JP5636325B2 - Thin film solar cell and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、薄膜太陽電池及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a thin film solar cell and a method for manufacturing the same.

近年、太陽電池の低コスト化、高効率化を達成させるため、原材料の使用量が少ない薄膜太陽電池が注目を集めている。   In recent years, thin-film solar cells that use less raw materials have attracted attention in order to achieve low cost and high efficiency of solar cells.

一般的な薄膜太陽電池は、p型層(p型半導体層)、i型層(i型半導体層)、及びn型層(n型半導体層)が順に積層された光電変換ユニットを有する。このようなpin型又はnip型の光電変換ユニットは、その構成の大部分を占めるi型層が非晶質である非晶質光電変換ユニットと、非晶質以外の結晶質光電変換ユニットに分類される。   A general thin film solar cell includes a photoelectric conversion unit in which a p-type layer (p-type semiconductor layer), an i-type layer (i-type semiconductor layer), and an n-type layer (n-type semiconductor layer) are sequentially stacked. Such pin-type or nip-type photoelectric conversion units are classified into amorphous photoelectric conversion units in which the i-type layer occupying most of the structure is amorphous and crystalline photoelectric conversion units other than amorphous. Is done.

ところで、薄膜太陽電池を普及するためには、量産化が必要となる。薄膜太陽電池を量産化するための方策として、光電変換ユニットを、CVD法を用いて高速に成膜する方法が挙げられる。しかしながら、結晶質光電変換ユニットを高速で成膜すると、結晶粒界が発生しやすく、その結晶粒界に欠陥が集中するため、太陽電池の開放電圧及び曲線因子の低下が生じ、結果的に光電変換効率が低下しやすいという問題がある。   By the way, mass production is necessary to spread the thin film solar cells. As a measure for mass-producing thin film solar cells, a method of forming a photoelectric conversion unit at a high speed using a CVD method can be mentioned. However, when a crystalline photoelectric conversion unit is formed at a high speed, a crystal grain boundary is likely to be generated, and defects concentrate on the crystal grain boundary, resulting in a decrease in the open-circuit voltage and the fill factor of the solar cell. There is a problem that the conversion efficiency tends to decrease.

そこで、特許文献1の結晶質光電変換ユニットでは、i型結晶性シリコン層とn型シリコン系界面層の間にシリコンオキサイド低屈折層を挿入することによって、光電変換効率の向上を図っている。   Therefore, in the crystalline photoelectric conversion unit of Patent Document 1, the photoelectric conversion efficiency is improved by inserting a silicon oxide low-refractive layer between the i-type crystalline silicon layer and the n-type silicon-based interface layer.

特許4257332号公報Japanese Patent No. 4257332

しかしながら、特許文献1では、従来の開放電圧と同程度まで開放電圧の低下が抑制されたが、曲線因子の低下は改善されておらず、なお改良の余地が残されている。   However, in Patent Document 1, the decrease in the open circuit voltage is suppressed to the same level as the conventional open circuit voltage, but the decrease in the fill factor has not been improved, and there is still room for improvement.

そこで、本発明は、上記した問題点を解決するものであり、開放電圧及び曲線因子の低下を抑制し、高い光電変換効率を有した薄膜太陽電池を開発することを課題とするものである。   Therefore, the present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to develop a thin film solar cell having high photoelectric conversion efficiency while suppressing a decrease in open circuit voltage and a fill factor.

上記課題を解決するための請求項1に記載の発明は、基板上に少なくとも、透光性を有する第1電極層と、光電変換層と、第2電極層が積層された薄膜太陽電池において、光電変換層は、少なくとも結晶質光電変換ユニットを有しており、結晶質光電変換ユニットは、p型結晶層と、i型結晶層と、n型微結晶層を有しており、前記p型結晶層は、p型微結晶シリコンから形成されており、前記i型結晶層は、i型結晶質シリコンから形成されており、前記n型微結晶層は、n型微結晶シリコンから形成されており、i型結晶層とn型微結晶層との間にはi型結晶層側から順にn型非晶質層とn型合金層が積層されており、前記n型合金層は、酸素、炭素、窒素の中から選ばれた1種類以上の元素と、ケイ素元素とからなるシリコン合金により形成されており、前記n型合金層は、n型微結晶シリコンオキサイドであり、n型非晶質層は、非晶質のn型半導体で形成された層であって、i型結晶層よりもバンドギャップが大きく、前記n型非晶質層は、n型非晶質シリコンで形成されていることを特徴とする薄膜太陽電池である。
すなわち、請求項1に記載の発明は、基板上に少なくとも、透光性を有する第1電極層と、光電変換層と、第2電極層が積層された薄膜太陽電池において、光電変換層は、少なくとも結晶質光電変換ユニットを有しており、結晶質光電変換ユニットは、p型結晶層と、i型結晶層と、n型微結晶層を有しており、前記p型結晶層は、p型微結晶シリコンから形成されており、前記i型結晶層は、i型結晶質シリコンから形成されており、前記n型微結晶層は、n型微結晶シリコンから形成されており、i型結晶層とn型微結晶層との間にはi型結晶層側から順にn型非晶質層とn型合金層が積層されており、前記n型合金層は、酸素、炭素、窒素の中から選ばれた1種類以上の元素と、ケイ素元素とからなるシリコン合金により形成されており、n型非晶質層は、非晶質のn型半導体で形成された層であって、i型結晶層よりもバンドギャップが大きいことを特徴とする。
The invention according to claim 1 for solving the above-mentioned problem is a thin-film solar cell in which at least a first electrode layer having translucency, a photoelectric conversion layer, and a second electrode layer are stacked on a substrate. The photoelectric conversion layer has at least a crystalline photoelectric conversion unit, and the crystalline photoelectric conversion unit has a p-type crystal layer, an i-type crystal layer, and an n-type microcrystalline layer, and the p-type The crystal layer is made of p-type microcrystalline silicon, the i-type crystal layer is made of i-type crystalline silicon, and the n-type microcrystalline layer is made of n-type microcrystalline silicon. In addition, an n-type amorphous layer and an n-type alloy layer are laminated in order from the i-type crystal layer side between the i-type crystal layer and the n-type microcrystalline layer, and the n-type alloy layer includes oxygen, A silicon alloy composed of one or more elements selected from carbon and nitrogen and silicon elements. The n-type alloy layer is an n-type microcrystalline silicon oxide, and the n-type amorphous layer is a layer formed of an amorphous n-type semiconductor, The thin-film solar cell is characterized in that the n-type amorphous layer is formed of n-type amorphous silicon.
That is, the invention according to claim 1 is a thin film solar cell in which at least a light-transmitting first electrode layer, a photoelectric conversion layer, and a second electrode layer are stacked on a substrate. It has at least a crystalline photoelectric conversion unit, and the crystalline photoelectric conversion unit has a p-type crystal layer, an i-type crystal layer, and an n-type microcrystalline layer, and the p-type crystal layer has p The i-type crystal layer is made of i-type crystalline silicon, the n-type microcrystalline layer is made of n-type microcrystalline silicon, and the i-type crystal An n-type amorphous layer and an n-type alloy layer are stacked in this order from the i-type crystal layer side between the layer and the n-type microcrystalline layer, and the n-type alloy layer is formed of oxygen, carbon, or nitrogen. Formed from a silicon alloy composed of one or more elements selected from , N-type amorphous layer is a layer formed of an amorphous n-type semiconductor, you wherein the band gap is larger than the i-type crystalline layer.

なお、ここで言う「p型」とは、電荷を運ぶキャリアとして正孔が使われるものを表す。「i型」とは、実質的に不純物を添加していない純粋なものを表す。「n型」とは、電荷を運ぶキャリアとして自由電子が使われるものを表す。ここでいう「結晶」とは、非晶質以外のものを表す。即ち、微結晶や単結晶や多結晶等を含む概念である。また、「微結晶」とは、非晶質成分に対して結晶体積分率が1%からほぼ100%、結晶粒径が1nmから2μmの結晶を指す。   Note that the “p-type” referred to here represents one in which holes are used as carriers for carrying charges. The “i-type” represents a pure substance to which substantially no impurities are added. “N-type” refers to those in which free electrons are used as carriers carrying charge. “Crystal” as used herein refers to something other than amorphous. That is, it is a concept including microcrystal, single crystal, polycrystal and the like. “Microcrystal” refers to a crystal having a crystal volume fraction of 1% to almost 100% and a crystal grain size of 1 nm to 2 μm with respect to the amorphous component.

すなわち、n型合金層は、酸素、炭素、窒素の中から選ばれた1種類以上の元素と、ケイ素元素とからなるシリコン合金により形成されている。   That is, the n-type alloy layer is formed of a silicon alloy composed of one or more elements selected from oxygen, carbon, and nitrogen and a silicon element.

