WO2012157428A1 - 光電変換装置 - Google Patents

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WO2012157428A1
WO2012157428A1 PCT/JP2012/061173 JP2012061173W WO2012157428A1 WO 2012157428 A1 WO2012157428 A1 WO 2012157428A1 JP 2012061173 W JP2012061173 W JP 2012061173W WO 2012157428 A1 WO2012157428 A1 WO 2012157428A1
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photoelectric conversion
light scattering
layer
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PCT/JP2012/061173
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茂郎 矢田
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三洋電機株式会社
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    • H01L31/054Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52PV systems with concentrators

Definitions

  • the present invention relates to a photoelectric conversion device.
  • a photoelectric conversion device in which semiconductor thin films such as amorphous and microcrystals are stacked is used.
  • FIG. 8 shows a schematic cross-sectional view of the basic configuration of the photoelectric conversion device 100.
  • the photoelectric conversion device 100 is formed by laminating a surface electrode layer 12, a photoelectric conversion unit 14, and a back electrode layer 16 on a substrate 10 such as glass.
  • the surface electrode layer 12 is made of a transparent conductive film (TCO).
  • the back electrode layer 16 often has a laminated structure of a transparent conductive film and a metal film, but there is also a structure in which a metal film is not laminated by disposing a reflective sealing member on the transparent conductive film.
  • the transparent conductive film to be the front electrode layer 12 and the back electrode layer 16 is generally formed using MOCVD or sputtering (see Patent Document 1).
  • a configuration comprising a first transparent electrode layer having surface irregularities and a low-resistance second transparent electrode layer containing zinc oxide doped with impurities at a higher concentration than the first transparent electrode layer is disclosed.
  • the second transparent electrode layer is preferably formed at a deposition rate that is half or less than the deposition rate of the first transparent electrode layer (see Patent Document 1).
  • the contact resistance with the photoelectric conversion unit is low, the electric conductivity is high, A film having a low absorption rate and a high light scattering effect is desired.
  • substrate 10 warps by the mechanical stress between the surface electrode layer 12 and back electrode layer 16 which are transparent conductive films, and the photoelectric conversion unit 14, and the problem that the laminated
  • One aspect of the present invention is formed on a transparent substrate, a surface electrode layer made of a transparent conductive film formed on the substrate, a photoelectric conversion unit formed on the surface electrode layer, and the photoelectric conversion unit.
  • the photoelectric conversion device has a configuration in which a first conductive region having a higher density than one light-scattering region is stacked.
  • the present invention proposes a transparent electrode layer having a low contact resistance, a high electrical conductivity, a low light absorption rate, and a high light scattering effect, and makes it possible to improve the performance of a photoelectric conversion device provided with the transparent electrode layer. In addition, it is possible to provide a photoelectric conversion device in which warpage due to mechanical stress is suppressed and reliability is improved.
  • the photoelectric conversion device 200 is an amorphous silicon photoelectric conversion having a substrate 20 as a light incident side and a wide band gap as a surface electrode layer 22 and a top cell from the light incident side.
  • Unit (a-Si unit) 202, intermediate layer 24, microcrystalline silicon photoelectric conversion unit ( ⁇ c-Si unit) 204 having a narrower band gap than a-Si unit 202 as a bottom cell, back electrode layer 26, filler 28 and backsheet 30 is laminated.
  • a tandem photoelectric conversion device in which an a-Si unit 202 and a ⁇ c-Si unit 204 are stacked will be described as an example of a photoelectric conversion unit that is a power generation layer.
  • the scope of application of the present invention is limited to this. It is not limited, A single type photoelectric conversion apparatus and a multilayer photoelectric conversion apparatus may be sufficient.
  • a material having transparency in at least the visible light wavelength region such as a glass substrate and a plastic substrate, can be applied.
  • a surface electrode layer 22 is formed on the substrate 20.
  • the surface electrode layer 22 is doped with tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO), indium tin oxide (ITO), etc. with tin (Sn), antimony (Sb), fluorine (F), aluminum (Al), etc. It is preferable to use at least one or a combination of a plurality of transparent conductive oxides (TCO).
  • TCO transparent conductive oxides
  • zinc oxide (ZnO) is preferable because it has high translucency, low resistivity, and excellent plasma resistance. It is also preferable to form a texture structure on the surface electrode layer 22.
  • the surface electrode layer 22 is patterned into a strip shape.
  • the surface electrode layer 22 can be patterned into a strip shape using a YAG laser having a wavelength of 1064 nm, an energy density of 13 J / cm 2 , and a pulse frequency of 3 kHz.
  • an a-Si unit 202 is formed by sequentially laminating a p-type layer, an i-type layer, and an n-type silicon thin film.
  • the a-Si unit 202 includes a silicon-containing gas such as silane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), a carbon-containing gas such as methane (CH 4 ), diborane (B 2 H 6 ) Plasma chemical vapor deposition in which a mixed gas obtained by mixing a p-type dopant-containing gas such as phosphine (PH 3 ) and a diluent gas such as phosphine (PH 3 ) and a diluent gas such as hydrogen (H 2 ) is formed into a plasma. It can be formed by the method (CVD method).
  • an RF plasma CVD method of 13.56 MHz is preferably applied.
  • the RF plasma CVD method can be a parallel plate type. It is good also as a structure which provided the gas shower hole for supplying the mixed gas of a raw material in the side which does not distribute
  • Input power density of the plasma is preferably set to 5 mW / cm 2 or more 300 mW / cm 2 or less.
  • the p-type layer is a single layer or a stacked structure such as an amorphous silicon layer, a microcrystalline silicon thin film, or a microcrystalline silicon carbide thin film having a thickness of 5 nm to 50 nm to which a p-type dopant (boron or the like) is added.
  • the film quality of the p-type layer can be changed by adjusting the mixing ratio of the silicon-containing gas, the p-type dopant-containing gas and the dilution gas, the pressure, and the high frequency power for plasma generation.
  • the i-type layer is an amorphous silicon film with a film thickness of 50 nm to 500 nm that is not added with a dopant formed on the p-type layer.
  • the film quality of the i-type layer can be changed by adjusting the mixing ratio of the silicon-containing gas and the dilution gas, the pressure, and the high frequency power for plasma generation.
  • the i-type layer becomes a power generation layer of the a-Si unit 202.
  • the n-type layer is an n-type microcrystalline silicon layer (n-type ⁇ c-Si: H) having a thickness of 10 nm to 100 nm to which an n-type dopant (phosphorus or the like) formed on the i-type layer is added.
  • the film quality of the n-type layer can be changed by adjusting the mixing ratio of the silicon-containing gas, the carbon-containing gas, the n-type dopant-containing gas and the dilution gas, the pressure, and the high-frequency power for plasma generation.
  • the a-Si unit 202 can be deposited under the deposition conditions shown in Table 1.
  • the intermediate layer 24 is formed on the a-Si unit 202.
  • the intermediate layer 24 is preferably made of a transparent conductive oxide (TCO) such as zinc oxide (ZnO) or silicon oxide (SiOx). In particular, it is preferable to use zinc oxide (ZnO) or silicon oxide (SiOx) doped with magnesium (Mg).
  • TCO transparent conductive oxide
  • ZnO zinc oxide
  • SiOx silicon oxide
  • Mg magnesium
  • the intermediate layer 24 can be formed by, for example, sputtering.
