JP5563850B2 - Photoelectric conversion device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は光電変換装置において、信頼性及び変換効率を向上させることが可能な手段を提供するものであり、特に光電変換装置の裏面電極部の改良に関する。   The present invention provides means capable of improving reliability and conversion efficiency in a photoelectric conversion device, and particularly relates to improvement of a back electrode portion of the photoelectric conversion device.

近年では光電変換装置(以下、太陽電池とも記す)の典型例である薄膜太陽電池も多様化し、従来の非晶質薄膜太陽電池の他に結晶質薄膜太陽電池も開発され、これらを積層した薄膜太陽電池も実用に供されている。薄膜太陽電池は、一般に光入射側に位置する透光性絶縁基板上に順に積層された光入射側透明導電層、少なくとも1つ以上の光電変換ユニット、裏面透明導電層及び裏面金属電極層とを含んでいる。そしてそれぞれの光電変換ユニットはp型層とn型層でサンドイッチされたi型層を含んでいる。   In recent years, thin film solar cells, which are typical examples of photoelectric conversion devices (hereinafter also referred to as solar cells), have been diversified, and crystalline thin film solar cells have been developed in addition to conventional amorphous thin film solar cells. Solar cells are also in practical use. A thin film solar cell generally includes a light incident side transparent conductive layer, at least one photoelectric conversion unit, a back surface transparent conductive layer, and a back surface metal electrode layer, which are sequentially laminated on a light transmitting insulating substrate positioned on the light incident side. Contains. Each photoelectric conversion unit includes an i-type layer sandwiched between a p-type layer and an n-type layer.

光電変換ユニットの厚さの大部分は、実質的に真性の半導体層であるi型層によって占められ、光電変換作用は主としてこのi型層内で生じる。したがって、光電変換層であるi型層の膜厚は光吸収のためには厚いほうが好ましいが、必要以上に厚くすればその堆積のためのコストと時間が増大することになる。他方、p型やn型の導電型層は光電変換ユニット内に拡散電位を生じさせる役目を果たし、この拡散電位の大きさによって薄膜太陽電池の重要な特性の1つである開放電圧(Voc)の値が左右される。   Most of the thickness of the photoelectric conversion unit is occupied by the i-type layer which is a substantially intrinsic semiconductor layer, and the photoelectric conversion action mainly occurs in the i-type layer. Therefore, the i-type layer, which is a photoelectric conversion layer, is preferably thicker for light absorption, but if it is thicker than necessary, the cost and time for deposition will increase. On the other hand, the p-type and n-type conductive layers serve to generate a diffusion potential in the photoelectric conversion unit, and the open circuit voltage (Voc), which is one of the important characteristics of the thin-film solar cell, depending on the magnitude of this diffusion potential. The value of depends on.

しかし、これらの導電型層は光電変換には寄与しない不活性な層であり、導電型層にドープされた不純物によって吸収される光は発電に寄与せず損失となる。したがって、p型とn型の導電型層の膜厚は、十分な拡散電位を生じさせる範囲内で可能な限り薄くすることが好ましい。   However, these conductive layers are inactive layers that do not contribute to photoelectric conversion, and light absorbed by impurities doped in the conductive layers does not contribute to power generation and is lost. Therefore, it is preferable that the thicknesses of the p-type and n-type conductive layers be as thin as possible within a range that generates a sufficient diffusion potential.

上記の光電変換ユニットは、それに含まれるp型とn型の導電型層が非晶質か結晶質かに拘わらず、i型の光電変換層が非晶質なものは非晶質光電変換ユニットと称され、i型層が結晶質のものは結晶質光電変換ユニットと称される。尚、本発明における「結晶質」との用語は、薄膜光電変換装置の技術分野で一般に用いられている様に、部分的に非晶質状態を含むものをも含むものとする。   The above photoelectric conversion unit is an amorphous photoelectric conversion unit in which the i-type photoelectric conversion layer is amorphous regardless of whether the p-type and n-type conductivity type layers contained therein are amorphous or crystalline. The i-type layer is crystalline and is called a crystalline photoelectric conversion unit. Note that the term “crystalline” in the present invention includes those partially including an amorphous state as commonly used in the technical field of thin film photoelectric conversion devices.

非晶質光電変換ユニットを含む薄膜太陽電池の一例として、i型の光電変換層に非晶質シリコンを用いた非晶質薄膜シリコン太陽電池が挙げられる。また結晶質光電変換ユニットを含む薄膜太陽電池の一例として、i型の光電変換層に微結晶シリコンや多結晶シリコンを用いた結晶質薄膜シリコン太陽電池が挙げられる。   As an example of a thin film solar cell including an amorphous photoelectric conversion unit, an amorphous thin film silicon solar cell using amorphous silicon for an i-type photoelectric conversion layer can be given. An example of a thin film solar cell including a crystalline photoelectric conversion unit is a crystalline thin film silicon solar cell using microcrystalline silicon or polycrystalline silicon for an i-type photoelectric conversion layer.

ところで、薄膜太陽電池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タンデム型にする方法がある。この方法においては、薄膜太陽電池の光入射側に光電変換層のバンドギャップが大きい光電変換ユニットを配置し、その後ろに順に光電変換層のバンドギャップが小さい光電変換ユニットを配置することで、入射光の広い波長範囲にわたって光電変換を可能にし、これによって太陽電池全体としての変換効率の向上が図られる。このようなタンデム型薄膜太陽電池の中でも、非晶質光電変換ユニットと結晶質光電変換ユニットの両方を含むものは、特にハイブリッド型薄膜太陽電池と称されることもある。   By the way, as a method of improving the conversion efficiency of a thin film solar cell, there is a method of stacking two or more photoelectric conversion units into a tandem type. In this method, a photoelectric conversion unit having a large band gap of the photoelectric conversion layer is disposed on the light incident side of the thin-film solar cell, and a photoelectric conversion unit having a small band gap of the photoelectric conversion layer is sequentially disposed behind the photoelectric conversion unit. Photoelectric conversion is enabled over a wide wavelength range of light, thereby improving the conversion efficiency of the entire solar cell. Among such tandem thin film solar cells, those including both an amorphous photoelectric conversion unit and a crystalline photoelectric conversion unit are sometimes referred to as hybrid thin film solar cells.

例えば、バンドギャップの広いi型非晶質シリコンを光電変換層に使用した非晶質シリコン光電変換ユニットと、バンドギャップの狭いi型結晶質シリコンを光電変換層に使用した結晶質シリコン光電変換ユニットを積層したハイブリッド型薄膜太陽電池においては、i型非晶質シリコンが光電変換し得る光の波長は長波長側において800nm程度までであるのに対して、i型結晶質シリコンはそれより長い約1100nm程度までの光を光電変換し得るため、入射光のより広い範囲を有効に光電変換することが可能になる。   For example, an amorphous silicon photoelectric conversion unit using i-type amorphous silicon with a wide band gap as a photoelectric conversion layer, and a crystalline silicon photoelectric conversion unit using i-type crystalline silicon with a narrow band gap as a photoelectric conversion layer In the hybrid thin-film solar cell in which the i-type amorphous silicon is laminated, the wavelength of light that can be photoelectrically converted by the i-type amorphous silicon is up to about 800 nm on the long-wavelength side, whereas the i-type crystalline silicon is longer than that. Since light up to about 1100 nm can be photoelectrically converted, a wider range of incident light can be effectively photoelectrically converted.

薄膜太陽電池においては、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、光反射率の高い金属材料により構成される裏面金属電極層が形成される。光電変換ユニットに吸収されずに透過した光の大部分は、裏面金属電極層により反射され光電変換ユニットに再入射して光電変換が行われる。このため、裏面金属電極層の反射率は高いことが望ましく、可視〜近赤外域において高い反射率を有する材料が広く用いられている。   In the thin film solar cell, in order to more effectively use the light incident on the photoelectric conversion unit, a back metal electrode layer made of a metal material having a high light reflectance is formed. Most of the light transmitted without being absorbed by the photoelectric conversion unit is reflected by the back surface metal electrode layer and re-enters the photoelectric conversion unit to perform photoelectric conversion. For this reason, it is desirable that the back surface metal electrode layer has a high reflectance, and materials having a high reflectance in the visible to near-infrared region are widely used.

裏面電極側の反射率を更に向上させる手段として、裏面金属電極層と裏面透明導電層との間に低屈折率層を挟み込んだ構成の光電変換装置が知られている。この構成の場合、十分な反射率増強効果を得るためには、低屈折率層の膜厚は、一定以上(例えば、40nm程度以上)が必要であるが、低屈折率の材料は一般に絶縁体であることから、裏面金属電極層と裏面透明導電層との間に、徒に厚い低屈折率層を挟みこむと、裏面金属電極層と裏面透明導電層との間の電気的接合の悪化による太陽電池特性の低下という問題が生じる。このため、例えば特許文献1では、開口部を有する低屈折率層を用いることにより、また特許文献2では、層状の薄い低屈折率層を用いることにより、反射率を高めるとともに、裏面金属電極層と裏面透明導電層との間の電気的接続を図っている。   As a means for further improving the reflectance on the back electrode side, a photoelectric conversion device having a configuration in which a low refractive index layer is sandwiched between a back metal electrode layer and a back transparent conductive layer is known. In the case of this configuration, in order to obtain a sufficient reflectance enhancement effect, the film thickness of the low refractive index layer needs to be a certain level (for example, about 40 nm or more), but a material with a low refractive index is generally an insulator. Therefore, when a thick low refractive index layer is sandwiched between the back metal electrode layer and the back transparent conductive layer, the electrical junction between the back metal electrode layer and the back transparent conductive layer is deteriorated. There arises a problem of deterioration of solar cell characteristics. For this reason, for example, Patent Document 1 uses a low-refractive index layer having an opening, and Patent Document 2 uses a thin low-refractive index layer so that the reflectance is increased and the back metal electrode layer And an electrical connection between the transparent conductive layer on the back surface.

特開平7−321362号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-321362 特開2007−266095号公報JP 2007-266095 A

しかしながら、特許文献1や特許文献2に開示されている方法では、裏面金属電極層と裏面透明導電層との間の電気的接続と、裏面電極の反射率向上効果とを両立させること、信頼性、そして生産性に関して問題がある。   However, the methods disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 satisfy both the electrical connection between the back surface metal electrode layer and the back surface transparent conductive layer and the effect of improving the reflectance of the back surface electrode, and reliability. And there are problems with productivity.

