JPH0936406A - 光電変換装置およびその製造方法 - Google Patents

光電変換装置およびその製造方法

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JPH0936406A
JPH0936406A JP7185315A JP18531595A JPH0936406A JP H0936406 A JPH0936406 A JP H0936406A JP 7185315 A JP7185315 A JP 7185315A JP 18531595 A JP18531595 A JP 18531595A JP H0936406 A JPH0936406 A JP H0936406A
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JP
Japan
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layer
photoelectric conversion
electrode layer
conversion device
lower electrode
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JP7185315A
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Koki Sato
広喜 佐藤
Takaoki Sasaki
隆興 佐々木
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

(57)【要約】 【目的】透明上部電極層より入射した光を下部電極層面
で散乱させることにより光電変換装置の効率を向上させ
るために下部電極層を高反射率上部層と表面凹凸の下部
層に分ける際に、膜厚を薄くして応力による電極層の剥
離を防ぐ。 【構成】下部電極層の下部層をAlなど低融点金属によ
り形成することにより、低い基板温度で成膜でき、膜厚
が薄くても表面に凹凸形状が得られるため、電極層の剥
離がなくなり、製造歩留まりが向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体薄膜を光電変換
層に用いた光電変換装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】原料ガスをプラズマCVD法、光CVD
法あるいは熱CVD法によって分解することにより形成
される、アモルファスシリコン(以下a−Siと記す)
等を主成分とする半導体薄膜を用いた光電変換装置は、
大面積化が容易という特徴をもっており、低コスト太陽
電池などとして期待されている。このような光電変換装
置では、半導体薄膜からなる光電変換層に上面の透明電
極層を介して直接入射する光のほかに、半導体薄膜の基
板側に設けられる下部電極層の表面で反射して光電変換
層に入射する光も発電に寄与する。この電極層の表面が
平坦でなく、凹凸の表面形状を有すると、それにより光
の散乱が生じ、光路長が増加するため、光電変換効率が
向上することが知られている。このような表面形状をも
つ電極を基板上に形成する方法としては、特開昭56−
152276号、特開昭58−180069号、特開平
1−119074号等の公報に記載されているように電
極を支持する基体の表面を凹凸化する方法や、特開昭5
9−61973号、特開平3−94173号、特開平3
−99477号、特開平3−99478号、特開平4−
218977号、特開平4−334069号等の公報に
記載されているように平坦な基体上に凹凸を有する電極
を形成する方法があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記特開平4−334
069号公報に記載された方法は、基板の上に形成した
SiとAlなどの金属との合金からなり表面が凹凸形状
をもつ光散乱層の上に、凹凸形状を損なわないで反射率
の高いCuあるいはAgよりなる金属被覆を形成するも
のである。この場合、金属被覆からの拡散によりその上
に形成される光電変換構造の特性が低下するのを防ぐた
め、金属被覆の厚さは200nm以下とする。
【0004】しかし、光散乱層としてある程度の粒径を
もつ金属あるいは合金の薄膜を形成するには、成膜温度
を高温にし、かつ膜厚をある程度厚くする必要があっ
た。特に基板にプラスチックフィルムなどの可とう性基
板を用いる場合は、成膜温度を高くすると基板の収縮に
より電極層に熱応力が生ずる。また、膜厚を厚くするこ
とによっても応力が大きくなる。これらの応力に起因し
て電極剥離やそれに伴う短絡などの特性劣化が生ずる問
題があった。
【0005】本発明の目的は、上記の問題を解決し、膜
厚が薄く成膜温度を高めることなく形成でき、しかも表
面に凹凸形状を有する下部電極層を有する光電変換装置
およびその製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、絶縁性の基板上に下部電極層、光電変
換層および透明上部電極層が順次積層された光電変換装
置において、下部電極層がその平均厚さが250nm以
下であり、高反射率金属よりなる上部層と、上面に凹凸
形状を有し、融点700℃以下の金属よりなる下部層と
を有するものとする。下部電極層の下部層の上面におけ
る凹凸の山頂の平均間隔が150nm以上1000nm
以下であることが好ましい。基板が高分子材料よりなっ
て可撓性を有することもよく、その場合下部電極層の基
板に接する層部分が導電性酸化物よりなることがよい。
下部電極層の下部層がAlよりなることがよく、その場
合下部層の厚さが150nm以下であることが好まし
い。下部電極層の上部層がAgよりなることがよい。下
部電極層の下部層がアルミニウムよりなる場合の本発明
の光電変換装置の製造方法は、その下部層を基板温度2
25℃ないし325℃で成膜することが有効であり、下
部電極層の上部層を基板温度200℃以下で成膜するこ
とがよい。
【0007】
【作用】融点700℃以下の例えばAlなどの純金属を
用いて下部電極層の下部層を成膜するときは、薄い膜厚
で上面に凹凸形状を形成でき、導電率を低下させる合金
元素を添加する必要がない。その上にAgなどの高反射
