JP2002111017A - Thin film crystalline silicon solar cell - Google Patents
Thin film crystalline silicon solar cellInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は薄膜結晶質シリコン
系太陽電池に関し、特に基板上に微細な凹凸を形成した
薄膜結晶質シリコン系太陽電池に関する。The present invention relates to a thin-film crystalline silicon solar cell, and more particularly to a thin-film crystalline silicon solar cell having fine irregularities formed on a substrate.
【０００２】[0002]
【従来技術とその課題】太陽電池の表面に入射した太陽
光などの光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率
を向上させるための方法にはいろいろな技術があり、従
来より様々な試みがなされてきた。その中のひとつに表
面へ入射した光の反射を少なくする技術があり、入射し
た光の反射を低減することで電気エネルギーへの変換効
率を高めることができる。2. Description of the Related Art There are various techniques for improving the efficiency of converting light energy, such as sunlight, incident on the surface of a solar cell into electric energy, and there are various techniques, and various attempts have been made. . One of the techniques is a technique for reducing the reflection of light incident on the surface. By reducing the reflection of the incident light, the conversion efficiency to electric energy can be increased.
【０００３】薄膜太陽電池の場合、長波長領域の光に対
しては、光吸収係数が小さいため充分な吸収が生じず、
光電変換効率が低くなる。特に結晶質シリコン薄膜太陽
電池の場合、非晶質シリコンに比べても充分な吸収が得
られない。このようなことから、光電変換層に入射した
光をより有効に利用するために、光反射率の高い金属層
を裏面側に設けたり、またこの金属層に表面凹凸（表面
テクスチャ）構造を設けることによって光を光電変換層
に散乱反射させる工夫がなされている。In the case of a thin-film solar cell, sufficient absorption does not occur for light in a long wavelength region due to a small light absorption coefficient.
The photoelectric conversion efficiency decreases. In particular, in the case of a crystalline silicon thin film solar cell, sufficient absorption cannot be obtained as compared with amorphous silicon. For this reason, in order to more effectively use the light incident on the photoelectric conversion layer, a metal layer having a high light reflectance is provided on the back side, or a surface unevenness (surface texture) structure is provided on the metal layer. In this way, light is scattered and reflected by the photoelectric conversion layer.
【０００４】また、光入射側の透明電極にも表面凹凸
（表面テクスチャ）構造を設け、それによって光を光電
変換層内へ散乱させ、さらに金属電極で反射された光を
乱反射させる工夫もなされている。上記のように表面テ
クスチャ構造を有する透明電極を含む光電変換装置は、
たとえば特公平６−１２８４０号公報、特開平７−２８
３４３２号公報などに開示されており、光電変換効率が
向上することが記載されている。Also, a surface unevenness (surface texture) structure is provided on the transparent electrode on the light incident side, whereby light is scattered into the photoelectric conversion layer, and light reflected by the metal electrode is irregularly reflected. I have. The photoelectric conversion device including the transparent electrode having the surface texture structure as described above,
For example, Japanese Patent Publication No. Hei 6-12840, Japanese Patent Laid-Open No. 7-28
No. 3432 discloses that the photoelectric conversion efficiency is improved.
【０００５】ガラス基板の表面などを凹凸にする方法と
して研磨材を用いる方法と速度の速い化学的なエッチン
グで自然な凹凸を付ける方法とが従来から知られている
が、いずれの方法でも凹凸の大きさ、高さを制御するこ
とは非常に困難である（特公平４−３６５８６公報）。As a method for making the surface of a glass substrate uneven, a method using an abrasive and a method for providing natural unevenness by high-speed chemical etching have been conventionally known. It is very difficult to control the size and height (JP-B-4-36586).
