JPWO2013031906A1 - Photoelectric conversion device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

第1電極、第1光電変換層、第2電極がこの順で積層されてなる光電変換装置であって、第1光電変換層は、第1電極側から第2電極側に向けて順に積層されている、p型シリコン系半導体層と、微結晶シリコン系半導体からなるi型シリコン系半導体層と、リンおよび酸素を含むn型シリコン系半導体層と、を有し、n型シリコン系半導体層は、リン濃度が最大である第1部位と層厚方向の位置が同じ位置または前記i型シリコン系半導体層により近い位置に酸素濃度が極大となる第2部位を有する。A photoelectric conversion device in which a first electrode, a first photoelectric conversion layer, and a second electrode are stacked in this order, and the first photoelectric conversion layer is stacked in order from the first electrode side to the second electrode side. A p-type silicon-based semiconductor layer, an i-type silicon-based semiconductor layer made of a microcrystalline silicon-based semiconductor, and an n-type silicon-based semiconductor layer containing phosphorus and oxygen. The second portion where the oxygen concentration is maximized is located at the same position in the layer thickness direction as the first portion where the phosphorus concentration is maximum or at a position closer to the i-type silicon-based semiconductor layer.

Description

本発明は、光電変換装置に関し、さらに詳しくは微結晶シリコンからなるi型シリコン系半導体層を有する光電変換装置に関する。また、本発明は光電変換装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion device, and more particularly to a photoelectric conversion device having an i-type silicon-based semiconductor layer made of microcrystalline silicon. The present invention also relates to a method for manufacturing a photoelectric conversion device.

近年、電力エネルギー源および地球温暖化の問題から、再生可能エネルギーの代表格である太陽電池に注目が集まっている。太陽電池の中で現在最も普及しているのは、単結晶シリコン、多結晶シリコン等のバルク結晶を利用したものであるが、バルク結晶系太陽電池は数百μmの厚さのシリコン基板を用いているため、大幅なコスト低下が難しい。これに対して、薄膜シリコン系太陽電池は、大面積化が容易であり、膜厚がバルク結晶系太陽電池の1/100程度と薄いため材料費が安く低コスト化が見込めるなどのメリットがある。しかしながら、薄膜シリコン系太陽電池は、結晶系太陽電池と比較して発電効率が低く、光電変換特性の向上が重要な課題となっている。   2. Description of the Related Art In recent years, attention has been focused on solar cells, which are representative of renewable energy, due to power energy sources and global warming issues. The most widespread among solar cells are those using bulk crystals such as single crystal silicon and polycrystalline silicon, but bulk crystal solar cells use a silicon substrate with a thickness of several hundred μm. Therefore, it is difficult to reduce the cost significantly. In contrast, thin-film silicon solar cells are easy to increase in area and have a merit that the material cost is low and the cost can be reduced because the film thickness is as thin as about 1/100 that of bulk crystal solar cells. . However, thin-film silicon solar cells have lower power generation efficiency than crystalline solar cells, and improvement of photoelectric conversion characteristics is an important issue.

上記薄膜シリコン系太陽電池の光電変換層は、光吸収層を水素化アモルファスシリコン系半導体を用いたアモルファスシリコン太陽電池と、光吸収層を水素化微結晶シリコン系半導体を用いた、たとえば特開2010−129785号公報(特許文献1)に示されるような微結晶シリコン太陽電池とに大別される。また、両者のバンドギャップ、分光感度特性の違いを利用し、この両者を積層した積層型薄膜シリコン系太陽電池も、近年特に注目を浴びている。積層型薄膜シリコン系太陽電池の高効率化においては、もちろんアモルファスシリコン層、微結晶シリコン層両方の高効率化が必要であるが、微結晶シリコン太陽電池はアモルファスシリコン太陽電池と比べて新しい技術であり、また光劣化が生じないという優位性があることから、この微結晶シリコン太陽電池の高効率化は大変重要である。   For the photoelectric conversion layer of the thin film silicon solar cell, an amorphous silicon solar cell using a hydrogenated amorphous silicon semiconductor as a light absorption layer and a hydrogenated microcrystalline silicon semiconductor as a light absorption layer are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-2010. And a microcrystalline silicon solar cell as shown in Japanese Patent No. 129785 (Patent Document 1). Also, in recent years, a stacked thin film silicon solar cell in which both of these are used to take advantage of the difference in band gap and spectral sensitivity characteristics has attracted particular attention in recent years. In order to increase the efficiency of stacked thin film silicon solar cells, of course, it is necessary to increase the efficiency of both amorphous silicon layers and microcrystalline silicon layers. Microcrystalline silicon solar cells are a new technology compared to amorphous silicon solar cells. In addition, since there is an advantage that light degradation does not occur, it is very important to improve the efficiency of the microcrystalline silicon solar cell.

特開2010−129785号公報(特許文献1)においては、微結晶シリコン太陽電池において、炭素および窒素のうちの少なくとも一方の元素を含むガスを原料ガスに用いてn型半導体層を形成することにより、曲線因子が改善されることが記載されている。   In Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-129785 (Patent Document 1), in a microcrystalline silicon solar cell, an n-type semiconductor layer is formed using a gas containing at least one element of carbon and nitrogen as a source gas. It is described that the fill factor is improved.

特開2010−129785号公報JP 2010-129785 A

しかしながら、微結晶シリコン太陽電池の特性は、多結晶シリコン太陽電池や単結晶シリコン太陽電池と比較すると、一般的に、開放電圧(Voc)は0.1〜0.2Vも低く、短絡電流密度(Jsc)、形状因子(F.F.)も総じて低く、上記のようにn型半導体層を改善しても、光電変換特性を十分に向上させることは難しかった。   However, the characteristics of the microcrystalline silicon solar cell are generally as follows. The open circuit voltage (Voc) is as low as 0.1 to 0.2 V as compared with the polycrystalline silicon solar cell and the single crystal silicon solar cell. Jsc) and form factor (FF) are generally low, and even if the n-type semiconductor layer is improved as described above, it is difficult to sufficiently improve the photoelectric conversion characteristics.

本発明は、微結晶シリコン系半導体からなるi型シリコン系半導体層を有する光電変換装置であって、優れた光電変換特性を有する光電変換装置およびその製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a photoelectric conversion device having an i-type silicon-based semiconductor layer made of a microcrystalline silicon-based semiconductor, having excellent photoelectric conversion characteristics, and a method for manufacturing the photoelectric conversion device.

本発明は、第1電極、第1光電変換層、第2電極がこの順で積層されてなる光電変換装置であって、第1光電変換層は、第1電極側から第2電極側に向けて順に積層されている、p型シリコン系半導体層と、微結晶シリコン系半導体からなるi型シリコン系半導体層と、リンおよび酸素を含むn型シリコン系半導体層と、を有し、n型シリコン系半導体層は、リン濃度が最大である第1部位と層厚方向の位置が同じ位置または前記i型シリコン系半導体層により近い位置に酸素濃度が極大となる第2部位を有する。「微結晶」との用語は、非晶状態の部分を有する場合も含まれる。   The present invention is a photoelectric conversion device in which a first electrode, a first photoelectric conversion layer, and a second electrode are stacked in this order, and the first photoelectric conversion layer is directed from the first electrode side to the second electrode side. A p-type silicon-based semiconductor layer, an i-type silicon-based semiconductor layer made of a microcrystalline silicon-based semiconductor, and an n-type silicon-based semiconductor layer containing phosphorus and oxygen. The system semiconductor layer has a second site where the oxygen concentration is maximized at a position where the position in the layer thickness direction is the same as the first site where the phosphorus concentration is maximum or a position closer to the i-type silicon semiconductor layer. The term “microcrystal” also includes the case of having an amorphous part.

第2部位は、好ましくは、リン濃度が1×1019(atoms/cm)以上である。第2部位は、好ましくは、酸素濃度が1×1020(atoms/cm)以上である。The second portion preferably has a phosphorus concentration of 1 × 10 19 (atoms / cm 3 ) or more. The second portion preferably has an oxygen concentration of 1 × 10 20 (atoms / cm 3 ) or more.

上記本発明の一実施形態において、上記n型非晶質シリコン系半導体層は、第2部位が含まれるn型非晶質シリコンオキサイド層を有し、n型非晶質シリコンオキサイド層は、好ましくは厚さが10nm以下である。   In one embodiment of the present invention, the n-type amorphous silicon-based semiconductor layer has an n-type amorphous silicon oxide layer including a second portion, and the n-type amorphous silicon oxide layer is preferably Has a thickness of 10 nm or less.

上記n型非晶質シリコンオキサイド層は、好ましくは、第1電極側から第2電極側に向けて層厚方向に連続的にバンドギャップが減少する構成を有する。   The n-type amorphous silicon oxide layer preferably has a configuration in which the band gap continuously decreases in the layer thickness direction from the first electrode side toward the second electrode side.

上記i型シリコン系半導体層は、結晶化率が、好ましくは2以上15以下である。ここで「結晶化率」とは、ラマン分光測定スペクトルから求めた、非晶質シリコン相のピーク強度(Ia)に対する結晶質シリコン相のピーク強度(Ic)の比(Ic/Ia)をいう。   The i-type silicon-based semiconductor layer has a crystallization rate of preferably 2 or more and 15 or less. Here, the “crystallization rate” refers to the ratio (Ic / Ia) of the peak intensity (Ic) of the crystalline silicon phase to the peak intensity (Ia) of the amorphous silicon phase, which is obtained from the Raman spectroscopic measurement spectrum.

上記本発明の一実施形態において、第1電極と第2電極との間に、さらに第2光電変換層を有する。   In one embodiment of the present invention, a second photoelectric conversion layer is further provided between the first electrode and the second electrode.

上記本発明の一実施形態では、透光性絶縁基板を備え、透光性基板上に、第1電極、第1光電変換層、第2電極がこの順で積層されている。また、上記本発明の他の実施形態では、非透光性絶縁基板を備え、非透光性絶縁基板上に、第2電極、第1光電変換層、第1電極がこの順で積層されている。   In one embodiment of the present invention, a translucent insulating substrate is provided, and the first electrode, the first photoelectric conversion layer, and the second electrode are stacked in this order on the translucent substrate. In another embodiment of the present invention, a non-translucent insulating substrate is provided, and the second electrode, the first photoelectric conversion layer, and the first electrode are stacked in this order on the non-transparent insulating substrate. Yes.

また、本発明は、上記光電変換装置の製造方法であって、酸素原子を含むガスを供給して前記n型シリコン系半導体層を形成する工程を有する。   Moreover, this invention is a manufacturing method of the said photoelectric conversion apparatus, Comprising: It has the process of supplying the gas containing an oxygen atom and forming the said n-type silicon type semiconductor layer.

