JPH11298021A - Substrate for photovoltaic element, photovoltaic element using the same, integrated photovoltaic element, and method of manufacturing integrated photovoltaic element - Google Patents
Substrate for photovoltaic element, photovoltaic element using the same, integrated photovoltaic element, and method of manufacturing integrated photovoltaic elementInfo
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- JPH11298021A JPH11298021A JP10098643A JP9864398A JPH11298021A JP H11298021 A JPH11298021 A JP H11298021A JP 10098643 A JP10098643 A JP 10098643A JP 9864398 A JP9864398 A JP 9864398A JP H11298021 A JPH11298021 A JP H11298021A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 可視光領域での反射率が高い金属を裏面反射
層として用いつつ、高湿度環境下で逆バイアスが印加さ
れても素子の機能が低下しない光起電力素子を提供す
る。
【解決手段】 支持体上201に光反射層202と透明
絶縁層203を順次積層してなる基板上に、透明導電層
205と半導体層206と透明電極層207と集電電極
208を順次積層してなることを特徴とする光起電力素
子。
(57) [Problem] To provide a photovoltaic element which does not deteriorate its function even when a reverse bias is applied in a high humidity environment, while using a metal having a high reflectivity in a visible light region as a back reflection layer. provide. SOLUTION: A transparent conductive layer 205, a semiconductor layer 206, a transparent electrode layer 207, and a current collecting electrode 208 are sequentially stacked on a substrate in which a light reflection layer 202 and a transparent insulating layer 203 are sequentially stacked on a support 201. A photovoltaic element characterized by comprising:
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は光起電力素子、特に
シリコン系非単結晶半導体材料からなる光起電力素子に
関するものである。The present invention relates to a photovoltaic device, and more particularly to a photovoltaic device made of a silicon-based non-single-crystal semiconductor material.
【0002】[0002]
【従来の技術】アモルファスSi太陽電池など非単結晶
シリコン系材料からなり、少なくともひとつのp−i−
n接合をもつ半導体層を有する太陽電池のような光起電
力素子の裏面反射層にはAg、Cu、Alなどのような
可視光領域で高い反射率を有する金属を用いて、光電変
換効率を向上させることが実施されている。しかし、A
g、Cuなどのような可視光領域で高い反射率を有する
金属は水分と電界の存在下ではマイグレーション現象を
起こす金属として知られている。マイグレーション現象
をおこすと金属のデンドライトが発生し、ついには対向
電極とつながり、ショート状態となる。2. Description of the Related Art At least one p-i-layer made of a non-single-crystal silicon material such as an amorphous Si solar cell.
The back reflection layer of a photovoltaic element such as a solar cell having a semiconductor layer having an n-junction uses a metal having a high reflectance in the visible light region, such as Ag, Cu, or Al, to improve the photoelectric conversion efficiency. Improvements have been implemented. But A
Metals having high reflectivity in the visible light region, such as g and Cu, are known as metals that cause a migration phenomenon in the presence of moisture and an electric field. When the migration phenomenon occurs, metal dendrite is generated, and finally, the metal is connected to the counter electrode, and a short circuit occurs.
【0003】そこで、太陽電池への水分の侵入を抑制す
る目的で、通常は受光面をフッ素樹脂などで封止するこ
とが行なわれているが、水分の侵入は完全には防ぐこと
はできていない。また、受光面をガラスなどで封止すれ
ば完全に水分の侵入を防止できるが、太陽電池モジュー
ルの重量が重くなり取り扱いも難しくなり好ましいもの
ではない。[0003] In order to suppress the intrusion of moisture into the solar cell, the light receiving surface is usually sealed with a fluororesin or the like, but the intrusion of moisture can be completely prevented. Absent. In addition, if the light receiving surface is sealed with glass or the like, it is possible to completely prevent intrusion of moisture, but the weight of the solar cell module becomes heavy and handling becomes difficult, which is not preferable.
【0004】また、Ag、Cuなどのマイグレーション
を抑制する研究が行なわれており、例えば「日本電子材
料技術協会会報”Ag−Pd合金粉末の耐マイグレーシ
ョン特性”加藤理、清水孝純」では、Ag−Pd合金で
のPd濃度と耐マイグレーション性の関係について調査
し,Ag系金属のマイグレーション機構について考察し
ている。[0004] In addition, studies have been conducted to suppress the migration of Ag, Cu and the like. The relationship between the Pd concentration and the migration resistance of the Pd alloy was investigated, and the migration mechanism of the Ag-based metal was considered.
【0005】また、「伸銅技術研究会誌Vol.30,
page.124−130,1991,”The・Ch
aracteristics・of・Electroc
hemical・Migration・in・Copp
er−Base・Alloy.”東江民夫,辻正博,宗
秀彦」においては、電気機器の信頼性向上のため銅合金
の耐マイグレーション性に関し,合金元素の種類,添加
量を調査し、その結果、Siが最も顕著な耐マイグレー
ション性向上効果が認められ、またZnを添加する場合
には29.4at%で効果があり、Cu−Si合金にN
iを添加し、時効処理を行うと更に改善されることが報
告されている。[0005] Further, "Brightening Technology Research Journal Vol. 30,
page. 124-130, 1991, "The Ch
arcartistics of Electroc
chemical / Migration / in / Copp
er-Base Alloy. In "Tomio Higashie, Masahiro Tsuji, Hidehiko Mune", we investigated the types and amounts of alloying elements with regard to the migration resistance of copper alloys to improve the reliability of electrical equipment. As a result, Si was the most remarkable. The effect of improving the resilience is recognized, and when Zn is added, the effect is 29.4 at%.
It has been reported that the aging treatment is further improved by adding i.
【0006】このように、AgにCu、In、Sn、P
dなどを添加したり、CuにNi、Siなどを添加した
場合にはある程度マイグレーションを抑制することがで
きるが、いずれの場合にも他の金属を添加することによ
って可視光領域での反射率が低下してしまう。そのた
め、総合的に判断すると裏面反射層としてはアルミニウ
ムを主成分とする材料からなる薄膜層が有利である。Thus, Ag, Cu, In, Sn, P
When d or the like is added, or when Ni or Si is added to Cu, migration can be suppressed to some extent, but in any case, the reflectance in the visible light region can be reduced by adding another metal. Will drop. Therefore, when comprehensively judged, a thin film layer made of a material containing aluminum as a main component is advantageous as the back reflection layer.
【0007】一方、酸化亜鉛からなる透明導電層をスパ
ッタリング法で形成する際、比較的高い温度で形成し、
表面形状が凹凸構造(テクスチャー構造)となるように
して光の収集効率を向上させる技術が知られている。On the other hand, when a transparent conductive layer made of zinc oxide is formed by a sputtering method, it is formed at a relatively high temperature,
There is known a technique for improving the light collection efficiency by making the surface shape have an uneven structure (texture structure).
【0008】例えば、”Y.Hamakawa,et.
al,Appl.Phys.Lett.,43(198
3)p644”においては、Agの裏面電極と非晶質シ
リコンの半導体層の間にTiO2の透明導電層を介在さ
せることによって、太陽電池のスペクトル感度におい
て、長波長領域の感度が増大する事が報告されている。
また、”T.Tiedje,et.al,Proc.1
6th・IEEE・Photovoltaic・Spe
cialist・Conf.(1982)p1423”
および、”H.Deckman,et.al,Pro
c.16th・IEEE・Photovoltaic・
Specialist・Conf.(1982)p14
25”には、裏面電極の形状を光を散乱する光の波長程
度の大きさの凹凸形状(テクスチャー構造)にする事に
よって、半導体層で吸収しきれなかった長波長光を散乱
させて半導体層内での光路長を延ばし、光起電力素子の
長波長感度を向上させて短絡光電流を増大させ、光電変
換効率を向上させる技術が開示されている。For example, see “Y. Hamagawa, et.
al, Appl. Phys. Lett. , 43 (198
3) In p644 ″, by interposing a transparent conductive layer of TiO 2 between the back electrode of Ag and the semiconductor layer of amorphous silicon, the spectral sensitivity of the solar cell in the long wavelength region is increased. Have been reported.
Also, “T. Tiedje, et. Al, Proc.
6th ・ IEEE ・ Photovoltaic ・ Spe
cialist Conf. (1982) p1423 "
And "H. Deckman, et. Al, Pro.
c. 16th ・ IEEE ・ Photovoltaic ・
Specialist Conf. (1982) p14
In the case of 25 ", the shape of the back electrode is made uneven (texture structure) having a size approximately equal to the wavelength of light that scatters light, so that long-wavelength light that cannot be completely absorbed by the semiconductor layer is scattered. A technique has been disclosed in which the optical path length in a photovoltaic device is extended, the long-wavelength sensitivity of the photovoltaic element is improved, the short-circuit photocurrent is increased, and the photoelectric conversion efficiency is improved.