【０００６】また、特公平７−５０７９３公報には、凹
凸形状をロール成形、ＨＦ、ＨＦ＋ＮＨ4Ｆ、ＨＦ＋Ｈ
ＮＯ3等を用いたウェットエッチング法やＨＦ、ＣＨＦ3
等をエッチングガスとしたプラズマエッチング法の他、
スパッタエッチング法あるいはイオンビームエッチング
法を用いることができるとしているが、ここでは、逆に
凹凸のピッチが約０．５ｍｍでかつ高さが０．２２ｍｍ
ないし０．３６ｍｍであるような半導体層の厚みに対し
て百倍程度以上の凹凸について言及しているだけであ
り、微細な凹凸を形成する方法については触れられてい
ない。Further, Japanese Patent Publication No. 7-50793 discloses that the uneven shape is roll-formed, HF, HF + NH 4 F, HF + H
Wet etching method using NO 3 etc., HF, CHF 3
In addition to the plasma etching method using such as an etching gas,
Although it is stated that a sputter etching method or an ion beam etching method can be used, here, conversely, the pitch of the irregularities is about 0.5 mm and the height is 0.22 mm.
It only mentions the unevenness of about 100 times or more with respect to the thickness of the semiconductor layer of about 0.36 mm or less, but does not mention a method of forming fine unevenness.
【０００７】ガラス基板の表面上に凹凸を形成する一般
的な方法について、常圧ＣＶＤ法で透明電極としてのＳ
ｎＯ2膜を形成する方法があげられる。このような透明
電極に凹凸を形成する方法は、特開昭５８-５７７５６
号公報、特開昭５９-１５９５７４号公報等に開示され
ている。しかし、これらの文献は、透明電極の平均粒径
だけについて言及しており、透明電極に形成されている
凹凸のサイズについては記載していない。As a general method for forming irregularities on the surface of a glass substrate, a method of forming a transparent electrode as a transparent electrode by a normal pressure CVD method is described.
There is a method of forming an nO 2 film. A method of forming irregularities on such a transparent electrode is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-57756.
And JP-A-59-159574. However, these documents mention only the average particle size of the transparent electrode, and do not describe the size of the irregularities formed on the transparent electrode.
【０００８】また、ステンレス等の金属基板上に凹凸を
形成する方法としては、Ａｇを蒸着やスパッタリングで
形成する際に、形成条件を調整したり形成後に熱処理を
行ったりする方法が用いられていた。Further, as a method of forming irregularities on a metal substrate such as stainless steel, a method of adjusting formation conditions or performing a heat treatment after the formation when Ag is formed by vapor deposition or sputtering has been used. .
【０００９】しかし、より有効な光閉じ込め構造を得る
には、結晶構造に依存したテキスチャー構造よりも、結
晶構造に依存しないランダムかつ微細な凹凸形状とした
方がよく、結晶構造に依存する自生形状やウェットエッ
チングではこれを実現することができなかった。However, in order to obtain a more effective optical confinement structure, it is better to have a random and fine irregular shape that does not depend on the crystal structure, rather than a texture structure that depends on the crystal structure. This has not been possible with wet etching.
【００１０】これに対し特開平２-１６４０７７号公報
には、表面に直接凹凸を形成したガラス基板を太陽電池
用基板として用いるという考えが示されている。また、
特開平７-１２２７６４号公報には、＃１００〜８００
０の番手の砥粒を用い、特に、＃２００の番手の砥粒を
用いて、サンドブラスト法によって太陽電池用基板であ
るガラス基板の表面を処理して、平均段差３μｍの凹凸
を有する拡散反射面を形成する方法も開示されている。[0010] On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-164077 discloses the idea of using a glass substrate having irregularities directly on its surface as a solar cell substrate. Also,
Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-122765 discloses # 100-800.
The surface of a glass substrate as a solar cell substrate is treated by sandblasting using abrasive grains of number 0, particularly abrasive grains of number # 200, and a diffuse reflection surface having irregularities with an average step of 3 μm. Are also disclosed.
