KR20120095786A - 광전 변환 장치 - Google Patents

광전 변환 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20120095786A
KR20120095786A KR1020120014375A KR20120014375A KR20120095786A KR 20120095786 A KR20120095786 A KR 20120095786A KR 1020120014375 A KR1020120014375 A KR 1020120014375A KR 20120014375 A KR20120014375 A KR 20120014375A KR 20120095786 A KR20120095786 A KR 20120095786A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
semiconductor layer
silicon semiconductor
oxide
silicon
light
Prior art date
Application number
KR1020120014375A
Other languages
English (en)
Inventor
순페이 야마자키
후미토 이사카
지로 니시다
Original Assignee
가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 filed Critical 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
Publication of KR20120095786A publication Critical patent/KR20120095786A/ko

Links

Images

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
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022466—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. TCO, ITO 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
    • H01L31/04—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
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • 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
    • H01L31/04—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
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • 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
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • H01L31/0463—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate characterised by special patterning methods to connect the PV cells in a module, e.g. laser cutting of the conductive or 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
    • H01L31/04—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
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • H01L31/0465—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate comprising particular structures for the electrical interconnection of adjacent PV cells in the module
    • 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
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/056—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means the light-reflecting means being of the back surface reflector [BSR] 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
    • H01L31/04—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 potential barriers
    • 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 potential barriers the potential barriers being only of the PIN type, e.g. amorphous silicon PIN 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 potential barriers
    • 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 potential barriers the potential barriers being only of the PIN type, e.g. amorphous silicon PIN solar cells
    • H01L31/076—Multiple junction or tandem solar 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
    • 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
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators
    • 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

Landscapes

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

Abstract

본 발명은, 광 흡수층에서 광전 변환을 효율적으로 행할 수 있는 광전 변환 장치를 제공한다.
뒷면 전극과 내부 전계 형성용의 한쪽의 반도체층과의 사이에 실리콘 표면의 결함을 패시베이션하는 효과가 높고, 뒷면 전극 측의 반사율을 향상시키는 투광성 도전막을 형성한 광전 변환 장치를 제작한다. 상기 투광성 도전막은 유기 화합물 및 무기 화합물을 포함하고, 상기 유기 화합물에는 정공 수송성이 높은 재료가 사용되고, 상기 무기 화합물에는 전자 수용성을 갖는 천이 금속 산화물이 사용된다.