  • the film thickness of the intermediate layer 24 is preferably in the range of 10 nm to 200 nm. The intermediate layer 24 may not be provided.
  • the ⁇ c-Si unit 204 is formed by sequentially stacking a p-type layer, an i-type layer, and an n-type layer.
  • the ⁇ c-Si unit 204 includes silicon-containing gas such as silane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), carbon-containing gas such as methane (CH 4 ), diborane (B 2 H 6 ) formed by a plasma CVD method in which a mixed gas obtained by mixing a p-type dopant-containing gas such as phosphine (PH 3 ) and a diluted gas such as phosphine (PH 3 ) and hydrogen (H 2 ) is formed into a plasma. can do.
  • silicon-containing gas such as silane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), carbon-containing gas such as methane (CH 4 ), dibor
  • the plasma CVD method it is preferable to apply, for example, a 13.56 MHz RF plasma CVD method as in the case of the a-Si unit 202.
  • the RF plasma CVD method can be a parallel plate type. It is good also as a structure which provided the gas shower hole for supplying the mixed gas of a raw material in the side which does not distribute
  • Input power density of the plasma is preferably set to 5 mW / cm 2 or more 300 mW / cm 2 or less.
  • the p-type layer is a microcrystalline silicon layer ( ⁇ c-Si: H) to which a p-type dopant (boron or the like) having a thickness of 5 nm to 50 nm is added.
  • a p-type dopant boron or the like
  • the film quality of the p-type layer can be changed by adjusting the mixing ratio of the silicon-containing gas, the p-type dopant-containing gas and the dilution gas, the pressure, and the high frequency power for plasma generation.
  • the i-type layer is a microcrystalline silicon layer ( ⁇ c-Si: H) formed on the p-type layer to which a dopant having a thickness of 0.5 ⁇ m to 5 ⁇ m is not added.
  • the film quality of the i-type layer can be changed by adjusting the mixing ratio of the silicon-containing gas and the dilution gas, the pressure, and the high frequency power for plasma generation.
  • the n-type layer is formed by stacking microcrystalline silicon layers (n-type ⁇ c-Si: H) to which an n-type dopant (phosphorus or the like) having a thickness of 5 nm to 50 nm is added.
  • the film quality of the n-type layer can be changed by adjusting the mixing ratio of the silicon-containing gas, the n-type dopant-containing gas and the dilution gas, the pressure, and the high frequency power for plasma generation.
  • the ⁇ c-Si unit 204 can be deposited under the deposition conditions shown in Table 2.
  • the a-Si unit 202, the intermediate layer 24, and the ⁇ c-Si unit 204 are patterned into strips.
  • a slit is formed by irradiating YAG laser at a position 50 ⁇ m lateral from the patterning position of the surface electrode layer 22, and the a-Si unit 202 and the ⁇ c-Si unit 204 are patterned into strips.
  • a YAG laser having an energy density of 0.7 J / cm 2 and a pulse frequency of 3 kHz is preferably used.
  • the back electrode layer 26 is formed on the ⁇ c-Si unit 204.
  • the back electrode layer 26 has a structure in which a contact region 26a, a light scattering region 26b, and a conductive region 26c are stacked in this order from the ⁇ c-Si unit 204 side.
  • the contact region 26 a is a region provided to improve electrical contact with the photoelectric conversion unit that is the ⁇ c-Si unit 204.
  • the contact region 26a is formed to have a higher dopant concentration than a light scattering region 26b described later.
  • the light scattering region 26b is a region provided to scatter incident light and exert a light confinement effect on the photoelectric conversion device 200.
  • the contact region 26a and the light scattering region 26b can be formed by chemical vapor deposition (CVD).
  • CVD chemical vapor deposition
  • the contact region 26a and the light scattering region 26b are made of zinc oxide (ZnO)
  • the low pressure organometallic using a source gas in which diethyl zinc (DEZ: (C 2 H 5 ) 2 Zn), water and a doping gas are mixed. It can be formed by vapor deposition (LP-MOCVD).
  • Dimethyl zinc may be used as the zinc source gas.
  • Diborane (B 2 H 6 ) can be used as the doping gas.
  • doping gas is introduced while DEZ and water are vaporized by heating evaporation, bubbling, spraying, and the like and then supplied.
  • the contact region 26a is formed in a state where the doping gas is increased as compared with the light scattering region 26b.
  • the contact region 26a and the light scattering region 26b are formed under the film formation conditions shown in Table 3.
  • the dopant concentration in the vicinity of the boundary between the contact region 26a and the light scattering region 26b is It is preferable to form the film so as to be steep. Specifically, it is preferable to make the film thickness of the transition region where the dopant concentration changes smaller than 1/20 of the total film thickness of the contact region 26a and the light scattering region 26b.
  • the conductive region 26c is an electrical conductive layer having a higher density than the light scattering region 26b and having a high electrical conductivity and a low light absorption rate.
  • the light scattering region 26b is a light scattering layer having a density lower than that of the conductive region 26c and forming a texture structure.
  • the conductive region 26c can be formed by a sputtering method.
  • a target containing an element that becomes a material of the conductive region 26c is disposed so as to face the substrate 20 installed in a vacuum chamber, and the target is sputtered by a sputtering gas such as argon, which is converted into plasma, thereby making ⁇ c-Si.
  • Material is deposited on the unit 204 to form the conductive region 26c.
  • the conductive region 26c is formed by a sputtering method under a high-density magnetic field.
  • the conductive region 26c serving as the electrically conductive layer becomes a denser layer than the light scattering region 26b serving as the light scattering layer, and can exhibit higher electrical conductivity and lower light absorption than the light scattering region 26b.
  • the conductive region 26c is preferably formed by magnetron sputtering as shown in Table 4.
  • the conductive region 26c is configured such that the substrate 20 and the target are opposed to each other with a surface spacing of 50 mm in the vacuum chamber, and argon gas is introduced into the vacuum chamber at a flow rate of 100 sccm and a pressure of 0.7 Pa at a substrate temperature of 150 ° C. To form a film.
  • the magnetic field is 1000 G.
  • the back electrode layer 26 is patterned into a strip shape.
  • a slit is formed by irradiating YAG laser at a position 50 ⁇ m lateral from the patterning position of the a-Si unit 202 and the ⁇ c-Si unit 204, and the back electrode layer 26 is patterned into a strip shape.
  • a YAG laser having an energy density of 0.7 J / cm 2 and a pulse frequency of 4 kHz is preferably used.
  • the back electrode layer 26 is covered with the back sheet 30 by the filler 28.
  • the filler 28 and the back sheet 30 can be made of a resin material such as EVA or polyimide.
  • the back sheet 30 can be a transparent substrate such as the same glass plate or plastic substrate as the substrate 20. This can prevent moisture from entering the power generation layer of the photoelectric conversion device 200.
  • the contact region 26a and the light scattering region 26b are formed on the glass substrate, the total film thickness is 2.0 ⁇ m, and the ratio of the respective film thicknesses is 1: 1 and 1: 3.
  • the haze ratio and the total transmittance were measured for the cases described above. Further, the light scattering region 26b was not formed, and only the contact region 26a was formed with a film thickness of 2.0 ⁇ m as a comparative example.