【0009】また、酸化亜鉛はプラズマに対する耐性が
酸化錫、酸化インジウムよりも高く、水素を含有するプ
ラズマ中にさらしても水素によって還元されることはな
い。この上に非晶質シリコンからなる半導体層をプラズ
マCVD法で形成する場合には、酸化亜鉛が透明導電層
として積極的に使用されている。[0009] Zinc oxide has higher resistance to plasma than tin oxide and indium oxide, and is not reduced by hydrogen even when exposed to plasma containing hydrogen. When a semiconductor layer made of amorphous silicon is formed thereon by a plasma CVD method, zinc oxide is actively used as a transparent conductive layer.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】従来より、非単結晶シ
リコン系材料からなる光起電力素子は光電変換効率が低
く、例えば太陽電池のような光発電への応用が困難であ
るといった問題点があった。Conventionally, a photovoltaic element made of a non-single-crystal silicon-based material has a low photoelectric conversion efficiency, and is difficult to apply to photovoltaic power generation such as a solar cell. there were.
【0011】そこで、Cu、Agなど可視光領域で高い
反射率を有する金属を裏面反射層に用いて光電変換効率
を向上させている。しかし、水素を含有する非単結晶シ
リコン系半導体は通常数ミクロン以下の膜厚で使用され
ることが多いため、高々0.4(V)から0.8(V)
程度の逆バイアスであっても数千(V/cm)程度の電
界が該半導体層に印加されていることになる。従って光
起電力素子がある程度湿度の高い環境下でパーシャルシ
ェード状態のように素子に逆バイアスが印加される状態
に長時間さらされるとAg、Cuなどのような金属はマ
イグレーションを起こし、素子がショートしてしまい、
素子の機能が低下してしまうという問題点があった。Therefore, a metal having high reflectivity in the visible light region, such as Cu and Ag, is used for the back surface reflection layer to improve the photoelectric conversion efficiency. However, since a non-single-crystal silicon-based semiconductor containing hydrogen is usually used in a thickness of several microns or less, it is at most 0.4 (V) to 0.8 (V).
An electric field of about several thousand (V / cm) is applied to the semiconductor layer even with a reverse bias of the order. Therefore, if the photovoltaic element is exposed to a state where a reverse bias is applied to the element for a long time, such as a partial shade state, in an environment with a relatively high humidity, metals such as Ag and Cu cause migration, and the element is short-circuited. Have done
There is a problem that the function of the element is reduced.
【0012】また、上記のように、AgにCu、In、
Sn、Pdなどを添加したり、CuにMg、Ni、Si
などを添加した場合にはある程度マイグレーションを抑
制することができるが、いずれの場合にも他の金属を添
加することによって可視光領域での反射率が低下し、光
電変換効率が低下してしまうという問題点があった。Further, as described above, Ag, Cu, In,
Add Sn, Pd, etc., or add Mg, Ni, Si
In some cases, the addition of other metals can suppress migration, but in any case, the addition of another metal decreases the reflectance in the visible light region, and lowers the photoelectric conversion efficiency. There was a problem.
【0013】またAg、Cuに代わる高反射率を有する
金属としてAlが挙げられる。しかし、Alの上に光の
収集効率の高いテクスチャー構造を有する酸化亜鉛の薄
膜を形成するには、「薄膜の厚さを厚くする(3μ
m)」、あるいは「スパッタリング法を実施する際、A
rとH2Oの混合ガスを用いる」などの方法が挙げられ
る。しかし、前者の場合には光起電力素子の「コストを
引き上げる」という問題点が、後者の場合には堆積速度
が低下したり、反射率(酸化亜鉛薄膜/アルミニウムの
構成)が低下する、光導電特性、特に曲線因子が低下す
るいう問題点があった。Al is a metal having a high reflectance instead of Ag and Cu. However, in order to form a zinc oxide thin film having a texture structure with high light collection efficiency on Al, it is necessary to increase the thickness of the thin film (3 μm).
m) ”or“ When performing the sputtering method, A
a mixed gas of r and H 2 O ”. However, in the former case, the problem of "increase the cost" of the photovoltaic element is caused. In the latter case, the deposition rate is reduced and the reflectance (the composition of zinc oxide thin film / aluminum) is reduced. There has been a problem that the conductive properties, especially the fill factor, are reduced.
【0014】本発明の目的は上記の問題点を解決し、か
つ品質の高い光起電力素子を提供することを目的とす
る。すなわち、可視光領域での反射率が高い金属を裏面
反射層として用いつつ、高湿度環境下で逆バイアスが印
加されても素子の機能が低下しない光起電力素子を提供
することを目的とする。さらには、軽量かつ柔軟で長期
間安定した電力を発生し、さらには電力コストの安い太
陽電池を提供することを目的とする。ひいては住宅の屋
根に太陽電池を設置して太陽光発電を実施したり、公園
や道路標識といった公共設備での夜間照明、案内燈、換
気設備としての機能を果たすことを目的とする。An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a high-quality photovoltaic element. That is, it is an object of the present invention to provide a photovoltaic element in which the function of the element does not deteriorate even when a reverse bias is applied in a high humidity environment while using a metal having a high reflectance in the visible light region as a back reflection layer. . It is another object of the present invention to provide a solar cell that is lightweight, flexible, generates stable power for a long period of time, and has a low power cost. In addition, the purpose is to install solar cells on the roof of a house to carry out solar power generation, and to function as night lighting, guide lights, and ventilation equipment in public facilities such as parks and road signs.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】上記のような問題点を解
決するための手段は、 (1)支持体上に光反射層と透明絶縁層を順次積層して
なることを特徴とする光起電力素子用基板及び該基板を
用いた光起電力素子である。Means for solving the above problems are as follows: (1) A photovoltaic device characterized in that a light reflecting layer and a transparent insulating layer are sequentially laminated on a support. A power element substrate and a photovoltaic element using the substrate.
【0016】従来の光反射層上に直接透明導電層を積層
してなる基板を用いた光起電力素子においては、高温高
湿度環境下において逆バイアスの印加により、光反射層
として用いたAg、Cu等が、マイグレーションを起こ
すため、光起電力素子の光電特性が低下する原因となっ
ていた。そのためAl等のマイグレーションを起こさな
い金属が光反射層として用いられているがAg、Cuに
比べ光反射率が低く光電特性が低下していた。In a conventional photovoltaic device using a substrate in which a transparent conductive layer is directly laminated on a light reflecting layer, Ag used as a light reflecting layer is applied by applying a reverse bias under a high temperature and high humidity environment. Since Cu and the like cause migration, the photoelectric characteristics of the photovoltaic element have been reduced. Therefore, a metal such as Al that does not cause migration is used as the light reflection layer, but the light reflectance is lower than that of Ag and Cu, and the photoelectric characteristics are deteriorated.
【0017】しかし、本発明においては、光反射層と透
明導電層の間に透明絶縁層を設けたことにより光反射層
に逆バイアスがかかることがなく、Ag、Cu等の高反
射率であるがマイグレーションを起こす金属として倦厭
されていた金属を使用することができるようになった。However, in the present invention, a reverse bias is not applied to the light reflecting layer by providing the transparent insulating layer between the light reflecting layer and the transparent conductive layer, and the light reflecting layer has a high reflectance of Ag, Cu or the like. Can now use a tired metal as a migration-inducing metal.
【0018】また、本発明の光起電力素子用基板を用い
ることによって、透明導電層の均一性が上がる。アルミ
ニウムの薄膜(光反射層)の上に形成された酸化亜鉛の
単一層(透明導電層)表面を電子顕微鏡で注意深く観察
すると、直径1000Å程度のピンホールが発生してい
ることがある。しかし本発明の光起電力素子用基板上に
形成した透明導電層はピンホールの発生率が単一のもの
に対して5%以下であることがわかった。この透明導電
層のピンホールの減少により光起電力素子の歩留りを飛
躍的に向上できるものである。さらにはリーク電流が小
さいため開放電圧が高いものである。Further, by using the substrate for a photovoltaic element of the present invention, the uniformity of the transparent conductive layer is improved. When the surface of a single layer of zinc oxide (transparent conductive layer) formed on an aluminum thin film (light reflecting layer) is carefully observed with an electron microscope, a pinhole having a diameter of about 1000 mm may be generated. However, it was found that the transparent conductive layer formed on the substrate for a photovoltaic element of the present invention had a pinhole generation rate of 5% or less of the single layer. By reducing the number of pinholes in the transparent conductive layer, the yield of the photovoltaic element can be significantly improved. Further, since the leak current is small, the open-circuit voltage is high.
【0019】(2)また、透明絶縁層上に、更に第二の
集電電極を有することを特徴とする光起電力素子用基板
及び該基板を用いた光起電力素子である。(2) A substrate for a photovoltaic element, further comprising a second current collecting electrode on the transparent insulating layer, and a photovoltaic element using the substrate.
