JPH06196738A - Manufacture of solar battery - Google Patents

Manufacture of solar battery

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JPH06196738A
JPH06196738A JP43A JP34301792A JPH06196738A JP H06196738 A JPH06196738 A JP H06196738A JP 43 A JP43 A JP 43A JP 34301792 A JP34301792 A JP 34301792A JP H06196738 A JPH06196738 A JP H06196738A
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JP
Japan
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layer
transparent layer
transparent
substrate
solar cell
Prior art date
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JP43A
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Japanese (ja)
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Jo Toyama
上 遠山
Katsumi Nakagawa
克己 中川
Toshihiro Yamashita
敏裕 山下
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Priority to JP43A priority Critical patent/JPH06196738A/en
Publication of JPH06196738A publication Critical patent/JPH06196738A/en
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Abstract

PURPOSE:To increase a reflection efficiency of a rear surface reflection layer to be manufactured, and to improve a conversion efficiency of a solar battery by forming a transparent layer by the sputtering method in which zinc oxide is used in an atmosphere made of at least H2 and an inactive gas. CONSTITUTION:Initially, a metal layer 102 having a high reflection factor is formed on the surface of a conductive substrate 101. A transparent layer 103 having a finely rugged surface is formed on the surface of the metal layer 102. A semiconductor junction 104 is also formed on this transparent layer 103. For example, in the case of a pin-type a-Si solar battery, the semiconductor junction 104 is made up of an n-type a-Si 105, an i-type a-Si 106, and a p-type Si 107. A front surface transparent electrode 108 and a comb-shaped collecting electrode 109 are formed on the semiconductor junction 104. Hence, since the surface of the metal layer 102 is smooth, a reflection factor of light is improved at the metal surface. The surface of the transparent layer 103 has a texture structure, and hence sun light is effectively absorbed by a solar battery, thereby leading to an improved conversion efficiency.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は太陽電池の製法に関し、
特に高性能で信頼性が高く、しかも量産が可能な太陽電
池の製法に関するものである。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method for manufacturing a solar cell,
In particular, the present invention relates to a method of manufacturing a solar cell which has high performance and high reliability and can be mass-produced.

【0002】[0002]

【従来の技術】人類のこれからのエネルギー源として、
その使用の結果発生する二酸化炭素のために地球の温暖
化をもたらすと言われる石油や石炭、あるいは不測の事
故や正常な運転時においても放射線の危険が皆無でない
原子力に全面的に依存していく事は問題が多い。その
点、太陽電池は、太陽をエネルギー源としており地球環
境に対する影響が極めて少ないので、一層の普及が期待
されている。しかし現状ではその本格的な普及を妨げて
いるいくつかの問題点がある。
2. Description of the Related Art As a future energy source for humanity,
Carbon dioxide generated as a result of its use will be totally dependent on oil and coal, which are said to bring about global warming, and nuclear power, which has no risk of radiation during unexpected accidents and normal operation. Things are problematic. In this respect, the solar cell uses the sun as an energy source and has an extremely small effect on the global environment, and thus is expected to be further popularized. However, at present, there are some problems that prevent its full-scale spread.

【0003】従来、太陽光発電用としては、単結晶のシ
リコンが多く用いられてきた。しかしこの種の太陽電池
では結晶の成長に多くのエネルギーと時間を要し、また
その後も複雑な工程が必要となるため、量産効果が上が
りにくく、低価格での提供が困難であった。
Conventionally, single crystal silicon has been often used for solar power generation. However, this type of solar cell requires a large amount of energy and time for crystal growth, and a complicated process is required thereafter, so that it is difficult to increase the mass production effect and it is difficult to provide it at a low price.

【0004】一方、アモルファスシリコンン(以下「a
−Si」と記載する。)、あるいはCdS・CuInS
2 などの化合物半導体を用いた、いわゆる薄膜半導体
太陽電池が盛んに研究、開発されてきた。これらの太陽
電池では、ガラスやステンレススティールなどの安価な
基板上に必要なだけの半導体層を形成すればよく、その
製造工程も比較的簡単であり、低価格化できる可能性を
持っている。しかしこの薄膜半導体太陽電池は、その変
換効率が結晶シリコン太陽電池に比べて低く、しかも長
期の使用に対する信頼性に不安があるため、これまで本
格的に使用されてこなかった。そこで薄膜太陽電池の性
能を改善するため、様々な工夫がなされている。
On the other hand, amorphous silicon (hereinafter referred to as "a"
-Si ". ), Or CdS / CuInS
So-called thin film semiconductor solar cells using compound semiconductors such as e 2 have been actively researched and developed. In these solar cells, it suffices to form as many semiconductor layers as necessary on an inexpensive substrate such as glass or stainless steel, the manufacturing process thereof is relatively simple, and there is a possibility of cost reduction. However, this thin-film semiconductor solar cell has not been used in earnest until now because its conversion efficiency is lower than that of crystalline silicon solar cells and there is concern about its reliability for long-term use. Therefore, various measures have been taken in order to improve the performance of the thin film solar cell.

【0005】その一つが基板表面の光の反射率を高める
ことにより、薄膜半導体層で吸収されなかった太陽光
を、再び薄膜半導体層に戻し入射光を有効に利用するた
めの裏面反射層である。この場合、透明な基板の基板側
から太陽光を入射させる場合には、薄膜半導体の表面に
形成する電極を銀(Ag)、アルミニウム(Al)、銅
(Cu)など反射率の高い金属で形成するのが好適であ
る。また薄膜半導体層の表面から太陽光を入射させる場
合には、同様の金属の層を基板上に形成した後、半導体
層を形成するのが良い。また金属層と薄膜半導体層の間
に適当な光学的性質を持った透明層を介在させること
で、多重干渉効果によって反射率を更に高めることがで
きる。図6(a)、(b)は、シリコンと各種金属の間
に透明層として酸化亜鉛(ZnO)を介在させなかった
場合(a)、介在させた場合(b)における反射率の向
上を示すシミュレーションの結果である。
One of them is a back reflection layer for increasing the reflectance of light on the surface of the substrate to return the sunlight not absorbed by the thin film semiconductor layer to the thin film semiconductor layer again and effectively utilize the incident light. . In this case, when sunlight is incident from the substrate side of the transparent substrate, the electrode formed on the surface of the thin film semiconductor is formed of a metal having a high reflectance such as silver (Ag), aluminum (Al), or copper (Cu). Is preferred. When sunlight is incident on the surface of the thin film semiconductor layer, it is preferable to form a similar metal layer on the substrate and then form the semiconductor layer. Further, by interposing a transparent layer having appropriate optical properties between the metal layer and the thin film semiconductor layer, the reflectance can be further enhanced by the multiple interference effect. FIGS. 6 (a) and 6 (b) show the improvement in reflectance with and without zinc oxide (ZnO) as a transparent layer between silicon and various metals (a) and (b). It is the result of the simulation.

【0006】この様な透明層を用いる事は、薄膜半導体
太陽電池の信頼性を高める上で効果がある。更に例えば
特公昭60−41878には透明層を用いる事により半
導体と金属層の合金化を防止できるとの記載がある。ま
た米国特許第4,532,372号および第4,59
8,306号には、適度な抵抗を持った透明層を用いる
事により半導体層に短絡箇所が発生しても電極間に過剰
な電流が流れるのを防止できるとの記載がある。
The use of such a transparent layer is effective in improving the reliability of the thin film semiconductor solar cell. Further, for example, Japanese Patent Publication No. 60-41878 describes that a semiconductor layer and a metal layer can be prevented from alloying by using a transparent layer. Also, U.S. Pat. Nos. 4,532,372 and 4,59
No. 8,306 describes that by using a transparent layer having an appropriate resistance, it is possible to prevent an excessive current from flowing between electrodes even if a short circuit portion occurs in the semiconductor layer.

【0007】また薄膜太陽電池の変換効率を高めるため
の別の工夫として、太陽電池の表面又は/及び裏面反射
層との界面を微細な凹凸状とする(テクスチャー構造)
方法がある。このような構成とする事により、太陽電池
の表面又は/裏面反射層との界面で太陽光が散乱され、
更に半導体の内部に閉じこめられ(光トラップ効果)、
半導体中で有効に吸収される様になる。基板が透明な場
合には、基板上の酸化すず(SnO2 )などの透明電極
の表面をテクスチャー構造にすると良い。また薄膜半導
体の表面から太陽光を入射する場合には、裏面反射層に
用いる金属層の表面をテクスチャー構造とすればよい。
M.Hirasaka,K.Suzuki,K.Nak
atani,M.Asano,M.Yano,H.Ok
aniwaは、Alを基板温度や堆積速度を調整して堆
積する事により裏面反射層用のテクスチャー構造が得ら
れる事を示している(Solar Cell Mate
rials 20 (1990) pp99−11
0)。このようなテクスチャー構造の裏面反射層を用い
た事による入射光の吸収の増加の例を図7に示す。ここ
で曲線(a)は、金属層として平滑なAgを用いた場合
の分光感度曲線(b)はテクスチャ−構造のAgを用い
た分光感度を示す。
Further, as another device for improving the conversion efficiency of the thin film solar cell, the surface of the solar cell or / and the interface with the back reflection layer is made into fine irregularities (texture structure).
There is a way. With such a configuration, the sunlight is scattered at the front surface of the solar cell or at the interface with the back surface reflection layer,
Furthermore, it is trapped inside the semiconductor (optical trap effect),
It will be effectively absorbed in the semiconductor. When the substrate is transparent, the surface of the transparent electrode such as tin oxide (SnO 2 ) on the substrate may have a textured structure. When sunlight is incident from the surface of the thin film semiconductor, the surface of the metal layer used for the back surface reflection layer may have a texture structure.
M. Hirasaka, K .; Suzuki, K .; Nak
atani, M .; Asano, M .; Yano, H .; Ok
aniwa has shown that a texture structure for the back reflection layer can be obtained by depositing Al by adjusting the substrate temperature and the deposition rate (Solar Cell Mate).
rials 20 (1990) pp99-11
0). FIG. 7 shows an example of an increase in absorption of incident light due to the use of the back surface reflection layer having such a texture structure. Here, the curve (a) shows the spectral sensitivity when smooth Ag is used as the metal layer, and the curve (b) shows the spectral sensitivity when texture-structured Ag is used.

