ox .

上記裏面透明電極層は、ZnOを主成分とすることが好ましい。さらに上記裏面透明電極層は、Mgを含むことが好ましい。さらに上記裏面透明電極層は、第13族元素を含むことが好ましい。さらに上記裏面透明電極層は、Alを含むことが好ましい。   The back transparent electrode layer preferably contains ZnO as a main component. Furthermore, the back transparent electrode layer preferably contains Mg. Further, the back transparent electrode layer preferably contains a Group 13 element. Furthermore, the back transparent electrode layer preferably contains Al.

上記目的を達成するため、本発明に基づく薄膜光電変換素子の他の局面では、主表面を有する光透過性基板と、上記主表面上に上記光透過性基板から近い側から順に、透明電極層、中間層を含む多接合化されたpin半導体接合層、裏面透明電極層、および裏面反射膜とを備え、上記裏面透明電極層は、MgとZnと、少なくとも1種類の第13族元素を含む金属酸化膜を含む。   In order to achieve the above object, in another aspect of the thin film photoelectric conversion element according to the present invention, a transparent electrode layer having a main surface, and a transparent electrode layer on the main surface in order from the side close to the light transparent substrate. A multi-junction pin semiconductor junction layer including an intermediate layer, a back surface transparent electrode layer, and a back surface reflective film, wherein the back surface transparent electrode layer includes Mg, Zn, and at least one group 13 element Includes metal oxide film.

ここで、Φsmi<Φoxとは、すなわち、上記裏面透明電極層の仕事関数Φoxが上記n型半導体層の仕事関数より真空準位に近いということになる。上記接合界面において上述の仕事関数の関係を満たすことで、所望の内蔵電位すなわちn側半導体層に電子キャリアの蓄積層が形成されるような内蔵電位が上記接合界面に印加することができ、高開放電圧化、高フィルファクター(F.F.)化により、薄膜光電変換素子の特性を改善することができる。 Here, Φ smiox means that the work function Φ ox of the back transparent electrode layer is closer to the vacuum level than the work function of the n-type semiconductor layer. By satisfying the above-described work function relationship at the junction interface, a desired built-in potential, that is, a built-in potential at which an electron carrier accumulation layer is formed in the n-side semiconductor layer can be applied to the junction interface. The characteristics of the thin film photoelectric conversion element can be improved by increasing the open-circuit voltage and increasing the fill factor (FF).

Al、Mgなどのように仕事関数が真空準位に対して比較的浅い金属から構成される金属酸化物は、金属酸化物そのものの仕事関数を浅くすることができ、かつ、安定な酸化物を形成することができるので、上記接合界面において上述の仕事関数の大小関係を満たすことで、所望の内蔵電位が上記接合界面に印加することができ、高開放電圧化、高フィルファクター化により、薄膜光電変換素子の特性を改善することができる。   A metal oxide composed of a metal whose work function is relatively shallow with respect to the vacuum level, such as Al, Mg, etc., can reduce the work function of the metal oxide itself and provide a stable oxide. Therefore, a desired built-in potential can be applied to the bonding interface by satisfying the above-described work function magnitude relationship at the bonding interface, and a thin film can be formed by increasing the open circuit voltage and the high fill factor. The characteristics of the photoelectric conversion element can be improved.

上記薄膜光電変換素子において、上記裏面透明電極層は金属酸化物を含み、上記金属酸化物のバンドギャップは2.8eVよりも大きいことが好ましい。金属酸化物中の含有金属に対するMgの組成比が5重量%から30重量%の範囲で構成される場合、金属酸化物のバンドギャップが2.8eVよりも大きくなり、かつ、低屈折率化するため、上記接合界面における光の反射率が増大し、短絡電流増大により、薄膜光電変換素子の特性を改善することができる。上記金属酸化物の仕事関数は、真空準位をゼロにとる場合に−4.5eVよりも大きいことが好ましい。   In the thin film photoelectric conversion element, the back transparent electrode layer preferably contains a metal oxide, and the band gap of the metal oxide is preferably larger than 2.8 eV. When the composition ratio of Mg to the contained metal in the metal oxide is in the range of 5 wt% to 30 wt%, the band gap of the metal oxide becomes larger than 2.8 eV and the refractive index is lowered. Therefore, the reflectance of light at the bonding interface increases, and the characteristics of the thin film photoelectric conversion element can be improved by increasing the short-circuit current. The work function of the metal oxide is preferably larger than −4.5 eV when the vacuum level is zero.

上記薄膜光電変換素子において、上記裏面透明電極層は金属酸化物を含み、上記金属酸化物の仕事関数は、真空準位をゼロにとる場合に−4.5eVよりも大きいことが好ましい。金属酸化物の仕事関数が真空準位をゼロにとる場合に−4.5eVよりも大きいことで、上記接合界面での光励起キャリアの再結合確率を低減でき、高フィルファクター化により、薄膜光電変換素子の特性を改善することができる。   In the thin film photoelectric conversion element, the back transparent electrode layer preferably contains a metal oxide, and the work function of the metal oxide is preferably larger than −4.5 eV when the vacuum level is zero. When the work function of the metal oxide is greater than −4.5 eV when the vacuum level is zero, the recombination probability of photoexcited carriers at the junction interface can be reduced, and the high fill factor enables thin film photoelectric conversion. The characteristics of the element can be improved.

上記薄膜光電変換素子において、上記裏面透明電極は、複数種類の金属酸化物による多層構造となっていることが好ましい。上記裏面透明電極層として、Al、Mg、Znから構成される金属酸化膜だけでなく、電気伝導特性の良いITO(InSnO金属酸化物)ならびにIGZO(InGaZnO金属酸化物)などの高導電率金属酸化膜をさらに積層して形成することで、直列抵抗が低減でき、高フィルファクター化により、薄膜光電変換素子の特性を改善することができる。   In the thin film photoelectric conversion element, it is preferable that the back transparent electrode has a multilayer structure of a plurality of types of metal oxides. High conductivity metal oxide such as ITO (InSnO metal oxide) and IGZO (InGaZnO metal oxide) with good electrical conductivity as well as metal oxide film composed of Al, Mg, Zn as the back transparent electrode layer By further stacking the films, the series resistance can be reduced, and the characteristics of the thin film photoelectric conversion element can be improved by increasing the fill factor.

上記裏面透明電極層は、Mgを3重量%以上10重量%以下含むことが好ましい。
上記裏面透明電極層は、Alを1重量%以上5重量%以下含むことが好ましい。
The back transparent electrode layer preferably contains 3 wt% or more and 10 wt% or less of Mg.
The back transparent electrode layer preferably contains 1 wt% or more and 5 wt% or less of Al.

上記裏面反射層はAgを含み、上記裏面透明電極層は複数層からなり、上記裏面透明電極層は、上記pin半導体接合層に接しMgを含む層と、上記裏面反射層に接しMgを含まない層とを有することが好ましい。   The back surface reflective layer contains Ag, the back surface transparent electrode layer is composed of a plurality of layers, and the back surface transparent electrode layer is in contact with the pin semiconductor junction layer and includes Mg, and the back surface reflective layer is in contact with and does not contain Mg. It is preferable to have a layer.

本発明に基づく実施の形態1における薄膜光電変換素子の断面図である。It is sectional drawing of the thin film photoelectric conversion element in Embodiment 1 based on this invention. 本発明に基づく実施の形態2における薄膜光電変換素子の断面図である。It is sectional drawing of the thin film photoelectric conversion element in Embodiment 2 based on this invention. 本発明に基づく実施の形態3における薄膜光電変換素子の断面図である。It is sectional drawing of the thin film photoelectric conversion element in Embodiment 3 based on this invention. 本発明に基づく実施の形態1における薄膜光電変換素子を製造するために用いることができる基板移動型マグネトロンスパッタ装置の概念図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a conceptual diagram of a substrate moving magnetron sputtering apparatus that can be used to manufacture a thin film photoelectric conversion element in Embodiment 1 according to the present invention.

本明細書において、「アモルファス」は、当該分野で一般的に使われる「アモルファス」と同義語である。また、「微結晶」は、当該分野で一般的に使われるとおり、実質的に結晶相のみからなる状態だけでなく、結晶相とアモルファス相とが混在した状態のものも含む。   In the present specification, “amorphous” is synonymous with “amorphous” generally used in the art. In addition, as generally used in the field, “microcrystal” includes not only a state consisting essentially of a crystalline phase but also a state where a crystalline phase and an amorphous phase are mixed.

たとえば、ラマン散乱スペクトルにおいて、結晶シリコン中のシリコン−シリコン結合に帰属されている520cm-1付近の鋭いピークがわずかでも検出されたものは「微結晶シリコン」であると考えられており、本明細書においても同様の意味で「微結晶シリコン」を使用する。 For example, in the Raman scattering spectrum, it is considered that “microcrystalline silicon” is one in which even a sharp peak near 520 cm −1 attributed to a silicon-silicon bond in crystalline silicon is detected. “Microcrystalline silicon” is also used in the same sense in the book.

なお、本明細書中において、「微結晶シリコンゲルマニウム」とは、上記の微結晶状態となっているシリコンゲルマニウムのことである。すなわち、微結晶シリコンゲルマニウムは、実質的に結晶相のみからなる状態だけでなく、アモルファスシリコンゲルマニウム相および結晶シリコンゲルマニウム相を含む。   Note that in this specification, “microcrystalline silicon germanium” refers to silicon germanium in the above-described microcrystalline state. That is, microcrystalline silicon germanium includes not only a state substantially consisting of a crystalline phase but also an amorphous silicon germanium phase and a crystalline silicon germanium phase.

微結晶シリコンゲルマニウムにおいては、上記非特許文献1に記載されているように、ゲルマニウム濃度の増加に比例して、結晶の単位格子サイズが、結晶シリコンの単位格子サイズから、結晶ゲルマニウムの単位格子サイズまでの範囲で変化することが知られている。   In microcrystalline silicon germanium, as described in Non-Patent Document 1, the unit cell size of crystal is changed from the unit cell size of crystal silicon to the unit cell size of crystal germanium in proportion to the increase in germanium concentration. It is known to change in the range up to.

これは、微結晶シリコンゲルマニウム層中に存在する単位格子のシリコン−ゲルマニウム結合の割合が、ゲルマニウム濃度の増加に伴って増加することを意味している。そこで、たとえばX線回折法を用いて、単位格子のサイズを測ることによって、結晶シリコンゲルマニウム相の存在を知ることができる。また、後述するラマン散乱スペクトルの分析において、結晶シリコンゲルマニウムに帰属されるピークが観測されること、または、結晶シリコンのシリコン−シリコンに帰属されるピークの位置が変化することによっても、微結晶シリコンゲルマニウム相の存在を知ることができる。   This means that the proportion of unit cell silicon-germanium bonds present in the microcrystalline silicon germanium layer increases with increasing germanium concentration. Therefore, the presence of the crystalline silicon germanium phase can be known by measuring the size of the unit cell using, for example, X-ray diffraction. In addition, in the analysis of the Raman scattering spectrum described later, the microcrystalline silicon is also observed when the peak attributed to crystalline silicon germanium is observed or the peak position attributed to silicon-silicon of crystalline silicon is changed. The presence of the germanium phase can be known.

そこで、次に示すように判断する。まず、判断に関係する第1〜第5条件を示す。
第1条件:二次イオン質量分析によって、シリコンおよびゲルマニウムの存在が確認できること。
Therefore, the determination is made as follows. First, the 1st-5th conditions relevant to judgment are shown.
First condition: The presence of silicon and germanium can be confirmed by secondary ion mass spectrometry.

第2条件:X線回折法における(220)回折ピーク角度から求まる単位格子のサイズが、結晶シリコンの単位格子サイズである5.43Åより大きく、結晶ゲルマニウムの単位格子サイズである5.67Åよりも小さいこと。   Second condition: the size of the unit cell obtained from the (220) diffraction peak angle in the X-ray diffraction method is larger than the unit cell size of crystalline silicon, which is 5.43 mm, and the unit cell size of crystalline germanium, which is 5.67 mm. Small.

