JPH1065195A - Photovoltaic element - Google Patents
Photovoltaic elementInfo
- Publication number
- JPH1065195A JPH1065195A JP8238620A JP23862096A JPH1065195A JP H1065195 A JPH1065195 A JP H1065195A JP 8238620 A JP8238620 A JP 8238620A JP 23862096 A JP23862096 A JP 23862096A JP H1065195 A JPH1065195 A JP H1065195A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- substrate
- type
- transparent
- metal layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高信頼性かつ高変換効率の光起電力素子を提
供する。
【解決手段】 基板上に、金属層と透明層よりなる裏面
反射層、半導体層、及び透明電極を少なくとも有する光
起電力素子において、該金属層がマグネシウム濃度が4
0at%以下である銅−マグネシウム合金である光起電
力素子。
(57) [Problem] To provide a photovoltaic element with high reliability and high conversion efficiency. SOLUTION: In a photovoltaic element having at least a back reflection layer composed of a metal layer and a transparent layer on a substrate, a semiconductor layer, and a transparent electrode, the metal layer has a magnesium concentration of 4%.
A photovoltaic element which is a copper-magnesium alloy of 0 at% or less.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は高性能で長期使用に
対する信頼性が高く、しかも低コストでの量産が可能な
太陽電池等の光起電力素子に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photovoltaic device such as a solar cell which has high performance, has high reliability for long-term use, and can be mass-produced at low cost.
【0002】[0002]
【従来の技術】人類のこれからのエネルギー源として、
その使用の結果発生する二酸化炭素の為に地球の温暖化
をもたらすと言われる石油や石炭、不測の事故により、
さらには正常な運転時に於いてすら放射線の危険が皆無
とは言えない原子力に全面的に依存していく事は問題が
多い。太陽電池は太陽をエネルギー源としており地球環
境に対する影響が極めて少ないので、一層の普及が期待
されている。しかし現状に於いては、本格的な普及を妨
げているいくつかの問題点がある。2. Description of the Related Art As a future energy source for humankind,
Oil and coal, which is said to cause global warming due to carbon dioxide generated as a result of its use,
Moreover, it is problematic to rely entirely on nuclear power, which is not without radiation hazard even during normal operation. Since solar cells use the sun as an energy source and have very little effect on the global environment, further spread is expected. However, at present, there are some problems that hinder full-fledged diffusion.
【0003】従来太陽光発電用としては、単結晶または
多結晶のシリコンが多く用いられてきた。しかしこれら
の太陽電池では結晶の成長に多くのエネルギーと時間を
要し、またその後も複雑な工程が必要となるため量産効
果があがりにくく、低価格での提供が困難であった。Conventionally, monocrystalline or polycrystalline silicon has been often used for photovoltaic power generation. However, these solar cells require a large amount of energy and time to grow crystals, and require complicated processes thereafter, so that the mass production effect is hard to increase, and it has been difficult to provide them at low cost.
【0004】一方、アモルファスシリコン(以下a−S
iと記載)や、CdS・CuInSe2などの化合物半
導体を用いた、いわゆる薄膜半導体太陽電池が盛んに研
究、開発されてきた。これらの太陽電池では、ガラスや
ステンレススティールなどの安価な基板上に必要なだけ
の半導体層を形成すればよく、その製造工程も比較的簡
単であり、低価格化できる可能性を持っている。On the other hand, amorphous silicon (hereinafter a-S)
i)) and so-called thin-film semiconductor solar cells using compound semiconductors such as CdS.CuInSe 2 have been actively researched and developed. In these solar cells, it is only necessary to form as many semiconductor layers as necessary on an inexpensive substrate such as glass or stainless steel, the manufacturing process is relatively simple, and there is a possibility that the cost can be reduced.
【0005】しかし薄膜太陽電池は、その変換効率が結
晶シリコン太陽電池に比べて低く、しかも長期の使用に
対する信頼性に不安があるためこれまで本格的に使用さ
れてこなかった。そこで薄膜太陽電池の性能を改善する
ため、様々な工夫がなされている。[0005] However, thin-film solar cells have not been used in earnest because they have lower conversion efficiency than crystalline silicon solar cells and have concerns about their reliability for long-term use. Therefore, various measures have been taken to improve the performance of the thin-film solar cell.
【0006】その一つが基板表面の光の反射率を高める
ことにより、薄膜半導体層で吸収されなかった太陽光
を、再び薄膜半導体層に戻し入射光を有効に利用するた
めの裏面反射層である。太陽光のスペクトルの内の短波
長の成分は、既に薄膜半導体に吸収されているので、そ
れより長波長の光に対して反射率が高ければ十分であ
る。どの波長以上で反射率が高ければ良いかは、用いる
薄膜半導体の光吸収係数、膜厚に依存する。One of them is a back surface reflection layer for increasing the reflectivity of light on the surface of the substrate so that sunlight not absorbed by the thin film semiconductor layer is returned to the thin film semiconductor layer again to effectively use incident light. . Since the short wavelength component of the sunlight spectrum is already absorbed by the thin film semiconductor, it is sufficient that the reflectance is higher for light of a longer wavelength. Which wavelength or higher the reflectance should be high depends on the light absorption coefficient and the film thickness of the thin film semiconductor used.
【0007】透明な基板の基板側から太陽光を入射させ
る場合には、薄膜半導体の表面に形成する電極を銀(A
g)、銅(Cu)など反射率の高い金属で形成するとよ
い。ここで種々の金属の反射率比較のため、2000オ
ングストロームに成膜したAg、Al、Cu、Ni膜の
反射率を図2に示しておく。又、薄膜半導体層の表面か
ら太陽光を入射させる場合には、同様の金属の層を基板
上に形成した後半導体層を形成するとよい。When sunlight is incident on the transparent substrate from the substrate side, an electrode formed on the surface of the thin film semiconductor is formed of silver (A).
g) and a metal having high reflectivity such as copper (Cu). Here, for comparison of the reflectance of various metals, the reflectance of Ag, Al, Cu and Ni films formed at 2000 Å is shown in FIG. In the case where sunlight is incident from the surface of the thin film semiconductor layer, a semiconductor layer may be formed after a similar metal layer is formed on a substrate.
【0008】また、金属層と薄膜半導体層の間に適当な
光学的性質を持った透明層を介在させると、多重干渉効
果によりさらに反射率を高める事ができる。この様な透
明層を用いる事は薄膜太陽電池の信頼性を高める上で効
果がある。特公昭60−41878号公報には透明層を
用いる事により半導体と金属層が合金化する事を防止で
きるとの記載がある。また米国特許第4,532,37
2および4,598,306号明細書には、適度な抵抗
を持った透明層を用いる事により万が一半導体層に短絡
箇所が発生しても電極間に過剰な電流が流れるのを防止
できるとの記載がある。When a transparent layer having appropriate optical properties is interposed between the metal layer and the thin film semiconductor layer, the reflectance can be further increased by the multiple interference effect. The use of such a transparent layer is effective in increasing the reliability of the thin-film solar cell. Japanese Patent Publication No. 60-41878 discloses that the use of a transparent layer can prevent alloying between a semiconductor and a metal layer. U.S. Pat. No. 4,532,37
Patent Documents 2 and 4,598,306 disclose that use of a transparent layer having an appropriate resistance can prevent an excessive current from flowing between the electrodes even if a short circuit occurs in the semiconductor layer. There is a description.
【0009】また、薄膜太陽電池の変換効率を高めるた
めの別の工夫として、太陽電池の表面又は/及び裏面反
射層との界面を微細な凸凹構造(テクスチャー構造)と
する方法がある。このような構成にする事により、太陽
電池の表面又は/及び裏面反射層との界面で太陽光が散
乱され、更に半導体の内部に閉じこめられ(光トラップ
効果)、半導体中で有効に吸収できる様になる。Another method for improving the conversion efficiency of a thin-film solar cell is a method in which the interface of the solar cell with the front and / or back reflection layers has a fine uneven structure (texture structure). By adopting such a configuration, sunlight is scattered at the interface with the front surface and / or back surface reflection layer of the solar cell, further confined inside the semiconductor (light trapping effect), and can be effectively absorbed in the semiconductor. become.
【0010】基板が透明な場合には、基板上の酸化錫
(SnO2)などの透明電極の表面をテクスチャー構造
にすると良い。また薄膜半導体の表面から太陽光を入射
する場合には、裏面反射層に用いる金属層の表面をテク
スチャー構造とすればよい。ソーラー エナジー マテ
リアルズ(Solar Energy Materia
ls)20(1990)pp99−110には、Alを
基板温度や堆積速度を調整して堆積する事により裏面反
射層用のテクスチャー構造が得られる事が示されてい
る。When the substrate is transparent, the surface of a transparent electrode such as tin oxide (SnO 2 ) on the substrate may be formed into a texture structure. In the case where sunlight enters from the surface of the thin film semiconductor, the surface of the metal layer used for the back reflection layer may have a texture structure. Solar Energy Materials (Solar Energy Materials)
ls) 20 (1990) pp99-110 shows that a texture structure for the backside reflective layer can be obtained by depositing Al while adjusting the substrate temperature and the deposition rate.
【0011】このようなテクスチャー構造の裏面反射層
を用いた事による入射光の吸収の増加の例を図3に示
す。ここで曲線(a)は、金属層として平滑な銀を用い
たa−SiGe太陽電池の分光感度、曲線(b)は、テ
クスチャー構造の銀を用いた場合の分光感度を示す。図
3より、波長800nm近傍の光がa−SiGe半導体
層で有効に利用されていないことから、変換効率をより
高めるには800nm近傍の光に対して高い反射率をも
つ裏面反射層を用いればよい。FIG. 3 shows an example of an increase in the absorption of incident light due to the use of the back reflection layer having such a texture structure. Here, the curve (a) shows the spectral sensitivity of an a-SiGe solar cell using smooth silver as the metal layer, and the curve (b) shows the spectral sensitivity when textured silver is used. According to FIG. 3, since the light near the wavelength of 800 nm is not effectively used in the a-SiGe semiconductor layer, to further increase the conversion efficiency, a back reflection layer having a high reflectance for the light near 800 nm is used. Good.
【0012】ここで、もう一度図2をみると、銀、銅は
本発明で用いる薄膜半導体で必要とする700〜100
0nmの全波長域で高い反射率を示すのに対し、アルミ
ニウムは波長800nm近傍で極小値を持つ。従って8
00nmで高い反射率を示す銀、銅は金属層に最も適し
た反射率を持つ金属であると言える。Referring again to FIG. 2, silver and copper are required to be used in the thin-film semiconductor of the present invention.
While aluminum has a high reflectance in the entire wavelength range of 0 nm, aluminum has a minimum value near a wavelength of 800 nm. Therefore 8
Silver and copper, which exhibit high reflectance at 00 nm, can be said to be metals having the reflectance most suitable for the metal layer.
【0013】さらに、金属層と透明層の2層からなる裏
面反射層の考え方と、テクスチャー構造の考え方を組み
合わせる事もできる。米国特許第4,419,533号
明細書には金属層の表面がテクスチャー構造を持ち、且
つその上に透明層が形成された裏面反射層の考え方が開
示されている。また、平滑な金属層の上にテクスチャー
構造の透明層を形成するのもよい。この様な組み合わせ
により太陽電池の変換効率は著しく向上する事が期待さ
れる。Further, it is possible to combine the idea of the back surface reflection layer composed of two layers of the metal layer and the transparent layer with the idea of the texture structure. U.S. Pat. No. 4,419,533 discloses the idea of a backside reflective layer in which the surface of a metal layer has a textured structure and a transparent layer is formed thereon. Further, a transparent layer having a texture structure may be formed on a smooth metal layer. Such a combination is expected to significantly improve the conversion efficiency of the solar cell.