【0008】更に金属層と透明層の2層からなる裏面反
射層の考え方と、テクスチャー構造の考え方を組み合わ
せる事もできる。米国特許第4,419,533号に
は、金属層の表面がテクスチャー構造を持ち、且つその
上に透明層が形成された裏面反射層の考え方が開示され
ている。この様な組み合わせにより太陽電池の変換効率
は著しく向上する事が期待される。
Furthermore, it is possible to combine the idea of the backside reflecting layer consisting of two layers of a metal layer and a transparent layer with the idea of the texture structure. U.S. Pat. No. 4,419,533 discloses a concept of a back reflection layer in which the surface of a metal layer has a texture structure and a transparent layer is formed on the texture structure. It is expected that such a combination will significantly improve the conversion efficiency of the solar cell.

【0009】しかしながら本発明者等の知見によれば、
実際にはあらかじめ期待されたほどの効果が得られない
事が多かった。また薄膜半導体の堆積条件によっては、
透明層が設けられているにも拘らず、形成された太陽電
池の高温高湿下での使用に対する十分な信頼性が得られ
ていない事があった。このため薄膜半導体太陽電池は低
価格にて生産できる可能性がありながら、太陽光発電用
に本格的に普及するに至っていなかった。
However, according to the findings of the present inventors,
In many cases, the expected results were not actually obtained. Also, depending on the deposition conditions of the thin film semiconductor,
Despite the provision of the transparent layer, the formed solar cell may not have sufficient reliability for use under high temperature and high humidity. For this reason, thin-film semiconductor solar cells have the potential to be produced at low prices, but have not come into widespread use for solar power generation.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、従来の
裏面反射層には次のような問題点がある事を見いだし
た。a)金属層のテクスチャー構造化に伴う反射率の低
下 金属層をテクスチャー構造とすると表面で反射される光
は様々な方向に乱反射される。しかしこの点を考慮し、
あらゆる方向に反射された光を集められる積分球を備え
た反射率測定装置を用いて測定しても、テクスチャー構
造とされた金属層は平滑な金属に比べ、反射率がかなり
低下する傾向がある。特にAlやCuの場合にはその傾
向が著しい。このため薄膜半導体を通過してきた光を有
効に反射し薄膜半導体に送り返す事ができない。この結
果、太陽電池の変換効率が期待したほど高くならない。 b)透明層表面への金属の拡散 裏面反射層の上に薄膜半導体を堆積する際には、通常は
200度以上の基板温度とされる。この様な温度では金
属原子が透明層を貫通して透明層の表面まで拡散し得
る。このように金属が直接薄膜半導体層と接触した場合
透明層の機能が不十分となり信頼性の低下を招くものと
思われる。 c)後工程での問題 薄膜半導体層にはピンホール等の欠陥箇所があるため、
この様な欠陥箇所を介して薄膜半導体表面の電極と透明
層が直接接触し得る。透明層が適度な抵抗を持っていな
いと、この部分で過剰な電流が流れるのを防止できな
い。
The present inventors have found that the conventional backside reflecting layer has the following problems. a) Reduction of reflectance due to texture structure of metal layer When the metal layer has a texture structure, light reflected on the surface is diffusely reflected in various directions. But considering this point,
The textured metal layer tends to have a much lower reflectivity than a smooth metal, even when measured using a reflectometer with an integrating sphere that collects light reflected in all directions. . Especially in the case of Al or Cu, this tendency is remarkable. Therefore, the light passing through the thin film semiconductor cannot be effectively reflected and returned to the thin film semiconductor. As a result, the conversion efficiency of the solar cell is not as high as expected. b) Diffusion of metal to the surface of the transparent layer When depositing a thin film semiconductor on the back surface reflection layer, the substrate temperature is usually 200 ° C. or higher. At such a temperature, metal atoms can penetrate the transparent layer and diffuse to the surface of the transparent layer. When the metal directly contacts the thin film semiconductor layer as described above, the function of the transparent layer is insufficient and the reliability may be deteriorated. c) Problems in the post-process Since there are defects such as pinholes in the thin film semiconductor layer,
The electrode on the surface of the thin film semiconductor and the transparent layer may be in direct contact with each other through such a defective portion. If the transparent layer does not have an appropriate resistance, it is impossible to prevent excessive current from flowing in this portion.

【0011】それ故に本発明の目的は、改良された裏面
反射層の製法を提供することにある。
Therefore, it is an object of the present invention to provide an improved method of making a backside reflective layer.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明者らはこれらの問
題点の検討の結果、以下に説明する本発明の基本概念を
想起するに至ったものである。
As a result of studying these problems, the present inventors have come to recall the basic concept of the present invention described below.

【0013】本発明による太陽電池の製法の手順の一例
を図1に示した。図1(a)において、導電性の基板1
01の表面に反射率の高い金属層102を形成する。こ
こで、基板101自身が十分反射率の高い材料でできて
いる場合は、金属層102は省略しても良い。また少な
くとも金属層102の表面は平滑となるように形成す
る。その上に図2に示したDCマグネトロンスパッタ装
置により、その表面が微細な凹凸状である図1(b)の
透明層103を形成する。
FIG. 1 shows an example of a procedure for manufacturing the solar cell according to the present invention. In FIG. 1A, the conductive substrate 1
A metal layer 102 having a high reflectance is formed on the surface of No. 01. Here, when the substrate 101 itself is made of a material having a sufficiently high reflectance, the metal layer 102 may be omitted. Further, at least the surface of the metal layer 102 is formed so as to be smooth. The DC magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 2 is formed thereon to form the transparent layer 103 of FIG.

【0014】ここで図2により透明層103の形成方法
の一例であるDCマグネトロンスパッタ法について述べ
る。堆積室201は図示しない排気ポンプにより真空排
気できる。この推積室201の内部に、図示しないガス
ボンベに接続されたガス導入管202a、202bを介
して、H2 およびアルゴン(Ar)等の不活性ガスが所
望の混合比となるように所定流量導入され、また排気弁
203の開度を調整して堆積室201内は所定の圧力と
される。平滑な金属層を表面に有する基板204は内部
に、ヒーター205が設けられたアノード206の表面
に固定される。アノード206に対向して、その表面に
ターゲット207が固定され、また内部に図示しない磁
石を備えたカソード電極208が設けられている。ター
ゲット207は純度99.9%の酸化亜鉛である。カソ
ード電極208は電源209に接続されている。そして
電源209により直流(DC)の高電圧を加え、カソー
ド・アノード間にプラズマ210をたてる。このプラズ
マ中での作用により、ターゲット207の酸化亜鉛が水
素と結合した水酸化亜鉛、および水素との結合に至らな
かった酸化亜鉛が、基板204上に堆積されると思われ
る。
A DC magnetron sputtering method, which is an example of a method of forming the transparent layer 103, will be described with reference to FIG. The deposition chamber 201 can be evacuated by an exhaust pump (not shown). A predetermined flow rate of an inert gas such as H 2 and argon (Ar) is introduced into the deposition chamber 201 via gas introduction pipes 202a and 202b connected to a gas cylinder (not shown). In addition, the inside of the deposition chamber 201 is set to a predetermined pressure by adjusting the opening of the exhaust valve 203. A substrate 204 having a smooth metal layer on its surface is fixed inside the surface of an anode 206 provided with a heater 205. A target 207 is fixed to the surface of the anode 206 facing the anode 206, and a cathode electrode 208 having a magnet (not shown) is provided inside. The target 207 is zinc oxide having a purity of 99.9%. The cathode electrode 208 is connected to the power source 209. Then, a high voltage of direct current (DC) is applied by the power source 209 to form plasma 210 between the cathode and the anode. It is considered that due to the action in the plasma, zinc hydroxide in which the zinc oxide of the target 207 is bonded to hydrogen and zinc oxide which has not been bonded to hydrogen are deposited on the substrate 204.