上記製造方法の一実施形態において、n型シリコン系半導体層を形成する工程は、i型シリコン系半導体層上にn型シリコン系半導体層を形成する工程であり、酸素原子を含むガスの単位時間当たりの供給量を連続的に減少させる工程を含む。   In one embodiment of the manufacturing method, the step of forming the n-type silicon-based semiconductor layer is a step of forming an n-type silicon-based semiconductor layer on the i-type silicon-based semiconductor layer, and a unit time of a gas containing oxygen atoms A step of continuously reducing the amount of supply per unit.

上記製造方法において、酸素原子を含むガスとして、COガス、Oガス、およびNOガスの少なくともいずれかを含むガスを用いることができる。In the above manufacturing method, a gas containing at least one of CO 2 gas, O 2 gas, and N 2 O gas can be used as the gas containing oxygen atoms.

本発明によると、微結晶シリコン半導体からなるi型シリコン系半導体層を備えた光電変換装置であって、優れた光電変換特性を有する光電変換装置を提供することができる。   According to the present invention, a photoelectric conversion device including an i-type silicon-based semiconductor layer made of a microcrystalline silicon semiconductor and having excellent photoelectric conversion characteristics can be provided.

第1の実施形態の光電変換装置の構成を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the structure of the photoelectric conversion apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施形態で用いられるプラズマCVD装置の構成の一部を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically a part of structure of the plasma CVD apparatus used by 1st Embodiment. 第2の実施形態の光電変換装置の構成を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the structure of the photoelectric conversion apparatus of 2nd Embodiment. 実施例3の光電変換装置における膜厚方向の距離と原子濃度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the distance of the film thickness direction in the photoelectric conversion apparatus of Example 3, and atomic concentration. 比較例1の光電変換装置における膜厚方向の距離と原子濃度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the distance of the film thickness direction in a photoelectric conversion apparatus of the comparative example 1, and atomic concentration. 実施例1〜3および比較例1において、開放電圧とn型非晶質シリコンオキサイド層の膜厚との関係を示す図である。In Examples 1-3 and Comparative Example 1, it is a figure which shows the relationship between an open circuit voltage and the film thickness of an n-type amorphous silicon oxide layer. 実施例1〜3および比較例1において、曲線因子と非晶質シリコンオキサイド層の膜厚との関係を示す図である。In Examples 1-3 and Comparative Example 1, it is a figure which shows the relationship between a fill factor and the film thickness of an amorphous silicon oxide layer. 実施例1〜3および実施例4,5において、開放電圧とn型非晶質シリコンオキサイド層の膜厚との関係を示す図である。In Examples 1-3 and Example 4, 5, it is a figure which shows the relationship between an open circuit voltage and the film thickness of an n-type amorphous silicon oxide layer. 実施例1〜3および実施例4,5において、曲線因子と非晶質シリコンオキサイド層の膜厚との関係を示す図である。In Examples 1-3 and Example 4, 5, it is a figure which shows the relationship between a fill factor and the film thickness of an amorphous silicon oxide layer.

本発明の光電変換装置は、第1電極、第1光電変換層、第2電極がこの順で積層されてなる太陽電池である。第1光電変換層は、第1電極側から第2電極側に向けて順に積層されている、p型シリコン系半導体層と、微結晶シリコン系半導体からなるi型シリコン系半導体層と、リンおよび酸素を含むn型シリコン系半導体層と、を有する。n型シリコン系半導体層は、リン濃度が最大である第1部位と層厚方向の位置が同じ位置またはi型シリコン系半導体層により近い位置に酸素濃度が極大となる第2部位を有する。以下、図面を参照しながら、本発明の光電変換装置について詳細に説明する。   The photoelectric conversion device of the present invention is a solar cell in which a first electrode, a first photoelectric conversion layer, and a second electrode are laminated in this order. The first photoelectric conversion layer includes a p-type silicon-based semiconductor layer, an i-type silicon-based semiconductor layer made of a microcrystalline silicon-based semiconductor, phosphorus, and phosphorus, which are sequentially stacked from the first electrode side to the second electrode side. And an n-type silicon-based semiconductor layer containing oxygen. The n-type silicon-based semiconductor layer has a second portion where the oxygen concentration is maximized at the same position in the layer thickness direction as the first portion where the phosphorus concentration is maximum or at a position closer to the i-type silicon-based semiconductor layer. Hereinafter, the photoelectric conversion device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[第1の実施形態]
(光電変換装置の構成)
図1は、第1の実施形態の光電変換装置の構成を概略的に示す断面図である。図1に示すように、第1の実施形態における光電変換装置100は、基板11と、第1電極12と、第1光電変換層10と、第2電極16がこの順で積層されてなる。光電変換装置100は、基板11側から光を入射させるスーパーストレート型である。
[First Embodiment]
(Configuration of photoelectric conversion device)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the photoelectric conversion apparatus according to the first embodiment. As illustrated in FIG. 1, the photoelectric conversion device 100 according to the first embodiment includes a substrate 11, a first electrode 12, a first photoelectric conversion layer 10, and a second electrode 16 that are stacked in this order. The photoelectric conversion device 100 is a super straight type in which light is incident from the substrate 11 side.

基板11は、透光性を有する材料により構成される透光性絶縁基板である。基板11は、たとえばガラスやポリイミド等の樹脂などにより構成され、プラズマCVD法による半導体層製膜工程において、耐熱性および透光性を有するものであることが好ましい。第1電極12は、透光性を有する材料により構成される。第1電極12は、たとえばSnO、酸化インジウム錫(ITO)などにより構成することができる。基板11および第1電極12の厚さおよび形状は特に限定されない。The substrate 11 is a translucent insulating substrate made of a translucent material. The substrate 11 is preferably made of, for example, a resin such as glass or polyimide, and has heat resistance and translucency in the semiconductor layer formation step by the plasma CVD method. The 1st electrode 12 is comprised with the material which has translucency. The first electrode 12 can be made of, for example, SnO 2 , indium tin oxide (ITO), or the like. The thickness and shape of the substrate 11 and the first electrode 12 are not particularly limited.

第1光電変換層10は、微結晶シリコン系半導体からなるp型シリコン系半導体層13と、微結晶シリコン系半導体からなるi型シリコン系半導体層14と、n型シリコン系半導体層15が順に積層され、基板11側からp−i−nの接合構造を有する。n型シリコン系半導体層15は、n型非晶質シリコンオキサイド層15aと、n型非晶質シリコン層15bと、n型微結晶シリコン層15cとが順に積層されてなる。n型シリコン系半導体層15は、リンと酸素とを含み、リン濃度が最大である第1部位と層厚方向の位置が同じ位置またはi型シリコン系半導体層14により近い位置に酸素濃度が極大となる第2部位を有する。この第2部位は、n型非晶質シリコンオキサイド層15aに含まれる。   The first photoelectric conversion layer 10 includes a p-type silicon-based semiconductor layer 13 made of a microcrystalline silicon-based semiconductor, an i-type silicon-based semiconductor layer 14 made of a microcrystalline silicon-based semiconductor, and an n-type silicon-based semiconductor layer 15 stacked in order. And has a pin junction structure from the substrate 11 side. The n-type silicon-based semiconductor layer 15 is formed by sequentially stacking an n-type amorphous silicon oxide layer 15a, an n-type amorphous silicon layer 15b, and an n-type microcrystalline silicon layer 15c. The n-type silicon-based semiconductor layer 15 contains phosphorus and oxygen, and the oxygen concentration is maximized at a position where the position in the layer thickness direction is the same as that of the first portion where the phosphorus concentration is maximum or closer to the i-type silicon-based semiconductor layer 14 A second part. This second part is included in the n-type amorphous silicon oxide layer 15a.

第2電極16は、第1光電変換層10に近い側から順に積層された、透明導電膜16aと金属膜16bとからなる。透明導電膜16aは、たとえばSnO、ITO、ZnOなどにより構成することができる。金属膜16bは、たとえば銀、アルミニウム、チタン、パラジウムなどにより構成することができる。第2電極16は、金属膜16bのみからなる構成であってもよい。The 2nd electrode 16 consists of the transparent conductive film 16a and the metal film 16b which were laminated | stacked in order from the side close | similar to the 1st photoelectric converting layer 10. FIG. The transparent conductive film 16a can be made of, for example, SnO 2 , ITO, ZnO or the like. The metal film 16b can be made of, for example, silver, aluminum, titanium, palladium, or the like. The second electrode 16 may be configured by only the metal film 16b.

光電変換装置100においては、酸素濃度が極大となる第2部位を含むn型非晶質シリコンオキサイド層15aを有することにより、高い開放電圧および曲線因子が得られる、優れた光電変換層効率が得られる。これは、n型非晶質シリコンオキサイド層15aにより、i/n界面のn層側のバンドギャップが広くなり、正孔のn層側への拡散が低減され、逆方向飽和電流が改善して、開放電圧および曲線因子の向上することによると考えられる。また、n型非晶質シリコンオキサイド層15aに含まれる酸素に起因する伝導帯に近い準位を介して電子がトンネル輸送されることにより、開放電圧および曲線因子の向上に寄与するものと考えられる。   In the photoelectric conversion device 100, by having the n-type amorphous silicon oxide layer 15a including the second portion where the oxygen concentration is maximized, a high open-circuit voltage and a fill factor can be obtained, and an excellent photoelectric conversion layer efficiency can be obtained. It is done. This is because the n-type amorphous silicon oxide layer 15a widens the band gap on the n layer side of the i / n interface, reduces the diffusion of holes to the n layer side, and improves the reverse saturation current. It is considered that the open circuit voltage and the fill factor are improved. In addition, it is considered that electrons are tunnel transported through a level close to the conduction band caused by oxygen contained in the n-type amorphous silicon oxide layer 15a, thereby contributing to improvement of the open circuit voltage and the fill factor. .

n型非晶質シリコンオキサイド層15aの膜厚は、10nm以下が好ましく、6nm以下がより好ましい。n型非晶質シリコンオキサイド層15aの膜厚が10nmを超えると、生産性が低くなる。また、光入射側(第1電極12側)が最もバンドギャップが大きく、裏面電極側(第2電極16側)が最もバンドギャップの小さいグレーディッド構造であることが好ましい。このような構成により、開放電圧および曲線因子をより向上させることができ、より優れた光電変換効率が得られる。グレーディッド構造とする場合、光入射側のバンドギャップは、好ましくは1.85eV以上とする。光入射側のバンドギャップが1.85eV以上であることにより、正孔のn層側への拡散を十分に低減することができる。   The film thickness of the n-type amorphous silicon oxide layer 15a is preferably 10 nm or less, and more preferably 6 nm or less. When the film thickness of the n-type amorphous silicon oxide layer 15a exceeds 10 nm, productivity is lowered. In addition, it is preferable that the light incident side (first electrode 12 side) has the largest band gap and the back electrode side (second electrode 16 side) has the graded structure having the smallest band gap. With such a configuration, the open circuit voltage and the fill factor can be further improved, and more excellent photoelectric conversion efficiency can be obtained. In the case of a graded structure, the band gap on the light incident side is preferably 1.85 eV or more. When the band gap on the light incident side is 1.85 eV or more, the diffusion of holes to the n layer side can be sufficiently reduced.

