KR19980024744A - 광전 변환 소자 - Google Patents

광전 변환 소자 Download PDF

Info

Publication number
KR19980024744A
KR19980024744A KR1019970047672A KR19970047672A KR19980024744A KR 19980024744 A KR19980024744 A KR 19980024744A KR 1019970047672 A KR1019970047672 A KR 1019970047672A KR 19970047672 A KR19970047672 A KR 19970047672A KR 19980024744 A KR19980024744 A KR 19980024744A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
photoelectric conversion
conversion element
dope
substrate
Prior art date
Application number
KR1019970047672A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100295432B1 (ko
Inventor
도시미쯔 가리야
Original Assignee
미따라이 후지오
캐논 가부시끼가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 미따라이 후지오, 캐논 가부시끼가이샤 filed Critical 미따라이 후지오
Publication of KR19980024744A publication Critical patent/KR19980024744A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100295432B1 publication Critical patent/KR100295432B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L31/075—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PIN type
    • H01L31/076—Multiple junction or tandem solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L31/075—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PIN type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0236—Special surface textures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0236—Special surface textures
    • H01L31/02363—Special surface textures of the semiconductor body itself, e.g. textured active layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/20—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof such devices or parts thereof comprising amorphous semiconductor materials
    • H01L31/202—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof such devices or parts thereof comprising amorphous semiconductor materials including only elements of Group IV of the Periodic System
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/20—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof such devices or parts thereof comprising amorphous semiconductor materials
    • H01L31/206—Particular processes or apparatus for continuous treatment of the devices, e.g. roll-to roll processes, multi-chamber deposition
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

광전 변환 소자는 기판, 하부 도전층, 제1 도프층, i층, 제2 도프층 및 상부 도전층을 포함하는데, 하부 도전층의 표면은 평평하지 않으며, i층은 기둥형 결정립을 포함하고, 기둥형 결정립의 길이 방향은 기판의 법선 방향에 대해 경사져 있다. 수치적으로 정의하면, 각각의 각도가 20도 이하로 정의되어 있는 기둥형 결정립의 전체 체적의 비율은 i층의 전체 체적에 대해 70% 이상이고; 각도는 기둥형 결정립을 지나고 그 길이 방향에 대해 평행한 직선과, 제1 도프층- i층 간의 계면과 제2 도프층- i층 간의 계면과의 사이에서 가장 짧은 코스를 택하는 직선들 중 기둥형 결정립 A를 지나는 직선 B 사이의 각도이다. 본 발명의 광전 변환 소자는 광전 변환 효율, 개방 회로 전압, 단락 회로 광전류, 저조도 개방 회로 전압, 및 광전 변환 소자의 누설 전류를 포함하는 특성이 개선된다. 또한, 소자의 내구성은 외부 노출 시험, 기계적 강도 및 장기간 광조사에서 향상된다. 또한, 광전 변환 소자의 원가는 크게 감소된다.