【0014】[0014]
【発明が解決しようとする課題】裏面反射層の金属とし
て、とりわけ優れた反射率を持つ銀や銅を用いることは
変換効率の高い太陽電池を得る上で極めて有利である。
ところがこれらの金属、特に銀は電気化学的マイグレー
ションを起こす金属として知られている。The use of silver or copper having particularly excellent reflectance as the metal of the backside reflection layer is extremely advantageous for obtaining a solar cell having high conversion efficiency.
However, these metals, particularly silver, are known as metals that cause electrochemical migration.
【0015】電気化学的マイグレーション(以下マイグ
レーションと呼ぶ)とは、箔・メッキ・ペースト状等の
金属が直流電圧の印加された条件下において、吸湿性の
大きいまたは親水性の強い絶縁物と接触した状態、かつ
高湿度の環境下で使用されると、電気分解作用により絶
縁物の表面や内部を金属が樹枝状あるいは染み状に成長
し電導経路をつくる現象のことである。Electrochemical migration (hereinafter referred to as migration) means that a metal such as a foil, a plating, or a paste comes into contact with an insulator having a large hygroscopic property or a strong hydrophilic property under a condition where a DC voltage is applied. When used in an environment with high humidity in a state, a metal grows in a dendritic or stain-like manner on the surface or inside of the insulator by electrolysis to form a conductive path.
【0016】金属によっては上記以外の条件を要する。
例えば実験的にマイグレーションを発生させる場合、銀
(Ag)・銅(Cu)・鉛(Pb)等は蒸留水と電界の
条件下で発生し(Agは樹枝状結晶の成長速度が特に速
い)、金(Au)・パラジウム(Pd)・インジウム
(In)等は更にハロゲンイオンの存在が必要となり、
アルミニウム(Al)・ニッケル(Ni)・鉄(Fe)
等はこれら以外の特殊な条件下でないと発生しないと報
告されている。Other conditions are required depending on the metal.
For example, when migration is experimentally generated, silver (Ag), copper (Cu), lead (Pb), and the like are generated under the conditions of distilled water and an electric field (Ag has a particularly high growth rate of dendritic crystals), Gold (Au), palladium (Pd), indium (In), etc. require the presence of further halogen ions.
Aluminum (Al), Nickel (Ni), Iron (Fe)
Etc. are reported to occur only under special conditions other than these.
【0017】様々な環境での使用が考えられる太陽電池
についても、長期使用の際、マイグレーションによる電
極間の短絡が問題となる。例えば屋外で実使用されてい
る太陽電池が高温多湿の環境下にさらされた場合を考え
る。一般に太陽電池単体では出力電圧が低いため、複数
のサブモジュール(上記の薄膜半導体太陽電池をモジュ
ール化したもの)を直列接続して使用する。このような
太陽電池が落葉等により部分被覆された場合、被覆部分
のサブモジュールの出力電流が他のサブモジュールに比
べ極端に小さくなり、実質的に内部インピーダンスが大
きくなる。その結果他のサブモジュールの出力電圧が逆
にかかる。[0017] Even for a solar cell that can be used in various environments, a short circuit between electrodes due to migration becomes a problem during long-term use. For example, consider a case where a solar cell actually used outdoors is exposed to a high-temperature and high-humidity environment. In general, since the output voltage of a solar cell alone is low, a plurality of submodules (modules of the above-described thin-film semiconductor solar cells) are connected in series and used. When such a solar cell is partially covered by fallen leaves or the like, the output current of the submodule in the covered portion is extremely small as compared with the other submodules, and the internal impedance is substantially increased. As a result, the output voltages of the other sub-modules are reversed.
【0018】即ち高温高湿かつ逆バイアスの印加という
マイグレーションの発生条件が実現され、電極間の短絡
が起こりサブモジュールの破壊に至るのである。裏面反
射層に反射率の高いAg・Cuを用いた場合はなおさら
である。一方、耐マイグレーションに優れている金属の
AlやNi等を代用した場合、反射率がAgやCuに較
べて低いため、高変換効率は望めない。In other words, the conditions of occurrence of migration such as application of high temperature, high humidity and application of reverse bias are realized, and a short circuit between the electrodes occurs, leading to destruction of the submodule. This is especially true when Ag / Cu having high reflectivity is used for the back reflection layer. On the other hand, when a metal having excellent migration resistance, such as Al or Ni, is substituted, high conversion efficiency cannot be expected because the reflectance is lower than that of Ag or Cu.
【0019】本発明はこの様な現状に鑑みなされたもの
であって、改良された裏面反射層を用いることにより、
信頼性が高くかつ高効率の光起電力素子を低価格にて提
供することを目的とする。The present invention has been made in view of such circumstances, and by using an improved back reflection layer,
It is an object of the present invention to provide a highly reliable and highly efficient photovoltaic element at a low price.
【0020】[0020]
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、基板上
に、少なくとも金属層と透明層よりなる裏面反射層、半
導体層、及び透明電極を少なくとも有する光起電力素子
において、該金属層がマグネシウム濃度が40at%以
下、好ましくは20〜40at%、より好ましくは30
〜35at%である銅−マグネシウム合金であることを
特徴とする光起電力素子である。That is, the present invention relates to a photovoltaic device having at least a back reflection layer comprising a metal layer and a transparent layer, a semiconductor layer, and a transparent electrode on a substrate. The magnesium concentration is 40 at% or less, preferably 20 to 40 at%, more preferably 30 at%.
It is a photovoltaic element characterized by being a copper-magnesium alloy of up to 35 at%.
【0021】また、基板上に、少なくとも金属層と透明
層よりなる裏面反射層、半導体層、及び透明電極を少な
くとも有する光起電力素子において、該金属層が波長7
00〜1000nmの光に対し90%以上の反射率を示
し、電気化学的マイグレーションを起こさない銅−マグ
ネシウム合金であることを特徴とする光起電力素子であ
る。Further, in a photovoltaic device having at least a back reflection layer comprising a metal layer and a transparent layer on a substrate, a semiconductor layer, and a transparent electrode, the metal layer has a wavelength of 7 nm.
A photovoltaic device characterized by being a copper-magnesium alloy that exhibits a reflectance of 90% or more for light of 00 to 1000 nm and does not cause electrochemical migration.
【0022】また、基板上に、少なくとも金属層と透明
層よりなる裏面反射層、半導体層、及び透明電極を少な
くとも有する光起電力素子において、該金属層のマグネ
シウム濃度が40at%以下、好ましくは20〜40a
t%、より好ましくは30〜35at%であり、その反
射率が700〜1000nmの光に対し90%以上であ
る銅−マグネシウム合金からなることを特徴とする光起
電力素子である。Further, in a photovoltaic device having at least a back reflection layer composed of a metal layer and a transparent layer on a substrate, a semiconductor layer and a transparent electrode, the magnesium concentration of the metal layer is 40 at% or less, preferably 20 at% or less. ~ 40a
The photovoltaic device is characterized in that the photovoltaic device is made of a copper-magnesium alloy having a reflectivity of at least 90% for light having a wavelength of 700 to 1000 nm.
【0023】本発明の金属層は、銅とマグネシウムのモ
ザイクターゲットまたは合金ターゲットを用い、スパッ
タリングにより形成されるのが好ましい。The metal layer of the present invention is preferably formed by sputtering using a mosaic target or an alloy target of copper and magnesium.
【0024】また、少なくとも裏面反射層がテクスチャ
ー構造を有することが好ましい。It is preferable that at least the back reflection layer has a texture structure.
【0025】更に、半導体層が薄膜半導体よりなること
が好ましい。Further, the semiconductor layer is preferably made of a thin film semiconductor.
【0026】本発明はこの様な構成とすること、特にこ
の様な金属層を用いることにより次の様な効果を生じ
る。According to the present invention, the following effects can be obtained by adopting such a structure, particularly by using such a metal layer.
【0027】(1)Cu−Mg合金は樹枝状結晶の成長
がないため、過酷な環境下で使用される光起電力素子内
部に発生する短絡を防止することができ、信頼性が高め
られる。(1) Since a Cu-Mg alloy does not grow dendritic crystals, short-circuiting inside a photovoltaic element used in a severe environment can be prevented, and reliability is improved.
【0028】(2)CuにMgを40at%以下の範囲
で添加すると、700〜1000nmの光に対する反射
率が90%以上と高いため、入射光を有効に利用するこ
とができ光起電力素子の変換効率が向上する。(2) When Mg is added to Cu in a range of 40 at% or less, the reflectance for light having a wavelength of 700 to 1000 nm is as high as 90% or more. Conversion efficiency is improved.
【0029】(3)均質な合金膜が得られ、安定した特
性の光起電力素子を得ることができる。また、安価な金
属を主材料とするため、低コストでの量産が可能とな
る。(3) A homogeneous alloy film can be obtained, and a photovoltaic element having stable characteristics can be obtained. In addition, since inexpensive metal is used as a main material, mass production at low cost becomes possible.
【0030】[0030]
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を用いて詳細
に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【0031】本発明の光起電力素子の構成の一例を図1
に示す。FIG. 1 shows an example of the structure of the photovoltaic element of the present invention.
Shown in
【0032】101は基板である。基板101は導電性
のある金属基板が好ましく、導電性のない基板を用いる
場合には、例えば真空蒸着法やスパッタリング法等で金
属の導電層を堆積すると良い。Reference numeral 101 denotes a substrate. The substrate 101 is preferably a conductive metal substrate. When a non-conductive substrate is used, a metal conductive layer is preferably deposited by, for example, a vacuum evaporation method or a sputtering method.
【0033】102はCu−Mg合金の金属層、103
は透明層で、これらを合わせて裏面反射層と呼ぶ。透明
層103は半導体層104を透過してきた太陽光に対し
ては透明である。また適度な電気抵抗を持ち、その表面
は図1に示す様にテクスチャー構造を持っていることが
好ましい。Reference numeral 102 denotes a metal layer of a Cu—Mg alloy;
Denotes a transparent layer, and these are collectively referred to as a back reflection layer. The transparent layer 103 is transparent to sunlight transmitted through the semiconductor layer 104. Further, it is preferable that it has an appropriate electric resistance and its surface has a texture structure as shown in FIG.
【0034】104は半導体層(薄膜半導体接合)であ
る。図1では半導体層104としてpin型の非単結晶
光起電力素子を用いた例を示しているが、pin型の非
単結晶光半導体素子を複数積層したタンデムセルやトリ
プルセル構造にしても良い。ここで105はn型a−S
i、106はi型a−Si、107はp型a−Siであ
る。半導体層104が薄い場合には、図1に示す様に半
導体層104全体が透明層103と同様のテクスチャー
構造を示すことが多い。Reference numeral 104 denotes a semiconductor layer (thin film semiconductor junction). FIG. 1 illustrates an example in which a pin-type non-single-crystal photovoltaic element is used as the semiconductor layer 104; however, a tandem cell or triple cell structure in which a plurality of pin-type non-single-crystal optical semiconductor elements are stacked may be used. . Here, 105 is an n-type a-S
i and 106 are i-type a-Si, and 107 is p-type a-Si. When the semiconductor layer 104 is thin, the entire semiconductor layer 104 often has the same texture structure as the transparent layer 103 as shown in FIG.
【0035】その上に透明電極108、集電電極109
が設けられている。On top of this, a transparent electrode 108 and a current collecting electrode 109
Is provided.
【0036】(金属層102)まず、本発明の効果を示
すための実験について説明する。全ての実験において金
属層の堆積には図4に示すDCマグネトロンスパッタ装
置を用いたが、一般的に金属層の堆積には、抵抗加熱や
電子ビームによる真空蒸着法、スパッタリング法、イオ
ンプレーティング法、CVD法等が用いられる。(Metal layer 102) First, an experiment for showing the effect of the present invention will be described. In all experiments, the DC magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 4 was used for depositing the metal layer. However, in general, the metal layer was deposited by resistance heating, vacuum deposition using an electron beam, sputtering, or ion plating. , A CVD method or the like is used.
