JPH0969640A - Photovoltaic element - Google Patents

Photovoltaic element

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JPH0969640A
JPH0969640A JP7223943A JP22394395A JPH0969640A JP H0969640 A JPH0969640 A JP H0969640A JP 7223943 A JP7223943 A JP 7223943A JP 22394395 A JP22394395 A JP 22394395A JP H0969640 A JPH0969640 A JP H0969640A
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JP
Japan
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semiconductor layer
transparent electrode
layer
conductivity type
semiconductor
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JP7223943A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Fujioka
靖 藤岡
Akira Sakai
明 酒井
Shotaro Okabe
正太郎 岡部
Sunao Yoshisato
直 芳里
Yuzo Koda
勇蔵 幸田
Tomonori Nishimoto
智紀 西元
Takahiro Yajima
孝博 矢島
Masahiro Kanai
正博 金井
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent characteristics from deteriorating due to partial short- circuiting by reducing the impurity concentration for determining the conductivity type of a third semiconductor layer on the conductive substrate side as compared with the second semiconductor layer side. SOLUTION: In a photovoltaic element, n-type (or p-type) first semiconductor layer 102, essentially intrinsic (i-type) second semiconductor layer 103, p-type (or n-type) third semiconductor layer 104, and a transparent electrode 105 are formed on a conductive substrate 101 in this order, a pyroelectric electrode 106 is provided on a transparent electrode 105, incidence light 107 is applied from the transparent electrode 105 side. An impurity concentration for determining the conductivity type of the third semiconductor layer 104 is lower than that on the second semiconductor layer 103 side at a region 108 near the interface on the transparent electrode 105 side in the third semiconductor layer 104. Alternatively, the particle diameter of a crystal constituting the third semiconductor layer 104 is smaller than that of the second semiconductor layer 103.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光起電力素子に係る。よ
り詳細には、光入射側の透明電極に接する半導体層の導
電型を決定する不純物濃度、又は光入射側の透明電極に
接する半導体層を構成する結晶の粒径を制御することに
より、長期使用中に半導体層において部分的な短絡が起
こっても特性の大幅な低下が発生しない光起電力素子に
関する。特に、本発明の光起電力素子としては、例え
ば、太陽電池が挙げられる。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a photovoltaic device. More specifically, by controlling the impurity concentration that determines the conductivity type of the semiconductor layer in contact with the transparent electrode on the light incident side, or the grain size of the crystals forming the semiconductor layer in contact with the transparent electrode on the light incident side, long-term use is possible. The present invention relates to a photovoltaic element in which the characteristics are not significantly deteriorated even if a partial short circuit occurs in the semiconductor layer. In particular, examples of the photovoltaic element of the present invention include a solar cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光起電力素子の一つであるシリコ
ン系非単結晶半導体を用いた薄膜太陽電池は、単結晶及
び多結晶半導体を用いた太陽電池と比較して、ガラスや
金属シート等の比較的安価な基板上に大面積に形成可
能、及び膜厚が薄くて済むため低コスト化及び大面積化
が可能という長所をもち、かつ、クリーンなエネルギー
が得られる太陽光発電の普及という観点から注目されて
いる。
2. Description of the Related Art In recent years, a thin film solar cell using a silicon-based non-single-crystal semiconductor, which is one of the photovoltaic elements, has a glass or metal sheet as compared with a solar cell using a single crystal or polycrystal semiconductor. It has the advantages that it can be formed on a relatively inexpensive substrate such as a large area, and that the film thickness can be thin, so that cost reduction and large area can be achieved, and the spread of solar power generation that can obtain clean energy Attention is paid from the viewpoint.

【0003】ところで、太陽電池を例えば一般家庭の電
力供給用として用いる場合には、約3kWの出力が必要
となる。この時、太陽電池の変換効率が10%であれば
30m2という大面積の太陽電池が必要になる。
By the way, when the solar cell is used for supplying electric power to a general household, for example, an output of about 3 kW is required. At this time, if the conversion efficiency of the solar cell is 10%, a large area solar cell of 30 m 2 is required.

【0004】しかしながら、シリコン系非単結晶半導体
からなる太陽電池では、半導体層の厚さが高々数百nm
と薄い。したがって、半導体の製造工程上、かかる大面
積にわたって半導体層にピンホールや介在物による欠陥
のない太陽電池を作製することは極めて困難である。半
導体層成膜時のダストの影響や、基板の傷、突起によっ
て半導体層にピンホールができたり、導電性のダスト等
の介在物が入って半導体層上下の電極がショートし易い
ことが知られている。特に、基板として表面が鏡面研磨
されていないステンレス等の金属シートを用いた場合
や、発生電流の増大を目的として基板表面を凹凸形状と
した場合に、大面積の太陽電池ではショートする箇所が
発生し易かった。
However, in a solar cell made of a silicon-based non-single-crystal semiconductor, the semiconductor layer has a thickness of several hundred nm at most.
And thin. Therefore, in the process of manufacturing a semiconductor, it is extremely difficult to manufacture a solar cell having no defects due to pinholes or inclusions in the semiconductor layer over such a large area. It is known that the effects of dust during semiconductor layer formation, pinholes in the semiconductor layer due to scratches and protrusions on the substrate, and inclusion of conductive dust and other substances can easily cause short circuit between the electrodes above and below the semiconductor layer. ing. In particular, when a metal sheet such as stainless steel whose surface is not mirror-polished is used as the substrate, or when the substrate surface is uneven for the purpose of increasing the generated current, a short circuit occurs in a large area solar cell. It was easy to do.

【0005】その結果、太陽電池の下部電極と上部電極
とが半導体層のピンホール部で直接接触したり、半導体
層中に入った導電性のダストによって上下の電極が接続
されたり、基板のスパイク状の突起が上部電極と接触し
たり等して低抵抗なショート箇所ができると、光によっ
て発生した電流が前記ショート箇所の低抵抗な部分に流
れ込むことになり、出力電圧や出力電流の急激な低下が
おこり、特性が急激に低下する。
As a result, the lower electrode and the upper electrode of the solar cell come into direct contact with each other in the pinhole portion of the semiconductor layer, the conductive dust in the semiconductor layer connects the upper and lower electrodes, and the substrate spikes. If a short protrusion with low resistance is created by contacting the protrusions with the upper electrode, etc., the current generated by light will flow into the low resistance portion of the short spot, and the output voltage or output current As a result, the characteristics deteriorate rapidly.

【0006】従来、上述したショートに対する方法とし
ては、次の技術が知られている。 半導体層にピンホールや介在物が発生しないように半
導体形成装置内を清浄化し、ピンホールや介在物の原因
になるダストの発生を抑制する方法。 米国特許第4451970号や米国特許第47299
70号等に開示された、半導体層形成後にショート箇所
を選択的に絶縁物で覆う、あるいは化学的手段で高抵抗
化する方法。 米国特許第4598306号等に開示された、電極と
半導体層の間に電極と比較して高抵抗の透光性のバリア
層を設け、たとえショート箇所があっても大きな短絡電
流が流れるのを防止する方法。
Conventionally, the following techniques are known as methods for the above-mentioned short circuit. A method of cleaning the inside of a semiconductor forming device so that pinholes and inclusions are not generated in a semiconductor layer, and suppressing generation of dust that causes pinholes and inclusions. US Pat. No. 4,451,970 and US Pat. No. 47299.
No. 70, etc., a method of selectively covering short-circuited portions with an insulator after forming a semiconductor layer or increasing the resistance by a chemical means. As disclosed in US Pat. No. 4,598,306, a translucent barrier layer having a higher resistance than the electrode is provided between the electrode and the semiconductor layer to prevent a large short-circuit current from flowing even if there is a short-circuit portion. how to.

【0007】しかし、上記従来技術には、次のような問
題がある。 (1)の方法には前述のように、大面積の半導体層に
ピンホールや介在物による欠陥が全くない状態にする事
は極めて困難であり、限界がある。 (2)のショート部分を半導体層形成直後に絶縁化す
る方法では、ショート箇所除去後、長年の太陽電池使用
期間中に力学的ダメージや水分の侵入等でショート箇所
が発生した場合には対処できない。
However, the above conventional technique has the following problems. As described above, the method (1) has a limit because it is extremely difficult to make a large-area semiconductor layer completely free from defects due to pinholes and inclusions. The method of insulating the short-circuited portion of (2) immediately after the semiconductor layer is formed cannot be coped with after the short-circuited portion is removed, and when the short-circuited portion is generated due to mechanical damage or intrusion of moisture during a long period of use of the solar cell. .

【0008】このため、屋外において長期間使用される
太陽電池において、ショート発生に伴う急激な特性の低
下を防止し、長期信頼性を高めるためには、製造段階に
おいて発生するショート箇所を、の方法によって排
除するとともに、長期使用期間中に万一ショート箇所が
発生した場合にも大きな短絡電流が流れて特性が急激に
低下する事を防止する為に、等の対策を施しておくこ
とが必要である。
Therefore, in a solar cell used for a long period of time outdoors, in order to prevent a sharp deterioration in characteristics due to the occurrence of a short circuit and to improve long-term reliability, a method of forming a short circuit at the manufacturing stage is used. In addition, it is necessary to take measures such as to prevent a large short-circuit current from flowing and the characteristics to drop sharply even if a short-circuit occurs during a long-term use period. is there.

【0009】上記に示した米国特許第4598306
号では、電極と半導体層の間に設ける電極と比較して高
抵抗の透光性のバリア層として、In,Sn,Cd,Z
n,Sb,Si,Cr,及びステンレス基板等の酸化
物、窒化物、炭化物等の層が挙げられている。
US Pat. No. 4,598,306 shown above.
In No. 6, in, Sn, Cd, Z as a light-transmitting barrier layer having a higher resistance than the electrode provided between the electrode and the semiconductor layer.
Layers of oxides, nitrides, carbides, etc. of n, Sb, Si, Cr and stainless steel substrates are mentioned.

【0010】ところが、半導体層や電極以外にこのよう
なバリア層を設けるには、新たにバリア層を形成する形
成装置が必要であり、製造工程が複雑になるということ
が改善されるべき課題になっていた。
However, in order to provide such a barrier layer in addition to the semiconductor layer and the electrode, a forming apparatus for newly forming the barrier layer is required, which complicates the manufacturing process. Was becoming.

【0011】また、これらの材料の中で、非単結晶シリ
コン半導体を用いた光起電力素子において多用されるI
nOx,SnOx,ZnOxや、SiC,SiN,SiO
等の材料によって、透明でしかもかかる目的に適切な抵
抗範囲の膜を得るには、不純物の微妙な調整が必要であ
り、再現性良く同質のバリア層を得ることが困難である
ということも課題となっていた。すなわち、InOx
SnOx,ZnOx等は一般的に透明導電膜として用いら
れるかなり高抵抗な膜であり、SiC,SiN,SiO
等は一般的に絶縁膜として用いられるかなり低抵抗な膜
であるため、ショート箇所が発生したときに部分的に大
きなショート電流が流れるのを抑制する目的で設ける導
電膜と絶縁膜の中間の適正な抵抗範囲に制御するにはか
なり微妙な不純物のドーピング量の調整が必要であっ
た。
Of these materials, I is often used in photovoltaic devices using non-single crystal silicon semiconductors.
nO x , SnO x , ZnO x , SiC, SiN, SiO
In order to obtain a film that is transparent and has an appropriate resistance range for such a purpose, it is necessary to finely adjust the impurities, and it is difficult to obtain a barrier layer of the same quality with good reproducibility. It was. That is, InO x ,
SnO x , ZnO x and the like are films having a considerably high resistance which are generally used as a transparent conductive film, and SiC, SiN, SiO
Is a film with a fairly low resistance that is generally used as an insulating film. Therefore, when a short circuit occurs, a suitable short circuit between the conductive film and the insulating film is provided to prevent the flow of a large short current. It was necessary to adjust the doping amount of impurities in a delicate manner in order to control the resistance range.

【0012】以上説明したように、従来のシリコン系非
単結晶半導体からなる光起電力素子においては、長期使
用期間中にショート箇所が発生した場合に、大きな短絡
電流が流れて特性が急激に低下することがあり、これを
防止する為にバリア層を設けるには、新たにこのバリア
層を形成する形成装置が必要であり、製造工程が複雑に
なるということが課題になっていた。また、従来開示さ
れていたバリア層の材料には、再現性良く同質のバリア
層を得ることが困難であるものが多いとうことも課題に
なっていた。
As described above, in a conventional photovoltaic element made of a silicon-based non-single-crystal semiconductor, when a short-circuited portion occurs during a long-term use, a large short-circuit current flows and the characteristics sharply deteriorate. However, in order to provide the barrier layer in order to prevent this, a forming apparatus for newly forming this barrier layer is required, and the manufacturing process becomes complicated. In addition, it has been a problem that it is difficult to obtain barrier layers of the same quality with good reproducibility among the barrier layer materials that have been heretofore disclosed.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】本発明では、長期使用
期間中に半導体層に部分的なショートが発生しても大き
な特性の低下を生じることなく、長期信頼性に優れ、か
つ、製造工程を複雑にすることなく容易に達成しうる光
起電力素子を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, even if a partial short circuit occurs in a semiconductor layer during a long-term use period, the characteristics are not significantly deteriorated, the long-term reliability is excellent, and the manufacturing process is performed. It is an object of the present invention to provide a photovoltaic element that can be easily achieved without making it complicated.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明の光起電力素子
は、少なくとも、層構成が、導電性基板/第1の導電型
を有する第1半導体層/実質的に真性の第2半導体層/
前記第1の導電型とは反対の導電型を有する第3半導体
層/透明電極であり、前記第1乃至第3半導体層は、シ
リコン系非単結晶半導体からなり、前記透明電極側から
光入射を行う構造を有する光起電力素子において、前記
第3半導体層の導電型を決定する不純物濃度が、前記第
2半導体層側に比べて、前記透明電極側で低くなる分布
を有することを第1の要旨とする。
In the photovoltaic element of the present invention, at least the layer structure is a conductive substrate / first semiconductor layer having a first conductivity type / substantially intrinsic second semiconductor layer /
A third semiconductor layer / transparent electrode having a conductivity type opposite to the first conductivity type, wherein the first to third semiconductor layers are made of a silicon-based non-single-crystal semiconductor, and light is incident from the transparent electrode side. In the photovoltaic element having a structure for performing the above, the impurity concentration that determines the conductivity type of the third semiconductor layer has a distribution in which it is lower on the transparent electrode side than on the second semiconductor layer side. The summary of

【0015】また、本発明の光起電力素子は、少なくと
も、層構成が、導電性基板/第1の導電型を有する第1
半導体層/実質的に真性の第2半導体層/前記第1の導
電型とは反対の導電型を有する第3半導体層/前記第1
の導電型を有する第4半導体層/実質的に真性の第5半
導体層/前記第1の導電型とは反対の導電型を有する第
6半導体層/透明電極であり、前記第1乃至第6半導体
層は、シリコン系非単結晶半導体からなり、前記透明電
極側から光入射を行う構造を有する光起電力素子におい
て、前記第6半導体層の導電型を決定する不純物濃度
が、前記第5半導体層側に比べて、前記透明電極側で低
くなる分布を有することを第2の要旨とする。
Further, in the photovoltaic element of the present invention, at least the first layer structure has a conductive substrate / first conductivity type.
Semiconductor layer / substantially intrinsic second semiconductor layer / third semiconductor layer having a conductivity type opposite to the first conductivity type / the first
A fourth semiconductor layer having a conductivity type / a substantially intrinsic fifth semiconductor layer / a sixth semiconductor layer having a conductivity type opposite to the first conductivity type / a transparent electrode, and the first to sixth The semiconductor layer is made of a silicon-based non-single-crystal semiconductor, and in the photovoltaic element having a structure in which light is incident from the transparent electrode side, the impurity concentration that determines the conductivity type of the sixth semiconductor layer is the fifth semiconductor. The second gist is that the transparent electrode has a distribution lower than that on the layer side.

【0016】さらに、本発明の光起電力素子は、少なく
とも、層構成が、導電性基板/第1の導電型を有する第
1半導体層/実質的に真性の第2半導体層/前記第1の
導電型とは反対の導電型を有する第3半導体層/前記第
1の導電型を有する第4半導体層/実質的に真性の第5
半導体層/前記第1の導電型とは反対の導電型を有する
第6半導体層/前記第1の導電型を有する第7半導体層
/実質的に真性の第8半導体層/前記第1の導電型とは
反対の導電型を有する第9半導体層/透明電極であり、
前記第1乃至第9半導体層は、シリコン系非単結晶半導
体からなり、前記透明電極側から光入射を行う構造を有
する光起電力素子において、前記第9半導体層の導電型
を決定する不純物濃度が、前記第8半導体層側に比べ
て、前記透明電極側で低くなる分布を有することを第3
の要旨とする。
Further, in the photovoltaic element of the present invention, at least the layer structure is: conductive substrate / first semiconductor layer having first conductivity type / substantially intrinsic second semiconductor layer / said first semiconductor layer. A third semiconductor layer having a conductivity type opposite to the conductivity type / a fourth semiconductor layer having the first conductivity type / a substantially intrinsic fifth
Semiconductor layer / sixth semiconductor layer having a conductivity type opposite to the first conductivity type / seventh semiconductor layer having the first conductivity type / substantially intrinsic eighth semiconductor layer / the first conductivity A ninth semiconductor layer / transparent electrode having a conductivity type opposite to that of the mold,
In the photovoltaic element, wherein the first to ninth semiconductor layers are made of a silicon-based non-single-crystal semiconductor and have a structure in which light is incident from the transparent electrode side, an impurity concentration that determines a conductivity type of the ninth semiconductor layer. However, it has a distribution in which it is lower on the transparent electrode side than on the eighth semiconductor layer side.
The summary of the

【0017】またさらに、本発明の光起電力素子は、少
なくとも、層構成が、導電性基板/第1の導電型を有す
る第1半導体層/実質的に真性の第2半導体層/前記第
1の導電型とは反対の導電型を有する第3半導体層/透
明電極であり、前記第1乃至第3半導体層は、シリコン
系非単結晶半導体からなり、前記透明電極側から光入射
を行う構造を有する光起電力素子において、前記第3半
導体層を構成する結晶の粒径が、前記第2半導体層側に
比べて、前記透明電極側で小さくなる分布を有すること
を第4の要旨とする。
Furthermore, in the photovoltaic element of the present invention, at least the layer structure is a conductive substrate / a first semiconductor layer having a first conductivity type / a substantially intrinsic second semiconductor layer / the first semiconductor layer. The third semiconductor layer / transparent electrode having a conductivity type opposite to that of the first to third semiconductor layers is made of a silicon-based non-single-crystal semiconductor, and light is incident from the transparent electrode side. In a photovoltaic element having, the fourth gist is that the grain size of the crystal forming the third semiconductor layer has a distribution that is smaller on the transparent electrode side than on the second semiconductor layer side. .

【0018】またさらに、本発明の光起電力素子は、少
なくとも、層構成が、導電性基板/第1の導電型を有す
る第1半導体層/実質的に真性の第2半導体層/前記第
1の導電型とは反対の導電型を有する第3半導体層/前
記第1の導電型を有する第4半導体層/実質的に真性の
第5半導体層/前記第1の導電型とは反対の導電型を有
する第6半導体層/透明電極であり、前記第1乃至第6
半導体層は、シリコン系非単結晶半導体からなり、前記
透明電極側から光入射を行う構造を有する光起電力素子
において、前記第6半導体層を構成する結晶の粒径が、
前記第5半導体層側に比べて、前記透明電極側で小さく
なる分布を有することを第5の要旨とする。
Furthermore, in the photovoltaic element of the present invention, at least the layer structure is: conductive substrate / first semiconductor layer having a first conductivity type / substantially intrinsic second semiconductor layer / the first semiconductor layer. Semiconductor layer having a conductivity type opposite to that of / the fourth semiconductor layer having the first conductivity type / the substantially intrinsic fifth semiconductor layer / conductivity opposite to the first conductivity type A sixth semiconductor layer having a mold / transparent electrode, wherein the first to sixth
The semiconductor layer is made of a silicon-based non-single-crystal semiconductor, and in the photovoltaic element having a structure in which light is incident from the transparent electrode side, the grain size of the crystals forming the sixth semiconductor layer is
A fifth gist is that the transparent electrode side has a smaller distribution than the fifth semiconductor layer side.

【0019】またさらに、本発明の光起電力素子は、少
なくとも、層構成が、導電性基板/第1の導電型を有す
る第1半導体層/実質的に真性の第2半導体層/前記第
1の導電型とは反対の導電型を有する第3半導体層/前
記第1の導電型を有する第4半導体層/実質的に真性の
第5半導体層/前記第1の導電型とは反対の導電型を有
する第6半導体層/前記第1の導電型を有する第7半導
体層/実質的に真性の第8半導体層/前記第1の導電型
とは反対の導電型を有する第9半導体層/透明電極であ
り、前記第1乃至第9半導体層は、シリコン系非単結晶
半導体からなり、前記透明電極側から光入射を行う構造
を有する光起電力素子において、前記第9半導体層を構
成する結晶の粒径が、前記第8半導体層側に比べて、前
記透明電極側で小さくなる分布を有することを第6の要
旨とする。
Still further, in the photovoltaic element of the present invention, at least the layer structure is a conductive substrate / a first semiconductor layer having a first conductivity type / a substantially intrinsic second semiconductor layer / the first semiconductor layer. Semiconductor layer having a conductivity type opposite to that of / the fourth semiconductor layer having the first conductivity type / the substantially intrinsic fifth semiconductor layer / conductivity opposite to the first conductivity type A sixth semiconductor layer having a type / a seventh semiconductor layer having the first conductivity type / a substantially intrinsic eighth semiconductor layer / a ninth semiconductor layer having a conductivity type opposite to the first conductivity type / In the photovoltaic element, which is a transparent electrode, the first to ninth semiconductor layers are made of a silicon-based non-single-crystal semiconductor, and have a structure in which light is incident from the transparent electrode side, the ninth semiconductor layer is formed. The crystal grain size is smaller on the transparent electrode side than on the eighth semiconductor layer side. And sixth gist of that having Kunar distribution.

【0020】[0020]

【作用】請求項1乃至3に係る発明では、光入射側の透
明電極に接する半導体層に導電性を付与する不純物濃度
が、実質的に真性の半導体層側に比べて、透明電極側で
低くなる分布を有するため、前記光入射側の透明電極に
接する半導体層は、前記透明電極との界面近傍に高抵抗
の領域を形成できる。その結果、形成装置(半導体の成
膜室)を増やすことなく、半導体層に部分的なショート
箇所があっても、過大なショート電流が流れるのを防ぐ
ことができ、前述のバリア層を設けるのと同等の効果を
有する光起電力素子が得られる。
In the inventions according to claims 1 to 3, the impurity concentration for imparting conductivity to the semiconductor layer in contact with the transparent electrode on the light incident side is lower on the transparent electrode side than on the substantially intrinsic semiconductor layer side. Because of this distribution, the semiconductor layer in contact with the transparent electrode on the light incident side can form a high resistance region in the vicinity of the interface with the transparent electrode. As a result, an excessive short-circuit current can be prevented from flowing even if there is a partial short-circuit portion in the semiconductor layer without increasing the number of forming devices (semiconductor film formation chamber), and the above-mentioned barrier layer is provided. A photovoltaic element having an effect equivalent to that of is obtained.