【００１１】特開平１-２１９０４３号公報には、サン
ドブラストで、ガラス基板の表面に微細均一な凹凸を形
成した後に、その上に平均的な高低差が０.０５〜０.５
μｍの凹凸を有する結晶粒子の大きなＳｎＯ2を形成す
ることにより、基板表面の凹凸の形状の均一化を図る方
法が開示されている。この方法は、ガラス基板上にサン
ドブラストによって形成された凹凸を利用するものでは
ない。ガラス基板にサンドブラスト加工を行って凹凸を
形成したあとにＳｎＯ2を形成することにより、従来の
平坦なガラス基板上にＳｎＯ2で凹凸を形成する場合と
比較して、均一な凹凸形状を有するＳｎＯ2を形成する
ものである。特開平１-２１９０４３号公報の明細書の
記載及び図面によると、ガラス基板上の凹凸は、ＳｎＯ
2の凹凸より小さいと判断される。そして、この公報
に、ガラス基板上に凹凸を形成するために用いられる砥
粒は、＃２０００以下の番手の比較的大きいものであ
る。Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-219043 discloses that fine and uniform irregularities are formed on the surface of a glass substrate by sandblasting, and then the average height difference is 0.05 to 0.5.
A method is disclosed in which SnO 2 having large crystal grains having irregularities of μm is formed to make the irregularities on the substrate surface uniform. This method does not utilize unevenness formed by sandblasting on a glass substrate. By forming SnO 2 after forming the unevenness by performing sandblasting on the glass substrate, SnO 2 having a uniform uneven shape is formed as compared with the case where the unevenness is formed with SnO 2 on the conventional flat glass substrate. To form 2 . According to the description and drawings of Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-219043, irregularities on a glass substrate are caused by SnO.
It is judged to be smaller than the unevenness of 2 . In this publication, the abrasive used for forming the irregularities on the glass substrate has a relatively large number of # 2000 or less.
【００１２】ところで、ガラス基板上に常圧ＣＶＤ法で
ＳｎＯ2膜を形成する方法は、プロセス的にも簡便な方
法ではあるが、その形成温度として５００℃程度の高温
を必要とすることから、ＳｎＯ2膜を強化ガラス上に形
成できないという問題点があった。これは３００℃以上
の高温では強化ガラスの強度が鈍ってしまうからであ
る。この強化ガラスは、表面の保護という観点から、電
力用太陽電池を構成するために必要なものである。The method of forming a SnO 2 film on a glass substrate by a normal pressure CVD method is a simple process, but requires a high temperature of about 500 ° C. as a forming temperature. There was a problem that the SnO 2 film could not be formed on the tempered glass. This is because the strength of the tempered glass decreases at a high temperature of 300 ° C. or higher. This tempered glass is necessary for constituting a power solar cell from the viewpoint of surface protection.
【００１３】また、従来の強化していない通常のガラス
基板を用いる場合は、太陽電池モジュールは強化ガラス
と通常のガラスの二重構造となってしまい、製造コスト
が増加するという問題があった。Further, when a conventional unreinforced tempered glass substrate is used, the solar cell module has a double structure of tempered glass and normal glass, and there is a problem that the manufacturing cost increases.
【００１４】さらに、光を十分散乱させるためには、上
記のような透明電極を１μｍ程度の厚さに形成する必要
があり、太陽電池用基板の形成に時間を要する点と、材
料費がかさむという点で問題があった。Further, in order to sufficiently scatter light, it is necessary to form the above-mentioned transparent electrode to a thickness of about 1 μm, which takes time to form a solar cell substrate and increases material costs. There was a problem in that.
【００１５】また、従来から、ガラス基板の表面に直接
凹凸部を形成する方法もあったが、透明導電膜で形成す
るような微少な凹凸を有する表面を得ることはできなか
った。例えば特開平２-１６４０７７号公報において
は、ガラス基板の表面を機械研削法で処理して、その表
面に凹凸を形成しているが、このような方法では、凹凸
の大きさが研削に用いられるブレードの大きさに依存す
るため、山部と谷部の高さの差が数十μｍの凹凸形状と
なってしまう。しかも、凹凸の形成に非常に時間がかか
るという点と、効率向上に最も効果的な大きさの凹凸、
即ちアモルファス膜の膜厚と同等以下の微少な凹凸を形
成できないという点で問題があった。[0015] Conventionally, there has also been a method of forming irregularities directly on the surface of a glass substrate, but it has not been possible to obtain a surface having minute irregularities as formed by a transparent conductive film. For example, in JP-A-2-16477, the surface of a glass substrate is treated by a mechanical grinding method to form irregularities on the surface. In such a method, the size of the irregularities is used for grinding. Since it depends on the size of the blade, the difference between the heights of the peaks and the valleys becomes an uneven shape of several tens of μm. Moreover, it takes a very long time to form the irregularities, and the most effective irregularities for improving efficiency.