本発明の関連発明は、n型合金層は、n型非晶質シリコンカーバイド、n型微結晶シリコンオキサイド、n型非晶質シリコンナイトライド、及びn型非晶質シリコンオキシナイトライドのいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の薄膜太陽電池である。 In the related invention of the present invention , the n-type alloy layer is any one of n-type amorphous silicon carbide, n-type microcrystalline silicon oxide, n-type amorphous silicon nitride, and n-type amorphous silicon oxynitride. The thin film solar cell according to claim 1, wherein

n型合金層の膜厚は、5nm〜100nmであることが好ましい(請求項)。 The film thickness of the n-type alloy layer is preferably 5 nm to 100 nm (claim 2).

請求項1に記載の発明は、n型非晶質層は、n型非晶質シリコンで形成されている。 According to one aspect of the present invention, n-type amorphous layer, that is formed by the n-type amorphous silicon.

n型非晶質層の膜厚は、0.1nm〜20nmであることが好ましい(請求項)。 The film thickness of the n-type amorphous layer is preferably 0.1Nm~20nm (claim 3).

請求項に記載の発明は、n型合金層は、n型微結晶シリコンオキサイドであることを特徴とする。 According to one aspect of the present invention, n-type alloy layer, characterized in that an n-type microcrystalline silicon oxide.

n型微結晶層の膜厚は、0.1nm〜30nmであることが好ましい(請求項)。 The thickness of the n-type microcrystalline layer is preferably 0.1Nm~30nm (claim 4).

請求項に記載の発明は、光電変換層は、前記結晶質光電変換ユニットに加えて、p型非晶質層、i型非晶質層、及びn型非晶質層を備えた非晶質光電変換ユニットを有し、前記p型非晶質層は、p型非晶質シリコン又はp型非晶質シリコンカーバイドから形成されており、前記i型非晶質層は、i型非晶質シリコンから形成されており、前記n型非晶質層は、n型非晶質シリコンから形成されていることを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載の薄膜太陽電池である。 The invention according to claim 5 is an amorphous structure in which the photoelectric conversion layer includes a p-type amorphous layer, an i-type amorphous layer, and an n-type amorphous layer in addition to the crystalline photoelectric conversion unit. The p-type amorphous layer is made of p-type amorphous silicon or p-type amorphous silicon carbide, and the i-type amorphous layer is made of i-type amorphous. is formed from a quality silicon, the n-type amorphous layer is a thin-film solar cell according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it is formed from n-type amorphous silicon.

光電変換層は、基板側から非晶質光電変換ユニット、結晶質光電変換ユニットの順に積層されていることが好ましい(請求項)。 It is preferable that the photoelectric conversion layer is laminated | stacked in order of the amorphous photoelectric conversion unit and the crystalline photoelectric conversion unit from the board | substrate side (Claim 6 ).

請求項の発明は、請求項1乃至のいずれかに記載の薄膜太陽電池を製造する方法において、n型非晶質層を成膜する工程は、成膜の途中に水素プラズマ処理を施すプラズマ処理工程を有することを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法である。 A seventh aspect of the present invention is the method of manufacturing a thin film solar cell according to any one of the first to sixth aspects, wherein the step of forming the n-type amorphous layer is performed by performing a hydrogen plasma treatment during the film formation. It is a manufacturing method of the thin film solar cell characterized by having a plasma treatment process.

上記した方法において、n型非晶質層の目標とする膜厚の30%から70%が積層された段階で、前記プラズマ処理工程を行うことが好ましい(請求項)。 In the method described above, at the stage of 70% to 30% of the film thickness are stacked as a target of n-type amorphous layer, it is preferable to perform the plasma treatment process (claim 8).

本発明の薄膜太陽電池は、n型非晶質層はi型結晶層よりもバンドギャップが大きいため、価電子帯側での電子の収集効果が優れている。即ち、高い開放電圧を有する。また、n型非晶質層はn型にドープされているため、ホールが入り込む事によるキャリアの再結合を抑制できる。
また、n型合金層を有するため、n型非晶質層とn型合金層の相互作用によって、さらにn型非晶質層の効果を助長できる。
n型合金層上にn型微結晶層が積層しているため、n型合金層がn型微結晶層の下地として機能し、異種元素の結晶化阻害効果により、n型微結晶層の結晶の大径化を抑制することができる。
本発明の薄膜太陽電池の製造方法によれば、n型非晶質層を成膜する工程において、成膜の途中に水素プラズマ処理を施すプラズマ処理工程を有するため、i型結晶層上にn型非晶質層を積層する際に初期に発生する欠陥(以下、ダングリングボンドと言う)をパッシベートすることが可能である。
In the thin film solar cell of the present invention, since the n-type amorphous layer has a larger band gap than the i-type crystal layer, the electron collecting effect on the valence band side is excellent. That is, it has a high open circuit voltage. In addition, since the n-type amorphous layer is doped n-type, recombination of carriers due to entry of holes can be suppressed.
Further, since the n-type alloy layer is provided, the effect of the n-type amorphous layer can be further promoted by the interaction between the n-type amorphous layer and the n-type alloy layer.
Since the n-type microcrystalline layer is laminated on the n-type alloy layer, the n-type alloy layer functions as a base of the n-type microcrystalline layer, and the crystal of the n-type microcrystalline layer is obtained due to the effect of inhibiting crystallization of different elements. The increase in diameter can be suppressed.
According to the method for manufacturing a thin film solar cell of the present invention, in the step of forming the n-type amorphous layer, the plasma processing step of performing the hydrogen plasma treatment in the middle of the film formation includes the n-type amorphous layer on the i-type crystal layer. It is possible to passivate defects (hereinafter referred to as “dangling bonds”) that occur at the initial stage when laminating a type amorphous layer.

本発明の第1実施形態の薄膜太陽電池の概念図である。It is a conceptual diagram of the thin film solar cell of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の薄膜太陽電池の概念図である。なお、封止部材は除いている。また、理解を容易にするため、結晶質光電変換ユニットのみハッチングを施している。It is a conceptual diagram of the thin film solar cell of 1st Embodiment of this invention. The sealing member is excluded. Further, only the crystalline photoelectric conversion unit is hatched for easy understanding. 図2のn型非晶質層の成膜工程を表したフローチャートである。3 is a flowchart showing a film forming process of the n-type amorphous layer of FIG.

本発明は、薄膜太陽電池と、当該薄膜太陽電池の製造方法に係るものである。図1は、本発明の第1実施形態に係る薄膜太陽電池1を示している。本実施形態では、当業者間でハイブリット型太陽電池と呼ばれる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有した薄膜太陽電池を例として説明する。   The present invention relates to a thin film solar cell and a method for producing the thin film solar cell. FIG. 1 shows a thin film solar cell 1 according to a first embodiment of the present invention. In the present embodiment, a thin film solar cell having both an amorphous photoelectric conversion unit and a crystalline photoelectric conversion unit, which is called a hybrid solar cell among those skilled in the art, will be described as an example.

図1に示すように、薄膜太陽電池1は、基板2の片面上に、第1電極層3と、光電変換ユニット5と、第2電極層6がこの順番に積層された構造を有しており、これらが封止部材7によって封止されている。そして、図1のように基板2側から太陽光を入射し、その太陽光の吸収することによって発電する。   As shown in FIG. 1, the thin-film solar cell 1 has a structure in which a first electrode layer 3, a photoelectric conversion unit 5, and a second electrode layer 6 are laminated in this order on one surface of a substrate 2. These are sealed by the sealing member 7. Then, as shown in FIG. 1, sunlight is incident from the substrate 2 side, and power is generated by absorbing the sunlight.

以下、薄膜太陽電池1の構成について、主に図2を用いて太陽光の入射側(図2では下側)から順に説明する。なお、図2には説明の都合上、封止部材7を省略している。   Hereinafter, the configuration of the thin-film solar cell 1 will be described in order from the sunlight incident side (lower side in FIG. 2) mainly using FIG. In FIG. 2, the sealing member 7 is omitted for convenience of explanation.

基板2は、材質については特に限定されるものではなく、例えば、フレキシブルなフィルム基板やプラスチック基板などから適宜選択され用いられる。特にガラス基板や透明なフィルム基板は透明性や加工性の良さの点から好適である。   The material of the substrate 2 is not particularly limited, and is appropriately selected from, for example, a flexible film substrate or a plastic substrate. In particular, a glass substrate or a transparent film substrate is preferable in terms of transparency and good workability.

第1電極層3を構成する材料としては、導電性材料であれば特に限定されるものではなく、例えば、インジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、酸化錫(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)等の導電性金属酸化物などが採用できる。第1電極層3の表面は、微細な凹凸を有することが好ましい。第1電極層3は、スパッタ、真空蒸着等の公知の方法によって形成される。 The material constituting the first electrode layer 3 is not particularly limited as long as it is a conductive material. For example, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), tin oxide (SnO 2 ). A conductive metal oxide such as zinc oxide (ZnO) can be used. The surface of the first electrode layer 3 preferably has fine irregularities. The first electrode layer 3 is formed by a known method such as sputtering or vacuum deposition.