Description

광전 변환 장치{PHOTOELECTRIC CONVERSION DEVICE}
본 발명은 뒷면 전극 측의 반사율을 향상시키는 투광성 도전막을 갖는 광전 변환 장치에 관한 것이다.
근년, 지구 온난화 대책으로서, 발전할 때 이산화 탄소가 배출되지 않는 광전 변환 장치가 주목을 받고 있다. 그 대표적인 예로서는, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 등의 결정성 실리콘 기판을 사용한 벌크형 태양 전지나, 비정질 실리콘, 미결정 실리콘 등의 박막을 사용한 박막형 태양 전지가 알려져 있다.
박막형 태양 전지는, 플라즈마 CVD법 등을 사용하여 필요량의 실리콘 박막을 형성하여 구성할 수 있고, 벌크형 태양 전지보다 자원 절약하면서 제작할 수 있다. 또한, 레이저 가공법이나 스크린 인쇄법 등을 사용한 집적화가 용이하고, 대면적화도 하기 쉬우므로, 제조 비용 삭감을 가능하게 한다. 그러나, 박막형 태양 전지는 벌크형 태양 전지와 비교하여 변환 효율이 낮은 것이 결점이다.
박막형 태양 전지(이하, 박막 태양 전지)의 변환 효율을 향상시키기 위하여, 윈도우층(window layer)이 되는 p층으로서 실리콘 대신에 산화 실리콘을 사용하는 방법이 개시되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 박막으로 형성되는 비단결정 실리콘계의 p층은, 광 흡수층인 i층과 거의 같은 광 흡수 특성을 갖기 때문에, 광 흡수 손실이 일어난 경우가 있었다. 특허문헌 1에 개시된 기술은 p층에 실리콘보다 광학 밴드 갭이 넓은 산화 실리콘을 사용함으로써, 윈도우층에서의 광 흡수를 억제하고자 하는 것이다.
일본국 특개평07-130661호 공보
그러나, 윈도우층에 있어서의 광 흡수 손실이 전혀 없는 경우에도, 광 흡수층에서 효율적으로 광 흡수가 행해지지 않으면, 박막 태양 전지의 전기 특성을 향상시킬 수 없다.
박막 태양 전지에 있어서, 광 흡수층에서의 광 흡수 특성을 향상시키는 방법으로서는, 광 흡수층의 박막을 두껍게 하고, 광로 길이를 길게 하는 방법이 있다. 예를 들어, 비정질 실리콘 박막으로 형성하는 p-i-n형 박막 태양 전지의 경우는, i형 비정질 실리콘층의 막 두께를 두껍게 하면 좋다.
그러나, 광 흡수층의 막 두께가 지나치게 두꺼워지면, 상기 광 흡수층에 인가되는 내부 전계가 약해지고, 또 광 흡수층 내의 결함의 절대량(絶對量)이 증대되기 때문에, 광 흡수층 내에서 캐리어가 재결합되기 쉬워져 곡선 인자(因子)가 저하되어 버린다. 즉, 광 흡수층에는 적절한 막 두께 범위가 있기 때문에, 상기 막 두께 범위에 있어서 광전 변환을 효율적으로 행할 수 있는 방법이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 일 형태는, 광 흡수층에서의 광로 길이를 길게 할 수 있고, 또 광전 변환을 효율적으로 행할 수 있는 광전 변환 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 명세서에서 개시하는 본 발명의 일 형태는, 유기 화합물 및 무기 화합물로 형성되고, 뒷면 전극 측의 반사율을 향상시키는 투광성 도전막(투광성막이라고도 함)을 갖는 광전 변환 장치에 관한 것이다.
본 명세서에서 개시하는 본 발명의 일 형태는, 한 쌍의 전극간에 제 1 실리콘 반도체층과, 제 1 실리콘 반도체층과 접하는 제 2 실리콘 반도체층과, 제 2 실리콘 반도체층과 접하는 제 3 실리콘 반도체층과, 제 3 실리콘 반도체층과 접하는 투광성 도전막을 갖고, 투광성 도전막은 유기 화합물 및 무기 화합물로 형성되는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치이다.
또한, 본 명세서 등에 있어서의 "제 1", "제 2" 등의 서수사는, 구성 요소의 혼동을 피하기 위하여 붙이는 것이며, 순서나 수적으로 한정하는 것이 아닌 것을 부기한다.
상기 제 1 실리콘 반도체층의 도전형은 p형이고, 제 2 실리콘 반도체층의 도전형은 i형이고, 제 3 실리콘 반도체층의 도전형은 n형으로 구성된다.
상기 제 2 실리콘 반도체층은 비단결정, 비정질, 미결정 또는 다결정으로 구성되는 것이 바람직하다.
본 명세서에서 개시하는 본 발명의 다른 일 형태는, 한 쌍의 전극간에 제 1 실리콘 반도체층과, 제 1 실리콘 반도체층과 접하는 제 2 실리콘 반도체층과, 제 2 실리콘 반도체층과 접하는 제 3 실리콘 반도체층과, 제 3 실리콘 반도체층과 접하는 제 1 투광성 도전막과, 제 1 투광성 도전막과 접하는 제 4 실리콘 반도체층과, 제 4 실리콘 반도체층과 접하는 제 5 실리콘 반도체층과, 제 5 실리콘 반도체층과 접하는 제 6 실리콘 반도체층과, 제 6 실리콘 반도체층과 접하는 제 2 투광성 도전막을 갖고, 제 2 투광성 도전막은 유기 화합물 및 무기 화합물로 형성되는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치이다.
상기 제 1 실리콘 반도체층 및 상기 제 4 실리콘 반도체층의 도전형은 p형이고, 상기 제 2 실리콘 반도체층 및 상기 제 5 실리콘 반도체층의 도전형은 i형이고, 상기 제 3 실리콘 반도체층 및 상기 제 6 실리콘 반도체층의 도전형은 n형으로 구성된다.
상기 제 2 실리콘 반도체층은 비정질이고, 제 4 실리콘 반도체층은 미결정 또는 다결정으로 구성되는 것이 바람직하다.
상술한 본 발명의 일 형태에서, 무기 화합물에는 원소 주기율표에 있어서의 제 4 족 내지 제 8 족에 속하는 금속의 산화물을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 산화 바나듐, 산화 니오븀, 산화 탄탈, 산화 크롬, 산화 몰리브덴, 산화 텅스텐, 산화 망간, 산화 레늄 등이 있다.
또한, 유기 화합물로서는, 방향족 아민 화합물, 카르바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 고분자 화합물, 디벤조푸란 골격 또는 디벤조티오펜 골격을 포함한 복소환(複素環) 화합물 중 어느 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 형태를 사용함으로써, 광 흡수층 내에 있어서의 실질적인 광로 길이를 길게 할 수 있고, 변환 효율이 높은 광전 변환 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 형태인 광전 변환 장치를 설명하는 단면도.
도 2는 본 발명의 일 형태인 광전 변환 장치를 설명하는 단면도.
도 3은 본 발명의 일 형태인 광전 변환 장치를 설명하는 단면도.
도 4(A) 내지 도 4(D)는 본 발명의 일 형태인 광전 변환 장치의 제작 방법을 설명하는 공정 단면도.
도 5는 반사율의 계산 모델을 설명한 도면.
도 6은 반사율의 계산 결과를 설명하는 도면.
도 7은 반사율의 계산 결과를 설명하는 도면.
도 8은 투광성 도전막의 분광 투과율, 및 비정질 실리콘 광전 변환 장치의 분광 감도 특성을 도시한 도면.
이하에서는, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 사용하여 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 그 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있다. 또한, 본 발명을 이하에 나타내는 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것이 아니다. 또한, 실시형태를 설명하기 위한 도면 전체에서 동일 부분 또는 같은 기능을 갖는 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 그 반복된 설명은 생략할 경우가 있다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태인 광전 변환 장치, 및 그 제작 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 형태의 광전 변환 장치에서는, 내부 전계 형성용의 한쪽의 반도체층과 뒷면 전극 사이에 투광성이 높은 무기 화합물 및 유기 화합물의 복합 재료로 형성된 투광성 도전막을 형성한다. 상기 투광성 도전막을 형성함으로써, 상기 투광성 도전막과 뒷면 전극 사이에 복굴절률이 큰 계면이 생기기 때문에, 반사율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 광전 변환 장치의 광 흡수층 내에서의 실질적인 광로 길이를 길게 할 수 있다.
