JP2000269529A - Silicon system thin film photoelectric conversion device - Google Patents

Silicon system thin film photoelectric conversion device

Info

Publication number
JP2000269529A
JP2000269529A JP11070176A JP7017699A JP2000269529A JP 2000269529 A JP2000269529 A JP 2000269529A JP 11070176 A JP11070176 A JP 11070176A JP 7017699 A JP7017699 A JP 7017699A JP 2000269529 A JP2000269529 A JP 2000269529A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
photoelectric conversion
layer
silicon
light
conversion device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11070176A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenji Yamamoto
憲治 山本
Hiroko Tawada
裕子 多和田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd filed Critical Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Priority to JP11070176A priority Critical patent/JP2000269529A/en
Publication of JP2000269529A publication Critical patent/JP2000269529A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve conversion efficiency in a silicon system thin-film photoelectric conversion device by improving the light transmissivity of a transparent conductive oxide layer constituting a backside electrode with an optically reflecting metallic layer. SOLUTION: This device is provided with a back face electrode which includes an optically reflecting metallic layer 141 and a transparent conductive oxide layer 142 formed at the front face side, and a silicon system thin film photoelectric conversion unit including a monoconductive layer 131, a photoelectric conversion layer 132 constituted of a crystalline silicon system thin film, and a reverse conductive layer 133, and a backside electrode. The optically reflecting metallic layer 141 includes zinc oxide containing yttrium.

Description

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

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は薄膜光電変換装置に
係り、特に、太陽電池に代表されるシリコン系薄膜光電
変換装置の変換効率等の性能改善に関するものである。
なお、本明細書において、「結晶質」と「微結晶」の用
語は、部分的に非晶質を含むものをも意味するものとす
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin-film photoelectric conversion device, and more particularly to improvement in performance such as conversion efficiency of a silicon-based thin-film photoelectric conversion device represented by a solar cell.
Note that in this specification, the terms “crystalline” and “microcrystal” also mean those partially including amorphous.

【０００２】[0002]

【従来の技術】近年、例えば多結晶シリコンや微結晶シ
リコンのような結晶質シリコンを含む薄膜を光電変換層
として利用したシリコン系薄膜光電変換装置の開発が精
力的に行なわれている。これらの開発は、もっぱら、安
価な基板上に低温プロセスで良質の結晶質シリコン薄膜
を形成することにより光電変換装置の低コスト化と高性
能化とを両立させることに向けられている。2. Description of the Related Art In recent years, silicon-based thin-film photoelectric conversion devices using a thin film containing crystalline silicon such as polycrystalline silicon or microcrystalline silicon as a photoelectric conversion layer have been vigorously developed. These developments are mainly aimed at achieving both low cost and high performance of the photoelectric conversion device by forming a high-quality crystalline silicon thin film on an inexpensive substrate by a low-temperature process.

【０００３】このようなシリコン系薄膜光電変換装置
は、一般に、裏面電極と、一導電型層、結晶質シリコン
系薄膜からなる光電変換層および逆導電型層を含むシリ
コン系薄膜光電変換ユニットと、光電変換ユニットに対
し裏面電極と反対側に設けらる透明前面電極とを備え
る。かかるシリコン系薄膜光電変換装置は、太陽電池ば
かりでなく、光センサ等種々の用途への応用が期待され
ている。[0003] Such a silicon-based thin-film photoelectric conversion device generally includes a back electrode, a silicon-based thin-film photoelectric conversion unit including a photoelectric conversion layer composed of a one-conductivity-type layer, a crystalline silicon-based thin film, and a reverse-conductivity-type layer. A transparent front electrode provided on a side opposite to the back electrode with respect to the photoelectric conversion unit. Such silicon-based thin-film photoelectric conversion devices are expected to be applied not only to solar cells but also to various uses such as optical sensors.

【０００４】ところで、シリコン系薄膜光電変換装置
は、種々の要因から変換効率が低下することが知られて
いる。例えば、結晶質シリコン系光電変換層は、長波長
領域の光に対する吸収係数が小さいため、当該光電変換
層が薄い場合には、入射した光の内、長波長領域の光を
十分に吸収し得ず、光電変換量が低下する傾向にある。
これを解決するために、例えば、光反射率の高い金属層
（光反射性金属層）を光電変換ユニットの裏側に設け、
さらにこの金属層に表面凹凸（表面テクスチャ）構造を
設けることが行われている。光電変換層に入射した光
は、この表面凹凸構造によって光電変換層内に多重反射
され、光電変換層による光吸収が増強される（光閉じ込
め効果）。このような多重反射をもたらす表面テクスチ
ャ構造による光閉じ込めは、特に結晶質シリコン系薄膜
光電変換装置において、非常に重要なものとなってい
る。Incidentally, it is known that the conversion efficiency of a silicon-based thin film photoelectric conversion device is reduced due to various factors. For example, since the crystalline silicon-based photoelectric conversion layer has a small absorption coefficient with respect to light in a long wavelength region, when the photoelectric conversion layer is thin, it can sufficiently absorb light in a long wavelength region among incident light. And the amount of photoelectric conversion tends to decrease.
To solve this, for example, a metal layer having a high light reflectance (light-reflective metal layer) is provided on the back side of the photoelectric conversion unit,
Further, a surface unevenness (surface texture) structure is provided on the metal layer. The light incident on the photoelectric conversion layer is multiple-reflected into the photoelectric conversion layer by the surface unevenness structure, and light absorption by the photoelectric conversion layer is enhanced (light confinement effect). Such light confinement by a surface texture structure that causes multiple reflections is very important especially in a crystalline silicon-based thin film photoelectric conversion device.

【０００５】また、近年、光反射性金属層と光電変換ユ
ニットとの間に酸化亜鉛等の透明導電性酸化物層を設け
た光電変換装置も数多く提案されており、たとえば特開
平３−９９４７７公報；特開平７−２６３７３１号公
報；IEEE 1st World Conf. onPhotovoltaic Energy Con
version, p. 405(1994)；Applied Physics Letters, Vo
l. 70, p. 2975 (1997)等において報告されている。こ
のように裏面電極の光反射性金属層とシリコン系光電変
換ユニットとの間に透明導電性酸化物層を介在させるこ
とによって、それらの間の熱膨張係数の相違による熱歪
みを緩和し、かつ金属原子がシリコン系光電変換ユニッ
ト内へ拡散して混入することを防止し得る。その結果、
得られる光電変換装置の歩留まりと信頼性が向上するの
みならず、光感度が改善されて光電変換特性も向上す
る。In recent years, a large number of photoelectric conversion devices having a transparent conductive oxide layer such as zinc oxide between a light-reflective metal layer and a photoelectric conversion unit have been proposed. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-99477. Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 7-263731; IEEE 1st World Conf. On Photovoltaic Energy Con
version, p. 405 (1994); Applied Physics Letters, Vo
l. 70, p. 2975 (1997). By interposing the transparent conductive oxide layer between the light-reflective metal layer of the back electrode and the silicon-based photoelectric conversion unit in this manner, thermal strain due to a difference in thermal expansion coefficient between them is reduced, and It is possible to prevent metal atoms from being diffused and mixed into the silicon-based photoelectric conversion unit. as a result,
Not only the yield and reliability of the obtained photoelectric conversion device are improved, but also the photosensitivity is improved and the photoelectric conversion characteristics are improved.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
透明導電性酸化物層は、光透過率がなお十分でなく、そ
のため結晶質シリコン系薄膜光電変換装置において透明
導電性酸化物層の裏面側に配置される光反射性金属層に
到達する光量が減少するばかりでなく、特に上記光閉じ
込め構造の場合、光反射性金属層により多重反射されて
光電変換層に繰り返し再入射される光が透明導電性酸化
物層を通過するたびに吸収されることとなるため再入射
光量が逐次減少し、入射光の利用率が低下する結果、光
電変換装置の短絡電流密度が低下することがわかった。However, the conventional transparent conductive oxide layer has still insufficient light transmittance, and therefore, in a crystalline silicon-based thin film photoelectric conversion device, the transparent conductive oxide layer is formed on the back side of the transparent conductive oxide layer. Not only does the amount of light reaching the disposed light-reflective metal layer decrease, but in particular, in the case of the above-described light confinement structure, light that is multiple-reflected by the light-reflective metal layer and repeatedly incident on the photoelectric conversion layer is transparent. It is found that the light is absorbed each time it passes through the conductive oxide layer, so that the amount of re-incident light gradually decreases, and the utilization factor of the incident light decreases, resulting in a decrease in the short-circuit current density of the photoelectric conversion device.