Description

광전 변환 소자
본 발명은 하부 도전층의 표면 형상, i층의 결정 구조, 및 도프층의 구조를 개량한 비단결정 광전 변환 소자에 관한 것이다.
종래부터, 비단결정 반도체의 핀 접합(pin junction)을 이용한 광전 변환 소자의 광전 변환효율의 향상과 광 열화의 개선이 연구되고 있다.
도프층의 도우펀트 농도를 높임으로써 도프층의 활성화 에너지가 감소하여 핀 접합의 빌트 인 포텐셜(built-in potential)이 증대하고, 소자의 개방 회로 전압을 증대시키는 것이 알려져 있다.
또한, i형 반도체층에 미결정 재료를 이용함으로써 광 열화를 개선하는 것이 알려져 있다.
미결정 실리콘(μ c­Si)를 이용한 태양 전지에서는, IEEE WCPEC; 1994 Hawaii p409 INTRINSIC MICROCRYSTALLINE(μ c-Si: H)­A PROMISING NEW THIN FILM SOLAR CELL MATERIAL, J. Meier, A. Shah)에 도시된 바와 같이, VHF (70 MHz)를 이용한 플라즈마 강화 CVD법에 의해 광전 변환 효율 4. 6%을 얻고 있고, 상기 태양 전지는 광 열화가 전혀 나타나지 않는 것으로 보고되어 있다. 또한, 비정질 실리콘과 결합으로 미결정 실리콘과의 적층형 태양 전지를 제작하고, 초기 광전 변환 효율 9. 1%을 얻고 있다.
또한, 기판 내지 금속층과, 반도체층과의 사이에 투명 도전층을 설치하는 것이 알려져 있다. 이것은, 금속층의 원소가 반도체층으로 확산 혹은 마이그레이션을 일으키는 것을 방지하고, 따라서 광전 변환 소자가 분로하는 것을 방지한다. 또한, 적절한 저항을 가지므로써 반도체층이 핀홀 등의 결함에 의해 단락되는 것을 방지한다. 또한, 투명 도전층의 표면에 요철(unevenness)을 가지므로써 입사광 및 반사광의 난반사를 증대하여, 반도체층 내에서의 광로 길이를 연장시킨다.
그러나, 상술한 미결정 실리콘계 재료를 이용한 태양 전지는 광전 변환 효율이 4. 6%이므로, 아직은 낮아서 실용 레벨이 아니다.
또한, a­Si/μ c­Si형의 적층형 태양 전지에 있어서는, 초기 광전 변환 효율은 9. 1%가 얻어지고 있지만, 광 입사측의 a­Si층의 광 열화가 크다고 하는 문제가 있다. 또한 μ c-Si층의 막 두께가 3.6 ㎛로 두껍고 또한 퇴적 속도가 1.2 Å/sec로 느리기 때문에, 층 형성 시간이 8시간 정도 필요해 지기 때문에 산업적으로 실용 레벨이 아니라고 하는 문제가 있다.
발명의 요약
본 발명의 목적은 기판, 하부 도전층, 제1 도프층, i층, 제2 도프층 및 상부 도전층을 갖는 광전 변환 소자를 제공하는 것인데, 여기에서 하부 도전층의 표면은 평평하지 않으며, i층은 기둥형 결정립을 포함하고, 기둥형 결정립의 길이 방향은 기판의 법선 방향에 대해 경사져 있다. 본 발명의 한 실시예에 따르면, 수치적 정의로서, 각각의 각도가 20도 이하로 정의되어 있는 기둥형 결정립의 전체 체적의 비율은 i층의 전체 체적에 대해 70% 이상이고; 각도는 기둥형 결정립을 지나고 그 길이 방향에 대해 평행한 직선 A와, 제1 도프층- i층 간의 계면 1과 제2 도프층- i층 간의 계면 2와의 사이에서 가장 짧은 코스를 택하는 직선들 중 기둥형 결정립 A를 지나는 직선 B 사이의 각도이다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 광전 변환 소자는 제3 도프층, 제2 i층 및 제4 도프층이 제2 도프층과 상부 도전층 사이에 삽입되어 있고, 제2 i층은 비정질 실리콘계 반도체를 포함하며, 제2 i층의 두께는 0.1 μm 내지 0.4 μm의 범위 내에 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 광전 변환 소자는 제1 도프층 및/또는 제3 도프층은 미결정 실리콘계 반도체 재료층과 비정질 실리콘계 반도체 재료층의 적층 구조로 되어 있고, 미결정 실리콘계 반도체 재료층은 i층과 접촉되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 광전 변환 소자는 광전 변환 효율, 개방 회로 전압, 단락 회로 광전류, 저조도 개방 회로 전압, 및 광전 변환 소자의 누설 전류를 포함하는 특성이 개선된다. 또한, 소자의 내구성은 외부 노출 시험, 기계적 강도 및 장기간 광조사에서 향상된다. 또한, 광전 변환 소자의 원가는 크게 감소된다.
도 1a 및 1b는 하부 도전층 및 i층에 특징을 갖는 본 발명의 광전 변환 소자를 도시한 도면.
도 2는 종래의 광전 변환 소자를 도시한 도면.
도 3은 집전 전극의 일례를 도시한 도면.
도 4a 및 4b는 본 발명의 광전 변환 소자의 모듈화의 일례를 도시한 도면.
도 5는 제1 도프층에 특징을 갖는 본 발명의 광전 변환 소자를 도시한 도면.
도 6은 하부 도전층의 표면 거칠기와 광전 변환 효율 간의 관계를 도시한 도면.
도 7은 도 1a에서 정의되는 각도 G가 15도 내지 45도 범위에 있을 때의 비율과 광전 변환 효율 간의 관계를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 광전 변환 소자의 하부 도전층 및 상부 투명 전극을 형성하는 장치를 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 광전 변환 소자의 광기전력층을 형성하는 장치를 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 광전 변환 소자의 하부 도전층 및 상부 투명 전극을 연속적으로 형성하는 장치를 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 광전 변환 소자의 광기전력층을 연속적으로 형성하는 장치를 도시한 도면.
도 12a는 도 12b에서 정의되는 각도 F가 0도 내지 20도의 범위에 있을 때의 비율과 광전 변환 효율 간의 관계를 도시하는 도면.
도 12b는 각도 F를 정의하기 위한 도면.
도 13은 본 발명의 광전 변환 소자에 버스-바를 설치한 예를 도시한 도면.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
101, 201, 803 : 기판
102, 202 : 하부 도전층
102a : 반사층
102b : 투명 도전층
103, 203 : 제1 도프층
104, 204, 504 : 제1 i층
105, 205, 505 : 제2 도프층
106, 206 : 상부 투명 전극
107, 207, 307 : 집전 전극
108, 414 : 버스-바
109 : 양면 테이프
110, 506 : 제3 도프층
111, 507 : 제2 i층
112, 508 : 제4 도프층
120 : 각도 G
301 : 구리 와이어
302 : 은 클래드층
303 : 탄소층
306 : 상부 투명 전극의 표면
401 : 지지 기판
402, 404, 409, 411 : EVA
403 : 나일론 수지
405, 408, 410, 412 : 유리 부직포
406 : 바이패스 다이오드
407 : 광전 변환 소자
413 : 불소 수지
503a : 제1 도프층 a
503b : 제1 도프층 b
801 : 퇴적실
802 : 기판 홀더
804, 903, 1014, 1114, 1127 : 히터
805 : 매칭 박스
806 : RF 전원
807 : 반사층용의 타겟
808 : 투명 도전층용의 타겟
810, 811 : DC 전원
813, 814, 911 : 셔터
816, 914, 1018, 1019, 1118, 1119 : 배기관
817, 915, 1010, 1020, 1120 : 가스 도입관
818 : 회전축
819, 910, 1015, 1115 : 플라즈마
820 : 스퍼터링용 가스
901 : 반응실
902 : 하부 도전층을 형성한 기판
904 : 컨덕턴스 밸브
908, 1126 : 고주파 전극
909, 1125 : 고주파 전원
913 : 배기 방향
916 : 가스 도입 방향
1001 : 긴 기판
1002, 1003, 1004, 1005, 1006, 1007 : 진공 용기
1008, 1108 : 송출 롤
1009, 1109 : 권취 롤
1011 : 소기용 가스
1012 : DC 전원
1013 : 전극
1016, 1116 : 진공 펌프
1017, 1117 : 확산 펌프
1021, 1121 : 가스 게이트
1022, 1122 : 가스
1023 : 타겟
1024, 1124 : 기판 반송 방향
1101 : 하부 도전층을 형성한 긴 기판
1102, 1103-a 내지 f, 1104, 1107 : 진공 용기
1110 : 소기 가스 도입관
1111 : 소기용 가스
1112 : RF 전원
1113 : RF 전극
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.
도 1a는 본 발명의 광전 변환 소자의 개략적 단면도이고, 101은 기판, 102는 반사층(102a)와 투명 도전층(102b)의 2개의 층으로 이루어지는 하부 도전층, 103은 비단결정 실리콘계 반도체 재료로 이루어지는 제1 도프층, 104는 미결정 실리콘계 반도체 재료로 이루어지며, i형의 도전성을 갖는 층, 105는 비단결정 실리콘계 반도체 재료로 이루어지며, 제1 도프층과는 역도전성을 갖는 층이다. 103-104-105의 층구성에 의해서 p-i-n 접합을 형성하고, 광 기전력을 발생하는 기능을 갖는다. 103, 104, 105를 통합하여 광 기전력층으로 한다. 106은 상부 투명 전극, 107은 집전 전극이다.
본 발명의 하부 도전층(102), i층(104), 및 제1 도프층(103)은 이하의 특징을 갖는다.
(1) 기계적 강도와 광전 변환 효율의 관계가 기둥형 결정립의 방향으로 체크된다. 주파수 분포는 도 12b에 도시된 바와 같이, 소정의 기둥형 결정립 A를 지나고 그 길이 방향에 평행한 직선 A와 제1 도프층- 제1 i층 간의 계면 1과 제2 도프층- 제1 i층 간의 계면 2와의 사이에서 가장 짧은 코스를 택하는 직선들 중 기둥형 결정립 A를 지나는 직선 B 사이의 각도 F로 체크된다. 그 다음, 비틀림 시험 후의 광전 변환 효율의 관계는 제1 i층의 전체 체적과 관련하여, 각각이 20도 이하의 각도 F를 갖는 기둥형 결정립의 전체 체적의 비율 K에 대해 체크된다. 그 결과는 도 12a에 도시된다. 즉, 비율 K가 70% 이상일 때 양호한 광전 변환 효율이 나타나고, 비율 K가 70% 보다 작을 때 개방 회로 전압이 감소되고 광전 변환 효율이 낮아진다는 것을 알 수 있다. 비틀림 시험은 결정성 태양 전지에 관한 JIS C8917 A-10에 따라 실행된다. 높이 h=5 mm의 비틀림이 10 cm x 10 cm의 면적에 대해 50회 반복되도록 조건이 주어진다.