率金属よりなる上部層を形成すれば、その層の厚さが均
一であっても表面に凹凸形状を有する下部電極層が得ら
れ、透明上部電極層より入射する光を高反射率で反射
し、散乱させるので、光電変換効率が向上する。そして
凹凸の表面形状をもつ下部電極層の平均厚さを250n
m以下とすることにより応力が緩和され、特に高分子材
料よりなる可撓性基板を用いた光電変換装置の特性劣化
が抑制される。下部電極層表面の凹凸形状の山頂の平均
間隔は、入射する光の波長の1/2であるとき、光の散
乱に有効に働くことは公知である。従って、光電変換層
a−Si系材料よりなる場合、a−Si系材料が吸収す
る300nmないし2000nmの波長の1/2の15
0nm以上1000nm以下に山の平均間隔を調整する
ことが有効である。可撓性基板に高分子材料を用いた場
合、基板上に導電性酸化物薄膜が存在すると、高分子材
料に含まれた水分を吸収して金属薄膜に影響を及ぼすの
を防ぐ効果がある。下部電極層の下部層をAlで形成す
る場合、その厚さが150nm以下のときに安定した光
電変換特性が得られる。そして、成膜時の基板温度22
5℃以上で表面凹凸形状をもつAl層が得られる。基板
温度350℃以上で電極の成膜を行う従来の方法では、
可撓性基板の約1%の熱収縮が観測されるが、基板温度
325℃以下の成膜では、基板の熱収縮は0.3%以下
となって測定できないレベルとなる。Alの下部層を形
成後、Agなどの上部層の成膜を200℃より高い基板
温度で行うと、Alの再結晶が起こり、Al層表面の凹
凸が上部層の上に残らなくなるので、上部層の成膜は2
00℃以下で行う。
【0008】
【実施例】図1に本発明の一実施例の太陽電池の断面図
を示す。絶縁性かつ可撓性を有する基板1として厚さ5
0μmのポリイミドシートを用いた。この基板は、同様
な絶縁性および可撓性を有するものであれば何でもよ
く、PES、PEN、PET、アラミドなど他の絶縁性
プラスチックフィルム等が考えられる。この基板1の表
面上に、基板温度200℃、Ar圧力1×10-3Tor
rでのRFスパッタ法によりZnO薄膜2を約30nm
の厚さに形成する。ZnOは、プラスチックフィルムか
らの水分を吸収する作用をもつ。このZnO薄膜2の上
に表面に凹凸形状をもつ低温形成金属層3をAlにより
形成したが、その成膜條件を決めるために次のような実
験を行った。
【0009】ガラス板上にSnO2 薄膜を成膜條件、膜
圧を変えて被着した4種の基板を用い、その上に下部電
極をAgにより形成し、さらにi層の厚さが400nm
のa−Si光電変換層、透明電極層を積層して光電変換
セルを作製した。Ag電極層の成膜はスパッタ(S
P)、250℃および室温(RT)での電子ビーム蒸着
(EB)により行った。図2はそのようにして作製した
各セルの短絡電流値を示す。線21、22、23、24
はそれぞれ基板の種類を示す。この結果、基板23を用
いたセルが最もすぐれた特性を示すことがわかった。こ
の基板の表面凹凸形状の山頂間の間隔は、約150nm
から約500nmの間にあり、平均間隔は約200nm
である。このような凹凸形状をもつAl膜を、基板温度
225℃ないし325℃、膜厚75nmないし140n
mの成膜條件で形成した。次に、Agからなる高反射率
金属層4を積層する。この高反射率層4は、下層表面の
凹凸形状を良好にカバーするためには、約100nm以
上の厚さが必要であるが、金属層3と金属層4よりなる
下部電極層の合計の膜厚を250nm以下とする。この
下部電極層の上に光電変換層5を形成する。本実施例で
は、n形、i形、p形のa−Si層をRFグロー放電に
よって順次形成して光電変換層とした。最後にスパッタ
により、In23 :SnO2 であるITOにより透明電
極層6を形成した。この透明電極層6の表面での反射
は、周知のように膜厚を制御することにより防止するこ
とができる。このようにして製造する光電変換装置の製
造歩留まりと、低温形成金属層3のAl膜厚との関係を
図3に示す。高反射金属層4のAg膜厚は100nmに
固定した。不良は主として短絡により発生する。図に示
されるようにAlの膜厚は150nm以下、望ましくは
100nm以下であることがわかった。
【0010】図4に、本発明の実施例の光電変換装置の
量子効率分光特性を点線41として、従来の光電変換装
置の量子効率分光特性を実線42として示す。従来の光
電変換装置は、下部電極を可撓性基板上にZnO薄膜を
介してAgのみで形成したもので、Ag膜の成膜温度は
350℃である。それ以外の上部の構造は図1と同様で
ある。この二つの曲線の比較からわかるとおり、波長6
00nmから700nm付近での分光感度特性の差は顕
著である。短絡電流は、従来の光電変換装置が16.3
mA/cm2 であるのに対し、実施例の光電変換装置で
は、17.65mA/cm2 であった。
【0011】上記の実施例では、低温形成金属層3にA
lを用いたが、Alより低融点の金属、例えばZn、I
nなども用いることができる。また、高反射率金属層4
にはAgの代わりにCuを用いることができる。
【0012】
【発明の効果】本発明によれば、下部電極層を高反射率
の金属よりなる上部層と表面に凹凸形状をもつ下部層に
分ける際に、下部層に融点700℃以下の金属を用いる
ことにより、低温で形成し、かつ薄い膜厚で凹凸形状の
表面を得ることができた。これにより、高温の工程を介
する必要がなくなり、熱応力等の歩留まり低下の要因を
回避することができた。また、下部層に合金を用いる必
要がなくなり、電極層の導電率低下も避けられた。この
結果、特に、高分子フィルム基板を用いた光電変換装置
の安定性の向上、高効率化の同時達成が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の光電変換装置の構造を示す断
面図
【図2】異なるガラス基板上に下部電極としてのAg電
極を形成した光電変換装置の短絡電流と基板の種類およ
び成膜方法との関係線図
【図3】本発明の実施例の光電変換装置の製造歩留まり
とAl下部層の膜厚との関係線図
【図4】本発明の実施例と比較例の光電変換装置の量子
効率分光特性線図
【符号の説明】
1 基板 2 ZnO薄膜 3 低温形成金属層 4 高反射率金属層 5 光電変換層 6 透明電極層