  • the haze rate was used as an evaluation index of the unevenness of the transparent electrode film.
  • the haze ratio is expressed by (diffuse transmittance / total light transmittance) ⁇ 100 [%] (JIS K7136).
  • JIS K7136 Joint Photographic Experts Group
  • the haze ratio was almost constant at any film thickness ratio, and there was no difference from the comparative example.
  • the total transmittance increased as the film thickness of the light scattering region 26b was increased. This is presumably because light absorption is reduced in the light scattering region 26b having a dopant concentration lower than that of the contact region 26a. Further, by reducing the dopant concentration, the particle size of the light scattering region 26b becomes larger than the particle size of the contact region 26a, and the light scattering effect on the contact region 26a is increased in the light scattering region 26b. Therefore, the light confinement effect on the photoelectric conversion device 200 is improved.
  • the contact region 26a has a higher dopant concentration and a lower resistivity than the light scattering region 26b. Therefore, the contact resistance with the ⁇ c-Si unit 204 which is a photoelectric conversion region can be reduced, and good contact characteristics can be provided.
  • the back surface electrode layer 26 contains the laminated structure of the contact region 26a and the light-scattering area
  • SIMS Secondary Ion Mass Spectroscopy
  • Table 5 shows the sheet resistance and haze ratio when the light scattering region 26b and the conductive region 26c are stacked on the glass substrate.
  • the light scattering region 26b was formed with a thickness of 1500 nm under the conditions shown in Table 3, and the conductive region 26c was formed with a thickness of 400 nm under the conditions shown in Table 4. Further, a comparative example in which the contact region 26a was formed on the glass substrate with a film thickness of 1500 nm under the conditions shown in Table 3 was used.
  • the laminated structure of the conductive region 26c and the light scattering region 26b has a lower sheet resistance than the comparative example.
  • the laminated structure of the conductive region 26c and the light scattering region 26b has a higher haze ratio than the comparative example, that is, optical effects such as light confinement are also excellent.
  • FIG. 4 shows the wavelength dependence of the total transmittance when the light scattering region 26b and the conductive region 26c are stacked on a glass substrate and when the contact region 26a is formed with a film thickness of 1500 nm under the conditions shown in Table 3. Showing gender.
  • the laminated structure of the conductive region 26c and the light scattering region 26b in the present embodiment has a higher total transmittance than the comparative example over a wide range except for the short wavelength region near the wavelength of 400 nm.
  • the sheet resistance as the back surface electrode layer 26 whole can be reduced, and the fill factor (FF) of the photoelectric conversion apparatus 200 can be improved. Can do. Further, the short circuit current density (Jsc) of the photoelectric conversion device 200 can be improved by the light confinement effect accompanying the improvement of the haze ratio and the reduction of the light absorption loss accompanying the improvement of the transmittance.
  • the conductive region 26c formed under the film formation conditions shown in Table 4 has a higher film density than the light scattering region 26b.
  • the density of the film can be measured by X-ray reflection analysis. Even when the film to be measured is laminated with another film, the density can be measured by X-ray reflection analysis by exposing the surface of the film to be measured by etching or ion milling. is there. Further, the density of the film to be measured can be measured even by applying electron energy loss spectroscopy (EELS) to the cross section. Therefore, by measuring the density of the film in the film thickness direction of the back electrode layer 26, it can be confirmed that the back electrode layer 26 includes the conductive region 26c.
  • EELS electron energy loss spectroscopy
  • the conductive region 26c formed by the sputtering method contains more zinc (Zn), gallium (Ga), silicon (Si), and copper (Cu) than the contact region 26a and the light scattering region 26b.
  • the presence of the conductive region 26c can be confirmed by measuring the element by SIMS. That is, if a discontinuity appears in the concentration change of these elements in the film thickness direction, this is a boundary between the light scattering region 26b and the conductive region 26c, and the back electrode layer 26 has a laminated structure including the conductive region 26c. I can know that.
  • the concentration distribution of other impurities such as aluminum (Al) also shows discontinuities at the boundary between the conductive region 26c and other layers.
  • the back electrode layer 26 is configured by stacking the contact region 26a, the light scattering region 26b, and the conductive region 26c, thereby making contact with the photoelectric conversion unit.
  • a good back electrode layer 26 having low resistance, high electrical conductivity, low light absorption, and high light scattering effect can be obtained, and the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion device 200 can be improved.
  • sufficient electrical conductivity as the back electrode layer 26 can be obtained without forming a high conductivity layer such as a metal layer on the back electrode layer 26. As a result, the metal layer deposition step can be omitted, and the influence of deterioration of the metal layer over time can be avoided.
  • the stacking order of the back electrode layer 26 may be the contact region 26a, the conductive region 26c, and the light scattering region 26b in order from the ⁇ c-Si unit 204 side.
  • the method for forming the contact region 26a, the light scattering region 26b, and the conductive region 26c is not limited to the above method. In other words, any method can be used as long as it can form the contact region 26a joined to the photoelectric conversion unit, the light scattering region 26b having a dopant concentration lower than that of the contact region 26a, and the conductive region 26c having a higher density than the light scattering region 26b. . Further, the light scattering region 26b may be intentionally lowered in refractive index by adding an element different from the base material or mixing different substances for the purpose of enhancing the light scattering effect.
  • ⁇ Modification 1> In the above embodiment, only the back electrode layer 26 has a three-layer structure, but only the front electrode layer 22 may have a three-layer structure as shown in FIG. In this case, the conductive region 22c, the light scattering region 22b and the contact region 22a, or the light scattering region 22b, the conductive region 22c and the contact region 22a are stacked in this order from the substrate 20 side.
  • the contact region 22a, the light scattering region 22b, and the conductive region 22c can be formed in the same manner as the contact region 26a, the light scattering region 26b, and the conductive region 22c in the above embodiment.
  • the contact region 22a when the contact region 22a is formed on the light scattering region 22b, it is preferable to continuously form the light scattering region 22b and the contact region 22a as a single-layer transparent conductive film.
  • the dopant in the contact region 22a is formed in the vicinity of the boundary between the light scattering region 22b and the contact region 22a so that the grain size of the contact region 22a is increased by taking over the crystallinity of the light scattering region 22b serving as a base during film formation. It is preferable to form the film so that the concentration gradually increases in the film thickness direction.
  • the contact region 22a is located on the transition region where the dopant concentration continuously increases in the film thickness direction from the light scattering region 22b side, and on the photoelectric conversion unit side of the transition region. And a stable region having a small change in dopant concentration.
  • the thickness of the transition region is preferably 1/20 or more and 1/10 or less of the total thickness of the contact region 22a and the light scattering region 22b.
  • the surface electrode layer 22 is formed by stacking the contact region 22a, the light scattering region 22b, and the conductive region 22c, so that the contact resistance with the photoelectric conversion unit is low, the electrical conductivity is high, and the light is absorbed.
  • the surface electrode layer 22 having a low rate and a high light scattering effect can be obtained, and the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion device 200 can be improved.
  • both the front electrode layer 22 and the back electrode layer 26 may have a three-layer structure. Since both the front electrode layer 22 and the back electrode layer 26 have a three-layer structure, the stress applied to both surfaces of the a-Si unit 202, the intermediate layer 24, and the ⁇ c-Si unit 204, which are photoelectric conversion units, is balanced. Further, warpage of the photoelectric conversion device 200 can be suppressed. Thereby, problems such as peeling of the stacked films do not occur, and the reliability of the photoelectric conversion device can be improved.