【0020】第二の集電電極を設けることにより、集電
能力が増し光電変換効率を向上できるものである。By providing the second current collecting electrode, the current collecting capacity can be increased and the photoelectric conversion efficiency can be improved.
【0021】(3)また、透明絶縁層が、酸化アルミニ
ウム、フッ化マグネシウム、酸化珪素、チッ化珪素、酸
化チタン、硫化亜鉛、フッ化セシウム、酸化ジルコニウ
ム、またはその複合酸化物からなる少なくとも一層より
なること特徴とする光起電力素子用基板及び該基板を用
いた光起電力素子である。(3) The transparent insulating layer comprises at least one of aluminum oxide, magnesium fluoride, silicon oxide, silicon nitride, titanium oxide, zinc sulfide, cesium fluoride, zirconium oxide, or a composite oxide thereof. A substrate for a photovoltaic element and a photovoltaic element using the substrate.
【0022】そのため、波長300nm以上、1000
nm以下の紫外光、可視光、赤外光に対する感度が高い
ものである。また、透明絶縁層はマイグレーションの原
因の一つである水分の光反射層への進入を防ぐことがで
きる。For this reason, wavelengths of 300 nm or more and 1000
It has high sensitivity to ultraviolet light, visible light and infrared light of nm or less. Further, the transparent insulating layer can prevent water, which is one of the causes of migration, from entering the light reflecting layer.
【0023】(4)また、透明導電層が、酸化インジウ
ム、酸化錫、酸化インジウム錫、酸化亜鉛、酸化カドミ
ウム、酸化カドミウム錫、酸化ビスマス、酸化モリブデ
ンまたはその複合酸化物からなる少なくとも一層よりな
ることを特徴とする光起電力素子である。(4) The transparent conductive layer comprises at least one of indium oxide, tin oxide, indium tin oxide, zinc oxide, cadmium oxide, cadmium tin oxide, bismuth oxide, molybdenum oxide or a composite oxide thereof. Is a photovoltaic element characterized by the following.
【0024】そのため、波長300nm以上、1000
nm以下の紫外光、可視光、赤外光に対する感度が高い
ものである。For this reason, wavelengths of 300 nm or more and 1000
It has high sensitivity to ultraviolet light, visible light and infrared light of nm or less.
【0025】(5)また、上記光起電力素子用基板上
に、透明導電層と半導体層と透明電極層と集電電極を順
次積層してなる複数の光起電力素子を有することを特徴
とする集積型光起電力素子、及び上記光起電力素子用基
板上に、透明導電層、半導体層、透明電極層、集電電極
を積層する工程と、レーザにより複数の光起電力素子に
分断する工程とを有することを特徴とする集積型光起電
力素子の製造方法である。(5) A plurality of photovoltaic elements comprising a transparent conductive layer, a semiconductor layer, a transparent electrode layer, and a collecting electrode sequentially laminated on the photovoltaic element substrate. Stacking a transparent conductive layer, a semiconductor layer, a transparent electrode layer, and a collecting electrode on the integrated photovoltaic device and the substrate for the photovoltaic device, and dividing the photovoltaic device into a plurality of photovoltaic devices by a laser. And a method of manufacturing an integrated photovoltaic device.
【0026】集積化することにより高電圧、高電流を得
ることができ、透明電極層の抵抗による電力損失を抑え
ることができる。By integration, a high voltage and a high current can be obtained, and power loss due to the resistance of the transparent electrode layer can be suppressed.
【0027】[0027]
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明を詳細
に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【0028】図1は、本発明の光起電力素子用基板の一
例を示す概略断面図である。本発明の光起電力素子用基
板は、支持体101、光反射層102、透明絶縁層10
3が順次積層されてなり、図1においては、その上に透
明導電層105が積層されている。FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of the substrate for a photovoltaic element of the present invention. The substrate for a photovoltaic element of the present invention comprises a support 101, a light reflecting layer 102, a transparent insulating layer 10.
3 are sequentially laminated. In FIG. 1, a transparent conductive layer 105 is laminated thereon.
【0029】(支持体101)支持体は導電材料、絶縁
性材料の種類を問わない。導電性材料としては、例え
ば、めっき鋼板、NiCr、ステンレス、Al、Cr、
Mo、Au、Nb、Ta、V、Ti、Pt、Pb、Sn
等の金属または、これらの合金、絶縁材料としては、ポ
リエステル、ポリエチレン、ポリカーボネート、セルロ
ースアセテート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポ
リ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、等の合
成樹脂、または、ガラス、セラミックス、紙などが挙げ
られる。(Support 101) The support may be any type of conductive material or insulating material. Examples of the conductive material include a plated steel sheet, NiCr, stainless steel, Al, Cr,
Mo, Au, Nb, Ta, V, Ti, Pt, Pb, Sn
Metals such as, or their alloys, and insulating materials include polyester, polyethylene, polycarbonate, cellulose acetate, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene, polyamide, and other synthetic resins, or glass, ceramics, paper, etc. Is mentioned.
【0030】支持体の表面形状は、平滑あるいは山の高
さが最大0.1〜1.0μmの凹凸(テクスチャー化)
あることが望ましい。例えば、ステンレス基板の表面を
テクスチャー化する1つの方法として、被処理基板を酸
性溶液をもちいたエッチング処理が挙げられる。The surface shape of the support is smooth or irregularities having a peak height of at most 0.1 to 1.0 μm (texture).
Desirably. For example, as one method of texturing the surface of a stainless steel substrate, there is an etching treatment on a substrate to be processed using an acidic solution.
【0031】支持体の厚さは所望通りの光起電力素子を
形成しえるように適宜決定するが光起電力素子としての
柔軟性が要求される場合には、支持体としての機能が十
分発揮される範囲で可能な限り薄くすることが出来る。
しかしながら、支持体の製造上および取り扱い上、機械
的強度の点から、通常10μmとされる。The thickness of the support is appropriately determined so that a desired photovoltaic element can be formed. However, when flexibility as the photovoltaic element is required, the function as the support is sufficiently exhibited. As thin as possible.
However, the thickness is usually 10 μm from the viewpoint of mechanical strength in production and handling of the support.
【0032】(光反射層102)支持体101上の少な
くとも一方の表面に光反射層を形成する。光反射層は、
例えばAu、Ag、Al、Cu、AlSi、CuMg等
の可視光から近赤外で反射率の高い金属が用いられる。
こららのうちでも、金、銀、銅、またはアルミニウム、
またはこれらの金属を主成分とする合金が好ましい。(Light Reflecting Layer 102) A light reflecting layer is formed on at least one surface of the support 101. The light reflecting layer is
For example, a metal having a high reflectance from visible light to near infrared, such as Au, Ag, Al, Cu, AlSi, and CuMg, is used.
Of these, gold, silver, copper, or aluminum,
Alternatively, alloys containing these metals as main components are preferable.
【0033】光反射層は真空蒸着法、スパッタリング法
等、水溶液からの電解析出法で形成するのが適してい
る。光反射層としてのこれらの金属の層厚としては10
nmから5000nmが適した層厚として挙げられる。The light reflecting layer is suitably formed by an electrolytic deposition method from an aqueous solution such as a vacuum evaporation method and a sputtering method. The layer thickness of these metals as a light reflecting layer is 10
A suitable layer thickness is from nm to 5000 nm.
【0034】(透明絶縁層103)光反射層102上に
Al2O3、MgF2、SiO2、Si3N4、TiO2、Z
nS、CeF3、ZrO2等からなる透明絶縁層を形成す
る。(Transparent insulating layer 103) On the light reflecting layer 102, Al 2 O 3 , MgF 2 , SiO 2 , Si 3 N 4 , TiO 2 , Z
A transparent insulating layer made of nS, CeF 3 , ZrO 2 or the like is formed.
【0035】透明絶縁層の形成方法としては、真空蒸着
法、スパッタリング法、電解析出法、CVD法、スプレ
ー法、スピンオン法、ディッピング法等が適した方法と
して挙げられる。また、層厚は、該層の屈折率により最
適な層厚は異なるが、好ましい層厚の範囲としては50
nm〜10μmが挙げられる。更に、透明絶縁層をテク
スチャー化するには、例えば、スパッタリング法におい
ては、該層の形成温度を200℃以上とすれば良い。As a method for forming the transparent insulating layer, a vacuum deposition method, a sputtering method, an electrolytic deposition method, a CVD method, a spray method, a spin-on method, a dipping method and the like are mentioned as suitable methods. Although the optimum layer thickness varies depending on the refractive index of the layer, a preferable range of the layer thickness is 50.
nm to 10 μm. Further, in order to texture the transparent insulating layer, for example, in a sputtering method, the formation temperature of the layer may be set to 200 ° C. or higher.
