JP2003298088A

JP2003298088A - シリコン系薄膜光電変換装置

Info

Publication number: JP2003298088A
Application number: JP2002100664A
Authority: JP
Inventors: Hiroko Tawada; 裕子多和田; Susumu Fukuda; 丞福田; Kenji Yamamoto; 憲治山本
Original assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2002-04-02
Filing date: 2002-04-02
Publication date: 2003-10-17
Anticipated expiration: 2022-04-02
Also published as: JP4222500B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、光電変換装置に入射した光を、光
散乱層を用いて、光電変換装置内で有効に吸収させるこ
とによって、薄膜光電変換装置の変換効率を向上させる
ことを目的とする。【解決手段】透明基板１上に順次堆積された第一の電
極層（透明電極）２と、少なくとも１つ以上のシリコン
系光電変換ユニット１０と、第二の電極層（裏面電極）
を含み、第二の電極層は透明導電性層３ａ，３ｃおよび
透明絶縁層３ｂからなる光散乱層３と光反射性金属層４
を具備した薄膜光電変換装置において、光散乱層３は３
０〜１５０ｎｍの範囲内の厚さを有するとともに、絶縁
性薄膜３ｂは３０〜７０％の表面被覆率で介在している
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜光電変換装置
の変換効率の改善に関するもので、特に電極層または光
電変換ユニット間に配置する光散乱層に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えば多結晶シリコンや微結晶シ
リコンのような結晶質シリコンを含む薄膜を利用した光
電変換装置の開発が精力的に行われている。これらの光
電変換装置の開発では、安価な基板上に低温プロセスで
良質の結晶質シリコン薄膜を形成することによる低コス
ト化と高効率化の両立が目的となっている。こうした光
電変換装置は、太陽電池、光センサなど、さまざまな用
途への応用が期待されている。

【０００３】光電変換装置の一例として、基板上に、透
明電極と、一導電型層、結晶質シリコン系光電変換層お
よび逆導電型層を含む光電変換ユニットと、光反射性金
属層を含む裏面電極とを順次形成した構造を有するもの
が知られている。この光電変換装置では、光電変換層が
薄いと光吸収係数の小さな長波長領域の光が十分に吸収
されないため、光電変換量は本質的に光電変換層の膜厚
によって制約を受ける。そこで、光電変換層を含む光電
変換ユニットに入射した光をより有効に利用するため
に、光入射側の透明電極に表面凹凸（表面テクスチャ）
構造を設けて光を光電変換ユニット内へ散乱させ、さら
に金属電極で反射した光を乱反射させる工夫がなされて
いる。

【０００４】また、薄膜光電変換装置の変換効率を高め
るための他の手段として、裏面金属層と薄膜半導体層の
間に適当な光学的性質を有する透明層を介在させ、多重
干渉効果により裏面金属反射層の反射率を高める方法が
ある。例えば、薄膜半導体層と金属層との間に透明層と
して酸化亜鉛（ＺｎＯ）を介在させる場合がある。

【０００５】さらに、金属層と透明層の２層からなる裏
面反射層に、テクスチャ構造を組み合わせることも知ら
れていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】入射した光を散乱さ
せることを目的に、光入射側透明電極の表面凹凸の深さ
を大きくした場合、その上に形成する導電型層であるｐ
層の膜厚に分布ができ、開放電圧（Ｖｏｃ）が低下す
る。また、光電変換層として結晶質シリコンを用いた薄
膜光電変換装置の場合は、凹凸の深さが大きいと、凹部
から結晶粒界が発生しやすくなり、光電変換層の膜質の
低下や内部短絡を起こしやすくなってしまう等の問題点
があった。

【０００７】また、裏面金属反射層の反射率を高めるた
めに介在させる透明層についても表面凹凸が形成されて
いれば、光閉じ込め効果が得られる。しかし、基板上に
直接形成する電極の場合とは異なり、薄膜光電変換ユニ
ット上に形成する場合は、形成方法や温度条件等の制約
から、所望の表面凹凸構造を高い精度で形成することは
難しかった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者等は上記課題
に鑑み鋭意検討を行った結果、光電変換ユニット側から
順に、光散乱層，光反射性金属層を配置した電極層を少
なくとも１つ有し、更に該光散乱層が屈折率１．７以下
の材料を含んで構成された薄膜光電変換装置を見出し
た。

【０００９】また、２つ以上の光電変換ユニットを有
し、その内の１つ以上の光電変換ユニット間に光散乱層
を有し、更に該光散乱層が屈折率１．７以下の材料を含
んで構成されている薄膜光電変換装置を見出した。