すなわち、特許文献1に記載の方法では、低屈折率層の開口部の形成にマスク蒸着法を用いている。この手法によると、マスクにより遮蔽された部分であっても、回りこみによりマスク開口部の境界部近傍は低屈折率材料が付着しやすい。このため、開口部の面積を小さくすると、マスク開口部に対する低屈折率材料が付着した境界部の比率が高まり、裏面金属電極層と裏面透明導電層との間の電気的接続への悪影響が顕著に現れやすい。また、低屈折率層を設けることによる反射率増強効果を十分得るためには、開口率を小さくすることが望ましい。ここで、開口部同士の間隔を大きくすると、裏面透明導電層の抵抗による損失が無視できなくなる場合が生じる。したがって、開口部を有する低屈折率層を用いた場合、開口部の形成方法や配置、そして実際の形状に関して格段の注意を払う必要がある。また、低屈折率層を製膜する際、マスクを使用するため生産性が低下するという問題がある。更に、低屈折率層の膜厚が80nmと厚く、低屈折率層自体の光吸収により反射率の増強効果が損なわれる可能性もある。   That is, in the method described in Patent Document 1, a mask vapor deposition method is used to form the opening of the low refractive index layer. According to this method, even in the portion shielded by the mask, the low refractive index material tends to adhere to the vicinity of the boundary of the mask opening due to the wraparound. For this reason, when the area of the opening is reduced, the ratio of the boundary portion where the low refractive index material adheres to the mask opening increases, and the adverse effect on the electrical connection between the back surface metal electrode layer and the back surface transparent conductive layer is remarkable. Appears easily. In order to obtain a sufficient reflectance enhancement effect by providing the low refractive index layer, it is desirable to reduce the aperture ratio. Here, when the interval between the openings is increased, the loss due to the resistance of the back surface transparent conductive layer cannot be ignored. Therefore, when a low refractive index layer having an opening is used, it is necessary to pay special attention to the formation method and arrangement of the opening and the actual shape. In addition, when a low refractive index layer is formed, there is a problem that productivity is lowered because a mask is used. Furthermore, the thickness of the low refractive index layer is as thick as 80 nm, and the light enhancement of the low refractive index layer itself may impair the reflectance enhancement effect.

また、特許文献2に開示されている太陽電池の場合、低屈折率層は層状に形成された低屈折率材料からなると考えられ、低屈折率層の膜厚が薄いことから、十分な反射率増強効果が得られにくいという問題に加えて、裏面透明導電層と裏面金属電極層との間に層状の絶縁体を挟み込むことになり、安定な電気的接続を確保するのが本質的に困難になるという問題がある。   Further, in the case of the solar cell disclosed in Patent Document 2, it is considered that the low refractive index layer is made of a low refractive index material formed in a layer shape, and since the film thickness of the low refractive index layer is thin, sufficient reflectance is obtained. In addition to the problem that the enhancement effect is difficult to obtain, a layered insulator is sandwiched between the back transparent conductive layer and the back metal electrode layer, making it inherently difficult to ensure a stable electrical connection. There is a problem of becoming.

更に、裏面金属電極層材料には、可視〜赤外域の光に対して最も高い反射率を有する材料の一つであるAgが広く用いられている。Agは一般に付着強度が弱く、特許文献1や特許文献2で開示されているようなAgからなる裏面金属電極層と裏面透明導電層との間に低屈折率層を挟みこんだ構成においては、付着強度不足により裏面金属電極層の剥がれが生じやすいという問題がある。   Furthermore, Ag, which is one of the materials having the highest reflectance with respect to light in the visible to infrared region, is widely used as the back metal electrode layer material. In general, Ag has low adhesion strength, and in a configuration in which a low refractive index layer is sandwiched between a back metal electrode layer made of Ag and a back transparent conductive layer as disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, There is a problem that the back metal electrode layer is easily peeled off due to insufficient adhesion strength.

本発明の目的は、光電変換装置において、裏面金属電極層の剥がれが生じにくく信頼性に優れ、かつ高変換効率の光電変換装置を提供することにある。     An object of the present invention is to provide a photoelectric conversion device that is highly reliable and has high conversion efficiency, in which a back surface metal electrode layer hardly peels off in the photoelectric conversion device.

本発明者らは鋭意検討の結果、以下の構成により上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above problem can be solved by the following configuration, and have completed the present invention.

すなわち本発明は、以下に関する。
少なくとも光電変換ユニットと、裏面透明導電層と、前記光電変換ユニットが感度を有する波長域において前記裏面透明導電層よりも屈折率が小さい島状の低屈折率材料と、裏面金属電極層とをこの順に有し、低屈折率材料と裏面金属電極層とが直接接しており、低屈折率材料の厚みが1nm以上10nm以下であり、幅が0.01μm〜50μmの島状に形成されていることを特徴とする光電変換装置。
低屈折率材料が、LiFまたはMgF2を含む、上記の光電変換装置。
裏面透明導電層の表面の30%以上90%以下の部分が、低屈折率材料により被覆されている上記の光電変換装置
面透明導電層が、In、Zn、Al、Ga、Bのうち少なくとも一つを構成元素に含む酸化物から構成される上記の光電変換装置。
裏面透明導電層は、島状の低屈折率材料層形成側の表面に凹凸構造を有しており、前記低屈折率材料層が、マスクを用いることなく、真空蒸着法により島状に製膜される上記光電変換装置の製造方法。
That is, the present invention relates to the following.
At least a photoelectric conversion unit, a back surface transparent conductive layer, an island-shaped low refractive index material having a refractive index smaller than that of the back surface transparent conductive layer in a wavelength region where the photoelectric conversion unit has sensitivity, and a back surface metal electrode layer. a sequentially and a low refractive index material and the back metal electrode layer is in direct contact, the thickness of the low refractive index material Ri der than 10nm or less 1 nm, that have a width is formed in an island-like 0.01μm~50μm A photoelectric conversion device characterized by that.
The photoelectric conversion device as described above, wherein the low refractive index material contains LiF or MgF 2 .
The photoelectric conversion device as described above, wherein a portion of 30% to 90% of the surface of the back transparent conductive layer is covered with a low refractive index material .
Back side transparent conductive layer, In, Zn, Al, Ga , photoelectric conversion device above consists oxide containing a constituent element at least one of B.
The back transparent conductive layer has a concavo-convex structure on the surface on the island-shaped low refractive index material layer forming side, and the low refractive index material layer is formed into an island shape by vacuum deposition without using a mask. The manufacturing method of the said photoelectric conversion apparatus.

本発明の太陽電池では、裏面金属電極層の付着強度および短絡電流の改善により信頼性および変換効率を向上させることができる。   In the solar cell of the present invention, reliability and conversion efficiency can be improved by improving the adhesion strength and short-circuit current of the back surface metal electrode layer.

本発明の光電変換装置の断面を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the cross section of the photoelectric conversion apparatus of this invention. 裏面金属電極/低屈折率材料層/裏面金属電極層構造の反射特性を示す図である。It is a figure which shows the reflective characteristic of a back surface metal electrode / low refractive index material layer / back surface metal electrode layer structure. 本発明の光電変換装置の低屈折材料付近の構造を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the structure of the low refractive index material vicinity of the photoelectric conversion apparatus of this invention. 本発明の光電変換装置の静電容量の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the electrostatic capacitance of the photoelectric conversion apparatus of this invention. 本発明の光電変換装置の低屈折材料付近の透過型電子顕微鏡像を示す図である。It is a figure which shows the transmission electron microscope image of the low refractive index material vicinity of the photoelectric conversion apparatus of this invention.

本発明の光電変換装置は、「少なくとも光電変換ユニットと、裏面透明導電層と、島状の低屈折率材料と、裏面金属電極層とをこの順に有する光電変換装置であって、前記低屈折率材料の厚みが1nm以上10nm以下」であることを特徴とする。   The photoelectric conversion device of the present invention is “a photoelectric conversion device having at least a photoelectric conversion unit, a back transparent conductive layer, an island-shaped low refractive index material, and a back metal electrode layer in this order, wherein the low refractive index The material has a thickness of 1 nm to 10 nm ".

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。なお本願の各図において、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。また、各図において、同一の参照符号は同一部分または相当部分を表している。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each drawing of the present application, dimensional relationships such as thickness and length are appropriately changed for clarity and simplification of the drawings, and do not represent actual dimensional relationships. Moreover, in each figure, the same referential mark represents the same part or an equivalent part.

図1に、本発明の実施形態の一例による多接合型シリコン系光電変換装置の断面模式図を示す。透光性絶縁基板1上に、光入射側透明導電層2、前方光電変換ユニット3、後方光電変換ユニット4、裏面透明導電層5、低屈折率材料6(図1には図示せず)、裏面金属電極層7の順に配置されている。裏面透明導電層と裏面金属電極層とをまとめて裏面電極と記す。前方光電変換ユニットおよび後方光電変換ユニットはそれぞれ、p型シリコン系薄膜層、i型シリコン系薄膜層、n型シリコン系薄膜層から構成されている。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a multi-junction silicon-based photoelectric conversion device according to an example of an embodiment of the present invention. On the translucent insulating substrate 1, a light incident side transparent conductive layer 2, a front photoelectric conversion unit 3, a rear photoelectric conversion unit 4, a back transparent conductive layer 5, a low refractive index material 6 (not shown in FIG. 1), The back surface metal electrode layers 7 are arranged in this order. The back transparent conductive layer and the back metal electrode layer are collectively referred to as a back electrode. Each of the front photoelectric conversion unit and the rear photoelectric conversion unit includes a p-type silicon thin film layer, an i-type silicon thin film layer, and an n-type silicon thin film layer.