n型シリコン系半導体層15において、酸素濃度が極大となる第2部位のリン濃度は、好ましくは1×1019(atoms/cm)以上である。リン濃度が1×1019(atoms/cm)以上であることにより、十分な導電性を得ることができる。また、n型シリコン系半導体層15において、酸素濃度が極大となる第2部位の酸素濃度は、好ましくは1×1020(atoms/cm)以上である。酸素濃度が1×1020(atoms/cm)以上であることにより、正孔のn層への拡散を十分に低減することができる。In the n-type silicon-based semiconductor layer 15, the phosphorus concentration at the second portion where the oxygen concentration becomes maximum is preferably 1 × 10 19 (atoms / cm 3 ) or more. When the phosphorus concentration is 1 × 10 19 (atoms / cm 3 ) or more, sufficient conductivity can be obtained. In the n-type silicon-based semiconductor layer 15, the oxygen concentration at the second portion where the oxygen concentration is maximized is preferably 1 × 10 20 (atoms / cm 3 ) or more. When the oxygen concentration is 1 × 10 20 (atoms / cm 3 ) or more, diffusion of holes into the n layer can be sufficiently reduced.

i型シリコン系半導体層14は、結晶化率が2以上15以下であることが好ましい。結晶化率が2未満の場合は、十分な短絡電流値が得られず光電変換効率が低下する場合があり、また非晶質成分が多いために光劣化してしまう場合があるからである。また結晶化率が15より大きい場合は、十分な開放電圧値が得られず光電変換効率が低下する場合があるからである。i型シリコン系半導体層14は、膜厚が500nm以上5000nm以下が好ましい。   The i-type silicon-based semiconductor layer 14 preferably has a crystallization rate of 2 or more and 15 or less. This is because when the crystallization rate is less than 2, a sufficient short-circuit current value cannot be obtained and the photoelectric conversion efficiency may be lowered, and photodegradation may occur due to the large amount of amorphous components. Further, when the crystallization rate is larger than 15, a sufficient open-circuit voltage value cannot be obtained, and the photoelectric conversion efficiency may be lowered. The i-type silicon-based semiconductor layer 14 preferably has a thickness of 500 nm to 5000 nm.

p型シリコン系半導体層13は、膜厚が5nm以上50nm以下であること好ましい。p型シリコン系半導体層13の膜厚が5nm未満の場合は、第1電極12が部分的に露出する場合があり、正常な半導体pin接合が形成されないため、光電変換装置としての特性が著しく低下する場合があるからである。一方、p型シリコン系半導体層13の膜厚が50nmを超えると、p型シリコン系半導体層13の光吸収量が過多となり、i型シリコン系半導体層14へ到達する光量が減少するため、光電変換層装置としての短絡電流が低下する場合があるからである。   The p-type silicon-based semiconductor layer 13 preferably has a thickness of 5 nm to 50 nm. When the thickness of the p-type silicon-based semiconductor layer 13 is less than 5 nm, the first electrode 12 may be partially exposed, and a normal semiconductor pin junction is not formed, so that the characteristics as a photoelectric conversion device are significantly deteriorated. Because there is a case to do. On the other hand, if the thickness of the p-type silicon-based semiconductor layer 13 exceeds 50 nm, the light absorption amount of the p-type silicon-based semiconductor layer 13 becomes excessive, and the amount of light reaching the i-type silicon-based semiconductor layer 14 is reduced. It is because the short circuit current as a conversion layer apparatus may fall.

(プラズマCVD装置)
図2は、本実施形態の光電変換装置の製造に用いられるプラズマCVD装置の構成の一部を模式的に示す断面図である。図2に示すプラズマCVD装置は、いわゆる容量結合型のプラズマCVD装置であり、反応室4のカソード電極3と高周波電源6がマッチング回路5を介して接続され、カソード電極3と基板11を固定したアノード電極2との間の領域においてプラズマを発生させるという構成を有している。また、基板11はあらかじめ製膜前にヒーター1で所望の温度に昇温される。なお、本実施形態で用いられるプラズマCVD装置は、マルチチャンバ方式のプラズマCVD装置であり、たとえば直線状に複数の反応室が設けられている。
(Plasma CVD equipment)
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a part of the configuration of a plasma CVD apparatus used for manufacturing the photoelectric conversion apparatus of the present embodiment. The plasma CVD apparatus shown in FIG. 2 is a so-called capacitively coupled plasma CVD apparatus, in which the cathode electrode 3 in the reaction chamber 4 and the high-frequency power source 6 are connected via a matching circuit 5 to fix the cathode electrode 3 and the substrate 11. The plasma is generated in the region between the anode electrode 2 and the anode electrode 2. The substrate 11 is preheated to a desired temperature by the heater 1 before film formation. Note that the plasma CVD apparatus used in this embodiment is a multi-chamber plasma CVD apparatus, and a plurality of reaction chambers are provided, for example, in a straight line.

(光電変換装置の製造方法)
本実施形態の製造方法においては、図2に示すプラズマCVD装置を用いて以下の工程を行なう。まず、第1電極12を設けた基板11上にp型シリコン系半導体層13を形成する。反応室4内を1×10−6Torrまで排気し、基板11の温度を250℃以下に制御する。そして、反応室4内に流量コントローラー(図示しない)によって混合ガスを導入し、排気系に設けられたコンダクションバルブ(図示しない)により反応室4内の圧力を一定に保つ。
(Manufacturing method of photoelectric conversion device)
In the manufacturing method of the present embodiment, the following steps are performed using the plasma CVD apparatus shown in FIG. First, the p-type silicon-based semiconductor layer 13 is formed on the substrate 11 provided with the first electrode 12. The reaction chamber 4 is evacuated to 1 × 10 −6 Torr, and the temperature of the substrate 11 is controlled to 250 ° C. or lower. Then, a mixed gas is introduced into the reaction chamber 4 by a flow rate controller (not shown), and the pressure in the reaction chamber 4 is kept constant by a conduction valve (not shown) provided in the exhaust system.

反応室4内の圧力は、たとえば、0.5Torr以上5Torr以下とする。反応室4内に導入される混合ガスとしては、たとえばシランガス、水素ガスおよびジボランガスを含む混合ガスを使用する。上記混合ガスにおいて、シランガスに対する水素ガスの流量は、20倍以上200倍以下が望ましい。上記混合ガスを導入して反応室4内の圧力が安定した後、カソード電極3に10MHz〜150MHzの交流電力を投入し、カソード電極3とアノード電極2との間にプラズマを発生させる。このプラズマの発生によってp型シリコン系半導体層13が形成される。カソード電極3の単位面積あたりの電力密度は、たとえば、0.05W/cm以上0.5W/cm以下とする。The pressure in the reaction chamber 4 is, for example, not less than 0.5 Torr and not more than 5 Torr. As the mixed gas introduced into the reaction chamber 4, for example, a mixed gas containing silane gas, hydrogen gas, and diborane gas is used. In the mixed gas, the flow rate of the hydrogen gas with respect to the silane gas is desirably 20 times or more and 200 times or less. After the mixed gas is introduced and the pressure in the reaction chamber 4 is stabilized, AC power of 10 MHz to 150 MHz is supplied to the cathode electrode 3 to generate plasma between the cathode electrode 3 and the anode electrode 2. A p-type silicon semiconductor layer 13 is formed by the generation of this plasma. The power density per unit area of the cathode electrode 3 is, for example, 0.05 W / cm 2 or more and 0.5 W / cm 2 or less.

次に、i型シリコン系半導体層14を形成する。反応室4内の圧力は、例えば2Torr以上20Torr以下とする。反応室4内に導入される混合ガスとしては、たとえばシランガス、水素ガスを含む混合ガスを使用する。上記混合ガスにおいて、シランガスに対する水素ガスの流量は、10倍以上100倍以下が望ましい。上記混合ガスを導入して反応室4内の圧力が安定した後、カソード電極3に10MHz〜150MHzの交流電力を投入し、カソード電極3とアノード電極2との間にプラズマを発生させる。このプラズマにの発生よってi型シリコン系半導体層14が形成される。カソード電極3の単位面積あたりの電力密度は、たとえば、0.05W/cm以上0.5W/cm以下とする。Next, the i-type silicon-based semiconductor layer 14 is formed. The pressure in the reaction chamber 4 is, for example, 2 Torr or more and 20 Torr or less. As the mixed gas introduced into the reaction chamber 4, for example, a mixed gas containing silane gas and hydrogen gas is used. In the mixed gas, the flow rate of the hydrogen gas with respect to the silane gas is preferably 10 to 100 times. After the mixed gas is introduced and the pressure in the reaction chamber 4 is stabilized, AC power of 10 MHz to 150 MHz is supplied to the cathode electrode 3 to generate plasma between the cathode electrode 3 and the anode electrode 2. The i-type silicon-based semiconductor layer 14 is formed by the generation of this plasma. The power density per unit area of the cathode electrode 3 is, for example, 0.05 W / cm 2 or more and 0.5 W / cm 2 or less.