【０００７】したがって、本発明は、光反射性金属層と
ともに裏面電極を構成する透明導電性酸化物層の光透過
率を向上させることにより結晶質シリコン系薄膜光電変
換装置の短絡電流密度を増加させ、変換効率を改善する
ことを課題とする。Accordingly, the present invention increases the short-circuit current density of a crystalline silicon-based thin-film photoelectric conversion device by improving the light transmittance of a transparent conductive oxide layer constituting a back electrode together with a light-reflective metal layer. Another object is to improve the conversion efficiency.

【０００８】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述の課
題を解決すべく検討を重ねた結果、イットリウムを添し
た酸化亜鉛は、特に７００〜８００ｎｍより長波長領域
の光に対する透過率が向上することに着目し、このイッ
トリウムを含有する酸化亜鉛を透明導電性酸化層として
光反射性金属と光電変換ユニットとの間に設けることに
より、結晶質シリコン系薄膜光電変換装置の短絡電流密
度が増加し、変換効率が向上することを見いだした。こ
のすなわち、本発明によれば、光反射性金属層およびそ
の前面側に設けられた透明導電性酸化物層を含む裏面電
極と、前記裏面電極の前面側に設けられた、一導電型
層、結晶質シリコン系薄膜からなる光電変換層および逆
導電型層を含むシリコン系薄膜光電変換ユニットと、前
記光電変換ユニットの前面側に設けられた透明前面電極
とを備え、前記透明導電性酸化物層は、イットリウムを
含有する酸化亜鉛を含むことを特徴とするシリコン系薄
膜光電変換装置が提供される。Means for Solving the Problems As a result of repeated studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that zinc oxide to which yttrium is added has a transmittance particularly to light in a wavelength region longer than 700 to 800 nm. Focusing on improving, by providing this yttrium-containing zinc oxide as a transparent conductive oxide layer between the light-reflective metal and the photoelectric conversion unit, the short-circuit current density of the crystalline silicon-based thin film photoelectric conversion device can be reduced. Increased conversion efficiency. That is, according to the present invention, according to the present invention, a back electrode including a light reflective metal layer and a transparent conductive oxide layer provided on the front side thereof, and a one conductivity type layer provided on the front side of the back electrode, A silicon-based thin film photoelectric conversion unit including a photoelectric conversion layer made of a crystalline silicon-based thin film and a reverse conductivity type layer, and a transparent front electrode provided on the front side of the photoelectric conversion unit, wherein the transparent conductive oxide layer The present invention provides a silicon-based thin-film photoelectric conversion device comprising zinc oxide containing yttrium.

【０００９】本発明において、透明導電性酸化物層は、
イットリウムを１ないし１０重量％の割合で含有するこ
とが好ましい。In the present invention, the transparent conductive oxide layer comprises
It is preferable to contain yttrium at a ratio of 1 to 10% by weight.

【００１０】また、本発明において、透明導電性酸化物
層が、ガリウムおよび／またはアルミニウムをさらに含
有することが好ましい。In the present invention, the transparent conductive oxide layer preferably further contains gallium and / or aluminum.

【００１１】なお、本明細書において、光入射側を前面
といい、その反対側を裏面という。In this specification, the light incident side is called a front surface, and the opposite side is called a back surface.

【００１２】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を参照して詳
しく説明する。全図にわたり同一個所は同一符号をもっ
て示されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same parts are denoted by the same reference symbols throughout the drawings.

【００１３】図１は、本発明の第１の実施の形態による
シリコン系薄膜光電変換装置を模式的に示す概略断面図
である。図１に示す光電変換装置は、ｐｉｎ構造のシリ
コン系薄膜光電変換ユニットを有し、基板側から光が入
射される。FIG. 1 is a schematic sectional view schematically showing a silicon-based thin-film photoelectric conversion device according to a first embodiment of the present invention. The photoelectric conversion device illustrated in FIG. 1 includes a silicon-based thin film photoelectric conversion unit having a pin structure, and light is incident from the substrate side.

【００１４】図１を参照すると、このシリコン系薄膜光
電変換装置１０は、基板１１上に、透明前面電極１２、
シリコン系薄膜光電変換ユニット１３、および裏面電極
１４を備える。Referring to FIG. 1, a silicon-based thin-film photoelectric conversion device 10 includes a transparent front electrode 12,
A silicon-based thin-film photoelectric conversion unit 13 and a back electrode 14 are provided.

【００１５】基板１１は、有機フィルム、セラミック
ス、または低融点の安価なガラス等の透明な基板材料に
より構成することができる。The substrate 11 can be made of a transparent substrate material such as an organic film, ceramics, or low-melting glass.

【００１６】透明前面電極１２は、好ましくは、ＩＴ
Ｏ、ＳｎＯ2 およびＺｎＯから選択された少なくとも１
種の透明導電性酸化物から構成され、単層であっても、
多層構造でもよい。The transparent front electrode 12 is preferably made of an IT
At least one selected from O, SnO 2 and ZnO
Composed of a kind of transparent conductive oxide, even if it is a single layer,
It may have a multilayer structure.

【００１７】前面電極１２は、その表面がフラットであ
ってもよいが、図１に示すように表面凹凸（テクスチャ
構造）を有することが好ましい。前面電極１２が表面凹
凸構造を有することにより、光閉じ込め効果が増大し、
変換効率が向上する。そのような表面凹凸構造における
凹凸の高低差は、１０〜１００ｎｍであることが好まし
い。また、凹凸のピッチは凹凸の高低差より大きくかつ
その２５倍以下であることが好ましく、凹凸の高低差の
４倍以上２０倍以下であることがより好ましく、具体的
には、凹凸のピッチが３００〜１０００ｎｍであること
が好ましい。The front electrode 12 may have a flat surface, but preferably has surface irregularities (texture structure) as shown in FIG. Since the front electrode 12 has a surface uneven structure, the light confinement effect increases,
Conversion efficiency is improved. It is preferable that the height difference of the unevenness in such a surface unevenness structure is 10 to 100 nm. In addition, the pitch of the unevenness is preferably larger than the height difference of the unevenness and 25 times or less thereof, more preferably 4 times or more and 20 times or less the height difference of the unevenness. Specifically, the pitch of the unevenness is It is preferably from 300 to 1000 nm.

【００１８】本明細書において、凹凸の高低差とは凸部
と凹部の高さの差の平均値であり、ピッチとはおよそ
０．１〜５μｍ周期で現れる、隣接する凸部と凸部また
は凹部と凹部の間の距離の平均値を表わしている。この
ような表面凹凸構造は、透明前面電極１２の断面ＴＥＭ
（透過型電子顕微鏡）写真の画像処理や、ＡＦＭ（原子
間力顕微鏡）による表面観察および表面形状測定によっ
ても決定することができる。In the present specification, the height difference between the concavities and convexities is the average value of the difference between the heights of the convex portions and the concave portions. The average value of the distance between the concave portions is shown. Such a surface asperity structure is obtained by a cross-sectional TEM of the transparent front electrode 12.
(Transmission electron microscope) It can also be determined by image processing of a photograph, surface observation and surface shape measurement by AFM (atomic force microscope).

【００１９】このような表面凹凸構造を有する前面電極
１２は、それ自体既知の種々の方法により形成すること
ができる。例えば、基板１１の表面にエッチング等によ
り凹凸構造を形成し、その上に薄い透明前面電極１２を
形成して、透明電極１２の表面を基板１１の凹凸構造に
沿った凹凸構造にする方法が挙げられる。The front electrode 12 having such a surface uneven structure can be formed by various methods known per se. For example, there is a method in which an uneven structure is formed on the surface of the substrate 11 by etching or the like, a thin transparent front electrode 12 is formed thereon, and the surface of the transparent electrode 12 is formed into an uneven structure along the uneven structure of the substrate 11. Can be

【００２０】透明前面電極１２上に形成されるシリコン
系光電変換ユニット１３は、ｐ型層１３１、結晶質シリ
コン系薄膜光電変換層１３２、およびｐ型層とは逆導電
型のｎ型層１３３を含む。この光電変換ユニット１３に
含まれるすべての半導体層は、４００℃以下の下地温度
の条件の下にプラズマＣＶＤ法によって堆積させること
ができる。プラズマＣＶＤ法としては、一般によく知ら
れている平行平板型のＲＦプラズマＣＶＤの他、周波数
が１５０ＭＨｚ以下のＲＦ帯からＶＨＦ帯までの高周波
電源を利用するプラズマＣＶＤも用いることができる。The silicon-based photoelectric conversion unit 13 formed on the transparent front electrode 12 includes a p-type layer 131, a crystalline silicon-based thin-film photoelectric conversion layer 132, and an n-type layer 133 having a conductivity type opposite to that of the p-type layer. Including. All the semiconductor layers included in the photoelectric conversion unit 13 can be deposited by a plasma CVD method under the condition of a base temperature of 400 ° C. or less. As the plasma CVD method, besides a generally well-known parallel plate type RF plasma CVD, a plasma CVD using a high-frequency power supply from an RF band having a frequency of 150 MHz or less to a VHF band can be used.