第3条件:ラマン散乱スペクトルにおいて、結晶シリコンのシリコン−シリコン結合に帰属されるピークが観測されること。   Third condition: A peak attributed to a silicon-silicon bond of crystalline silicon is observed in a Raman scattering spectrum.

第4条件:そのピークのラマンシフト値が、ゲルマニウムを含まない結晶シリコンのラマンシフト値よりも低波数側にシフトしていること。   Fourth condition: The Raman shift value of the peak is shifted to a lower wave number side than the Raman shift value of crystalline silicon not containing germanium.

第5条件:結晶シリコンゲルマニウムに帰属される400cm-1付近のピークが観測されること。 Fifth condition: A peak around 400 cm −1 attributed to crystalline silicon germanium is observed.

これらの5条件のうち、第1、第2および第3条件を同時に満たす場合、第1、第3および第4条件を同時に満たす場合、または、第1、第3および第5条件を同時に満たす場合に、結晶シリコンゲルマニウム相が存在しているとみなし、すなわち、微結晶シリコンゲルマニウムであると判断する。   Among these five conditions, when the first, second and third conditions are satisfied simultaneously, when the first, third and fourth conditions are satisfied simultaneously, or when the first, third and fifth conditions are satisfied simultaneously Therefore, it is determined that a crystalline silicon germanium phase is present, that is, it is determined to be microcrystalline silicon germanium.

なお、ゲルマニウム濃度が比較的低い場合、第5条件に関係する結晶シリコンゲルマニウムに帰属されるピークを観測することが難しい。そのため、上記の第1〜第4の条件を結晶シリコンゲルマニウムの有無を判別する条件として主に用いる。   When the germanium concentration is relatively low, it is difficult to observe a peak attributed to crystalline silicon germanium related to the fifth condition. Therefore, the above first to fourth conditions are mainly used as conditions for determining the presence or absence of crystalline silicon germanium.

また、一般的な薄膜シリコン太陽電池の構造として、スーパーストレート型が挙げられる。スーパーストレート型構造においては、光透過性基板上に透明電極層、半導体光電変換層、裏面透明電極層および裏面反射層がこの順に積層されて構成され、光透過性基板側から光が入射するように配置される。   Moreover, a super straight type is mentioned as a structure of a general thin film silicon solar cell. In the super straight type structure, a transparent electrode layer, a semiconductor photoelectric conversion layer, a back surface transparent electrode layer, and a back surface reflection layer are laminated in this order on a light transmissive substrate so that light enters from the light transmissive substrate side. Placed in.

光電変換層は、p導電型を示す半導体層(以下、「p型半導体層」という。)、光吸収層(以下、「i型半導体層」という。)、およびn導電型を示す半導体層(以下、「n型半導体層」という。)から構成されるpin接合を備える場合が多い。これから述べる実施の形態1,2においては、スーパーストレート型pin構造を有する薄膜太陽電池を例に説明する。   The photoelectric conversion layer includes a semiconductor layer exhibiting p conductivity type (hereinafter referred to as “p-type semiconductor layer”), a light absorption layer (hereinafter referred to as “i-type semiconductor layer”), and a semiconductor layer exhibiting n conductivity type ( Hereinafter, it is often provided with a pin junction composed of “n-type semiconductor layer”. In the first and second embodiments described below, a thin film solar cell having a super straight pin structure will be described as an example.

(実施の形態1)
以下、本発明に基づく実施の形態1に係る薄膜太陽電池およびその製造方法について説明する。以下の実施の形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the thin film solar cell and the manufacturing method thereof according to the first embodiment of the present invention will be described. In the description of the following embodiments, the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

図1を参照して、本発明に基づく実施の形態1における薄膜光電変換素子としての薄膜太陽電池101について説明する。図1に示すように、薄膜太陽電池101においては、光透過性基板1上に、透明電極層2、半導体光電変換層3、AZMO(Al,Zn,Mg,O)層である裏面透明電極層4、裏面反射層5がこの順番で積層されている。   With reference to FIG. 1, the thin film solar cell 101 as a thin film photoelectric conversion element in Embodiment 1 based on this invention is demonstrated. As shown in FIG. 1, in the thin film solar cell 101, a transparent electrode layer 2, a semiconductor photoelectric conversion layer 3, and a back surface transparent electrode layer that is an AZMO (Al, Zn, Mg, O) layer on a light transmissive substrate 1. 4 and the back reflective layer 5 are laminated in this order.

<基材>
光透過性基板1上には、透明電極層2が形成されている。光透過性基板1としては、ガラス板、または、ポリイミドもしくはポリビニルなどの耐熱性を有する透光性樹脂板、さらにそれらが積層されたものなどが好適に用いられる。ただし、光透過性基板1の材料は、光透過性が高く、かつ、薄膜太陽電池101の全体を構造的に支持し得るものであれば特に限定されない。また、光透過性基板1の表面は、金属膜、透光性導電膜および絶縁膜などによって被覆されていてもよい。
<Base material>
A transparent electrode layer 2 is formed on the light transmissive substrate 1. As the light-transmitting substrate 1, a glass plate, a heat-transmitting resin plate having heat resistance such as polyimide or polyvinyl, and a laminate thereof are preferably used. However, the material of the light-transmitting substrate 1 is not particularly limited as long as it has a high light-transmitting property and can structurally support the entire thin-film solar cell 101. The surface of the light transmissive substrate 1 may be covered with a metal film, a light transmissive conductive film, an insulating film, or the like.

透明電極層2は、透明導電性の材料からなる。透明電極層2としては、たとえば、ITO(Indium Tin Oxide)、酸化錫または酸化亜鉛などの透明導電性の膜を単層または複数層積層させたものを用いることができる。透明電極層2は、電極として機能するため、高い電気伝導性を有することが好ましい。そのため、透明電極層2として、微量の不純物を添加することで電気伝導性を向上させたものを用いることもできる。   The transparent electrode layer 2 is made of a transparent conductive material. As the transparent electrode layer 2, for example, a single layer or a plurality of layers of transparent conductive films such as ITO (Indium Tin Oxide), tin oxide, or zinc oxide can be used. Since the transparent electrode layer 2 functions as an electrode, it is preferable to have high electrical conductivity. Therefore, the transparent electrode layer 2 can be used which has improved electrical conductivity by adding a small amount of impurities.

透明電極層2の形成方法としては、スパッタリング法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、電子ビーム蒸着法、ゾルゲル法、スプレー法および電析法などの公知の方法を用いることができる。   As a method for forming the transparent electrode layer 2, known methods such as sputtering, CVD (Chemical Vapor Deposition), electron beam evaporation, sol-gel, spray, and electrodeposition can be used.

また、透明電極層2の表面に凹凸形状が形成されていることが好ましい。この凹凸形状により、光透過性基板1側から入射した入射光を散乱および屈折させて光路長を伸ばすことができるので、半導体光電変換層3内での光閉じ込め効果を高めて短絡電流密度の増加を図ることができる。   Moreover, it is preferable that an uneven shape is formed on the surface of the transparent electrode layer 2. This uneven shape can scatter and refract incident light incident from the light-transmitting substrate 1 side to extend the optical path length, so that the light confinement effect in the semiconductor photoelectric conversion layer 3 is enhanced and the short-circuit current density is increased. Can be achieved.

透明電極層2の表面に凹凸形状を形成する方法としては、光透過性基板1上に透明電極層2を形成した後、エッチング法もしくはサンドブラストなどの機械加工により凹凸形状を形成する方法、透明電極層2の製膜時に膜材料の結晶成長により形成される凹凸状の表面形状を利用する方法、または、結晶成長面が配向しているために規則的な凹凸状の表面形状が形成されることを利用する方法などを用いてもよい。   As a method of forming a concavo-convex shape on the surface of the transparent electrode layer 2, after forming the transparent electrode layer 2 on the light-transmitting substrate 1, a method of forming the concavo-convex shape by mechanical processing such as etching or sand blasting, transparent electrode A method using the uneven surface shape formed by crystal growth of the film material when forming the layer 2, or a regular uneven surface shape is formed because the crystal growth surface is oriented. You may use the method of using.

なお、透明電極層2上に酸化亜鉛層2aをスパッタリング法などで形成すると、後に半導体光電変換層3を形成する際に透明電極層2がプラズマによって損傷を受けることを防止できるため、より好ましい。   In addition, it is more preferable to form the zinc oxide layer 2a on the transparent electrode layer 2 by a sputtering method or the like because the transparent electrode layer 2 can be prevented from being damaged by plasma when the semiconductor photoelectric conversion layer 3 is formed later.

本実施の形態においては、青板ガラスからなる透光性基板1上にCVD法により膜材料の結晶を成長させたときに形成される凹凸形状を利用した、酸化錫からなる透明電極層2を堆積させたもの(旭硝子株式会社製、商品名:Asahi−U)に、スパッタリング法によって酸化亜鉛層2aを堆積させたものを用いている。   In the present embodiment, a transparent electrode layer 2 made of tin oxide is deposited on a translucent substrate 1 made of soda-lime glass, utilizing the uneven shape formed when a film material crystal is grown by CVD. A product obtained by depositing a zinc oxide layer 2a by a sputtering method is used on the product (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., trade name: Asahi-U).

<半導体光電変換層>
半導体光電変換層3においては、光透過性基板1側から順にp型半導体層3p、i型半導体層3iおよびn型半導体層3nが積層されて、pin接合が構成されている。
<Semiconductor photoelectric conversion layer>
In the semiconductor photoelectric conversion layer 3, a p-type semiconductor layer 3p, an i-type semiconductor layer 3i, and an n-type semiconductor layer 3n are stacked in this order from the light-transmitting substrate 1 side to form a pin junction.

各半導体層の膜厚は特に限定されるものではないが、p型半導体層3pの膜厚が5nm以上50nm以下、i型半導体層3iの膜厚が100nm以上5000nm以下、n型半導体層3nの膜厚が5nm以上100nm以下であることが好ましい。より好ましくは、p型半導体層3pの膜厚が10nm以上30nm以下、i型半導体層3iの膜厚が200nm以上4000nm以下、n型半導体層3nの膜厚が10nm以上30nm以下である。   The thickness of each semiconductor layer is not particularly limited, but the thickness of the p-type semiconductor layer 3p is 5 nm to 50 nm, the thickness of the i-type semiconductor layer 3i is 100 nm to 5000 nm, and the n-type semiconductor layer 3n The film thickness is preferably 5 nm or more and 100 nm or less. More preferably, the p-type semiconductor layer 3p has a thickness of 10 nm to 30 nm, the i-type semiconductor layer 3i has a thickness of 200 nm to 4000 nm, and the n-type semiconductor layer 3n has a thickness of 10 nm to 30 nm.

半導体光電変換層3の構成材料の主材料はシリコンであり、特に、アモルファスシリコンまたは微結晶シリコンなどが好適である。ここで、「アモルファスシリコン」および「微結晶シリコン」は、それぞれ当該分野で一般的に使われる、「水素化アモルファスシリコン」および「水素化微結晶シリコン」を含むものとする。   The main material of the constituent material of the semiconductor photoelectric conversion layer 3 is silicon, and amorphous silicon or microcrystalline silicon is particularly preferable. Here, “amorphous silicon” and “microcrystalline silicon” include “hydrogenated amorphous silicon” and “hydrogenated microcrystalline silicon”, which are generally used in the art.

p型半導体層3pは、p型導電性決定元素がドープされたシリコン層である。p型導電性決定元素としては、ホウ素、アルミニウムおよびガリウムなどの不純物原子を用いることができる。なお、p型半導体層3pの主材料は、アモルファスシリコンまたは微結晶シリコンであってもよい。   The p-type semiconductor layer 3p is a silicon layer doped with a p-type conductivity determining element. As the p-type conductivity determining element, impurity atoms such as boron, aluminum and gallium can be used. The main material of the p-type semiconductor layer 3p may be amorphous silicon or microcrystalline silicon.

p型半導体層3pが結晶シリコン相を含むと、高い導電性が得られて半導体光電変換層3の直列抵抗を小さくでき、薄膜太陽電池101の曲線因子を増加させて高い変換効率を得られるため好ましい。   When the p-type semiconductor layer 3p includes a crystalline silicon phase, high conductivity can be obtained, the series resistance of the semiconductor photoelectric conversion layer 3 can be reduced, and the fill factor of the thin film solar cell 101 can be increased to obtain high conversion efficiency. preferable.