【0021】請求項4乃至6に係る発明では、光入射側
の透明電極に接する半導体層を構成する結晶の粒径が、
実質的に真性の半導体層側に比べて、透明電極側で小さ
くなる分布を有するため、前記光入射側の透明電極に接
する半導体層は、前記透明電極との界面近傍に高抵抗の
領域を形成できる。その結果、形成装置(半導体の成膜
室)を増やすことなく、半導体層に部分的なショート箇
所があっても、過大なショート電流が流れるのを防ぐこ
とができ、前述のバリア層を設けるのと同等の効果を有
する光起電力素子が得られる。
In the inventions according to claims 4 to 6, the grain size of the crystal forming the semiconductor layer in contact with the transparent electrode on the light incident side is
Since the distribution is smaller on the transparent electrode side than on the substantially intrinsic semiconductor layer side, the semiconductor layer in contact with the light incident side transparent electrode forms a high resistance region near the interface with the transparent electrode. it can. As a result, an excessive short-circuit current can be prevented from flowing even if there is a partial short-circuit portion in the semiconductor layer without increasing the number of forming devices (semiconductor film formation chamber), and the above-mentioned barrier layer is provided. A photovoltaic element having an effect equivalent to that of is obtained.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下では、図面を参照して、本発
明の光起電力素子の構成を説明する。 (シングル型光起電力素子)本発明の請求項1及び4に
係るシングル型光起電力素子としては、図1に例示した
模式的断面図のものが挙げられる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The structure of the photovoltaic element of the present invention will be described below with reference to the drawings. (Single-type photovoltaic element) The single-type photovoltaic element according to claims 1 and 4 of the present invention includes the schematic cross-sectional view illustrated in FIG.

【0023】図1において、本発明の光起電力素子は、
導電性基板101上に、n(又はp)型の第1半導体層
102、実質的に真性の(i型の)第2半導体層10
3、p(又はn)型の第3半導体層104、透明電極1
05をこの順に積層してあり、透明電極105上には集
電電極106が設けられ、透明電極105側から入射光
107が照射される。
In FIG. 1, the photovoltaic element of the present invention is
On a conductive substrate 101, an n (or p) type first semiconductor layer 102 and a substantially intrinsic (i type) second semiconductor layer 10 are provided.
3, p (or n) type third semiconductor layer 104, transparent electrode 1
05 is laminated in this order, a collector electrode 106 is provided on the transparent electrode 105, and incident light 107 is emitted from the transparent electrode 105 side.

【0024】第3半導体層104における透明電極10
5側の界面近傍領域108では、第3半導体層104の
導電型を決定する不純物濃度が第2半導体層103側に
比べて低くなっている、又は第3半導体層104を構成
する結晶の粒径が第2半導体層103側に比べて小さく
なっている。
The transparent electrode 10 in the third semiconductor layer 104
In the interface vicinity region 108 on the fifth side, the impurity concentration that determines the conductivity type of the third semiconductor layer 104 is lower than that on the second semiconductor layer 103 side, or the grain size of the crystals that form the third semiconductor layer 104. Is smaller than that on the second semiconductor layer 103 side.

【0025】(2層タンデム型光起電力素子)本発明の
請求項2及び5に係る2層タンデム型光起電力素子とし
ては、図2に例示した模式的断面図のものが挙げられ
る。
(Two-layer tandem photovoltaic element) As a two-layer tandem photovoltaic element according to claims 2 and 5 of the present invention, the schematic cross-sectional view illustrated in FIG. 2 can be mentioned.

【0026】図2において、本発明の光起電力素子は、
導電性基板201上に、n(又はp)型の第1半導体層
202、実質的に真性の(i型の)第2半導体層20
3、p(又はn)型の第3半導体層204、n(又は
p)型の第4半導体層209、実質的に真性の(i型
の)第5半導体層210、p(又はn)型の第6半導体
層211、透明電極205をこの順に積層してあり、透
明電極205上には集電電極206が設けられ、透明電
極205側から入射光207が照射される。
In FIG. 2, the photovoltaic element of the present invention is
On a conductive substrate 201, an n (or p) type first semiconductor layer 202 and a substantially intrinsic (i type) second semiconductor layer 20.
3, p (or n) type third semiconductor layer 204, n (or p) type fourth semiconductor layer 209, substantially intrinsic (i type) fifth semiconductor layer 210, p (or n) type The sixth semiconductor layer 211 and the transparent electrode 205 are laminated in this order, a collector electrode 206 is provided on the transparent electrode 205, and incident light 207 is irradiated from the transparent electrode 205 side.

【0027】第6半導体層211における透明電極20
5側の界面近傍領域208では、第6半導体層211の
導電型を決定する不純物濃度が第5半導体層210側に
比べて低くなっている、又は第6半導体層211を構成
する結晶の粒径が第5半導体層210側に比べて小さく
なっている。
The transparent electrode 20 in the sixth semiconductor layer 211
In the interface vicinity region 208 on the fifth side, the impurity concentration that determines the conductivity type of the sixth semiconductor layer 211 is lower than that on the fifth semiconductor layer 210 side, or the grain size of the crystals that form the sixth semiconductor layer 211. Is smaller than that on the fifth semiconductor layer 210 side.

【0028】(3層タンデム型光起電力素子)本発明の
請求項3及び6に係る3層タンデム型光起電力素子とし
ては、図3に例示した模式的断面図のものが挙げられ
る。
(Three-Layer Tandem Photovoltaic Element) As a three-layer tandem photovoltaic element according to claims 3 and 6 of the present invention, the one having the schematic sectional view illustrated in FIG. 3 can be mentioned.

【0029】図3において、本発明の光起電力素子は、
導電性基板301上に、n(又はp)型の第1半導体層
302、実質的に真性の(i型の)第2半導体層30
3、p(又はn)型の第3半導体層304、n(又は
p)型の第4半導体層309、実質的に真性の(i型
の)第5半導体層310、p(又はn)型の第6半導体
層311、n(又はp)型の第7半導体層312、実質
的に真性の(i型の)第8半導体層313、p(又は
n)型の第9半導体層314、透明電極305をこの順
に積層してあり、透明電極上305には集電電極306
が設けられ、透明電極305側から入射光307が照射
される。
In FIG. 3, the photovoltaic element of the present invention is
On a conductive substrate 301, an n (or p) type first semiconductor layer 302 and a substantially intrinsic (i type) second semiconductor layer 30.
3, p (or n) type third semiconductor layer 304, n (or p) type fourth semiconductor layer 309, substantially intrinsic (i type) fifth semiconductor layer 310, p (or n) type Sixth semiconductor layer 311, n (or p) type seventh semiconductor layer 312, substantially intrinsic (i type) eighth semiconductor layer 313, p (or n) type ninth semiconductor layer 314, transparent Electrodes 305 are laminated in this order, and a collector electrode 306 is provided on the transparent electrode 305.
Is provided, and incident light 307 is emitted from the transparent electrode 305 side.

【0030】第9半導体層314における透明電極30
5側の界面近傍領域308では、第9半導体層314の
導電型を決定する不純物濃度が第8半導体層313側に
比べて低くなっている、又は第9半導体層314を構成
する結晶の粒径が第8半導体層313側に比べて小さく
なっている。
Transparent electrode 30 in ninth semiconductor layer 314
In the interface vicinity region 308 on the fifth side, the impurity concentration that determines the conductivity type of the ninth semiconductor layer 314 is lower than that on the eighth semiconductor layer 313 side, or the grain size of the crystals that form the ninth semiconductor layer 314. Is smaller than that on the eighth semiconductor layer 313 side.

【0031】以下では、上述した光起電力素子の構成を
発明するに至った経緯を、詳細に説明する。
The details of how the invention of the above-described photovoltaic element was invented will be described in detail below.

【0032】従来、不純物ドープ層の不純物濃度を変化
させる、あるいは結晶粒径を変化させることについて
は、電極界面側で不純物濃度を高めることが特開昭63
−220581に、i型半導体層界面領域で結晶粒径を
小さくすることが特開昭63−258078に開示され
ているが、本発明とは全く逆方向の分布形状であり、こ
のような分布を持たせた場合には、不純物ドープ層の導
電性基板側の界面近傍領域は、不純物濃度が高い、ある
いは結晶性が高いため該層の他の領域に比較して低抵抗
になるものと考えられ、本発明の最も導電性基板側の不
純物ドープ層の導電性基板側の界面近傍領域を高抵抗化
するという主旨は達し得ない。また、光起電力素子の基
本的な半導体接合(p/i接合、i/n接合等)に影響
を及ぼす。
Conventionally, for changing the impurity concentration of the impurity-doped layer or changing the crystal grain size, it is necessary to increase the impurity concentration on the electrode interface side.
-220581 discloses that the crystal grain size is reduced in the interface region of the i-type semiconductor layer in Japanese Patent Laid-Open No. 63-258078. However, the distribution shape is completely opposite to that of the present invention. If it is provided, the region near the interface of the impurity-doped layer on the side of the conductive substrate is considered to have a lower resistance than other regions of the layer due to high impurity concentration or high crystallinity. However, the gist of increasing the resistance in the region near the interface on the conductive substrate side of the impurity-doped layer on the most conductive substrate side of the present invention cannot be reached. It also affects the basic semiconductor junction (p / i junction, i / n junction, etc.) of the photovoltaic element.

【0033】本発明は、発明者らの実験の結果得られた
以下の知見に基づき、更に検討を重ね完成に至ったもの
である。
The present invention has been completed through further studies based on the following knowledge obtained as a result of experiments by the inventors.

【0034】(1)本発明者は、非単結晶シリコンから
なるnip(又はpin)構造の光起電力素子の光入射
側の透明電極405と半導体層404との間に、半導体
層404とは逆極性の導電型の半導体層415を挿入し
た、図4に示すnipn(又はpnip)構造の光起電
力素子を作製し、タンデム型積層素子の単素子間の逆方
向接合部分の電圧−電流特性が、該逆方向接合部を形成
する不純物ドープ層の特性によりどのように変化するか
を調べていた。また、光起電力素子の半導体層の作製に
は、図5に示す所謂ロール・ツー・ロール方式の製造装
置を用いていた。
(1) The present inventor has found that the semiconductor layer 404 is provided between the transparent electrode 405 and the semiconductor layer 404 on the light incident side of the photovoltaic element having the nip (or pin) structure made of non-single crystal silicon. A photovoltaic element having a nipn (or pnip) structure shown in FIG. 4 in which a semiconductor layer 415 having a conductivity type of opposite polarity is inserted is manufactured, and a voltage-current characteristic of a reverse junction portion between single elements of a tandem laminated element is manufactured. However, it was investigated how it changes depending on the characteristics of the impurity-doped layer forming the reverse junction. Further, a so-called roll-to-roll manufacturing apparatus shown in FIG. 5 was used for manufacturing the semiconductor layer of the photovoltaic element.

【0035】図5において、501,502,503,
504は高周波プラズマCVD法によるn,p,i,n
(又はp,n,i,p)型層の成膜室、505,506
は帯状の導電性基板の供給室、巻き取り室である。それ
ぞれの成膜室の真空チャンバーは、狭い隙間に水素等の
パージガスを流して成膜室間のガスの相互混入を防ぐガ
スゲート507によって接続される。508はたとえば
厚さ0.13mm、幅36cmのステンレスシートのよ
うな導電性の帯状基板であり、供給室505から巻き出
され、連続的に搬送されながら4つの成膜室501,5
02,503,504を通過して、巻き取り室506に
巻き取られる間、その表面に4層のnipn(又はpn
ip)構造の光起電力素子用の非単結晶シリコンの半導
体積層膜が形成される。
In FIG. 5, 501, 502, 503
Reference numeral 504 denotes n, p, i, n formed by the high frequency plasma CVD method.
(Or p, n, i, p) type layer deposition chamber, 505, 506
Is a supply chamber and a winding chamber for the belt-shaped conductive substrate. The vacuum chambers of the respective film forming chambers are connected by a gas gate 507 which prevents a gas from intermixing between the film forming chambers by allowing a purge gas such as hydrogen to flow in a narrow gap. Reference numeral 508 denotes a conductive strip-shaped substrate such as a stainless sheet having a thickness of 0.13 mm and a width of 36 cm, which is unwound from the supply chamber 505 and continuously conveyed while the four film formation chambers 501 and 5 are provided.
While passing through 02, 503 and 504 and being wound into the winding chamber 506, four layers of nipn (or pn) are formed on the surface thereof.
ip) A semiconductor laminated film of non-single crystal silicon for a photovoltaic element having a structure is formed.

【0036】なお、509は耐熱性の不織布からなる帯
状シートで、帯状基板を巻く際に同時に巻き、帯状基板
表面が傷つくのを防止するものである。
Reference numeral 509 denotes a strip-shaped sheet made of a heat-resistant non-woven fabric, which is wound at the same time when the strip-shaped substrate is rolled to prevent the surface of the strip-shaped substrate from being damaged.

【0037】504,501,502,503の各成膜
室には基板を所定の温度に加熱する加熱ヒータ510、
不図示のガス供給手段から各成膜室内に半導体形成用の
原料ガスを導入する原料ガス導入管511、不図示の排
気手段により成膜室を排気し所定の圧力に調整する排気
管512、不図示の高周波電源から成膜室内のガスに高
周波電力を供給して接地された基板との間にグロー放電
を生起する放電電極513が設けられ、成膜室501,
502,503,504では、それぞれ、n,p,i,
n(又はp,n,i,p)型のシリコン非単結晶半導体
層がプラズマCVD法によって堆積される。
In each of the film forming chambers 504, 501, 502 and 503, a heater 510 for heating the substrate to a predetermined temperature,
A raw material gas introduction pipe 511 for introducing a raw material gas for forming a semiconductor into each film forming chamber from a gas supply means (not shown), an exhaust pipe 512 for exhausting the film forming chamber by an unillustrated exhaust means to adjust the pressure to a predetermined pressure, A discharge electrode 513 which supplies high-frequency power to the gas in the film forming chamber from the high-frequency power source shown in the figure to generate a glow discharge is provided between the film forming chamber 501 and the substrate.
In 502, 503, 504, n, p, i,
An n (or p, n, i, p) type silicon non-single crystal semiconductor layer is deposited by the plasma CVD method.

【0038】本発明者は、図5に示した上記構成の半導
体膜製造装置を用い、表面を特別に鏡面研磨加工するこ
となく一般的に大量に入手しうるステンレス薄板の中で
最高水準の表面平滑性を有する厚さ0.13mm、幅3
6cmの光輝熱処理仕上げの冷間圧延のステンレス帯
(SUS430BA)からなる基板上に、nipn構造
の非単結晶シリコン積層膜を堆積し、その上に公知の真
空蒸着装置を用いてITO透明電極を70nm積層し、
更にその上に銀ペーストをスクリーン印刷して幅0.1
5mm、ピッチ3mmの集電電極を形成し、光起電力素
子を作製した。
The inventor of the present invention uses the semiconductor film manufacturing apparatus having the above structure shown in FIG. 5 to obtain the highest level surface among stainless thin plates which can be generally obtained in large quantities without specially polishing the surface. Thickness 0.13mm, width 3 with smoothness
A non-single-crystal silicon laminated film having a nipn structure is deposited on a substrate made of a cold-rolled stainless steel strip (SUS430BA) having a bright heat treatment finish of 6 cm, and an ITO transparent electrode having a thickness of 70 nm is formed thereon by using a known vacuum evaporation device. Stacked
Furthermore, screen print silver paste on it and set the width to 0.1.
A collector electrode having a pitch of 5 mm and a pitch of 3 mm was formed to produce a photovoltaic element.

【0039】一つの光起電力素子の大きさは30cm×
30cmで、1巻き約50mの帯状基板から一度に10
0個の光起電力素子(試料1)を作製した。
The size of one photovoltaic element is 30 cm ×
At 30 cm, 10 rolls at a time from a strip substrate of about 50 m
Zero photovoltaic elements (Sample 1) were produced.

【0040】そしてこのとき、ITO透明電極に接する
最も上のn型半導体層の抵抗率は1×104Ωcm、層
厚は15nmであり、その下のp型半導体層の抵抗率は
1Ωcm、膜厚は10nmであった。また、i型半導体
層の膜厚は300nm、基板側のn型半導体層の膜厚は
30nmであった。
At this time, the uppermost n-type semiconductor layer in contact with the ITO transparent electrode has a resistivity of 1 × 10 4 Ωcm and a layer thickness of 15 nm, and the p-type semiconductor layer thereunder has a resistivity of 1 Ωcm and a film. The thickness was 10 nm. The thickness of the i-type semiconductor layer was 300 nm, and the thickness of the n-type semiconductor layer on the substrate side was 30 nm.

【0041】また、比較試料として、図5に示す半導体
膜製造装置を用い、成膜室504における第4半導体層
の成膜を行わない他は全く同様にして、100個のni
p構造の非単結晶シリコンからなる光起電力素子(試料
2)を作製した。
As a comparative sample, the semiconductor film manufacturing apparatus shown in FIG. 5 was used, except that the fourth semiconductor layer was not formed in the film forming chamber 504.
A photovoltaic element (Sample 2) made of p-structure non-single-crystal silicon was prepared.

【0042】本発明者は、これら試料1と試料2の光起
電力素子の特性を比較することにより、以下のような結
果を見いだした。
The present inventor found the following results by comparing the characteristics of the photovoltaic elements of Sample 1 and Sample 2.

【0043】ショート箇所の高抵抗化の後処理を行わず
に、エアマス(AM)1.5,100mW/cm2の疑
似太陽光を透過率1%のNDフィルターに通した低照度
光下(AM1.5,1mW/cm2)で、作製した30
cm×30cmのnip構造の100個の光起電力素子
(試料2)の開放電圧を測定した。別途用意したピンホ
ールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1c
mの同じnip構造の光起電力素子(試料3)で得られ
た低照度下の開放電圧に比べて、試料2の開放電圧は平
均約1/8に大きく低下していた。
Under low illuminance light (AM1), pseudo sunlight having an air mass (AM) of 1.5 and 100 mW / cm 2 was passed through an ND filter having a transmittance of 1% without post-treatment for increasing the resistance of the short-circuited portion. 0.5, 1 mW / cm 2 )
The open circuit voltage of 100 photovoltaic elements (Sample 2) having a nip structure of cm × 30 cm was measured. 1 cm x 1 c with no pinholes or shorts due to defects prepared separately
The open circuit voltage of Sample 2 was significantly reduced to about 1/8 on average as compared with the open circuit voltage under low illuminance obtained by the photovoltaic device having the same nip structure of m (Sample 3).

【0044】作製した30cm×30cmのnip構造
の光起電力素子(試料2)の暗状態における電圧−電流
特性をカーブトレーサーで調べた結果、電圧−電流曲線
が0V近傍ですぐに電圧軸から離れており、素子に部分
的なショート箇所が発生していることが判明した。部分
的に発生しているショート箇所に発生電流が流れ込むた
めに開放電圧が大きく低下し、特に照射光量が少なく発
生電流が少ない時にその影響が大きく現われていること
が分かった。
As a result of examining the voltage-current characteristics in the dark state of the manufactured photovoltaic device (sample 2) of 30 cm × 30 cm nip structure with a curve tracer, it was found that the voltage-current curve immediately separated from the voltage axis near 0V. It was found that there was a partial short circuit in the device. It was found that the open-circuit voltage was greatly reduced because the generated current flowed into the short-circuited portion that was partially generated, and the effect was particularly large when the irradiation light amount was small and the generated current was small.

【0045】一方、作製した30cm×30cmのpn
ip構造の100個の光起電力素子(試料1)の低照度
光下(AM1.5,1mW/cm2)の開放電圧を測定
した。別途用意したピンホールや欠陥によるショート箇
所が全くない1cm×1cmのnip構造の光起電力素
子(試料3)の低照度下の開放電圧に比べて、試料1の
開放電圧は平均約7/8であり、殆ど電圧の低下がみら
れないことが分った。
On the other hand, the prepared pn of 30 cm × 30 cm
The open-circuit voltage of 100 photovoltaic devices of the ip structure (Sample 1) under low illumination light (AM 1.5, 1 mW / cm 2 ) was measured. The open-circuit voltage of sample 1 is about 7/8 on average compared to the open-circuit voltage under low illuminance of the photovoltaic device (sample 3) of 1 cm x 1 cm nip structure which has no pinholes or shorts due to defects. It was found that there was almost no drop in voltage.

【0046】(2)本発明者は、上記(1)の現象につ
いて、試料1では、n型半導体層を更に積層したことで
半導体膜の全体膜厚が厚くなり、下地基板がより完全に
カバーされてショート箇所が減少したのではないかと考
えた。この考えを検証するため、上に積層したn型半導
体層の膜厚の15nm分だけ、試料1のp型半導体層又
はi型半導体層の膜厚を厚くした他は全く同様にして、
各100個のnip構造の非単結晶シリコンからなる光
起電力素子(試料4、5)を作製した。
(2) Regarding the phenomenon of (1) above, the present inventor has found that in Sample 1, the n-type semiconductor layer is further laminated to increase the overall film thickness of the semiconductor film, thereby more completely covering the underlying substrate. I wondered if the number of short-circuited parts was reduced as a result. In order to verify this idea, the thickness of the p-type semiconductor layer or the i-type semiconductor layer of Sample 1 is increased by 15 nm, which is the thickness of the n-type semiconductor layer stacked on top, in the same manner as described above.
Photovoltaic devices (Samples 4 and 5) each made of 100 pieces of non-single-crystal silicon having a nip structure were produced.

【0047】低照度光下(AM1.5,1mW/c
2)で、作製した30cm×30cmのnip構造の
100個の光起電力素子(試料4、5)の開放電圧を測
定した。
Under low illuminance light (AM1.5, 1 mW / c
m 2 ), the open circuit voltage of 100 photovoltaic devices (Samples 4 and 5) having a nip structure of 30 cm × 30 cm was measured.

【0048】しかし、別途用意したピンホールや欠陥に
よるショート箇所が全くない1cm×1cmのnip構
造の光起電力素子(試料3)の低照度下の開放電圧に比
べて、試料4及び試料5の開放電圧はそれぞれ平均約1
/8に低下していた。
However, compared with the open circuit voltage under low illuminance of the photovoltaic device (sample 3) of 1 cm × 1 cm nip structure, which has no pinholes or shorts due to defects, which are prepared separately, the open voltage of sample 4 and sample 5 is lower. The open circuit voltage is about 1 on average
It had fallen to / 8.

