JP3072832B2 - Photoelectric converter - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は高性能で信頼性が高
く、しかも量産が容易な光起電力素子に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photovoltaic device having high performance, high reliability and easy mass production.
【0002】[0002]
【従来の技術】人類のこれからのエネルギー源として、
その使用の結果発生する二酸化炭素の為に地球の温暖化
をもたらすと言われる石油や石炭等の化石燃料、不測の
事故により、さらには正常な運転時に於いてすら放射線
の危険が皆無とは言えない原子力に全面的に依存してい
くことは問題が多い。それに対して太陽をエネルギー源
とする太陽電池は、地球環境に対する影響がきわめて少
ないので、一層の普及が期待されている。しかし現状に
於いては、本格的な普及を妨げているいくつかの問題点
がある。2. Description of the Related Art As a future energy source for humankind,
There is no danger of radiation due to fossil fuels such as oil and coal, which are said to cause global warming due to the carbon dioxide generated as a result of their use, and even during normal operation, even during normal operation. Relying entirely on nuclear power is problematic. On the other hand, solar cells using the sun as an energy source have very little influence on the global environment, and are expected to be more widely used. However, at present, there are some problems that hinder full-fledged diffusion.
【0003】従来太陽光発電用としては、単結晶または
多結晶のシリコンが多く用いられてきた。しかしこれら
の光起電力素子の一例としての太陽電池は結晶の成長に
多くのエネルギーと時間を要し、またその後も複雑な工
程が必要となるため量産効果があがりにくく、低価格で
の提供が困難であった。一方アモルファスシリコン(以
下a−Siと記載)や、CdS・CuInSe2などの
化合物半導体を用いた、いわゆる薄膜半導体光起電力素
子が盛んに研究、開発されてきた。これらの光起電力素
子では、ガラスやステンレススティールなどの安価な基
板上に必要なだけの半導体層を形成すればよく、その製
造工程も比較的簡単であり、低価格化できる、可能性を
持っている。しかし薄膜半導体光起電力素子は、その変
換効率が結晶シリコン光起電力素子に比べて低く、しか
も長期の使用に対する信頼性に不安がある為これまで本
格的に使用されてこなかった。そこで薄膜半導体光起電
力素子の性能を改善する為、様々な工夫がなされてい
る。Conventionally, monocrystalline or polycrystalline silicon has been often used for photovoltaic power generation. However, solar cells as an example of these photovoltaic elements require a lot of energy and time to grow crystals, and require complicated processes thereafter. It was difficult. On the other hand, so-called thin-film semiconductor photovoltaic devices using amorphous silicon (hereinafter referred to as a-Si) or a compound semiconductor such as CdS.CuInSe 2 have been actively studied and developed. In these photovoltaic devices, it is only necessary to form as many semiconductor layers as necessary on an inexpensive substrate such as glass or stainless steel, the manufacturing process is relatively simple, and the cost can be reduced. ing. However, thin-film semiconductor photovoltaic devices have not been used in earnest because their conversion efficiency is lower than that of crystalline silicon photovoltaic devices, and their reliability for long-term use is uncertain. In order to improve the performance of the thin-film semiconductor photovoltaic device, various devices have been devised.
【0004】その一つが光の反射率を高めた層を用いる
ことにより半導体層で吸収されなかった光を、再び半導
体層に戻し入射光を有効に利用する為の裏面反射層であ
る。その為に、透明な基板の基板側から光を入射させる
場合には、半導体の表面に形成する電極を銀(Ag)、
アルミニウム(Al)、銅(Cu)など反射率の高い金
属で形成するとよい。また半導体層の表面から光を入射
させる場合には、同様の金属の層を基板上に形成した後
半導体層を形成するとよい。また金属層と半導体層の間
に適当な光学的性質を持った透明層を介在させると、多
重干渉効果によりさらに反射率を高めることができる。
図4(a)はシリコンと各種金属の間に透明層を有しな
い場合であり、図4(b)は、シリコンと各種金属の間
に透明層として酸化亜鉛(ZnO)を介在させた場合
の、反射率の向上を示すシミュレーションの結果であ
る。One of them is a backside reflection layer for returning light not absorbed by the semiconductor layer to the semiconductor layer again by using a layer having an increased light reflectance to effectively use incident light. Therefore, when light is incident from the substrate side of the transparent substrate, the electrode formed on the surface of the semiconductor is made of silver (Ag),
It is preferable to use a metal having high reflectance such as aluminum (Al) or copper (Cu). In the case where light is incident from the surface of the semiconductor layer, a semiconductor layer may be formed after a similar metal layer is formed over a substrate. If a transparent layer having appropriate optical properties is interposed between the metal layer and the semiconductor layer, the reflectance can be further increased by the multiple interference effect.
FIG. 4A shows a case where a transparent layer is not provided between silicon and various metals, and FIG. 4B shows a case where zinc oxide (ZnO) is interposed as a transparent layer between silicon and various metals. And simulation results showing an improvement in reflectance.
【0005】この様な透明層を用いることは光起電力素
子の信頼性を高める上で効果がある。特公昭60−41
878号公報には透明層を用いることにより半導体と金
属層が合金化することを防止できるとの記載がある。ま
た米国特許4,532,372及び4,598,306
には、適度な抵抗を持った透明層を用いることにより万
が一半導体層に短絡箇所が発生しても電極間に過剰な電
流が流れるのを防止できるとの記載がある。[0005] The use of such a transparent layer is effective in improving the reliability of the photovoltaic element. Tokiko Sho 60-41
No. 878 describes that the use of a transparent layer can prevent alloying between a semiconductor and a metal layer. See also U.S. Patents 4,532,372 and 4,598,306.
Describes that the use of a transparent layer having an appropriate resistance can prevent an excessive current from flowing between the electrodes even if a short circuit occurs in the semiconductor layer.
【0006】また光起電力素子の変換効率を高める為の
別の工夫として、光起電力素子の表面または/及び裏面
反射層との界面を微細な凹凸状とする(テクスチャー構
造)方法がある。このような構成とすることにより、光
起電力素子の表面または/及び裏面反射層との界面で光
が散乱され、更に半導体の内部に閉じこめられ、(光ト
ラップ効果)半導体中で有効に吸収できる様になる。基
板が透明な場合には、基板上の酸化錫(SnO2)など
の透明電極の表面を凹凸構造にすると良い。また半導体
の表面から光を入射する場合には、裏面反射層に用いる
金属層の表面を凹凸構造とすればよい。M.Hiras
aka,K.Suzuki,K.Nakatani,
M.Asano,M.Yano,H.Okaniwaは
Alを基板温度や堆積速度を調整して堆積することによ
り裏面反射層用凹凸構造が得られることを示している。
(Solar Cell Materials 20
(1990)pp99−110)このような凹凸構造の
裏面反射層を用いたことによる入射光の吸収の増加の例
を図5に示す。ここで曲線(a)は、金属層として平滑
なAgを用いたa−Si太陽電池の分光感度、曲線
(b)は、凹凸構造のAgを用いた場合の分光感度を示
す。Another method for improving the conversion efficiency of a photovoltaic element is a method in which the interface between the photovoltaic element and the front and / or back surface reflective layers is made fine (texture structure). With such a configuration, light is scattered at the interface between the photovoltaic element and the front surface and / or back surface reflection layer, is further confined inside the semiconductor, and can be effectively absorbed in the semiconductor (light trapping effect). Looks like When the substrate is transparent, the surface of a transparent electrode such as tin oxide (SnO 2 ) on the substrate may have an uneven structure. In the case where light enters from the surface of the semiconductor, the surface of the metal layer used for the back reflection layer may have an uneven structure. M. Hiras
aka, K .; Suzuki, K .; Nakatani,
M. Asano, M .; Yano, H .; Okaniwa shows that a concave-convex structure for a back reflection layer can be obtained by depositing Al while adjusting the substrate temperature and the deposition rate.
(Solar Cell Materials 20
(1990) pp99-110) FIG. 5 shows an example of an increase in absorption of incident light due to the use of the back reflection layer having such an uneven structure. Here, the curve (a) shows the spectral sensitivity of an a-Si solar cell using smooth Ag as the metal layer, and the curve (b) shows the spectral sensitivity when Ag having an uneven structure is used.
【0007】さらに金属層と透明層との2層からなる裏
面反射層の考え方と、凹凸構造の考え方を組み合わせる
こともできる。米国特許4,419,533には金属層
の表面がテクスチャー構造を持ち、且つその上に透明層
が形成された裏面反射層の考え方が開示されている。こ
の様な組み合わせにより太陽電池の変換効率は著しく向
上することが期待される。しかしながら本発明者等の知
見によれば、実際にはあらかじめ期待されたほどの効果
が得られないことが多かった。また半導体の堆積条件に
よっては、透明層が設けられているにも拘らず、形成さ
れた太陽電池の高温高湿下での使用に対する十分な信頼
性が得られないことがあった。この為薄膜太陽電池は低
価格にて生産できる可能性がありながら、太陽光発電用
には本格的に普及するに至っていなかった。Further, it is possible to combine the concept of the back surface reflection layer composed of two layers of the metal layer and the transparent layer with the concept of the uneven structure. U.S. Pat. No. 4,419,533 discloses a concept of a back reflection layer in which the surface of a metal layer has a texture structure and a transparent layer is formed thereon. Such a combination is expected to significantly improve the conversion efficiency of the solar cell. However, according to the findings of the present inventors, in many cases, the effect as expected in advance was not often obtained. Further, depending on the deposition conditions of the semiconductor, despite the provision of the transparent layer, sufficient reliability for use of the formed solar cell under high temperature and high humidity may not be obtained in some cases. For this reason, thin-film solar cells have not yet been widely used for photovoltaic power generation, although they may be produced at low prices.
【0008】〔発明の目的〕本発明はこの様な現状に鑑
みなされた物であって、改良された裏面反射層を用いる
ことにより、変換効率が高くしかも信頼性の高い光起電
力素子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 such circumstances, and provides a photovoltaic element having high conversion efficiency and high reliability by using an improved back reflection layer. The purpose is to do.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、従来の
裏面反射層には次のような問題点があることを見いだし
た。The present inventors have found that the following problems exist in the conventional back reflection layer.
【0010】(1)金属層の凹凸化に伴う反射率の低下 金属層を凹凸構造にすると表面で反射される光は様々な
方向に乱反射される。しかしこの点を考慮し、あらゆる
方向に反射された光を集められる積分球を備えた反射率
測定装置を用いて測定しても、凹凸とされた金属層は平
滑な金属に比べ、反射率がかなり低下する傾向がある。
特にAlやCuの場合にはその傾向が著しい。このため
半導体層を通過してきた光を有効に反射し半導体に送り
返すことができない。この結果、光起電力素子の変換効
率が期待したほど高くならない。(1) Decrease in reflectance due to unevenness of the metal layer When the metal layer has an uneven structure, light reflected on the surface is irregularly reflected in various directions. However, in consideration of this point, even if the measurement is performed using a reflectance measuring device equipped with an integrating sphere that can collect the light reflected in all directions, the uneven metal layer has a higher reflectance than the smooth metal. It tends to be significantly lower.
In particular, the tendency is remarkable in the case of Al and Cu. Therefore, light that has passed through the semiconductor layer cannot be effectively reflected and returned to the semiconductor. As a result, the conversion efficiency of the photovoltaic element does not become as high as expected.
【0011】(2)透明層表面への金属の拡散 裏面反射層の上に半導体層を堆積する際には、通常20
0度以上の基板温度とされる。この様な温度では金属原
子が透明層を貫通して透明層の表面まで拡散し得る。こ
のように金属が直接半導体層と接触した場合透明層の機
能が不十分となり信頼性の低下を招くものと思われる。(2) Diffusion of metal to the surface of the transparent layer When depositing a semiconductor layer on the backside reflective layer, usually 20
The substrate temperature is set to 0 degree or more. At such a temperature, metal atoms can diffuse through the transparent layer to the surface of the transparent layer. It is considered that the function of the transparent layer is insufficient when the metal directly contacts the semiconductor layer in this manner, leading to a decrease in reliability.
【0012】(3)半導体層への金属の拡散 透明層を形成する際、下地の金属層が一部分で露出して
しまう場合がある。特に金属層の凹凸構造の凹凸を大き
くし、透明層を薄くした場合にはこの現象が顕著であ
る。この上に半導体層を堆積した場合、前述金属層の露
出部分より金属原子が半導体層に拡散し、半導体接合の
特性に影響を及ぼす。(3) Diffusion of Metal into Semiconductor Layer When the transparent layer is formed, the underlying metal layer may be partially exposed. This phenomenon is particularly remarkable when the unevenness of the uneven structure of the metal layer is increased and the transparent layer is thinned. When a semiconductor layer is deposited thereon, metal atoms diffuse from the exposed portion of the metal layer into the semiconductor layer, which affects the characteristics of the semiconductor junction.
【0013】(4)後工程での問題 半導体層にはピンホール等の欠陥箇所がある為、この様
な欠陥箇所を介して半導体層表面の電極と透明層が直接
接触し得る。透明層が適度な抵抗を持っていないと、こ
の部分で過剰な電流が流れるのを防止できない。(4) Problems in the Post-Process Since the semiconductor layer has a defect such as a pinhole, the electrode on the surface of the semiconductor layer and the transparent layer can directly contact through such a defect. If the transparent layer does not have an appropriate resistance, it is impossible to prevent an excessive current from flowing in this portion.
【0014】また前述(3)の様な金属層の露出部分が
あると半導体のピンホール等の欠陥箇所を介して、上部
電極と背面電極が接触し得る。If there is an exposed portion of the metal layer as described in (3) above, the upper electrode and the back electrode may come into contact with each other via a defective portion such as a semiconductor pinhole.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】本発明者らはこれらの問
題点の検討の結果、以下に説明する本発明の基本概念を
想起するに至ったものである。As a result of studying these problems, the present inventors have come up with the following basic concept of the present invention.
【0016】本発明は、基板と、少なくともAl、A
g、Cuのいずれかからなり、表面の凹凸が1000Å
以下である平滑な金属層と、表面に微細なクレーター状
の凹部を多数有し表面が白濁しているZnO層と、光電
変換層と、入射光側透明導電層と、をこの順に有するこ
とを特徴とする光電変換体である。According to the present invention, there is provided a semiconductor device comprising at least Al, A
g or Cu, and the surface unevenness is 1000 °
A smooth metal layer, a ZnO layer having a large number of fine crater-shaped recesses on the surface and having a cloudy surface, a photoelectric conversion layer, and an incident light-side transparent conductive layer, in this order. It is a characteristic photoelectric conversion body.
【0017】本発明による光起電力素子の構造の一例を
図1に示す。101は導電性の基板である。その表面に
反射率の高い金属の層102が形成されている。もし基
板自身が十分反射率の高い材料でできている場合は、金
属層102は省略されても良い。FIG. 1 shows an example of the structure of a photovoltaic device according to the present invention. 101 is a conductive substrate. A metal layer 102 having high reflectivity is formed on the surface. If the substrate itself is made of a material having a sufficiently high reflectivity, the metal layer 102 may be omitted.
【0018】ここで少なくとも金属層102の表面は金
属が持つ固有の反射率をそこなわない程度、すなわち凹
凸が1000Å以下の平滑な面である。その上に、透明
層103が形成されている。透明層103は、光電変換
層を透過してきた光に対して透明で適度な電気抵抗を持
ち、凹凸構造を取る。透明層が複数の層領域をとる場
合、(図2では第1層領域103a、第2層領域103
bの2層から成る例を示してある。)第一層領域103
aの表面が凹凸500Å−20000Å、凹凸の間隔が
3000Å−20000Åの凹凸構造を取り、その上に
形成される。第二層領域103bの電気特性は、第1層
領域103aに比べて比抵抗のかなり高いものでもかま
わない。ただし、この際には、第二層領域103bの厚
みをできるだけ薄くして太陽電池の単位面積あたりの抵
抗値を下げてやる必要がある。また透明層が複数の層領
域を取る場合(図3では第1層領域103c、第2層領
域103dの2層から成る例を示してある。)で第一層
領域103cの入光面の凹凸ピッチが3000Å以下の
平滑な面で、適度な電気抵抗を持ち、後述する第二層領
域103dの表面凹凸形成時に酸またはアルカリまたは
塩水溶液を使用する際は、それら水溶液に対して第二層
領域103dより浸食されにくい第一層領域103cを
使用する。第二層領域103dの表面の凹凸ピッチが3
000Å〜20000Å凹凸の高さが500Å〜200
00Åの凹凸構造と光の透過特性および電気的特性は第
1層領域と同様であってもよい。Here, at least the surface of the metal layer 102 is a smooth surface having a reflectivity inherent to the metal, that is, a surface with irregularities of 1000 ° or less. The transparent layer 103 is formed thereon. The transparent layer 103 is transparent to light transmitted through the photoelectric conversion layer, has an appropriate electric resistance, and has an uneven structure. When the transparent layer has a plurality of layer regions, the first layer region 103a and the second layer region 103 in FIG.
3B shows an example including two layers. ) First layer area 103
The surface a has an uneven structure in which the unevenness is 500 ° -20,000 ° and the interval between the unevenness is 3000 ° -20,000 °, and is formed thereon. The electric characteristics of the second layer region 103b may be considerably higher than those of the first layer region 103a. However, in this case, it is necessary to make the thickness of the second layer region 103b as small as possible to reduce the resistance value per unit area of the solar cell. In the case where the transparent layer has a plurality of layer regions (FIG. 3 shows an example including two layers of the first layer region 103c and the second layer region 103d), the light incident surface of the first layer region 103c is uneven. When using an aqueous acid, alkali or salt solution at the time of forming surface irregularities of the second layer region 103d, which will be described later, the surface of the second layer region should not have a moderate electric resistance with a smooth surface having a pitch of 3000 ° or less. A first layer region 103c that is less likely to be eroded than 103d is used. The uneven pitch on the surface of the second layer region 103d is 3
000Å ~ 20,000Å Height of unevenness is 500Å ~ 200
The concave / convex structure of 00 ° and the light transmission characteristics and electric characteristics may be the same as those of the first layer region.