【００１０】この様な構成によれば、光電変換ユニット
の光吸収量を増加させることが可能となり、より高い光
電変換効率を有する光電変換装置を提供することが可能
となる。

【００１１】また、本発明の一つの態様によれば、前記
光散乱層中の屈折率１．７以下の材料が透明絶縁性薄膜
であり、表面被覆率３０〜７０％で配置されていること
を特徴としている。この様な構成によれば、屈折率が
１．７以下の材料が絶縁性であった場合でも、必要な導
電性と光散乱を両立することが可能となる。

【００１２】本発明の薄膜光電変換装置に用いられる光
電変換ユニットとしては、少なくとも１つの結晶質シリ
コン系光電変換ユニットを含むことが好ましい。

【００１３】また、本発明の薄膜光電変換装置に用いら
れる光散乱層に含まれる透明導電性薄膜は、主原料とし
て酸化亜鉛、酸化錫、またはインジウム錫酸化物の透明
導電性酸化物を少なくとも１つ含むことが好ましい。

【００１４】さらに、光散乱層に含まれる透明絶縁性薄
膜は、主原料として酸化珪素からなることが好ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の一つの実施の形態によ
る薄膜光電変換装置の模式的な断面図を図１に示す。以
下、図１を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明は
これに限定されるものではない。

【００１６】図１に示す薄膜光電変換装置は、透明基板
１上に第一の電極層２（通常、透明電極が使用され
る）、光電変換ユニット１０、第二の電極層が形成され
ている。ここで、第二の電極層は、光散乱層３と光反射
性金属層４から構成されており（必要に応じ他の層を介
在させることも可能である）、特に図１においては光散
乱層３は、更に第一の透明導電性薄膜３ａ、透明絶縁性
薄膜３ｂ、第二の透明導電性薄膜３ｃから形成されてい
る。図１の薄膜光電変換装置は、透明基板１側から入射
する光５を光電変換ユニット１０により光電変換するも
のである。

【００１７】透明基板１は、ガラスやフィルム等が用い
られるが、光電変換層へより多くの太陽光を透過し吸収
させるために、できるだけ透明であることが好ましい。
同様の意図から、太陽光が入射する基板表面での光反射
ロスを低減させるために無反射コーティングを行うと高
効率化が図れる。

【００１８】第一の電極層２としては、透明導電性酸化
物（ＴＣＯ）が用いられ、例えば酸化錫（ＳｎＯ₂）か
らなる平均粒径が２００〜９００ｎｍの表面凹凸を有す
る導電性の膜が熱ＣＶＤ法により形成される。ＴＣＯと
しては、ＳｎＯ₂、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸
化亜鉛（ＺｎＯ）などが用いられる。第一の電極層２は
単層構造でも多層構造であってもよい。この第一の電極
層２は光電変換装置の光入射側に位置することから、基
板同様に透明であることが好ましく、例えば透明基板１
と第一の電極層２をあわせた層の透過率は、５００〜１
１００ｎｍの波長の光に対して８０％以上であることが
好ましい。

【００１９】第一の電極層２上には、光電変換ユニット
１０が形成される（但し、必ずしも直接第一の電極層に
接触している必要はない）。特に光電変換ユニット１０
としては、結晶質シリコン系光電変換ユニットであるこ
とが好ましい。光電変換ユニット１０は図示したように
１つでもよいが、２つ以上積層してもよい。なお、本願
明細書における、「結晶質」，「微結晶」との用語は、
部分的に非晶質を含むものも含むものとする。また、本
願明細書における「結晶質シリコン系光電変換ユニッ
ト」との用語は、真性光電変換層１０２が結晶質である
ことを意味するものであり、一導電型層１０１、逆導電
型層１０３が結晶質でもそうでなくてもよいものとす
る。

【００２０】図１に示す光電変換ユニット１０は、一導
電型層１０１、真性光電変換層１０２および逆導電型層
１０３を有している。一導電型層１０１はｐ型層でもｎ
型層でもよく、これに対応して逆導電型層１０３はｎ型
層またはｐ型層になる。ただし、通常の光電変換装置で
は光の入射側にｐ型層が配置されるので、一般的に一導
電型層１０１はｐ型層、逆導電型層１０３はｎ型層であ
る。通常、ｐ型層やｎ型層の導電型層は光電変換ユニッ
ト内に拡散電位を生じさせる役割を果たし、この拡散電
位の大きさによって薄膜光電変換装置の特性の一つであ
る開放端電圧（Ｖｏｃ）が左右される。しかし、これら
の導電型層は光電変換には寄与しない不活性な層であ
り、導電型層にドープされた不純物によって吸収される
光は基本的に発電に寄与しない。従って、ｐ層やｎ層の
導電型層の膜厚は、十分な拡散電位を生じさせる範囲内
で可能な限り薄くすることが好ましい。