次に、n型非晶質シリコンオキサイド15aを形成する。反応室4内の圧力は、たとえば0.1Torr以上1Torr以下とする。反応室4内に導入される混合ガスとしては、たとえばシランガス、水素ガス、ホスフィンガス、二酸化炭素ガスを含む混合ガスを使用する。上記混合ガスを導入して反応室4内の圧力が安定した後、カソード電極3に10MHz〜150MHzの交流電力を投入し、カソード電極3とアノード電極2との間にプラズマを発生させる。このプラズマの発生によってn型非晶質シリコンオキサイド層15aが形成される。カソード電極3の単位面積あたりの電力密度は、たとえば、0.02W/cm以上0.2W/cm以下とする。n型非晶質シリコンオキサイド15aをグレーディッド構造とする場合は、二酸化炭素ガスの単位時間当たりの供給量を連続的に減少させる。n型非晶質シリコンオキサイド15aにおける酸素源としては、上記二酸化炭素ガスに限定されることはなく、酸素原子を含むガス、たとえば、Oガス、NOガスなどを用いることができる。二酸化炭素ガスを酸素源として用いた場合、良好な膜質の膜を製膜することができる。Next, an n-type amorphous silicon oxide 15a is formed. The pressure in the reaction chamber 4 is, for example, not less than 0.1 Torr and not more than 1 Torr. As the mixed gas introduced into the reaction chamber 4, for example, a mixed gas containing silane gas, hydrogen gas, phosphine gas, and carbon dioxide gas is used. After the mixed gas is introduced and the pressure in the reaction chamber 4 is stabilized, AC power of 10 MHz to 150 MHz is supplied to the cathode electrode 3 to generate plasma between the cathode electrode 3 and the anode electrode 2. An n-type amorphous silicon oxide layer 15a is formed by the generation of this plasma. The power density per unit area of the cathode electrode 3, for example, to 0.02 W / cm 2 or more 0.2 W / cm 2 or less. When the n-type amorphous silicon oxide 15a has a graded structure, the supply amount of carbon dioxide gas per unit time is continuously reduced. The oxygen source in the n-type amorphous silicon oxide 15a is not limited to the carbon dioxide gas, and a gas containing oxygen atoms such as O 2 gas and N 2 O gas can be used. When carbon dioxide gas is used as an oxygen source, a film with good film quality can be formed.

次に、n型非晶質シリコン層15bを形成する。反応室4内の圧力は、たとえば0.1Torr以上1Torr以下とする。反応室4内に導入される混合ガスとしては、たとえばシランガス、水素ガス、ホスフィンガスを含む混合ガスを使用する。上記混合ガスを導入して反応室4内の圧力が安定した後、カソード電極3に10MHz〜150MHzの交流電力を投入し、カソード電極3とアノード電極2との間にプラズマを発生させる。膜厚は1nm以上20nm以下で形成される。カソード電極3の単位面積あたりの電力密度は、たとえば、0.02W/cm以上0.2W/cm以下とする。n型非晶質シリコンオキサイド層15aおよびn型非晶質シリコン層15bは連続的に製膜してもよい。Next, an n-type amorphous silicon layer 15b is formed. The pressure in the reaction chamber 4 is, for example, not less than 0.1 Torr and not more than 1 Torr. As the mixed gas introduced into the reaction chamber 4, for example, a mixed gas containing silane gas, hydrogen gas, and phosphine gas is used. After the mixed gas is introduced and the pressure in the reaction chamber 4 is stabilized, AC power of 10 MHz to 150 MHz is supplied to the cathode electrode 3 to generate plasma between the cathode electrode 3 and the anode electrode 2. The film thickness is 1 nm or more and 20 nm or less. The power density per unit area of the cathode electrode 3, for example, to 0.02 W / cm 2 or more 0.2 W / cm 2 or less. The n-type amorphous silicon oxide layer 15a and the n-type amorphous silicon layer 15b may be formed continuously.

次に、n型微結晶シリコン層15cを形成する。反応室4内の圧力は、たとえば0.5Torr以上5Torr以下とする。反応室4内に導入される混合ガスとしては、たとえばシランガス、水素ガス、ホスフィンガスを含む混合ガスを使用する。上記混合ガスを導入して反応室4内の圧力が安定した後、カソード電極3に10MHz〜150MHzの交流電力を投入し、カソード電極3とアノード電極2との間にプラズマを発生させる。n型微結晶シリコン層15cは、膜厚が5nm以上50nm以下となるように形成される。カソード電極3の単位面積あたりの電力密度は、たとえば、0.05W/cm以上0.5W/cm以下とする。以上のようにして、光電変換層10が形成される。Next, an n-type microcrystalline silicon layer 15c is formed. The pressure in the reaction chamber 4 is, for example, not less than 0.5 Torr and not more than 5 Torr. As the mixed gas introduced into the reaction chamber 4, for example, a mixed gas containing silane gas, hydrogen gas, and phosphine gas is used. After the mixed gas is introduced and the pressure in the reaction chamber 4 is stabilized, AC power of 10 MHz to 150 MHz is supplied to the cathode electrode 3 to generate plasma between the cathode electrode 3 and the anode electrode 2. The n-type microcrystalline silicon layer 15c is formed to have a thickness of 5 nm to 50 nm. The power density per unit area of the cathode electrode 3 is, for example, 0.05 W / cm 2 or more and 0.5 W / cm 2 or less. As described above, the photoelectric conversion layer 10 is formed.

次に、光電変換層10上に、第2電極16を形成する。第2電極16は、透明導電膜16aと金属膜16bとからなり、CVD法、スパッタ、蒸着等の方法によりこれらを順次形成する。   Next, the second electrode 16 is formed on the photoelectric conversion layer 10. The second electrode 16 includes a transparent conductive film 16a and a metal film 16b, which are sequentially formed by a method such as CVD, sputtering, or vapor deposition.

(変形例)
第1の実施形態の光電変換装置100は、スーパーストレート型の構成を有するが、サブストレート型の構成に応用することもできる。サブストレート型の構成においては、図1に示すスーパーストレート型の光電変換装置100において第1電極12側に形成されている基板11が第2電極16側に形成され、基板11として非透光性絶縁基板を用いる。第1電極12および第2電極16の構成は適宜選択することができるが、光の入射側である第1電極12は、p型シリコン系半導体層13を一様に覆わないグリッド形状に構成する。サブストレート型の光電変換装置においても、スーパーストレート型の光電変換装置と同様に本発明の効果が得られる。
(Modification)
The photoelectric conversion device 100 according to the first embodiment has a superstrate type configuration, but can also be applied to a substrate type configuration. In the substrate type configuration, the substrate 11 formed on the first electrode 12 side is formed on the second electrode 16 side in the super straight type photoelectric conversion device 100 shown in FIG. An insulating substrate is used. The configurations of the first electrode 12 and the second electrode 16 can be selected as appropriate, but the first electrode 12 on the light incident side is configured in a grid shape that does not uniformly cover the p-type silicon-based semiconductor layer 13. . Also in the substrate type photoelectric conversion device, the effect of the present invention can be obtained in the same manner as the super straight type photoelectric conversion device.

[第2の実施形態]
図3は、第2の実施形態の光電変換装置の構成を概略的に示す断面図である。図3に示す第2の実施形態の光電変換装置200は、図1に示す光電変換装置100とは、第1光電変換層10とともに、さらに第2光電変換層20を有する点のみが異なる。光電変換装置200において、光電変換装置100と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the photoelectric conversion apparatus according to the second embodiment. The photoelectric conversion device 200 of the second embodiment shown in FIG. 3 differs from the photoelectric conversion device 100 shown in FIG. 1 only in that it has a second photoelectric conversion layer 20 in addition to the first photoelectric conversion layer 10. In the photoelectric conversion device 200, the same components as those of the photoelectric conversion device 100 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図3に示すように、光電変換装置200は、第1電極12と第1光電変換層10との間に第2光電変換層20を有する。第2光電変換層20は、第1光電変換層10とp−i−n接合の方向が同一となるように、第1電極12側から順に、p型シリコン系半導体層23、i型シリコン系半導体層24、n型シリコン系半導体層25が積層されている。n型シリコン系半導体層25は、i型シリコン系半導体層24側から順に、n型非晶質シリコン層25aと、n型微結晶シリコン層25bとが積層されてなる。n型シリコン系半導体層25は、n型非晶質シリコン層25aよりi型シリコン系半導体層24側に、第1光電変換層10のn型非晶質シリコンオキサイド層15aと同じ層を有していてもよい。この場合、第2光電変換層20においても第1光電変換層10と同様に、本発明に係る光電変換効率向上の効果が得られることになる。   As illustrated in FIG. 3, the photoelectric conversion device 200 includes a second photoelectric conversion layer 20 between the first electrode 12 and the first photoelectric conversion layer 10. The second photoelectric conversion layer 20 includes a p-type silicon-based semiconductor layer 23 and an i-type silicon-based layer in order from the first electrode 12 side so that the direction of the pin junction is the same as that of the first photoelectric conversion layer 10. A semiconductor layer 24 and an n-type silicon-based semiconductor layer 25 are stacked. The n-type silicon-based semiconductor layer 25 is formed by laminating an n-type amorphous silicon layer 25a and an n-type microcrystalline silicon layer 25b in this order from the i-type silicon-based semiconductor layer 24 side. The n-type silicon semiconductor layer 25 has the same layer as the n-type amorphous silicon oxide layer 15a of the first photoelectric conversion layer 10 on the i-type silicon semiconductor layer 24 side from the n-type amorphous silicon layer 25a. It may be. In this case, the effect of improving the photoelectric conversion efficiency according to the present invention can be obtained in the second photoelectric conversion layer 20 as well as the first photoelectric conversion layer 10.

光電変換装置200において、基板11側から光が入射する。第2光電変換層20が、第1光電変換層10より光入射側に位置するので、第1光電変換層10には、第2光電変換層20を透過した光のみが入射する。入射光スペクトルの領域を分割して、第2光電変換層20と第1光電変換層10は異なる領域を受光するように構成することができるので、このような光電変換層を複数有する積層型構造においては、光の有効活用ができるとともに、高い開放電圧を得ることができる。このような効果を高めるためには、光入射側である第2光電変換層20のバンドギャップが、第1光電変換層のバンドギャップより大きくなるように構成することが好ましい。この場合、入射光のうち短波長光は主に第2光電変換層20で吸収され、長波長光は主に第1光電変換層10で吸収され、各波長領域の光を有効に利用することができる。   In the photoelectric conversion device 200, light enters from the substrate 11 side. Since the second photoelectric conversion layer 20 is located closer to the light incident side than the first photoelectric conversion layer 10, only the light transmitted through the second photoelectric conversion layer 20 is incident on the first photoelectric conversion layer 10. Since the second photoelectric conversion layer 20 and the first photoelectric conversion layer 10 can be configured to receive different regions by dividing the region of the incident light spectrum, a stacked structure having a plurality of such photoelectric conversion layers. In, light can be used effectively and a high open circuit voltage can be obtained. In order to enhance such an effect, the band gap of the second photoelectric conversion layer 20 on the light incident side is preferably configured to be larger than the band gap of the first photoelectric conversion layer. In this case, among the incident light, short wavelength light is mainly absorbed by the second photoelectric conversion layer 20, long wavelength light is mainly absorbed by the first photoelectric conversion layer 10, and light in each wavelength region is effectively used. Can do.