【0049】以上の実験結果から、本発明者が作製した
nipn構造の光起電力素子において部分的なショート
箇所による悪影響が抑制されたのは、単に半導体層の膜
厚が厚くなったためではないことが判明した。
From the above experimental results, in the photovoltaic element of the nipn structure manufactured by the present inventor, the adverse effect of the partial short-circuited portion was suppressed not simply because the semiconductor layer was thick. There was found.

【0050】また、半導体層の製造装置、使用基板等の
条件は全く変えておらず、これらが原因でないことも明
らかであった。
It was also clear that the conditions of the semiconductor layer manufacturing apparatus, the substrate used, etc. were not changed at all, and these were not the cause.

【0051】(3)さらに、本発明者は、ITO透明電
極に接する半導体層がn型の導電型であることが上記
(1)の原因ではないかと考え、各層の膜厚を変えずに
n,i,p型半導体層の積層順をnipからpinに逆
にして、30cm×30cmのpin構造の100個の
光起電力素子(試料6)を作製した。しかし、試料6の
低照度下の開放電圧は、上記試料3の開放電圧と比べて
平均1/8に低下していた。この結果から、ITO透明
電極に接する半導体層がn型の導電型であることも原因
ではないことが判明した。
(3) Furthermore, the present inventor believes that the semiconductor layer in contact with the ITO transparent electrode is of n-type conductivity may be the cause of the above (1), so that the thickness of each layer is not changed. The stacking order of the i, p-type semiconductor layers was reversed from nip to pin, and 100 photovoltaic elements (sample 6) having a pin structure of 30 cm × 30 cm were manufactured. However, the open circuit voltage of Sample 6 under low illuminance was reduced to 1/8 on average as compared with the open circuit voltage of Sample 3 above. From this result, it was clarified that the fact that the semiconductor layer in contact with the ITO transparent electrode is of n-type conductivity is not the cause.

【0052】(4)そこで、本発明者は、ITO透明電
極に接する半導体層の抵抗(ρ=1×104Ωcm)
が、ITO透明電極の抵杭(ρ=7×10-4Ωcm)や
その下のp型半導体層の抵抗(ρ=1Ωcm)よりもか
なり高くなっているのが原因ではないかと考え、ITO
透明電極に接する半導体層の作製条件を変え、膜厚は変
えずに不純物濃度を高め、結晶粒径を大きくして、該n
型半導体層の抵抗率をその下のp型半導体層と同じ抵抗
値(ρ=1Ωcm)とし、30cm×30cmのnip
n構造の100個の光起電力素子(試料7)を作製し
た。
(4) Therefore, the present inventor has found that the resistance of the semiconductor layer in contact with the ITO transparent electrode (ρ = 1 × 10 4 Ωcm).
However, the resistance of the ITO transparent electrode (ρ = 7 × 10 −4 Ωcm) and the resistance of the p-type semiconductor layer below it (ρ = 1 Ωcm) are considered to be much higher than that of the ITO.
By changing the manufacturing conditions of the semiconductor layer in contact with the transparent electrode, the impurity concentration is increased and the crystal grain size is increased without changing the film thickness.
The resistivity of the p-type semiconductor layer is set to the same resistance value (ρ = 1 Ωcm) as the p-type semiconductor layer below, and a nip of 30 cm × 30 cm is set.
100 photovoltaic devices having n structure (Sample 7) were prepared.

【0053】しかし、別途用意したピンホールや欠陥に
よるショート箇所が全くない1cm×1cmのnip構
造の光起電力素子(試料3)の低照度下の開放電圧に比
べて、試料7の開放電圧は平均約1/8に低下してい
た。
However, the open-circuit voltage of the sample 7 is lower than that of the photovoltaic element (sample 3) of 1 cm × 1 cm nip structure, which has no pinholes or shorts due to defects, prepared under low illuminance. The average was reduced to about 1/8.

【0054】この実験結果から、ITO透明電極に接す
る半導体層の抵抗(ρ=1×104Ωcm)が、ITO
透明電極の抵杭(ρ=7×10-4Ωcm)やその下のp
型半導体層の抵抗(ρ=1Ωcm)よりもかなり高くな
っていたことが、本発明者が作製したnipn構造の光
起電力素子において、部分的なショート箇所の影響が抑
制された原因であることが分かった。
From the results of this experiment, the resistance (ρ = 1 × 10 4 Ωcm) of the semiconductor layer in contact with the ITO transparent electrode is
Resistance of transparent electrode (ρ = 7 × 10 -4 Ωcm) and p under it
The fact that the resistance was significantly higher than the resistance (ρ = 1 Ωcm) of the n-type semiconductor layer is the reason why the influence of the partial short-circuited portion was suppressed in the photovoltaic element of the nipn structure manufactured by the present inventors. I understood.

【0055】すなわち、nip構造の光起電力素子と透
明電極の間に、光起電力素子の直列抵抗の上昇を起こさ
ない範囲内で高抵抗な層を設けることで、光起電力素子
の特性を低下させずに、部分的なショート箇所に大きな
ショート電流が流れるのを抑制できたものと考えられ
る。
That is, by providing a high resistance layer between the nip structure photovoltaic element and the transparent electrode within a range in which the series resistance of the photovoltaic element does not increase, the characteristics of the photovoltaic element are improved. It is considered that a large short-circuit current could be suppressed from flowing to a partial short-circuited portion without lowering.

【0056】(5)本発明者が、SUS430BA基板
上に、図5に示すようなロール・ツー・ロール型の成膜
装置で全半導体膜厚が200〜400nm程度のnip
構造の光起電力素子を形成し、電子顕微鏡によって観察
したところ、半導体層を貫通するショート箇所が10c
m×10cm=100cm2当たりに平均1箇所程度発
生しており、その有効直径は平均約5μmであることが
確認された。したがって、30cm×30cm=900
cm2の比較的大面積の素子において、ショー卜箇所を
そのまま放置した状態では、平均9箇所程度あるショー
ト箇所に大きな電流が流れ込むため、光起電力素子の特
性が大幅に低下したものと考えられる。
(5) The inventor of the present invention uses a roll-to-roll type film forming apparatus as shown in FIG. 5 on a SUS430BA substrate to obtain a nip having a total semiconductor film thickness of about 200 to 400 nm.
When a photovoltaic element having a structure was formed and observed by an electron microscope, it was found that a short-circuited portion penetrating the semiconductor layer was 10c.
It was confirmed that about 1 spot was generated per m × 10 cm = 100 cm 2 , and the effective diameter was about 5 μm on average. Therefore, 30 cm x 30 cm = 900
In a device having a relatively large area of cm 2 , when the show part is left as it is, a large current flows into a short part, which is an average of about 9 parts, and it is considered that the characteristics of the photovoltaic device are significantly deteriorated. .

【0057】しかし、本発明の光起電力素子では、IT
O透明電極に接する部分に抵抗率1×104Ωcm、層
厚15nmの高抵抗の半導体層が均一に積層されたこと
により、ショート箇所の一か所当たり7.5kΩの抵抗
を生じ、該ショート箇所に流れる電流がかなり抑制さ
れ、部分的なショート箇所があっても30cm×30c
mの光起電力素子の特性が殆ど低下しなくなったものと
説明される。
However, in the photovoltaic element of the present invention, IT
O A high-resistance semiconductor layer having a resistivity of 1 × 10 4 Ωcm and a layer thickness of 15 nm was uniformly laminated in a portion in contact with the O transparent electrode, thereby generating a resistance of 7.5 kΩ per one short-circuited portion, and the short-circuited portion. The current flowing through the location is considerably suppressed, and even if there is a partial short-circuit location, 30 cm x 30 c
It is explained that the characteristics of the photovoltaic element of m are almost not deteriorated.

【0058】(6)また、ITO透明電極に接する半導
体層の抵抗率がρ=1×104Ωcm、層厚が15nm
の時、pn界面が十分にオーミックな接合状態ならば、
該層を挿入したことによる直列抵抗の増加は0.015
Ωcm2で、数〜数十Ωcm ある光起電力素子の直列
抵抗に較べて殆ど無視できる。
(6) Further, a semiconductor which is in contact with the ITO transparent electrode
The resistivity of the body layer is ρ = 1 × 10FourΩcm, layer thickness 15 nm
At this time, if the pn interface is in a sufficiently ohmic junction state,
The increase of series resistance by inserting the layer is 0.015
Ωcm2And several to several tens of Ωcm 2A series of photovoltaic elements
Almost negligible compared to resistance.

【0059】上記(1)〜(6)において説明した経緯
により、本発明者は、光起電力素子の光入射側の透明電
極に接する位置に、光起電力素子の最表面側の不純物ド
ープ層とは逆極性の導電型で、透明電極及び光起電力素
子の最表面側の不純物ドープ層よりも高抵抗の半導体層
を設けることにより、部分的なショート箇所があっても
大きなショート電流が流れるのを抑制できることを見い
だした。
Based on the background described in (1) to (6) above, the present inventor has found that the impurity-doped layer on the outermost surface side of the photovoltaic element is located at a position in contact with the transparent electrode on the light incident side of the photovoltaic element. By providing a semiconductor layer having a conductivity type opposite to that of the above and having a higher resistance than the transparent electrode and the impurity-doped layer on the outermost surface side of the photovoltaic element, a large short-circuit current flows even if there is a partial short-circuit point. I found that I can suppress the

【0060】この方法は、従来の方法と比較し、抵抗層
として光起電力素子本体の半導体膜と同じ半導体材料を
用いているために、不純物のドープ濃度や結晶性によっ
て抵抗率の制御が容易であり、さらに、透明の材料にし
て膜厚を厚くしなくとも、20nm以下の極く薄い膜厚
で、光起電力素子本体の半導体膜を均一に被覆すること
ができるという点で優れている。
Compared to the conventional method, this method uses the same semiconductor material as the semiconductor film of the photovoltaic element body for the resistance layer, and therefore the resistivity can be easily controlled by the impurity doping concentration and crystallinity. Further, it is excellent in that the semiconductor film of the photovoltaic element body can be uniformly coated with an extremely thin film thickness of 20 nm or less without using a transparent material to increase the film thickness. .

【0061】しかし、光起電力素子本体の最表面側の不
純物ドープ層とは逆の導電型の半導体層を形成する必要
がある為、n,i,p型半導体層用にそれぞれ専用の成
膜室を設け、基板を順次搬送する所謂3室分離型の成膜
装置において、基板を逆送りすることなくかかる構成の
光起電力素子を作製するには、n,i,p型半導体層の
成膜室の他にさらにもう一つのn型半導体層の成膜室を
追加する必要があった。
However, since it is necessary to form a semiconductor layer having a conductivity type opposite to that of the impurity-doped layer on the outermost surface side of the photovoltaic element body, dedicated film formations for the n, i, and p type semiconductor layers, respectively. In a so-called three-chamber separation type film forming apparatus in which a chamber is provided and the substrates are sequentially transported, in order to manufacture a photovoltaic element having such a configuration without feeding the substrate backward, formation of n, i, p type semiconductor layers is performed. It was necessary to add another n-type semiconductor layer deposition chamber in addition to the film chamber.

【0062】また、ロール・ツー・ロール型の成膜装置
でも、光起電力素子本体の最表面側の不純物ドープ層と
その上の高抵抗の半導体層では不純物の導電型が異なる
為、ガスゲートを介して更にもう1室成膜室を追加し、
図5に示すような装置構成にする必要があった。そのた
め、従来の技術の解決されるべき課題であった新たな層
を形成するために形成装置が必要で、製造工程が複雑に
なるという課題は、この方法によっては解決されていな
かった。
Also in the roll-to-roll type film forming apparatus, the impurity conductivity type of the impurity-doped layer on the outermost surface side of the photovoltaic element body is different from that of the high-resistance semiconductor layer, so that a gas gate is used. Add another film deposition chamber through
It was necessary to have a device configuration as shown in FIG. Therefore, the problem that the forming apparatus is needed to form a new layer and the manufacturing process is complicated, which has been a problem to be solved by the conventional technique, has not been solved by this method.

【0063】(7)本発明は、上記(6)に示した課題
を解決すべく、本発明者が更に検討を重ねて見いだした
ものである。
(7) The present invention has been made by the present inventor after further studies in order to solve the above-mentioned problem (6).

【0064】すなわち、光起電力素子本体の最表面側の
不純物ドープ層の形成に際し、透明電極界面近傍の領域
において、該層の他の領域と比較して不純物濃度を低く
する、又は該層の他の領域と比較して結晶性を低くする
ことによって、透明電極との界面近傍に高抵抗の領域を
形成するようにしたものである。
That is, when forming the impurity-doped layer on the outermost surface side of the photovoltaic element body, the impurity concentration is made lower in the region near the interface of the transparent electrode as compared with the other regions of the layer, or By lowering the crystallinity as compared with other regions, a high resistance region is formed near the interface with the transparent electrode.

【0065】このように一つの不純物ドープ層の中で半
導体の抵抗を変化させ、透明電極に接する領域に高抵抗
の領域を設けるようにすることによって、本発明の光起
電力素子では形成装置(半導体の成膜室)を増やすこと
なく、半導体層に部分的なショート箇所があっても大き
なショート電流が流れることの抑制を実現したものであ
る。
As described above, the resistance of the semiconductor is changed in one impurity-doped layer, and the high resistance region is provided in the region in contact with the transparent electrode. It is possible to suppress the flow of a large short-circuit current even if there is a partial short-circuit portion in the semiconductor layer without increasing the number of semiconductor film formation chambers.

【0066】以下では、本発明に係る「光起電力素子本
体の最表面側の不純物ドープ層の形成条件」に関して、
より詳細に説明する。
In the following, regarding "the conditions for forming the impurity-doped layer on the outermost surface side of the photovoltaic element body" according to the present invention,
This will be described in more detail.

【0067】本発明の光起電力素子において、透明電極
に接する領域の厚さd(nm)は2<d<20の範囲で
あることが好ましい。
In the photovoltaic element of the present invention, the thickness d (nm) of the region in contact with the transparent electrode is preferably in the range of 2 <d <20.

【0068】本発明の光起電力素子における透明電極に
接する領域の厚さd(nm)は、光電流を発生せず、透
明でない層を光入射側に設けることによる素子の発生電
流の低下を防ぎ、かつ、高抵抗の領域を全素子領域にわ
たって均一に被覆するという条件からその好適な範囲が
存在する。すなわち、2nm以下の膜厚では高抵抗の領
域を全素子領域にわたって均一に被覆することは困難で
あり、20nm以上の膜厚では該領域の光の吸収量が大
きく、素子の出力電流の低下が大きくなる。
The thickness d (nm) of the region in contact with the transparent electrode in the photovoltaic element of the present invention does not generate a photocurrent, and lowers the current generated by the element by providing a non-transparent layer on the light incident side. A suitable range exists from the condition of preventing and uniformly covering the high resistance region over the entire element region. That is, if the film thickness is 2 nm or less, it is difficult to uniformly cover the high resistance region over the entire element region, and if the film thickness is 20 nm or more, the amount of light absorbed in the region is large, and the output current of the device decreases. growing.

【0069】また、本発明の光起電力素子において、透
明電極に接する領域の抵抗率ρ(Ωcm)は、102
ρ<106の範囲であることが好ましい。
In the photovoltaic element of the present invention, the resistivity ρ (Ωcm) of the region in contact with the transparent electrode is 10 2 <
It is preferable that ρ <10 6 .

【0070】本発明の光起電力素子における透明電極に
接する領域の抵抗率ρ(Ωcm)は、前記の領域の厚さ
d(nm)の範囲において、光起電力素子に部分的なシ
ョート箇所があっても大きなショート電流が流れるのを
抑制できるのに充分な抵抗値を有し、かつ、該領域の膜
厚方向の抵抗によって光起電力素子の直列抵抗を大きく
増加させないという条件からその好適な範囲が存在す
る。
The resistivity ρ (Ωcm) of the region in contact with the transparent electrode in the photovoltaic element of the present invention is such that within the range of the thickness d (nm) of the above-mentioned region, a short-circuited point is partially present in the photovoltaic element. Even if it exists, it has a resistance value sufficient to suppress the flow of a large short-circuit current, and the series resistance of the photovoltaic element is not significantly increased by the resistance of the region in the film thickness direction. Range exists.

【0071】本発明者らが、一般的に入手できる中で最
高程度の表面性を有する光輝熱処理仕上げの冷間圧延の
ステンレス帯(SUS430BA)を基板として用い、
ロール・ツー・ロール装置でシリコン系非単結晶半導体
からなる光起電力素子を形成した場合、半導体層を貫通
するショート部分は10cm×10cm=100cm 2
当たりに平均1箇所、最高100箇所に発生しており、
その有効直径は平均5μmであった。このような条件下
において、該領域の抵抗率ρ(Ωcm)をρ>102
範囲にすることにより、高抵抗領域が好適な範囲の最下
限の膜厚である2nmであっても、光起電力素子1cm
2当たりのショート箇所の抵抗を、素子特性の急激な低
下の起こる境界レベルの1×103Ω以上にすることが
できた。
Among the most commonly available
For cold rolling with bright heat treatment finish with high degree of surface property
Using a stainless steel strip (SUS430BA) as a substrate,
Roll-to-roll machine for silicon-based non-single crystal semiconductor
When a photovoltaic element consisting of is formed, it penetrates the semiconductor layer.
The short part is 10 cm x 10 cm = 100 cm 2
There is an average of 1 spot per 100 spots,
The effective diameter was 5 μm on average. Under such conditions
, The resistivity ρ (Ωcm) of the region is ρ> 102of
By setting the range, the high resistance region is at the bottom of the preferred range.
Photovoltaic device 1 cm even if the film thickness is 2 nm
2The resistance of the short circuit area is
1 × 10 of the lower boundary level that occursThreeΩ or more
did it.

【0072】また、この透明電極に接する高抵抗領域の
抵抗率ρ(Ωcm)をρ<106の範囲にすることで、
該領域の膜厚が好適な範囲の最上限の20nmであって
も、該領域による光起電力素子の直列抵抗の増加を、素
子特性の低下がみられはじめる2Ωcm2以下にするこ
とができた。
By setting the resistivity ρ (Ωcm) of the high resistance region in contact with the transparent electrode within the range of ρ <10 6 ,
Even if the film thickness of the region is 20 nm which is the upper limit of the preferable range, the increase in the series resistance of the photovoltaic device due to the region could be reduced to 2 Ωcm 2 or less at which the deterioration of the device characteristics begins to be observed. .

【0073】本発明の光起電力素子において、透明電極
に接する不純物ドープ層において該層の導電型を決定す
る不純物濃度が透明電極界面側で低くなる分布を有する
場合、不純物濃度の分布形状としては、図6(A)〜
(C)に示すような形状を挙げることができる。図6
(A)〜(C)は実質的に真性の半導体層との界面側で
高く、透明電極界面に向けて低下する濃度分布を示す。
透明電極界面近傍領域において不純物濃度を低めの一定
の範囲に制御し、前述のρ,dの条件を満たしておれ
ば、不純物濃度は様々な分布形状をとりうる。
In the photovoltaic device of the present invention, in the impurity-doped layer in contact with the transparent electrode, when the impurity concentration that determines the conductivity type of the layer has a distribution that becomes low on the transparent electrode interface side, the distribution shape of the impurity concentration is , FIG. 6 (A)-
The shape as shown in (C) can be mentioned. Figure 6
(A) to (C) show a concentration distribution that is high on the interface side with the substantially intrinsic semiconductor layer and decreases toward the transparent electrode interface.
If the impurity concentration in the region near the interface of the transparent electrode is controlled to a lower constant range and the above conditions of ρ and d are satisfied, the impurity concentration can have various distribution shapes.

【0074】なお、このような不純物濃度の膜厚方向に
対する分布を得るには、該不純物ドープ層堆積時にシリ
コン元素と不純物元素の供給比率を変化させる等の手段
を用いる。
In order to obtain such a distribution of the impurity concentration in the film thickness direction, a means such as changing the supply ratio of the silicon element and the impurity element at the time of depositing the impurity-doped layer is used.

【0075】シリコン系非単結晶半導体を価電子制御す
るために用いられる不純物としては、p型の導電型を付
与するものとして、周期律表第3B族の元素、たとえば
B,Al,Ga,In,Tl等が挙げられ、n型の導電
型を付与するものとして、周期律表第5B族の元素、た
とえばN,P,As,Sb,Bi等が拳げられる。殊
に、B,Ga,P,Sb等が好適である。このような不
純物元素を導入する原料物質としては、例えばシリコン
系非単結晶半導体をプラズマCVD法で形成する場合、
常温常圧でガス状態の、又は少なくとも膜形成条件下で
容易にガス化しうるものが採用される。そのような不純
物導入用の物質としては、具体的には、PH3,P
24,PF3,PCl3,AsH3,AsF3,AsF5
AsCl3,SbH3,SbF5,BiH3,BF3,BC
3,BBr3,B26,B44,B59,B511,B6
10,B612,AlCl3,B(CH33,Al(CH
33,Ga(CH33,As(CH33等を挙げること
ができる。上記の不純物元素を含む化合物は、1種用い
ても2種以上併用してもよい。
As an impurity used to control the valence electrons of the silicon-based non-single-crystal semiconductor, an element of Group 3B of the periodic table, such as B, Al, Ga, or In, is used to impart p-type conductivity. , Tl and the like, and elements imparting n-type conductivity include elements of Group 5B of the periodic table, for example, N, P, As, Sb, Bi and the like. Particularly, B, Ga, P, Sb and the like are preferable. As a raw material for introducing such an impurity element, for example, when a silicon-based non-single-crystal semiconductor is formed by a plasma CVD method,
A material that is in a gas state at room temperature and atmospheric pressure, or that can be easily gasified under at least film-forming conditions is used. As such a substance for introducing impurities, specifically, PH 3 , P
2 H 4 , PF 3 , PCl 3 , AsH 3 , AsF 3 , AsF 5 ,
AsCl 3 , SbH 3 , SbF 5 , BiH 3 , BF 3 , BC
l 3 , BBr 3 , B 2 H 6 , B 4 H 4 , B 5 H 9 , B 5 H 11 , B 6
H 10 , B 6 H 12 , AlCl 3 , B (CH 3 ) 3 , Al (CH
3 ) 3 , Ga (CH 3 ) 3 , As (CH 3 ) 3 and the like. The compounds containing the above impurity elements may be used alone or in combination of two or more.

【0076】また、本発明の光起電力素子において、透
明電極に接する不純物ドープ層において該層のシリコン
の結晶粒径が透明電極界面側で小さくなる分布を有する
場合、結晶粒径の分布形状としては、図7(A)〜
(C)に示すような形状を挙げることができる。図7
(A)〜(C)は実質的に真性の半導体層との界面側で
高く、透明電極界面に向けて低下する結晶粒径の分布を
示す。
In the photovoltaic element of the present invention, when the impurity-doped layer in contact with the transparent electrode has a distribution in which the crystal grain size of silicon in the layer is smaller on the transparent electrode interface side, the distribution shape of the crystal grain size is Is shown in FIG.
The shape as shown in (C) can be mentioned. Figure 7
(A) to (C) show a distribution of crystal grain sizes that is high on the interface side with the substantially intrinsic semiconductor layer and decreases toward the transparent electrode interface.