(2) 본 발명의 하부 도전층(102)은, 그 표면의 수십 미크론 정도의 길이에서의 표면 거칠기 Ra가 0. 1㎛ 이상, 1㎛ 이하로 한다. 그렇게 하면, (표면 거칠기) × (제1 i층의, 굴절율)과 가시광 또는 적외광의 파장이 동일 정도로 되고, 광 차광 효과가 발휘되어 광전 변환 소자의 단락 광전류가 비약적으로 향상하는 것이다.
제1 i층 내부에서 흡수할 수 없던 긴 파장의 광은 하부 도전층에서 반사되고, 다시 i층 내에 진입하지만, 광은 하부 도전층 표면에서 산란되기 때문에, i층 내부에서 간섭을 일으키지 않고, 광을 강하게 흡수하는 영역이 없어 광 열화를 보다 한층 더 억제할 수 있다. 또한 마찬가지로 광을 거의 흡수하지 않은 영역이 없으므로, 개방 전압을 향상할 수 있는 것이다.
표면 거칠기와 광전 변환 효율의 관계를 조사하였다. 결과를 도 6에 도시한다. 상기 표면 거칠기의 범위에서 우수한 변환 효율을 도시한 것을 알 수 있었다.
(3) 수백 옹스트롱 정도의 미소 영역에서의 하부 도전층의 표면의 법선과, 상기 기판 주요면의 법선이 이루는 각도 G(120)가 15도 이상, 45도 이하인 영역이 전 표면 영역의 80% 이상이기 때문에, 제1 i층의 막 두께 분포가 작고, 막 두께가 극단적으로 얇은 영역이 거의 없기 때문에 누설 전류가 작아, 따라서 개방 전압이 높은 것이다. 또한 광 차광 효과가 더욱 발휘되는 것이다.
하부 도전층의 미소 영역에 대한 법선과 기판 주요면의 법선이 이루는 각도(각도 G)의 분포와, 「비틀림 시험」후의 태양 전지의 광전 변환 특성의 관계를 조사하였다. 「비틀림 시험」은, 결정계 태양 전지의 JIS C8917 A-10항에 준거하였다. 조건은 10㎝×10㎝의 면적에 대해 높이 h=5㎜의 비틀림을 50회 반복하였다. 도 7은 상기 각도 G와 「비틀림 시험」후의 광전 변환 효율의 관계이다. 각도 G의 비율이 80% 이하에서는 분로 저항이 저하(약한 단락 상태)하여 광전 변환 효율이 저하하는 것을 알았다.
(4) 제1 i층 중에서 발생한 광 캐리어는 내부 전계에 의해서 이동하지만, 상기 내부 전계는 제1 도프층과 제2 도프층과의 최단 거리를 연결하는 직선과 거의 평행하다. 따라서, 본 발명에서는 제1 i층에 함유되는 기둥형 결정립의 길이 방향이 제1 도프층과 제2 도프층과의 최단 거리를 연결하는 직선을 거의 평행으로 하고, 또한 상기 기둥형 결정립의 길이 방향의 길이가 100옹스트롱 이상, 0. 3㎛ 이하로 함으로써, 각 결정립의 사이에 존재하는 계면을 통과하는 기회가 적어지므로 필팩터, (Fill Factor) 단락 전류가 향상하는 것이다.
또한 상기 계면을 캐리어가 통과하는 기회가 적어지므로, 캐리어의 재결합 속도를 억제할 수 있다. 따라서 광 열화를 보다 한층 더 억제할 수 있는 것이다. 또한 기둥형 결정립의 방향이 거의 갖추어져 있기 때문에, 기둥형 결정립의 계면 준위가 적은 것이다. 따라서, 개방 전압을 향상할 수 있는 것이다.
또한 단결정 실리콘에 대해 광의 흡수 계수가 높고, 비정질 실리콘계 반도체 재료에 비해 긴 파장의 광의 흡수 계수가 높은 것이다. 따라서 긴 파장의 광(적외광)까지 유효하게 흡수되므로 3㎛ 정도의 막 두께라도 충분한 단락 전류가 얻어지는 것이다.
또한 기둥형 결정립간의 영역은 수소를 함유하는 양호한 비정질 실리콘계 반도체 재료로 점유되어 있으므로, 광 캐리어가 이 영역에서 트랩될 확률은 거의 없다.
또한 기둥형 결정립의 길이 방향은 전체적으로 보면 기판 주요면의 법선에 대해 10도 이상, 50도 이하의 각도를 갖는 것이 대부분이고, 외적인 비틀림 등에 완화할 수 있는 것이다. 따라서, Roll­to­Roll법을 실시할 때에 긴 기판을 롤에 감더라도 막 박리를 일으키지 않는 것이다. 그리고 막 박리를 일으키지 않으므로 곡면을 이루는 기판 상에도 형성할 수 있다. 마찬가지로 평면형의 기판 상에 형성한 본 발명의 광전 변환 소자를 만곡시켜 사용하는 것도 용이하다. 특히 본 발명의 광전 변환 소자를 태양 전지로서 사용하는 경우, 빌딩의 벽면 등의 만곡한 평면에도 사용할 수 있는 것이다.
또한 상기한 바와 같이 단락 전류를 향상시킬 수 있으므로 제1 i층을 보다 박막화할 수 있으므로 광 열화의 향상, 생산성의 향상, 전력 비용을 삭감할 수 있다.
(5) 본 발명의 다른 특징은, i층 내에서 비정질 실리콘계 반도체 재료의 미소 영역이 i층의 전체 영역에 대해 50% 이하의 체적 비율로 존재한다는 것이다. 이는 제1 i층의 전체 영역이 미결정 실리콘계 반도체 재료로 만들어지는 광전 변환 소자보다 개방 회로 전압을 더 크게 만들 수 있게 한다.
그 이유가 명확하지 않더라도, 누설 전류는 감소될 수 있고, 따라서 개방 회로 전압은 높게 만들어질 수 있다. 또한, 외부력에 대한 강도는 제1 i층의 전체 영역이 미결정 실리콘계 반도체 재료로 만들어지는 광전 변환 소자보다 크게 된다. 비정질 실리콘계 반도체 재료에서의 Si-Si 조직의 가요성이 미결정 실리콘계 반도체 재료에서의 Si-Si 구조의 것보다 높기 때문에, 제1 i층 내에 함유된 비정질 실리콘계 반도체 재료의 영역은 외부력의 완화시에 효과적이라고 생각된다. 또한, 내부 응력의 완화시에도 마찬가지로 효과적이라고 생각된다.
광 열화가 50% 이상의 체적 비율에서 상당히 현저하기 때문에, 바람직한 소자 구조는 예를 들어, a-Si/μ c-Si의 구조를 갖는 스택형이다.
(6) 도 1b에 도시한 바와 같은 스택 셀의 경우, 상술된 핀 접합(103, 105) 상에 제3 도프층(110), 제2 i층(111), 제4 도프층(112)을 순차 적층하고, 또한 제2 i층(111)의 막 두께가 0. 1㎛ 이상, 0. 3㎛ 이하인 것을 특징으로 한다. 이와 같이 광 입사측으로부터 순차적으로, a-Si와 같이 단파광의 광 흡수 계수가 큰 반도체 재료로 제2 i층을 구성하고, 다음에 μ c-Si와 같이 긴 파장광의 광의 흡수 계수가 큰 반도체재료로 제1 i층을 구성함으로써, 보다 넓은 파장 영역의 광에 대해 분광 감도를 증가시킬 수 있다.
또한, 제1 i층이 μ cSi로 이루어지는 광전 변환 소자보다도 개방 전압을 올릴수 있어 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 이와 같이 분광 감도가 다른 i층을 연결함으로써, μ cSi로 이루어지는 제2 i층을 보다 박막화할 수 있으므로 광도전 특성의 필팩터(곡선 인자, FF)를 좋게 할 수 있다.
또한 본 발명의 제2 i층은 막 두께가 0. 1㎛ 이상, 0. 3㎛이하로 얇기 때문에, 제2 i층에서의 광 열화를 극력 억제할 수 있는 것이다.
또한, 이유는 명확하지 않지만, 비정질 실리콘계 반도체 재료로 이루어지는 제2 i층을 적층함으로써, 광전 변환 소자의 누설 전류를 저감할 수 있다. 따라서한층 더 개방 전압을 증가할 수 있는 것이다.
특히 본 발명의 광전 변환 소자를 광 센서, 이미지 센서로서 사용하는 경우에는 누설 전류의 저감은 중요하다. 또한 본 발명의 광전 변환 소자를 태양 전지로서 사용하는 경우, 저 조도의 조사광 하에 있어서도 높은 개방 전압을 출력할 수 있으므로, 예를 들면 구름이 낀 날이나 아침, 저녁 등의 시간대에서도 발전 효율이 극단적으로 떨어지는 일은 없다.
또한 상술한 바와 같이 하부 도전층은 평면이 아니기 때문에, 제2 i층 내부에서 광이 간섭을 일으키지 않아, 따라서, 광을 강하게 흡수하는 영역이 없어 광 열화를 보다 한층 더 억제할 수 있다. 또한 마찬가지로 광을 거의 흡수하지 않는 영역이 없으므로 개방 전압을 향상할 수 있는 것이다.
(7) 제1 i층의 형성 방법
제1 i층(104)은 30㎒ 이상, 600 ㎒ 이하의 주파수를 갖는 전자파를 이용한 플라즈마 CVD법에 의해, 압력이 0.1 mTorr 이상, 0.1 Torr 이하, 실리콘 함유 가스와 수소 가스를 원료 가스로서 사용하고, 수소 가스에 대한 실리콘 함유 가스의 비율이 0. 5% 이상, 30% 이하인 조건으로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 주파수를 갖는 전자파를 플라즈마 CVD법은 RF(공업적으로는 13.56 ㎒가 사용되고 있다) 플라즈마 CVD법보다도 저압으로 플라즈마가 유발할 수 있기 때문에, 기상 중에서의 폴리 실란의 발생을 없앨 수 있어 양질의 미결정 실리콘계 반도체 재료를 형성할 수 있다.
또한 저압으로 플라즈마를 유발할 수 있으므로, 플라즈마를 확대할 수 있어 대면적의 광전 변환 소자를 제조하는데 매우 적합하다. 또한 이들의 이유로부터 퇴적 속도를 올릴 수 있으므로 작업 처리량이 향상되어 공업적으로 유리하다. 또한 실리콘을 함유하는 가스를 수소 가스로 대량으로 희석하고 있으므로, 막형성 표면에의 수소를 함유하는 래디컬의 공급이 통상의 비정질 실리콘계 반도체 박막을 형성하는 경우보다도 많아 양질의 미결정 실리콘계 반도체 박막을 형성할 수 있다.
또한, 방전용의 전극에는 통상, 마이너스의 셀프 바이어스가 발생하기 때문에 고에너지의 플러스의 이온종이 막 형성면에 조사되는 것을 억제할 수 있어 양질의 미결정 실리콘계 반도체 박막을 형성할 수 있다.
또한 이유는 불분명하지만 이와 같은 방법을 이용함으로써 본 발명과 같은 미결정 구조를 재현성 좋게 형성할 수 있다. 또한 RF 플라즈마 CVD법보다도 가스의 분해 효율이 좋으므로 가스 이용 효율이 뛰어나서 공업적으로 유리하다.
(8) 제2 i층의 형성 방법
제2 i층의 재료로서는, 비정질 실리콘계 반도체 재료, 예를 들면 a-Si, a-SiC, a-SiO 등을 들 수 있다. 특히 a-Si가 우수하다. 또한, i층을 보다 진성으로 하기 위해서 B 등을 첨가하더라도 좋다. 미결합수를 보상하기 위한 H, Cl, F 원자의 농도는 0. 1% 이상, 10% 이하인 것이 바람직하다. 이 층을 형성하기 위해서는 통상플라즈마 CVD법이 이용된다. 그 중에서도 RF 플라즈마 CVD법이 바람직하다. 퇴적 속도는 1A/sec 이상, 20A/sec 이하, 형성 온도는 150℃ 이상, 350℃ 이하, 압력은 0. 1Torr 이상, 5Torr 이하인 것이 바람직하다. 특히 미결정 구조의 도프층을 형성할 때는 실리콘 함유 가스와 수소 가스를 원료 가스로서 사용하고, 수소 가스에 대한 실리콘 함유 가스의 비율이 2% 이상, 50% 이하인 조건으로 형성하는 것이 바람직하다.
(9) 상기 제1 도프층(103), 제2 도프층(105), 제3 도프층(110), 제4 도프층(112)중 적어도 하나의 층은 미결정 실리콘계 반도체 재료로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