第1光電変換層10と第2光電変換層20の間には、中間層が形成されていてもよい。この場合、中間層は透明導電膜であることが好ましい。中間層を設けることにより、第2光電変換層20から中間層に入射した光は、中間層にてその一部が反射され、残りの光は中間層を透過して第1光電変換層10に入射するので、各光電変換層への入射光量を制御することができる。これにより、各光電変換層10,20の光電流の値が均等化され、各光電変換層10,20で発生した光生成キャリアを積層型の光電変換装置の短絡電流に無駄なく寄与させることができるため、結果として光電変換装置の短絡電流を増加し、光電変換効率を向上させることができる。また、第2光電変換層20の光吸収層が非晶質シリコン系半導体からなる場合は、光劣化が生じるが、中間層により一部の入射光を反射させることで、第2光電変換層20の膜厚を薄くすることができるため光劣化の影響を小さくすることができ、安定した光電変換効率を得ることができる。   An intermediate layer may be formed between the first photoelectric conversion layer 10 and the second photoelectric conversion layer 20. In this case, the intermediate layer is preferably a transparent conductive film. By providing the intermediate layer, a part of the light incident on the intermediate layer from the second photoelectric conversion layer 20 is reflected by the intermediate layer, and the remaining light is transmitted through the intermediate layer to the first photoelectric conversion layer 10. Since the light enters, the amount of light incident on each photoelectric conversion layer can be controlled. As a result, the photocurrent values of the photoelectric conversion layers 10 and 20 are equalized, and the photogenerated carriers generated in the photoelectric conversion layers 10 and 20 can contribute to the short-circuit current of the stacked photoelectric conversion device without waste. As a result, the short-circuit current of the photoelectric conversion device can be increased as a result, and the photoelectric conversion efficiency can be improved. Further, when the light absorption layer of the second photoelectric conversion layer 20 is made of an amorphous silicon-based semiconductor, light degradation occurs, but by reflecting a part of incident light by the intermediate layer, the second photoelectric conversion layer 20 is reflected. Therefore, the influence of light deterioration can be reduced, and stable photoelectric conversion efficiency can be obtained.

(変形例)
本実施形態においては、二つの光電変換層が積層された光電変換装置を示したが、二つ以上の光電変換層が積層された光電変換装置であってもよい。また、本実施形態においては、スーパーストレート型の光電変換装置について説明したが、サブストレート型の光電変換装置にも応用できることは、第1の実施形態と同様である。
(Modification)
In the present embodiment, a photoelectric conversion device in which two photoelectric conversion layers are stacked is shown, but a photoelectric conversion device in which two or more photoelectric conversion layers are stacked may be used. Further, in the present embodiment, the super straight type photoelectric conversion device has been described. However, the present embodiment can also be applied to a substrate type photoelectric conversion device, as in the first embodiment.

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these.

[実施例1〜3、比較例1]
(光電変換装置の構成)
実施例1〜3として、図1に示す第1の実施形態の光電変換装置100と同様の構成を有する光電変換装置を作製した。実施例1〜3のi型シリコン系半導体層14の膜厚は、1.8μmとした。実施例1〜3は、n型非晶質シリコンオキサイド層15aおよびn型非晶質シリコン層15bの膜厚のみが異なるように作製した。また、比較例1として、n型非晶質シリコンオキサイド層15aを形成せず、n型非晶質シリコン層15bの膜厚が異なる点のみ実施例1〜3と異なる光電変換装置を作製した。
[Examples 1 to 3, Comparative Example 1]
(Configuration of photoelectric conversion device)
As Examples 1 to 3, photoelectric conversion devices having the same configuration as the photoelectric conversion device 100 of the first embodiment shown in FIG. The film thickness of the i-type silicon-based semiconductor layer 14 of Examples 1 to 3 was 1.8 μm. Examples 1 to 3 were fabricated so that only the film thicknesses of the n-type amorphous silicon oxide layer 15a and the n-type amorphous silicon layer 15b were different. Further, as Comparative Example 1, a photoelectric conversion device different from Examples 1 to 3 was manufactured only in that the n-type amorphous silicon oxide layer 15a was not formed and the film thickness of the n-type amorphous silicon layer 15b was different.

(光電変換装置の製造)
SnO膜を第1電極12として備えたガラス製の基板11(アサヒガラス社製asahi-VU基板)に、第1の実施形態の製造方法にしたがい、マルチチャンバ方式のプラズマCVD装置を用いて第1光電変換層10を形成した。
(Manufacture of photoelectric conversion devices)
According to the manufacturing method of the first embodiment, a glass substrate 11 having an SnO 2 film as a first electrode 12 (Asahi-VU substrate manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) is used, and a multi-chamber plasma CVD apparatus is used. 1 photoelectric conversion layer 10 was formed.

まず、p型シリコン系半導体層13を以下のように形成した。第1の反応室4内を1×10−6Torrまで排気し、基板11の温度を200℃に設定した。反応室4内に流量コントローラーによって混合ガスを導入し、排気系に設けられたコンダクションバルブにより反応室4内の圧力を一定に保った。反応室4内の圧力は、1.4Torrとした。混合ガスとして、シランガス、水素ガスおよびジボランガスを用い、シランガスに対する水素ガスの流量は105倍とした。上記混合ガスを導入して反応室4内の圧力が安定した後、カソード電極3に27.12MHzの交流電力を投入し、カソード電極3とアノード電極2の間にプラズマを発生させた。カソード電極3の単位面積あたりの電力密度は、0.2W/cmとした。また、p型シリコン系半導体層13の膜厚は、30nmとした。First, the p-type silicon-based semiconductor layer 13 was formed as follows. The inside of the first reaction chamber 4 was evacuated to 1 × 10 −6 Torr, and the temperature of the substrate 11 was set to 200 ° C. The mixed gas was introduced into the reaction chamber 4 by a flow rate controller, and the pressure in the reaction chamber 4 was kept constant by a conduction valve provided in the exhaust system. The pressure in the reaction chamber 4 was 1.4 Torr. Silane gas, hydrogen gas, and diborane gas were used as the mixed gas, and the flow rate of the hydrogen gas relative to the silane gas was 105 times. After the mixed gas was introduced and the pressure in the reaction chamber 4 was stabilized, 27.12 MHz AC power was supplied to the cathode electrode 3 to generate plasma between the cathode electrode 3 and the anode electrode 2. The power density per unit area of the cathode electrode 3 was 0.2 W / cm 2 . The film thickness of the p-type silicon-based semiconductor layer 13 was 30 nm.

次に、i型シリコン系半導体層14を以下のように形成した。第2の反応室4内の圧力を7.5Torrとした。混合ガスとして、シランガス、水素ガスを用い、シランガスに対する水素ガスの流量は18倍とした。上記混合ガスを導入して反応室4内の圧力が安定した後、カソード電極3に27.12MHzの交流電力を投入し、カソード電極3とアノード電極2との間にプラズマを発生させた。カソード電極3の単位面積あたりの電力密度は、0.15W/cmとした。また、膜厚は1800nmとした。Next, the i-type silicon-based semiconductor layer 14 was formed as follows. The pressure in the second reaction chamber 4 was 7.5 Torr. Silane gas and hydrogen gas were used as the mixed gas, and the flow rate of the hydrogen gas relative to the silane gas was 18 times. After the mixed gas was introduced and the pressure in the reaction chamber 4 was stabilized, 27.12 MHz AC power was supplied to the cathode electrode 3 to generate plasma between the cathode electrode 3 and the anode electrode 2. The power density per unit area of the cathode electrode 3 was 0.15 W / cm 2 . The film thickness was 1800 nm.

次に、n型非晶質シリコンオキサイド15aを以下のように形成した。第3の反応室4内の圧力を0.22Torrとした。混合ガスとして、シランガス、水素ガス、ホスフィンガス、二酸化炭素ガスを含む混合ガスを使用した。上記混合ガスを導入して反応室4内の圧力が安定した後、カソード電極3に13.56MHzの交流電力を投入し、カソード電極3とアノード電極2との間にプラズマを発生させた。カソード電極3の単位面積あたりの電力密度は、0.05W/cmとした。また、プラズマ発生後、二酸化炭素ガスの単位時間当たりの供給量をシランガスの単位時間当たりの供給量の1/3となるように混合ガスを供給し、その後二酸化炭素ガスの単位時間当たりの供給量を連続的に少なくしていき、光入射側が最もバンドギャップが大きく、裏面電極(第2電極16)側が最もバンドギャップの小さいグレーディッド構造を形成した。この時の光入射側のバンドギャップ(最大バンドギャップ)は1.89eV、裏面電極側のバンドギャップ(最小バンドギャップ)は1.80eVとした。Next, an n-type amorphous silicon oxide 15a was formed as follows. The pressure in the third reaction chamber 4 was 0.22 Torr. As the mixed gas, a mixed gas containing silane gas, hydrogen gas, phosphine gas, and carbon dioxide gas was used. After introducing the mixed gas and stabilizing the pressure in the reaction chamber 4, AC power of 13.56 MHz was supplied to the cathode electrode 3 to generate plasma between the cathode electrode 3 and the anode electrode 2. The power density per unit area of the cathode electrode 3 was 0.05 W / cm 2 . In addition, after the plasma is generated, the mixed gas is supplied so that the supply amount of carbon dioxide gas per unit time becomes 1/3 of the supply amount of silane gas per unit time, and then the supply amount of carbon dioxide gas per unit time Thus, a graded structure having the largest band gap on the light incident side and the smallest band gap on the back electrode (second electrode 16) side was formed. At this time, the band gap (maximum band gap) on the light incident side was 1.89 eV, and the band gap (minimum band gap) on the back electrode side was 1.80 eV.

ここでn型非晶質シリコンオキサイド層15aの膜厚を1nm、2nm、5nmの3種類で作製し、それぞれを実施例1〜3とした。次にn型非晶質シリコン層15bを形成した。なお、n型非晶質シリコンオキサイド層15aおよびn型非晶質シリコン層15bは、同じ反応室内で連続的に製膜した。反応室4内の圧力を0.22Torrとした。混合ガスとして、シランガス、水素ガス、ホスフィンガスを含む混合ガスを使用した。なお、二酸化炭素ガスは原料ガスとして使用しなかった。カソード電極3に13.56MHzの交流電力を投入した。カソード電極3の単位面積あたりの電力密度は、0.05W/cmとした。ここでn型非晶質シリコン層15bの膜厚を実施例1〜3に対してそれぞれ9nm、8nm、5nmとした。Here, the film thickness of the n-type amorphous silicon oxide layer 15a was prepared in three types of 1 nm, 2 nm, and 5 nm, and Examples 1 to 3 were used respectively. Next, an n-type amorphous silicon layer 15b was formed. The n-type amorphous silicon oxide layer 15a and the n-type amorphous silicon layer 15b were continuously formed in the same reaction chamber. The pressure in the reaction chamber 4 was 0.22 Torr. As a mixed gas, a mixed gas containing silane gas, hydrogen gas, and phosphine gas was used. Carbon dioxide gas was not used as a raw material gas. The cathode electrode 3 was supplied with 13.56 MHz AC power. The power density per unit area of the cathode electrode 3 was 0.05 W / cm 2 . Here, the thickness of the n-type amorphous silicon layer 15b was set to 9 nm, 8 nm, and 5 nm, respectively, with respect to Examples 1 to 3.