또한, 상기 투광성 도전막은 패시베이션 효과가 높으므로, 반도체층과의 계면에 발생하는 결함이 적고, 광 유기 캐리어(photoinduced carrier)의 재결합을 방지할 수 있다. 이들 효과에 의하여, 변환 효율이 높은 광전 변환 장치를 제작할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 형태에서의 광전 변환 장치의 단면도이고, 기판(100) 위에 제 1 전극(110), 제 1 실리콘 반도체층(130), 제 2 실리콘 반도체층(140), 제 3 실리콘 반도체층(150), 투광성 도전막(160), 제 2 전극(120)이 순차적으로 적층된다. 또한, 도 1의 구성의 광전 변환 장치는, 기판(100) 측이 수광면이 되지만, 기판(100) 위에 형성하는 적층의 순서를 상기와 반대로 하고, 기판(100)과 반대 측을 수광면으로 하여도 좋다.
기판(100)에는, 예를 들어 청판(靑版) 유리, 백판(白板) 유리, 납 유리, 또는 결정화 유리 등의 유리 기판을 사용할 수 있다. 또한, 알루미노실리케이트 유리, 바륨보로실리케이트 유리, 또는 알루미노보로실리케이트 유리 등의 무알카리 유리 기판이나 석영 기판을 사용할 수 있다. 본 실시형태에서는, 기판(100)에 유리 기판을 사용한다.
또한, 기판(100)에는 수지 기판을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 폴리에테르 술폰(PES), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리아미드계 합성 섬유, 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리 술폰(PSF), 폴리에테르 이미드(PEI), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리이미드, 아크릴로니트릴 부타디엔 스테렌 수지, 폴리염화비닐, 폴리프로필렌, 폴리 아세트산 비닐, 아크릴 수지 등을 들 수 있다.
제 1 전극(110)에는, 예를 들어 인듐 주석 산화물, 실리콘을 포함한 인듐주석산화물, 아연을 포함한 산화 인듐, 산화 아연, 갈륨을 포함한 산화 아연, 알루미늄을 포함한 산화 아연, 산화 주석, 불소를 포함한 산화 주석, 또는 안티몬을 포함한 산화 주석 등의 투광성 도전막을 사용할 수 있다. 상기 투광성 도전막은 단층으로 한정되지 않고, 다른 막을 적층하여도 좋다. 예를 들어, 인듐 주석 산화물과 알루미늄을 포함한 산화 아연의 적층이나 인듐 주석 산화물과 불소를 포함한 산화 주석의 적층 등을 사용할 수 있다. 막 두께는 총 10nm 이상 1000nm 이하로 한다.
또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 제 1 전극(110) 표면에 요철을 형성한 구성으로 하여도 좋다. 제 1 전극(110) 표면에 요철을 형성함으로써, 그 위에 적층된 각 층의 계면에도 요철을 형성할 수 있다. 상기 요철에 의하여, 기판 표면에서의 다중 반사, 광 흡수층 내에서의 광로 길이의 증대, 및 뒷면 전극에 의한 반사광의 표면에서의 전반사 효과(광 차폐 효과)가 부여되어, 광전 변환 장치의 전기 특성을 향상시킬 수 있다.
제 1 실리콘 반도체층(130)에는, p형 실리콘 반도체막을 사용한다. 또한, 제 1 실리콘 반도체층(130)의 막 두께는, 1nm 이상 50nm 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 실리콘 반도체층(130)에는 비정질 실리콘을 사용할 수도 있지만, 더 저저항의 미결정 실리콘 또는 다결정 실리콘을 사용하는 것이 바람직하다.
제 2 실리콘 반도체층(140)에는, i형 실리콘 반도체막을 사용한다. 또한, 본 명세서에 있어서, i형 반도체란, 페르미 준위가 밴드 갭 중앙에 위치하는, 소위 진성 반도체 외, 반도체에 포함된 p형 또는 n형을 부여하는 불순물이 1×1020cm-3 이하의 농도이고, 암 전도도에 대하여 광 전도도가 100배 이상인 반도체를 가리킨다. 이 i형 실리콘 반도체에는, 주기율표 제 13 족 또는 제 15 족의 원소가 불순물로서 포함되는 것이라도 좋다.
제 2 실리콘 반도체층(140)에 사용하는 i형 실리콘 반도체막에는, 비단결정 실리콘, 비정질 실리콘, 미결정 실리콘, 또는 다결정 실리콘을 사용하는 것이 바람직하다. 비정질 실리콘은 가시광 영역에 분광 감도의 피크를 갖고, 형광등 아래와 같은 낮은 조도의 환경에서, 높은 광전 변환 능력을 나타내는 광전 변환 장치를 형성할 수 있다. 또한, 미결정 실리콘 및 다결정 실리콘은, 가시광 영역보다 장파장 측의 파장 영역에 분광 감도의 피크를 갖고, 태양광을 광원으로 하는 옥외에서 높은 광전 변환 능력을 나타내는 광전 변환 장치를 형성할 수 있다. 또한, 제 2 실리콘 반도체층(140)에 비정질 실리콘을 사용하는 경우의 막 두께는, 100nm 이상 600nm 이하로 하는 것이 바람직하고, 미결정 실리콘 또는 다결정 실리콘을 사용하는 경우의 막 두께는 1μm 이상 100μm 이하로 하는 것이 바람직하다.
제 3 실리콘 반도체층(150)에는, n형 실리콘 반도체막을 사용한다. 또한, 제 3 실리콘 반도체층(150)의 막 두께는 1nm 이상 50nm 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 제 3 실리콘 반도체층(150)에는 비정질 실리콘을 사용할 수도 있지만, 더 저저항의 미결정 실리콘 또는 다결정 실리콘을 사용하는 것이 바람직하다.
이상 설명한, p형 제 1 실리콘 반도체층(130), i형 제 2 실리콘 반도체층(140), n형 제 3 실리콘 반도체층(150)을 적층함으로써 p-i-n형의 접합을 형성할 수 있다.
투광성 도전막(160)은, 무기 화합물과 유기 화합물의 복합 재료이다. 상기 무기 화합물로서는, 전이 금속 산화물을 사용할 수 있고, 특히 원소 주기율표에서의 제 4 족 내지 제 8 족에 속하는 금속의 산화물인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 산화 바나듐, 산화 니오븀, 산화 탄탈, 산화 크롬, 산화 몰리브덴, 산화 텅스텐, 산화 망간, 산화 레늄 등을 사용할 수 있다. 그 중에서도, 특히 산화 몰리브덴은 대기 중에서도 안정적이고 흡습성이 낮으며 취급하기 쉽기 때문에 바람직하다.
또한, 상기 유기 화합물로서는, 방향족 아민 화합물, 카르바졸 유도체, 방향족 탄화 수소, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등) 디벤조푸란 골격 또는 디벤조티오펜 골격을 포함한 복소환 화합물 등, 여러 가지 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 복합 재료에 사용한 유기 화합물로서는, 정공 수송성이 높은 유기 화합물을 사용한다. 구체적으로는, 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질인 것이 바람직하다. 다만, 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이면 이들 이외의 물질을 사용하여도 좋다.