도프층에 미결정 실리콘계 반도체 재료를 이용하면 상기 층의 캐리어 밀도를올릴 수 있기 때문에, 광전 변환 소자의 개방 전압이 향상하는 것이다. 또한, 미결정 실리콘계 반도체 재료는 가시광 영역에서의 흡수 계수가 비정질 실리콘계 반도체 재료보다도 작기 때문에, 광 입사측의 창층으로서 이용한 경우, 단락 전류가 증가하는 것이다.
또한 제1 도프층(103), 제2 도프층(105)에 미결정 실리콘계 반도체 재료를 이용하는 경우는 제1 i층(104)과의 계면에 있어서 급격한 변화가 없으므로 계면 준위가 적어 광도전 특성의 필팩터가 향상되는 것이다.
(10) 도 5와 같이 제1 도프층을 하부 도전층측의 비정질 실리콘계 반도체 재료로 이루어지는 층(503a)과, 제1 i층측의 미결정 실리콘계 반도체 재료로 이루어지는 층(503b)과의 적층 구조로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 도프층을 적층 구조로 함으로써 광전 변환 소자의 필팩터를 개선할 수 있다.
미결정 실리콘계 반도체 재료를 형성할 때, 플라즈마 중에 수소 가스를 대량으로 흘리는 경우가 많다. 그렇게 하면, 예를 들면 하부 도전층에 산화 주석을 이용한경우, 산화 주석이 환원되어 양호한 반도체 접합을 형성할 수 없는 경우가 있기 때문이다.
(11) 본 발명의 투명 도전층의 형성 방법
산화 아연, 산화 주석, 산화 인듐, ITO, 황화 아연 중에서 선택된 재료로 구성된다. 그러나, 표면 형상의 제어의 용이함, 비용면에서 산화 아연 또는 산화 주석이 바람직하다.
퇴적 속도가 높은 DC 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 통상 10(A/sec) 이상, 200(A/sec) 이하의 퇴적 속도로 형성한다. 또한 100℃ 이상 500℃ 이하의 온도로 형성하는 것이 중요하다. 특히 150℃ 이상 400℃ 이하의 온도가 적합하다. 이러한 퇴적 속도, 형성 온도에 있어서 본 발명과 같은 단면 형상을 갖는 투명 도전층을 얻을 수 있어 500㎚ 이상의 광으로 투과율이 90% 이상으로 된다. 또한 요철을 형성하기 위해서 상기한 방법으로 층을 형성한 후에, HNO3, HF, HCl, H2SO4등의 산성 용액을 이용하여 기판 표면을 적절히 에칭하더라도 좋다.
이하 그 밖의 구성 요소를 설명한다.
(기판)
기판(101)으로서는, 금속, 수지, 유리, 세라믹스, 반도체 벌크 등이 이용된다. 그 표면에는 미세한 요철을 갖고 있더라도 좋다. 또한, 긴 형상으로 함으로써 연속성막에 대응시키는 것이 가능하다. 특히 스테인레스, 폴리이미드 등은 가요성을 갖기 때문에 적합하다.
(반사층)
반사층(102a)은 전극으로서의 역할과, 기판에까지 도달한 광을 반사하여 반도체층으로 재이용시키는 반사층으로서의 역할이 있다. Al, Cu, Ag, Au 등을 증착, 스퍼터, 도금, 인쇄 등의 방법으로 형성한다.
그 표면에 요철을 갖음으로써 반사광의 반도체층 내에서의 광로 길이를 연장하고 단락 전류를 증대시키는 작용이 있다.
기판이 도전성을 갖는 경우에는 반사층은 형성하지 않더라도 좋다.
(상부 투명 전극)
상부 투명 전극(106)은 그 막 두께를 적당하게 설정함으로써 반사 방지막의 역할을 겸하는 것이 가능하다.
투명 전극(106)은 ITO, ZnO, InO3등의 재료를, 증착, CVD, 스프레이, 스핀온, 침지 등의 방법을 이용하여 형성된다. 이들 화합물에 도전율을 변화시키는 물질을 함유하여도 좋다.
(집전 전극)
집전 전극(107)은 집전 전극을 향상시키기 위해서 설치된다. 그 형성 방법으로서, 마스크를 이용하여 스퍼터에 의해서 전극 패턴의 금속을 형성하는 방법이나, 도전성 페이스트 혹은 땜납 페이스트를 인쇄하는 방법, 금속 선을 도전성 페이스트로 고착하는 방법 등이 있다. 구리 와이어를 이용한 예를 도 3에 도시한다. 가는 구리 와이어의 주위에 은 클래드층을 형성한다. 이 층은 구리 와이어와의 접촉 저항을 저감시키는 기능을 갖는다. 또한 은 클래드층의 주위에 아크릴 수지를 바인더로 한 탄소의 층을 형성한다. 이 층은 상부 투명 전극과의 밀착성을 유지하는 기능을 지니고 또한 은 클래드층과의 접촉 저항을 저감시키는 기능을 갖는다. 또한 은 클래드층 중의 은이 광 기전력층 중에 확산하는 것을 방지하는 기능을 갖는다.
또한 전력 추출을 위한 버스-바 등이 도 13과 같이 형성된다. 소자의 표면에 복수의 집전 전극이 교차하지 않게 배치되고, 그 일단을 108의 버스-바와 전기적으로 접촉시킨다. 108의 버스-바는 107 상에 형성되고, Cu판 등의 도전율이 좋은 금속 재료를 이용한다. 또한 버스-바와 상부 투명 전극과의 사이에는 절연성의 양면 테이프를 배치하여 상부 투명 전극과 밀착시킨다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 광전 변환 소자를 모듈화하는 일례를 도시한 것이다. 도 4와 같이 복수의 광전력 소자를 직렬화하고, 각 광전 변환 소자와는 병렬로 406의 바이패스 다이오드를 접속한 것으로, 하나의 광전 변환 소자가 형태로 된 경우라도 다른 광전 변환 소자로부터 발생하는 전 전압이 이 광전 변환 소자에 인가되는 일은 없다. 또한 본 발명의 광 기전력 모듈은 도 4a 및 4b와 같이 각 부재를 배치한 후 불소수지와 지지 기판에 의해서 밀봉하므로 수증기의 침입을 억제할 수 있다.
실시예
이하에 광전 변환 소자로서 태양 전지를 예로 들어 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.
(실시예1)
pin 접합을 하나 갖는 도 1a의 태양 전지를 제작하였다. 구체적으로는, 기판 스테인레스(SUS430 10×10㎠ 두께 0.2 ㎜)/반사층 Ag/투명 도전층 ZnO/제1 도프층 a-Si:H:P/제1 i층 μ c-Si:H/제2 도프층μ c-Si:H:B/ 상부 투명 전극 ITO/ 집전 전극 Cu 와이어/Ag/C (도 3)의 재료로 구성된 태양 전지를 제작하였다.
여기서 반사층, 투명 도전층은 도 8의 장치를 이용하여 스퍼터링법으로 형성하고, 광 기전력층은 도 9의 장치를 이용하여 형성하고, 제1 i층은 주파수 500㎒의 고주파를 이용한 플라즈마 CVD법으로, 도프층은 RF 플라즈마 CVD법으로 형성하고, 상부 투명 전극층은 스퍼터링법으로 형성하였다.
이하에 스퍼터링법을 이용한 하부 도전층, 반사층, 투명 도전층의 형성 순서를 진술하지만 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 도 8은 스퍼터 에칭과 D, C 마그네트론 스퍼터링법을 실시할 수 있는 장치이고, 801은 원통형의 퇴적실, 802는 기판 홀더, 803은 기판, 804는 히터, 805는 매칭 박스, 806은 RF 전원, 807은 반사층형성용의 금속 타겟, 808은 투명 도전층 형성용의 타겟, 810, 811은 DC 전원, 813, 814는 셔터, 816은 배기관, 817은 가스 도입관, 818은 회전축, 819는 플라즈마이다. 이 밖에, 도시하지는 않았지만 가스 도입관(817)에 접속된 가스 공급 장치와, 배기관(816)에 접속된 진공 펌프가 있다. 또한, 820은 가스 도입 방향, 821은 배기 방향을 도시한 화살표이다. 우선, 산 세정, 유기 세정된 기판(803)을 원판형의 기판 홀더에 부착하고, 이 원판형 기판 홀더의 중심축인 회전축(818)을 회전시킨다. 도시되지 않은 오일 확산 펌프/로터리 펌프를 이용하여 퇴적실 내부를 5×10E-6Torr까지 진공 배기하고, 가스 도입관으로부터 Ar를 도입하고, 806의 RF 전원으로부터 RF 전력을 퇴적실 내부에 도입하여, Ar 플라즈마를 유발한다. 805의 매칭 회로를 조정하여 반사 전력이 최소가 되도록 한다. 이 때, 기판은 스퍼터 에칭(역스퍼터)되어 더욱 청정한 표면이 된다. 다음에, 반사층의 형성 온도가 되도록 히터를 설정하고, 소정의 온도로 되면, 810의 DC 전원을 넣어 Ar 플라즈마(819)를 유발하고, 셔터(813)를 개방하고, 반사층이 소정의 막 두께만큼 형성되면 셔터를 폐쇄하여, DC 전원을 절단한다. 다음에, 투명 도전층의 형성 온도가 되도록 히터를 설정하고, 소정의 온도가 되면, 811의 DC 전원을 넣어 Ar 플라즈마를 유발하고, 셔터(814)를 개방하고, 투명 도전층이 소정의 막 두께만큼 형성되면, 셔터를 폐쇄하여 DC 전원을 절단한다.
도 9는 플라즈마 CVD법을 실시하는 것이 가능한 장치로서, 901은 반응실, 902는 하부 도전층이 형성된 기판, 903은 히터, 904는 컨덕턴스 펄프, 908은 고주파 전극, 909는 매칭 회로를 내장하는 고주파 전원(500 ㎒), 910은 플라즈마, 911은 셔터, 914는 배기관, 915는 가스 도입관이다. 913은 배기 방향, 916은 가스 도입 방향을 도시한 것이다. 도면에는 도시하지 않지만, 오일 확산 펌프/로터리 펌프 등의 진공 펌프가 도면의 배기관에 접속되고, 가스 도입 장치가 도면의 가스 도입관에 접속되어 있다. 플라즈마 CVD 장치는 이상으로 구성된다.
이 플라즈마 CVD 장치를 이용하여 실제의 층 형성을 행하기 위해서는, 이하의 순서로 행한다. 우선, 하부 도전층을 형성한 기판(902)을 반응실(901) 내부의 히터(903)에 부착하고, 반응실 내부의 압력이 1×10E-4Torr 이하가 되도록 오일 확산 펌프/로터리 펌프 등의 진공 펌프로 배기한다. 압력이 1×10E-4Torr 이하가 되면 H2, He 등의 가스를 가스 도입관(915)으로부터 반응실에 도입하고, 히터를 켜서 기판(902)이 원하는 온도가 되도록 설정한다. 기판의 온도가 안정된 부분에서 가스 도입관으로부터 원료 가스를 도입하고, 고주파 전원(909)을 넣어, 고주파 전극(908)으로부터 고주파 전력을 반응실 내부에 도입한다. 플라즈마(910)가 유발한 부분에서 원하는 압력이 되도록 컨덕턴스 밸브(904)를 조정한다. 그 때, 매칭 회로를 조정하여, 반사 전력을 최소로 하는 것이 좋다. 다음에, 셔터(911)를 개방하고, 원하는 막 두께를 갖는 층이 형성된 부분에서 셔터를 폐쇄하고, 고주파 전력의 도입, 원료 가스의 도입을 멈추고, 다음 층을 형성하는 준비를 한다. 이 장치에서 RF 플라즈마 CVD법을 행하기 위해서는 상기한 고주파 전원(909)을 대신해서 RF 전원(13. 56㎒)을 접속하고, RF 전력을 도입하여 플라즈마를 유발하면 좋다.
도 1a와 같이 상부 투명 전극까지 형성한 기판의 한변에 시판의 절연성 양면 테이프를 붙여, Cu판을 놓고 도 1a와 같이 Cu 와이어/Ag/C의 구성의 배선, 버스-바를 배치하고, 가열 건조하여 융착시키었다.
구체적인 조건을 제1 표a에 도시한다.
제1 표a