【0036】次に、本発明の光起電力素子を説明する。Next, the photovoltaic device of the present invention will be described.
【0037】図2は、本発明の光起電力素子の一例を示
す概略断面図である。図2において、支持体201、光
反射層202、透明絶縁層203よりなる基板上に、透
明導電層205、半導体層206、透明電極層207、
集電電極208が積層されている。FIG. 2 is a schematic sectional view showing an example of the photovoltaic device of the present invention. In FIG. 2, a transparent conductive layer 205, a semiconductor layer 206, a transparent electrode layer 207, a transparent conductive layer 205, a transparent electrode layer 207, and a support 201, a light reflecting layer 202, and a transparent insulating layer 203 are formed on a substrate.
The collecting electrode 208 is stacked.
【0038】(透明導電層205)透明導電層は基板の
透明絶縁層203上に形成れている。(Transparent conductive layer 205) The transparent conductive layer is formed on the transparent insulating layer 203 of the substrate.
【0039】透明導電層としては、例えばZnO、Sn
O2、In2O3、ITO、CdO、Cd2SnO4、Bi2
O3、MoO3、NaxWO3等が挙げられる。As the transparent conductive layer, for example, ZnO, Sn
O 2 , In 2 O 3 , ITO, CdO, Cd 2 SnO 4 , Bi 2
O 3 , MoO 3 , Na x WO 3 and the like can be mentioned.
【0040】透明導電層の形成方法としては、真空蒸着
法、スパッタリング法、電解析出法、CVD法、スプレ
ー法、スピンオン法、ディッピング法等が適した方法と
して挙げられる。また、層厚は、該層の屈折率により最
適な層厚は異なるが、好ましい層厚の範囲としては50
nm〜10μmが挙げられる。Suitable methods for forming the transparent conductive layer include vacuum deposition, sputtering, electrolytic deposition, CVD, spraying, spin-on, and dipping. Although the optimum layer thickness varies depending on the refractive index of the layer, a preferable range of the layer thickness is 50.
nm to 10 μm.
【0041】更に、透明導電層をテクスチャー化するに
は、例えば、スパッタリング法においては、該層の形成
温度を200℃以上とすれば良い。また、いずれの形成
方法においても、該層形成後に弱酸、弱アルカリにより
表面をエッチングするのも、テクスチャー化の効果を高
める点で有効である。Further, in order to texture the transparent conductive layer, for example, in a sputtering method, the formation temperature of the layer may be set to 200 ° C. or higher. In any of the formation methods, etching the surface with a weak acid or weak alkali after the formation of the layer is also effective in enhancing the texture effect.
【0042】(半導体層206)半導体層としては、特
に限定されないが、少なくとも一構成の、シリコン原子
を含有する非単結晶n型層またはp型層、非単結晶i型
層、及び非単結晶p型層またはn型層を積層して成るp
in構造よりなることが好ましい。(Semiconductor Layer 206) The semiconductor layer is not particularly limited, but at least one of a non-single-crystal n-type layer or a p-type layer containing silicon atoms, a non-single-crystal i-type layer, and a non-single-crystal p formed by laminating a p-type layer or an n-type layer
Preferably, it has an in structure.
【0043】<ドーピング層(n層,p層)>ドーピン
グ層の母材は非晶質シリコン系あるいは微結晶シリコン
系半導体から構成される。非晶質(a−と略記する)シ
リコン系半導体としては、a−si、a−SiC、a−
SiO、a−SiN、a−SiCO、a−SiON、a
−SiNC、a−SiCON等が挙げられる。母材は微
結晶シリコンを含有した非晶質シリコン系半導体であっ
てもよい。<Doping Layer (n-layer, p-layer)> The base material of the doping layer is composed of an amorphous silicon-based or microcrystalline silicon-based semiconductor. As amorphous (abbreviated as a-) silicon-based semiconductor, a-si, a-SiC, a-
SiO, a-SiN, a-SiCO, a-SiON, a
-SiNC, a-SiCON and the like. The base material may be an amorphous silicon-based semiconductor containing microcrystalline silicon.
【0044】伝導型をp型またはn型にするために導入
される価電子制御剤の導入量は、1000ppm〜10
%が好ましい範囲として挙げられる。水素(H、D)及
びフッ素は未結合手を補償する働きをし、ドーピング効
率を向上させるものである。水素及びフッ素含有量は
0.1〜30at%が最適値として挙げられる。特にド
ーピング層が微結晶シリコンを含有する場合、0.01
〜10atm%が最適量として挙げられる。炭素、酸
素、窒素原子の導入量は0.1ppm〜20%、微量に
含有させる場合には0.1ppm〜1%が好適な範囲で
ある。The amount of the valence electron controlling agent introduced to make the conductivity type p-type or n-type is 1000 ppm to 10 ppm.
% Is mentioned as a preferable range. Hydrogen (H, D) and fluorine work to compensate for dangling bonds and improve doping efficiency. The optimum value of the hydrogen and fluorine content is 0.1 to 30 at%. Especially when the doping layer contains microcrystalline silicon,
-10 atm% is mentioned as the optimum amount. The suitable amount of carbon, oxygen and nitrogen atoms to be introduced is 0.1 ppm to 20%.
【0045】また、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、比抵抗としては1
00Ωcm以下のものが好ましく、1Ωcm以下が最適
である。As for the electrical characteristics, those having an activation energy of 0.2 eV or less are preferable, and the specific resistance is 1 eV.
It is preferably at most 00 Ωcm, most preferably at most 1 Ωcm.
【0046】<i層>i層は光励起キャリアを発生、輸
送する最も重要な層である。好ましくは微結晶シリコン
が用いられる。微結晶シリコンは、13.56MHz乃
至2.45GHzの範囲にある高周波プラズマCVD法
によって形成されるもので、吸光係数の光子エネルギー
依存性が、高エネルギー側で非晶質シリコンに近く、低
エネルギー側で結晶シリコンに近いものである。i層の
層厚方向に対して、実質的に平均粒径の異なる複数の種
類の微結晶シリコンより構成されていることが好まし
い。<I-layer> The i-layer is the most important layer for generating and transporting photoexcited carriers. Preferably, microcrystalline silicon is used. Microcrystalline silicon is formed by a high-frequency plasma CVD method in the range of 13.56 MHz to 2.45 GHz, and the photon energy dependence of the extinction coefficient is close to that of amorphous silicon on the high energy side and low on the low energy side. And is close to crystalline silicon. It is preferable that the i-layer is composed of a plurality of types of microcrystalline silicon having substantially different average grain sizes in the thickness direction.
【0047】また、i層の形成方法に関して言及すれ
ば、形成温度は200〜500℃の範囲にあることが好
ましい。形成圧力は10〜100mTorrの範囲にあ
ることが好ましい。さらに、100〜2.45GHzの
範囲にある高周波と13.56MHzの高周波を重畳
し、投入電力密度をそれぞれ、0.01〜1.0W/c
m3、0.001〜0.1W/cm3として形成すること
が好ましい。As for the method for forming the i-layer, the formation temperature is preferably in the range of 200 to 500 ° C. The forming pressure is preferably in the range of 10 to 100 mTorr. Further, a high frequency in the range of 100 to 2.45 GHz and a high frequency of 13.56 MHz are superimposed, and the applied power density is respectively 0.01 to 1.0 W / c.
m 3 , preferably in the range of 0.001 to 0.1 W / cm 3 .
【0048】(透明電極層207)インジウム酸化物
(In2O3)、スズ酸化物(SnO2)、ITO(In2
O3−SnO3)が適した材料であり、これらの材料にフ
ッ素を含有させても良い。透明電極層の堆積にはスパッ
タリング法または真空蒸着法が最適な堆積方法である。(Transparent electrode layer 207) Indium oxide (In 2 O 3 ), tin oxide (SnO 2 ), ITO (In 2
O 3 —SnO 3 ) is a suitable material, and these materials may contain fluorine. For the deposition of the transparent electrode layer, a sputtering method or a vacuum evaporation method is the most suitable deposition method.
【0049】スパッタリング法で堆積する場合、金属タ
ーゲット、あるいは酸化物ターゲット等のターゲットを
適宜組みあわせて用いられる。スパッタリング法で堆積
する場合、基板温度は重要な因子であって、20℃〜6
00℃が好ましい温度範囲として挙げられる。また透明
電極層をスパッタリング法で堆積する場合のスパッタリ
ング用のガスとして、アルゴンガス(Ar)等の不活性
ガスが挙げれる。また前記不活性ガスに酸素ガス
(O2)を必要に応じて添加することも好ましい。特に
金属をターゲットにしている場合、酸素ガス(O2)は
必須のものである。さらに前記不活性ガス等によってタ
ーゲットをスパッタリングずる場合、放電空間の圧力は
効果的にスパッタリングを行うために、0.1〜50m
Torrが好ましい範囲として挙げられる。透明電極層
の堆積速度は、放電空間内の圧力や放電圧力に依存し、
最適な堆積速度としては、0.01〜10nm/sec
の範囲である。When depositing by a sputtering method, a target such as a metal target or an oxide target is appropriately used in combination. When depositing by the sputtering method, the substrate temperature is an important factor.