また、結晶シリコン相を含むp型半導体層3pは、i型半導体層3iの結晶化のための下地層として優れる。具体的には、結晶シリコン相を含むp型半導体層3pは、i型半導体層3iの形成時の初期に結晶成分を成長しやすくして、結晶化率の高い高品質のi型半導体層3iの成膜を可能にする。このことにより、結晶シリコン相を含むp型半導体層3pは、薄膜太陽電池101の短絡電流密度を増加させて変換効率の向上に寄与する。   The p-type semiconductor layer 3p containing a crystalline silicon phase is excellent as a base layer for crystallization of the i-type semiconductor layer 3i. Specifically, the p-type semiconductor layer 3p containing a crystalline silicon phase makes it easy to grow a crystal component at the initial stage when the i-type semiconductor layer 3i is formed, and the high-quality i-type semiconductor layer 3i having a high crystallization rate. Enables film formation. Thus, the p-type semiconductor layer 3p including the crystalline silicon phase increases the short-circuit current density of the thin-film solar cell 101 and contributes to the improvement of conversion efficiency.

i型半導体層3iは、不純物が添加されていない微結晶シリコン層である。ただし、i型半導体層3iは、実質的に真性な半導体であれば、少量の不純物元素を含んでいてもよい。この場合、i型半導体層3iの材料として、微結晶シリコンの代わりにアモルファスシリコンを用いてもよい。   The i-type semiconductor layer 3i is a microcrystalline silicon layer to which no impurity is added. However, the i-type semiconductor layer 3i may contain a small amount of an impurity element as long as it is a substantially intrinsic semiconductor. In this case, amorphous silicon may be used as the material of the i-type semiconductor layer 3i instead of microcrystalline silicon.

ただし、微結晶シリコンは、光劣化を生じないため高い光電変換効率を得られるという点で、i型半導体層3iの材料としてアモルファスシリコンより好ましい。また、後述するように、微結晶シリコンからなるn型半導体層3nを有する薄膜太陽電池においては、n型半導体層3nとi型半導体層3iとの界面での再結合の低減のために、i型半導体層3iが微結晶シリコンであることが好ましい。   However, microcrystalline silicon is preferable to amorphous silicon as a material for the i-type semiconductor layer 3i in that high photoelectric conversion efficiency can be obtained because it does not cause photodegradation. Further, as will be described later, in a thin film solar cell having an n-type semiconductor layer 3n made of microcrystalline silicon, in order to reduce recombination at the interface between the n-type semiconductor layer 3n and the i-type semiconductor layer 3i, i The type semiconductor layer 3i is preferably microcrystalline silicon.

また、i型半導体層3iの長波長に対する感度を高めるために、i型半導体層3iがアモルファスシリコンゲルマニウムおよび微結晶シリコンゲルマニウムの少なくとも一方を含んでいてもよい。この場合、i型半導体層3i中のゲルマニウムの原子組成百分率は、5原子%以上30原子%以下であることが好ましい。   In order to increase the sensitivity of the i-type semiconductor layer 3i to long wavelengths, the i-type semiconductor layer 3i may contain at least one of amorphous silicon germanium and microcrystalline silicon germanium. In this case, the atomic composition percentage of germanium in the i-type semiconductor layer 3i is preferably 5 atomic percent or more and 30 atomic percent or less.

ゲルマニウムの原子組成百分率が5原子%未満であると、バンドギャップがほとんど減少しないため、薄膜太陽電池の短絡電流密度の増加を図ることができず好ましくない。ゲルマニウムの原子組成百分率が30原子%を超えると、バンドギャップが減少して薄膜太陽電池の開放電圧が低下し、または、i型半導体層3iの結晶粒径が小径化して薄膜太陽電池の変換効率が低下するため好ましくない。   If the atomic composition percentage of germanium is less than 5 atomic%, the band gap is hardly reduced, and therefore the short circuit current density of the thin film solar cell cannot be increased, which is not preferable. When the atomic composition percentage of germanium exceeds 30 atomic%, the band gap decreases and the open-circuit voltage of the thin-film solar cell decreases, or the crystal grain size of the i-type semiconductor layer 3i decreases and the conversion efficiency of the thin-film solar cell Is unfavorable because of lowering.

n型半導体層3nは、n型導電性決定元素がドープされたシリコン層である。n型導電性決定元素としては、リン、窒素および酸素などの不純物原子を用いることができる。なお、n型半導体層3nの主材料は、アモルファスシリコンまたは微結晶シリコンであってもよい。n型半導体層3nが結晶シリコンを含むと、高い導電性が得られて光電変換層11の直列抵抗を小さくでき、薄膜太陽電池101の曲線因子を増加させて高い変換効率を得られるため好ましい。   The n-type semiconductor layer 3n is a silicon layer doped with an n-type conductivity determining element. As the n-type conductivity determining element, impurity atoms such as phosphorus, nitrogen and oxygen can be used. The main material of the n-type semiconductor layer 3n may be amorphous silicon or microcrystalline silicon. It is preferable that the n-type semiconductor layer 3n contains crystalline silicon because high conductivity can be obtained, the series resistance of the photoelectric conversion layer 11 can be reduced, and the conversion factor of the thin film solar cell 101 can be increased to obtain high conversion efficiency.

半導体光電変換層3の形成方法としては、CVD法を用いることができる。CVD法としては、常圧CVD法、減圧CVD法、プラズマCVD法、熱CVD法、ホットワイヤーCVD法、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法などがあるが、本実施の形態においてはプラズマCVD法を用いる。   As a method for forming the semiconductor photoelectric conversion layer 3, a CVD method can be used. Examples of the CVD method include an atmospheric pressure CVD method, a low pressure CVD method, a plasma CVD method, a thermal CVD method, a hot wire CVD method, and a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method. In this embodiment, the plasma CVD method is used. Is used.

プラズマCVD法により半導体光電変換層3を形成する際に使用するシリコン含有ガスとしては、SiH4およびSi26などのシリコン原子を含むものであれば特に限定されないが、一般的にSiH4を用いる。 The silicon-containing gas used when forming the semiconductor photoelectric conversion layer 3 by the plasma CVD method is not particularly limited as long as it contains silicon atoms such as SiH 4 and Si 2 H 6, but generally SiH 4 is used. Use.

シリコン含有ガスとともに使用される希釈ガスとしては、H2ガス、ArガスおよびHeガスなどを用いることができるが、アモルファスシリコンおよび微結晶シリコンの形成時には一般的にH2ガスを用いる。 As a dilution gas used together with the silicon-containing gas, H 2 gas, Ar gas, and He gas can be used, but H 2 gas is generally used when forming amorphous silicon and microcrystalline silicon.

また、p型半導体層3pおよびn型半導体層3nの形成時には、シリコン含有ガスおよび希釈ガスとともにドーピングガスを使用する。ドーピングガスとしては、目的とする型の導電性決定元素を含むガスであれば特に限定されないが、一般的に、p型導電性決定元素がホウ素である場合はB26を、n型導電性決定元素がリンである場合はPH3を用いる。 Further, when forming the p-type semiconductor layer 3p and the n-type semiconductor layer 3n, a doping gas is used together with the silicon-containing gas and the dilution gas. The doping gas is not particularly limited as long as it contains a target type conductivity determining element. Generally, when the p-type conductivity determining element is boron, B 2 H 6 is used as the n-type conductivity. PH 3 is used when the sex determining element is phosphorus.

プラズマCVD法により半導体光電変換層3を形成する際に、基板温度、圧力、ガス流量、プラズマへの投入電力などの製膜パラメータを適切に制御することで、アモルファス相と結晶相との存在比率を制御することが可能である。   When the semiconductor photoelectric conversion layer 3 is formed by the plasma CVD method, the abundance ratio of the amorphous phase and the crystalline phase is controlled by appropriately controlling the film forming parameters such as the substrate temperature, pressure, gas flow rate, and power input to the plasma. Can be controlled.

<裏面反射膜>
裏面反射層5は、1層以上の導電層で構成されていればよく、導電層の光反射率および導電率が高いほど好ましい。裏面反射層5の材料として、可視光の反射率が高い、銀、アルミニウム、チタンおよびパラジウムなどの金属材料、または、それらの合金を用いることができる。裏面反射膜5は、CVD法、スパッタリング法、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、スプレー法およびスクリーン印刷法などにより、半導体光電変換層3上に形成される。
<Back reflective film>
The back surface reflection layer 5 should just be comprised by the 1 or more conductive layer, and the light reflectance and electrical conductivity of a conductive layer are so preferable that it is high. As a material of the back surface reflection layer 5, a metal material such as silver, aluminum, titanium and palladium having high visible light reflectance, or an alloy thereof can be used. The back surface reflection film 5 is formed on the semiconductor photoelectric conversion layer 3 by a CVD method, a sputtering method, a vacuum evaporation method, an electron beam evaporation method, a spray method, a screen printing method, or the like.

裏面反射層5は、半導体光電変換層3において吸収されなかった光を反射して半導体光電変換層3に戻すため、薄膜太陽電池101の変換効率の向上に寄与する。裏面反射膜5の厚さは、100nm以上400nm以下であることが好ましい。   The back surface reflection layer 5 reflects light that has not been absorbed in the semiconductor photoelectric conversion layer 3 and returns it to the semiconductor photoelectric conversion layer 3, thereby contributing to an improvement in the conversion efficiency of the thin film solar cell 101. The thickness of the back reflective film 5 is preferably 100 nm or more and 400 nm or less.

<裏面透明電極層>
半導体光電変換層3と裏面反射層5との間に裏面透明電極層4を形成することにより、入射光に対する光閉じ込め効果の向上および光反射率の向上を図ることができる。さらに、裏面透明電極層4を形成することにより、裏面反射膜5に含まれる元素が半導体光電変換層3へ拡散することを抑制できる。
<Backside transparent electrode layer>
By forming the back surface transparent electrode layer 4 between the semiconductor photoelectric conversion layer 3 and the back surface reflection layer 5, it is possible to improve the light confinement effect and the light reflectivity with respect to incident light. Furthermore, by forming the back surface transparent electrode layer 4, it is possible to prevent the elements contained in the back surface reflection film 5 from diffusing into the semiconductor photoelectric conversion layer 3.

典型的には、裏面透明電極層4は、透明電極層2と同様の材料および製法により形成される。なお、裏面透明電極層4の厚さは、20nm以上あることが好ましい。ただし、裏面透明電極層4が厚すぎると、裏面透明電極層4で生ずる光吸収のために、半導体光電変換層3に再入射する光の量が減少する。そのため、裏面透明電極層4の厚さは、20nm以上3000nm以下であることが好ましい。   Typically, the back transparent electrode layer 4 is formed by the same material and manufacturing method as the transparent electrode layer 2. In addition, it is preferable that the thickness of the back surface transparent electrode layer 4 is 20 nm or more. However, if the back surface transparent electrode layer 4 is too thick, the amount of light re-entering the semiconductor photoelectric conversion layer 3 decreases due to light absorption generated in the back surface transparent electrode layer 4. Therefore, it is preferable that the thickness of the back surface transparent electrode layer 4 is 20 nm or more and 3000 nm or less.

ここで、本実施の形態においては、裏面透明電極層4が、主にAl、Zn、Mg、O(酸素)の元素からなる層となっている。その主要な成分はZnとOであるが、後述するように、数重量%のAlおよびMgが含まれている。その理由を以下に述べる。   Here, in the present embodiment, the back transparent electrode layer 4 is a layer mainly composed of elements of Al, Zn, Mg, and O (oxygen). The main components are Zn and O, and as will be described later, they contain several weight% of Al and Mg. The reason is described below.