【0015】こうして得られた透明層103は、半導体
層を透過してきた太陽光に対しては透明であり、また適
度な電気抵抗を持っており、その表面はテクスチャー構
造となっている。更にこの上には、図1(c)のように
半導体接合104がある。ここでは半導体接合としてp
in型のa−Si太陽電池を用いた例を示す。即ち半導
体接合104は、n型a−Si105、i型a−Si1
06、p型a−Si107から構成される。半導体接合
104が薄い場合には、図1(c)に示すように、半導
体接合104全体が透明層103と同様のテクスチャー
構造を示す事が多い。また半導体接合104上には表面
の透明電極108が、更にその上には櫛型の集電電極1
09が設けられる。
The transparent layer 103 thus obtained is transparent to sunlight that has passed through the semiconductor layer and has an appropriate electric resistance, and its surface has a texture structure. Further above this, there is a semiconductor junction 104, as shown in FIG. Here, p is used as the semiconductor junction.
An example using an in-type a-Si solar cell is shown. That is, the semiconductor junction 104 includes the n-type a-Si 105 and the i-type a-Si1.
06, p-type a-Si 107. When the semiconductor junction 104 is thin, the entire semiconductor junction 104 often exhibits a texture structure similar to that of the transparent layer 103, as shown in FIG. A transparent electrode 108 on the surface is provided on the semiconductor junction 104, and a comb-shaped collector electrode 1 is further provided on the transparent electrode 108.
09 are provided.

【0016】以上の手順によって作製した半導体太陽電
池では次のような効果が生じる。 a)金属層102(又は基板101自身)の表面が平滑
であるため、金属面での光の反射率が高まる。しかも透
明層103(及び半導体接合104)の表面がテクスチ
ャー構造を持っていることで、半導体接合104内部で
の光トラップ効果が生じる。そのため入射した太陽光が
効果的に吸収され、太陽電池の変換効率が向上する。 b)金属層102(又は基板101自身)の表面が平滑
であるため、透明層103との接触面積が減少し、透明
層103への金属原子の拡散等の反応が起こりにくくな
る。 c)透明層103が適度な抵抗を持っているため、たと
え半導体層に欠陥を生じても過剰な電流が流れない。
The semiconductor solar cell manufactured by the above procedure has the following effects. a) Since the surface of the metal layer 102 (or the substrate 101 itself) is smooth, the reflectance of light on the metal surface is increased. Moreover, since the surface of the transparent layer 103 (and the semiconductor junction 104) has a texture structure, an optical trap effect occurs inside the semiconductor junction 104. Therefore, the incident sunlight is effectively absorbed, and the conversion efficiency of the solar cell is improved. b) Since the surface of the metal layer 102 (or the substrate 101 itself) is smooth, the contact area with the transparent layer 103 is reduced, and reactions such as diffusion of metal atoms into the transparent layer 103 are less likely to occur. c) Since the transparent layer 103 has an appropriate resistance, an excessive current does not flow even if a defect occurs in the semiconductor layer.

【0017】本発明の方法によって得られたその表面が
微細な凹凸状の透明層の光の透過率は一般的には高いほ
ど良いが、半導体に吸収される波長域の光に対しては、
透明である必要はない。透明層はピンホールなどによる
電流を抑制するためにはむしろ抵抗があった方がよい。
一方この抵抗による直列抵抗損失が太陽電池の変換効率
に与える影響が無視できる範囲でなくてはならない。こ
の様な観点から単位面積(1cm2 ) あたりの抵抗の範
囲は、好ましくは10-6〜10Ω、更に好ましくは10
-5〜3Ω、最も好ましくは10-4〜1Ωである。
Generally, the higher the light transmittance of the transparent layer having a fine uneven surface obtained by the method of the present invention, the better. However, for the light in the wavelength range absorbed by the semiconductor,
It need not be transparent. The transparent layer should have resistance in order to suppress the current due to pinholes.
On the other hand, the effect of the series resistance loss due to this resistance on the conversion efficiency of the solar cell must be within a range that can be ignored. From this point of view, the range of resistance per unit area (1 cm 2) is preferably 10 −6 to 10 Ω, and more preferably 10
-5 to 3 Ω, most preferably 10 -4 to 1 Ω.

【0018】また透明層の膜厚は透明性の点からは薄い
ほどよいが、表面のテクスチャー構造を取るためには、
平均的な膜厚として1000オングストローム以上必要
である。また信頼性の点からこれ以上の膜厚が必要な場
合もある。
The thickness of the transparent layer is preferably as thin as possible in terms of transparency, but in order to have a texture structure on the surface,
An average film thickness of 1000 Å or more is required. Further, from the viewpoint of reliability, a film thickness larger than this may be required.

【0019】テクスチャー構造によって光閉じ込めが起
こる理由としては、金属層自身がテクスチャー構造を取
っている場合には金属層での光の散乱が考えられる。金
属層が平滑で透明層がテクスチャー構造を取る場合に
は、半導体の表面及び/又は透明層との界面に於いて入
射光の位相が凹部と凸部でずれる事による散乱が考えら
れる。ピッチとしては好ましくは3000〜20000
オングストローム程度、より好ましくは4000〜15
000オングストロームである。また高さの差として好
ましくは500〜20000オングストローム、より好
ましくは700〜10000オングストロームとなる。
または半導体の表面が透明層と同様なテクスチャー構造
になると光の位相差による光の散乱が起こり易く光トラ
ップの効果が高い。
The reason why light is confined by the texture structure is considered to be light scattering in the metal layer when the metal layer itself has a texture structure. When the metal layer is smooth and the transparent layer has a texture structure, scattering may occur due to the phase shift of the incident light between the concave portion and the convex portion at the surface of the semiconductor and / or the interface with the transparent layer. The pitch is preferably 3000 to 20000
About angstrom, more preferably 4000-15
000 angstroms. The height difference is preferably 500 to 20,000 angstroms, more preferably 700 to 10,000 angstroms.
Alternatively, when the surface of the semiconductor has a texture structure similar to that of the transparent layer, light scattering is likely to occur due to the phase difference of light, and the effect of optical trapping is high.

【0020】[0020]

【作用】本発明によって作製された裏面反射層は反射効
率が高く、これを用いることによって入射する太陽光を
有効に利用できるため、高い変換効率が得られる。また
半導体層と金属層の直接の接触や欠陥箇所でもリーク電
流が防止でき、このため、信頼性の高い薄膜太陽電池を
低いコストで提供することができる。
The back reflective layer produced according to the present invention has a high reflection efficiency, and by using this, incident sunlight can be effectively utilized, and thus a high conversion efficiency can be obtained. Further, leakage current can be prevented even in direct contact between the semiconductor layer and the metal layer or a defective portion, and thus a highly reliable thin film solar cell can be provided at low cost.

【0021】[0021]

【実施例】以下本発明の効果を示すための実験について
説明する。
EXAMPLES Experiments for showing the effects of the present invention will be described below.

【0022】(実験1)5×5cmのステンレス板(S
US430)上にDCマグネトロンスパッタ法にてAl
を1500オングストローム堆積した。この時の基板温
度を室温とした。その上にDCマグネトロンスパッタ法
にて、H2 およびArガス雰囲気中にて酸化亜鉛のター
ゲットを用いて、透明層を5000オングストローム堆
積した。このときの基板温度を150℃とした。外観
上、Alの表面は平滑であり光沢があった。また透明層
の表面は、SEM観察によると、ピッチ5000−80
00オングストローム程度の凹凸が見られ、外観上は白
濁していた。
(Experiment 1) 5 × 5 cm stainless steel plate (S
US430) on the Al by DC magnetron sputtering method
Was deposited to 1500 angstroms. The substrate temperature at this time was room temperature. A transparent layer of 5000 angstrom was deposited thereon by a DC magnetron sputtering method using a target of zinc oxide in an atmosphere of H 2 and Ar gas. The substrate temperature at this time was 150 ° C. In appearance, the surface of Al was smooth and glossy. The surface of the transparent layer has a pitch of 5000-80 according to SEM observation.
Unevenness of about 00 angstrom was observed, and the appearance was cloudy.

【0023】こうして形成した裏面反射層の上に、グロ
ー放電分解法にて、SiH4 、PH 3 を原料ガスとして
n型a−Si層を200オングストローム、SiH4
原料ガスとしてi型a−Si層を4000オングストロ
ーム、SiH4 、BF3 、H 2 を原料ガスとしてp型微
結晶(μc)Si層を100オングストローム堆積し半
導体接合とした。尚、SiH4 などのグロー放電分解法
によるa−Si中には、10%程度の水素(H)が含ま
れる為、一般にはa−Si:Hと表記されるが、本説明
中では簡単のため単にa−Siと表記する。この上に透
明電極として抵抗加熱蒸着法によってITO膜を650
オングストローム堆積した。更にその上に銀ペーストで
幅300ミクロンの集電電極を形成し試料1aとした。
On the back reflection layer thus formed, the gloss
-By discharge decomposition method, SiHFour, PH 3As source gas
n-type a-Si layer is 200 angstrom, SiHFourTo
4000 angstrom of i-type a-Si layer as source gas
Dome, SiHFour, BF3, H 2With p-type as a source gas
Deposit 100 Å of crystalline (μc) Si layer
Conductor connection was used. SiHFourGlow discharge decomposition method such as
A-Si contains about 10% hydrogen (H).
Therefore, it is generally written as a-Si: H, but this description
For simplicity, it is simply referred to as a-Si. Transparent on this
650 an ITO film as a bright electrode by resistance heating vapor deposition
Angstrom deposited. Further on it with silver paste
A collector electrode having a width of 300 μm was formed and used as a sample 1a.