00 ° C. is mentioned as a preferable temperature range. In addition, as a gas for sputtering when the transparent electrode layer is deposited by a sputtering method, an inert gas such as an argon gas (Ar) can be given. It is also preferable to add oxygen gas (O 2 ) to the inert gas as needed. Particularly when a metal is targeted, oxygen gas (O 2 ) is essential. Further, when the target is sputtered by the inert gas or the like, the pressure in the discharge space is 0.1 to 50 m in order to effectively perform sputtering.
Torr is mentioned as a preferable range. The deposition rate of the transparent electrode layer depends on the pressure in the discharge space and the discharge pressure,
The optimum deposition rate is 0.01 to 10 nm / sec.
Range.
【0050】真空蒸着法において透明電極層を堆積する
のに適した蒸着源としては、金属スズ、金属インジウム
スズ、インジウム−スズ合金等が挙げられる。また透明
電極層を堆積する時の基板温度としては25℃〜600
℃の範囲が適した範囲である。さらに、酸素ガス
(O2)を導入し、圧力が5×10-5Torr〜9×1
0-4Torrの範囲で堆積することが好ましい。この範
囲で酸素を導入することによって蒸着源から気化した前
記金属が気相中の酸素と反応して良好な透明電極が堆積
される。上記条件による透明電極層の好ましい堆積速度
の範囲としては、0.01〜10nm/secである。
堆積速度が0.01nm/sec未満であると生産性が
低下し10nm/secより大きくなると粗な膜となり
透過率、導電率や密着性の上からは好ましくない。As a deposition source suitable for depositing the transparent electrode layer in the vacuum deposition method, there are metal tin, metal indium tin, indium-tin alloy and the like. The substrate temperature for depositing the transparent electrode layer is 25 ° C. to 600 ° C.
The range of ° C. is a suitable range. Further, oxygen gas (O 2 ) is introduced, and the pressure is 5 × 10 −5 Torr to 9 × 1.
It is preferable to deposit in the range of 0 -4 Torr. By introducing oxygen in this range, the metal vaporized from the evaporation source reacts with oxygen in the gas phase to deposit a good transparent electrode. The preferable range of the deposition rate of the transparent electrode layer under the above conditions is 0.01 to 10 nm / sec.
When the deposition rate is less than 0.01 nm / sec, the productivity is reduced, and when the deposition rate is more than 10 nm / sec, the film becomes coarse, which is not preferable from the viewpoint of transmittance, conductivity and adhesion.
【0051】透明電極層の層厚は、反射防止膜の条件を
満たすような条件に堆積するのが好ましいものである。
具体的な層厚としては50〜500nmが好ましい範囲
として挙げられる。It is preferable that the thickness of the transparent electrode layer is deposited so as to satisfy the conditions of the antireflection film.
As a specific layer thickness, a preferable range is 50 to 500 nm.
【0052】(集電電極208)光起電力層であるi層
により多くの光を入射させ、発生したキャリアを効率よ
く電極に集めるためには、集電電極の形(光の入射方向
から見た形)、及び材質は重要である。通常、集電電極
の形は櫛型が使用され、その線幅、線数などは、光起電
力素子の光入射方向からみた形状および大きさ、集電電
極の材質などによって決定される。線幅は通常、0.1
mm〜5mm程度である。(Current Collector Electrode 208) In order to make more light incident on the i-layer, which is a photovoltaic layer, and to efficiently collect generated carriers at the electrode, the shape of the current collector electrode (as viewed from the light incident direction). Shape) and material are important. Usually, the shape of the collecting electrode is a comb shape, and the line width, the number of lines, and the like are determined by the shape and size of the photovoltaic element viewed from the light incident direction, the material of the collecting electrode, and the like. Line width is usually 0.1
mm to about 5 mm.
【0053】集電電極の材質としては、Fe、Cr、N
i、Au、Ti、Pd、Ag、Al、Cu、AlSi、
C(グラファイト)等が用いられ、通常、比抵抗の小さ
い、Ag、Cu、Al、Cr、Cなどの金属、あるいは
これらの合金が適している。集電電極の層構造としては
単一の層からなるものであってもよいし、さらには複数
の層からなるものであってもよい。これらの金属は、真
空蒸着法、スパッタリング法、メッキ法、印刷法等で形
成するのが好ましい。層厚としては10nm〜0.5m
mが適している。The material of the collecting electrode may be Fe, Cr, N
i, Au, Ti, Pd, Ag, Al, Cu, AlSi,
C (graphite) or the like is used, and usually, a metal such as Ag, Cu, Al, Cr, or C having a small specific resistance, or an alloy thereof is suitable. The layer structure of the collecting electrode may be composed of a single layer, or may be composed of a plurality of layers. These metals are preferably formed by a vacuum deposition method, a sputtering method, a plating method, a printing method, or the like. 10 nm to 0.5 m as layer thickness
m is suitable.
【0054】真空蒸着法で形成する場合、集電電極形状
をなしたマスクを透明電極層207上に密着させ、真空
中で所望の金属蒸着源を電子ビームまたは抵抗加熱で蒸
発させ、透明電極207上に所望の形状をした集電電極
を形成する。スパッタリング法で形成する場合、集電電
極形状をなしたマスクを透明電極層207上に密着さ
せ、真空中にArガスを導入し、所望の金属スパッタリ
ングターゲットにDCを印加し、グロー放電を発生させ
ることによって、金属をスパッタさせ、透明電極層20
7上に所望の形状をした集電電極を形成する。In the case of forming by a vacuum deposition method, a mask having a shape of a collecting electrode is brought into close contact with the transparent electrode layer 207, and a desired metal deposition source is evaporated in a vacuum with an electron beam or resistance heating. A collector electrode having a desired shape is formed thereon. When formed by a sputtering method, a mask having a shape of a collecting electrode is closely attached to the transparent electrode layer 207, an Ar gas is introduced into a vacuum, DC is applied to a desired metal sputtering target, and a glow discharge is generated. Thereby, the metal is sputtered and the transparent electrode layer 20
On 7, a collecting electrode having a desired shape is formed.
【0055】印刷法で形成する場合には、Agペース
ト、Alペースト、あるいはカーボンペーストをスクリ
ーン印刷機で印刷する。When forming by a printing method, an Ag paste, an Al paste, or a carbon paste is printed by a screen printing machine.
【0056】図3は、本発明の光起電力素子の他の例を
示す概略断面図であり、透明絶縁層303上に第二の集
電電極304を設けた点が図2と異なる。FIG. 3 is a schematic sectional view showing another example of the photovoltaic element of the present invention, which differs from FIG. 2 in that a second current collecting electrode 304 is provided on a transparent insulating layer 303.
【0057】(第二の集電電極304)光起電力層であ
るi層により多くの光を入射させ、発生したキャリアを
効率よく電極に集めるためには、集電電極の形(光の入
射方向から見た形)、及び材質は重要である。通常、集
電電極の形は櫛型が使用され、その線幅、線数などは、
光起電力素子の光入射方向からみた形状および大きさ、
集電電極の材質などによって決定される。線幅は通常、
0.1mm〜5mm程度である。(Second current collecting electrode 304) In order to allow more light to enter the i-layer, which is a photovoltaic layer, and to efficiently collect generated carriers at the electrode, the shape of the current collecting electrode (light incidence) The shape viewed from the direction) and the material are important. Usually, the shape of the collecting electrode is a comb shape, and its line width, number of lines, etc.
Shape and size of the photovoltaic element viewed from the light incident direction,
It is determined by the material of the collecting electrode and the like. Line width is usually
It is about 0.1 mm to 5 mm.
【0058】集電電極の材質としては、Fe、Cr、N
i、Au、Ti、Pd、Ag、Al、Cu、AlSi、
C(グラファイト)等が用いられ、通常、比抵抗の小さ
い、Ag、Cu、Al、Cr、Cなどの金属、あるいは
これらの合金が適している。集電電極の層構造としては
単一の層からなるものであってもよいし、さらには複数
の層からなるものであってもよい。これらの金属は、真
空蒸着法、スパッタリング法、メッキ法、印刷法等で形
成するのが好ましい。層厚としては10nm〜0.5m
mが適している。The material of the current collecting electrode is Fe, Cr, N
i, Au, Ti, Pd, Ag, Al, Cu, AlSi,
C (graphite) or the like is used, and usually, a metal such as Ag, Cu, Al, Cr, or C having a small specific resistance, or an alloy thereof is suitable. The layer structure of the collecting electrode may be composed of a single layer, or may be composed of a plurality of layers. These metals are preferably formed by a vacuum deposition method, a sputtering method, a plating method, a printing method, or the like. 10 nm to 0.5 m as layer thickness
m is suitable.