상술한 전이 금속 산화물은 전자 수용성을 갖고, 정공 수송성이 높은 유기 화합물과의 복합 재료는 캐리어 밀도가 높고, 도전성을 나타낸다. 또한, 상기 복합 재료는, 가시광 영역에서 적외 영역의 넓은 파장 범위에 걸쳐 투과율이 높은 특성을 갖는다.
또한, 상기 복합 재료는 안정적이고, 실리콘막과의 계면에 산화 실리콘을 발생시키지 않으므로 계면의 결함을 저감시킬 수 있고, 캐리어의 라이프 타임을 향상시킬 수 있다.
상기 복합 재료를 패시베이션막으로서 n형 단결정 실리콘 기판 위에 형성하였을 때의 캐리어의 라이프 타임은 유기 화합물에 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트리페닐아민(약칭： BPAFLP), 무기 화합물에 산화 몰리브덴(VI)을 사용한 경우에 700μsec 이상, 유기 화합물에 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: NPB), 무기 화합물에 산화 몰리브덴(VI)을 사용한 경우에 400μsec 이상인 것이 실험으로 확인되었다. 또한, 패시베이션막을 형성하지 않은 n형의 단결정 실리콘 기판의 라이프 타임은 약 40μsec, 상기 단결정 실리콘 기판의 양쪽 면에 스퍼터링법으로 인듐 주석 산화물(ITO)을 형성한 경우의 라이프 타임은 약 30μsec이다.
제 2 전극(120)에는 알루미늄, 티타늄, 니켈, 은, 몰리브덴, 탄탈, 텅스텐, 크롬, 구리, 또는 스테인리스 등의 금속막을 사용할 수 있다. 금속막은 단층에 한정되지 않고, 다른 막을 적층하여도 좋다. 예를 들어, 스테인리스와 알루미늄의 적층이나, 은과 알루미늄의 적층 등을 사용할 수 있다. 막 두께는 총 100nm 이상 600nm 이하, 바람직하게는 100nm 이상 300nm 이하로 한다.
다음에, 뒷면 전극(도 1의 구성에서는, 제 2 전극(120)) 근방에 있어서의 반사율의 계산 결과를 설명한다. 도 5는, 계산의 모델이고, 뒷면 전극인 은, 투광성 도전막(BPAFLP와 산화 몰리브덴의 복합 재료), 및 단결정 실리콘 기판을 적층한 것이다. 광은 뒷면 전극에 대하여 수직 조사되는 것으로 하고, 단결정 실리콘 기판의 표면을 광원 면, 및 반사광의 수광 면으로 한다.
이때, 단결정 실리콘 기판의 판 두께는 극히 얇은 것으로 가정하고, 그 광 흡수는 고려되지 않은 것으로 한다. 따라서, 비정질 실리콘, 미결정 실리콘 또는 다결정 실리콘 중 어느 것을 사용한 경우에도, 계산 결과는 같게 된다. 또한, 투광성 도전막의 구성 재료에 일례로서 BPAFLP를 사용하지만, 다른 유기 재료라도 굴절률 n 및 소쇠(消衰) 계수 k가 BPAFLP와 서로 유사하다면, 계산 결과는 같게 된다.
계산에는, 광학 시뮬레이션 소프트웨어 "Diffract MOD"(RSoft사제)를 사용하여 투광성 도전막의 막 두께를 0nm에서 140nm까지 10nm마다 변화시켰을 때의 파장 범위 500nm 내지 1200nm의 반사율을 산출하였다. 또한, 500nm보다 단파장 측의 파장의 광은 실리콘 박막의 흡수가 크고, 뒷면까지 도달하는 것은 무시할 수 있는 것으로 계산에서 제외한다. 표 1에는 본 계산에 사용한 각 재료의 굴절률 n 및 소쇠 계수 k의 대표적인 파장에 있어서의 수치다. 또한, 실제의 계산은 20nm마다 파장을 변화시켜 행한다.
Figure pat00001
도 6은 상기 조건에서의 반사율의 계산 결과이다. 또한, 도면을 명확하게 하기 위하여, 투광성 도전막의 막 두께를 0nm, 20nm, 40nm, 60nm, 80nm로 하여 계산한 결과만 도시한다. 도 7에는, 계산 결과로부터 산출한 투광성 도전막의 막 두께마다의 평균 반사율을 도시한다. 도면 중의 흰 동그라미 마크는 파장 500nm에서 1200nm까지의 반사율을 평균한 결과이고, 검은 동그라미 마크는 파장 500nm에서 800nm까지의 반사율을 평균한 결과이다. 광 흡수층(도 1의 구성에서는, 제 2 실리콘 반도체층(140))의 재질에 따라 분광 감도가 달라지므로, 광 흡수층에 미결정 실리콘 또는 다결정 실리콘을 사용하는 경우는, 파장 500nm에서 1200nm까지의 평균 반사율, 광 흡수층에 비정질 실리콘을 사용하는 경우는, 파장 500nm에서 800nm까지의 평균 반사율을 고려하면 좋다.
이 결과를 보면, 뒷면 측에서의 반사율을 향상시키는 투광성 도전막의 막 두께의 적절한 범위는, 0nm보다 두껍고, 80nm보다 얇은 범위에 있다고 할 수 있고, 바람직하게는 20nm 이상 60nm 이하, 더 바람직하게는 20nm 이상 50nm 이하이다.
또한, 본 발명의 일 형태에 있어서의 광전 변환 장치는 도 3에 도시한 바와 같이, 기판(200) 위에 제 1 전극(210), 제 1 실리콘 반도체층(230), 제 2 실리콘 반도체층(240), 제 3 실리콘 반도체층(250), 제 1 투광성 도전막(310), 제 4 실리콘 반도체층(260), 제 5 실리콘 반도체층(270), 제 6 실리콘 반도체층(280), 제 2 투광성 도전막(320), 및 제 2 전극(220)을 형성한 구성으로 하여도 좋다. 상기 구성의 광전 변환 장치는, 제 2 실리콘 반도체층(240)을 광 흡수층으로 하는 톱 셀과, 제 5 실리콘 반도체층(270)을 광 흡수층으로 하는 보텀 셀을 직렬로 접속한 소위 탠덤형의 광전 변환 장치이다.
도 3에 도시한 광전 변환 장치에서는, 제 2 실리콘 반도체층(240)에 비정질 실리콘을 사용하고, 제 5 실리콘 반도체층(270)에 미결정 실리콘 또는 다결정 실리콘을 사용한다. 제 1 실리콘 반도체층(230) 및 제 4 실리콘 반도체층(260)에는, 상술한 제 1 실리콘 반도체층(130)과 같은 재료를 사용할 수 있고, 제 3 실리콘 반도체층(250) 및 제 6 실리콘 반도체층(280)에는 상술한 제 3 실리콘 반도체층(150)과 같은 재료를 사용할 수 있다. 제 1 전극(210) 및 제 1 투광성 도전막(310)에는 상술한 제 1 전극(110)과 같은 재료를 사용할 수 있고, 제 2 투광성 도전막에는 상술한 투광성 도전막(160)과 같은 재료를 사용할 수 있다. 또한, 제 2 전극(220)에는, 상술한 제 2 전극(120)과 같은 재료를 사용할 수 있다.
기판(100) 측에서 제 1 전극(210)을 투과하여 톱 셀에 침입한 광 중, 주로 가시광보다 단파장 측의 광은 제 2 실리콘 반도체층(240)에 있어서 광전 변환되고, 톱 셀을 투과하는 주로 가시광보다 장파장 측의 광은, 제 5 실리콘 반도체층(270)에서 변환된다. 따라서, 넓은 파장 범위의 광을 유효하게 이용할 수 있고, 광전 변환 장치의 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
다음에, 본 발명의 일 형태에 있어서의 광전 변환 장치의 제작 방법에 대하여 도 4(A) 내지 도 4(D)를 사용하여 설명한다. 이하에 나타낸 광정 변환 장치의 제작 방법은, 도 1의 광전 변환 장치를 직렬로 복수 접속한 집적형 광전 변환 장치의 제작 방법이고, 완성된 구조는, 도 4(D)에 도시되어 있다.
우선, 기판(100) 위에 제 1 전극(110)이 되는 투광성 도전막을 형성한다. 여기서는, 스퍼터링법을 사용하여 막 두께 100nm의 인듐 주석 산화물(ITO)을 형성한다. 또한, 도 2에 도시한 바와 같은 투광성 도전막의 요철은 예를 들어 산화 아연계의 투광성 도전막을 염산 등의 강산(强酸)으로 에칭함으로써, 용이하게 형성할 수 있다.
본 실시형태에서는 기판(100)에 유리 기판을 사용하지만, 예를 들어 100μm 전후의 수지 기판을 사용하면 롤-투-롤(roll-to-roll) 프로세스를 행할 수 있다.