なお、図1には光電変換ユニットが前方光電変換ユニットと後方光電変換ユニットの二つで構成された二接合型光電変換装置となっているが、本発明は光電変換ユニットを3段以上積層した多接合型シリコン系光電変換装置にも適用し得る。三接合型シリコン系光電変換装置としては、例えば第一光電変換ユニットに非晶質シリコン光電変換ユニット、第二光電変換ユニットに非晶質シリコンゲルマニウムあるいは結晶質シリコン系光電変換ユニット、第三光電変換ユニットに非晶質シリコンゲルマニウムあるいは結晶質シリコン系光電変換ユニットを適用する場合などが挙げられるが、光電変換ユニットの組み合わせはこの限りではない。ここで、第一から第三光電変換ユニットの順に、光入射側透明導電層上に積層されているものとする。   In FIG. 1, the photoelectric conversion unit is a two-junction photoelectric conversion device that includes a front photoelectric conversion unit and a rear photoelectric conversion unit. In the present invention, three or more photoelectric conversion units are stacked. It can also be applied to a multi-junction silicon-based photoelectric conversion device. Examples of the three-junction silicon photoelectric conversion device include an amorphous silicon photoelectric conversion unit as the first photoelectric conversion unit, an amorphous silicon germanium or crystalline silicon photoelectric conversion unit as the second photoelectric conversion unit, and a third photoelectric conversion unit. A case where an amorphous silicon germanium or a crystalline silicon-based photoelectric conversion unit is applied to the unit is mentioned, but the combination of the photoelectric conversion units is not limited to this. Here, it shall be laminated | stacked on the light-incidence side transparent conductive layer in order of the 1st to 3rd photoelectric conversion unit.

基板側から光を入射するタイプの光電変換装置にて用いられる透光性絶縁基板1には、ガラス、透明樹脂等から成る板状部材やシート状部材が適用可能である。上部透明導電層2はSnO2(酸化錫)、ZnO(酸化亜鉛)等の導電性金属酸化物から成ることが好ましく、CVD(化学気相成長)、スパッタ、蒸着等の方法を用いて形成されることが好ましい。上部透明導電層2はその表面に微細な凹凸構造(テクスチャー構造)を設けることにより、入射光を散乱させる機能を付与することが望ましい。また、導電性金属酸化物にはフッ素、アンチモン、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、珪素、水素等のドーパントを添加しておくことが望ましい。 A plate-like member or a sheet-like member made of glass, transparent resin, or the like can be applied to the translucent insulating substrate 1 used in a photoelectric conversion device of a type in which light enters from the substrate side. The upper transparent conductive layer 2 is preferably made of a conductive metal oxide such as SnO 2 (tin oxide) or ZnO (zinc oxide), and is formed using a method such as CVD (chemical vapor deposition), sputtering, or vapor deposition. It is preferable. The upper transparent conductive layer 2 is desirably provided with a function of scattering incident light by providing a fine uneven structure (texture structure) on the surface thereof. In addition, it is desirable to add a dopant such as fluorine, antimony, boron, aluminum, gallium, silicon, or hydrogen to the conductive metal oxide.

光入射側透明導電層2の後方に、少なくとも一つの光電変換ユニットが配置される。図1のように2つの光電変換ユニットが積層された構造の場合、光入射側に配置された前方光電変換ユニット3には相対的にバンドギャップの広い材料、例えば非晶質シリコン系材料による光電変換ユニットなどが好ましく用いられる。その後方に配置された後方光電変換ユニット4には、それよりも相対的にバンドギャップの狭い材料、例えば結晶質を含むシリコン系材料による光電変換ユニットや、非晶質シリコンゲルマニウム光電変換ユニットなどが好ましく用いられる。   At least one photoelectric conversion unit is disposed behind the light incident side transparent conductive layer 2. In the case of a structure in which two photoelectric conversion units are stacked as shown in FIG. 1, the front photoelectric conversion unit 3 disposed on the light incident side has a relatively wide bandgap material, for example, an amorphous silicon-based material. A conversion unit or the like is preferably used. The rear photoelectric conversion unit 4 arranged on the rear side includes a material having a relatively narrow band gap, for example, a photoelectric conversion unit made of a silicon-based material containing crystalline material, an amorphous silicon germanium photoelectric conversion unit, or the like. Preferably used.

各々の光電変換ユニットは、p型層、実質的に真性な光電変換層であるi型層、およびn型層から成るpin接合によって構成されるのが好ましい。このうちi型層に非晶質シリコンを用いたものを非晶質シリコン光電変換ユニット、結晶質を含むシリコンを用いたものを結晶質シリコン光電変換ユニットと呼ぶ。なお、非晶質あるいは結晶質のシリコン系材料としては、半導体を構成する主要元素としてシリコンのみを用いる場合だけでなく、炭素、酸素、窒素、ゲルマニウムなどの元素をも含む合金材料であってもよい。   Each photoelectric conversion unit is preferably constituted by 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. Among these, those using amorphous silicon for the i-type layer are called amorphous silicon photoelectric conversion units, and those using crystalline silicon are called crystalline silicon photoelectric conversion units. Note that the amorphous or crystalline silicon-based material is not only a case where only silicon is used as a main element constituting a semiconductor, but also an alloy material including elements such as carbon, oxygen, nitrogen, and germanium. Good.

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型層に非晶質シリコンカーバイドなどを用い得るし、n型層に結晶質を含むシリコン層(μc−Siとも呼ばれる)なども用い得る。   Further, the main constituent material of the conductive type layer is not necessarily the same as that of the i-type layer. For example, amorphous silicon carbide or the like can be used for the p-type layer of the amorphous silicon photoelectric conversion unit. A silicon layer containing crystal in the n-type layer (also referred to as μc-Si) or the like can be used.

後方光電変換ユニット4の次には、裏面透明導電層5が形成される。裏面透明導電層5は、優れた緻密性を有し、裏面金属電極層7の金属材料が、結晶質シリコン光電変換ユニット4に拡散・混入することを防止する機能を有することが望ましい。また、裏面電極での光学反射において最適な反射特性を付与することが出来るよう、裏面透明導電層5の膜厚等を調整することが望ましい。   Next to the rear photoelectric conversion unit 4, a back transparent conductive layer 5 is formed. The back transparent conductive layer 5 desirably has excellent denseness and has a function of preventing the metal material of the back metal electrode layer 7 from diffusing and mixing into the crystalline silicon photoelectric conversion unit 4. Moreover, it is desirable to adjust the film thickness etc. of the back surface transparent conductive layer 5 so that an optimal reflection characteristic can be provided in the optical reflection in a back surface electrode.

裏面透明導電層5は、ZnO、ITO(インジウム錫酸化物)、SnO2といった酸化物などを用いることが出来るが中でもZnOが好ましく用いられる。何故ならZnOは材料自体が豊富に存在するため安価であり、また高透過であり、更に拡散防止層としても優れているからである。上記の酸化物は、不純物を添加しない真性のものも用いることができるが、ドーピングされたものも好ましく用いられる。例えばZnOを用いた場合には、抵抗率を低減するためアルミニウム、ガリウム、ホウ素等がドーピングされていることが望ましい。 The back transparent conductive layer 5 can be made of an oxide such as ZnO, ITO (indium tin oxide), SnO 2 , etc. Among them, ZnO is preferably used. This is because ZnO is inexpensive because it contains abundant materials, has high transmittance, and is excellent as a diffusion preventing layer. As the above oxide, an intrinsic oxide to which no impurity is added can be used, but a doped one is also preferably used. For example, when ZnO is used, it is desirable that aluminum, gallium, boron or the like be doped in order to reduce the resistivity.

裏面透明導電層5の形成方法は均一な薄膜が形成される手段であれば特に限定されない。例えば、スパッタリング法や真空蒸着法などのPVD(物理気相成長)法や、各種CVD(化学気相成長)法などの他に、透明電極層の原料を含む溶液をスピンコート法やロールコート法、スプレー塗布やディッピング塗布などにより塗布した後に加熱処理などで透明電極層を形成する方法が挙げられる。   The method for forming the back transparent conductive layer 5 is not particularly limited as long as it is a means for forming a uniform thin film. For example, in addition to PVD (Physical Vapor Deposition) methods such as sputtering and vacuum deposition, and various CVD (Chemical Vapor Deposition) methods, a solution containing a transparent electrode layer raw material is spin-coated or roll-coated. And a method of forming a transparent electrode layer by heat treatment after coating by spray coating or dipping coating.

裏面透明導電層5の膜厚は5nm以上500nm以下が好ましく、15nm以上90nm以下であることがさらに好ましい。裏面透明導電層5の膜厚が上記の範囲内にあれば、裏面透明導電層での光吸収による損失がほぼ無視でき、また、変換ユニットへの裏面金属電極層の金属材料の拡散・混入を防止する効果も得られることからである。   The film thickness of the back transparent conductive layer 5 is preferably 5 nm or more and 500 nm or less, and more preferably 15 nm or more and 90 nm or less. If the film thickness of the back surface transparent conductive layer 5 is within the above range, the loss due to light absorption in the back surface transparent conductive layer can be almost ignored, and diffusion / mixing of the metal material of the back surface metal electrode layer into the conversion unit can be prevented. It is because the effect which prevents is also acquired.

このように形成した裏面透明導電層5の後に、裏面金属電極層7材料を形成する。裏面金属電極層材料としては、Agを好ましく用いることができる。Agは近紫外から赤外域において反射率が高く、また導電率が高いからである。裏面金属電極層材料の製膜方法はスパッタ法、蒸着法等の方法により形成することができる。   After the back transparent conductive layer 5 formed in this way, a back metal electrode layer 7 material is formed. As the back metal electrode layer material, Ag can be preferably used. This is because Ag has a high reflectance and a high conductivity in the near ultraviolet to infrared region. The back metal electrode layer material can be formed by a method such as sputtering or vapor deposition.

裏面透明導電層5と裏面金属電極層7との間に低屈折率材料を形成する。   A low refractive index material is formed between the back transparent conductive layer 5 and the back metal electrode layer 7.

ここで、低屈折率材料とは、光電変換ユニットが感度を有する波長域において裏面透明導電層材料よりも屈折率が低い材料のことである。
Here, the low refractive index material is a material having a refractive index lower than that of the back transparent conductive layer material in a wavelength range in which the photoelectric conversion unit has sensitivity.

低屈折率材料としては、具体的には、I族元素(Na、Li等)やII族元素(Mg、Ca、Sr、Ba、Zn等)、III族元素(B、Al等)、IV族元素(Si等)や希土類元素(La、Ce)等のフッ化物や酸化物、酸フッ化物、窒化物、酸窒化物、等が知られており、なかでもフッ化物が望ましく、望ましい材料の一例としては、LiFやMgF2が挙げられる。 Specific examples of the low refractive index material include group I elements (Na, Li, etc.), group II elements (Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, etc.), group III elements (B, Al, etc.), and group IV. Fluorides such as elements (Si, etc.) and rare earth elements (La, Ce), oxides, oxyfluorides, nitrides, oxynitrides, etc. are known. Of these, fluorides are desirable, and examples of desirable materials Examples thereof include LiF and MgF 2 .