【００２１】前面電極１２上に形成されるｐ型層１３１
としては、ホウ素、アルミニウム等のｐ型不純物原子が
ドープされたｐ型シリコン系薄層を用いることができ
る。また、ｐ型層１３１の材料としては、非晶質シリコ
ンの他に非晶質シリコンカーバイドや非晶質シリコンゲ
ルマニウム等の合金材料の他に、多結晶もしくは部分的
に非晶質を含む微結晶のシリコンまたはその合金材料を
用いることもできる。なお、望まれる場合には、堆積さ
れたこのようなｐ型層１３１にパルスレーザ光を照射す
ることにより、その結晶化分率や導電型決定不純物原子
によるキャリア濃度を制御することもできる。P-type layer 131 formed on front electrode 12
For example, a p-type silicon-based thin layer doped with p-type impurity atoms such as boron and aluminum can be used. The material of the p-type layer 131 is not only amorphous silicon, but also alloy materials such as amorphous silicon carbide and amorphous silicon germanium, as well as polycrystalline or microcrystalline partially containing amorphous. Of silicon or its alloy material can also be used. If desired, by irradiating such a deposited p-type layer 131 with a pulsed laser beam, the crystallization fraction and the carrier concentration due to the impurity atoms determining the conductivity type can be controlled.

【００２２】ｐ型層１３１上に形成される結晶質シリコ
ン系光電変換層１３２としては、ノンドープの真性半導
体の多結晶シリコン薄膜や体積結晶化分率が８０％以上
の微結晶シリコン膜、または微量の不純物を含む弱ｐ型
もしくは弱ｎ型で光電変換機能を十分に備えているシリ
コン系薄膜材料が用いられ得る。しかし、この光電変換
層１３２はこれらに限定されず、シリコンカーバイドや
シリコンゲルマニウム等の合金材料を用いて形成されて
もよい。As the crystalline silicon-based photoelectric conversion layer 132 formed on the p-type layer 131, a polycrystalline silicon thin film of a non-doped intrinsic semiconductor, a microcrystalline silicon film having a volume crystallization fraction of 80% or more, or a trace amount A silicon-based thin film material having a weak p-type or weak n-type and sufficiently having a photoelectric conversion function can be used. However, the photoelectric conversion layer 132 is not limited thereto, and may be formed using an alloy material such as silicon carbide or silicon germanium.

【００２３】このような光電変換層１３２の厚さは０．
５〜２０μｍの範囲内にあることが好ましく、これは結
晶質シリコン系薄膜光電変換層としての必要かつ十分な
膜厚である。また、この結晶質シリコン系薄膜光電変換
層１３２は４００℃以下の低温で形成されるので、結晶
粒界や粒内における欠陥を終端または不活性化させる水
素原子を多く含み、その水素含有量は１〜３０原子％の
範囲内にあることが好ましい。さらに、結晶質シリコン
系薄膜光電変換層１３２に含まれる結晶粒の多くは下地
層から上方に柱状に延びて成長しており、その膜面に平
行に（１１０）の優先結晶配向面を有し、そのＸ線回折
における（２２０）回折ピークに対する（１１１）回折
ピークの強度比は０．４以下であることが好ましい。The thickness of the photoelectric conversion layer 132 is equal to 0.1.
The thickness is preferably in the range of 5 to 20 μm, which is a necessary and sufficient film thickness as a crystalline silicon-based thin film photoelectric conversion layer. Further, since the crystalline silicon-based thin-film photoelectric conversion layer 132 is formed at a low temperature of 400 ° C. or lower, the crystalline silicon-based thin film photoelectric conversion layer 132 contains a large number of hydrogen atoms that terminate or inactivate defects in crystal grain boundaries or grains, and the hydrogen content is Preferably it is in the range of 1 to 30 atomic%. Further, most of the crystal grains contained in the crystalline silicon-based thin-film photoelectric conversion layer 132 extend upward from the base layer in a columnar shape and have a (110) preferential crystal orientation plane parallel to the film surface. The intensity ratio of the (111) diffraction peak to the (220) diffraction peak in the X-ray diffraction is preferably 0.4 or less.

【００２４】結晶質光電変換層１３２上に形成されるｎ
型層１３３としては、リン、窒素等のｎ型不純物原子が
ドープされたｎ型シリコン系薄膜等を用いることができ
る。また、ｎ型層１３３の材料としては、非晶質シリコ
ンの他に非晶質シリコンカーバイドや非晶質シリコンゲ
ルマニウム等の合金材料を用いてもよく、多結晶もしく
は部分的に非晶質を含む微結晶のシリコンまたはその合
金材料を用いることもできる。The n formed on the crystalline photoelectric conversion layer 132
As the mold layer 133, an n-type silicon-based thin film or the like doped with n-type impurity atoms such as phosphorus and nitrogen can be used. In addition, as the material of the n-type layer 133, an alloy material such as amorphous silicon carbide or amorphous silicon germanium may be used in addition to amorphous silicon, and polycrystalline or partially amorphous is included. Microcrystalline silicon or its alloy material can also be used.

【００２５】ここで、堆積される光電変換ユニット１３
の上面１３Ａには、微細な凹凸を含む表面テクスチャ構
造が形成される。これは、光電変換ユニット１３に含ま
れる結晶質光電変換層１３２がその堆積時に自然に凹凸
テクスチャ構造を生じることによるものであり、これに
よって、光電変換ユニット１３の上面１３Ａが、広範囲
の波長領域の入射光を散乱させために一層適した微細な
表面凹凸テクスチャ構造になり、光電変換装置における
光閉じ込め効果も大きくなる。Here, the photoelectric conversion unit 13 to be deposited is
A surface texture structure including fine irregularities is formed on the upper surface 13A. This is due to the fact that the crystalline photoelectric conversion layer 132 included in the photoelectric conversion unit 13 naturally forms an uneven texture structure at the time of deposition thereof, whereby the upper surface 13A of the photoelectric conversion unit 13 has a wide wavelength range. A fine surface uneven texture structure more suitable for scattering incident light is obtained, and the light confinement effect in the photoelectric conversion device is also increased.

【００２６】光電変換ユニット１３上に形成される裏面
電極１４は、透明導電性酸化物層１４１とその裏面側に
設けられた光反射性金属層１４２との２層構造を含む。The back electrode 14 formed on the photoelectric conversion unit 13 has a two-layer structure of a transparent conductive oxide layer 141 and a light-reflective metal layer 142 provided on the back side thereof.

【００２７】透明導電性酸化物層１４１は、本発明によ
り、イットリウムを含有する酸化亜鉛を含む。本発明の
好ましい態様において、イットリウムは、１〜１０重量
％、より好ましくは１〜５重量％の割合で含有される。
既述のように、イットリウムの添加による光透過率の向
上効果は、透明導電性酸化物の中で、酸化亜鉛に特有の
ものであるので、透明導電性酸化物層１４１は、それを
構成する透明導電性酸化物材料の主成分（５０重量％以
上）を酸化亜鉛により構成するものである。いうまでも
なく、透明導電性酸化物層１４１を構成する透明導電性
酸化物は、実質的に酸化亜鉛のみからなることが特に好
ましい。According to the present invention, the transparent conductive oxide layer 141 contains zinc oxide containing yttrium. In a preferred embodiment of the present invention, yttrium is contained in a proportion of 1 to 10% by weight, more preferably 1 to 5% by weight.
As described above, the effect of improving the light transmittance due to the addition of yttrium is specific to zinc oxide among the transparent conductive oxides. Therefore, the transparent conductive oxide layer 141 constitutes it. The main component (50% by weight or more) of the transparent conductive oxide material is composed of zinc oxide. Needless to say, it is particularly preferable that the transparent conductive oxide constituting the transparent conductive oxide layer 141 be substantially composed of only zinc oxide.

【００２８】イットリウムを含有する酸化亜鉛層１２
は、スパッタターゲットまたは蒸着材料にイットリウム
を添加して真空蒸着、スパッタ等のそれ自体既知の気相
堆積法により形成することができるが、特にイットリウ
ムを含有する酸化亜鉛ターゲットを用いたＲＦスパッタ
法により形成することが好ましい。Zinc oxide layer 12 containing yttrium
Can be formed by a vapor deposition method known per se such as vacuum deposition and sputtering by adding yttrium to a sputter target or a deposition material, and particularly by an RF sputtering method using a zinc oxide target containing yttrium. Preferably, it is formed.