裏面透明電極層4には、半導体光電変換層3で吸収しきれなかった、主に長波長の光が到来する。この長波長光は、裏面反射層5によって反射され、半導体光電変換層3においてできる限り再吸収させることが好ましいので、裏面透明電極層4においては、長波長の光吸収が少ない材料を選択することが、セル特性の向上に不可欠となる。また、裏面透明電極層4は、電気伝導性を有することが好ましい。それは、半導体光電変換層3において発生したキャリアを取り出すためである。さらに、裏面透明電極層4の材料としては、半導体光電変換層3に熱的あるいは機械的なダメージをなるべく与えず、かつ安価な方法で形成できる材料を選択することが、歩留まりや製造原価を勘案した上で、製造コスト低減につながる。したがって、このような観点から、裏面透明電極層4の材料としてZnOを選択することが好ましいといえる。なぜならば、ZnOは長波長の光吸収が少なく、また、酸素欠陥の程度によって適度な電気伝導性を有するからである。また、代表的な薄膜形成方法であるスパッタリング法を用いて膜を得ることができるからである。   The back transparent electrode layer 4 receives mainly light having a long wavelength that could not be absorbed by the semiconductor photoelectric conversion layer 3. Since this long wavelength light is reflected by the back surface reflection layer 5 and is preferably reabsorbed as much as possible in the semiconductor photoelectric conversion layer 3, in the back surface transparent electrode layer 4, a material having a long wavelength light absorption is selected. However, it is essential for improving the cell characteristics. Moreover, it is preferable that the back surface transparent electrode layer 4 has electrical conductivity. This is because the carriers generated in the semiconductor photoelectric conversion layer 3 are taken out. Further, as a material for the back surface transparent electrode layer 4, it is possible to select a material that can be formed by an inexpensive method without causing thermal or mechanical damage to the semiconductor photoelectric conversion layer 3 as much as possible. In addition, the manufacturing cost is reduced. Therefore, it can be said that it is preferable to select ZnO as the material of the back transparent electrode layer 4 from such a viewpoint. This is because ZnO absorbs light of a long wavelength and has appropriate electrical conductivity depending on the degree of oxygen defects. Moreover, it is because a film | membrane can be obtained using sputtering method which is a typical thin film formation method.

ここで、本発明の裏面透明電極層4は、Mgを含んでいる。Mgを含むことによって、MgがZnOのO(酸素)と優先的に結合することから、ZnOの成膜条件を制御することによるのみでは通常得られないような酸素欠陥を有するZnO膜を得ることが可能になる。この結果、ZnOの結合軌道が大きく変化することによって、仕事関数が変化する。典型的なZnOにおいては、仕事関数が−4.7eVであるが、Mgを含有させたZnOにおいては、仕事関数の絶対値が減少する。Mgを含有させたZnOは、Mgの含有量にもよるが、−4.4eV程度の仕事関数を有する。つまり、Mgを含有させたZnOの仕事関数は、Mgを含有させないZnOの仕事関数よりも、大きい。明確な自然科学的考察は完了してはいないが、この仕事関数の変化は、フェルミ準位が真空準位側にシフトしたことを示唆するものである。ここで、半導体光電変換層3と裏面透明電極層4との熱平衡状態での接触状態のバンド図を考慮すると、裏面透明電極層4の価電子帯が、仕事関数の絶対値の減少分だけ、真空準位よりも遠い側にせり出す形となる。このせり出した分が、半導体光電変換層3において発生した正孔の再結合をブロックする役割を担うことができるため、開放電圧やフィルファクターが向上するものと考えられる。このような理由から、本発明の裏面透明電極層4はMgを含んでいるのである。   Here, the back surface transparent electrode layer 4 of the present invention contains Mg. By including Mg, Mg is preferentially bonded to O (oxygen) of ZnO, so that a ZnO film having oxygen defects that cannot be obtained usually only by controlling the deposition conditions of ZnO is obtained. Is possible. As a result, the work function changes as the bond orbitals of ZnO change greatly. In typical ZnO, the work function is −4.7 eV, but in ZnO containing Mg, the absolute value of the work function decreases. ZnO containing Mg has a work function of about −4.4 eV, depending on the Mg content. That is, the work function of ZnO containing Mg is larger than the work function of ZnO not containing Mg. Although clear natural scientific considerations have not been completed, this work function change suggests that the Fermi level has shifted to the vacuum level. Here, considering the band diagram of the contact state of the semiconductor photoelectric conversion layer 3 and the back surface transparent electrode layer 4 in a thermal equilibrium state, the valence band of the back surface transparent electrode layer 4 is reduced by the absolute value of the work function, The shape protrudes to the far side from the vacuum level. Since the protruding portion can play a role of blocking recombination of holes generated in the semiconductor photoelectric conversion layer 3, it is considered that the open circuit voltage and the fill factor are improved. For this reason, the back transparent electrode layer 4 of the present invention contains Mg.

また、裏面透明電極層4は、第13族元素をさらに含むことがさらに好ましい。それは、Znが第12族元素であるので、第13族元素がZnOのZnと置換されることによって、キャリア源となるからである。したがって、Mgを含んだZnOからなる裏面透明電極層4の電気伝導性が高まるため、好ましい。また、第13族元素のうち、Alを用いることが最も好ましい。これは、種々の第13族元素のうち、周期表において上、つまり、原子半径が小さいものほど、その元素を含むZnO膜の光学吸収端が長波長側にシフトすることにより、長波長側の光吸収が減少し、短波長側の光吸収が増加するためである。これはBurstein-Moss shift効果として説明されている。先に述べたように裏面透明電極層4の長波長光の光吸収は、少ない方が好ましい。しかしながら、第13族元素で最も原子半径が小さいB(ホウ素)を用いた場合は、他の第13族元素に比べると電気伝導性をあまり高めることはできない。これは、BがZnとサイズが異なりすぎており、ZnOの結晶構造を大きくゆがめてしまう原因となり、この結果として膜の移動度が低下してしまうためと予想される。以上の理由から、第13族元素としてAlを用いることが、最も好ましいのである。   Further, the back transparent electrode layer 4 further preferably contains a Group 13 element. This is because since Zn is a Group 12 element, the Group 13 element is replaced with Zn in ZnO to become a carrier source. Therefore, since the electrical conductivity of the back surface transparent electrode layer 4 which consists of ZnO containing Mg increases, it is preferable. Of the Group 13 elements, Al is most preferably used. This is because the optical absorption edge of the ZnO film containing the element shifts to the longer wavelength side as the atomic group radius is smaller, among the various Group 13 elements, that is, the atomic radius is smaller. This is because light absorption decreases and light absorption on the short wavelength side increases. This is described as the Burstein-Moss shift effect. As described above, it is preferable that the back transparent electrode layer 4 has less light absorption of long wavelength light. However, when B (boron) having the smallest atomic radius among Group 13 elements is used, the electrical conductivity cannot be increased so much as compared with other Group 13 elements. This is presumably because B is too different in size from Zn and causes the crystal structure of ZnO to be greatly distorted, resulting in a decrease in film mobility. For the above reasons, it is most preferable to use Al as the Group 13 element.

以上のことから、最も望ましい裏面透明電極層4は、ZnOを主成分として、なおかつ、MgとAlが添加されているものである。   From the above, the most desirable backside transparent electrode layer 4 is composed of ZnO as a main component and added with Mg and Al.

なお、裏面透明電極層に含まれるMgの濃度は、3重量%以上10重量%以下であることが好ましい。なぜなら、Mgが3重量%以上であると、仕事関数の変化が十分であるため、開放電圧やフィルファクターなどを向上させる効果を十分に得ることができるからである。また、Mgが10重量%以下であると、裏面透明電極層4の導電率が低くなりすぎることがなく、直列抵抗が発生せず、セル特性を低下させないからである。   In addition, it is preferable that the density | concentration of Mg contained in a back surface transparent electrode layer is 3 to 10 weight%. This is because if the Mg content is 3% by weight or more, the work function can be sufficiently changed, so that the effect of improving the open circuit voltage, the fill factor, and the like can be sufficiently obtained. Moreover, it is because the electrical conductivity of the back surface transparent electrode layer 4 does not become low too much that Mg is 10 weight% or less, a series resistance does not generate | occur | produce, and a cell characteristic is not deteriorated.

また、裏面透明電極層4に含まれるAlの濃度は、1重量%以上5重量%以下であることが好ましい。なぜなら、AlはZnOを主成分とする膜中において、電気伝導性を付与するキャリア源として機能するのであるが、Alが1重量%以上であると、十分な電気伝導性が確保できる。また、Alが5重量%以下であると、Alがキャリアの散乱要因となって電気伝導性を逆に低下させることなく、Alはドーパントとして働く。したがって、直列抵抗が発生してセル特性を低下させるということがないからである。   The concentration of Al contained in the back transparent electrode layer 4 is preferably 1% by weight or more and 5% by weight or less. This is because Al functions as a carrier source for imparting electrical conductivity in a film containing ZnO as a main component, but sufficient electrical conductivity can be secured when Al is 1% by weight or more. Further, when Al is 5% by weight or less, Al acts as a dopant without causing Al to be a carrier scattering factor and reducing the electrical conductivity. Therefore, series resistance is not generated and cell characteristics are not deteriorated.

裏面透明電極層4は、上記のように、半導体光電変換層3に接し、Mgを含む層と、裏面反射層5に接し、Mgを含まない層とを有することがさらに好ましい。
これは、薄膜太陽電池101を熱処理する際に、Mgと裏面反射層に含まれるAgとが合金化してしまうことを防止するためである。裏面反射層5に接し、Mgを含まない層は、透明電極層2と同様の材料および製法により形成される。その中でも、材料としてITOとZnOとを用いることが好ましい。
As described above, the back transparent electrode layer 4 is more preferably in contact with the semiconductor photoelectric conversion layer 3 and includes a layer containing Mg and a layer in contact with the back reflection layer 5 and not containing Mg.
This is to prevent Mg and Ag contained in the back reflective layer from being alloyed when the thin film solar cell 101 is heat-treated. The layer that is in contact with the back surface reflection layer 5 and does not contain Mg is formed by the same material and manufacturing method as the transparent electrode layer 2. Among these, it is preferable to use ITO and ZnO as materials.

ITOは種々の透明導電膜の中でも比較的電気伝導性が高く、また、スズ濃度にも依存するが、ZnOと同程度に、長波長の光吸収は低い。ZnOとの大きな相違点は、ZnOよりも湿度や薬品に対する耐性が高いという長所を有している点と、コストが高いという短所を有している点である。したがって、裏面透明電極層4の形成後、裏面反射層5を形成する前に、真空装置から出すなどして、大気暴露する製造プロセスを実施する場合は、ITOを用いるとよい。ZnOを用いることの利点は前述したとおりである。このZnOには、電気伝導性を高めるために第13族元素が添加されていてもよい。   ITO has a relatively high electrical conductivity among various transparent conductive films, and has a low light absorption at a long wavelength as much as ZnO, although it depends on the tin concentration. The major difference from ZnO is that it has the advantage of higher resistance to humidity and chemicals than ZnO, and the disadvantage of high cost. Therefore, after forming the back surface transparent electrode layer 4 and before forming the back surface reflection layer 5, it is preferable to use ITO when performing a manufacturing process that exposes to the atmosphere by taking it out of a vacuum device or the like. The advantages of using ZnO are as described above. To this ZnO, a group 13 element may be added in order to increase electrical conductivity.

(AZMO層の製造方法)
AZMO層を形成する際には、透明電極層2や、裏面透明電極層4と同様の製造方法が採用できるが、中でもAZMOターゲットを用意して、スパッタリングで作成することが好ましい。
(Manufacturing method of AZMO layer)
When the AZMO layer is formed, the same manufacturing method as that for the transparent electrode layer 2 and the back surface transparent electrode layer 4 can be employed. However, it is preferable to prepare an AZMO target and prepare it by sputtering.

成膜前には、基板は、加熱されていることが適当である。加熱温度は、特に限定されるものではないが、100℃程度が適当である。また、成膜室は、あらかじめ真空引きしておくことが好ましい。真空度は、たとえば、5×10-3Pa程度か、これよりも真空度を高くすることが好ましい。 Prior to film formation, the substrate is suitably heated. The heating temperature is not particularly limited, but about 100 ° C. is appropriate. The film formation chamber is preferably evacuated in advance. For example, the degree of vacuum is preferably about 5 × 10 −3 Pa or higher.