That is, there is a problem in that minute irregularities less than or equal to the thickness of the amorphous film cannot be formed.
【００１６】一方、太陽電池用基板としてステンレス基
板を用いる場合にも、その表面の凹凸は、Ａｇを蒸着や
スパッタリングで堆積する際に、形成条件を調整したり
形成後の熱処理を行ったりして形成していた。このよう
に、Ａｇによる凹凸を形成する工程では、３５０℃以上
の高温が必要となるため、基板の昇温、降温に時間がか
かったり、基板の反りが発生したりするといった問題が
あった。さらにステンレス基板ではその表面に傷がある
ため、歩留まり向上のために予め研磨処理を施す必要が
あり、コストアップの要因となっていた。On the other hand, even when a stainless steel substrate is used as the solar cell substrate, the unevenness of the surface is caused by adjusting the formation conditions or performing a heat treatment after the formation when depositing Ag by vapor deposition or sputtering. Had formed. As described above, since the step of forming the irregularities by Ag requires a high temperature of 350 ° C. or more, there are problems that it takes time to raise and lower the temperature of the substrate and that the substrate is warped. Further, since the surface of the stainless steel substrate has scratches, it is necessary to perform a polishing process in advance to improve the yield, which has been a factor of cost increase.
【００１７】また、特開平７-１２２７６４号公報に開
示されている方法では、サンドブラストで形成した基板
表面の凹凸はサイズの大きなものであるために、サンド
ブラスト処理で発生した欠陥層をエッチングで除去する
必要がある。また、この公報記載の方法では、上記凹凸
の谷部の形状を緩やかにするために谷部にＳｉＯ2を形
成する必要もあった。そしてさらに、上記サンドブラス
ト法では、水に砥粒を分散させた液を、基板の表面に吹
き付けるようにしているが、砥粒の大きさに起因して、
形状の鋭い凹凸が形成されてしまう原因となっていた。In the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-122264, since the irregularities on the substrate surface formed by sandblasting are large, the defect layer generated by the sandblasting process is removed by etching. There is a need. Further, in the method described in this publication, it is necessary to form SiO 2 in the valleys in order to make the shape of the valleys of the irregularities gentle. Further, in the above sandblasting method, a liquid in which abrasive grains are dispersed in water is sprayed on the surface of the substrate, but due to the size of the abrasive grains,
This causes the formation of sharp irregularities in the shape.
【００１８】また、特開平１-２１９０４３号公報は、
サンドブラストでガラス基板の表面に凹凸を形成した後
に、その上にＳｎＯ2で凹凸を形成することにより、基
板表面の凹凸形状の均一化を図る方法を開示している
が、この方法は、ガラス基板上にサンドブラストによっ
て直接形成された凹凸を利用するものではない。この方
法は、従来のプロセスと同様なプロセスでＳｎＯ2をガ
ラス基板上に形成し、ＳｎＯ2の凹凸を利用している。
このため、サンドブラスト加工、その後の洗浄、乾燥と
いうプロセスが従来のプロセスに対して増加するものに
なってしまい、製造コストが増加するという問題があ
る。Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-219043 discloses that
A method of forming unevenness on the surface of a glass substrate by sandblasting and then forming unevenness on the surface of the glass substrate by using SnO 2 to thereby make the unevenness of the surface of the substrate uniform is disclosed. It does not utilize the unevenness formed directly by sandblasting on it. In this method, SnO 2 is formed on a glass substrate by a process similar to a conventional process, and the unevenness of SnO 2 is used.
For this reason, the processes of sandblasting, subsequent washing, and drying are increased compared to the conventional processes, and there is a problem that the manufacturing cost is increased.