층 재료 형성 온도(℃) 막두께(㎛) 가스 형성방법
하부도전층 반사층 Ag 25 0.1 Ar SP법
투명도전층 ZnO 250 1.0 Ar SP법
층 재료 형성온도(℃) 막두께(㎛) 전원주파수(㎒) SiH4/H2유량비 압력(Torr)
광기전력층 제1도프층 a-Si:H:P 350 0.05 13.56 0.08 1.0
제1 i층 μc-Si:H 400 0.80 500 0.04 0.01
제2도프층 μc-Si:H:B 200 0.006 13.56 0.02 1.5
층 재료 형성온도(℃) 막두께(㎛) 가스 형성방법
상부전극 ITO 160 0.08 Ar SP법
SP 법: 스퍼터링법
도 13에 도시된 바와 같이, 전기적으로 절연성인 양면 테이프는 상부 투명 전극(ITO) 까지 만들어진 기판의 한 측 상에 배치되고, 도 3에 도시된 Cu 와이어, Ag 클래딩층 및 탄소 페이스트를 포함하는 집전 전극들 각각의 한 단부는 상기 집전 전극으로부터 양면 접착 테이프에 접착되며, 그 전체는 탄소 페이스트를 녹일 정도로 가열되어, 집전 전극을 버스-바에 고정시킨다.
이 태양 전지(실 1)와 동일한 것을 여러장 제작하였다. 그 하나의 단면 형상을 투과형 전자 현미경(TEM)으로 관찰한 바 제1 i층은 제1 도의 구조인 미결정 실리콘이 형성되어 있는 것을 알았다. 또한 하부 도전층(투명 도전층/반사층)의 표면 거칠기 Ra를 측정한 바, 길이 50㎛당 평균은 0. 32㎛인 것을 알 수 있었다. 또한 각도 G(하부 도전층의 미소 영역의 법선과 기판 주요면의 법선이 이루는 각도)가 15도 이상, 45도 이하인 비율을 계수한 바 91%였다. 또한, 각각이 20도 이하의 각도 F를 갖는 기둥형 결정립의 전체 체적의 비율은 i층의 전체 체적에 대해 92%였다.
(비교예 1)
하부 도전층으로서, 투명 도전층은 설치하지 않고서 통상의 스퍼터링법을 이용하여 거의 평면형의 Ag만을 형성하고, 도 2의 단면 형상을 갖는 태양 전지를 제작하였다. 또한, 제1 i층은 RF 플라즈마 CVD법을 이용하여 제1 표b에 도시한 조건으로 형성하였다. 그 이외는 실시예 1과 마찬가지의 태양 전지(도 2의 광전 변환 소자)를 제작하였다.
형성 조건을 제1 표b에 도시한다.
제1 표b
층 재료 형성 온도(℃) 막두께(㎛) 가스 형성방법
하부도전층 Ag 25 0.1 Ar SP법
층 재료 형성온도(℃) 막두께(㎛) 전원주파수(㎒) SiH4/H2유량비 압력(Torr)
광기전력층 제1도프층 a-Si:H:P 350 0.05 13.56 0.08 1.0
제1 i층 μc-Si:H 250 0.80 13.56 0.03 1.2
제2도프층 μc-Si:H:B 200 0.006 13.56 0.02 1.5
층 재료 형성온도(℃) 막두께(㎛) 가스 형성방법
상부전극 ITO 160 0.08 Ar SP법
SP 법: 스퍼터링법
이 태양 전지(비교예 1) (비 1)와 동일한 것을 여러장 제작하였다. 그 하나의 단면 형상을 투과형 전자 현미경(TEM)으로 관찰한 바 제1 i층은 제2 도와 같이 기둥형 미결정 실리콘이 형성되어 있는 것을 알았다. 또한 하부 도전층의 표면 거칠기 Ra를 측정한 바, 길이 50 ㎛당 평균은 0.02 ㎛인 것을 알 수 있었다.
우선, 실시예 1 (실 1)의 태양 전지와 비교예 1(비 1)의 태양 전지의 초기 특성(광도전 특성, 누설 전류, 저조도 개방 전압)을 측정하였다.
솔라 슈미레이더(AM1.5 100㎿/㎠ 표면 온도 25℃)를 이용하여 광전 변환 효율, 개방 전압, 단락 광전류를 측정한 바, 본 발명의 광전 변환 소자가 각각 1.29배, 1. 04배, 1. 23배 우수하였다.
다음에, 조도 500룩스 정도의 형광등(저 조도) 하에서의 개방 전압을 측정한 바, (실 1)의 태양 전지의 쪽이 (비 1)의 것보다도 1. 2배 우수한 것을 알았다.암소에서 역바이어스를 인가하고, 누설 전류를 측정한 바, 본 발명의 태양 전지(실 1)의 누설 전류는 비교예 1(비 1)의 약 8분의 1 정도로 작아 우수하다는 것을 알았다.
다음에 (실 1), (비 1)의 태양 전지의 광조사 시험을 행하였다. 상기한 슈미레이더(AM1.5 100㎿/㎠ 표면 온도 50℃)에 1000시간 노출시킨 바, 모두 시험 후의 외관 불량은 보이지 않았다.
광전 변환 효율, 개방 전압, 단락 광전류, 저조도의 개방 전압, 누설 전류를 측정한 바, 저조도의 개방 전압, 누설 전류의 시험 전후에서의 저하에 차를 보였다.
시험 전후에 있어서의 저 조도의 개방 전압비(시험 후의 저조도 개방 전압/시험 전의 저 조도 개방 전압)는 (실 1)에서는 0. 95, (비 1)에서는 0.92였다. 또한 시험전후에 있어서의 누설 전류의 비(시험 후의 누설 전류/시험 전의 누설 전류)는 (실 1)에서는 1. 2, (비 1)에서는 2. 2였다.
이상과 같이 본 발명의 광전 변환 소자는 종래의 광전 변환 소자에 대해 우수하다는 것을 알았다.
또한 상술된「비틀림 시험」을 행하였다. 두개의 태양 전지에는 시험 후의 외관 불량은 보이지 않았다.
광전 변환 효율, 개방 전압, 단락 광전류, 저조도의 개방 전압, 누설 전류를 측정한 바, 광전 변환 효율, 개방 전압, 저조도의 개방 전압, 누설 전류의 시험 전후에서의 저하에 차를 보였다.
시험 전후에 있어서의 광전 변환 효율의 비(시험 후의 광전 변환 효율/시험전의 광전 변환 효율)은 (실 1)에서는 0. 98, (비 1)에서는 0. 93이었다. 시험 전후에 있어서의 개방 전압의 비(시험 후의 개방 전압/시험 전의 개방 전압)은 (실 1)에서는0. 99, (비 1)에서는 0. 94이었다.
또한 시험 전후에 있어서의 저 조도의 개방 전압비(시험 후의 저조도 개방 전압/시험 전의 저조도 개방 전압)은 (실 1)에서는 0. 96, (비 1)에서는 0. 87이었다. 또한 시험 전후에서의 누설 전류의 비(시험 후의 누설 전류/시험 전의 누설 전류)는 (실 1)에서는 1. 1, (비 1)에서는 3. 1이었다.
이상과 같이 본 발명의 광전 변환 소자는 종래의 광전 변환 소자에 대해 우수하다는 것을 알았다.
마찬가지로 결정계 태양 전지 관련의 JIS C8 917에 기재된 우박 시험을 행하였다. 우박 덩어리의 직경은 25㎜, 종(終)속도 23m/sec의 조건으로 10회, 남김없이 낙하시키었다. 시험 후 상기와 동일한 평가를 행한 바, (실 1)의 태양 전지는 마찬가지로 (비 1)의 태양 전지보다도 우수하다는 것을 알았다.
(실시예 2)
다른 실시 형태의 예로서, 도 1b의 태양 전지를 제작하였다. 구체적으로는, 기판 스테인레스(SUS430 10×10㎠ 두께 0. 2㎜)/반사층 Al/투명 도전층 ZnO/제1 도프층 a-Si: H:P/제1 i층 μ c-Si: H/제2 도프층 μ c-Si:E:B/제3 도프층 a-Si:H:P/제2 I층 a-Si: H/제4 도프층 μ c-Si: H: B/상부 투명 전극 ITO/집전 전극 Cu 와이어/Ag/C의 재료로 구성된 태양 전지(실 2)를 얼마간 제작하였다.
형성 조건을 제2 표에 도시한다.
제2 표
층 재료 형성 온도(℃) 막두께(㎛) 가스 형성방법
하부도전층 반사층 Ag 30 0.1 Ar SP법
투명도전층 ZnO 250 1.2 Ar SP법
층 재료 형성온도(℃) 막두께(㎛) 전원주파수(㎒) SiH4/H2유량비 압력(Torr)
광기전력층 제1도프층 a-Si:H:P 380 0.04 13.56 0.08 1.0
제1 i층 μc-Si:H 400 0.70 500 0.04 0.01
제2도프층 μc-Si:H:B 200 0.006 13.56 0.02 1.5
제3도프층 a-Si:H:P 220 0.01 13.56 0.08 1.0
제2 i층 a-Si:H 200 0.16 13.56 0.05 1.2
제4도프층 μc-Si:H:B 160 0.005 13.56 0.02 1.5
층 재료 형성온도(℃) 막두께(㎛) 가스 형성방법
상부전극 ITO 160 0.08 Ar+O2 SP법
SP 법: 스퍼터링법
이 태양 전지의 단면을 TEM에서 관찰한 바, 제1 i층은 도 1b과 같은 미결정 구조로 되어 있는 것을 알 수 있었다. 또한 하부 도전층(투명 도전층/반사층)의 표면 거칠기 Ra를 측정한 바, 길이 50 ㎛ 당 평균은 0.29 ㎛인 것을 알았다. 또한 각도 C (하부 도전층의 미소 영역의 법선과 기판 주요면의 법선이 이루는 각도)가 15도이상, 45도 이하인 비율을 계수한 바 93%였다. 또한 상기에 도시한 비율 K는 94% 였다.
(비교예 2)
도 2와 같은 종래의 광전 변환 소자의 구성을 갖는 비교예 1(제1 표b)의 태양 전지에 있어서 제2 도프층과 상부 투명 전극의 사이에 실시예 2와 동일한 제3 도프층, 제2 i층, 제4 도프층을 적층하여, 광전 변환 소자(비 2)를 다소 제작하였다. 이 태양 전지의 단면을 TEM에서 관찰한 바, 제1 i층은 도 2와 같은 미결정 구조로 되어 있는 것을 알 수 있었다. 실시예 1과 마찬가지의 측정, 및 시험을 행한 바, (실 2)의 태양 전지는 (비 2)의 태양 전지보다도 우수한 것을 알았다.
(실시예 3)
도 1b의 층 구성의 광 기전력 소자를 모듈화하였다. 기판에는 긴 시트를 이용하여, 생산성이 높은 Roll­to Roll 방식으로 반사층, 투명 도전층을 순차 형성하였다. 또한, 광 기전력층, 상부 투명 전극을 형성할 때에도 Roll­to­Roll 방식을 채용하였다. 이하에 그 상세를 설명한다.
도 10의 장치(1000)는 가요성(유연성)을 갖는 긴 시트형의 기판(1001)의 표면상에 얼마간의 박막을 진공 속에서 연속적으로 형성할 수 있는 박막 형성 장치이다. 1001은 스테인레스 등의 가요성을 갖는 긴 기판, 1008은 이 기판을 롤형으로 감겨진 송출 롤, 1009는 상기 기판에 감겨진 권취 롤, 1002는 송출 롤을 내부에 고정할 수 있는 진공 용기로서, 배관(1018)을 통해 로터리 펌프 등의 진공 펌프(1016)가 접속되어 있다. 마찬가지로 권취 롤(1009)은 진공 용기(1007)에 고정되고, 진공 펌프가 접속되어 있다.
진공 용기(1002, 1007)의 사이에는 가스 게이트(1021)라고 불리우는 기판의 통로와, DC 마그네트론 스퍼터링법에 의해서 원하는 박막을 형성하는 진공 용기(1003, 1004, 1005, 1006)가 도 10과 같이 접속되어 있다. 가스 게이트(1021)에는 도면과 같이 가스 도입관(1010)을 접속하여 Ar 등의 소기(掃氣)용 가스(1011)를 유입시켜서, 다른 종류의 박막을 형성하는 진공 용기 사이에서 가스의 상호 확산이 발생되지 않도록 할 수 있다. 그 때문에 양호한 접합을 형성할 수 있는 것이다. 가스 게이트는 각 진공 용기의 사이에 접속되어 있지만 연속하는 진공 용기에서 동일한 박막을 형성하는 경우에는 가스 게이트를 그 사이에 구비할 필요는 없다.