【0059】真空蒸着法で形成する場合、集電電極形状
をなしたマスクを透明絶縁層303上に密着させ、真空
中で所望の金属蒸着源を電子ビームまたは抵抗加熱で蒸
発させ、透明絶縁層303上に所望の形状をした集電電
極を形成する。スパッタリング法で形成する場合、集電
電極形状をなしたマスクを透明絶縁層303上に密着さ
せ、真空中にArガスを導入し、所望の金属スパッタリ
ングターゲットにDCを印加し、グロー放電を発生させ
ることによって、金属をスパッタさせ、透明絶縁層30
3上に所望の形状をした集電電極を形成する。In the case of forming by a vacuum evaporation method, a mask having a shape of a collecting electrode is closely adhered onto the transparent insulating layer 303, and a desired metal evaporation source is evaporated in a vacuum with an electron beam or resistance heating to form a transparent insulating layer. A current collecting electrode having a desired shape is formed on 303. In the case of forming by a sputtering method, a mask having a shape of a collecting electrode is closely attached to the transparent insulating layer 303, an Ar gas is introduced into a vacuum, DC is applied to a desired metal sputtering target, and a glow discharge is generated. Thereby, metal is sputtered, and the transparent insulating layer 30
A collector electrode having a desired shape is formed on 3.
【0060】印刷法で形成する場合には、Agペース
ト、Alペースト、あるいはカーボンペーストをスクリ
ーン印刷機で印刷する。When forming by a printing method, an Ag paste, an Al paste, or a carbon paste is printed by a screen printing machine.
【0061】次に、本発明の集積型光起電力素子につい
て説明する。Next, the integrated photovoltaic device of the present invention will be described.
【0062】図4は、本発明の集積型光起電力素子の一
例を示す概略断面図であり、支持体401、光反射層4
02、透明絶縁層403よりなる基板上に、透明導電層
405、半導体層406、透明電極層407、集電電極
408が積層された複数の光電変換領域を有する。そし
て、一の光起電力素子の透明導電層405(集電電極4
08)と他の一の光起電力素子の透明電極層407が直
列に接続されている。光起電力素子の接続方法は特に限
定されず、光起電力素子の透明導電層405同士と透明
電極層407同士をそれぞれ並列に接続してもよい。FIG. 4 is a schematic sectional view showing an example of the integrated photovoltaic device of the present invention.
02, a plurality of photoelectric conversion regions in which a transparent conductive layer 405, a semiconductor layer 406, a transparent electrode layer 407, and a collecting electrode 408 are stacked over a substrate formed of a transparent insulating layer 403. Then, the transparent conductive layer 405 of one photovoltaic element (collecting electrode 4
08) and the transparent electrode layer 407 of another photovoltaic element are connected in series. The connection method of the photovoltaic element is not particularly limited, and the transparent conductive layers 405 and the transparent electrode layers 407 of the photovoltaic element may be connected in parallel.
【0063】集積型光起電力素子の製造方法は特に限定
されないが、基板上に、透明導電層405、半導体層4
06、透明電極層407、集電電極408を積層した
後、レーザにより複数の光起電力素子に分断する方法が
好ましい。The method of manufacturing the integrated photovoltaic element is not particularly limited, but the transparent conductive layer 405 and the semiconductor layer 4
06, the transparent electrode layer 407, and the current collecting electrode 408, and then a laser is used to divide the photovoltaic elements into a plurality of photovoltaic elements.
【0064】透明絶縁層403上の光電変換領域を小面
積の光起電力素子に分断するのに使用するレーザーは、
YAGレーザー、CO2レーザー、エキシマレーザー等
が使用できるが、特にYAGレーザーが好適に用いられ
る。基本波長1.06μmの他に、非線形光学素子を併
用して得られる第2高調波の0.53μmの光も利用す
ることができる。YAGレーザーは連続発信動作もでき
るが、高いピークパワーを得るためにQスイッチパルス
発信動作で使用することが多い。Qスイッチパルス発信
の周波数は通常数kHzから数十kHz程度であり、ひ
とつのパルスの継続時間は100nsec前後である。The laser used to divide the photoelectric conversion region on the transparent insulating layer 403 into small-area photovoltaic elements is:
A YAG laser, a CO 2 laser, an excimer laser, or the like can be used, but a YAG laser is particularly preferably used. In addition to the fundamental wavelength of 1.06 μm, light of 0.53 μm of the second harmonic obtained by using a nonlinear optical element together can also be used. The YAG laser can perform a continuous transmission operation, but is often used in a Q-switch pulse transmission operation to obtain a high peak power. The frequency of Q switch pulse transmission is usually about several kHz to several tens kHz, and the duration of one pulse is about 100 nsec.
【0065】[0065]
【実施例】以下に光起電力素子として太陽電池を例に挙
げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれに限定
されるものではない。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be specifically described below by taking a solar cell as an example of a photovoltaic element, but the present invention is not limited to this.
【0066】(実施例1)図1に示す光起電力素子用基
板を以下の手順で作製した。Example 1 A substrate for a photovoltaic element shown in FIG. 1 was manufactured by the following procedure.
【0067】支持体101としての5×5cm2のSU
S304基板上に光反射層102としてAgをスパッタ
リング法で8000Å、透明絶縁層103として真空蒸
着で酸化アルミニウムを1μm、透明導電層105とし
て酸化インジウム錫、酸化亜鉛をそれぞれスパッタリン
グ法により200Å、1μm堆積させた。5 × 5 cm 2 SU as the support 101
On the S304 substrate, Ag was deposited as the light reflecting layer 102 by 8000 ° by sputtering, aluminum oxide was deposited by vacuum deposition as the transparent insulating layer 103, aluminum oxide was 1 μm, and indium tin oxide and zinc oxide were deposited as the transparent conductive layer 105 by 200 °, 1 μm by sputtering. Was.
【0068】(比較例1)図6に示す光起電力素子用基
板を以下の手順で作製した。Comparative Example 1 A substrate for a photovoltaic element shown in FIG. 6 was manufactured in the following procedure.
【0069】支持体601としての5×5cm2のSU
S304基板上に光反射層602としてAgをスパッタ
リング法で8000Å、透明導電層605として酸化亜
鉛をそれぞれスパッタリング法により1μm堆積させ
た。5 × 5 cm 2 SU as the support 601
Ag was deposited on the S304 substrate as the light reflection layer 602 by sputtering at 8000 ° and zinc oxide as the transparent conductive layer 605 was deposited by sputtering at 1 μm.
【0070】実施例1、比較例1の基板について直接反
射、乱反射の測定を行った。結果を表1に示す。結果は
波長800nmのAgの反射を100とした時の値であ
る。The substrates of Example 1 and Comparative Example 1 were measured for direct reflection and diffuse reflection. Table 1 shows the results. The result is a value when the reflection of 800 nm wavelength Ag is set to 100.
【0071】[0071]
【表1】 [Table 1]
【0072】実施例1の基板の直接反射は良好な値を得
ることができ、しかも比較例1と同等である。また、乱
反射は実施例1の方が良い結果を示した。The direct reflection of the substrate of Example 1 can obtain a good value, and is equivalent to that of Comparative Example 1. In Example 1, the irregular reflection showed better results.
【0073】(実施例2)図2に示す光起電力素子を以
下の手順で作製した。Example 2 A photovoltaic element shown in FIG. 2 was manufactured in the following procedure.
【0074】支持体201としての5×5cm2のSU
S304基板上に光反射層202としてAgをスパッタ
リング法で5000Å、透明絶縁層203として真空蒸
着で酸化アルミニウムを5000Å、透明導電層205
として酸化インジウム錫、酸化亜鉛をそれぞれスパッタ
リング法により2000Å、1.3μm堆積させた。5 × 5 cm 2 SU as support 201
S304: Ag on the substrate as the light reflection layer 202, 5000 ° of Ag by sputtering, 5000 mm of aluminum oxide on the transparent insulating layer 203 by vacuum evaporation, transparent conductive layer 205
Indium tin oxide and zinc oxide were deposited by sputtering at 2000 .ANG. And 1.3 .mu.m, respectively.
【0075】そして、透明導電層205上にp−i−n
接合を3つ有する半導体層206を作製した。具体的に
は、第1のドープ層n型a−si:H:P/第1のi層
a−SiGe:H/第2のドープ層p型μc−Si:
H:B/第3のドープ層n型a−si:H:P/第2の
i層a−SiGe:H/第4のドープ層p型μc−S
i:H:B/第5のドープ層n型a−Si:H:P/第
1のi層a−Si:H/第6のドープ層p型μc−S
i:H:Bである。Then, a pin is formed on the transparent conductive layer 205.