次に、n型微結晶シリコン層15cを形成した。第3の反応室4内の圧力を1.8Torrとした。混合ガスとして、シランガス、水素ガス、ホスフィンガスを含む混合ガスを使用した。なお、二酸化炭素ガスは原料ガスとして使用しなかった。上記混合ガスを導入して反応室4内の圧力が安定した後、カソード電極3に13.56MHzの交流電力を投入し、カソード電極3とアノード電極2との間にプラズマを発生させた。膜厚は25nmで形成した。カソード電極3の単位面積あたりの電力密度は、0.25W/cmとした。Next, an n-type microcrystalline silicon layer 15c was formed. The pressure in the third reaction chamber 4 was 1.8 Torr. As a mixed gas, a mixed gas containing silane gas, hydrogen gas, and phosphine gas was used. Carbon dioxide gas was not used as a raw material gas. After introducing the mixed gas and stabilizing the pressure in the reaction chamber 4, AC power of 13.56 MHz was supplied to the cathode electrode 3 to generate plasma between the cathode electrode 3 and the anode electrode 2. The film thickness was 25 nm. The power density per unit area of the cathode electrode 3 was 0.25 W / cm 2 .

次に第2電極16を以下のように形成した。第2電極16は、透明導電膜16aと金属膜16bとからなり、これらを順次形成した。透明導電膜16aとして、マグネトロンスパッタリング法により80nmのZnO膜を形成し、金属膜16bとして、マグネトロンスパッタリング法により、120nmの銀層を積層した。このようにして、実施例1〜3のスーパーストレート型の光電変換装置100を作製した。   Next, the second electrode 16 was formed as follows. The second electrode 16 was composed of a transparent conductive film 16a and a metal film 16b, which were sequentially formed. A 80 nm ZnO film was formed as the transparent conductive film 16a by magnetron sputtering, and a 120 nm silver layer was stacked as the metal film 16b by magnetron sputtering. Thus, the super straight type photoelectric conversion apparatus 100 of Examples 1-3 was produced.

比較例1の光電変換装置は、n型非晶質シリコンオキサイド層15aを設けず、n型非晶質シリコン層15bを10nmとした点以外は、実施例1〜3と同様に作製した。   The photoelectric conversion device of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Examples 1 to 3 except that the n-type amorphous silicon oxide layer 15a was not provided and the n-type amorphous silicon layer 15b was 10 nm.

(リン濃度、酸素濃度の測定)
実施例3および比較例1の光電変換装置について、第2電極16を薬液でエッチングしたのち、二次イオン質量分析(SIMS)により膜厚方向のリン濃度および酸素濃度を測定した。図4は、実施例3の測定結果を示し、図5は比較例1の測定結果を示す。図4、5において、横軸は膜厚方向の距離(深さ)、縦軸は原子濃度を表す。なお、本測定において、一次イオンビームの加速電圧は5.0kV、検出領域は60×60μmとした。また一次イオンビームはn型微結晶シリコン層15cの裏面電極(第2電極)側から入射した。図4、5において、深さ0nmは、n型微結晶シリコン層15cが裏面電極(第2電極16)と接触していた位置であり、深さの値は、深さ0nmの位置から基板11側に向かう膜厚方向の距離を表し、深さの値が大きい程、基板11(光入射側)に近い位置を示す。
(Measurement of phosphorus concentration and oxygen concentration)
About the photoelectric conversion apparatus of Example 3 and Comparative Example 1, after etching the 2nd electrode 16 with a chemical | medical solution, the phosphorus concentration and oxygen concentration of the film thickness direction were measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS). 4 shows the measurement results of Example 3, and FIG. 5 shows the measurement results of Comparative Example 1. 4 and 5, the horizontal axis represents the distance (depth) in the film thickness direction, and the vertical axis represents the atomic concentration. In this measurement, the acceleration voltage of the primary ion beam was 5.0 kV, and the detection area was 60 × 60 μm 2 . The primary ion beam was incident from the back electrode (second electrode) side of the n-type microcrystalline silicon layer 15c. 4 and 5, the depth of 0 nm is the position where the n-type microcrystalline silicon layer 15 c is in contact with the back electrode (second electrode 16), and the depth value is from the position of the depth of 0 nm to the substrate 11. This represents the distance in the film thickness direction toward the side, and the closer to the substrate 11 (light incident side), the greater the depth value.

図4、5からわかるように、実施例3および比較例1いずれにおいても、酸素濃度が裏面電極(第2電極16)の方向に進むにつれて上昇する傾向を示している。これは、裏面側の表面酸化膜からの酸素の押し込みによるものであると解される。また、基板11として使用したアサヒガラス社製のasahi-VU基板の第1電極12が設けられている側の表面は、テクスチャ構造が形成されており、そのラフネスはおよそ50〜200nmであった。この基板11に第1光電変換層10を製膜しても、その表面には依然として50〜200nmのラフネスが残ると解される。したがって、SIMS測定における上記の検出領域では、複数のテクスチャ粒子を含むため、図4および図5に示すピークは、実際よりもブロードな信号として測定されたと解される。   As can be seen from FIGS. 4 and 5, in both Example 3 and Comparative Example 1, the oxygen concentration tends to increase as it progresses toward the back electrode (second electrode 16). This is understood to be due to the indentation of oxygen from the surface oxide film on the back surface side. Further, the surface of the Asahi-VU substrate manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. used as the substrate 11 on the side where the first electrode 12 was provided had a textured structure, and its roughness was about 50 to 200 nm. Even when the first photoelectric conversion layer 10 is formed on the substrate 11, it is understood that the roughness of 50 to 200 nm still remains on the surface. Therefore, since the detection region in the SIMS measurement includes a plurality of texture particles, it is understood that the peaks shown in FIGS. 4 and 5 are measured as broader signals than actual.

図4においては、深さ30nm付近(第2部位P2)で酸素濃度が極大値をとった。図4に示す実施例3では、n型非晶質シリコンオキサイド層15aを5nm、n型非晶質シリコン層15bを5nm、n型微結晶シリコン層15cを25nmで製膜したので、深さ30nm付近はちょうどn型非晶質シリコンオキサイド15aの位置と対応している。したがって、実施例3において、酸素濃度が極大値をとる第2部位P2は、n型非晶質シリコンオキサイド層15aに含まれているとみなすことができる。第2部位P2は、リン濃度が最大となる第1部位P1より深さの値が大きく、したがってよりi型シリコン系半導体層14に近い位置にあることがわかる。第2部位P2における酸素濃度の極大値は6.1×1020(atoms/cm)であり、リン濃度は2.1×1020(atoms/cm)であった。In FIG. 4, the oxygen concentration has a maximum value near a depth of 30 nm (second region P2). In Example 3 shown in FIG. 4, since the n-type amorphous silicon oxide layer 15a is formed at 5 nm, the n-type amorphous silicon layer 15b is formed at 5 nm, and the n-type microcrystalline silicon layer 15c is formed at 25 nm, the depth is 30 nm. The neighborhood just corresponds to the position of the n-type amorphous silicon oxide 15a. Therefore, in Example 3, it can be considered that the 2nd site | part P2 from which oxygen concentration takes the maximum value is contained in the n-type amorphous silicon oxide layer 15a. It can be seen that the second portion P2 has a depth value larger than that of the first portion P1 where the phosphorus concentration is maximum, and thus is closer to the i-type silicon-based semiconductor layer 14. The maximum value of the oxygen concentration in the second site P2 was 6.1 × 10 20 (atoms / cm 3 ), and the phosphorus concentration was 2.1 × 10 20 (atoms / cm 3 ).

また、実施例1,2においても、実施例3と同様の方法でn型非晶質シリコンオキサイド層15aの形成を行なったので、実施例3と同様に、n型非晶質シリコンオキサイド層15a内に酸素濃度が極大となる第2部位が含まれ、かかる第2部位はリン濃度が最大である第1部位よりもi型シリコン系半導体層14に近い位置にあるとみなすことができる。   In Examples 1 and 2, since the n-type amorphous silicon oxide layer 15a was formed in the same manner as in Example 3, the n-type amorphous silicon oxide layer 15a was formed in the same manner as in Example 3. The second portion where the oxygen concentration is maximized is included, and the second portion can be regarded as being closer to the i-type silicon-based semiconductor layer 14 than the first portion where the phosphorus concentration is maximum.

図5においては、酸素濃度は極大値をとらず、酸素濃度は深さ0nmから深さ150nmまで単調減少していることが読み取れる。深さ0nmに近い位置ほど高い酸素濃度が測定されたのは、第2電極16側の表面酸化膜の影響であると解される。   In FIG. 5, it can be seen that the oxygen concentration does not take the maximum value, and the oxygen concentration monotonously decreases from the depth of 0 nm to the depth of 150 nm. It is understood that the higher the oxygen concentration is measured at the position closer to the depth of 0 nm, the influence of the surface oxide film on the second electrode 16 side.

(電気特性の評価)
実施例1〜3および比較例1の電気特性を測定した。測定条件としては、分光分布AM1.5、100mW/cmの光強度で照射し、測定温度を25℃とした。表1に測定結果を示す。図6は、開放電圧(Voc)とn型非晶質シリコンオキサイド層15aの膜厚との関係を示す図である。図7は、曲線因子(F.F.)とn型非晶質シリコンオキサイド層15aの膜厚との関係を示す図である。
(Evaluation of electrical characteristics)
The electrical characteristics of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were measured. The measurement conditions were a spectral distribution AM1.5, irradiation with a light intensity of 100 mW / cm 2 , and a measurement temperature of 25 ° C. Table 1 shows the measurement results. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the open circuit voltage (Voc) and the film thickness of the n-type amorphous silicon oxide layer 15a. 7 is a diagram showing the relationship between the fill factor (FF) and the film thickness of the n-type amorphous silicon oxide layer 15a.

Figure 2013031906
Figure 2013031906

表1に示すように、i/n界面のn層側にn型非晶質シリコンオキサイド層を有する実施例1〜3では、i/n界面のn層側にn型非晶質シリコンオキサイド層を有さない比較例1と比較して、開放電圧、曲線因子ともに向上した。すなわち、酸素濃度が極大値をとる第2部位が含まれるn型非晶質シリコンオキサイド層15aにより、開放電圧、曲線因子がともに向上したことがわかる。   As shown in Table 1, in Examples 1 to 3 having an n-type amorphous silicon oxide layer on the n-layer side of the i / n interface, the n-type amorphous silicon oxide layer on the n-layer side of the i / n interface Both the open-circuit voltage and the fill factor were improved as compared with Comparative Example 1 that did not have the. That is, it can be seen that both the open-circuit voltage and the fill factor are improved by the n-type amorphous silicon oxide layer 15a including the second portion where the oxygen concentration has the maximum value.