【００２１】光電変換ユニット１０として結晶質シリコ
ン系薄膜光電変換ユニットが形成される場合は、ｐｉｎ
型の順に基板温度を４００℃以下とした低温のプラズマ
ＣＶＤ法により各半導体層を積層して形成することが好
ましい。具体的には、例えば導電型決定不純物原子であ
るボロンが０．０１原子％以上ドープされたｐ型微結晶
シリコン系層１０１、光電変換層となる真性結晶質シリ
コン層１０２、および導電型決定不純物原子であるリン
が０．０１原子％以上ドープされたｎ型微結晶シリコン
系層１０３をこの順に堆積すればよい。しかし、これら
各層は上記に限定されず、例えばｐ型層として非晶質シ
リコン膜や、非晶質または微結晶のシリコンカーバイ
ド、シリコンゲルマニウムなどの合金材料を用いてもよ
い。なお、導電型（ｐ型、ｎ型）微結晶シリコン系層の
膜厚は３ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましく、５ｎｍ以
上５０ｎｍ以下がさらに好ましい。

【００２２】また、「シリコン系」の材料には、非晶質
または結晶質のシリコンに加え、非晶質または結晶質の
シリコンカーバイドやシリコンゲルマニウムなど、シリ
コンを５０％以上含む半導体材料も該当するものとす
る。

【００２３】真性光電変換層１０２である結晶質シリコ
ン光電変換層は、一般的に４００℃以下の低温で形成す
ることにより、結晶粒界や粒内における欠陥を終端させ
て不活性化させる水素原子を多く含む。この観点から、
光電変換層１０２の水素含有量は１〜３０原子％の範囲
内にあることが好ましい。この層は、導電型決定不純物
原子の密度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下で、実質的に真性半
導体薄膜として形成される。さらに、真性結晶質シリコ
ン層に含まれる結晶粒の多くは、第一の電極層側から柱
状に延びて成長し、その膜面に平行に（１１０）の優先
配向面を有することが好ましい。なぜなら、このような
結晶配向を有する結晶質シリコン薄膜は、第一の電極層
（透明電極）２の表面が実質的に平坦である場合でも、
その上に堆積される光電変換ユニットの表面は微細な凹
凸を含む表面テクスチャ構造を示す。更に、第一の電極
層（透明電極）２の表面が凹凸を含む表面テクスチャ構
造を有する場合、光電変換ユニットの表面は、第一の電
極層（透明電極）２の表面に比べて凹凸の粒径の小さな
テクスチャ構造が生じるため、広範囲の波長領域の光を
反射させるのに適した光閉じ込め効果の大きな構造とな
り好ましい。また、真性結晶質シリコン層の膜厚は０．
１μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。ただし、薄膜光電
変換ユニット１０としては、太陽光の主波長域（４００
〜１２００ｎｍ）に吸収を有するものが好ましいため、
真性結晶質シリコン層に代えて、合金材料である非晶質
シリコンカーバイド層（例えば１０原子％以下の炭素を
含有する非晶質シリコンからなる非晶質シリコンカーバ
イド層）や非晶質シリコンゲルマニウム層（例えば３０
原子％以下のゲルマニウムを含有する非晶質シリコンか
らなる非晶質シリコンゲルマニウム層）を形成してもよ
い。

【００２４】図１では、以上のようにして光電変換ユニ
ット１０を形成した後、本発明の特徴となる光散乱層３
が形成されており、更に光散乱層３は、第一の透明導電
性薄膜３ａと透明絶縁性薄膜３ｂと第二の透明導電性薄
膜３ｃから形成されている。光電変換ユニットにおける
光吸収を高めるためには、光散乱層において効率よく光
散乱が行われることが重要である。この為には光散乱層
に、光電変換ユニット構成材料の屈折率に対し、よりか
け離れた値の屈折率を有する材料を配置することが好ま
しく、特に屈折率１．７以下の材料を用いることが好ま
しい。具体的には、ＳｉＯ₂、ＭｇＦ₂、ＣａＦ₂等を積
層するのが好ましく、この中でも、屈折率が小さく、か
つ太陽光の主波長領域で光吸収が少ない透明材料である
ＳｉＯ₂（屈折率約１．５）が好適である。また、これ
らの光散乱性の高い材料は、光が光電変換ユニットを透
過してから、光散乱を受けて再度光電変換ユニットに入
射するまでの間に光が吸収されてしまう割合を低くする
為、より光電変換ユニットに近い側、特に界面に近い位
置に配置することが有利である。