A semiconductor layer 206 having three junctions was manufactured. Specifically, the first doped layer n-type a-si: H: P / the first i-layer a-SiGe: H / the second doped layer p-type μc-Si:
H: B / third doped layer n-type a-si: H: P / second i-layer a-SiGe: H / fourth doped layer p-type μc-S
i: H: B / fifth doped layer n-type a-Si: H: P / first i-layer a-Si: H / sixth doped layer p-type μc-S
i: H: B.
【0076】そしてその上に透明電極層207として酸
化インジウム錫を700Å、集電電極208としてCu
ワイヤー/Ag/Cを形成し、太陽電池を得た。Then, 700 ° of indium tin oxide was formed thereon as the transparent electrode layer 207, and Cu was formed as the current collecting electrode 208.
A wire / Ag / C was formed to obtain a solar cell.
【0077】(比較例2)透明絶縁層203を形成しな
い以外は実施例2と同様にして太陽電池を得た。Comparative Example 2 A solar cell was obtained in the same manner as in Example 2 except that the transparent insulating layer 203 was not formed.
【0078】実施例2、比較例2について初期変換効
率、初期シリーズ抵抗、高温多湿100時間経過後のシ
リーズ抵抗を測定した。結果を表2に示す。For Example 2 and Comparative Example 2, the initial conversion efficiency, the initial series resistance, and the series resistance after 100 hours of high temperature and high humidity were measured. Table 2 shows the results.
【0079】[0079]
【表2】 [Table 2]
【0080】試験の結果、実施例2において0時間後と
100時間後のシリーズ抵抗が変わらなかったのに対
し、比較例2は低下した。これは逆バイアスと水分によ
るAgのマイグレーションが原因だと考えられる。それ
に対し実施例1のように直接Agに電界をかけない構造
で、且つ透明絶縁層による水分の進入を防ぐのでマイグ
レーションを起こさない。As a result of the test, the series resistance after 0 hour and 100 hours in Example 2 did not change, whereas that in Comparative Example 2 decreased. This is considered to be due to the migration of Ag due to reverse bias and moisture. On the other hand, as in Example 1, the structure is such that an electric field is not directly applied to Ag and migration of water is prevented by the transparent insulating layer, so that migration does not occur.
【0081】(実施例3)図3に示す光起電力素子を以
下の手順で作製した。Example 3 A photovoltaic element shown in FIG. 3 was manufactured by the following procedure.
【0082】支持体301としての5×5cm2のSU
S304基板上に光反射層302としてAgを真空蒸着
法で5000Å、透明絶縁層303として真空蒸着でフ
ッ化マグネシウムを8000Å、第二の集電電極304
としてAuを2000Å、透明導電層305として酸化
インジウム錫、酸化亜鉛をそれぞれスパッタリング法に
より2000Å、1.0μm堆積させた。5 × 5 cm 2 SU as support 301
S304: Ag as the light reflection layer 302 on the substrate, 5000 ° by vacuum deposition, 8000 °, magnesium fluoride by vacuum deposition on the transparent insulating layer 303, the second current collecting electrode 304
Au was deposited at 2000 .ANG., And indium tin oxide and zinc oxide were deposited at 2000 .ANG. And 1.0 .mu.m as the transparent conductive layer 305 by sputtering, respectively.
【0083】そして、透明導電層305上にp−i−n
接合を3つ有する半導体層306を作製した。具体的に
は、第1のドープ層n型a−Si:H:P/第1のi層
a−SiGe:H/第2のドープ層p型μc−Si:
H:B/第3のドープ層n型a−si:H:P/第2の
i層a−SiGe:H/第4のドープ層p型μc−S
i:H:B/第5のドープ層n型a−si:H:P/第
1のi層a−Si:H/第6のドープ層p型μc−S
i:H:Bである。Then, a pin is formed on the transparent conductive layer 305.
A semiconductor layer 306 having three junctions was manufactured. Specifically, the first doped layer n-type a-Si: H: P / first i-layer a-SiGe: H / second doped layer p-type μc-Si:
H: B / third doped layer n-type a-si: H: P / second i-layer a-SiGe: H / fourth doped layer p-type μc-S
i: H: B / fifth doped layer n-type a-si: H: P / first i-layer a-Si: H / sixth doped layer p-type μc-S
i: H: B.
【0084】そしてその上に透明電極層307として酸
化インジウム錫を600Å、櫛形にAu8000Åで構
成された第一の集電電極308を形成し、太陽電池を作
製した。Then, a first current collecting electrode 308 composed of indium tin oxide as a transparent electrode layer 307 made of indium tin oxide at a thickness of 600.degree. And Au8000 as a comb was formed thereon, thereby completing a solar cell.
【0085】実施例2に比べ実施例3の光変換効率は約
1.05倍と良好なものが得られた。As compared with the second embodiment, the light conversion efficiency of the third embodiment was as good as about 1.05 times.
【0086】(実施例4)透明導電層305として酸化
インジウム錫、酸化亜鉛の代わりに酸化亜鉛のみを使用
した以外は実施例3と同様にして太陽電池を作製した。(Example 4) A solar cell was manufactured in the same manner as in Example 3 except that only zinc oxide was used instead of indium tin oxide and zinc oxide as the transparent conductive layer 305.
【0087】透明導電層305として比較的抵抗の高い
酸化亜鉛のみを使用したときも第二の集電電極305を
設けることにより良い結果を得ることができた。Even when zinc oxide having relatively high resistance was used as the transparent conductive layer 305, good results could be obtained by providing the second current collecting electrode 305.
【0088】(実施例5)実施例2で作製した光起電力
素子にレーザースクライブ処理を行うことにより、図4
に示す集積型太陽電池を作成した。レーザースクライブ
には、YAGレーザーを使用し、一つが0.25cm2
の光起電力素子を10個作成し直列に接続し一つのモジ
ュールとした。(Example 5) The laser scribing process was performed on the photovoltaic element manufactured in Example 2 to obtain FIG.
The integrated solar cell shown in the following was prepared. The laser scribe uses a YAG laser, one of which is 0.25 cm 2
Were produced and connected in series to form one module.
【0089】2.5cm2のモジュールと比較を行った
ところ、集積型のモジュールは2.5cm2のモジュー
ルにたいして開放電圧が10倍、短絡電流0.96倍と
良好な結果を示した。[0089] was carried out compared with the 2.5 cm 2 module, integrated module exhibited open circuit voltage 10 times, short-circuit current 0.96 times and good results against the 2.5 cm 2 module.
【0090】(実施例6)実施例3で作製した光起電力
素子にレーザースクライブ処理を行うことにより、図5
に示す集積型太陽電池を作成した。レーザースクライブ
には、YAGレーザーを使用し、一つが0.30cm2
の光起電力素子を10個作成し直列に接続し一つのモジ
ュールとした。(Embodiment 6) By performing laser scribing on the photovoltaic element fabricated in Embodiment 3,
The integrated solar cell shown in the following was prepared. The laser scribe uses a YAG laser, one of which is 0.30 cm 2
Were produced and connected in series to form one module.
【0091】3.0cm2のモジュールと比較を行った
ところ、集積型のモジュールは3.0cm2のモジュー
ルにたいして開放電圧が14.3倍、短絡電流0.97
倍と良好な結果を示した。[0091] was carried out compared to 3.0cm 2 of the module, 14.3 times the open-circuit voltage with respect to an integrated module of 3.0cm 2 module, the short-circuit current 0.97
The result was twice as good.
【0092】[0092]
【発明の効果】本発明の光起電力素子用基板はAg、C
u等の反射率は高いけれどもマイグレーションを起こす
として光起電力素子の光反射層に倦厭されていたもの
を、高い反射率を保ちながら、且つマイグレーションの
発生を抑えることができるものである。また、本発明の
基板構造を持つことにより光の乱反射を促進させること
ができ光電変換効率を改善するものである。The substrate for a photovoltaic element of the present invention is made of Ag, C
Although the reflectance of u or the like is high but migration is caused by the light reflecting layer of the photovoltaic element, the migration can be suppressed while maintaining a high reflectance. In addition, by having the substrate structure of the present invention, irregular reflection of light can be promoted and the photoelectric conversion efficiency can be improved.
【0093】更にこの基板上に作成した太陽電池はレー
ザースクライブ等を施すことにより集積型光起電力素子
としての使用に優れている。Further, the solar cell fabricated on this substrate is excellent in use as an integrated photovoltaic element by performing laser scribing or the like.
【図1】本発明の光起電力素子用基板の一例を示す概略
断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of a substrate for a photovoltaic element of the present invention.
【図2】本発明の光起電力素子の一例を示す概略断面図
である。FIG. 2 is a schematic sectional view showing an example of the photovoltaic device of the present invention.