롤-투-롤 프로세스에는 스퍼터링법이나 플라즈마 CVD법 등의 형성 공정뿐만 아니라, 스크린 인쇄법이나 레이저 가공법 등의 공정도 포함된다. 따라서, 광전 변환 장치 중 거의 모든 제작 공정을 롤-투-롤 프로세스로 행할 수도 있다. 또한, 중간까지의 공정을 롤-투-롤 프로세스로 행하고, 시트 형상으로 분단하고, 그 후의 공정을 시트 단위로 행하여도 좋다. 예를 들어, 분단된 시트를 세라믹이나 금속, 또는 그들의 복합체 등으로 형성된 틀에 접착함으로써, 유리 기판 등과 마찬가지로 취급할 수 있다.
다음에, 상기 투광성 도전막을 복수로 분리하는 제 1 분리홈(410)을 형성한다(도 4(A) 참조). 상기 분리홈은 레이저 가공 등으로 형성할 수 있다. 이 레이저 가공에 사용되는 레이저는, 가시광 영역 또는 적외광 영역의 연속 발진 또는 펄스 발진 레이저를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, Nd-YAG 레이저의 기본파(파장 1064nm)나, 제 2 고조파(파장 532nm)를 사용할 수 있다. 또한, 여기서 상기 분리홈의 일부가 기판(100)에 도달하여도 좋다. 또한, 이 단계에서 투광성 도전막이 분리 가공됨으로써, 제 1 전극(110)이 형성된다.
다음에, 플라즈마 CVD법을 사용하여 제 1 실리콘 반도체층(130)으로서 막 두께 30nm의 p형 미결정 실리콘을 형성한다. 본 실시형태에서는, 플라즈마 CVD법을 사용하여 p형을 부여하는 불순물을 포함한 도핑 가스를 원료 가스에 혼합하여, p형의 미결정 실리콘을 형성한다. p형을 부여하는 불순물로서는, 대표적으로는 주기율표 제 13 족 원소인 붕소 또는 알루미늄 등을 들 수 있다. 예를 들어, 디보란 등의 도핑 가스를 실란 등의 원료 가스에 혼합함으로써, p형 미결정 실리콘을 형성할 수 있다. 또한, 제 1 실리콘 반도체층(130)은 비정질 실리콘으로 형성하여도 좋지만, 더 저저항의 미결정 실리콘으로 형성하는 것이 바람직하다.
다음에, 제 2 실리콘 반도체층(140)으로서 막 두께 600nm의 i형 비정질 실리콘을 형성한다. 원료 가스에는, 실란 또는 디실란을 사용할 수 있고, 수소를 첨가하여도 좋다. 이 때, 막 중에 포함된 대기 성분이 도너가 되는 경우가 있기 때문에, 도전형이 i형에 더 가까워지도록 원료 가스 중에 붕소(B)를 첨가하여도 좋다. 이 경우, i형 비정질 실리콘 중의 붕소 농도가 0.001at.% 이상 0.1at.% 이하가 되도록 한다.
다음에, 제 3 실리콘 반도체층(150)으로서, 막 두께 30nm의 n형 미결정 실리콘을 형성한다(도 4(B) 참조). 본 실시형태에서는, 플라즈마 CVD법을 사용하여 n형을 부여하는 불순물을 포함한 도핑 가스를 원료 가스에 혼합하여, n형의 미결정 실리콘을 형성한다. n형을 부여하는 불순물로서는, 대표적으로는 주기율표 제 15 족 원소인 인, 비소, 또는 안티몬 등을 들 수 있다. 예를 들어, 포스핀 등의 도핑 가스를 실란 등의 원료 가스에 혼합함으로써, n형 미결정 실리콘을 형성할 수 있다. 또한, 제 3 실리콘 반도체층(150)은 비정질 실리콘으로 형성하여도 좋지만, 더 저저항의 미결정 실리콘으로 형성하는 것이 바람직하다.
다음에, 제 1 실리콘 반도체층(130), 제 2 실리콘 반도체층(140) 및 제 3 실리콘 반도체층(150)의 적층은 복수로 분리하는 제 2 분리홈(420)을 형성한다(도 4(C) 참조). 상기 분리홈은 레이저 가공 등으로 형성할 수 있다. 이 레이저 가공에 사용되는 레이저는, 가시광 영역의 연속 발진 또는 펄스 발진 레이저를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, Nd-YAG 레이저의 제 2 고조파(파장 532nm) 등을 사용할 수 있다.
다음에, 제 2 분리홈(420), 및 제 3 실리콘 반도체층(150)을 덮도록 투광성 도전막(160)을 형성한다. 투광성 도전막(160)은 상술한 무기 화합물 및 유기 화합물의 공증착법에 의하여 형성된다. 공증착법이란, 하나의 처리실 내에서 복수의 증착원으로부터 동시에 증착을 행하는 증착법이다. 성막은 고진공하에서 행하는 것이 바람직하다. 고진공은, 성막실 내를 진공 폐기 수단에 의하여 진공도가 5×10-3Pa 이하, 바람직하게는, 10-4Pa 내지 10-6Pa 정도의 범위가 되도록 진공 폐기함으로써 얻을 수 있다.
본 실시형태에서는, 투광성 도전막(160)은 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트리페닐아민(약칭：BPAFLP) 및 산화 몰리브덴(Ⅵ)을 공증착함으로써 형성하였다. 그 막 두께는, 50nm로 하고, BPAFLP와 산화 몰리브덴의 비율은 중량 비율로 2:1(=BPAFLP: 산화 몰리브덴)이 되도록 조절하였다.
다음에, 투광성 도전막(160) 위에 도전막을 형성한다. 여기서는, 스퍼터링법을 사용하여, 막 두께 5nm의 은과 막 두께 300nm의 알루미늄을 순차적으로 적층한다.
그리고, 상기 도전막을 복수로 분리하는 제 3 분리홈(430)을 형성한다(도 4(D) 참조). 상기 분리홈은 레이저 가공 등으로 형성할 수 있다. 이 레이저 가공에 사용되는 레이저는, 적외광 영역의 연속 발진 또는 펄스 발진 레이저를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, Nd-YAG 레이저의 기본파(파장 1064nm) 등을 사용할 수 있다. 또한, 이 단계에서 도전막이 분리 가공됨으로써, 제 2 전극(120), 제 1 단자(510) 및 제 2 단자(520)가 형성된다. 여기서, 제 1 단자(510) 및 제 2 단자(520)는 추출 전극이 된다.
상술한 바와 같이 하여, 본 발명의 일 형태의 광전 변환 장치를 제작할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 도 1에 예시한 광전 변환 장치를 집적화한 구성의 제작 방법을 설명하였지만, 도 2 및 도 3의 구성의 광전 변환 장치를 같은 방법으로 집적화할 수도 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태에서 기재한 구성과 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 실시형태 1에 기재한 투광성 도전막에 대하여 설명한다.
실시형태 1에 나타낸 광전 변환 장치의 반사층으로서 사용되는 투광성 도전막에는, 전이 금속 산화물과 유기 화합물을 복합한 재료를 사용할 수 있다. 또한, 본 명세서 중에 있어서, 복합이란, 단순히 2 개의 재료를 혼합시킬 뿐만 아니라, 복수의 재료를 혼합시킴으로써 재료 간에서의 전하의 수수가 행해질 수 있는 상태가 되는 것을 가리킨다.
상기 전이 금속 산화물로서는, 전자 수용성을 갖는 전이 금속 산화물을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 전이 금속 산화물 중에서도, 원소 주기율표에 있어서의 제 4 족 내지 제 8 족에 속하는 금속의 산화물인 것이 바람직하다. 특히, 산화 바나듐, 산화 니오브, 산화 탄탈, 산화 크롬, 산화 몰리브덴, 산화 텅스텐, 산화 망간, 산화 레늄은 전자 수용성이 높기 때문에 바람직하다. 그 중에서도, 특히 산화 몰리브덴은 대기 중에서도 안정적이고 흡습성이 낮으며 취급하기 쉽기 때문에 바람직하다.
또한, 상기 유기 화합물로서는, 방향족 아민 화합물, 카르바졸 유도체, 방향족 탄화 수소, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등) 디벤조푸란 골격 또는 디벤조티오펜 골격을 포함한 복소환 화합물 등, 여러 가지 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 복합 재료에 사용한 유기 화합물로서는, 정공 수송성이 높은 유기 화합물을 사용한다. 구체적으로는, 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질인 것이 바람직하다. 다만, 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이면 이들 이외의 물질을 사용하여도 좋다.