続いて、光電変換ユニット5(光電変換層)は、太陽の入射光を吸収し、電気に変える堆積層である。光電変換ユニット5は、第1電極層3側から順に、非晶質光電変換ユニット11と、結晶質光電変換ユニット12に区分される。即ち、第1電極層3上に非晶質光電変換ユニット11と、結晶質光電変換ユニット12がこの順に積層している。   Subsequently, the photoelectric conversion unit 5 (photoelectric conversion layer) is a deposited layer that absorbs solar incident light and converts it into electricity. The photoelectric conversion unit 5 is divided into an amorphous photoelectric conversion unit 11 and a crystalline photoelectric conversion unit 12 in order from the first electrode layer 3 side. That is, the amorphous photoelectric conversion unit 11 and the crystalline photoelectric conversion unit 12 are laminated in this order on the first electrode layer 3.

非晶質光電変換ユニット11の層構成について説明する。
非晶質光電変換ユニット11は、基板2側(図2では下側)から順に少なくともp型非晶質層15、i型非晶質層16、n型非晶質層17が積層された3層から形成されている。
The layer configuration of the amorphous photoelectric conversion unit 11 will be described.
The amorphous photoelectric conversion unit 11 has a structure in which at least a p-type amorphous layer 15, an i-type amorphous layer 16, and an n-type amorphous layer 17 are stacked in order from the substrate 2 side (the lower side in FIG. 2). Formed from layers.

p型非晶質層15は、非晶質のp型半導体で形成された層である。p型非晶質層15の構成材料としては、例えば、p型非晶質シリコンやp型非晶質シリコンカーバイド(SiC)などが採用できる。なお、ここで言う「p型」とは、電荷を運ぶキャリアとして正孔が使われるものを表す。
i型非晶質層16は、非晶質のi型半導体で形成された層である。i型非晶質層16の構成材料としては、例えば、i型非晶質シリコンが採用できる。なお、ここで言う「i型」とは、実質的に不純物を添加していない純粋なものを表す。
n型非晶質層17は、非晶質のn型半導体で形成された層である。n型非晶質層17の構成材料としては、例えば、n型非晶質シリコンが採用できる。なお、ここで言う「n型」とは、電荷を運ぶキャリアとして自由電子が使われるものを表す。
The p-type amorphous layer 15 is a layer formed of an amorphous p-type semiconductor. As a constituent material of the p-type amorphous layer 15, for example, p-type amorphous silicon or p-type amorphous silicon carbide (SiC) can be employed. Note that the “p-type” referred to here represents one in which holes are used as carriers for carrying charges.
The i-type amorphous layer 16 is a layer formed of an amorphous i-type semiconductor. As a constituent material of the i-type amorphous layer 16, for example, i-type amorphous silicon can be employed. The “i-type” referred to here represents a pure product to which substantially no impurities are added.
The n-type amorphous layer 17 is a layer formed of an amorphous n-type semiconductor. As a constituent material of the n-type amorphous layer 17, for example, n-type amorphous silicon can be adopted. The “n-type” referred to here represents one in which free electrons are used as carriers for carrying charges.

続いて、結晶質光電変換ユニット12の層構成について説明する。本実施形態の薄膜太陽電池1は、結晶質光電変換ユニット12に特徴的構成を有している。
結晶質光電変換ユニット12は、基板2側(図2では下)から順に少なくともp型結晶層18、i型結晶層20、n型非晶質層21、n型合金層22、n型微結晶層23が積層された5層から形成されている。即ち、i型結晶層20とn型微結晶層23との間には、n型非晶質層21及びn型合金層22が介在している。
Next, the layer configuration of the crystalline photoelectric conversion unit 12 will be described. The thin film solar cell 1 of the present embodiment has a characteristic configuration in the crystalline photoelectric conversion unit 12.
The crystalline photoelectric conversion unit 12 includes at least a p-type crystal layer 18, an i-type crystal layer 20, an n-type amorphous layer 21, an n-type alloy layer 22, and an n-type microcrystal in order from the substrate 2 side (lower in FIG. 2). The layer 23 is formed of five layers stacked. That is, the n-type amorphous layer 21 and the n-type alloy layer 22 are interposed between the i-type crystal layer 20 and the n-type microcrystalline layer 23.

p型結晶層18は、結晶質のp型半導体で形成された層であり、好適には微結晶質のp型半導体で形成された層である。p型結晶層18の構成材料としては、例えば、p型微結晶シリコンが採用できる。ここでいう「結晶」とは、非晶質以外のものを表す。即ち、微結晶や多結晶等を含む概念である。また、「微結晶」とは、非晶質成分に対して結晶体積分率が1%からほぼ100%、結晶粒径が1nmから2μmの結晶を指す。
i型結晶層20は、結晶質のi型半導体で形成された層である。i型結晶層20の構成材料としては、例えば、i型結晶質シリコンが採用できる。
The p-type crystal layer 18 is a layer formed of a crystalline p-type semiconductor, and is preferably a layer formed of a microcrystalline p-type semiconductor. As a constituent material of the p-type crystal layer 18, for example, p-type microcrystalline silicon can be employed. “Crystal” as used herein refers to something other than amorphous. That is, it is a concept including microcrystals and polycrystals. “Microcrystal” refers to a crystal having a crystal volume fraction of 1% to almost 100% and a crystal grain size of 1 nm to 2 μm with respect to the amorphous component.
The i-type crystal layer 20 is a layer formed of a crystalline i-type semiconductor. As a constituent material of the i-type crystal layer 20, for example, i-type crystalline silicon can be employed.

n型非晶質層21は、非晶質のn型半導体で形成された層であり、i型結晶層20よりもバンドギャップが大きい材料によって形成されている。n型非晶質層21の構成材料としては、例えば、i型結晶層20がi型結晶質シリコンである場合、n型非晶質シリコンやn型非晶質シリコンカーバイド等が採用できる。   The n-type amorphous layer 21 is a layer formed of an amorphous n-type semiconductor, and is formed of a material having a band gap larger than that of the i-type crystal layer 20. As a constituent material of the n-type amorphous layer 21, for example, when the i-type crystal layer 20 is i-type crystalline silicon, n-type amorphous silicon, n-type amorphous silicon carbide, or the like can be employed.

n型非晶質層21の膜厚は、0.1nm〜20nmであることが好ましく、0.5nm〜5nmであることが特に好ましい。   The film thickness of the n-type amorphous layer 21 is preferably 0.1 nm to 20 nm, and particularly preferably 0.5 nm to 5 nm.

n型合金層22は、酸素、炭素、窒素の中から選ばれた1種類以上の元素(異種元素)と、シリコン元素とからなるシリコン合金で構成される。
例えば、n型合金層22は、n型非晶質シリコンカーバイド(SiC)、n型微結晶シリコンオキサイド(SiO2)、n型非晶質シリコンナイトライド(Si34)、n型非晶質シリコンオキシナイトライド(SiOxy)等で構成されていることが好ましい。特に、n型非晶質シリコンカーバイド、n型微結晶シリコンオキサイドを用いることがより好ましい。n型非晶質層21よりも屈折率が低い点、即ち光反射特性が高い点で、n型微結晶シリコンオキサイドがさらに好ましい。
The n-type alloy layer 22 is composed of a silicon alloy composed of one or more elements selected from oxygen, carbon, and nitrogen (heterogeneous elements) and a silicon element.
For example, the n-type alloy layer 22 includes n-type amorphous silicon carbide (SiC), n-type microcrystalline silicon oxide (SiO 2 ), n-type amorphous silicon nitride (Si 3 N 4 ), n-type amorphous. it is preferably formed of quality silicon oxynitride (SiO x N y) or the like. In particular, it is more preferable to use n-type amorphous silicon carbide and n-type microcrystalline silicon oxide. N-type microcrystalline silicon oxide is more preferable in that the refractive index is lower than that of the n-type amorphous layer 21, that is, the light reflection property is high.

n型合金層22の膜厚は、5nm〜100nmであることが好ましく、15nm〜60nmであることが特に好ましい。   The film thickness of the n-type alloy layer 22 is preferably 5 nm to 100 nm, and particularly preferably 15 nm to 60 nm.

また、n型微結晶層23は、微結晶質のn型半導体から形成される層であり、例えば、n型微結晶シリコンが採用できる。   The n-type microcrystalline layer 23 is a layer formed from a microcrystalline n-type semiconductor. For example, n-type microcrystalline silicon can be used.

n型微結晶層23の膜厚は、0.1nm〜30nmであることが好ましく、2.5nm〜15nmであることが特に好ましい。
以上が、結晶質光電変換ユニット12の層構成である。
The film thickness of the n-type microcrystalline layer 23 is preferably 0.1 nm to 30 nm, and particularly preferably 2.5 nm to 15 nm.
The above is the layer configuration of the crystalline photoelectric conversion unit 12.

