JP2002217429A - 光電変換素子 - Google Patents
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Classifications
-
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- 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
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 透光性電極に低コストの酸化亜鉛を使用した
場合でも、十分な素子特性（低抵抗特性，高耐候特性）
が得られる光電変換素子を提供する。 【解決手段】 ガラス基板１上には、透光性電極１２，
光電変換層３及び背面電極４がこの順に積層形成されて
いる。透光性電極１２は、Ｓｉ及びＡｌがドープされた
ＺｎＯ膜から構成されている、このＺｎＯ膜において、
Ａｌのドープ量は全域において一定であるが、Ｓｉのド
ープ量は、その厚さ方向において異なっており、ガラス
基板１との界面近傍で最も多く光電変換層３側へ向かう
につれて段階的に減少して光電変換層３との界面近傍で
最も少なくなっている。
場合でも、十分な素子特性（低抵抗特性，高耐候特性）
が得られる光電変換素子を提供する。 【解決手段】 ガラス基板１上には、透光性電極１２，
光電変換層３及び背面電極４がこの順に積層形成されて
いる。透光性電極１２は、Ｓｉ及びＡｌがドープされた
ＺｎＯ膜から構成されている、このＺｎＯ膜において、
Ａｌのドープ量は全域において一定であるが、Ｓｉのド
ープ量は、その厚さ方向において異なっており、ガラス
基板１との界面近傍で最も多く光電変換層３側へ向かう
につれて段階的に減少して光電変換層３との界面近傍で
最も少なくなっている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光電変換素子に関
し、特に、その透光性電極の構成に関する。
し、特に、その透光性電極の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体を用いた太陽電池，光センサ等の
光電変換素子は、通常、ガラス，プラスチック等の透光
性を有する基板上に、透光性を有する電極（透光性電
極）、半導体からなる光電変換層、及び、高い光反射性
を有する背面電極をこの順に積層した構成を有してい
る。
光電変換素子は、通常、ガラス，プラスチック等の透光
性を有する基板上に、透光性を有する電極（透光性電
極）、半導体からなる光電変換層、及び、高い光反射性
を有する背面電極をこの順に積層した構成を有してい
る。
【０００３】このような構成の光電変換素子における透
光性電極の材料としては、従来からフッ素またはアンチ
モン等をドープしたＳｎＯ2 ，ＩＴＯ等の酸化膜材料が
使用されているが、最近では光電変換素子の低コスト化
を図る目的により、これらの酸化膜に代わって原材料コ
スト及び製造コストが安価である酸化亜鉛（ＺｎＯ）を
用いることが進められている。
光性電極の材料としては、従来からフッ素またはアンチ
モン等をドープしたＳｎＯ2 ，ＩＴＯ等の酸化膜材料が
使用されているが、最近では光電変換素子の低コスト化
を図る目的により、これらの酸化膜に代わって原材料コ
スト及び製造コストが安価である酸化亜鉛（ＺｎＯ）を
用いることが進められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】透光性電極には低い電
気抵抗性が望まれるが、ＺｎＯの抵抗率は改善されてき
たとは言っても現状では１０-4Ω・ｃｍのオーダであっ
て、ＳｎＯ2 ，ＩＴＯに比べて１．５〜２倍の値であ
る。よって、ＳｎＯ2 ，ＩＴＯと同等の面抵抗を得るた
めにはＳｎＯ2 ，ＩＴＯに比べて１．５〜２倍の膜厚が
必要であり、光入射側の電極として要求される十分な光
透過率を達成できないことになる。また、ＺｎＯは、Ｓ
ｎＯ2 ，ＩＴＯと比較して化学的な安定性が劣ってお
り、屋外等の苛酷な環境下で使用する光電変換素子には
向いていない。このように、透光性電極にＺｎＯを用い
た光電変換素子にあっては、低コストであるという利点
はあるが、十分な素子特性が未だ得られておらず、改善
すべき問題点が多い。
気抵抗性が望まれるが、ＺｎＯの抵抗率は改善されてき
たとは言っても現状では１０-4Ω・ｃｍのオーダであっ
て、ＳｎＯ2 ，ＩＴＯに比べて１．５〜２倍の値であ
る。よって、ＳｎＯ2 ，ＩＴＯと同等の面抵抗を得るた
めにはＳｎＯ2 ，ＩＴＯに比べて１．５〜２倍の膜厚が
必要であり、光入射側の電極として要求される十分な光
透過率を達成できないことになる。また、ＺｎＯは、Ｓ
ｎＯ2 ，ＩＴＯと比較して化学的な安定性が劣ってお
り、屋外等の苛酷な環境下で使用する光電変換素子には
向いていない。このように、透光性電極にＺｎＯを用い
た光電変換素子にあっては、低コストであるという利点
はあるが、十分な素子特性が未だ得られておらず、改善
すべき問題点が多い。
【０００５】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、透光性電極にＺｎＯを使用した場合でも、十分