本発明における低屈折率材料として上記のものを用いた場合、裏面透明導電層上に島状の低屈折率材料を容易に形成することができるからである。   This is because when the above-described materials are used as the low refractive index material in the present invention, an island-shaped low refractive index material can be easily formed on the back transparent conductive layer.

また、上記低屈折率材料の厚みは、1nm以上10nm以下であることを特徴としている。この範囲の厚みとすることにより、裏面透明導電層表面の30〜90%の領域を低屈折率材料で被覆することができ、光電変換装置の信頼性及び変換効率を向上させることができる。中でも2nm以上5nm以下にすることで、裏面透明導電層と裏面金属電極層との付着強度に関して、特に大きな増強効果が得られるとともに、低屈折率材料自体に光吸収があったとしても、吸収の影響を十分小さくすることができ、高い反射率向上効果が得られることが期待できるためより好ましい。   The thickness of the low refractive index material is 1 nm or more and 10 nm or less. By setting it as the thickness of this range, 30 to 90% area | region of a back surface transparent conductive layer surface can be coat | covered with a low refractive index material, and the reliability and conversion efficiency of a photoelectric conversion apparatus can be improved. In particular, when the thickness is 2 nm or more and 5 nm or less, a particularly large enhancement effect is obtained with respect to the adhesion strength between the back transparent conductive layer and the back metal electrode layer, and even if the low refractive index material itself absorbs light, It is more preferable because the influence can be sufficiently reduced and a high reflectance improvement effect can be expected.

上記低屈折率材料としては、LiFを含み、かつ厚みが1nm以上10nm以下であるものを用いることが好ましい。上記のものを用いることにより、島状の低屈折率材料を容易に形成することが可能となる。この時、厚みは2nm以上5nm以下のものをより好ましく用いることができ、4nm以上5nm以下のものを特に好ましく用いることができる。   As the low refractive index material, it is preferable to use a material containing LiF and having a thickness of 1 nm to 10 nm. By using the above, it is possible to easily form an island-shaped low refractive index material. At this time, a thickness of 2 nm or more and 5 nm or less can be used more preferably, and a thickness of 4 nm or more and 5 nm or less can be used particularly preferably.

また、上記低屈折率材料としては、MgF2を含み、かつ厚みが1nm以上5nm未満であるものを用いることが好ましい。上記のものを用いることにより、島状の低屈折率材料を容易に形成することが可能となる。 The low refractive index material preferably contains MgF 2 and has a thickness of 1 nm or more and less than 5 nm. By using the above, it is possible to easily form an island-shaped low refractive index material.

金属層(裏面金属電極層)と第一の透明層(裏面透明導電層)との間に第一の透明層よりも屈折率の低い第二の透明層(低屈折率層)を挟みこむことで反射率が向上させる手法は、所謂「増反射ミラー」として公知の技術である。一例として、Ag(膜厚:300nm)/LiF/ZnO(膜厚:80nm)の単純な三層構造において、LiF膜厚をパラメータとして、ZnO側から光入射させたときの反射スペクトルを非特許文献1に記載の方法で計算した結果を図2に示す。
J.Krc et al.,Progress in Photovoltaics 11(2003)15.
A second transparent layer (low refractive index layer) having a refractive index lower than that of the first transparent layer is sandwiched between the metal layer (back metal electrode layer) and the first transparent layer (back transparent conductive layer). The technique for improving the reflectance with the so-called “increased reflection mirror” is a known technique. As an example, in a simple three-layer structure of Ag (film thickness: 300 nm) / LiF / ZnO (film thickness: 80 nm), the reflection spectrum when light is incident from the ZnO side using the LiF film thickness as a parameter is non-patent document. The results calculated by the method described in 1 are shown in FIG.
J. et al. Krc et al. , Progress in Photovoltaics 11 (2003) 15.

図2から非晶質シリコン光電変換ユニットと結晶質シリコン光電変換ユニットとを積層した多接合型シリコン系光電変換装置において最も特性改善に寄与できる波長700〜1000nmの反射率を明確に向上させるためには、低屈折率材料(LiF)の厚みは少なくとも20nm以上、好ましくは40nm以上とする必要であることが確認できる。一方で、低屈折率材料は一般に電気的には絶縁性であることから、特許文献1および特記文献2において指摘されているように、裏面金属電極層と裏面透明導電層との間に、厚い低屈折率材料層を挟みこむと、裏面金属電極層と裏面透明導電層との間の電気的接合が悪化し、太陽電池特性が低下するため、低屈折率材料の厚みは徒に大きくすることはできない。こういった機構は、特許文献2において、低屈折率層の膜厚の増加とともに変換効率等の太陽電池特性が向上し、20nmの時に最大となることと、20nmを超えると変換効率が低下することと対応していると考えられる。このような課題に鑑み、低屈折率材料/裏面金属電極層界面での光吸収について、その詳細を検討したところ、低屈折率材料の形状に関して新たな着想を得た。   In order to clearly improve the reflectance at a wavelength of 700 to 1000 nm that can contribute the most improvement in characteristics in a multi-junction silicon photoelectric conversion device in which an amorphous silicon photoelectric conversion unit and a crystalline silicon photoelectric conversion unit are laminated from FIG. It can be confirmed that the thickness of the low refractive index material (LiF) needs to be at least 20 nm or more, preferably 40 nm or more. On the other hand, since a low refractive index material is generally electrically insulating, as pointed out in Patent Document 1 and Special Document 2, it is thick between the back metal electrode layer and the back transparent conductive layer. If the low refractive index material layer is sandwiched, the electrical connection between the back metal electrode layer and the back transparent conductive layer deteriorates and the solar cell characteristics deteriorate, so the thickness of the low refractive index material should be increased. I can't. In such a mechanism, in Patent Document 2, the solar cell characteristics such as the conversion efficiency are improved as the film thickness of the low refractive index layer is increased, and the maximum is obtained at 20 nm, and the conversion efficiency is lowered when the thickness exceeds 20 nm. This is considered to correspond to this. In view of such problems, the light absorption at the low refractive index material / back metal electrode layer interface was examined in detail, and a new idea for the shape of the low refractive index material was obtained.

すなわち、低屈折率材料/裏面金属電極層界面での光吸収は主として低屈折率材料/裏面金属電極層界面に光が照射されたとき、表面プラズモンポラリトン(以下、表面プラズモンと記す)が生じ、これが低屈折率材料/裏面金属電極層界面近傍で減衰することによって起きる。低屈折率材料を島状に形成し、その幅が表面プラズモンの減衰距離(強度が1/eになる距離)よりも十分小さい場合は、低屈折率材料/裏面金属電極層界面で生成した表面プラズモンは、表面プラズモンが消滅する前に裏面透明導電層との界面に到達するため、低屈折率材料を層状に形成した場合の低屈折率材料/裏面金属電極層間に生成した表面プラズモンとは、異なる特性を有することになり、結果として反射率が変化する可能性がある。また、表面プラズモンの低屈折率材料/裏面金属電極層界面方向(島状の低屈折率材料の幅方向)の減衰距離は、層状のLiFとAgとの界面の場合、非特許文献2に記載の式で計算すると少なくとも50μm程度であり、島状の低屈折率材料の幅は50μm以下であればよいことが予想できる。
プラズマ・核融合学会誌 84(2008)10.
That is, light absorption at the low refractive index material / back surface metal electrode layer interface is mainly caused by surface plasmon polaritons (hereinafter referred to as surface plasmons) when light is irradiated onto the low refractive index material / back surface metal electrode layer interface. This occurs by attenuating near the low refractive index material / back metal electrode layer interface. When the low refractive index material is formed in an island shape and the width is sufficiently smaller than the attenuation distance of the surface plasmon (the distance at which the intensity becomes 1 / e), the surface generated at the low refractive index material / back metal electrode layer interface Since the plasmon reaches the interface with the back transparent conductive layer before the surface plasmon disappears, the surface plasmon generated between the low refractive index material / back surface metal electrode layer when the low refractive index material is formed in a layer form is: It will have different characteristics and as a result the reflectivity may change. Further, the attenuation distance of the surface plasmon low refractive index material / back surface metal electrode layer interface direction (width direction of the island-shaped low refractive index material) is described in Non-Patent Document 2 in the case of the interface between the layered LiF and Ag. It can be expected that the width of the island-shaped low refractive index material should be 50 μm or less.
Journal of Plasma and Fusion Research 84 (2008) 10.

そこで、本発明者らは低屈折率材料の形状を層状ではなく、島状になるよう特に注意を払って形成した多接合型シリコン系光電変換装置について鋭意検討を行ったところ、低屈折率材料の形状を島状にした場合は、低屈折率材料の厚みが2.5nm以下と極めて薄い場合であっても顕著な反射率向上効果が得られることを見出した。更に驚くべきことに裏面金属電極層の付着強度が大幅に増加させることができることを明らかにした。   Accordingly, the present inventors have conducted intensive studies on a multi-junction silicon photoelectric conversion device formed with particular attention so that the shape of the low refractive index material is not a layer but an island shape. It has been found that when the shape is made in an island shape, a remarkable effect of improving the reflectance can be obtained even when the thickness of the low refractive index material is as thin as 2.5 nm or less. Further surprisingly, it has been clarified that the adhesion strength of the back metal electrode layer can be greatly increased.

ここで、図3を用いて裏面透明導電層の表面に形成した低屈折率材料の一形態を説明する。図3には、後方光電変換ユニット4、裏面透明導電層5、低屈折率材料6、そして裏面金属電極層7の断面形状が模式的に記されている。後方光電変換ユニットの表面は、後方光電変換ユニットの製膜時に自然に形成された凹凸構造と、光電変換ユニットの下地である光入射側透明導電層の表面凹凸構造に基づく凹凸構造との二つ凹凸構造が重ね合わさった形状となっている。裏面透明導電層の膜厚は後方光電変換ユニットの凹凸構造の高低差よりも小さいので、裏面透明導電層の表面形状は、概ね後方光電変換ユニットの表面形状に沿った形状となっている。隣り合う凹部と凸部の間隔は0.1〜10μm程度であり、その高低差(H1)は、0.1〜0.3μm程度である。   Here, one form of the low refractive index material formed on the surface of the back transparent conductive layer will be described with reference to FIG. FIG. 3 schematically shows the cross-sectional shapes of the rear photoelectric conversion unit 4, the back surface transparent conductive layer 5, the low refractive index material 6, and the back surface metal electrode layer 7. The surface of the rear photoelectric conversion unit has two structures, a concavo-convex structure formed naturally during film formation of the rear photoelectric conversion unit and a concavo-convex structure based on the surface concavo-convex structure of the light incident side transparent conductive layer which is the base of the photoelectric conversion unit The concavo-convex structure is superimposed. Since the film thickness of the back surface transparent conductive layer is smaller than the height difference of the concavo-convex structure of the rear photoelectric conversion unit, the surface shape of the back surface transparent conductive layer is generally in the shape of the surface shape of the rear photoelectric conversion unit. The distance between adjacent concave and convex portions is about 0.1 to 10 μm, and the height difference (H1) is about 0.1 to 0.3 μm.