続いて、第2電極層6に目を移すと、第2電極層6は、n型微結晶層23上に入射光側(図2下側)から順に酸化物層8と反射電極層10が積層した構造を有している。酸化物層8の材料は、特に限定するものではないが、インジウム錫酸化物(ITO)や酸化亜鉛(ZnO)等の金属酸化物などが好適である。また、反射電極層10の材料は、特に限定されるものではないが、アルミニウム(Al)、銀(Ag)が好ましく、例えば、金属や合金や電気伝導性化合物並びにこれらの混合物なども用いることができる。酸化物層8と反射電極層10はそれぞれ各種公知の方法によって形成できるが、特にCVD法やスパッタ法や真空蒸着法で形成することが好ましい。   Subsequently, when the eyes are moved to the second electrode layer 6, the second electrode layer 6 has an oxide layer 8 and a reflective electrode layer 10 on the n-type microcrystalline layer 23 in order from the incident light side (lower side in FIG. 2). It has a laminated structure. The material of the oxide layer 8 is not particularly limited, but metal oxides such as indium tin oxide (ITO) and zinc oxide (ZnO) are suitable. The material of the reflective electrode layer 10 is not particularly limited, but is preferably aluminum (Al) or silver (Ag). For example, a metal, an alloy, an electrically conductive compound, and a mixture thereof may be used. it can. The oxide layer 8 and the reflective electrode layer 10 can be formed by various known methods, but it is particularly preferable to form them by a CVD method, a sputtering method, or a vacuum evaporation method.

封止部材7の材質は特に限定するものではないが、例えば、エチレン/酢酸ビニル共重合体(EVA)、エチレン/酢酸ビニル/トリアリルイソシアヌレート(EVAT)、ポリビニルブチラート(PVB)、ポリイソブチレン(PIB)や、ポリオレフィン系の樹脂やアイオノマー系樹脂等が採用できる。硬化するための熱処理工程を必要としない観点から、ポリオレフィン系の樹脂やアイオノマー系樹脂が好ましい。
さらに封止部材7の光電変換ユニット5側に水分吸収材や酸素吸収材を設けてもよいし、封止部材自体にこれらを配合してもよい。このような吸収材としては、例えば、酸化バリウム(BaO)、酸化カルシウム(CaO)、アルカリ金属、アルカリ土類金属あるいは活性酸化鉄微粉末等が利用可能である。
以上が薄膜太陽電池1の構成の説明である。
The material of the sealing member 7 is not particularly limited. For example, ethylene / vinyl acetate copolymer (EVA), ethylene / vinyl acetate / triallyl isocyanurate (EVAT), polyvinyl butyrate (PVB), polyisobutylene. (PIB), polyolefin resin, ionomer resin, or the like can be used. From the viewpoint of not requiring a heat treatment step for curing, polyolefin-based resins and ionomer-based resins are preferable.
Furthermore, a moisture absorbing material or an oxygen absorbing material may be provided on the photoelectric conversion unit 5 side of the sealing member 7, or these may be blended in the sealing member itself. As such an absorbent, for example, barium oxide (BaO), calcium oxide (CaO), alkali metal, alkaline earth metal, or active iron oxide fine powder can be used.
The above is the description of the configuration of the thin film solar cell 1.

次に、本実施形態に係る薄膜太陽電池1の製造方法について説明する。
薄膜太陽電池1は、例えば高周波プラズマCVD装置と、真空蒸着装置と、レーザースクライブ装置とを使用して製造される。以下、工程毎に順次説明する。
Next, the manufacturing method of the thin film solar cell 1 which concerns on this embodiment is demonstrated.
The thin film solar cell 1 is manufactured using, for example, a high-frequency plasma CVD apparatus, a vacuum vapor deposition apparatus, and a laser scribing apparatus. Hereinafter, each process will be described in order.

まず、基板2の上に、第1電極層3を成膜する。
第1電極層3の材料には、酸化インジウム錫(ITO)、酸化錫(SnO2)酸化亜鉛(ZnO)等が用いられる。第1電極層3は、CVD法やスパッタ法や真空蒸着法によって基板2に形成される。
First, the first electrode layer 3 is formed on the substrate 2.
As the material of the first electrode layer 3, indium tin oxide (ITO), tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO), or the like is used. The first electrode layer 3 is formed on the substrate 2 by a CVD method, a sputtering method, or a vacuum evaporation method.

そして続いて、必要に応じてレーザースクライブ工程を行い、第1電極層3に対して第1電極層分離溝を形成する。   Subsequently, a laser scribing process is performed as necessary to form first electrode layer separation grooves in the first electrode layer 3.

なお、レーザースクライブ装置としては、例えばX・Yテーブルと、レーザー発生装置及び光学係部材を有するものを用いることができる。第一レーザースクライブ工程は、基板2をX・Yテーブル上に設置し、レーザー光線を照射しつつ、基板2を縦方向に一定の速度で直線移動させることによって行う。そしてX・Yテーブルを横方向に移動してレーザー光線の照射位置をずらし、レーザー光線を照射しつつ基板2を再度縦方向に直線移動させることによって行う。   In addition, as a laser scribing apparatus, what has an XY table, a laser generator, and an optical engagement member can be used, for example. The first laser scribing step is performed by placing the substrate 2 on an XY table and moving the substrate 2 linearly at a constant speed in the vertical direction while irradiating the laser beam. Then, the X / Y table is moved in the horizontal direction to shift the irradiation position of the laser beam, and the substrate 2 is linearly moved again in the vertical direction while irradiating the laser beam.

第一レーザースクライブ工程を終えた基板は、飛散した皮膜を除去するために、場合によって、表面を洗浄する。なお、洗浄方法は公知の洗浄方法が適用できる。   The substrate after the first laser scribing step is cleaned on the surface in some cases in order to remove the scattered film. A known cleaning method can be applied as the cleaning method.

次に、この第1電極層3上に非晶質光電変換ユニット11を成膜する。即ち、この基板上にp型非晶質層15、i型非晶質層16、n型非晶質層17の順に3層を形成する。   Next, an amorphous photoelectric conversion unit 11 is formed on the first electrode layer 3. That is, three layers of a p-type amorphous layer 15, an i-type amorphous layer 16, and an n-type amorphous layer 17 are formed in this order on the substrate.

非晶質光電変換ユニット11の各層は、各種公知の方法によって成膜することができるが、特にプラズマCVD法を用いることが好ましい。プラズマCVD法を用いた場合の非晶質光電変換ユニット11の各層の形成条件は、基板温度100℃〜300℃、圧力20〜2600Pa、プラズマ出力0.003〜0.6W/cm2であることが好ましい。また、非晶質光電変換ユニット11の各層の形成に用いられる原料ガスとしては、モノシラン(SiH4)やジシラン(Si26)等のシリコン含有ガスや、これらのシリコン含有ガスを水素で希釈したものが採用できる。ドーパントガスは、p型非晶質層15にはジボラン(B26)等が採用でき、n型非晶質層17にはホスフィン(PH3)等が採用できる。 Each layer of the amorphous photoelectric conversion unit 11 can be formed by various known methods, but it is particularly preferable to use a plasma CVD method. The formation conditions of each layer of the amorphous photoelectric conversion unit 11 when using the plasma CVD method are a substrate temperature of 100 ° C. to 300 ° C., a pressure of 20 to 2600 Pa, and a plasma output of 0.003 to 0.6 W / cm 2. Is preferred. Moreover, as source gas used for formation of each layer of the amorphous photoelectric conversion unit 11, silicon-containing gases such as monosilane (SiH 4 ) and disilane (Si 2 H 6 ), and these silicon-containing gases are diluted with hydrogen. Can be used. As the dopant gas, diborane (B 2 H 6 ) or the like can be used for the p-type amorphous layer 15, and phosphine (PH 3 ) or the like can be used for the n-type amorphous layer 17.