【0019】また該透明層は後工程で使用するエッチャ
ントなどに対する耐薬品性がある。この上に半導体接合
104がある。ここでは半導体接合としてpin型のa
−Si光起電力素子を用いた例を示す。即ち105はn
型a−Si、106はi型a−Si、107はp型a−
Siである。半導体接合104が薄い場合には、図1、
図2、図3に示すように、半導体接合全体が、透明層1
03と同様の凹凸構造を示すことが多い。108は表面
の透明電極である。その上に櫛型の集積電極109が設
けられている。この様な構造を取ることにより次のよう
な効果を生じる。The transparent layer has chemical resistance to an etchant used in a later step. Above this is a semiconductor junction 104. Here, a pin type a is used as a semiconductor junction.
An example using a -Si photovoltaic element will be described. That is, 105 is n
Type a-Si, 106 is i-type a-Si, 107 is p-type a-Si
Si. When the semiconductor junction 104 is thin, FIG.
As shown in FIGS. 2 and 3, the entire semiconductor junction is
It often shows the same concavo-convex structure as 03. 108 is a transparent electrode on the surface. A comb-shaped integrated electrode 109 is provided thereon. The following effects are obtained by adopting such a structure.
【0020】(1)金属層102(または基板101自
身)の表面が平滑である為、金属面での光の反射率が高
まる。しかも透明層103(および半導体接合104)
の表面が凹凸構造を持っていることにより、透明層との
界面において入射光の位相が凹部と凸部のずれによる散
乱より半導体接合104内部での光トラップ効果が生じ
る。その為入射した光が効果的に吸収され、光起電力素
子の変換効率が向上する。(1) Since the surface of the metal layer 102 (or the substrate 101 itself) is smooth, the reflectance of light on the metal surface increases. Moreover, the transparent layer 103 (and the semiconductor junction 104)
Has a concave-convex structure, the phase of the incident light at the interface with the transparent layer is scattered due to the shift between the concave portion and the convex portion, so that an optical trapping effect occurs inside the semiconductor junction 104. Therefore, the incident light is effectively absorbed, and the conversion efficiency of the photovoltaic element is improved.
【0021】(2)金属層102(または基板101自
身)の表面が平滑である為、透明層103との接触面積
が減少し、透明層103への金属原子の拡散等の反応が
起こりにくくなる。(2) Since the surface of the metal layer 102 (or the substrate 101 itself) is smooth, the contact area with the transparent layer 103 is reduced, and reactions such as diffusion of metal atoms into the transparent layer 103 are less likely to occur. .
【0022】透明層103が適度な抵抗を持っている
為、たとえ光電変換層104に欠陥を生じても過剰な電
流が流れない。また透明層103が耐薬品性を持ってい
るので後工程に於いても裏面反射層がダメージを受けに
くい。Since the transparent layer 103 has an appropriate resistance, no excessive current flows even if a defect occurs in the photoelectric conversion layer 104. In addition, since the transparent layer 103 has chemical resistance, the back reflection layer is hardly damaged even in a later process.
【0023】(3)第1層領域103aの表面を凹凸構
造とする際、たとえ金属層102の一部分が露出する様
な場合でも、再度第2層領域103bによって被覆され
る為、上部電極と金属層102が接触する確率は極端に
減少し、光起電力素子の信頼性が著しく向上する。(3) When the surface of the first layer region 103a has an uneven structure, even if a part of the metal layer 102 is exposed, it is again covered with the second layer region 103b. The probability of contact of the layer 102 is greatly reduced, and the reliability of the photovoltaic device is significantly improved.
【0024】(4)また、平滑な金属層に平滑な第1層
領域103cが堆積される為金属層に凹凸構造を設ける
時に発生することのある金属層102の一部露出の頻度
が極端に低減され、金属層102から半導体層104へ
の金属原子の拡散が防止できる。(4) In addition, since the smooth first layer region 103c is deposited on the smooth metal layer, the frequency of partial exposure of the metal layer 102 which may occur when the metal layer has an uneven structure is extremely high. Thus, diffusion of metal atoms from the metal layer 102 to the semiconductor layer 104 can be prevented.
【0025】(5)また、平滑な金属層102に平滑な
第1層領域103cが堆積される為、金属層に凹凸構造
を設ける時に発生することのある金属層の一部露出の頻
度が極端に低減され、上部電極と金属層の接触がほとん
どない信頼性の高い太陽電池が得られる。(5) Further, since the smooth first layer region 103c is deposited on the smooth metal layer 102, the frequency of partial exposure of the metal layer which may occur when the metal layer has an uneven structure is extremely high. And a highly reliable solar cell having almost no contact between the upper electrode and the metal layer can be obtained.
【0026】本発明の効果を示す為の実験について説明
する。An experiment for showing the effect of the present invention will be described.
【0027】(実験1)5×5cmのステンレス板(S
US430)上にDCマグネトロンスパッタ法にてAl
を1500Å堆積した。この時の基板温度を室温とし
た。その上にDCマグネトロンスパッタ法にてZnOを
4000Å堆積した。このときの基板温度を250度と
した。SEM観察によると、Alの表面は平滑であり光
沢があったが、ZnOの表面は、直径4000−600
0Å程度のクレーター状の凹部が密集しており白濁して
いた。この段階で波長6000−9000Åの範囲での
光の反射率を求めた。こうして形成した裏面反射層の上
にグロー放電分解法にて、SiH4、PH3を原料ガスと
してn型a−Si層を200Å、SiH4を原料ガスと
してi型a−Si層を4000Å、SiH4、BF3、H
2を原料ガスとしてp型微結晶(μc)Si層を100
Å堆積し半導体接合とした。(尚SiH4などのグロー
放電分解法によるa−Si中には、10%程度の水素
(H)が含まれる為、一般にはa−Si:Hと表記され
るが、本説明中では簡単の為単にa−Siと表記するも
のとする。)この上に透明電極として抵抗加熱蒸着法よ
りITO膜を650Å堆積した。さらにその上に銀ペー
ストで幅300ミクロンの集積電極を形成し試料1aと
した。(Experiment 1) A 5 × 5 cm stainless steel plate (S
US430) by DC magnetron sputtering
Was deposited at 1500 °. The substrate temperature at this time was room temperature. Then, 4000 nm of ZnO was deposited thereon by a DC magnetron sputtering method. The substrate temperature at this time was 250 degrees. According to SEM observation, the surface of Al was smooth and glossy, but the surface of ZnO had a diameter of 4000-600.
Crater-like concave portions of about 0 ° were dense and cloudy. At this stage, the reflectance of light in the wavelength range of 6000-9000 ° was determined. On the back reflection layer thus formed, by glow discharge decomposition, an n-type a-Si layer was formed using SiH 4 and PH 3 as source gases at 200 °, an i-type a-Si layer was formed using SiH 4 as source gas at 4000 °, and SiH 4 was formed. 4, BF 3, H
2 as a source gas to form a p-type microcrystalline (μc) Si layer of 100
ÅThese were deposited to form a semiconductor junction. (Since about 10% of hydrogen (H) is contained in a-Si obtained by a glow discharge decomposition method such as SiH 4 , it is generally referred to as a-Si: H. Therefore, an ITO film was deposited thereon by 650 ° as a transparent electrode by a resistance heating evaporation method. Further, an integrated electrode having a width of 300 μm was formed thereon using a silver paste to obtain a sample 1a.
【0028】次にAlのの堆積時の基板温度を300度
としした他は、試料1aと同様にして試料1bを得た。Next, a sample 1b was obtained in the same manner as the sample 1a, except that the substrate temperature during the deposition of Al was set to 300 ° C.
【0029】次にZnOの堆積時の基板温度を室温とし
た他は、試料1aと同様にして試料1cを得た。Next, a sample 1c was obtained in the same manner as the sample 1a, except that the substrate temperature during the deposition of ZnO was room temperature.
【0030】次にAl、ZnOを堆積しないステンレス
基板を用いた他は、試料1aと同様にして試料1dを得
た。Next, a sample 1d was obtained in the same manner as the sample 1a, except that a stainless steel substrate on which Al and ZnO were not deposited was used.
【0031】次にステンレス基板と同サイズの表面を凹
凸ピッチ1000Å程度に研磨したAl基板を用い、A
lの堆積を行わなかった他は、試料1aと同様にして使
用1eを得た。Next, an Al substrate having a surface of the same size as the stainless steel substrate polished to an irregular pitch of about 1000 ° was used.
Use 1e was obtained in the same manner as for sample 1a, except that l was not deposited.
【0032】こうして得られた5種の試料をAM−1.
5のソーラーシミュレーターの下で測定し、光電変換素
子としての変換効率を評価した。結果を表1に示す。表
1から次のことが解る。即ち (1)どのような裏面反射層を用いても、裏面反射層を
用いなかった場合に比べ、変換効率は向上する。 (2)最も効率が高い裏面反射層はAl層が平滑面でZ
nO層が凹凸構造の場合であった。 (3)基板として研磨したAlを用いた場合も平滑なA
l層を形成したのと同等の効果がある。The five samples thus obtained were designated AM-1.
5 was measured under a solar simulator, and the conversion efficiency as a photoelectric conversion element was evaluated. Table 1 shows the results. The following can be seen from Table 1. That is, (1) No matter what kind of back reflection layer is used, the conversion efficiency is improved as compared with the case where no back reflection layer is used. (2) The most efficient back surface reflective layer has an Al layer with a smooth surface and Z
This was the case where the nO layer had an uneven structure. (3) Even when polished Al is used as the substrate, smooth A
There is an effect equivalent to forming the l layer.
【0033】(実験2)実験1で、Alの代わりにAg
を用い、集電電極を形成しなかった他は、試料1aと同
様にして試料2aを得た。(Experiment 2) In Experiment 1, Ag was used instead of Al.
And a sample 2a was obtained in the same manner as in the sample 1a, except that no current collecting electrode was formed.
【0034】Agの堆積時の基板温度として室温の代わ
りに350度とした他は試料2aと同様にして、試料2
bを得た。A sample 2 was prepared in the same manner as the sample 2a except that the substrate temperature during the deposition of Ag was changed to 350 degrees instead of the room temperature.
b was obtained.
【0035】試料2aではAgの表面は平滑であった。
ただしZnOの表面が凹凸構造であるため裏面反射層全
体としては、光沢がない。試料2bではAgの表面が凹
凸構造を示していた。In Sample 2a, the surface of Ag was smooth.
However, since the surface of ZnO has an uneven structure, the entire back reflection layer has no gloss. In Sample 2b, the surface of Ag showed an uneven structure.
【0036】表2に両試料のAM−1.5での変換効率
の測定結果を示す。試料2bは著しく変換効率が低い
が、これは電流電圧特性から短絡が生じている為と考え
られた。さらに両試料をSEMで観察すると、試料2b
では各所にスポット状の欠陥が観察され、さらにオージ
ェ分析の結果よりこれらの箇所ではAgが表面まで拡散
していることが解った。Table 2 shows the measurement results of the conversion efficiency of both samples at AM-1.5. Although the conversion efficiency of Sample 2b was remarkably low, it was considered that a short circuit occurred due to current-voltage characteristics. Further observation of both samples by SEM shows that sample 2b
Spot defects were observed at various places, and the result of Auger analysis showed that Ag was diffused to the surface at these places.
【0037】(実験3)堆積室のクリーニングを行うこ
と無く長期にわたって膜堆積を行った堆積室にてa−S
iの堆積を行った他は、実験1の試料1aと同様にして
試料3aを得た。(Experiment 3) aS in a deposition chamber where film deposition was performed for a long period without cleaning the deposition chamber
A sample 3a was obtained in the same manner as in the sample 1a of Experiment 1, except that i was deposited.
【0038】ZnOの堆積にCuを0.5%含むZnO
ターゲットを用いた他は、試料3aと同様にして試料3
bを得た。ZnO containing 0.5% of Cu for ZnO deposition
Except that a target was used, sample 3 was prepared in the same manner as sample 3a.
b was obtained.
【0039】表3に両試料AM1.5での変換効率の測
定結果を示す。何れも試料1aより変換効率が低く短絡
の影響が認められるが、試料3aでは顕著である。SE
M観察によると、両試料ともa−Si層に多数のピンホ
ールが観察された。また参考のため裏面反射層の表面に
直接クロム(Cr)の電極を形成し、微小電流を流して
ZnOの抵抗率を評価したところ試料3aでは5×10
2(Ωcm)であり、試料3bでは2×105(Ωcm)
であった。即ち試料3bでは、Cuの添加によりZnO
の比抵抗が適度に高まりピンホールを流れる電流が抑制
されたものと考えられる。Table 3 shows the measurement results of the conversion efficiency of both samples AM1.5. In each case, the conversion efficiency is lower than that of the sample 1a, and the influence of the short circuit is recognized. SE
According to M observation, many pinholes were observed in the a-Si layer in both samples. For reference, a chromium (Cr) electrode was formed directly on the surface of the back reflection layer, and a small current was passed to evaluate the resistivity of ZnO.
2 (Ωcm), and 2 × 10 5 (Ωcm) for sample 3b.
Met. That is, in sample 3b, ZnO was added by adding Cu.
It is considered that the specific resistance of the pinhole was appropriately increased and the current flowing through the pinhole was suppressed.
【0040】(実験4)ZnOの堆積にCuを0.5%
含むZnOターゲットを用いた他は、実験1の試料1a
の裏面反射層と同様にして試料4aを得た。試料1aの
裏面反射層を試料4bとした。両試料を塩化鉄30%水
溶液中に5分間漬けた。塩化鉄水溶液はITOのパター
ンニングに用いるエッチャントである。試料4aでは特
に変化が認められなかったが、試料4bではZnOが著
しく腐食していた。このことから、試料4aの裏面反射
層を用いると、薄膜半導体にピンホール等の欠陥があっ
ても後工程に於いてダメージを受けにくいと予想され
る。(Experiment 4) 0.5% Cu for ZnO deposition
Sample 1a of experiment 1 except that a ZnO target containing
A sample 4a was obtained in the same manner as in the case of the back reflection layer. The back reflection layer of Sample 1a was used as Sample 4b. Both samples were immersed in a 30% aqueous solution of iron chloride for 5 minutes. The aqueous iron chloride solution is an etchant used for patterning ITO. Although no particular change was observed in sample 4a, ZnO was significantly corroded in sample 4b. From this, it is anticipated that the use of the back reflection layer of the sample 4a makes it difficult for the thin film semiconductor to be damaged in a post-process even if there is a defect such as a pinhole.
【0041】(実験5)実験1でi型a−Si層を堆積
するに際し、放電々力を3倍に高めSiH4の流量を1
/3としたが、厚さは4000Åとなるよう堆積時間を
調整した他は試料1aと同様にして試料5を得た。試料
1aと試料5および、これらに用いた裏面反射層の表面
形状をSEM観察したところ、次の様な知見が得られ
た。試料1aの表面は、裏面反射層の表面と同様に直径
4000〜6000Å程度のクレーター状の凹部が密集
しており、クレーターの深さも殆んど同等であったのに
対し、試料5の表面では、裏面反射層の凹部よりもさら
に細かいピッチの隆起状の構造が発達し、明らかに裏面
反射層の構造とは異なる様相を示していた。(Experiment 5) In depositing the i-type a-Si layer in Experiment 1, the discharge power was tripled and the flow rate of SiH 4 was 1
Sample 3 was obtained in the same manner as Sample 1a except that the deposition time was adjusted so that the thickness became 4000 °. When the surface shapes of the samples 1a and 5 and the back reflection layer used for them were observed by SEM, the following findings were obtained. On the surface of sample 1a, crater-shaped concave portions having a diameter of about 4000 to 6000 ° were densely packed and the depth of the crater was almost the same as the surface of the back reflection layer, whereas the surface of sample 5 was As a result, a raised structure having a finer pitch than that of the concave portion of the back reflection layer was developed, and the appearance was clearly different from the structure of the back reflection layer.
【0042】次いで試料5を試料1aと同等にソーラー
シミュレーターの下で評価したところ、変換効率は8.
2%と試料1aより低い値となった。この差は主として
短絡光電流が低いことに起因しており、試料5の様に半
導体層の表面形状が裏面反射層の表面と異なる構造を示
している場合には光トラップ効果が不十分であることが
分った。Next, when the sample 5 was evaluated under the solar simulator in the same manner as the sample 1a, the conversion efficiency was 8.
The value was 2%, which was lower than that of the sample 1a. This difference is mainly due to the low short-circuit photocurrent. When the surface shape of the semiconductor layer is different from the surface of the back reflection layer as in Sample 5, the light trapping effect is insufficient. I understood that.
【0043】(実験6)5×5cmのステンレス板(S
US430)上にDCマグネトロンスパッタ法にてAl
を1500Å堆積した。この時の基板温度を室温とし
た。その上にDCマグネトロンスパッタ法にてZnOを
4000Å堆積した。このときの基板温度を300度と
した。SEM観察によると、Alの表面は凹凸ピッチ1
000Å以下の平滑面であり光沢があったが、ZnOの
表面は、直径4000−9000Å程度のクレーター状
の凹部が密集しており白濁していた。(Experiment 6) A 5 × 5 cm stainless steel plate (S
US430) by DC magnetron sputtering
Was deposited at 1500 °. The substrate temperature at this time was room temperature. Then, 4000 nm of ZnO was deposited thereon by a DC magnetron sputtering method. The substrate temperature at this time was set to 300 degrees. According to the SEM observation, the surface of Al has an uneven pitch of 1
Although the surface was glossy with a smooth surface of 000 ° or less, crater-like concave portions having a diameter of about 4000 to 9000 ° were dense and cloudy on the surface of ZnO.
【0044】また凹凸の高さの差は2000−4000
Å程度であった。さらにこの上にDCマグネトロンスパ
ッタ法にてZnOを500Å堆積した。この時の基板温
度を室温とした。SEM観察によると、第1層領域(基
板温度300℃の時)と同様の凹凸構造が維持されてい
た。この段階で波長6000−9000Åの範囲での光
の反射率を求めた。その後、実験1と同様に半導体接
合、透明電極、集電電極を形成し試料6aとした。The difference between the heights of the irregularities is 2000-4000.
It was about Å. Further, ZnO was deposited thereon by a DC magnetron sputtering method at 500 °. The substrate temperature at this time was room temperature. According to SEM observation, the same concavo-convex structure as in the first layer region (at a substrate temperature of 300 ° C.) was maintained. At this stage, the reflectance of light in the wavelength range of 6000-9000 ° was determined. Thereafter, a semiconductor junction, a transparent electrode, and a current collecting electrode were formed in the same manner as in Experiment 1 to obtain a sample 6a.
【0045】次にAlの堆積時の基板温度を100℃と
した他は、試料6aと同様にして試料6bを得た。Next, a sample 6b was obtained in the same manner as the sample 6a, except that the substrate temperature during the deposition of Al was set to 100 ° C.