【図3】本発明の光起電力素子の他の例を示す概略断面
図である。FIG. 3 is a schematic sectional view showing another example of the photovoltaic element of the present invention.
【図4】本発明の集積型光起電力素子の一例を示す概略
断面図である。FIG. 4 is a schematic sectional view showing an example of the integrated photovoltaic device of the present invention.
【図5】本発明の集積型光起電力素子の他の例を示す概
略断面図である。FIG. 5 is a schematic sectional view showing another example of the integrated photovoltaic device of the present invention.
【図6】本発明の光起電力素子用基板を示す概略断面図
である。FIG. 6 is a schematic sectional view showing a substrate for a photovoltaic element of the present invention.
101、201、301、401、501、601 支
持体 102、202、302、402、502、602 光
反射層 103、203、303、403、503 透明絶縁層 304、504 第二の集電電極 105、205、305、405、505、605 透
明導電層 206、306、406、506 半導体層 207、307、407、507 透明電極層 208、408 集電電極 308、508 第一の集電電極101, 201, 301, 401, 501, 601 Support 102, 202, 302, 402, 502, 602 Light reflective layer 103, 203, 303, 403, 503 Transparent insulating layer 304, 504 Second current collecting electrode 105, 205, 305, 405, 505, 605 Transparent conductive layer 206, 306, 406, 506 Semiconductor layer 207, 307, 407, 507 Transparent electrode layer 208, 408 Collector electrode 308, 508 First collector electrode
Claims (15)
積層してなることを特徴とする光起電力素子用基板。1. A substrate for a photovoltaic device, comprising: a light reflecting layer and a transparent insulating layer sequentially laminated on a support.
特徴とする請求項1に記載の光起電力素子用基板。2. The substrate for a photovoltaic device according to claim 1, further comprising a current collecting electrode on the transparent insulating layer.
ニウム、またはこれらの金属を主成分とする合金からな
ることを特徴とする請求項1または2に記載の光起電力
素子用基板。3. The substrate for a photovoltaic device according to claim 1, wherein the light reflecting layer is made of gold, silver, copper, aluminum, or an alloy containing these metals as a main component. .
化マグネシウム、酸化珪素、チッ化珪素、酸化チタン、
硫化亜鉛、フッ化セシウム、酸化ジルコニウム、または
その複合酸化物からなる少なくとも一層よりなること特
徴とする請求項1〜3に記載の光起電力素子用基板。4. The transparent insulating layer is made of aluminum oxide, magnesium fluoride, silicon oxide, silicon nitride, titanium oxide,
The substrate for a photovoltaic device according to any one of claims 1 to 3, comprising at least one layer made of zinc sulfide, cesium fluoride, zirconium oxide, or a composite oxide thereof.
板上に、透明導電層と半導体層と透明電極層と集電電極
を順次積層してなることを特徴とする光起電力素子。5. A photovoltaic device comprising: a transparent electroconductive layer, a semiconductor layer, a transparent electrode layer, and a collecting electrode sequentially laminated on the photovoltaic element substrate according to claim 1. element.
ことを特徴とする請求項5に記載の光起電力素子。6. The photovoltaic device according to claim 5, wherein the light reflection layer and the semiconductor layer are insulated.
コン原子を含有する非単結晶n型層またはp型層、非単
結晶i型層、及び非単結晶p型層またはn型層を積層し
て成るpin構造よりなることを特徴とする請求項5ま
たは6に記載の光起電力素子。7. The semiconductor layer is a stack of at least one non-single-crystal n-type or p-type layer containing silicon atoms, a non-single-crystal i-type layer, and a non-single-crystal p-type or n-type layer. 7. The photovoltaic device according to claim 5, wherein the photovoltaic device has a pin structure.
錫、酸化インジウム錫、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸
化カドミウム錫、酸化ビスマス、酸化モリブデンまたは
その複合酸化物からなる少なくとも一層よりなることを
特徴とする請求項5〜7に記載の光起電力素子。8. The transparent conductive layer comprises at least one of indium oxide, tin oxide, indium tin oxide, zinc oxide, cadmium oxide, cadmium tin oxide, bismuth oxide, molybdenum oxide or a composite oxide thereof. The photovoltaic element according to claim 5.
板上に、透明導電層と半導体層と透明電極層と集電電極
を順次積層してなる複数の光起電力素子を有することを
特徴とする集積型光起電力素子。9. A plurality of photovoltaic elements formed by sequentially laminating a transparent conductive layer, a semiconductor layer, a transparent electrode layer, and a collecting electrode on the photovoltaic element substrate according to claim 1. An integrated photovoltaic device, characterized in that:
ることを特徴とする請求項9に記載の集積型光起電力素
子。10. The integrated photovoltaic device according to claim 9, wherein the light reflection layer and the semiconductor layer are insulated.
リコン原子を含有する非単結晶n型層またはp型層、非
単結晶i型層、及び非単結晶p型層またはn型層を積層
して成るpin構造よりなることを特徴とする請求項9
または10に記載の集積型光起電力素子。11. A semiconductor layer comprising at least one non-single-crystal n-type or p-type layer containing silicon atoms, a non-single-crystal i-type layer, and a non-single-crystal p-type layer or n-type layer containing at least one structure 10. A pin structure comprising:
Or an integrated photovoltaic device according to item 10.
錫、酸化インジウム錫、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸
化カドミウム錫、酸化ビスマス、酸化モリブデンまたは
その複合酸化物からなる少なくとも一層よりなることを
特徴とする請求項9〜11に記載の集積型光起電力素
子。12. The transparent conductive layer comprises at least one of indium oxide, tin oxide, indium tin oxide, zinc oxide, cadmium oxide, cadmium tin oxide, bismuth oxide, molybdenum oxide or a composite oxide thereof. The integrated photovoltaic device according to claim 9.
一の光起電力素子の透明電極層が直列に接続されている
ことを特徴とする請求項9〜12に記載の集積型光起電
力素子。13. The integrated type according to claim 9, wherein a transparent conductive layer of one photovoltaic element and a transparent electrode layer of another photovoltaic element are connected in series. Photovoltaic element.
電極層同士がそれぞれ並列に接続されていることを特徴
とする請求項9〜12に記載の集積型光起電力素子。14. The integrated photovoltaic device according to claim 9, wherein the transparent conductive layers and the transparent electrode layers of the photovoltaic device are connected in parallel.
子用基板上に、透明導電層、半導体層、透明電極層、集
電電極を積層する工程と、レーザにより複数の光起電力
素子に分断する工程とを有することを特徴とする集積型
光起電力素子の製造方法。15. A step of laminating a transparent conductive layer, a semiconductor layer, a transparent electrode layer, and a collector electrode on the substrate for a photovoltaic element according to claim 1 or 2, and a plurality of photovoltaic elements using a laser. And a method of manufacturing the integrated photovoltaic device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10098643A JPH11298021A (en) | 1998-04-10 | 1998-04-10 | Substrate for photovoltaic element, photovoltaic element using the same, integrated photovoltaic element, and method of manufacturing integrated photovoltaic element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10098643A JPH11298021A (en) | 1998-04-10 | 1998-04-10 | Substrate for photovoltaic element, photovoltaic element using the same, integrated photovoltaic element, and method of manufacturing integrated photovoltaic element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11298021A true JPH11298021A (en) | 1999-10-29 |
Family
ID=14225194
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10098643A Withdrawn JPH11298021A (en) | 1998-04-10 | 1998-04-10 | Substrate for photovoltaic element, photovoltaic element using the same, integrated photovoltaic element, and method of manufacturing integrated photovoltaic element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11298021A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006128154A (en) * | 2004-10-26 | 2006-05-18 | Takashi Katoda | Metal oxide layer formed on substrate and manufacturing method thereof |
| JP2009111425A (en) * | 2009-02-06 | 2009-05-21 | Takashi Katoda | Electronic devices using semiconductors |
| JP2011003750A (en) * | 2009-06-19 | 2011-01-06 | Kaneka Corp | Crystal silicon system solar cell |
| CN101262029B (en) | 2007-03-07 | 2011-03-23 | 信越化学工业株式会社 | Method for manufacturing single crystal silicon solar cell and single crystal silicon solar cell |
-
1998
- 1998-04-10 JP JP10098643A patent/JPH11298021A/en not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006128154A (en) * | 2004-10-26 | 2006-05-18 | Takashi Katoda | Metal oxide layer formed on substrate and manufacturing method thereof |
| CN101262029B (en) | 2007-03-07 | 2011-03-23 | 信越化学工业株式会社 | Method for manufacturing single crystal silicon solar cell and single crystal silicon solar cell |
| JP2009111425A (en) * | 2009-02-06 | 2009-05-21 | Takashi Katoda | Electronic devices using semiconductors |
| JP2011003750A (en) * | 2009-06-19 | 2011-01-06 | Kaneka Corp | Crystal silicon system solar cell |
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