【0024】次にH2 を導入しなかった他は、試料1a
と同様にして試料1bを得た。
Next, except that H 2 was not introduced, sample 1a was used.
Sample 1b was obtained in the same manner as in.

【0025】またAlの堆積時の基板温度を300℃と
した他は、試料1aと同様にして試料1cを得た。
A sample 1c was obtained in the same manner as the sample 1a except that the substrate temperature during Al deposition was 300 ° C.

【0026】更にステンレス基板と同サイズの表面を研
磨したAl基板を用い、Alの堆積を行わなかった他
は、試料1aと同様にして試料1dを得た。
A sample 1d was obtained in the same manner as the sample 1a except that an Al substrate having the same size as the stainless steel substrate and having a polished surface was used and Al was not deposited.

【0027】こうして得られた4種の試料をAM−1.
5のソーラーシミュレーターの下で測定し、太陽電池と
しての変換効率を評価した。結果を第1表に示す。
The four types of samples thus obtained were used as AM-1.
It measured under the solar simulator of 5 and evaluated the conversion efficiency as a solar cell. The results are shown in Table 1.

【0028】[0028]

【表1】 表1から以下のことが判る。 a)H2 を導入して堆積した透明層を有する裏面反射層
を用いると、どのような場合においても、H2 を導入し
なかった透明層を用いた場合に比べて変換効率は向上す
る。 b)最も効果が高い裏面反射層はAl層が平滑面で、H
2 を導入して堆積した透明層を用いた場合であった。 c)基板として研磨したAlを用いた場合も、平滑なA
l層を形成したのと同等の効果があった。
[Table 1] The following can be seen from Table 1. a) When the backside reflecting layer having a transparent layer deposited by introducing H 2 is used, the conversion efficiency is improved in any case as compared with the case where a transparent layer without H 2 is used. b) The most effective back reflection layer is an Al layer with a smooth surface, and H
This was the case when a transparent layer deposited by introducing 2 was used. c) Even if polished Al is used as the substrate, smooth A
The same effect as forming the 1-layer was obtained.

【0029】(実験2)実験1において、Alの代わり
にAgを用い、集電電極を形成しなかった他は、試料1
aと同様にして試料2aを得た。
(Experiment 2) In Experiment 1, except that Ag was used instead of Al and the current collecting electrode was not formed, Sample 1 was used.
Sample 2a was obtained in the same manner as a.

【0030】またAgの堆積時の基板温度として室温の
代わりに250度とした他は試料2aと同様にして、試
料2bを得た。
A sample 2b was obtained in the same manner as the sample 2a except that the substrate temperature at the time of Ag deposition was 250 degrees instead of room temperature.

【0031】試料2aではAgの表面は平滑であった。
ただしH2 を導入して堆積した透明層の表面はテクスチ
ャー構造であるため、裏面反射層全体としてはやや黄色
味を帯びて光沢がない。一方試料2bでは、Agの表面
がテクスチャー構造を示していた。表2に両試料のAM
−1.5での変換効率の測定結果を示す。
In the sample 2a, the surface of Ag was smooth.
However, since the surface of the transparent layer deposited by introducing H 2 has a texture structure, the entire back surface reflection layer is slightly yellowish and has no gloss. On the other hand, in Sample 2b, the surface of Ag showed a texture structure. Table 2 shows AM of both samples
The measurement result of the conversion efficiency in -1.5 is shown.

【0032】[0032]

【表2】 表2より、試料2bは著しく変換効率が低いが、これは
電流電圧特性から短絡が生じているためと考えられた。
更に両試料をSEMで観察すると、試料2bでは各所に
スポット状の欠陥が観察され、さらにオージェ分析の結
果よりこれらの箇所ではAgが表面まで拡散しているこ
とが判った。
[Table 2] From Table 2, Sample 2b had a remarkably low conversion efficiency, which was considered to be due to a short circuit due to the current-voltage characteristics.
Further, when both samples were observed by SEM, spot-like defects were observed at various places in the sample 2b, and it was found from the results of Auger analysis that Ag diffused to the surface at these places.

【0033】(実験3)透明層堆積時にO2 を導入した
他は、試料2aと同様にして試料3aを得た。試料3a
のAM−1.5での変換効率は10.1%であり、試料
2aとほぼ同様の変換効率が得られた。
(Experiment 3) A sample 3a was obtained in the same manner as the sample 2a except that O 2 was introduced at the time of depositing the transparent layer. Sample 3a
The conversion efficiency of AM-1.5 was 10.1%, which was almost the same as that of sample 2a.

【0034】(実験4)5×5cmのステンレス板(S
US430)上にDCマグネトロンスパッタ法にてAg
を1500オングストローム堆積した。この時の基板温
度を室温とした。その上にDCマグネトロンスパッタ法
にてH2 およびO2 およびArガス雰囲気中にて、亜鉛
のターゲットを用いて、透明層を4000オングストロ
ーム堆積した。このときの基板温度を200℃とした。
(Experiment 4) 5 × 5 cm stainless steel plate (S
US430) and Ag by DC magnetron sputtering method
Was deposited to 1500 angstroms. The substrate temperature at this time was room temperature. A transparent layer of 4000 angstroms was deposited thereon by a DC magnetron sputtering method in an atmosphere of H 2 and O 2 and Ar gas using a zinc target. The substrate temperature at this time was 200 ° C.

【0035】外観上、Agの表面は平滑であり光沢があ
った。また透明層の表面は、SEM観察によると、ピッ
チ6000〜10000オングストローム程度の凹凸が
見られ、外観上はやや黄色味を帯びて光沢がなかった。
こうして形成した裏面反射層の上に実施例1と同様にし
て試料4aを得た。
From the appearance, the surface of Ag was smooth and glossy. According to SEM observation, the surface of the transparent layer was found to have irregularities with a pitch of about 6000 to 10000 angstroms, and was slightly yellowish in appearance and was not glossy.
Sample 4a was obtained on the back reflective layer thus formed in the same manner as in Example 1.

【0036】次にH2 を導入しなかった他は、試料4a
と同様にして試料4bを得た。
Next, except that H 2 was not introduced, sample 4a was used.
Sample 4b was obtained in the same manner as in.

【0037】こうして得られた両試料をAM−1.5の
ソーラーシミュレーターの下で測定し、太陽電池として
の変換効率を評価した。結果を表3に示した。
Both the samples thus obtained were measured under a solar simulator of AM-1.5 to evaluate the conversion efficiency as a solar cell. The results are shown in Table 3.

【0038】[0038]

【表3】 表3から、H2 を導入して堆積した透明層を有する裏面
反射層を用いた場合はH2 を導入しなかった透明層を用
いた場合に比べて変換効率が向上することが判る。
[Table 3] From Table 3, in the case of using the back reflector layer having a transparent layer deposited by introducing of H 2 it can be seen that the conversion efficiency is improved as compared with the case of using the transparent layer was not introduced and H 2.

【0039】次に本発明によって作製された半導体太陽
電池における裏面反射層について詳しく説明する。 (基板及び金属層)基板としては各種の金属が用いられ
る。中でもステンレススティール板、亜鉛鋼板、アルミ
ニューム板、銅板等は、価格が比較的低く好適である。
これらの金属板は、一定の形状に切断して用いても良い
し、板厚によっては長尺のシート状の形態で用いても良
い。シート状の場合にはコイル状に巻く事ができるので
連続生産に適合性がよく、保管や輸送も容易になる。ま
た用途によっては、シリコン等の結晶基いたガラスやセ
ラミックスの板を用いることもできる。基板の表面は研
磨しても良いが、例えばブライトアニール処理されたス
テンレス板の様に仕上がりの良い場合にはそのまま用い
ても良い。
Next, the back surface reflection layer in the semiconductor solar cell manufactured according to the present invention will be described in detail. (Substrate and Metal Layer) Various metals are used as the substrate. Among them, stainless steel plate, zinc steel plate, aluminum plate, copper plate and the like are preferable because of their relatively low price.
These metal plates may be cut into a certain shape before use, or may be used in the form of a long sheet depending on the plate thickness. In the case of a sheet, it can be wound into a coil, which makes it suitable for continuous production and easy to store and transport. Further, depending on the application, a glass or ceramic plate based on crystals such as silicon can be used. Although the surface of the substrate may be polished, it may be used as it is if it has a good finish, such as a bright annealed stainless steel plate.

【0040】ステンレススティールや亜鉛鋼板の様にそ
のままでは光の反射率が低い基板、ガラス等の絶縁性基
板では、その上に銀やアルミニュームの様な反射率の高
い金属の層を堆積して用いる。但し、裏面反射層として
用いる場合には、太陽光のスペクトルの内の短波長の成
分は、既に半導体に吸収されているので、それより長波
長の光に対して反射率が高ければ十分である。どの波長
以上で反射率が高ければ良いかは、用いる半導体の光吸
収係数や膜厚に依存する。例えば厚さ4000オングス
トロームのa−Siの場合には、この波長は約6000
オングストロームとなり、銅が好適に使用できる(図6
参照)。またガラスやセラミックスの様にそのままでは
導電性の低い材料でも、金属の層を設けることによって
基板として使用可能となる。
On a substrate such as stainless steel or zinc steel plate which has a low light reflectance as it is, or on an insulating substrate such as glass, a metal layer having a high reflectance such as silver or aluminum is deposited on the substrate. To use. However, when it is used as the back surface reflection layer, the short wavelength component of the sunlight spectrum is already absorbed by the semiconductor, so that it is sufficient if the reflectance for light of a longer wavelength is higher. . Which wavelength or higher wavelength should have high reflectance depends on the light absorption coefficient and the film thickness of the semiconductor used. For example, in the case of a 4000 nm thick a-Si, this wavelength is about 6000.
It becomes Angstrom, and copper can be used preferably (Fig. 6).
reference). Further, even a material having a low conductivity as it is, such as glass or ceramics, can be used as a substrate by providing a metal layer.