続いて、この非晶質光電変換ユニット11上に結晶質光電変換ユニット12を成膜する。即ち、この基板上にp型結晶層18、i型結晶層20、n型非晶質層21、n型合金層22、n型微結晶層23の順に5層を形成する。
具体的には、まず、前記した基板上にp型結晶層18を成膜する。
p型結晶層18は、各種公知の方法によって成膜することができるが、特にプラズマCVD法を用いることが好ましい。
プラズマCVD法を用いた場合のp型結晶層18の形成条件は、基板温度100℃〜300℃、圧力500〜1300Pa、プラズマ出力0.03〜0.3W/cm2であることが好ましい。また、p型結晶層18の形成に用いられる原料ガスとしては、モノシラン(SiH4)やジシラン(Si26)等のシリコン含有ガスや、これらのシリコン含有ガスを水素で希釈したものが採用できる。ドーパントガスは、ジボラン(B26)等が採用できる。
Subsequently, a crystalline photoelectric conversion unit 12 is formed on the amorphous photoelectric conversion unit 11. That is, five layers of a p-type crystal layer 18, an i-type crystal layer 20, an n-type amorphous layer 21, an n-type alloy layer 22, and an n-type microcrystalline layer 23 are formed on the substrate in this order.
Specifically, first, the p-type crystal layer 18 is formed on the substrate.
The p-type crystal layer 18 can be formed by various known methods, but it is particularly preferable to use a plasma CVD method.
The formation conditions of the p-type crystal layer 18 when using the plasma CVD method are preferably a substrate temperature of 100 ° C. to 300 ° C., a pressure of 500 to 1300 Pa, and a plasma output of 0.03 to 0.3 W / cm 2 . As the source gas used for forming the p-type crystal layer 18, a silicon-containing gas such as monosilane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ), or a gas obtained by diluting these silicon-containing gases with hydrogen is employed. it can. Diborane (B 2 H 6 ) or the like can be used as the dopant gas.

続いて、p型結晶層18上にi型結晶層20を成膜する。
i型結晶層20は、各種公知の方法によって成膜することができるが、特にプラズマCVD法を用いることが好ましい。
プラズマCVD法を用いた場合のi型結晶層20の形成条件は、基板温度100℃〜300℃、圧力600〜2600Pa、プラズマ出力0.1〜0.7W/cm2であることが好ましい。また、i型結晶層20の形成に用いられる原料ガスとしては、モノシラン(SiH4)やジシラン(Si26)等のシリコン含有ガスや、これらのシリコン含有ガスを水素で希釈したものが採用できる。
Subsequently, an i-type crystal layer 20 is formed on the p-type crystal layer 18.
The i-type crystal layer 20 can be formed by various known methods, but it is particularly preferable to use a plasma CVD method.
The formation conditions of the i-type crystal layer 20 when the plasma CVD method is used are preferably a substrate temperature of 100 ° C. to 300 ° C., a pressure of 600 to 2600 Pa, and a plasma output of 0.1 to 0.7 W / cm 2 . As the source gas used for forming the i-type crystal layer 20, a silicon-containing gas such as monosilane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ), or a gas obtained by diluting these silicon-containing gases with hydrogen is employed. it can.

続いて、i型結晶層20上にn型非晶質層21を形成する。本発明の薄膜太陽電池の製造方法は、n型非晶質層21の成膜方法に特徴を有している。
n型非晶質層21は、基本的にプラズマCVD法によって成膜される。
Subsequently, an n-type amorphous layer 21 is formed on the i-type crystal layer 20. The method for manufacturing a thin-film solar cell of the present invention is characterized by a method for forming the n-type amorphous layer 21.
The n-type amorphous layer 21 is basically formed by a plasma CVD method.

n型非晶質層21の成膜工程は、3つの工程を包含している。即ち、n型非晶質層21の成膜工程は、図3のように初期成膜工程と、プラズマ処理工程と、後期成膜工程を有している。   The film forming process of the n-type amorphous layer 21 includes three processes. That is, the film formation process of the n-type amorphous layer 21 includes an initial film formation process, a plasma treatment process, and a late film formation process as shown in FIG.

初期成膜工程では、基板成膜面とCVD装置内の電極間の距離が7〜20mm、圧力が20〜2600Pa、プラズマ出力が0.003〜0.3W/cm2の条件でCVD法にて成膜を行う。この成膜に利用する原料ガスは、特に限定されないが、モノシラン(SiH4)やジシラン(Si26)等のシリコン含有ガスや、これらのシリコン含有ガスを水素で希釈したものが採用できる。特に非晶質シリコンの場合、モノシラン(SiH4)と水素の混合ガスが好適である。ドーパントガスは、ホスフィン(PH3)等が採用できる。そして、モノシラン(SiH4)とホスフィン(PH3)を用いて、n型非晶質層21を成膜した場合、モノシラン(SiH4)とホスフィン(PH3)の流量比は1:2であることが好ましい。
In the initial film formation process, the distance between the substrate film formation surface and the electrode in the CVD apparatus is 7 to 20 mm, the pressure is 20 to 2600 Pa, and the plasma output is 0.003 to 0.3 W / cm 2 by the CVD method. Film formation is performed. The source gas used for the film formation is not particularly limited, but a silicon-containing gas such as monosilane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ), or a gas obtained by diluting these silicon-containing gases with hydrogen can be employed. Particularly in the case of amorphous silicon, a mixed gas of monosilane (SiH 4 ) and hydrogen is suitable. As the dopant gas, phosphine (PH 3 ) or the like can be adopted. Then, monosilane (SiH 4) and phosphine (PH 3), when depositing the n-type amorphous layer 21, the flow rate of monosilane (SiH 4) and phosphine (PH 3) is 1: 2 It is preferable.

前記基板に対し、n型非晶質層21の成膜を開始する(第1成膜開始)。その後、所定の膜厚となるまで積層されると、成膜作業を停止し(第1成膜終了)、プラズマ処理工程に移る。
具体的には、n型非晶質層21の全成膜終了時の膜厚の30%〜70%が積層した段階を切り替え基準値として、プラズマ処理工程に移ることが好ましい。n型非晶質層21の全成膜終了時の膜厚の40%〜60%を切り替え基準値とすることがより好ましい。n型非晶質層21の全成膜終了時の膜厚の45%〜55%を切り替え基準値とすることが特に好ましい。
The film formation of the n-type amorphous layer 21 is started on the substrate (first film formation start). Thereafter, when the layers are stacked until a predetermined film thickness is reached, the film forming operation is stopped (end of the first film forming), and the process proceeds to the plasma processing step.
Specifically, it is preferable to shift to the plasma processing step using the stage where 30% to 70% of the film thickness at the end of the formation of the entire n-type amorphous layer 21 is stacked as the switching reference value. It is more preferable to set 40% to 60% of the film thickness at the end of the entire film formation of the n-type amorphous layer 21 as the switching reference value. It is particularly preferable to set 45% to 55% of the film thickness at the end of the entire film formation of the n-type amorphous layer 21 as the switching reference value.

続いて、プラズマ処理工程では、この基板に対して水素プラズマを照射する。
水素プラズマ処理の条件としては、基板成膜面とCVD装置内の電極間の距離が7〜20mm、圧力が20〜2600Pa、プラズマ出力が0.003〜0.3W/cm2が採用できる。プラズマ出力は0.1W/cm2以下が好ましく、0.05W/cm2以下であることがさらに好ましい。
Subsequently, in the plasma processing step, the substrate is irradiated with hydrogen plasma.
As conditions for the hydrogen plasma treatment, a distance of 7 to 20 mm, a pressure of 20 to 2600 Pa, and a plasma output of 0.003 to 0.3 W / cm 2 can be adopted between the substrate film formation surface and the electrode in the CVD apparatus. The plasma output is preferably 0.1 W / cm 2 or less, and more preferably 0.05 W / cm 2 or less.

基板に対して水素プラズマの照射を開始し、所定時間経過すると、水素プラズマの照射を終了し、後期成膜工程に移る。
具体的には、水素プラズマの照射開始時から5秒〜300秒経過することを切り替え基準時間として後期成膜工程に移ることが好ましい。水素プラズマの照射開始時から10秒〜180秒経過することを切り替え基準時間とすることがより好ましい。水素プラズマの照射開始時から30秒〜90秒経過することを切り替え基準時間とすることが特に好ましい。
Irradiation of hydrogen plasma to the substrate is started, and when a predetermined time has elapsed, the irradiation of hydrogen plasma is terminated, and the process proceeds to a later film formation step.
Specifically, it is preferable to move to the later film-forming process with the switching reference time being 5 seconds to 300 seconds from the start of the hydrogen plasma irradiation. It is more preferable that 10 seconds to 180 seconds elapse from the start of hydrogen plasma irradiation as the switching reference time. It is particularly preferable that 30 to 90 seconds elapse from the start of hydrogen plasma irradiation as the switching reference time.

後期成膜工程では、この基板に対してn型非晶質層21を成膜する(第2成膜開始)。
基板成膜面とCVD装置内の電極間の距離が7〜20mm、圧力が20〜2600Pa、プラズマ出力が0.003〜0.3W/cm2の条件でCVD法にて成膜を行う。この成膜に利用する原料ガスは、特に限定されないが、非晶質シリコンの場合、SiH4とH2の混合ガスが好適である。
その後、目標膜厚まで成膜されると、成膜を終了する(第2成膜終了)。
以上がn型非晶質層21の成膜工程である。
In the latter film formation step, the n-type amorphous layer 21 is formed on this substrate (second film formation start).
Film formation is performed by the CVD method under the conditions that the distance between the substrate film formation surface and the electrode in the CVD apparatus is 7 to 20 mm, the pressure is 20 to 2600 Pa, and the plasma output is 0.003 to 0.3 W / cm 2 . The source gas used for the film formation is not particularly limited, but in the case of amorphous silicon, a mixed gas of SiH 4 and H 2 is suitable.
Thereafter, when the film is formed to the target film thickness, the film formation is finished (second film formation is completed).
The film forming process of the n-type amorphous layer 21 has been described above.