な素子特性（低抵抗特性，高耐候特性等）を得ることが
できる光電変換素子を提供することを目的とする。
であり、透光性電極にＺｎＯを使用した場合でも、十分
な素子特性（低抵抗特性，高耐候特性等）を得ることが
できる光電変換素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】第１発明に係る光電変換
素子は、透光性基板上に、透光性電極，半導体からなる
光電変換層及び背面電極をこの順に積層した構成を有す
る光電変換素子において、前記透光性電極は、前記透光
性基板側に設けられており、酸化亜鉛にシリコンをドー
プしてなる第１透光性導電膜と、前記光電変換層側に設
けられており、シリコンをドープしない酸化亜鉛からな
る第２透光性導電膜とを有することを特徴とする。
素子は、透光性基板上に、透光性電極，半導体からなる
光電変換層及び背面電極をこの順に積層した構成を有す
る光電変換素子において、前記透光性電極は、前記透光
性基板側に設けられており、酸化亜鉛にシリコンをドー
プしてなる第１透光性導電膜と、前記光電変換層側に設
けられており、シリコンをドープしない酸化亜鉛からな
る第２透光性導電膜とを有することを特徴とする。
【０００７】第１発明にあっては、透光性基板側のシリ
コンドープの酸化亜鉛からなる第１透光性導電膜と、光
電変換層側のシリコンノンドープの酸化亜鉛からなる第
２透光性導電膜とにて透光性電極を構成しており、酸化
亜鉛中の１２族元素である亜鉛の一部が１４族元素であ
るドープされたシリコンで置換されてキャリア濃度が増
大して抵抗率が低くなり、また、シリコンのドープによ
って結晶性が良くなって耐候性が向上する。光電変換層
側にはシリコンノンドープの酸化亜鉛からなる第２透光
性導電膜を設けており、ドープされたシリコンの影響
が、半導体からなる光電変換層に及ぶことはなく、光電
変換特性は劣化しない。よって、透光性電極の材料とし
て酸化亜鉛を用いる場合にあっても、低い電気抵抗性と
高い耐候性とを同時に実現して、十分な素子特性が得ら
れる。
コンドープの酸化亜鉛からなる第１透光性導電膜と、光
電変換層側のシリコンノンドープの酸化亜鉛からなる第
２透光性導電膜とにて透光性電極を構成しており、酸化
亜鉛中の１２族元素である亜鉛の一部が１４族元素であ
るドープされたシリコンで置換されてキャリア濃度が増
大して抵抗率が低くなり、また、シリコンのドープによ
って結晶性が良くなって耐候性が向上する。光電変換層
側にはシリコンノンドープの酸化亜鉛からなる第２透光
性導電膜を設けており、ドープされたシリコンの影響
が、半導体からなる光電変換層に及ぶことはなく、光電
変換特性は劣化しない。よって、透光性電極の材料とし
て酸化亜鉛を用いる場合にあっても、低い電気抵抗性と
高い耐候性とを同時に実現して、十分な素子特性が得ら
れる。
【０００８】第２発明に係る光電変換素子は、透光性基
板上に、透光性電極，半導体からなる光電変換層及び背
面電極をこの順に積層した構成を有する光電変換素子に
おいて、前記透光性電極は、酸化亜鉛にシリコンをドー
プした材料からなり、該シリコンのドープ量が前記透光
性基板側から前記光電変換層側に向かうにつれて減少し
ていることを特徴とする。
板上に、透光性電極，半導体からなる光電変換層及び背
面電極をこの順に積層した構成を有する光電変換素子に
おいて、前記透光性電極は、酸化亜鉛にシリコンをドー
プした材料からなり、該シリコンのドープ量が前記透光
性基板側から前記光電変換層側に向かうにつれて減少し
ていることを特徴とする。
【０００９】第２発明にあっては、透光性基板側から光
電変換層側に向かうにつれてドープ量を減少させてシリ
コンをドープした酸化亜鉛にて透光性電極を構成してお
り、第１発明と同様に、ドープされたシリコンがキャリ
アとして作用して抵抗率が低くなると共に結晶性が良く
なって耐候性が向上する。更に、半導体からなる光電変
換層との界面近傍では殆ど全くシリコンがドープされて
いないので、ドープされたシリコンの影響が光電変換層
に及ぶことはなく、光電変換特性は劣化しない。よっ
て、透光性電極の材料として酸化亜鉛を用いる場合にあ
っても、低い電気抵抗性と高い耐候性とを同時に実現し
て、十分な素子特性が得られる。
電変換層側に向かうにつれてドープ量を減少させてシリ
コンをドープした酸化亜鉛にて透光性電極を構成してお
り、第１発明と同様に、ドープされたシリコンがキャリ
アとして作用して抵抗率が低くなると共に結晶性が良く
なって耐候性が向上する。更に、半導体からなる光電変
換層との界面近傍では殆ど全くシリコンがドープされて
いないので、ドープされたシリコンの影響が光電変換層
に及ぶことはなく、光電変換特性は劣化しない。よっ
て、透光性電極の材料として酸化亜鉛を用いる場合にあ
っても、低い電気抵抗性と高い耐候性とを同時に実現し
て、十分な素子特性が得られる。
【００１０】第３発明に係る光電変換素子は、第１また
は第２発明において、前記透光性電極には、シリコン以
外の不純物として、アルミニウム，ガリウム，ホウ素，
インジウムからなる群から選ばれた１または複数種の元
素がドープされていることを特徴とする。