  • the photoelectric conversion device 300 includes a semiconductor substrate 31, an i-type amorphous layer 32i, a p-type amorphous layer 32p, a surface electrode layer 34, and an i-type amorphous layer.
  • the layer 36i, the n-type amorphous layer 36n, the back electrode layer 38, and the collector electrodes 40 and 42 are configured.
  • the semiconductor substrate 31 is made of a crystalline semiconductor material.
  • the semiconductor substrate 31 can be an n-type or p-type conductive crystalline semiconductor substrate.
  • the surface side of the semiconductor substrate 31 is a light receiving surface (mainly a surface for introducing light from the outside).
  • An i-type amorphous layer 32 i and a p-type amorphous layer 32 p which are amorphous semiconductor layers are formed on the light-receiving surface side of the semiconductor substrate 31.
  • the i-type amorphous layer 32i is an amorphous intrinsic silicon semiconductor layer containing hydrogen.
  • the film thickness of the i-type amorphous layer 32i is 1 nm to 25 nm, preferably 5 nm to 10 nm.
  • the p-type amorphous layer 32p is a layer made of an amorphous semiconductor film containing a p-type conductive dopant.
  • the p-type amorphous layer 32p has a higher concentration of p-type dopant in the film than the i-type amorphous layer 32i.
  • the thickness of the p-type amorphous layer 32p is preferably 1 nm or more and 10 nm or less.
  • An i-type amorphous layer 36 i and an n-type amorphous layer 36 n which are amorphous semiconductor layers are formed on the back side of the semiconductor substrate 31.
  • the i-type amorphous layer 36i is an amorphous intrinsic silicon semiconductor layer containing hydrogen.
  • the film thickness of the i-type amorphous layer 36i is 1 nm or more and 25 nm or less, preferably 5 nm or more and 10 nm or less, like the i-type amorphous layer 32i.
  • the n-type amorphous layer 36n is a layer made of an amorphous semiconductor film containing an n-type conductive dopant.
  • the n-type amorphous layer 36n has a higher n-type dopant concentration in the film than the i-type amorphous layer 36i.
  • the film thickness of the n-type amorphous layer 36n is preferably 1 nm or more and 10 nm or less.
  • the front electrode layer 34 and the back electrode layer 38 are formed on the p-type amorphous layer 32p and the n-type amorphous layer 36n, respectively.
  • the surface electrode layer 34 may be formed in the same manner as the surface electrode layer 22 of the first embodiment.
  • the film thickness of the surface electrode layer 34 is appropriately adjusted according to the refractive index of the surface electrode layer 34, and is preferably 70 nm or more and 100 nm or less.
  • the back electrode layer 38 has a structure in which a contact region 38a, a light scattering region 38b, and a conductive region 38c are stacked in this order from the semiconductor substrate 31 side.
  • the contact region 38a, the light scattering region 38b, and the conductive region 38c may be formed in the same manner as the contact region 26a, the light scattering region 26b, and the conductive region 26c in the first embodiment, respectively.
  • the collecting electrodes 40 and 42 are formed on the surface electrode layers 34 and 38, respectively.
  • the collector electrodes 40 and 42 preferably have a comb-like finger electrode structure.
  • the collector electrodes 40 and 42 can be formed by a screen printing method, a plating method, or the like.
  • the collector electrodes 40 and 42 are formed, for example, by applying a silver paste or the like to a thickness of about several tens of ⁇ m.
  • the back electrode layer 38 has a structure in which the contact region 38a, the light scattering region 38b, and the conductive region 38c are stacked, thereby achieving high light scattering and low resistance.
  • the power generation efficiency of the photoelectric conversion device 300 can be improved.
  • the i-type amorphous layer 32i, the p-type amorphous layer 32p, the surface electrode layer 34, and the collector electrode 40 are provided on the light receiving surface side of the semiconductor substrate 31.
  • a so-called back contact photoelectric conversion device in which a configuration corresponding to these is provided on the back side of the semiconductor substrate 31 (the same side as the collector electrode 42 and the like) may be used.
  • the photoelectric conversion device 400 according to the third embodiment includes the photoelectric conversion device 200 according to the first embodiment (particularly, in the case of a single type photoelectric conversion device including an a-Si unit).
  • the photoelectric conversion device 300 according to the second embodiment is combined. That is, the photoelectric conversion device 300 is arranged on the back surface side of the photoelectric conversion device 200 via the transparent insulating layer 50 and sealed with the back sheet 30 (particularly a transparent substrate such as a glass plate or a plastic substrate) using the filler 28. Structure.
  • the photoelectric conversion device 200 and the photoelectric conversion device 300 are electrically insulated completely, and the generated electric power is taken out separately.
  • the degree of freedom in designing the current of each photoelectric conversion device is higher than that of a normal tandem structure type photoelectric conversion device, and each power generation capacity can be maximized. .
  • the back electrode layer 26 includes the contact region 26a, the light scattering region 26b, and the conductive region 26c, and is formed in the same manner as in the first embodiment. Therefore, high light scattering and low resistance can be achieved, and the power generation efficiency of the photoelectric conversion device 200 can be improved.
  • the back electrode layer 38 includes a contact region 38a, a light scattering region 38b, and a conductive region 38c, and is formed in the same manner as in the second embodiment. Accordingly, high light scattering and low resistance can be achieved, and the power generation efficiency of the photoelectric conversion device 300 can be improved.