続いて、上記して形成されたn型非晶質層21上にn型合金層22を形成する。   Subsequently, an n-type alloy layer 22 is formed on the n-type amorphous layer 21 formed as described above.

n型合金層22は、公知の方法によって成膜することができるが、特にプラズマCVD法を用いることが好ましい。
例えば、n型微結晶シリコンオキサイドをプラズマCVD法によって成膜する場合、成膜に利用する原料ガスはSiH4とH2とPH3とCH4の混合ガスが採用できる。この混合ガスの具体的な流量比としては、SiH4を1とすると、H2は10〜300、PH3は0.1〜10、CO2は0.5〜5.5であることが好ましい。また、n型微結晶シリコンオキサイドの成膜時のプラズマCVDの条件としては、基板成膜面とCVD装置の電極間の距離は、6〜13mm、圧力800〜1800Pa、プラズマ出力0.12〜0.27W/cm2が好適に採用できる。
n型非晶質シリコンカーバイドをプラズマCVD法によって成膜する場合、成膜に利用する原料ガスはSiH4とH2とPH3とCH4の混合ガスが採用できる。この混合ガスの具体的な流量比としては、SiH4を1とすると、H2は0〜10、PH3は1〜4、CH4は0.5〜2.0であることが好ましい。また、n型非晶質シリコンカーバイドの成膜時のプラズマCVDの条件としては、基板成膜面とCVD装置内の電極間の距離は、7〜20mm、圧力30〜200Pa、プラズマ出力0.005〜0.02W/cm2が好適に採用できる。
The n-type alloy layer 22 can be formed by a known method, but it is particularly preferable to use a plasma CVD method.
For example, when an n-type microcrystalline silicon oxide film is formed by plasma CVD, a mixed gas of SiH 4 , H 2 , PH 3, and CH 4 can be used as a source gas used for film formation. As a specific flow rate ratio of this mixed gas, when SiH 4 is 1, H 2 is preferably 10 to 300, PH 3 is preferably 0.1 to 10, and CO 2 is preferably 0.5 to 5.5. . Further, as conditions for plasma CVD at the time of forming the n-type microcrystalline silicon oxide, the distance between the substrate film formation surface and the electrode of the CVD apparatus is 6 to 13 mm, the pressure is 800 to 1800 Pa, and the plasma output is 0.12 to 0. .27 W / cm 2 can be suitably employed.
When forming an n-type amorphous silicon carbide film by the plasma CVD method, a mixed gas of SiH 4 , H 2 , PH 3, and CH 4 can be used as a source gas used for film formation. As a specific flow ratio of this mixed gas, when SiH 4 is 1, H 2 is preferably 0 to 10, PH 3 is preferably 1 to 4, and CH 4 is preferably 0.5 to 2.0. The plasma CVD conditions for forming the n-type amorphous silicon carbide are as follows: the distance between the substrate deposition surface and the electrode in the CVD apparatus is 7 to 20 mm, the pressure is 30 to 200 Pa, and the plasma output is 0.005. -0.02 W / cm < 2 > can be employ | adopted suitably.

続いて、上記して形成されたn型合金層22上にn型微結晶層23を成膜する。   Subsequently, an n-type microcrystalline layer 23 is formed on the n-type alloy layer 22 formed as described above.

n型微結晶層23は、公知の方法によって成膜することができるが、特にプラズマCVD法を用いることが好ましい。
例えば、n型微結晶シリコンをプラズマCVD法によって成膜する場合、成膜に利用する原料ガスはSiH4とH2とPH3の混合ガスが採用できる。また、n型微結晶シリコンの成膜時のプラズマCVDの条件としては、基板成膜面とCVD装置内の電極間の距離が7〜20mm、圧力が500〜1300Pa、プラズマ出力が0.03〜0.3W/cm2であることが好ましい。
The n-type microcrystalline layer 23 can be formed by a known method, but it is particularly preferable to use a plasma CVD method.
For example, when n-type microcrystalline silicon is formed by a plasma CVD method, a mixed gas of SiH 4 , H 2, and PH 3 can be used as a source gas used for film formation. The conditions for plasma CVD during the deposition of n-type microcrystalline silicon are as follows: the distance between the substrate deposition surface and the electrode in the CVD apparatus is 7 to 20 mm, the pressure is 500 to 1300 Pa, and the plasma output is 0.03 to 0.03. It is preferably 0.3 W / cm 2 .

そして、CVD装置から取り出した基板に対して、必要に応じて第二レーザースクライブ工程を行い、光電変換ユニット5に光電変換層分離溝を形成する。   And a 2nd laser scribing process is performed with respect to the board | substrate taken out from the CVD apparatus as needed, and the photoelectric converting layer separation groove | channel is formed in the photoelectric conversion unit 5. FIG.

続いて、真空蒸着装置に前記基板を挿入し、光電変換ユニット5の上に、第2電極層6を形成する。   Subsequently, the substrate is inserted into a vacuum evaporation apparatus, and the second electrode layer 6 is formed on the photoelectric conversion unit 5.

さらに続いて、必要に応じて第三レーザースクライブ工程を行い、第2電極層6と光電変換ユニット5の双方に単位発光素子分離溝を形成する。   Subsequently, a third laser scribing process is performed as necessary to form unit light emitting element separation grooves in both the second electrode layer 6 and the photoelectric conversion unit 5.

そして、さらに図示しない給電電極の形成や、必要に応じてその外側における分離溝(図示せず)の形成、分離溝の外側部分の第2電極層6等の除去を行う。
その後、封止部材7を設置し、加熱圧着するラミネート工程及びキュア工程を実施し、本実施形態の薄膜太陽電池1が完成する。
Further, a power supply electrode (not shown) is formed, a separation groove (not shown) on the outside thereof is formed as necessary, and the second electrode layer 6 and the like on the outer portion of the separation groove are removed.
Thereafter, the sealing member 7 is installed, and a laminating process and a curing process in which heat sealing is performed are performed, and the thin film solar cell 1 of the present embodiment is completed.

上記のように形成された薄膜太陽電池1は、n型非晶質層21はi型結晶層20よりもバンドギャップが大きいため、価電子帯側での電子の収集効果が優れている。即ち、高い開放電圧を有する。また、n型非晶質層21はn型にドープされているため、ホールが入り込むことによるキャリアの再結合を抑制できる。
また、上記のような薄膜太陽電池1の製造方法によれば、n型非晶質層21の成膜工程は、水素プラズマ処理を施すプラズマ処理工程を有するため、i型結晶層20上にn型非晶質層21を積層する際に発生するダングリングボンドをパッシベートすることが可能である。
In the thin film solar cell 1 formed as described above, the n-type amorphous layer 21 has a band gap larger than that of the i-type crystal layer 20, so that the electron collecting effect on the valence band side is excellent. That is, it has a high open circuit voltage. Further, since the n-type amorphous layer 21 is doped n-type, recombination of carriers due to entry of holes can be suppressed.
Moreover, according to the manufacturing method of the thin film solar cell 1 as described above, the film forming process of the n-type amorphous layer 21 includes a plasma processing process for performing a hydrogen plasma process. It is possible to passivate dangling bonds generated when the type amorphous layer 21 is laminated.

上記した実施形態では、光電変換ユニット5は、非晶質光電変換ユニット11と結晶質光電変換ユニット12の2つの光電変換ユニットを有していたが、少なくとも1つの結晶質光電変換ユニット12を有していればよく、光電変換ユニットの数には限定されない。即ち、結晶質光電変換ユニット12だけでも良いし、3つ以上の光電変換ユニットを有していてもよい。   In the above-described embodiment, the photoelectric conversion unit 5 has the two photoelectric conversion units of the amorphous photoelectric conversion unit 11 and the crystalline photoelectric conversion unit 12, but has at least one crystalline photoelectric conversion unit 12. The number of photoelectric conversion units is not limited. That is, only the crystalline photoelectric conversion unit 12 may be provided, or three or more photoelectric conversion units may be provided.

上記した実施形態では、n型非晶質層21の成膜工程において、初期成膜工程からプラズマ処理工程に切り替える切り替え基準値をn型非晶質層21の全成膜終了時の膜厚を基準としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、n型非晶質層21の全成膜時間に対するn型非晶質層21の成膜時間を成膜基準値としてもよい。   In the embodiment described above, in the film formation process of the n-type amorphous layer 21, the switching reference value for switching from the initial film formation process to the plasma treatment process is set to the film thickness at the end of the film formation of the n-type amorphous layer 21. However, the present invention is not limited to this, and the film formation time of the n-type amorphous layer 21 relative to the total film formation time of the n-type amorphous layer 21 may be used as the film formation reference value.