【0041】金属層の堆積には、抵抗加熱や電子ビーム
による真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーテ
ィング法、CVD法、メッキ法等が用いられる。成膜法
の一例としてスパッタリング法の場合を説明する。図3
にスパッタリング装置の一例を示す。堆積室501は図
示しない排気ポンプで真空排気できる。この推積室50
1の内部に、図示しないガスボンベに接続されたガス導
入管502を介して、アルゴン(Ar)等の不性ガスが
所定の流量導入され、また排気弁503の開度を調整す
ることで堆積室501内は所定の圧力とされる。基板5
04は内部にヒーター505が設けられたアノード50
6の表面に固定される。アノード506に対向して、そ
の表面にターゲット507が固定されたカソード電極5
08が設けられている。ターゲット507は堆積される
べき金属のブロックであり、通常は純度99.9%ない
し99.999%程度の純金属であるが、場合により特
定の不純物を導入しても良い。カソード電極508は電
源509に接続されている。そして電源509によって
ラジオ周波数(RF)や直流(DC)の高電圧を加える
ことで、カソード・アノード間にプラズマ510をたて
る。このプラズマ510の作用により、ターゲット50
7の金属原子が基板504上に推積される。またカソー
ド508の内部に磁石を設けてプラズマの強度を高めた
マグネトロンスパッタリング装置では、堆積速度を高め
る事ができる。
For depositing the metal layer, a resistance heating method, an electron beam vacuum vapor deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a CVD method, a plating method, or the like is used. The case of the sputtering method will be described as an example of the film forming method. Figure 3
Shows an example of a sputtering apparatus. The deposition chamber 501 can be evacuated by an exhaust pump (not shown). This deposition chamber 50
A predetermined flow rate of an inert gas such as argon (Ar) is introduced into the inside of 1 through a gas introduction pipe 502 connected to a gas cylinder (not shown), and the opening of an exhaust valve 503 is adjusted to thereby form a deposition chamber. The inside of 501 is set to a predetermined pressure. Board 5
04 is an anode 50 having a heater 505 provided therein
It is fixed on the surface of 6. A cathode electrode 5 facing the anode 506 and having a target 507 fixed on the surface thereof.
08 is provided. The target 507 is a block of a metal to be deposited and is usually a pure metal having a purity of about 99.9% to 99.999%, but a specific impurity may be introduced depending on the case. The cathode electrode 508 is connected to the power source 509. Then, a radio frequency (RF) or direct current (DC) high voltage is applied by the power source 509 to form plasma 510 between the cathode and the anode. By the action of this plasma 510, the target 50
7 metal atoms are deposited on the substrate 504. Further, in a magnetron sputtering apparatus in which a magnet is provided inside the cathode 508 to enhance plasma intensity, the deposition rate can be increased.

【0042】以下に堆積条件の一例を挙げる。即ち、直
径6インチ、純度99.99%のAlターゲットを用
い、また表面を研磨した5cm×5cm厚さ1mmのス
テンレス板(sus430)を基板とした。ターゲット
基板間の距離は5cmとした。そしてArを10scc
m流しつつ、圧力を1.5mTorrに保ち、また直径
6インチ純度99.99%のAlターゲットを用いて5
00Vの直流電圧を加えたところ、プラズマが立ち、2
アンペアの電流が流れた。この状態で1分間放電を継続
した。また基板温度を、室温、100度、200度、3
00度と変えて試料5a、5b、5c、5dとした。表
4にこれらの試料の外観、SEM観察の結果をまとめ
た。
An example of deposition conditions will be given below. That is, an Al target having a diameter of 6 inches and a purity of 99.99% was used, and a stainless steel plate (sus430) having a surface of 5 cm × 5 cm and a thickness of 1 mm was used as a substrate. The distance between the target substrates was 5 cm. And Ar 10 scc
The pressure was kept at 1.5 mTorr while flowing m, and the Al target with a diameter of 6 inches and a purity of 99.99% was used.
When a DC voltage of 00V was applied, plasma started and 2
Ampere current flowed. In this state, discharging was continued for 1 minute. The substrate temperature is room temperature, 100 degrees, 200 degrees, 3
Samples 5a, 5b, 5c and 5d were changed to 00 degrees. Table 4 summarizes the appearance of these samples and the results of SEM observation.

【0043】[0043]

【表4】 表4から明らなように、基板温度を高めるとAlの表面
が平滑面からテクスチャー構造へと変化していくのが認
められる。他の金属、他の成膜方法においても概ね同様
の傾向がみられる。 (透明層及びそのレクスチャー構造)表面が微細な凹凸
状の透明層の成膜法であるスパッタ法を図2を用いて説
明する。ただしターゲットとしては酸化亜鉛を用いる場
合と、亜鉛のターゲットを用いる場合がある。両者の場
合とも、投入する電力量、導入するO2 流量、堆積室の
圧力等は電源がRFかDCか、ターゲット背面の磁石の
有無、磁石を設置した場合の磁場の強弱、あるいは基板
とターゲットの距離等々によって多少の違いはある。し
かし一般的には、前者の場合では、投入電力量はターゲ
ットの単位面積当たり0.5〜5W/cm2 、好ましく
は0.5〜4W/cm2 、更に好ましくは0.7〜3W
/cm2 である。また導入するO2 流量は、導入する不
活性ガス流量100に対して0〜10、好ましくは0〜
5、更に好ましくは0〜2である。また成膜時の堆積室
内の圧力は、0.5〜50mTorr、好ましくは1〜
30mTorr、更に好ましくは2〜20mTorrで
ある。
[Table 4] As is clear from Table 4, it is recognized that the Al surface changes from a smooth surface to a texture structure when the substrate temperature is increased. Similar tendencies are observed in other metals and other film forming methods. (Transparent Layer and Rexture Structure Thereof) A sputtering method, which is a film forming method of a transparent layer having a fine uneven surface, will be described with reference to FIG. However, zinc oxide may be used as the target or a zinc target may be used. In both cases, the amount of power to be input, the flow rate of O 2 to be introduced, the pressure of the deposition chamber, etc. are RF or DC as the power source, the presence or absence of a magnet on the back of the target, the strength of the magnetic field when the magnet is installed, or the substrate and the target. There are some differences depending on the distance and so on. However, in general, in the former case, the amount of input power 0.5~5W / cm 2 per unit area of the target, preferably 0.5 to 4 W / cm 2, more preferably 0.7~3W
/ Cm 2 . The O 2 flow rate to be introduced is 0 to 10, preferably 0 to 100 for the inert gas flow rate to be introduced.
5, more preferably 0-2. The pressure in the deposition chamber during film formation is 0.5 to 50 mTorr, preferably 1 to
It is 30 mTorr, more preferably 2 to 20 mTorr.

【0044】同様に後者の場合では、投入電力量はター
ゲットの単位面積当たり1〜30W/cm2 、好ましく
は1.5〜20W/cm2 、更に好ましくは2〜15W
/cm2 である。また導入するO2 流量は、導入する
不活性ガス流量100に対して1〜1500、好ましく
は5〜1000、更に好ましくは10〜800である。
また成膜時の堆積室の圧力の好適な範囲は、前者のター
ゲットが酸化亜鉛の場合と同様である。
[0044] Similarly, in the latter case, the amount of input power 1~30W / cm 2 per unit area of the target, preferably 1.5~20W / cm 2, more preferably 2~15W
/ Cm 2 . The O 2 flow rate to be introduced is 1 to 1500, preferably 5 to 1000, and more preferably 10 to 800 with respect to 100 to the introduced inert gas flow rate.
The preferable range of the pressure in the deposition chamber during film formation is the same as in the case where the former target is zinc oxide.

【0045】また両者いずれのターゲットを用いた場合
でも、導入するH2 流量は、前者の場合には導入する不
活性ガス流量100に対して0.1〜200、好ましく
は0.3〜150、更に好ましくは0.5〜100であ
る。後者の場合には導入するO2 流量100に対して
0.1〜200、好ましくは0.3〜150、更に好ま
しくは0.5〜100とすると安定、且つ再現性のある
透明層が得られる。
In the case of using either of the targets, the H 2 flow rate to be introduced is 0.1 to 200, preferably 0.3 to 150, relative to 100 flow rate of the inert gas to be introduced in the former case. More preferably, it is 0.5 to 100. In the latter case, a stable and reproducible transparent layer can be obtained when the O 2 flow rate is 100 to 200, preferably 0.3 to 150, and more preferably 0.5 to 100. .