【0037】401は堆積室であり不図示の排気ポンプ
で真空排気できる。この内部に、不図示のガスボンベに
接続されたガス導入管402により、アルゴン(Ar)
等の不活性ガスが所定の流量導入され、排気弁403の
開度を調節し堆積室401内は所定の圧力となる。Reference numeral 401 denotes a deposition chamber, which can be evacuated by an exhaust pump (not shown). Inside this, argon (Ar) is supplied by a gas introduction tube 402 connected to a gas cylinder (not shown).
A predetermined flow rate of inert gas such as is introduced, the opening degree of the exhaust valve 403 is adjusted, and the pressure in the deposition chamber 401 becomes a predetermined pressure.
【0038】また、基板404は内部にヒーター405
が設けられたアノード406の表面に固定されている。
アノード406に対向してその表面にターゲット407
が固定されたカソード電極408が設けられている。タ
ーゲット407は通常は純度99.9乃至99.999
%程度の堆積されるべき金属のブロックである。カソー
ド電極408はDC電源409に接続されており、電源
409により直流高電圧を加え、アノード406・カソ
ード408間にプラズマ410を生起する。このプラズ
マ410の作用によリターゲット407の金属原子が基
板404上に堆積される。The substrate 404 has a heater 405 inside.
Are fixed to the surface of the anode 406 provided with the.
A target 407 is provided on the surface facing the anode 406.
Is provided with a cathode electrode 408 to which is fixed. Target 407 is typically 99.9-99.999 pure
% Of blocks of metal to be deposited. The cathode electrode 408 is connected to a DC power supply 409, and applies a high DC voltage from the power supply 409 to generate a plasma 410 between the anode 406 and the cathode 408. The metal atoms of the retarget 407 are deposited on the substrate 404 by the action of the plasma 410.
【0039】また、カソード408の内部に磁石を設け
プラズマ410の強度を高めたマグネトロンスパッタリ
ング装置を用いる事により、堆積速度をより高めること
ができる。The deposition rate can be further increased by using a magnetron sputtering apparatus in which a magnet is provided inside the cathode 408 to increase the intensity of the plasma 410.
【0040】(実験1)鏡面研磨をした5cm×5cm
のステンレス板(SUS304)上にDCマグネトロン
スパッタ法にてMg濃度が6、10、20、34、4
6、51at%のCu−Mg合金を1000オングスト
ローム堆積し、それぞれを試料1a、1b、1c、1
d、1e、1fとする。また、比較のため純Cuを用い
て同様に試料1kも作製した。これらの試料は室温にお
いて40オングストローム/secで平滑基板上に堆積
したため、その表面は平滑であった。(Experiment 1) Mirror-polished 5 cm × 5 cm
Mg concentration of 6, 10, 20, 34, 4 on a stainless steel plate (SUS304) by DC magnetron sputtering.
A Cu-Mg alloy of 6, 51 at% was deposited at 1000 Å, and samples 1a, 1b, 1c, 1
d, 1e, and 1f. For comparison, a sample 1k was similarly prepared using pure Cu. Since these samples were deposited on a smooth substrate at room temperature at 40 Å / sec, their surfaces were smooth.
【0041】さらに温度依存性を調べるため、基板温度
を100、200、300、400度とした以外は1b
と同様にして試料1g、1h、1i、1jを作製した。
1g〜1iの表面は数千オングストローム大の細かなテ
クスチャー構造になっていた。In order to further examine the temperature dependence, 1b was used except that the substrate temperature was set to 100, 200, 300, and 400 degrees.
Samples 1g, 1h, 1i, and 1j were prepared in the same manner as described above.
The surface of 1 g to 1 i had a fine texture structure of several thousand angstroms.
【0042】1kの作製には99.999%のCuター
ゲットを用い、合金試料1a〜1jの作製には、Cuと
Mgのモザイクターゲットを用いた。For producing 1k, a 99.999% Cu target was used, and for producing alloy samples 1a to 1j, a mosaic target of Cu and Mg was used.
【0043】モザイクターゲットではなくCuターゲッ
トの上にMgの5mm×5mm×1mm形状のチップを
置いて成膜すると、おそらく2種の金属のスパッタ率の
違いやチップの電気的接触不良、チップによってターゲ
ット表面にできる凹凸の影響等によりMgが均一に飛び
にくく、膜厚方向に組成ムラが発生する傾向がある。モ
ザイクターゲットでは膜厚方向の組成ムラを改善するこ
とができ好ましい。If a 5 mm × 5 mm × 1 mm chip made of Mg is placed on a Cu target instead of a mosaic target to form a film, it is probably due to the difference in sputtering rate between the two metals, poor electrical contact of the chip, and the chip due to the chip. Mg is less likely to fly uniformly due to the influence of irregularities formed on the surface, and the composition tends to be uneven in the film thickness direction. The mosaic target is preferable because composition unevenness in the film thickness direction can be improved.
【0044】モザイクターゲットは、99.9%のMg
片または99.99%のCu片がはめ込めるよう、9
9.99%のCuターゲットを加工したもので、確実な
電気接触と平滑な表面が得られる。また、Mg片とCu
片のはめ込む割合を変えることで組成を変化させること
が可能である。合金試料についてはX線エネルギー分散
型分析装置(XMA)にて分析を行ない組成の確認を行
なった。The mosaic target was 99.9% Mg
9 or 99.99% Cu
A 9.99% Cu target is processed, and a reliable electric contact and a smooth surface can be obtained. In addition, Mg pieces and Cu
The composition can be changed by changing the ratio of the pieces to be fitted. The alloy sample was analyzed with an X-ray energy dispersive analyzer (XMA) to confirm the composition.
【0045】これら11種類の試料について波長400
〜1200nmの光に対する反射率を測定した。すでに
説明したように、a−SiGe半導体層で重要となる8
00nmでの反射率の値を各組成において得られた反射
率の代表値として、図5に示す。反射率はMg濃度の増
加にともなって徐々に低下したが、Mg濃度40at%
以下の1a〜1dは90%以上の高い反射率を示した。
また基板温度の変化による影響はなく、1g〜1jも9
0%以上の高い反射率を示した。For these 11 types of samples, a wavelength of 400
The reflectivity for light of 1200 nm was measured. As described above, it is important that the a-SiGe semiconductor layer 8
FIG. 5 shows the value of the reflectance at 00 nm as a representative value of the reflectance obtained for each composition. The reflectivity gradually decreased as the Mg concentration increased, but the Mg concentration was 40 at%.
The following 1a to 1d showed a high reflectance of 90% or more.
There is no influence by the change of the substrate temperature, and 1g to 1j are 9
It exhibited a high reflectance of 0% or more.
【0046】(実験2)5cm×5cmの7059無ア
ルカリガラス上に200μmの間隔を持つ櫛型電極マス
クを置いた他は実験1と同様にしてCu−Mg合金を堆
積し、樹枝状結晶成長評価実験用試料を作製した。(Experiment 2) A Cu-Mg alloy was deposited in the same manner as in Experiment 1 except that a comb-shaped electrode mask having a spacing of 200 μm was placed on a 7059 non-alkali glass of 5 cm × 5 cm, and evaluation of dendritic crystal growth was performed. Experimental samples were prepared.
【0047】Mg濃度6、10、20、34、46、5
1at%を室温で、Mg濃度10at%についてはさら
に100、200、300、400度で成膜し、それぞ
れ試料2a、2b、2c、2d、2e、2f、2g、2
h、2i、2jとする。比較のための純Cu、純Ag試
料2k、2lも室温にて同様に成膜した。Mg concentration 6, 10, 20, 34, 46, 5
1 at% was formed at room temperature, and for Mg concentration of 10 at%, films were formed at 100, 200, 300, and 400 degrees, respectively, and samples 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g, 2
h, 2i, and 2j. Pure Cu and pure Ag samples 2k and 2l for comparison were similarly formed at room temperature.
【0048】これら12種類の試料について、作製した
200μmの電極間隔上に純水滴をたらして10Vの電
圧を印加し、顕微鏡下で樹枝状結晶の成長を観察した。
2a〜2c、2g〜2jに関してはわずかな樹枝状結晶
の成長が見られたが、電極間の短絡には至らなかった。
2d〜2fについては樹枝状結晶は見られなかったが若
千の正極の溶け出しが観察され、Mg含有量が40at
%を越える2e、2fは、電圧を印加して5秒程度で正
極が溶けてしまった。試料2k、2lは電圧をかけると
同時に樹枝状結晶が発生し短絡してしまった。With respect to these twelve kinds of samples, pure water droplets were dropped on the prepared electrode gap of 200 μm, a voltage of 10 V was applied, and dendritic crystal growth was observed under a microscope.
With respect to 2a to 2c and 2g to 2j, slight dendritic crystal growth was observed, but no short circuit occurred between the electrodes.
No dendritic crystals were observed in 2d to 2f, but a few thousand positive electrodes were observed to be dissolved, and the Mg content was 40 at.
%, 2e and 2f, the positive electrode melted in about 5 seconds after the voltage was applied. In the samples 2k and 2l, dendrites were generated at the same time when the voltage was applied, and short-circuit occurred.
【0049】(実験3)ターゲットにCu−Mg合金タ
ーゲットを用いた他は実験1と同様に、室温にてMg濃
度10at%のCu−Mg合金金属層を成膜した。モザ
イクターゲット同様、均質な膜を得ることができた。(Experiment 3) A Cu-Mg alloy metal layer having a Mg concentration of 10 at% was formed at room temperature as in Experiment 1, except that a Cu-Mg alloy target was used as the target. As with the mosaic target, a homogeneous film could be obtained.
【0050】その後、透明層としてZnOを10000
オングストローム形成し、さらにグロー放電分解法にて
SiH4、PH3を原料ガスとしてn型a−Si層を20
0オングストローム、SiH4を原料ガスとしてi型a
−Si層を4000オングストローム、SiH4、B
F3、H2を原料ガスとしてp型微結晶(μc)Si層を
100オングストローム堆積し薄膜半導体接合とした。After that, as a transparent layer, ZnO was
Angstroms are formed, and an n-type a-Si layer is formed by glow discharge decomposition using SiH 4 and PH 3 as source gases.
0 angstrom, i-type a using SiH 4 as source gas
4000 Å, SiH 4 , B
Using F 3 and H 2 as source gases, a 100-Å p-type microcrystalline (μc) Si layer was deposited to form a thin film semiconductor junction.
【0051】その上に透明電極として抵抗加熱蒸着法に
より酸化インジウム錫膜(ITO膜)を650オングス
トローム堆積し、さらにAgペーストで幅300ミクロ
ンの集電電極を形成、太陽電池セル化した。この様にし
て得られた試料を3aとする。また同様にして比較のた
め金属層が純Cu、純Al、純Agである試料3b、3
c、3dを得た。An indium tin oxide film (ITO film) was deposited thereon as a transparent electrode by a resistance heating evaporation method at 650 Å, and a current collecting electrode having a width of 300 μm was formed with an Ag paste to form a solar cell. The sample thus obtained is designated as 3a. Similarly, for comparison, samples 3b and 3 in which the metal layers are pure Cu, pure Al, and pure Ag
c and 3d were obtained.
【0052】これらの試料についてAM−1.5のソー
ラーシミュレーターの下で光電流Jscを測定した。試
料3cが19.1mA/cm2であったのに対し、試料
3aは20.7mA/cm2と純Ag試料3dの21.
3mA/cm2に迫る高い電流値が得られた。なお3b
は太陽電池として機能しなかった。The photocurrent Jsc of these samples was measured under a solar simulator of AM-1.5. Sample 3c was 19.1 mA / cm 2 , whereas sample 3a was 20.7 mA / cm 2 and 21.