진공 용기(1003, 1004, 1005, 1006)에는 배관(1019)을 통해서 확산 펌프(1017)가 접속되고, 또한 배관을 통해서 로터리 펌프 등의 진공 펌프가 접속되어 있다. 또한 진공 용기(1003, 1004, 1005, 1006)의 내부에는 기판을 가열하는 히터(1014), 원하는 박막을 형성하기 위한 타겟(1023), 자석을 내장한 전극(1013), 스퍼터링용의 가스(1022)를 도입하기 위한 가스 도입관(1020)이 구비되어 있다. 또한 각 전극에는 DC 전원(1012)이 접속되어 있다.
이하에 이 장치의 사용 방법을 진술한다. 우선 스테인레스 등의 가요성을 갖는 긴 기판에 감겨진 송출 롤(1008)을 진공 용기(1002) 내에 고정하고, 기판 선단을 각 가스 게이트, 진공 용기(1003, 1004, 1005, 1006)를 통해서 진공 용기(1007) 내부에 고정된 권취 롤(1009)에 감겨진다.
각 진공 펌프를 기동하여 각 진공 용기의 내압이 수 mTorr가 될 때까지 진공 배기한다. 가스 도입관(1010)으로부터 Ar 가스를, 1020으로부터는 원하는 가스를 도입하고, 각 히터 전원을 넣어, 기판을 화살표(1024)의 방향으로 반송한다. 기판의 온도가 일정하게 된 부분에서 각 DC 전원을 넣어, 진공 용기(1003, 1004, 1005, 1006) 내에서 플라즈마(1015)를 유발하여, 원하는 박막을 형성한다.
기판의 종단부에 이르면 반송을 멈추고, 각 DC 전원, 각 히터 전원을 차단하고, 기판을 냉각한다. 기판의 온도가 실온 정도로 되면 각 진공 용기를 누설하고, 권취 롤을 추출한다.
두께 0. 15㎜의 스테인레스 기판(SUS430)을 사용하여, 상기한 방법에서 제3 표에 도시한 조건으로 반사층, 투명 도전층을 연속적으로 형성하였다. 이 하부 도전층(투명 도전층/반사층)의 단면 형상을 SEM에서 관찰한 바, 도 1a 및 1b와 같은 형상을 하고 있는 것을 알았다. 또한 길이 50㎛당 평균 표면 거칠기 Ra는 0. 35㎛이었다. 또한 각도 G가 15도 이상, 45도 이하인 비율을 계수한 바, 90%였다.
다음에 Roll-to-Rol1 방식을 이용하여 투명 도전층 상에 광 기전력층을 형성하는 장치를 상세히 설명한다. 도 11의 장치는 긴 기판 상에 6층으로 이루어지는 광 기전력층을 연속적으로 형성하는 장치로서, 일부의 진공 용기는 도면에서 생략하였다. 1101은 하부 도전층을 형성한 긴 기판, 1108은 이 기판을 롤형으로 감겨진 송출 롤, 1109는 상기 기판에 감겨진 권취 롤, 1102는 송출 롤을 내부에 고정시킬 수 있는 진공 용기로서, 배관(118)을 통해 로터리 펌프 등의 진공 펌프(1116)가 접속되어 있다. 마찬가지로 권취 롤(1109)은 진공 용기(1107)에 고정되고, 진공 펌프가 접속되어 있다. 진공 용기(1102, 1107) 사이에는, 원하는 박막을 형성하는 진공 용기[1103­a, 1104, 1103­b(도시되지 않음), 1103­c(도시되지 않음), 1103­d, 1103­ e]가 순차 배치되고, 각 진공 용기의 사이에 가스 게이트(1121)가 접속되어 있다. 각 가스 게이트(1121)에는 도면과 같이 가스 도입관(1110)을 접속하여 Ar, H2, He 등의 소기용 가스(1111)를 유입시켜서, 다른 종류의 박막을 형성하는 진공 용기의 사이에서 가스의 상호 확산이 발생하지 않도록 할 수 있다. 이 때문에 상기 p-i-n 접합은 매우 양호한 것이다. 연속하는 진공 용기로 동일한 박막을 형성하는 경우에는 가스 게이트를 그 사이에 구비할 필요는 없다.
진공 용기(1103­a, 1103­b, 1103­c, 1103­d, 1103­e)에 있어서는 RF 플라즈마 CVD법(전원 주파수 13.56 ㎒)를 실시할 수 있다. 상기 진공 용기에는 배관(1118)을 통해서 로터리 펌프와 가스 도입관(1120)이 접속되고, 내부에는 히터(1114)와 RF 전극(1113)이 고정되어 있다. 상기 RF 전극에는 RF 전원(1112)이 접속되어 있다. 또한, 진공 용기(1104)에 있어서는 고주파 플라즈마 CVD법(전원 주파수 150㎒)를 실시할 수 있다. 상기 진공 용기에는 배관(1119)을 통해서 확산 펌프(1117)가 접속되고, 또한 배관을 통해서 로터리 펌프 등의 진공 펌프가 접속되어 있다. 또한 가스 도입관이 접속되고, 내부에는 히터(1127)와 고주파 전극(1126)이 고정되어 있다. 상기 고주파 전극에는 고주파 전원(1125: 주파수 150㎒)가 접속되어 있다.
이하에 이 장치의 사용 방법을 진술한다. 우선 하부 도전층까지 형성된 상기 스테인레스 기판에 감겨진 송출 롤(1108)을 진공 용기(1102) 내에 고정하고, 기판선단을 각 가스 게이트, 각 진공 용기를 통해서 진공 용기(1107) 내부에 고정된 권취 롤(1109)에 감을 수 있다. 각 진공 펌프를 기동하여 각 진공 용기의 내압이 수 mTorr가 될 때까지 진공 배기한다. 가스 도입관(1110)으로부터 H2가스를, 가스 도입관(1120)으로부터는 광 기전력층 형성용의 가스를 도입하고, 각 히터 전원을 넣어, 기판을 화살표(1124)의 방향으로 반송한다. 기판의 온도가 일정하게 된 부분에서 각 RF 전원, 고주파 전원을 넣어 매칭을 조정하여 각 진공 용기 내부에 플라즈마(1115)를 유발하고, 원하는 박막을 형성한다. 기판의 종단부에 다다르면 반송을 멈추고, 각 DC 전원, 각 마이크로파 전원, DC 전원 및 각 히터 전원을 차단하고, 기판을 냉각한다. 기판의 온도가 실온 정도로 되면 각 진공 용기를 누설하고, 권취 롤을 추출한다. 상기한 바와 같은 방법을 이용하여 제3 표에 도시한 조건으로, 제1 도프층 a-Si:H:P/ 제1 i층μ c-Si:H/제2 도프층 μ c-Si:H:B/ 제3 도프층 a-Si:H:P/제2 i층a-Si: H/제4 도프층μ c-Si:H:B를 형성하였다.
추출된 롤형의 태양 전지를 도 10의 장치를 사용하여 연속적으로 상부 투명 전극(ITO)을 형성하였다. 그 때, 진공 용기(1006) 내부의 타겟을 ITO로 하여, 진공 용기(1003, 1004, 1005)에서는 플라즈마를 유발하지 않고, 진공 용기(1006) 만으로 ITO로 이루어지는 상부 투명 전극을 제4 도프층 상에 형성하였다. 각층의 형성조건은 제3 표에 도시하였다.
제3 표
진공용기 타겟 층 재료 형성온도(℃) 막두께(㎛) 스퍼터링용 가스 형성방법
1003 Al 하부도전층 반사층 Al 30 0.15 Ar SP법
1004 ZnO 투명도전층 ZnO 200 0.20 Ar+O2 SP법
1005 ZnO ZnO 250 0.50 Ar SP법
1006 ZnO ZnO 250 0.50 Ar SP법
진공용기 층 재료 형성온도(℃) 막두께(㎛) 전원주파수(㎒) SiH4/H2 압력(Torr)
1103-a 제1도프층 a-Si:H:P 300 0.03 13.56 0.05 1.2
1104 제1 i층 μc-Si:H 380 0.85 150 0.03 0.03
1103-b 제2도프층 μc-Si:H:B 200 0.006 13.56 0.02 0.5
1103-a 제3도프형 a-Si:H:P 200 0.02 13.56 0.05 1.2
1103-a 제2 i층 a-Si:H 200 0.18 13.56 0.06 1.0
1103-a 제4도프형 μc-Si:H:B 160 0.005 13.56 0.02 0.5
진공용기 타겟 층 재료 형성온도(℃) 막 두께(㎛) 스퍼터링용 가스 형성방법
1006 ITO 상부투명전극 ITO 160 0.08 Ar+O2 SP법
추출한 롤형의 태양 전지를 30×30㎠의 크기로 차단하고, 다음에 도 1-a와 같이 실시예 1과 마찬가지의 집전 전극과 버스-바를 부착하고, 도 4와 같이 4개의 태양 전지를 직렬화하고, 각 태양 전지와는 병렬로 바이패스 다이오드를 접속하였다. 다음에, 두께 0. 3㎜의 지지 기판 상에 EVA, 나일론 수지, EVA, 유리 부직포, 직렬화한 태양 전지, 유리 부직포, EVA, 유리 부직포, EVA, 유리 부직포, 불소 수지를 중첩하여 가열 진공 밀봉(라미네이션)하였다.
상기한 바와 같이 제작한 35×130㎠의 크기의 태양 전지 모듈(실 3)을 실시예 1과 동일한 측정 및 시험을 행한 바, 초기 특성, 비틀림 시험, 우박 시험 중 어느한 경우에도 (실 1)의 태양 전지보다도 더 우수한 특성이었다. 또한 상기 태양 전지 모듈(실3)을 외부에 3개월 방치하고, 외부 노출 시험을 행하였다. 그 외관 변화는 거의 보이지 않아 광전 변환 효율의 저하는 5% 정도였다.
이상과 같이 본 발명의 광 기전력 모듈은 우수한 특성을 갖는 것을 알았다.
(실시예 4)
실시예 1에 있어서 제1 i층의 막 두께를 2㎛로 하는 이외는 실시예 1과 마찬가지의 태양 전지(실 4)를 제작하였다. 단면을 TEM으로 관찰한 바 제1 i층의 구조는 도 1과 같이 되어 있는 것을 알 수 있었다. 실시예 1과 동일한 측정, 및 시험을 행한 바, (실 4)의 태양 전지는 (실1)의 태양 전지와 마찬가지로 우수한 것을 알았다.
(실시예 5)
다른 실시 형태의 예로서, 하부 도전층이 단일층으로 이루어지는 태양 전지를 제작하였다. 상기 하부 도전층은 막 두께 0. 5㎛의 은의 층으로 이루어지며, 스퍼터링법으로 형성되고, 형성 온도를 350℃로 함으로써 상기 층의 표면 형상을 요철화(텍스쳐 화)하였다. 단면을 관찰하여 각도 G(하부 도전층의 미소 영역의 법선과 기판 주요면의 법선이 이루는 각도)가 15도 이상, 45도 이하인 비율을 계수한 바 91%였다. 실시예 1과 동일한 광 기전력층과 상부 투명 전극, 집전 전극을 상기 하부 도전층상에 형성하고, 도1의 태양 전지(실 5)를 얼마간 제작하였다. 실시예 1과 마찬가지의 측정, 및 시험을 행한 바, (실 5)의 태양 전지는 (실 1)의 태양 전지와 마찬가지로 우수한 것을 알았다.
(실시예 6)
다른 실시 형태의 예로서, 제1 도프층을 a-Si: H: P/μ c-Si:H:P로 이루어지는 적층 구조로 한 도 5의 광 기전력층을 갖는 도1b의 태양 전지를 제작하였다. 실시예 2에 있어서 제1 도프층을 a-Si: H:P/μ c-Si:H:P로 하는 이외에는 실시예 2와 마찬가지의 태양 전지(실 6)를 제작하였다. 실시예 1와 마찬가지의 측정, 및 시험을 행한 바, (실 4)의 태양 전지는 (실 2)의 태양 전지와 마찬가지로 우수한 것을 알았다.
본 발명의 광전 변환 소자에 의하면 광전 변환 소자의 광전 변환 효율, 개방전압, 단락 광전류, 저조도 개방 전압, 누설 전류라고 하는 특성을 향상할 수 있는 것이다. 또한 외부 노출 시험, 기계적 강도, 장시간 광조사에 있어서의 내구성을 향상할 수 있는 것이다. 또한 광전 변환 소자의 비용을 대폭으로 저감시킬 수 있다.