【0077】なお、本発明でいう結晶粒径とは、断面T
EM(透過型電子顕徽鏡)によって観測されるシリコン
結晶の粒子の大きさを、その結晶粒子の体積を有する球
の直径で表したものである。なお、結晶粒子が膜厚方向
に高さを持つ柱状形状である場合、膜厚方向のある位置
における結晶粒径は、この柱状結晶のこの位置における
断面積を有する円の直径で定義する。
The crystal grain size referred to in the present invention means the cross section T.
The particle size of a silicon crystal observed by EM (transmission electron microscopy) is represented by the diameter of a sphere having the volume of the crystal particle. When the crystal grains have a columnar shape having a height in the film thickness direction, the crystal grain size at a certain position in the film thickness direction is defined by the diameter of a circle having a cross-sectional area of this columnar crystal at this position.

【0078】本発明でいう非単結晶シリコンとは、多結
晶から完全に非晶質なアモルファス構造までのシリコン
を指すが、微結晶相を殆ど含まず結晶粒径の平均が約2
nm以下の所謂狭義のアモルファスに較べ、微結晶相を
多く含みアモルファス相が少ない結晶粒径の平均が約2
nm以上の所謂マイクロクリスタルは、抵抗率が3〜4
桁程度低下することが知られている。したがって、非単
結晶シリコンにおいて結晶粒径を透明電極界面近傍で小
さくすることによって、透明電極界面近傍の領域の抵抗
を高めることができる。
The term "non-single-crystal silicon" as used in the present invention refers to silicon having a polycrystalline to completely amorphous structure, but containing almost no microcrystalline phase and having an average crystal grain size of about 2: 1.
Compared to the so-called narrowly-defined amorphous material having a particle size of nm or less, the average crystal grain size including a large amount of microcrystalline phase and a small amount of amorphous phase is about 2
So-called microcrystals of nm or more have a resistivity of 3 to 4
It is known to decrease by an order of magnitude. Therefore, by reducing the crystal grain size in the vicinity of the transparent electrode interface in non-single crystal silicon, the resistance in the region near the transparent electrode interface can be increased.

【0079】なお、このような結晶粒径の膜厚方向に対
する分布を得るには、該不純物ドープ層形成時に、たと
えばプラズマCVD法で堆積する場合には放電電力や水
素希釈率、堆積温度等の、堆積膜の結晶性に影響を及ぼ
す条件を変化させる等の手段を用いる。プラズマCVD
法において、非単結晶シリコンの結晶粒径を大きくする
方法としては、原料ガス流量に対する放電電力を大きく
する、原料ガスに対する水素希釈率を高める等の方法が
知られており、透明電極界面近傍で放電電力を小さくす
る、あるいは水素希釈率を下げることにより、該領域の
結晶粒径を下げることができる。
In order to obtain such a distribution of the crystal grain size in the film thickness direction, when forming the impurity-doped layer, for example, when depositing by the plasma CVD method, the discharge power, the hydrogen dilution rate, the deposition temperature, etc. are set. Means such as changing conditions affecting the crystallinity of the deposited film are used. Plasma CVD
In the method, as a method for increasing the crystal grain size of non-single-crystal silicon, there are known methods such as increasing the discharge power with respect to the source gas flow rate and increasing the hydrogen dilution ratio with respect to the source gas. By reducing the discharge power or reducing the hydrogen dilution rate, the crystal grain size in the region can be reduced.

【0080】また、不純物ドープ層の透明電極界面近傍
領域の結晶粒径を小さくすることと、該領域の不純物濃
度を下げることは、単独で行っても、組み合わせて行っ
てもよい。不純物ドープ層の透明電極側で、結晶粒径と
不純物濃度が同時に低下するような分布を有していても
よく、その場合、透明電極界面側で低下する分布をして
おれば、結晶粒径の分布形状と不純物濃度の分布形状が
同じである必要はなく、例えば、結晶粒径の分布が途中
で急激に変化するステップ状で、不純物濃度の分布が連
続的に変化するスロープ状であってもよい。
Further, the reduction of the crystal grain size in the region near the interface of the transparent electrode of the impurity-doped layer and the reduction of the impurity concentration in the region may be carried out individually or in combination. The transparent electrode side of the impurity-doped layer may have a distribution such that the crystal grain size and the impurity concentration simultaneously decrease. In that case, if the distribution is such that the transparent electrode interface side decreases, the crystal grain size The distribution shape of the impurity concentration does not have to be the same as the distribution shape of the impurity concentration, for example, a step shape in which the distribution of the crystal grain size changes rapidly on the way, and a slope shape in which the distribution of the impurity concentration changes continuously. Good.

【0081】また更に、非単結晶シリコンは、不純物元
素としてPを含有すると結晶粒径が大きくなり易く、B
を含有すると結晶粒径が小さくなり易くなる傾向がある
ことが知られている。したがって、不純物元素としてB
を用い、不純物ドープ層の透明電極界面近傍領域の不純
物濃度を下げる場合、条件によっては、Bの含有濃度が
下がることによって結晶粒径が急激に大きくなり、意図
とは逆に低抵抗になる危険性がある。これを回避するに
は、所謂狭義のアモルファス状態から所謂マイクロクリ
スタル状態に急激に変化する成膜条件を避け、Bの含有
濃度が下がることによって結晶構造が急激に変化しない
ように成膜条件を設定する必要がある。
Furthermore, in non-single crystal silicon, if P is contained as an impurity element, the crystal grain size tends to increase, and
It is known that the crystal grain size tends to be small when the content of is included. Therefore, B as an impurity element
When lowering the impurity concentration of the impurity-doped layer in the vicinity of the transparent electrode interface, depending on the conditions, the crystal grain size may suddenly increase due to the decrease of the B content concentration, which may result in a low resistance contrary to the intention. There is a nature. In order to avoid this, the film forming conditions are set so that the crystal structure does not suddenly change due to the decrease of the B content concentration, while avoiding the film forming conditions in which the so-called narrowly-defined amorphous state is rapidly changed to the so-called microcrystal state. There is a need to.

【0082】以下では、本発明の実施態様例を説明す
る。 (導電性基板)本発明に係る光起電力素子の導電性基板
を構成する材料としては、半導体層作製時に必要とされ
る温度において変形、歪みが少なく、所望の強度を有す
るものが好ましく、具体的にはステンレススチール、ア
ルミニウム、及びその合金、鉄及びその合金、銅及びそ
の合金等の金属薄板及びその複合体、及びそれらの表面
に異種材質の金属薄膜、又はSiO2,Si32,Al2
3,AlN3等の絶縁性薄膜をスパッタ法、蒸着法、鍍
金法等により表面コーティング処理を行ったもの。ま
た、ポリイミド、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレ
ート、エポキシ等の耐熱性樹脂シート、又はこれらとガ
ラスファイバー、カーボンファイバー、ホウ素ファイバ
ー、金属繊維等との複合体の表面に金属単体又は合金、
及び透明導電性酸化物(TCO)等を鍍金、蒸着、スパ
ッタ、塗布等の方法で導電性処理を行ったものが挙げら
れる。
Hereinafter, an example of the embodiment of the present invention will be described. (Conductive Substrate) The material constituting the conductive substrate of the photovoltaic element according to the present invention is preferably a material that has a small amount of deformation and distortion at the temperature required for producing a semiconductor layer and has a desired strength. Specifically, stainless steel, aluminum and its alloys, iron and its alloys, copper and its alloys, etc., metal thin plates and their composites, and metal thin films of different materials on their surfaces, or SiO 2 , Si 3 N 2 , Al 2
A surface coating treatment of an insulating thin film such as O 3 or AlN 3 by a sputtering method, a vapor deposition method, a plating method, or the like. Further, polyimide, polyamide, polyethylene terephthalate, heat-resistant resin sheet such as epoxy, or a simple metal or alloy on the surface of a composite of these and glass fiber, carbon fiber, boron fiber, metal fiber, etc.
And those obtained by subjecting a transparent conductive oxide (TCO) or the like to a conductive treatment by a method such as plating, vapor deposition, sputtering or coating.

【0083】また、前記導電性帯状基板の表面性として
はいわゆる平滑面であっても、微小の凹凸面があっても
良い。微小の凹凸面とする場合には、球状、円錐状、角
錘状等であって且つその最大高さ(Rmax)は好ましく
は50nm〜500nmとすることにより、該表面での
光反射が乱反射となり、該表面での反射光の光路長の増
大をもたらす。
The surface property of the conductive strip substrate may be a so-called smooth surface or may have a minute uneven surface. When the surface is a minute uneven surface, it has a spherical shape, a conical shape, a pyramidal shape, or the like, and its maximum height (R max ) is preferably 50 nm to 500 nm, so that light reflection on the surface is irregularly reflected. Which increases the optical path length of the reflected light on the surface.

【0084】(電極)本発明に係る光起電力素子におい
ては、当該デバイスの構成形態により適宜の電極が選択
使用される。それらの電極としては、下部電極、上部電
極(透明電極)、集電電極を挙げることができる(ただ
し、ここでいう上部電極とは光入射側に設けられている
ものをさし、下部電極とは半導体層を挟んで上部電極に
対向して設けられたものをさすものとする)。
(Electrode) In the photovoltaic element according to the present invention, an appropriate electrode is selected and used according to the configuration of the device. Examples of these electrodes include a lower electrode, an upper electrode (transparent electrode), and a collector electrode (however, the upper electrode here means one provided on the light incident side, and Refers to those provided facing the upper electrode with the semiconductor layer in between).

【0085】本発明に好適に用いられる下部電極の構成
材料としては、Ag,Au,Pt,Ni,Cr,Al,
Ti,Zn,Mo,W等の金属又はこれらの合金が挙げ
られる。下部電極は、これらの金属を使用し、真空蒸
着、電子ビーム蒸着、スパッタリング等の成膜手段によ
り形成できる。その際形成される金属薄膜は出力に対し
て抵抗成分とならぬように配慮されねばならず、シート
抵抗値として好ましくは50Ω以下より好ましくは10
Ω以下であることが望ましい。
As the constituent material of the lower electrode preferably used in the present invention, Ag, Au, Pt, Ni, Cr, Al,
Examples include metals such as Ti, Zn, Mo, W, and alloys thereof. The lower electrode can be formed using these metals by a film forming means such as vacuum evaporation, electron beam evaporation, or sputtering. The metal thin film formed at that time must be considered so as not to become a resistance component to the output, and the sheet resistance value is preferably 50 Ω or less, more preferably 10 Ω or less.
Ω or less is desirable.

【0086】下部電極とn型半導体層(あるいはp型半
導体層)との間に、ZnO等の短絡防止及び電極金属の
拡散防止のための緩衝層をもうけてもよい。該緩衝層の
効果としては下部電極を構成する金属元素がn型半導体
層(あるいはp型半導体層)の中へ拡散するのを防止す
るのみならず、若干の抵抗値をもたせることで半導体層
を挟んで設けられた下部電極と上部(透明)電極との間
にピンホール等の欠陥で発生するショートを防止するこ
と、及び薄膜による多重干渉を発生させる入射された光
を太陽電池内に閉じ込める等の効果を挙げることができ
る。
A buffer layer may be provided between the lower electrode and the n-type semiconductor layer (or p-type semiconductor layer) to prevent a short circuit such as ZnO and prevent diffusion of the electrode metal. The effect of the buffer layer is not only to prevent the metal element constituting the lower electrode from diffusing into the n-type semiconductor layer (or p-type semiconductor layer) but also to provide the semiconductor layer with some resistance. Preventing short circuits caused by defects such as pinholes between the lower electrode and the upper (transparent) electrode that are sandwiched between them, and confining the incident light that causes multiple interference due to the thin film in the solar cell, etc. The effect of can be raised.

【0087】該緩衝層の構成材料として好適に用いられ
るものとして、フッ化マグネシウムベースの材料、イン
ジウム、スズ、カドミウム、亜鉛、アンチモン、シリコ
ン、クロム、銀、銅、アルミニウムの酸化物、窒化物及
び炭化物あるいはこれらの混合物の中から選ばれる材料
があげられる。取り分け、フッ化マグネシウム、酸化亜
鉛は形成が容易であり、且つ緩衝層としての適度な抵抗
値と光透過率を有するため望ましい。
Materials suitably used as the constituent material of the buffer layer include magnesium fluoride-based materials, indium, tin, cadmium, zinc, antimony, silicon, chromium, silver, copper, aluminum oxides, nitrides, and Examples include materials selected from carbides and mixtures thereof. In particular, magnesium fluoride and zinc oxide are desirable because they are easy to form and have a suitable resistance value and light transmittance as a buffer layer.

【0088】本発明において用いられる透明電極として
は、太陽や白色蛍光灯等からの光を半導体層内に効率よ
く吸収させるために光の透過率が70%以上であること
が望ましく、80%以上であることが更に望ましい。こ
のような特性を備えた材料としてSnO2,In23
ZnO,CdO,Cd2SnO4,ITO(In23+S
nO2)等の金属酸化物や、Au,Al,Cu等の金属
を極めて薄く半透明状に成膜した金属薄膜等が挙げられ
る。透明電極は、p型半導体層(あるいはn型半導体
層)の上に積層される。これらの作製方法としては、抵
抗加熱蒸着法、スパッタリング法、スプレー法等を用い
ることができ、所望に応じて適宜選択される。
The transparent electrode used in the present invention preferably has a light transmittance of 70% or more, and preferably 80% or more, in order to efficiently absorb light from the sun or a white fluorescent lamp into the semiconductor layer. Is more desirable. As materials having such characteristics, SnO 2 , In 2 O 3 ,
ZnO, CdO, Cd 2 SnO 4 , ITO (In 2 O 3 + S
Examples thereof include metal oxides such as nO 2 ) and metal thin films in which a metal such as Au, Al, and Cu is formed into an extremely thin film in a semitransparent state. The transparent electrode is laminated on the p-type semiconductor layer (or the n-type semiconductor layer). A resistance heating vapor deposition method, a sputtering method, a spray method, or the like can be used as a method for manufacturing these, and is appropriately selected as desired.

【0089】本発明においては、透明電極のシート抵抗
値を低減させる目的で透明電極上に集電電極を設けても
よい。半導体層形成後に該透明電極を形成する場合、該
透明電極の形成時の基板温度をあまり高くすることがで
きず、該透明電極のシート抵抗値が比較的高いものにな
らざるを得ないので、該集電電極を形成することが好ま
しい。
In the present invention, a collector electrode may be provided on the transparent electrode for the purpose of reducing the sheet resistance value of the transparent electrode. When the transparent electrode is formed after the semiconductor layer is formed, the substrate temperature at the time of forming the transparent electrode cannot be increased so much that the sheet resistance value of the transparent electrode must be relatively high. It is preferable to form the current collecting electrode.

【0090】本発明に好適に用いられる集電電極の構成
材料としては、Ag,Cr,Ni,Al,Au,Ti,
Pt,Cu,Mo,W等の金属の単体又はこれらの合金
あるいはカーボンが挙げられる。また、これらの金属あ
るいはカーボンの長所(低抵抗、半導体層への拡散が少
ない、堅牢である、印刷等により電極形成が容易、等)
を組み合わせて用いることができる。また、半導体層の
光入射光量が十分に確保されるよう、その形状は太陽電
池の受光面に対して一様に広がり、且つ受光面積に対し
てその面積は好ましくは15%以下、より好ましくは1
0%以下であることが望ましい。また、シート抵抗値と
しては、好ましくは50Ω以下、より好ましくは10Ω
であることが望ましい。
As the constituent material of the collector electrode preferably used in the present invention, Ag, Cr, Ni, Al, Au, Ti,
Examples include simple metals such as Pt, Cu, Mo, and W, alloys thereof, and carbon. Also, the advantages of these metals or carbon (low resistance, little diffusion into the semiconductor layer, robust, easy electrode formation by printing, etc.)
Can be used in combination. In order to ensure a sufficient amount of light incident on the semiconductor layer, its shape is uniformly spread over the light receiving surface of the solar cell, and its area is preferably 15% or less, more preferably the light receiving area. 1
Desirably, it is 0% or less. The sheet resistance value is preferably 50Ω or less, more preferably 10Ω.
It is desirable that

【0091】(半導体層)本発明に係る光起電力素子の
半導体層において、好適に用いられる実質的に真性な半
導体層を構成する半導体材料としては、例えば、a−S
i:H,a−Si:F,a−Si:H:F,a−Si
C:H,a−SiC:F,a−SiC:H:F,a−S
iGe:H,a−SiGe:F,a−SiGe:H:
F,多結晶質Si:H,多結晶質Si:F,多結晶質S
i:H:F等シリコン系非単結晶半導体材料が挙げられ
る。また、該半導体層は実質的に真性であればよく、微
量の不純物を含有していてもよい。
(Semiconductor Layer) In the semiconductor layer of the photovoltaic element according to the present invention, a semiconductor material which is preferably used and which constitutes a substantially intrinsic semiconductor layer is, for example, aS
i: H, a-Si: F, a-Si: H: F, a-Si
C: H, a-SiC: F, a-SiC: H: F, a-S
iGe: H, a-SiGe: F, a-SiGe: H:
F, polycrystalline Si: H, polycrystalline Si: F, polycrystalline S
Silicon-based non-single-crystal semiconductor materials such as i: H: F can be used. Further, the semiconductor layer may be substantially intrinsic and may contain a trace amount of impurities.

【0092】本発明において好適に用いられるp型ある
いはn型半導体層を構成する半導体材料は、前述したi
型半導体層を構成する半導体材料に価電子制御を行う不
純物をドーピングすることによって得られるが、該pあ
るいはn型半導体層を構成する半導体材料中に結晶層を
含んでいる方が、光の利用率及びキャリア密度を高める
ことができるので好ましい。
The semiconductor material forming the p-type or n-type semiconductor layer preferably used in the present invention is the above-mentioned i.
It can be obtained by doping the semiconductor material forming the p-type semiconductor layer with an impurity for controlling valence electrons, but the use of light is better when the semiconductor material forming the p-type or n-type semiconductor layer contains a crystal layer. It is preferable because the rate and the carrier density can be increased.

【0093】本発明の太陽電池に用いられる各半導体層
を形成する手段として、マイクロ波プラズマCVD法、
RFプラズマCVD法、イオンプレーティング法、スパ
ッタリング法及び反応性スパッタリング法、光CVD
法、熱CVD法、MOCVD法、MBE法等、半導体堆
積膜形成方法を実現できる成膜手段を挙げることがで
き、これらは適宜選択して用いられる。
As means for forming each semiconductor layer used in the solar cell of the present invention, a microwave plasma CVD method,
RF plasma CVD method, ion plating method, sputtering method and reactive sputtering method, photo CVD
Film forming means capable of realizing a semiconductor deposited film forming method, such as a thermal CVD method, a thermal CVD method, a MOCVD method, an MBE method, and the like, and these are appropriately selected and used.

【0094】(光起電力素子の製造装置及び製造方法)
本発明に係る光起電力素子を作製するにあたっては、各
種の製造装置及び製造方法、を用いうることが可能であ
るが、図1に示したシングル構成の光起電力素子を作製
する場合には、例えば図8に模式図を示した構成の製造
装置を用いて製造することができる。図8に示す製造装
置は、前述の図5に示す製造装置から成膜室を1つ減ら
したものであり、図8の801〜813は図5の501
〜513に対応している。
(Photovoltaic Device Manufacturing Apparatus and Manufacturing Method)
In manufacturing the photovoltaic element according to the present invention, various manufacturing apparatuses and manufacturing methods can be used. However, in the case of manufacturing the photovoltaic element having the single structure shown in FIG. For example, it can be manufactured by using a manufacturing apparatus having a structure shown in FIG. The manufacturing apparatus shown in FIG. 8 is obtained by reducing the number of film forming chambers by one from the manufacturing apparatus shown in FIG. 5, and reference numerals 801 to 813 in FIG. 8 denote 501 in FIG.
Corresponding to ~ 513.

【0095】本発明においては、最も光入射側の不純物
ドープ層中で不純物濃度又は結晶粒径を変化させること
で、透明電極界面近傍に高抵抗の領域を形成するため、
高抵抗の層(領域)を形成する成膜室を新たに追加する
必要がなく、製造装置、製造工程が複雑化することがな
い。
In the present invention, since the impurity concentration or the crystal grain size is changed in the impurity-doped layer closest to the light incident side, a high resistance region is formed in the vicinity of the transparent electrode interface.
There is no need to newly add a film forming chamber for forming a high resistance layer (region), and the manufacturing apparatus and manufacturing process will not be complicated.

【0096】図8において、801,802,803は
高周波プラズマCVD法によるn,i,p(又はp,
i,n)型層の成膜室、805,806は帯状の導電性
基板の供給室、巻き取り室である。それぞれの成膜室の
真空チャンバーは、狭い隙間に水素等のパージガスを流
して成膜室間のガスの相互混入を防ぐガスゲート807
によって接続される。808はたとえば厚さ0.13m
m、幅36cmのステンレスシートのような導電性の帯
状基板であり、供給室805から巻き出され、連続的に
搬送されながら3つの成膜室801,802,803を
通過して、巻き取り室806に巻き取られる間、その表
面に3層のnip(又はpin)構造の光起電力素子用
の非単結晶シリコンの半導体積層膜が形成される。
In FIG. 8, reference numerals 801, 802 and 803 denote n, i, p (or p, by the high frequency plasma CVD method).
i, n) type layer deposition chambers, and 805 and 806 are strip-shaped conductive substrate supply chambers and winding chambers. In the vacuum chamber of each film forming chamber, a gas gate 807 for preventing a mutual mixture of gases between film forming chambers by flowing a purge gas such as hydrogen into a narrow gap.
Connected by. 808 is, for example, 0.13 m thick
m is a conductive strip substrate such as a stainless sheet having a width of 36 cm, which is unwound from the supply chamber 805 and passes through the three film forming chambers 801, 802 and 803 while being continuously conveyed to the winding chamber. While being wound around 806, a semiconductor laminated film of non-single-crystal silicon for a photovoltaic element having a three-layer nip (or pin) structure is formed on the surface thereof.

【0097】なお、809は耐熱性の不織布からなる帯
状シートで、帯状基板を巻く際に同時に巻き、帯状基板
表面が傷つくのを防止するものである。
Reference numeral 809 denotes a strip-shaped sheet made of a heat-resistant non-woven fabric, which is wound at the same time when the strip-shaped substrate is rolled to prevent the surface of the strip-shaped substrate from being damaged.