【００２５】一方、電極の一部である光散乱層には、膜
厚方向に電流を流す必要があるため、上記の屈折率１．
７以下の材料が比較的絶縁性の高い材料、即ち透明絶縁
性薄膜３ｂである場合には、これら材料に特定の配置を
取らせる必要があり、例えば表面被覆率を制御すること
で、膜厚方向の電流の流れを確保することができる。特
に、膜厚方向の電流の流れの確保と光散乱の程度の関係
から、表面被覆率は３０〜７０％、より好ましくは５０
〜７０％であることが好ましい。この様な方法は、屈折
率１．７以下の材料として、ＳｉＯ₂を使用する際に有
効である。また、同様の理由、更に生産性の点から、例
えばＳｉＯ₂の様な透明絶縁性薄膜の膜厚は１〜５０ｎ
ｍが好ましく、５〜３０ｎｍがより好ましい。

【００２６】また、光散乱層３に適度な導電性を持たせ
るために、前記透明絶縁性薄膜３ｂ以外に、透明導電性
薄膜を配置させることが好ましい。透明導電性薄膜自体
にも光散乱層としての機能を持たせるには、屈折率が２
程度の透明導電性酸化物薄膜、例えばＺｎＯ、Ｓｎ
Ｏ₂、ＩＴＯ等により形成するのが好ましく、透明絶縁
性薄膜（例えばＳｉＯ₂）を透明導電性酸化物層で挟む
構造とすることがより好ましい。光散乱層３全体として
は、３０〜１５０ｎｍの範囲内の厚さであることが好ま
しく、５０〜１１０ｎｍがより好ましい。これよりも薄
すぎれば、十分な光散乱効果と多重干渉効果が得られ
ず、逆に厚すぎれば光散乱層内での吸収ロスによる影響
が発生する。良好な導電性を確保するために光電変換ユ
ニット１０と透明絶縁性薄膜３ｂとの間に透明導電性薄
膜３ａを形成する場合、透明導電性薄膜３ａの厚さは５
ｎｍ以上が好ましいが、無くてもよい。

【００２７】光散乱層３を光電変換ユニット１０上に形
成させる方法は特に限定されないが、下地となる光電変
換ユニット１０にダメージが少なく低温で形成できる方
法が望ましい。例えば、２００℃以下の条件でスパッタ
法やＭＯＣＶＤ法により形成することが好ましい。特
に、光電変換ユニット１０上に直接形成する透明導電性
薄膜３ａは、ＭＯＣＶＤ法によって形成することが好適
である。

【００２８】光反射性金属層４としては、Ａｌ、Ａｇ、
Ａｕ、Ｃｕ、ＰｔおよびＣｒから選ばれる少なくとも一
つの材料からなる少なくとも一層を配置することが好ま
しく、その形成方法としてはスパッタ法または蒸着法が
利用できる。

【００２９】本発明のもう一つの実施の形態によるハイ
ブリッド型薄膜光電変換装置の模式的な断面図を図２に
示すが、本発明はこれに限定されるものではない。

【００３０】図２に示す薄膜光電変換装置は、透明基板
１上に、第一の電極層（通常、透明電極が使用される）
２、第一の光電変換ユニット２０、透明導電性薄膜６
ａ、透明絶縁性薄膜６ｂ、透明導電性薄膜６ｃからなる
光散乱層６、第二の光電変換ユニット２１、透明導電層
７、及び光反射性金属層４が順次積層された構造を有し
ている。

【００３１】光電変換ユニットは図示したように２つで
もよいが、３つ以上積層してもよい。また、３つ以上の
光電変換ユニットを積層した場合、光散乱層６は各光電
変換ユニット間に形成されてもよいが、１層でもよい。

【００３２】２つ以上の光電変換ユニットを積層した薄
膜光電変換装置（通常、タンデム型薄膜光電変換装置と
呼ばれる）では、光電変換装置の光入射側に大きなバン
ドギャップを有する光電変換ユニットを配置し、その後
ろに順に小さなバンドギャップを有する（例えばＳｉ−
Ｇｅ合金の）光電変換ユニットを配置することにより、
入射光の広い波長範囲にわたって光電変換を可能にし、
これによって装置全体としての変換効率の向上が図られ
る。タンデム型薄膜光電変換装置の中でも、非晶質光電
変換ユニットと結晶質光電変換ユニットを積層したもの
はハイブリッド型薄膜光電変換装置と称されるが、この
場合には、上記の理由から、第一の光電変換ユニットと
して非晶質光電変換ユニットを配置し、第二の光電変換
ユニットとして結晶質光電変換ユニットを配置すること
が好ましい。