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Abstract

 透明性の基板と、基板上に形成された透明導電膜からなる表面電極層と、表面電極層上に形成された光電変換ユニットと、光電変換ユニット上に形成された透明導電膜からなる裏面電極層と、を備え、裏面電極層は、光電変換ユニットと接合されたコンタクト領域と、コンタクト領域より低いドーパント濃度である光散乱領域と、光散乱領域より密度が高い導電領域と、が積層された構成とする。

Description

光電変換装置
 本発明は、光電変換装置に関する。
 太陽光を利用した発電システムとして、アモルファスや微結晶等の半導体薄膜を積層した光電変換装置が用いられている。
 図8に、光電変換装置100の基本構成の断面模式図を示す。光電変換装置100は、ガラス等の基板10上に表面電極層12、光電変換ユニット14及び裏面電極層16を積層して形成される。基板10を透明基板として基板10側から光を入射させる場合、表面電極層12は透明導電膜(TCO)で構成される。また、裏面電極層16は、透明導電膜と金属膜との積層構造とされることが多いが、透明導電膜上に反射性の封止部材を配置することによって金属膜を積層しない構造もみられる。表面電極層12及び裏面電極層16となる透明導電膜は、一般的に、MOCVD法やスパッタリング法を用いて形成される(特許文献1参照)。
 表面凹凸を有する第1透明電極層と、第1透明電極層よりも高濃度で不純物をドープした酸化亜鉛を含む低抵抗第2透明電極層とを備える構成が開示されている。このとき、第2透明電極層を第1透明電極層の堆積速度よりも半分以下の堆積速度で形成することが好ましいとされている(特許文献1参照)。
特開2008-277387号公報
 ところで、表面電極層12又は裏面電極層16として透明導電膜を利用する場合、光電変換装置の変換効率を向上させるためには光電変換ユニットとのコンタクト抵抗が小さく、電気伝導率が高く、光の吸収率が低く、光散乱効果が高い膜とすることが望まれる。
 また、透明導電膜である表面電極層12や裏面電極層16と光電変換ユニット14との間の機械的な応力によって基板10が反り、それに伴って積層された膜が剥がれる等の問題が生ずることがある。したがって、このような反りを抑制し、光電変換装置の信頼性を高めることが望まれる。
 本発明の1つの態様は、透明性の基板と、基板上に形成された透明導電膜からなる表面電極層と、表面電極層上に形成された光電変換ユニットと、光電変換ユニット上に形成された透明導電膜からなる裏面電極層と、を備え、裏面電極層は、光電変換ユニットと接合された第1コンタクト領域と、第1コンタクト領域より低いドーパント濃度である第1光散乱領域と、第1光散乱領域より密度が高い第1導電領域と、が積層された構成である、光電変換装置である。
 本発明は、低コンタクト抵抗、高電気伝導率、低光吸収率、高光散乱効果を有する透明電極層を提案し、これを備えた光電変換装置の性能の向上を可能とする。また、機械的な応力による反りを抑制し、信頼性を高めた光電変換装置の提供を可能とする。
第1の実施の形態における光電変換装置の構造を示す断面図である。 第1の実施の形態における裏面電極層の構造を示す図である。 第1の実施の形態におけるコンタクト領域及び光散乱領域の全透過率を示す図である。 第1の実施の形態における光散乱領域及び導電領域の全透過率を示す図である。 第1の実施の形態における透明電極層の構造を示す図である。 第2の実施の形態における光電変換装置の構造を示す断面図である。 第3の実施の形態における光電変換装置の構造を示す断面図である。 従来の光電変換装置の構造を示す断面図である。
<第1の実施の形態>
 第1の実施の形態における光電変換装置200は、図1に示すように、基板20を光入射側として、光入射側から、表面電極層22、トップセルとして広いバンドギャップを有するアモルファスシリコン光電変換ユニット(a-Siユニット)202、中間層24、ボトムセルとしてa-Siユニット202よりバンドギャップの狭い微結晶シリコン光電変換ユニット(μc-Siユニット)204、裏面電極層26、充填材28及びバックシート30を積層した構造を有している。
 本実施の形態では、発電層である光電変換ユニットとして、a-Siユニット202及びμc-Siユニット204を積層したタンデム型光電変換装置を例に説明を行うが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、シングル型光電変換装置やさらに多層の光電変換装置であってもよい。
 基板20は、例えば、ガラス基板、プラスチック基板等の少なくとも可視光波長領域において透過性を有する材料を適用することができる。
 基板20上に表面電極層22が形成される。表面電極層22は、酸化錫(SnO)、酸化亜鉛(ZnO)、インジウム錫酸化物(ITO)等に錫(Sn)、アンチモン(Sb)、フッ素(F)、アルミニウム(Al)等をドープした透明導電性酸化物(TCO)のうち少なくとも一種類又は複数種を組み合わせて用いることが好適である。特に、酸化亜鉛(ZnO)は、透光性が高く、抵抗率が低く、耐プラズマ特性にも優れているので好適である。また、表面電極層22にはテクスチャ構造を形成することも好適である。
 光電変換装置200を複数のセルを直列に接続した構成とする場合、表面電極層22を短冊状にパターニングする。例えば、波長1064nm、エネルギー密度13J/cm、パルス周波数3kHzのYAGレーザを用いて表面電極層22を短冊状にパターニングすることができる。
 表面電極層22上に、p型層、i型層、n型層のシリコン系薄膜を順に積層してa-Siユニット202を形成する。a-Siユニット202は、シラン(SiH)、ジシラン(Si)、ジクロルシラン(SiHCl)等のシリコン含有ガス、メタン(CH)等の炭素含有ガス、ジボラン(B)等のp型ドーパント含有ガス、フォスフィン(PH)等のn型ドーパント含有ガス及び水素(H)等の希釈ガスを混合した混合ガスをプラズマ化して成膜を行うプラズマ化学気相成長法(CVD法)により形成することができる。
 プラズマCVD法は、例えば、13.56MHzのRFプラズマCVD法を適用することが好適である。RFプラズマCVD法は平行平板型とすることができる。平行平板型の電極のうち基板20を配しない側には原料の混合ガスを供給するためのガスシャワー孔を設けた構成としてもよい。プラズマの投入電力密度は、5mW/cm以上300mW/cm以下とすることが好ましい。
 p型層は、p型ドーパント(ボロン等)を添加した膜厚5nm以上50nm以下のアモルファスシリコン層、微結晶シリコン薄膜、微結晶炭化シリコン薄膜等の単層又は積層構造とする。p型層の膜質は、シリコン含有ガス、p型ドーパント含有ガス及び希釈ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整することによって変化させることができる。i型層は、p型層上に形成されたドーパントが添加されていない膜厚50nm以上500nm以下のアモルファスシリコン膜とする。i型層の膜質は、シリコン含有ガス及び希釈ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整することによって変化させることができる。i型層は、a-Siユニット202の発電層となる。n型層は、i型層上に形成されたn型ドーパント(リン等)を添加した膜厚10nm以上100nm以下のn型微結晶シリコン層(n型μc-Si:H)とする。n型層の膜質は、シリコン含有ガス、炭素含有ガス、n型ドーパント含有ガス及び希釈ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整することによって変化させることができる。これに限定されるものではないが、例えば、表1に示す成膜条件でa-Siユニット202を成膜することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 a-Siユニット202上に、中間層24を形成する。中間層24は、酸化亜鉛(ZnO)、酸化シリコン(SiOx)等の透明導電性酸化物(TCO)を用いることが好適である。特に、マグネシウム(Mg)がドープされた酸化亜鉛(ZnO)や酸化シリコン(SiOx)を用いることが好適である。中間層24は、例えば、スパッタリング等により形成することができる。中間層24の膜厚は10nm以上200nm以下の範囲とすることが好適である。なお、中間層24は、設けなくてもよい。