A high current value approaching 3 mA / cm 2 was obtained. 3b
Did not function as a solar cell.
【0053】(実験4)実験3と同様にMg濃度10、
20、34、43at%のCu−Mg合金および純A
g、純Alの金属層をステンレス板上に堆積し、実験3
同様に太陽電池セル化した。それぞれを試料4a、4
b、4c、4d、4e、4fとする。(Experiment 4) As in Experiment 3, Mg concentration was 10,
20, 34, 43 at% Cu-Mg alloy and pure A
g, a pure Al metal layer was deposited on a stainless steel plate.
Similarly, it was made into a solar cell. Samples 4a and 4
b, 4c, 4d, 4e, and 4f.
【0054】これら6種類の試料に光の当たらない状態
で湿度85%、雰囲気温度85℃中で逆電圧0.85V
を印加し(高湿逆バイアス試験)、時間に伴うRshD
k(光の当たらない状態でのRsh)の変化を測定、比
較評価した。RshDkが10Ωcm2以下に低下する
と、低照度光の下で開放電圧が出なくなり、太陽電池と
しての特性、信頼性に問題がでてくる。従って高湿逆バ
イアス試験ではRshDk≧10kΩcm2を合格基準
とする。A reverse voltage of 0.85 V at a humidity of 85% and an ambient temperature of 85.degree.
(High humidity reverse bias test), and RshD with time
The change in k (Rsh without light) was measured and compared. When the RshDk is reduced to 10 Ωcm 2 or less, no open voltage is generated under low illuminance light, and the characteristics and reliability of the solar cell become problematic. Therefore, in the high humidity reverse bias test, RshDk ≧ 10 kΩcm 2 is set as a passing criterion.
【0055】試料4eは測定を始めると同時にRshD
kが急激に低下し、10kΩcm2をわってしまった。
試料4fは100時間を越えても31kΩcm2より低
下する事はなかった。試料4a、4b、4cは、若干R
shDkの低下が見られたものの、100時間の時点で
16kΩcm2以上を保持したが、4dは10kΩcm2
を僅かながら下回ってしまった。実験2の結果と合わせ
ると、Mg濃度が40at%以下のCu−Mg合金膜は
信頼性に優れていると言える。The sample 4e starts measuring RshD
k dropped sharply and fell below 10 kΩcm 2 .
Sample 4f did not drop below 31 kΩcm 2 even after more than 100 hours. Samples 4a, 4b and 4c were slightly R
Although shDk was reduced, 16 kΩcm 2 or more was maintained at 100 hours, but 4d was 10 kΩcm 2.
Has fallen slightly. When combined with the results of Experiment 2, it can be said that a Cu—Mg alloy film having a Mg concentration of 40 at% or less has excellent reliability.
【0056】以上の実験結果から、本発明のMg濃度4
0at%以下、好ましくは20〜40at%、より好ま
しくは30〜35at%の範囲のCu−Mg合金、特に
モザイクターゲットまたは合金ターゲットを用いてスパ
ッタ成膜したCu−Mg合金を裏面反射層の金属層に適
応することにより、高効率、高信頼性の光起電力素子を
得ることができる。From the above experimental results, it was found that the Mg concentration of the present invention was 4%.
0 at% or less, preferably 20 to 40 at%, more preferably 30 to 35 at% in the range of a Cu-Mg alloy, particularly a Cu-Mg alloy formed by sputtering using a mosaic target or an alloy target, as a metal layer of the back surface reflection layer. , A highly efficient and highly reliable photovoltaic element can be obtained.
【0057】(透明層103)透明層としては、ZnO
をはじめIn2O3、SnO2、CdO、CdSnO4、T
iO等の酸化物がしばしば用いられる(ただしここで示
した化合物の組成比は実態と必ずしも一致していな
い)。透明層の光の透過率は一般的には高いほど良い
が、半導体層に吸収される波長域の光に対しては、透明
である必要はない。(Transparent layer 103) As the transparent layer, ZnO
, In 2 O 3 , SnO 2 , CdO, CdSnO 4 , T
Oxides such as iO are often used (however, the composition ratios of the compounds shown here do not always match the actual conditions). Generally, the higher the light transmittance of the transparent layer, the better, but it is not necessary to be transparent for light in the wavelength range absorbed by the semiconductor layer.
【0058】透明層はピンホールなどによる電流を抑制
するためにはむしろ抵抗があった方がよい。ただしこの
抵抗による直列抵抗損失が光起電力素子の変換効率に与
える影響が無視できる範囲でなくてはならない。この様
な観点から単位面積(1cm2)あたりの抵抗の範囲は
好ましくは10-6〜10Ω、更に好ましくは10-5〜3
Ω、最も好ましくは10-4〜1Ωである。It is preferable that the transparent layer has a resistance in order to suppress a current caused by a pinhole or the like. However, the effect of the series resistance loss due to this resistance on the conversion efficiency of the photovoltaic element must be within a negligible range. From such a viewpoint, the range of the resistance per unit area (1 cm 2 ) is preferably 10 −6 to 10 Ω, more preferably 10 −5 to 3 Ω.
Ω, most preferably 10 -4 to 1 Ω.
【0059】また透明層の膜厚は透明性の点からは薄い
ほどよいが、表面のテクスチャー構造を取る場合には平
均的な膜厚として1000オングストローム以上必要で
ある。また信頼性の点からこれ以上の膜厚が必要な場合
もある。The thickness of the transparent layer is preferably as small as possible from the viewpoint of transparency. However, when a texture structure on the surface is to be obtained, the average thickness is required to be 1000 Å or more. In some cases, a higher film thickness is required from the viewpoint of reliability.
【0060】透明層の堆積には、抵抗加熱や電子ビーム
による真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーテ
ィング法、CVD法、スプレーコート法等が用いられ
る。この場合も図4に示したスパッタリング装置が使用
できる。ただし酸化物ではターゲットとして酸化物その
ものを用いる場合と、金属(Zn、Sn等)のターゲッ
トを用いる場合がある。後者の場合では、堆積室にAr
と同時に酸素を流す必要がある(反応性スパッタリング
法と呼ばれる)。For deposition of the transparent layer, a vacuum deposition method using resistance heating or an electron beam, a sputtering method, an ion plating method, a CVD method, a spray coating method, or the like is used. Also in this case, the sputtering apparatus shown in FIG. 4 can be used. Note that in the case of an oxide, there are a case where the oxide itself is used as a target and a case where a metal (Zn, Sn, or the like) target is used. In the latter case, Ar
At the same time, it is necessary to flow oxygen (this is called a reactive sputtering method).
【0061】また透明層の比抵抗を制御するためには適
当な不純物を添加すると良い。導電性酸化物の比抵抗を
高めたい時には、その添加により抵抗を適度に高める物
が好ましい。例えばn型の半導体である透明層にアクセ
プター型の不純物(例えばZnOにCu、SnO2にA
l等)を適当量加えて真性化し抵抗を高めることができ
る。また不純物の添加が耐薬品性を高める場合が多い。
透明膜へ不純物を添加するには蒸発源やターゲットに所
望の不純物を添加しても良いし、特にスパッタリング法
では普通、ターゲットの上に不純物を含む材料の小片を
置いても良い。In order to control the specific resistance of the transparent layer, an appropriate impurity may be added. When it is desired to increase the specific resistance of the conductive oxide, it is preferable to add the conductive oxide to appropriately increase the resistance. For example, an acceptor-type impurity (eg, Cu for ZnO and A for SnO 2) is added to the transparent layer which is an n-type semiconductor.
l)) can be added to increase the resistance. Also, the addition of impurities often increases the chemical resistance.
To add an impurity to the transparent film, a desired impurity may be added to an evaporation source or a target. In particular, in a sputtering method, a small piece of a material containing an impurity may be usually placed on a target.
【0062】(裏面反射層のテクスチャー構造)本発明
の少なくとも金属層と透明層よりなる裏面反射層は、テ
クスチャー構造を有することにより光閉じ込めが起こり
好ましい。(Texture Structure of Back Reflection Layer) The back reflection layer comprising at least a metal layer and a transparent layer of the present invention preferably has a texture structure so that light is confined.
【0063】光閉じ込めが起こる理由としては、金属層
がテクスチャー構造を取っていることによる金属層での
光の散乱が考えられる。また半導体層の表面が透明層と
同様なテクスチャー構造になると光の位相差による光の
散乱が起こり易く光トラップの効果が高い。ただし実験
1の試料1g〜1jの表面の様な細かなテクスチャー構
造には乱反射を増大させる効果はない。このような場
合、より成膜速度を遅くする、膜厚を厚くするといった
方法で金属層の乱反射率を高めることは可能であり、ま
た金属層成膜前にテクスチャー構造を作製したり、透明
層をテクスチャー構造とすることでも光閉じ込めは起こ
り、入射光の有効利用はできる。The reason why light confinement occurs is considered to be light scattering in the metal layer due to the texture structure of the metal layer. When the surface of the semiconductor layer has a texture structure similar to that of the transparent layer, light is easily scattered due to the phase difference of light, and the effect of the light trap is high. However, a fine texture structure such as the surface of the samples 1g to 1j in Experiment 1 has no effect of increasing diffuse reflection. In such a case, it is possible to increase the irregular reflectance of the metal layer by, for example, lowering the film formation rate or increasing the film thickness. The light confinement also takes place by using a textured structure, so that the incident light can be used effectively.
【0064】(基板101)基板としては各種の金属が
用いられる。中でもステンレススチール板、亜鉛鋼板、
アルミニウム板、銅板等は、価格が比較的低く好適であ
る。これらの金属板は、一定の形状に切断して用いても
良いし、板厚によっては長尺のシート状の形態で用いて
も良い。この場合にはコイル状に巻く事ができるので連
続生産に適合性がよく、保管や輸送も容易になる。又用
途によってはシリコン等の結晶基板、ガラスやセラミッ
クスの板を用いる事もできる。基板の表面は研磨しても
良いが、例えばブライトアニール処理されたステンレス
板の様に仕上がりの良い場合にはそのまま用いても良
い。(Substrate 101) Various metals are used for the substrate. Among them, stainless steel plate, zinc steel plate,
Aluminum plates, copper plates, and the like are suitable because they are relatively inexpensive. These metal plates may be cut into a certain shape and used, or may be used in a long sheet-like form depending on the plate thickness. In this case, since it can be wound in a coil shape, it is suitable for continuous production, and storage and transportation are easy. Depending on the application, a crystal substrate such as silicon or a glass or ceramic plate may be used. The surface of the substrate may be polished, but may be used as it is when the finish is good, such as a stainless steel plate subjected to a bright annealing treatment.
【0065】(半導体層104)本発明の光起電力素子
に特に好適に用いられる半導体材料としては、a−S
i:H(水素化非晶質シリコンの略記)、a−Si:
F、a−Si:H:Fなどの非晶質半導体材料、μC−
Si:H(水素化微結晶シリコンの略記)、μC−S
i:F、μC−Si:H:Fなどの微結晶半導体材料な
どが挙げられる。(Semiconductor Layer 104) Semiconductor materials particularly preferably used for the photovoltaic device of the present invention include a-S
i: H (abbreviation of hydrogenated amorphous silicon), a-Si:
Amorphous semiconductor material such as F, a-Si: H: F, μC-
Si: H (abbreviation for hydrogenated microcrystalline silicon), μC-S
Microcrystalline semiconductor materials such as i: F, μC-Si: H: F, and the like.
【0066】また、半導体層は価電子制御及び禁制帯幅
制御を行うことができる。具体的には半導体層を形成す
る際に価電子制御又は禁制帯幅制御剤となる元素を含む
原料化合物を単独で、又は堆積膜形成用原料ガス又は希
釈ガスに混合して成膜空間内に導入してやれば良い。The semiconductor layer can perform valence electron control and forbidden band width control. Specifically, a raw material compound containing an element serving as a valence electron controlling or forbidden band width controlling agent when forming a semiconductor layer is used alone or mixed with a raw material gas or a diluting gas for forming a deposited film to form a film forming space. You just need to introduce it.