[実施例4,5]
(構成、製造)
n型非晶質シリコンオキサイド層15aの形成時において、酸素の供給源である二酸化炭素ガスの供給量を変化させず、n型非晶質シリコンオキサイド層15aをグレーディッド構造としなかった点およびn型非晶質シリコンオキサイド層15aの膜厚およびn型非晶質シリコン層15bの膜厚についてそれぞれ決定した点以外は実施例1〜3と同様にして作製した光電変換装置を実施例4,5とした。n型非晶質シリコンオキサイド層15aの膜厚は、実施例4,5において、それぞれ、1nm、2nmとした。
[Examples 4 and 5]
(Configuration, manufacturing)
At the time of forming the n-type amorphous silicon oxide layer 15a, the supply amount of carbon dioxide gas, which is an oxygen supply source, is not changed, and the n-type amorphous silicon oxide layer 15a has no graded structure and n Examples 4 and 5 are photoelectric conversion devices manufactured in the same manner as in Examples 1 to 3, except that the thickness of the n-type amorphous silicon oxide layer 15a and the thickness of the n-type amorphous silicon layer 15b were determined. It was. The thickness of the n-type amorphous silicon oxide layer 15a was set to 1 nm and 2 nm in Examples 4 and 5, respectively.

(電気特性の評価)
実施例4,5の電気特性を測定した。測定条件としては、分光分布AM1.5、100mW/cmの光強度で照射し、測定温度を25℃とした。表2に測定結果を示す。表2においては、実施例1〜3の測定結果をあわせて示す。図8は、グレーディッド構造である実施例1〜3およびグレーディッド構造でない実施例4,5の光電変換装置について、開放電圧(Voc)とn型非晶質シリコンオキサイド層15aの膜厚との関係を示す図である。図9は、実施例1〜3および実施例4,5の光電変換装置について、曲線因子(F.F.)とn型非晶質シリコンオキサイド層15aの膜厚との関係を示す図である。
(Evaluation of electrical characteristics)
The electrical characteristics of Examples 4 and 5 were measured. The measurement conditions were a spectral distribution AM1.5, irradiation with a light intensity of 100 mW / cm 2 , and a measurement temperature of 25 ° C. Table 2 shows the measurement results. In Table 2, the measurement results of Examples 1 to 3 are also shown. FIG. 8 shows the relationship between the open circuit voltage (Voc) and the film thickness of the n-type amorphous silicon oxide layer 15a for the photoelectric conversion devices of Examples 1 to 3 having a graded structure and Examples 4 and 5 having no graded structure. It is a figure which shows a relationship. FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the fill factor (FF) and the film thickness of the n-type amorphous silicon oxide layer 15a for the photoelectric conversion devices of Examples 1 to 3 and Examples 4 and 5. .

Figure 2013031906
Figure 2013031906

図8,9から、n型非晶質シリコンオキサイド層15aが同じ膜厚であっても、n型非晶質シリコンオキサイド層15aがグレーディッド構造である実施例1〜3の光電変換装置の方が、n型非晶質シリコンオキサイド層15aがグレーディッド構造でない実施例4,5より、開放電圧、曲線因子ともにより高い値であることがわかった。   8 and 9, the photoelectric conversion devices of Examples 1 to 3 in which the n-type amorphous silicon oxide layer 15a has a graded structure even if the n-type amorphous silicon oxide layer 15a has the same film thickness. However, from Examples 4 and 5 in which the n-type amorphous silicon oxide layer 15a does not have a graded structure, it was found that both the open circuit voltage and the fill factor were higher.

[実施例6]
(構成、製造)
n型非晶質シリコンオキサイド層15aを、最大バンドギャップを1.97eV、最小バンドギャップ1.80eVのグレーディッド構造とした点以外は、実施例2と同様に作製した光電変換装置を実施例6とした。実施例6においても、実施例3と同様に、n型非晶質シリコンオキサイド層15a内に酸素濃度が極大となる第2部位が含まれ、かかる第2部位はリン濃度が最大である第1部位よりもi型シリコン系半導体層14に近い位置にあるとみなすことができる。
[Example 6]
(Configuration, manufacturing)
A photoelectric conversion device manufactured in the same manner as in Example 2 except that the n-type amorphous silicon oxide layer 15a has a graded structure with a maximum band gap of 1.97 eV and a minimum band gap of 1.80 eV. It was. In Example 6, as in Example 3, the n-type amorphous silicon oxide layer 15a includes the second region where the oxygen concentration is maximized, and the second region has the maximum phosphorus concentration. It can be considered that the position is closer to the i-type silicon-based semiconductor layer 14 than the part.

(電気特性の評価)
実施例6の電気特性を測定した。測定条件としては、分光分布AM1.5、100mW/cmの光強度で照射し、測定温度を25℃とした。表3に測定結果を示す。表3においては、実施例2および比較例1の測定結果をあわせて示す。
(Evaluation of electrical characteristics)
The electrical characteristics of Example 6 were measured. The measurement conditions were a spectral distribution AM1.5, irradiation with a light intensity of 100 mW / cm 2 , and a measurement temperature of 25 ° C. Table 3 shows the measurement results. In Table 3, the measurement results of Example 2 and Comparative Example 1 are also shown.

Figure 2013031906
Figure 2013031906

表3に示す結果より、n型非晶質シリコンオキサイド層15aの最大バンドギャップが1.89eVである実施例2および1.97eVである実施例6ともに、比較例1より開放電圧および曲線因子が向上していることがわかる。   From the results shown in Table 3, both the Example 2 in which the maximum band gap of the n-type amorphous silicon oxide layer 15a is 1.89 eV and the Example 6 in which it is 1.97 eV have an open circuit voltage and a fill factor that are higher than those in Comparative Example 1. It can be seen that it has improved.

[比較例2]
n型非晶質シリコンオキサイド層15aに代えて、n型非晶質シリコンカーバイド層を設けた点以外は、実施例2と同様にして作製した光電変換装置を比較例2とした。比較例2においては、製膜の際に酸素源となるCOガスを使用せず、代わりにCHガスを使用したので、n型シリコン系半導体層15内に酸素濃度が極大となる部位が含まれないとみなすことができる。
[Comparative Example 2]
A photoelectric conversion device manufactured in the same manner as in Example 2 except that an n-type amorphous silicon carbide layer was provided instead of the n-type amorphous silicon oxide layer 15a was used as Comparative Example 2. In Comparative Example 2, since the CO 2 gas serving as the oxygen source was not used during film formation, and CH 4 gas was used instead, there was a region where the oxygen concentration was maximized in the n-type silicon-based semiconductor layer 15. Can be considered not included.

比較例2の電気特性を測定した。測定条件としては、分光分布AM1.5、100mW/cmの光強度で照射し、測定温度を25℃とした。表4に測定結果を示す。表4においては、実施例2および比較例1の測定結果をあわせて示す。The electrical characteristics of Comparative Example 2 were measured. The measurement conditions were a spectral distribution AM1.5, irradiation with a light intensity of 100 mW / cm 2 , and a measurement temperature of 25 ° C. Table 4 shows the measurement results. In Table 4, the measurement results of Example 2 and Comparative Example 1 are also shown.

Figure 2013031906
Figure 2013031906

表4に示す結果より、i/n界面のn層側に非晶質シリコンカーバイド層を設けた比較例2では、開放電圧、曲線因子について比較例1と比較して改善した効果が得られなかった。   From the results shown in Table 4, in Comparative Example 2 in which the amorphous silicon carbide layer was provided on the n layer side of the i / n interface, the effect of improving the open-circuit voltage and the fill factor compared to Comparative Example 1 was not obtained. It was.

[実施例7、比較例3]
(光電変換装置の構成)
実施例7として、図3に示す第2の実施形態の光電変換装置200と同様の構成を有する光電変換装置を作製した。また、比較例3として、n型非晶質シリコンオキサイド層15aを形成せず、n型非晶質シリコン層15bの膜厚が異なる点のみ実施例7と異なる光電変換装置を作製した。
[Example 7, Comparative Example 3]
(Configuration of photoelectric conversion device)
As Example 7, a photoelectric conversion device having the same configuration as that of the photoelectric conversion device 200 of the second embodiment illustrated in FIG. 3 was produced. Further, as Comparative Example 3, a photoelectric conversion device different from Example 7 was manufactured only in that the n-type amorphous silicon oxide layer 15a was not formed and the film thickness of the n-type amorphous silicon layer 15b was different.

(光電変換装置の製造)
SnO膜を第1電極12として備えたガラス製の基板11(アサヒガラス社製asahi-VU基板)に、第2の実施形態の製造方法にしたがって、マルチチャンバ方式のプラズマCVD装置を用いて第2光電変換層20を形成した。
(Manufacture of photoelectric conversion devices)
According to the manufacturing method of the second embodiment, a glass substrate 11 having an SnO 2 film as the first electrode 12 (Asahi-VU substrate manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) is used to perform the first process. Two photoelectric conversion layers 20 were formed.

第2光電変換層20の形成においては、p型シリコン系半導体層23、i型シリコン系半導体層24、n型シリコン系半導体層25の順に堆積した。その上にさらに、後述の条件で第1光電変換層10をp型シリコン系半導体層13、i型シリコン系半導体層14、n型シリコン系半導体層15の順に堆積した。その後、マグネトロンスパッタリング法により、透明導電膜16aとして膜厚80nmの酸化亜鉛層を形成し、金属膜16bとして膜厚120nmの銀層を堆積させて、スーパーストレート型の光電変換装置200を得た。   In forming the second photoelectric conversion layer 20, the p-type silicon-based semiconductor layer 23, the i-type silicon-based semiconductor layer 24, and the n-type silicon-based semiconductor layer 25 were deposited in this order. Further, the first photoelectric conversion layer 10 was deposited in the order of a p-type silicon-based semiconductor layer 13, an i-type silicon-based semiconductor layer 14, and an n-type silicon-based semiconductor layer 15 under the conditions described later. Thereafter, a superconducting photoelectric conversion device 200 was obtained by forming a 80 nm thick zinc oxide layer as the transparent conductive film 16a and depositing a 120 nm thick silver layer as the metal film 16b by magnetron sputtering.