 中間層24上に、p型層、i型層、n型層を順に積層したμc-Siユニット204を形成する。μc-Siユニット204は、シラン(SiH)、ジシラン(Si)、ジクロルシラン(SiHCl)等のシリコン含有ガス、メタン(CH)等の炭素含有ガス、ジボラン(B)等のp型ドーパント含有ガス、フォスフィン(PH)等のn型ドーパント含有ガス及び水素(H)等の希釈ガスを混合した混合ガスをプラズマ化して成膜を行うプラズマCVD法により形成することができる。
 プラズマCVD法は、a-Siユニット202と同様に、例えば、13.56MHzのRFプラズマCVD法を適用することが好適である。RFプラズマCVD法は平行平板型とすることができる。平行平板型の電極のうち基板20を配しない側には原料の混合ガスを供給するためのガスシャワー孔を設けた構成としてもよい。プラズマの投入電力密度は、5mW/cm以上300mW/cm以下とすることが好ましい。
 p型層は、膜厚5nm以上50nm以下のp型ドーパント(ボロン等)が添加された微結晶シリコン層(μc-Si:H)とする。p型層の膜質は、シリコン含有ガス、p型ドーパント含有ガス及び希釈ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整することによって変化させることができる。
 i型層は、p型層上に形成された膜厚0.5μm以上5μm以下のドーパントが添加されていない微結晶シリコン層(μc-Si:H)である。i型層の膜質は、シリコン含有ガス及び希釈ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整することによって変化させることができる。
 n型層は、膜厚5nm以上50nm以下のn型ドーパント(リン等)が添加された微結晶シリコン層(n型μc-Si:H)を積層して構成される。n型層の膜質は、シリコン含有ガス、n型ドーパント含有ガス及び希釈ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整することによって変化させることができる。これに限定されるものではないが、例えば、表2に示す成膜条件でμc-Siユニット204を成膜することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 複数のセルを直列接続する場合、a-Siユニット202、中間層24及びμc-Siユニット204を短冊状にパターニングする。表面電極層22のパターンニング位置から50μm横の位置にYAGレーザを照射してスリットを形成し、a-Siユニット202及びμc-Siユニット204を短冊状にパターニングする。YAGレーザは、例えば、エネルギー密度0.7J/cm、パルス周波数3kHzのものを用いることが好適である。
 μc-Siユニット204上に、裏面電極層26を形成する。本実施の形態では、図2に示すように、裏面電極層26は、μc-Siユニット204側から順にコンタクト領域26a、光散乱領域26b及び導電領域26cを積層した構成とする。
 コンタクト領域26aは、μc-Siユニット204である光電変換ユニットとの電気的な接触を良好にするために設けられる領域である。コンタクト領域26aは、後述する光散乱領域26bよりもドーパント濃度が高くなるように形成される。一方、光散乱領域26bは、入射される光を散乱させて光電変換装置200に対して光閉じ込め効果を奏するために設けられる領域である。
 コンタクト領域26a及び光散乱領域26bは、化学気相成長法(CVD)で形成することができる。例えば、コンタクト領域26a及び光散乱領域26bを酸化亜鉛(ZnO)とする場合、ジエチル亜鉛(DEZ:(CZn)、水及びドーピングガスを混合した原料ガスを用いた低圧有機金属気相成長法(LP-MOCVD)で形成することができる。亜鉛の原料ガスは、ジメチル亜鉛を用いてもよい。ドーピングガスとしてはジボラン(B26)を用いることができる。基板温度は150℃以上、圧力は0.1mbar以上10mbar以下の条件下において、DEZ及び水を加熱蒸発、バブリング、噴霧等により気化させてから供給しつつ、ドーピングガスを導入する。
 コンタクト領域26aは、光散乱領域26bよりもドーピングガスを増やした状態で成膜する。例えば、コンタクト領域26a及び光散乱領域26bは、表3に示す成膜条件で成膜する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 ここで、成膜時に下地となるコンタクト領域26aの結晶性を引き継いで光散乱領域26bの粒経が小さくなることを避けるために、コンタクト領域26aと光散乱領域26bとの境界近傍のドーパント濃度は急峻となるように成膜することが好適である。具体的には、ドーパント濃度が変化する遷移領域の膜厚をコンタクト領域26aと光散乱領域26bの合計の膜厚の1/20より小さくすることが好ましい。
 導電領域26cは、光散乱領域26bよりも密度が高く、高い電気伝導率と低い光吸収率を有する電気伝導層である。また、光散乱領域26bは、導電領域26cよりも密度が低く、テクスチャ構造が形成される光散乱層である。裏面電極層26をこうした積層構造とすることで、電気伝導率が高く、光の吸収率が低く、かつ、高い光散乱効果を有する透明電極とすることができる。
 導電領域26cは、スパッタリング法で形成することができる。スパッタリング法では、真空槽内に設置した基板20に対向させて導電領域26cの材料となる元素を含むターゲットを配置し、プラズマ化したアルゴン等のスパッタ用ガスによりターゲットをスパッタリングすることによってμc-Siユニット204上に材料を堆積させて導電領域26cを形成する。例えば、導電領域26cは、高密度の磁場下におけるスパッタリング法で形成する。これにより、電気伝導層となる導電領域26cは光散乱層となる光散乱領域26bよりも緻密な層となり、光散乱領域26bよりも高い電気伝導率及び低い光吸収率を示すことができる。
 例えば、導電領域26cは、表4に示すようにマグネトロンスパッタリング法により形成することが好適である。導電領域26cは、真空槽内に基板20とターゲットを50mmの面間隔で対向配置し、基板温度150℃においてアルゴンガスを流量100sccm及び圧力0.7Paで真空槽に導入して500Wの電力によりプラズマ化して成膜する。このとき、磁場は1000Gとする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 光電変換装置200を複数のセルを直列に接続した構成とする場合、裏面電極層26を短冊状にパターニングする。a-Siユニット202及びμc-Siユニット204のパターンニング位置から50μm横の位置にYAGレーザを照射してスリットを形成し、裏面電極層26を短冊状にパターニングする。YAGレーザは、エネルギー密度0.7J/cm、パルス周波数4kHzのものを用いることが好適である。
 さらに、充填材28によって裏面電極層26の表面をバックシート30で被う。充填材28及びバックシート30は、EVA、ポリイミド等の樹脂材料とすることができる。あるいは、バックシート30は、基板20と同じガラス板、プラスチック基板等の透明基板とすることができる。これによって、光電変換装置200の発電層への水分の浸入等を防ぐことができる。
 次に、裏面電極層26をコンタクト領域26a、光散乱領域26b及び導電領域26cの積層構造とする効果について説明する。
 表3に示した成膜条件において、ガラス基板上にコンタクト領域26a及び光散乱領域26bを形成し、その全膜厚を2.0μmとし、それぞれの膜厚の比を1:1及び1:3とした場合についてヘイズ率と全透過率の測定を行った。また、光散乱領域26bは形成せず、コンタクト領域26aのみを2.0μmの膜厚で形成して比較例とした。
 ここでは、透明電極膜の凹凸の評価指標としてヘイズ率を用いた。ヘイズ率とは、(拡散透過率/全光線透過率)×100[%]で表されるものである(JIS K7136)。ヘイズ率の簡易評価方法としては、D65光源もしくはC光源を用いたヘイズメータによる測定が一般的に用いられる。
 測定の結果、いずれの膜厚比においてもヘイズ率はほぼ一定であり、比較例とも差がなかった。全透過率は、図3に示すように、光散乱領域26bの膜厚を増加させるにつれて大きくなった。これは、コンタクト領域26aよりもドーパント濃度が低い光散乱領域26bでは光の吸収が小さくなることに起因すると推考される。また、ドーパント濃度を低くすることによって光散乱領域26bの粒経はコンタクト領域26aの粒経よりも大きくなり、光散乱領域26bではコンタクト領域26aに対して光の散乱効果が大きくなる。したがって、光電変換装置200に対する光閉じ込め効果が向上する。
 一方、コンタクト領域26aは、光散乱領域26bよりもドーパント濃度が高く、抵抗率が低い。したがって、光電変換領域であるμc-Siユニット204とのコンタクト抵抗を低下させ、良好なコンタクト特性を提供することができる。
 なお、裏面電極層26がコンタクト領域26aと光散乱領域26bとの積層構造を含むことはドーパントを二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectroscopy)で測定することによって確認することができる。すなわち、コンタクト領域26aは光散乱領域26bよりも高いドーパント濃度であるので、μc-Siユニット204側からの膜厚方向へのドーパント濃度変化において不連続的にドーパント濃度が増加する点が現われれば、これがコンタクト領域26aと光散乱領域26bとの境界であり、裏面電極層26がコンタクト領域26aと光散乱領域26bとの積層構造を含むことを知ることができる。
 表5に、ガラス基板上に光散乱領域26b及び導電領域26cを積層した場合のシート抵抗及びヘイズ率を示す。光散乱領域26bは、表3に示した条件において1500nmの膜厚で成膜し、導電領域26cは、表4に示した条件において400nmの膜厚で成膜した。また、ガラス基板上に表3に示した条件においてコンタクト領域26aを1500nmの膜厚で成膜したものを比較例とした。導電領域26cと光散乱領域26bとの積層構造は、比較例に対してシート抵抗が低くなる。また、導電領域26cと光散乱領域26bとの積層構造は、比較例に対してヘイズ率が高く、すなわち光閉じ込め等の光学的な効果も優れている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 図4は、ガラス基板上に光散乱領域26b及び導電領域26cを積層した場合、並びに表3に示した条件においてコンタクト領域26aを1500nmの膜厚で成膜した場合についての全透過率の波長依存性を示す。図4に示されるように、波長400nm付近の短波長領域以外では広範囲に亘って本実施の形態における導電領域26cと光散乱領域26bとの積層構造は比較例よりも全透過率が高かった。
 このように、光散乱領域26b及び導電領域26cの積層構造とすることによって、裏面電極層26全体としてのシート抵抗を低減することができ、光電変換装置200の曲線因子(FF)を向上させることができる。また、ヘイズ率の向上に伴う光閉じ込め効果及び透過率の向上に伴う光の吸収損失の低下によって光電変換装置200の短絡電流密度(Jsc)も向上させることができる。
 なお、表4に示す成膜条件で形成した導電領域26cは、光散乱領域26bより膜の密度が高くなる。膜の密度は、X線反射分析によって測定することができる。測定対象となる膜を他の膜と積層した場合であっても、エッチングやイオンミリング等によって測定対象の膜の表面を露出させた状態にすることでX線反射分析による密度の測定が可能である。また、断面に対して電子エネルギー損失分光法(EELS:Electron Energy-Loss Spectroscopy)を適用しても測定対象の膜の密度を測定することができる。したがって、裏面電極層26の膜厚方向への膜の密度の測定を行うことによって、裏面電極層26が導電領域26cを含むことを確認することができる。
 また、スパッタリング法で形成される導電領域26cは、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、シリコン(Si)及び銅(Cu)をコンタクト領域26a及び光散乱領域26bよりも多く含んでおり、これらの元素をSIMSで測定することによって導電領域26cの存在を確認することができる。すなわち、これらの元素の膜厚方向の濃度変化において不連続点が現われれば、これが光散乱領域26bと導電領域26cとの境界であり、裏面電極層26が導電領域26cを含む積層構造であることを知ることができる。なお、アルミニウム(Al)等の他の不純物の濃度分布も導電領域26cと他の層との境界において不連続点を示す。
 以上のように、本発明の実施の形態における光電変換装置200では、コンタクト領域26a、光散乱領域26b及び導電領域26cを積層して裏面電極層26を構成することによって、光電変換ユニットとのコンタクト抵抗が小さく、電気伝導率が高く、光の吸収率が低く、かつ高い光散乱効果を有する良好な裏面電極層26とすることができ、光電変換装置200の光電変換効率を向上させることができる。また、裏面電極層26上に金属層のような導電率の高い層を形成することなく、裏面電極層26として十分な電気伝導率を得ることができる。これにより、金属層の成膜工程を省くことができ、経時的な金属層の劣化等の影響も避けることができる。
 なお、裏面電極層26の積層順をμc-Siユニット204側から順にコンタクト領域26a、導電領域26c及び光散乱領域26bとしてもよい。
 また、コンタクト領域26a、光散乱領域26b及び導電領域26cの成膜方法は上記の方法に限定されるものではない。すなわち、光電変換ユニットと接合されるコンタクト領域26aと、コンタクト領域26aより低いドーパント濃度である光散乱領域26bと、光散乱領域26bより密度が高い導電領域26cと、を形成できる方法であればよい。さらに、光散乱領域26bは、光散乱効果を高めることを目的として、母材と異なる元素の添加もしくは異なる物質を混在させることによって、意図的に低屈折率化させてもよい。
<変形例1>
 上記実施の形態では、裏面電極層26のみを3層の積層構造としたが、図5に示すように、表面電極層22のみを3層の積層構造としてもよい。この場合、基板20側から導電領域22c、光散乱領域22b及びコンタクト領域22a、又は光散乱領域22b、導電領域22c及びコンタクト領域22aの順に積層する。
 このとき、コンタクト領域22a、光散乱領域22b及び導電領域22cは、上記実施の形態におけるコンタクト領域26a、光散乱領域26b及び導電領域22cと同様に成膜することができる。
 ここで、光散乱領域22b上にコンタクト領域22aを形成する場合には、光散乱領域22bとコンタクト領域22aとを単層の透明導電膜として連続成膜することが好適である。特に、成膜時に下地となる光散乱領域22bの結晶性を引き継いでコンタクト領域22aの粒経が大きくなるように、光散乱領域22bとコンタクト領域22aとの境界近傍において、コンタクト領域22a内のドーパント濃度が膜厚方向に緩やかに増加するように成膜することが好適である。具体的には、コンタクト領域22aは、光散乱領域22b側から、ドーパント濃度が膜厚方向に向けて連続的に増加する遷移領域と、この遷移領域の光電変換ユニット側に位置し、遷移領域よりドーパント濃度の変移が小さい安定領域と、で構成される。特に、遷移領域の膜厚は、コンタクト領域22aと光散乱領域22bの合計の膜厚の1/20以上1/10以下とすることが好ましい。
 以上のように、コンタクト領域22a、光散乱領域22b及び導電領域22cを積層して表面電極層22を構成することによって、光電変換ユニットとのコンタクト抵抗が小さく、電気伝導率が高く、光の吸収率が低く、かつ高い光散乱効果を有する良好な表面電極層22とすることができ、光電変換装置200の光電変換効率を向上させることができる。
<変形例2>
 また、表面電極層22及び裏面電極層26の両方を3層の積層構造としてもよい。表面電極層22及び裏面電極層26の両方を3層の積層構造とすることによって、光電変換ユニットであるa-Siユニット202、中間層24及びμc-Siユニット204の両面に掛る応力が均衡し、光電変換装置200の反りを抑制することができる。これにより、積層された膜が剥がれる等の問題が生ずることがなくなり、光電変換装置の信頼性を高めることができる。