【0067】また、半導体層は、価電子制御によって、
少なくともその一部が、p型およびn型にドーピングさ
れ、少なくとも一組のpin接合を形成する。The semiconductor layer is controlled by valence electrons.
At least a portion is doped p-type and n-type to form at least one set of pin junctions.
【0068】また、半導体層の形成方法としては、マイ
クロ波プラズマCVD法、RFプラズマCVD法、光C
VD法、熱CVD法、MOCVD法などの各種CVD法
によって、あるいはEB蒸着、MBE、イオンプレーテ
ィング、イオンビーム法等の各種蒸着法、スパッタ法、
スプレー法、印刷法などによって、形成される。工業的
に採用されている方法としては、原料ガスをプラズマで
分解し、基板状に堆積させるプラズマCVD法が好んで
用いられる。また、反応装置としては、バッチ式の装置
や連続成膜装置などが所望に応じて使用できる。As a method of forming a semiconductor layer, a microwave plasma CVD method, an RF plasma CVD method,
VD method, thermal CVD method, various CVD methods such as MOCVD method, or various evaporation methods such as EB evaporation, MBE, ion plating, ion beam method, sputtering method,
It is formed by a spray method, a printing method, or the like. As a method adopted industrially, a plasma CVD method in which a raw material gas is decomposed by plasma and deposited on a substrate is preferably used. In addition, as the reaction device, a batch type device, a continuous film forming device, or the like can be used as desired.
【0069】以下、本発明の光起電力素子に特に好適な
シリコン系非単結晶半導体材料を用いた半導体層につい
て、さらに詳しく述べる。Hereinafter, a semiconductor layer using a silicon-based non-single-crystal semiconductor material particularly suitable for the photovoltaic device of the present invention will be described in more detail.
【0070】(1)i型半導体層(真性半導体層) シリコン系非単結晶半導体材料を用いた光起電力素子に
於いて、pin接合に用いるi型層は照射光に対してキ
ャリアを発生輸送する重要な層である。i型層として
は、僅かp型、僅かn型の層も使用できるものである。(1) i-type semiconductor layer (intrinsic semiconductor layer) In a photovoltaic device using a silicon-based non-single-crystal semiconductor material, the i-type layer used for the pin junction generates and transports carriers to irradiation light. It is an important layer. As the i-type layer, a slightly p-type or slightly n-type layer can be used.
【0071】シリコン系非単結晶半導体材料には、上述
のごとく、水素原子(H,D)またはハロゲン原子
(X)が含有され、これが重要な働きを持つ。i型層に
含有される水素原子(H,D)またはハロゲン原子
(X)は、i型層の未結合手(ダングリングボンド)を
補償する働きをし、i型層でのキャリアの移動度と寿命
の積を向上させるものである。またp型層/i型層、n
型層/i型層の各界面の界面準位を補償する働きをし、
光起電力素子の光起電力、光電流そして光応答性を向上
させる効果のあるものである。As described above, the silicon-based non-single-crystal semiconductor material contains a hydrogen atom (H, D) or a halogen atom (X), which has an important function. Hydrogen atoms (H, D) or halogen atoms (X) contained in the i-type layer work to compensate for dangling bonds in the i-type layer, and the mobility of carriers in the i-type layer. And product life. P-type layer / i-type layer, n
Works to compensate the interface state of each interface of the mold layer / i-type layer,
This has the effect of improving the photovoltaic power, photocurrent and photoresponsiveness of the photovoltaic element.
【0072】i型層に含有される水素原子または/及び
ハロゲン原子は1〜40at%が最適な含有量として挙
げられる。特に、p型層/i型層、n型層/i型層の各
界面側で水素原子または/及びハロゲン原子の含有量が
多く分布しているものが好ましい分布形態として挙げら
れ、該界面近傍での水素原子または/及びハロゲン原子
の含有量はバルク内の含有量の1.1〜2倍の範囲が好
ましい範囲として挙げられる。更にシリコン原子の含有
量に対応して水素原子または/及びハロゲン原子の含有
量が変化していることが好ましいものである。The optimum content of hydrogen atoms and / or halogen atoms contained in the i-type layer is 1 to 40 at%. In particular, those in which a large amount of hydrogen atoms and / or halogen atoms are distributed on each interface side of the p-type layer / i-type layer and the n-type layer / i-type layer are mentioned as preferred distribution modes. The content of hydrogen atoms and / or halogen atoms in the above is preferably in a range of 1.1 to 2 times the content in the bulk. Further, it is preferable that the content of hydrogen atoms and / or halogen atoms is changed in accordance with the content of silicon atoms.
【0073】非晶質シリコン、微結晶シリコンは、ダン
グリングボンドを補償する元素によって、a−Si:
H、a−Si:F、a−Si:H:F、μC−Si:
H、μC−Si:F、μC−Si:H:F等と表記され
る。Amorphous silicon and microcrystalline silicon are a-Si:
H, a-Si: F, a-Si: H: F, μC-Si:
H, μC-Si: F, μC-Si: H: F, etc.
【0074】さらに、本発明の光起電力素子に好適なi
型半導体層の特性としては、水素原子の含有量(CH)
が、1.0〜25.0%、AM1.5、100mW/c
m2の擬似太陽光照射下の光電導度(σp)が、1.0
×10-7S/cm以上、暗電導度(σd)が、1.0×
10-9S/cm以下、コンスタントフォトカレントメソ
ッド(CPM)によるアーバックエナジーが、55me
V以下、局在準位密度は1017/cm3以下のものが好
適に用いられる。Further, i suitable for the photovoltaic device of the present invention
The characteristics of the type semiconductor layer include the hydrogen atom content (C H )
Is 1.0 to 25.0%, AM1.5, 100 mW / c.
pseudo-sunlight irradiation of a light conductivity of the m 2 (σp) is 1.0
× 10 −7 S / cm or more, dark conductivity (σd) is 1.0 ×
10 -9 S / cm or less, Urbach energy by the constant photocurrent method (CPM) is 55 me
V or less, and those having a localized level density of 10 17 / cm 3 or less are suitably used.
【0075】(2)ドーピング層(p型半導体層または
n型半導体層) ドーピング層(p型半導体層またはn型半導体層)も、
本発明の光起電力素子の特性を左右する重要な層であ
る。(2) Doping layer (p-type semiconductor layer or n-type semiconductor layer) The doping layer (p-type semiconductor layer or n-type semiconductor layer)
This is an important layer that affects the characteristics of the photovoltaic device of the present invention.
【0076】ドーピング層の非晶質材料(a−と表示す
る)あるいは微結晶材料(μc−と表示する)として
は、例えばa−Si:H,a−Si:HX,a−Si
C:H,a−SiC:HX,a−SiGe:H,a−S
iGe:HX,a−SiGeC:H,a−SiGeC:
HX,a−SiO:H,a−SiO:HX,a−Si
N:H,a−SiN:HX,a−SiON:H,a−S
iON:HX,a−SiOCN:H,a−SiOCN:
HX,μc−Si:H,μc−Si:HX,μc−Si
C:H,μc−SiC:HX,μc−SiO:H,μc
−SiO:HX,μc−SiN:H,μc−SiN:H
X,μc−SiGeC:H,μc−SiGeC:HX,
μc−SiON:H,μc−SiON:HX,μc−S
iOCN:H,μc−SiOCN:HX,等にp型の価
電子制御剤(周期率表第III族原子B,Al,Ga,
In,Tl)やn型の価電子制御剤(周期率表第V族原
子 P、As,Sb,Bi)を高濃度に添加した材料が
挙げられる。As an amorphous material (denoted as a-) or a microcrystalline material (denoted as μc-) of the doping layer, for example, a-Si: H, a-Si: HX, a-Si
C: H, a-SiC: HX, a-SiGe: H, a-S
iGe: HX, a-SiGeC: H, a-SiGeC:
HX, a-SiO: H, a-SiO: HX, a-Si
N: H, a-SiN: HX, a-SiON: H, a-S
iON: HX, a-SiOCN: H, a-SiOCN:
HX, μc-Si: H, μc-Si: HX, μc-Si
C: H, μc-SiC: HX, μc-SiO: H, μc
—SiO: HX, μc-SiN: H, μc-SiN: H
X, μc-SiGeC: H, μc-SiGeC: HX,
μc-SiON: H, μc-SiON: HX, μc-S
iOCN: H, μc-SiOCN: HX, etc., p-type valence electron controlling agents (Group III atoms B, Al, Ga,
In, Tl) and a material in which an n-type valence electron controlling agent (Group V atom P, As, Sb, Bi) in the periodic table is added at a high concentration.
【0077】多結晶材料(poly−と表示する)とし
ては、例えばpoly−Si:H,poly−Si:H
X,poly−SiC:H,poly−SiC:HX,
poly−SiO:H,poly−SiO:HX,po
ly−SiN:H,poly−SiN:HX,poly
−SiGeC:H,poly−SiGeC:HX,po
ly−SiON:H,poly−SiON:HX,po
ly−SiOCN:H,poly−SiOCN:HX,
poly−Si,poly−SiC,poly−Si
O,poly−SiN,等にp型の価電子制御剤(周期
率表第III族原子 B,Al,Ga,In,Tl)や
n型の価電子制御剤(周期率表第V族原子P,As,S
b,Bi)を高濃度に添加した材料が挙げられる。As the polycrystalline material (denoted as poly-), for example, poly-Si: H, poly-Si: H
X, poly-SiC: H, poly-SiC: HX,
poly-SiO: H, poly-SiO: HX, po
ly-SiN: H, poly-SiN: HX, poly
-SiGeC: H, poly-SiGeC: HX, po
ly-SiON: H, poly-SiON: HX, po
ly-SiOCN: H, poly-SiOCN: HX,
poly-Si, poly-SiC, poly-Si
O, poly-SiN, etc., p-type valence electron control agents (Group III atoms B, Al, Ga, In, Tl) in the periodic table and n-type valence electron control agents (Group V atoms P in the periodic table) , As, S
b, Bi) at a high concentration.
【0078】特に光入射側のp型層またはn型層には、
光吸収の少ない結晶性の半導体層かバンドギャップの広
い非晶質半導体層が適している。In particular, the p-type layer or the n-type layer on the light incident side includes:
A crystalline semiconductor layer with little light absorption or an amorphous semiconductor layer with a wide band gap is suitable.
【0079】またp型層またはn型層に含有される水素
原子(H,D)またはハロゲン原子はp型層またはn型
層の未結合手を補償する働きをしp型層またはn型層の
ドーピング効率を向上させるものである。p型層または
n型層へ添加される水素原子またはハロゲン原子の好適
な量は好ましくは0.1%から50%、より好ましく
は、1%から40%が望ましい。p型層またはn型層が
結晶性の場合、水素原子またはハロゲン原子は0.1%
〜10%が最適量として挙げられる。Further, hydrogen atoms (H, D) or halogen atoms contained in the p-type layer or the n-type layer work to compensate for dangling bonds of the p-type layer or the n-type layer, and To improve the doping efficiency. A suitable amount of hydrogen atoms or halogen atoms added to the p-type layer or the n-type layer is preferably 0.1% to 50%, more preferably 1% to 40%. When the p-type layer or the n-type layer is crystalline, hydrogen atoms or halogen atoms are 0.1%
-10% is mentioned as the optimum amount.
