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JP2908616B2 - Solar cell - Google Patents

Solar cell

Info

Publication number
JP2908616B2
JP2908616B2 JP3272092A JP27209291A JP2908616B2 JP 2908616 B2 JP2908616 B2 JP 2908616B2 JP 3272092 A JP3272092 A JP 3272092A JP 27209291 A JP27209291 A JP 27209291A JP 2908616 B2 JP2908616 B2 JP 2908616B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solar cell
semiconductor layer
zinc oxide
electrode
oxide layer
Prior art date
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JP3272092A
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Japanese (ja)
Other versions
JPH0582814A (en
Inventor
光行 丹羽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Priority to AU25282/92A priority patent/AU650782B2/en
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Priority to EP92116301A priority patent/EP0534416B1/en
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Publication of JPH0582814A publication Critical patent/JPH0582814A/en
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は太陽電池に係り、とりわ
け出力特性を安定に向上させた太陽電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solar cell, and more particularly to a solar cell having a stable output characteristic.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、全世界的に電力需要が急激に増大
し、そうした需要をまかなうべく電力生産が活発化する
に及んで環境汚染の問題が深刻化して来ている。
2. Description of the Related Art In recent years, the demand for electric power has rapidly increased worldwide, and the problem of environmental pollution has become more serious as electric power production has been activated to meet such demand.

【0003】このような状況下で、太陽光を利用する太
陽電池による発電方式は、放射能汚染や、温室効果ガス
の放出による地球温暖化等の問題を惹起することはな
く、また、太陽光は地球上至るところに降り注いでいる
ためエネルギー源の偏在が少なく、さらには、複雑な大
型の設備を必要とせず比較的高い発電効率が得られる
等、今後の電力需要の増大に対しても、環境破壊を引き
起こすことなく対応できるクリーンな発電方式として注
目を集め、実用化に向けて様々な研究開発がなされてい
る。
[0003] Under such circumstances, a power generation system using solar cells utilizing sunlight does not cause problems such as radioactive contamination and global warming due to emission of greenhouse gases. Is falling all over the earth, so energy sources are less unevenly distributed, and relatively high power generation efficiency can be obtained without the need for complicated large-scale facilities. Attention has been paid to a clean power generation system that can respond without causing environmental destruction, and various R & Ds have been made for practical use.

【0004】太陽電池を用いる発電方式については、そ
れを電力需要を賄うものとして確立させるためには、使
用する太陽電池が、光電変換効率が充分に高く、特性安
定性においても優れたものであり、且つ大量生産し得る
ものであることが基本的に要求される。
[0004] In order to establish a power generation system using a solar cell so as to satisfy the power demand, the solar cell used has a sufficiently high photoelectric conversion efficiency and excellent characteristics stability. It is basically required to be mass-produced.

【0005】こうしたことから、容易に入手できるシラ
ン等の気体状の原料ガスを使用し、これをグロー放電分
解して、ガラスや金属シート等の比較的安価な基板上に
非単結晶質シリコン等の半導体薄層を堆積させることに
より作製できる太陽電池が、量産性に富み、単結晶シリ
コン等を用いて作製される太陽電池に比較して低コスト
で、かつ少ないエネルギー消費で生産できる可能性があ
るとして注目されている。
[0005] For this reason, a gaseous raw material gas such as silane, which is easily available, is used and decomposed by glow discharge to form a non-single crystalline silicon or the like on a relatively inexpensive substrate such as glass or a metal sheet. A solar cell that can be manufactured by depositing a thin semiconductor layer of this type has the potential to be mass-produced and to be manufactured at lower cost and with less energy consumption than a solar cell manufactured using single-crystal silicon or the like. Attention has been paid to it.

【0006】この非単結晶質シリコンを太陽電池等の光
起電力素子に応用する研究は、W.E.Spearと
P.G.LeComberによるドーピングの成功(S
olid State Communication,
Vol. 17,pp1193−1196, 197
5)を基礎にして、D.E.Carlsonによる太陽
電池の発明(米国特許第4,064,521号明細書)
により始まり、歴史が浅いながらも数多くの実り多い研
究が成されている。
Research on applying this non-single-crystalline silicon to photovoltaic devices such as solar cells has been reported by W. Wagner. E. FIG. Spear and P.M. G. FIG. Successful doping by LeComber (S
olid State Communication,
Vol. 17, pp 1193-1196, 197
Based on 5), D.I. E. FIG. Invention of a solar cell by Carlson (US Pat. No. 4,064,521)
, And many fruitful studies have been made in spite of its short history.

【0007】太陽電池の重要な構成要素たる半導体層
は、いわゆるpn接合、pin接合等の半導体接合がな
されている。それらの半導体接合は、導電型の異なる半
導体層を順次積層したり、一導電型の半導体層中に異な
る導電型のドーパントをイオン打込み法等によって打込
んだり、熱拡散によって拡散させたりすることにより達
成される。この点を、前述した注目されているアモルフ
ァスシリコン等の薄膜半導体を用いた太陽電池について
みると、その作製においては、ホスフィン(PH3、n
型半導体)、ジボラン(B26、p型半導体)等のドー
パントとなる元素を含む原料ガスを主原料ガスであるシ
ラン等に混合してグロー放電等を用いて分解することに
より所望の導電型を有する半導体膜が得られ、所望の基
板上にこれらの半導体膜をpinもしくはnipの順で
順次積層形成することによって容易に半導体接合が達成
できることが知られている。
A semiconductor layer, which is an important component of a solar cell, has a semiconductor junction such as a so-called pn junction or pin junction. These semiconductor junctions are formed by sequentially laminating semiconductor layers of different conductivity types, implanting dopants of different conductivity types into a semiconductor layer of one conductivity type by ion implantation, or diffusing them by thermal diffusion. Achieved. In view of this point, in the case of a solar cell using a thin film semiconductor such as amorphous silicon, which has attracted attention, the phosphine (PH 3 , n
A semiconductor material) and a source gas containing an element serving as a dopant, such as diborane (B 2 H 6 , p-type semiconductor), with silane or the like as a main source gas, and decompose using glow discharge or the like to obtain desired conductivity. It is known that a semiconductor film having a mold can be obtained, and a semiconductor junction can be easily achieved by sequentially forming these semiconductor films on a desired substrate in the order of pin or nip.

【0008】このような研究の成果として、非単結晶質
シリコンを用いた太陽電池は既に、時計、小型計算機、
街灯等の小規模な発電用途において使用され始めている
が、大きな規模で発電を行う場合、例えば電力用に用ぃ
るためには、単結晶系太陽電池や化合物太陽電池等に比
ベて低い変換効率、劣化の問題、等の越さねばならない
障壁が未だ残されており、非単結晶質シリコン太陽電池
の不利な点として挙げられている。これを克服するため
にこれまで数多くの試みが行われてきた。
As a result of such research, solar cells using non-monocrystalline silicon have already been used in watches, small computers,
Although it has begun to be used in small-scale power generation applications such as street lamps, when generating electricity on a large scale, for example, for power use, conversion is lower than that of single crystal solar cells or compound solar cells. There are still barriers that must be overcome, such as efficiency and degradation problems, which are cited as disadvantages of non-monocrystalline silicon solar cells. Many attempts have been made to overcome this.

【0009】例えば、光入射側の窓層として禁制帯幅の
広いp型非単結晶質炭化シリコンを用いるもの(Y.U
chida,US−Japan Joint Semi
nar,Technological Applica
tions ofTetrahedral Amоrp
hous Solids,Palо Alto,Cal
ifornia(1982))、あるいは、窓層にp型
の微結晶炭化シリコンを用いるもの(Y.Uchida
et.al,TechnicalDigest оf
the International PVSEC−
3,Tokyо, Japan l987 A−IIa
−3)等がある。
For example, a p-type non-single-crystal silicon carbide having a wide band gap is used as a window layer on the light incident side (YU).
chida, US-Japan Joint Semi
nar, Technical Applica
Tions of Tetrahedral Amorp
house Solids, Palato Alto, Cal
ifornia (1982)), or using p-type microcrystalline silicon carbide for the window layer (Y. Uchida)
et. al, TechnicalDigest®f
the International PVSEC-
3, Tokyoо, Japan 9887 A-IIa
-3).

【0010】また、窓層に禁制帯幅の広い非単結晶質炭
化シリコンを用いる場合に、pi界面で起きるエネルギ
ーバンドの段差をなくし、キャリヤの逆拡散、再結合に
よる短波長域における光電変換効率の低下を防ぐことを
目的として界面に禁制帯幅が連続的に変わるいわゆるグ
レーデッドバッファ層を設ける方法(R.R.Arya
et.al,Technical Digest о
f theInternational PVSEC−
3,Tokyo,Japan l987 A−IIIa
−4)が試みられている。
When non-single-crystal silicon carbide having a wide band gap is used for the window layer, a step in an energy band occurring at a pi interface is eliminated, and photoelectric conversion efficiency in a short wavelength region due to carrier back diffusion and recombination. A method of providing a so-called graded buffer layer in which the forbidden band width changes continuously at the interface for the purpose of preventing a decrease in the density (RR Arya
et. al, Technical Digest®
f theInternational PVSEC-
3, Tokyo, Japan 9887 A-IIIa
-4) has been attempted.

【0011】また、i層内でのキャリアの移動距離を増
加させるためにi層内にリン原子(P)やホウ素原子
(B)を10ppm以下の微量添加すること(W.Ku
wano et.al,The cоnference
record of thenineteenth
IEEE photovoltaic special
ists conference−1987,p59
9,M.Kondo et.al,the confe
rence record of the ninet
eenth IEEE photovoltaic s
pecialists conference−198
7,p604)も試みられている。
Further, in order to increase the moving distance of carriers in the i-layer, a very small amount of 10 ppm or less of phosphorus (P) or boron (B) is added to the i-layer (W. Ku).
wano et. al, The Technology
record of the teneneenth
IEEE photovoltaic special
ists conference-1987, p59
9, M.P. Kondo et. al, the confes
rence record of the ninet
eenth IEEE photovoltaics
peacelists conference-198
7, p604) has also been attempted.

【0012】更に、他の導電型を有する半導体層中への
p型及びn型ドーパントの拡散によって、pn界面、p
i界面及びni界面における半導体接合が弱くなり、そ
の結果として光記電力素子の光電変換効率が低下するこ
とを防ぐ試みも成されている。この例として、特開昭5
5−125681号公報(出願人三洋電機)にはべルト
コンベアに載せたガラス基板を通過させるプラズマ反応
室の間に隔壁扉を設けて太陽電池を形成する方法が開示
されている。また、米国特許4,226,897号明細
書(出願人プラズマフィジクス社)には、帯状長尺の基
板上に連続して太陽電池を形成する装置において各半導
体層を形成する空間をガスゲート(成膜には寄与しない
ガスを強く流すことにより、成膜ガスに対して実質的な
隔壁の役割を果たす機構)を用いて分離し、他の成膜空
間へのドーパントの混入を防ぐ方法が開示されている。
Further, the diffusion of the p-type and n-type dopants into the semiconductor layer having another conductivity type causes the pn interface, p
Attempts have also been made to prevent the semiconductor junction at the i-interface and the ni-interface from weakening and consequently lowering the photoelectric conversion efficiency of the optical memory device. An example of this is disclosed in
JP-A-5-125681 (Applicant Sanyo Electric) discloses a method of forming a solar cell by providing a partition door between plasma reaction chambers through which a glass substrate placed on a belt conveyor passes. U.S. Pat. No. 4,226,897 (Plasma Physics Co., Ltd.) discloses that a space for forming each semiconductor layer in a device for continuously forming a solar cell on a long strip-shaped substrate is formed by a gas gate. Disclosed is a method in which a gas that does not contribute to film formation is strongly flowed to separate the film formation gas using a mechanism that functions as a substantial partition wall, thereby preventing dopant from being mixed into another film formation space. Have been.

【0013】また、特開昭56−69875号公報(出
願人富士電機)には導電性基板の上に半導体層を形成し
て成る太陽電池において導電性基板と半導体層の間に透
明導電層を介在させることにより、半導体層と基板の間
の密着性を向上させたり、基板の表面の凹凸を緩和させ
ることにより太陽電池の特性を向上させるという方法が
開示されている。また、半導体層の反受光面側に位置す
る背面電極を構成する金属元素が半導体層中に拡散、半
導体原子と合金を形成することに起因する界面での光反
射率の低下を、背面電極と半導体層との間に酸化亜鉛等
の透明導電層を介在させることにより防ぐ方法が特開昭
55−108780号公報(出願人シャープ)に開示さ
れている。
JP-A-56-69875 (Fuji Electric Co., Ltd.) discloses a solar cell having a semiconductor layer formed on a conductive substrate, in which a transparent conductive layer is provided between the conductive substrate and the semiconductor layer. There is disclosed a method of improving the adhesion between the semiconductor layer and the substrate by interposing the substrate, or improving the characteristics of the solar cell by reducing unevenness on the surface of the substrate. In addition, the metal element forming the back electrode located on the side opposite to the light receiving surface of the semiconductor layer diffuses into the semiconductor layer, and the decrease in light reflectance at the interface due to the formation of an alloy with semiconductor atoms is reduced by the back electrode. Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-108780 (Applicant Sharp) discloses a method for preventing such a problem by interposing a transparent conductive layer such as zinc oxide between the semiconductor layer and the semiconductor layer.

【0014】また、酸化亜鉛層中に錫やインジウムをド
ーピングすることによって酸化亜鉛層の電気抵抗率を下
げる試み(C.X.Qiu、I.Shin,Solar
Energy Materials,Vol.13,
No.2,1986)が成されている。他にも、酸化亜
鉛層中にアルミニウムをドーピングした例(伊ケ崎、島
岡,静岡大学電子工学研究所研究報告,Vol.21,
No.1,1986)や、弗素をドーピングした例(鯉
沼ら,日本セラミックス協会学術論文誌,Vol.9
7,No.10,1989)が報告されている。
Attempts to lower the electrical resistivity of the zinc oxide layer by doping the zinc oxide layer with tin or indium (CX Qiu, I. Shin, Solar)
Energy Materials, Vol. 13,
No. 2, 1986). In addition, examples of doping aluminum in a zinc oxide layer (Igasaki, Shimaoka, Shizuoka University Research Institute of Electronics, Vol. 21,
No. 1, 1986) and examples of doping with fluorine (Koinuma et al., Journal of the Ceramic Society of Japan, Vol. 9).
7, No. 10, 1989).

【0015】これらの試みをはじめとして数多くの研究
者による努力の結果、光電変換効率、及び劣化等の非単
結晶質シリコン太陽電池の不利な点は次第に改善されつ
つあるが、依然として以下のような問題が残されてい
た。
As a result of the efforts of many researchers including these attempts, disadvantages of the non-single-crystal silicon solar cell, such as photoelectric conversion efficiency and deterioration, are gradually improving. The problem remained.

【0016】すなわち、導電性基板の上に酸化亜鉛層を
介して半導体層を設けて太陽電池を構成する場合、酸化
亜鉛層と導電性基板や半導体層との間の密着性が十分で
あるとは言えず、半導体層の形成及びその後の工程にお
いて与えられる温度ショックや振動等に起因する微小な
剥がれが生じることがあり、このことが太陽電池の光電
変換効率を低下せしめてしまうという初期特性上の問題
点が残されていた。
That is, when a solar cell is constructed by providing a semiconductor layer on a conductive substrate with a zinc oxide layer interposed therebetween, if the adhesion between the zinc oxide layer and the conductive substrate or the semiconductor layer is sufficient. However, there is a case where minute peeling occurs due to a temperature shock, vibration, or the like given in the formation of the semiconductor layer and a subsequent step, which causes a decrease in photoelectric conversion efficiency of the solar cell due to an initial characteristic. The problem was left.

【0017】更に、酸化亜鉛層の持つ電気抵抗率をまっ
たく無視し得るほどには小さくできないために、今度は
太陽電池の直列抵抗を増加させてしまい、その結果とし
て太陽電池の光電変換効率を低下させてしまうという初
期特性上の問題点が残されていた。
Furthermore, since the electrical resistivity of the zinc oxide layer cannot be made so small as to be negligible, the series resistance of the solar cell is increased, and as a result, the photoelectric conversion efficiency of the solar cell is reduced. However, there still remains a problem in the initial characteristics of causing such a phenomenon.

【0018】また、このことは導電性基板の上に半導体
層を設ける場合に限らず、透光性絶縁基板上に透明導電
層を設け、その上に半導体層を設けて成る太陽電池にお
いても同様であった。すなわち、透明導電層と半導体層
の間の密着性が不十分であるために製造工程の途中にお
いて透明導電層と半導体層の間に微小な剥がれが生じる
ことにより太陽電池の光電変換効率が低いものになって
しまうという初期特性上の問題点が残されていた。
This is not limited to the case where a semiconductor layer is provided on a conductive substrate, and the same applies to a solar cell in which a transparent conductive layer is provided on a light-transmitting insulating substrate and a semiconductor layer is provided thereon. Met. That is, due to insufficient adhesion between the transparent conductive layer and the semiconductor layer, small peeling occurs between the transparent conductive layer and the semiconductor layer during the manufacturing process, resulting in low solar cell photoelectric conversion efficiency. However, there still remains a problem in the initial characteristics that the above-mentioned phenomenon occurs.