裏面透明導電層表面の凹凸構造を形成するためには、裏面透明導電層自体に凹凸構造を付与してもよいが、裏面透明導電層の下地、すなわち光電変換ユニットの表面に凹凸構造を形成しておき、この形状に沿った裏面透明導電層を形成した方が、容易に凹凸構造を作製できる。光電変換ユニットの表面に凹凸構造を形成するためには、基板、光入射側透明導電層、あるいは光電変換ユニット自体に凹凸構造を設けておいてもよい。   In order to form the concavo-convex structure on the back surface transparent conductive layer surface, the back surface transparent conductive layer itself may be provided with a concavo-convex structure, but the concavo-convex structure is formed on the surface of the back surface transparent conductive layer, that is, the surface of the photoelectric conversion unit. In addition, a concavo-convex structure can be easily produced by forming a backside transparent conductive layer along this shape. In order to form a concavo-convex structure on the surface of the photoelectric conversion unit, the concavo-convex structure may be provided on the substrate, the light incident side transparent conductive layer, or the photoelectric conversion unit itself.

本発明における、「島状」との用語は、薄膜形成技術分野で一般的に用いられているように、薄膜結晶の成長初期段階にみられる、三次元的な島状成長(Volmer―Weber型)や後述するような凹凸構造上に斜め蒸着法によって形成される構造のことであり、低屈折率材料が、裏面透明導電層表面の全面にわたって形成されているわけではなく、裏面透明導電層表面の一部に低屈折率材料の非形成部を有する状態を意味する。   In the present invention, the term “island” is a three-dimensional island-like growth (Volmer-Weber type), which is commonly used in the field of thin film formation technology, as seen in the initial stage of thin film crystal growth. ) Or a structure formed by oblique vapor deposition on an uneven structure as will be described later, and the low refractive index material is not formed over the entire surface of the back surface transparent conductive layer, but the back surface transparent conductive layer surface. The state which has the non-formation part of a low-refractive-index material in part.

低屈折率材料の製膜方法としては、ゾルゲル法などの液相法も用いることができるが、気相法を用いた製膜方法、例えばスパッタ法や真空蒸着法の方が、再現性よく島状の低屈折率材料を形成しやすいため好適である。なお、気相法を用いて製膜する際には、基板温度は室温程度の低温とすることが望ましく、室温以下に冷却することが更に望ましい。蒸着源から飛来した低屈折率材料の裏面透明導電層表面でのマイグレーションによる拡散を抑えることができるからである。同様の理由から、気相法を用いた場合であっても、スパッタ法に比べて、真空蒸着法の方がより好適である。   As a method for forming a low refractive index material, a liquid phase method such as a sol-gel method can be used. However, a film forming method using a gas phase method, for example, a sputtering method or a vacuum evaporation method is more reproducible. This is suitable because it is easy to form a low refractive index material. Note that when the film is formed by using the vapor phase method, the substrate temperature is preferably as low as about room temperature, and more preferably cooled to room temperature or lower. This is because diffusion due to migration of the low refractive index material flying from the evaporation source on the back surface transparent conductive layer surface can be suppressed. For the same reason, even when the vapor phase method is used, the vacuum deposition method is more preferable than the sputtering method.

また、前述のように裏面透明導電層の表面に凹凸構造がある場合には、真空蒸着装置を用い、斜め蒸着法を用いることにより、更に再現性よく島状の低屈折率材料を形成することができる。斜め蒸着法では、凹凸構造の凸部が影になって、凹部に蒸着材料が直接付着しにくくなるからである。   In addition, when the surface of the back transparent conductive layer has a concavo-convex structure as described above, an island-shaped low refractive index material can be formed with higher reproducibility by using a vacuum deposition apparatus and using an oblique deposition method. Can do. This is because, in the oblique vapor deposition method, the convex portion of the concavo-convex structure becomes a shadow, and the vapor deposition material does not easily adhere to the concave portion.

裏面透明導電層の表面は、30%以上90%以下の部分が低屈折率材料により被覆されていることが望ましい。この範囲内にあれば、低屈折率材料を挿入することによる増反射効果と、裏面金属電極層の付着力の増強効果とが得られ、更に、裏面金属電極層と裏面金属電極層との間の良好な電気的接続も実現できる。   As for the surface of a back surface transparent conductive layer, it is desirable that the part of 30% or more and 90% or less is covered with a low refractive index material. Within this range, the effect of increasing reflection by inserting a low refractive index material and the effect of enhancing the adhesion of the back metal electrode layer can be obtained, and further, between the back metal electrode layer and the back metal electrode layer. Also good electrical connection can be realized.

また、本発明における低屈折率層は、低屈折率層形成部の幅が0.01〜50μm、非形成部の幅が0.001〜10μmであることが好ましい。中でもそれぞれ0.1〜10μm、0.03〜3μmであることがより好ましい。上記範囲にあることで裏面金属電極層と裏面金属電極層との間の良好な電気的接続と高い反射率改善効果が期待できる。   In the low refractive index layer in the present invention, the width of the low refractive index layer forming portion is preferably 0.01 to 50 μm, and the width of the non-forming portion is preferably 0.001 to 10 μm. Of these, 0.1 to 10 μm and 0.03 to 3 μm are more preferable, respectively. By being in the said range, the favorable electrical connection between a back surface metal electrode layer and a back surface metal electrode layer and the high reflectance improvement effect can be anticipated.

なお、単に島状の低屈折率材料を形成するためには、特許文献1に記載されているようにマスク蒸着法によってもよいが、低屈折材料形成部の大きさ(幅)が50μm以下で、かつ被覆率を30〜90%の範囲内になるように低屈折率材料を形成するためには、マスクの平坦性や、蒸着時の開口部からの染み出しを考慮するとマスク蒸着法では特段の注意が必要となる。 In order to simply form an island-shaped low refractive index material, mask vapor deposition may be used as described in Patent Document 1, but the size (width) of the low refractive index material forming portion is 50 μm or less. In order to form a low refractive index material so that the coverage is in the range of 30 to 90%, in consideration of the flatness of the mask and the seepage from the opening during vapor deposition, Special attention is required.

低屈折率材料が島状に形成していることは、例えば透過型電子顕微鏡を用いて、断面構造を観察することにより確認すればよい。倍率は10万〜100万倍程度とし、裏面透明導電層と裏面金属電極層との間を含む断面を観察することにより、低屈折率材料の形成状態を確認することができる。   The formation of the low refractive index material in an island shape may be confirmed by observing the cross-sectional structure using, for example, a transmission electron microscope. The magnification is about 100,000 to 1,000,000 times, and the formation state of the low refractive index material can be confirmed by observing a cross section including between the back transparent conductive layer and the back metal electrode layer.

一般に透過型電子顕微鏡による観察では、太陽電池セルの面積に比べると、観測する視野は極めて微小な領域になりやすい。このため、太陽電池セル全体の実態と透過型電子顕微鏡による観察結果とが必ずしも一致しない場合が生じ得る。そこで、透過型電子顕微鏡による観察結果の妥当性を確認しておくために、透過型電子顕微鏡による微視的な観察とは別のマクロな評価を行うことが望ましい。   In general, in observation with a transmission electron microscope, the visual field to be observed is likely to be a very small region compared to the area of the solar battery cell. For this reason, the case where the actual condition of the whole photovoltaic cell and the observation result by a transmission electron microscope do not necessarily correspond may arise. Therefore, in order to confirm the validity of the observation result by the transmission electron microscope, it is desirable to perform a macro evaluation different from the microscopic observation by the transmission electron microscope.

具体的には、暗箱内で太陽電池セルの静電容量を測定するといった方法が挙げられる。一般に、光電変換ユニットは、光照射がなければ数〜数十mV程度の低電圧であれば電圧を印加しても電流は流れないことから、低電圧下では絶縁体と見なすことがでる。また、裏面透明導電層よりも十分高抵抗(例えば、3桁以上)であれば、低屈折率材料は実質的に絶縁体と見なすことができる。このため、層状に低屈折率材料が形成した場合、光電変換装置の等価回路は、光電変換ユニットに対応するコンデンサと、低屈折率材料層に対応するコンデンサとが直列接続した構造で記述することができる。したがって、光電変換ユニットの誘電率や膜厚が一定の場合には、低屈折率材料の膜厚の増加とともに単調に静電容量は低下することになる。一方、低屈折率材料を島状に形成した場合には、裏面透明導電層と裏面金属電極層とが直接接する部分が生じる。また、裏面金属電極層の体積抵抗率(10ー6Ωcmオーダー)は、一般に裏面透明導電層(高々10ー4Ωcmオーダー)や低屈折率材料よりも極めて低いことから、島状に形成した低屈折率材料の寸法が例えば10μm程度であったとしても、裏面金属電極層および裏面透明導電層は一面ほぼ同電位となるため、低屈折率材料部には電位差(電界)が生じ得ない。そのため、島状に形成した低屈折率材料部の影響は電気的には無視することができ、島状に形成した低屈折率材料を設けても静電容量は変化することはない。 Specifically, the method of measuring the electrostatic capacitance of a photovoltaic cell in a dark box is mentioned. In general, a photoelectric conversion unit can be regarded as an insulator under a low voltage because a current does not flow even if a voltage is applied if it is a low voltage of about several to several tens of mV without light irradiation. In addition, if the resistance is sufficiently higher than that of the back transparent conductive layer (for example, 3 digits or more), the low refractive index material can be substantially regarded as an insulator. For this reason, when a low refractive index material is formed in layers, the equivalent circuit of the photoelectric conversion device shall be described with a structure in which a capacitor corresponding to the photoelectric conversion unit and a capacitor corresponding to the low refractive index material layer are connected in series. Can do. Therefore, when the dielectric constant and thickness of the photoelectric conversion 換Yu knit is constant, so that the monotonically capacitance with increasing thickness of the low refractive index material decreases. On the other hand, when the low refractive index material is formed in an island shape, a portion where the back transparent conductive layer and the back metal electrode layer are in direct contact with each other occurs. The volume resistivity of the back metal electrode layer (10-2 6 [Omega] cm order) is generally from extremely lower than back transparent conductive layer (at most 10 @ 4 [Omega] cm order) and low refractive index material, the low was formed in an island shape Even if the dimension of the refractive index material is, for example, about 10 μm, the back surface metal electrode layer and the back surface transparent conductive layer have almost the same potential on one side, and therefore no potential difference (electric field) can occur in the low refractive index material portion. Therefore, the influence of the low refractive index material portion formed in an island shape can be electrically ignored, and the capacitance does not change even when the low refractive index material formed in an island shape is provided.