【0080】光起電力素子のp型層及びn型層の電気特
性としては活性化エネルギーが0.2eV以下のものが
好ましく、0.1eV以下のものが最適である。また非
抵抗としては100Ωcm以下が好ましく、1Ωcm以
下が最適である。さらにp型層及びn型層の層厚は1〜
50nmが好ましく、3〜10nmが最適である。The p-type layer and the n-type layer of the photovoltaic element preferably have an activation energy of 0.2 eV or less, and most preferably have an activation energy of 0.1 eV or less. The non-resistance is preferably 100 Ωcm or less, and most preferably 1 Ωcm or less. Further, the layer thickness of the p-type layer and the n-type layer is 1 to
50 nm is preferred, and 3 to 10 nm is optimal.
【0081】(3)半導体層の形成方法 本発明の光起電力素子の半導体層として、好適なシリコ
ン系非単結晶半導体材料を形成するために、好適な製造
方法は、高周波を用いたプラズマCVD法である。高周
波の周波数は3MHz〜3GHzが好ましい範囲として
あげられる。(3) Method of Forming Semiconductor Layer In order to form a suitable silicon-based non-single-crystal semiconductor material as the semiconductor layer of the photovoltaic device of the present invention, a preferable manufacturing method is plasma CVD using high frequency. Is the law. The high frequency is preferably 3 MHz to 3 GHz.
【0082】本発明の光起電力素子に好適なシリコン系
非単結晶半導体層の堆積に適した原料ガスとしては、シ
リコン原子を含有したガス化し得る化合物を挙げること
ができる。As a source gas suitable for depositing a silicon-based non-single-crystal semiconductor layer suitable for the photovoltaic device of the present invention, a gasizable compound containing silicon atoms can be given.
【0083】具体的にシリコン原子を含有するガス化し
得る化合物としては、鎖状または環状シラン化合物が用
いられ、具体的には例えば、SiH4,Si2H6,Si
F4,SiFH3,SiF2H2,SiF3H,Si3H8,
SiD4,SiHD3,SiH2D2,SiH3D,SiF
D3,SiF2D2,Si2D3H3,(SiF2)5,(Si
F2)6,(SiF2)4,Si2F6,Si3F8,Si2H2
F4,Si2H3F3,SiCl4,(SiCl2)5,Si
Br4,(SiBr2)5,Si2Cl6,SiHCl3,S
iH2Br2,SiH2Cl2,Si2Cl3F3などのガス
状態のまたは容易にガス化し得るものが挙げられる。Specific examples of the gasizable compound containing a silicon atom include a chain or cyclic silane compound. Specifically, for example, SiH 4 , Si 2 H 6 , Si
F 4 , SiFH 3 , SiF 2 H 2 , SiF 3 H, Si 3 H 8 ,
SiD 4 , SiHD 3 , SiH 2 D 2 , SiH 3 D, SiF
D 3 , SiF 2 D 2 , Si 2 D 3 H 3 , (SiF 2 ) 5 , (Si
F 2 ) 6 , (SiF 2 ) 4 , Si 2 F 6 , Si 3 F 8 , Si 2 H 2
F 4 , Si 2 H 3 F 3 , SiCl 4 , (SiCl 2 ) 5 , Si
Br 4 , (SiBr 2 ) 5 , Si 2 Cl 6 , SiHCl 3 , S
Examples thereof include those in a gas state or those which can be easily gasified, such as iH 2 Br 2 , SiH 2 Cl 2 , and Si 2 Cl 3 F 3 .
【0084】また、価電子制御するためにp型層または
n型層に導入される物質としては周期率表第III族原
子及び第V族原子が挙げられる。Examples of the substance introduced into the p-type layer or the n-type layer for controlling valence electrons include Group III atoms and Group V atoms in the periodic table.
【0085】第III族原子導入用の出発物質として有
効に使用されるものとしては、具体的にはホウ素原子導
入用としては、B2H6,B4H10,B5H9,B5H11,B
6H10,B6H12,B6H14等の水素化ホウ素、BF3,B
Cl3,等のハロゲン化ホウ素等を挙げることができ
る。このほかにAlCl3,GaCl3,InCl3,T
lCl3等も挙げることができる。特にB2H6,BF3が
適している。As a starting material for effectively introducing a group III atom, specifically, for introducing a boron atom, B 2 H 6 , B 4 H 10 , B 5 H 9 , B 5 H 11 , B
Borohydrides such as 6 H 10 , B 6 H 12 , B 6 H 14 , BF 3 , B
And boron halide such as Cl 3 . In addition, AlCl 3 , GaCl 3 , InCl 3 , T
1Cl 3 and the like can also be mentioned. Particularly, B 2 H 6 and BF 3 are suitable.
【0086】第V族原子導入用の出発物質として有効に
使用されるのは、具体的には燐原子導入用としてはPH
3,P2H4等の水素化燐、PH4I,PF3,PF5,PC
l3,PCl5,PBr3,PBr5,PI3等のハロゲン
化燐が挙げられる。このほかAsH3,AsF3,AsC
l3,AsBr3,AsF5,SbH3,SbF3,Sb
F5,SbCl3,SbCl5,BiH3,BiCl3,B
iBr3等も挙げることができる。特にPH3,PF3が
適している。The starting material for introducing a group V atom can be effectively used as a starting material for introducing a phosphorus atom.
3 , hydrogenated phosphorus such as P 2 H 4 , PH 4 I, PF 3 , PF 5 , PC
and phosphorus halides such as l 3 , PCl 5 , PBr 3 , PBr 5 and PI 3 . In addition, AsH 3 , AsF 3 , AsC
l 3 , AsBr 3 , AsF 5 , SbH 3 , SbF 3 , Sb
F 5, SbCl 3, SbCl 5 , BiH 3, BiCl 3, B
iBr 3 and the like can also be mentioned. Particularly, PH 3 and PF 3 are suitable.
【0087】また前記ガス化し得る化合物をH2,H
e,Ne,Ar,Xe,Kr等のガスで適宜希釈して堆
積室に導入しても良い。The compound capable of being gasified is H 2 , H
The gas may be appropriately diluted with a gas such as e, Ne, Ar, Xe, or Kr and introduced into the deposition chamber.
【0088】特に微結晶あるいは多結晶半導体やa−S
iC:H等の光吸収の少ないかバンドギャップの広い層
を堆積する場合は水素ガスで原料ガスを希釈し、高周波
パワーは比較的高いパワーを導入するのが好ましいもの
である。In particular, microcrystalline or polycrystalline semiconductors and a-S
When depositing a layer having a small light absorption or a wide band gap such as iC: H, it is preferable to dilute the source gas with hydrogen gas and to introduce a relatively high frequency power.
【0089】(透明電極108)本発明に於て、透明電
極108は光を透過する、光入射側の電極であるととも
に、その膜厚を最適化する事によって反射防止膜として
の役割も兼ねる。透明電極108は半導体層の吸収可能
な波長領域において高い透過率を有することと、抵抗率
が低いことが要求される。好ましくは、550nmにお
ける透過率が、80%以上、より好ましくは、85%以
上であることが望ましい。また、抵抗率は好ましくは、
5×10-3Ωcm以下、より好ましくは、1×10-3Ω
cm以下であることが望ましい。(Transparent Electrode 108) In the present invention, the transparent electrode 108 is an electrode on the light incident side that transmits light, and also functions as an anti-reflection film by optimizing its film thickness. The transparent electrode 108 is required to have a high transmittance in a wavelength region where the semiconductor layer can absorb light and a low resistivity. Preferably, the transmittance at 550 nm is at least 80%, more preferably at least 85%. Also, the resistivity is preferably
5 × 10 -3 Ωcm or less, more preferably, 1 × 10 -3 Ω
cm or less.
【0090】その材料としては、In2O3、SnO2、
ITO(In2O3+SnO2)、ZnO、CdO、Cd2
SnO4、TiO2、Ta2O5、Bi2O3、MoO3、N
axWO3等の導電性酸化物あるいはこれらを混合したも
のが好適に用いられる。また、これらの化合物に、導電
率を変化させる元素(ドーパント)を添加しても良い。The materials include In 2 O 3 , SnO 2 ,
ITO (In 2 O 3 + SnO 2 ), ZnO, CdO, Cd 2
SnO 4 , TiO 2 , Ta 2 O 5 , Bi 2 O 3 , MoO 3 , N
A conductive oxide such as a x WO 3 or a mixture thereof is preferably used. Further, an element (dopant) that changes the conductivity may be added to these compounds.
【0091】導電率を変化させる元素(ドーパント)と
しては、例えば透明電極108がZnOの場合には、A
l、In、B、Ga、Si、F等が、またIn2O3の場
合には、Sn、F、Te、Ti、Sb、Pb等が、また
SnO2の場合には、F、Sb、P、As、In、T
l、Te、W、Cl、Br、I等が好適に用いられる。As the element (dopant) for changing the conductivity, for example, when the transparent electrode 108 is ZnO,
l, In, B, Ga, Si, F, etc., In the case of In 2 O 3 , Sn, F, Te, Ti, Sb, Pb, etc., and in the case of SnO 2 , F, Sb, P, As, In, T
1, Te, W, Cl, Br, I and the like are preferably used.
【0092】また、透明電極108の形成方法として
は、蒸着法、CVD法、スプレー法、スピンオン法、デ
ップ法等が好適に用いられる。Further, as a method for forming the transparent electrode 108, an evaporation method, a CVD method, a spray method, a spin-on method, a dipping method and the like are suitably used.
【0093】(集電電極109)本発明に於いて、集電
電極109は、透明電極108の抵抗率が充分低くでき
ない場合に必要に応じて透明電極108上の一部分に形
成され、電極の抵抗率を下げ光起電力素子の直列抵抗を
下げる働きをする。その材料としては、金、銀、銅、ア
ルミニウム、ニッケル、鉄、クロム、モリブデン、タン
グステン、チタン、コバルト、タンタル、ニオブ、ジル
コニウム等の金属、またはステンレス等の合金、あるい
は粉末状金属を用いた導電ペーストなどが挙げられる。
そしてその形状は、できるだけ半導体層への入射光を遮
らないように、枝状に形成される。(Current Collecting Electrode 109) In the present invention, if the resistivity of the transparent electrode 108 cannot be made sufficiently low, the current collecting electrode 109 is formed on a part of the transparent electrode 108 as necessary, It acts to lower the rate and lower the series resistance of the photovoltaic element. Examples of the material include metals such as gold, silver, copper, aluminum, nickel, iron, chromium, molybdenum, tungsten, titanium, cobalt, tantalum, niobium, and zirconium; alloys such as stainless steel; and powdered metals. Paste and the like.
Then, the shape is formed in a branch shape so as not to block incident light to the semiconductor layer as much as possible.
【0094】また、光起電力素子の全体の面積の中で、
集電電極の占める面積は、好ましくは15%以下、より
好ましくは10%以下、最適には5%以下が望ましい。Further, in the entire area of the photovoltaic element,
The area occupied by the collecting electrode is preferably 15% or less, more preferably 10% or less, and most preferably 5% or less.
【0095】また、集電電極のパターンの形成には、マ
スクを用い、形成方法としては、蒸着法、スパッタ法、
メッキ法、印刷法などが用いられる。Further, a pattern of the collecting electrode is formed by using a mask, and the forming method includes a vapor deposition method, a sputtering method,
A plating method, a printing method, or the like is used.
【0096】なお、本発明の光起電力素子を用いて、所
望の出力電圧、出力電流の光起電力装置(モジュールあ
るいはパネル)を製造する場合には、本発明の光起電力
素子を直列あるいは並列に接続し、表面と裏面に保護層
を形成し、出力の取り出し電極等が取り付けられる。ま
た、本発明の光起電力素子を直列接続する場合、逆流防
止用のダイオードを組み込むことがある。When a photovoltaic device (module or panel) having a desired output voltage and output current is manufactured using the photovoltaic device of the present invention, the photovoltaic devices of the present invention are connected in series or in series. They are connected in parallel, protective layers are formed on the front and back surfaces, and output output electrodes and the like are attached. When the photovoltaic elements of the present invention are connected in series, a diode for preventing backflow may be incorporated.