【００２９】なお、透明導電性酸化物層１４１の抵抗を
より低下させるために、層１４１にガリウムおよび／ま
たはアルミニウムを含有させることが好ましい。ガリウ
ムおよび／またはアルミニウムは、透明導電性酸化物層
１４１に０．５〜８重量％の割合で添加することが好ま
しい。In order to further reduce the resistance of the transparent conductive oxide layer 141, it is preferable that the layer 141 contains gallium and / or aluminum. Gallium and / or aluminum is preferably added to the transparent conductive oxide layer 141 at a ratio of 0.5 to 8% by weight.

【００３０】さらに、本発明の透明導電性酸化物層１４
１は、１００〜４５０℃の範囲内の下地温度の下で形成
することが望ましい。また、透明導電性酸化物層１４１
の厚さは、４０ｎｍ〜１μｍの範囲内にあることが好ま
しく、その比抵抗は１．５×１０-2Ωｃｍ以下であるこ
とが好ましい。このような条件を満たす透明導電性酸化
物層１４１は、上記温度条件に加えて、２×１０-2Ｔｏ
ｒｒ以下の圧力、５００〜１５００ｍＷ／ｃｍ2 の放電
電力というスパッタ条件下で形成することができる。Further, the transparent conductive oxide layer 14 of the present invention
1 is desirably formed at a base temperature in the range of 100 to 450 ° C. Further, the transparent conductive oxide layer 141
Is preferably in the range of 40 nm to 1 μm, and its specific resistance is preferably 1.5 × 10 −2 Ωcm or less. The transparent conductive oxide layer 141 that satisfies such conditions has a temperature of 2 × 10 −2 To
It can be formed under sputtering conditions of a pressure of rr or less and a discharge power of 500 to 1500 mW / cm 2 .

【００３１】本発明の透明導電性酸化物層１４１はイッ
トリウムを含有する酸化亜鉛を含むことにより、光透過
率が大幅に向上する。特に、７００〜８００ｎｍより長
波長領域の光に対する透過率が向上する。従って、当該
透明導電性酸化物層１４１を透過して光反射性金属層１
４１に到達し、光反射性金属層１４１により反射されて
光電変換層１３２に再入射する光量が増大する結果、短
絡電流密度が増大し、変換効率が向上する。Since the transparent conductive oxide layer 141 of the present invention contains zinc oxide containing yttrium, the light transmittance is greatly improved. In particular, the transmittance for light in a wavelength region longer than 700 to 800 nm is improved. Therefore, the light-reflective metal layer 1 is transmitted through the transparent conductive oxide layer 141.
41, the amount of light that is reflected by the light-reflective metal layer 141 and re-enters the photoelectric conversion layer 132 increases. As a result, the short-circuit current density increases, and the conversion efficiency improves.

【００３２】透明導電性酸化物層１４１の裏面側に設け
られる光反射性金属層１４２は、５００〜１２００ｎｍ
の範囲内の波長の光に対して９５％以上の高い反射率を
有することが好ましい。そのような光反射性金属層１４
２は、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａ
ｌ）、銅（Ｃｕ）および白金（Ｐｔ）から選択された１
つまたはそれを含む合金によって形成されることが好ま
しく、単層または多層として形成することができる。光
反射性金属層１４２は、少なくともその前面側表面領域
が、銀または銀合金からなる銀系金属材料で形成される
ことが特に好ましい。The light-reflective metal layer 142 provided on the back side of the transparent conductive oxide layer 141 has a thickness of 500 to 1200 nm.
It is preferable to have a high reflectance of 95% or more with respect to light having a wavelength within the range described above. Such a light-reflective metal layer 14
2 is silver (Ag), gold (Au), aluminum (A
l), one selected from copper (Cu) and platinum (Pt)
Preferably, it is formed of one or an alloy containing the same, and can be formed as a single layer or a multilayer. It is particularly preferable that the light-reflective metal layer 142 has at least a front surface area formed of a silver-based metal material made of silver or a silver alloy.

【００３３】このような光反射性金属層１４２は、真空
蒸着、スパッタ等の気相堆積法によって形成することが
できる。例えば、光反射性の高い銀層１４２を１００〜
３３０℃の範囲内の基板温度、より好ましくは２００〜
３００℃の下地温度の下に真空蒸着法によって形成する
ことができる。The light-reflective metal layer 142 can be formed by a vapor deposition method such as vacuum deposition and sputtering. For example, the silver layer 142 having high light reflectivity
Substrate temperature in the range of 330 ° C, more preferably from 200 to
It can be formed by a vacuum evaporation method at a base temperature of 300 ° C.

【００３４】なお、上述のように、光電変換ユニットの
上面には、表面凹凸構造が形成されるので、その上に設
けられる透明導電性酸化物層１４１および光反射性金属
層１４２も自然に表面凹凸構造を有し得る。As described above, since the uneven surface structure is formed on the upper surface of the photoelectric conversion unit, the transparent conductive oxide layer 141 and the light-reflective metal layer 142 provided thereon are naturally formed on the surface. It may have an uneven structure.

【００３５】図１に示すｐｉｎ構造の光電変換ユニット
１３を有する光電変換装置１０では、光電変換されるべ
き光ｈνは、基板１１側から入射される。In the photoelectric conversion device 10 having the pin structure photoelectric conversion unit 13 shown in FIG. 1, light hν to be subjected to photoelectric conversion enters from the substrate 11 side.

【００３６】図２は、本発明の第２の実施の形態による
シリコン系薄膜光電変換装置を模式的に示す概略断面図
である。図２において、図１と同一部分は同一符号を付
し、その詳細な説明は以下の記載から省略する。FIG. 2 is a schematic sectional view schematically showing a silicon-based thin film photoelectric conversion device according to a second embodiment of the present invention. 2, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the detailed description thereof will be omitted from the following description.

【００３７】図２に示すシリコン系薄膜光電変換装置２
０は、非晶質／結晶質型のタンデム型シリコン系薄膜光
電変換装置である。図２に示すタンデム型光電変換装置
２０においては、図１の光電変換装置１０の場合と同様
に、基板１１上に、透明前面電極１２を備え、この透明
前面電極１２の上に、前方光電変換ユニット２１が形成
されている。前方光電変換ユニット２１は、好ましくは
プラズマＣＶＤ法により順次堆積されたｐ型の微結晶ま
たは非晶質のシリコン系薄膜２１１、実質的に真性半導
体である非晶質シリコン系薄膜光電変換層２１２、およ
びｎ型の微結晶または非晶質のシリコン系薄膜２１３を
含む。The silicon-based thin-film photoelectric conversion device 2 shown in FIG.
Numeral 0 denotes an amorphous / crystalline tandem silicon-based thin film photoelectric conversion device. The tandem-type photoelectric conversion device 20 shown in FIG. 2 is provided with a transparent front electrode 12 on a substrate 11 similarly to the case of the photoelectric conversion device 10 of FIG. A unit 21 is formed. The front photoelectric conversion unit 21 preferably includes a p-type microcrystalline or amorphous silicon-based thin film 211 which is sequentially deposited by a plasma CVD method, an amorphous silicon-based thin film photoelectric conversion layer 212 which is substantially an intrinsic semiconductor, And an n-type microcrystalline or amorphous silicon-based thin film 213.

【００３８】前方光電変換ユニット２１上には、後方光
電変換ユニットとして、図１に示すｐ型層１３１、光電
変換層１３２およびｎ型層１３３を含む光電変換ユニッ
ト１３が形成されている。この後方光電変換ユニット１
３の上には、本発明のイットリウムを含有する酸化亜鉛
を含む透明導電性酸化物層１４１および光反射性金属層
１４２からなる裏面電極１４が、図１の光電変換装置１
０の場合と同様に形成され、これによって図２に示され
るタンデム型光電変換装置２０が完成する。On the front photoelectric conversion unit 21, a photoelectric conversion unit 13 including a p-type layer 131, a photoelectric conversion layer 132, and an n-type layer 133 shown in FIG. 1 is formed as a rear photoelectric conversion unit. This rear photoelectric conversion unit 1
The back electrode 14 composed of the transparent conductive oxide layer 141 containing zinc oxide containing yttrium of the present invention and the light-reflective metal layer 142 is provided on the photoelectric conversion device 1 of FIG.
0, so that the tandem photoelectric conversion device 20 shown in FIG. 2 is completed.