スパッタリングを行なう際には、AZMOターゲット、ITOターゲットともDCスパッタ法で成膜することが好ましい。スパッタリングの条件は、特に限定されるものではなく、たとえば、パワーの程度としては、具体的には、0.5W/cm2程度の放電密度であってよい。また、磁場強度の設定については具体的には、AZMOターゲット、ITOターゲットとも磁場強度は200〜250G程度以上であってよい。 When sputtering is performed, it is preferable that both the AZMO target and the ITO target are formed by DC sputtering. The sputtering conditions are not particularly limited. For example, the power level may be a discharge density of about 0.5 W / cm 2 . Regarding the setting of the magnetic field strength, specifically, the magnetic field strength of both the AZMO target and the ITO target may be about 200 to 250 G or more.

上述の製造方法により、短絡電流密度および変換効率の高いスーパーストレート型の薄膜太陽電池を得ることができる。   By the manufacturing method described above, it is possible to obtain a super straight type thin film solar cell with high short-circuit current density and high conversion efficiency.

(実施の形態2)
本発明に基づく実施の形態2における薄膜光電変換素子としての薄膜太陽電池について説明する。本実施の形態における薄膜太陽電池は、実施の形態1における薄膜太陽電池101に比べてタンデム型であることのみ異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
(Embodiment 2)
A thin film solar cell as a thin film photoelectric conversion element in Embodiment 2 based on this invention is demonstrated. The thin-film solar cell in the present embodiment is different from the thin-film solar cell 101 in the first embodiment only in that it is a tandem type, so the description of the other components will not be repeated.

図2は、本発明に基づく実施の形態2におけるタンデム型薄膜太陽電池200の断面図である。タンデム型薄膜太陽電池200は、第1の半導体光電変換層3の他に第2の半導体光電変換層20を有している。第2の半導体光電変換層20においては、光透過性基板1側から順にp型半導体層22、i型半導体層23およびn型半導体層24が積層されて、pin接合が構成されている。   FIG. 2 is a cross-sectional view of tandem thin-film solar cell 200 according to Embodiment 2 of the present invention. The tandem thin film solar cell 200 has a second semiconductor photoelectric conversion layer 20 in addition to the first semiconductor photoelectric conversion layer 3. In the second semiconductor photoelectric conversion layer 20, a p-type semiconductor layer 22, an i-type semiconductor layer 23, and an n-type semiconductor layer 24 are stacked in order from the light-transmitting substrate 1 side to form a pin junction.

タンデム型薄膜シリコン系太陽電池においては、光入射側から最も近いpin接合をトップセル、光入射側から最も遠いpin接合をボトムセルと呼ぶことが多い。また、3つ以上のpin接合を有するタンデム型薄膜太陽電池においては、トップセルとボトムセルの間に位置するpin接合をミドルセルと呼ぶことが多い。   In a tandem thin film silicon solar cell, the pin junction closest to the light incident side is often referred to as a top cell, and the pin junction farthest from the light incident side is referred to as a bottom cell. In a tandem thin film solar cell having three or more pin junctions, the pin junction located between the top cell and the bottom cell is often called a middle cell.

本実施の形態におけるタンデム型薄膜太陽電池200は、スーパーストレート型構造を有する薄膜太陽電池である。タンデム型薄膜太陽電池200においては、光透過性基板1上に、透明電極層2、第2の半導体光電変換層20と、第1の半導体光電変換層3と、AZMO層である裏面透明電極層4と、裏面反射層5とがこの順番で積層されて構成されている。   The tandem thin film solar cell 200 in the present embodiment is a thin film solar cell having a super straight type structure. In the tandem thin film solar cell 200, the transparent electrode layer 2, the second semiconductor photoelectric conversion layer 20, the first semiconductor photoelectric conversion layer 3, and the back surface transparent electrode layer which is an AZMO layer are formed on the light transmissive substrate 1. 4 and the back reflective layer 5 are laminated in this order.

第2の半導体光電変換層20は光入射側に位置するため、第1の半導体光電変換層3には第2の半導体光電変換層20を透過した光のみが入射する。タンデム型薄膜太陽電池200においては、第1および第2の半導体光電変換層3,20のそれぞれで入射光の異なるスペクトル領域を受光できるため光の利用効率を向上でき、また、第1および第2の半導体光電変換層3,20のそれぞれの開放電圧の和とほぼ同等の高い開放電圧を得ることができる。   Since the second semiconductor photoelectric conversion layer 20 is located on the light incident side, only the light transmitted through the second semiconductor photoelectric conversion layer 20 is incident on the first semiconductor photoelectric conversion layer 3. In the tandem thin film solar cell 200, the first and second semiconductor photoelectric conversion layers 3 and 20 can receive different spectral regions of incident light, so that the light use efficiency can be improved. A high open-circuit voltage almost equal to the sum of the open-circuit voltages of the semiconductor photoelectric conversion layers 3 and 20 can be obtained.

また、光入射側に位置する第2の半導体光電変換層20のバンドギャップを第1の半導体光電変換層3のバンドギャップより大きくすることにより、入射光のうち短波長の光は主に第2の半導体光電変換層20で、長波長の光は主に第1の半導体光電変換層3で吸収されるため、タンデム型薄膜太陽電池200の変換効率をさらに向上することができる。   Further, by making the band gap of the second semiconductor photoelectric conversion layer 20 located on the light incident side larger than the band gap of the first semiconductor photoelectric conversion layer 3, the short wavelength light of the incident light is mainly the second. In the semiconductor photoelectric conversion layer 20, long-wavelength light is mainly absorbed by the first semiconductor photoelectric conversion layer 3, so that the conversion efficiency of the tandem-type thin film solar cell 200 can be further improved.

異なるバンドギャップを有するシリコン系材料としては、アモルファスシリコンカーバイド、アモルファスシリコン、アモルファスシリコンゲルマニウム、アモルファスゲルマニウム、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウムおよび微結晶ゲルマニウムなどがある。これらを光吸収層として適宜選択して用いることができる。   Examples of silicon-based materials having different band gaps include amorphous silicon carbide, amorphous silicon, amorphous silicon germanium, amorphous germanium, microcrystalline silicon, microcrystalline silicon germanium, and microcrystalline germanium. These can be appropriately selected and used as the light absorption layer.

たとえば、トップセルにアモルファスシリコン、ボトムセルに微結晶シリコンを用いた典型的な2接合型薄膜シリコン系太陽電池においては、大きなバンドギャップを有するアモルファスシリコンが入射光のうちの短波長領域の光を吸収し、小さなバンドギャップを有する微結晶シリコンが、残りの長波長領域の光を吸収するように設計されている。   For example, in a typical two-junction thin-film silicon solar cell using amorphous silicon for the top cell and microcrystalline silicon for the bottom cell, amorphous silicon having a large band gap absorbs light in the short wavelength region of the incident light. However, microcrystalline silicon having a small band gap is designed to absorb the remaining light in the long wavelength region.

微結晶シリコンおよび微結晶シリコンゲルマニウムは、上記のように光劣化を生じないことが知られており、多接合型薄膜シリコン系太陽電池において長波長の光を吸収する材料として一般的に好んで用いられている。   Microcrystalline silicon and microcrystalline silicon germanium are known not to cause photodegradation as described above, and are generally preferred for use as materials that absorb light of long wavelengths in multi-junction thin-film silicon solar cells. It has been.

第1および第2の半導体光電変換層3、20においては、互いのpin接合の積層方向が同一で、かつ、光入射側にp型半導体層3p,22が位置するように配置されていればよく、光電変換層が3層以上ある場合も同様である。すなわち、第1の半導体光電変換層3がpin接合を有するときは第2の半導体光電変換層20もpin接合を有し、第1の半導体光電変換層3がnip接合を有するときは第2の半導体光電変換層20もnip接合を有する。   If the first and second semiconductor photoelectric conversion layers 3 and 20 are arranged such that the stacking directions of the pin junctions are the same and the p-type semiconductor layers 3p and 22 are located on the light incident side. The same applies when there are three or more photoelectric conversion layers. That is, when the first semiconductor photoelectric conversion layer 3 has a pin junction, the second semiconductor photoelectric conversion layer 20 also has a pin junction, and when the first semiconductor photoelectric conversion layer 3 has a nip junction, the second semiconductor photoelectric conversion layer 3 has a pin junction. The semiconductor photoelectric conversion layer 20 also has a nip junction.

第1および第2の半導体光電変換層3,20における各半導体層の膜厚は特に限定されるものではないが、第2の半導体光電変換層20においては、p型半導体層22の膜厚が5nm以上50nm以下、i型半導体層23の膜厚が100nm以上500nm以下、n型半導体層24の膜厚が5nm以上50nm以下であることが好ましい。より好ましくは、p型半導体層22の膜厚が10nm以上30nm以下、i型半導体層23の膜厚が200nm以上400nm以下、n型半導体層24の膜厚が10nm以上30nm以下である。   The film thickness of each semiconductor layer in the first and second semiconductor photoelectric conversion layers 3 and 20 is not particularly limited, but in the second semiconductor photoelectric conversion layer 20, the film thickness of the p-type semiconductor layer 22 is It is preferable that the thickness of the i-type semiconductor layer 23 is 100 nm to 500 nm and the thickness of the n-type semiconductor layer 24 is 5 nm to 50 nm. More preferably, the p-type semiconductor layer 22 has a thickness of 10 nm to 30 nm, the i-type semiconductor layer 23 has a thickness of 200 nm to 400 nm, and the n-type semiconductor layer 24 has a thickness of 10 nm to 30 nm.

第1の半導体光電変換層3においては、p型半導体層3pの膜厚が5nm以上50nm以下、i型半導体層3iの膜厚が1000nm以上5000nm以下、n型半導体層3nの膜厚が5nm以上100nm以下であることが好ましい。より好ましくは、p型半導体層3pの膜厚が10nm以上30nm以下、i型半導体層3iの膜厚が2000nm以上4000nm以下、n型半導体層3nの膜厚が10nm以上30nm以下である。   In the first semiconductor photoelectric conversion layer 3, the thickness of the p-type semiconductor layer 3p is 5 nm or more and 50 nm or less, the thickness of the i-type semiconductor layer 3i is 1000 nm or more and 5000 nm or less, and the thickness of the n-type semiconductor layer 3n is 5 nm or more. It is preferable that it is 100 nm or less. More preferably, the p-type semiconductor layer 3p has a thickness of 10 nm to 30 nm, the i-type semiconductor layer 3i has a thickness of 2000 nm to 4000 nm, and the n-type semiconductor layer 3n has a thickness of 10 nm to 30 nm.

複数のpin接合または複数のnip接合のうち少なくとも1組の互いに隣接するpin接合同士またはnip接合同士の間に中間層が形成されていてもよい。すなわち、第1の半導体光電変換層3と第2の半導体光電変換層20との間に中間層が形成されていてもよい。光電変換層が3層以上ある場合には、各光電変換層同士の間の少なくとも1箇所に中間層が形成されていてもよい。中間層は、透光性導電膜で構成されていることが好ましい。   An intermediate layer may be formed between at least one pair of mutually adjacent pin junctions or nip junctions among the plurality of pin junctions or the plurality of nip junctions. That is, an intermediate layer may be formed between the first semiconductor photoelectric conversion layer 3 and the second semiconductor photoelectric conversion layer 20. When there are three or more photoelectric conversion layers, an intermediate layer may be formed in at least one place between the photoelectric conversion layers. The intermediate layer is preferably composed of a light-transmitting conductive film.

中間層を設けることにより、第2の半導体光電変換層20を通過して中間層に入射した光の一部は中間層で反射され、残部は中間層を透過して第1の半導体光電変換層3に入射するため、各光電変換層への入射光量を制御できるようになる。   By providing the intermediate layer, part of the light that has passed through the second semiconductor photoelectric conversion layer 20 and entered the intermediate layer is reflected by the intermediate layer, and the remaining part is transmitted through the intermediate layer and transmitted through the first semiconductor photoelectric conversion layer. Therefore, the amount of incident light on each photoelectric conversion layer can be controlled.