【0097】[0097]
【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
する。The present invention will be described in more detail with reference to the following examples.
【0098】(実施例1)図1の断面模式図に示す構成
のpin型a−Si光起電力素子を作製した。実験1で
作製した試料1d(Mg34at%)の上にZnOター
ゲットを用いて基板温度350℃にて10000オング
ストロームの透明層(ZnO層)103を堆積した。透
明層103の表面はテクスチャー構造である。(Example 1) A pin-type a-Si photovoltaic element having the structure shown in the schematic sectional view of FIG. 1 was produced. A transparent layer (ZnO layer) 103 of 10,000 angstroms was deposited on the sample 1d (Mg 34 at%) produced in Experiment 1 at a substrate temperature of 350 ° C. using a ZnO target. The surface of the transparent layer 103 has a texture structure.
【0099】続いて、金属層102と透明層103より
なる裏面反射層の形成された基板1001を図6に示し
た市販の容量結合型高周波CVD装置(アルバック社製
CHJ−3030)にセットした。排気ポンプ1009
にて、反応容器1004の排気管を介して荒引き、高真
空引き操作を行った。この時、基板の表面温度が350
℃になる様、温度制御機構により制御した。Subsequently, the substrate 1001 on which the back reflection layer composed of the metal layer 102 and the transparent layer 103 was formed was set in a commercially available capacitively coupled high-frequency CVD apparatus (CHJ-3030 manufactured by ULVAC, Inc.) shown in FIG. Exhaust pump 1009
, A rough evacuation operation and a high evacuation operation were performed through the exhaust pipe of the reaction vessel 1004. At this time, the surface temperature of the substrate is 350
° C was controlled by a temperature control mechanism.
【0100】十分に排気が行われた時点で、ガス導入管
より、SiH4300sccm、SiF44sccm、P
H3/H2(1%H2希釈)55sccm、H240scc
mを導入し、スロットルバルブの開度を調整して、反応
容器の内圧を1Torrに保持し、圧力が安定したとこ
ろで、直ちに高周波電源より200Wの電力を投入し
た。プラズマは5分間持続させた。これにより、n型a
−Si層105が透明層103上に形成された。At the time when the exhaust was sufficiently performed, 300 sccm of SiH 4 , 4 sccm of SiF 4 , P
H 3 / H 2 (1% H 2 dilution) 55 sccm, H 2 40 scc
m, the opening of the throttle valve was adjusted, the internal pressure of the reaction vessel was maintained at 1 Torr, and when the pressure was stabilized, 200 W of power was immediately supplied from the high frequency power supply. The plasma was maintained for 5 minutes. Thereby, the n-type a
-An Si layer 105 was formed on the transparent layer 103.
【0101】再び排気をした後に、今度はガス導入管よ
りSiH4300sccm、SiF44sccm、H24
0sccmを導入し、スロットルバルブの開度を調整し
て、反応容器1004の内圧を1Torrに保持し、圧
力が安定したところで、直ちに高周波電源より150W
の電力を投入し、プラズマは60分間持続させた。これ
によりi型a−Si層106がn型a−Si層105上
に形成された。After exhausting again, this time, 300 sccm of SiH 4 , 4 sccm of SiF 4 , and H 2 4
0 sccm was introduced, the opening of the throttle valve was adjusted, and the internal pressure of the reaction vessel 1004 was maintained at 1 Torr.
And the plasma was maintained for 60 minutes. Thus, an i-type a-Si layer 106 was formed on the n-type a-Si layer 105.
【0102】再び排気をした後に、今度はガス導入管よ
りSiH450sccm、BF3/H2(1%H2希釈)5
0sccm、H2500sccmを導入し、スロットル
バルブの開度を調整して、反応容器1004の内圧を1
Torrに保持し、圧力が安定したところで、直ちに高
周波電源より300Wの電力を投入した。プラズマは2
分間持続させた。これによりp型μc−Si層107が
i型a−Si層106上に形成された。After exhausting again, this time, SiH 4 50 sccm, BF 3 / H 2 (1% H 2 dilution) 5
0 sccm and H 2 500 sccm were introduced, the opening of the throttle valve was adjusted, and the internal pressure of the reaction vessel 1004 was set to 1
When the pressure was stabilized and the pressure was stabilized, 300 W of power was immediately supplied from the high frequency power supply. Plasma is 2
Lasted for minutes. As a result, a p-type μc-Si layer 107 was formed on the i-type a-Si layer 106.
【0103】次に試料を高周波CVD装置より取り出
し、抵抗加熱真空蒸着装置にてITOを堆積した後、塩
化鉄溶液を含むペーストを印刷し、所望の透明電極10
8のパターンを形成した。更にAgペーストをスクリー
ン印刷して集電電極109を形成し薄膜半導体太陽電池
を完成した。Next, the sample was taken out of the high-frequency CVD apparatus, and ITO was deposited by a resistance heating vacuum evaporation apparatus. Then, a paste containing an iron chloride solution was printed, and a desired transparent electrode 10 was formed.
8 were formed. Further, an Ag paste was screen-printed to form a current collecting electrode 109, thereby completing a thin-film semiconductor solar cell.
【0104】この方法で10枚の試料を作成し、AM−
1.5の光の下でJscの測定を行なったところ、純A
l金属層の太陽電池より平均で6.1%高い電流値が得
られた。また、これらの10枚の太陽電池を高湿逆バイ
アス試験にかけたところ、RshDkは19kΩより低
下することはなかった。In this way, ten samples were prepared, and AM-
When Jsc was measured under a light of 1.5, pure A was measured.
On average, a current value 6.1% higher than that of the 1-metal layer solar cell was obtained. When these ten solar cells were subjected to a high humidity reverse bias test, RshDk did not fall below 19 kΩ.
【0105】(実施例2)図7に示す装置を用いて連続
的に裏面反射層の形成を行った。(Example 2) Using the apparatus shown in FIG. 7, a back reflection layer was continuously formed.
【0106】ここで基板送り出し室1101には洗浄済
みの幅350mm、厚さ0.2mm、長さ500mのス
テンレスシートロール1103がセットされている。こ
こからステンレスシート1102はAl層堆積室110
4、金属層堆積室1107、透明層堆積室1110を経
て基板巻き取り室1113に送られて行く。シート11
02は各々の堆積室にて基板ヒーター1105、110
8、1111にて所望の温度に加熱できるようになって
いる。Here, a cleaned stainless sheet roll 1103 having a width of 350 mm, a thickness of 0.2 mm, and a length of 500 m is set in the substrate delivery chamber 1101. From here, the stainless steel sheet 1102 is placed in the Al layer deposition chamber 110.
4. It is sent to the substrate winding chamber 1113 via the metal layer deposition chamber 1107 and the transparent layer deposition chamber 1110. Sheet 11
02 denotes a substrate heater 1105, 110 in each deposition chamber.
8 and 1111 can be heated to a desired temperature.
【0107】ステンレスシート1102は、純度99.
99%のAlターゲット1006の設置してあるAl層
堆積室1004で、基板温度400℃にてテクスチャー
構造のAl層をマグネトロンスパッタリング法により堆
積する。The stainless sheet 1102 has a purity of 99.
At a substrate temperature of 400 ° C., an Al layer having a texture structure is deposited by a magnetron sputtering method in an Al layer deposition chamber 1004 in which a 99% Al target 1006 is installed.
【0108】その後、金属層堆積室1007の純度9
9.99%のCu−Mg合金ターゲット1109で、D
Cマグネトロンスパッタにより金属層(Cu−Mg合金
層:Mg濃度15at%)を基板昇温なしで1000オ
ングストローム堆積する。Thereafter, the purity of the metal layer deposition chamber 1007 is adjusted to 9
With a 9.99% Cu-Mg alloy target 1109, D
A metal layer (Cu—Mg alloy layer: Mg concentration: 15 at%) is deposited by C magnetron sputtering at 1000 Å without increasing the temperature of the substrate.
【0109】透明層堆積室1111のターゲット111
2は純度99.99%のZnOで、DCマグネトロンス
パッタにより引き続き透明層(ZnO層)を10000
オングストローム堆積する。Target 111 of Transparent Layer Deposition Chamber 1111
2 is ZnO having a purity of 99.99%, and a transparent layer (ZnO layer) is continuously formed by DC magnetron sputtering to 10,000.
Angstrom is deposited.
【0110】この上に図8に示す構造のa−Si/a−
SiGeタンデム太陽電池を形成した。The a-Si / a- layer having the structure shown in FIG.
A SiGe tandem solar cell was formed.
【0111】ここで1201は基板、1202はAl
層、1203は金属層、1204は透明層、1205は
ボトムセル、1209はトップセルである。さらに12
06、1210はn型a−Si層、1208、1212
はp型μc−Si、1207はi型a−SiGe層、1
211はi型a−Si層である。これらの薄膜半導体層
は、米国特許第4,492,181号明細書に記載され
ている様なロール・ツー・ロール型成膜装置を用いて連
続的に製造した。Here, 1201 is a substrate, 1202 is Al
Layer 1203 is a metal layer, 1204 is a transparent layer, 1205 is a bottom cell, and 1209 is a top cell. 12 more
06, 1210 are n-type a-Si layers, 1208, 1212
Is a p-type μc-Si, 1207 is an i-type a-SiGe layer, 1
211 is an i-type a-Si layer. These thin film semiconductor layers were continuously manufactured using a roll-to-roll type film forming apparatus as described in US Pat. No. 4,492,181.
【0112】また1213は透明電極であり図7の装置
に類似のスパッタリング装置で堆積した。1214は集
電電極である。透明電極1213のパターンニング及び
集電電極1214の形成を行った後シート1102を切
断した。Reference numeral 1213 denotes a transparent electrode which was deposited by a sputtering apparatus similar to the apparatus shown in FIG. Reference numeral 1214 denotes a current collecting electrode. After patterning the transparent electrode 1213 and forming the current collecting electrode 1214, the sheet 1102 was cut.
【0113】こうして全工程を連続的に処理し、量産効
果を上げる事ができた。In this way, all the processes were continuously processed, and the effect of mass production could be improved.
【0114】この方法で100枚の試料を作成しAM−
1.5の光の下でJscの測定を行なったところ、平均
で純Al金属層の太陽電池より5.3%高い電流値が得
られた。また高湿逆バイアス試験においても、RshD
kは23kΩより低下する事はなかった。With this method, 100 samples were prepared and AM-
When Jsc was measured under a light of 1.5, a current value 5.3% higher than that of the solar cell having the pure Al metal layer on average was obtained. Also, in the high humidity reverse bias test, RshD
k did not drop below 23 kΩ.
【0115】(実施例3)表面がテクスチャー処理され
た他は実施例2と同じ形態のステンレス・スティールを
用い、図7の装置を用いてCu−Mg20at%の金属
層および透明層を堆積した。金属層の堆積にAl層堆積
室1104を用いなかった他は、実施例2と同様にして
各層の堆積を行なった。Example 3 A metal layer and a transparent layer of 20 at% Cu-Mg were deposited using the apparatus shown in FIG. 7 by using the same stainless steel as in Example 2 except that the surface was textured. Each layer was deposited in the same manner as in Example 2 except that the Al layer deposition chamber 1104 was not used for depositing the metal layer.
【0116】その後、図9に示すロールツーロール方式
の光起電力素子形成装置で表1に示す光起電力素子形成
条件で光起電力素子を形成した。Thereafter, a photovoltaic element was formed using the roll-to-roll type photovoltaic element forming apparatus shown in FIG. 9 under the photovoltaic element forming conditions shown in Table 1.