【００３９】次に、図３を参照して、本発明の第３の実
施の形態に係るシリコン系薄膜光電変換装置を説明す
る。図３に示す光電変換装置３０は、ｎｉｐ構造のシリ
コン系薄膜光電変換ユニットを有し、基板とは反対側か
ら光が入射される。Next, a silicon-based thin-film photoelectric conversion device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The photoelectric conversion device 30 illustrated in FIG. 3 includes a silicon-based thin-film photoelectric conversion unit having a nip structure, and light is incident from the side opposite to the substrate.

【００４０】図３を参照すると、このシリコン系薄膜光
電変換装置３０は、基板３１上に、裏面電極３２、シリ
コン系薄膜光電変換ユニット３３、および前面電極３４
を備える。Referring to FIG. 3, a silicon-based thin-film photoelectric conversion device 30 includes a back electrode 32, a silicon-based thin-film photoelectric conversion unit 33, and a front electrode 34 on a substrate 31.
Is provided.

【００４１】基板３１は、図１の光電変換装置１０にお
ける基板１１と同様の基板材料で形成することができ
る。しかし、基板３１は、透明である必要がないので、
ステンレス鋼等の金属材料で形成することもできる。The substrate 31 can be formed of the same substrate material as the substrate 11 in the photoelectric conversion device 10 of FIG. However, since the substrate 31 does not need to be transparent,
It can also be formed of a metal material such as stainless steel.

【００４２】基板３１上に形成される裏面電極３２は、
基板３１上に設けられた光反射性金属層３２１とその上
に形成された本発明の透明導電性酸化物層３２２との２
層構造を含む。The back electrode 32 formed on the substrate 31
A light-reflective metal layer 321 provided on the substrate 31 and a transparent conductive oxide layer 322 of the present invention formed thereon;
Including layer structure.

【００４３】光反射性金属層３２１は、図１の光電変換
装置における光反射性金属層１４２に相当するものであ
り、それと同様にして形成することができる。しかし、
この光反射性金属層３２１は、表面凹凸構造（表面テク
スチャ構造）を有することが好ましい。光反射性金属層
３２１の表面凹凸構造は、光反射性金属の成膜条件（温
度、堆積速度等）を選択することにより得ることがで
き、または基板３１の表面を予めエッチング等によって
凹凸構造に加工し、その凹凸構造をそれ自体の上表面に
伝達し得るような薄い光反射性金属層３２１を形成する
ことによって得ることもできる。あるいは、基板３１上
に凹凸表面を有する透明導電性酸化物層（図示せず）を
堆積した後に、その凹凸構造をそれ自体の上表面に伝達
し得るような薄い光反射性金属層３２１を形成すること
によっても得られる。The light-reflective metal layer 321 corresponds to the light-reflective metal layer 142 in the photoelectric conversion device shown in FIG. 1, and can be formed in the same manner. But,
The light-reflective metal layer 321 preferably has a surface uneven structure (surface texture structure). The uneven surface structure of the light-reflective metal layer 321 can be obtained by selecting film forming conditions (temperature, deposition rate, etc.) of the light-reflective metal, or the surface of the substrate 31 is formed into an uneven structure by etching or the like in advance. It can also be obtained by processing and forming a thin light-reflective metal layer 321 capable of transmitting the uneven structure to the upper surface of itself. Alternatively, after depositing a transparent conductive oxide layer (not shown) having an uneven surface on the substrate 31, a thin light-reflective metal layer 321 capable of transmitting the uneven structure to the upper surface thereof is formed. It is also obtained by doing.

【００４４】光反射性金属層３２１の表面凹凸構造にお
ける凹凸の高低差は０．０１〜２μｍの範囲内にあると
ともに、凹凸のピッチはその高低差より大きくかつその
２５倍以下であることが好ましく、４〜２０倍の範囲内
にあることがより好ましい。このような表面凹凸構造を
有する光反射性金属層３２１を用いることにより、開放
端電圧の低下や製造歩留まりの低下を伴うことなく、光
閉じ込め効果を改善して高性能の光電変換装置を得るこ
とができる。なお、このような表面凹凸構造は、図１の
光電変換装置１０における透明前面電極１２の場合と同
様、光反射性金属層３２１の断面のＴＥＭ（透過型電子
顕微鏡）写真やＡＦＭ（原子間力顕微鏡）による表面観
察によって測定することができる。The height difference of the unevenness in the surface uneven structure of the light-reflective metal layer 321 is preferably in the range of 0.01 to 2 μm, and the pitch of the unevenness is preferably larger than the height difference and 25 times or less. More preferably, it is within the range of 4 to 20 times. By using the light-reflective metal layer 321 having such a surface uneven structure, it is possible to improve the light confinement effect and obtain a high-performance photoelectric conversion device without lowering the open-circuit voltage or lowering the production yield. Can be. Note that such a surface uneven structure can be obtained by a TEM (transmission electron microscope) photograph or an AFM (atomic force) of a cross section of the light-reflective metal layer 321 as in the case of the transparent front electrode 12 in the photoelectric conversion device 10 in FIG. It can be measured by observing the surface with a microscope.

【００４５】光反射性金属層３２１上に設けられる透明
導電性酸化物層３２２は、図１に示す透明導電性酸化物
層１４１に相当するものであり、イットリウムを含有す
る酸化亜鉛を含む。いうまでもなく、図１に示す透明導
電性酸化物層１４１についての記述は、透明導電性酸化
物層３２２についてもそのまま適用される。The transparent conductive oxide layer 322 provided on the light-reflective metal layer 321 corresponds to the transparent conductive oxide layer 141 shown in FIG. 1, and contains zinc oxide containing yttrium. Needless to say, the description of the transparent conductive oxide layer 141 shown in FIG. 1 is applied to the transparent conductive oxide layer 322 as it is.

【００４６】裏面電極３２上に形成される光電変換ユニ
ット３３は、図１におけるｐ型層１３１とｎ型層１３３
の配置を逆転させた以外は図１の光電変換装置１０にお
ける光電変換ユニット１３と同様の構成を有する。すな
わち、光電変換ユニット３３は、基板３１側から、図１
のｎ型層１３３に相当するｎ型層３３１、図１の結晶質
シリコン系薄膜光電変換層１３２に相当する結晶質シリ
コン系薄膜光電変換層３３２、および図１のｐ型層１３
１に相当するｐ型層３３３を備える。The photoelectric conversion unit 33 formed on the back electrode 32 includes the p-type layer 131 and the n-type layer 133 shown in FIG.
It has the same configuration as the photoelectric conversion unit 13 in the photoelectric conversion device 10 of FIG. 1 except that the arrangement of is inverted. That is, the photoelectric conversion unit 33 is moved from the substrate 31 side in FIG.
N-type layer 331 corresponding to n-type layer 133, crystalline silicon-based thin film photoelectric conversion layer 332 corresponding to crystalline silicon-based thin film photoelectric conversion layer 132 in FIG. 1, and p-type layer 13 in FIG.
1 is provided with a p-type layer 333.

【００４７】光電変換ユニット３３上に形成される透明
前面電極３４は、図１の光電変換装置１０における本発
明の透明前面電極１２に相当するものである。ただし、
既述のように、光電変換ユニット３３の上面には、表面
テクスチャ構造が自然に形成されるので、前面電極３４
も自然に表面テクスチャ構造を有し得る。The transparent front electrode 34 formed on the photoelectric conversion unit 33 corresponds to the transparent front electrode 12 of the present invention in the photoelectric conversion device 10 of FIG. However,
As described above, the surface texture structure is naturally formed on the upper surface of the photoelectric conversion unit 33.
Can also naturally have a surface texture structure.

【００４８】さらに、この前面電極３４上には、グリッ
ド電極として、好ましくはＡｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕおよ
びＰｔから選択された少なくとも１種以上の金属または
これらの合金の層を含む櫛型状の金属電極３５が形成さ
れている。Further, on the front electrode 34, as a grid electrode, a comb-like shape including a layer of at least one or more metals selected from Al, Ag, Au, Cu and Pt or an alloy thereof is preferably used. A metal electrode 35 is formed.

【００４９】このようなシリコン系薄膜光電変換装置３
０において、光電変換されるべき光ｈνは、透明前面電
極３４側から照射される。Such a silicon-based thin-film photoelectric conversion device 3
At 0, the light hν to be photoelectrically converted is emitted from the transparent front electrode 34 side.

【００５０】図４は、本発明の第４の実施の形態による
シリコン系薄膜光電変換装置を模式的に示す概略断面図
である。図４において、図３と同一部分は同一符号を付
し、その詳細な説明は以下の記載から省略する。FIG. 4 is a schematic sectional view schematically showing a silicon-based thin-film photoelectric conversion device according to a fourth embodiment of the present invention. 4, the same parts as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and the detailed description thereof will be omitted from the following description.