は第２発明において、前記透光性電極には、シリコン以
外の不純物として、アルミニウム，ガリウム，ホウ素，
インジウムからなる群から選ばれた１または複数種の元
素がドープされていることを特徴とする。
【００１１】第３発明にあっては、シリコンに加えて、
１３族元素であるアルミニウム，ガリウム，ホウ素，イ
ンジウムの一種または複数種の元素が不純物として、透
光性電極にドープされており、キャリア濃度が更に増大
して抵抗率が更に低くなる。
１３族元素であるアルミニウム，ガリウム，ホウ素，イ
ンジウムの一種または複数種の元素が不純物として、透
光性電極にドープされており、キャリア濃度が更に増大
して抵抗率が更に低くなる。
【００１２】第４発明に係る光電変換素子は、第１〜第
３発明の何れかにおいて、前記透光性電極にはナトリウ
ムがドープされており、そのナトリウムのドープ量は前
記透光性基板側から前記半導体層側に向かうにつれて減
少していることを特徴とする。
３発明の何れかにおいて、前記透光性電極にはナトリウ
ムがドープされており、そのナトリウムのドープ量は前
記透光性基板側から前記半導体層側に向かうにつれて減
少していることを特徴とする。
【００１３】第４発明にあっては、透光性電極にナトリ
ウムが更にドープされており、結晶性が更に良くなって
耐候性は更に向上する。
ウムが更にドープされており、結晶性が更に良くなって
耐候性は更に向上する。
【００１４】第５発明に係る光電変換素子は、第２〜第
４発明の何れかにおいて、前記透光性電極と前記光電変
換層との間に、ＩＴＯ膜，ＳｎＯ2 膜，シリコンをドー
プしない酸化亜鉛膜からなる群から選ばれた膜が挿入さ
れていることを特徴とする。
４発明の何れかにおいて、前記透光性電極と前記光電変
換層との間に、ＩＴＯ膜，ＳｎＯ2 膜，シリコンをドー
プしない酸化亜鉛膜からなる群から選ばれた膜が挿入さ
れていることを特徴とする。
【００１５】第５発明にあっては、ＩＴＯ，ＳｎＯ2 ，
シリコンノンドープの酸化亜鉛の何れかからなる膜が光
電変換層との界面に設けられており、この膜の存在によ
って、透光性電極にドープされた不純物（シリコン，ナ
トリウム等）の光電変換層への影響を防止する。
シリコンノンドープの酸化亜鉛の何れかからなる膜が光
電変換層との界面に設けられており、この膜の存在によ
って、透光性電極にドープされた不純物（シリコン，ナ
トリウム等）の光電変換層への影響を防止する。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態を
示す図面を参照して具体的に説明する。 （第１実施の形態）図１は、本発明の第１実施の形態に
よる光電変換素子としての太陽電池の構成を示す図であ
る。図１において、１は透光性基板としてのガラス基板
である。ガラス基板１上には、透光性電極２，光電変換
層３及び背面電極４がこの順に積層形成されている。
示す図面を参照して具体的に説明する。 （第１実施の形態）図１は、本発明の第１実施の形態に
よる光電変換素子としての太陽電池の構成を示す図であ
る。図１において、１は透光性基板としてのガラス基板
である。ガラス基板１上には、透光性電極２，光電変換
層３及び背面電極４がこの順に積層形成されている。
【００１７】透光性電極２は、Ｓｉ及びＡｌドープのＺ
ｎＯからなる第１透光性導電膜２ａ（膜厚：約７５００
Å，Ｓｉドープ量：５at％，Ａｌドープ量：５at％）
と、ＡｌドープのＺｎＯからなる第２透光性導電膜２ｂ
（膜厚：約２５００Å，Ａｌドープ量：５at％）とを、
ガラス基板１側からこの順に積層した構成をなす。この
透光性電極２におけるＺｎＯ膜中の不純物（Ｓｉ及びＡ
ｌ）の厚さ方向の濃度分布（at％）を図２に示す。
ｎＯからなる第１透光性導電膜２ａ（膜厚：約７５００
Å，Ｓｉドープ量：５at％，Ａｌドープ量：５at％）
と、ＡｌドープのＺｎＯからなる第２透光性導電膜２ｂ
（膜厚：約２５００Å，Ａｌドープ量：５at％）とを、
ガラス基板１側からこの順に積層した構成をなす。この
透光性電極２におけるＺｎＯ膜中の不純物（Ｓｉ及びＡ
ｌ）の厚さ方向の濃度分布（at％）を図２に示す。
【００１８】図３は、このような構成の透光性電極２を
ガラス基板１上に形成するためのスパッタ装置の概略図
である。スパッタチャンバ４０内には、第１カソード４
１，第２カソード４２，第３カソード４３，第４カソー
ド４４からなる４基のカソードが等ピッチにて、ガラス
基板１の搬入側（上流側）からガラス基板１の取り出し
側（下流側）に向かって順次配設されている。第１カソ
ード４１，第２カソード４２及び第３カソード４３に
は、ＳｉＯ2 ドープ量：２wt％及びＡｌ2 Ｏ3 ドープ
量：２wt％である第１種ＺｎＯターゲット５１が設置さ
れている。また、第４カソード４４には、Ａｌ2 Ｏ3 ド
ープ量：２wt％及びＳｉＯ2 ノンドープである第２種Ｚ
ｎＯターゲット５２が設置されている。
ガラス基板１上に形成するためのスパッタ装置の概略図
である。スパッタチャンバ４０内には、第１カソード４
１，第２カソード４２，第３カソード４３，第４カソー
ド４４からなる４基のカソードが等ピッチにて、ガラス
基板１の搬入側（上流側）からガラス基板１の取り出し