【0117】シート状基板(シート幅35cm)をシー
ト状基板5401導入用のロード室5010にセットし
た。シート状基板5401を全堆積室5020、503
0、5040、5050、5060、5070、508
0、5090、5100、5110、5120、513
0、5140内と全ガスゲート5201〜5214を通
してアンロード室5150のシート巻き取り治具540
2に接続した。A sheet-like substrate (sheet width 35 cm) was set in a load chamber 5010 for introducing a sheet-like substrate 5401. The sheet-like substrate 5401 is placed in all deposition chambers 5020 and 503
0, 5040, 5050, 5060, 5070, 508
0, 5090, 5100, 5110, 5120, 513
0, 5140 and through all gas gates 5201 to 5214, a sheet winding jig 540 of the unloading chamber 5150.
2 was connected.
【0118】各堆積室5020、5030、5040、
5050、5060、5070、5080、5090、
5100、5110、5120、5130、5140を
不図示の排気装置で10-3Torr以下に排気した。Each of the deposition chambers 5020, 5030, 5040,
5050, 5060, 5070, 5080, 5090,
5100, 5110, 5120, 5130, and 5140 were evacuated to 10 −3 Torr or less using an exhaust device (not shown).
【0119】各堆積膜形成用のミキシング装置502
6、5036、5046、5056、5066、507
6、5086、5096、5106、5116、512
6、5136、5146から水素ガスを各堆積室502
0、5030、5040、5050、5060、507
0、5080、5090、5100、5110、512
0、5130、5140に供給した。Mixing device 502 for forming each deposited film
6, 5036, 5046, 5056, 5066, 507
6, 5086, 5096, 5106, 5116, 512
6, 5136, and 5146, hydrogen gas is supplied to each deposition chamber 502.
0, 5030, 5040, 5050, 5060, 507
0, 5080, 5090, 5100, 5110, 512
0, 5130, and 5140.
【0120】各ガスゲート5201〜5214に各ゲー
トガス供給装置5301〜5314から水素ガスをに供
給した。本実施例では、ガスゲート5201〜5214
のシート状基板5401を通過する間隔を1mmとした
ので、水素ガスは1000sccm流した。Hydrogen gas was supplied to each of the gas gates 5201 to 5214 from each of the gate gas supply devices 5301 to 5314. In this embodiment, the gas gates 5201 to 5214 are used.
Since the interval of passing through the sheet-like substrate 5401 was set to 1 mm, the hydrogen gas flowed at 1000 sccm.
【0121】各堆積装置の基板加熱用ヒーターで基板5
401を表1に示す基板温度に加熱した。基板温度が安
定したら各堆積室5020、5030、5040、50
50、5060、5070、5080、5090、51
00、5110、5120、5130、5140に供給
している水素ガスを、各堆積室5020、5030、5
040、5050、5060、5070、5080、5
090、5100、5110、5120、5130、5
140で堆積する表1に示す原料ガスに切り替えた。The substrate 5 was heated by the substrate heating heater of each deposition apparatus.
401 was heated to the substrate temperature shown in Table 1. When the substrate temperature is stabilized, each of the deposition chambers 5020, 5030, 5040, 50
50, 5060, 5070, 5080, 5090, 51
00, 5110, 5120, 5130, and 5140 are supplied to the respective deposition chambers 5020, 5030,
040, 5050, 5060, 5070, 5080, 5
090, 5100, 5110, 5120, 5130, 5
The raw material gas deposited at 140 was switched to the raw material gas shown in Table 1.
【0122】原料ガスの切替が終了したら、各排気装置
の排気バルブの開閉度を調節して各堆積室5020、5
030、5040、5050、5060、5070、5
080、5090、5100、5110、5120、5
130、5140を表1に示す真空度に調節し、シート
状基板5401の搬送を始めた。When the switching of the source gas is completed, the opening / closing degree of the exhaust valve of each exhaust device is adjusted to adjust the deposition chambers 5020, 50
030, 5040, 5050, 5060, 5070, 5
080, 5090, 5100, 5110, 5120, 5
130 and 5140 were adjusted to the degree of vacuum shown in Table 1, and the conveyance of the sheet-like substrate 5401 was started.
【0123】真空度が安定したら、各堆積室5020、
5030、5040、5050、5060、5070、
5080、5090、5100、5110、5120、
5130、5140にプラズマ発生用の以下に示すRF
電力やMW電力を供給した。When the degree of vacuum is stabilized, each deposition chamber 5020,
5030, 5040, 5050, 5060, 5070,
5080, 5090, 5100, 5110, 5120,
5130 and 5140 show the following RF for plasma generation.
Power and MW power were supplied.
【0124】以上の様にしてシート状基板100m上に
pin構造を3つ積層した光起電力素子を形成した。As described above, a photovoltaic element in which three pin structures were stacked on the sheet-like substrate 100m was formed.
【0125】この方法で100枚の試料を作製し、AM
−1.5のソーラーシミュレーターにてJscの測定を
行なった。純Al金属層を用いた太陽電池で得られる電
流値より平均で6.4%高い値が得られ高湿逆バイアス
試験も問題はなかった。In this way, 100 samples were prepared, and the AM
Jsc was measured with a solar simulator of -1.5. The average value was 6.4% higher than the current value obtained in the solar cell using the pure Al metal layer, and there was no problem in the high humidity reverse bias test.
【0126】[0126]
【表1】 [Table 1]
【0127】[0127]
【発明の効果】本発明により反射率が高くしかも耐マイ
グレーションに優れた裏面反射層が得られ、その結果高
信頼性かつ高変換効率の光起電力素子を得ることができ
る。また、裏面反射層の主材料となる銅やマグネシウム
は安価であるため、低コストでの量産も可能となる。According to the present invention, a back reflection layer having high reflectivity and excellent in migration resistance can be obtained, and as a result, a photovoltaic element having high reliability and high conversion efficiency can be obtained. In addition, since copper and magnesium, which are the main materials of the back reflection layer, are inexpensive, mass production at low cost becomes possible.
【図1】本発明の光起電力素子の構成の一例を示す断面
模式図。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the configuration of a photovoltaic element of the present invention.
【図2】種々の金属の反射率を示すグラフ。FIG. 2 is a graph showing the reflectance of various metals.
【図3】テクスチャー構造の裏面反射層を用いた事によ
る入射光の吸収の増加を示すグラフ。FIG. 3 is a graph showing an increase in the absorption of incident light due to the use of a textured backside reflective layer.
【図4】DCマグネトロンスパッタ装置の概略図。FIG. 4 is a schematic diagram of a DC magnetron sputtering apparatus.
【図5】Mg濃度と800nmでの反射率の関係を示す
グラフ。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the Mg concentration and the reflectance at 800 nm.
【図6】容量結合型高周波CVD装置の概略図。FIG. 6 is a schematic diagram of a capacitively coupled high-frequency CVD apparatus.
【図7】連続式の裏面反射層形成装置の概略図。FIG. 7 is a schematic view of a continuous type backside reflection layer forming apparatus.
【図8】本発明の光起電力素子の構成の他の例を示す断
面模式図。FIG. 8 is a schematic sectional view showing another example of the configuration of the photovoltaic element of the present invention.
【図9】ロールツーロール方式の光起電力素子形成装置
の概略図。FIG. 9 is a schematic view of a roll-to-roll type photovoltaic element forming apparatus.
Claims (6)
りなる裏面反射層、半導体層、及び透明電極を少なくと
も有する光起電力素子において、該金属層がマグネシウ
ム濃度が40at%以下である銅−マグネシウム合金で
あることを特徴とする光起電力素子。1. A photovoltaic device having at least a back reflection layer comprising a metal layer and a transparent layer, a semiconductor layer, and a transparent electrode on a substrate, wherein the metal layer has a magnesium concentration of 40 at% or less. A photovoltaic element characterized by being a magnesium alloy.
りなる裏面反射層、半導体層、及び透明電極を少なくと
も有する光起電力素子において、該金属層が波長700
〜1000nmの光に対し90%以上の反射率を示し、
電気化学的マイグレーションを起こさない銅−マグネシ
ウム合金であることを特徴とする光起電力素子。2. A photovoltaic device having at least a back reflection layer comprising a metal layer and a transparent layer, a semiconductor layer, and a transparent electrode on a substrate, wherein the metal layer has a wavelength of 700 nm.
Exhibiting a reflectance of 90% or more for light of ~ 1000 nm,
A photovoltaic device comprising a copper-magnesium alloy that does not cause electrochemical migration.
りなる裏面反射層、半導体層、及び透明電極を少なくと
も有する光起電力素子において、該金属層のマグネシウ
ム濃度が40at%以下であり、その反射率が700〜
1000nmの光に対し90%以上である銅−マグネシ
ウム合金からなることを特徴とする光起電力素子。3. A photovoltaic device having at least a back reflection layer comprising a metal layer and a transparent layer, a semiconductor layer, and a transparent electrode on a substrate, wherein the magnesium concentration of the metal layer is 40 at% or less. Reflectance is 700 ~
A photovoltaic device comprising a copper-magnesium alloy that accounts for 90% or more of 1000 nm light.
ターゲットまたは合金ターゲットを用い、スパッタリン
グにより形成されたことを特徴とする請求項1〜3に記
載の光起電力素子。4. The photovoltaic device according to claim 1, wherein the metal layer is formed by sputtering using a mosaic target or an alloy target of copper and magnesium.
造を有することを特徴とする請求項1〜4に記載の光起
電力素子。5. The photovoltaic device according to claim 1, wherein at least the back reflection layer has a texture structure.
徴とする請求項1〜5に記載の光起電力素子。6. The photovoltaic device according to claim 1, wherein the semiconductor layer is made of a thin film semiconductor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8238620A JPH1065195A (en) | 1996-08-22 | 1996-08-22 | Photovoltaic element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8238620A JPH1065195A (en) | 1996-08-22 | 1996-08-22 | Photovoltaic element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1065195A true JPH1065195A (en) | 1998-03-06 |
Family
ID=17032867
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8238620A Withdrawn JPH1065195A (en) | 1996-08-22 | 1996-08-22 | Photovoltaic element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1065195A (en) |
-
1996
- 1996-08-22 JP JP8238620A patent/JPH1065195A/en not_active Withdrawn
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3768672B2 (en) | Multilayer photovoltaic device | |
| US5486238A (en) | Photovoltaic device | |
| US7064263B2 (en) | Stacked photovoltaic device | |
| KR100237661B1 (en) | Back reflective layer, method of forming the same, and photovoltaic device using the back reflective layer and manufacturing method thereof | |
| US5603778A (en) | Method of forming transparent conductive layer, photoelectric conversion device using the transparent conductive layer, and manufacturing method for the photoelectric conversion device | |
| JP2994812B2 (en) | Solar cell | |
| KR20090096637A (en) | Reactive sputter deposition of a transparent conductive film | |
| JP2004165394A (en) | Stacked photovoltaic device | |
| JP2962897B2 (en) | Photovoltaic element | |
| JPH10178195A (en) | Photovoltaic element | |
| JP3679595B2 (en) | Photovoltaic element and manufacturing method thereof | |
| JP3162261B2 (en) | Solar cell manufacturing method and manufacturing apparatus | |
| JP3078937B2 (en) | Solar cell and manufacturing method thereof | |
| JP2908617B2 (en) | Solar cell | |
| JPH1065195A (en) | Photovoltaic element | |
| JPH0927630A (en) | Photovoltaic element and method for manufacturing the same | |
| JP2952121B2 (en) | Photovoltaic element | |
| JP2713847B2 (en) | Thin film solar cell | |
| JPH0927632A (en) | Photovoltaic element and method for manufacturing the same | |
| JP3720456B2 (en) | Photovoltaic element | |
| JP3270679B2 (en) | Photovoltaic element | |
| JPH0927628A (en) | Photovoltaic element and method for manufacturing the same | |
| JPH06204518A (en) | Photovoltaic element, manufacture thereof and generator system | |
| JPH11274540A (en) | Photovoltaic element and method for manufacturing the same | |
| JP2005294326A (en) | Photovoltaic element and manufacturing method thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20031104 |