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁性の基板上に下部電極層、光電変換層
    および透明上部電極層が順次積層された光電変換装置に
    おいて、下部電極層がその平均厚さが250nm以下で
    あり、高反射率金属よりなる上部層と、上面に凹凸形状
    を有し、融点700℃以下の金属よりなる下部層とを有
    することを特徴とする光電変換装置。
  2. 【請求項2】下部電極層の下部層の上面における凹凸の
    山頂の平均間隔が150nm以上1000nm以下であ
    る請求項1記載の光電変換装置。
  3. 【請求項3】基板が高分子材料よりなって可撓性を有す
    る請求項1あるいは2記載の光電変換装置。
  4. 【請求項4】下部電極層の基板に接する層部分が導電性
    酸化物よりなる請求項3記載の光電変換装置。
  5. 【請求項5】下部電極層の下部層がアルミニウムよりな
    る請求項1ないし4のいずれかに記載の光電変換装置。
  6. 【請求項6】下部電極層の下部層の厚さが150nm以
    下である請求項5記載の光電変換装置。
  7. 【請求項7】下部電極層の上部層が銀よりなる請求項1
    ないし6のいずれかに記載の光電変換装置。
  8. 【請求項8】下部電極層の下部層を基板温度225℃な
    いし325℃で成膜することを特徴とする請求項5記載
    の光電変換装置の製造方法。
  9. 【請求項9】下部電極層の上部層を基板温度200℃以
    下で成膜する請求項8記載の光電変換装置の製造方法。
JP7185315A 1995-07-21 1995-07-21 光電変換装置およびその製造方法 Pending JPH0936406A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010003901A (ja) * 2008-06-20 2010-01-07 Fujifilm Corp 光電変換素子及び固体撮像素子
JP2012522403A (ja) * 2009-05-06 2012-09-20 シンシリコン・コーポレーション 光起電力電池、及び、半導体層スタックにおいて光補足を高める方法

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