Claims (12)

  1. 기판, 하부 도전층, 제1 도프층, i층, 제2 도프층 및 상부 도전층을 갖는 광전 변환 소자에 있어서,
    상기 하부 도전층의 표면은 평평하지 않으며, 상기 i층은 기둥형 결정립을 포함하고, 상기 기둥형 결정립의 길이 방향은 상기 기판의 법선 방향에 대해 경사져 있는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자.
  2. 제1항에 있어서, 각각이 20도 이하의 각도로 정의되어 있는 상기 기둥형 결정립의 전체 체적의 비율은 상기 i층의 전체 체적에 대해 70% 이상이고;
    상기 각도는 상기 기둥형 결정립을 지나고 그 길이 방향에 대해 평행한 직선 A와, 상기 제1 도프층-상기 i층 간의 계면 1과 상기 제2 도프층-상기 i층 간의 계면 2와의 사이에서 가장 짧은 코스를 취하는 직선들 중 상기 기둥형 결정립 A를 지나는 직선 B 사이에서 만들어진 각도인
    것을 특징으로 하는 광전 변환 소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기판과 상기 반도체층 사이에 배치된 하부 도전층의, 수십 μm 정도의 길이에서의 표면 거칠기 Ra가 0.1 ㎛과 1 ㎛ 사이의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 하부 도전층의 미소 영역에서의 하부 도전층의 표면의 법선의 방향이 상기 기판의 주면의 법선에 대해 15도와 45도 사이에 있게 되는 영역은 전 표면 영역의 80% 이상인 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 기둥형 결정립의 길이 방향의 길이가 100 Å과 0.3 ㎛ 사이의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자.
  6. 제1항에 있어서, 상기 i층의 두께는 0.3 μm와 3 μm 사이의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자.
  7. 제1항에 있어서, 비정질 실리콘계 반도체 재료로 만들어진 미소 영역은 상기 i층 내의 i층 전체 영역에 대해 50% 이하의 체적 비율로 존재하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자.
  8. 제1항에 있어서, 상기 i층은 30 ㎒와 600 ㎒ 사이의 범위의 주파수를 갖는 전자파를 이용한 플라즈마 강화 CVD법에 의해, 압력이 1 mTorr와 1 Torr 사이의 범위에 있고, 실리콘 함유 가스와 수소 가스를 원료 가스로서 사용하여, 수소 가스에 대한 실리콘 함유 가스의 비율이 0. 5%와 30% 사이의 범위에 있는 조건하에서 형성되는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자.
  9. 제1항에 있어서, 제3 도프층, 제2 i층, 및 상기 제2 도프층과 상기 상부 도전층 사이에 있는 제4 도프층을 포함하며,
    상기 제2 i층은 비정질 실리콘계 반도체를 포함하며, 상기 제2 i층의 두께는 0.1 μm 내지 0.4 μm의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자.
  10. 제9항에 있어서, 상기 도프층들 중 적어도 하나의 도프층은 미결정 실리콘계 반도체 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제1 도프층 및/또는 상기 제3 도프층은 미결정 실리콘계 반도체 재료층과 비정질 실리콘계 반도체 재료층의 적층 구조로 되어 있고, 상기 미결정 실리콘계 반도체 재료층은 상기 i층과 접촉되어 있는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자.
  12. 제1항에 있어서, 상기 기판은 벨트형(belt shape)의 긴 기판인 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자.
KR1019970047672A 1996-09-19 1997-09-19 광전변환소자 KR100295432B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24783896 1996-09-19
JP96-247838 1996-09-19