側（下流側）に向かって順次配設されている。第１カソ
ード４１，第２カソード４２及び第３カソード４３に
は、ＳｉＯ2 ドープ量：２wt％及びＡｌ2 Ｏ3 ドープ
量：２wt％である第１種ＺｎＯターゲット５１が設置さ
れている。また、第４カソード４４には、Ａｌ2 Ｏ3 ド
ープ量：２wt％及びＳｉＯ2 ノンドープである第２種Ｚ
ｎＯターゲット５２が設置されている。
【００１９】このようなスパッタ装置内で、図中矢符方
向にガラス基板１を搬送させて、各カソード４１〜４４
の前を順次通過させることにより、ガラス基板１上にＺ
ｎＯ膜が形成される。この際、各カソード４１〜４４に
て厚さ約２５００Åずつ成膜され、上述した第１透光性
導電膜２ａ及び第２透光性導電膜２ｂで構成される全体
で約１μｍの膜厚の透光性電極２が形成される。
向にガラス基板１を搬送させて、各カソード４１〜４４
の前を順次通過させることにより、ガラス基板１上にＺ
ｎＯ膜が形成される。この際、各カソード４１〜４４に
て厚さ約２５００Åずつ成膜され、上述した第１透光性
導電膜２ａ及び第２透光性導電膜２ｂで構成される全体
で約１μｍの膜厚の透光性電極２が形成される。
【００２０】光電変換層３は、ｐ型非晶質ＳｉＣ膜３ａ
とｉ型非晶質Ｓｉ膜３ｂとｎ型微結晶Ｓｉ膜３ｃとを、
透光性電極２側からこの順に積層した構成をなす。これ
らの各半導体膜は、プラズマＣＶＤ法により形成され
る。背面電極４は、アルミニウム膜にて構成されてお
り、この背面電極４は、スパッタ法により形成される。
とｉ型非晶質Ｓｉ膜３ｂとｎ型微結晶Ｓｉ膜３ｃとを、
透光性電極２側からこの順に積層した構成をなす。これ
らの各半導体膜は、プラズマＣＶＤ法により形成され
る。背面電極４は、アルミニウム膜にて構成されてお
り、この背面電極４は、スパッタ法により形成される。
【００２１】（第２実施の形態）図４は、本発明の第２
実施の形態による光電変換素子としての太陽電池の構成
を示す図である。図４において、図１と同一部分には同
一番号を付してそれらの説明を省略する。ガラス基板１
上には、透光性電極１２，光電変換層３及び背面電極４
がこの順に積層形成されている。
実施の形態による光電変換素子としての太陽電池の構成
を示す図である。図４において、図１と同一部分には同
一番号を付してそれらの説明を省略する。ガラス基板１
上には、透光性電極１２，光電変換層３及び背面電極４
がこの順に積層形成されている。
【００２２】透光性電極１２は、Ｓｉ及びＡｌがドープ
されたＺｎＯ膜（膜厚：約１００００Å）から構成され
ている。このＺｎＯ膜において、Ａｌのドープ量は全域
において一定（５at％）であるが、Ｓｉのドープ量は、
その厚さ方向において異なっており、ガラス基板１との
界面近傍で最も多く光電変換層３側へ向かうにつれて段
階的に減少して光電変換層３との界面近傍で最も少なく
なっている。この透光性電極１２におけるＺｎＯ膜中の
不純物（Ｓｉ及びＡｌ）の厚さ方向の濃度分布（at％）
を図５に示す。
されたＺｎＯ膜（膜厚：約１００００Å）から構成され
ている。このＺｎＯ膜において、Ａｌのドープ量は全域
において一定（５at％）であるが、Ｓｉのドープ量は、
その厚さ方向において異なっており、ガラス基板１との
界面近傍で最も多く光電変換層３側へ向かうにつれて段
階的に減少して光電変換層３との界面近傍で最も少なく
なっている。この透光性電極１２におけるＺｎＯ膜中の
不純物（Ｓｉ及びＡｌ）の厚さ方向の濃度分布（at％）
を図５に示す。
【００２３】図６は、このような構成の透光性電極１２
をガラス基板１上に形成するためのスパッタ装置の概略
図であり、図６において図３と同一部分には同一番号を
付している。スパッタチャンバ４０内の最上流側の第１
カソード４１には、ＳｉＯ2ドープ量：２wt％及びＡｌ
2 Ｏ3 ドープ量：２wt％である第１種ＺｎＯターゲット
５１が設置されている。次段の第２カソード４２には、
ＳｉＯ2 ドープ量：１．３wt％及びＡｌ2 Ｏ3 ドープ
量：２wt％である第３種ＺｎＯターゲット５３が設置さ
れている。次段の第３カソード４３には、ＳｉＯ2 ドー
プ量：０．７wt％及びＡｌ2 Ｏ3 ドープ量：２wt％であ
る第４種ＺｎＯターゲット５４が設置されている。最下
流側の第４カソード４４には、Ａｌ2 Ｏ3 ドープ量：２
wt％及びＳｉＯ2 ノンドープである第２種ＺｎＯターゲ
ット５２が設置されている。
をガラス基板１上に形成するためのスパッタ装置の概略
図であり、図６において図３と同一部分には同一番号を
付している。スパッタチャンバ４０内の最上流側の第１
カソード４１には、ＳｉＯ2ドープ量：２wt％及びＡｌ
2 Ｏ3 ドープ量：２wt％である第１種ＺｎＯターゲット
５１が設置されている。次段の第２カソード４２には、
ＳｉＯ2 ドープ量：１．３wt％及びＡｌ2 Ｏ3 ドープ
量：２wt％である第３種ＺｎＯターゲット５３が設置さ
れている。次段の第３カソード４３には、ＳｉＯ2 ドー
プ量：０．７wt％及びＡｌ2 Ｏ3 ドープ量：２wt％であ
る第４種ＺｎＯターゲット５４が設置されている。最下
流側の第４カソード４４には、Ａｌ2 Ｏ3 ドープ量：２
wt％及びＳｉＯ2 ノンドープである第２種ＺｎＯターゲ
ット５２が設置されている。