【0046】ここでは一例としてDCマグネトロンスパ
ッタ法を挙げる。上記した通り図2において、堆積室2
01は図示しない排気ポンプで真空排気できる。また推
積室201の内部に図示しないガスボンベに接続された
ガス導入管202a、202bより、H2 およびアルゴ
ン(Ar)等の不活性ガスが所望の混合比となるように
所定流量導入され、また排気弁203の開度を調整し堆
積室201内は所定の圧力とされる。平滑な金属層を表
面に有する基板204は、内部にヒーター205が設け
られたアノード206の表面に固定される。アノード2
06に対向して、その表面にターゲット207が固定さ
れ、その内部に図示しない磁石を備えたカソード電極2
08が設けられている。カソード電極は電源209に接
続されている。そして電源209により、直流(DC)
の高電圧を加え、カソード・アノード間にプラズマ21
0を立てる。このプラズマ中での作用により、ターゲッ
ト207の酸化亜鉛が水素と結合した水酸化亜鉛および
水素との結合に至らなかった酸化亜鉛が基板204上に
堆積されると思われる。
Here, the DC magnetron sputtering method is taken as an example. As described above, in FIG.
01 can be evacuated by an exhaust pump (not shown). In addition, an inert gas such as H 2 and argon (Ar) is introduced into the deposition chamber 201 from gas introduction pipes 202a and 202b connected to a gas cylinder (not shown) at a predetermined flow rate so as to have a desired mixing ratio. The inside of the deposition chamber 201 is set to a predetermined pressure by adjusting the opening degree of the exhaust valve 203. The substrate 204 having a smooth metal layer on its surface is fixed to the surface of an anode 206 having a heater 205 provided therein. Anode 2
Cathode electrode 2 having a target 207 fixed to the surface thereof facing to 06 and having a magnet (not shown) inside thereof.
08 is provided. The cathode electrode is connected to the power source 209. Then, a direct current (DC) is generated by the power source 209.
High voltage is applied and plasma 21 is applied between the cathode and the anode.
Set 0. It is considered that due to the action in the plasma, zinc hydroxide in which the zinc oxide of the target 207 is bound to hydrogen and zinc oxide which has not been bound to hydrogen are deposited on the substrate 204.

【0047】次に、堆積条件の一例を挙げる。表面を研
磨した5cm×5cm厚さ1mmのステンレス板(su
s430)を基板とした。直径6インチ純度99.9%
の酸化亜鉛ターゲットを用い、ターゲット基板間の距離
を5cmとして、H2 を2sccm、Arを15scc
m流しつつ、圧力を3.5mTorrに保ち、直流電圧
を加えたところ、プラズマが立ち1アンペアの電流が流
れた。この状態で5分間放電を継続した。そして基板温
度を、室温、100℃、200℃、300℃と変えて試
料6a、6b、6c、6dとした。表5にこれらの試料
の外観、SEM観察の結果を示した。温度を高めると透
明層の表面の形態が変化する。
Next, an example of deposition conditions will be described. Polished surface 5 cm x 5 cm 1 mm thick stainless steel plate (su
s430) was used as the substrate. Diameter 6 inches Purity 99.9%
With a zinc oxide target of 5 cm, the distance between the target substrates is 5 cm, H 2 is 2 sccm, and Ar is 15 sccc.
When the pressure was kept at 3.5 mTorr and a DC voltage was applied while flowing m, plasma stood up and a current of 1 ampere flowed. In this state, discharge was continued for 5 minutes. Then, the substrate temperature was changed to room temperature, 100 ° C., 200 ° C. and 300 ° C. to obtain samples 6a, 6b, 6c and 6d. Table 5 shows the appearance of these samples and the results of SEM observation. When the temperature is raised, the surface morphology of the transparent layer changes.

【0048】[0048]

【表5】 (実施例1)本実施例においては、図1(c)の断面模
式図に示す構成のpin形a−Si(ただし金属層10
2は設けない)光起電力素子を作製した。
[Table 5] (Embodiment 1) In this embodiment, a pin type a-Si having the structure shown in the schematic sectional view of FIG.
A photovoltaic element was prepared.

【0049】即ち、表面を研磨した5×5cm厚さ1m
mのAl板101に、図2の装置にて酸化亜鉛ターゲッ
トを用い、また基板温度180度、H2 流量2scc
m、不活性ガスとして用いたArの流量10sccm、
堆積室内の圧力3.3mTorr、ターゲットの単位面
積当たりの投入電力量1.8W/cm2 にて、平均的な
厚さが6000オングストロームの透明層103を堆積
した。透明層103の表面はSEM観察によると、50
00〜9000オングストローム程度の凹凸が見られ、
外観上は白濁していた。
That is, the surface is polished 5 × 5 cm and the thickness is 1 m.
2 using a zinc oxide target in the apparatus shown in FIG. 2, a substrate temperature of 180 degrees, and an H 2 flow rate of 2 sccc.
m, the flow rate of Ar used as an inert gas is 10 sccm,
The transparent layer 103 having an average thickness of 6000 angstrom was deposited at a pressure of 3.3 mTorr in the deposition chamber and an input power amount of 1.8 W / cm 2 per unit area of the target. According to SEM observation, the surface of the transparent layer 103 is 50
Unevenness of about 00 to 9000 angstroms is seen,
It was cloudy in appearance.

【0050】ひき続き、下部電極の形成された基板を市
販の容量結合型高周波CVD装置(アルバック社製CH
J−3030)にセットした。排気ポンプにて、反応容
器の排気管を介して、荒引き、高真空引き操作を順次行
った。この時、基板の表面温度は250℃となるよう、
温度制御機構により制御した。十分に排気が行われた時
点で、ガス導入管より、SiH4 300sccm、Si
4 4sccm、PH 3 /H2 (1%H2 希釈)55
sccm、H2 40sccmを導入し、またスロットル
パルブの開度を調整して、反応容器の内圧を1Torr
に保持し、更に圧力が安定したところで、直ちに高周波
電源より200Wの電力を投入した。プラズマは5分間
持続させた。
Subsequently, the substrate on which the lower electrode was formed was marketed.
Capacitive coupling type high frequency CVD equipment for sale (CH made by ULVAC, Inc.
J-3030). Exhaust pump, reaction volume
Roughing and high vacuuming operations are performed sequentially through the exhaust pipe of the vessel.
It was. At this time, the surface temperature of the substrate becomes 250 ° C.
It was controlled by a temperature control mechanism. When exhaust is sufficient
At the point, SiHFour300 sccm, Si
FFour4 sccm, PH 3/ H2(1% H2Dilution) 55
sccm, H2Introduce 40 sccm, throttle again
Adjust the opening of the valve to adjust the internal pressure of the reaction vessel to 1 Torr.
To a high frequency immediately after the pressure is stabilized.
Power of 200 W was applied from the power source. Plasma for 5 minutes
Lasted.

【0051】以上の操作により、n型a−Si層105
が透明層103上に形成された。再び排気をした後に、
今度はガス導入管よりSiH4 300sccm、SiF
4 4sccm、H2 40sccmを導入し、またスロッ
トバルブの開度を調整して、反応容器の内圧を1Tor
rに保持し、更に圧力が安定したところで、直ちに高周
波電源より150Wの電力を投入し、プラズマは40分
間持続させた。これにより、i型a−Si層106がn
型a−Si層105上に形成された。
By the above operation, the n-type a-Si layer 105
Was formed on the transparent layer 103. After exhausting again,
This time, SiH 4 300sccm, SiF
Introducing 4 sccm and 40 sccm of H 2 and adjusting the opening of the slot valve to adjust the internal pressure of the reaction vessel to 1 Torr.
When the pressure was maintained at r and the pressure was further stabilized, an electric power of 150 W was immediately applied from the high frequency power source, and the plasma was maintained for 40 minutes. As a result, the i-type a-Si layer 106 is n
It was formed on the mold a-Si layer 105.

【0052】また再び排気をした後に、今度はガス導入
管よりSiH4 50sccm、BF 3 /H2 (1%希
釈)50sccm、H2 500sccmを導入し、また
スロットバルブの開度を調整して、反応容器の内圧を1
Torrに保持し、更に圧力が安定したところで、直ち
に高周波電源より300Wの電源を投入した。プラズマ
は2分間持続させた。これによりp型μc−Si層10
7がi型a−Si層106上に形成された。
After exhausting again, this time introducing gas
SiH from tubeFour50 sccm, BF 3/ H2(1% rare
Release) 50 sccm, H2Introduce 500 sccm,
Adjust the opening of the slot valve to reduce the internal pressure of the reaction vessel to 1
Hold at Torr, and when the pressure becomes stable, immediately
Then, a power of 300 W was turned on from the high frequency power source. plasma
Lasted 2 minutes. Thereby, the p-type μc-Si layer 10
7 was formed on the i-type a-Si layer 106.