상기 전이 금속 산화물과 상기 유기 화합물을 포함한 복합 재료에서는, 유기 화합물의 최고 피점유 궤도 준위(HOMO 준위)에 있는 전자가 전이 금속 산화물의 전도대로 이동함으로써, 전이 금속 산화물과 유기 화합물 사이에 상호 작용이 발생한다. 이 상호 작용에 의하여, 전이 금속 산화물과 유기 화합물을 포함한 복합 재료는 캐리어 밀도가 높고, 도전성을 나타낸다.
이하에서는, 복합 재료에 사용할 수 있는 유기 화합물을 구체적으로 열거한다.
예를 들면, 복합 재료에 사용할 수 있는 방향족 아민 화합물로서는, 예를 들어, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: NPB), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1'-비페닐]-4,4'-디아민(약칭: TPD), 4,4',4''-트리스(N,N-디페닐아미노)트리페닐아민(약칭: TDATA), 4,4',4''-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트리페닐아민(약칭: MTDATA), N,N'-비스(스피로-9,9'-비플루오렌-2-일)- N,N'-디페닐벤지딘(약칭: BSPB) 등을 사용할 수 있다. 또한, N,N'-비스(4-메틸페닐)-N,N'-디페닐-p-페닐렌디아민(약칭: DTDPPA), 4,4'-비스[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: DPAB), N,N'-비스[4-비스(3-메틸페닐)아미노]페닐]-N,N'-디페닐-[1,1'-비페닐]-4,4'-디아민(약칭: DNTPD), 1,3,5-트리스[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트리페닐아민(약칭：BPAFLP), 4,4'-비스[N-(9,9-디메틸플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: DFLDPBi) 등을 들 수 있다.
복합 재료에 사용할 수 있는 카르바졸 유도체로서는, 구체적으로는, 3-[N-(9-페닐카르바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카르바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카르바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카르바졸(약칭: PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카르바졸-3-일)아미노]-9-페닐카르바졸(약칭: PCzPCN1) 등을 들 수 있다.
복합 재료에 사용할 수 있는 카르바졸 유도체로서는, 4,4'-디(N-카르바졸일)비페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카르바졸일)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(N-카르바졸일)]페닐-10-페닐안트라센(약칭: CzPA), 1,4-비스[4-(N-카르바졸일)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠 등을 사용할 수 있다.
복합 재료에 사용할 수 있는 방향족 탄소 수소로서는, 예를 들어, 2-tert-부틸-9,10-디(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 2-tert-부틸-9,10-디(1-나프틸)안트라센, 9,10-비스(3,5-디페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 2-tert-부틸-9,10-비스(4-페닐페닐)안트라센(약칭: t-BuDBA), 9,10-디(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 9,10-디페닐안트라센(약칭: DPAnth), 2-tert-부틸안트라센(약칭: t-BuAnth), 9,10-비스(4-메틸-1-나프틸)안트라센(약칭: DMNA), 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]-2-tert-부틸안트라센, 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-디(1-나프틸)안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-디(2-나프틸)안트라센, 9,9'-비안트릴, 10,10'-디페닐-9,9'-비안트릴, 10,10'-비스(2-페닐페닐)-9,9'-비안트릴, 10,10'-비스[(2,3,4,5,6-펜타페닐)페닐]-9,9'-비안트릴, 안트라센, 테트라센, 루브렌, 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(tert-부틸)페릴렌 등을 들 수 있다. 또한, 그 외에 펜타센, 코로넨 등도 사용할 수 있다. 이와 같이 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖고, 탄소수가 14 내지 42인 방향족 탄화 수소를 사용하는 것이 더 바람직하다.
복합 재료에 사용할 수 있는 방향족 탄화 수소는, 비닐 골격을 가져도 좋다. 비닐기를 갖는 방향족 탄화 수소로서는 예를 들어, 4,4'-비스(2,2-디페닐비닐)비페닐(약칭: DPVBi), 9,10-비스[4-(2,2-디페닐비닐)페닐]안트라센(약칭: DPVPA) 등을 들 수 있다.
또한, 복합 재료에 사용할 수 있는 유기 화합물은, 디벤조푸란 골격 또는 디벤조티오펜 골격을 포함한 복소환 화합물이어도 좋다.
또한, 복합 재료에 사용할 수 있는 유기 화합물은, 고분자 화합물이어도 좋고, 예를 들어, 폴리(N-비닐카르바졸)(약칭: PVK), 폴리(4-비닐트리페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-디페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아미드](약칭: PTPDMA), 폴리[N,N'-비스(4-부틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD) 등을 사용하여도 좋다.
도 8은 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트리페닐아민(약칭: BPAFLP) 및 산화 몰리브덴(VI)을 공증착함으로써 얻어지는 투광성 도전막(막 두께 57nm)의 분광 투과율, 그리고 일반적인 비정질 실리콘 광전 변환 장치의 분광 감도 특성을 나타낸 것이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 본 실시형태에서 나타낸 투광성 도전막은 결정성 실리콘이 광 흡수를 나타낸 파장 범위에서 투광성이 뛰어나기 때문에, 뒷면 전극에서 반사되고, 결정성 실리콘 내로 뒤돌아온 광은 효율적으로 광전 변환으로 이용된다.
상술한 투광성 도전막의 형성 방법으로서는, 건식법, 습식법을 막론하고, 여러 가지 방법을 사용할 수 있다. 건식법으로서는, 예를 들어, 복수의 증착원으로부터 복수의 증착 재료를 기화시켜 형성하는 공증착법 등을 들 수 있다. 또한, 습식법으로서는, 졸-겔법 등을 사용하여 복합 재료를 포함하는 조성물을 조정하고, 잉크젯법 또는 스핀 코팅법 등을 사용하여 형성할 수 있다.
이상으로 설명한 투광성 도전막을 광전 변환 장치의 반사층으로서 사용하면, 뒷면 전극 측의 반사율이 향상되고, 광전 변환 장치의 전기 특성을 향상시킬 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 자유롭게 조합할 수 있다.
100: 기판
110: 제 1 전극
120: 제 2 전극
130: 제 1 실리콘 반도체층
140: 제 2 실리콘 반도체층
150: 제 3 실리콘 반도체층
160: 투광성 도전막