【００２４】このようなスパッタ装置内で、図中矢符方
向にガラス基板１を搬送させて、各カソード４１〜４４
の前を順次通過させることにより、ガラス基板１上にＺ
ｎＯ膜が形成される。この際、各カソード４１〜４４に
て厚さ約２５００Åずつ成膜され、上述したようなＳｉ
ドープ分布を有する全体で約１μｍの膜厚の透光性電極
１２が形成される。
向にガラス基板１を搬送させて、各カソード４１〜４４
の前を順次通過させることにより、ガラス基板１上にＺ
ｎＯ膜が形成される。この際、各カソード４１〜４４に
て厚さ約２５００Åずつ成膜され、上述したようなＳｉ
ドープ分布を有する全体で約１μｍの膜厚の透光性電極
１２が形成される。
【００２５】次に、上述した第１，第２実施の形態の太
陽電池における出力特性について説明する。なお、比較
のために、ＳｉはドープさせずにＡｌのみをドープした
（Ａｌドープ量：５at％）ＺｎＯ膜（膜厚：約１０００
０Å）にて透光性電極を構成する以外は第１，第２実施
の形態と同一構成の太陽電池（第１比較例）と、Ｓｉ及
びＡｌを均一にドープさせた（Ｓｉドープ量：５at％，
Ａｌドープ量：５at％）ＺｎＯ膜（膜厚：約１００００
Å）にて透光性電極を構成する以外は第１，第２実施の
形態と同一構成の太陽電池（第２比較例）とを作製し
た。図３，図６に示すスパッタチャンバ４０内の第１〜
第４カソード４１〜４４の何れにもＡｌ2Ｏ3 ドープ
量：２wt％及びＳｉＯ2 ノンドープである第２種ＺｎＯ
ターゲット５２を設置することによって、第１比較例の
太陽電池を作製でき、また、第１〜第４カソード４１〜
４４の何れにもＳｉＯ2 ドープ量：２wt％及びＡｌ2 Ｏ
3 ドープ量：２wt％である第１種ＺｎＯターゲット５１
を設置することによって、第２比較例の太陽電池を作製
できる。
陽電池における出力特性について説明する。なお、比較
のために、ＳｉはドープさせずにＡｌのみをドープした
（Ａｌドープ量：５at％）ＺｎＯ膜（膜厚：約１０００
０Å）にて透光性電極を構成する以外は第１，第２実施
の形態と同一構成の太陽電池（第１比較例）と、Ｓｉ及
びＡｌを均一にドープさせた（Ｓｉドープ量：５at％，
Ａｌドープ量：５at％）ＺｎＯ膜（膜厚：約１００００
Å）にて透光性電極を構成する以外は第１，第２実施の
形態と同一構成の太陽電池（第２比較例）とを作製し
た。図３，図６に示すスパッタチャンバ４０内の第１〜
第４カソード４１〜４４の何れにもＡｌ2Ｏ3 ドープ
量：２wt％及びＳｉＯ2 ノンドープである第２種ＺｎＯ
ターゲット５２を設置することによって、第１比較例の
太陽電池を作製でき、また、第１〜第４カソード４１〜
４４の何れにもＳｉＯ2 ドープ量：２wt％及びＡｌ2 Ｏ
3 ドープ量：２wt％である第１種ＺｎＯターゲット５１
を設置することによって、第２比較例の太陽電池を作製
できる。
【００２６】このような第１，第２比較例及び第１，第
２実施の形態の各太陽電池における出力特性（開放電圧
Ｖoc，短絡電流Ｉsc，曲線因子F.F.，最大変換出力Ｐma
x ）を測定した。その測定結果を下記表１に示す。な
お、表１では、第１比較例における出力特性を１として
規格化した数値を表している。
２実施の形態の各太陽電池における出力特性（開放電圧
Ｖoc，短絡電流Ｉsc，曲線因子F.F.，最大変換出力Ｐma
x ）を測定した。その測定結果を下記表１に示す。な
お、表１では、第１比較例における出力特性を１として
規格化した数値を表している。
【００２７】
【表１】
【００２８】また、第２実施の形態及び第１比較例の各
ＺｎＯ膜における比抵抗とエッチングレートとを測定し
た。その測定結果を下記表２に示す。エッチングレート
は、濃度０．２５％の塩酸による場合の数値である。な
お、第１実施の形態のＺｎＯ膜におけるこれらの数値
は、表２に示す第２実施の形態の場合と同等であった。
ＺｎＯ膜における比抵抗とエッチングレートとを測定し
た。その測定結果を下記表２に示す。エッチングレート
は、濃度０．２５％の塩酸による場合の数値である。な
お、第１実施の形態のＺｎＯ膜におけるこれらの数値
は、表２に示す第２実施の形態の場合と同等であった。
【００２９】
【表２】
【００３０】表１の結果から、本発明における太陽電池
は、第１比較例と比べて出力特性が向上していることが
分かる。これは、透光性電極２，１２（ＺｎＯ膜）にシ
リコンをドープしたことにより、シリコンをドープしな
いＺｎＯ膜に比べてキャリア濃度が高くなって比抵抗を
小さくできた（表２参照）ことに起因する。
は、第１比較例と比べて出力特性が向上していることが
分かる。これは、透光性電極２，１２（ＺｎＯ膜）にシ
リコンをドープしたことにより、シリコンをドープしな
いＺｎＯ膜に比べてキャリア濃度が高くなって比抵抗を
小さくできた（表２参照）ことに起因する。
【００３１】シリコンを均一にドープした第２比較例の
ＺｎＯ膜にあっても、比抵抗の低下を確認できたが、そ
れを用いた太陽電池の出力特性はかなり悪い（表１参
照）。この原因としては、第２比較例では、光電変換層
との界面近傍にまでシリコンがドープされているので、
そのドープされたシリコンの影響が半導体からなる光電
変換層に及んで、光電変換特性が劣化したことが考えら