以上示した低屈折率材料の構造と静電容量との関係について、具体例を挙げて更に詳細を説明する。まず、裏面透明導電層と裏面金属電極層との間に低屈折率材料としてLiFを導入した非晶質シリコン単接合太陽電池において、LiFの製膜時間と太陽電池の静電容量との関係を評価した。この評価においては、LiFの製膜には真空蒸着法を用い、10-5Paオーダーの真空下で、水晶振動子式膜厚計を用いて、製膜速度が0.01±0.001nm/秒となるように温度調整した坩堝を蒸着源として製膜を行った。また、LiFの製膜時には基板の加熱は特に行わなかった。なお、本検討の前に100nm程度のLiF薄膜を製膜し、膜厚を触針式段差計により計測することで水晶振動子式膜厚計の校正を行った。LiFの製膜後、連続してAgを250nm製膜し、Ag層と光入射側透明導電層の間に端子を設け、静電容量を測定した。測定にはLCRメータを使用し、測定時の周波数(f)は100Hz、交流電圧(VPP)は50mVとした。 The relationship between the structure of the low refractive index material and the capacitance described above will be described in more detail by giving a specific example. First, in an amorphous silicon single-junction solar cell in which LiF is introduced as a low refractive index material between the back transparent conductive layer and the back metal electrode layer, the relationship between the LiF deposition time and the solar cell capacitance evaluated. In this evaluation, a vacuum deposition method was used for LiF film formation, and a film formation rate of 0.01 ± 0.001 nm / min was used under a vacuum of the order of 10 −5 Pa using a crystal oscillator type film thickness meter. Film formation was performed using a crucible whose temperature was adjusted so as to be 2 seconds as a deposition source. In addition, the substrate was not particularly heated during LiF film formation. Prior to this examination, a LiF thin film having a thickness of about 100 nm was formed, and the film thickness was measured with a stylus type step gauge to calibrate the quartz vibrator type film thickness meter. After the LiF film was formed, Ag was continuously formed to a thickness of 250 nm, a terminal was provided between the Ag layer and the light incident side transparent conductive layer, and the capacitance was measured. An LCR meter was used for measurement, and the frequency (f) at the time of measurement was 100 Hz, and the alternating voltage (V PP ) was 50 mV.

比較のため、LiFの製膜をスパッタ法により行った非晶質シリコン単接合太陽電池を作製し、静電容量を測定した。ここでスパッタ法を用いたのは、真空蒸着法よりもスパッタ法の方が層状の膜になりやすいからである。なお、スパッタ法でLiFを製膜したときも製膜速度は0.01nm/秒になるように投入電力を事前に調整した。   For comparison, an amorphous silicon single-junction solar cell in which LiF was formed by sputtering was fabricated, and the capacitance was measured. The reason why the sputtering method is used here is that the sputtering method is more likely to be a layered film than the vacuum deposition method. Note that the input power was adjusted in advance so that the deposition rate was 0.01 nm / second even when LiF was deposited by sputtering.

これらの測定結果を図4に示す。前述のように、製膜の初期から層状にLiFが形成すると仮定すると、製膜時間の増加とともに非晶質シリコン単接合太陽電池セルの静電容量は減少すると予想される。スパッタ法でLiFの製膜を行った非晶質シリコン単接合太陽電池においては、この予想と一致した結果となったが、真空蒸着法を用いて製膜した非晶質シリコン単接合太陽電池の測定結果はこれと対応せず、製膜時間がおよそ800秒までは、静電容量の低下は殆ど見られなかった。一方、製膜時間がおよそ800秒を超えると静電容量の低下が見られた。この現象は、前述の考察から、まず、LiFが島状に形成し、その後、島状に形成したLiFがより大きく成長することにより隣接するLiFと接触し、層状に形状が変化すると解釈できる。したがって、製膜時間が800秒以下の場合は、LiFの形状は島状であり、800秒を超える場合は、層状であることが静電容量測定から判別できる。   The measurement results are shown in FIG. As described above, assuming that LiF is formed in layers from the initial stage of film formation, the capacitance of the amorphous silicon single-junction solar cell is expected to decrease as the film formation time increases. In the amorphous silicon single-junction solar cell in which the LiF film was formed by the sputtering method, the result was in agreement with this expectation, but the amorphous silicon single-junction solar cell formed by using the vacuum evaporation method The measurement results did not correspond to this, and almost no decrease in capacitance was observed until the film formation time was approximately 800 seconds. On the other hand, when the film forming time exceeded about 800 seconds, the capacitance was reduced. From the above consideration, this phenomenon can be interpreted that LiF is first formed in an island shape, and then the LiF formed in an island shape grows larger to come into contact with adjacent LiF, and the shape changes into a layer shape. Therefore, when the film formation time is 800 seconds or less, the shape of LiF is an island shape, and when it exceeds 800 seconds, it can be determined from the capacitance measurement that it is a layer shape.

なお、静電容量測定時に過大な電流が流れ、静電容量の測定が困難な場合は、逆方向にバイアス電圧を印加しておけば、電流は抑制できる場合がある。また、セル面積が大きく、金属電極や光入射側透明導電層の抵抗による電圧降下によって評価が困難な場合は、レーザースクライブ法等を用いて評価しやすい大きさ、例えば1cm2程度にセルを分割して評価を行えばよい。 If an excessive current flows during capacitance measurement and it is difficult to measure the capacitance, the current may be suppressed by applying a bias voltage in the reverse direction. Also, if the cell area is large and evaluation is difficult due to voltage drop due to the resistance of the metal electrode or the light-incident side transparent conductive layer, the cell is divided into sizes that are easy to evaluate using a laser scribing method, for example, about 1 cm 2. And evaluate it.

以上のように、透過型電子顕微鏡による形状の観察と静電容量測定とを併用することで低屈折率材料の形状を具体的に評価することができる。   As described above, the shape of the low refractive index material can be specifically evaluated by using the observation of the shape with a transmission electron microscope and the capacitance measurement in combination.

なお、シリコン系薄膜太陽電池を用いて実施の形態を説明したが、これはシリコン系薄膜太陽電池に限定されるものではなく、裏面金属電極層と裏面透明電極とを有し、裏面電極に入射光が到達する構成の太陽電池であれば、同様の効果を得ることができる。   In addition, although embodiment was demonstrated using the silicon system thin film solar cell, this is not limited to a silicon system thin film solar cell, it has a back surface metal electrode layer and a back surface transparent electrode, and injects into a back surface electrode A similar effect can be obtained if the solar cell is configured to reach light.

本発明における光電変換装置は、多接合太陽電池、特に光入射側に非晶質シリコン系光電変換ユニットと、裏面電極側に結晶質系シリコン系光電変換ユニットとを配置した多接合薄膜太陽電池において好ましく用いることができる。この構成の太陽電池の場合は、結晶系シリコン系光電変換ユニットの発電層の光吸収係数は大きくないため、太陽電池に入射した太陽光は、裏面電極と光入射側透明電極との間を複数回往復することになる。当該太陽電池において高い特性を実現する方法の一つとして、結晶系シリコン系光電変換ユニットで入射光を十分吸収させることが挙げられる。これを実現するためには、発電層の膜厚を大きくしてもよいが、この方法では、製膜に要する時間が長くなり不経済であり、開放端電圧の低下を招き、更に、結晶系シリコン系光電変換ユニットの剥離も生じやすくなるという不具合が生じやすい。一方、本発明で開示した裏面電極の反射率の向上方法によれば、これらの不具合を生じることなく太陽電池特性を向上させることが期待できる。   The photoelectric conversion device according to the present invention is a multijunction solar cell, particularly a multijunction thin film solar cell in which an amorphous silicon photoelectric conversion unit is disposed on the light incident side and a crystalline silicon photoelectric conversion unit is disposed on the back electrode side. It can be preferably used. In the case of a solar cell having this configuration, since the light absorption coefficient of the power generation layer of the crystalline silicon-based photoelectric conversion unit is not large, sunlight incident on the solar cell has a plurality of gaps between the back electrode and the light incident side transparent electrode. There will be round trips. One method for realizing high characteristics in the solar cell is to sufficiently absorb incident light with a crystalline silicon-based photoelectric conversion unit. To achieve this, the film thickness of the power generation layer may be increased. However, this method is uneconomical because the time required for film formation becomes long, leading to a decrease in open-circuit voltage, and further, There is a tendency that the silicon photoelectric conversion unit is easily peeled off. On the other hand, according to the method for improving the reflectance of the back electrode disclosed in the present invention, it is expected to improve the solar cell characteristics without causing these problems.

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited to a following example.

(実施例1〜3)
図1に示した構造の光電変換装置を以下に示す方法で製造した。透光性絶縁基板1には、無アルカリガラス基板を使用した。光入射側透明導電層2には熱CVD法により作製したSnO2を用いた。この際の透明導電層2の膜厚は800nm、シート抵抗は10Ω/□、ヘーズは15〜20%とした。
(Examples 1-3)
The photoelectric conversion device having the structure shown in FIG. 1 was manufactured by the following method . The translucent insulating substrate 1, using non-alkali glass substrate. The light incident side transparent conductive layer 2 was made of SnO 2 produced by a thermal CVD method. At this time, the film thickness of the transparent conductive layer 2 was 800 nm, the sheet resistance was 10Ω / □, and the haze was 15 to 20%.