これにより、第1および第2の半導体光電変換層3,20における光電流の値を均等化できる。第1および第2の半導体光電変換層3,20において発生した光生成キャリアを効率よく利用することにより、タンデム型薄膜太陽電池200の短絡電流値を増加させて変換効率を向上することができる。   Thereby, the value of the photocurrent in the first and second semiconductor photoelectric conversion layers 3 and 20 can be equalized. By efficiently using photogenerated carriers generated in the first and second semiconductor photoelectric conversion layers 3 and 20, the conversion efficiency can be improved by increasing the short-circuit current value of the tandem-type thin film solar cell 200.

(実施の形態3)
本発明は、サブストレート型の薄膜太陽電池にも適用できる。次に、サブストレート型の薄膜太陽電池に本発明を適用した実施の形態3について説明する。本実施の形態における薄膜太陽電池300は、実施の形態1における薄膜太陽電池101に比べてサブストレート型であることのみ異なるため、他の構成についてはその説明は繰り返さない。
(Embodiment 3)
The present invention can also be applied to a substrate-type thin film solar cell. Next, Embodiment 3 in which the present invention is applied to a substrate type thin film solar cell will be described. Thin-film solar cell 300 in the present embodiment differs from thin-film solar cell 101 in the first embodiment only in that it is a substrate type, and therefore the description of the other components will not be repeated.

図3は、本発明に基づく実施の形態3に係る薄膜太陽電池の断面図である。図3に示すように、本発明に基づく実施の形態3に係るサブストレート型の薄膜太陽電池300においては、支持基板31c上に、裏面反射膜5と、AZMO層である裏面透明電極層4と、半導体光電変換層3と、透明電極層2と、表面取出し電極32が、この順番で形成されている。   FIG. 3 is a cross-sectional view of a thin-film solar cell according to Embodiment 3 based on the present invention. As shown in FIG. 3, in the substrate type thin film solar cell 300 according to the third embodiment of the present invention, the back surface reflection film 5 and the back surface transparent electrode layer 4 which is an AZMO layer are formed on the support substrate 31c. The semiconductor photoelectric conversion layer 3, the transparent electrode layer 2, and the surface extraction electrode 32 are formed in this order.

本実施の形態においては、光が透明電極層2側から入射するため、支持基板31cは非透光性を有する材料で構成されていてもよい。または、光透過性基板1と同様に、支持基板31cは透光性を有する材料で構成されていてもよい。支持基板31cの材料としては、光透過性基板1と同様の材料を用いることができる。その他にも、ステンレス板、銅板などの金属性の板で支持基板31cが構成されていてもよい。支持基板31cの厚さは特に限定されないが、薄膜太陽電池300の全体を構造的に支持し得る程度の強度となる厚さであればよい。   In the present embodiment, since light enters from the transparent electrode layer 2 side, the support substrate 31c may be made of a non-translucent material. Alternatively, like the light transmissive substrate 1, the support substrate 31c may be made of a light transmissive material. As the material of the support substrate 31c, the same material as that of the light transmissive substrate 1 can be used. In addition, the support substrate 31c may be made of a metal plate such as a stainless plate or a copper plate. The thickness of the support substrate 31c is not particularly limited as long as it is strong enough to structurally support the entire thin film solar cell 300.

本実施の形態においては、支持基板31cに、光閉じ込め効果を向上させるための図示しない凹凸が形成されている。ただし、支持基板31cが凹凸を有さずに、支持基板31c上に凹凸を有する透明導電膜などを形成、または、裏面反射膜5に加工を施して凹凸を形成してもよい。これらにより、結果的に裏面反射膜5上に表面粗さRMS(二乗平均平方根粗さ)が20nm以上200nm以下の凹凸が形成されていることが望ましい。   In the present embodiment, irregularities (not shown) for improving the light confinement effect are formed on the support substrate 31c. However, the support substrate 31c does not have unevenness, and a transparent conductive film having unevenness may be formed on the support substrate 31c, or the back surface reflective film 5 may be processed to form unevenness. As a result, it is desirable that irregularities having a surface roughness RMS (root mean square roughness) of 20 nm or more and 200 nm or less are formed on the back surface reflecting film 5 as a result.

上述の凹凸によって、裏面反射膜5自体での光閉じ込め効果が発現するとともに、透明電極層2堆積後の表面に、裏面反射膜5上の凹凸形状に起因した凹凸が形成されるため、この凹凸によっても光閉じ込め効果を得ることができる。   The unevenness described above exhibits a light confinement effect in the back surface reflection film 5 itself, and unevenness due to the uneven shape on the back surface reflection film 5 is formed on the surface after the transparent electrode layer 2 is deposited. The light confinement effect can also be obtained.

本実施の形態では、光閉じ込め効果を得ることができるので、サブストレート型薄膜太陽電池300の光電変換効率を向上させることができる。   In the present embodiment, since a light confinement effect can be obtained, the photoelectric conversion efficiency of the substrate type thin film solar cell 300 can be improved.

なお、本実施の形態におけるサブストレート型の薄膜太陽電池300においては、実施の形態1におけるスーパーストレート型の薄膜太陽電池101の構造と同様に、光入射側からpin構造を有しているが、光入射側からnip構造を有していてもよい。   In addition, the substrate type thin film solar cell 300 in the present embodiment has a pin structure from the light incident side, similar to the structure of the super straight type thin film solar cell 101 in the first embodiment. It may have a nip structure from the light incident side.

また、透明電極層2上に、表面取出し電極32が形成されていてもよい。表面取出し電極32の材料としては、裏面反射層5と同様に銀などの導電性の高い材料が好適に用いられる。表面取出し電極32が非透光性の材料で形成される場合、表面取出し電極32は光電変換層10に入射する光を遮って薄膜太陽電池の光電変換効率を低下させる要因となりうるため、平面視における表面取出し電極32の面積が小さいことが好ましい。   A surface extraction electrode 32 may be formed on the transparent electrode layer 2. As the material of the front surface extraction electrode 32, a material having high conductivity such as silver is preferably used similarly to the back surface reflection layer 5. When the surface extraction electrode 32 is formed of a non-translucent material, the surface extraction electrode 32 may block light incident on the photoelectric conversion layer 10 and reduce the photoelectric conversion efficiency of the thin-film solar cell. It is preferable that the surface extraction electrode 32 has a small area.

以下、本発明に係る薄膜太陽電池の発電特性を確認した実験例について説明する。
(実験例)
(実施例1)
実施例1においては、図2に示すスーパーストレート型のタンデム型の薄膜太陽電池200を下記のように作製した。
Hereinafter, experimental examples in which the power generation characteristics of the thin film solar cell according to the present invention are confirmed will be described.
(Experimental example)
Example 1
In Example 1, the super straight tandem thin film solar cell 200 shown in FIG. 2 was produced as follows.

光透過性基板1の表面に酸化錫系の透明導電膜からなる透明電極層2が形成された、縦115mm×横115mm×厚み3.9mmの青板ガラス(旭硝子株式会社製、商品名:Asahi−VU)を使用した。   Blue plate glass (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., trade name: Asahi-) having a transparent electrode layer 2 made of a tin oxide-based transparent conductive film formed on the surface of the light-transmitting substrate 1 and having a length of 115 mm × width of 115 mm × thickness of 3.9 mm VU) was used.

その後、プラズマCVD法により後述の条件で、p型半導体層3p、i型半導体層3iおよびn型半導体層3nを順に積層して半導体光電変換層3を形成した。続いて、半導体光電変換層3上に、第2の半導体光電変換層20を形成した。その後、第2の半導体光電変換層20上に、裏面透明電極層4、裏面反射層5を形成したことにより、スーパーストレート型のタンデム型薄膜太陽電池200を作製した。   Thereafter, the p-type semiconductor layer 3p, the i-type semiconductor layer 3i, and the n-type semiconductor layer 3n were sequentially stacked by plasma CVD under the conditions described later to form the semiconductor photoelectric conversion layer 3. Subsequently, a second semiconductor photoelectric conversion layer 20 was formed on the semiconductor photoelectric conversion layer 3. Then, the back surface transparent electrode layer 4 and the back surface reflection layer 5 were formed on the 2nd semiconductor photoelectric converting layer 20, and the super straight type tandem-type thin film solar cell 200 was produced.

半導体光電変換層3の各層は以下の条件で形成した。p型半導体層3pの形成には、原料ガスとしてSiH4、H2およびB26を含む混合ガスを用いた。SiH4に対するH2のガス流量比は20倍とし、SiH4に対するB26のガス流量比は0.3倍とした。 Each layer of the semiconductor photoelectric conversion layer 3 was formed under the following conditions. For the formation of the p-type semiconductor layer 3p, a mixed gas containing SiH 4 , H 2 and B 2 H 6 was used as a source gas. The gas flow ratio of H 2 to SiH 4 was 20 times, and the gas flow ratio of B 2 H 6 to SiH 4 was 0.3 times.

p型半導体層3pは、光活性層であるi型半導体層3iに入射する光量を多くするために、p型半導体層としての機能を損なわない範囲で薄い方が望ましく、本実施例では20nmの膜厚とした。   The p-type semiconductor layer 3p is desirably thin so as not to impair the function as the p-type semiconductor layer in order to increase the amount of light incident on the i-type semiconductor layer 3i, which is a photoactive layer. The film thickness was taken.

i型半導体層3iの形成には、原料ガスとしてSiH4およびH2を含む混合ガスを用いた。SiH4に対するH2のガス流量比は15倍とした。本実施例では、i型半導体層3iの膜厚を250nmとした。 For forming the i-type semiconductor layer 3i, a mixed gas containing SiH 4 and H 2 was used as a source gas. The gas flow ratio of H 2 to SiH 4 was 15 times. In this example, the film thickness of the i-type semiconductor layer 3i was 250 nm.

n型半導体層3nの形成には、原料ガスとしてSiH4、H2、PH3およびN2を含む混合ガスを用いた。SiH4に対するH2のガス流量比は20倍とし、SiH4に対するPH3のガス流量比は0.3倍とした。 For forming the n-type semiconductor layer 3n, a mixed gas containing SiH 4 , H 2 , PH 3 and N 2 was used as a source gas. The gas flow ratio of H 2 to SiH 4 was 20 times, and the gas flow ratio of PH 3 to SiH 4 was 0.3 times.

n型半導体層3nの膜厚は、この層における光吸収を抑制するため、n型半導体層としての機能を損なわない程度に薄い方が望ましく、本実施例では20nmの膜厚とした。なお、p型、i型およびn型半導体層3p,3i,3nのプラズマCVDによる製膜時における基板温度を180℃とした。   The film thickness of the n-type semiconductor layer 3n is desirably thin enough not to impair the function as the n-type semiconductor layer in order to suppress light absorption in this layer. In this embodiment, the film thickness is set to 20 nm. The substrate temperature at the time of forming the p-type, i-type and n-type semiconductor layers 3p, 3i, 3n by plasma CVD was set to 180 ° C.