【0019】また、太陽電池製造工程中において先に述
べたような微小な剥がれが生じず製造初期の光電変換効
率がある程度高いものであったとしても、様々な天候や
設置条件の下での実使用状態において、導電性基板や透
明導電層と半導体層の間に微小な剥がれが生じることに
よって太陽電池の光電変換効率が次第に低下してしまう
という信頼性問題が残されていた。
Further, even if the above-mentioned minute peeling does not occur during the solar cell manufacturing process and the photoelectric conversion efficiency in the initial stage of the manufacturing is high to some extent, the actual performance under various weather conditions and installation conditions is high. In a use state, there has been a reliability problem that the photoelectric conversion efficiency of the solar cell gradually decreases due to minute peeling between the conductive layer or the transparent conductive layer and the semiconductor layer.

【0020】[0020]

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上の点に鑑
みてなされたものであって、第1の電極と第2の電極に
よって光電変換を行うための半導体層を挟持する構造を
有する太陽電池において、前記各層の間の密着性を向上
させ製造工程中に発生する微少な膜剥がれに起因する特
性の低下を効果的に防ぐことにより、初期特性の向上し
た太陽電池を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and has a solar cell having a structure in which a semiconductor layer for performing photoelectric conversion is sandwiched between a first electrode and a second electrode. In a battery, an object of the present invention is to provide a solar cell with improved initial characteristics by improving adhesion between the respective layers and effectively preventing a decrease in characteristics due to minute film peeling occurring during a manufacturing process. And

【0021】また、本発明は、前記各層の間の密着性を
向上させ、実使用条件下で発生する微小な剥がれに起因
する特性の低下を効果的に防ぐことにより、信頼性の向
上した太陽電池を提供することを目的とする。
Further, the present invention provides a solar cell having improved reliability by improving the adhesion between the respective layers and effectively preventing the deterioration of characteristics caused by minute peeling occurring under actual use conditions. It is intended to provide a battery.

【0022】更に、本発明は、酸化亜鉛層の持つ抵抗値
を低減せしめることにより太陽電池の直列抵抗を下げ、
結果として初期効率の向上した太陽電池を提供すること
を目的とする。
Further, the present invention reduces the series resistance of the solar cell by reducing the resistance value of the zinc oxide layer,
As a result, an object is to provide a solar cell with improved initial efficiency.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の目的を
達成するために本発明者が鋭意研究を重ねた結果得られ
たものであり、第1の電極と第2の電極によって光電変
換を行うための半導体層を挟持する構造を有する太陽電
池において、前記第1及び第2の電極のうち、少なくと
も一方の電極と前記半導体層との間にそれらに接して
素原子を含む酸化亜鉛層が配されていることを特徴とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made as a result of intensive studies by the present inventors to achieve the above-mentioned object, and the photoelectric conversion is performed by a first electrode and a second electrode.
In the solar cell having a structure for holding the semiconductor layer for performing conversion, the one of the first and second electrodes, carbon <br/> element in contact with them during the at least one electrode said semiconductor layer wherein the zinc oxide layer containing the atoms are arranged.

【0024】また、酸化亜鉛層中の前記炭素原子の濃度
は、5原子%以下の範囲内で一定であるか、または、5
原子%以下の範囲内で連続的に変化していることを特徴
とする。
The concentration of the carbon atoms in the zinc oxide layer is constant within a range of 5 atomic% or less, or
It is characterized by being continuously changed within the range of at most atomic%.

【0025】[0025]

【作用】電極と半導体層の界面に、炭素原子を添加して
いない酸化亜鉛層を設けるという従来技術によって作製
された太陽電池に比べて、炭素原子を含む酸化亜鉛層を
用いるという本発明の技術によって作製された太陽電池
は、各層の間の密着性において優れており、その結果と
して初期特性と信頼性は優れたものになる。
According to the present invention, a zinc oxide layer containing carbon atoms is used as compared with a solar cell manufactured by a conventional technique in which a zinc oxide layer to which carbon atoms are not added is provided at an interface between an electrode and a semiconductor layer. The solar cell manufactured by the method has excellent adhesion between the layers, and as a result, the initial characteristics and the reliability are excellent.

【0026】酸化亜鉛層中に炭素原子を含有させること
によって密着性が向上する理由は未だ詳細にわかってい
ないが、酸化亜鉛層中において炭素原子が結合状態・結
晶性の変化を惹起し、太陽電池製造工程中や実使用状態
で微少な膜剥がれの原因となる様々な機械的・熱的スト
レスを有効に緩和せしめるためであろうと考えられてい
る。
The reason why the adhesion is improved by including carbon atoms in the zinc oxide layer is not yet known in detail, but the carbon atoms in the zinc oxide layer cause a change in the bonding state and crystallinity, and It is thought that this is to effectively alleviate various mechanical and thermal stresses that cause minute film peeling during the battery manufacturing process or in actual use.

【0027】本発明において、酸化亜鉛層中の炭素濃度
は、5原子%以下の範囲内で一定の値とすることが望ま
しく、この範囲で膜の密着性は一層向上して光電変換効
率等の初期特性はより向上する。また、本発明で一定の
濃度とは、平均濃度に対しばらつきが10%以内のこと
を言う。
In the present invention, the carbon concentration in the zinc oxide layer is desirably set to a constant value within a range of 5 atomic% or less. In this range, the adhesion of the film is further improved, and the photoelectric conversion efficiency and the like are improved. The initial characteristics are further improved. In addition, the term “constant density” in the present invention means that the variation is within 10% with respect to the average density.

【0028】さらに、酸化亜鉛層中の炭素濃度を5原子
%以下の範囲内で連続的に変化させることにより、密着
性は一層向上し、太陽電池の初期特性及び信頼性は、よ
り一層向上する。この理由としては、酸化亜鉛層中での
炭素原子の濃度に分布をもたせることによって、酸化亜
鉛層中の構造が変化し、このことが酸化亜鉛層の両側に
異なる種類の堆積膜を形成することによって発生する応
力や、外部から加えられる様々なストレスを有効に緩和
し、製造中や実使用時下で発生していた微少な膜剥がれ
を有効に防ぐためと考えられる。
Further, by continuously changing the carbon concentration in the zinc oxide layer within the range of 5 atomic% or less, the adhesion is further improved, and the initial characteristics and reliability of the solar cell are further improved. . The reason for this is that the distribution of the concentration of carbon atoms in the zinc oxide layer changes the structure in the zinc oxide layer, which leads to the formation of different types of deposited films on both sides of the zinc oxide layer. This is thought to be effective in effectively relaxing stress generated by the above and various stresses applied from the outside, and effectively preventing minute peeling of the film which occurred during manufacturing or during actual use.

【0029】また、本発明の技術によって作製された太
陽電池は、従来の技術によって作製された太陽電池に比
べて直列抵抗が大きく改善されており、その結果フィル
ファクター、ひいては光電変換効率が高められている。
これは、酸化亜鉛層中に入った炭素原子がドーピング材
として有効に機能することによって酸化亜鉛層の電気抵
抗率が有効に下げられるためと考えられる。
Further, the solar cell manufactured by the technique of the present invention has a greatly improved series resistance as compared with the solar cell manufactured by the conventional technique, and as a result, the fill factor and, consequently, the photoelectric conversion efficiency are increased. ing.
This is considered to be because the electrical resistivity of the zinc oxide layer is effectively reduced by the carbon atoms entering the zinc oxide layer effectively functioning as a doping material.

【0030】[0030]

【実施態様例】以下において、本発明を実現するための
構成を図面を用いて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A configuration for realizing the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0031】図1は本発明による太陽電池の一典型例の
構成を示す概念的模式図である。図1に示す本典型例の
太陽電池100は、第1の電極である導電性基体101
の上に炭素原子を含む酸化亜鉛層102を形成し、この
上にn型半導体層103、i型半導体層104、p型半
導体層105からなるpin型太陽電池素子106、第
2の電極である透明電極107、集電電極108を順次
形成されており、光が透明電極107を通して入射する
ことが前提となっている。
FIG. 1 is a conceptual schematic diagram showing the configuration of a typical example of a solar cell according to the present invention. The solar cell 100 of this typical example shown in FIG. 1 has a conductive substrate 101 as a first electrode.
A zinc oxide layer 102 containing carbon atoms is formed thereon, and a pin-type solar cell element 106 including an n-type semiconductor layer 103, an i-type semiconductor layer 104, and a p-type semiconductor layer 105, and a second electrode are formed thereon. The transparent electrode 107 and the current collecting electrode 108 are sequentially formed, and it is assumed that light enters through the transparent electrode 107.

【0032】本発明の太陽電池は、従来の太陽電池と比
較して、前述の炭素原子を含む酸化亜鉛層102を有し
ていることが大きく違う点である。
The solar cell of the present invention is significantly different from the conventional solar cell in that it has the above-described zinc oxide layer 102 containing carbon atoms.

【0033】図2は本発明による太陽電池の他の典型例
の構成を示す概念的模式図である。図2に示す本典型例
の太陽電池200は、第1の電極である導電性基体20
1の上に炭素原子を含む酸化亜鉛層202を形成し、こ
の上にn型半導体層203、i型半導体層204、p型
半導体層205からなるpin型太陽電池素子206、
炭素原子を含む酸化亜鉛層207、第2の電極である透
明電極208、集電電極209を順次形成されており、
光が透明電極208を通して入射することが前提となっ
ている。
FIG. 2 is a conceptual schematic diagram showing the configuration of another typical example of the solar cell according to the present invention. The solar cell 200 of this typical example shown in FIG. 2 has a conductive substrate 20 as a first electrode.
1, a zinc oxide layer 202 containing carbon atoms is formed thereon, and a pin type solar cell element 206 including an n-type semiconductor layer 203, an i-type semiconductor layer 204, and a p-type semiconductor layer 205 is formed thereon.
A zinc oxide layer 207 containing carbon atoms, a transparent electrode 208 as a second electrode, and a current collecting electrode 209 are sequentially formed.
It is assumed that light enters through the transparent electrode 208.

【0034】図3は本発明による太陽電池の他の典型例
の構成を示す概念的模式図である。図3に示す本典型例
の太陽電池300は、透明基体301の上に第1の電極
である透明電極302及び炭素原子を含む酸化亜鉛層3
03を順次形成し、この上にp型半導体層304、i型
半導体層305、n型半導体層306からなるpin型
太陽電池素子307、炭素原子を含む酸化亜鉛層30
8、第2の電極である背面電極309を順次形成されて
おり、光が透明基体301を通して入射することが前提
となっている。
FIG. 3 is a conceptual schematic diagram showing the configuration of another typical example of the solar cell according to the present invention. The solar cell 300 of this typical example shown in FIG. 3 has a transparent electrode 302 as a first electrode and a zinc oxide layer 3 containing carbon atoms on a transparent substrate 301.
03 are sequentially formed, on which a pin-type solar cell element 307 including a p-type semiconductor layer 304, an i-type semiconductor layer 305, and an n-type semiconductor layer 306, and a zinc oxide layer 30 containing carbon atoms.
8, a back electrode 309 as a second electrode is sequentially formed, and it is assumed that light enters through the transparent substrate 301.

【0035】図4は本発明による太陽電池の他の典型例
の構成を示す概念的模式図である。本典型例の太陽電池
400は、バンドギャップあるいは層厚の異なる2種の
半導体層をi層として用いたpin型太陽電池素子を2
素子積層して構成されたタンデム型と呼ばれる太陽電池
である。図4に示す太陽電池400は、第1の電極であ
る導電性基体401の上に炭素原子を含む酸化亜鉛層4
02を形成し、この上に第1のn型半導体層403、第
1のi型半導体層404、第1のp型半導体層405か
らなる第1のpin型太陽電池素子406、第2のn型
半導体層407、第2のi型半導体層408、第2のp
型半導体層409からなる第2のpin型太陽電池素子
410、炭素原子を含む酸化亜鉛層411、第2の電極
である透明電極412、集電電極413を順次形成され
ており、光が透明電極412を通して入射することが前
提となっている。
FIG. 4 is a conceptual schematic diagram showing the configuration of another typical example of the solar cell according to the present invention. The solar cell 400 of the present typical example includes a pin-type solar cell element using two types of semiconductor layers having different band gaps or layer thicknesses as i-layers.
This is a tandem solar cell formed by stacking elements. The solar cell 400 shown in FIG. 4 has a zinc oxide layer 4 containing a carbon atom on a conductive substrate 401 which is a first electrode.
02, a first pin-type solar cell element 406 composed of a first n-type semiconductor layer 403, a first i-type semiconductor layer 404, and a first p-type semiconductor layer 405, and a second n-type Semiconductor layer 407, second i-type semiconductor layer 408, second p-type
A second pin type solar cell element 410 composed of a type semiconductor layer 409, a zinc oxide layer 411 containing carbon atoms, a transparent electrode 412 as a second electrode, and a current collecting electrode 413 are sequentially formed, and light is transmitted through the transparent electrode. 412 is assumed.

【0036】なお、いずれの太陽電池の例においてもn
型半導体層とp型半導体層とは目的に応じて積層順を入
れ変えて使用することもできるが、光入射面に近い方に
p型半導体層を設けた方が発生したキャリアをより有効
に利用する点で望ましい。
In each of the examples of solar cells, n
The p-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer can be used by changing the lamination order according to the purpose. However, providing the p-type semiconductor layer closer to the light incident surface more effectively generates generated carriers. It is desirable to use it.

【0037】次に、これらの太陽電池の各構成要素につ
いて説明する。
Next, the components of these solar cells will be described.

【0038】(基体)本発明に適用可能な導電性基体1
01の材料としては、モリブデン、タングステン、チタ
ン、コバルト、クロム、鉄、銅、タンタル、ニオブ、ジ
ルコニウム、アルミニウム金属またはそれらの合金での
板状体、フィルム体が挙げられる。なかでもステンレス
鋼、ニッケルクロム合金及びニッケル、タンタル、ニオ
ブ、ジルコニウム、チタン金属及び/または合金は、耐
蝕性の点から特に好ましい。また、これらの金属及び/
または合金を、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のフィルムまたはシート、ガラ
ス、セラミック等の上に形成したものも使用可能であ
る。
(Substrate) Conductive substrate 1 applicable to the present invention
Examples of the material No. 01 include a plate and a film of molybdenum, tungsten, titanium, cobalt, chromium, iron, copper, tantalum, niobium, zirconium, aluminum metal, or an alloy thereof. Among them, stainless steel, nickel chromium alloy and nickel, tantalum, niobium, zirconium, titanium metal and / or alloy are particularly preferable from the viewpoint of corrosion resistance. In addition, these metals and / or
Alternatively, it is also possible to use an alloy formed on a film or sheet of a synthetic resin such as polyester, polyethylene, polycarbonate, cellulose acetate, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene, and polyamide, glass, ceramic, and the like. .

【0039】基体101は単独でも用いられ得るが、基
体101上に実質的に可視光に対する反射性及び導電性
を有する層(以下、反射性導電層と呼ぶ)を設けること
が半導体層で吸収されきれずに透過した光を更に利用す
る上で、あるいは太陽電池の直列抵抗を低減する上で望
ましい。本発明に適用可能な反射性導電層の材料として
は、銀、シリコン、アルミニウム、鉄、銅、ニッケル、
クロム、モリブデンまたはそれらの合金が適用可能であ
る。中でも銀、銅、アルミニウム、アルミシリコン合金
が好適である。また、反射性導電層の厚みを十分に大き
くとることによって、そのものを基体とすることも可能
である。
Although the substrate 101 can be used alone, providing a layer having substantially reflectivity and conductivity for visible light (hereinafter referred to as a reflective conductive layer) on the substrate 101 is absorbed by the semiconductor layer. It is desirable to further utilize the light transmitted without being broken or to reduce the series resistance of the solar cell. Materials for the reflective conductive layer applicable to the present invention include silver, silicon, aluminum, iron, copper, nickel,
Chromium, molybdenum or their alloys are applicable. Among them, silver, copper, aluminum, and aluminum silicon alloy are preferable. By setting the thickness of the reflective conductive layer sufficiently large, the reflective conductive layer itself can be used as the base.

【0040】基体101の表面に反射性導電層を形成す
る場合に好適に用いられる方法として、抵抗加熱蒸着
法、電子ビーム蒸着法、スパッタ法等が挙げられる。
As a method preferably used for forming the reflective conductive layer on the surface of the substrate 101, there are a resistance heating evaporation method, an electron beam evaporation method, a sputtering method and the like.

【0041】本発明に適用可能な透明基体301の材料
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
ミド等の合成樹脂のフィルムまたはシート、ガラス等が
挙げられる。
Examples of the material of the transparent substrate 301 applicable to the present invention include films or sheets of synthetic resin such as polyester, polyethylene, polycarbonate, cellulose acetate, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene, polyamide, glass, etc. Is mentioned.