【００３３】図２の第一の光電変換ユニット２０として
非晶質シリコン系光電変換ユニットを形成し、第二の光
電変換ユニット２１として結晶質シリコン系薄膜光電変
換ユニットを形成する場合には、いずれもｐｉｎ型の順
に基板温度を４００℃以下とした低温のプラズマＣＶＤ
法により形成することが好ましい。

【００３４】中間層として用いられる光散乱層６は、光
散乱層６に到達した光の一部を光散乱層６よりも光入射
側に位置する光電変換ユニット（例えば第一の光電変換
ユニット２０）へ反射させ、残りの光を後方に位置する
光電変換ユニット（例えば第二の光電変換ユニット２
１）へ透過させる役割を果たす。光散乱層において効率
よく光散乱させる為には光散乱層に、光電変換ユニット
構成材料の屈折率に対し、よりかけ離れた値の屈折率を
有する材料を配置することが好ましく、特に屈折率１．
７以下の材料を用いることが好ましい。具体的には、Ｓ
ｉＯ₂、ＭｇＦ₂、ＣａＦ₂等を積層するのが好ましく、
この中でも、屈折率が小さく、かつ太陽光の主波長領域
で光吸収が少ない透明材料であるＳｉＯ₂（屈折率約
１．５）が好適である。

【００３５】一方、光散乱層６には、膜厚方向に電流を
流す必要があるため、上記の屈折率１．７以下の材料が
比較的絶縁性の高い材料、即ち透明絶縁性薄膜６ｂであ
る場合には、これら材料に特定の配置を取らせる必要が
あり、例えば表面被覆率を制御することで、膜厚方向の
電流の流れを確保することができる。特に、膜厚方向の
電流の流れの確保と光散乱の程度の関係から、表面被覆
率は３０〜７０％、より好ましくは５０〜７０％である
ことが好ましい。この様な方法は、屈折率１．７以下の
材料として、ＳｉＯ₂を使用する際に有効である。

【００３６】また、光散乱層６に適度な導電性を持たせ
るために、前記透明絶縁性薄膜６ｂ以外に、透明導電性
薄膜を配置させることが好ましい。透明導電性薄膜自体
にも光散乱層としての機能を持たせるには、屈折率が２
程度の透明導電性酸化物薄膜、例えばＺｎＯ、Ｓｎ
Ｏ₂、ＩＴＯ等により形成するのが好ましく、透明絶縁
性薄膜（例えばＳｉＯ₂）を透明導電性酸化物層で挟む
構造とすることがより好ましい。光散乱層６全体として
は、第二の電極層の一部として用いる場合よりも薄い１
０〜１００ｎｍの範囲３０〜１５０ｎｍの範囲内の厚さ
であることが好ましく、２０〜７０ｎｍがより好まし
い。これよりも薄すぎれば、十分な光散乱効果と多重干
渉効果が得られず、逆に厚すぎれば光散乱層内での吸収
ロスによる影響が発生する。

【００３７】第二の光電変換ユニット２１上には、透明
導電層７と光反射性金属層４からなる第二の電極層が形
成される。透明導電層７の代わりに、図１で用いた光散
乱層を適用しても構わない。

【００３８】本説明では、基板側から光を入射する構造
を採用しているが、逆に基板上に第二の電極層、光電変
換ユニットを形成した後に第一の電極層を形成するよう
な構造であってもよい。

【００３９】

【実施例】以下、本発明を比較例とともにいくつかの実
施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はその趣旨を
超えない限り以下の記載例に限定されるものではない。