れる。
ＺｎＯ膜にあっても、比抵抗の低下を確認できたが、そ
れを用いた太陽電池の出力特性はかなり悪い（表１参
照）。この原因としては、第２比較例では、光電変換層
との界面近傍にまでシリコンがドープされているので、
そのドープされたシリコンの影響が半導体からなる光電
変換層に及んで、光電変換特性が劣化したことが考えら
れる。
【００３２】また、表２の結果から、本発明における透
光性電極２，１２（ＺｎＯ膜）では、第１比較例と比べ
てエッチングレートが低下しており、化学的な安定性は
向上していることが分かる。これは、シリコンのドープ
によって結晶性が向上したことに起因する。
光性電極２，１２（ＺｎＯ膜）では、第１比較例と比べ
てエッチングレートが低下しており、化学的な安定性は
向上していることが分かる。これは、シリコンのドープ
によって結晶性が向上したことに起因する。
【００３３】このように、本発明では酸化亜鉛中への部
分的なシリコンドープによって、光電変換特性を劣化さ
せることなく、透光性電極の低抵抗化と高耐候性化とを
同時に実現できる。
分的なシリコンドープによって、光電変換特性を劣化さ
せることなく、透光性電極の低抵抗化と高耐候性化とを
同時に実現できる。
【００３４】なお、上述した第２実施の形態では、スパ
ッタ装置内における各ＺｎＯターゲットでのＳｉドープ
量を異ならせて、ガラス基板１側から光電変換層３側に
向かってＳｉドープ量がグレーデッドに減少するＺｎＯ
膜（透光性電極１２）を形成したが、ＣＶＤ法を用いて
このような構成のＺｎＯ膜（透光性電極１２）を形成し
ても良い。この場合、ドーピングガスの流量を段階的に
変化させて図５に示すような濃度分布を得ても良く、ま
たは、ドーピングガスの流量を徐々に変化させてガラス
基板１側から光電変換層３側に向かって連続的にＳｉド
ープ量が減少するような濃度分布を得るようにしても良
い。
ッタ装置内における各ＺｎＯターゲットでのＳｉドープ
量を異ならせて、ガラス基板１側から光電変換層３側に
向かってＳｉドープ量がグレーデッドに減少するＺｎＯ
膜（透光性電極１２）を形成したが、ＣＶＤ法を用いて
このような構成のＺｎＯ膜（透光性電極１２）を形成し
ても良い。この場合、ドーピングガスの流量を段階的に
変化させて図５に示すような濃度分布を得ても良く、ま
たは、ドーピングガスの流量を徐々に変化させてガラス
基板１側から光電変換層３側に向かって連続的にＳｉド
ープ量が減少するような濃度分布を得るようにしても良
い。
【００３５】このようにＳｉドープ量をグレーデッドに
減少させる場合には、ガラス基板１との界面近傍の酸化
亜鉛中のＳｉドープ量は０．１〜１０at％であることが
好ましく、光電変換層３との界面近傍の酸化亜鉛中のＳ
ｉドープ量は０〜０．１at％であることが好ましい。
減少させる場合には、ガラス基板１との界面近傍の酸化
亜鉛中のＳｉドープ量は０．１〜１０at％であることが
好ましく、光電変換層３との界面近傍の酸化亜鉛中のＳ
ｉドープ量は０〜０．１at％であることが好ましい。
【００３６】また、第１，第２実施の形態では、更なる
低抵抗化を図るために、Ｓｉ以外に不純物としてＡｌを
ドープしているが、このドープ量は０〜１０at％である
ことが好ましい。更に、Ａｌをドープしたが、他の１３
族元素Ｇａ，Ｂ，Ｉｎの１または複数の元素をドープす
るようにしても同様の効果が得られる。
低抵抗化を図るために、Ｓｉ以外に不純物としてＡｌを
ドープしているが、このドープ量は０〜１０at％である
ことが好ましい。更に、Ａｌをドープしたが、他の１３
族元素Ｇａ，Ｂ，Ｉｎの１または複数の元素をドープす
るようにしても同様の効果が得られる。
【００３７】（第３実施の形態）図７は、本発明の第３
実施の形態による光電変換素子としての太陽電池の構成
を示す図である。図７において、図１，図４と同一部分
には同一番号を付してそれらの説明を省略する。ガラス
基板１上には、透光性電極２２，光電変換層３及び背面
電極４がこの順に積層形成されている。
実施の形態による光電変換素子としての太陽電池の構成
を示す図である。図７において、図１，図４と同一部分
には同一番号を付してそれらの説明を省略する。ガラス
基板１上には、透光性電極２２，光電変換層３及び背面
電極４がこの順に積層形成されている。
【００３８】透光性電極２２は、Ｓｉ及びＮａがドープ
されたＺｎＯ膜（膜厚：約１００００Å）から構成され
ている。このＺｎＯ膜において、Ｓｉのドープ量及びＮ
ａのドープ量（数at％程度）は、その厚さ方向において
異なっており、何れもガラス基板１との界面近傍で最も
多く光電変換層３側へ向かうにつれて減少して光電変換
層３との界面近傍で最も少なくなっている。
されたＺｎＯ膜（膜厚：約１００００Å）から構成され
ている。このＺｎＯ膜において、Ｓｉのドープ量及びＮ
ａのドープ量（数at％程度）は、その厚さ方向において
異なっており、何れもガラス基板１との界面近傍で最も
多く光電変換層３側へ向かうにつれて減少して光電変換
層３との界面近傍で最も少なくなっている。
【００３９】第３実施の形態の透光性電極２２では、Ｓ
ｉに加えてＮａもＺｎＯ膜にドープさせているので、結
晶性がより向上して、より高い耐候性化を図ることが可