続いて、第2の半導体光電変換層20の各層を以下の条件で形成した。p型半導体層22の形成には、原料ガスとしてSiH4、H2およびB26を含む混合ガスを用いた。SiH4に対するH2のガス流量比は150倍とし、SiH4に対するB26のガス流量比は0.003倍とした。 Subsequently, each layer of the second semiconductor photoelectric conversion layer 20 was formed under the following conditions. For the formation of the p-type semiconductor layer 22, a mixed gas containing SiH 4 , H 2 and B 2 H 6 was used as a source gas. The gas flow ratio of H 2 to SiH 4 was 150 times, and the gas flow ratio of B 2 H 6 to SiH 4 was 0.003 times.

p型半導体層22は、光活性層であるi型半導体層23に入射する光量を多くするために、p型半導体層としての機能を損なわない範囲で薄い方が望ましく、本実施例では20nmの膜厚とした。   The p-type semiconductor layer 22 is desirably thin so as not to impair the function as the p-type semiconductor layer in order to increase the amount of light incident on the i-type semiconductor layer 23 that is a photoactive layer. In this embodiment, the p-type semiconductor layer 22 has a thickness of 20 nm. The film thickness was taken.

i型半導体層23の形成には、原料ガスとしてSiH4およびH2を含む混合ガスを用いた。SiH4に対するH2のガス流量比は80倍とした。本実施例では、i型半導体層23の膜厚を1900nmとした。 In forming the i-type semiconductor layer 23, a mixed gas containing SiH 4 and H 2 was used as a source gas. The gas flow ratio of H 2 to SiH 4 was 80 times. In this example, the film thickness of the i-type semiconductor layer 23 was 1900 nm.

n型半導体層24の形成には、原料ガスとしてSiH4、H2、PH3およびN2を含む混合ガスを用いた。SiH4に対するH2のガス流量比は100倍とし、SiH4に対するPH3のガス流量比は0.03倍とした。 For forming the n-type semiconductor layer 24, a mixed gas containing SiH 4 , H 2 , PH 3 and N 2 was used as a source gas. The gas flow ratio of H 2 to SiH 4 was 100 times, and the gas flow ratio of PH 3 to SiH 4 was 0.03 times.

n型半導体層24の膜厚は、裏面反射層5からの反射光の吸収を抑制するため、n型半導体層としての機能を損なわない程度に薄い方が望ましく、本実施例では20nmの膜厚とした。なお、p型、i型およびn型半導体層22,23,24のプラズマCVDによる成膜時における基板温度を180℃とした。   The film thickness of the n-type semiconductor layer 24 is desirably thin enough not to impair the function as the n-type semiconductor layer in order to suppress absorption of reflected light from the back surface reflection layer 5. In this embodiment, the film thickness is 20 nm. It was. The substrate temperature at the time of film formation by plasma CVD of the p-type, i-type, and n-type semiconductor layers 22, 23, and 24 was set to 180 ° C.

続いて、裏面透明電極層4として、スパッタリング法によって80nmの厚さとなるようにAZMOを堆積させた。その後、裏面反射層5として、スパッタリング法によって200nmの厚さとなるように銀を堆積させた。   Subsequently, AZMO was deposited as the back transparent electrode layer 4 to a thickness of 80 nm by sputtering. Thereafter, silver was deposited as the back reflective layer 5 so as to have a thickness of 200 nm by sputtering.

スパッタリング法によるAZMO膜の形成時には、成膜室中の圧力が1×10-4Pa以下になるまで真空排気を行なった後、Arガスを20sccm流し、この状態で圧力を1mTorrに保った。その後13.56MHzの高周波電力を0.43W/cm2の電力密度となるように印加し、AZMOターゲット上にプラズマ放電を発生させた。 At the time of forming the AZMO film by the sputtering method, after evacuating until the pressure in the film forming chamber became 1 × 10 −4 Pa or less, Ar gas was supplied at 20 sccm, and the pressure was maintained at 1 mTorr in this state. Thereafter, high frequency power of 13.56 MHz was applied so that the power density was 0.43 W / cm 2 , and plasma discharge was generated on the AZMO target.

これと同様にして、ガラス上に形成したAZMO膜の組成を、SIMS(二次イオン質量分析法)法によって分析した結果、Zn、Al、Mg、Oを含んでいることが確かめられた。その組成は、Mgが4重量%、Alが2.6重量%,その他は主にZnOであった。   Similarly, as a result of analyzing the composition of the AZMO film formed on the glass by the SIMS (secondary ion mass spectrometry) method, it was confirmed that Zn, Al, Mg, and O were contained. As for the composition, Mg was 4% by weight, Al was 2.6% by weight, and the others were mainly ZnO.

また、波長300〜1200nmにおける、このAZMO膜の透過反射スペクトルをタウツプロットすることによって、バンドギャップを求めた結果、3.3eVであった。また、理研計器製FAC−2を用いた、ケルビンプローブ法によって、AZMO膜と、n型半導体層24の、仕事関数を求めた結果、AZMO膜の仕事関数は−4.3eVであり、n型半導体層24の仕事関数は−4.5eVであった。   Further, the band gap was obtained by plotting the transmission / reflection spectrum of this AZMO film at a wavelength of 300 to 1200 nm to 3.3 eV. Moreover, as a result of obtaining the work functions of the AZMO film and the n-type semiconductor layer 24 by the Kelvin probe method using FAC-2 manufactured by Riken Keiki, the work function of the AZMO film is −4.3 eV, and n-type. The work function of the semiconductor layer 24 was −4.5 eV.

このようにして得られた実施例1の光電変換装置について、AM1.5、放射照度100mW/cm2の条件下における、セル面積1cm2の電流−電圧特性を測定した。また、このセルを170℃で45分間にわたって熱処理(アニール)した後、AM1.5、放射照度100mW/cm2の条件下における、セル面積1cm2の電流−電圧特性を測定した。これらの結果は、他の実施例や比較例とともに、表1に示した。なお、表1における各特性としては、比較例1にて得られた特性によって除算した値であるところの規格化値を掲載している。 For such a photoelectric conversion device of Example 1 obtained in the, AM 1.5, under the conditions of irradiance 100 mW / cm 2, current cell area 1 cm 2 - voltage characteristics were measured. Further, after heat treatment (annealing) for 45 minutes at the cell 170 ° C., AM 1.5, under the conditions of irradiance 100 mW / cm 2, current cell area 1 cm 2 - voltage characteristics were measured. These results are shown in Table 1 together with other examples and comparative examples. In addition, as each characteristic in Table 1, the normalized value which is a value divided by the characteristic obtained in Comparative Example 1 is listed.

Figure 0005307280
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(実施例2)
実施例2では、裏面透明電極層4の形成に続いて、裏面反射層5に接し、Mgを含まない層として、ITO層を形成したこと以外は、全て実施例1と同様にして、スーパーストレート型のタンデム型薄膜太陽電池200を作製した。得られた実施例2の光電変換装置について、AM1.5、放射照度100mW/cm2の条件下における、セル面積1cm2の電流−電圧特性を測定した。また、このセルを170℃で45分間にわたって熱処理(アニール)した後、AM1.5、放射照度100mW/cm2の条件下における、セル面積1cm2の電流−電圧特性を測定した。これらの結果は、他の実施例や比較例とともに、表1に示した。なお、各特性は、比較例1にて得られた特性によって除算した値であるところの規格化値を掲載している。
(Example 2)
In Example 2, a superstrate was formed in the same manner as Example 1 except that an ITO layer was formed as a layer that did not contain Mg and was in contact with the back surface reflective layer 5 following the formation of the back surface transparent electrode layer 4. Type tandem-type thin film solar cell 200 was produced. For the photoelectric conversion device obtained in Examples 2, AM 1.5, under the conditions of irradiance 100 mW / cm 2, current cell area 1 cm 2 - voltage characteristics were measured. Further, after heat treatment (annealing) for 45 minutes at the cell 170 ° C., AM 1.5, under the conditions of irradiance 100 mW / cm 2, current cell area 1 cm 2 - voltage characteristics were measured. These results are shown in Table 1 together with other examples and comparative examples. Each characteristic includes a normalized value that is a value divided by the characteristic obtained in Comparative Example 1.

(実施例3)
実施例3では、裏面透明電極層4の形成に続いて、裏面反射層5に接し、Mgを含まない層として、ZnO層を形成したこと以外は、全て実施例1と同様にして、スーパーストレート型のタンデム型薄膜太陽電池200を作製した。得られた実施例2の光電変換装置について、AM1.5、放射照度100mW/cm2の条件下における、セル面積1cm2の電流−電圧特性を測定した。また、このセルを170℃で45分間にわたって熱処理(アニール)した後、AM1.5、放射照度100mW/cm2の条件下における、セル面積1cm2の電流−電圧特性を測定した。これらの結果は、他の実施例や比較例とともに、表1に示した。なお、各特性は、比較例1にて得られた特性によって除算した値であるところの規格化値を掲載している。
(Example 3)
In Example 3, following the formation of the back surface transparent electrode layer 4, a superstrate was carried out in the same manner as in Example 1 except that a ZnO layer was formed as a layer not containing Mg and in contact with the back surface reflection layer 5. Type tandem-type thin film solar cell 200 was produced. For the photoelectric conversion device obtained in Examples 2, AM 1.5, under the conditions of irradiance 100 mW / cm 2, current cell area 1 cm 2 - voltage characteristics were measured. Further, after heat treatment (annealing) for 45 minutes at the cell 170 ° C., AM 1.5, under the conditions of irradiance 100 mW / cm 2, current cell area 1 cm 2 - voltage characteristics were measured. These results are shown in Table 1 together with other examples and comparative examples. Each characteristic includes a normalized value that is a value divided by the characteristic obtained in Comparative Example 1.

(比較例1)
比較例1では、裏面透明電極層4としてZnO層を形成したこと以外は、全て実施例1と同様にして、スーパーストレート型のタンデム型薄膜太陽電池200を作製した。得られた実施例2の光電変換装置について、AM1.5、放射照度100mW/cm2の条件下における、セル面積1cm2の電流−電圧特性を測定した。また、このセルを170℃で45分間にわたって熱処理(アニール)した後、AM1.5、放射照度100mW/cm2の条件下における、セル面積1cm2の電流−電圧特性を測定した。これらの結果は、他の実施例や比較例とともに、表1に示した。なお、各特性は、比較例1にて得られた特性によって除算した値であるところの規格化値を掲載している。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, a super straight type tandem thin film solar cell 200 was fabricated in the same manner as Example 1 except that a ZnO layer was formed as the back transparent electrode layer 4. For the photoelectric conversion device obtained in Examples 2, AM 1.5, under the conditions of irradiance 100 mW / cm 2, current cell area 1 cm 2 - voltage characteristics were measured. Further, after heat treatment (annealing) for 45 minutes at the cell 170 ° C., AM 1.5, under the conditions of irradiance 100 mW / cm 2, current cell area 1 cm 2 - voltage characteristics were measured. These results are shown in Table 1 together with other examples and comparative examples. Each characteristic includes a normalized value that is a value divided by the characteristic obtained in Comparative Example 1.

(比較例2〜5)
比較例2〜5では、AZMOターゲットの組成を変更して、膜中Mg濃度やAl濃度が異なる裏面透明電極層4を形成したこと以外は、全て実施例1と同様にして、スーパーストレート型のタンデム型薄膜太陽電池200を作製した。得られた実施例2の光電変換装置について、AM1.5、放射照度100mW/cm2の条件下における、セル面積1cm2の電流−電圧特性を測定した。また、このセルを170℃で45分間にわたって熱処理(アニール)した後、AM1.5、放射照度100mW/cm2の条件下における、セル面積1cm2の電流−電圧特性を測定した。これらの結果および、膜中Mg濃度やAl濃度は、他の実施例や比較例とともに、表1に示した。なお、各特性は、比較例1にて得られた特性によって除算した値であるところの、規格化値を掲載している。
(Comparative Examples 2 to 5)
In Comparative Examples 2 to 5, the composition of the AZMO target was changed, and the backside transparent electrode layer 4 having a different Mg concentration or Al concentration in the film was formed. A tandem thin film solar cell 200 was produced. For the photoelectric conversion device obtained in Examples 2, AM 1.5, under the conditions of irradiance 100 mW / cm 2, current cell area 1 cm 2 - voltage characteristics were measured. Further, after heat treatment (annealing) for 45 minutes at the cell 170 ° C., AM 1.5, under the conditions of irradiance 100 mW / cm 2, current cell area 1 cm 2 - voltage characteristics were measured. These results and the Mg concentration and Al concentration in the film are shown in Table 1 together with other examples and comparative examples. Each characteristic shows a normalized value which is a value divided by the characteristic obtained in Comparative Example 1.

(実施例1と比較例1との比較からの考察)
裏面透明電極層4がAl、Mg、Zn、Oを含む実施例1では、裏面透明電極層4がZnOである比較例1と比較して短絡電流密度、開放電圧、曲線因子のいずれもが向上した結果、変換効率が向上した。
(Consideration from comparison between Example 1 and Comparative Example 1)
In Example 1 in which the back transparent electrode layer 4 contains Al, Mg, Zn, and O, all of the short-circuit current density, the open-circuit voltage, and the fill factor are improved as compared with Comparative Example 1 in which the back transparent electrode layer 4 is ZnO. As a result, the conversion efficiency was improved.