上記した実施形態では、キュア工程を行ったが、本発明はこれに限定されるものではなく、封止部材の材料によってキュア工程を省略しても良い。例えば、ポリオレフィン系の樹脂やアイオノマー系樹脂を用いるとコストアップ及び生産性ダウンとなるキュア処理を省略できる。   In the above-described embodiment, the curing process is performed. However, the present invention is not limited to this, and the curing process may be omitted depending on the material of the sealing member. For example, when a polyolefin resin or an ionomer resin is used, a curing process that increases costs and reduces productivity can be omitted.

上記した実施形態では、i型結晶層20を成膜後、n型非晶質層21の成膜工程に移行したが、本発明はこれに限定されるものではなく、i型結晶層20を成膜後、i型結晶層20に水素プラズマ処理を施した後にn型非晶質層21の成膜工程に移行してもよい。   In the above-described embodiment, after forming the i-type crystal layer 20, the process proceeds to the process of forming the n-type amorphous layer 21. However, the present invention is not limited to this, and the i-type crystal layer 20 is formed. After the film formation, the i-type crystal layer 20 may be subjected to a hydrogen plasma treatment and then may be shifted to the film formation process of the n-type amorphous layer 21.

以下に、実施例をもって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

本発明の具体的な実施例および実施例に対する比較例の薄膜太陽電池の作製手順と、これらの評価結果を説明する。   A specific example of the present invention and a manufacturing procedure of a thin film solar cell of a comparative example with respect to the example and evaluation results thereof will be described.

〔実施例1〕
実施例1においては、以下の手順により、図1に概念的に示されるハイブリッド型薄膜太陽電池を製作した。
[Example 1]
In Example 1, a hybrid thin film solar cell conceptually shown in FIG. 1 was manufactured by the following procedure.

まず、厚さ5.0mmの透明導電性ガラス(TCO膜付ガラス)に第一レーザースクライブ工程を実施した。   First, a first laser scribing step was performed on a transparent conductive glass (glass with a TCO film) having a thickness of 5.0 mm.

次に、非晶質光電変換ユニット11を形成した。即ち、前記TCO膜付ガラスを高周波プラズマCVD装置内に導入し、160℃に加熱した後、膜厚15nmのp型非晶質シリコンカーバイド層、膜厚300nmのi型非晶質シリコン層および膜厚30nmのn型非晶質シリコン層を順次積層した。   Next, an amorphous photoelectric conversion unit 11 was formed. That is, after introducing the glass with a TCO film into a high-frequency plasma CVD apparatus and heating to 160 ° C., a p-type amorphous silicon carbide layer having a thickness of 15 nm, an i-type amorphous silicon layer having a thickness of 300 nm, and a film N-type amorphous silicon layers having a thickness of 30 nm were sequentially stacked.

続いて、結晶質光電変換ユニットを形成した。即ち、プラズマCVD装置を用いて、膜厚15nmのp型微結晶シリコン層、膜厚1.5μmのi型結晶質シリコン層、膜厚3nmのn型非晶質シリコン層、膜厚50nmのn型シリコン合金層、膜厚10nmのn型微結晶シリコン層を順次積層した。
その際のi型結晶質シリコン層の成膜条件は、基板成膜面−電極間距離10mm、圧力1000Pa、プラズマ出力0.3W/cm2、SiH4とH2の流量比は1:100とした。この成膜条件での平均成膜速度は0.3nm/秒であった。
n型非晶質シリコン層の成膜条件は、基板成膜面−電極間距離10mm、圧力300Pa、プラズマ出力0.04W/cm2、SiH4とPH3の流量比は1:2とした。
n型シリコン合金層としてn型微結晶シリコンオキサイド層を成膜した。成膜条件は、基板成膜面−電極間距離10mm、圧力1000Pa、プラズマ出力0.15W/cm2、SiH4とPH3とCO2の流量比は1:2:5とした。また、n型微結晶シリコン層の成膜条件は、基板成膜面−電極間距離10mm、圧力800Pa、プラズマ出力0.15W/cm2、SiH4とPH3とH2の流量比は1:4:200とした。
Subsequently, a crystalline photoelectric conversion unit was formed. That is, using a plasma CVD apparatus, a p-type microcrystalline silicon layer having a thickness of 15 nm, an i-type crystalline silicon layer having a thickness of 1.5 μm, an n-type amorphous silicon layer having a thickness of 3 nm, and an n-type having a thickness of 50 nm. A type silicon alloy layer and an n-type microcrystalline silicon layer having a thickness of 10 nm were sequentially laminated.
In this case, the i-type crystalline silicon layer is formed under the following conditions: the substrate deposition surface-electrode distance is 10 mm, the pressure is 1000 Pa, the plasma output is 0.3 W / cm 2 , and the flow ratio of SiH 4 and H 2 is 1: 100. did. The average film formation speed under these film formation conditions was 0.3 nm / second.
The deposition conditions for the n-type amorphous silicon layer were as follows: the distance between the substrate deposition surface and the electrode was 10 mm, the pressure was 300 Pa, the plasma output was 0.04 W / cm 2 , and the flow ratio of SiH 4 and PH 3 was 1: 2.
An n-type microcrystalline silicon oxide layer was formed as an n-type silicon alloy layer. The film forming conditions were such that the distance between the substrate film forming surface and the electrode was 10 mm, the pressure was 1000 Pa, the plasma output was 0.15 W / cm 2 , and the flow ratio of SiH 4 , PH 3 and CO 2 was 1: 2: 5. The film formation conditions for the n-type microcrystalline silicon layer are as follows: the distance between the substrate formation surface and the electrode is 10 mm, the pressure is 800 Pa, the plasma output is 0.15 W / cm 2 , and the flow ratio of SiH 4 , PH 3 and H 2 is 1: 4: 200.

次に、前記成膜されたガラス基板に、第二レーザースクライブ工程を実施した。
その後、厚さ80nmの酸化亜鉛からなる酸化物層8をスパッタ法により形成し、厚さ250nmの銀からなる反射電極層10を電子ビーム蒸着法によって形成した。さらに、第三レーザースクライブ工程を実施した。
Next, a second laser scribing step was performed on the formed glass substrate.
Thereafter, an oxide layer 8 made of zinc oxide having a thickness of 80 nm was formed by sputtering, and a reflective electrode layer 10 made of silver having a thickness of 250 nm was formed by electron beam evaporation. Furthermore, a third laser scribe process was performed.

作製したハイブリッド型薄膜太陽電池に、測定雰囲気温度おおび太陽電池の温度が25±1℃の条件下で、スペクトル分布AM1.5、エネルギー密度100W/cm2の擬似太陽光を照射し、電圧および電流を測定することで、薄膜太陽電池の出力特性を測定した(以下、キュア前と表す)。 The fabricated hybrid thin-film solar cell is irradiated with simulated sunlight having a spectral distribution AM1.5 and an energy density of 100 W / cm 2 under the conditions where the measurement ambient temperature and the temperature of the solar cell are 25 ± 1 ° C. By measuring the current, the output characteristics of the thin film solar cell were measured (hereinafter referred to as “before curing”).

次にエチレン/酢酸ビニル共重合体(EVA)を用いて封止工程を実施した。ラミネート工程実施後、150℃、120分の条件にてキュア処理を実施して架橋反応を終了させた後、測定雰囲気温度おおび太陽電池の温度が25±1℃の条件下で、スペクトル分布AM1.5、エネルギー密度100W/cm2の擬似太陽光を照射し、再度、薄膜太陽電池の出力特性を測定した(以下、キュア後と表す)。 Next, the sealing process was implemented using the ethylene / vinyl acetate copolymer (EVA). After the laminating step, the curing process is performed at 150 ° C. for 120 minutes to complete the crosslinking reaction, and then the spectrum distribution AM1 is measured under the conditions where the measurement ambient temperature and the temperature of the solar cell are 25 ± 1 ° C. .5, simulated sunlight with an energy density of 100 W / cm 2 was irradiated, and the output characteristics of the thin-film solar cell were measured again (hereinafter referred to as after curing).