能となる。なお、Ｓｉと同様、Ｎａも光電変換層３への
拡散によって光電変換特性が劣化することが知られてい
るが、その濃度分布を上記のように制御することによ
り、そのような特性劣化を防止できる。
ｉに加えてＮａもＺｎＯ膜にドープさせているので、結
晶性がより向上して、より高い耐候性化を図ることが可
能となる。なお、Ｓｉと同様、Ｎａも光電変換層３への
拡散によって光電変換特性が劣化することが知られてい
るが、その濃度分布を上記のように制御することによ
り、そのような特性劣化を防止できる。
【００４０】このようにＮａをドープする際に、酸化亜
鉛中のＮａドープ量は、ガラス基板１との界面近傍で
０．１〜１０at％であり、光電変換層３との界面近傍で
０〜０．１at％であることが好ましく、このようした場
合には、光電変換特性の劣化を最大限に抑制できる。
鉛中のＮａドープ量は、ガラス基板１との界面近傍で
０．１〜１０at％であり、光電変換層３との界面近傍で
０〜０．１at％であることが好ましく、このようした場
合には、光電変換特性の劣化を最大限に抑制できる。
【００４１】（第４実施の形態）図８は、本発明の第４
実施の形態による光電変換素子としての太陽電池の構成
を示す図である。図８において、図１，図４，図７と同
一部分には同一番号を付してそれらの説明を省略する。
ガラス基板１上には、透光性電極３２，光電変換層３及
び背面電極４がこの順に積層形成されている。
実施の形態による光電変換素子としての太陽電池の構成
を示す図である。図８において、図１，図４，図７と同
一部分には同一番号を付してそれらの説明を省略する。
ガラス基板１上には、透光性電極３２，光電変換層３及
び背面電極４がこの順に積層形成されている。
【００４２】透光性電極３２は、第３実施の形態におけ
る透光性電極２２と同一構成をなすＳｉ及びＮａがドー
プされたＳｉ／ＮａドープＺｎＯ膜３２ａと、ＩＴＯ膜
３２ｂ（膜厚：１００〜３０００Å）とを、ガラス基板
１側からこの順に積層した構成をなす。
る透光性電極２２と同一構成をなすＳｉ及びＮａがドー
プされたＳｉ／ＮａドープＺｎＯ膜３２ａと、ＩＴＯ膜
３２ｂ（膜厚：１００〜３０００Å）とを、ガラス基板
１側からこの順に積層した構成をなす。
【００４３】第４実施の形態の透光性電極３２では、Ｓ
ｉ／ＮａドープＺｎＯ膜３２ａと光電変換層３との間
に、ＩＴＯ膜３２ｂを挿入しており、このＩＴＯ膜３２
ｂの存在によって、Ｓｉ，Ｎａが光電変換層３へ拡散さ
れることを完全に防止でき、光電変換特性の劣化を完全
に回避できる。
ｉ／ＮａドープＺｎＯ膜３２ａと光電変換層３との間
に、ＩＴＯ膜３２ｂを挿入しており、このＩＴＯ膜３２
ｂの存在によって、Ｓｉ，Ｎａが光電変換層３へ拡散さ
れることを完全に防止でき、光電変換特性の劣化を完全
に回避できる。
【００４４】なお、上記例ではＩＴＯ膜３２ｂを用いる
ようにしたが、これに代えてＳｎＯ 2 膜、シリコン，ナ
トリウムをドープしないＺｎＯ膜を挿入するようにして
も、同様の効果を奏することができる。
ようにしたが、これに代えてＳｎＯ 2 膜、シリコン，ナ
トリウムをドープしないＺｎＯ膜を挿入するようにして
も、同様の効果を奏することができる。
【００４５】
【発明の効果】以上詳述したように本発明では、透光性
基板側のシリコンドープの酸化亜鉛からなる第１透光性
導電膜と、光電変換層側のシリコンノンドープの酸化亜
鉛からなる第２透光性導電膜とにて透光性電極を構成す
るか、または、透光性基板側から光電変換層側に向かう
につれてドープ量を減少させてシリコンをドープした酸
化亜鉛にて透光性電極を構成するようにしたので、透光
性電極に低コストのＺｎＯを使用した場合でも、低い抵
抗特性と高い耐候特性とを実現することができ、太陽電
池の高出力化と屋外設置に対する信頼性向上とを図るこ
とが可能となる。
基板側のシリコンドープの酸化亜鉛からなる第１透光性
導電膜と、光電変換層側のシリコンノンドープの酸化亜
鉛からなる第２透光性導電膜とにて透光性電極を構成す
るか、または、透光性基板側から光電変換層側に向かう
につれてドープ量を減少させてシリコンをドープした酸
化亜鉛にて透光性電極を構成するようにしたので、透光
性電極に低コストのＺｎＯを使用した場合でも、低い抵
抗特性と高い耐候特性とを実現することができ、太陽電
池の高出力化と屋外設置に対する信頼性向上とを図るこ
とが可能となる。
【００４６】また本発明では、シリコンに加えてＡｌ，
Ｇａ，Ｂ，Ｉｎの一種または複数種の元素を不純物とし
て、透光性電極（酸化亜鉛）にドープするようにしたの
で、キャリア濃度が更に高くなって、より低い抵抗特性
を実現することができる。
Ｇａ，Ｂ，Ｉｎの一種または複数種の元素を不純物とし
て、透光性電極（酸化亜鉛）にドープするようにしたの
で、キャリア濃度が更に高くなって、より低い抵抗特性
を実現することができる。
【００４７】また本発明では、シリコンに加えてＮａを
透光性電極（酸化亜鉛）にドープするようにしたので、
結晶性が更に良くなって、より高い耐候特性を実現する
ことができる。
透光性電極（酸化亜鉛）にドープするようにしたので、
結晶性が更に良くなって、より高い耐候特性を実現する
ことができる。