【0042】(電極)本発明の太陽電池においては、当
該素子の構成形態により適宜の電極が選択使用される。
それらの電極としては、下部電極、上部電極(透明電
極)、集電電極を挙げることができる。(ただし、ここ
でいう上部電極とは光の入射側に設けられたものを指
し、下部電極とは半導体層を挟んで上部電極に対向して
設けられたものを指すものとする。)本発明の太陽電池
において用いられる下部電極としては、上述した基体の
材料が透光性であるか否かによって光が入射する面が異
なるため、その設置される場所が異なる。
(Electrode) In the solar cell of the present invention, an appropriate electrode is selected and used depending on the configuration of the element.
Examples of these electrodes include a lower electrode, an upper electrode (transparent electrode), and a collecting electrode. (However, the upper electrode referred to here refers to the electrode provided on the light incident side, and the lower electrode refers to the electrode provided opposite to the upper electrode with the semiconductor layer interposed therebetween.) As the lower electrode used in the above solar cell, the surface on which light is incident is different depending on whether or not the above-described base material is translucent, and therefore, the place where the lower electrode is installed is different.

【0043】具体的には、図1、図2、図4のような層
構成の場合には導電性基体101、201、401が下
部電極を兼ねることができる。
More specifically, in the case of a layer configuration as shown in FIGS. 1, 2, and 4, the conductive bases 101, 201, and 401 can also serve as lower electrodes.

【0044】図3のような層構成の場合には透光性の基
体301が用いられており、基体301の側から光が入
射されるので、電流を取り出すため、及び半導体層で吸
収されきれずに電極に達した光を有効に反射するため
に、下部電極309が基体301と対向して半導体層及
び炭素原子を含む酸化亜鉛層を挟んで設けられている。
本発明の太陽電池に好適に用いられる下部電極の材料と
しては、銀、金、白金、ニッケル、クロム、銅、アルミ
ニウム、チタン、亜鉛、モリブデン、タングステン等の
金属又はこれらの合金が挙げられ、これ等の金属または
合金からなる層を真空蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタ
リング等の方法を用いて形成する。また、形成された金
属薄膜は太陽電池の出力に対して抵抗成分とならぬよう
に配慮されねばならず、シート抵抗値として好ましくは
50Ω以下、より好ましくは10Ω以下であることが望
ましい。
In the case of the layer structure as shown in FIG. 3, a light-transmitting substrate 301 is used, and light is incident from the side of the substrate 301. In order to effectively reflect light that has reached the electrode without lowering, a lower electrode 309 is provided opposite to the base 301 with a semiconductor layer and a zinc oxide layer containing carbon atoms interposed therebetween.
Materials of the lower electrode suitably used in the solar cell of the present invention include silver, gold, platinum, nickel, chromium, copper, aluminum, titanium, zinc, molybdenum, tungsten and other metals or alloys thereof. Is formed by using a method such as vacuum evaporation, electron beam evaporation, or sputtering. Further, care must be taken that the formed metal thin film does not become a resistance component with respect to the output of the solar cell, and the sheet resistance value is preferably 50Ω or less, more preferably 10Ω or less.

【0045】本発明において用いられる透明電極10
7、208、302、412としては、太陽や白色蛍光
灯等からの光を半導体層内に効率良く吸収させるために
光の透過率が70%以上であることが望ましく、80%
以上であることが更に望ましい。さらに、電気的には太
陽電池の出力に対して抵抗成分とならぬようにシート抵
抗値は300Ω以下であることが望ましい。このような
特性を備えた材料としてSnO2、In2 3、ZnO、
CdO、Cd2SnO4、ITO(In2 3+SnO2
などの金属酸化物や、Au、Al、Cu等の金属を極め
て薄く半透明状に成膜した金属薄膜等が挙げられる。透
明電極の作製方法としては、抵抗加熱蒸着法、電子ビー
ム加熱蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリン
グ法、スプレー法等を用いることができ、所望の太陽電
池の特性に応じて適宜選択される。
The transparent electrode 10 used in the present invention
7, 208, 302, and 412 desirably have a light transmittance of 70% or more and 80% or more in order to efficiently absorb light from the sun, a white fluorescent lamp, or the like into the semiconductor layer.
More preferably, the above is satisfied. Further, it is desirable that the sheet resistance is not more than 300Ω so as not to become a resistance component electrically with respect to the output of the solar cell. Materials having such characteristics include SnO 2 , In 2 O 3 , ZnO,
CdO, Cd 2 SnO 4 , ITO (In 2 O 3 + SnO 2 )
And a metal thin film formed of a metal such as Au, Al, or Cu in a very thin and translucent state. As a method for manufacturing the transparent electrode, a resistance heating evaporation method, an electron beam heating evaporation method, an ion plating method, a sputtering method, a spray method, or the like can be used, and is appropriately selected according to desired characteristics of the solar cell.

【0046】本発明において用いられる集電電極10
8、209、413は、透明電極107、208、41
2のシート抵抗値を低減させる目的で透明電極上に設け
られる。図1、図2、図4に示すような構成の太陽電池
においては透明電極の形成が半導体層形成後であるた
め、透明電極形成時の基体温度をあまり高くする事がで
きない。そのため、透明電極のシート抵抗値が比較的高
いものにならざるを得ないので、集電電極108、20
9、413を形成することが特に好ましい。一方、図3
に示すような構成の太陽電池においては、透明電極30
2は基体上に直接形成するので、形成時の基体温度を高
くすることができ、透明電極302のシート抵抗値を比
較的低くすることができるので、集電電極が不用あるい
は少なくて済む。
Current collecting electrode 10 used in the present invention
8, 209, 413 are transparent electrodes 107, 208, 41
2 is provided on the transparent electrode for the purpose of reducing the sheet resistance value. In the solar cell having the structure as shown in FIGS. 1, 2 and 4, since the formation of the transparent electrode is performed after the formation of the semiconductor layer, the temperature of the base during the formation of the transparent electrode cannot be too high. For this reason, the sheet resistance value of the transparent electrode must be relatively high, so that the current collecting electrodes 108, 20
It is particularly preferred to form 9,413. On the other hand, FIG.
In the solar cell having the configuration shown in FIG.
Since the substrate 2 is formed directly on the substrate, the substrate temperature at the time of formation can be increased, and the sheet resistance of the transparent electrode 302 can be relatively reduced, so that the current collecting electrode is unnecessary or small.

【0047】本発明の太陽電池に好適に用いられる集電
電極の材料としては銀、金、白金、ニッケル、クロム、
銅、アルミニウム、チタン、亜鉛、モリブデン、タング
ステン等の金属またはこれらの合金またはカーボンが挙
げられ、これ等の金属または合金またはカーボンからな
る層を真空蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング、印
刷等の方法を用いて形成する。これらの金属または合金
またはカーボンを積層させて用いることによって、各々
の金属または合金またはカーボンの長所(低抵抗、半導
体層ヘの拡散が少ない、堅牢である、印刷等により電極
形成が容易、等)を組み合わせて用いることができる。
The material of the current collecting electrode suitably used for the solar cell of the present invention is silver, gold, platinum, nickel, chromium,
Metals such as copper, aluminum, titanium, zinc, molybdenum, tungsten, or alloys or carbons thereof, and the like. Vapor deposition, electron beam deposition, sputtering, printing, and the like of a layer made of these metals, alloys, or carbon. It is formed by using. Advantages of each metal, alloy or carbon by stacking and using these metals, alloys or carbon (low resistance, low diffusion into semiconductor layer, robust, easy electrode formation by printing, etc.) Can be used in combination.

【0048】また、半導体層への光入射光量が十分に確
保されるよう、集電電極の形状及び面積が適宜設計され
るが、その形状は太陽電池の受光面に対して一様に広が
り、且つ受光面積に対してその面積は好ましくは15%
以下、より好ましくは10%以下であることが望まし
い。
The shape and area of the current collecting electrode are appropriately designed so that the amount of light incident on the semiconductor layer is sufficiently ensured. The shape uniformly spreads over the light receiving surface of the solar cell. And the area is preferably 15% with respect to the light receiving area.
Or less, more preferably 10% or less.

【0049】また、シート抵抗値としては、好ましくは
50Ω以下、より好ましくは10Ω以下であることが望
ましい。
It is desirable that the sheet resistance be 50 Ω or less, more preferably 10 Ω or less.

【0050】(酸化亜鉛層)本発明の太陽電池に好適に
用いられる酸化亜鉛層は、炭素原子を含有し、好ましく
は5原子%以下の一定の濃度で含んでいることを特徴と
している。
(Zinc Oxide Layer) The zinc oxide layer suitably used in the solar cell of the present invention is characterized by containing carbon atoms, preferably at a certain concentration of 5 atomic% or less.

【0051】また、本発明の太陽電池に好適に用いられ
る酸化亜鉛層は、炭素原子を含有し、好ましくは5原子
%以下の範囲の内でその濃度が連続的に変化するように
含んでいることを特徴としている。
The zinc oxide layer suitably used for the solar cell of the present invention contains carbon atoms, and preferably contains such that its concentration continuously changes within a range of 5 atomic% or less. It is characterized by:

【0052】本発明の太陽電池に好適に用いられる酸化
亜鉛層の形成方法として、真空蒸着法、スパッタリング
法、イオンクラスタビーム法、化学蒸着法、金属塩溶液
のスプレー後の加熱等の方法が挙げられる。
Examples of the method for forming a zinc oxide layer suitably used for the solar cell of the present invention include a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion cluster beam method, a chemical vapor deposition method, and a method such as heating after spraying a metal salt solution. Can be

【0053】酸化亜鉛層中に炭素原子を含ませる方法と
して、例えば酸素雰囲気中で亜鉛原料を加熱蒸着する場
合に亜鉛原料中に予め炭素原子を所定の比率で混合して
おく方法が挙げられる。また、酸化亜鉛層の形成をスパ
ッタ法により行なう場合、スパッタ用のターゲットとし
て炭素原子を含んだ酸化亜鉛のパウダーを焼結したもの
を用いてスパッタを行なっても良いし、炭素原子を添加
した金属亜鉛をターゲットとしてスパッタガスの酸素と
反応させながら酸化亜鉛層を形成してもよい。また、ス
パッタガス中に二酸化炭素ガス等を混合して流すことに
より、酸化亜鉛層中に窒素を取り込ませてもよい。
As a method of including carbon atoms in the zinc oxide layer, for example, there is a method in which carbon atoms are previously mixed in a predetermined ratio in the zinc raw material when the zinc raw material is heated and vapor-deposited in an oxygen atmosphere. In the case where the zinc oxide layer is formed by a sputtering method, sputtering may be performed using a sintered zinc oxide powder containing carbon atoms as a sputtering target, or a metal to which carbon atoms are added. The zinc oxide layer may be formed while reacting with oxygen of the sputtering gas using zinc as a target. Further, nitrogen may be taken into the zinc oxide layer by mixing and flowing a carbon dioxide gas or the like in the sputtering gas.

【0054】酸化亜鉛層中に炭素原子を一定の濃度で含
ませる場合には、上記の方法を代表とする一般の堆積膜
形成法において、成膜パラメータを一定に保つ限り、酸
化亜鉛層中の炭素濃度のばらつきを10%以内にするこ
とができる。
When carbon atoms are contained in the zinc oxide layer at a constant concentration, in a general deposition film forming method typified by the above method, as long as the film forming parameters are kept constant, the zinc oxide layer contains Variations in carbon concentration can be made within 10%.

【0055】一方、酸化亜鉛層中に炭素原子を所望の濃
度分布をもたせながら含ませる方法として、次な様な方
法があげられる。例えば、酸素雰囲気中で亜鉛原料を加
熱蒸着する場合、坩堝やボートにいれた亜鉛原料を加熱
し、蒸着を行いながら坩堝やボートに炭素原子材料を適
宜投入することによって形成される酸化亜鉛中に所望の
濃度分布を有する炭素原子を含有させることが可能であ
る。また、亜鉛原料中に予め炭素原子を所定の比率で混
合しておく方法も用いられ得る。この場合、亜鉛と炭素
原子で融点が異なるため蒸着が進むにつれて蒸着源の組
成が変化することを利用して酸化亜鉛層中での炭素原子
の濃度に分布をもたせることが可能であり、蒸着源の量
や温度を調整することによって所望の濃度分布を実現す
ることが可能である。
On the other hand, as a method for including carbon atoms in the zinc oxide layer with a desired concentration distribution, the following method can be mentioned. For example, when heating and depositing a zinc raw material in an oxygen atmosphere, the zinc raw material placed in a crucible or boat is heated, and zinc oxide is formed by appropriately charging a carbon atom material into the crucible or boat while performing the deposition. It is possible to include carbon atoms having a desired concentration distribution. Further, a method of previously mixing carbon atoms in a zinc raw material at a predetermined ratio may be used. In this case, it is possible to give a distribution to the concentration of carbon atoms in the zinc oxide layer by utilizing the fact that the composition of the evaporation source changes as the evaporation proceeds because the melting points of zinc and carbon atoms are different. It is possible to realize a desired concentration distribution by adjusting the amount and the temperature.

【0056】また、酸化亜鉛層の形成をスパッタ法によ
り行う場合、スパッタ用のターゲットとして炭素原子を
含んだ酸化亜鉛のパウダーを焼結したものを用いてスパ
ッタを行いながら放電パワーや圧力を適宜変化させるこ
とによって所望の濃度分布を実現することが可能であ
る。また、炭素原子を添加した金属亜鉛をターゲットと
してスパッタガスの酸素と反応させながら酸化亜鉛層を
形成する場合にもこの方法が用いられ得る。
When the zinc oxide layer is formed by the sputtering method, the discharge power and pressure are appropriately changed while performing sputtering by using a sintered zinc oxide powder containing carbon atoms as a sputtering target. By doing so, it is possible to realize a desired concentration distribution. This method can also be used when forming a zinc oxide layer while reacting with oxygen of a sputtering gas using metal zinc to which carbon atoms are added as a target.

【0057】さらには、炭素原子を含まないターゲット
上に、所望の濃度分布が得られるように適宜大きさを調
整した炭素原子からなる細片や細線を置いたり、溶接し
ておいたりする方法も用いられ得る。この場合には、炭
素原子からなる細片や細線が消費される様子によって酸
化亜鉛層中の炭素原子の濃度に分布をもたせることが可
能である。
Furthermore, a method of placing a strip or a thin wire of carbon atoms appropriately sized so as to obtain a desired concentration distribution on a target not containing carbon atoms, or by welding. Can be used. In this case, it is possible to give a distribution to the concentration of carbon atoms in the zinc oxide layer depending on the manner in which strips or wires made of carbon atoms are consumed.

【0058】本発明の太陽電池に好適に用いられる炭素
原子を含む酸化亜鉛層を形成する方法はこれら以外の方
法であってもよく、本発明はこれらの方法によって何等
限定されない。
The method of forming a zinc oxide layer containing a carbon atom suitably used for the solar cell of the present invention may be other methods, and the present invention is not limited by these methods.

【0059】炭素原子を含む酸化亜鉛層を形成する方法
を、一例として、プレーナ型DCマグネトロンスパッタ
法を用いて詳細に説明するが本発明はこれによって何等
限定されない。
A method of forming a zinc oxide layer containing carbon atoms will be described in detail by using a planar DC magnetron sputtering method as an example, but the present invention is not limited thereto.

【0060】図5はプレーナ型DCマグネトロンスパッ
タ装置の構成を表わす概念的模式図である。プレーナ型
DCマグネトロンスパッタを用いることの利点は高速ス
パッタが小型の装置で実現できるという点にあり、RF
型、RFマグネトロン型でも実現可能である。
FIG. 5 is a conceptual diagram showing the structure of a planar DC magnetron sputtering apparatus. The advantage of using the planar type DC magnetron sputtering is that high-speed sputtering can be realized with a small-sized apparatus.
And RF magnetron types.

【0061】図5中、501は真空容器であり、加熱板
503が絶縁性を有する支持部502にて支持されてい
る。加熱板503にはヒーター506と熱電対504が
埋設され、温度コントローラー505によって所定の温
度に制御される。スパッタ中の基体508の温度は所望
の酸化亜鉛層の特性によって決定されるものであるが、
その時点で基体508上に半導体層が既に形成されてい
るか、また、半導体層が既に形成されているならば、半
導体層の形成温度等の条件によっても設定が変えられ
る。一般に、半導体層が既に形成されている基体を半導
体層の形成時の基体温度に熱すると半導体層を構成する
半導体材料中から水素の離脱が起きたり不純物原子が移
動拡散する事によって半導体材料の特性や半導体接合の
特性が悪化し易いことが知られている。また、基体や反
射性導電層を構成する金属の種類によっては加熱によっ
て結晶粒界が強調されることもあり、基体の温度設定に
は注意が必要である。これらの条件を加味することを前
提として、基体の温度は室温乃至500℃に設定され
る。基体508は基体押え509にて支持される。
In FIG. 5, reference numeral 501 denotes a vacuum vessel, and a heating plate 503 is supported by a supporting portion 502 having an insulating property. A heater 506 and a thermocouple 504 are embedded in the heating plate 503, and are controlled to a predetermined temperature by a temperature controller 505. The temperature of the substrate 508 during sputtering is determined by the properties of the desired zinc oxide layer,
At that time, the setting can be changed depending on whether the semiconductor layer has already been formed on the base 508 or, if the semiconductor layer has already been formed, on the conditions such as the formation temperature of the semiconductor layer. In general, when a substrate on which a semiconductor layer is already formed is heated to the substrate temperature at the time of formation of the semiconductor layer, hydrogen is released from the semiconductor material constituting the semiconductor layer or impurity atoms move and diffuse, so that the characteristics of the semiconductor material are reduced. It is known that the characteristics of semiconductor junctions are easily deteriorated. Further, depending on the type of the metal constituting the base or the reflective conductive layer, the crystal grain boundaries may be emphasized by heating, so that care must be taken in setting the temperature of the base. On the assumption that these conditions are taken into consideration, the temperature of the substrate is set at room temperature to 500 ° C. The base 508 is supported by a base holder 509.