この上に、高周波プラズマCVD装置を用いて、ボロンドープのp型シリコンカーバイド(SiC)層を10nm、ノンドープの非晶質シリコン光電変換層を250nm、リンドープのn型μc−Si層を20nmの膜厚で製膜した。これにより、前方光電変換ユニットであるpin接合の非晶質シリコン光電変換ユニット(前方光電変換ユニット)3を形成した。   On this, a boron-doped p-type silicon carbide (SiC) layer is 10 nm, a non-doped amorphous silicon photoelectric conversion layer is 250 nm, and a phosphorus-doped n-type μc-Si layer is 20 nm thick using a high-frequency plasma CVD apparatus. To form a film. As a result, a pin junction amorphous silicon photoelectric conversion unit (front photoelectric conversion unit) 3 as a front photoelectric conversion unit was formed.

更に、ボロンドープのp型微結晶シリコン層を15nm、ノンドープの結晶質シリコン光電変換層を700nm、リンドープのn型微結晶シリコン層を20nmの膜厚でそれぞれプラズマCVD法により製膜した。これにより、後方光電変換ユニットであるpin接合の結晶質シリコン光電変換ユニット(後方光電変換ユニット)4を形成した。   Further, a boron-doped p-type microcrystalline silicon layer was formed by plasma CVD with a thickness of 15 nm, a non-doped crystalline silicon photoelectric conversion layer with a thickness of 700 nm, and a phosphorus-doped n-type microcrystalline silicon layer with a thickness of 20 nm. Thus, a pin junction crystalline silicon photoelectric conversion unit (rear photoelectric conversion unit) 4 as a rear photoelectric conversion unit was formed.

結晶質シリコン光電変換ユニット形成済み工程仕掛品を高周波プラズマCVD装置から大気中に取り出した後、高周波マグネトロンスパッタリング装置の製膜室に導入し、後方光電変換ユニット4の上に、裏面透明導電層として厚さ80nmのAlを添加したZnO(AZO)層を形成した。   After the crystalline silicon photoelectric conversion unit formed process work in process is taken out from the high frequency plasma CVD apparatus into the atmosphere, it is introduced into the film forming chamber of the high frequency magnetron sputtering apparatus, and on the rear photoelectric conversion unit 4 as a back transparent conductive layer A ZnO (AZO) layer to which Al having a thickness of 80 nm was added was formed.

ここでは、スパッタターゲットとして、2wt%のAlを添加したZnO焼結体を用いた。スパッタガスとしてArガスを導入し、基板を150℃に加熱、圧力を0.27Paとした上でAZO層の製膜を行った。AZO層の製膜を行ったあと、裏面透明導電層形成済み工程仕掛品は、高周波マグネトロンスパッタリング装置から再び大気中に取り出した後、真空蒸着機に導入し、低屈折率材料を蒸着した。   Here, a ZnO sintered body added with 2 wt% Al was used as a sputtering target. Ar gas was introduced as a sputtering gas, the substrate was heated to 150 ° C., the pressure was set to 0.27 Pa, and an AZO layer was formed. After the AZO layer was formed, the work piece in process on which the back surface transparent conductive layer had been formed was taken out from the high-frequency magnetron sputtering apparatus into the atmosphere, and then introduced into a vacuum vapor deposition machine to deposit a low refractive index material.

ここで、蒸着材料としてLiF粉末(高純度化学製、純度:99.9%以上)を用いた。製膜の際には、LiF粉末が入った坩堝を約700℃に加熱することによりLiFを蒸発(昇華)させた。製膜中の真空度は1×10-4Pa以下、製膜速度は0.01±0.001nm/秒とした。低屈折率材料の形成量は製膜時間を変化させることで制御した。なお、製膜中の製膜速度を水晶振動子式膜厚計により観測し、坩堝温度を制御することにより製膜速度を一定範囲内に保った。 Here, LiF powder (manufactured by High Purity Chemical, purity: 99.9% or more) was used as the vapor deposition material. During film formation, the crucible containing LiF powder was heated to about 700 ° C. to evaporate (sublimate) LiF. The degree of vacuum during film formation was 1 × 10 −4 Pa or less, and the film formation rate was 0.01 ± 0.001 nm / second. The amount of low refractive index material formed was controlled by changing the film forming time. The film forming speed during film formation was observed with a crystal oscillator type film thickness meter, and the film forming speed was kept within a certain range by controlling the crucible temperature.

引き続き、真空蒸着装置を用いて裏面金属電極層としてAg層を250nmの膜厚で製膜した。製膜中の真空度は1×10-4Pa以下、製膜速度は0.2±0.02nm/秒とした。 Subsequently, an Ag layer having a film thickness of 250 nm was formed as a back metal electrode layer using a vacuum deposition apparatus. The degree of vacuum during film formation was 1 × 10 −4 Pa or less, and the film formation rate was 0.2 ± 0.02 nm / second.

なお、低屈折率材料の製膜時間を、250秒間(実施例1)、500秒間秒(実施例2)、750秒間(実施例3)と異なる3種類の多接合シリコン太陽電池を製造した。また、本実験の前に、単結晶シリコン基板上に100分間製膜し、水晶振動子式膜厚計の校正を行うとともに、単結晶シリコン基板上に製膜したLiF層の屈折率を分光エリプソメトリー法により測定した。波長600nmにおけるLiF層の屈折率は1.38であった。同様にAZOの屈折率を測定したところ1.91であり、LiFがAZOよりも低屈折率であることを確認した。   In addition, three types of multi-junction silicon solar cells having a low refractive index material deposition time of 250 seconds (Example 1), 500 seconds (Example 2), and 750 seconds (Example 3) were manufactured. Prior to this experiment, the film was formed on a single crystal silicon substrate for 100 minutes to calibrate the quartz crystal thickness meter, and the refractive index of the LiF layer formed on the single crystal silicon substrate was determined by spectroscopic ellipsometry. It was measured by a measurement method. The refractive index of the LiF layer at a wavelength of 600 nm was 1.38. Similarly, when the refractive index of AZO was measured, it was 1.91, and it was confirmed that LiF had a lower refractive index than AZO.

(比較例1)
低屈折率材料の形成工程を含まないことを除いて実施例1と同様にして作製した。
(Comparative Example 1)
It was produced in the same manner as in Example 1 except that the low refractive index material forming step was not included.

(比較例2)
LiFの製膜時間を1100秒間としたこと除いて実施例1と同様にして作製した。
(Comparative Example 2)
It was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the LiF film formation time was 1100 seconds.

(比較例3〜5)
LiFの形成方法が高周波マグネトロンスパッタ法である点を除いて実施例1と同様にして作製した。すなわち、LiFの製膜は、100mmφのLiFターゲット(高純度化学製、純度99.9%)を使用し、Ar雰囲気下で、圧力を8Pa、高周波電力を300W、基板温度を150℃、製膜時間をそれぞれ400秒(比較例3)、800秒(比較例4)、1200秒(比較例5)として行った。このときの製膜速度は0.01nm/秒であった。
(Comparative Examples 3-5)
It was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the LiF formation method was a high frequency magnetron sputtering method. That is, LiF film formation uses a 100 mmφ LiF target (manufactured by High-Purity Chemical, purity 99.9%), and under an Ar atmosphere, the pressure is 8 Pa, the high-frequency power is 300 W, the substrate temperature is 150 ° C. The times were 400 seconds (Comparative Example 3), 800 seconds (Comparative Example 4), and 1200 seconds (Comparative Example 5), respectively. The film formation speed at this time was 0.01 nm / second.

(比較例6)
低屈折率材料としてMgF2を用い、製膜方法として電子ビーム蒸着法を用いたことを除いて実施例2と同様にして作製した。なお、MgF2の屈折率は1.39であった。なお、このMgF2の製膜方法は特許文献2に記載の方法に準拠した方法とした。
(Comparative Example 6)
It was fabricated in the same manner as in Example 2 except that MgF 2 was used as the low refractive index material and the electron beam evaporation method was used as the film forming method. The refractive index of MgF 2 was 1.39. Note that the MgF 2 film forming method was based on the method described in Patent Document 2.

上記実施例及び比較例の光電変換装置の光電変換特性の光電変換特性は、AM1.5のスペクトル分布を有するソーラシミュレータを用いて、25℃の下で擬似太陽光を100mW/cm2のエネルギー密度で照射して出力特性を測定し、開放電圧(Voc)、短絡電流密度(Jsc)、曲線因子(FF)、発電効率(Eff)を得た。また、裏面金属電極層の付着強度はテープ引き剥がし試験により実施した。テープ引き剥がし試験では、裏面金属電極層上に試験用テープ(550P、住友スリーエム)を張り付け、裏面金属電極層表面から垂直方向に一気に引き剥がした。付着強度は、引き剥がしたテープ粘着面への裏面金属電極層の付着率を測定し、1.付着率80%以上、2.付着率60%以上80%未満、3.付着率40%以上60%未満、4.付着率20%以上40%未満、5.20%未満の五段階に分類して評価した。また、低屈折率材料の形状は、透過型電子顕微鏡(日立社製HF2000)を用いて観察するとともに、低屈折率材料により裏面透明導電層が被覆されている割合(被覆率)を測定した。ここで被覆率は、透過型電子顕微鏡像から裏面透明導電層の裏面金属電極層側の表面の長さ(A)と、裏面透明導電層と低屈折率材料とが接している部分の長さ(B)とを読み取り、(B)/(A)により算出した。 The photoelectric conversion characteristics of the photoelectric conversion devices of the above-described examples and comparative examples are obtained by using a solar simulator having a spectrum distribution of AM1.5 and using simulated solar light at an energy density of 100 mW / cm 2 at 25 ° C. The output characteristics were measured by irradiating and the open circuit voltage (Voc), short circuit current density (Jsc), fill factor (FF), and power generation efficiency (Eff) were obtained. The adhesion strength of the back metal electrode layer was determined by a tape peeling test. In the tape peeling test, a test tape (550P, Sumitomo 3M) was attached on the back surface metal electrode layer, and was peeled off at a stretch from the surface of the back surface metal electrode layer in the vertical direction. The adhesion strength was determined by measuring the adhesion rate of the back metal electrode layer to the peeled tape adhesive surface. 1. Adhesion rate of 80% or more 2. Adhesion rate 60% or more and less than 80% 3. Adhesion rate of 40% or more and less than 60% Evaluation was made by classifying into five stages of adhesion rate of 20% or more and less than 40% or less than 5.20%. Further, the shape of the low refractive index material was observed using a transmission electron microscope (HF2000 manufactured by Hitachi, Ltd.), and the ratio (coverage) at which the back transparent conductive layer was covered with the low refractive index material was measured. Here, the coverage is the length (A) of the surface of the backside transparent conductive layer on the backside metal electrode layer side from the transmission electron microscope image, and the length of the portion where the backside transparent conductive layer and the low refractive index material are in contact with each other. (B) was read and calculated by (B) / (A).