実施例1の裏面透明電極層4は、Mgを含むことによって、仕事関数がn型半導体層24よりも浅い(真空準位側に近い)ので、接合後のバンド図としては、裏面透明電極層4のバレンスバンドが、n型半導体層24のバレンスバンドよりも深く(真空準位よりも遠く)なっていると予想され、このエネルギー障壁が、正孔の再結合を抑制した結果、変換効率が向上したと予想される。   Since the back surface transparent electrode layer 4 of Example 1 contains Mg, the work function is shallower than the n-type semiconductor layer 24 (close to the vacuum level side). 4 is expected to be deeper (farther than the vacuum level) than the valence band of the n-type semiconductor layer 24. As a result of this energy barrier suppressing the recombination of holes, the conversion efficiency is improved. Expected to improve.

また、Alを含むことによって、良好な電気伝導性を確保できているので、直列抵抗の増加は見られず、曲線因子の低下要因もない。   Moreover, since favorable electrical conductivity can be ensured by including Al, an increase in series resistance is not observed, and there is no factor for lowering the fill factor.

以上のことから、裏面透明電極層4がAl、Mg、Zn、Oを含む本実施例は、薄膜太陽電池の高効率化に利点があることが示された。   From the above, it was shown that the present Example in which the back surface transparent electrode layer 4 contains Al, Mg, Zn, and O has an advantage in increasing the efficiency of the thin film solar cell.

(実施例2および3と比較例1からの考察)
Al、Mg、Zn、Oを含む裏面透明電極層4の形成に続いて、裏面反射層5に接し、Mgを含まない層として、ITOを形成した実施例2および、ZnOを形成した実施例3は、裏面透明電極層4がZnOである比較例1と比較して短絡電流密度、開放電圧、曲線因子のいずれもが向上した結果、変換効率が向上した。特に、熱処理後のセル特性の向上割合に関しては、実施例2および実施例3が、比較例1および実施例1よりも高かった。
(Consideration from Examples 2 and 3 and Comparative Example 1)
Following the formation of the back transparent electrode layer 4 containing Al, Mg, Zn, and O, Example 2 in which ITO was formed as a layer that did not contain Mg and was in contact with the back reflective layer 5 and Example 3 in which ZnO was formed Compared with the comparative example 1 whose back surface transparent electrode layer 4 is ZnO, as a result of improving all of a short circuit current density, an open circuit voltage, and a fill factor, conversion efficiency improved. In particular, regarding the improvement rate of the cell characteristics after the heat treatment, Example 2 and Example 3 were higher than Comparative Example 1 and Example 1.

一般的に、薄膜材料を熱処理した場合、結晶性が向上したり、原子配列の適正化が行われたりすることによって、膜の電気特性や光学特性は、良好になることが多い。しかしながら、異種材料との接触界面においては、熱エネルギーによって原子の移動および結合形成による合金化が起こり、その結果、予期せぬ組成変化が発生する可能性があるので、注意を要する。   In general, when a thin film material is heat-treated, the electrical characteristics and optical characteristics of the film are often improved by improving the crystallinity and optimizing the atomic arrangement. However, care must be taken at the contact interface with dissimilar materials because thermal energy causes alloying due to atom migration and bond formation, which may result in unexpected compositional changes.

実施例1では、熱処理後の薄膜太陽電池の特性は、比較例1と大差ない値となった。これは、熱処理による裏面透明電極層4の膜質向上が起こる一方で、裏面透明電極層4に含まれるMgと裏面反射層5に含まれるAgとが合金化したことによる裏面透明電極層4からの脱Mgも同時に起こり、その結果として、熱処理後の裏面透明電極層4は、Mg濃度が減少してしまったので、Mgによる特性向上効果を失ってしまったためと推察される。   In Example 1, the characteristic of the thin film solar cell after heat processing became a value which is not largely different from the comparative example 1. This is because the film quality of the back surface transparent electrode layer 4 is improved by heat treatment, while Mg contained in the back surface transparent electrode layer 4 and Ag contained in the back surface reflective layer 5 are alloyed from the back surface transparent electrode layer 4. It is presumed that Mg removal also occurred at the same time, and as a result, the Mg concentration was reduced in the back surface transparent electrode layer 4 after the heat treatment, so that the effect of improving the properties by Mg was lost.

これに対して、実施例2および実施例3では、裏面反射層5に接し、Mgを含まない層であるITOやZnOが、MgとAgとの合金化を妨げるため、熱処理による膜質向上効果を適正に得ることができ、その結果、比較例1よりも高い変換効率が実現できたものと思われる。   On the other hand, in Example 2 and Example 3, ITO or ZnO, which is in contact with the back reflective layer 5 and does not contain Mg, hinders alloying between Mg and Ag. It can be obtained appropriately, and as a result, it seems that higher conversion efficiency than Comparative Example 1 was realized.

(実施例1と比較例2〜5との比較からの考察)
実施例1に対して、Mg濃度およびAl濃度を増減させた比較例2から5においては、セル特性が実施例1よりも向上しないか、または低下した。
(Consideration from comparison between Example 1 and Comparative Examples 2 to 5)
In Comparative Examples 2 to 5 in which the Mg concentration and the Al concentration were increased or decreased with respect to Example 1, the cell characteristics were not improved or decreased compared to Example 1.

Mg濃度が実施例1よりも低い比較例2では、セル特性は向上しなかった。これは、Mg濃度が低すぎたために、特性向上効果が得られなかったものと予想される。比較例2の単膜の仕事関数は−4.5eVであり、Mgを含まない裏面透明電極層4と大差ない値であったことからも、比較例2では、Mg濃度が低すぎたために仕事関数が変化せず、したがって、正孔の再結合をブロックするエネルギー障壁も発生しなかったために、特性が向上しなかったものと思われる。   In Comparative Example 2 where the Mg concentration was lower than that of Example 1, the cell characteristics were not improved. This is presumed that the effect of improving the characteristics was not obtained because the Mg concentration was too low. The work function of the single film of Comparative Example 2 is −4.5 eV, which is not much different from that of the backside transparent electrode layer 4 not containing Mg. In Comparative Example 2, the work concentration was too low. The function does not change, and therefore the energy barrier that blocks the recombination of holes does not occur, so it seems that the characteristics were not improved.

また、Mg濃度が実施例1よりも高い比較例3では、曲線因子の低下のために、セル特性は低下した。曲線因子の低下は、直列抵抗の増加が原因であった。比較例3の単膜のシート抵抗は、数MΩ/□と、実施例1よりも10倍以上大きくなっているので、Mg量の増加によって、裏面透明電極層4の電気伝導性が悪化したために曲線因子が低下し、セル特性が低下したものと思われる。   Further, in Comparative Example 3 in which the Mg concentration was higher than that in Example 1, the cell characteristics were lowered due to a decrease in the fill factor. The decrease in fill factor was due to an increase in series resistance. Since the sheet resistance of the single film of Comparative Example 3 is several MΩ / □, which is 10 times or more larger than that of Example 1, the electrical conductivity of the back surface transparent electrode layer 4 deteriorated due to an increase in the amount of Mg. It seems that the fill factor decreased and the cell characteristics decreased.

Al濃度が実施例1よりも低い比較例4においても、同様の結果が得られた。比較例4の単膜のシート抵抗も、数MΩ/□であった。これは、Alが少ないために、裏面透明電極層4のキャリア密度が低く、電気伝導性が低いことによるものと予想される。その結果、裏面透明電極層4の電気伝導性が悪化したために曲線因子が低下し、セル特性が低下したものと思われる。   Similar results were obtained in Comparative Example 4 in which the Al concentration was lower than that in Example 1. The sheet resistance of the single film of Comparative Example 4 was also several MΩ / □. This is presumably due to the low carrier density of the backside transparent electrode layer 4 and low electrical conductivity due to the small amount of Al. As a result, since the electrical conductivity of the back surface transparent electrode layer 4 was deteriorated, the fill factor was decreased, and the cell characteristics were decreased.

また、Al濃度が実施例1よりも高い比較例5においては、開放電圧、曲線因子ともに実施例1と変わらないが、短絡電流密度が低下したことによって、セル特性は実施例5よりも低くなった。これは、過剰なAlドーピングによって、裏面透明電極層4の光吸収量が増加したために、裏面反射層5からの反射光量が減少した結果、光電変換層での短絡電流密度が低下したものと思われる。   Further, in Comparative Example 5 in which the Al concentration is higher than that in Example 1, both the open circuit voltage and the fill factor are the same as those in Example 1, but the cell characteristics are lower than in Example 5 due to the decrease in the short circuit current density. It was. This is probably because the light absorption amount of the back surface transparent electrode layer 4 increased due to excessive Al doping, and as a result, the amount of reflected light from the back surface reflection layer 5 decreased, resulting in a decrease in short circuit current density in the photoelectric conversion layer. It is.

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。   In addition, the said embodiment disclosed this time is an illustration in all the points, Comprising: It is not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and includes all modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 光透過性基板、2 透明電極層、2a 酸化亜鉛層、3 (第1の)半導体光電変換層、3i i型半導体層、3n n型半導体層、3p p型半導体層、4 裏面透明電極層、5 裏面反射層、6 仕込室、7 成膜室、8 AZMOターゲット、9 ITOターゲット、10 磁石、11 電源、20 第2の半導体光電変換層、22 p型半導体層、23 i型半導体層、24 n型半導体層、31c 支持基板、32 表面取出し電極、40 (従来の)裏面透明電極層、100 (従来技術に基づく)薄膜太陽電池、101,300 薄膜太陽電池、200 タンデム型薄膜太陽電池、201 スパッタ装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light transmissive substrate, 2 Transparent electrode layer, 2a Zinc oxide layer, 3 (1st) semiconductor photoelectric conversion layer, 3i i type semiconductor layer, 3n n type semiconductor layer, 3p p type semiconductor layer, 4 back surface transparent electrode layer 5 Back surface reflection layer, 6 preparation chamber, 7 film formation chamber, 8 AZMO target, 9 ITO target, 10 magnet, 11 power source, 20 second semiconductor photoelectric conversion layer, 22 p-type semiconductor layer, 23 i-type semiconductor layer, 24 n-type semiconductor layer, 31c support substrate, 32 surface extraction electrode, 40 (conventional) back surface transparent electrode layer, 100 (based on conventional technology) thin film solar cell, 101,300 thin film solar cell, 200 tandem thin film solar cell, 201 Sputtering device.

Claims (3)

主表面を有する光透過性基板と、
前記主表面上に前記光透過性基板から近い側から順に、透明電極層、pin半導体接合層、裏面透明電極層、および裏面反射層とを備え、
前記裏面透明電極層は、MgとZnと、少なくとも1種類の第13族元素を含む金属酸化物を含み、前記裏面反射層はAgを含み、前記裏面透明電極層は複数層からなり、前記裏面透明電極層は、前記pin半導体接合層に接しMgを含む層と、前記裏面反射層に接しMgを含まない層とを有する、薄膜光電変換素子。
A light transmissive substrate having a main surface;
In order from the side closer to the light transmissive substrate on the main surface, a transparent electrode layer, a pin semiconductor bonding layer, a back surface transparent electrode layer, and a back surface reflection layer,
The back transparent electrode layer, Mg and Zn, seen containing a metal oxide containing at least one Group 13 element, the back reflecting layer comprises Ag, the back transparent electrode layer comprises a plurality of layers, wherein The back transparent electrode layer is a thin film photoelectric conversion element having a layer containing Mg in contact with the pin semiconductor bonding layer and a layer not in contact with the back reflective layer .
前記裏面透明電極層は、Mgを3重量%以上10重量%以下含む、請求項に記載の薄膜光電変換素子。 The thin film photoelectric conversion element according to claim 1 , wherein the back transparent electrode layer contains 3 wt% or more and 10 wt% or less of Mg. 前記裏面透明電極層は、Alを1重量%以上5重量%以下含む、請求項またはのいずれかに記載の薄膜光電変換素子。 The back transparent electrode layer includes Al 1 wt% to 5 wt% or less, thin film photoelectric conversion device according to claim 1 or 2.
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