【００５１】図４に示すシリコン系薄膜光電変換装置４
０は、図３に示す光電変換装置と同様の非晶質／結晶質
型のタンデム型シリコン系薄膜光電変換装置である。図
４に示すタンデム型光電変換装置４０においては、図３
の光電変換装置３０の場合と同様に、基板３１上に、光
反射金属層３２１および本発明の透明導電性酸化物層３
２２を含む裏面電極３２と、ｎ型層３３１、光電変換層
３３２およびｐ型層１３３を含む光電変換ユニット３３
とが形成されている。この光電変化ユニット３３は、後
方光電変換ユニットを構成する。The silicon-based thin-film photoelectric conversion device 4 shown in FIG.
Reference numeral 0 denotes an amorphous / crystalline tandem silicon-based thin film photoelectric conversion device similar to the photoelectric conversion device shown in FIG. In the tandem-type photoelectric conversion device 40 shown in FIG.
As in the case of the photoelectric conversion device 30, the light reflecting metal layer 321 and the transparent conductive oxide layer 3 of the present invention are formed on the substrate 31.
And a photoelectric conversion unit 33 including an n-type layer 331, a photoelectric conversion layer 332, and a p-type layer 133.
Are formed. This photoelectric conversion unit 33 constitutes a rear photoelectric conversion unit.

【００５２】この後方光電変換ユニット３３上に重ね
て、前方光電変換ユニット４１がさらに形成されてい
る。この第２の光電変換ユニット４１は、図２における
ｐ型薄膜２１１とｎ型薄膜２１３との配置を逆転させた
以外は図２のタンデム型光電変換装置２０における前方
光電変換ユニット２１と同様の構成を有する。すなわ
ち、前方光電変換ユニット４１は、図２のｎ型薄膜２１
３に相当するｎ型シリコン系薄膜４１１、図２の光電変
換層２１２に相当する実質的に真性半導体である非晶質
シリコン系薄膜光電変換層４１２、および図２のｐ型薄
膜２１１に相当するｐ型シリコン系薄膜４１３を含む。
この前方光電変換ユニット４１上には、前面透明電極３
４および櫛型金属電極３５が図３に示す光電変換装置３
０の場合と同様に形成され、これによって図４に示され
ているようなタンデム型光電変換装置４０が完成する。A front photoelectric conversion unit 41 is further formed on the rear photoelectric conversion unit 33. The second photoelectric conversion unit 41 has the same configuration as the front photoelectric conversion unit 21 in the tandem type photoelectric conversion device 20 in FIG. 2 except that the arrangement of the p-type thin film 211 and the n-type thin film 213 in FIG. Having. That is, the front photoelectric conversion unit 41 is the n-type thin film 21 of FIG.
2, an n-type silicon-based thin film 411 corresponding to the photoelectric conversion layer 212 of FIG. 2, an amorphous silicon-based thin-film photoelectric conversion layer 412 substantially as an intrinsic semiconductor, and a p-type thin film 211 of FIG. A p-type silicon-based thin film 413 is included.
On the front photoelectric conversion unit 41, the front transparent electrode 3
4 and the comb-shaped metal electrode 35 are the photoelectric conversion device 3 shown in FIG.
The tandem-type photoelectric conversion device 40 as shown in FIG.

【００５３】[0053]

【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。The present invention will be described below with reference to examples.

【００５４】実施例１ 本実施例では、図１に示す構造を有するシリコン系薄膜
光電変換装置を作製した。Example 1 In this example, a silicon-based thin-film photoelectric conversion device having the structure shown in FIG. 1 was manufactured.

【００５５】すなわち、まず、ガラス基板１１上に前面
電極１２としてＩＴＯ層をＲＦスパッタ法によって堆積
させた。That is, first, an ITO layer was deposited on the glass substrate 11 as the front electrode 12 by RF sputtering.

【００５６】次に、ＩＴＯ層１２上に、光電変換ユニッ
ト１３を構成するｐ型シリコン層１３１、ノンドープの
結晶質シリコン系光電変換層１３２およびｎ型シリコン
層１３３をプラズマＣＶＤ法により形成した。ノンドー
プの結晶質シリコン系光電変換層１３２は３００℃の下
地温度の下でＲＦプラズマＣＶＤ法によって３．０μｍ
の厚さに形成した。この結晶質光電変換層１３２におい
て、２次イオン質量分析法によって求めた水素含有量は
２．３原子％であり、Ｘ線回折における（２２０）回折
ピークに対する（１１１）回折ピークの強度比は０．０
８４であった。Next, a p-type silicon layer 131, a non-doped crystalline silicon-based photoelectric conversion layer 132, and an n-type silicon layer 133 constituting the photoelectric conversion unit 13 were formed on the ITO layer 12 by a plasma CVD method. The non-doped crystalline silicon-based photoelectric conversion layer 132 has a thickness of 3.0 μm by RF plasma CVD at a base temperature of 300 ° C.
It was formed in thickness. In the crystalline photoelectric conversion layer 132, the hydrogen content determined by secondary ion mass spectrometry was 2.3 atomic%, and the intensity ratio of the (111) diffraction peak to the (220) diffraction peak in X-ray diffraction was 0%. .0
84.

【００５７】ついで、光電変換ユニット１３上に透明導
電性酸化物層１４１としてイットリウムを含有する酸化
亜鉛層を形成した。このときのスパッタ条件としては、
Ａｒのスパッタガス、３×１０-3Ｔｏｒｒの圧力、８５
０ｍＷ／ｃｍ2 のＲＦパワー密度、および２００℃の下
地温度であった。ターゲットとしてイットリウムを５重
量％かつガリウムを４重量％含有する酸化亜鉛ターゲッ
トを用いた。得られたイットリウムおよびガリウム含有
酸化亜鉛層１４１は、８．７×１０-3Ωｃｍの比抵抗を
有しており、ターゲットと同様の割合のイットリウムお
よびガリウムを含有していた。さらに、このイットリウ
ムおよびガリウム含有酸化亜鉛層１４１は、波長８００
ｎｍの光に対する透過率が９０％であった。Next, a zinc oxide layer containing yttrium was formed as a transparent conductive oxide layer 141 on the photoelectric conversion unit 13. The sputtering conditions at this time are as follows:
Ar sputtering gas, pressure of 3 × 10 −3 Torr, 85
The RF power density was 0 mW / cm 2 and the substrate temperature was 200 ° C. As a target, a zinc oxide target containing 5% by weight of yttrium and 4% by weight of gallium was used. The obtained yttrium and gallium-containing zinc oxide layer 141 had a specific resistance of 8.7 × 10 −3 Ωcm, and contained the same proportion of yttrium and gallium as the target. Further, the yttrium and gallium-containing zinc oxide layer 141 has a wavelength of 800 nm.
The transmittance for light of nm was 90%.

【００５８】ついで、イットリウムおよびガリウム含有
酸化亜鉛層１４１の上に銀層１４２を形成した。Next, a silver layer 142 was formed on the zinc oxide layer 141 containing yttrium and gallium.

【００５９】こうして得られた光電変換装置に入射光ｈ
νとしてＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ2 の光量で
照射して出力特性を測定したところ、開放端電圧が０．
４８Ｖ、短絡電流密度が２７．０ｍＡ／ｃｍ2 、曲線因
子が６７％、そして変換効率が８．６８％であった。The incident light h is applied to the photoelectric conversion device thus obtained.
When the output characteristics were measured by irradiating a light of AM 1.5 with a light amount of 100 mW / cm 2 as ν, the open-circuit voltage was set to 0.
The short-circuit current density was 27.0 mA / cm 2 , the fill factor was 67%, and the conversion efficiency was 8.68%.

【００６０】比較例１ 酸化亜鉛層１４１の形成に際し、ターゲットとしてガリ
ウムを含有するがイットリウムを含有しない酸化亜鉛タ
ーゲットを使用した以外は実施例１と同様にして光電変
換装置を作製した。酸化亜鉛層の波長８００ｎｍの光に
対する光透過率は、８０％であった。Comparative Example 1 A photoelectric conversion device was manufactured in the same manner as in Example 1 except that a zinc oxide target containing gallium but not containing yttrium was used as the target when forming the zinc oxide layer 141. The light transmittance of the zinc oxide layer with respect to light having a wavelength of 800 nm was 80%.

【００６１】得られた光電変換装置について実施例１と
同様に出力特性を測定したところ、開放端電圧が０．４
８Ｖ、短絡電流密度が２５．０ｍＡ／ｃｍ2 、曲線因子
が６７．０％、そして変換効率が８．０４％であった。The output characteristics of the obtained photoelectric conversion device were measured in the same manner as in Example 1.
8 V, short-circuit current density was 25.0 mA / cm 2 , fill factor was 67.0%, and conversion efficiency was 8.04%.

【００６２】実施例２ 本実施例では、図２に示す構造を有する非晶質／結晶質
型のタンデム型シリコン系薄膜光電変換装置を作製し
た。Example 2 In this example, an amorphous / crystalline tandem silicon-based thin film photoelectric conversion device having the structure shown in FIG. 2 was manufactured.

【００６３】すなわち、まず、実施例１と同様に、基板
１１上に、透明前面電極１２としてＩＴＯ層を形成した
後、その上に、前方光電変換ユニット２１を形成した。
この前方光電変換ユニット２１は、順次積層されたｐ型
層２１１、非晶質シリコン系光電変換層２１２、および
ｎ型層２１３を含むものであった。なお、非晶質光電変
換層２１２の厚さは、３００ｎｍに設定した。That is, first, as in Example 1, an ITO layer was formed as the transparent front electrode 12 on the substrate 11, and then the front photoelectric conversion unit 21 was formed thereon.
The front photoelectric conversion unit 21 includes a p-type layer 211, an amorphous silicon-based photoelectric conversion layer 212, and an n-type layer 213 that are sequentially stacked. Note that the thickness of the amorphous photoelectric conversion layer 212 was set to 300 nm.

【００６４】得られた前方光電変換ユニット２１上に、
実施例１と同様に、ｐ型シリコン層１３１、ノンドープ
の結晶質シリコン系光電変換層１３２およびｎ型シリコ
ン層１３３をプラズマＣＶＤ法により形成した。On the obtained front photoelectric conversion unit 21,
As in Example 1, a p-type silicon layer 131, a non-doped crystalline silicon-based photoelectric conversion layer 132, and an n-type silicon layer 133 were formed by a plasma CVD method.

【００６５】最後に、実施例１と同様に、イットリウム
およびガリウム含有酸化亜鉛層１４１と銀層１４２を形
成した。Finally, in the same manner as in Example 1, a zinc oxide layer 141 containing yttrium and gallium and a silver layer 142 were formed.

【００６６】こうして得られた光電変換装置について実
施例１と同様に出力特性を測定したところ、開放端電圧
が１．４０Ｖ、短絡電流密度が１３．０ｍＡ／ｃｍ2 、
曲線因子が７５％、そして変換効率が１３．６５％であ
った。When the output characteristics of the photoelectric conversion device thus obtained were measured in the same manner as in Example 1, the open-circuit voltage was 1.40 V, the short-circuit current density was 13.0 mA / cm 2 ,
The fill factor was 75% and the conversion efficiency was 13.65%.

【００６７】実施例３ 本実施例では、図３に示す構造を有するシリコン系薄膜
光電変換装置を作製した。Example 3 In this example, a silicon-based thin film photoelectric conversion device having the structure shown in FIG. 3 was manufactured.

【００６８】すなわち、まず、ガラス基板１１上に厚さ
３００ｎｍの銀層３２１を真空蒸着により堆積させた。
ついで、イットリウムおよびガリウム含有酸化亜鉛層３
２２を実施例１と同様にして形成した。That is, first, a silver layer 321 having a thickness of 300 nm was deposited on the glass substrate 11 by vacuum evaporation.
Then, the yttrium and gallium-containing zinc oxide layer 3
22 was formed in the same manner as in Example 1.

【００６９】次に、イットリウムおよびガリウム含有酸
化亜鉛層３２２上に、光電変換ユニット３３を構成する
ｎ型層３３１、ノンドープの結晶質シリコン系光電変換
層３３２およびｐ型層３３３をプラズマＣＶＤ法により
形成した。ノンドープの結晶質シリコン系光電変換層３
３２は３００℃の下地温度の下でＲＦプラズマＣＶＤ法
によって３．０μｍの厚さに形成した。この結晶質光電
変換層３３２において、２次イオン質量分析法によって
求めた水素含有量は２．３原子％であり、Ｘ線回折にお
ける（２２０）回折ピークに対する（１１１）回折ピー
クの強度比は０．０８４であった。Next, an n-type layer 331, a non-doped crystalline silicon-based photoelectric conversion layer 332, and a p-type layer 333 constituting the photoelectric conversion unit 33 are formed on the yttrium and gallium-containing zinc oxide layer 322 by a plasma CVD method. did. Non-doped crystalline silicon-based photoelectric conversion layer 3
No. 32 was formed to a thickness of 3.0 μm by RF plasma CVD at a base temperature of 300 ° C. In the crystalline photoelectric conversion layer 332, the hydrogen content determined by secondary ion mass spectrometry was 2.3 atomic%, and the intensity ratio of the (111) diffraction peak to the (220) diffraction peak in X-ray diffraction was 0. 0.084.

【００７０】ついで、光電変換ユニット３３上に前面電
極３４としてＩＴＯ層を形成し、その上に電流取り出し
用の櫛型銀電極３５を形成した。Then, an ITO layer was formed as a front electrode 34 on the photoelectric conversion unit 33, and a comb-shaped silver electrode 35 for extracting current was formed thereon.

【００７１】こうして得られた光電変換装置について実
施例１と同様に出力特性を測定したところ、開放端電圧
が０．５３Ｖ、短絡電流密度が２７．５ｍＡ／ｃｍ2 、
曲線因子が７６．８％、そして変換効率が１１．２１％
であった。When the output characteristics of the photoelectric conversion device thus obtained were measured in the same manner as in Example 1, the open-circuit voltage was 0.53 V, the short-circuit current density was 27.5 mA / cm 2 ,
Fill factor is 76.8% and conversion efficiency is 11.21%
Met.

【００７２】比較例２ 酸化亜鉛層３２２の形成に際し、ターゲットとしてガリ
ウムを含有するがイットリウムを含有しない酸化亜鉛タ
ーゲットを使用した以外は実施例３と同様にして光電変
換装置を作製した。Comparative Example 2 A photoelectric conversion device was manufactured in the same manner as in Example 3 except that a zinc oxide target containing gallium but not containing yttrium was used when forming the zinc oxide layer 322.

【００７３】得られた光電変換装置について実施例１と
同様に出力特性を測定したところ、開放端電圧が０．５
３Ｖ、短絡電流密度が２６ｍＡ／ｃｍ2 、曲線因子が７
６．８％、そして変換効率が１０．６％であった。The output characteristics of the obtained photoelectric conversion device were measured in the same manner as in Example 1.
3 V, short circuit current density 26 mA / cm 2 , fill factor 7
6.8% and the conversion efficiency was 10.6%.

【００７４】実施例４ 本実施例では、図４に示す構造を有する非晶質／結晶質
型のタンデム型シリコン系薄膜光電変換装置を作製し
た。Example 4 In this example, an amorphous / crystalline tandem silicon-based thin film photoelectric conversion device having the structure shown in FIG. 4 was manufactured.

【００７５】すなわち、実施例３の手法により、基板３
１上に、裏面電極３２および光電変換ユニット３３を形
成した。That is, according to the method of the third embodiment, the substrate 3
On 1, a back electrode 32 and a photoelectric conversion unit 33 were formed.

【００７６】ついで、得られた後方光電変換ユニット３
３上に、前方光電変換ユニット４１をさらに形成した。
この前方光電変換ユニット４１は、順次積層されたｎ型
層４１１、非晶質シリコン系光電変換層４１２、および
ｐ型層４１３を含む。なお、非晶質光電変換層２１２の
厚さは、３００ｎｍに設定した。Next, the obtained rear photoelectric conversion unit 3
3, a front photoelectric conversion unit 41 was further formed.
The front photoelectric conversion unit 41 includes an n-type layer 411, an amorphous silicon-based photoelectric conversion layer 412, and a p-type layer 413 that are sequentially stacked. Note that the thickness of the amorphous photoelectric conversion layer 212 was set to 300 nm.

【００７７】最後に、第２の光電変換ユニット２１上
に、実施例３の場合と同様に、透明前面電極３４と櫛型
銀電極３５を形成した。Finally, a transparent front electrode 34 and a comb-shaped silver electrode 35 were formed on the second photoelectric conversion unit 21 in the same manner as in the third embodiment.

【００７８】こうして得られた光電変換装置について実
施例１と同様に出力特性を測定したところ、開放端電圧
が１．４１Ｖ、短絡電流密度が１３．２ｍＡ／ｃｍ2 、
曲線因子が７６％、そして変換効率が１４．１４％であ
った。When the output characteristics of the photoelectric conversion device thus obtained were measured in the same manner as in Example 1, the open-circuit voltage was 1.41 V, the short-circuit current density was 13.2 mA / cm 2 ,
The fill factor was 76% and the conversion efficiency was 14.14%.

【００７９】[0079]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、結晶質
シリコン系薄膜光電変換装置において、向上した光透過
性を有する透明導電性酸化物層を光反射性金属層の前面
側に設けて裏面電極を構成しているので、光反射性金属
層に到達する光量の減少が抑制されるばかりでなく、特
に光閉じ込め構造の場合、光反射性金属層により多重反
射されて光電変換層に繰り返し再入射される光が透明導
電性酸化物層を通過するたびに吸収されることによる光
量の逐次減少も抑制され、入射光の利用率が低下する結
果、光電変換装置の短絡電流密度が増加し、変換効率が
向上する。As described above, according to the present invention, in a crystalline silicon-based thin film photoelectric conversion device, a transparent conductive oxide layer having improved light transmittance is provided on the front side of a light reflective metal layer. Not only suppresses the decrease in the amount of light reaching the light-reflective metal layer, but also, particularly in the case of a light confinement structure, is multiple-reflected by the light-reflective metal layer and forms a photoelectric conversion layer. As the light that is repeatedly incident is absorbed each time it passes through the transparent conductive oxide layer, the sequential decrease in the amount of light is suppressed, and the utilization rate of the incident light decreases, resulting in an increase in the short-circuit current density of the photoelectric conversion device. And the conversion efficiency is improved.

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

【図１】本発明の第１の実施の形態による結晶質シリコ
ン系薄膜光電変換装置を説明するための概略断面図。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining a crystalline silicon-based thin film photoelectric conversion device according to a first embodiment of the present invention.

【図２】本発明の第２の実施の形態による非晶質／結晶
質型のタンデム型シリコン系薄膜光電変換装置を説明す
るための概略断面図。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating an amorphous / crystalline tandem silicon-based thin film photoelectric conversion device according to a second embodiment of the present invention.

【図３】本発明の第３の実施の形態による結晶質シリコ
ン系薄膜光電変換装置を説明するための概略断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a crystalline silicon-based thin film photoelectric conversion device according to a third embodiment of the present invention.

【図４】本発明の第４の実施の形態による非晶質／結晶
質型のタンデム型シリコン系薄膜光電変換装置を説明す
るための概略断面図。FIG. 4 is a schematic sectional view illustrating an amorphous / crystalline tandem silicon-based thin film photoelectric conversion device according to a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１１，３１…基板 １２，３４…前面電極 １３，２１，３３，４１…光電変換ユニット １４，３２…裏面電極 ３５…櫛型金属電極 １３１，２１１，３３３，４１３…ｐ型層 １３２，２１２，３３２，４１２…光電変換層 １３３，２１３、３３１，４１１…ｎ型層 １４１，３２２…イットリウム含有酸化亜鉛を含む透明
導電性酸化物層 １４２，３２１…光反射性金属層11, 31 ... substrate 12, 34 ... front electrode 13, 21, 33, 41 ... photoelectric conversion unit 14, 32 ... back electrode 35 ... comb-shaped metal electrode 131, 211, 333, 413 ... p-type layer 132, 212, 332 , 412: photoelectric conversion layer 133, 213, 331, 411: n-type layer 141, 322: transparent conductive oxide layer containing yttrium-containing zinc oxide 142, 321: light-reflective metal layer

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 光反射性金属層およびその前面側に設け
られた透明導電性酸化物層を含む裏面電極と、前記裏面
電極の前面側に設けられた、一導電型層、結晶質シリコ
ン系薄膜からなる光電変換層および逆導電型層を含むシ
リコン系薄膜光電変換ユニットと、前記光電変換ユニッ
トの前面側に設けられた透明前面電極とを備え、 前記透明導電性酸化物層は、イットリウムを含有する酸
化亜鉛を含むことを特徴とするシリコン系薄膜光電変換
装置。1. A back electrode including a light-reflective metal layer and a transparent conductive oxide layer provided on the front side thereof, and a one-conductivity-type layer and a crystalline silicon-based layer provided on the front side of the back electrode. A silicon-based thin-film photoelectric conversion unit including a thin-film photoelectric conversion layer and a reverse conductivity type layer, and a transparent front electrode provided on the front side of the photoelectric conversion unit, wherein the transparent conductive oxide layer includes yttrium. A silicon-based thin-film photoelectric conversion device characterized by containing zinc oxide. 【請求項２】 前記透明導電性酸化物層が、イットリウ
ムを１ないし１０重量％の割合で含有することを特徴と
する請求項１に記載のシリコン系薄膜光電変換装置。2. The silicon-based thin-film photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the transparent conductive oxide layer contains yttrium at a ratio of 1 to 10% by weight. 【請求項３】 前記透明導電性酸化物層が、ガリウムお
よび／またはアルミニウムをさらに含有することを特徴
とする請求項１または２に記載のシリコン系薄膜光電変
換装置。3. The silicon-based thin-film photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the transparent conductive oxide layer further contains gallium and / or aluminum.
JP11070176A 1999-03-16 1999-03-16 Silicon system thin film photoelectric conversion device Pending JP2000269529A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11070176A JP2000269529A (en) 1999-03-16 1999-03-16 Silicon system thin film photoelectric conversion device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11070176A JP2000269529A (en) 1999-03-16 1999-03-16 Silicon system thin film photoelectric conversion device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000269529A true JP2000269529A (en) 2000-09-29

Family

ID=13423971

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11070176A Pending JP2000269529A (en) 1999-03-16 1999-03-16 Silicon system thin film photoelectric conversion device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000269529A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009094663A2 (en) * 2008-01-25 2009-07-30 University Of Washington Photovoltaic devices having metal oxide electron-transport layers
JP2010034231A (en) * 2008-07-28 2010-02-12 Sumitomo Metal Mining Co Ltd Thin-film solar cell and surface electrode for thin-film solar cell
KR20170036192A (en) * 2015-09-23 2017-04-03 삼성디스플레이 주식회사 Photo sensor and display device including the same

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009094663A2 (en) * 2008-01-25 2009-07-30 University Of Washington Photovoltaic devices having metal oxide electron-transport layers
WO2009094663A3 (en) * 2008-01-25 2009-11-05 University Of Washington Photovoltaic devices having metal oxide electron-transport layers
JP2010034231A (en) * 2008-07-28 2010-02-12 Sumitomo Metal Mining Co Ltd Thin-film solar cell and surface electrode for thin-film solar cell
KR20170036192A (en) * 2015-09-23 2017-04-03 삼성디스플레이 주식회사 Photo sensor and display device including the same
KR102591364B1 (en) * 2015-09-23 2023-10-19 삼성디스플레이 주식회사 Photo sensor and display device including the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6388301B1 (en) Silicon-based thin-film photoelectric device
JP2908067B2 (en) Substrate for solar cell and solar cell
US6297443B1 (en) Thin film photoelectric transducer
US4644091A (en) Photoelectric transducer
WO2005011002A1 (en) Silicon based thin film solar cell
JP5093503B2 (en) Thin film solar cell and surface electrode for thin film solar cell
JP2000252498A (en) Manufacture of thin-film photoelectric conversion device
JP2000252500A (en) Silicon thin-film photoelectric conversion device
JP2000261011A (en) Silicon-based thin-film photoelectric transducer
JP2003347563A (en) Laminated photovoltaic element
JP2000058892A (en) Silicon based thin film photoelectric converter
JP2001210845A (en) Method of manufacturing thin film photoelectric conversion device
JP3342257B2 (en) Photovoltaic element
JP2000252501A (en) Manufacture of silicon thin film optoelectric transducer device
JP2000269529A (en) Silicon system thin film photoelectric conversion device
JP5093502B2 (en) Thin film solar cell and surface electrode for thin film solar cell
JP3762086B2 (en) Tandem silicon thin film photoelectric conversion device
JP4038263B2 (en) Tandem silicon thin film photoelectric conversion device
JP2000252504A (en) Silicon thin film optoelectric transducer device and manufacture thereof
JP2001015780A (en) Rear surface electrode for silicon-system thin-film photoelectric conversion device and silicon-system thin- film photoelectric conversion device provided therewith
JP5542025B2 (en) Photoelectric conversion device
JP2000232234A (en) Silicon thin film photoelectric conversion device
JP2000252497A (en) Method for manufacturing thin-film photoelectric conversion device
US20130199610A1 (en) Process for Producing a Transparent Electrode, Method of Manufacturing a Photovoltaic Cell Array
JP2003008036A (en) Solar battery and its manufacturing method