Claims (22)

  1. 한 쌍의 전극과;
    제 1 실리콘 반도체층과;
    상기 제 1 실리콘 반도체층과 접하는 제 2 실리콘 반도체층과;
    상기 제 2 실리콘 반도체층과 접하는 제 3 실리콘 반도체층과;
    상기 제 3 실리콘 반도체층과 접하는 투광성막을 포함하고,
    상기 제 1 실리콘 반도체층, 상기 제 2 실리콘 반도체층, 상기 제 3 실리콘 반도체층, 및 상기 투광성막은 상기 한 쌍의 전극 사이에 있고,
    상기 투광성막은 유기 화합물 및 무기 화합물을 포함하는, 광전 변환 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 실리콘 반도체층의 도전형은 p형이고, 상기 제 2 실리콘 반도체층의 도전형은 i형이고, 상기 제 3 실리콘 반도체층의 도전형은 n형인, 광전 변환 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 실리콘 반도체층은 비단결정, 비정질, 미결정 또는 다결정인, 광전 변환 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 무기 화합물은 원소 주기율표에서의 제 4 족 내지 제 8 족에 속하는 금속의 산화물인, 광전 변환 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 무기 화합물은 산화 바나듐, 산화 니오븀, 산화 탄탈, 산화 크롬, 산화 몰리브덴, 산화 텅스텐, 산화 망간, 산화 레늄으로 이루어진 그룹에서 선택되는, 광전 변환 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기 화합물은 방향족 아민 화합물, 카르바졸 유도체, 방향족 탄화 수소, 고분자 화합물, 디벤조푸란 골격 또는 디벤조티오펜 골격을 가진 복소환(複素環) 화합물로 이루어진 그룹에서 선택되는, 광전 변환 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 투광성막의 막 두께는 0nm보다 크고 140nm 이하인, 광전 변환 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 전극 중 하나는 요철 표면을 갖는, 광전 변환 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 전극 중 하나는 투광성 도전막인, 광전 변환 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 무기 화합물은 전자 수용성을 갖는, 광전 변환 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기 화합물은 정공 수송성을 갖는, 광전 변환 장치.
  12. 한 쌍의 전극과;
    제 1 실리콘 반도체층과;
    상기 제 1 실리콘 반도체층과 접하는 제 2 실리콘 반도체층과;
    상기 제 2 실리콘 반도체층과 접하는 제 3 실리콘 반도체층과;
    상기 제 3 실리콘 반도체층과 접하는 제 1 투광성 도전막을 포함하고,
    상기 제 1 투광성막과 접하는 제 4 실리콘 반도체층과;
    상기 제 4 실리콘 반도체층과 접하는 제 5 실리콘 반도체층과;
    상기 제 5 실리콘 반도체층과 접하는 제 6 실리콘 반도체층과;
    상기 제 6 실리콘 반도체층과 접하는 제 2 투광성막을 포함하고,
    상기 제 1 실리콘 반도체층, 상기 제 2 실리콘 반도체층, 상기 제 3 실리콘 반도체층, 상기 제 4 실리콘 반도체층, 상기 제 5 실리콘 반도체층, 상기 제 6 실리콘 반도체층, 상기 제 1 투광성막 및 상기 제 2 투광성막은 상기 한 쌍의 전극 사이에 있고,
    상기 제 2 투광성막은 유기 화합물 및 무기 화합물을 포함하는, 광전 변환 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 실리콘 반도체층 및 상기 제 4 실리콘 반도체층의 도전형은 p형이고, 상기 제 2 실리콘 반도체층 및 상기 제 5 실리콘 반도체층의 도전형은 i형이고, 상기 제 3 실리콘 반도체층 및 상기 제 6 실리콘 반도체층의 도전형은 n형인, 광전 변환 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 실리콘 반도체층은 비정질이고, 상기 제 4 실리콘 반도체층은 미결정 또는 다결정인, 광전 변환 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 무기 화합물은 원소 주기율표에서의 제 4 족 내지 제 8 족에 속하는 금속의 산화물인, 광전 변환 장치.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 무기 화합물은 산화 바나듐, 산화 니오븀, 산화 탄탈, 산화 크롬, 산화 몰리브덴, 산화 텅스텐, 산화 망간, 산화 레늄으로 이루어진 그룹에서 선택되는, 광전 변환 장치.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 유기 화합물은 방향족 아민 화합물, 카르바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 고분자 화합물, 디벤조푸란 골격 또는 디벤조티오펜 골격을 포함한 복소환(複素環) 화합물로 이루어진 그룹에서 선택되는, 광전 변환 장치.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 투광성막의 막 두께는 0nm보다 크고 140nm 이하인, 광전 변환 장치.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 전극 중 하나는 요철 표면을 갖는, 광전 변환 장치.
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 전극 중 하나는 투광성 도전막인, 광전 변환 장치.
  21. 제 12 항에 있어서,
    상기 무기 화합물은 전자 수용성을 갖는, 광전 변환 장치.
  22. 제 12 항에 있어서,
    상기 유기 화합물은 정공 수송성을 갖는, 광전 변환 장치.
KR1020120014375A 2011-02-21 2012-02-13 광전 변환 장치 KR20120095786A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2011-034576 2011-02-21
JP2011034576 2011-02-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20120095786A true KR20120095786A (ko) 2012-08-29