【0053】次に試料を高周波CVD装置より取り出
し、抵抗加熱真空蒸着装置にてITOを堆積した後、塩
化鉄水溶液を含むペーストを印刷し、所望の透明電極1
08のパターンを形成した。更にAgペーストをスクリ
ーン印刷して集電電極109を形成し手、薄膜半導体太
陽電池を完成した。この方法で10枚の試料を作成し、
AM1.5(100mW/cm2 )光照射下にて特性評
価を行ったところ、光電変換効率で9.8±0.2%と
優れた変換効率が再現性良く得られた。またこれらの太
陽電池を、温度50度、湿度90%の環境下に1000
時間放置したが、変換効率は9.7±0.5%とほとん
ど低下が認められなかった。
Next, the sample is taken out from the high frequency CVD apparatus, ITO is deposited by a resistance heating vacuum vapor deposition apparatus, and then a paste containing an aqueous solution of iron chloride is printed to obtain a desired transparent electrode 1.
No. 08 pattern was formed. Further, Ag paste was screen-printed to form a collector electrode 109, and a thin film semiconductor solar cell was completed. 10 samples are made by this method,
When characteristics were evaluated under irradiation with AM1.5 (100 mW / cm 2 ) light, excellent conversion efficiency of 9.8 ± 0.2% in photoelectric conversion efficiency was obtained with good reproducibility. In addition, these solar cells should be installed in an environment of temperature of 50 degrees and humidity of 90%.
After being left for a period of time, the conversion efficiency was 9.7 ± 0.5%, which was hardly observed.

【0054】(実施例2)透明層を堆積する際に、O2
を0.1sccm導入した他は実施例1と同様にして、
10枚の試料を作成した。これらをAM1.5(100
mW/cm2 )光照射下にて特性評価を行ったところ、
光電変換効率で9.4±0.3%と優れた変換効率が再
現性良く得られた。
Example 2 When depositing a transparent layer, O 2
Was introduced in the same manner as in Example 1 except that 0.1 sccm was introduced.
Ten samples were prepared. AM1.5 (100
mW / cm 2 ) When the characteristics were evaluated under light irradiation,
The photoelectric conversion efficiency was 9.4 ± 0.3%, which was excellent in reproducibility.

【0055】(実施例3)本実施例においては、図1
(C)の断面模式図に示す構成のpin型a−SiGe
光起電力素子を作製した。
(Embodiment 3) In this embodiment, FIG.
The pin type a-SiGe having the configuration shown in the schematic sectional view of FIG.
A photovoltaic element was produced.

【0056】即ち、表面を研磨した5×5cm厚さ1m
mのステンレス板101に、めっき法にて厚さ1500
オングストロームの表面が平滑なAgの層102を形成
した。次いでDCマグネトロンスパッタ法にて、亜鉛タ
ーゲットを用いて基板温度200度、H2 流量2scc
m、O2 流量10sccm、不活性ガスとして用いたA
rの流量10sccm、堆積室内の圧力4.0mTor
r、ターゲットの単位面積当たりの投入電力量6.0W
/cm2 にて、平均的な厚さが5000オングストロー
ムの透明層103を堆積した。
That is, the surface is polished 5 × 5 cm and the thickness is 1 m.
A stainless steel plate 101 with a thickness of 1500 is plated by a plating method.
An Ag layer 102 having a smooth angstrom surface was formed. Then, using a DC magnetron sputtering method, using a zinc target, the substrate temperature is 200 ° C., and the H 2 flow rate is 2 sccc.
m, O 2 flow rate 10 sccm, A used as an inert gas
Flow rate of r is 10 sccm, pressure in deposition chamber is 4.0 mTorr
r, input power amount 6.0 W per unit area of target
/ Cm 2 , a transparent layer 103 having an average thickness of 5000 angstrom was deposited.

【0057】次にi層として、Si2 6 を50scc
m、GeH4を10sccmH2 を300sccm導入
し、また反応容器の内圧を1Torrに保持し、更に1
00Wの電力を投入しプラズマを10分間持続させ堆積
したa−SiGeを用いた以外は実施例1と同様にし
て、10枚の試料を作成した。これらをAM1.5(1
00mW/cm2 )光照射下にて特性評価を行ったとこ
ろ、光電変換効率で8.7±0.3%と優れた変換効率
が再現良く得られた。
Next, as an i layer, Si 2 H 6 of 50 scc is formed.
m, GeH 4 was introduced at 10 sccmH 2 at 300 sccm, and the internal pressure of the reaction vessel was maintained at 1 Torr.
Ten samples were prepared in the same manner as in Example 1 except that a-SiGe was used in which a power of 00 W was applied and the plasma was maintained for 10 minutes to be deposited. AM1.5 (1
When the characteristics were evaluated under irradiation with light of 00 mW / cm 2 ), excellent conversion efficiency of 8.7 ± 0.3% in photoelectric conversion efficiency was obtained with good reproducibility.

【0058】(実施例4)図4に示す装置を用いて連続
的に裏面反射層の形成を行った。この装置において、基
板送り出し室603には洗浄済みの幅350mm、厚さ
0.2mm、長さ500mのステンレスシートロール6
01がセットされている。ここからステンレスシート6
02は金属層堆積室604、透明層堆積室605を経
て、基板巻き取り室606に送られて行く。シート60
2は各々の堆積室にて基板ヒーター607、608にて
所望の温度に加熱できるようになっている。堆積室60
4のターゲット609は、純度99.99%のAlで、
DCマグネトロンスパッタリング法によりシート602
上にAl層を堆積する。また堆積室605のターゲット
610は純度99.5%の酸化亜鉛で、DCマグネトロ
ンスパッタリング法により引き続き透明層を堆積する。
堆積速度や所望の膜厚の関係で、ターゲット610は4
枚からなる。
Example 4 A back surface reflection layer was continuously formed using the apparatus shown in FIG. In this apparatus, the substrate delivery chamber 603 has a cleaned stainless sheet roll 6 having a width of 350 mm, a thickness of 0.2 mm and a length of 500 m.
01 is set. From here stainless sheet 6
02 is sent to the substrate winding chamber 606 through the metal layer deposition chamber 604 and the transparent layer deposition chamber 605. Seat 60
No. 2 can be heated to a desired temperature by the substrate heaters 607 and 608 in each deposition chamber. Deposition chamber 60
The target 609 of No. 4 is Al having a purity of 99.99%,
Sheet 602 by DC magnetron sputtering method
Deposit an Al layer on top. The target 610 in the deposition chamber 605 is zinc oxide having a purity of 99.5%, and a transparent layer is subsequently deposited by the DC magnetron sputtering method.
Depending on the deposition rate and the desired film thickness, the target 610 is 4
It consists of pieces.

【0059】この装置を用いて裏面反射層の形成を行っ
た。即ち、シートの送り速度を毎分20cmとし基板ヒ
ーター608のみを用いて透明層堆積時の基板温度を1
00度となるよう調整した。またH2 /Ar=3/20
の比となるようにそれぞれのガスを流して圧力を3.0
mTorrとし、各々のカソードに500VのDC電圧
を加えた。ターゲット709には6アンペア、ターゲッ
ト710には各4アンペアの電流が流れた。巻き取られ
たシートを調べたところAl層の厚さは1600オング
ストローム、透明層の厚さは平均3800オングストロ
ームであり、透明層の表面は白濁していた。
A back reflection layer was formed using this apparatus. That is, the sheet feeding speed is set to 20 cm / min, and the substrate temperature during the transparent layer deposition is set to 1 by using only the substrate heater 608.
It was adjusted to be 00 degrees. Also, H 2 / Ar = 3/20
Each gas is flowed so that the pressure becomes 3.0
DC voltage of 500 V was applied to each cathode. A current of 6 amps flowed to the target 709 and a current of 4 amps flowed to the target 710. When the wound sheet was examined, the thickness of the Al layer was 1600 Å, the average thickness of the transparent layer was 3800 Å, and the surface of the transparent layer was cloudy.

【0060】この上に図5に示す構造のa−Si/a−
SiGeタンデム太陽電池を形成した。この太陽電池
は、ここで基板701、金属層702、透明層703、
ボトムセル704、トップセル708から構成される。
更にn型a−Si層705、709、p型μc−Si7
07、711、i型a−SiGe層706、i型a−S
i層710から構成される。これらの薄膜半導体層は、
米国特許4,492,181号に記載されている様なロ
−ル・ツー・ロール型成膜装置を用いて連続的に製造し
た。また透明電極712は、図4の装置と類似のスパッ
タリング装置により堆積した。更に透明電極712のパ
ターンニング及び集電電極713の形成を行った後、シ
ート602を切断した。このように全工程を連続的に処
理できるため、量産効果を挙げる事ができた。
On top of this, a-Si / a- of the structure shown in FIG.
A SiGe tandem solar cell was formed. This solar cell has a substrate 701, a metal layer 702, a transparent layer 703,
It is composed of a bottom cell 704 and a top cell 708.
Furthermore, n-type a-Si layers 705 and 709, and p-type μc-Si7
07, 711, i-type a-SiGe layer 706, i-type a-S
It is composed of an i layer 710. These thin film semiconductor layers are
The roll-to-roll type film forming apparatus as described in US Pat. No. 4,492,181 was used for continuous production. The transparent electrode 712 was deposited by a sputtering device similar to the device of FIG. After patterning the transparent electrode 712 and forming the collector electrode 713, the sheet 602 was cut. Since all the processes can be continuously processed in this way, mass production effects can be achieved.

【0061】この方法で100枚の試料を作成し、AM
1.5(100mW/cm2 )光照射下にて特性評価を
行ったところ、光電変換効率で11.5±0.3%と優
れた変換効率が再現性良く得られた。またこれらの太陽
電池を温度50度、湿度90%の環境下に1000時間
放置したが変換効率は10.9±0.6%とほとんど劣
化が認められなかった。
100 samples were prepared by this method, and the AM
When characteristics were evaluated under irradiation with light of 1.5 (100 mW / cm 2 ), excellent conversion efficiency of 11.5 ± 0.3% in photoelectric conversion efficiency was obtained with good reproducibility. Further, these solar cells were left for 1000 hours in an environment of a temperature of 50 ° C. and a humidity of 90%, but the conversion efficiency was 10.9 ± 0.6%, which showed almost no deterioration.