<第2の実施の形態>
 第2の実施の形態における光電変換装置300は、図6に示すように、半導体基板31、i型非晶質層32i、p型非晶質層32p、表面電極層34、i型非晶質層36i、n型非晶質層36n、裏面電極層38及び集電極40,42を含んで構成される。
 半導体基板31は、結晶系の半導体材料から構成される。半導体基板31は、n型又はp型の導電型の結晶性半導体基板とすることができる。半導体基板31は、例えば、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、砒化ガリウム基板(GaAs)、インジウム燐基板(InP)等を適用することができる。また、半導体基板31の表面にテクスチャ構造を設けてもよい。なお、半導体基板31の表面側を受光面(主として外部から光を導入する面)とする。
 半導体基板31の受光面側に非晶質の半導体層であるi型非晶質層32i及びp型非晶質層32pが形成される。i型非晶質層32iは、水素を含むアモルファスの真性シリコン半導体層である。i型非晶質層32iの膜厚は、1nm以上25nm以下とし、好ましくは5nm以上10nm以下とすることが好適である。p型非晶質層32pは、p型の導電型のドーパントを含む非晶質半導体膜からなる層である。p型非晶質層32pは、i型非晶質層32iよりも膜中のp型のドーパントの濃度が高くされる。p型非晶質層32pの膜厚は、1nm以上10nm以下とすることが好適である。
 半導体基板31の裏面側に非晶質の半導体層であるi型非晶質層36i及びn型非晶質層36nが形成される。i型非晶質層36iは、水素を含むアモルファスの真性シリコン半導体層とされる。i型非晶質層36iの膜厚は、i型非晶質層32iと同様に、1nm以上25nm以下であり、好ましくは5nm以上10nm以下である。n型非晶質層36nは、n型の導電型のドーパントを含む非晶質半導体膜からなる層である。n型非晶質層36nは、i型非晶質層36iよりも膜中のn型のドーパントの濃度が高くされる。n型非晶質層36nの膜厚は1nm以上10nm以下とすることが好適である。
 表面電極層34及び裏面電極層38は、それぞれp型非晶質層32p及びn型非晶質層36n上に形成される。表面電極層34は、第1の実施の形態の表面電極層22と同様に形成すればよい。表面電極層34の膜厚は、表面電極層34の屈折率により適宜調整され、70nm以上100nm以下とすることが好適である。
 裏面電極層38は、半導体基板31側から順にコンタクト領域38a、光散乱領域38b及び導電領域38cを積層した構成とする。コンタクト領域38a、光散乱領域38b及び導電領域38cは、それぞれ第1の実施の形態におけるコンタクト領域26a、光散乱領域26b及び導電領域26cと同様に形成すればよい。
 集電極40,42は、それぞれ表面電極層34,38上に形成される。集電極40,42は、櫛状のフィンガー電極構造とすることが好適である。集電極40,42は、スクリーン印刷法やメッキ法等により形成することができる。集電極40,42は、例えば、銀ペースト等を数10μm程度の厚みに塗布することにより形成される。
 第2の実施の形態においても、第1の実施の形態と同様に、裏面電極層38をコンタクト領域38a、光散乱領域38b及び導電領域38cを積層した構造とすることで、高光散乱及び低抵抗化が可能となり、光電変換装置300の発電効率を向上させることができる。
 なお、第2の実施の形態における光電変換装置300では、半導体基板31の受光面側にi型非晶質層32i、p型非晶質層32p、表面電極層34及び集電極40を設けたが、これらに対応する構成を半導体基板31の裏面側(集電極42等と同じ側)に設けた、いわゆるバックコンタクト型の光電変換装置であってもよい。
<第3の実施の形態>
 第3の実施の形態における光電変換装置400は、図7に示すように、第1の実施の形態における光電変換装置200(特にa-Siユニットで構成されるシングル型光電変換装置の場合)と第2の実施の形態における光電変換装置300とを組み合わせた構造を有する。すなわち、光電変換装置200の裏面側に透明絶縁層50を介して光電変換装置300を配置し、充填材28を用いてバックシート30(特にガラス板、プラスチック基板等の透明基板)によって封止した構造とする。光電変換装置200と光電変換装置300とは電気的には完全に絶縁され、発電された電力は別々に取り出される。
 このような構成とすることによって、通常のタンデム構造型の光電変換装置に比べ、各々の光電変換装置の電流設計の自由度が高くなり、各々の発電能力を最大に発揮することが可能となる。
 このとき、裏面電極層26は、コンタクト領域26a、光散乱領域26b及び導電領域26cを含み、第1の実施の形態と同様に形成される。したがって、高光散乱及び低抵抗化が可能となり、光電変換装置200の発電効率を向上させることができる。
 また、裏面電極層38は、コンタクト領域38a、光散乱領域38b及び導電領域38cを含み、第2の実施の形態と同様に形成される。したがって、高光散乱及び低抵抗化が可能となり、光電変換装置300の発電効率を向上させることができる。
 10 基板、12 表面電極層、14 光電変換ユニット、16 裏面電極層、20 基板、22 表面電極層、22a コンタクト領域、22b 光散乱領域、22c 導電領域、24 中間層、26 裏面電極層、26a コンタクト領域、26b 光散乱領域、26c 導電領域、28 充填材、30 バックシート、31 半導体基板、32i i型非晶質層、32p p型非晶質層、34 表面電極層、36i i型非晶質層、36n n型非晶質層、38 裏面電極層、40,42 集電極、50 透明絶縁層、100,200,300,400 光電変換装置、202 a-Siユニット、204 μc-Siユニット。

Claims (6)

  1.  透明性の基板と、
     前記基板上に形成された透明導電膜からなる表面電極層と、
     前記表面電極層上に形成された光電変換ユニットと、
     前記光電変換ユニット上に形成された透明導電膜からなる裏面電極層と、
    を備え、
     前記裏面電極層は、
     前記光電変換ユニットと接合された第1コンタクト領域と、
     前記第1コンタクト領域より低いドーパント濃度である第1光散乱領域と、
     前記第1光散乱領域より密度が高い第1導電領域と、
    が積層された構成である、光電変換装置。
  2.  請求項1に記載の光電変換装置であって、
     前記表面電極層は、
     前記光電変換ユニットに接合された第2コンタクト領域と、
     前記第2コンタクト領域より低いドーパント濃度である第2光散乱領域と、
     前記第2光散乱領域より密度が高い第2導電領域と、
    が積層された構成であることを特徴とする光電変換装置。
  3.  請求項1又は2に記載の光電変換装置であって、
     前記裏面電極層上に金属層が設けられていないことを特徴とする光電変換装置。
  4.  結晶系半導体基板と、
     前記半導体基板の受光面とは反対側の表面上に形成された真性な第1非晶質半導体層と、
     前記第1非晶質半導体層上に形成された第1導電型の第2非晶質半導体層と、
     前記第2非晶質半導体層上に形成された透明導電膜からなる裏面電極層と、
    を備え、
     前記裏面電極層は、
     前記第2非晶質半導体層と接合された第1コンタクト領域と、
     前記第1コンタクト領域より低いドーパント濃度である第1光散乱領域と、
     前記第1光散乱領域より密度が高い第1導電領域と、
    が積層された構成である、光起電力装置。
  5.  請求項4に記載の光起電力装置であって、
     前記結晶系半導体基板の受光面上に形成された真性な第3非晶質半導体層と、
     前記第3非晶質半導体層上に形成された第2導電型の第4非晶質半導体層と、
     前記第4非晶質半導体層上に形成された透明導電膜からなる裏面電極層と、
    をさらに備える、光起電力装置。
  6.  請求項1に記載の光起電力装置と、請求項4に記載の光起電力装置と、が積層された構成である、光起電力装置。
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