【0046】次に2層面のZnO(半導体層側)を堆積
させなかった他は、試料6aと同様にして試料6cを得
た。Next, a sample 6c was obtained in the same manner as the sample 6a except that ZnO (semiconductor layer side) on the two-layer surface was not deposited.
【0047】次に1層目のZnOを基板温度300℃で
4500Å堆積し、2層目のZnOを堆積させなかった
他は、試料6aと同様にして試料6dを得た。Next, sample 6d was obtained in the same manner as sample 6a, except that the first layer of ZnO was deposited at a substrate temperature of 300 ° C. for 4500 ° and the second layer of ZnO was not deposited.
【0048】次に1層目ZnOを基板温度室温で400
0Å堆積し、2層目のZnOを堆積させなかった他は試
料6aと同様にして試料6eを得た。Next, the first layer of ZnO is heated at a substrate temperature of room temperature for 400 hours.
Sample 6e was obtained in the same manner as sample 6a except that 0 ° was deposited and ZnO of the second layer was not deposited.
【0049】次に1層目ZnOを基板温度室温で450
0Å堆積し、2層目のZnOを堆積させなかった他は、
試料6aと同様にして試料6fを得た。Next, a first layer of ZnO is applied at a substrate temperature of 450 at room temperature.
0 ° and no second layer of ZnO was deposited
Sample 6f was obtained in the same manner as for sample 6a.
【0050】次にステンレス基板と同サイズの表面を凹
凸ピッチ1000Å程度に研磨したAl基板を用い、A
lの堆積を行わなかった他は、試料6aと同様にして試
料6gを得た。Next, an Al substrate having the same size as that of the stainless steel substrate polished to a roughness pitch of about 1000 ° was used.
Sample 6g was obtained in the same manner as Sample 6a, except that l was not deposited.
【0051】また、有効な光トラップ効果を具現化する
凹凸構造形成の段階で金属層の露出部分が発生し、この
露出部分から半導体層への金属原子の拡散を第2層領域
を設けることにより防止できる。またこの露出部と部分
的にできた半導体中の短絡箇所を介して上部電極との間
でのリーク電流を第2層領域を設けることにより、その
ひん度を極端に低減し、光起電力素子の信頼性の向上が
はかれる。Further, an exposed portion of the metal layer is generated at the stage of forming the concave-convex structure for realizing an effective light trapping effect, and diffusion of metal atoms from the exposed portion to the semiconductor layer is provided by providing a second layer region. Can be prevented. Further, by providing the second layer region with a leakage current between the exposed portion and the upper electrode through a short-circuited portion in the semiconductor partially formed, the frequency is extremely reduced, and the photovoltaic element is formed. Is improved.
【0052】こうして得られた7種の試料をAM−1.
5のソーラーシミュレーターの下で測定し、光起電力素
子の一例として太陽電池の変換効率を評価した。結果を
表4に示す。表4から次のことが解る。即ち、 (1)平滑な金属層(凹凸が1000Å以下)と凹凸構
造を持つ透明層を組み合わせた場合に(試料6a、6
c、6d、6g)変換効率は向上した。 (2)試料6a、6c、6d、6gで変換効率における
差違はほとんど見られなかったが、透明層が1層の場合
(6c、6d)、2層の場合(6a、6g)では、光起
電力素子の歩留りがそれぞれ約70%、約95%とな
り、2層構成の方が明らかに信頼性が向上した(歩留り
の基準は電流・電圧特性の測定から求めた単位面積(1
cm2)あたりのシャント抵抗が200Ω以上の光起電
力素子を合格とし、それ未満の場合は不合格とする)。The seven samples thus obtained were designated AM-1.
5 was measured under a solar simulator to evaluate the conversion efficiency of a solar cell as an example of a photovoltaic element. Table 4 shows the results. The following can be seen from Table 4. That is, (1) When a smooth metal layer (with unevenness of 1000 ° or less) and a transparent layer having an uneven structure are combined (Samples 6a and 6
c, 6d, 6g) Conversion efficiency was improved. (2) Although there was almost no difference in the conversion efficiency between the samples 6a, 6c, 6d and 6g, the photovoltaic effect was observed when the transparent layer was one (6c, 6d) and two (6a, 6g). The yield of the power element is about 70% and about 95%, respectively, and the reliability is clearly improved in the two-layer configuration (the yield is based on the unit area (1
A photovoltaic element having a shunt resistance of 200 Ω or more per cm 2 ) is accepted, and a shunt resistance less than 200 Ω is rejected.
【0053】これは透明導電層に凹凸構造を形成する時
に、1層では凹部が局所的に大きくなる場所が発生し、
それによって一部分で金属層が露出し、光起電力素子を
作成した場合にはその場所を介して電気的短絡が生じた
ものと思われる。これに対して2層にした場合には、前
記露出部分が第2層目によって有効に被覆され、電気的
短絡の発生率を低下させ、歩留りが向上したものと思わ
れる。This is because, when a concave-convex structure is formed in the transparent conductive layer, a portion where the concave portion is locally large occurs in one layer,
As a result, the metal layer was partially exposed, and when a photovoltaic element was fabricated, it is considered that an electrical short circuit occurred through the location. On the other hand, when two layers are used, it is considered that the exposed portion is effectively covered with the second layer, the occurrence rate of the electric short circuit is reduced, and the yield is improved.
【0054】(実験7)実験6で、第1層目ZnOの膜
厚を10000Åとし、その後、10%酢酸水溶液に基
板を室温で1分間浸した他は、試料6aと同様にして試
料7aを得た。(Experiment 7) In Experiment 6, Sample 7a was prepared in the same manner as Sample 6a, except that the thickness of the first layer of ZnO was 10,000 °, and then the substrate was immersed in a 10% acetic acid aqueous solution at room temperature for 1 minute. Obtained.
【0055】次に第1層ZnOの膜厚を25000Åと
した他は、試料7aと同様にして試料7bを得た。Next, a sample 7b was obtained in the same manner as the sample 7a, except that the thickness of the first layer ZnO was 25000 °.
【0056】次に10%酢酸水溶液に基板を室温で浸す
時間を90秒間とした他は、試料7bと同様にして試料
7cを得た。次に10%酢酸水溶液に基板を室温で浸す
時間を3分間とした他は、試料7bと同様にして試料7
dを得た。Next, a sample 7c was obtained in the same manner as the sample 7b, except that the substrate was immersed in a 10% acetic acid aqueous solution at room temperature for 90 seconds. Next, except that the time for immersing the substrate in a 10% acetic acid aqueous solution at room temperature was set to 3 minutes, a sample 7
d was obtained.
【0057】SEM観察によれば、酢酸水溶液の浸食作
用によって第1層目ZnO透明導電膜の凹凸構造の凹凸
が浸した時間に応じて大きくなった。According to the SEM observation, the erosion of the acetic acid aqueous solution increased according to the immersion time of the unevenness of the uneven structure of the first ZnO transparent conductive film.
【0058】試料7a、7dでは、酢酸水溶液に浸した
直後は、金属層の露出部分がSEMによって観察された
所もあったが第2層目ZnO透明層を堆積することによ
り金属層露出部分は観察されなかった。表5に4種類の
試料AM−1.5での変換効率の測定結果を示す。試料
7a、7b、7cでは高い変換効率が得られたが試料7
dでは高い変換効率は得られなかった。In Samples 7a and 7d, immediately after immersion in the acetic acid aqueous solution, the exposed portion of the metal layer was observed by SEM in some places. However, the exposed portion of the metal layer was deposited by depositing the second ZnO transparent layer. Not observed. Table 5 shows the measurement results of the conversion efficiencies of the four samples AM-1.5. Although high conversion efficiencies were obtained in Samples 7a, 7b and 7c, Sample 7
No high conversion efficiency was obtained with d.
【0059】(実験8)実験6で透明層の堆積を全く行
わなかった他は、試料6aと同様に試料8aを得た。(Experiment 8) Sample 8a was obtained in the same manner as in Sample 6a, except that no transparent layer was deposited in Experiment 6.
【0060】試料8aのAM−1.5での変換効率を測
定した結果、変換効率は2.2%であった。そこで試料
8aのa−Si層をマイクロオージェ分析した結果、ア
ルミニウム原子が検出された。As a result of measuring the conversion efficiency of Sample 8a with AM-1.5, the conversion efficiency was 2.2%. Then, as a result of micro Auger analysis of the a-Si layer of the sample 8a, aluminum atoms were detected.
【0061】金属層と半導体層が直接接触すると金属原
子が半導体層に拡散することが確認された。It was confirmed that when the metal layer and the semiconductor layer were in direct contact, the metal atoms diffused into the semiconductor layer.
【0062】(基板及び金属層)基板としては各種の金
属が用いられる。中でもステンレススティール板、亜鉛
鋼板、アルミニウム板、銅板等は、価格が比較的低く好
適である。これらの金属板は、一定の形状に切断して用
いても良いし、板厚によっては長尺のシート状の形態で
用いても良い。この場合にはコイル状に巻く事ができる
ので連続生産に適合性がよく、保管や輸送も容易にな
る。又用途によってはシリコン等の結晶基板、ガラスや
セラミックスの板を用いる事もできる。基板の表面は研
磨しても良いが、例えばブライトアニール処理されたス
テンレス板の様に仕上がりの良い場合にはそのまま用い
ても良い。(Substrate and Metal Layer) Various metals are used for the substrate. Among them, stainless steel plate, zinc steel plate, aluminum plate, copper plate and the like are preferable because of their relatively low price. These metal plates may be cut into a certain shape and used, or may be used in a long sheet-like form depending on the plate thickness. In this case, since it can be wound in a coil shape, it is suitable for continuous production, and storage and transportation are easy. Depending on the application, a crystal substrate such as silicon or a glass or ceramic plate may be used. The surface of the substrate may be polished, but may be used as it is when the finish is good, such as a stainless steel plate subjected to a bright annealing treatment.
【0063】ステンレススティールや亜鉛鋼板の様にそ
のままでは光の反射率が低い基板やガラスやセラミック
スの様にそのままでは導電性の低い材料からなる基板で
は、その上に銀やアルミニウム、銅の様な反射率の高い
金属の層を設けることによって基板として使用可能とな
る。但し裏面反射層として用いる場合には、太陽光のス
ペクトルの内の短波長の成分は、既に半導体層に吸収さ
れているので、それより長波長の光に対して反射率が高
ければ十分である。どの波長以上で反射率が高ければ良
いかは、用いる半導体の光吸収係数、膜厚に依存する。
例えば厚さ4000Åのa−Siの場合には、この波長
は約6000Åとなり、銅が好適に使用できる(図4参
照)。In the case of a substrate having a low light reflectance as it is, such as stainless steel or a zinc steel plate, or a substrate made of a material having a low conductivity as it is, such as glass or ceramics, a substrate such as silver, aluminum, or copper is further provided thereon. By providing a metal layer with high reflectivity, it can be used as a substrate. However, when used as a back reflection layer, the short wavelength component of the spectrum of sunlight is already absorbed in the semiconductor layer, so it is sufficient if the reflectance is higher for light of longer wavelength than that. . Which wavelength or higher the reflectance should be higher depends on the light absorption coefficient and the film thickness of the semiconductor used.
For example, in the case of a-Si having a thickness of 4000 °, this wavelength is about 6000 °, and copper can be suitably used (see FIG. 4).
【0064】金属層の堆積には、抵抗加熱や電子ビーム
による真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーテ
ィング法、CVD法、メッキ法等が用いられる。成膜法
の一例としてスパッタリング法の場合を説明する。図6
にスパッタリング装置の一例を示す。401は堆積室で
あり、不図示の排気ポンプで真空排気できる。この内部
に、不図示のガスボンベに接続されたガス導入管402
より、アルゴン(Ar)等の不活性ガスが所定の流量導
入され、排気弁403の開度を調整し堆積室401内は
所定の圧力とされる。また基板404は内部にヒーター
405が設けられたアノード406の表面に固定され
る。アノード406に対向してその表面にターゲット4
07が固定されたカソード電極408が設けられてい
る。ターゲット407は堆積されるべき金属のブロック
である。通常は純度99.9%乃至99.999%程度
の純金属であるが、場合により特定の不純物を導入して
も良い。カソード電極は電源409に接続されている。
電源409により、ラジオ周波数(RF)や直流(D
C)の高電圧を加え、カソード・アノード間にプラズマ
410をたてる。このプラズマの作用によりターゲット
407の金属原子が基板404上に堆積される。またカ
ソード408の内部に磁石を設けプラズマの強度を高め
たマグネトロンスパッタリング装置では、堆積速度を高
める事ができる。For deposition of the metal layer, a vacuum deposition method using resistance heating or an electron beam, a sputtering method, an ion plating method, a CVD method, a plating method, or the like is used. A case of a sputtering method will be described as an example of a film formation method. FIG.
Shows an example of a sputtering apparatus. Reference numeral 401 denotes a deposition chamber, which can be evacuated by an exhaust pump (not shown). Inside this, a gas introduction pipe 402 connected to a gas cylinder (not shown) is provided.
As a result, an inert gas such as argon (Ar) is introduced at a predetermined flow rate, the opening of the exhaust valve 403 is adjusted, and the inside of the deposition chamber 401 is set to a predetermined pressure. The substrate 404 is fixed to the surface of the anode 406 provided with the heater 405 inside. A target 4 is provided on the surface facing the anode 406.
A cathode electrode 408 to which the reference numeral 07 is fixed is provided. Target 407 is a block of metal to be deposited. Usually, it is a pure metal having a purity of about 99.9% to 99.999%, but a specific impurity may be introduced in some cases. The cathode electrode is connected to a power supply 409.
The power supply 409 provides radio frequency (RF) or direct current (D
A high voltage of C) is applied to generate plasma 410 between the cathode and the anode. The metal atoms of the target 407 are deposited on the substrate 404 by the action of the plasma. In a magnetron sputtering apparatus in which a magnet is provided inside the cathode 408 to increase the plasma intensity, the deposition rate can be increased.
【0065】(透明層及びその凹凸構造)透明層として
は、ZnOをはじめIn2O3、SnO2、CdO、Cd
SnO4、TiO等の酸化物がしばしば用いられる。
(だだしここで示した化合物の組成比は実態と必ずしも
一致していない。)各透明層の光の透過率は一般的には
高いほど良いが、半導体に吸収される波長域の光に対し
ては、透明である必要はない。透明層はピンホールなど
による電流を抑制するためにはむしろ抵抗があった方が
よい。一方この抵抗による直列抵抗損失が光起電力素子
の変換効率に与える影響が無視できる範囲でなくてはな
らない。この様な観点から透明層の単位面積(1c
m2)あたりの抵抗の範囲は好ましくは10-6〜10
Ω、更に好ましくは10-5〜3Ω、最も好ましくは10
-4〜1Ωである。また透明層の膜厚は透明性の点からは
薄いほどよいが、多重干渉の点からは500Å以上必要
である。また表面の凹凸構造を取るためには平均的な膜
厚として1000Å以上必要である。また信頼性の点か
らこれ以上の膜厚が必要な場合もある。複数の層領域か
らなる場合、第1層領域表面の凹凸構造を取るためには
平均的な膜厚として1000Å以上必要である。(Transparent Layer and its Uneven Structure) The transparent layer is made of ZnO, In 2 O 3 , SnO 2 , CdO, Cd
Oxides such as SnO 4 and TiO are often used.
(However, the composition ratio of the compound shown here does not always match the actual state.) In general, the higher the light transmittance of each transparent layer is, the better, but the light in the wavelength range absorbed by the semiconductor is good. Need not be transparent. It is preferable that the transparent layer has a resistance in order to suppress a current caused by a pinhole or the like. On the other hand, the effect of the series resistance loss due to this resistance on the conversion efficiency of the photovoltaic element must be within a negligible range. From such a viewpoint, the unit area (1c
The range of resistance per m 2 ) is preferably 10 −6 to 10
Ω, more preferably 10 -5 to 3 Ω, most preferably 10 Ω
−4 to 1Ω. The thickness of the transparent layer is preferably as small as possible from the viewpoint of transparency, but is required to be 500 ° or more from the viewpoint of multiple interference. Further, in order to obtain a surface uneven structure, an average film thickness of 1000 ° or more is required. In some cases, a higher film thickness is required from the viewpoint of reliability. In the case of a plurality of layer regions, an average film thickness of 1000 ° or more is required in order to obtain the uneven structure on the surface of the first layer region.
【0066】この第1層に凹凸構造を形成する手段は、
金属層と接する層を堆積する時に温度を高めてやればよ
い。この場合には第1層形成温度T1は、第1層形成に
用いられる材料、装置等によって適宜変化するが、例え
ば、ZnOターゲット(純度99.9%)を用いたDC
マグネトロンスパッタ法においては、T1>200℃が
好ましい。また、前述透明層に用いられる酸化物等の表
面形状は、形成温度Tが高いほど凹凸構造が進むことか
ら、第n層領域の形成温度をTnとするとT1とTnの関
係は、T1>Tnとなる。Means for forming the uneven structure on the first layer is as follows:
The temperature may be increased when a layer in contact with the metal layer is deposited. In this case, the first layer formation temperature T 1 is appropriately changed depending on a material, an apparatus, and the like used for forming the first layer. For example, for example, DC using a ZnO target (purity 99.9%) is used.
In the magnetron sputtering method, T 1 > 200 ° C. is preferable. The surface shape of such oxides used in the above transparent layer, since the forming temperature T advances the higher uneven structure, the relationship of the n-layer region T 1 and T n when the formation temperature is T n of, T 1 > T n .
【0067】また別の凹凸構造の形成手段としては、第
1層を堆積した後、その表面を酸またはアルカリまたは
塩水溶液に浸す方法がある。浸す時間の長短により所望
の凹凸構造が得られる。この時用いられる酸としては、
酢酸、硫酸、塩酸、硝酸、過塩素酸等が、アルカリとし
ては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アル
ミニウム等が、塩としては塩化鉄、塩化アルミニウム等
がしばしば用いられる。As another means for forming the concavo-convex structure, there is a method in which after depositing the first layer, the surface thereof is immersed in an acid, alkali or salt aqueous solution. Depending on the length of the dipping time, a desired uneven structure can be obtained. As the acid used at this time,
Acetic acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, perchloric acid and the like are often used as alkalis, and sodium hydroxide, potassium hydroxide and aluminum hydroxide are often used as alkalis, and iron chloride and aluminum chloride are often used as salts.