【0098】801,802,803の各成膜室には基
板を所定の温度に加熱する加熱ヒータ810、不図示の
ガス供給手段から各成膜室内に半導体形成用の原料ガス
を導入する原料ガス導入管811、不図示の排気手段に
より成膜室を排気し所定の圧力に調整する排気管81
2、不図示の高周波電源から成膜室内のガスに高周波電
力を供給して接地された基板との間にグロー放電を生起
する放電電極813が設けられ、成膜室801,80
2,803では、それぞれ、n,i,p(又はp,i,
n)型のシリコン非単結晶半導体層がプラズマCVD法
によって堆積される。
A heater 810 for heating the substrate to a predetermined temperature is provided in each of the film forming chambers 801, 802, 803, and a source gas for introducing a source gas for semiconductor formation into each film forming chamber from a gas supply means (not shown). Introducing pipe 811, an exhaust pipe 81 for exhausting the film forming chamber by an unillustrated exhausting means and adjusting the pressure to a predetermined
2. A discharge electrode 813, which supplies a high-frequency power from a high-frequency power source (not shown) to the gas in the film forming chamber to cause a glow discharge between the substrate and a substrate that is grounded, is provided in the film forming chambers 801, 80.
2, 803, n, i, p (or p, i,
An n) type silicon non-single crystal semiconductor layer is deposited by plasma CVD.

【0099】最も光入射側の不純物ドープ層の成膜室8
03には、2つの放電領域があり、それぞれ別の原料ガ
ス導入管811、放電電極813を有し、2つの領域の
成膜条件を変えることで、該層において膜厚方向に不純
物濃度又は結晶粒径を変化させることができる。
Film-forming chamber 8 for the impurity-doped layer closest to the light incident side
03 has two discharge regions, each having a different source gas introduction pipe 811 and discharge electrode 813, and by changing the film forming conditions of the two regions, the impurity concentration or crystal in the film thickness direction in the layer is changed. The particle size can be varied.

【0100】図9に示す製造装置は、前述の図8に示す
製造装置の実質的に真性の半導体層の成膜室における放
電電力を高周波からマイクロ波に変更したもので、かか
る製造装置においても本発明の光起電力素子を製造する
ことができる。
The manufacturing apparatus shown in FIG. 9 is different from the manufacturing apparatus shown in FIG. 8 in that the discharge power in the deposition chamber for the substantially intrinsic semiconductor layer is changed from high frequency to microwave. The photovoltaic device of the present invention can be manufactured.

【0101】図9の901〜913は図8の801〜8
13に対応している。図9において、914は不図示の
マイクロ波電源から成膜室902にマイクロ波電力を導
く導波管であり、915は成膜室902にマイクロ波電
力を導入する誘電体からなるマイクロ波導入窓である。
図9に示した装置では、比較的厚い膜厚を必要とする実
質的に真性な半導体層を、成膜速度の高いマイクロ波プ
ラズマCVD法によって形成することができるため、成
膜室902の長さを図8の装置と比較して短縮すること
ができる。
901 to 913 of FIG. 9 are 801 to 801 of FIG.
It corresponds to 13. In FIG. 9, 914 is a waveguide for guiding microwave power from a microwave power source (not shown) to the film forming chamber 902, and 915 is a microwave introduction window made of a dielectric material for introducing microwave power to the film forming chamber 902. Is.
In the apparatus shown in FIG. 9, since a substantially intrinsic semiconductor layer which requires a relatively large film thickness can be formed by a microwave plasma CVD method with a high film formation rate, the length of the film formation chamber 902 can be increased. The length can be shortened as compared with the device of FIG.

【0102】図2に示した本発明の2層タンデム構成の
光起電力素子は、例えば図10に模式図を示した構成の
製造装置を用いて製造することができる。図10に示す
製造装置は、前述の図8に示す製造装置のn,i,p
(又はp,i,n)型の半導体層の成膜室をA,Bの2
組にしたもので、nipnip(又はpinpin)構
造の2層タンデム型光起電力素子を製造することができ
る。図10の1001〜1008は図8の801〜80
8に対応している。
The photovoltaic element having the two-layer tandem structure of the present invention shown in FIG. 2 can be manufactured by using, for example, the manufacturing apparatus having the structure shown in FIG. The manufacturing apparatus shown in FIG. 10 is the same as the manufacturing apparatus shown in FIG.
The deposition chamber for the (or p, i, n) type semiconductor layer is set to 2 of A and B.
In a set, a two-layer tandem photovoltaic element having a nipnip (or pinpin) structure can be manufactured. Reference numerals 1001 to 1008 in FIG. 10 denote 801 to 80 in FIG.
8 is supported.

【0103】最も光入射側の不純物ドープ層の成膜室1
003Bには、条件の異なる2つの放電領域が設けら
れ、膜厚方向に特性の変化した半導体層を成膜すること
ができる。
Film-forming chamber 1 for the impurity-doped layer closest to the light incident side
003B is provided with two discharge regions under different conditions, so that a semiconductor layer whose characteristics change in the film thickness direction can be formed.

【0104】また、図3に示した3本発明の層タンデム
構成の光起電力素子は、例えば図11に模式図を示した
構成の製造装置を用いて製造することができる。図11
に示す製造装置は、前述の図8に示す製造装置のn,
i,p(又はp,i,n)型の半導体層の成膜室をA,
B,Cの3組にしたもので、nipnipnip(又は
pinpinpin)構造の3層タンデム型光起電力素
子を製造することができる。図11の1101〜110
8は図8の801〜808に対応している。
The photovoltaic element having the three-layer tandem structure of the present invention shown in FIG. 3 can be manufactured using, for example, the manufacturing apparatus having the structure shown in FIG. FIG.
The manufacturing apparatus shown in FIG.
The deposition chamber for the i, p (or p, i, n) type semiconductor layer is set to A,
With three sets of B and C, it is possible to manufacture a three-layer tandem photovoltaic element having a nipnipnip (or pinpinpin) structure. 1101 to 110 of FIG.
8 corresponds to 801 to 808 in FIG.

【0105】最も光入射側の不純物ドープ層の成膜室1
103Cには、条件の異なる2つの放電領域が設けら
れ、膜厚方向に特性の変化した半導体層を成膜すること
ができる。
Film-forming chamber 1 for the impurity-doped layer closest to the light incident side
Two discharge regions under different conditions are provided in 103C, and a semiconductor layer whose characteristics change in the film thickness direction can be formed.

【0106】[0106]

【実施例】以下、本発明の光起電力素子の実施例を示
す。 (実施例1)本例では、図8に示した製造装置を用い、
導電性基板上に非晶質シリコンからなるnip構造の光
起電力素子を連続的に製造した。なお、最も透明電極側
の不純物ドープ層は2つの成膜領域で成膜するようにし
て、原料ガス中の不純物ガス濃度を、真性の半導体層界
面側の成膜領域よりも透明電極界面側の成膜領域で低く
し、成膜室803で成膜されるp型非晶質シリコン層の
不純物元素であるB(ホウ素)の濃度が透明電極側で低
く分布するようにした。作製条件は、表1に示した。
EXAMPLES Examples of the photovoltaic element of the present invention will be shown below. (Example 1) In this example, the manufacturing apparatus shown in FIG.
A photovoltaic device having a nip structure made of amorphous silicon was continuously manufactured on a conductive substrate. The impurity-doped layer on the most transparent electrode side is formed in two film forming regions so that the impurity gas concentration in the source gas is set to be closer to the transparent electrode interface side than to the intrinsic semiconductor layer interface side film forming region. The concentration was lowered in the film formation region so that the concentration of B (boron), which is an impurity element of the p-type amorphous silicon layer formed in the film formation chamber 803, was low distributed on the transparent electrode side. The manufacturing conditions are shown in Table 1.

【0107】[0107]

【表1】 [Table 1]

【0108】以下では、作製の手順に従って、各工程を
説明する。 (1)SUS430BAからなる帯状のステンレス板
(幅36cm×長さ50m×厚さ0.13mm)808
をボビンにコイル状に巻きつけた状態で供給室805に
セットし、該帯状基板を各ガスゲート807を介して成
膜室801〜803を貫通させ、帯状基板の巻き取り室
806まで渡し、弛まない程度に張力をかけた。なお、
巻き取り室806には充分に乾燥したアラミド製の保護
フィルム(幅36cm×長さ60m×厚さ0.05m
m)809の巻きつけられたボビンをセットし、半導体
膜が形成された帯状基板とともに該保護フィルムが巻き
込まれるようにした。
In the following, each step will be described according to the manufacturing procedure. (1) Strip-shaped stainless steel plate made of SUS430BA (width 36 cm x length 50 m x thickness 0.13 mm) 808
Is set in a supply chamber 805 in a coiled state around a bobbin, the film-forming chambers 801 to 803 are passed through each gas gate 807 to the film-forming chambers 801 to 803, and the film is passed up to the film-winding chamber 806 for the substrate without sagging. Tensioned to a degree. In addition,
In the winding chamber 806, a sufficiently dried protective film made of aramid (width 36 cm x length 60 m x thickness 0.05 m)
m) A wound bobbin 809 was set so that the protective film was wound together with the band-shaped substrate on which the semiconductor film was formed.

【0109】(2)帯状基板をセットした後、各室80
1〜806内を不図示のロータリーポンプとメカニカル
ブースターポンプを組み合わせたポンプで一度真空排気
し、引き続き排気しながらHeガスを導入して約200
PaのHe雰囲気中で各成膜室内部を約350℃に加熱
ベーキングした。
(2) After setting the strip substrate, each chamber 80
1 to 806 are evacuated once by a pump which is a combination of a rotary pump and a mechanical booster pump (not shown), and He gas is introduced while continuously evacuating to about 200
The inside of each film forming chamber was heated and baked at about 350 ° C. in a He atmosphere of Pa.

【0110】(3)加熱ベーキングの後、各室801〜
806を一度真空排気し、引き続き排気しながら、各ガ
スゲート807に隣接する成膜室間の成膜ガスの混入を
防止するためのガスとしてH2を各1000sccm、
各成膜室801〜803にそれぞれの原料ガスを所定流
量導入した。そして、各室の排気管812に設けたスロ
ットルバルブの開度を調整することにより、帯状基板の
供給室805、巻き取り室806の内圧を125Pa
に、成膜室801,802,803の内圧をそれぞれ1
30Paに設定した。
(3) After heating and baking, each chamber 801-
806 is evacuated once, and while continuously evacuated, H 2 is 1000 sccm as a gas for preventing mixing of the film forming gas between the film forming chambers adjacent to each gas gate 807,
A predetermined amount of each source gas was introduced into each film forming chamber 801 to 803. Then, by adjusting the opening degree of the throttle valve provided in the exhaust pipe 812 of each chamber, the internal pressure of the supply chamber 805 and the winding chamber 806 of the strip substrate is 125 Pa.
In addition, the internal pressure of the film forming chambers 801, 802, 803 is set to 1
It was set to 30 Pa.

【0111】(4)各室の圧力が安定したところで、帯
状基板の巻き取り室806の巻き取りボビンを回転さ
せ、帯状基板808が成膜室801から803に向かう
方向に100cm/分の一定速度で連続的に移動させ
た。また、各成膜室801〜803内に設けた不図示の
温度制御装置に接続された加熱ヒータ810により、移
動する帯状基板が各成膜室の成膜空間で所定の温度にな
るように温度制御を行った。
(4) When the pressure in each chamber becomes stable, the winding bobbin in the strip substrate winding chamber 806 is rotated to move the strip substrate 808 from the film forming chambers 801 to 803 at a constant speed of 100 cm / min. Moved continuously with. Further, a heater 810 connected to a temperature control device (not shown) provided in each of the film forming chambers 801 to 803 controls the temperature of the moving strip-shaped substrate to a predetermined temperature in the film forming space of each film forming chamber. Control was performed.

【0112】(5)帯状基板の温度が安定したところ
で、成膜室801,802,803に設けた放電電極8
13から13.56MHzの高周波電力を、不図示の電
源から整合装置を介して投入した。放電電力の投入によ
り各成膜室801〜803の原料ガスはプラズマ化し、
各成膜室内で連続的に移動する帯状基板表面に半導体膜
の形成が行われ、帯状基板表面に連続的にnip構造の
半導体膜が形成された。表1に成膜室801〜803に
おける成膜条件を示す。
(5) When the temperature of the strip-shaped substrate is stabilized, the discharge electrodes 8 provided in the film forming chambers 801, 802, 803
High frequency power of 13 to 13.56 MHz was input from a power source (not shown) through a matching device. The source gas in each of the film forming chambers 801 to 803 is turned into plasma by supplying discharge power,
The semiconductor film was formed on the surface of the belt-shaped substrate that continuously moved in each film forming chamber, and the semiconductor film having the nip structure was continuously formed on the surface of the belt-shaped substrate. Table 1 shows film forming conditions in the film forming chambers 801 to 803.

【0113】(6)帯状基板の搬送を開始してから連続
して40分間移動させ、その間に35分間連続して半導
体膜の形成を行った。約35mにわたって半導体積層膜
を形成した後、放電電力の投入と、原料ガスの導入と、
帯状基板及び成膜室の加熱とを停止し、成膜室内のパー
ジを行い、帯状基板及び装置内部を十分冷却してから装
置を開け、帯状基板を巻き取り室806から装置の外に
取り出した。
(6) After the belt-shaped substrate was started to be conveyed, it was continuously moved for 40 minutes, during which the semiconductor film was continuously formed for 35 minutes. After forming the semiconductor laminated film over about 35 m, input of discharge power and introduction of source gas,
The heating of the belt-shaped substrate and the film forming chamber was stopped, the film forming chamber was purged, the belt-shaped substrate and the inside of the apparatus were sufficiently cooled, the device was opened, and the belt-shaped substrate was taken out of the device from the winding chamber 806. .

【0114】(7)取り出した帯状基板を連続加工装置
によって連続的に加工し、形成した半導体層の上に、透
明電極として全面に70nm厚のITO(In23+S
nO 2)薄膜を形成し、集電電極として一定間隔で細線
状のAg電極を形成することにより30cm×30cm
の光起電力素子を100個連続的に作製した。なお、半
導体積層膜形成後、ショート発生箇所を高抵抗化する後
処理は行わなかった。作製した光起電力素子の層構成の
模式図を図1に示す。
(7) Continuous processing apparatus for the strip-shaped substrate taken out
On the semiconductor layer that has been continuously processed and formed by
A 70 nm thick ITO (In2OThree+ S
nO 2) A thin film is formed and thin wires are used as current collecting electrodes at regular intervals.
30cm × 30cm by forming a rectangular Ag electrode
100 photovoltaic elements of were continuously produced. Half
After forming a laminated conductor film, and after increasing the resistance at the location where the short circuit occurs
No treatment was done. Of the layer structure of the fabricated photovoltaic element
A schematic diagram is shown in FIG.

【0115】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(実試料1)100個について特性を測定した。ピン
ホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1
cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料1)の特
性で規格化すると、実試料1の低照度光下(AM1.
5,1mW/cm2)における開放電圧は、平均0.9
0であった。また、実試料1の疑似太陽光下(AM1.
5,100mW/cm2)における真性変換効率は、平
均0.95であった。さらに、素子特性の低下は殆どみ
られなかった。
The characteristics of 100 manufactured 30 cm × 30 cm photovoltaic elements (actual sample 1) were measured. 1 cm x 1 with no pinholes or shorts due to defects
When standardized by the characteristics of the photovoltaic element (reference sample 1) produced in the portion of cm, the actual sample 1 under low illuminance light (AM1.
The open circuit voltage at 5,1 mW / cm 2 ) is 0.9 on average.
It was 0. In addition, the actual sample 1 under pseudo sunlight (AM1.
The intrinsic conversion efficiency at 5,100 mW / cm 2 ) was 0.95 on average. Furthermore, the device characteristics were hardly deteriorated.

【0116】また、作製した光起電力素子(実試料1)
を2次イオン質量分析計(SIMS)を用いて、膜厚方
向の元素分布を測定した。その結果、透明電極に接する
最表面の不純物ドープ層において、不純物元素であるB
(ホウ素)が、透明電極界面側で低く、実質的に真性の
半導体層側で高い分布になっていることが確認された。
Further, the produced photovoltaic element (actual sample 1)
Was measured for element distribution in the film thickness direction using a secondary ion mass spectrometer (SIMS). As a result, in the impurity-doped layer on the outermost surface in contact with the transparent electrode, the impurity element B
It was confirmed that (boron) had a low distribution on the transparent electrode interface side and a high distribution on the substantially intrinsic semiconductor layer side.

【0117】(比較例1)本例では、最も透明電極側の
不純物ドープ層における不純物濃度を一定とした点が実
施例1と異なる。すなわち、最も透明電極側の不純物ド
ープ層を、図8に示した製造装置における1つの成膜領
域で作製するようにして、原料ガス中の不純物ガス濃度
を、真性の半導体層界面側の成膜領域と透明電極界面側
の成膜領域とで変わらないようにした。
Comparative Example 1 This example is different from Example 1 in that the impurity concentration in the impurity-doped layer on the most transparent electrode side was constant. That is, the impurity doped layer on the most transparent electrode side is formed in one film forming region in the manufacturing apparatus shown in FIG. 8 so that the impurity gas concentration in the source gas is changed to the film formation on the intrinsic semiconductor layer interface side. The area and the film formation area on the transparent electrode interface side were not changed.

【0118】他の点は実施例1と同様にして、30cm
×30cmのnip構造の光起電力素子(比試料1)を
100個連続的に作製した。なお、半導体積層膜形成
後、ショート発生箇所を高抵抗化する後処理は行わなか
った。
Other points are the same as in Example 1 and are 30 cm.
100 photovoltaic elements (comparative sample 1) having a nip structure of × 30 cm were continuously produced. After the semiconductor laminated film was formed, no post-treatment was performed to increase the resistance of the short-circuited portion.

【0119】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(比試料1)100個について特性を測定した。ピン
ホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1
cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料1)の特
性で規格化すると、比試料1の低照度光下(AM1.
5,1mW/cm2)における開放電圧は平均0.13
であった。また、比試料1の疑似太陽光下(AM1.
5,100mW/cm2)における真性変換効率は平均
0.33であった。
The characteristics of 100 manufactured 30 cm × 30 cm photovoltaic elements (Comparative Sample 1) were measured. 1 cm x 1 with no pinholes or shorts due to defects
When standardized by the characteristics of the photovoltaic element (reference sample 1) fabricated in the portion of cm, the ratio sample 1 under low illuminance light (AM1.
The average open circuit voltage at 5,1 mW / cm 2 is 0.13.
Met. In addition, under the pseudo sunlight of Sample 1 (AM1.
The intrinsic conversion efficiency at 5,100 mW / cm 2 ) was 0.33 on average.

【0120】したがって、比試料1は実試料1に比べ
て、素子特性の低下が大きいことが分かった。
Therefore, it was found that the ratio sample 1 had a larger decrease in device characteristics than the actual sample 1.

【0121】また、作製した光起電力素子を2次イオン
質量分析計(SIMS)を用いて、膜厚方向の元素分布
を測定したところ、透明電極に接する最表面の不純物ド
ープ層において、不純物元素であるB(ホウ素)が透明
電極界面側と実質的に真性の半導体層側で同じ濃度で変
化していないことが確認された。
The element distribution in the film thickness direction of the produced photovoltaic element was measured using a secondary ion mass spectrometer (SIMS). As a result, the impurity element in the impurity-doped layer on the outermost surface in contact with the transparent electrode was measured. It was confirmed that B (boron) was not changed at the same concentration on the transparent electrode interface side and on the substantially intrinsic semiconductor layer side.

【0122】(実施例2)本例では、nip構造に代え
て、pin構造の光起電力素子を作製した点が実施例1
と異なる。すなわち、図8に示した製造装置を用い、導
電性基板上に非晶質シリコンからなるpin構造の光起
電力素子を連続的に製造する際、最も透明電極側の不純
物ドープ層は2つの成膜領域で成膜するようにして、原
料ガス中の不純物ガス濃度を、真性の半導体層界面側の
成膜領域よりも透明電極界面側の成膜領域で低くし、成
膜室803で成膜されるn型非晶質シリコン層の不純物
元素であるP(リン)の濃度が透明電極側で低く分布す
るようにした。各層の成膜条件は、表2に示す通りとし
た。
(Example 2) In this example, a photovoltaic element having a pin structure instead of the nip structure was manufactured.
And different. That is, when a photovoltaic device having a pin structure made of amorphous silicon is continuously manufactured on a conductive substrate by using the manufacturing apparatus shown in FIG. 8, the impurity-doped layer on the most transparent electrode side has two layers. By forming the film in the film region, the concentration of the impurity gas in the source gas is made lower in the film forming region on the transparent electrode interface side than on the intrinsic semiconductor layer interface side, and the film is formed in the film forming chamber 803. The concentration of P (phosphorus), which is an impurity element of the n-type amorphous silicon layer to be formed, is distributed low on the transparent electrode side. The film forming conditions for each layer were as shown in Table 2.

【0123】[0123]

【表2】 他の点は、実施例1と同様にして、30cm×30cm
のpin構造の光起電力素子(実試料2)を100個連
続的に作製した。
[Table 2] Other points are 30 cm × 30 cm as in Example 1.
100 photovoltaic devices having pin structure (actual sample 2) were continuously produced.

【0124】なお、半導体積層膜形成後、ショート発生
箇所を高抵抗化する後処理は行わなかった。作製した光
起電力素子の層構成の模式図を図1に示した。
After the semiconductor laminated film was formed, the post-treatment for increasing the resistance of the short-circuited portion was not performed. A schematic view of the layer structure of the produced photovoltaic element is shown in FIG.

【0125】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(実試料2)100個について特性を測定した。ピン
ホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1
cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料2)の特
性で規格化すると、実試料2の低照度光下(AM1.
5,1mW/cm2)における開放電圧は、平均0.9
0であった。また、実試料1の疑似太陽光下(AM1.
5,100mW/cm2)における真性変換効率は、平
均0.95であった。さらに、素子特性の低下は殆どみ
られなかった。
The characteristics of 100 photovoltaic devices (actual sample 2) each having a size of 30 cm × 30 cm were measured. 1 cm x 1 with no pinholes or shorts due to defects
When standardized by the characteristics of the photovoltaic element (reference sample 2) produced in the portion of cm, the actual sample 2 under low illuminance light (AM1.
The open circuit voltage at 5,1 mW / cm 2 ) is 0.9 on average.
It was 0. In addition, the actual sample 1 under pseudo sunlight (AM1.
The intrinsic conversion efficiency at 5,100 mW / cm 2 ) was 0.95 on average. Furthermore, the device characteristics were hardly deteriorated.

【0126】また、作製した光起電力素子(実試料2)
を2次イオン質量分析計(SIMS)を用いて、膜厚方
向の元素分布を測定した。その結果、透明電極に接する
最表面の不純物ドープ層において、不純物元素であるP
(リン)が、透明電極界面側で低く、実質的に真性の半
導体層側で高い分布になっていることが確認された。
Further, the manufactured photovoltaic element (actual sample 2)
Was measured for element distribution in the film thickness direction using a secondary ion mass spectrometer (SIMS). As a result, in the impurity-doped layer on the outermost surface in contact with the transparent electrode, the impurity element P
It was confirmed that (phosphorus) had a low distribution on the transparent electrode interface side and a high distribution on the substantially intrinsic semiconductor layer side.