【００４８】更に本発明では、ＩＴＯ膜，ＳｎＯ2 膜，
シリコンをドープしない酸化亜鉛膜の何れかを光電変換
層との界面に設けるようにしたので、ドープされた不純
物の光電変換層への影響を抑制することができる。
シリコンをドープしない酸化亜鉛膜の何れかを光電変換
層との界面に設けるようにしたので、ドープされた不純
物の光電変換層への影響を抑制することができる。
【図１】本発明の第１実施の形態による光電変換素子と
しての太陽電池の構成を示す図である。
しての太陽電池の構成を示す図である。
【図２】第１実施の形態での透光性電極におけるＺｎＯ
膜中の不純物の厚さ方向の濃度分布を示す図である。
膜中の不純物の厚さ方向の濃度分布を示す図である。
【図３】第１実施の形態での透光性電極をガラス基板上
に形成するためのスパッタ装置の概略図である。
に形成するためのスパッタ装置の概略図である。
【図４】本発明の第２実施の形態による光電変換素子と
しての太陽電池の構成を示す図である。
しての太陽電池の構成を示す図である。
【図５】第２実施の形態での透光性電極におけるＺｎＯ
膜中の不純物の厚さ方向の濃度分布を示す図である。
膜中の不純物の厚さ方向の濃度分布を示す図である。
【図６】第２実施の形態での透光性電極をガラス基板上
に形成するためのスパッタ装置の概略図である。
に形成するためのスパッタ装置の概略図である。
【図７】本発明の第３実施の形態による光電変換素子と
しての太陽電池の構成を示す図である。
しての太陽電池の構成を示す図である。
【図８】本発明の第４実施の形態による光電変換素子と
しての太陽電池の構成を示す図である。
しての太陽電池の構成を示す図である。
１ ガラス基板 ２ 透光性電極 ２ａ 第１透光性導電膜（Ｓｉ／ＡｌドープＺｎＯ膜） ２ｂ 第２透光性導電膜（ＡｌドープＺｎＯ膜） ３ 光電変換層 ４ 背面電極 １２ 透光性電極（Ｓｉ／ＡｌドープＺｎＯ膜） ２２ 透光性電極（Ｓｉ／ＮａドープＺｎＯ膜） ３２ 透光性電極 ３２ａ Ｓｉ／ＮａドープＺｎＯ膜 ３２ｂ ＩＴＯ膜
Claims (5)
- 【請求項１】 透光性基板上に、透光性電極，半導体か
らなる光電変換層及び背面電極をこの順に積層した構成
を有する光電変換素子において、前記透光性電極は、前
記透光性基板側に設けられており、酸化亜鉛にシリコン
をドープしてなる第１透光性導電膜と、前記光電変換層
側に設けられており、シリコンをドープしない酸化亜鉛
からなる第２透光性導電膜とを有することを特徴とする
光電変換素子。 - 【請求項２】 透光性基板上に、透光性電極，半導体か
らなる光電変換層及び背面電極をこの順に積層した構成
を有する光電変換素子において、前記透光性電極は、酸
化亜鉛にシリコンをドープした材料からなり、該シリコ
ンのドープ量が前記透光性基板側から前記光電変換層側
に向かうにつれて減少していることを特徴とする光電変
換素子。 - 【請求項３】 前記透光性電極には、シリコン以外の不
純物として、アルミニウム，ガリウム，ホウ素，インジ
ウムからなる群から選ばれた１または複数種の元素がド
ープされている請求項１または２記載の光電変換素子。 - 【請求項４】 前記透光性電極にはナトリウムがドープ
されており、そのナトリウムのドープ量は前記透光性基
板側から前記半導体層側に向かうにつれて減少している
請求項１〜３の何れかに記載の光電変換素子。 - 【請求項５】 前記透光性電極と前記光電変換層との間
に、ＩＴＯ膜，ＳｎＯ2 膜，シリコンをドープしない酸
化亜鉛膜からなる群から選ばれた膜が挿入されている請
求項２〜４の何れかに記載の光電変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001013880A JP4171179B2 (ja) | 2001-01-22 | 2001-01-22 | 光電変換素子 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001013880A JP4171179B2 (ja) | 2001-01-22 | 2001-01-22 | 光電変換素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002217429A true JP2002217429A (ja) | 2002-08-02 |
| JP4171179B2 JP4171179B2 (ja) | 2008-10-22 |
Family
ID=18880650
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001013880A Expired - Fee Related JP4171179B2 (ja) | 2001-01-22 | 2001-01-22 | 光電変換素子 |
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|---|---|
| JP (1) | JP4171179B2 (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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