まず、本評価の一例として、図5に実施例2の多接合太陽電池の裏面透明導電層と裏面金属電極層との界面近傍の透過型電子顕微鏡像を示す。図5においては、LiFが形成されている部分を点線で囲っている。図5に示した断面像よりLiFは裏面透明導電層の一部にしか形成されておらず、すなわち島状に形成されていることが確認できる。また、この試料に関して被覆率を測定したところ、被覆率は60%であった。また、透過型電子顕微鏡像から読み取ったLiFの厚みは5±1nmであり、これは製膜速度と製膜時間の積とほぼ一致した。   First, as an example of this evaluation, FIG. 5 shows a transmission electron microscope image in the vicinity of the interface between the back transparent conductive layer and the back metal electrode layer of the multijunction solar cell of Example 2. In FIG. 5, a portion where LiF is formed is surrounded by a dotted line. From the cross-sectional image shown in FIG. 5, it can be confirmed that LiF is formed only on a part of the back transparent conductive layer, that is, formed in an island shape. Moreover, when the coverage was measured regarding this sample, the coverage was 60%. Moreover, the thickness of LiF read from the transmission electron microscope image was 5 ± 1 nm, which almost coincided with the product of the film formation speed and the film formation time.

以下の表1は、上記の多接合シリコン太陽電池の被覆率、裏面金属電極層の付着強度、静電容量(比較例1との相対値)と、光電変換特性を示したものである。実施例および比較例として挙げた多接合シリコン太陽電池の特性は、比較例1として挙げた従来の多接合シリコン太陽電池の特性との比率で示されている。なお、比較例1の太陽電池特性は、開放電圧が1.38V、短絡電流密度が8.5mA/cm2、曲線因子が83%、発電効率が9.7%であり、静電容量は61nFであった。 Table 1 below shows the coverage of the multi-junction silicon solar cell, the adhesion strength of the back surface metal electrode layer, the capacitance (relative value to Comparative Example 1), and the photoelectric conversion characteristics. The characteristics of the multi-junction silicon solar cells given as examples and comparative examples are shown in a ratio with the characteristics of the conventional multi-junction silicon solar battery mentioned as comparative example 1. The solar cell characteristics of Comparative Example 1 are as follows. The open circuit voltage is 1.38 V, the short circuit current density is 8.5 mA / cm 2 , the fill factor is 83%, the power generation efficiency is 9.7%, and the capacitance is 61 nF. Met.

なお、表1に示した厚みとは、製膜速度と製膜時間の積から算出した値である。 The thickness shown in Table 1 is a value calculated from the product of the film forming speed and the film forming time.

表1の結果から、まず、裏面金属電極層の付着強度に関しては、裏面透明導電層と裏面金属電極層との間に層状の低屈折率材料を挿入しても付着力の向上は得られないが、島状の低屈折率材料を挿入することにより裏面金属電極層の付着強度が増加するということを読み取ることができる。また、高い裏面金属電極層の付着強度を得るためには、低屈折率材料の被覆率を30〜90%の範囲内にすることが望ましいことが分かる。   From the results in Table 1, first, regarding the adhesion strength of the back surface metal electrode layer, even if a layered low-refractive index material is inserted between the back surface transparent conductive layer and the back surface metal electrode layer, no improvement in adhesion force can be obtained. However, it can be read that the adhesion strength of the back surface metal electrode layer is increased by inserting the island-shaped low refractive index material. In addition, it can be seen that in order to obtain a high adhesion strength of the back metal electrode layer, it is desirable to set the coverage of the low refractive index material within the range of 30 to 90%.

一方、太陽電池特性に関しては、被覆率が60%までは被覆率の増加とともに短絡電流および曲線因子が増加する傾向が認められる。被覆率が60%を越えると、被覆率が90%までは短絡電流は増加し、その後飽和する傾向にある。よって低屈折率材料の被覆率が60%程度、すなわち厚みが5nm程度のものが特に好ましいと考えられる。一方、曲線因子は60%を境にして低下するが、30〜90%の範囲内にあれば、比較例1の低屈折率材料を含まない光電変換装置よりも高効率の光電変換装置を実現することができる。   On the other hand, with respect to the solar cell characteristics, it is recognized that the short circuit current and the fill factor tend to increase as the coverage increases up to 60%. When the coverage exceeds 60%, the short-circuit current increases until the coverage is 90%, and then tends to saturate. Therefore, it is considered that a low refractive index material having a coverage of about 60%, that is, a thickness of about 5 nm is particularly preferable. On the other hand, the curve factor decreases at 60% as a boundary, but if it is within the range of 30 to 90%, a photoelectric conversion device that is more efficient than the photoelectric conversion device that does not include the low refractive index material of Comparative Example 1 is realized. can do.

比較例3の光電変換装置の静電容量は59.6nFであった。この値は比較例1の光電変換装置の静電容量61nFよりも低い。このように静電容量が低下したことから、スパッタ法でLiFを形成した場合は、真空蒸着法とは異なりLiFの形状は層状となることが確認できる。また、実施例1〜3と比較例3〜5の比較から、低屈折率材料の厚みが同等であっても、低屈折率材料の形状を島状にした方が、裏面金属電極層の付着強度と変換効率がいずれも高くなることが分かる。   The electrostatic capacity of the photoelectric conversion device of Comparative Example 3 was 59.6 nF. This value is lower than the capacitance 61 nF of the photoelectric conversion device of Comparative Example 1. Since the electrostatic capacity is thus reduced, it can be confirmed that when LiF is formed by sputtering, the shape of LiF is layered unlike the vacuum deposition method. Moreover, even if the thickness of a low refractive index material is equivalent from the comparison of Examples 1-3 and Comparative Examples 3-5, the direction which made the shape of the low refractive index material into island shape adheres a back surface metal electrode layer. It can be seen that both the strength and the conversion efficiency are increased.

比較例6の結果から、低屈折率材料として膜厚5nmのMgF2を用いた場合には、静電容量が比較例1よりも低下していることから低屈折率材料の形状が島状ではなく層状となると考えられ、このため裏面透明導電層と裏面金属電極層との間の電気的接続の悪化によりFFが低下し、また裏面金属電極の付着強度が低下することが分かる。この結果からも、特許文献2に記載の低屈折率層は、層状であることが確認できる。 From the result of Comparative Example 6, when MgF 2 having a film thickness of 5 nm is used as the low refractive index material, the capacitance is lower than that of Comparative Example 1, so that the shape of the low refractive index material is island-shaped. Therefore, it can be seen that the FF decreases due to the deterioration of the electrical connection between the back surface transparent conductive layer and the back surface metal electrode layer, and the adhesion strength of the back surface metal electrode decreases. Also from this result, it can be confirmed that the low refractive index layer described in Patent Document 2 is layered.

以上の結果から、島状の低屈折率材料を用いることにより、裏面金属電極層との付着強度、また変換効率が高い光電変換装置を得ることができると考えられる。   From the above results, it is considered that by using an island-shaped low refractive index material, a photoelectric conversion device having high adhesion strength with the back surface metal electrode layer and high conversion efficiency can be obtained.

1 透光性絶縁基板
2 光入射側透明導電層
3 前方光電変換ユニット
4 後方光電変換ユニット
5 裏面透明導電層
6 低屈折率材料
7 裏面金属電極層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Translucent insulated substrate 2 Light incident side transparent conductive layer 3 Front photoelectric conversion unit 4 Back photoelectric conversion unit 5 Back surface transparent conductive layer 6 Low refractive index material 7 Back surface metal electrode layer

Claims (7)

少なくとも光電変換ユニットと、裏面透明導電層と、前記光電変換ユニットが感度を有する波長域において前記裏面透明導電層よりも屈折率が低い島状の低屈折率材料と、裏面金属電極層とをこの順に有する光電変換装置であって、
前記低屈折率材料と前記裏面金属層とが直接接しており、
前記低屈折率材料は、厚みが1nm以上10nm以下であり、幅が0.01μm〜50μmの島状に形成されていることを特徴とする光電変換装置。
At least a photoelectric conversion unit, a back surface transparent conductive layer, an island-like low refractive index material having a refractive index lower than that of the back surface transparent conductive layer in a wavelength region where the photoelectric conversion unit is sensitive, and a back metal electrode layer A photoelectric conversion device in order,
The low refractive index material and the back metal layer are in direct contact,
The low refractive index material, a photoelectric conversion device according to claim Rukoto thickness Ri der than 10nm or less 1 nm, is formed on the width-like island 0.01Myuemu~50myuemu.
前記低屈折率材料が、LiFを含む、請求項1に記載の光電変換装置。   The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the low refractive index material includes LiF. 前記低屈折率材料が、MgF2を含み、かつ厚みが1nm以上5nm未満であることを特徴とする、請求項1に記載の光電変換装置。 2. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the low refractive index material includes MgF 2 and has a thickness of 1 nm or more and less than 5 nm. 前記裏面透明導電層の表面の30%以上90%以下の部分が、前記低屈折率材料により被覆されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光電変換装置。   4. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein a portion of 30% or more and 90% or less of the surface of the back transparent conductive layer is covered with the low refractive index material. 前記裏面透明導電層が、In、Zn、Al、Ga、Bのうち少なくとも一つを構成元素に含む酸化物から構成されることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の光電変換装置。 The said back surface transparent conductive layer is comprised from the oxide which contains at least one in In, Zn, Al, Ga, and B in a structural element, The any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. Photoelectric conversion device. 請求項1〜のいずれか1項に記載の光電変換装置を製造する方法であって、
前記裏面透明導電層は、低屈折率材料形成側の表面に凹凸構造を有しており、
前記低屈折率材料が、マスクを用いることなく、真空蒸着法により島状に製膜されることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
A method for producing the photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 5 ,
The back transparent conductive layer has a concavo-convex structure on the surface on the low refractive index material forming side,
A method for manufacturing a photoelectric conversion device, wherein the low refractive index material is formed into an island shape by a vacuum deposition method without using a mask.
前記低屈折率材料が、斜め蒸着法により製膜されることを特徴とする、請求項に記載の光電変換装置の製造方法。 The method for producing a photoelectric conversion device according to claim 6 , wherein the low refractive index material is formed by an oblique vapor deposition method.
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