【0068】また別の凹凸構造の形成手段としては、第
1層を堆積した後、その表面を逆スパッタリング等を用
いて凹凸構造を採らせたい透明層をプラズマ、イオン等
でたたく方法がある。凹凸構造形成手段は比較的簡便に
行うことができ、バッヂ式製法に適している。第2層領
域以降の透明層は、第1層によって形成された凹凸構造
をそこなわない程度の厚みでなければならず更に堆積さ
れる半導体層の厚みも考慮すると、500Å−3000
Å、好ましくは500Å−2500Å、更に好ましくは
500Å−2000Åである。As another means for forming the concavo-convex structure, there is a method in which after depositing the first layer, the surface of the first layer is subjected to reverse sputtering or the like and the transparent layer whose concavo-convex structure is to be formed is hit with plasma, ions or the like. The concavo-convex structure forming means can be relatively easily performed, and is suitable for a badge type manufacturing method. The transparent layers after the second layer region must have a thickness that does not impair the concavo-convex structure formed by the first layer, and furthermore, 500-3000 in consideration of the thickness of the semiconductor layer to be deposited.
Å, preferably 500Å-2500Å, and more preferably 500Å-2000Å.
【0069】第2層領域以降で少なくとも1つの第n層
領域の形成温度Tnは、第1層領域の凹凸をできるだけ
完全に被覆するためには平滑な面を作る条件が良くでき
るだけ低くすると良い。第n形成温度Tnは、第n透明
層形成に用いられる材料、装置等によって適宜変化する
が、例えば、ZnOターゲット(純度99.9%)を用
いたDCマグネトロンスパッタ法においては、Tn<2
00℃が好ましい。[0069] forming temperature T n of at least one of the n layer region in the second layer region later, it may for coating irregularities of the first layer region as completely as possible is as low as possible good conditions to produce a smooth surface . The n-th formation temperature T n varies as appropriate depending on the material, apparatus, and the like used for forming the n-th transparent layer. For example, in a DC magnetron sputtering method using a ZnO target (purity 99.9%), T n < 2
00 ° C is preferred.
【0070】又、複数の層領域からなる別の例におい
て、第1層の凹凸ピッチ3000Å以下を形成させる第
1形成手段の一手段としては、第1形成温度T1をでき
るだけ低くすると良い。第1形成温度T1は、第1層形
成に用いられる材料、装置等によって適宜変化するが、
例えば、ZnOターゲット(純度99.9%)を用いた
DCマグネトロンスパッタ法においては、T1<200
℃が好ましい。Further, in another example including a plurality of layer regions, as one of the first forming means for forming the uneven pitch of the first layer of 3000 ° or less, the first forming temperature T 1 may be set as low as possible. The first formation temperature T 1 is appropriately changed depending on a material, an apparatus, and the like used for forming the first layer.
For example, in a DC magnetron sputtering method using a ZnO target (purity 99.9%), T 1 <200
C is preferred.
【0071】第2形成手段以降の形成手段によって形成
される透明層のうち凹凸構造を採る第n層領域は、凹凸
構造を採るために平均的な膜厚として1000Å以上必
要である。また、前記凹凸構造の一形成手段としては、
第n形成温度Tnを高くすると良い。第n形成温度T
nは、第n層領域形成に用いられる材料、装置等によっ
て適宜変化するが、例えば、ZnOターゲット(純度9
9.9%)を用いたDCマグネトロンスパッタ法におい
ては、Tn>200℃が好ましい。また、前述透明層に
用いられる酸化物等の表面形状は、形成温度Tが高いほ
ど凹凸構造が進むことから、T1とTnの関係は、T1<
Tnとなる。In the transparent layer formed by the second and subsequent forming means, the n-th layer region having an uneven structure requires an average film thickness of 1000 ° or more in order to obtain the uneven structure. Further, as one means for forming the uneven structure,
It is preferable to increase the n-th forming temperature Tn. N-th forming temperature T
n changes as appropriate depending on the material, apparatus, and the like used for forming the n-th layer region.
(9.9%), it is preferable that T n > 200 ° C. in the DC magnetron sputtering method. The surface shape of the oxide or the like used for the transparent layer described above is such that the higher the forming temperature T, the more the uneven structure progresses. Therefore, the relationship between T 1 and T n is T 1 <
The T n.
【0072】また別の凹凸構造の形成手段としては、第
1層を堆積した後、その表面を酸またはアルカリまたは
塩水溶液に浸す方法がある。浸す時間の長短により所望
の凹凸構造が得られる。この時用いられる酸としては、
酢酸、硫酸、塩酸、硝酸、過塩素酸等が、アルカリとし
ては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アル
ミニウム等が、塩としては塩化鉄、塩化アルミニウム等
がしばしば用いられる。As another means for forming the concavo-convex structure, there is a method in which after depositing the first layer, the surface is immersed in an acid, alkali or salt aqueous solution. Depending on the length of the dipping time, a desired uneven structure can be obtained. As the acid used at this time,
Acetic acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, perchloric acid and the like are often used as alkalis, and sodium hydroxide, potassium hydroxide and aluminum hydroxide are often used as alkalis, and iron chloride and aluminum chloride are often used as salts.
【0073】また別の凹凸構造の形成手段としては、第
2層領域以降に形成される透明層のうち所望の凹凸構造
を採らせたい透明層を堆積した後、その表面をスパッタ
リング等を用いて凹凸構造を採らせたい透明層をプラズ
マ、イオン等でたたく方法がある。この凹凸構造形成手
段は比較的簡便に行うことができ、バッヂ式製法に適し
ている。As another means for forming a concave-convex structure, a transparent layer of which a desired concave-convex structure is to be formed among the transparent layers formed after the second layer region is deposited, and the surface thereof is formed by sputtering or the like. There is a method of hitting a transparent layer to have an uneven structure with plasma, ions, or the like. This uneven structure forming means can be performed relatively easily and is suitable for a badge type manufacturing method.
【0074】第2形成手段以降の形成手段によって形成
される層領域のうち凹凸構造を採る第n層領域より上に
堆積される透明層の総膜厚は、前記凹凸構造を損なわな
い程度の厚みでなければならず、半導体の厚みも考慮す
れば、前記総膜厚は500Å−3000Å、好ましくは
500Å−2500Å、更に好ましくは500Å−20
00Åである。The total film thickness of the transparent layer deposited above the n-th layer region having an uneven structure in the layer regions formed by the second and subsequent forming means has a thickness that does not impair the uneven structure. In consideration of the thickness of the semiconductor, the total thickness is 500-3000, preferably 500-2500, and more preferably 500-20.
00 °.
【0075】透明層の堆積には、抵抗加熱や電子ビーム
による真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーテ
ィング法、CVD法、スプレーコート法等が用いられ
る。成膜法の一例としてスパッタリング法を説明する。
この場合も図6に示したスパッタリング装置が使用でき
る。ただし酸化物ではターゲットとして酸化物そのもの
を用いる場合と、金属(Zn、Sn等)のターゲットを
用いる場合がある。後者の場合では、堆積室にArと同
時に酸素を流す必要がある(反応性スパッタリング法と
呼ばれる)。For deposition of the transparent layer, a vacuum deposition method using resistance heating or an electron beam, a sputtering method, an ion plating method, a CVD method, a spray coating method, or the like is used. A sputtering method will be described as an example of a film formation method.
Also in this case, the sputtering apparatus shown in FIG. 6 can be used. Note that in the case of an oxide, there are a case where the oxide itself is used as a target and a case where a metal (Zn, Sn, or the like) target is used. In the latter case, it is necessary to flow oxygen into the deposition chamber simultaneously with Ar (this is called a reactive sputtering method).
【0076】堆積条件、凹凸構造形成条件の一例を挙げ
る。表面を研磨した5cm×5cm厚さ1mmのステン
レス板(sus430)を基板とした。直径6インチ純
度99.9%のZnOターゲットを用い、ターゲット基
板間の距離を5cmとして、Arを10sccm流しつ
つ、圧力を1.5mTorrに保ち、500Vの直流電
圧を加えたところ、プラズマがたち1アンペアの電流が
流れた。この状態で5分間放電を継続した。基板温度
を、室温、100度、200度、300度と変えて試料
14a、14b、14c、14dとした。表6にこれら
の試料の外観、SEM観察の結果をまとめた。温度を高
めるとZnOの表面の形態が変化する。白濁が起こった
試料14c、14dでは表面にクレーター状の凹部が見
られこれが白濁の原因と考えられる。次に複数の層領域
からなり、第1層表面が凹凸構造からなる場合の堆積条
件、凹凸構造形成条件の一例を挙げる。An example of the deposition conditions and the concavo-convex structure forming conditions will be described. A 5 cm × 5 cm 1 mm thick stainless steel plate (sus430) having a polished surface was used as a substrate. When a ZnO target having a diameter of 6 inches and a purity of 99.9% was used, the distance between target substrates was set to 5 cm, Ar was flowed at 10 sccm, the pressure was maintained at 1.5 mTorr, and a DC voltage of 500 V was applied. Ampere current flowed. In this state, discharging was continued for 5 minutes. The substrate temperature was changed to room temperature, 100 degrees, 200 degrees, and 300 degrees to obtain samples 14a, 14b, 14c, and 14d. Table 6 summarizes the appearance of these samples and the results of SEM observation. Increasing the temperature changes the surface morphology of ZnO. In the samples 14c and 14d where turbidity occurred, crater-shaped concave portions were observed on the surface, and this is considered to be the cause of turbidity. Next, an example of deposition conditions and conditions for forming a concavo-convex structure when the first layer surface has a concavo-convex structure, which includes a plurality of layer regions.
【0077】前記圧力、直流電圧印加までは同様とし、
15分間放電を継続した。基板温度を、室温、100
度、200度、300度と変えて試料15a、15b、
15c、15dとした。温度を高めるとZnOの表面の
形態が変化する。白濁が起こった試料15c、15dで
は表面にクレーター状の凹部が見られこれが白濁の原因
と考えられる。更に基板温度200℃で作成した試料を
10%酢酸水溶液に1分間、1.5分間浸した試料をそ
れぞれ15e、15fとし、表7にこれらの試料の外観
であるSEM観察の結果をまとめた。The same applies until the application of the pressure and the DC voltage.
The discharge was continued for 15 minutes. The substrate temperature is set to room temperature, 100
Degrees, 200 degrees, and 300 degrees, samples 15a, 15b,
15c and 15d. Increasing the temperature changes the surface morphology of ZnO. In the samples 15c and 15d where turbidity occurred, crater-shaped concave portions were observed on the surface, and this is considered to be the cause of turbidity. Further, the samples prepared at a substrate temperature of 200 ° C. were immersed in a 10% acetic acid aqueous solution for 1 minute and 1.5 minutes, and the samples were designated as 15e and 15f, respectively. Table 7 summarizes the results of SEM observation of the appearance of these samples.
【0078】この様にして得られた試料15a〜15f
に再びスパッタリング法によって前述と同様の条件でZ
nOを堆積したところ15a〜15fとほぼ同様の凹凸
面を有する堆積膜が維持されていた。(ただし放電時間
1.5分)。Samples 15a to 15f obtained in this manner
Again by the sputtering method under the same conditions as above.
When nO was deposited, a deposited film having substantially the same uneven surface as that of 15a to 15f was maintained. (However, the discharge time is 1.5 minutes).
【0079】更に複数の層領域からなり、第2層以降の
少なくとも1つの層領域表面が凹凸構造からなる場合の
堆積条件、凹凸構造形成条件の一例を挙げる。Further, examples of deposition conditions and conditions for forming a concavo-convex structure when a plurality of layer regions are formed and at least one of the second and subsequent layer regions has a concavo-convex structure.
【0080】前記圧力、直流電圧印加までは同様とし、
この状態で1.5分間放電を継続した。基板温度は室温
とした。The same applies to the above pressure and DC voltage application.
In this state, the discharge was continued for 1.5 minutes. The substrate temperature was room temperature.
【0081】次に再び同様のスパッタリング法にて、第
2層領域のZnOを堆積した。ただし放電時間は15分
間、基板温度は室温、100℃、200℃、300℃と
変えて試料16a、16b、16c、16dとした。表
8にこれらの試料の外観、SEM観察の結果をまとめ
た。Next, ZnO in the second layer region was deposited again by the same sputtering method. However, the discharge time was 15 minutes, and the substrate temperature was changed to room temperature, 100 ° C., 200 ° C., and 300 ° C. to obtain samples 16a, 16b, 16c, and 16d. Table 8 summarizes the appearance of these samples and the results of SEM observation.
【0082】光閉じ込めが起こる理由としては、金属層
自身が凹凸構造を取っている場合には金属層での光の散
乱が考えられるが、金属層が平滑で透明層が凹凸構造を
取る場合には、半導体の表面及び/又は透明層との界面
に於て入射光の位相が凹部と凸部でずれる事による散乱
が考えられる。ピッチとして好ましくは3000〜20
000Å程度、より好ましくは4000〜15000
Å、また高さの差として好ましくは500〜20000
Å、より好ましくは700〜10000Åとなる。この
観点から試料14c、14d、15c、15d、15
e、15f、16c、16dではほぼ理想に近い凹凸構
造が得られていると言える。また半導体の表面が透明層
と同様な凹凸構造になると光の位相差による光の散乱が
起こり易く光トラップの効果が高い。The light confinement may be caused by scattering of light in the metal layer when the metal layer itself has an uneven structure. However, when the metal layer is smooth and the transparent layer has an uneven structure, It is conceivable that scattering is caused by the phase of incident light being shifted between a concave portion and a convex portion on the surface of the semiconductor and / or the interface with the transparent layer. 3000-20 preferably as pitch
About 000Å, more preferably 4000 to 15000
Å, and preferably the height difference is 500 to 20,000
Å, more preferably 700〜1010000Å. From this viewpoint, the samples 14c, 14d, 15c, 15d, 15
In e, 15f, 16c, and 16d, it can be said that a nearly ideal uneven structure is obtained. Further, when the surface of the semiconductor has an uneven structure similar to that of the transparent layer, scattering of light due to the phase difference of light easily occurs, and the effect of the light trap is high.
【0083】また透明層の比抵抗を制御するためには適
当な不純物を添加すると良い。本発明の透明層として
は、前述したような導電性酸化物では比抵抗が低すぎる
場合があり、又全体をより薄くするために不純物として
その添加により抵抗を適度に高める物が好ましい。例え
ばn型の半導体である透明層にアクセプター型の不純物
(例えばZnOにCu.SnO2にAl等)を適当量加
えて真性化し抵抗を高めることができる。In order to control the specific resistance of the transparent layer, an appropriate impurity may be added. As the transparent layer of the present invention, the conductive oxide as described above may have a specific resistance that is too low. In order to make the whole thinner, it is preferable to add an impurity as an impurity to appropriately increase the resistance. For example, an appropriate amount of an acceptor-type impurity (eg, Cu in ZnO, Al in SnO 2 , etc.) is added to a transparent layer, which is an n-type semiconductor, to increase the intrinsic property and increase the resistance.
【0084】なお、透明層が複数の層領域からなる場合
には、それぞれの層領域に適当な不純物を導入してもよ
いが、少なくとも1つの層領域に不純物を導入し真性化
すれば透明層全体として適度な抵抗を持たせることがで
きる。When the transparent layer is composed of a plurality of layer regions, an appropriate impurity may be introduced into each of the layer regions. A moderate resistance can be given as a whole.
【0085】また真性化した透明層は一般に酸やアルカ
リに対してエッチングされにくくなるので、太陽電池製
造の後工程において半導体層やITO層のパターンニン
グ等に用いられる薬品に浸されにくくなり、また太陽電
池を高温高湿環境下で長期に渡って使用する場合の耐久
性が高まるメリットもある。Since the intrinsic transparent layer is generally hard to be etched by an acid or alkali, it is hard to be immersed in a chemical used for patterning a semiconductor layer or an ITO layer in a later step of manufacturing a solar cell. Another advantage is that the durability of the solar cell when used in a high-temperature, high-humidity environment for a long period of time is increased.
【0086】ただし、透明層の凹凸構造を形成するため
に酸,アルカリ,塩の溶液等によるエッチングを用いる
場合には、透明層を真性化すると作業能率が低下するの
で望ましくない。この場合には不純物の導入によって真
性化を行なわずに形成した透明層をエッチング処理した
後、さらに真性化を行った透明層を積層すれば透明層全
体としては適度な抵抗を持ち、耐薬品性や耐久性が高い
太陽電池とすることができる。透明膜へ不純物を添加す
るには実験3、実験4にて説明したように蒸発源やター
ゲットに所望の不純物を添加しても良いし、特にスパッ
タリング法ではターゲットの上に不純物を含む材料の小
片を置いても良い。However, in the case where etching using a solution of an acid, an alkali, a salt or the like is used to form the concave-convex structure of the transparent layer, if the transparent layer is made intrinsic, the working efficiency is undesirably reduced. In this case, after etching the transparent layer formed without initiating by the introduction of impurities, and then laminating the insulted transparent layer, the entire transparent layer has moderate resistance and chemical resistance. And a solar cell with high durability. In order to add impurities to the transparent film, desired impurities may be added to the evaporation source or the target as described in Experiments 3 and 4. In particular, in the case of the sputtering method, a small piece of a material containing impurities is placed on the target. May be placed.
【0087】[0087]
【発明の実施の形態】 (実施例1)本実施例においては、図1の断面模式図に
示す構成のpin型a−Si(ただし金属層102は設
けない)光起電力素子を作製した。表面を研磨した5×
5cm厚さ1mmのAl板101に図6に示した装置に
てCuを5%添加したZnOターゲットを用いて基板温
度250度にて平均的な厚さが4000ÅのZnO層1
03を堆積した。ZnOの表面は凹凸構造となった。(Embodiment 1) In this embodiment, a pin-type a-Si (provided that the metal layer 102 is not provided) photovoltaic element having the structure shown in the schematic sectional view of FIG. 1 was produced. 5x with polished surface
A ZnO layer 1 having an average thickness of 4000 ° at a substrate temperature of 250 ° C. using a ZnO target with 5% Cu added to an Al plate 101 having a thickness of 5 cm and a thickness of 1 mm using the apparatus shown in FIG.
03 was deposited. The surface of ZnO had an uneven structure.