【0062】基体508に対向してターゲット510が
配されるが、ターゲット510はターゲット台512に
設置され裏面にマグネット513を持ちプラズマ空間5
25に磁場を形成できるようになっている。スパッタ中
加熱されるターゲットを冷却するために冷却水導入パイ
プ514よりの冷却水をターゲットの裏面に導入する。
導入された水はターゲットを冷却した後、冷却水排出パ
イプより排出される。ターゲット510は、前述したよ
うに、炭素原子を含んだ酸化亜鉛のパウダーを焼結した
ものであっても良いし、炭素原子を添加した金属亜鉛か
ら成っていてもよい。
A target 510 is disposed to face the base 508. The target 510 is set on a target table 512, has a magnet 513 on the back surface, and has a plasma space 5.
A magnetic field can be formed in the reference numeral 25. In order to cool the target heated during sputtering, cooling water from a cooling water introduction pipe 514 is introduced to the back surface of the target.
After the introduced water cools the target, it is discharged from a cooling water discharge pipe. As described above, the target 510 may be obtained by sintering a powder of zinc oxide containing carbon atoms, or may be made of metallic zinc to which carbon atoms are added.

【0063】ターゲット510にはターゲット台512
を介してスパッタ電源よりDC電圧が印加される。スパ
ッタ電源から供給されるDC電流は、好ましくは0.0
1A以上、更に好ましくは0.1A以上に設定される。
本発明者の実験によれば、スパッタに供給する電流は大
きい方が作製される酸化亜鉛層による光の吸収が少な
く、太陽電池の光電変換効率、とりわけ発生電流が大き
くなるようである。このことはRF型スパッタ法を用い
て酸化亜鉛層の形成を行なった場合でも同様であり、R
F電力を大きくして作製した太陽電池はRF電力がより
小さい場合の太陽電池よりも発生電流の点で有利であっ
た。
The target 510 has a target table 512.
A DC voltage is applied from a sputter power supply via. The DC current supplied from the sputtering power source is preferably 0.0
It is set to 1A or more, more preferably 0.1A or more.
According to the experiments performed by the present inventors, the larger the current supplied to the sputter, the smaller the absorption of light by the produced zinc oxide layer, and the higher the photoelectric conversion efficiency of the solar cell, especially, the larger the generated current. This is the same even when the zinc oxide layer is formed using the RF sputtering method.
The solar cell manufactured by increasing the F power was more advantageous in terms of generated current than the solar cell when the RF power was smaller.

【0064】スパッタガスはマスフローコントローラー
520もしくは521を介してアルゴンガス及び酸素ガ
スが各々供給される。もちろん、スパッタガスに他のガ
ス、例えばSiF4ガス等を混合することによって形成
される酸化亜鉛層に弗素のドーピングを重ねて行なうこ
とも可能である。アルゴンガスの流量は、好ましくは1
sccm乃至1slm、酸素ガスの流量は、好ましくは
100sccm以下とされる。
As a sputtering gas, an argon gas and an oxygen gas are supplied via a mass flow controller 520 or 521, respectively. Of course, it is also possible to perform fluorine doping on a zinc oxide layer formed by mixing another gas such as a SiF 4 gas with a sputtering gas. The flow rate of the argon gas is preferably 1
The flow rate of oxygen gas is preferably set to 100 sccm or less.

【0065】また、真空容器501に取り付けられた真
空計523にて内部圧力をモニターできる。真空容器5
01全体は不図示の排気系へ接続されたメインバルブ5
24を介して真空状態とされる。スパッタを開始する前
のバックグラウンドの内部圧力は好ましくは10-4To
rr以下、更に好ましくは10-5Torr以下とされ、
スパッタ中の内部圧力は、1mTorr以上1Torr
以下とされる。
The internal pressure can be monitored by a vacuum gauge 523 attached to the vacuum vessel 501. Vacuum container 5
01 is a main valve 5 connected to an exhaust system (not shown).
A vacuum state is established via 24. The background internal pressure before starting the sputtering is preferably 10 -4 To
rr or less, more preferably 10 -5 Torr or less,
Internal pressure during sputtering is 1 mTorr or more and 1 Torr
It is as follows.

【0066】以上に示した条件を保って酸化亜鉛層の形
成を開始し、酸化亜鉛層の層厚が所望の値に達した後、
スパッタ電源からの電力の供給、スパッタガスの供給を
適宜停止し、適宜基体を冷却した後、真空容器内を大気
リークして酸化亜鉛層を形成した基体を取り出す。もし
可能であれば、酸化亜鉛層の形成終了後に真空中でアニ
ーリングを行なうことは酸化亜鉛層の光透過性や導電率
の向上が望めるので好ましい。
The formation of the zinc oxide layer is started while maintaining the above conditions, and after the thickness of the zinc oxide layer reaches a desired value,
After the supply of power from the sputtering power supply and the supply of the sputtering gas are appropriately stopped, and the substrate is appropriately cooled, the inside of the vacuum vessel is leaked to the atmosphere and the substrate on which the zinc oxide layer is formed is taken out. If possible, it is preferable to perform annealing in a vacuum after the formation of the zinc oxide layer because the light transmittance and conductivity of the zinc oxide layer can be improved.

【0067】(半導体層)本発明の太陽電池において好
適に用いられるi型半導体層を構成する半導体材料とし
ては、非晶質(以下、「a−」と略記する)Si:H、
a−Si:F、a−Si:H:F、a−SiC:H、a
−SiC:F、a−SiC:H:F、a−SiGe:
H、a−SiGe:F、a−SiGe:H:F、多結晶
質Si:H、多結晶質Si:F、多結晶質Si:H:F
等いわゆるIV族及びIV族合金系半導体材料が挙げられ
る。
(Semiconductor Layer) As the semiconductor material constituting the i-type semiconductor layer suitably used in the solar cell of the present invention, amorphous (hereinafter abbreviated as “a−”) Si: H,
a-Si: F, a-Si: H: F, a-SiC: H, a
-SiC: F, a-SiC: H: F, a-SiGe:
H, a-SiGe: F, a-SiGe: H: F, polycrystalline Si: H, polycrystalline Si: F, polycrystalline Si: H: F
And so-called group IV and group IV alloy-based semiconductor materials.

【0068】また、i型半導体層に含まれる水素原子の
量は、好ましくは20原子%以下、より好ましくは10
原子%以下である。
The amount of hydrogen atoms contained in the i-type semiconductor layer is preferably 20 atomic% or less, more preferably 10 atomic% or less.
Atomic% or less.

【0069】本発明の太陽電池において好適に用いられ
るp型あるいはn型半導体層を構成する半導体材料は、
前述したi型半導体層を構成する半導体材料に価電子制
御剤をドーピングすることによって得られるが、p型あ
るいはn型半導体層を構成する半導体材料中に結晶相を
含んでいる方が、光の利用率及びキャリア密度を高める
ことができるので好ましい。その場合の結晶の粒径は3
0Å以上であることが好ましい。
The semiconductor material constituting the p-type or n-type semiconductor layer suitably used in the solar cell of the present invention is as follows.
It is obtained by doping the semiconductor material constituting the i-type semiconductor layer described above with a valence electron controlling agent. However, it is more preferable that the semiconductor material constituting the p-type or n-type semiconductor layer contains a crystal phase, It is preferable because the utilization factor and the carrier density can be increased. In this case, the crystal size is 3
It is preferably 0 ° or more.

【0070】また、p型あるいはn型半導体層中に含ま
れる水素の濃度は5原子%以下であることが好ましく、
1原子%以下であることが更に好ましい。
The concentration of hydrogen contained in the p-type or n-type semiconductor layer is preferably 5 atomic% or less,
More preferably, it is 1 atomic% or less.

【0071】これらの半導体層を形成する際に用いられ
る半導体層形成用原料ガスとしては、上述した各種半導
体層の構成元素の単体、水素化物、ハロゲン化物、有機
金属化合物等で、成膜空間に気体状態で導入できるもの
が好適に使用される。
As the source gas for forming a semiconductor layer used for forming these semiconductor layers, simple substances, hydrides, halides, organometallic compounds, etc. of the above-mentioned constituent elements of the various semiconductor layers may be used. Those which can be introduced in a gaseous state are preferably used.

【0072】勿論、これらの原料ガスは1種のみなら
ず、2種以上混合して使用することもできる。又、これ
らの原料ガスはHe、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn等
の希ガス、及びH2、HF、HCl等の希釈ガスと混合
して導入されても良い。
Of course, these source gases can be used alone or in combination of two or more. These source gases may be introduced as a mixture with a rare gas such as He, Ne, Ar, Kr, Xe, or Rn and a diluent gas such as H 2 , HF, or HCl.

【0073】本発明の太陽電池に用いられる各半導体層
を形成する手段として、マイクロ波プラズマCVD法、
RFプラズマCVD法、スパッタリング法及び反応性ス
パッタリング法、イオンプレーティング法、光CVD
法、熱CVD法、MOCVD法、MBE法そしてHR−
CVD法等、いわゆる半導体堆積膜形成用に用いられる
方法を実現するための手段を挙げることができ、所望の
半導体層形成のため適宜手段を選択して用いる。
As means for forming each semiconductor layer used in the solar cell of the present invention, microwave plasma CVD,
RF plasma CVD, sputtering and reactive sputtering, ion plating, optical CVD
Method, thermal CVD method, MOCVD method, MBE method and HR-
Means for realizing a method used for forming a so-called semiconductor deposited film, such as a CVD method, can be given, and a means is appropriately selected and used for forming a desired semiconductor layer.

【0074】本発明の太陽電池に好適に用いられる半導
体層の形成方法について、図を用いて詳しく説明する。
ここでは、例としてマイクロ波(2.45GHz、以下
「μW」と略記する)プラズマCVD法、及びRFプラ
ズマCVD法について説明を行なうが、本発明はこれに
よって何等限定されない。 (μWプラズマCVD法)図6はμWプラズマCVD装
置の構成を示す概念的模式図である。
A method for forming a semiconductor layer suitably used for the solar cell of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Here, a microwave (2.45 GHz, hereinafter abbreviated as “μW”) plasma CVD method and an RF plasma CVD method will be described as examples, but the present invention is not limited thereto. (ΜW Plasma CVD Method) FIG. 6 is a conceptual schematic diagram showing a configuration of a μW plasma CVD apparatus.

【0075】図6中、真空容器601内に納められた基
体602は基体ヒーター603に取り付けられており、
半導体層の形成中には150℃以上、より好ましくは2
00℃以上に加熱、保持される。真空容器601にはコ
ンダクタンスバルブ604を介して真空ポンプ(不図
示)が連結されており、半導体層形成用の原料ガスが導
入されている状態で真空計605を見ながらコンダクタ
ンスバルブ604の開口を調整することにより真空容器
601内の圧力を好ましくは50mTorr以下、より
好ましくは20mTorr以下の所望の圧力となるよう
に設定することが可能である。また、真空容器601に
は大気リーク用のリークバルブ606が設けられてい
る。半導体層形成用の原料ガスとしてSiH4ガスが好
ましくは5sccm乃至500sccm、H2ガスが好
ましくは0sccm乃至1slm、ガス導入管607を
介して不図示のガス供給装置から真空容器601内に導
入される。また、p層及びn層形成時にはドーピング用
のガスとして水素で希釈したB26ガス(「B26/H
2ガス」と略記する)及び水素で希釈したPH3ガス
(「PH3/H2ガス」と略記する)がガス導入管607
を介して不図示のガス供給装置から真空容器601内に
適宜導入される。B26ガス、及びPH3ガスのSiH4
ガスに対する流量比は所望の太陽電池特性及び半導体層
形成のパラメータによって適宜決定されるが、好ましく
は0.5%乃至50%に設定される。
In FIG. 6, a substrate 602 contained in a vacuum vessel 601 is attached to a substrate heater 603.
150 ° C. or higher, more preferably 2 ° C. or more during the formation of the semiconductor layer.
Heated and maintained at 00 ° C or higher. A vacuum pump (not shown) is connected to the vacuum vessel 601 via a conductance valve 604, and the opening of the conductance valve 604 is adjusted while watching the vacuum gauge 605 in a state in which the source gas for forming a semiconductor layer is introduced. By doing so, it is possible to set the pressure in the vacuum vessel 601 to a desired pressure of preferably 50 mTorr or less, more preferably 20 mTorr or less. Further, the vacuum vessel 601 is provided with a leak valve 606 for air leak. As a source gas for forming a semiconductor layer, SiH 4 gas is preferably 5 sccm to 500 sccm, and H 2 gas is preferably 0 sccm to 1 slm, and is introduced into the vacuum vessel 601 from a gas supply device (not shown) via a gas introduction pipe 607. . In forming the p-layer and the n-layer, a B 2 H 6 gas diluted with hydrogen (“B 2 H 6 / H”) is used as a doping gas.
2 gas) and PH 3 gas diluted with hydrogen (abbreviated as “PH 3 / H 2 gas”).
Through a gas supply device (not shown) into the vacuum vessel 601. SiH 4 of B 2 H 6 gas and PH 3 gas
The flow rate ratio to the gas is appropriately determined depending on desired solar cell characteristics and semiconductor layer formation parameters, but is preferably set to 0.5% to 50%.

【0076】不図示のμW電源から供給されるμW電力
は、μW導波部608、誘電体窓609を介して真空容
器601内に導入され、プラズマを発生することによっ
て真空容器601内に導入された半導体層形成用の原料
ガスが分解、励起されることによって基体602の上に
半導体層が形成される。μW電力は好ましくは100W
以上、より好ましくは150W以上に設定可能である。
また、直流電源610による0V乃至120Vの直流バ
イアスならびに高周波電源611による0W乃至200
Wの高周波電力(周波数13.56MHz)の和をバイ
アス印加電極612に印加することも可能である。更
に、基体602とバイアス印加電極612の間には回転
によって取り去ることが可能な導電性の金属からなるメ
ッシュ613が設けられている。また、基体の直前に任
意に移動可能なシャッター(不図示)を設けることによ
って半導体層の形成をコントロールすることも可能であ
る。
The μW power supplied from a μW power supply (not shown) is introduced into the vacuum vessel 601 through the μW waveguide 608 and the dielectric window 609, and is introduced into the vacuum vessel 601 by generating plasma. The source gas for forming the semiconductor layer is decomposed and excited to form a semiconductor layer on the base 602. μW power is preferably 100W
The above can be set to more preferably 150 W or more.
Also, a DC bias of 0 V to 120 V by the DC power supply 610 and a DC bias of 0 W
It is also possible to apply the sum of W high-frequency power (frequency 13.56 MHz) to the bias application electrode 612. Further, a mesh 613 made of a conductive metal that can be removed by rotation is provided between the base 602 and the bias application electrode 612. Further, it is also possible to control the formation of the semiconductor layer by providing a shutter (not shown) which can be arbitrarily moved immediately before the base.

【0077】(RFプラズマCVD法)図7はRFプラ
ズマCVD装置の構成を示す概念的模式図である。
(RF Plasma CVD Method) FIG. 7 is a conceptual diagram showing the configuration of an RF plasma CVD apparatus.

【0078】図7中、真空容器701内に納められた基
体702は基体ヒーター703に取り付けられており、
半導体層の形成中には100℃以上、より好ましくは1
50℃以上に加熱、保持される。真空容器701にはコ
ンダクタンスバルブ704を介して真空ポンプ(不図
示)が連結されており、半導体層形成用の原料ガスが導
入されている状態で真空計705を見ながらコンダクタ
ンスバルブ704の開口を調整することにより真空容器
701内の圧力を好ましくは5Torr以下、より好ま
しくは2Torr以下の所望の圧力となるように設定す
ることが可能である。また、真空容器701には大気リ
ーク用のリークバルブ706が設けられている。半導体
層形成用の原料ガスとしてSiH4ガスが、好ましくは
0.5sccm乃至50sccm、H2ガスが好ましく
は5sccm乃至100sccm、ガス導入管707を
介して不図示のガス供給装置から真空容器701内に導
入される。また、p層及びn層形成時にはドーピング用
のガスとしてB26/H2ガス及びPH3/H2ガスをガ
ス導入管707を介して不図示のガス供給装置から真空
容器701内に適宜導入される。B26ガス、及びPH
3ガスのSiH4ガスに対する流量比は所望の太陽電池特
性及び半導体形成のパラメータによって適宜決定される
が、好ましくは0.5%乃至50%に設定される。
In FIG. 7, a substrate 702 contained in a vacuum vessel 701 is attached to a substrate heater 703.
100 ° C. or higher, more preferably 1 ° C. or more during the formation of the semiconductor layer.
Heated and maintained at 50 ° C. or higher. A vacuum pump (not shown) is connected to the vacuum vessel 701 through a conductance valve 704, and the opening of the conductance valve 704 is adjusted while watching the vacuum gauge 705 in a state where the source gas for forming the semiconductor layer is introduced. By doing so, it is possible to set the pressure in the vacuum vessel 701 to a desired pressure of preferably 5 Torr or less, more preferably 2 Torr or less. Further, the vacuum vessel 701 is provided with a leak valve 706 for atmospheric leak. As a source gas for forming a semiconductor layer, SiH 4 gas is preferably 0.5 sccm to 50 sccm, and H 2 gas is preferably 5 sccm to 100 sccm. The gas is supplied from a gas supply device (not shown) into the vacuum vessel 701 through a gas introduction pipe 707. be introduced. When forming the p-layer and the n-layer, B 2 H 6 / H 2 gas and PH 3 / H 2 gas as doping gases are appropriately introduced into a vacuum vessel 701 from a gas supply device (not shown) via a gas introduction pipe 707. be introduced. B 2 H 6 gas and PH
The flow ratio of the three gases to the SiH 4 gas is appropriately determined according to desired solar cell characteristics and semiconductor formation parameters, but is preferably set to 0.5% to 50%.

【0079】RF電源708から供給されるRF電力は
真空容器701内に導入され、接地された基体ヒーター
703及び基体702と、それに対して平行に設置され
た平板電極709との間でRFプラズマを発生すること
によって真空容器701内に導入された半導体層形成用
の原料ガスが分解、励起されることによって基体702
の上に半導体層が形成される。RF電力は好ましくは1
mW/cm3以上、より好ましくは3mW/cm3以上に
設定される。
The RF power supplied from the RF power source 708 is introduced into the vacuum chamber 701, and RF plasma is generated between the grounded substrate heater 703 and the substrate 702 and the plate electrode 709 provided in parallel to the grounded heaters 703 and 702. The generated source gas for forming a semiconductor layer introduced into the vacuum vessel 701 is decomposed and excited, and
A semiconductor layer is formed thereon. RF power is preferably 1
mW / cm 3 or more, more preferably set to 3 mW / cm 3 or more.

【0080】[0080]

【実施例】以下実施例により本発明を更に詳細に説明す
るが、本発明はこれらによって何等限定されるものでは
ない。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples, but it should not be construed that the invention is limited thereto.

【0081】(実施例1)図1に示す構成を有するa−
Si:H太陽電池を以下に説明するように作製した。
(Embodiment 1) a- having the configuration shown in FIG.
An Si: H solar cell was fabricated as described below.

【0082】本実施例では基板101として、表面に鏡
面研磨を施した10cm角、厚さ0.1mmのステンレ
ス(SUS304)板上に反射性導電層として銀を公知
の真空蒸着法で0.3μmの厚さに形成したものを用い
た。
In this embodiment, as a substrate 101, a 0.3-μm-thick silver was formed as a reflective conductive layer on a 10 cm square, 0.1 mm thick stainless steel (SUS304) plate having a mirror-polished surface by a known vacuum deposition method. Formed to a thickness of.

【0083】この上に、炭素原子を含む酸化亜鉛層10
2を、図5に示すプレーナ型DCマグネトロンスパッタ
装置を用いて以下のようにして形成した。
On this, a zinc oxide layer 10 containing carbon atoms is formed.
2 was formed as follows using a planar DC magnetron sputtering apparatus shown in FIG.

【0084】加熱板503に予め銀を蒸着した基板50
8を取り付けた後、真空容器501内を不図示のポンプ
によって真空排気した。真空容器501内の真空度が1
-5Torr以下になったことを真空計523で確認し
た後ヒーター506に通電し、温度コントローラー50
5によって加熱板503を400℃に加熱・保持した。
The substrate 50 on which silver was previously deposited on the heating plate 503
After attaching 8, the inside of the vacuum vessel 501 was evacuated by a pump (not shown). The degree of vacuum in the vacuum vessel 501 is 1
After confirming with a vacuum gauge 523 that the pressure has become 0 -5 Torr or less, the heater 506 is energized and the temperature controller 50 is turned on.
5, the heating plate 503 was heated and held at 400 ° C.

【0085】本実施例ではターゲット510は、3原子
%の炭素原子を含んだ酸化亜鉛のパウダーを焼結したも
のを用いた。スパッタガスとしてアルゴンガスを24s
ccmの流量となるようにマスフローコントローラー5
20で調整しながら供給し、流量が安定した後、ターゲ
ット510にターゲット台512を介してスパッタ電源
よりDC電圧を、スパッタ電流が0.3Aとなるように
設定・印加した。また、スパッタ中の内部圧力は7mT
orrに保った。
In the present embodiment, the target 510 was obtained by sintering a powder of zinc oxide containing 3 atomic% of carbon atoms. Argon gas for 24 seconds as sputtering gas
Mass flow controller 5 so that the flow rate becomes ccm
After adjusting the flow rate at 20 and the flow rate was stabilized, a DC voltage was set and applied to the target 510 from the sputtering power source via the target base 512 so that the sputtering current became 0.3 A. The internal pressure during sputtering is 7 mT
orr.

【0086】以上のようにして酸化亜鉛層の形成を開始
し、該酸化亜鉛層の層厚が1.0μmに達した後、スパ
ッタ電源からの電力の供給、スパッタガスの供給、ヒー
ター506ヘの通電を停止し、基板冷却後、真空容器5
01内を大気リークして酸化亜鉛層を形成した基板を取
り出した。
The formation of the zinc oxide layer is started as described above. After the thickness of the zinc oxide layer reaches 1.0 μm, supply of power from a sputtering power source, supply of a sputtering gas, and After stopping the energization and cooling the substrate, the vacuum vessel 5
The substrate on which the zinc oxide layer was formed was taken out by leaking air from the inside of No. 01.

【0087】続いて、この上にa−Si:Hからなるn
型半導体層103、i型半導体層104およびp型半導
体層105を、図6に示すμWプラズマCVD装置を用
いて形成した。
Subsequently, an n-layer made of a-Si: H
The type semiconductor layer 103, the i-type semiconductor layer 104, and the p-type semiconductor layer 105 were formed using a μW plasma CVD apparatus shown in FIG.

【0088】前述のようにして炭素原子を含む酸化亜鉛
層を形成した基板602を基板ヒーター603に取り付
けた後、不図示の真空ポンプにより真空容器601内を
真空排気し、真空計605の読みが約1×10-4Tor
rになった時点で基板ヒーター603に通電して基板ヒ
ーター603を380℃に加熱・保持した。
After attaching the substrate 602 on which the zinc oxide layer containing carbon atoms is formed as described above to the substrate heater 603, the inside of the vacuum vessel 601 is evacuated by a vacuum pump (not shown). About 1 × 10 -4 Torr
At time r, the substrate heater 603 was energized to heat and maintain the substrate heater 603 at 380 ° C.

【0089】次に不図示の半導体層形成用原料ガス導入
バルブを徐々に開いて、SiH4ガス、H2ガスおよびH
2ガスで10%に希釈されたPH3ガス(以下「PH3
2ガス」と略記する)をガス導入管607を通じて真
空容器601内に流入させた。この時、SiH4ガス流
量が10sccm、H2ガス流量が100sccmおよ
びPH3/H2ガス流量が1.0sccmとなるように不
図示のマスフローコントローラーで調整した。
Next, the material gas introducing valve (not shown) for forming the semiconductor layer is gradually opened to open the SiH 4 gas, H 2 gas and H 2 gas.
PH 3 gas diluted to 10% with 2 gases (hereinafter “PH 3 /
H 2 gas ”) was introduced into the vacuum vessel 601 through the gas introduction pipe 607. At this time, the mass flow controller (not shown) adjusted the flow rate of the SiH 4 gas to 10 sccm, the flow rate of the H 2 gas to 100 sccm, and the flow rate of the PH 3 / H 2 gas to 1.0 sccm.

【0090】ガス流量が安定したところで、真空容器6
01内の圧力が5mTorrとなるように真空計605
を見ながらコンダクタンスバルブ604の開口を調整し
た。次に、直流電源610による+100Vの直流バイ
アスをバイアス印加電極612に印加した。その後、不
図示のμW電源の電力を400Wに設定し、不図示の導
波管、導波部608および誘電体窓609を通じて真空
容器601内にμW電力を導入しμWグロー放電を生起
させ、基板602上にn型半導体層の形成を開始した。
When the gas flow rate becomes stable, the vacuum vessel 6
01 vacuum gauge 605 so that the pressure in 01 becomes 5 mTorr.
, The opening of the conductance valve 604 was adjusted. Next, a DC bias of +100 V from the DC power supply 610 was applied to the bias application electrode 612. Thereafter, the power of a μW power supply (not shown) is set to 400 W, and μW power is introduced into the vacuum vessel 601 through a waveguide (not shown), a waveguide 608, and a dielectric window 609 to generate μW glow discharge. The formation of an n-type semiconductor layer on 602 was started.

【0091】n型半導体層103の層厚が約20nmと
なったところでμW電力の導入を止め、直流電源610
の出力を切り、また、真空容器601内へのガス導入を
止め、n型半導体層103の形成を終えた。
When the thickness of the n-type semiconductor layer 103 becomes about 20 nm, the introduction of the μW power is stopped, and the DC power
Was cut off, and the introduction of gas into the vacuum vessel 601 was stopped, and the formation of the n-type semiconductor layer 103 was completed.

【0092】次に、i型半導体層104の形成を以下の
ようにして行なった。まず、基板602を基板ヒーター
603により250℃に加熱・保持し、SiH4ガス1
50sccmをガス導入管607を通じて真空容器60
1内に導入した。真空容器601内の圧力が5mTor
rとなるように真空計605を見ながらコンダクタンス
バルブ604の開口を調整した。次に、その際回転可能
なメッシュ状グリッド603を回転させ、基板602近
傍から取り除いた。次に、直流電源610による+60
Vの直流バイアスならびに高周波電源611による10
0Wの高周波電力(周波数13.56MHz)の和をバ
イアス印加電極612に印加した。その後、不図示のμ
W電源の電力を300Wに設定し、不図示の導波管、導
波部608および誘電体窓609を通じて真空容器60
1内にμW電力を導入し、μWグロー放電を生起させ、
n型半導体層上にi型半導体層の形成を開始した。
Next, the formation of the i-type semiconductor layer 104 was performed as follows. First, the substrate 602 is heated and held at 250 ° C. by the substrate heater 603, and the SiH 4 gas 1
50 sccm is supplied through the gas introduction pipe 607 to the vacuum vessel 60.
1 was introduced. The pressure in the vacuum vessel 601 is 5 mTorr
The opening of the conductance valve 604 was adjusted while watching the vacuum gauge 605 so as to obtain r. Next, at that time, the rotatable mesh grid 603 was rotated and removed from the vicinity of the substrate 602. Next, +60 by DC power supply 610
V DC bias and 10
The sum of 0 W high-frequency power (frequency 13.56 MHz) was applied to the bias application electrode 612. Then, μ (not shown)
The power of the W power supply is set to 300 W, and the vacuum vessel 60 is set through a waveguide, a waveguide 608 and a dielectric window 609 (not shown).
1 to introduce μW electric power to generate μW glow discharge,
The formation of the i-type semiconductor layer on the n-type semiconductor layer was started.

【0093】i型半導体層104の層厚が約400nm
となったところでμW電力の導入を止め、直流電源61
0と高周波電源611の出力を切り、また、真空容器6
01内へのガス導入を止め、i型半導体層104の形成
を終えた。
The thickness of the i-type semiconductor layer 104 is about 400 nm.
At the point where the introduction of μW power was stopped and the DC power supply 61
0 and the output of the high frequency power supply 611 are turned off.
The introduction of the gas into the inside of the semiconductor device 01 was stopped, and the formation of the i-type semiconductor layer 104 was completed.

【0094】次に、p型半導体層105の形成を以下の
ようにして行なった。まず、基板602を基板ヒーター
603により200℃に加熱・保持し、SiH4ガス、
2ガス、H2ガスで10%に希釈されたBF3ガス(以
下「BF3/H2ガス」と略記する)をガス導入管607
を通じて真空容器601内に導入した。この時、SiH
4ガス流量が10sccm、H2ガス流量が100scc
m、BF3/H2ガス流量が1sccmとなるように各々
のマスフローコントローラーで調整した。真空容器60
1内の圧力が5mTorrとなるように真空計605を
見ながらコンダクタンスバルブ604の開口を調整し
た。次に、直流電源610による+100Vの直流バイ
アスをバイアス印加電極612に印加した。その後、不
図示のμW電源の電力を400Wに設定し、不図示の導
波管、導波部608および誘電体窓609を通じて真空
容器601内にμW電力を導入し、μWグロー放電を生
起させ、i型半導体層上にp型半導体層の形成を開始し
た。
Next, formation of the p-type semiconductor layer 105 was performed as follows. First, the substrate 602 is heated and maintained at 200 ° C. by the substrate heater 603, and the SiH 4 gas,
H 2 gas, BF 3 gas diluted to 10% with H 2 gas (hereinafter abbreviated as “BF 3 / H 2 gas”) is introduced into a gas introduction pipe 607.
And introduced into the vacuum vessel 601. At this time, SiH
4 Gas flow rate is 10 sccm, H 2 gas flow rate is 100 sccc
m and BF 3 / H 2 gas flow rate were adjusted by each mass flow controller so as to be 1 sccm. Vacuum container 60
The opening of the conductance valve 604 was adjusted while watching the vacuum gauge 605 so that the pressure inside 1 became 5 mTorr. Next, a DC bias of +100 V from the DC power supply 610 was applied to the bias application electrode 612. Thereafter, the power of a μW power supply (not shown) is set to 400 W, and μW power is introduced into the vacuum vessel 601 through a waveguide (not shown), a waveguide 608 and a dielectric window 609 to generate a μW glow discharge, The formation of the p-type semiconductor layer on the i-type semiconductor layer was started.

【0095】p型半導体層105の層厚が約10nmと
なったところでμW電力の導入を止め、直流電源610
の出力を切り、また、真空容器601内へのガス導入を
止め、p型半導体層105の形成を終えた。
When the thickness of the p-type semiconductor layer 105 becomes about 10 nm, the introduction of μW power is stopped, and the DC power
Was turned off, and the introduction of gas into the vacuum vessel 601 was stopped to complete the formation of the p-type semiconductor layer 105.

【0096】次いで、真空容器601、及びガス導入管
607等の内部のアルゴンパージを3回繰り返し行なっ
てからガス導入用バルブを閉じ、リークバルブ606を
開けて真空容器601内を大気リークし、表面上にn型
半導体層、i型半導体層およびp型半導体層が形成され
た基板602を真空容器601内から取り出した。
Next, the inside of the vacuum vessel 601 and the gas introduction pipe 607 are repeatedly purged with argon three times, and then the gas introduction valve is closed, the leak valve 606 is opened, and the inside of the vacuum vessel 601 is leaked to the atmosphere. The substrate 602 on which the n-type semiconductor layer, the i-type semiconductor layer, and the p-type semiconductor layer were formed was taken out of the vacuum vessel 601.

【0097】次の工程として、上記のようにして形成し
たa−Si:H太陽電池のp型半導体層105上に、透
明電極107として層厚が75nmのITO(In23
+SnO2)を、公知の抵抗加熱真空蒸着法にて真空蒸
着し、さらに集電電極108として層厚が2μmのAl
を、公知の抵抗加熱真空蒸着法にて蒸着し、a−Si:
H太陽電池を作製した。
Next, as a transparent electrode 107, a 75 nm thick ITO (In 2 O 3 ) was formed on the p-type semiconductor layer 105 of the a-Si: H solar cell formed as described above.
+ SnO 2 ) is vacuum-deposited by a well-known resistance heating vacuum deposition method, and a 2 μm thick Al
Is deposited by a known resistance heating vacuum deposition method, and a-Si:
An H solar cell was produced.

【0098】更に、プレーナ型DCマグネトロンスパッ
タ法におけるターゲットとなる酸化亜鉛中の炭素原子の
濃度を様々に変化させて酸化亜鉛層102を形成した点
を除いて他の条件はまったく変えずにa−Si:H太陽
電池の作製を行なうことによって、基板101の上に形
成する酸化亜鉛層102中の炭素原子濃度に対する太陽
電池特性の依存性を以下のようにして調ベた。
Further, except that the zinc oxide layer 102 was formed by variously changing the concentration of carbon atoms in the zinc oxide serving as the target in the planar DC magnetron sputtering method, the other conditions were not changed at all. By manufacturing a Si: H solar cell, the dependency of the solar cell characteristics on the carbon atom concentration in the zinc oxide layer 102 formed on the substrate 101 was measured as follows.

【0099】これらの太陽電池に対してソーラーシミュ
レーター(山下電装、YSS−150)を用いて疑似太
陽光(AM−1.5、100mW/cm2)の下で電流
−電圧特性を測定し光電変換効率を求めるとともに、各
々の太陽電池の酸化亜鉛層中の炭素原子濃度をSIMS
で測定し、それらの関係を調べた。その結果を図8に示
す。図8の各データは、最大値を1として規格化した値
である。
The current-voltage characteristics of these solar cells were measured under simulated sunlight (AM-1.5, 100 mW / cm 2 ) using a solar simulator (Yamashita Denso, YSS-150), and photoelectric conversion was performed. SIMS was used to determine the efficiency and to determine the carbon atom concentration in the zinc oxide layer of each solar cell.
And their relationships were investigated. FIG. 8 shows the result. Each data in FIG. 8 is a value normalized by setting the maximum value to 1.

【0100】なお、各々の太陽電池において、酸化亜鉛
層中の炭素原子の濃度はばらつき10%の範囲で一定で
あった。
In each of the solar cells, the concentration of carbon atoms in the zinc oxide layer was constant within a variation range of 10%.

【0101】また、比較例として、酸化亜鉛層中に炭素
原子を添加しないという点を除いて他の条件、構成等を
等しくした太陽電池を作成した。該比較例の太陽電池の
変換効率は、実施例1の太陽電池の内、最高の値を1と
した場合、0.87と大きく下まわっていた。このこと
から明らかなように本実施例の太陽電池の変換効率は改
善されているのが分かる。また、酸化亜鉛層中に炭素原
子を5原子%以下の一定の濃度で含む太陽電池では光電
変換効率が飛躍的に高められていることがわかった。ま
た、光電変換効率が向上した太陽電池においてどの点が
最も改善されているかを調ベてみると、とりわけ太陽電
池素子内の直列抵抗が大きく改善されており、その結果
フィルファクター、ひいては光電変換効率が高められて
いることがわかった。これは、酸化亜鉛層中に炭素原子
をドーピングすることによって酸化亜鉛層の電気抵抗率
が有効に下げられたためであると考えられる。
As a comparative example, a solar cell having the same other conditions, configurations, and the like except that no carbon atom was added to the zinc oxide layer was prepared. The conversion efficiency of the solar cell of the comparative example was significantly lower than 0.87 when the highest value among the solar cells of Example 1 was 1. It is clear from this that the conversion efficiency of the solar cell of this example is improved. In addition, it was found that the photoelectric conversion efficiency of the solar cell containing carbon atoms in the zinc oxide layer at a certain concentration of 5 atomic% or less was dramatically improved. Also, when examining which point is the most improved in the solar cell with improved photoelectric conversion efficiency, especially the series resistance in the solar cell element has been greatly improved, and as a result, the fill factor and, consequently, the photoelectric conversion efficiency have been improved. Was found to be elevated. This is considered to be because the electrical resistivity of the zinc oxide layer was effectively reduced by doping carbon atoms into the zinc oxide layer.

【0102】また、これらの太陽電池の実使用条件下で
の信頼性を調べるために以下のような耐久試験を行なっ
た。
Further, in order to examine the reliability of these solar cells under actual use conditions, the following durability test was performed.

【0103】実施例1で製作した太陽電池の各々をポリ
フッ化ビニリデン(VDF)からなる保護フィルムで真
空封止し、実使用条件下(屋外に設置、両電極に50オ
ームの固定抵抗を接続)に1年間置いた後、再び光電変
換効率の評価を行い、光照射、温度差、風雨等に起因す
る劣化率(劣化により損なわれた光電変換効率の値を初
期の光電変換効率の値で割ったもの)を調ベた。得られ
たデータを規格化した結果を図9に示す。前記比較例の
太陽電池の劣化率は図9のデータの最小値の1.22倍
であった。この結果から、特に、酸化亜鉛層中に炭素原
子を5原子%以下の一定の濃度で含む太陽電池では信頼
性が飛躍的に高められていることがわかる。
Each of the solar cells manufactured in Example 1 was vacuum-sealed with a protective film made of polyvinylidene fluoride (VDF), and used under actual use conditions (installed outdoors, a fixed resistance of 50 ohms was connected to both electrodes). After one year, the photoelectric conversion efficiency is evaluated again, and the deterioration rate caused by light irradiation, temperature difference, wind and rain (the value of the photoelectric conversion efficiency impaired by the deterioration is divided by the initial photoelectric conversion efficiency value). ). FIG. 9 shows the result of normalizing the obtained data. The deterioration rate of the solar cell of the comparative example was 1.22 times the minimum value of the data in FIG. From these results, it can be seen that the reliability has been dramatically improved particularly in a solar cell in which the zinc oxide layer contains carbon atoms at a constant concentration of 5 atomic% or less.

【0104】(実施例2)図2に示すように炭素原子を
含む酸化亜鉛層202、207を、基板201とn型半
導体層203の間と、及びp型半導体層と透明導電層2
08の間の両方に形成してなる構成を有するa−Si:
H太陽電池を以下に説明するように作製した。
Example 2 As shown in FIG. 2, zinc oxide layers 202 and 207 containing carbon atoms were formed between a substrate 201 and an n-type semiconductor layer 203 and between a p-type semiconductor layer and a transparent conductive layer 2.
A-Si having a configuration formed on both sides during the period 08:
H solar cells were fabricated as described below.

【0105】本実施例では基板101として、表面に鏡
面研磨を施した10cm角、厚さ1mmのアルミニウム
板を用いた。この上に、炭素原子を含む酸化亜鉛層20
2を実施例lと同様にして形成し、その上に、n型半導
体層203、i型半導体層204、及びp型半導体層2
05を、図7に示すRFプラズマCVD装置を用いて、
以下に説明する方法で形成した。
In this embodiment, a 10 cm square, 1 mm thick aluminum plate having a mirror-polished surface is used as the substrate 101. On this, a zinc oxide layer 20 containing carbon atoms is formed.
2 was formed in the same manner as in Example 1, and an n-type semiconductor layer 203, an i-type semiconductor layer 204, and a p-type semiconductor layer 2 were formed thereon.
05 using the RF plasma CVD apparatus shown in FIG.
It was formed by the method described below.

【0106】炭素原子を含む酸化亜鉛層を形成した基板
702を基板ヒーター703に取り付けた後、不図示の
真空ポンプにより真空容器701内を真空排気し、真空
計705の読みが約1×10-4Torrになった時点で
基板ヒーター703に通電して基板ヒーター703を3
00℃に加熱・保持した。
After the substrate 702 on which the zinc oxide layer containing carbon atoms is formed is attached to the substrate heater 703, the inside of the vacuum vessel 701 is evacuated by a vacuum pump (not shown), and the vacuum gauge 705 reads about 1 × 10 −. At 4 Torr, the substrate heater 703 is energized by turning on the substrate heater 703.
Heated and maintained at 00 ° C.

【0107】次に不図示の半導体層形成用原料ガス導入
バルブを徐々に開いて、SiH4ガス、H2ガスおよびP
3/H2ガスをガス導入管707を通じて真空容器70
1内に流入させた。この時、SiH4ガス流量が2sc
cm、H2ガス流量が50sccm、PH3/H2ガス流
量が1sccmとなるようにマスフローコントローラー
(不図示)で調整した。真空容器701内の圧力が1T
orrとなるように真空計705を見ながらコンダクタ
ンスバルブ704の開口を調整した。
Next, the semiconductor layer forming raw material gas introduction valve (not shown) is gradually opened, and the SiH 4 gas, the H 2 gas and the P
H 3 / H 2 gas is introduced into the vacuum vessel 70 through the gas introduction pipe 707.
1 was introduced. At this time, the flow rate of the SiH 4 gas is 2 sc
cm, H 2 gas flow rate was adjusted to 50 sccm, and PH 3 / H 2 gas flow rate was adjusted to 1 sccm by a mass flow controller (not shown). The pressure inside the vacuum vessel 701 is 1T
The opening of the conductance valve 704 was adjusted while looking at the vacuum gauge 705 so that the pressure became orr.

【0108】真空容器701内の圧力が安定したところ
で、不図示のRF電源の電力を200mW/cm3に設
定し、RFマッチングボックス708を通じてカソード
709にRF電力を導入し、RFグロー放電を生起さ
せ、酸化亜鉛層202上にn型半導体層203の形成を
開始した。
When the pressure in the vacuum chamber 701 is stabilized, the power of an RF power source (not shown) is set to 200 mW / cm 3 , and RF power is introduced to the cathode 709 through the RF matching box 708 to generate RF glow discharge. Then, the formation of the n-type semiconductor layer 203 on the zinc oxide layer 202 was started.

【0109】n型半導体層の層厚が5nmとなったとこ
ろでRFグロー放電を止め、真空容器701内へのガス
流入を止め、n型層の作製を終えた。
When the thickness of the n-type semiconductor layer reached 5 nm, the RF glow discharge was stopped, the gas flow into the vacuum vessel 701 was stopped, and the fabrication of the n-type layer was completed.

【0110】次いで、n型半導体層203の上にi型半
導体層204の形成を次のように行なった。基板702
を基板ヒーター703により280℃に加熱・保持し、
SiH4ガス、H2ガスをガス導入管707を通じて真空
容器701内に流入させた。この時、SiH4ガス流量
が2sccm、H2ガス流量が20sccmとなるよう
に調整した。真空容器701内の圧力が1Torrとな
るように真空計705を見ながらコンダクタンスバルブ
704の開ロを調整した。その後、不図示のRF電源の
電力を5mW/cm3に設定し、RFマッチングボック
ス708を通じてカソード709にRF電力を導入し、
RFグロー放電を生起させ、n型半導体層203の上に
i型半導体層204の形成を開始した。
Next, an i-type semiconductor layer 204 was formed on the n-type semiconductor layer 203 as follows. Substrate 702
Is heated and held at 280 ° C. by the substrate heater 703,
SiH 4 gas and H 2 gas were introduced into the vacuum vessel 701 through the gas introduction pipe 707. At this time, the SiH 4 gas flow rate was adjusted to 2 sccm and the H 2 gas flow rate was adjusted to 20 sccm. The opening of the conductance valve 704 was adjusted while watching the vacuum gauge 705 so that the pressure in the vacuum vessel 701 became 1 Torr. Thereafter, the power of an RF power supply (not shown) is set to 5 mW / cm 3 , and RF power is introduced to the cathode 709 through the RF matching box 708,
An RF glow discharge was caused to start forming an i-type semiconductor layer 204 on the n-type semiconductor layer 203.

【0111】i型半導体層204の層厚が400nmと
なったところでRFグロー放電及びガスの導入を止め、
i型半導体層204の形成を終えた。
When the thickness of the i-type semiconductor layer 204 becomes 400 nm, the RF glow discharge and the introduction of gas are stopped.
The formation of the i-type semiconductor layer 204 has been completed.

【0112】次いで、i型半導体層204の上にp型半
導体層207の形成を次のようにして行なった。基板7
02を基板ヒーター703により250℃に加熱・保持
し、SiH4ガス、H2ガス,B26/H2ガスをガス導
入管707を通じて真空容器701内に流入させた。こ
の時、SiH4ガス流量が2sccm、H2ガス流量が2
0sccm、B26/H2ガス流量が1sccmとなる
ようにマスフローコントローラーで調整した。真空容器
701内の圧力が1Torrとなるように真空計705
を見ながらコンダクタンスバルブ704の開口を調整し
た。その後、不図示のRF電源の電力を10mW/cm
3に設定し、RFマッチングボックス709を通じてカ
ソード709にRF電力を導入し、RFグロー放電を生
起させ、i型半導体層204の上にp型半導体層205
の形成を開始した。
Next, a p-type semiconductor layer 207 was formed on the i-type semiconductor layer 204 as follows. Substrate 7
02 was heated and maintained at 250 ° C. by the substrate heater 703, and SiH 4 gas, H 2 gas, and B 2 H 6 / H 2 gas were introduced into the vacuum vessel 701 through the gas introduction pipe 707. At this time, the flow rate of the SiH 4 gas was 2 sccm, and the flow rate of the H 2 gas was 2 sccm.
It was adjusted with a mass flow controller so that the flow rate of the B 2 H 6 / H 2 gas was 1 sccm at 0 sccm. Vacuum gauge 705 so that the pressure in vacuum vessel 701 becomes 1 Torr.
, The opening of the conductance valve 704 was adjusted. Thereafter, the power of an RF power source (not shown) was increased to 10 mW / cm.
The RF power is introduced to the cathode 709 through the RF matching box 709 to generate RF glow discharge, and the p-type semiconductor layer 205 is set on the i-type semiconductor layer 204.
Began to form.

【0113】p型半導体層205の層厚が10nmとな
ったところでRFグロー放電及びガスの導入を止め、p
型半導体層205の形成を終えた。
When the thickness of the p-type semiconductor layer 205 becomes 10 nm, the RF glow discharge and the introduction of gas are stopped,
The formation of the mold semiconductor layer 205 has been completed.

【0114】p型半導体層205の形成終了後、真空容
器701、及びガス導入管707等の内部のアルゴンパ
ージを3回繰り返し行なってからガス導入用バルブを閉
じ、リークバルブ706を開けて真空容器701内を大
気リークし、表面上にn型半導体層、i型半導体層およ
びp型半導体層が形成された基板702を真空容器70
1内から取り出した。
After the formation of the p-type semiconductor layer 205 is completed, argon purging inside the vacuum vessel 701 and the gas introduction pipe 707 is repeated three times, then the gas introduction valve is closed, the leak valve 706 is opened, and the vacuum vessel is opened. The substrate 702 having an n-type semiconductor layer, an i-type semiconductor layer, and a p-type semiconductor layer formed on its surface is leaked to the atmosphere
Removed from inside 1.

【0115】次に、p型半導体層205の上に、炭素原
子を含む酸化亜鉛層208を、加熱板503の温度を2
30℃に設定した点を除いて酸化亜鉛層202を形成し
たときと同様にして形成した。
Next, a zinc oxide layer 208 containing carbon atoms is formed on the p-type semiconductor layer 205 by setting the temperature of the heating plate 503 to 2.
Except that the temperature was set at 30 ° C., it was formed in the same manner as when the zinc oxide layer 202 was formed.

【0116】続いて、この酸化亜鉛層207の上に、実
施例1と同様にして透明電極208と集電電極209を
形成し、a−Si:H太陽電池を作製した。
Subsequently, a transparent electrode 208 and a current collecting electrode 209 were formed on the zinc oxide layer 207 in the same manner as in Example 1, and an a-Si: H solar cell was manufactured.

【0117】このようにして作製された太陽電池に対し
て実施例1と同様の測定を行なった。
The same measurement as in Example 1 was performed on the solar cell manufactured as described above.

【0118】実施例2で作製された太陽電池の酸化亜鉛
層中に含まれる炭素原子の濃度は3原子%、ばらつき1
0%で一定していた。
The concentration of carbon atoms contained in the zinc oxide layer of the solar cell fabricated in Example 2 was 3 atomic%, and the variation was 1
It was constant at 0%.

【0119】実施例1において作製された太陽電池の
内、酸化亜鉛層中の炭素原子の濃度がほぼ等しいものと
比較した。その結果、実施例2で作製された太陽電池す
なわち半導体層の両側に酸化亜鉛層を有する太陽電池の
光電変換効率と劣化率は、実施例1で作製された太陽電
池すなわち半導体層の基板側にのみ酸化亜鉛層を有する
太陽電池の光電変換効率と劣化率の値を1とした場合、
それぞれ0.98及び0.95であった。
A comparison was made between the solar cells fabricated in Example 1 and those having the same concentration of carbon atoms in the zinc oxide layer. As a result, the photoelectric conversion efficiency and the deterioration rate of the solar cell manufactured in Example 2, that is, the solar cell having the zinc oxide layer on both sides of the semiconductor layer, are lower than those of the solar cell manufactured in Example 1, that is, the substrate side. When the value of the photoelectric conversion efficiency and the deterioration rate of a solar cell having only a zinc oxide layer is set to 1,
They were 0.98 and 0.95, respectively.

【0120】この結果から、本実施例で作製されたよう
に半導体層の両側に炭素原子を含む酸化亜鉛層を有する
太陽電池は、片側にのみ有する太陽電池と比較して初期
効率では若干劣るものの信頼性において優れていること
がわかる。
From these results, it can be seen that the solar cell having the zinc oxide layer containing carbon atoms on both sides of the semiconductor layer as manufactured in this example is slightly inferior in initial efficiency to the solar cell having only one side on one side. It turns out that it is excellent in reliability.

【0121】(実施例3)本実施例においては、酸化亜
鉛層の形成にイオンプレーティング法を用いた。イオン
プレーティング法による酸化亜鉛層の形成において、原
料は金属亜鉛(純度99.9%)を用い、ボートには亜
鉛が昇華性の金属であるためモリブデン製の昇華性金属
用ボートを用い、Lカップルの電極に13.56MHz
の高周波電力を印加した。使用したガスは酸素ガスと二
酸化炭素ガス(酸素ガスに対する混合比5%)の混合ガ
スである。
Example 3 In this example, an ion plating method was used to form a zinc oxide layer. In the formation of the zinc oxide layer by the ion plating method, the raw material uses metallic zinc (purity 99.9%), and since the zinc is a sublimable metal, a molybdenum sublimable metal boat is used. 13.56 MHz for couple electrodes
Of high frequency power was applied. The gas used was a mixed gas of oxygen gas and carbon dioxide gas (mixing ratio of 5% to oxygen gas).

【0122】上記の点を除いて他の条件・方法は実施例
1と同様にしてa−Si:H太陽電池を作製し、作製さ
れた太陽電池に対して実施例1と同様の測定を行なっ
た。
An a-Si: H solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1 except for the above-mentioned points, and the same measurement as in Example 1 was performed on the manufactured solar cell. Was.

【0123】実施例3で作製された太陽電池の酸化亜鉛
層中に含まれる炭素原子の濃度は2原子%で一定してい
た。
The concentration of carbon atoms contained in the zinc oxide layer of the solar cell manufactured in Example 3 was constant at 2 atomic%.

【0124】実施例1において作製された太陽電池の
内、酸化亜鉛層中の炭素原子の濃度がほぼ等しいものと
比較した。その結果、実施例3で作製された太陽電池の
光電変換効率と劣化率は、実施例1で作製された太陽電
池の光電変換効率と劣化率の値を1とした場合、それぞ
れ1.06及び0.99であった。
A comparison was made between the solar cells fabricated in Example 1 and those having substantially the same carbon atom concentration in the zinc oxide layer. As a result, the photoelectric conversion efficiency and the deterioration rate of the solar cell manufactured in Example 3 were 1.06 and 1.06, respectively, when the value of the photoelectric conversion efficiency and the deterioration rate of the solar cell manufactured in Example 1 was 1. 0.99.

【0125】(実施例4)図3に示すようにガラス基板
301上に透明電極302、炭素原子を含む酸化亜鉛層
303、p型半導体層304、i型半導体層305、n
型半導体層306、炭素原子を含む酸化亜鉛層308、
裏面電極309を順次形成してなるa−Si:H太陽電
池を作製した。ガラス基板301として、両面を研磨し
たコーニング#7059ガラス基板を用い、酸化錫(S
nO2)膜からなる透明電極302及び裏面電極309
の形成には通常の真空加熱蒸着法を用い、炭素原子を含
む酸化亜鉛層303、308の形成には通常のRFスパ
ッタ法を用い、各半導体層の形成にはRFプラズマCV
D法を用いた。酸化亜鉛層303、308中に含まれる
炭素原子の濃度を、SIMSで測定したところ、共に3
原子%で一定であった。 このようにして作製されたa
−Si:H太陽電池に対する比較例として、炭素原子を
含む酸化亜鉛層303、308を有しないという点を除
いて実施例4と同様にしてa−Si:H太陽電池を作製
した。
Example 4 As shown in FIG. 3, a transparent electrode 302, a zinc oxide layer 303 containing carbon atoms, a p-type semiconductor layer 304, an i-type semiconductor layer 305, and n
Semiconductor layer 306, a zinc oxide layer 308 containing carbon atoms,
An a-Si: H solar cell in which the back electrode 309 was sequentially formed was manufactured. As the glass substrate 301, a Corning # 7059 glass substrate having both surfaces polished was used, and tin oxide (S
nO 2 ) film transparent electrode 302 and back electrode 309
Is formed using a normal vacuum heating deposition method, the zinc oxide layers 303 and 308 containing carbon atoms are formed using a normal RF sputtering method, and each semiconductor layer is formed using an RF plasma CV.
Method D was used. The concentration of carbon atoms contained in the zinc oxide layers 303 and 308 was measured by SIMS.
It was constant at atomic%. A produced in this way
As a comparative example for the -Si: H solar cell, an a-Si: H solar cell was produced in the same manner as in Example 4 except that the zinc oxide layers 303 and 308 containing carbon atoms were not provided.

【0126】これらの太陽電池の特性を実施例1と同様
に測定した。その結果、実施例4の太陽電池は比較例の
太陽電池に比べて光電変換効率の値で1.10倍、劣化
率の値で0.85倍と非常に優れたものとなっていた。
The characteristics of these solar cells were measured in the same manner as in Example 1. As a result, the solar cell of Example 4 was extremely superior to the solar cell of the comparative example, with a photoelectric conversion efficiency value of 1.10 times and a deterioration rate value of 0.85 times.

【0127】(実施例5)本実施例では、酸化亜鉛層1
02の形成方法を除き実施例1と同様にして図1に示す
構成の太陽電池を作製した。
(Embodiment 5) In this embodiment, the zinc oxide layer 1
A solar cell having the configuration shown in FIG. 1 was manufactured in the same manner as in Example 1 except for the method of forming No. 02.

【0128】本実施例では、反射性導電層を形成した基
板101の上に、濃度が連続的に変化する炭素原子を含
む酸化亜鉛層102を、図5に示すプレーナ型DCマグ
ネトロンスパッタ装置を用いて以下のようにして形成し
た。
In this embodiment, a zinc oxide layer 102 containing a carbon atom whose concentration changes continuously is formed on a substrate 101 on which a reflective conductive layer is formed by using a planar DC magnetron sputtering apparatus shown in FIG. It was formed as follows.

【0129】加熱板503に予め銀を蒸着した基板50
8を取り付けた後、真空容器501内を不図示のポンプ
によって真空排気した。真空容器501内の真空度が1
-5Torr以下になったことを真空計523で確認し
た後ヒーター506に通電し、温度コントローラー50
5によって加熱板503を400℃に加熱・保持した。
The substrate 50 on which silver is deposited in advance on the heating plate 503
After attaching 8, the inside of the vacuum vessel 501 was evacuated by a pump (not shown). The degree of vacuum in the vacuum vessel 501 is 1
After confirming with a vacuum gauge 523 that the pressure has become 0 -5 Torr or less, the heater 506 is energized and the temperature controller 50 is turned on.
5, the heating plate 503 was heated and held at 400 ° C.

【0130】本実施例ではターゲット510は、3原子
%の炭素原子を含んだ酸化亜鉛のパウダーを焼結したも
のを用いた。スパッタガスとしてアルゴンガスを24s
ccmの流量となるようにマスフローコントローラー5
20で調整しながら供給し、流量が安定した後、ターゲ
ット510にターゲット台512を介してスパッタ電源
よりDC電圧を、スパッタ電流が0.3Aとなるように
設定・印加した。また、スパッタ中の内部圧力は7mT
orrに保った。
In the present embodiment, the target 510 was obtained by sintering a powder of zinc oxide containing 3 atomic% of carbon atoms. Argon gas for 24 seconds as sputtering gas
Mass flow controller 5 so that the flow rate becomes ccm
After adjusting the flow rate at 20 and the flow rate was stabilized, a DC voltage was set and applied to the target 510 from the sputtering power source via the target base 512 so that the sputtering current became 0.3 A. The internal pressure during sputtering is 7 mT
orr.

【0131】以上のようにして酸化亜鉛層の形成を開始
した後、スパッタ電源を調節し、DCを連続的に増加さ
せることによりスパッタ電流を次第に増加させた。酸化
亜鉛層の層厚が1.0μmに達した時点でスパッタ電流
は0.5Aになっていた。酸化亜鉛層の層厚が1.0μ
mに達した後、スパッタ電源からの電力の供給、スパッ
タガスの供給、ヒーター506ヘの通電を停止し、基板
冷却後、真空容器501内を大気リークして酸化亜鉛層
を形成した基板を取り出した。
After the formation of the zinc oxide layer was started as described above, the sputter current was gradually increased by adjusting the sputtering power source and continuously increasing DC. When the thickness of the zinc oxide layer reached 1.0 μm, the sputter current was 0.5 A. The thickness of the zinc oxide layer is 1.0μ
m, the supply of power from the sputtering power supply, the supply of sputtering gas, and the supply of power to the heater 506 are stopped, and after cooling the substrate, the substrate on which the zinc oxide layer is formed is leaked from the vacuum vessel 501 to the atmosphere. Was.

【0132】更に、プレーナ型DCマグネトロンスパッ
タ法におけるターゲットとなる酸化亜鉛中の炭素原子の
濃度を様々に変化させて酸化亜鉛層102を形成した点
を除いて他の条件はまったく変えずにa−Si:H太陽
電池の作製を行なうことによって、基板101の上に形
成する酸化亜鉛層102中炭素原子の濃度に対する太陽
電池特性の依存性を以下のようにして調ベた。
Further, except that the zinc oxide layer 102 was formed by changing the concentration of carbon atoms in the zinc oxide serving as the target in the planar DC magnetron sputtering method in various ways, the other conditions were not changed at all and a- By manufacturing a Si: H solar cell, the dependency of the solar cell characteristics on the concentration of carbon atoms in the zinc oxide layer 102 formed on the substrate 101 was examined as follows.

【0133】これらの太陽電池に対してソーラーシミュ
レーター(山下電装、YSS−150)を用いて疑似太
陽光(AM−1.5、100mW/cm2)の下で電流
−電圧特性を測定し光電変換効率を求めるとともに各々
の太陽電池の酸化亜鉛層中の炭素原子濃度をSIMSで
測定し、それらの関係を調べた。その結果を図10に示
す。図において、棒の長さは濃度分布の幅を表してい
る。
The current-voltage characteristics of these solar cells were measured under simulated sunlight (AM-1.5, 100 mW / cm 2 ) using a solar simulator (Yamashita Denso, YSS-150), and photoelectric conversion was performed. The efficiency was determined, and the carbon atom concentration in the zinc oxide layer of each solar cell was measured by SIMS, and their relationship was examined. The result is shown in FIG. In the figure, the length of the bar represents the width of the density distribution.

【0134】なお、各々の太陽電池において酸化亜鉛層
の成膜初期と成膜終了の直前の部分での炭素原子の濃度
比は約30であった。
In each of the solar cells, the concentration ratio of carbon atoms in the initial stage of the zinc oxide layer formation and immediately before the end of the film formation was about 30.

【0135】また、本実施例の太陽電池の変換効率を1
とすると、DCマグネトロンスパッタ法による酸化亜鉛
層の形成においてDC電圧ひいてはスパッタ電流を変化
させずに形成した実施例1の太陽電池の変換効率は0.
94であった。
In addition, the conversion efficiency of the solar cell of this embodiment is set to 1
Then, in the formation of the zinc oxide layer by the DC magnetron sputtering method, the conversion efficiency of the solar cell of Example 1 which was formed without changing the DC voltage and, consequently, the sputtering current was 0.3.
94.

【0136】これらの結果から、酸化亜鉛層中に炭素原
子を含有し、かつ、その濃度が5原子%以下の範囲内で
連続に変化している太陽電池では光電変換効率がより一
層高められていることがわかった。
From these results, it is found that the photoelectric conversion efficiency of the solar cell containing carbon atoms in the zinc oxide layer and continuously changing its concentration within the range of 5 atomic% or less is further enhanced. I knew it was there.

【0137】本実施例で製作した太陽電池の各々をポリ
フッ化ビニリデン(VDF)からなる保護フィルムで真
空封止し、実使用条件下に1年間置いた後、変換効率の
劣化率を調ベた。その結果を図11に示す。図におい
て、棒の長さは濃度分布の幅を表している。
Each of the solar cells manufactured in this example was vacuum-sealed with a protective film made of polyvinylidene fluoride (VDF), placed under actual use conditions for one year, and the conversion efficiency deterioration rate was measured. . The result is shown in FIG. In the figure, the length of the bar represents the width of the density distribution.

【0138】図11が示すように、酸化亜鉛層中に炭素
原子を含有し、かつ、その濃度が5原子%以下の範囲内
で連続して変化している太陽電池では信頼性が飛躍的に
高められていることがわかる。この理由は未だに明白に
なっていないが、酸化亜鉛層中での炭素原子の濃度に分
布をもたせることによって酸化亜鉛層中の構造が変化
し、このことが酸化亜鉛層の両側に異なる種類の堆積膜
を形成することによって発生する応力や、外部から加え
られる様々なストレスを有効に緩和し、製造中や実使用
条件下で発生していた微少な膜剥がれを有効に防いでい
るためではないかと推測される。
As shown in FIG. 11, the reliability of a solar cell containing carbon atoms in the zinc oxide layer and continuously changing its concentration within the range of 5 atomic% or less is dramatically improved. It can be seen that it has been raised. Although the reason for this has not yet been clarified, the distribution of the concentration of carbon atoms in the zinc oxide layer changes the structure in the zinc oxide layer, which results in different types of deposition on both sides of the zinc oxide layer. It is because the stress generated by forming the film and various external stresses are effectively relieved, and the minute film peeling that occurred during manufacturing and under actual use conditions is effectively prevented. Guessed.

【0139】(実施例6)図2に示すように炭素原子を
含む酸化亜鉛層202、207を、基板201とn型半
導体層203の間と、p型半導体層と透明導電層208
の間の両方に形成してなる構成を有するa−Si:H太
陽電池を以下に説明するように作製した。本実施例で
は、酸化亜鉛層202、208の形成方法を除き、実施
例2と同様にして形成して太陽電池を作製した。酸化亜
鉛層202は、実施例5と同様にして形成し、一方、酸
化亜鉛層208の形成においては、加熱板503の温度
を230℃に設定し、DC電源ひいてはスパッタ電流の
変化の方向を酸化亜鉛層202の場合とは逆に、即ち
0.5Aから0.3Aへと変化させた。
Example 6 As shown in FIG. 2, zinc oxide layers 202 and 207 containing carbon atoms were formed between a substrate 201 and an n-type semiconductor layer 203, a p-type semiconductor layer and a transparent conductive layer 208.
An a-Si: H solar cell having a configuration formed on both sides was manufactured as described below. In this example, a solar cell was manufactured in the same manner as in Example 2, except for the method of forming the zinc oxide layers 202 and 208. The zinc oxide layer 202 is formed in the same manner as in Example 5. On the other hand, in forming the zinc oxide layer 208, the temperature of the heating plate 503 is set to 230 ° C. The opposite was the case with the zinc layer 202, that is, from 0.5A to 0.3A.

【0140】このようにして作製した太陽電池に対し、
実施例5と同様な測定を行った。
With respect to the solar cell thus manufactured,
The same measurement as in Example 5 was performed.

【0141】実施例6において作製された太陽電池の2
つ酸化亜鉛層は各々の層に含まれる炭素原子の濃度がと
もに100原子ppmから0.3原子%まで連続的に変
化しており、変化の方向が逆である点を除いてほぼ等し
いものであった。
The solar cell 2 prepared in Example 6
In the zinc oxide layer, the concentration of carbon atoms contained in each layer continuously changes from 100 atomic ppm to 0.3 atomic%, and is almost equal except that the directions of change are opposite. there were.

【0142】本実施例の太陽電池を、実施例5において
作製された太陽電池の内、酸化亜鉛層中の炭素原子の濃
度ほぼ等しいものと比較した。その結果、実施例6で作
製された太陽電池すなわち半導体層の両側に酸化亜鉛層
を有する太陽電池の光電変換効率と劣化率は、実施例5
で作製された太陽電池すなわち半導体層の基板側にのみ
酸化亜鉛層を有する太陽電池の光電変換効率と劣化率の
値をそれぞれ1とした場合、それぞれ0.97及び0.
92であった。
The solar cell of this example was compared with the solar cell manufactured in Example 5 in which the concentration of carbon atoms in the zinc oxide layer was almost equal. As a result, the photovoltaic conversion efficiency and the deterioration rate of the solar cell manufactured in Example 6, that is, the solar cell having the zinc oxide layer on both sides of the semiconductor layer, were measured in Example 5.
Assuming that the values of the photoelectric conversion efficiency and the deterioration rate of the solar cell manufactured by the method described above, that is, the solar cell having the zinc oxide layer only on the substrate side of the semiconductor layer, are respectively 0.97 and 0.9.
92.

【0143】この結果から、本実施例で作製されたよう
に半導体層の両側に炭素原子を含む酸化亜鉛層を有する
太陽電池は、片側にのみ有する太陽電池と比較して初期
効率では若干劣るものの信頼性において優れていること
がわかる。
From these results, it can be seen that the solar cell having the zinc oxide layer containing carbon atoms on both sides of the semiconductor layer as manufactured in this example has a slightly lower initial efficiency than the solar cell having only one side. It turns out that it is excellent in reliability.

【0144】(実施例7)本実施例においては、酸化亜
鉛層の形成にイオンプレーティング法を用いた。酸化亜
鉛層中の炭素原子の濃度に所望の分布を与えるために、
酸化亜鉛層形成時に用いるガスの内、二酸化炭素ガスの
比率を酸化亜鉛層形成開始から終了までの間に0.5%
から10%と変化させた。
Example 7 In this example, an ion plating method was used for forming a zinc oxide layer. To give the desired distribution of the concentration of carbon atoms in the zinc oxide layer,
The ratio of carbon dioxide gas in the gas used for forming the zinc oxide layer was 0.5% from the start to the end of the formation of the zinc oxide layer.
To 10%.

【0145】上記の点を除いて他の条件・方法は実施例
3と同様にして図1に示すa−Si:H太陽電池を作製
し、実施例1と同様の測定を行なった。
An a-Si: H solar cell shown in FIG. 1 was prepared in the same manner as in Example 3 except for the above points and the method was the same as in Example 3, and the same measurement as in Example 1 was performed.

【0146】実施例7で作製された太陽電池の酸化亜鉛
層中に含まれる炭素原子の濃度は800原子ppmから
0.3原子%まで連続的に変化していた。
The concentration of carbon atoms contained in the zinc oxide layer of the solar cell manufactured in Example 7 was continuously changed from 800 atomic ppm to 0.3 atomic%.

【0147】本実施例の太陽電池を、実施例5において
作製された太陽電池の内、酸化亜鉛層中の炭素原子の濃
度がほぼ等しいものと比較した。その結果、実施例7で
作製された太陽電池の光電変換効率と劣化率は、実施例
5で作製された太陽電池の光電変換効率と劣化率の値を
1とした場合、それぞれ1.06及び0.91であっ
た。
The solar cell of this example was compared with the solar cell manufactured in Example 5 in which the concentration of carbon atoms in the zinc oxide layer was almost equal. As a result, the photoelectric conversion efficiency and the deterioration rate of the solar cell manufactured in Example 7 were 1.06 and 1.06, respectively, when the value of the photoelectric conversion efficiency and the deterioration rate of the solar cell manufactured in Example 5 was 1. 0.91.

【0148】(実施例8)図3に示す構成の太陽電池
を、酸化亜鉛層の形成方法を除き他は実施例4と同様に
して作製した。尚、酸化亜鉛層303、308の形成
は、実施例6の方法に従った。
Example 8 A solar cell having the structure shown in FIG. 3 was produced in the same manner as in Example 4 except for the method of forming the zinc oxide layer. The zinc oxide layers 303 and 308 were formed according to the method of the sixth embodiment.

【0149】このようにして作製されたa−Si:H太
陽電池の2つの酸化亜鉛層中の炭素原子の濃度を調べた
ところ、ともに0.1原子%から3原子%まで連続的に
変化していた。また、本実施例のの太陽電池に対する比
較例として、炭素原子を含む酸化亜鉛層303、308
を有しないという点を除いて実施例8と同様にしてa−
Si:H太陽電池を作製した。
When the concentration of carbon atoms in the two zinc oxide layers of the a-Si: H solar cell manufactured as described above was examined, both changed continuously from 0.1 at% to 3 at%. I was As a comparative example with respect to the solar cell of this embodiment, zinc oxide layers 303 and 308 containing carbon atoms are provided.
A- in the same manner as in Example 8 except that
A Si: H solar cell was produced.

【0150】これらの太陽電池の特性を実施例1と同様
に測定した。その結果、実施例8で作製された太陽電池
は、比較例の太陽電池に比べて光電変換効率の値で1.
15倍、劣化率の値で0.83倍と非常に優れたものと
なっていた。
The characteristics of these solar cells were measured in the same manner as in Example 1. As a result, the solar cell manufactured in Example 8 had a photoelectric conversion efficiency of 1.10 compared to the solar cell of Comparative Example.
The value was 15 times, and the deterioration rate was 0.83 times, which was excellent.

【0151】[0151]

【発明の効果】以上に述ベたように、第1の電極と第2
の電極によって光電変換を行うための半導体層を挟持す
る構造を有する太陽電池において、前記第1及び第2の
電極のうち、少なくとも一方の電極と前記半導体層との
間にそれらに接して炭素原子を含む酸化亜鉛層が配され
ていること特徴とする本発明を用いることにより、以
下の効果が得られる。
As described above, the first electrode and the second electrode
In the solar cell having a structure for holding the semiconductor layer for performing photoelectric conversion by the electrodes, the one of the first and second electrodes, carbon atoms adjacent to them between the at least one electrode said semiconductor layer zinc oxide layer containing a is arranged
By using the present invention, characterized by that, the following effects can be obtained.

【0152】すなわち、導電性基板の上に酸化亜鉛層を
介して半導体層を設けて太陽電池を構成する場合、酸化
亜鉛層と導電性基板や半導体層との間の密着性が向上
し、半導体層の形成及びその後の工程において与えられ
る温度ショックや振動等に起因する微小な剥がれを防ぎ
得、その結果、光電変換効率が大幅に向上した太陽電池
を提供することが可能となる。
That is, when a solar cell is formed by providing a semiconductor layer on a conductive substrate via a zinc oxide layer, the adhesion between the zinc oxide layer and the conductive substrate or the semiconductor layer is improved, and It is possible to prevent minute peeling due to temperature shock, vibration, and the like given in the formation of the layer and subsequent steps, and as a result, it is possible to provide a solar cell with significantly improved photoelectric conversion efficiency.

【0153】更に、酸化亜鉛層の持つ電気抵抗率を低減
できたために、直列抵抗を増加させることなく光電変換
効率が大幅に向上した太陽電池を提供することが可能と
なる。
Furthermore, since the electrical resistivity of the zinc oxide layer can be reduced, it is possible to provide a solar cell having a greatly improved photoelectric conversion efficiency without increasing the series resistance.

【0154】また、透光性絶縁基板上に設けた透明導電
層の上に半導体層を設けて成る太陽電池においても、透
明導電層と半導体層の間の密着性が向上したため、製造
工程の途中において透明導電層と半導体層の間に生じる
微小な剥がれを有効に防ぎ得、光電変換効率が大幅に向
上した太陽電池を提供することが可能となる。
In a solar cell in which a semiconductor layer is provided on a transparent conductive layer provided on a light-transmitting insulating substrate, the adhesion between the transparent conductive layer and the semiconductor layer is improved. In this case, minute peeling between the transparent conductive layer and the semiconductor layer can be effectively prevented, and a solar cell with significantly improved photoelectric conversion efficiency can be provided.

【0155】また、様々な天候や設置条件の下での実使
用状態において導電性基板や透明導電層と半導体層の間
に生じる微小な剥がれを効果的に防ぐことによって信頼
性が大幅に向上した太陽電池を提供することが可能とな
る。
In addition, the reliability has been greatly improved by effectively preventing minute peeling occurring between the conductive substrate and the transparent conductive layer and the semiconductor layer in actual use conditions under various weather conditions and installation conditions. A solar cell can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例の構成を説明するための概念図
である。
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining a configuration of an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の他の実施例の構成を説明するための概
念図である。
FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining a configuration of another embodiment of the present invention.

【図3】本発明の他の実施例の構成を説明するための概
念図である。
FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining a configuration of another embodiment of the present invention.

【図4】本発明の他の実施例の構成を説明するための概
念図である。
FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining a configuration of another embodiment of the present invention.

【図5】本発明を実現するための一手段であるプレーナ
型DCマグネトロンスパッタ装置の構成を示す概念図で
ある。
FIG. 5 is a conceptual diagram showing a configuration of a planar type DC magnetron sputtering apparatus as one means for realizing the present invention.

【図6】本発明を実現するための一手段であるμWプラ
ズマCVD装置の構成を示す概念図である。
FIG. 6 is a conceptual diagram showing a configuration of a μW plasma CVD apparatus as one means for realizing the present invention.

【図7】本発明を実現するための一手段であるRFプラ
ズマCVD装置の構成を示す概念図である。
FIG. 7 is a conceptual diagram showing a configuration of an RF plasma CVD apparatus as one means for realizing the present invention.

【図8】実施例1において作製された太陽電池の酸化亜
鉛層中の炭素原子の濃度と光電変換効率の関係を示すグ
ラフである。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the concentration of carbon atoms in a zinc oxide layer and the photoelectric conversion efficiency of the solar cell manufactured in Example 1.

【図9】実施例1において作製された太陽電池の酸化亜
鉛層中の炭素原子の濃度と劣化率の関係を示すグラフで
ある。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the concentration of carbon atoms in the zinc oxide layer of the solar cell manufactured in Example 1 and the deterioration rate.

【図10】実施例5において作製された太陽電池の酸化
亜鉛層中の炭素原子の濃度と光電変換効率の関係を示す
グラフである。
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the concentration of carbon atoms in a zinc oxide layer of a solar cell manufactured in Example 5 and photoelectric conversion efficiency.

【図11】実施例5において作製された太陽電池の酸化
亜鉛層中の炭素原子の濃度と劣化率の関係を示すグラフ
である。
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the concentration of carbon atoms in a zinc oxide layer of a solar cell manufactured in Example 5 and a deterioration rate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 太陽電池、 101 基板、 102 酸化亜鉛層、 103 n型(p型)半導体層、 104 i型半導体層、 105 p型(n型)半導体層、 106 pin型太陽電池素子、 107 透明電極、 108 集電電極、 200 太陽電池、 201 基板、 202 酸化亜鉛層、 203 n型(p型)半導体層、 204 i型半導体層、 205 p型(n型)半導体層、 206 pin型太陽電池素子、 207 酸化亜鉛層、 208 透明電極、 209 集電電極、 300 太陽電池、 301 基板、 302 透明電極、 303 酸化亜鉛層、 304 p型(n型)半導体層、 305 i型半導体層、 306 n型(p型)半導体層、 307 pin型太陽電池素子、 308 酸化亜鉛層、 309 裏面電極、 400 太陽電池、 401 基板、 402 酸化亜鉛層、 403 第1のn型(p型)半導体層、 404 第1のi型半導体層、 405 第1のp型(n型)半導体層、 406 第1のpin型太陽電池素子、 407 第2のn型(p型)半導体層、 408 第2のi型半導体層、 409 第2のp型(n型)半導体層、 410 第2のpin型太陽電池素子、 411 酸化亜鉛層、 412 透明電極、 413 集電電極、 501 真空容器、 502 支持部、 503 加熱板、 504 熱電対、 505 温度コントローラー、 506 ヒーター、 507 熱均一体、 508 基体、 509 基体押え、 510 ターゲット、 512 ターゲット台、 513 マグネット、 514 冷却水導入パイプ、 516 スパッタ電源、 520、521 マスフローコントローラー、 523 真空計、 524 メインバルブ、 601 真空容器、 602 基板、 603 基板ヒーター、 604 コンダクタンスバルブ、 605 真空計、 606 リークバルブ、 607 ガス導入管、 608 μW導波部、 609 誘電体窓、 610 直流電源、 611 高周波電源、 612 バイアス印加電極、 613 メッシュ、 701 真空容器、 702 基板、 703 基板ヒーター、 704 コンダクタンスバルブ、 705 真空計、 706 リークバルブ、 707 ガス導入管、 708 RF電源、 709 平板電極。 REFERENCE SIGNS LIST 100 solar cell, 101 substrate, 102 zinc oxide layer, 103 n-type (p-type) semiconductor layer, 104 i-type semiconductor layer, 105 p-type (n-type) semiconductor layer, 106 pin-type solar cell element, 107 transparent electrode, 108 Current collecting electrode, 200 solar cell, 201 substrate, 202 zinc oxide layer, 203 n-type (p-type) semiconductor layer, 204 i-type semiconductor layer, 205 p-type (n-type) semiconductor layer, 206 pin-type solar cell element, 207 Zinc oxide layer, 208 transparent electrode, 209 collector electrode, 300 solar cell, 301 substrate, 302 transparent electrode, 303 zinc oxide layer, 304 p-type (n-type) semiconductor layer, 305 i-type semiconductor layer, 306 n-type (p Type) semiconductor layer, 307 pin type solar cell element, 308 zinc oxide layer, 309 back electrode, 400 solar cell, 401 substrate, 402 zinc oxide 403 a first n-type (p-type) semiconductor layer, 404 a first i-type semiconductor layer, 405 a first p-type (n-type) semiconductor layer, 406 a first pin-type solar cell element, 407 a second n-type (p-type) semiconductor layer, 408 second i-type semiconductor layer, 409 second p-type (n-type) semiconductor layer, 410 second pin-type solar cell element, 411 zinc oxide layer, 412 transparent electrode, 413 collecting electrode, 501 vacuum vessel, 502 support, 503 heating plate, 504 thermocouple, 505 temperature controller, 506 heater, 507 heat uniform body, 508 base, 509 base holder, 510 target, 512 target base, 513 magnet, 514 cooling water introduction pipe, 516 sputter power supply, 520, 521 mass flow controller, 523 vacuum gauge, 524 main valve, 01 vacuum vessel, 602 substrate, 603 substrate heater, 604 conductance valve, 605 vacuum gauge, 606 leak valve, 607 gas inlet tube, 608 μW waveguide, 609 dielectric window, 610 DC power supply, 611 high frequency power supply, 612 bias application Electrodes, 613 mesh, 701 vacuum vessel, 702 substrate, 703 substrate heater, 704 conductance valve, 705 vacuum gauge, 706 leak valve, 707 gas inlet tube, 708 RF power supply, 709 plate electrode.

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第1の電極と第2の電極によって光電変
換を行うための半導体層を挟持する構造を有する太陽電
池において、前記第1及び第2の電極のうち、少なくと
も一方の電極と前記半導体層との間にそれらに接して
素原子を含む酸化亜鉛層が配されていることを特徴とす
る太陽電池。
1. A photoelectric conversion device comprising : a first electrode and a second electrode;
In the solar cell having a structure for holding the semiconductor layer for performing conversion, the one of the first and second electrodes, carbon <br/> element in contact with them during the at least one electrode said semiconductor layer solar cell, wherein a zinc oxide layer containing the atoms are arranged.
【請求項2】 前記酸化亜鉛層中の前記炭素原子の濃度
は、5原子%以下の範囲内で一定であることを特徴とす
る請求項1記載の太陽電池。
2. The solar cell according to claim 1 , wherein the concentration of the carbon atoms in the zinc oxide layer is constant within a range of 5 atomic% or less.
【請求項3】 前記酸化亜鉛層中の前記炭素原子の濃度
が、5原子%以下の範囲内で連続的に変化していること
を特徴とする請求項1記載の太陽電池。
3. The solar cell according to claim 1 , wherein the concentration of the carbon atoms in the zinc oxide layer continuously changes within a range of 5 atomic% or less.
【請求項4】 前記半導体層はP型、N型及びI型の半4. The semiconductor layer according to claim 1, wherein said semiconductor layer is a P-type, N-type or I-type semiconductor layer.
導体膜を少なくとも1組含むことを特徴とする請求項12. The method according to claim 1, wherein the conductive film includes at least one set.
に記載の太陽電池。The solar cell according to 1.
【請求項5】 前記第1の電極は導電性表面をもつ基板5. The substrate according to claim 1, wherein the first electrode has a conductive surface.
であり、前記第2の電極は透明電極であることを特徴とWherein the second electrode is a transparent electrode.
する請求項1に記載の太陽電池。The solar cell according to claim 1.
【請求項6】 前記第1の電極と前記半導体層との間に6. Between the first electrode and the semiconductor layer
のみ、前記酸化亜鉛層が配されていることを特徴とするOnly the zinc oxide layer is provided.
請求項5に記載の太陽電池。A solar cell according to claim 5.
【請求項7】 前記第1の電極と前記半導体層との間及7. A gap between the first electrode and the semiconductor layer
び前記第2の電極と前記半導体層との間に、それぞれ前And between the second electrode and the semiconductor layer, respectively.
記酸化亜鉛層が配されていることを特徴とする請求項5The zinc oxide layer is provided.
に記載の太陽電池。The solar cell according to 1.
【請求項8】 前記第1の電極は反射性導電層であり、8. The method according to claim 1, wherein the first electrode is a reflective conductive layer,
前記第2の電極は透明電極であり、前記酸化亜鉛層は該The second electrode is a transparent electrode, and the zinc oxide layer is
第1の電極と前記半導体層との間に配されていることをBeing disposed between the first electrode and the semiconductor layer.
特徴とする請求項1に記載の太陽電池。The solar cell according to claim 1, wherein:
【請求項9】 前記透明電極はSnO9. The transparent electrode is made of SnO. 2Two 、In, In 2Two O 3Three 又はOr
ITOであることを特徴とする請求項8に記載の太陽電The solar cell according to claim 8, wherein the solar cell is ITO.
池。pond.
【請求項10】 前記第1の電極は反射性導電層であ10. The first electrode is a reflective conductive layer.
り、前記第2の電極は透明電極であり、前記酸化亜鉛層The second electrode is a transparent electrode, and the zinc oxide layer
は該第1の電極と前記半導体層との間にのみ配されていIs disposed only between the first electrode and the semiconductor layer.
ることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池。The solar cell according to claim 1, wherein:
【請求項11】 前記透明電極はSnO11. The transparent electrode is made of SnO. 2Two 、In, In 2Two O 3Three or
はITOであることを特徴とする請求項10に記載の太Is ITO. 12. The method according to claim 10, wherein
陽電池。Positive battery.
【請求項12】 前記酸化亜鉛層は更に窒素を含むこと12. The zinc oxide layer further contains nitrogen.
を特徴とする請求項Claims characterized by the following: 1に記載の太陽電池。2. The solar cell according to 1.
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