【0062】またこの方法で作成した別の100枚を、
開放状態にてAM1.5相当の光に600時間照射した
ところ10.6±0.4%と光による劣化も少なかっ
た。これはタンデム構成を取る事で、より波長の長い光
まで有効に吸収され、この結果、出力電圧がより高くで
きたためであり、また光照射下での半導体層の劣化を低
くできたためである。そして本発明の製法により作製さ
れた裏面反射層の効果と相まって、変換効率が高く、信
頼性の高い太陽電池が得られた。 (実施例5)表面を研磨したCu板を基板として用いた
他は実施例1と同様の方法で、裏面反射層を形成した。
この基板の上にスパッタリング法にてCuを0.2ミク
ロン、インジューム(In)を0.4ミクロン、それぞ
れ堆積した。次いでこの試料を石英ガラス製のベルジャ
ーに移し、400度に加熱しながらベルジャー内に水素
で10%に希釈したセレン化水素(H2 Se)を流し、
CuInSe2 (CIS)の薄膜を形成した。この上に
再びスパッタリング法によりCdSの層を0.1ミクロ
ン堆積した後,250度でアニールして、p/n接合を
形成した。そしてこの上に実施例1と同様にして、透明
電極、集電電極を形成した。
Another 100 sheets prepared by this method are
When irradiated with light equivalent to AM1.5 for 600 hours in the open state, the deterioration due to the light was small at 10.6 ± 0.4%. This is because by adopting the tandem structure, light having a longer wavelength can be effectively absorbed, and as a result, the output voltage can be made higher, and the deterioration of the semiconductor layer under light irradiation can be reduced. Then, combined with the effect of the back surface reflection layer manufactured by the manufacturing method of the present invention, a solar cell having high conversion efficiency and high reliability was obtained. (Example 5) A back reflection layer was formed in the same manner as in Example 1 except that a Cu plate having a polished surface was used as the substrate.
Cu was deposited by 0.2 μm and indium (In) was deposited by 0.4 μm on the substrate by the sputtering method. Then, the sample was transferred to a quartz glass bell jar, and hydrogen selenide (H 2 Se) diluted to 10% with hydrogen was poured into the bell jar while heating at 400 ° C.
A thin film of CuInSe 2 (CIS) was formed. A CdS layer was again deposited thereon to a thickness of 0.1 micron by the sputtering method and then annealed at 250 ° C. to form a p / n junction. Then, a transparent electrode and a current collecting electrode were formed thereon in the same manner as in Example 1.

【0063】この太陽電池をAM1.5(100mW/
cm2 )光照射下にて特性評価を行ったところ、変換効
率が9.3%と優れた変換効率が得られ、本発明の製法
がa−Si以外の薄膜半導体に対しても効果があること
がわかった。
This solar cell is AM1.5 (100 mW /
cm 2 ) When the characteristics are evaluated under light irradiation, excellent conversion efficiency of 9.3% is obtained, and the production method of the present invention is effective for thin film semiconductors other than a-Si. all right.

【0064】[0064]

【発明の効果】以上の通り、本発明により作製される裏
面反射層を用いることで、光の反射率が高くなり、光が
半導体中に有効に閉じこめられる。このため、半導体へ
の光の吸収が増加し、変換効率が高い太陽電池が得られ
る。
As described above, by using the back surface reflecting layer produced by the present invention, the reflectance of light is increased and the light is effectively confined in the semiconductor. Therefore, absorption of light into the semiconductor is increased, and a solar cell with high conversion efficiency can be obtained.

【0065】また金属原子が半導体膜中に拡散しにくく
なり、さらに半導体中に部分的な短絡箇所があっても適
度な電気抵抗によってリーク電流が抑えられるため、信
頼性の高い太陽電池が得られる。
Further, metal atoms are less likely to diffuse into the semiconductor film, and even if there is a partial short circuit in the semiconductor, the leak current is suppressed by an appropriate electric resistance, so that a highly reliable solar cell can be obtained. .

【0066】更にこの様な裏面反射層はロール・ツー・
ロール法等の量産性に富む方法の一環として製造できる
ため、安価に製造可能で、太陽光発電の普及に大いに寄
与する。
Further, such a back reflection layer is roll-to-roll.
Since it can be manufactured as a part of a mass-production method such as a roll method, it can be manufactured at low cost and contributes greatly to the spread of solar power generation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の薄膜半導体太陽電池の実施例の構造を
示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a structure of an embodiment of a thin film semiconductor solar cell of the present invention.

【図2】本発明の裏面反射層を製造するに好適なスパッ
タリング装置の一例の構造を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory view showing the structure of an example of a sputtering apparatus suitable for manufacturing the back surface reflection layer of the present invention.

【図3】本発明の裏面反射層を製造するに好適なスパッ
タリング装置の他例の構造を示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory view showing the structure of another example of a sputtering apparatus suitable for producing the back surface reflection layer of the present invention.

【図4】本発明の裏面反射層を製造するに好適なスパッ
タリング装置の別の例の構造を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory view showing the structure of another example of a sputtering apparatus suitable for producing the back surface reflection layer of the present invention.

【図5】本発明の薄膜半導体太陽電池の別の実施例の構
造を示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of another embodiment of the thin film semiconductor solar cell of the present invention.

【図6】シリコンと金属の界面での反射率に対するZn
Oの効果を示すグラフで、(a)はZnOが無い場合、
(b)はZnOがある場合。
FIG. 6 Zn vs. reflectance at the interface between silicon and metal
In the graph showing the effect of O, (a) shows the case where ZnO is absent,
(B) is when ZnO is present.

【図7】テクスチャー構造による太陽電池の分光感度の
改善を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing an improvement in spectral sensitivity of a solar cell due to a texture structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

204,504,702,101,701 基板 102,702 金属層 103,703 透明層 105,705,709 n型a−Si 106,710 i型a−Si 706 i型a−SiGe 107,707,711 p型μc−Si 108,712 透明電極 109,713 集電電極 604 金属層堆積室 605 透明層堆積室 201,501 堆積室 202a,202b,502 ガス導入管 203,503 排気弁 206,506 アノード 208,508 カソード電極 601 基板のロール 207,507,609,610 ターゲット 205,505,607,608 基板加熱ターゲット 209,509 電源 210,510 プラズマ 204, 504, 702, 101, 701 Substrate 102, 702 Metal layer 103, 703 Transparent layer 105, 705, 709 n-type a-Si 106, 710 i-type a-Si 706 i-type a-SiGe 107, 707, 711 p Type μc-Si 108,712 Transparent electrode 109,713 Current collecting electrode 604 Metal layer deposition chamber 605 Transparent layer deposition chamber 201,501 Deposition chamber 202a, 202b, 502 Gas inlet pipe 203, 503 Exhaust valve 206, 506 Anode 208, 508 Cathode electrode 601 Substrate roll 207, 507, 609, 610 Target 205, 505, 607, 608 Substrate heating target 209, 509 Power supply 210, 510 Plasma

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも表面が光に対して高い反射率
を持つ金属層からなる基体上に微細な凹凸状の透明層を
形成してなる裏面反射層の上に半導体を形成し、更にそ
の上に透明な電極を形成してなる太陽電池の製法におい
て、 前記透明層が、少なくともH2 および不活性ガスからな
る雰囲気中で酸化亜鉛をターゲットとして用いたスパッ
タ法により形成されることを特徴とする太陽電池の製
法。
1. A semiconductor is formed on a back reflection layer formed by forming a transparent layer having fine irregularities on a substrate at least the surface of which is made of a metal layer having a high reflectance for light, and further thereon. A method of manufacturing a solar cell in which a transparent electrode is formed on the transparent layer, wherein the transparent layer is formed by a sputtering method using zinc oxide as a target in an atmosphere containing at least H 2 and an inert gas. How to make solar cells.
【請求項2】 前記雰囲気中にO2 を含むことを特徴と
する請求項1記載の太陽電池の製法。
2. The method for manufacturing a solar cell according to claim 1, wherein O 2 is contained in the atmosphere.
【請求項3】 少なくともその表面が光に対して高い反
射率を持つ金属層からなる基体上に微細な凹凸状の透明
層を形成して裏面反射層の上に半導体を形成し、更にそ
の上に透明な電極を形成してなる太陽電池の製法におい
て、 前記透明層が、少なくともH2 およびO2 および不活性
ガスからなる雰囲気中で亜鉛をターゲットとして用いた
スパッタ法により形成されることを特徴とする太陽電池
の製法。
3. A fine concavo-convex transparent layer is formed on a substrate, at least the surface of which is made of a metal layer having a high reflectance for light, and a semiconductor is formed on the back surface reflecting layer. A method of manufacturing a solar cell in which a transparent electrode is formed on the transparent layer, wherein the transparent layer is formed by a sputtering method using zinc as a target in an atmosphere containing at least H 2 and O 2 and an inert gas. The manufacturing method of the solar cell.
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