【0088】ひき続き、該下部電極の形成された基板を
市販の容量結合型高周波CVD装置(アルバック社製C
HJ−3030)にセットした。排気ポンプにて、反応
容器の排気管を介して、荒引き、高真空引き操作を行っ
た。この時、基板の表面温度は250℃となるよう、温
度制御機構により制御した。十分に排気が行われた時点
で、ガス導入管よりSiH4300sccm、SiF44
sccm、PH3/H2(1%H2希釈)55sccm、
H240sccmを導入し、スロットルバルブの開度を
調整して、反応容器の内圧を1Torrに保持し、圧力
が安定したところで、直ちに高周波電源より200Wの
電力を投入した。プラズマは5分間持続させた。これに
より、n型a−Si層105が透明層103上に形成さ
れた。再び排気をした後に、今度はガス導入管よりSi
H4300sccm、SiF44sccm、H240sc
cmを導入し、スロットルバルブの開度を調整して、反
応容器の内圧を1Torrに保持し、圧力が安定したと
ころで、直ちに高周波電源より150Wの電力を投入
し、プラズマは40分間持続させた。これによりi型a
−Si層106がn型a−Si層105上に形成され
た。再び排気をした後に、今度はガス導入管よりSiH
450sccm、BF3/H2(1%H2希釈)50scc
m、H2500sccmを導入し、スロットルバルブの
開度を調整して、反応容器の内圧を1Torrに保持
し、圧力が安定したところで、直ちに高周波電源より3
00Wの電力を投入した。プラズマは2分間持続させ
た。これによりp型μc−Si層107がi型a−Si
層106上に形成された。次に試料を高周波CVD装置
より取り出し、抵抗加熱真空蒸着装置にてITOを堆積
した後、塩化鉄水溶液を含むペーストを印刷し、所望の
透明電極108のパターンを形成した。更にAgペース
トをスクリーン印刷して集電電極109を形成し太陽電
池を完成した。この方法で10枚の試料を作成し、AM
1.5(100mW/cm2)光照射下にて特性評価を
行ったところ、光電変換効率で9.5±0.2%と優れ
た変換効率が再現性良く得られた。またこれらの太陽電
池を、温度50度、湿度90%の環境下に1000時間
放置したが変換効率は9.2±0.5%とほとんど低下
が認められなかった。Subsequently, the substrate on which the lower electrode was formed was mounted on a commercially available capacitively coupled high-frequency CVD apparatus (C
HJ-3030). Rough evacuation and high vacuum evacuation operations were performed by an evacuation pump through the evacuation pipe of the reaction vessel. At this time, the temperature of the substrate was controlled by a temperature control mechanism so as to be 250 ° C. When the sufficiently evacuated is performed, SiH 4 300 sccm from the gas introducing pipe, SiF 4 4
sccm, PH 3 / H 2 (1% H 2 dilution) 55 sccm,
40 sccm of H 2 was introduced, the opening of the throttle valve was adjusted, the internal pressure of the reaction vessel was maintained at 1 Torr, and when the pressure was stabilized, 200 W of power was immediately supplied from the high frequency power supply. The plasma was maintained for 5 minutes. Thereby, the n-type a-Si layer 105 was formed on the transparent layer 103. After exhausting again, this time the Si
H 4 300 sccm, SiF 4 4 sccm, H 2 40 sc
cm, the opening degree of the throttle valve was adjusted, the internal pressure of the reaction vessel was maintained at 1 Torr, and when the pressure was stabilized, 150 W of electric power was immediately supplied from a high-frequency power source to maintain the plasma for 40 minutes. As a result, i-type a
The -Si layer 106 was formed on the n-type a-Si layer 105. After exhausting again, this time the SiH
4 50 sccm, BF 3 / H 2 (1% H 2 dilution) 50 sccc
m, H 2 500 sccm was introduced, the opening of the throttle valve was adjusted, the internal pressure of the reaction vessel was maintained at 1 Torr, and when the pressure was stabilized, 3
The power of 00W was turned on. The plasma was maintained for 2 minutes. As a result, the p-type μc-Si layer 107 becomes i-type a-Si
Formed on layer 106. Next, the sample was taken out from the high-frequency CVD apparatus, ITO was deposited by a resistance heating vacuum evaporation apparatus, and then a paste containing an aqueous solution of iron chloride was printed to form a desired pattern of the transparent electrode 108. Further, an Ag paste was screen-printed to form a current collecting electrode 109, thereby completing a solar cell. In this way, 10 samples were prepared, and AM
When the characteristics were evaluated under irradiation with 1.5 (100 mW / cm 2 ) light, an excellent conversion efficiency of 9.5 ± 0.2% in terms of photoelectric conversion efficiency was obtained with good reproducibility. Further, these solar cells were allowed to stand for 1000 hours in an environment of a temperature of 50 ° C. and a humidity of 90%, but the conversion efficiency was 9.2 ± 0.5%, and almost no decrease was observed.
【0089】(実施例2)本実施例においては、図1の
断面模式図に示す構成のpin型a−SiGe光起電力
素子を作製した。表面を研磨した5×5cm厚さ1mm
のステンレス板101にめっき法にて厚さ1500Åの
表面が平滑なCuの層102を形成した。次いでイオン
プレーティング法にて、基板温度を350度として酸素
雰囲気にてCuを1.0%含むZnをとばし、平均的な
厚さが1ミクロンで、表面が凹凸構造であるZnO層を
堆積した。Example 2 In this example, a pin-type a-SiGe photovoltaic element having the structure shown in the schematic sectional view of FIG. 1 was manufactured. 5x5cm thickness 1mm with polished surface
A copper layer 102 having a smooth surface and a thickness of 1500 ° was formed on a stainless steel plate 101 by plating. Next, Zn containing 1.0% of Cu was blown away in an oxygen atmosphere at a substrate temperature of 350 ° C. by an ion plating method, and a ZnO layer having an average thickness of 1 μm and an uneven surface was deposited. .
【0090】ひき続き、i層として、Si2H6を50s
ccm、GeH4を10sccm、H2を300sccm
導入し、反応容器の内圧を1Torrに保持し、100
Wの電力を投入しプラズマを10分間持続させて堆積し
たa−SiGeを用いた以外は実施例1と同様にして1
0枚の試料を作成した。これらをAM1.5(100m
W/cm2)光照射下にて特性評価を行ったところ、光
電変換効率で8.5±0.3%と優れた変換効率が再現
性良く得られた。Subsequently, Si 2 H 6 was applied for 50 seconds as an i-layer.
ccm, 10sccm the GeH 4, the H 2 300sccm
And kept the internal pressure of the reaction vessel at 1 Torr,
The same procedure as in Example 1 was repeated except that a-SiGe deposited by applying a power of W and maintaining the plasma for 10 minutes was used.
Zero samples were prepared. AM1.5 (100m
(W / cm 2 ) When the characteristics were evaluated under light irradiation, an excellent conversion efficiency of 8.5 ± 0.3% in photoelectric conversion efficiency was obtained with good reproducibility.
【0091】(実施例3)図7に示す装置を用いて連続
的に裏面反射層の形成を行った。ここで基板送り出し室
603には洗浄済みの幅350mm、厚さ0.2mm、
長さ500mのステンレスシートロール601がセット
されている。ここからステンレスシート602は金属層
堆積室604、透明層堆積室605を経て基板巻き取り
室606に送られて行く。シート602は各々の堆積室
にて基板ヒーター607、608にて所望の温度に加熱
できるようになっている。堆積室604のターゲット6
09は純度99.99%のAlで、DCマグネトロンス
パッタリングによりシート602上にAl層を堆積す
る。堆積室605のターゲット610は純度99.5%
(ただし0.5%はCu)のZnOで、DCマグネトロ
ンスパッタリングにより引き続きZnO層を堆積する。
堆積速度、所望の膜厚の関係でターゲット610は4枚
からなる。(Example 3) Using the apparatus shown in FIG. 7, a back reflection layer was continuously formed. Here, the substrate delivery chamber 603 has a cleaned width of 350 mm, a thickness of 0.2 mm,
A stainless steel sheet roll 601 having a length of 500 m is set. From here, the stainless sheet 602 passes through the metal layer deposition chamber 604 and the transparent layer deposition chamber 605 and is sent to the substrate winding chamber 606. The sheet 602 can be heated to a desired temperature by the substrate heaters 607 and 608 in each deposition chamber. Target 6 of deposition chamber 604
Reference numeral 09 denotes Al having a purity of 99.99%, and an Al layer is deposited on the sheet 602 by DC magnetron sputtering. The target 610 in the deposition chamber 605 has a purity of 99.5%.
(0.5% is Cu), and a ZnO layer is successively deposited by DC magnetron sputtering.
There are four targets 610 in relation to the deposition rate and the desired film thickness.
【0092】この装置を用いて裏面反射層の形成を行っ
た。シートの送り出し速度を毎分20cmとし基板ヒー
ター608のみを用いてZnO堆積時の基板温度を25
0度となるよう調整した。Arを流して圧力を1.5m
Torrとし、各々のカソードに500VのDC電圧を
加えた。ターゲット609には6アンペア、ターゲット
610には各4アンペアの電流が流れた。巻き取られた
シートを調べたところAl層の厚さは1600Å、Zn
O層の厚さは平均3800ÅでありZnO層の表面は白
濁していた。A back reflection layer was formed using this apparatus. The sheet feeding speed was set to 20 cm / min, and the substrate temperature during ZnO deposition was set to 25 using only the substrate heater 608.
It was adjusted to be 0 degrees. Ar flow, pressure 1.5m
At Torr, a DC voltage of 500 V was applied to each cathode. A current of 6 Amps flowed through the target 609, and a current of 4 Amps flowed through the target 610. Examination of the wound sheet revealed that the thickness of the Al layer was 1600 ° and Zn
The thickness of the O layer was 3800 ° on average, and the surface of the ZnO layer was cloudy.
【0093】この上に図9に示す構造のa−Si/a−
SiGeタンデム光起電力素子を形成した。ここで70
1は基板、702は金属層、703は透明層、704は
ボトムセル、708はトップセルである。さらに70
5、709はn型a−Si層、707、711はp型μ
c−Si、706はi型a−SiGe層、710はi型
a−Si層である。これらの半導体層は、米国特許4,
492,181に記載されている様なロール・ツー・ロ
ール型成膜装置を用いて連続的に製造した。また712
は透明電極であり図7の装置に類似のスパッタリング装
置で堆積した。713は集電電極である。透明電極パタ
ーンニング及び集電電極の形成を行った後シート602
を切断した。こうして全工程を連続的に処理し、量産効
果を挙げる事ができた。The a-Si / a- layer having the structure shown in FIG.
A SiGe tandem photovoltaic device was formed. Where 70
1 is a substrate, 702 is a metal layer, 703 is a transparent layer, 704 is a bottom cell, and 708 is a top cell. Further 70
5, 709 are n-type a-Si layers, and 707, 711 are p-type μ-layers.
c-Si, 706 is an i-type a-SiGe layer, and 710 is an i-type a-Si layer. These semiconductor layers are described in U.S. Pat.
It was manufactured continuously using a roll-to-roll type film forming apparatus as described in 492,181. 712
Is a transparent electrode and was deposited by a sputtering apparatus similar to the apparatus of FIG. 713 is a current collecting electrode. Sheet 602 after patterning the transparent electrode and forming the collecting electrode
Was cut. In this way, all the processes were continuously processed, and a mass production effect was obtained.
【0094】この方法で100枚の試料を作成し、AM
1.5(100mW/cm2)光照射下にて特性評価を
行ったところ、光電変換効率で11.2±0.2%と優
れた変換効率が再現性良く得られた。またこれらの光電
変換素子を温度50度、湿度90%の環境下に1000
時間放置したが変換効率は10.8±0.6%とほとん
ど劣化が認められなかった。又この方法で作成した別の
100枚を、開放状態にてAM1.5相当の光に600
時間照射したところ10.5±0.3%と光による劣化
も少なかった。これはダンデム構成をとることでより波
長の長い光まで有効に吸収され、出力電圧がより高くで
きたためである。また光照射下での半導体層の劣化を低
くできたためである。こうして本発明の裏面反射層の効
果と相まって変換効率が高く、信頼性の高い光起電力素
子が得られた。In this way, 100 samples were prepared and the AM
When the characteristics were evaluated under irradiation with 1.5 (100 mW / cm 2 ) light, an excellent conversion efficiency of 11.2 ± 0.2% in photoelectric conversion efficiency was obtained with good reproducibility. In addition, these photoelectric conversion elements are subjected to 1000
After standing for a while, the conversion efficiency was 10.8 ± 0.6%, and almost no deterioration was observed. In addition, another 100 sheets created by this method are exposed to light equivalent to
After irradiation for an hour, the deterioration due to light was small at 10.5 ± 0.3%. This is because the tandem configuration effectively absorbs light having a longer wavelength, thereby increasing the output voltage. This is also because deterioration of the semiconductor layer under light irradiation can be reduced. Thus, a highly reliable photovoltaic element having high conversion efficiency combined with the effect of the back reflection layer of the present invention was obtained.
【0095】(実施例4)表面を研磨したCu板を基板
として用いた他は実施例1と同様の方法で裏面反射層を
形成した。この基板とZnO層を堆積しなかった基板の
上にスパッタリング法にてCuを0.2ミクロン、イン
ジューム(In)を0.4ミクロン堆積した。次いでこ
の試料を石英ガラス製のベルジャーに移し400度に加
熱しながらベルジャー内に水素で10%に希釈したセレ
ン化水素(H2Se)を流し、CuInSe2(CIS)
の薄膜を形成した。この上に再びスパッタリング法によ
りCdSの層を0.1ミクロン堆積した後250度でア
ニールしp/n接合を形成した。この上に実施例1と同
様にして透明電極、集電電極を形成した。Example 4 A back reflection layer was formed in the same manner as in Example 1 except that a Cu plate having a polished surface was used as a substrate. On this substrate and the substrate on which the ZnO layer was not deposited, Cu was deposited by 0.2 μm and indium (In) was deposited by 0.4 μm by sputtering. Next, the sample was transferred to a quartz glass bell jar and heated to 400 ° C., and hydrogen selenide (H 2 Se) diluted to 10% with hydrogen was passed through the bell jar, and CuInSe 2 (CIS)
Was formed. A CdS layer was again deposited thereon by 0.1 μm by a sputtering method and then annealed at 250 ° C. to form a p / n junction. A transparent electrode and a current collecting electrode were formed thereon in the same manner as in Example 1.
【0096】この光起電力素子をAM1.5(100m
W/cm2)光照射下にて特性評価を行ったところ、Z
nO層のある光起電力素子では変換効率が9.5%と優
れた変換効率が得られたのに対し、ZnOの無い光起電
力素子では7.3%と特性が劣っており、本発明がa−
Si以外の半導体に対しても効果があることがわかっ
た。This photovoltaic element was set to AM 1.5 (100 m
W / cm 2 ) When the characteristics were evaluated under light irradiation, Z
The photovoltaic device having an nO layer provided excellent conversion efficiency of 9.5%, whereas the photovoltaic device without ZnO exhibited poor characteristics of 7.3%. Is a-
It has been found that the present invention is also effective for semiconductors other than Si.
【0097】(実施例5)本実施例においては、図2の
断面模式図に示す構成のpin型a−Si(ただし金属
層102は設けない)光起電力素子を作製した。表面を
研磨した5×5cm厚さ1mmのAl板101に図6に
示した装置にてZnOターゲットを用いて基板温度30
0度にて平均的な厚さが4000ÅのZnO層103a
を堆積した。ZnOの表面は凹凸構造となった。次に基
板温度を室温まで下げた後、500Åの厚さのZnO層
103bを堆積した。Example 5 In this example, a pin-type a-Si (without the metal layer 102) photovoltaic element having the structure shown in the schematic sectional view of FIG. 2 was produced. An Al plate 101 having a thickness of 5 × 5 cm and a thickness of 1 mm was polished to a substrate temperature of 30 using a ZnO target by the apparatus shown in FIG.
ZnO layer 103a having an average thickness of 4000 ° at 0 degrees
Was deposited. The surface of ZnO had an uneven structure. Next, after lowering the substrate temperature to room temperature, a ZnO layer 103b having a thickness of 500 ° was deposited.
【0098】こうして得られた裏面反射層上に実施例1
と同様にpin型a−Si半導体層104、透明電極1
08、集電電極109を形成し光起電力素子を完成し
た。この方法で10枚の試料を作成し、AM1.5(1
00mW/cm2)光照射下にて特性評価を行ったとこ
ろ、光電変換効率で9.7±0.2%と優れた変換効率
が再現性良く得られた。またこれらの光起電力素子を、
温度50度、湿度90%の環境下に1000時間放置し
たが変換効率は9.4±0.5%とほとんど低下が認め
られなかった。Example 1 was placed on the back reflection layer thus obtained.
Similarly to the case of the pin type a-Si semiconductor layer 104 and the transparent electrode 1
08, the collecting electrode 109 was formed to complete the photovoltaic element. In this way, ten samples were prepared, and AM1.5 (1
(00mW / cm 2 ) When the characteristics were evaluated under light irradiation, an excellent conversion efficiency of 9.7 ± 0.2% in photoelectric conversion efficiency was obtained with good reproducibility. In addition, these photovoltaic elements
It was left for 1000 hours in an environment at a temperature of 50 ° C. and a humidity of 90%, but the conversion efficiency was 9.4 ± 0.5%, which was hardly reduced.
【0099】(実施例6)本実施例においては、図2の
断面模式図に示す構成のpin型a−SiGe光起電力
素子を作製した。表面を研磨した5×5cm厚さ1mm
のステンレス板101にめっき法にて厚さ1500Åの
表面が平滑なCuの層102を形成した。次いでイオン
プレーティング法にて、基板温度を350度として酸素
雰囲気にてZnをとばし、平均的な厚さが1ミクロン
で、表面が凹凸構造であるZnO層を堆積した。次に、
この基板を10%酢酸水溶液に45秒間浸し、80℃の
恒温槽で20分間乾燥した後、再び前述したイオンプレ
ーティング法にて基板温度を室温とし700ÅのZnO
層を堆積した。Example 6 In this example, a pin-type a-SiGe photovoltaic element having the structure shown in the schematic sectional view of FIG. 2 was manufactured. 5x5cm thickness 1mm with polished surface
A copper layer 102 having a smooth surface and a thickness of 1500 ° was formed on a stainless steel plate 101 by plating. Next, Zn was blown in an oxygen atmosphere at a substrate temperature of 350 ° C. by an ion plating method to deposit a ZnO layer having an average thickness of 1 μm and a surface having an uneven structure. next,
The substrate was immersed in a 10% acetic acid aqueous solution for 45 seconds, dried in a constant temperature bath at 80 ° C. for 20 minutes, and then set to a substrate temperature of 700 ° C. by the ion plating method again.