Family

ID=46651742

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120014375A KR20120095786A (ko) 2011-02-21 2012-02-13 광전 변환 장치

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20120211067A1 (ko)
JP (1) JP2012191189A (ko)
KR (1) KR20120095786A (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9437758B2 (en) 2011-02-21 2016-09-06 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Photoelectric conversion device
JP2013058562A (ja) 2011-09-07 2013-03-28 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 光電変換装置
JP6108858B2 (ja) 2012-02-17 2017-04-05 株式会社半導体エネルギー研究所 ｐ型半導体材料および半導体装置
JP2016111279A (ja) * 2014-12-10 2016-06-20 国立大学法人東京農工大学 多接合太陽電池およびその製造方法
JP2017062210A (ja) * 2015-09-25 2017-03-30 株式会社ブイ・テクノロジー 放射線画像撮影装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4292092A (en) * 1980-06-02 1981-09-29 Rca Corporation Laser processing technique for fabricating series-connected and tandem junction series-connected solar cells into a solar battery
JP2704565B2 (ja) * 1990-12-27 1998-01-26 株式会社半導体エネルギー研究所 光電変換装置
EP1320892A2 (en) * 2000-07-06 2003-06-25 BP Corporation North America Inc. Partially transparent photovoltaic modules
US7189917B2 (en) * 2003-03-26 2007-03-13 Canon Kabushiki Kaisha Stacked photovoltaic device
AU2004222793B2 (en) * 2003-10-27 2007-07-26 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Solar cell and process for producing solar cell
US7888167B2 (en) * 2008-04-25 2011-02-15 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Photoelectric conversion device and method for manufacturing the same
US20100269896A1 (en) * 2008-09-11 2010-10-28 Applied Materials, Inc. Microcrystalline silicon alloys for thin film and wafer based solar applications
CN102165600B (zh) * 2008-09-26 2013-09-25 株式会社半导体能源研究所 光电转换器件及其制造方法
US8228160B2 (en) * 2008-11-14 2012-07-24 Epcos Ag Sensor element and process for assembling a sensor element
US8507310B2 (en) * 2008-12-04 2013-08-13 Mitsubishi Electric Corporation Method for manufacturing thin-film photoelectric conversion device
JPWO2010113708A1 (ja) * 2009-03-30 2012-10-11 三菱マテリアル株式会社 太陽電池モジュールの製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012191189A (ja) 2012-10-04
US20120211067A1 (en) 2012-08-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6039154B2 (ja) 光電変換装置
JP6650462B2 (ja) 多接合型光電変換装置および光電変換モジュール
US9437758B2 (en) Photoelectric conversion device
KR101292061B1 (ko) 박막 태양전지
US9159939B2 (en) Photoelectric conversion device
JP5894472B2 (ja) 光電変換装置
KR20120095786A (ko) 광전 변환 장치
JP6000566B2 (ja) 光電変換装置
KR101723797B1 (ko) 페로브스카이트-비정질 실리콘 이종접합 태양전지 및 그의 제조 방법
KR101210046B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR20120119807A (ko) 태양 전지
US20110186122A1 (en) Solar cell
TWI718803B (zh) 電極結構與太陽電池結構
US20150083203A1 (en) Thin film solar cell
KR20140122164A (ko) 태양전지
KR20140121919A (ko) 박막 태양전지
JP5307280B2 (ja) 薄膜光電変換素子
US20130056052A1 (en) Thin film solar cell
TWI408820B (zh) Solar battery
KR20130058554A (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
JP2013115108A (ja) 光電変換素子およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid