JPH11186580A - 光電変換素子 - Google Patents

光電変換素子

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JPH11186580A
JPH11186580A JP9366325A JP36632597A JPH11186580A JP H11186580 A JPH11186580 A JP H11186580A JP 9366325 A JP9366325 A JP 9366325A JP 36632597 A JP36632597 A JP 36632597A JP H11186580 A JPH11186580 A JP H11186580A
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康一郎 清原
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正人 兵藤
Kiyotaka Ichiki
聖敬 市来
Masahiro Hirata
昌宏 平田
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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

(57)【要約】 【課題】 製造コストの増大が抑制されているにも拘ら
ず半導体薄膜に多くの光を入射させることができて光電
変換効率が高い光電変換素子を提供する。 【解決手段】 複数層のSnO2 膜が積層されて透光性
電極15が構成されており、添加されているFの濃度が
相対的に高いSnO2 膜とFの濃度が相対的に低いSn
2 膜とが交互に積層されており、Fの濃度が相対的に
高いSnO2 膜が半導体薄膜16に接している。このた
め、複数層のSnO2 膜を同一の製造装置で連続的に形
成することができ、また、透光性基体14や半導体薄膜
16との屈折率差が小さいSnO2 膜を選択することが
できて、これらの界面における反射率を低減させること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本願の発明は、半導体薄膜に
入射した光のエネルギーを電力に変換する薄膜系の光電
変換素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図1は、光電変換素子の一般的な構成を
示している。この光電変換素子11では、ガラス基板1
2上にSiO2 膜13が積層されており、これらのガラ
ス基板12とSiO2 膜13とで透光性基体14が構成
されている。SiO2 膜13上には、CVD法やスパッ
タ法や蒸着法等で形成されたSnO2 膜やZnO膜やI
2 3 膜等の金属酸化物膜である透光性電極15が積
層されている。これらの金属酸化物膜には不純物が含ま
れている場合も含まれていない場合もある。
【0003】透光性電極15上には非晶質Si薄膜等で
ある半導体薄膜16が積層されており、pn接合やpi
n接合等が半導体薄膜16に形成されている。半導体薄
膜16上には、Al膜等である裏面電極17が積層され
ている。なお、ガラス基板12からアルカリ成分が溶出
して透光性電極15に欠陥が生じたり透光性電極15の
電気抵抗が高くなったりすることを防止するためにSi
2 膜13が設けられているが、このSiO2 膜13は
必ずしも必要ではない。
【0004】この様な光電変換素子11では、ガラス基
板12側から光を入射させる。ガラス基板12に入射し
SiO2 膜13及び透光性電極15を透過して半導体薄
膜16に入射した光が半導体薄膜16の禁制帯幅よりも
大きなエネルギーを有していると、この光が半導体薄膜
16の空乏層等で吸収されて、電子−正孔対を生成す
る。これらの電子及び正孔が透光性電極15または裏面
電極17に集められて、起電力が発生する。
【0005】ところで、光電変換素子11の光電変換効
率を高めるためには、半導体薄膜16に多くの光を入射
させる必要がある。このため、従来の光電変換素子11
では、透光性基体14に入射した光が透光性電極15で
吸収されにくくするために、光透過率の高い材料で透光
性電極15を形成することが考えられていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の光電変
換素子11では、透光性基体14と透光性電極15との
界面や透光性電極15と半導体薄膜16との界面におけ
る反射率が高かった。このため、光透過率の高い材料で
透光性電極15が形成されていても、十分な量の光が半
導体薄膜16に入射しなくて、光電変換効率が十分には
高くなかった。
【0007】従って、本願の発明は、製造コストの増大
が抑制されているにも拘らず半導体薄膜に多くの光を入
射させることができて光電変換効率が高い光電変換素子
を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本願の発明による光電変
換素子では、複数層の透光性導電膜が積層されて透光性
電極が構成されているが、複数層の透光性導電膜の主成
分が互いに同じで、添加されている不純物の濃度が相対
的に高い透光性導電膜と不純物の濃度が相対的に低い透
光性導電膜とが交互に積層されているだけであるので、
透光性電極を構成している複数層の透光性導電膜を同一
の製造装置で連続的に形成することができる。
【0009】そして、それにも拘らず、添加されている
不純物の濃度が相対的に高い透光性導電膜と不純物の濃
度が相対的に低い透光性導電膜とが交互に積層されてい
るので、積層方向に接している2層の透光性導電膜の屈
折率が互いに異なっている。このため、透光性基体に接
する透光性導電膜や半導体薄膜に接する透光性導電膜と
して透光性基体や半導体薄膜との屈折率差が小さい透光
性導電膜を選択することができて、透光性基体と透光性
電極との界面や透光性電極と半導体薄膜との界面におけ
る反射率を低減させることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、SnO2 膜が透光性電極1
5になっている薄膜系の光電変換素子に適用した本願の
発明の第1〜第4実施形態を、図1を参照しながら説明
する。第1〜第4実施形態の何れの光電変換素子でも、
全体的な構成は既に図1に示した通りである。しかし、
第1〜第4実施形態の光電変換素子11では、単層では
なく複数層のSnO2 膜が積層されて透光性電極15が
構成されている。
【0011】まず、2層のSnO2 膜で透光性電極15
が構成されている第1実施形態を説明する。この第1実
施形態の光電変換素子11を製造するためには、ソーダ
石灰シリカガラスを溶融窯で溶融させ、溶融した素地を
錫槽に流し込む所謂フロート法によって、後に切断され
てガラス基板12になる厚さ2mmの板状ガラスを形成
する。錫槽内の雰囲気は98体積%の窒素と2体積%の
水素とから成っており、この雰囲気の圧力は錫槽外の圧
力よりも若干高い。
【0012】錫槽内には、オンラインCVD法を実行す
ることができる様に、原料ガスを供給するための複数の
ノズルが板状ガラスの移動方向に沿って設けられてい
る。形成された板状ガラスが第1群のノズルの下方を通
過する際に、モノシラン、エチレン、酸素及び窒素の混
合ガスを第1群のノズルから板状ガラスに供給して、厚
さ30nmのSiO2 膜13を板状ガラス上に形成す
る。
【0013】そして、板状ガラスが第2群のノズルの下
方を通過する際に、ジメチル錫ジクロライドの蒸気、酸
素、水蒸気及び窒素の混合ガスを第2群のノズルから板
状ガラスに供給して、厚さ360nmの純粋な第1層目
のSnO2 膜をSiO2 膜13上に形成する。
【0014】そして、更に、板状ガラスが第3群のノズ
ルの下方を通過する際に、ジメチル錫ジクロライドの蒸
気、酸素、水蒸気、窒素及びフッ化水素の混合ガスを第
3群のノズルから板状ガラスに供給して、Fが添加され
た厚さ230nmの第2層目のSnO2 膜を第1層目の
SnO2 膜上に形成する。
【0015】板状ガラスが第1〜第3群の夫々のノズル
の下方を通過する時間は互いに略等しいので、SiO2
膜13並びに第1層目及び第2層目のSnO2 膜の夫々
の厚さは、夫々のノズルから供給する原料ガスの濃度を
変化させることによって制御する。その後、板状ガラス
を徐冷させてから、450mm×450mmの寸法のガ
ラス板に切断する。
【0016】次に、切断したガラス板を十分に洗浄し且
つ乾燥させた後、高周波グロー放電を行う容量結合型の
プラズマCVD装置で、pin接合を有する半導体薄膜
16を透光性電極15上に形成する。半導体薄膜16の
構成及び各層の形成条件は下記の通りであり、各層の厚
さは形成時間によって制御する。
【0017】
【0018】
【0019】
【0020】次に、133Pa程度の圧力の真空蒸着に
よって、厚さ300nm程度のAl膜を裏面電極17と
して半導体薄膜16上に形成する。そして、このガラス
板を430mm×430mmの寸法に切断して、この第
1実施形態の光電変換素子11を完成させる。
【0021】半導体薄膜16及び裏面電極17を除いた
第1実施形態の光電変換素子11における構造及び光の
透過率が、表1の項番1に示されている。表1の項番1
の右端欄には、第1実施形態の透光性電極15と全体の
厚さが同じであるがFが添加された単層のSnO2 膜で
透光性電極15が形成されている比較例における光の透
過率も示されている。
【0022】なお、第1層目及び第2層目の夫々のSn
2 膜の厚さは、以下の様にして測定した。即ち、移動
している板状ガラスに対して第1層目のSnO2 膜の形
成を開始する位置よりも第2層目のSnO2 膜の形成を
開始する位置を遅らせて、第2層目のSnO2 膜の表面
が露出している部分のみならず第1層目のSnO2 膜の
表面が露出している部分も形成した。
【0023】そして、第1層目のSnO2 膜の表面が露
出している部分と第2層目のSnO2 膜の表面が露出し
ている部分とから測定領域を選択し、測定領域以外の領
域をテープでマスクすると共に測定領域に亜鉛の粉末を
付け、これらの上から希塩酸を注いでSnO2 膜をエッ
チングし、触針計(アルファステップ−200:テンコ
ールインスツルメンツ社の製品名)で夫々のSnO2
の厚さを測定した。
【0024】次に、第2〜第4実施形態を説明する。表
1の項番2〜4には、半導体薄膜16及び裏面電極17
を除いた第2〜第4実施形態の光電変換素子11におけ
る構造及び光の透過率と、各々の比較例における光の透
過率も示されている。これら第2〜第4実施形態の光電
変換素子11では、透光性電極15を構成しているSn
2 膜の積層構造のみが上述の第1実施形態と相違して
いるだけであり、しかも、各層のSnO2 膜は第1実施
形態の製造方法と同様にして形成される。
【0025】表1の項番5には、4層のSnO2 膜で透
光性電極15が構成されている点は第3実施形態と同じ
であるが、Fが添加されていない純粋なSnO2 膜が半
導体薄膜16に接している点で第3実施形態と相違して
いる比較例も示されている。この表1から明らかな様
に、第1〜第4実施形態の何れの光電変換素子11にお
ける光の透過率も比較例における光の透過率よりも高
い。従って、第1〜第4実施形態の何れの光電変換素子
11も、半導体薄膜16に多くの光を入射させることが
できて光電変換効率が高い。
【0026】透光性電極15は低抵抗である必要がある
ので、積層されている複数層のSnO2 膜全体の厚さは
400nm程度以上である必要がある。しかし、透光性
電極15が厚過ぎると光の透過率が低下すると共に製造
コストが上昇するので、積層されている複数層のSnO
2 膜全体の厚さは1500nm程度以下である必要があ
る。なお、以上に述べた光電変換素子11としては、太
陽電池やフォトダイオード等がある。
【0027】
【発明の効果】本願の発明による光電変換素子では、透
光性電極を構成している複数層の透光性導電膜を同一の
製造装置で連続的に形成することができるので、製造コ
ストの増大が抑制されており、そして、それにも拘ら
ず、透光性基体と透光性電極との界面や透光性電極と半
導体薄膜との界面における反射率を低減させることがで
きるので、半導体薄膜に多くの光を入射させることがで
きて光電変換効率が高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願の発明を適用し得る薄膜系の光電変換素子
の側面図である。
【符号の説明】
11 光電変換素子 14 透光性基体 15 透光性電極 16 半導体薄膜
【表1】
フロントページの続き (72)発明者 平田 昌宏 大阪府大阪市中央区道修町3丁目5番11号 日本板硝子株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 透光性基体上に透光性電極と半導体薄膜
    とが順次に積層されている光電変換素子において、 複数層の透光性導電膜が積層されて前記透光性電極が構
    成されており、 前記複数層の透光性導電膜の主成分が互いに同じであ
    り、 添加されている不純物の濃度が相対的に高い前記透光性
    導電膜と前記不純物の濃度が相対的に低い前記透光性導
    電膜とが交互に積層されており、 前記不純物の濃度が相対的に高い前記透光性導電膜が前
    記半導体薄膜に接していることを特徴とする光電変換素
    子。
  2. 【請求項2】 前記主成分がSnO2 であり、前記不純
    物がF、Cl、Br及びSbのうちの少なくとも一つで
    あることを特徴とする請求項1記載の光電変換素子。
  3. 【請求項3】 前記主成分がZnOであり、前記不純物
    がAl、F、Ca、B及びInのうちの少なくとも一つ
    であるであることを特徴とする請求項1記載の光電変換
    素子。
  4. 【請求項4】 前記主成分がIn2 3 であり、前記不
    純物がSnであることを特徴とする請求項1記載の光電
    変換素子。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001026161A1 (fr) * 1999-10-05 2001-04-12 Matsushita Battery Industrial Co., Ltd. Pile solaire a compose semiconducteur et procede de fabrication
CN1331766C (zh) * 2005-09-01 2007-08-15 太原理工大学 光电极处理水中难降解有机物的工艺
JP2018040059A (ja) * 2013-03-12 2018-03-15 ビトロ、エセ.ア.ベ. デ セ.ウベ. 選択的にドープされた導電性酸化物層を有する太陽電池およびそれを作製する方法

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