Layers were deposited.
【0100】ひき続き、i層として、Si2H6を50s
ccm、GeH4を10sccm、H2を300sccm
導入し、反応容器の内圧を1Torrに保持し、100
Wの電力を投入しプラズマを10分間持続させて堆積し
たa−SiGeを用いた以外は実施例1と同様にして1
0枚の試料を作成した。これらをAM1.5(100m
W/cm2)光照射下にて特性評価を行ったところ、光
電変換効率で8.7±0.3%と優れた変換効率が再現
性良く得られた。Subsequently, Si 2 H 6 was applied for 50 seconds as an i-layer.
ccm, 10sccm the GeH 4, the H 2 300sccm
And kept the internal pressure of the reaction vessel at 1 Torr,
The same procedure as in Example 1 was repeated except that a-SiGe deposited by applying a power of W and maintaining the plasma for 10 minutes was used.
Zero samples were prepared. AM1.5 (100m
(W / cm 2 ) When the characteristics were evaluated under light irradiation, an excellent conversion efficiency of 8.7 ± 0.3% in photoelectric conversion efficiency was obtained with good reproducibility.
【0101】(実施例7)図8に示す装置を用いて連続
的に裏面反射層の形成を行った。ここで基板送り出し室
603には洗浄済みの幅350mm、厚さ0.2mm、
長さ500mのステンレスシートロール601がセット
されている。ここからステンレスシート602は金属層
堆積室604、第1層堆積室605a,第2層領域堆積
室605bを経て基板巻き取り室606に送られて行
く。シート602は各々の堆積室にて基板ヒーター60
7、608a,608bにて所望の温度に加熱できるよ
うになっている。堆積室604のターゲット609は純
度99.99%のAlで、DCマグネトロンスパッタリ
ングによりシート602上にAl層を堆積する。堆積室
605a,605bのターゲット610a,610bは
純度99.9%のZnOで、DCマグネトロンスパッタ
リングにより引き続きZnO層を堆積する。堆積速度、
所望の膜厚の関係でターゲット610aは4枚からなり
610bは1/2巾のものが1枚からなる。(Example 7) A back reflection layer was continuously formed using the apparatus shown in FIG. Here, the substrate delivery chamber 603 has a cleaned width of 350 mm, a thickness of 0.2 mm,
A stainless steel sheet roll 601 having a length of 500 m is set. From here, the stainless sheet 602 is sent to the substrate winding chamber 606 via the metal layer deposition chamber 604, the first layer deposition chamber 605a, and the second layer area deposition chamber 605b. The sheet 602 is supplied to the substrate heater 60 in each deposition chamber.
7, 608a, 608b can be heated to a desired temperature. The target 609 in the deposition chamber 604 is made of Al having a purity of 99.99%, and an Al layer is deposited on the sheet 602 by DC magnetron sputtering. The targets 610a and 610b of the deposition chambers 605a and 605b are made of ZnO having a purity of 99.9%, and a ZnO layer is continuously deposited by DC magnetron sputtering. Deposition rate,
Due to the desired film thickness, the target 610a is formed of four sheets, and the target 610b is formed of one sheet having a half width.
【0102】この装置を用いて裏面反射層の形成を行っ
た。シートの送り速度を毎分20cmとし基板ヒーター
608aのみを用いてZnO堆積時の基板温度を250
度となるよう調整した。またヒーター608bは使用し
なかった。Arを流して圧力を1.5mTorrとし、
各々のカソードに500VのDC電圧を加えた。ターゲ
ット609には6アンペア、ターゲット610aには各
4A、ターゲット610bには2Aの電流が流れた。巻
き取られたシートを調べたところAl層の厚さは160
0Å、ZnO層の厚さは2層領域合わせて平均4300
ÅでありZnO層の表面は白濁していた。Using this apparatus, a back reflection layer was formed. The sheet feeding speed was set to 20 cm / min, and the substrate temperature during ZnO deposition was set to 250 using only the substrate heater 608a.
Adjusted to the degree. The heater 608b was not used. Ar was flowed to a pressure of 1.5 mTorr,
A DC voltage of 500 V was applied to each cathode. A current of 6 A flowed through the target 609, a current of 4 A flowed through the target 610a, and a current of 2 A flowed through the target 610b. Examination of the wound sheet revealed that the thickness of the Al layer was 160
0 °, the average thickness of the ZnO layer is 4300
And the surface of the ZnO layer was clouded.
【0103】この上に図10に示す構造のa−Si/a
−SiGeタンデム光起電力素子を形成した。ここで7
01は基板、702は金属層、703は透明層、704
はボトムセル、708はトップセルである。さらに70
3aは第1層のZnO、703bは第2層領域のZn
O、705,709はn型a−Si層、707、711
はp型μc−Si、706はi型a−SiGe層、71
0はi型a−Si層である。これらの半導体層は、米国
特許4,492,181に記載されている様なロール・
ツー・ロール型成膜装置を用いて連続的に製造した。ま
た712は透明電極であり図8の装置に類似のスパッタ
リング装置で堆積した。713は集電電極である。透明
電極のパターンニング及び集電電極の形成を行った後シ
ート602を切断した。こうして全工程を連続的に処理
し、量産効果を挙げる事ができた。The a-Si / a structure shown in FIG.
-A SiGe tandem photovoltaic element was formed. Where 7
01 is a substrate, 702 is a metal layer, 703 is a transparent layer, 704
Is a bottom cell and 708 is a top cell. Further 70
3a is ZnO of the first layer, 703b is Zn of the second layer region.
O, 705 and 709 are n-type a-Si layers, 707 and 711
Is a p-type μc-Si, 706 is an i-type a-SiGe layer, 71
0 is an i-type a-Si layer. These semiconductor layers are rolled as described in U.S. Pat. No. 4,492,181.
It was manufactured continuously using a two-roll type film forming apparatus. A transparent electrode 712 is deposited by a sputtering apparatus similar to the apparatus shown in FIG. 713 is a current collecting electrode. After patterning the transparent electrode and forming the current collecting electrode, the sheet 602 was cut. In this way, all the processes were continuously processed, and a mass production effect was obtained.
【0104】この方法で100枚の試料を作成し、AM
1.5(100mW/cm2)光照射下にて特性評価を
行ったところ、光電変換効率で11.5±0.2%と優
れた変換効率が再現性良く得られた。またこれらの光起
電力素子を温度50度、湿度90%の環境下に1000
時間放置したが変換効率は11.0±0.6%とほとん
ど劣化が認められなかった。又この方法で作成した別の
100枚を、開放状態にてAM1.5相当の光に600
時間照射したところ10.7±0.3%と光による劣化
も少なかった。これはタンデム構成を取る事でより波長
の長い光まで有効に吸収され、出力電圧がより高くでき
たためである。また光照射下での半導体層の劣化を低く
できたためである。こうして本発明の裏面反射層の効果
と相まって変換効率が高く、信頼性の高い光起電力素子
が得られた。In this way, 100 samples were prepared, and the AM
When the characteristics were evaluated under irradiation with 1.5 (100 mW / cm 2 ) light, an excellent conversion efficiency of 11.5 ± 0.2% in photoelectric conversion efficiency was obtained with good reproducibility. In addition, these photovoltaic elements were put in an environment of 50 ° C. and 90% humidity for 1000
After standing for a while, the conversion efficiency was 11.0 ± 0.6%, and almost no deterioration was observed. In addition, another 100 sheets created by this method are exposed to light equivalent to
After irradiation for an hour, the deterioration due to light was small, at 10.7 ± 0.3%. This is because the tandem configuration effectively absorbs light having a longer wavelength, thereby increasing the output voltage. This is also because deterioration of the semiconductor layer under light irradiation can be reduced. Thus, a highly reliable photovoltaic element having high conversion efficiency combined with the effect of the back reflection layer of the present invention was obtained.
【0105】(実施例8)表面を研磨したCu板を基板
として用いた他は実施例5と同様の方法で裏面反射層を
形成した。この基板と第2層領域のZnO層を堆積しな
かった基板の上にスパッタリング法にてCuを0.2ミ
クロン、インジューム(In)を0.4ミクロン堆積し
た。次いでこの試料を石英ガラス製のベルジャーに移し
400度に加熱しながらベルジャー内に水素で10%に
希釈したセレン化水素(H2Se)を流し、CuInS
e2(CIS)の薄膜を形成した。この上に再びスパッ
タリング法によりCdSの層を0.1ミクロン堆積した
後250度でアニールしp/n接合を形成した。この上
に実施例5と同様にして透明電極、集電電極を形成し
た。Example 8 A back reflection layer was formed in the same manner as in Example 5, except that a Cu plate having a polished surface was used as a substrate. On this substrate and the substrate on which the ZnO layer in the second layer region was not deposited, Cu was deposited by 0.2 μm and indium (In) was deposited by 0.4 μm by sputtering. Next, the sample was transferred to a quartz glass bell jar and heated to 400 ° C., and hydrogen selenide (H 2 Se) diluted to 10% with hydrogen was passed through the bell jar, and CuInS
A thin film of e 2 (CIS) was formed. A CdS layer was again deposited thereon by 0.1 μm by a sputtering method and then annealed at 250 ° C. to form a p / n junction. A transparent electrode and a current collecting electrode were formed thereon in the same manner as in Example 5.
【0106】この光起電力素子をAM1.5(100m
W/cm2)光照射下にて特性評価を行ったところ、Z
nO層が2層領域ある光起電力素子では変換効率が9.
6%、1層の場合には9.5%とともに優れた変換効率
が得られた。しかし、I−V特性を測定したところ、単
位面積積あたりのシャント抵抗かつ200Ω以下の光起
電力素子は、2層領域の場合は4%、1層の場合は28
%となり、2層領域の場合の方が高い信頼性が得られ
た。This photovoltaic element was used for AM1.5 (100 m
W / cm 2 ) When the characteristics were evaluated under light irradiation, Z
The conversion efficiency of the photovoltaic device having two nO layers is 9.
In the case of 6% and one layer, excellent conversion efficiency was obtained together with 9.5%. However, when the IV characteristics were measured, the photovoltaic element having a shunt resistance per unit area product and 200Ω or less was 4% in the case of the two-layer region and 28% in the case of the one-layer region.
%, And higher reliability was obtained in the case of the two-layer region.
【0107】また、有効な光トラップ効果を具現化する
凹凸構造形成の段階で金属層の露出部分が発生し、この
露出部分から半導体層への金属原子の拡散を第2層領域
を設けることにより防止できる。またこの露出部と部分
的にできた半導体中の短絡箇所を介して上部電極との間
でのリーク電流を第2層領域を設けることにより、その
ひん度を極端に低減し、光起電力素子の信頼性の向上が
はかれる。Further, an exposed portion of the metal layer is generated at the stage of forming the concave-convex structure for realizing an effective optical trapping effect, and diffusion of metal atoms from the exposed portion to the semiconductor layer is performed by providing a second layer region. Can be prevented. Further, by providing the second layer region with a leakage current between the exposed portion and the upper electrode through a short-circuited portion in the semiconductor partially formed, the frequency is extremely reduced, and the photovoltaic element is formed. Is improved.
【0108】(実施例9)本実施例においては、図3の
断面模式図に示す構成のpin型a−Si(ただし金属
層102は設けない)光起電力素子を作製した。表面を
研磨した5×5cm厚さ1mmのAl板101に図6に
示した装置にてZnOターゲットを用いて基板濃度室温
にて、1000Åの厚さのZnO層103cを堆積し
た。その上に基板温度300度にて平均的な厚さが30
00ÅストロームのZnO層103dを堆積した。Zn
Oの表面は凹凸構造となった。Example 9 In this example, a pin-type a-Si (without the metal layer 102) photovoltaic element having the structure shown in the schematic sectional view of FIG. 3 was produced. A ZnO layer 103c having a thickness of 1000 ° was deposited on a 5 × 5 cm 1 mm thick Al plate 101 having a polished surface at a substrate concentration of room temperature using a ZnO target by the apparatus shown in FIG. An average thickness of 30 at a substrate temperature of 300 degrees
A ZnO layer 103d of 00 Å was deposited. Zn
The surface of O had an uneven structure.
【0109】こうして得られた裏面反射層上に実施例1
と同様にpin型a−Si半導体層104、透明電極1
08、集電電極109を形成し光起電力素子を完成し
た。この方法で10枚の試料を作成し、AM1.5(1
00mW/cm2)光照射下にて特性評価を行ったとこ
ろ、光電変換効率で9.6±0.2%と優れた変換効率
が再現性良く得られた。またこれらの太陽電池を、温度
50度湿度90%の環境下に1000時間放置したが変
換効率は9.3±0.5%とほとんど低下が認められな
かった。Example 1 was formed on the back reflection layer thus obtained.
Similarly to the case of the pin type a-Si semiconductor layer 104 and the transparent electrode 1
08, the collecting electrode 109 was formed to complete the photovoltaic element. In this way, ten samples were prepared, and AM1.5 (1
(MW / cm 2 ) When the characteristics were evaluated under light irradiation, an excellent conversion efficiency of 9.6 ± 0.2% in photoelectric conversion efficiency was obtained with good reproducibility. Further, these solar cells were allowed to stand for 1000 hours in an environment of a temperature of 50 ° C. and a humidity of 90%, but the conversion efficiency was 9.3 ± 0.5%, and almost no decrease was observed.
【0110】(実施例10)本実施例においては、図3
の断面模式図に示す構成のpin型a−SiGe光起電
力素子を作製した。表面を研磨した5×5cm厚さ1m
mのステレンス板101にめっき法にて厚さ1500Å
の表面が平滑なCuの層102を形成した。次いでイオ
ンプレーティング法にて、基板温度を室温として酸素雰
囲気にてZnをとばし、厚さ800ÅのZnO層を堆積
した。(Embodiment 10) In this embodiment, FIG.
A pin-type a-SiGe photovoltaic device having a configuration shown in FIG. 5x5cm thickness 1m with polished surface
1500 mm thick by plating on stainless steel 101
Formed a Cu layer 102 having a smooth surface. Then, Zn was blown off in an oxygen atmosphere at a substrate temperature of room temperature by an ion plating method, and a ZnO layer having a thickness of 800 ° was deposited.
【0111】次に再び前述したイオンプレーティング法
にて基板温度250℃で、厚さが1ミクロンで、表面が
凹凸構造であるZnO層を堆積した。Next, a ZnO layer having a thickness of 1 μm and a surface having an uneven structure was deposited again at a substrate temperature of 250 ° C. by the above-described ion plating method.
【0112】ひき続き、i層として、Si2H5を50s
ccm、GeH4を10sccm、H2を300sccm
導入し、反応容器の内圧を1Torrに保持し、100
Wの電力を投入しプラズマを10分間持続させて堆積し
たa−SiGeを用いた以外は実施例9と同様にして1
0枚の試料を作成した。これらをAM1.5(100m
W/cm2)光照射下にて特性評価を行ったところ、光
電変換効率で8.6±0.4%と優れた変換効率が再現
性良く得られた。Subsequently, Si 2 H 5 was applied for 50 seconds as an i-layer.
ccm, 10sccm the GeH 4, the H 2 300sccm
And kept the internal pressure of the reaction vessel at 1 Torr,
The same procedure as in Example 9 was carried out except that a-SiGe deposited by applying a power of W and maintaining plasma for 10 minutes was used.
Zero samples were prepared. AM1.5 (100m
(W / cm 2 ) When the characteristics were evaluated under light irradiation, an excellent conversion efficiency of 8.6 ± 0.4% in photoelectric conversion efficiency was obtained with good reproducibility.
【0113】(実施例11)本実施例は、本発明の方法
によって製造された光起電力素子の一例としての太陽電
池をニッケルカドミウム蓄電池(以下NiCd電池と記
す。)等の蓄電池と一体化することによって、極めて蓄
電池の取扱いが容易になることを示すものである。Embodiment 11 In this embodiment, a solar cell as an example of a photovoltaic element manufactured by the method of the present invention is integrated with a storage battery such as a nickel cadmium storage battery (hereinafter referred to as a NiCd battery). This shows that the handling of the storage battery becomes extremely easy.
【0114】まず太陽電池を形成するための基板として
JISG3141相当の幅350mm、厚さ0.015
mmの冷間圧延鋼板にニッケルメッキ(厚さ5ミクロ
ン)を施したシートロール等を用意し、ステンレスロー
ルシート601の代りに用いた以外は実施例3の方法と
全く同様にしてa−Si/a−SiGeタンデム光起電
力素子を形成した、透明電極1521を58mm×10
0mmにパターンニングし、集電電極1513を形成し
た後、70mm×110mmに切断した。こうして作製
した光起電力素子を電槽として用いた蓄電池を図11に
示す。図11(a)は蓄電池の外部構造を示す。First, a 350 mm wide and 0.015 thick equivalent to JIS G3141 was used as a substrate for forming a solar cell.
a-Si / roll sheet prepared by applying a nickel-plated (5 micron thick) sheet roll or the like to a cold-rolled steel sheet having a thickness of 5 mm, and using it in place of the stainless steel roll sheet 601. The transparent electrode 1521 on which the a-SiGe tandem photovoltaic element was formed was 58 mm × 10
After patterning to 0 mm to form a current collecting electrode 1513, it was cut into 70 mm x 110 mm. FIG. 11 shows a storage battery using the photovoltaic element thus manufactured as a battery case. FIG. 11A shows the external structure of the storage battery.
【0115】ここで電槽1501の上にはすでに説明し
た様に光起電力素子が作り込まれている。内部で発生し
たガスの圧力に耐えうる様に丈夫な底板がとりつけられ
ている。底板には光起電力素子が形成されておらず、こ
の部分が負極端子となる。図11(b)は蓄電池の内部
構造を示す。内部には負極板1504と正極板1505
とがセパレータ1506によって仕切られて巻きこまれ
ている。極板1504、1505はNiとCdの合金の
燒結体であり、セパレータ1506はナイロン製の不織
布であり苛性カリの電解液がしませてある。負極板15
04は電槽1501に接続され、正極板1505は正極
端子1502に接続される。さらに、電解液が漏れるこ
とがない様パッキング1508をかませた合成樹脂製の
封口ふた1507で内部は封じられる。ただし急速充放
電に伴う圧力の急上昇による事故を防止するため封口ふ
た1507には安全弁1509が設けられている。Here, a photovoltaic element is formed on the container 1501 as described above. A strong bottom plate is attached to withstand the pressure of the gas generated inside. No photovoltaic element is formed on the bottom plate, and this portion serves as a negative electrode terminal. FIG. 11B shows the internal structure of the storage battery. Inside the negative electrode plate 1504 and the positive electrode plate 1505
Are separated by a separator 1506 and wound. The electrode plates 1504 and 1505 are sintered bodies of an alloy of Ni and Cd, and the separator 1506 is a non-woven fabric made of nylon and is immersed in an electrolytic solution of potassium hydroxide. Negative electrode plate 15
04 is connected to a battery case 1501, and the positive electrode plate 1505 is connected to a positive electrode terminal 1502. Further, the inside is sealed by a synthetic resin sealing lid 1507 in which the packing 1508 is chewed so that the electrolyte does not leak. However, a safety valve 1509 is provided in the sealing lid 1507 to prevent an accident due to a rapid rise in pressure due to rapid charging and discharging.
【0116】さてここで、光起電力素子表面のグリッド
電極1513にはリード線が取り付けられ逆流防止ダイ
オード1503を介して正極端子1502に接続されて
いる。さらに、光起電力素子の表面を損傷から守るため
に電槽に円筒状の透明な熱収縮シートをかぶせた後、熱
風で加熱し、正極端子1505及び電槽の底板を除いて
おおった。この様な接続をした場合の等価回路を図12
に示す。ここで蓄電池本体1510は負極端子(電槽の
底板)1501及び正極端子1502より外部の負荷1
512に接続される。Here, a lead wire is attached to the grid electrode 1513 on the surface of the photovoltaic element, and the grid electrode 1513 is connected to the positive terminal 1502 via the backflow prevention diode 1503. Further, in order to protect the surface of the photovoltaic element from damage, the battery case was covered with a cylindrical transparent heat-shrinkable sheet, and then heated with hot air to remove the positive electrode terminal 1505 and the bottom plate of the battery case. FIG. 12 shows an equivalent circuit in such a connection.
Shown in Here, the storage battery body 1510 is connected to a load 1 external to the negative terminal (bottom plate of the battery case) 1501 and the positive terminal 1502.
512.
【0117】ここで光起電力素子1511に光が当ると
約1.6Vの光起電力を生じ、この電圧は蓄電池本体1
510に加わる。蓄電池の電圧は最大でも約1.2Vで
あるため逆流防止ダイオード1503は順方向にバイア
スされ光起電力素子1511から蓄電池1510に充電
が行われる。Here, when light strikes the photovoltaic element 1511, a photovoltaic voltage of about 1.6 V is generated, and this voltage is
Join 510. Since the voltage of the storage battery is at most about 1.2 V, the backflow prevention diode 1503 is forward biased, and the storage battery 1510 is charged from the photovoltaic element 1511.
【0118】しかし、光起電力素子1511に光が当っ
ていないと逆流防止ダイオード1503は逆方向にバイ
アスされるため、蓄電池1510から無駄に電流が流れ
ることはない。また、この電池を通常の充電器に入れて
充電する場合にも逆流防止ダイオードの作用で、光起電
力素子に無駄に電流が流れることもなく、通常の場合と
同様にして充電することができる。こうして本実施例の
光起電力素子蓄電池は放電後電池ケースから取り出して
窓辺等の強い光の当る場所に放置しておくだけで、ある
いは電池を使用する電気器具の電池ケースのふたが透明
であれば、そのままで光により充電することができ、特
別な充電器が不要なため特に屋外での使用に当って便利
である。また急速に充電する必要がある場合は、従来通
りの充電器で充電できる。しかも形状は自在で単1型電
池、単2型電池、タンク型等から成り一般電池と全く同
様にし、多くの電気機器に使用でき、外観もスマートで
ある。However, when light is not incident on the photovoltaic element 1511, the backflow prevention diode 1503 is biased in the reverse direction, so that current does not flow wastefully from the storage battery 1510. Also, when the battery is charged in a normal charger, the backflow prevention diode acts to prevent the unnecessary current from flowing through the photovoltaic element and charge the battery in the same manner as in a normal case. . In this manner, the photovoltaic element storage battery of this embodiment is simply taken out of the battery case after discharging and left in a place exposed to strong light such as a window, or the battery case lid of an electric appliance using the battery is transparent. If this is the case, it can be charged by light as it is, and since a special charger is unnecessary, it is particularly convenient for outdoor use. If the battery needs to be charged quickly, it can be charged with a conventional charger. In addition, the battery can be of any shape, such as a single-cell battery, a single-cell battery, a tank-type battery, etc., and can be used in many electric devices, and has a smart appearance.
【0119】さて実際、この電池2個を懐中電灯に入れ
て使用し暗く使用できなくなった所で懐中電灯から取り
出して日当りのよい窓辺に2本並べて立てて充電した。
天気のよい日に1日充電した所で再び懐中電灯に入れた
所、十分に充電されており、再び使用することができ
た。[0119] Actually, these two batteries were put in a flashlight and used. When the batteries became dark and could not be used, they were taken out of the flashlight and placed side by side on a sunny window to charge.
When it was charged for a day on a sunny day and put back in the flashlight, it was fully charged and could be used again.
【0120】(実施例12)一般に人工衛星用の太陽電
池としては、単位面積当りの出力が大きく放射線損傷の
少いInPなどの化合物結晶太陽電池が用いられる事が
多い。しかし、この様な太陽電池は一般にウェハーをつ
なぎ合せて用いる事から、パネル上に固着せざるを得な
い。しかし一方で人工衛星の打上げ時にはパネルの全体
が少さくまとまっている必要がある事から多数のパネル
の複雑な展開−折り畳み機構が必要であり、太陽電池の
面積当りの出力が大きくとも、全体として重量当り出力
は低くならざるを得なかった。Embodiment 12 In general, as a solar cell for an artificial satellite, a compound crystal solar cell such as InP having a large output per unit area and little radiation damage is often used. However, since such a solar cell is generally used by connecting wafers, it has to be fixed on a panel. On the other hand, when launching an artificial satellite, the entire panel needs to be small and coherent, so a complex deployment-folding mechanism for a large number of panels is required, and even if the output per area of the solar cell is large, the overall The output per weight had to be low.
【0121】本実施例は本発明の方法によって製造され
た光起電力素子の一例としての太陽電池を人工衛星の電
源として用いることにより簡単な機構により大きな単位
重量当り出力が得られる事を示すものである。This example shows that a large output per unit weight can be obtained by a simple mechanism by using a solar cell as an example of a photovoltaic element manufactured by the method of the present invention as a power supply for an artificial satellite. It is.
【0122】まず、光起電力素子を形成するための基板
としてJIS2219相当の幅350mm厚さ0.15
mmのアルミニウム板(銅、マンガン等を含む)のシー
トロールをステンレスシート601の代りに用いた他は
実施例3の方法と全く同様にしてa−Si/a−SiG
eタンデム光起電力素子を作製し、透明電極1512を
105mm×320mmにパターンニングし、集電電極
1513を形成した後切断した。さらに各光起電力素子
の長辺の一端をグラインダーをかけて基板面を露出させ
た。次にこれらを直列接続した。これを図13に示す。
すなわち、光起電力素子1701と光起電力素子170
2を約5mmの間隔を保ってポリスチレンフィルム、ポ
リイミド樹脂フィルム、セルローストリアセテート樹脂
フィルム、3ふっ化エチレンフィルム樹脂等の絶縁フィ
ルム1703で裏面から接続し、光起電力素子1701
の集電電極1513と光起電力素子1702の基板の露
出面1704との間を銅シート1705で銅インク、銀
インク等により加熱圧着接続した。ここで銅シート17
05と光起電力素子1701の基板との間でショートが
起こるのを防ぐため、ポリイミド樹脂のフィルム170
6をエッヂ部にかけてある。さらにこの上から保護のた
め透明なマイラーフィルム1707を接着した。First, as a substrate for forming a photovoltaic element, a width of 350 mm and a thickness of 0.15
a-Si / a-SiG in exactly the same manner as in Example 3 except that a sheet roll of an aluminum plate (including copper, manganese, etc.) was used in place of the stainless steel sheet 601.
An e-tandem photovoltaic element was manufactured, the transparent electrode 1512 was patterned into 105 mm × 320 mm, and a current collecting electrode 1513 was formed and then cut. Further, one end of the long side of each photovoltaic element was grinded to expose the substrate surface. Next, they were connected in series. This is shown in FIG.
That is, the photovoltaic element 1701 and the photovoltaic element 170
2 are connected from the back side by an insulating film 1703 such as a polystyrene film, a polyimide resin film, a cellulose triacetate resin film, and a trifluoride ethylene film resin while maintaining an interval of about 5 mm.
Between the current collecting electrode 1513 and the exposed surface 1704 of the substrate of the photovoltaic element 1702 with a copper sheet 1705 by heating and pressure bonding with copper ink, silver ink or the like. Here copper sheet 17
To prevent a short circuit from occurring between the substrate 05 and the substrate of the photovoltaic element 1701.
6 is over the edge. Further, a transparent Mylar film 1707 was adhered from above for protection.
【0123】こうして200枚の光起電力素子を直列接
続し長さ20m余りのシート状光起電力素子の一例とし
ての太陽電池とした。この光起電力素子は図14に示す
様に構成される。ここで人工衛星の本体1901には回
転自在のシャフト1902が取り付けられており、シャ
フト1902にはシート状光起電力素子1903、19
04等が巻きつけられている。1903は光起電力素子
が完全に展開した状態、1904は半ば巻きとられた状
態を示す。なお、ここでシート状光起電力素子の先端で
発生した電流は不図示の光起電力素子と同時に巻き取り
可能なケーブルによって人工衛星本体に接続される。ま
たシート状光起電力素子1903、1904及びケーブ
ルは不図示の駆動系によって自在に展開巻きとりが可能
である。Thus, a solar cell as an example of a sheet-like photovoltaic element having a length of about 20 m was obtained by connecting 200 photovoltaic elements in series. This photovoltaic element is configured as shown in FIG. Here, a rotatable shaft 1902 is attached to the main body 1901 of the satellite, and the shaft 1902 has sheet-like photovoltaic elements 1903, 19
04 etc. are wound. Reference numeral 1903 denotes a state in which the photovoltaic element is completely expanded, and 1904 denotes a state in which the photovoltaic element is half-wound. The current generated at the tip of the sheet-like photovoltaic element is connected to the artificial satellite body by a cable that can be wound simultaneously with the photovoltaic element (not shown). The sheet-like photovoltaic elements 1903 and 1904 and the cable can be freely deployed and wound by a drive system (not shown).
【0124】このシステムは次の様に使用される。まず
人工衛星の打合時にはシート状光起電力素子1903、
1904はすべて巻き取られた状態としておく。人工衛
星が起動に乗った後、人工衛星を回転軸が太陽の方向を
向く様にして、ゆるやかに自転させる。同時にシート状
光起電力素子をゆっくりくり出すと、円心力によりシー
ト状光起電力素子は放射状に展開して発電する。人工衛
星の軌道の変更、姿勢の制御の軌道からの回収等を行う
時はシート状光起電力素子をモーター等により巻きもど
す。その後必要に応じて再度展開して発電が行える。こ
の6枚のシート状光起電力素子からなるシステムでは出
力が最大5KWで駆動系を合わせた全重量が約30Kg
であり、重量当り出力の大きな発電システムが構築でき
る。The system is used as follows. First, at the time of an artificial satellite meeting, a sheet-like photovoltaic element 1903,
Reference numeral 1904 denotes a state in which all are wound up. After the satellite is on board, the satellite is rotated slowly so that its axis of rotation points toward the sun. At the same time, when the sheet-shaped photovoltaic element is slowly drawn out, the sheet-shaped photovoltaic element is developed radially by the force of the centroid to generate power. When changing the orbit of the artificial satellite or recovering from the orbit for controlling the attitude, the sheet-like photovoltaic element is rewound by a motor or the like. After that, if necessary, it can be developed again to generate electricity. In the system composed of the six sheet-like photovoltaic elements, the output is 5 KW at the maximum and the total weight including the driving system is about 30 kg.
Therefore, a power generation system having a large output per weight can be constructed.
【0125】(実施例13)本実施例は本発明の方法に
よって製造された光起電力素子を波形に整形し簡易な屋
根材とした例である。実施例3の方法で製造した光起電
力素子を長さ100mm、巾900mmに切断し、1枚
1枚を波形にプレス整型した。長さ1800mm、巾9
00mmの塩化ビニール樹脂性のポリエステル樹脂性等
の波型板に貼りつけた。光起電力素子相互の接続部の詳
細を図15に示す。光起電力素子2001と光起電力素
子2002は10mmの間隔を保って波型板2003に
貼りつけてある。(Embodiment 13) This embodiment is an example in which a photovoltaic element manufactured by the method of the present invention is shaped into a waveform to provide a simple roofing material. The photovoltaic element manufactured by the method of Example 3 was cut into a length of 100 mm and a width of 900 mm, and each sheet was press-molded into a waveform. Length 1800mm, width 9
It was affixed to a corrugated plate made of a 00 mm vinyl chloride resin polyester resin or the like. FIG. 15 shows details of the connection between the photovoltaic elements. The photovoltaic element 2001 and the photovoltaic element 2002 are attached to the corrugated plate 2003 with an interval of 10 mm.
【0126】光起電力素子2001のグリッド電極と光
起電力素子2002の基板の露出部2004は銅シート
2005で接続した。2006はショートを防ぐための
ポリイミド樹脂シート、ポリビニルアルコール樹脂シー
ト、ポリスチレンフィルム樹脂シート等の絶縁フィルム
である。また屋根材として固定するための釘穴2007
があらかじめ波型板2003にあけてある。ここでショ
ートを防ぐため銅シート2005には大きめの穴200
8があけてある。ただし釘穴は必要な直列接続部のみに
あけるにとどめてある。この上からPVA樹脂層200
9、フッ素樹脂層2010を重ねて圧着、加熱し、1体
の屋根板として整形した。これを用いて屋根をふいた状
態を図16に示す。(ここで1体に整形された屋根材2
102は説明の簡略のために波形の数等が少なく描かれ
ている。)ここで屋根材2102の光起電力素子単体2
101は図15にその詳細を示した。直列接続部210
3、2104で隣接する光起電力素子単体と接続されて
いる。ここで直列接続部2103には釘穴が明けられて
おり2104には明けられていない。また別の屋根材2
105とは波形1個が重なり合う様重ねて固定される。
屋根材2102の左端2106は光起電力素子が貼りつ
けられていない。また、波型板は透明であるため隣接の
波型屋根材2105の上に重っても光はさえぎられな
い。またこの部分で屋根材2102の左端からの出力端
子は、2102を2106に重ねる前にあらかじめ21
05の右端の出力端子と接続された後、接続部を端子の
絶縁性のため耐侵性の塗料等でシールしてかつ表に露出
しない様にしておく。この様にして所望の枚数の屋根材
をふくと同時に直列接続が完了する。The grid electrode of the photovoltaic device 2001 and the exposed portion 2004 of the substrate of the photovoltaic device 2002 were connected by a copper sheet 2005. Reference numeral 2006 denotes an insulating film such as a polyimide resin sheet, a polyvinyl alcohol resin sheet, or a polystyrene film resin sheet for preventing a short circuit. Nail holes 2007 for fixing as roofing material
Are preliminarily opened on the corrugated plate 2003. Here, a large hole 200 is formed in the copper sheet 2005 to prevent a short circuit.
8 is open. However, nail holes are only drilled in the necessary series connection. From above, the PVA resin layer 200
9. The fluororesin layer 2010 was overlaid, pressed and heated, and shaped as one roof panel. FIG. 16 shows a state in which the roof is wiped using this. (Here roof material 2 shaped into one body
Reference numeral 102 denotes a small number of waveforms for the sake of simplicity. Here, the single photovoltaic element 2 of the roof material 2102
Reference numeral 101 shows the details thereof in FIG. Series connection unit 210
At 3, 2104, adjacent photovoltaic elements are connected. Here, a nail hole is drilled in the serial connection part 2103, and a nail hole is not drilled in the serial connection part 2104. Another roofing material 2
105 is fixed so as to overlap one waveform.
The photovoltaic element is not attached to the left end 2106 of the roofing material 2102. Further, since the corrugated plate is transparent, light is not blocked even if it is overlaid on the adjacent corrugated roofing material 2105. In this part, the output terminal from the left end of the roofing material 2102 is 21
After being connected to the output terminal on the right end of the terminal 05, the connection portion is sealed with an erosion resistant paint or the like for insulation of the terminal and is not exposed to the surface. In this way, the desired number of roofing materials are wiped and the series connection is completed at the same time.
【0127】また場合により直列接続を行わない場合
は、各々の光起電力素子の出力端子にケーブルを接続
し、波形の下の部分2108にケーブルをはわせて外部
に出力をとり出すこともできる。If the series connection is not performed in some cases, a cable can be connected to the output terminal of each photovoltaic element, and the cable can be connected to the lower part 2108 of the waveform to take out the output to the outside. .
【0128】この屋根材4枚を直列接続した物を8組並
列にして南向き30°の傾斜の屋根をふいた所、盛夏の
日中ほぼ5kwの出力が得られ一般家庭用の電力源とし
て十分な出力が得られた。When eight sets of these four roofing materials connected in series are arranged in parallel and a roof inclined at a southward inclination of 30 ° is covered, an output of about 5 kW is obtained during the midsummer day, and is used as a power source for ordinary households. Sufficient output was obtained.
【0129】(実施例14)本実施例は、自動車の換気
ファンの駆動、蓄電池の放電防止等の目的で用いられる
自動車用光起電力素子である。最近自動車用の光起電力
素子が実用化されはじめているが、自動車のデザインを
損わない様、サンルーフや高速走行安定用整流板等のス
ペースに設置されている。しかし一般仕様の車には何々
適当なスペースがない。すなわち日照を受けやすい点か
らはボンネットや天井が良いが、デザイン上問題があ
り、また車の前後、側面は接触等による損傷を受け易
い。その中で車のリアクォーターピラーは、適度な面積
が取れ、損傷も受けにくく、かくデザイン上も難点が少
い。(Embodiment 14) This embodiment is a photovoltaic device for an automobile used for driving a ventilation fan of an automobile, preventing discharge of a storage battery, and the like. Recently, photovoltaic elements for automobiles have begun to be put into practical use, but are installed in spaces such as sunroofs and high-speed running stabilizing rectifier plates so as not to impair the design of the automobile. However, there is no suitable space in a general specification car. In other words, the hood and ceiling are good in terms of being easily exposed to sunshine, but there is a problem in design, and the front and rear and side surfaces of the vehicle are easily damaged by contact or the like. Among them, the rear quarter pillar of the car has a moderate area, is less susceptible to damage, and has few design difficulties.
【0130】本実施例は、シート状金属基板から構成さ
れる光起電力素子である特徴を生かしてリアクォーター
ピラーに設置するボディと1体感のある曲面状のフォル
ムを持った自動車用光起電力素子を作りうることを示す
ものである。The present embodiment is a photovoltaic element for automobiles having a body mounted on a rear quarter pillar and a curved shape with a sense of one body, taking advantage of the characteristics of a photovoltaic element composed of a sheet-like metal substrate. It can be shown that can be made.
【0131】実施例12と同様にして光起電力素子を作
製し、車のデザインに合せて透明電極のパターンニン
グ、集電々極の形成、切断を行って単体の光起電力片を
作った。A photovoltaic element was produced in the same manner as in Example 12, and a single photovoltaic piece was produced by patterning a transparent electrode, forming a current collecting electrode, and cutting in accordance with the design of the car.
【0132】こうしてできたものを実施例13の方法で
直列接続した。ここでは電圧12Vの蓄電池を持つ自動
車用として図17に10枚の光起電力素子の一例として
の太陽電池片からなる例を示す。ここで支柱上部に位置
する光起電力素子片は2201巾がとれないため長さが
長く、支柱下部に位置する光起電力素子片2202は巾
が広いので短くし、各光起電力素子片の面積がほぼそろ
う様にしてある。さらに長さの長い光起電力素子片ほど
集電々極2203の密度を高くして透明電極の抵抗ロス
を十分抑えられる様にしてある。The components thus obtained were connected in series by the method of the thirteenth embodiment. FIG. 17 shows an example of a solar cell as an example of ten photovoltaic elements for an automobile having a storage battery with a voltage of 12 V. Here, the photovoltaic element piece located at the upper part of the column has a large length because the width of 2201 cannot be taken, and the photovoltaic element piece 2202 located at the lower part of the column is short because it is wide. The area is almost the same. Further, the longer the length of the photovoltaic element piece, the higher the density of the current collecting electrode 2203 so that the resistance loss of the transparent electrode can be sufficiently suppressed.
【0133】またデザイン上、光起電力素子の色は重要
な要素であるが、車の他の部分の色とマッチする様、透
明電極の厚さを調製することができる。すなわち透明電
極としてITOを用いた場合一般的には厚さ650Åと
するが、この場合ほぼ紫色の外観を呈する。これを薄く
し、透明電極の厚さを450Å〜500Åにすると黄緑
を呈し、500Å〜600Åにすると茶色味が強まる。
さらに、600Å〜700Åの厚さにすると紫色の外
観、700Å〜800Åにすると青味が強まる色彩とな
り適当な色合に調整することが出来る。ただしITOの
厚さが標準からはずれると光起電力素子の出力はやや低
下するが、タンデムセルの場合、ITOをうすくした場
合には、光の波長が短波長側にずれるのでトップセルを
うすめに設定し、ITOを厚くした場合には逆にトップ
セルを厚めに設定し、トップセルとボトムセルの分光感
度のバランスを調整することで効率の低下を最小限に抑
えられる。Although the color of the photovoltaic element is an important factor in the design, the thickness of the transparent electrode can be adjusted so as to match the color of other parts of the car. That is, when ITO is used as the transparent electrode, the thickness is generally 650 °, but in this case, it has an almost purple appearance. When the thickness of the transparent electrode is reduced to 450 ° to 500 °, yellowish green is exhibited, and when the transparent electrode is set to 500 ° to 600 °, the brown color is enhanced.
Further, when the thickness is 600 to 700 mm, the appearance becomes purple, and when the thickness is 700 to 800 mm, the color becomes more bluish, and the color can be adjusted to an appropriate color. However, when the thickness of ITO deviates from the standard, the output of the photovoltaic element decreases slightly. However, in the case of a tandem cell, when the ITO is thinned, the wavelength of light shifts to the short wavelength side, so the top cell is lightened. When the thickness is set and the ITO is thickened, the top cell is set thicker and the balance of the spectral sensitivities of the top cell and the bottom cell is adjusted.
【0134】本実施例の自動車用光起電力素子モジュー
ル2302を図18に示す4ドアセダン車2301(塗
装色ブルー)内左右のリアクォーターピラーに取り付け
た。(図17には左側用を示してある。)これをさらに
図19にその概略を示した回路に組んだ。ここで左側光
起電力素子2401と右側光起電力素子2402は各々
逆流防止ダイオード2403、2404を介して蓄電池
2405に接続されている。また日射が強く車内の温度
が高い時には、換気ファン2406が回る様になってい
る。この動作を行うため左右の光起電力素子から出力電
流を検知する電流センサ2409、2410からの信号
の少くとも一方がhighの時であって、かつ感温セン
サ2408からの信号がhighである時に限って換気
ファン2406のスイッチ2407がonとなる。The photovoltaic element module 2302 for an automobile of this embodiment was mounted on the left and right rear quarter pillars of a four-door sedan vehicle 2301 (painted blue) shown in FIG. (FIG. 17 shows the one for the left side.) This was further assembled into a circuit whose outline is shown in FIG. Here, the left photovoltaic element 2401 and the right photovoltaic element 2402 are connected to the storage battery 2405 via backflow prevention diodes 2403 and 2404, respectively. When the sunshine is strong and the temperature inside the vehicle is high, the ventilation fan 2406 rotates. In order to perform this operation, when at least one of the signals from the current sensors 2409 and 2410 detecting the output current from the left and right photovoltaic elements is high and the signal from the temperature sensor 2408 is high Only the switch 2407 of the ventilation fan 2406 is turned on.
【0135】この様にして光起電力素子モジュールを設
けた所、盛夏の晴天時に従来80℃以上に上っていた室
温を30℃程度引き下げることが可能となり、かつ厳冬
期に、1週間以上放置しておいても蓄電池があがること
がなくなった。また積雪後もリアクォーターピラー上は
積雪が日射後すぐ融けるためただちに充電可能となるの
で、積雪の多い地方でも支障がなかった。With the provision of the photovoltaic element module in this manner, the room temperature, which had conventionally been at 80 ° C. or higher, can be lowered by about 30 ° C. in fine weather in the midsummer, and it was left for one week or more in severe winter. Even so, the storage battery did not rise. Even after snowfall, the snow on the rear quarter pillar melts immediately after the solar radiation and can be charged immediately, so there was no problem even in regions with heavy snowfall.
【0136】[0136]
【表1】 [Table 1]
【0137】[0137]
【表2】 [Table 2]
【0138】[0138]
【表3】 [Table 3]
【0139】[0139]
【表4】 [Table 4]
【0140】[0140]
【表5】 [Table 5]
【0141】[0141]
【表6】 [Table 6]
【0142】[0142]
【表7】 [Table 7]
【0143】[0143]
【表8】 [Table 8]
【0144】[0144]
【発明の効果】本発明の裏面反射層を用いる事により、
光の反射率が高くなり、光が半導体中に有効に閉じこめ
られるため、半導体への光の吸収が増加し、変換効率が
高い光起電力素子が得られる。また金属原子が半導体膜
中に拡散しにくくなり、さらに半導体中に部分的な短絡
箇所があっても適度な電気抵抗によってリーク電流が抑
えられ、また耐薬品性が高まるため後工程で新たに欠陥
を生じる恐れも少なく、信頼性の高い光起電力素子が得
られる。更にこの様な裏面反射層はロール・ツー・ロー
ル法等の量産性に富む方法の一環とて製造できる。この
ように本発明は光起電力素子の普及に大いに寄与するも
のである。By using the back reflection layer of the present invention,
Since the light reflectance is increased and the light is effectively confined in the semiconductor, the absorption of light into the semiconductor is increased, and a photovoltaic device with high conversion efficiency can be obtained. In addition, metal atoms are less likely to diffuse into the semiconductor film, and even if there is a partial short circuit in the semiconductor, leakage current is suppressed by appropriate electrical resistance, and chemical resistance increases, resulting in new defects in the subsequent process. And a highly reliable photovoltaic element can be obtained. Further, such a back reflection layer can be manufactured as a part of a method having high productivity such as a roll-to-roll method. Thus, the present invention greatly contributes to the spread of photovoltaic elements.
【図1】本発明の光起電力素子の実施例の断面構造を示
す図で透明層が一層の場合。FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional structure of a photovoltaic device according to an embodiment of the present invention, in which a single transparent layer is provided.
【図2】本発明の光起電力素子の実施例の断面構造を示
す図で第一層領域が凹凸構造の場合。FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure of a photovoltaic device according to an embodiment of the present invention, in which a first layer region has a concavo-convex structure.
【図3】本発明の光起電力素子の実施例の断面構造を示
す図で第二層領域が凹凸構造の場合。FIG. 3 is a view showing a cross-sectional structure of a photovoltaic device according to an embodiment of the present invention, in which a second layer region has an uneven structure.
【図4】シリコンと金属の界面での反射率に対するZn
Oの効果を示す図。(a)ZnOが無い場合、(b)Z
nOがある場合。FIG. 4 shows Zn versus reflectance at the interface between silicon and metal.
The figure which shows the effect of O. (A) In the absence of ZnO, (b) Z
When there is nO.
【図5】凹凸構造による光起電力素子の分光感度の改善
を示す図。FIG. 5 is a diagram showing an improvement in the spectral sensitivity of a photovoltaic element due to a concavo-convex structure.
【図6】本発明の裏面反射層を製造するに好適なスパッ
タリング装置の構造を示す図。FIG. 6 is a view showing a structure of a sputtering apparatus suitable for manufacturing the back reflection layer of the present invention.
【図7】本発明の透明層が一層の裏面反射層を製造する
のに好適なスパッタリング装置の構造を示す図。FIG. 7 is a view showing the structure of a sputtering apparatus suitable for producing a back reflection layer having one transparent layer according to the present invention.
【図8】本発明の第一層領域が凹凸構造の場合の裏面反
射層を製造するのに好適なスパッタリング装置の構造を
示す図。FIG. 8 is a view showing a structure of a sputtering apparatus suitable for manufacturing a back reflection layer when the first layer region has an uneven structure according to the present invention.
【図9】本発明の太陽電池の別の実施例で透明層が一層
領域の場合の断面構造を示す図。FIG. 9 is a view showing a cross-sectional structure in a case where a transparent layer is a single layer region in another embodiment of the solar cell of the present invention.
【図10】本発明の太陽電池の別の実施例で第一層領域
が凹凸構造の場合の断面構造を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a cross-sectional structure in a case where the first layer region has an uneven structure in another embodiment of the solar cell of the present invention.
【図11】本発明の光起電力素子を蓄電池に用いた図及
び断面図。11A and 11B are a diagram and a cross-sectional view in which a photovoltaic element of the present invention is used for a storage battery.
【図12】本発明の光起電力素子を用いた蓄電池使用例
の等価回路。FIG. 12 is an equivalent circuit of an example of using a storage battery using the photovoltaic element of the present invention.
【図13】本発明の光起電力素子を用いた衛星用電池の
接続部。FIG. 13 shows a connection portion of a satellite battery using the photovoltaic device of the present invention.
【図14】本発明の光起電力素子を用いた衛星の図。FIG. 14 is a diagram of a satellite using the photovoltaic device of the present invention.
【図15】本発明の光起電力素子を用いた波型屋根材の
拡大図。FIG. 15 is an enlarged view of a corrugated roofing material using the photovoltaic element of the present invention.
【図16】本発明の光起電力素子を用いた波型屋根材。FIG. 16 is a corrugated roofing material using the photovoltaic element of the present invention.
【図17】本発明の光起電力素子を用いた面積を変るこ
とにより集電電極密度が異なるモジュールの実施例の
図。FIG. 17 is a diagram of an embodiment of a module having a different collecting electrode density by changing the area using the photovoltaic element of the present invention.
【図18】本発明の光起電力素子を用いた自動車の図。FIG. 18 is a diagram of an automobile using the photovoltaic element of the present invention.
【図19】本発明の光起電力素子を用いた自動車使用例
の等価回路を示す図。FIG. 19 is a diagram showing an equivalent circuit of an example of using an automobile using the photovoltaic element of the present invention.
101,701 基板 102,702 金属層 103 透明層 103a,103c,703a,703c 第1層領域 103b,103d,703b,703d 第2層領域 105,705,709 n型a−Si 106,710 i型a−Si 706 i型a−SiGe 107,707,711 p型μc−Si 108,712 透明電極 109,713 集電電極 604 金属層堆積室 605 透明層堆積室 605a,605c 第1層領域堆積室 605b,605d 第2層領域堆積室 404,602 基板 601 基板のロール 407,609,610,610a,610b,610
c,610d ターゲット 405,607,608,608a,608b,608
c,608d 基板加熱ヒーター 409 電源 410 プラズマ 1501 電槽 1502 正極端子 1503 逆流防止ダイオード 1504 負極板 1505 正極板 1506 セパレーター 1507 封口ぶた 1508 パッキング 1509 安全弁 1510 蓄電池 1511 光起電力素子 1512 透明電極 1513 集電電極 1701 光起電力素子 1702 光起電力素子 1703 ポリイミド樹脂 1704 基板露出面 1705 銅シート 1706 ポリイミド樹脂 1707 マイラーフィルム 1901 衛星本体 1902 シャフト 1903 展開した状態の光起電力素子 1904 巻きとられている状態の光起電力素子 2001 光起電力素子 2002 光起電力素子 2003 波型板 2004 露出部 2005 銅シート 2006 ポリイミド樹脂 2007 固定用ステンレスの穴 2008 銅シートの穴 2009 PVA樹脂 2010 フッ素樹脂 2101 光起電力素子単体 2102 波型屋根材 2103 釘穴あり直接接続部 2104 釘穴なし直接接続部 2105 光起電力素子 2106 波型屋根材の左端 2107 釘穴 2108 波形下部部分 2201 光起電力素子片 2202 光起電力素子片 2203,2204 集電電極 2301 車の車体 2302 光起電力素子 2401 左側光起電力素子 2402 右側光起電力素子 2403,2404 逆流防止ダイオード 2405 蓄電池 2406 換気ファン 2407 換気ファンのスイッチ 2408 感温センサー 2409,2410 光起電力素子の出力電流を検知す
るセンサー101, 701 Substrate 102, 702 Metal layer 103 Transparent layer 103a, 103c, 703a, 703c First layer region 103b, 103d, 703b, 703d Second layer region 105, 705, 709 n-type a-Si 106, 710 i-type a -Si 706 i-type a-SiGe 107,707,711 p-type μc-Si 108,712 transparent electrode 109,713 current collecting electrode 604 metal layer deposition chamber 605 transparent layer deposition chamber 605a, 605c first layer area deposition chamber 605b, 605d Second layer area deposition chamber 404, 602 Substrate 601 Roll of substrate 407, 609, 610, 610a, 610b, 610
c, 610d Targets 405, 607, 608, 608a, 608b, 608
c, 608d Substrate heater 409 Power supply 410 Plasma 1501 Battery case 1502 Positive electrode terminal 1503 Backflow prevention diode 1504 Negative electrode plate 1505 Positive electrode plate 1506 Separator 1507 Sealing lid 1508 Packing 1509 Safety valve 1510 Storage battery 1511 Photovoltaic element 1512 Transparent electrode 1513 Collector electrode Photovoltaic element 1702 Photovoltaic element 1703 Polyimide resin 1704 Substrate exposed surface 1705 Copper sheet 1706 Polyimide resin 1707 Mylar film 1901 Satellite main body 1902 Shaft 1903 Expanded photovoltaic element 1904 Rolled photovoltaic element Device 2001 Photovoltaic device 2002 Photovoltaic device 2003 Corrugated plate 2004 Exposed portion 2005 Copper sheet 2006 Polyimide resin 2007 Hole for fixing stainless steel 2008 Hole for copper sheet 2009 PVA resin 2010 Fluororesin 2101 Photovoltaic element unit 2102 Corrugated roof material 2103 Direct connection part with nail hole 2104 Direct connection part without nail hole 2105 Photovoltaic element 2106 Wave type Left end of roofing material 2107 Nail hole 2108 Lower corrugated part 2201 Photovoltaic element piece 2202 Photovoltaic element piece 2203, 2204 Current collecting electrode 2301 Car body 2302 Photovoltaic element 2401 Left photovoltaic element 2402 Right photovoltaic element 2403, 2404 Backflow prevention diode 2405 Storage battery 2406 Ventilation fan 2407 Ventilation fan switch 2408 Temperature sensor 2409, 2410 Sensor for detecting output current of photovoltaic element
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−99476(JP,A) 特開 昭61−216489(JP,A) 特開 昭59−201470(JP,A) 特開 昭59−224181(JP,A) 特開 平1−119073(JP,A) 特開 昭62−123781(JP,A) 特許2974485(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/04 H01L 31/042 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-3-99476 (JP, A) JP-A-61-216489 (JP, A) JP-A-59-201470 (JP, A) JP-A-59-2014 224181 (JP, A) JP-A-1-119073 (JP, A) JP-A-62-123781 (JP, A) Patent 2974485 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) ) H01L 31/04 H01L 31/042
Claims (2)
いずれかからなり、表面の凹凸が1000Å以下である
平滑な金属層と、表面に微細なクレーター状の凹部を多
数有し表面が白濁しているZnO層と、光電変換層と、
入射光側透明導電層と、をこの順に有することを特徴と
する光電変換体。1. A substrate, a smooth metal layer made of at least one of Al, Ag and Cu and having a surface unevenness of 1000 ° or less, and a large number of fine crater-shaped recesses on the surface, and the surface becomes cloudy. A ZnO layer, a photoelectric conversion layer,
And a transparent conductive layer on the incident light side in this order.
00℃よりも高い温度で成膜した領域と、成膜時の基板
温度を200℃よりも低い温度で成膜した領域と、を有
することを特徴とする請求項1記載の光電変換体。2. The method according to claim 1, wherein the ZnO layer has a substrate temperature of 2 at the time of film formation.
2. The photoelectric conversion body according to claim 1, comprising a region formed at a temperature higher than 00 ° C. and a region formed at a substrate temperature lower than 200 ° C. during film formation.
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