〔実施例2〕
実施例1に準じてハイブリッド型薄膜太陽電池を作成したが、実施例2においては、n型非晶質シリコン層の成膜途中にプラズマ処理を実施した。n型非晶質シリコン層を膜厚1.5nm積層した段階で成膜を一旦停止して、チャンバ内のガスを排気した。次に、基板成膜面−電極間距離10mm、圧力500Pa、プラズマ出力0.04W/cm2、H2流量0.1sccm/cm2の条件にて60秒間水素プラズマ処理を行った。終了後、引き続きn型非晶質シリコン層の残り膜厚1.5nm積層したことが、実施例1と異なっていた。
[Example 2]
A hybrid thin film solar cell was prepared according to Example 1, but in Example 2, plasma treatment was performed during the formation of the n-type amorphous silicon layer. When the n-type amorphous silicon layer was deposited to a thickness of 1.5 nm, the film formation was temporarily stopped and the gas in the chamber was exhausted. Next, hydrogen plasma treatment was performed for 60 seconds under the conditions of a substrate deposition surface-electrode distance of 10 mm, a pressure of 500 Pa, a plasma output of 0.04 W / cm 2 , and an H 2 flow rate of 0.1 sccm / cm 2 . After completion, the remaining thickness of the n-type amorphous silicon layer was 1.5 nm, which was different from Example 1.

〔比較例1〕
実施例1に準じてハイブリッド型薄膜太陽電池を作製したが、比較例1においては、結晶質光電変換ユニットのn型非晶質シリコン層を成膜しなかったことが、実施例1と異なっていた。
[Comparative Example 1]
A hybrid thin-film solar cell was manufactured according to Example 1, but in Comparative Example 1, the n-type amorphous silicon layer of the crystalline photoelectric conversion unit was not formed, which is different from Example 1. It was.

実施例1、2及び比較例1における薄膜太陽電池の出力特性評価の結果を表1に示す。なお、表1では、比較例1のデータを基準として規格化している。   Table 1 shows the results of the evaluation of the output characteristics of the thin-film solar cells in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1. In Table 1, the data of Comparative Example 1 is normalized based on the standard.

Figure 0005636325
なお、Iscは短絡電流、Vocは開放電圧、FFは曲線因子、及びEffは光電変換効率を表している。
Figure 0005636325
Note that Isc represents a short circuit current, Voc represents an open circuit voltage, FF represents a fill factor, and Eff represents a photoelectric conversion efficiency.

実施例1、2は、キュア前、キュア後のいずれにおいても、比較例1に比べて、開放電圧と曲線因子が向上し、高い光電変換効率の薄膜太陽電池が得られた。また、本実施例では、キュア後だけではなく、キュア前においても、高い光電変換効率が得られた。即ち、n型非晶質シリコンの導入によりキュア処理無しでも高い開放電圧と曲線因子が示された。そのため、例えば、ポリオレフィン系やアイオノマー系樹脂の封止部材を用いるとキュア処理を短縮することができる。   In Examples 1 and 2, the open-circuit voltage and the fill factor were improved compared to Comparative Example 1 both before and after curing, and a thin film solar cell with high photoelectric conversion efficiency was obtained. In this example, high photoelectric conversion efficiency was obtained not only after curing but also before curing. That is, a high open-circuit voltage and a fill factor were shown even without a curing treatment by introducing n-type amorphous silicon. Therefore, for example, when a polyolefin-based or ionomer-based resin sealing member is used, the curing process can be shortened.

1 薄膜太陽電池
2 基板
3 第1電極層
5 光電変換ユニット(光電変換層)
6 第2電極層
7 封止部材
11 非晶質光電変換ユニット
12 結晶質光電変換ユニット
15 p型非晶質層
16 i型非晶質層
17 n型非晶質層
18 p型結晶層
20 i型結晶層
21 n型非結晶質層
22 n型合金層
23 n型微結晶層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thin film solar cell 2 Board | substrate 3 1st electrode layer 5 Photoelectric conversion unit (photoelectric conversion layer)
6 Second electrode layer 7 Sealing member 11 Amorphous photoelectric conversion unit 12 Crystalline photoelectric conversion unit 15 p-type amorphous layer 16 i-type amorphous layer 17 n-type amorphous layer 18 p-type crystal layer 20 i Type crystal layer 21 n type amorphous layer 22 n type alloy layer 23 n type microcrystalline layer

Claims (8)

基板上に少なくとも、透光性を有する第1電極層と、光電変換層と、第2電極層が積層された薄膜太陽電池において、
光電変換層は、少なくとも結晶質光電変換ユニットを有しており、
結晶質光電変換ユニットは、p型結晶層と、i型結晶層と、n型微結晶層を有しており、
前記p型結晶層は、p型微結晶シリコンから形成されており、
前記i型結晶層は、i型結晶質シリコンから形成されており、
前記n型微結晶層は、n型微結晶シリコンから形成されており、
i型結晶層とn型微結晶層との間にはi型結晶層側から順にn型非晶質層とn型合金層が積層されており、
前記n型合金層は、酸素、炭素、窒素の中から選ばれた1種類以上の元素と、ケイ素元素とからなるシリコン合金により形成されており、
前記n型合金層は、n型微結晶シリコンオキサイドであり、
n型非晶質層は、非晶質のn型半導体で形成された層であって、i型結晶層よりもバンドギャップが大きく、
前記n型非晶質層は、n型非晶質シリコンで形成されていることを特徴とする薄膜太陽電池。
In a thin film solar cell in which at least a first electrode layer having translucency, a photoelectric conversion layer, and a second electrode layer are stacked on a substrate,
The photoelectric conversion layer has at least a crystalline photoelectric conversion unit,
The crystalline photoelectric conversion unit has a p-type crystal layer, an i-type crystal layer, and an n-type microcrystalline layer,
The p-type crystal layer is made of p-type microcrystalline silicon,
The i-type crystal layer is made of i-type crystalline silicon,
The n-type microcrystalline layer is formed of n-type microcrystalline silicon,
Between the i-type crystal layer and the n-type microcrystalline layer, an n-type amorphous layer and an n-type alloy layer are laminated in order from the i-type crystal layer side,
The n-type alloy layer is formed of a silicon alloy including one or more elements selected from oxygen, carbon, and nitrogen and a silicon element,
The n-type alloy layer is n-type microcrystalline silicon oxide,
n-type amorphous layer is a layer formed of an amorphous n-type semiconductor, a band gap than the i-type crystalline layer is rather large,
The thin-film solar cell, wherein the n-type amorphous layer is formed of n-type amorphous silicon .
n型合金層の膜厚は、5nm〜100nmであることを特徴とする請求項1に記載の薄膜太陽電池。 The thin film solar cell according to claim 1, wherein the n-type alloy layer has a thickness of 5 nm to 100 nm. n型非晶質層の膜厚は、0.1nm〜20nmであることを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の薄膜太陽電池。 The film thickness of the n-type amorphous layer, thin-film solar cell according to claim 1 or 2, characterized in that it is 0.1Nm~20nm. n型微結晶層の膜厚は、0.1nm〜30nmであることを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載の薄膜太陽電池。 The thin film solar cell according to any one of claims 1 to 3 , wherein the film thickness of the n-type microcrystalline layer is 0.1 nm to 30 nm. 光電変換層は、前記結晶質光電変換ユニットに加えて、p型非晶質層、i型非晶質層、及びn型非晶質層を備えた非晶質光電変換ユニットを有し、
前記p型非晶質層は、p型非晶質シリコン又はp型非晶質シリコンカーバイドから形成されており、
前記i型非晶質層は、i型非晶質シリコンから形成されており、
前記n型非晶質層は、n型非晶質シリコンから形成されていることを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載の薄膜太陽電池。
The photoelectric conversion layer has an amorphous photoelectric conversion unit including a p-type amorphous layer, an i-type amorphous layer, and an n-type amorphous layer in addition to the crystalline photoelectric conversion unit,
The p-type amorphous layer is made of p-type amorphous silicon or p-type amorphous silicon carbide,
The i-type amorphous layer is made of i-type amorphous silicon,
The n-type amorphous layer, thin-film solar cell according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it is formed from n-type amorphous silicon.
光電変換層は、基板側から非晶質光電変換ユニット、結晶質光電変換ユニットの順に積層されていることを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載の薄膜太陽電池。 The thin film solar cell according to any one of claims 1 to 5 , wherein the photoelectric conversion layer is laminated in the order of an amorphous photoelectric conversion unit and a crystalline photoelectric conversion unit from the substrate side. 請求項1乃至のいずれかに記載の薄膜太陽電池を製造する方法において、n型非晶質層を成膜する工程は、成膜の途中に水素プラズマ処理を施すプラズマ処理工程を有することを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。 A method of manufacturing a thin film solar cell according to any of claims 1 to 6, the step of forming the n-type amorphous layer, that has a plasma processing step of performing hydrogen plasma treatment on the way of deposition A method for producing a thin-film solar cell. n型非晶質層の目標する膜厚の30%から70%が積層された段階で、前記プラズマ処理工程を行うことを特徴とする請求項に記載の薄膜太陽電池の製造方法。 8. The method of manufacturing a thin film solar cell according to claim 7 , wherein the plasma treatment step is performed when 30% to 70% of a target film thickness of the n-type amorphous layer is laminated.
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