【００４０】（実施例１）実施例１として、図１に示さ
れる薄膜光電変換装置で、特に光電変換ユニットが結晶
質シリコン系光電変換ユニットであるものを作製した。

【００４１】厚み１．１ｍｍ、１２７ｍｍ角のガラス基
板１上に、第一の電極層（透明電極）２として厚さ８０
０ｎｍのピラミッド状ＳｎＯ₂膜を熱ＣＶＤ法にて形成
した。得られた第一の電極層（透明電極）２のシート抵
抗は約９Ω／□であった。この第一の電極層（透明電
極）２の上に、厚さ１５ｎｍのｐ型微結晶シリコン層１
０１、厚さ２．０μｍの真性結晶質シリコン光電変換層
１０２、及び厚さ１５ｎｍのｎ型微結晶シリコン層１０
３からなる結晶質シリコン光電変換ユニット１０を順次
プラズマＣＶＤ法で形成した。結晶質シリコン光電変換
ユニットを形成した後、基板を大気中に取り出し、光散
乱層３の第一の透明導電性薄膜３ａとしてＭＯＣＶＤ法
により１５０℃の温度で厚さ５ｎｍのＺｎＯ膜を形成し
た。ＭＯＣＶＤ法にて形成する際、ドーパントとしてＢ
₂Ｈ₆ガスを用いた。続いて、透明絶縁性薄膜３ｂとして
スパッタ法により１５０℃の温度で厚さ４ｎｍのＳｉＯ
₂膜を形成した。この時、表面被覆率を制御するため
に、直径２ｍｍの穴を多数あけたメタルマスクを用い
た。ＳｉＯ₂の被覆率は、５０％であった。その後、第
二の透明導電性薄膜３ｃとして、３ａと同様に厚さ８０
ｎｍのＺｎＯ膜を形成した。

【００４２】最後に、第二の電極層４として厚さ３００
ｎｍのＡｇをスパッタ法にて形成した。

【００４３】以上のようにして得られた結晶質シリコン
系薄膜光電変換装置（受光面積１ｃｍ²）にＡＭ１．５
の光を１００ｍＷ／ｃｍ²の光量で照射して出力特性を
測定したところ、開放電圧（Ｖｏｃ）が０．５２Ｖ、短
絡電流密度（Ｊｓｃ）が２４．７ｍＡ／ｃｍ²、曲線因
子（Ｆ．Ｆ．）が７０．４％、そして変換効率が９．０
４％であった。

【００４４】（実施例２〜８）実施例２〜８において
も、実施例１と同様に結晶質シリコン系薄膜光電変換装
置を作製した。ただし、実施例１と異なるのは、光散乱
層３の透明導電性薄膜３ａ及び透明絶縁性薄膜３ｂの膜
厚、透明絶縁性薄膜３ｂの表面被覆率である。

【００４５】実施例１と同様に、それぞれの実施例にて
得られた結晶質シリコン系薄膜光電変換装置（受光面積
１ｃｍ²）の各出力特性を測定した。得られた結果を表
１に示す。

【００４６】（比較例１）比較例１として、図１におけ
る光散乱層３の代わりに単一の透明導電層を形成した結
晶質シリコン系薄膜光電変換装置を作製した。単一の透
明導電層として、ＭＯＣＶＤ法により１５０℃の温度で
厚さ１００ｎｍのＺｎＯ膜を形成した。ＭＯＣＶＤ法に
て形成する際、ドーパントとしてＢ₂Ｈ₆ガスを用いた。
その他の構成については、実施例１と同様にして作製
し、同様の出力特性測定を行った。得られた結果を表１
に示す。

【００４７】

【表１】

【００４８】表１の結果より、実施例１〜８はいずれも
比較例１に比べ、ＪｓｃおよびＥｆｆ．ともに向上して
いる。

【００４９】実施例１〜４は、透明絶縁性薄膜３ｂの膜
厚を変化させているが、膜厚が厚くなるにつれてＪｓｃ
の値も増加している。透明絶縁性薄膜３ｂは厚いほど光
散乱効果が大きくなることから、入射光は光電変換ユニ
ットとの界面近傍にある屈折率の最も小さな透明絶縁性
薄膜３ｂで反射、散乱されていると考えられる。そのた
め、透明導電性薄膜と光反射性金属層の界面での反射が
主である比較例１に比べて、透明導電性薄膜内での吸収
ロスも減少していると考えられる。一方、透明絶縁性薄
膜３ｂの膜厚は厚くなるにつれて、若干ではあるがＦ．
Ｆ．が低下する傾向が見られる。これは透明絶縁性薄膜
３ｂが厚くなったことにより、光散乱層の導電性が低下
したと考えられる。従って、実施例１〜４の場合は、透
明絶縁性薄膜３ｂの膜厚が１０ｎｍのときにＪｓｃと
Ｆ．Ｆ．のバランスがとれ、最もＥｆｆ．が高くなって
いる。

【００５０】実施例５は、光電変換ユニット上に形成さ
れる透明導電性薄膜３ａの膜厚を薄くしたものである。
実施例６は、透明導電性薄膜３ａを挿入せず、更に透明
絶縁性薄膜３ｂの表面被覆率を３０％にしたものであ
る。表１には示していないが、透明絶縁性薄膜３ｂの表
面被覆率が５０％のままで、透明導電性薄膜３ａを挿入
しないものは、Ｆ．Ｆ．が大幅に低下し、比較例１より
もＥｆｆ．が低いものとなった。従って、透明導電性薄
膜３ａの膜厚は５ｎｍ以上が好ましい。実施例６より、
透明導電性薄膜３ａを挿入しない場合は、透明絶縁性薄
膜３ｂの膜厚を薄くし、更に表面被覆率を低下させるこ
とにより、Ｆ．Ｆ．は維持できるる。しかし、光散乱効
果を得るためには、表面被覆率３０％以上が好ましい。

【００５１】実施例３、７および８の比較から、透明絶
縁性薄膜３ｂでの光反射効果を有効に得るためには、透
明絶縁性薄膜３ｂの表面被覆率が５０％以上であること
が好ましい。また、屈折率が最も小さな透明絶縁性薄膜
３ｂの不連続性が光散乱効果を高めているとも考えられ
るので、５０〜７０％の表面被覆率が好ましい。

【００５２】（実施例９）実施例９としては、図２に示
されるようなハイブリッド型薄膜光電変換装置を作製し
た。実施例１で用いた第一の電極層（透明電極）２付き
ガラス基板上に、厚さ１５ｎｍのｐ型非晶質シリコンカ
ーバイド層２０１、厚さ０．２５μｍの真性非晶質シリ
コン光電変換層２０２、及び厚さ１５ｎｍのｎ型微結晶
シリコン層２０３を順次プラズマＣＶＤ法で形成した。
続いて、光散乱層６を実施例１と同様の方法にて形成し
た。ただし、ＺｎＯからなる透明導電性薄膜６ａは１０
ｎｍ、ＳｉＯ₂からなる透明絶縁性薄膜６ｂは１０ｎ
ｍ、ＺｎＯからなる透明導電性薄膜６ｃは１０ｎｍの膜
厚とした。引き続き、プラズマＣＶＤ法にて、厚さ１５
ｎｍのｐ型微結晶シリコン層２１１、厚さ２．０μｍの
真性結晶質シリコン光電変換層２１２、及び厚さ１５ｎ
ｍのｎ型微結晶シリコン層２１３を順次形成した。その
後、透明導電層７として厚さ９０ｎｍのＺｎＯと、光反
射性金属層４として厚さ３００ｎｍのＡｇをスパッタ法
にて順次形成した。

【００５３】実施例１と同様の方法にて、得られたハイ
ブリッド型薄膜光電変換装置（受光面積１ｃｍ²）の出
力特性を測定したところ、Ｖｏｃが１．３４Ｖ、Ｊｓｃ
が１２．１ｍＡ／ｃｍ²、Ｆ．Ｆ．が７２．４％、そし
て変換効率が１１．７％であった。

【００５４】（比較例２）比較例２においては、実施例
９と同様の手順にて非晶質シリコン光電変換ユニットを
形成した後、基板を大気中に取り出し、光散乱層６の代
わりにスパッタ法にて１５０℃の温度で厚さ３０ｎｍの
ＺｎＯ膜を形成した以外は同じ方法でハイブリッド型薄
膜光電変換装置を作製した。

【００５５】以上のようにして得られたシリコン系薄膜
光電変換装置（受光面積１ｃｍ²）を、実施例１と同様
の方法にて出力特性したところ、Ｖｏｃが１．３２Ｖ、
Ｊｓｃが１１．７ｍＡ／ｃｍ²、Ｆ．Ｆ．が７１．８
％、そして変換効率が１１．１％であった。

【００５６】実施例９は比較例２に比べ、Ｊｓｃが上昇
している。これは中間層として、光散乱層を挿入したこ
とにより、入射光が光散乱層内で不連続に介在する低屈
折率層にて一部光入射側に位置する光電変換ユニットに
反射され光入射側に位置する光電変換ユニットの感度が
上昇したこと、および光散乱層よりも後方に位置する光
電変換ユニットにも光散乱層で吸収されること無く透過
した光が光散乱層と裏面電極間で散乱し、効率よく吸収
されたことによると考えられる。また、実施例９では、
光散乱層形成時に光電変換ユニットへのダメージが少な
いＭＯＣＶＤ法を使用したため、ＶｏｃおよびＦ．Ｆ．
が向上したと考えられる。

【００５７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、薄膜光電変換装置において、光電変換ユニットと
光反射性金属層の間に屈折率１．７以下の材料を含んで
構成される光散乱層を挿入することにより、変換効率の
改善された薄膜光電変換装置を提供することができる。
また、この該光散乱層を中間層としてハイブリッド型光
電変換装置に挿入した場合、非晶質シリコン層の膜厚を
増やすことなく非晶質シリコン光電変換ユニットによっ
て発生する電流を増加させることができる。もしくは、
同一の電流値を得るために必要な非晶質シリコン層の膜
厚を薄くできることから、非晶質シリコン層の膜厚増加
に応じて顕著となる光劣化による非晶質シリコン光電変
換ユニットの特性低下を押さえたハイブリッド型薄膜光
電変換装置の提供が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る薄膜光電変換装置の一例を示す断
面図。

【図２】本発明に係るハイブリッド型薄膜光電変換装置
の一例を示す断面図。

【符号の説明】

１透明基板２第一の電極層１０光電変換ユニット１０１一導電型層１０２真性光電変換層１０３逆導電型層３光散乱層３ａ第一の透明導電性薄膜３ｂ透明絶縁性薄膜３ｃ第二の透明導電性薄膜４光反射性金属層５太陽光２０第一の光電変換ユニット２０１一導電型層２０２真性光電変換層２０３逆導電型層２１第二の光電変換ユニット２１１一導電型層２１２真性光電変換層２１３逆導電型層６光散乱層６ａ透明導電性酸化物層６ｂ絶縁性酸化物層６ｃ透明導電性酸化物層７透明導電層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光電変換ユニット側から順に、光散乱
層，光反射性金属層を配置した電極層を少なくとも１つ
有し、更に該光散乱層が屈折率１．７以下の材料を含ん
で構成されていることを特徴とする薄膜光電変換装置。
【請求項２】２つ以上の光電変換ユニットを有し、そ
の内の１つ以上の光電変換ユニット間に光散乱層を有
し、更に該光散乱層が屈折率１．７以下の材料を含んで
構成されていることを特徴とする薄膜光電変換装置。
【請求項３】前記光散乱層中の屈折率１．７以下の材
料が透明絶縁性薄膜であり、表面被覆率３０〜７０％で
配置されていることを特徴とする請求項１，２記載の薄
膜光電変換装置。
【請求項４】前記光散乱層が、透明導電性薄膜と透明
絶縁性薄膜を含んで構成されていることを特徴とする、
請求項１から３の各項に記載の薄膜光電変換装置。
【請求項５】前記光散乱層が、第一の透明導電性薄膜
と透明絶縁性薄膜と第二の透明導電性薄膜を含んで構成
されていることを特徴とする、請求項１から４の各項に
記載の薄膜光電変換装置。
【請求項６】電極層中の光散乱層の厚みが、３０ｎｍ
以上、１５０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項
１から５の各項に記載の薄膜光電変換装置。
【請求項７】光電変換ユニット間に配置される光散乱
層の厚みが、１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であること
を特徴とする、請求項１から６の各項に記載の薄膜光電
変換装置。
【請求項８】前記光電変換ユニットに、少なくとも１
つ以上の結晶質シリコン系光電変換ユニットを含むこと
を特徴とする請求項１から７の各項に記載の薄膜光電変
換装置。
【請求項９】前記光電変換ユニットに、少なくとも１
つの非晶質光電変換ユニットおよび少なくとも１つの結
晶質光電変換ユニットを含むことを特徴とする請求項１
から８の各項に記載の薄膜光電変換装置。
【請求項１０】前記光散乱層に含まれる透明導電性薄
膜が、酸化亜鉛、酸化錫、またはインジウム錫酸化物か
ら選ばれる少なくとも１つの透明導電性酸化物を含んで
形成されていることを特徴とする請求項１から９の各項
に記載の薄膜光電変換装置。
【請求項１１】前記光散乱層に含まれる透明絶縁性薄
膜が、酸化珪素を含んで形成されていることを特徴とす
る請求項１から１１の各項に記載の薄膜光電変換装置。
【請求項１２】光電変換ユニット側から順に、光散乱
層，光反射性金属層を配置した電極層を少なくとも１つ
有し、更に該光散乱層が透明導電性薄膜および透明絶縁
性薄膜を含んで構成されていることを特徴とする薄膜光
電変換装置。
【請求項１３】２つ以上の光電変換ユニットを有し、
その内の１つ以上の光電変換ユニット間に光散乱層を有
し、更に該光散乱層が透明導電性薄膜および透明絶縁性
薄膜を含んで構成されていることを特徴とする薄膜光電
変換装置。