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR19980024744A true KR19980024744A (ko) 1998-07-06
KR100295432B1 KR100295432B1 (ko) 2001-07-12

Family

ID=17169435

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019970047672A KR100295432B1 (ko) 1996-09-19 1997-09-19 광전변환소자

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6177711B1 (ko)
EP (1) EP0831536B1 (ko)
KR (1) KR100295432B1 (ko)
CN (1) CN1096715C (ko)
AU (1) AU730686B2 (ko)
DE (1) DE69737924T2 (ko)

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1154773A (ja) * 1997-08-01 1999-02-26 Canon Inc 光起電力素子及びその製造方法
US6388301B1 (en) * 1998-06-01 2002-05-14 Kaneka Corporation Silicon-based thin-film photoelectric device
DE19837365A1 (de) * 1998-08-18 2000-03-02 Forschungszentrum Juelich Gmbh Solarzelle mit Clustern im aktiven Bereich
US6472248B2 (en) 1999-07-04 2002-10-29 Canon Kabushiki Kaisha Microcrystalline series photovoltaic element and process for fabrication of same
DE19962136A1 (de) * 1999-12-22 2001-06-28 Merck Patent Gmbh Verfahren zur Rauhätzung von Siliziumsolarzellen
JP2001217440A (ja) * 2000-02-04 2001-08-10 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd ハイブリッド型薄膜光電変換装置とそれに用いられる透光性積層体
DE10040459A1 (de) * 2000-08-18 2002-03-21 Infineon Technologies Ag PIN-Fotodiode in einer vertikal strukturierten Schichtenfolge und Verfahren zur Herstellung einer PIN-Diode
EP1462540B1 (en) * 2001-12-03 2012-03-07 Nippon Sheet Glass Company, Limited Method for forming thin film.
JP2004296693A (ja) * 2003-03-26 2004-10-21 Canon Inc 積層型光起電力素子および電流バランス調整方法
US7189917B2 (en) * 2003-03-26 2007-03-13 Canon Kabushiki Kaisha Stacked photovoltaic device
JP2005142268A (ja) * 2003-11-05 2005-06-02 Canon Inc 光起電力素子およびその製造方法
DE602004016440D1 (de) * 2003-11-06 2008-10-23 Rohm & Haas Elect Mat Optischer Gegenstand mit leitender Struktur
JP5180590B2 (ja) * 2005-12-26 2013-04-10 株式会社カネカ 積層型光電変換装置
KR100927661B1 (ko) * 2007-11-05 2009-11-20 한국전자통신연구원 광신호를 전기적 신호로 변환시키는 수광 소자
JP5269454B2 (ja) * 2008-03-25 2013-08-21 株式会社東芝 固体撮像素子
CA2719341A1 (en) * 2008-03-28 2009-10-01 George G. Wattman Photovoltaic roofing elements, laminates, systems and kits
US20090293954A1 (en) * 2008-05-30 2009-12-03 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Photoelectric Conversion Device And Method For Manufacturing The Same
DE102008049281A1 (de) * 2008-09-26 2010-04-08 Centrotherm Photovoltaics Technology Gmbh Diffusionseinrichtung für die Solarzellenfertigung und Verfahren zur Herstellung von Solarzellen
WO2010126699A2 (en) 2009-04-29 2010-11-04 Hunter Douglas Industries B.V. Architectural panels with organic photovoltaic interlayers and methods of forming the same
WO2011024577A1 (ja) * 2009-08-25 2011-03-03 シャープ株式会社 光センサ、半導体装置、及び液晶パネル
KR101194243B1 (ko) 2010-04-20 2012-10-29 한국철강 주식회사 탠덤형 광기전력 장치 및 이의 제조 방법
EP2523227A1 (en) * 2011-05-13 2012-11-14 Applied Materials, Inc. Thin-film solar fabrication process, deposition method for TCO layer, and solar cell precursor layer stack
US9123861B2 (en) * 2011-12-21 2015-09-01 Mitsubishi Electric Corporation Solar battery, manufacturing method thereof, and solar battery module
KR102604434B1 (ko) * 2018-10-11 2023-11-23 삼성디스플레이 주식회사 유기 발광 표시 장치
KR102171809B1 (ko) * 2018-11-29 2020-10-29 재단법인 구미전자정보기술원 반송자 주입 방식을 이용한 광열화 결함 제거 장치와 방법

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5221365A (en) * 1990-10-22 1993-06-22 Sanyo Electric Co., Ltd. Photovoltaic cell and method of manufacturing polycrystalline semiconductive film
JP2908067B2 (ja) * 1991-05-09 1999-06-21 キヤノン株式会社 太陽電池用基板および太陽電池
JP2771414B2 (ja) * 1992-12-28 1998-07-02 キヤノン株式会社 太陽電池の製造方法
JP3322440B2 (ja) * 1993-06-24 2002-09-09 三洋電機株式会社 薄膜多結晶シリコンの製造方法
JP2621767B2 (ja) 1993-07-30 1997-06-18 日本電気株式会社 固体撮像素子
US5549763A (en) * 1993-07-26 1996-08-27 Sanyo Electric Co., Ltd. Photovoltaic device
KR0136933B1 (ko) 1994-05-21 1998-04-24 문정환 씨씨디(ccd) 영상소자 및 제조방법
US5677236A (en) 1995-02-24 1997-10-14 Mitsui Toatsu Chemicals, Inc. Process for forming a thin microcrystalline silicon semiconductor film

Also Published As

Publication number Publication date
EP0831536B1 (en) 2007-07-18
AU3833597A (en) 1998-03-26
KR100295432B1 (ko) 2001-07-12
DE69737924T2 (de) 2008-04-03
US6177711B1 (en) 2001-01-23
AU730686B2 (en) 2001-03-08
CN1096715C (zh) 2002-12-18
CN1179628A (zh) 1998-04-22
EP0831536A2 (en) 1998-03-25
EP0831536A3 (en) 1999-05-12
DE69737924D1 (de) 2007-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100295432B1 (ko) 광전변환소자
KR100348108B1 (ko) 특정횡단면의광입사측표면영역을구비한배면투명도전층을갖는광전지소자및상기광전지소자를포함하는모듈
JP2984595B2 (ja) 光起電力素子
AU734676B2 (en) Photovoltaic element and method of producing same
EP0698929B1 (en) A method for forming a back reflector layer for a photovoltaic element
KR100294102B1 (ko) 특정도핑층을구비한광기전력소자
KR100273726B1 (ko) 전해 침적법 또는 비전해 침적법에 의한 산화인듐 막의 형성 방법, 상기 산화인듐 막이 구비된 반도체 소자용 기판, 및 상기기판이 구비된 반도체 소자
AU5400501A (en) Photovoltaic element, producing method therefor, and solar cell modules
AU731331B2 (en) Method for producing photovoltaic element
Söderström et al. ZnO Transparent conductive oxide for thin film silicon solar cells
US5981934A (en) Photovoltaic element having a transparent conductive layer with specified fractal dimension and fractal property
JP2004055745A (ja) 積層体形成方法、積層体、光起電力素子
US6653165B2 (en) Methods of forming semiconductor element, and semiconductor elements
JPH11220154A (ja) 光起電力素子および光起電力素子モジュール
JP3679561B2 (ja) 光電変換素子
JPH11261102A (ja) 光起電力素子
JPH11261087A (ja) 光起電力素子
JP2004296615A (ja) 積層型光起電力素子
JP2846508B2 (ja) 光起電力素子
JP3029169B2 (ja) 光起電力素子
JPH10144944A (ja) 光起電力素子
JP3027672B2 (ja) 光起電力素子
JP3072831B2 (ja) 光起電力素子
Despeisse et al. Research and developments in thin-film silicon photovoltaics
JP2757896B2 (ja) 光起電力装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120327

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130320

Year of fee payment: 13

LAPS Lapse due to unpaid annual fee