【0127】(比較例2)本例では、最も透明電極側の
不純物ドープ層における不純物濃度を一定とした点が実
施例2と異なる。すなわち、最も透明電極側の不純物ド
ープ層を、図8に示した製造装置における1つの成膜領
域で作製するようにして、原料ガス中の不純物ガス濃度
を、真性の半導体層界面側の成膜領域と透明電極界面側
の成膜領域とで変わらないようにした。
(Comparative Example 2) This example is different from Example 2 in that the impurity concentration in the impurity-doped layer on the most transparent electrode side was constant. That is, the impurity doped layer on the most transparent electrode side is formed in one film forming region in the manufacturing apparatus shown in FIG. 8 so that the impurity gas concentration in the raw material gas is changed to the film formation on the intrinsic semiconductor layer interface side. The area and the film formation area on the transparent electrode interface side were not changed.

【0128】他の点は実施例2と同様にして、30cm
×30cmのpin構造の光起電力素子(比試料2)を
100個連続的に作製した。なお、半導体積層膜形成
後、ショート発生箇所を高抵抗化する後処理は行わなか
った。
Other points are the same as in Example 2 and are 30 cm.
100 photovoltaic elements (comparative sample 2) having a pin structure of × 30 cm were continuously prepared. After the semiconductor laminated film was formed, no post-treatment was performed to increase the resistance of the short-circuited portion.

【0129】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(比試料2)100個について特性を測定した。ピン
ホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1
cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料2)の特
性で規格化すると、比試料2の低照度光下(AM1.
5,1mW/cm2)における開放電圧は平均0.15
であった。また、比試料2の疑似太陽光下(AM1.
5,100mW/cm2)における真性変換効率は平均
0.35であった。
The characteristics of 100 photovoltaic devices (comparative sample 2) having a size of 30 cm × 30 cm were measured. 1 cm x 1 with no pinholes or shorts due to defects
When standardized by the characteristics of the photovoltaic element (reference sample 2) manufactured in the portion of cm, the ratio sample 2 under low illuminance light (AM1.
The average open circuit voltage at 5,1 mW / cm 2 is 0.15.
Met. In addition, under the pseudo sunlight of Comparative Sample 2 (AM1.
The intrinsic conversion efficiency at 5,100 mW / cm 2 ) was 0.35 on average.

【0130】したがって、比試料2は実試料2に比べ
て、素子特性の低下が大きいことが分かった。
Therefore, it was found that the ratio sample 2 had a larger decrease in device characteristics than the actual sample 2.

【0131】また、作製した光起電力素子を2次イオン
質量分析計(SIMS)を用いて、膜厚方向の元素分布
を測定したところ、透明電極に接する不純物ドープ層に
おいて、不純物元素であるP(リン)が透明電極界面側
と実質的に真性の半導体層側で同じ濃度で変化していな
いことが確認された。
The element distribution in the film thickness direction of the produced photovoltaic element was measured by using a secondary ion mass spectrometer (SIMS). As a result, it was found that the impurity element P in the impurity-doped layer in contact with the transparent electrode was P. It was confirmed that (phosphorus) did not change at the same concentration on the transparent electrode interface side and on the substantially intrinsic semiconductor layer side.

【0132】(実施例3)本例では、図8に示した製造
装置を用い、導電性基板上に非晶質シリコンからなるn
ip構造の光起電力素子を連続的に製造した。その際、
Si原料ガスに対する不純物ガス濃度は変えずに、放電
電力とSi原料ガスのH2希釈率を、真性の半導体層界
面側の成膜領域よりも透明電極界面側の成膜領域で低く
し、図8の成膜室803で成膜されるp型非晶質シリコ
ン層の結晶粒径が導電性基板側で低く分布するようにし
た点が、実施例1と異なる。各層の成膜条件は、表3に
示す通りとした。
(Embodiment 3) In this embodiment, the manufacturing apparatus shown in FIG. 8 is used, and n made of amorphous silicon is formed on a conductive substrate.
A photovoltaic device having an ip structure was continuously manufactured. that time,
Without changing the impurity gas concentration with respect to the Si source gas, the discharge power and the H 2 dilution rate of the Si source gas were made lower in the film forming region on the transparent electrode interface side than on the intrinsic semiconductor layer interface side film forming region. 8 is different from Example 1 in that the crystal grain size of the p-type amorphous silicon layer formed in the film forming chamber 803 of No. 8 is distributed low on the conductive substrate side. The film forming conditions for each layer were as shown in Table 3.

【0133】[0133]

【表3】 [Table 3]

【0134】他の点は、実施例1と同様にして、30c
m×30cmのpin構造の光起電力素子(実試料3)
を100個連続的に作製した。
Other points are the same as in the first embodiment, 30c.
Photovoltaic device with m × 30 cm pin structure (actual sample 3)
100 were continuously produced.

【0135】なお、半導体積層膜形成後、ショート発生
箇所を高抵抗化する後処理は行わなかった。作製した光
起電力素子の層構成の模式図を図1に示した。
After the semiconductor laminated film was formed, the post-treatment for increasing the resistance of the short-circuited portion was not performed. A schematic view of the layer structure of the produced photovoltaic element is shown in FIG.

【0136】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(実試料3)100個について特性を測定した。ピン
ホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1
cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料3)の特
性で規格化すると、実試料3の低照度光下(AM1.
5,1mW/cm2)における開放電圧は、平均0.8
8であった。また、実試料3の疑似太陽光下(AM1.
5,100mW/cm2)における真性変換効率は、平
均0.95であった。さらに、素子特性の低下は殆どみ
られなかった。
The characteristics of 100 manufactured 30 cm × 30 cm photovoltaic elements (actual sample 3) were measured. 1 cm x 1 with no pinholes or shorts due to defects
When standardized by the characteristics of the photovoltaic element (reference sample 3) manufactured in the portion of cm, the actual sample 3 under low illuminance light (AM1.
The open circuit voltage at 5,1 mW / cm 2 ) is 0.8 on average.
It was 8. In addition, the actual sample 3 under pseudo sunlight (AM1.
The intrinsic conversion efficiency at 5,100 mW / cm 2 ) was 0.95 on average. Furthermore, the device characteristics were hardly deteriorated.

【0137】また、断面TEMを用いて、作製した光起
電力素子の膜厚方向の結晶粒径の分布を測定したとこ
ろ、透明電極に接する不純物ドープ層において、Siの
結晶粒径が透明電極界面側で小さく、実質的に真性の半
導体層側で大きい分布になっていることが確認された。
Further, the distribution of the crystal grain size in the film thickness direction of the manufactured photovoltaic element was measured by using a cross-section TEM. As a result, in the impurity-doped layer in contact with the transparent electrode, the crystal grain size of Si was the interface of the transparent electrode. It was confirmed that the distribution was small on the side and substantially large on the side of the intrinsic semiconductor layer.

【0138】(比較例3)本例では、最も透明電極側の
不純物ドープ層における結晶粒径を一定とした点が実施
例3と異なる。すなわち、最も透明電極側の不純物ドー
プ層を、図8に示した製造装置における1つの成膜領域
で作製するようにして、真性の半導体層界面側の成膜領
域と透明電極界面側の成膜領域と結晶粒径が変わらない
ようにした。
Comparative Example 3 This example is different from Example 3 in that the crystal grain size in the impurity-doped layer on the most transparent electrode side was constant. That is, the impurity-doped layer closest to the transparent electrode is formed in one film forming region in the manufacturing apparatus shown in FIG. 8 to form the film forming region on the intrinsic semiconductor layer interface side and the film forming on the transparent electrode interface side. The grain size was kept the same as that of the region.

【0139】他の点は実施例3と同様にして、30cm
×30cmのnip構造の光起電力素子(比試料3)を
100個連続的に作製した。なお、半導体積層膜形成
後、ショート発生箇所を高抵抗化する後処理は行わなか
った。
Other points are the same as in Example 3 and are 30 cm.
100 photovoltaic devices (Comparative Sample 3) having a nip structure of × 30 cm were continuously prepared. After the semiconductor laminated film was formed, no post-treatment was performed to increase the resistance of the short-circuited portion.

【0140】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(比試料3)100個について特性を測定した。ピン
ホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1
cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料3)の特
性で規格化すると、比試料3の低照度光下(AM1.
5,1mW/cm2)における開放電圧は平均0.13
であった。また、比試料3の疑似太陽光下(AM1.
5,100mW/cm2)における真性変換効率は平均
0.33であった。
The characteristics of 100 manufactured 30 cm × 30 cm photovoltaic devices (Comparative Sample 3) were measured. 1 cm x 1 with no pinholes or shorts due to defects
When standardized by the characteristics of the photovoltaic element (reference sample 3) manufactured in the portion of cm, the ratio sample 3 under low illuminance light (AM1.
The average open circuit voltage at 5,1 mW / cm 2 is 0.13.
Met. Moreover, under the artificial sunlight of the sample 3 (AM1.
The intrinsic conversion efficiency at 5,100 mW / cm 2 ) was 0.33 on average.

【0141】したがって、比試料3は実試料3に比べ
て、素子特性の低下が大きいことが分かった。
Therefore, it was found that the ratio sample 3 had a larger decrease in device characteristics than the actual sample 3.

【0142】また、断面TEMを用いて、作製した光起
電力素子の膜厚方向の結晶粒径の分布を測定したとこ
ろ、透明電極に接する不純物ドープ層において、Siの
結晶粒径が透明電極界面側と実質的に真性の半導体層側
で同じであることが確認された。
Further, the distribution of the crystal grain size in the film thickness direction of the manufactured photovoltaic element was measured by using a cross-sectional TEM. As a result, in the impurity-doped layer in contact with the transparent electrode, the crystal grain size of Si was the interface of the transparent electrode. It is confirmed that the same is substantially the same on the side of the semiconductor layer and the side of the intrinsic semiconductor layer.

【0143】(実施例4)本例では、nip構造に代え
て、pin構造の光起電力素子を作製した点が実施例3
と異なる。すなわち、図8に示した製造装置を用い、導
電性基板上に非晶質シリコンからなるpin構造の光起
電力素子を連続的に製造する際、最も透明電極側の不純
物ドープ層は2つの成膜領域で成膜するようにして、S
i原料ガスに対する不純物ガス濃度は変えずに、放電電
力とSi原料ガスのH2希釈率を、真性の半導体層界面
側の成膜領域よりも透明電極界面側の成膜領域で低く
し、成膜室803で成膜されるn型非晶質シリコン層の
結晶粒径が透明電極側で低く分布するようにした。各層
の成膜条件は、表4に示す通りとした。
Example 4 In this example, a photovoltaic element having a pin structure was manufactured instead of the nip structure.
And different. That is, when a photovoltaic device having a pin structure made of amorphous silicon is continuously manufactured on a conductive substrate by using the manufacturing apparatus shown in FIG. 8, the impurity-doped layer on the most transparent electrode side has two layers. The film is formed in the film region, and S
Without changing the impurity gas concentration with respect to the i source gas, the discharge power and the H 2 dilution rate of the Si source gas were set to be lower in the film formation region on the transparent electrode interface side than on the intrinsic semiconductor layer interface side. The crystal grain size of the n-type amorphous silicon layer formed in the film chamber 803 was distributed low on the transparent electrode side. The film forming conditions for each layer are as shown in Table 4.

【0144】[0144]

【表4】 [Table 4]

【0145】他の点は、実施例1と同様にして、30c
m×30cmのpin構造の光起電力素子(実試料4)
を100個連続的に作製した。
Other points are the same as in the first embodiment, 30c.
Photovoltaic device with pin structure of m × 30 cm (actual sample 4)
100 were continuously produced.

【0146】なお、半導体積層膜形成後、ショート発生
箇所を高抵抗化する後処理は行わなかった。作製した光
起電力素子の層構成の模式図を図1に示した。
After the semiconductor laminated film was formed, no post-treatment for increasing the resistance of the short-circuited portion was performed. A schematic view of the layer structure of the produced photovoltaic element is shown in FIG.

【0147】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(実試料4)100個について特性を測定した。ピン
ホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1
cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料4)の特
性で規格化すると、実試料4の低照度光下(AM1.
5,1mW/cm2)における開放電圧は、平均0.8
8であった。また、実試料4の疑似太陽光下(AM1.
5,100mW/cm2)における真性変換効率は、平
均0.95であった。さらに、素子特性の低下は殆どみ
られなかった。
The characteristics of 100 manufactured 30 cm × 30 cm photovoltaic elements (actual sample 4) were measured. 1 cm x 1 with no pinholes or shorts due to defects
When standardized by the characteristics of the photovoltaic element (reference sample 4) manufactured in the portion of cm, the actual sample 4 under low illuminance light (AM1.
The open circuit voltage at 5,1 mW / cm 2 ) is 0.8 on average.
It was 8. In addition, the actual sample 4 under the pseudo sunlight (AM1.
The intrinsic conversion efficiency at 5,100 mW / cm 2 ) was 0.95 on average. Furthermore, the device characteristics were hardly deteriorated.

【0148】また、断面TEMを用いて、作製した光起
電力素子の膜厚方向の結晶粒径の分布を測定したとこ
ろ、透明電極に接する最表面の不純物ドープ層におい
て、Siの結晶粒径が透明電極界面側で小さく、実質的
に真性の半導体層側で大きい分布になっていることが確
認された。
Further, the distribution of the crystal grain size in the film thickness direction of the manufactured photovoltaic element was measured by using a cross-sectional TEM. As a result, it was found that the crystal grain size of Si was found in the impurity-doped layer on the outermost surface in contact with the transparent electrode. It was confirmed that the distribution was small on the transparent electrode interface side and large on the substantially intrinsic semiconductor layer side.

【0149】(比較例4)本例では、最も透明電極側の
不純物ドープ層における結晶粒径を一定とした点が実施
例4と異なる。すなわち、最も透明電極側の不純物ドー
プ層を、図8に示した製造装置における1つの成膜領域
で作製するようにして、真性の半導体層界面側の成膜領
域と透明電極界面側の成膜領域と結晶粒径が変わらない
ようにした。
Comparative Example 4 This example is different from Example 4 in that the crystal grain size in the impurity-doped layer on the most transparent electrode side was constant. That is, the impurity-doped layer closest to the transparent electrode is formed in one film forming region in the manufacturing apparatus shown in FIG. 8 to form the film forming region on the intrinsic semiconductor layer interface side and the film forming on the transparent electrode interface side. The grain size was kept the same as that of the region.

【0150】他の点は実施例4と同様にして、30cm
×30cmのpin構造の光起電力素子(比試料4)を
100個連続的に作製した。なお、半導体積層膜形成
後、ショート発生箇所を高抵抗化する後処理は行わなか
った。
Other points are the same as in Example 4 and are 30 cm.
100 photovoltaic elements (comparative sample 4) having a pin structure of × 30 cm were continuously produced. After the semiconductor laminated film was formed, no post-treatment was performed to increase the resistance of the short-circuited portion.

【0151】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(比試料4)100個について特性を測定した。ピン
ホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1
cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料4)の特
性で規格化すると、比試料4の低照度光下(AM1.
5,1mW/cm2)における開放電圧は平均0.13
であった。また、比試料3の疑似太陽光下(AM1.
5,100mW/cm2)における真性変換効率は平均
0.33であった。
The characteristics of 100 manufactured 30 cm × 30 cm photovoltaic elements (Comparative Sample 4) were measured. 1 cm x 1 with no pinholes or shorts due to defects
When standardized by the characteristics of the photovoltaic element (reference sample 4) produced in the portion of cm, the ratio sample 4 under low illuminance light (AM1.
The average open circuit voltage at 5,1 mW / cm 2 is 0.13.
Met. Moreover, under the artificial sunlight of the sample 3 (AM1.
The intrinsic conversion efficiency at 5,100 mW / cm 2 ) was 0.33 on average.

【0152】したがって、比試料4は実試料4に比べ
て、素子特性の低下が大きいことが分かった。
Therefore, it was found that the ratio sample 4 had a larger decrease in device characteristics than the actual sample 4.

【0153】また、断面TEMを用いて、作製した光起
電力素子の膜厚方向の結晶粒径の分布を測定したとこ
ろ、透明電極に接する最表面の不純物ドープ層におい
て、Siの結晶粒径が透明電極界面側と実質的に真性の
半導体層側で同じであることが確認された。
Further, when the distribution of the crystal grain size in the film thickness direction of the manufactured photovoltaic element was measured by using a cross-sectional TEM, it was found that the Si crystal grain size in the impurity-doped layer on the outermost surface in contact with the transparent electrode was It was confirmed that it was the same on the transparent electrode interface side and on the substantially intrinsic semiconductor layer side.

【0154】(実施例5)本例では、最も透明電極側の
不純物ドープ層における、不純物濃度及び結晶粒径を透
明電極側で低くした点が実施例4と異なる。すなわち、
図8に示した製造装置を用い、導電性基板上に非晶質シ
リコンからなるpin構造の光起電力素子を連続的に製
造する際、最も透明電極側の不純物ドープ層は2つの成
膜領域で成膜するようにして、Si原料ガスに対する不
純物ガス濃度及び放電電力とSi原料ガスのH2希釈率
を、真性の半導体層界面側の成膜領域よりも透明電極界
面側の成膜領域で低くし、成膜室803で成膜されるn
型非晶質シリコン層の不純物濃度及び結晶粒径が導電性
基板側で低く分布するようにした。各層の成膜条件は、
表5に示す通りとした。
Example 5 This example is different from Example 4 in that the impurity concentration and the crystal grain size in the impurity-doped layer on the most transparent electrode side are reduced on the transparent electrode side. That is,
When the photovoltaic device having the pin structure made of amorphous silicon is continuously manufactured on the conductive substrate using the manufacturing apparatus shown in FIG. 8, the impurity-doped layer on the most transparent electrode side has two film forming regions. As described above, the impurity gas concentration and the discharge power with respect to the Si source gas and the H 2 dilution rate of the Si source gas in the film forming region on the transparent electrode interface side are more than those on the intrinsic semiconductor layer interface side. N and the film is formed in the film forming chamber 803.
The impurity concentration and crystal grain size of the type amorphous silicon layer are distributed low on the conductive substrate side. The film forming conditions for each layer are
It was set as shown in Table 5.

【0155】[0155]

【表5】 [Table 5]

【0156】他の点は、実施例1と同様にして、30c
m×30cmのpin構造の光起電力素子(実試料5)
を100個連続的に作製した。
Other points are the same as in the first embodiment, 30c.
Photovoltaic device with pin structure of m × 30 cm (actual sample 5)
100 were continuously produced.

【0157】なお、半導体積層膜形成後、ショート発生
箇所を高抵抗化する後処理は行わなかった。作製した光
起電力素子の層構成の模式図を図1に示した。
After the semiconductor laminated film was formed, no post-treatment for increasing the resistance of the short-circuited portion was performed. A schematic view of the layer structure of the produced photovoltaic element is shown in FIG.

【0158】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(実試料5)100個について特性を測定した。ピン
ホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1
cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料5)の特
性で規格化すると、実試料5の低照度光下(AM1.
5,1mW/cm2)における開放電圧は平均0.91
であった。また、実試料5の疑似太陽光下(AM1.
5,100mW/cm2)における真性変換効率は平均
0.97であった。さらに、素子特性の低下は殆どみら
れなかった。
The characteristics of 100 photovoltaic devices (actual sample 5) each having a size of 30 cm × 30 cm were measured. 1 cm x 1 with no pinholes or shorts due to defects
When standardized with the characteristics of the photovoltaic element (reference sample 5) manufactured in the portion of cm, the actual sample 5 under low illuminance light (AM1.
The average open circuit voltage at 5,1 mW / cm 2 is 0.91.
Met. In addition, the actual sample 5 under pseudo sunlight (AM1.
The intrinsic conversion efficiency at 5,100 mW / cm 2 ) was 0.97 on average. Furthermore, the device characteristics were hardly deteriorated.

【0159】また、作製した光起電力素子(実試料5)
を2次イオン質量分析計(SIMS)を用いて、膜厚方
向の元素分布を測定した。その結果、透明電極に接する
最表面の不純物ドープ層において、不純物元素であるP
(リン)が、透明電極界面側で低く、実質的に真性の半
導体層側で高い分布になっていることが確認された。
Further, the produced photovoltaic element (actual sample 5)
Was measured for element distribution in the film thickness direction using a secondary ion mass spectrometer (SIMS). As a result, in the impurity-doped layer on the outermost surface in contact with the transparent electrode, the impurity element P
It was confirmed that (phosphorus) had a low distribution on the transparent electrode interface side and a high distribution on the substantially intrinsic semiconductor layer side.

【0160】さらに、断面TEMを用いて、作製した光
起電力素子の膜厚方向の結晶粒径の分布を測定したとこ
ろ、透明電極に接する最表面の不純物ドープ層におい
て、Siの結晶粒径が透明電極界面側で小さく、実質的
に真性の半導体層側で大きい分布になっていることが確
認された。
Furthermore, when the distribution of the crystal grain size in the film thickness direction of the manufactured photovoltaic element was measured by using a cross-sectional TEM, it was found that the Si crystal grain size in the impurity-doped layer on the outermost surface in contact with the transparent electrode was It was confirmed that the distribution was small on the transparent electrode interface side and large on the substantially intrinsic semiconductor layer side.

【0161】(実施例6)本例では、最も透明電極側の
不純物ドープ層における、不純物濃度を透明電極側で低
くした点が実施例4と異なる。すなわち、図8に示した
製造装置を用い、導電性基板上に非晶質シリコンからな
るpin構造の光起電力素子を連続的に製造する際、最
も透明電極側の不純物ドープ層は2つの成膜領域で成膜
するようにして、原料ガス中の不純物ガス濃度を、真性
の半導体層界面側の成膜領域よりも透明電極界面側の成
膜領域で低くし、成膜室803で形成されるp型非晶質
シリコン層の不純物元素であるB(ホウ素)の濃度が透
明電極側で低く分布するようにした。各層の成膜条件
は、表6に示す通りとした。
(Embodiment 6) This embodiment is different from Embodiment 4 in that the impurity concentration in the impurity doped layer closest to the transparent electrode side is lowered on the transparent electrode side. That is, when a photovoltaic device having a pin structure made of amorphous silicon is continuously manufactured on a conductive substrate by using the manufacturing apparatus shown in FIG. 8, the impurity-doped layer on the most transparent electrode side has two layers. By forming the film in the film region, the impurity gas concentration in the source gas is made lower in the film forming region on the transparent electrode interface side than on the intrinsic semiconductor layer interface side, and is formed in the film forming chamber 803. The concentration of B (boron), which is an impurity element of the p-type amorphous silicon layer, is distributed low on the transparent electrode side. The film forming conditions for each layer are as shown in Table 6.

【0162】[0162]

【表6】 [Table 6]

【0163】他の点は、実施例1と同様にして、30c
m×30cmのpin構造の光起電力素子(実試料6)
を100個連続的に作製した。
Other points are the same as in the first embodiment, 30c.
Photovoltaic device with pin structure of m × 30 cm (actual sample 6)
100 were continuously produced.

【0164】なお、半導体積層膜形成後、ショート発生
箇所を高抵抗化する後処理は行わなかった。作製した光
起電力素子の層構成の模式図を図1に示した。
After the semiconductor laminated film was formed, no post-treatment for increasing the resistance of the short-circuited portion was performed. A schematic view of the layer structure of the produced photovoltaic element is shown in FIG.

【0165】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(実試料6)100個について特性を測定した。ピン
ホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1
cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料6)の特
性で規格化すると、実試料6の低照度光下(AM1.
5,1mW/cm2)における開放電圧は平均0.90
であった。また、実試料6の疑似太陽光下(AM1.
5,100mW/cm2)における真性変換効率は平均
0.95であった。さらに、素子特性の低下は殆どみら
れなかった。
The characteristics of 100 photovoltaic devices (actual sample 6) each having a size of 30 cm × 30 cm were measured. 1 cm x 1 with no pinholes or shorts due to defects
When standardized by the characteristics of the photovoltaic element (reference sample 6) manufactured in the portion of cm, the actual sample 6 under low illuminance light (AM1.
The average open circuit voltage at 5,1 mW / cm 2 is 0.90.
Met. In addition, the actual sample 6 under pseudo sunlight (AM1.
The intrinsic conversion efficiency at 5,100 mW / cm 2 ) was 0.95 on average. Furthermore, the device characteristics were hardly deteriorated.

【0166】また、作製した光起電力素子(実試料6)
を2次イオン質量分析計(SIMS)を用いて、膜厚方
向の元素分布を測定した。その結果、透明電極に接する
最表面の不純物ドープ層において、不純物元素であるB
(ホウ素)が、透明電極界面側で低く、実質的に真性の
半導体層側で高い分布になっていることが確認された。
Further, the manufactured photovoltaic element (actual sample 6)
Was measured for element distribution in the film thickness direction using a secondary ion mass spectrometer (SIMS). As a result, in the impurity-doped layer on the outermost surface in contact with the transparent electrode, the impurity element B
It was confirmed that (boron) had a low distribution on the transparent electrode interface side and a high distribution on the substantially intrinsic semiconductor layer side.

【0167】(実施例7)本例では、図10に示した製
造装置を用い、導電性基板上に非晶質シリコンからなる
nipnip構造の光起電力素子を連続的に製造した点
が実施例1と異なる。その際、最も透明電極側の不純物
ドープ層は2つの成膜領域で成膜するようにして、原料
ガス中の不純物ガス濃度を、真性の半導体層界面側の成
膜領域よりも透明電極界面側の成膜領域で低くし、成膜
室1003Bで成膜されるp型非晶質シリコン層の不純
物元素であるB(ホウ素)の濃度が透明電極側で低く分
布するようにした。
(Embodiment 7) In this embodiment, the manufacturing apparatus shown in FIG. 10 is used to continuously manufacture a photovoltaic element having a nipnip structure made of amorphous silicon on a conductive substrate. Different from 1. At that time, the impurity-doped layer closest to the transparent electrode is formed in two film formation regions so that the impurity gas concentration in the source gas is set to be closer to the transparent electrode interface side than the intrinsic semiconductor layer interface side film formation region. In the film formation region of No. 3, the concentration of B (boron), which is an impurity element of the p-type amorphous silicon layer formed in the film formation chamber 1003B, is distributed low on the transparent electrode side.

【0168】導電性基板として、0.13mm厚のSU
S430BA上にDCマグネトロンスパッタリング法に
よって300nm厚のAg層と1000nm厚の透明で
低抵抗(ρ=1×10-2Ωcm)のZnO層を積層し、
反射率を高め、表面に微細な凹凸形状を形成したものを
用いた。各層の成膜条件は、表7及び表8に示す通りと
した。
As a conductive substrate, a SU having a thickness of 0.13 mm was used.
A 300 nm-thick Ag layer and a 1000 nm-thick transparent and low-resistance (ρ = 1 × 10 −2 Ωcm) ZnO layer were laminated on S430BA by a DC magnetron sputtering method,
The thing which raised the reflectance and formed the fine uneven | corrugated shape on the surface was used. The film forming conditions for each layer were as shown in Tables 7 and 8.

【0169】[0169]

【表7】 [Table 7]

【0170】[0170]

【表8】 [Table 8]

【0171】他の点は、実施例1と同様にして、30c
m×30cmのnipnip構造の光起電力素子(実試
料7)を100個連続的に作製した。
Other points are the same as in the first embodiment, 30c.
100 photovoltaic elements (actual sample 7) having an nipnip structure of m × 30 cm were continuously produced.

【0172】なお、半導体積層膜形成後、ショート発生
箇所を高抵抗化する後処理は行わなかった。作製した光
起電力素子の層構成の模式図を図2に示した。
After the semiconductor laminated film was formed, the post-treatment for increasing the resistance of the short-circuited portion was not performed. A schematic view of the layer structure of the produced photovoltaic device is shown in FIG.

【0173】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(実試料7)100個について特性を測定した。ピン
ホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1
cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料7)の特
性で規格化すると、実試料6の低照度光下(AM1.
5,1mW/cm2)における開放電圧は平均0.90
であった。また、実試料6の疑似太陽光下(AM1.
5,100mW/cm2)における真性変換効率は平均
0.95であった。さらに、ショート発生箇所を高抵抗
化する後処理を行う前においても素子特性の低下は極僅
かであった。
The characteristics of 100 manufactured 30 cm × 30 cm photovoltaic elements (actual sample 7) were measured. 1 cm x 1 with no pinholes or shorts due to defects
When standardized by the characteristics of the photovoltaic element (reference sample 7) produced in the portion of cm, the actual sample 6 under low illuminance light (AM1.
The average open circuit voltage at 5,1 mW / cm 2 is 0.90.
Met. In addition, the actual sample 6 under pseudo sunlight (AM1.
The intrinsic conversion efficiency at 5,100 mW / cm 2 ) was 0.95 on average. Further, even before the post-treatment for increasing the resistance at the short-circuited portion, the deterioration of the element characteristics was very slight.

【0174】また、作製した光起電力素子(実試料7)
を2次イオン質量分析計(SIMS)を用いて、膜厚方
向の元素分布を測定した。その結果、透明電極に接する
最表面の不純物ドープ層において、不純物元素であるB
(ホウ素)が、透明電極界面側で低く、実質的に真性の
半導体層側で高い分布になっていることが確認された。
Further, the produced photovoltaic element (actual sample 7)
Was measured for element distribution in the film thickness direction using a secondary ion mass spectrometer (SIMS). As a result, in the impurity-doped layer on the outermost surface in contact with the transparent electrode, the impurity element B
It was confirmed that (boron) had a low distribution on the transparent electrode interface side and a high distribution on the substantially intrinsic semiconductor layer side.

【0175】(比較例7)本例では、最も透明電極側の
不純物ドープ層における不純物濃度を一定とした点が実
施例7と異なる。すなわち、最も透明電極側の不純物ド
ープ層を、図8に示した製造装置における1つの成膜領
域で作製するようにして、原料ガス中の不純物ガス濃度
を、真性の半導体層界面側の成膜領域と透明電極界面側
の成膜領域とで変わらないようにした。
(Comparative Example 7) This example is different from Example 7 in that the impurity concentration in the impurity-doped layer on the most transparent electrode side was constant. That is, the impurity doped layer on the most transparent electrode side is formed in one film forming region in the manufacturing apparatus shown in FIG. 8 so that the impurity gas concentration in the raw material gas is changed to the film formation on the intrinsic semiconductor layer interface side. The area and the film formation area on the transparent electrode interface side were not changed.

【0176】他の点は実施例7と同様にして、30cm
×30cmのnipnip構造の光起電力素子(比試料
7)を100個連続的に作製した。なお、半導体積層膜
形成後、ショート発生箇所を高抵抗化する後処理は行わ
なかった。
Other points are the same as in Example 7 and are 30 cm.
100 photovoltaic devices (Comparative Sample 7) having a nipnip structure of × 30 cm were continuously produced. After the semiconductor laminated film was formed, no post-treatment was performed to increase the resistance of the short-circuited portion.

【0177】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(比試料7)100個について特性を測定した。ピン
ホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1
cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料7)の特
性で規格化すると、比試料7の低照度光下(AM1.
5,1mW/cm2)における開放電圧は平均0.15
であった。また、比試料7の疑似太陽光下(AM1.
5,100mW/cm2)における真性変換効率は平均
0.35であった。
The characteristics of 100 manufactured 30 cm × 30 cm photovoltaic elements (Comparative Sample 7) were measured. 1 cm x 1 with no pinholes or shorts due to defects
When standardized by the characteristics of the photovoltaic element (reference sample 7) manufactured in the portion of cm, the ratio sample 7 under low illuminance light (AM1.
The average open circuit voltage at 5,1 mW / cm 2 is 0.15.
Met. In addition, under the pseudo sunlight of Comparative Sample 7 (AM1.
The intrinsic conversion efficiency at 5,100 mW / cm 2 ) was 0.35 on average.

【0178】したがって、比試料7は実試料7に比べ
て、素子特性の低下が大きいことが分かった。
Therefore, it was found that the ratio sample 7 had a larger decrease in device characteristics than the actual sample 7.

【0179】また、作製した光起電力素子を2次イオン
質量分析計(SIMS)を用いて、膜厚方向の元素分布
を測定したところ、透明電極に接する最表面の不純物ド
ープ層において、不純物元素であるB(ホウ素)が透明
電極界面側と実質的に真性の半導体層側で同じ濃度で変
化していないことが確認された。
The element distribution in the film thickness direction of the produced photovoltaic element was measured by using a secondary ion mass spectrometer (SIMS). As a result, the impurity element in the impurity-doped layer on the outermost surface in contact with the transparent electrode was measured. It was confirmed that B (boron) was not changed at the same concentration on the transparent electrode interface side and on the substantially intrinsic semiconductor layer side.

【0180】(実施例8)本例では、図10に示した製
造装置を用い、導電性基板上に非晶質シリコンからなる
nipnip構造の光起電力素子を連続的に製造した。
その際、Si原料ガスに対する不純物ガス濃度は変えず
に、放電電力とSi原料ガスのH2希釈率を、真性の半
導体層界面側の成膜領域よりも透明電極界面側の成膜領
域で低くし、図10の成膜室1003Bで成膜されるp
型非晶質シリコン層の結晶粒径が透明電極側で低く分布
するようにした点が、実施例7と異なる。各層の成膜条
件は、表7及び表9に示す通りとした。
(Embodiment 8) In this embodiment, a photovoltaic device having a nipnip structure made of amorphous silicon is continuously manufactured on a conductive substrate by using the manufacturing apparatus shown in FIG.
At that time, the discharge power and the H 2 dilution rate of the Si raw material gas are made lower in the film forming area on the transparent electrode interface side than in the film forming area on the intrinsic semiconductor layer interface side without changing the impurity gas concentration with respect to the Si raw material gas. Then, p is formed in the film forming chamber 1003B of FIG.
This example is different from Example 7 in that the crystal grain size of the type amorphous silicon layer is distributed low on the transparent electrode side. The film forming conditions for each layer were as shown in Tables 7 and 9.

【0181】[0181]

【表9】 [Table 9]

【0182】他の点は、実施例1と同様にして、30c
m×30cmのpin構造の光起電力素子(実試料8)
を100個連続的に作製した。
Other points are the same as in the first embodiment, 30c.
Photovoltaic device of m × 30 cm pin structure (actual sample 8)
100 were continuously produced.

【0183】なお、半導体積層膜形成後、ショート発生
箇所を高抵抗化する後処理は行わなかった。作製した光
起電力素子の層構成の模式図を図2に示した。
After the semiconductor laminated film was formed, the post-treatment for increasing the resistance of the short-circuited portion was not performed. A schematic view of the layer structure of the produced photovoltaic device is shown in FIG.

【0184】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(実試料8)100個について特性を測定した。ピン
ホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1
cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料8)の特
性で規格化すると、実試料8の低照度光下(AM1.
5,1mW/cm2)における開放電圧は平均0.90
であった。また、実試料8の疑似太陽光下(AM1.
5,100mW/cm2)における真性変換効率は平均
0.95であった。さらに、ショート発生箇所を高抵抗
化する後処理を行う前においても素子特性の低下は極僅
かであった。
The characteristics of 100 manufactured 30 cm × 30 cm photovoltaic elements (actual sample 8) were measured. 1 cm x 1 with no pinholes or shorts due to defects
When standardized by the characteristics of the photovoltaic element (reference sample 8) manufactured in the portion of cm, the actual sample 8 under low illuminance light (AM1.
The average open circuit voltage at 5,1 mW / cm 2 is 0.90.
Met. In addition, the real sample 8 under pseudo sunlight (AM1.
The intrinsic conversion efficiency at 5,100 mW / cm 2 ) was 0.95 on average. Further, even before the post-treatment for increasing the resistance at the short-circuited portion, the deterioration of the element characteristics was very slight.

【0185】また、断面TEMを用いて、作製した光起
電力素子の膜厚方向の結晶粒径の分布を測定したとこ
ろ、透明電極に接する最表面の不純物ドープ層におい
て、Siの結晶粒径が透明電極界面側で小さく、実質的
に真性の半導体層側で大きい分布になっていることが確
認された。
Further, when the distribution of the crystal grain size in the film thickness direction of the manufactured photovoltaic element was measured by using a cross-sectional TEM, it was found that the Si crystal grain size in the impurity-doped layer on the outermost surface in contact with the transparent electrode was It was confirmed that the distribution was small on the transparent electrode interface side and large on the substantially intrinsic semiconductor layer side.

【0186】(比較例8)本例では、最も透明電極側の
不純物ドープ層における結晶粒径を一定とした点が実施
例8と異なる。すなわち、最も透明電極側の不純物ドー
プ層を、図10に示した製造装置における1つの成膜領
域で作製するようにして、真性の半導体層界面側の成膜
領域と透明電極界面側の成膜領域と結晶粒径が変わらな
いようにした。
Comparative Example 8 This example is different from Example 8 in that the crystal grain size in the impurity-doped layer on the most transparent electrode side was constant. That is, the impurity-doped layer on the most transparent electrode side is formed in one film forming region in the manufacturing apparatus shown in FIG. 10, and the film forming region on the intrinsic semiconductor layer interface side and the film forming on the transparent electrode interface side are formed. The grain size was kept the same as that of the region.

【0187】他の点は実施例1と同様にして、30cm
×30cmのnipnip構造の光起電力素子(比試料
8)を100個連続的に作製した。なお、半導体積層膜
形成後、ショート発生箇所を高抵抗化する後処理は行わ
なかった。
Other points are the same as in Example 1 and are 30 cm.
100 photovoltaic elements (comparative sample 8) having a nipnip structure of × 30 cm were continuously produced. After the semiconductor laminated film was formed, no post-treatment was performed to increase the resistance of the short-circuited portion.

【0188】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(比試料8)100個について特性を測定した。ピン
ホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1
cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料8)の特
性で規格化すると、比試料8の低照度光下(AM1.
5,1mW/cm2)における開放電圧は平均0.15
であった。また、比試料8の疑似太陽光下(AM1.
5,100mW/cm2)における真性変換効率は平均
0.35であった。
The characteristics of 100 manufactured 30 cm × 30 cm photovoltaic elements (Comparative Sample 8) were measured. 1 cm x 1 with no pinholes or shorts due to defects
When standardized by the characteristics of the photovoltaic element (reference sample 8) produced in the portion of cm, the ratio sample 8 under low illuminance light (AM1.
The average open circuit voltage at 5,1 mW / cm 2 is 0.15.
Met. In addition, in Comparative Sample 8 under the simulated sunlight (AM1.
The intrinsic conversion efficiency at 5,100 mW / cm 2 ) was 0.35 on average.

【0189】したがって、比試料8は実試料8に比べ
て、素子特性の低下が大きいことが分かった。
Therefore, it was found that the ratio sample 8 had a larger decrease in device characteristics than the actual sample 8.

【0190】また、断面TEMを用いて、作製した光起
電力素子の膜厚方向の結晶粒径の分布を測定したとこ
ろ、透明電極に接する最表面の不純物ドープ層におい
て、Siの結晶粒径が、透明電極界面側と実質的に真性
の半導体層側とで変化せず、均一な分布になっているこ
とが確認された。
Further, the distribution of the crystal grain size in the film thickness direction of the manufactured photovoltaic element was measured by using a cross-section TEM. It was confirmed that there was no change between the transparent electrode interface side and the substantially intrinsic semiconductor layer side, and that the distribution was uniform.

【0191】(実施例9)本例では、図11に示した製
造装置を用い、導電性基板上に非晶質シリコンからなる
nipnipnip構造の光起電力素子を連続的に製造
した点が実施例1と異なる。その際、最も透明電極側の
不純物ドープ層は2つの成膜領域で成膜するようにし
て、原料ガス中の不純物ガス濃度を、真性の半導体層界
面側の成膜領域よりも透明電極界面側の成膜領域で低く
し、成膜室1103Cで成膜されるp型非晶質シリコン
層の不純物元素であるB(ホウ素)の濃度が透明電極側
で低く分布するようにした。
(Embodiment 9) In this embodiment, the production apparatus shown in FIG. 11 is used to continuously produce a photovoltaic element having a nipnipnip structure made of amorphous silicon on a conductive substrate. Different from 1. At that time, the impurity-doped layer closest to the transparent electrode is formed in two film formation regions so that the impurity gas concentration in the source gas is set to be closer to the transparent electrode interface side than the intrinsic semiconductor layer interface side film formation region. In the film formation region, the concentration of B (boron), which is an impurity element of the p-type amorphous silicon layer formed in the film formation chamber 1103C, is distributed low on the transparent electrode side.

【0192】導電性基板として、0.13mm厚のSU
S430BA上にDCマグネトロンスパッタリング法に
よって300nm厚のAg層と1000nm厚の透明で
低抵抗(ρ=1×10-2Ωcm)のZnO層を積層し、
反射率を高め、表面に微細な凹凸形状を形成したものを
用いた。各層の成膜条件は、表10、表11、及び表1
2に示す通りとした。
As a conductive substrate, a SU having a thickness of 0.13 mm was used.
A 300 nm-thick Ag layer and a 1000 nm-thick transparent and low-resistance (ρ = 1 × 10 −2 Ωcm) ZnO layer were laminated on S430BA by a DC magnetron sputtering method,
The thing which raised the reflectance and formed the fine uneven | corrugated shape on the surface was used. The film forming conditions for each layer are shown in Table 10, Table 11, and Table 1.
As shown in 2.

【0193】[0193]

【表10】 [Table 10]

【0194】[0194]

【表11】 [Table 11]

【0195】[0195]

【表12】 [Table 12]

【0196】他の点は、実施例1と同様にして、30c
m×30cmのnipnipnip構造の光起電力素子
(実試料9)を100個連続的に作製した。
Other points are similar to those of the first embodiment.
100 photovoltaic elements (actual sample 9) each having an nipnipip structure of m × 30 cm were continuously produced.

【0197】なお、半導体積層膜形成後、ショート発生
箇所を高抵抗化する後処理は行わなかった。作製した光
起電力素子の層構成の模式図を図3に示した。
After the semiconductor laminated film was formed, the post-treatment for increasing the resistance of the short-circuited portion was not performed. A schematic diagram of the layer structure of the produced photovoltaic element is shown in FIG.

【0198】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(実試料9)100個について特性を測定した。ピン
ホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1
cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料9)の特
性で規格化すると、実試料9の低照度光下(AM1.
5,1mW/cm2)における開放電圧は平均0.92
であった。また、実試料9の疑似太陽光下(AM1.
5,100mW/cm2)における真性変換効率は平均
0.97であった。さらに、素子特性の低下は殆どみら
れなかった。
The characteristics of 100 manufactured 30 cm × 30 cm photovoltaic elements (actual sample 9) were measured. 1 cm x 1 with no pinholes or shorts due to defects
When standardized by the characteristics of the photovoltaic element (reference sample 9) manufactured in the portion of cm, the actual sample 9 under low illuminance light (AM1.
The average open circuit voltage at 5,1 mW / cm 2 is 0.92.
Met. In addition, the actual sample 9 under pseudo sunlight (AM1.
The intrinsic conversion efficiency at 5,100 mW / cm 2 ) was 0.97 on average. Furthermore, the device characteristics were hardly deteriorated.

【0199】また、作製した光起電力素子(実試料7)
を2次イオン質量分析計(SIMS)を用いて、膜厚方
向の元素分布を測定した。その結果、透明電極に接する
最表面の不純物ドープ層において、不純物元素であるB
(ホウ素)が、透明電極界面側で低く、実質的に真性の
半導体層側で高い分布になっていることが確認された。
Further, the produced photovoltaic element (actual sample 7)
Was measured for element distribution in the film thickness direction using a secondary ion mass spectrometer (SIMS). As a result, in the impurity-doped layer on the outermost surface in contact with the transparent electrode, the impurity element B
It was confirmed that (boron) had a low distribution on the transparent electrode interface side and a high distribution on the substantially intrinsic semiconductor layer side.

【0200】(比較例9)本例では、最も透明電極側の
不純物ドープ層における不純物濃度を一定とした点が実
施例7と異なる。すなわち、最も透明電極側の不純物ド
ープ層を、図11に示した製造装置における1つの成膜
領域で作製するようにして、原料ガス中の不純物ガス濃
度を、真性の半導体層界面側の成膜領域と透明電極界面
側の成膜領域とで変わらないようにした。
(Comparative Example 9) This example is different from Example 7 in that the impurity concentration in the impurity-doped layer on the most transparent electrode side was kept constant. That is, the impurity doped layer on the most transparent electrode side is formed in one film forming region in the manufacturing apparatus shown in FIG. 11, and the impurity gas concentration in the source gas is changed to the film formation on the intrinsic semiconductor layer interface side. The area and the film formation area on the transparent electrode interface side were not changed.

【0201】他の点は実施例9と同様にして、30cm
×30cmのnipnipnip構造の光起電力素子
(比試料9)を100個連続的に作製した。なお、半導
体積層膜形成後、ショート発生箇所を高抵抗化する後処
理は行わなかった。
Other points are the same as in Example 9 and are 30 cm.
100 photovoltaic devices (comparative sample 9) having a nipnipnip structure of × 30 cm were continuously produced. After the semiconductor laminated film was formed, no post-treatment was performed to increase the resistance of the short-circuited portion.

【0202】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(比試料9)100個について特性を測定した。ピン
ホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1
cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料9)の特
性で規格化すると、比試料9の低照度光下(AM1.
5,1mW/cm2)における開放電圧は平均0.15
であった。また、比試料9の疑似太陽光下(AM1.
5,100mW/cm2)における真性変換効率は平均
0.35であった。
The characteristics of 100 manufactured 30 cm × 30 cm photovoltaic elements (Comparative Sample 9) were measured. 1 cm x 1 with no pinholes or shorts due to defects
When standardized by the characteristics of the photovoltaic element (reference sample 9) manufactured in the portion of cm, the ratio sample 9 under low illumination light (AM1.
The average open circuit voltage at 5,1 mW / cm 2 is 0.15.
Met. In addition, under the pseudo sunlight of Comparative Sample 9 (AM1.
The intrinsic conversion efficiency at 5,100 mW / cm 2 ) was 0.35 on average.

【0203】したがって、比試料9は実試料9に比べ
て、素子特性の低下が大きいことが分かった。
Therefore, it was found that the ratio sample 9 had a larger decrease in device characteristics than the actual sample 9.

【0204】また、作製した光起電力素子を2次イオン
質量分析計(SIMS)を用いて、膜厚方向の元素分布
を測定したところ、透明電極に接する不純物ドープ層に
おいて、不純物元素であるB(ホウ素)が透明電極界面
側と実質的に真性の半導体層側で同じ濃度で変化してい
ないことが確認された。
The element distribution in the film thickness direction of the produced photovoltaic element was measured using a secondary ion mass spectrometer (SIMS). As a result, it was found that the impurity element B in the impurity-doped layer in contact with the transparent electrode was B. It was confirmed that (boron) did not change at the same concentration on the transparent electrode interface side and on the substantially intrinsic semiconductor layer side.

【0205】(実施例10)本例では、図11に示した
製造装置を用い、導電性基板上に非晶質シリコンからな
るnipnipnip構造の光起電力素子を連続的に製
造した。その際、Si原料ガスに対する不純物ガス濃度
は変えずに、放電電力とSi原料ガスのH2希釈率を、
真性の半導体層界面側の成膜領域よりも透明電極界面側
の成膜領域で低くし、図11の成膜室1103Cで成膜
されるp型非晶質シリコン層の結晶粒径が透明電極側で
低く分布するようにした点が、実施例9と異なる。各層
の成膜条件は、表10、表11、及び表13に示す通り
とした。
(Embodiment 10) In this embodiment, a photovoltaic device having a nipnipnip structure made of amorphous silicon is continuously manufactured on a conductive substrate by using the manufacturing apparatus shown in FIG. At that time, the discharge power and the H 2 dilution ratio of the Si source gas were changed without changing the impurity gas concentration with respect to the Si source gas.
The crystal grain size of the p-type amorphous silicon layer formed in the film formation chamber 1103C in FIG. 11 is smaller than that in the film formation region on the transparent electrode interface side than the film formation region on the intrinsic semiconductor layer interface side. This example is different from Example 9 in that the distribution is low on the side. The film forming conditions for each layer were as shown in Table 10, Table 11, and Table 13.

【0206】[0206]

【表13】 [Table 13]

【0207】他の点は、実施例1と同様にして、30c
m×30cmのnipnipnip構造の光起電力素子
(実試料10)を100個連続的に作製した。
Other points are the same as in the first embodiment, 30c.
100 photovoltaic devices (actual sample 10) each having an npnipnip structure of m × 30 cm were continuously manufactured.

【0208】なお、半導体積層膜形成後、ショート発生
箇所を高抵抗化する後処理は行わなかった。作製した光
起電力素子の層構成の模式図を図3に示した。
After the semiconductor laminated film was formed, the post-treatment for increasing the resistance of the short-circuited portion was not performed. A schematic diagram of the layer structure of the produced photovoltaic element is shown in FIG.

【0209】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(実試料10)100個について特性を測定した。ピ
ンホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×
1cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料10)
の特性で規格化すると、実試料10の低照度光下(AM
1.5,1mW/cm2)における開放電圧は平均0.
90であった。また、実試料10の疑似太陽光下(AM
1.5,100mW/cm2)における真性変換効率は
平均0.95であった。さらに、素子特性の低下は殆ど
みられなかった。
The characteristics of 100 photovoltaic devices (actual sample 10) each having a size of 30 cm × 30 cm were measured. 1cm x no pinholes or shorts due to defects
Photovoltaic device fabricated in 1 cm portion (reference sample 10)
When standardized with the characteristics of
The open circuit voltage at 1.5, 1 mW / cm 2 ) is on average 0.
It was 90. In addition, under the simulated sunlight of the actual sample 10 (AM
The intrinsic conversion efficiency at 1.5,100 mW / cm 2 ) was 0.95 on average. Furthermore, the device characteristics were hardly deteriorated.

【0210】また、断面TEMを用いて、作製した光起
電力素子の膜厚方向の結晶粒径の分布を測定したとこ
ろ、透明電極に接する最表面の不純物ドープ層におい
て、Siの結晶粒径が透明電極界面側で小さく、実質的
に真性の半導体層側で大きい分布になっていることが確
認された。
Further, the distribution of the crystal grain size in the film thickness direction of the manufactured photovoltaic element was measured by using a cross-section TEM. It was confirmed that the distribution was small on the transparent electrode interface side and large on the substantially intrinsic semiconductor layer side.

【0211】(比較例10)本例では、最も透明電極側
の不純物ドープ層における結晶粒径を一定とした点が実
施例10と異なる。すなわち、最も透明電極側の不純物
ドープ層を、図11に示した製造装置における1つの成
膜領域で作製するようにして、真性の半導体層界面側の
成膜領域と透明電極界面側の成膜領域と結晶粒径が変わ
らないようにした。
(Comparative Example 10) This example is different from Example 10 in that the crystal grain size in the impurity-doped layer on the most transparent electrode side was constant. That is, the impurity-doped layer closest to the transparent electrode is formed in one film forming region in the manufacturing apparatus shown in FIG. 11, and the film forming region on the intrinsic semiconductor layer interface side and the film forming on the transparent electrode interface side are formed. The grain size was kept the same as that of the region.

【0212】他の点は実施例1と同様にして、30cm
×30cmのnipnip構造の光起電力素子(比試料
10)を100個連続的に作製した。なお、半導体積層
膜形成後、ショート発生箇所を高抵抗化する後処理は行
わなかった。
Other points are the same as in Example 1 and are 30 cm.
100 photovoltaic elements (comparative sample 10) having a nipnip structure of × 30 cm were continuously produced. After the semiconductor laminated film was formed, no post-treatment was performed to increase the resistance of the short-circuited portion.

【0213】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(比試料10)100個について特性を測定した。ピ
ンホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×
1cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料10)
の特性で規格化すると、比試料10の低照度光下(AM
1.5,1mW/cm2)における開放電圧は平均0.
15であった。また、比試料10の疑似太陽光下(AM
1.5,100mW/cm2)における真性変換効率は
平均0.35であった。
The characteristics of 100 manufactured 30 cm × 30 cm photovoltaic elements (comparative sample 10) were measured. 1cm x no pinholes or shorts due to defects
Photovoltaic device fabricated in 1 cm portion (reference sample 10)
When standardized by the characteristics of
The open circuit voltage at 1.5, 1 mW / cm 2 ) is on average 0.
It was 15. In addition, in the artificial sunlight (AM
The intrinsic conversion efficiency at 1.5,100 mW / cm 2 ) was 0.35 on average.

【0214】したがって、比試料10は実試料10に比
べて、素子特性の低下が大きいことが分かった。
Therefore, it was found that the ratio sample 10 had a larger decrease in device characteristics than the actual sample 10.

【0215】また、断面TEMを用いて、作製した光起
電力素子の膜厚方向の結晶粒径の分布を測定したとこ
ろ、透明電極に接する最表面の不純物ドープ層におい
て、Siの結晶粒径が、透明電極界面側と実質的に真性
の半導体層側とで変化せず、均一な分布になっているこ
とが確認された。
Further, the distribution of the crystal grain size in the film thickness direction of the manufactured photovoltaic element was measured by using a cross-section TEM. As a result, it was confirmed that the crystal grain size of Si was found in the impurity-doped layer on the outermost surface in contact with the transparent electrode. It was confirmed that there was no change between the transparent electrode interface side and the substantially intrinsic semiconductor layer side, and that the distribution was uniform.

【0216】[0216]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
長期使用期間中に半導体層に部分的なショートが発生し
ても大きな特性の低下を生じることなく、長期信頼性に
優れ、さらに製造工程を複雑にすることなくこれを実現
し得る、シリコン系非単結晶半導体からなる光起電力素
子が得られる。
As described above, according to the present invention,
Even if a partial short circuit occurs in the semiconductor layer during a long-term use period, it does not cause a large deterioration in characteristics, has excellent long-term reliability, and can realize this without complicating the manufacturing process. A photovoltaic element made of a single crystal semiconductor can be obtained.

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

【図1】本発明に係るシングル型光起電力素子の層構成
の一例を示す模式的断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a layer structure of a single photovoltaic element according to the present invention.

【図2】本発明に係る2層タンデム型光起電力素子の層
構成の一例を示す模式的断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the layer structure of a two-layer tandem photovoltaic element according to the present invention.

【図3】本発明に係る3層タンデム型光起電力素子の層
構成の一例を示す模式的断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of the layer structure of a three-layer tandem photovoltaic element according to the present invention.

【図4】本発明に至る過程において作製した光起電力素
子の層構成を示す模式的断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a layer structure of a photovoltaic element manufactured in the process of reaching the present invention.

【図5】本発明に至る過程において作製した光起電力素
子の成膜装置の構成を示す模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a film forming apparatus for a photovoltaic element manufactured in the process of reaching the present invention.

【図6】本発明に係る光起電力素子の導電性基板に接す
る不純物ドープ層における、膜厚方向に対する不純物濃
度の分布の一例を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing an example of an impurity concentration distribution in a film thickness direction in an impurity-doped layer in contact with a conductive substrate of a photovoltaic element according to the present invention.

【図7】本発明に係る光起電力素子の導電性基板に接す
る不純物ドープ層における、膜厚方向に対するシリコン
の平均結晶粒径の分布の一例を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing an example of the distribution of the average crystal grain size of silicon in the film thickness direction in the impurity-doped layer in contact with the conductive substrate of the photovoltaic element according to the present invention.

【図8】本発明に係る光起電力素子の作製に用いた製造
装置の一例を示す模式図である。
FIG. 8 is a schematic view showing an example of a manufacturing apparatus used for manufacturing the photovoltaic element according to the present invention.

【図9】本発明に係る光起電力素子の作製に用いた製造
装置の他の一例を示す模式図である。
FIG. 9 is a schematic view showing another example of the manufacturing apparatus used for manufacturing the photovoltaic element according to the present invention.

【図10】本発明に係る光起電力素子の作製に用いた製
造装置の他の一例を示す模式図である。
FIG. 10 is a schematic view showing another example of the manufacturing apparatus used for manufacturing the photovoltaic element according to the present invention.

【図11】本発明に係る光起電力素子の作製に用いた製
造装置の他の一例を示す模式図である。
FIG. 11 is a schematic view showing another example of the manufacturing apparatus used for manufacturing the photovoltaic element according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101、201、301、401 導電性基板、 102、202、302、402 第1半導体層、 103、203、303、403 第2半導体層、 104、204、304、404 第3半導体層、 105、205、305、405 透明電極、 106、206、306、406 集電電極、 107、207、307、407 入射光、 108、208、308、408 導電性基板界面近傍
領域、 209、309、409、415 第4半導体層、 210、310、410 第5半導体層、 211、311、411 第6半導体層、 312、412 第7半導体層、 313、413 第8半導体層、 314、414 第9半導体層、 501、801、901、1001A、1001B、1
101A、1101B、1101C n(又はp)型半
導体層の成膜室、 502、802、902、1002A、1002B、1
102A、1102B、1102C 実質的に真性の半
導体層の成膜室、 503、803、903、1003A、1003B、1
103A、1103B、1103C p(又はn)型半
導体層の成膜室、 504 n型半導体層の成膜室、 505、805、905、1005、1105 帯状基
板の供給室、 506、806、906、1006、1106 帯状基
板の巻き取り室、 507、807、907、1007、1107 ガスゲ
ート、 508、808、908、1008、1108 帯状基
板、 509、809、909、1009、1109 帯状シ
ート、 510、810、910、1010、1110 加熱ヒ
ータ、 511、811、911、1011、1111 原料ガ
ス導入管、 512、812、912、1012、1112 排気
管、 513、813、913、1013、1113 放電電
極、 914 導波管、 915 マイクロ波導入窓。
101, 201, 301, 401 conductive substrate, 102, 202, 302, 402 first semiconductor layer, 103, 203, 303, 403 second semiconductor layer, 104, 204, 304, 404 third semiconductor layer, 105, 205 , 305, 405 Transparent electrode, 106, 206, 306, 406 Current collecting electrode, 107, 207, 307, 407 Incident light, 108, 208, 308, 408 Conductive substrate interface vicinity region, 209, 309, 409, 415th 4 semiconductor layers, 210, 310, 410 5th semiconductor layers, 211, 311, 411 6th semiconductor layers, 312, 412 7th semiconductor layers, 313, 413 8th semiconductor layers, 314, 414 9th semiconductor layers, 501, 801, 901, 1001A, 1001B, 1
101A, 1101B, 1101C n (or p) type semiconductor layer deposition chamber, 502, 802, 902, 1002A, 1002B, 1
102A, 1102B, 1102C Substantially intrinsic semiconductor layer deposition chamber, 503, 803, 903, 1003A, 1003B, 1
103A, 1103B, 1103C p (or n) type semiconductor layer deposition chamber, 504 n type semiconductor layer deposition chamber, 505, 805, 905, 1005, 1105 strip substrate supply chamber, 506, 806, 906, 1006 1106 band-shaped substrate winding chamber, 507, 807, 907, 1007, 1107 gas gate, 508, 808, 908, 1008, 1108 band-shaped substrate, 509, 809, 909, 1009, 1109 band-shaped sheet, 510, 810, 910, 1010, 1110 Heater, 511, 811, 911, 1011, 1111 Raw material gas introduction pipe, 512, 812, 912, 1012, 1112 Exhaust pipe, 513, 813, 913, 1013, 1113 Discharge electrode, 914 Waveguide, 915 Microwave introduction window.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 芳里 直 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 幸田 勇蔵 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 西元 智紀 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 矢島 孝博 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 金井 正博 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤノ ン株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Naoshi Yoshito 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Yuzo Koda 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon (72) Inventor Tomoki Nishimoto 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Takahiro Yajima 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Masahiro Kanai 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも、層構成が、導電性基板/第
1の導電型を有する第1半導体層/実質的に真性の第2
半導体層/前記第1の導電型とは反対の導電型を有する
第3半導体層/透明電極であり、 前記第1乃至第3半導体層は、シリコン系非単結晶半導
体からなり、 前記透明電極側から光入射を行う構造を有する光起電力
素子において、 前記第3半導体層の導電型を決定する不純物濃度が、前
記第2半導体層側に比べて、前記透明電極側で低くなる
分布を有することを特徴とする光起電力素子。
1. At least a layer structure of a conductive substrate / a first semiconductor layer having a first conductivity type / a substantially intrinsic second layer.
Semiconductor layer / third semiconductor layer having a conductivity type opposite to the first conductivity type / transparent electrode, wherein the first to third semiconductor layers are made of a silicon-based non-single-crystal semiconductor, and the transparent electrode side In the photovoltaic element having a structure for performing light incidence from the third semiconductor layer, the impurity concentration that determines the conductivity type of the third semiconductor layer has a distribution that is lower on the transparent electrode side than on the second semiconductor layer side. Photovoltaic device characterized by.
【請求項2】 少なくとも、層構成が、導電性基板/第
1の導電型を有する第1半導体層/実質的に真性の第2
半導体層/前記第1の導電型とは反対の導電型を有する
第3半導体層/前記第1の導電型を有する第4半導体層
/実質的に真性の第5半導体層/前記第1の導電型とは
反対の導電型を有する第6半導体層/透明電極であり、 前記第1乃至第6半導体層は、シリコン系非単結晶半導
体からなり、 前記透明電極側から光入射を行う構造を有する光起電力
素子において、 前記第6半導体層の導電型を決定する不純物濃度が、前
記第5半導体層側に比べて、前記透明電極側で低くなる
分布を有することを特徴とする光起電力素子。
2. At least a layer structure of a conductive substrate / first semiconductor layer having a first conductivity type / substantially intrinsic second.
Semiconductor layer / third semiconductor layer having a conductivity type opposite to the first conductivity type / fourth semiconductor layer having the first conductivity type / substantially intrinsic fifth semiconductor layer / the first conductivity A sixth semiconductor layer / transparent electrode having a conductivity type opposite to that of the mold, wherein the first to sixth semiconductor layers are made of a silicon-based non-single-crystal semiconductor and have a structure in which light is incident from the transparent electrode side. In the photovoltaic element, the concentration of impurities that determine the conductivity type of the sixth semiconductor layer has a distribution such that it is lower on the transparent electrode side than on the fifth semiconductor layer side. .
【請求項3】 少なくとも、層構成が、導電性基板/第
1の導電型を有する第1半導体層/実質的に真性の第2
半導体層/前記第1の導電型とは反対の導電型を有する
第3半導体層/前記第1の導電型を有する第4半導体層
/実質的に真性の第5半導体層/前記第1の導電型とは
反対の導電型を有する第6半導体層/前記第1の導電型
を有する第7半導体層/実質的に真性の第8半導体層/
前記第1の導電型とは反対の導電型を有する第9半導体
層/透明電極であり、 前記第1乃至第9半導体層は、シリコン系非単結晶半導
体からなり、 前記透明電極側から光入射を行う構造を有する光起電力
素子において、 前記第9半導体層の導電型を決定する不純物濃度が、前
記第8半導体層側に比べて、前記透明電極側で低くなる
分布を有することを特徴とする光起電力素子。
3. At least a layer structure of a conductive substrate / a first semiconductor layer having a first conductivity type / a substantially intrinsic second layer.
Semiconductor layer / third semiconductor layer having a conductivity type opposite to the first conductivity type / fourth semiconductor layer having the first conductivity type / substantially intrinsic fifth semiconductor layer / the first conductivity A sixth semiconductor layer having a conductivity type opposite to the type / a seventh semiconductor layer having the first conductivity type / a substantially intrinsic eighth semiconductor layer /
A ninth semiconductor layer / transparent electrode having a conductivity type opposite to the first conductivity type, wherein the first to ninth semiconductor layers are made of a silicon-based non-single-crystal semiconductor, and light is incident from the transparent electrode side. In the photovoltaic element having a structure for performing, the impurity concentration that determines the conductivity type of the ninth semiconductor layer has a distribution that is lower on the transparent electrode side than on the eighth semiconductor layer side. Photovoltaic element.
【請求項4】 少なくとも、層構成が、導電性基板/第
1の導電型を有する第1半導体層/実質的に真性の第2
半導体層/前記第1の導電型とは反対の導電型を有する
第3半導体層/透明電極であり、 前記第1乃至第3半導体層は、シリコン系非単結晶半導
体からなり、 前記透明電極側から光入射を行う構造を有する光起電力
素子において、 前記第3半導体層を構成する結晶の粒径が、前記第2半
導体層側に比べて、前記透明電極側で小さくなる分布を
有することを特徴とする光起電力素子。
4. At least a layer structure of a conductive substrate / a first semiconductor layer having a first conductivity type / a substantially intrinsic second layer.
Semiconductor layer / third semiconductor layer having a conductivity type opposite to the first conductivity type / transparent electrode, wherein the first to third semiconductor layers are made of a silicon-based non-single-crystal semiconductor, and the transparent electrode side In the photovoltaic element having a structure for performing light incidence from above, the crystal grain forming the third semiconductor layer has a distribution in which the grain size is smaller on the transparent electrode side than on the second semiconductor layer side. The characteristic photovoltaic element.
【請求項5】 少なくとも、層構成が、導電性基板/第
1の導電型を有する第1半導体層/実質的に真性の第2
半導体層/前記第1の導電型とは反対の導電型を有する
第3半導体層/前記第1の導電型を有する第4半導体層
/実質的に真性の第5半導体層/前記第1の導電型とは
反対の導電型を有する第6半導体層/透明電極であり、 前記第1乃至第6半導体層は、シリコン系非単結晶半導
体からなり、 前記透明電極側から光入射を行う構造を有する光起電力
素子において、 前記第6半導体層を構成する結晶の粒径が、前記第5半
導体層側に比べて、前記透明電極側で小さくなる分布を
有することを特徴とする光起電力素子。
5. At least a layer structure of a conductive substrate / a first semiconductor layer having a first conductivity type / a substantially intrinsic second layer.
Semiconductor layer / third semiconductor layer having a conductivity type opposite to the first conductivity type / fourth semiconductor layer having the first conductivity type / substantially intrinsic fifth semiconductor layer / the first conductivity A sixth semiconductor layer / transparent electrode having a conductivity type opposite to that of the mold, wherein the first to sixth semiconductor layers are made of a silicon-based non-single-crystal semiconductor and have a structure in which light is incident from the transparent electrode side. In the photovoltaic element, the grain size of crystals forming the sixth semiconductor layer has a distribution that is smaller on the transparent electrode side than on the fifth semiconductor layer side.
【請求項6】 少なくとも、層構成が、導電性基板/第
1の導電型を有する第1半導体層/実質的に真性の第2
半導体層/前記第1の導電型とは反対の導電型を有する
第3半導体層/前記第1の導電型を有する第4半導体層
/実質的に真性の第5半導体層/前記第1の導電型とは
反対の導電型を有する第6半導体層/前記第1の導電型
を有する第7半導体層/実質的に真性の第8半導体層/
前記第1の導電型とは反対の導電型を有する第9半導体
層/透明電極であり、 前記第1乃至第9半導体層は、シリコン系非単結晶半導
体からなり、 前記透明電極側から光入射を行う構造を有する光起電力
素子において、 前記第9半導体層を構成する結晶の粒径が、前記第8半
導体層側に比べて、前記透明電極側で小さくなる分布を
有することを特徴とする光起電力素子。
6. At least a layer structure of a conductive substrate / a first semiconductor layer having a first conductivity type / a substantially intrinsic second layer.
Semiconductor layer / third semiconductor layer having a conductivity type opposite to the first conductivity type / fourth semiconductor layer having the first conductivity type / substantially intrinsic fifth semiconductor layer / the first conductivity A sixth semiconductor layer having a conductivity type opposite to the type / a seventh semiconductor layer having the first conductivity type / a substantially intrinsic eighth semiconductor layer /
A ninth semiconductor layer / transparent electrode having a conductivity type opposite to the first conductivity type, wherein the first to ninth semiconductor layers are made of a silicon-based non-single-crystal semiconductor, and light is incident from the transparent electrode side. In the photovoltaic element having a structure for performing the above, the grain size of crystals forming the ninth semiconductor layer has a distribution that is smaller on the transparent electrode side than on the eighth semiconductor layer side. Photovoltaic device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2010050035A1 (en) * 2008-10-30 2010-05-06 三菱重工業株式会社 Process for producing photoelectric conversion apparatus
JPWO2013128628A1 (en) * 2012-03-02 2015-07-30 パナソニックIpマネジメント株式会社 Photovoltaic device

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