第1光電変換層20において、p型シリコン系半導体層23はp型非晶質シリコンカーバイドからなり、原料ガスとしてSiH、H、CH、Bを使用した。膜厚は8nmとした。i型シリコン系半導体層24は、非晶質シリコンからなり、原料ガスとしてSiH、Hを使用した。膜厚は220nmとした。n型非晶質シリコン系半導体層25aの形成においては、原料ガスとしてSiH、H、PHを使用した。膜厚は10nmとした。n型微結晶シリコン系半導体層25bの形成においては、原料ガスとしてSiH、H、PHを使用した。膜厚は25nmとした。In the first photoelectric conversion layer 20, the p-type silicon-based semiconductor layer 23 is made of p-type amorphous silicon carbide, and SiH 4 , H 2 , CH 4 , and B 2 H 6 are used as source gases. The film thickness was 8 nm. The i-type silicon-based semiconductor layer 24 is made of amorphous silicon, and SiH 4 and H 2 are used as source gases. The film thickness was 220 nm. In forming the n-type amorphous silicon-based semiconductor layer 25a, SiH 4 , H 2 , and PH 3 were used as source gases. The film thickness was 10 nm. In forming the n-type microcrystalline silicon-based semiconductor layer 25b, SiH 4 , H 2 , and PH 3 were used as source gases. The film thickness was 25 nm.

第1光電変換層10の構成・製膜条件は実施例2と同じとした。したがって、n型非晶質シリコンオキサイド層15aは、グレーディッド構造をとり、その膜厚は2nmであった。   The configuration and film forming conditions of the first photoelectric conversion layer 10 were the same as those in Example 2. Therefore, the n-type amorphous silicon oxide layer 15a has a graded structure, and its film thickness is 2 nm.

比較例3は、n型非晶質シリコンオキサイド層15aを設けず、n型非晶質シリコン層15bの膜厚を10nmとした点以外はすべて実施例7と同条件でスーパーストレート型の光電変換装置を作製した。したがって、第1光電変換層10の構成は比較例1と同じであった。   Comparative Example 3 is a super straight type photoelectric conversion under the same conditions as in Example 7 except that the n-type amorphous silicon oxide layer 15a is not provided and the film thickness of the n-type amorphous silicon layer 15b is 10 nm. A device was made. Therefore, the configuration of the first photoelectric conversion layer 10 was the same as that of Comparative Example 1.

(電気特性の評価)
実施例7および比較例3の電気特性を測定した。測定条件としては、分光分布AM1.5、100mW/cmの光強度で照射し、測定温度を25℃とした。表5に測定結果を示す。
(Evaluation of electrical characteristics)
The electrical characteristics of Example 7 and Comparative Example 3 were measured. The measurement conditions were a spectral distribution AM1.5, irradiation with a light intensity of 100 mW / cm 2 , and a measurement temperature of 25 ° C. Table 5 shows the measurement results.

Figure 2013031906
Figure 2013031906

表5に示す結果からわるように、第1光電変換層10において、i/n界面のn層側に酸素濃度が極大値をとる部位を有するn型非晶質シリコンオキサイド層15aが設けられている実施例7は、これが設けられていない比較例3と比べて、開放電圧、曲線因子ともに向上しており、高い光電変換効率が得られた。   As can be seen from the results shown in Table 5, in the first photoelectric conversion layer 10, an n-type amorphous silicon oxide layer 15 a having a portion where the oxygen concentration has a maximum value is provided on the n layer side of the i / n interface. In Example 7, the open-circuit voltage and the fill factor were improved as compared with Comparative Example 3 in which this was not provided, and high photoelectric conversion efficiency was obtained.

以上より、積層型の光電変換装置においても、i型シリコン系半導体層と接するようにn型非晶質シリコンオキサイド層15aを設けることにより、実施例1〜6の単層型光電変換装置と同様に、開放電圧および曲線因子が向上し、光電変換効率を向上させることができることがわかった。   As described above, also in the stacked photoelectric conversion device, by providing the n-type amorphous silicon oxide layer 15a so as to be in contact with the i-type silicon-based semiconductor layer, the same as the single-layer photoelectric conversion devices of Examples 1 to 6. Further, it has been found that the open circuit voltage and the fill factor can be improved and the photoelectric conversion efficiency can be improved.

1 ヒーター、2 アノード電極、3 カソード電極、4 反応室、5 マッチング回路、6 高周波電源、10 第1光電変換層、11 基板、12 第1電極、13 p型シリコン系半導体層、14 i型シリコン系半導体層、15 n型シリコン系半導体層、15a n型非晶質シリコンオキサイド層、15b n型非晶質シリコン層、15c n型微結晶シリコン層、16 第2電極、16a 透明導電膜、16b 金属膜、20 第2光電変換層、23 p型シリコン系半導体層、24 i型シリコン系半導体層、25 n型シリコン系半導体層、25a n型非晶質シリコン系半導体層、25b n型微結晶シリコン系半導体層。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heater, 2 Anode electrode, 3 Cathode electrode, 4 Reaction chamber, 5 Matching circuit, 6 High frequency power supply, 10 1st photoelectric converting layer, 11 board | substrate, 12 1st electrode, 13 p-type silicon type semiconductor layer, 14 i-type silicon Semiconductor layer, 15 n-type silicon semiconductor layer, 15a n-type amorphous silicon oxide layer, 15b n-type amorphous silicon layer, 15cn n-type microcrystalline silicon layer, 16 second electrode, 16a transparent conductive film, 16b Metal film, 20 second photoelectric conversion layer, 23 p-type silicon-based semiconductor layer, 24 i-type silicon-based semiconductor layer, 25 n-type silicon-based semiconductor layer, 25a n-type amorphous silicon-based semiconductor layer, 25b n-type microcrystal Silicon-based semiconductor layer.

Claims (12)

第1電極、第1光電変換層、第2電極がこの順で積層されてなる光電変換装置であって、
前記第1光電変換層は、前記第1電極側から前記第2電極側に向けて順に積層されている、p型シリコン系半導体層と、微結晶シリコン系半導体からなるi型シリコン系半導体層と、リンおよび酸素を含むn型シリコン系半導体層と、を有し、
前記n型シリコン系半導体層は、リン濃度が最大である第1部位と層厚方向の位置が同じ位置または前記i型シリコン系半導体層により近い位置に酸素濃度が極大となる第2部位を有する、光電変換装置。
A photoelectric conversion device in which a first electrode, a first photoelectric conversion layer, and a second electrode are laminated in this order,
The first photoelectric conversion layer includes a p-type silicon-based semiconductor layer and an i-type silicon-based semiconductor layer made of a microcrystalline silicon-based semiconductor, which are sequentially stacked from the first electrode side toward the second electrode side. An n-type silicon-based semiconductor layer containing phosphorus and oxygen,
The n-type silicon-based semiconductor layer has a second portion where the oxygen concentration is maximized at the same position in the layer thickness direction as the first portion where the phosphorus concentration is maximum or at a position closer to the i-type silicon-based semiconductor layer. , Photoelectric conversion device.
前記第2部位は、リン濃度が1×1019(atoms/cm)以上である、請求項1に記載の光電変換装置。2. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the second portion has a phosphorus concentration of 1 × 10 19 (atoms / cm 3 ) or more. 前記第2部位は、酸素濃度が1×1020(atoms/cm)以上である、請求項1または2に記載の光電変換装置。 3. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the second portion has an oxygen concentration of 1 × 10 20 (atoms / cm 3 ) or more. 前記n型シリコン系半導体層は、前記第2部位が含まれるn型非晶質シリコンオキサイド層を有し、前記n型非晶質シリコンオキサイド層は厚さが10nm以下である、請求項1〜3のいずれかに記載の光電変換装置。   The n-type silicon-based semiconductor layer has an n-type amorphous silicon oxide layer including the second portion, and the n-type amorphous silicon oxide layer has a thickness of 10 nm or less. 4. The photoelectric conversion device according to any one of 3. 前記n型非晶質シリコンオキサイド層は、前記第1電極側から前記第2電極側に向けて層厚方向に連続的にバンドギャップが減少している、請求項4に記載の光電変換装置。   5. The photoelectric conversion device according to claim 4, wherein a band gap of the n-type amorphous silicon oxide layer continuously decreases in a layer thickness direction from the first electrode side toward the second electrode side. 前記i型シリコン系半導体層は、結晶化率が2以上15以下である、請求項1〜5のいずれかに記載の光電変換装置。   The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the i-type silicon-based semiconductor layer has a crystallization rate of 2 or more and 15 or less. 前記第1電極と前記第2電極との間に、さらに第2光電変換層を有する、請求項1〜6のいずれかに記載の光電変換装置。   The photoelectric conversion device according to claim 1, further comprising a second photoelectric conversion layer between the first electrode and the second electrode. 透光性絶縁基板を備え、
前記透光性基板上に、前記第1電極、前記第1光電変換層、前記第2電極がこの順で積層されてなる請求項1〜7のいずれかに記載の光電変換装置。
A translucent insulating substrate;
The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the first electrode, the first photoelectric conversion layer, and the second electrode are stacked in this order on the translucent substrate.
非透光性絶縁基板を備え、
前記非透光性絶縁基板上に、前記第2電極、前記第1光電変換層、前記第1電極がこの順で積層されてなる請求項1〜7のいずれかに記載の光電変換装置。
A non-translucent insulating substrate;
The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the second electrode, the first photoelectric conversion layer, and the first electrode are laminated in this order on the non-translucent insulating substrate.
請求項1に記載の光電変換装置の製造方法であって、
酸素原子を含むガスを供給して前記n型シリコン系半導体層を形成する工程を有する、光電変換装置の製造方法。
It is a manufacturing method of the photoelectric conversion device according to claim 1,
A method for manufacturing a photoelectric conversion device, comprising a step of supplying a gas containing oxygen atoms to form the n-type silicon-based semiconductor layer.
前記n型シリコン系半導体層を形成する工程は、前記i型シリコン系半導体層上に前記n型シリコン系半導体層を形成する工程であり、前記酸素原子を含むガスの単位時間当たりの供給量を連続的に減少させる工程を含む、請求項10に記載の光電変換装置の製造方法。   The step of forming the n-type silicon-based semiconductor layer is a step of forming the n-type silicon-based semiconductor layer on the i-type silicon-based semiconductor layer, and a supply amount of the gas containing oxygen atoms per unit time is set. The manufacturing method of the photoelectric conversion apparatus of Claim 10 including the process to reduce continuously. 前記酸素原子を含むガスは、COガス、Oガス、およびNOガスの少なくともいずれかを含む、請求項10または11に記載の光電変換装置の製造方法。Gas containing the oxygen atom, CO 2 gas, O 2 gas, and N 2 containing at least one of O gas, a method for manufacturing a photoelectric conversion device according to claim 10 or 11.
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