【００１９】このように従来の方法では、透明導電膜や
Ａｇ膜を基板上に形成する際に、これらの導電膜の表面
に凹凸を形成するためには３５０℃以上の温度が必要で
あり、しかもこれらの導電膜の形成後の熱処理には５０
０℃程度の温度が必要であった。このため、高温処理に
おける昇温及び降温プロセスに時間がかかり、太陽電池
用基板の製造装置のスループットが低く、電力消費が大
きいという課題があった。As described above, in the conventional method, when a transparent conductive film or an Ag film is formed on a substrate, a temperature of 350 ° C. or more is required to form irregularities on the surface of these conductive films. Moreover, the heat treatment after the formation of these conductive films requires 50.
A temperature of about 0 ° C. was required. For this reason, there has been a problem that it takes time to raise and lower the temperature in the high-temperature treatment, the throughput of the solar cell substrate manufacturing apparatus is low, and the power consumption is large.
【００２０】また、特開平９−１９９７４５公報におい
ては、サンドブラストによるガラス基板の凹凸形成方法
が記載されており、表面の凹凸は山部と谷部の高さの差
が約０.１〜０.５μｍであるとしているが、充分に光吸
収効率を向上させられるような形状を満足してはいな
い。すなわち、基板表面に＃２０００以上の番手の微小
な砥粒を吹き付けて形成したもので、その山部と谷部の
高さの差が０．１〜０．５μｍと小さくなっているから
凹凸形状が滑らかなものとなると記載してあるように、
非晶質Ｓｉ太陽電池は、変換効率が最大となる時の光吸
収層の膜厚が５００ｎｍ程度と薄いため、基板の凹凸形
状の凸部の頂点が鋭角形状を有する場合や凹凸のピッチ
に対する高低差が大きい場合には、ピンホールなどの欠
陥が発生したり膜厚が不均一になりやすく、かえって太
陽電池の特性（特に開放電圧、良品率）が低下するとの
記載が特公平４−３８１４７公報にもなされている。Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-199745 discloses a method of forming unevenness on a glass substrate by sandblasting. The unevenness on the surface is such that the difference between the heights of peaks and valleys is about 0.1 to 0.1. Although it is said to be 5 μm, it does not satisfy a shape capable of sufficiently improving the light absorption efficiency. That is, it is formed by spraying fine abrasive grains of # 2000 or higher count on the substrate surface, and the difference between the heights of the peaks and valleys is as small as 0.1 to 0.5 μm. Is described as being smooth,
In the amorphous Si solar cell, the thickness of the light absorption layer when the conversion efficiency is maximized is as thin as about 500 nm, so that the peaks of the projections of the unevenness of the substrate have an acute angle or the height of the unevenness is higher than the pitch of the unevenness. It is described in Japanese Patent Publication No. 4-38147 that if the difference is large, defects such as pinholes are likely to occur or the film thickness is likely to be non-uniform, and the characteristics (especially open-circuit voltage and non-defective rate) of the solar cell are rather lowered. It has also been done.
【００２１】このため、特開平１２−２０８７８８公報
においては、ガラスビーズブラストで、凹凸間隔を０．
６μｍ以上、凹凸の高低差を前記間隔の０．４倍以上と
したことを特徴とする太陽電池について記載されてい
る。[0021] For this reason, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 12-208788, glass bead blast is used to reduce the interval between irregularities to 0.1.
A solar cell is described in which the height is 6 μm or more and the height difference of the unevenness is 0.4 times or more of the interval.
【００２２】すなわち、アモルファスシリコン太陽電池
においては、光閉じ込めを充分に行おうとすることと太
陽電池特性の向上が矛盾する問題があった。That is, in the case of the amorphous silicon solar cell, there is a problem that contradiction between sufficient light confinement and improvement in solar cell characteristics is inconsistent.
【００２３】[0023]
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に、裏
電極となる一方の電極層、少なくとも光活性層部分を結
晶質シリコンとした半導体接合を有するシリコン系半導
体膜、および表電極となる他方の電極層とを積層して設
けた薄膜結晶質シリコン系太陽電池において、前記電極
層とシリコン系半導体膜とを形成する側の基板表面が微
細な凹凸構造を有し、その凸部頂点間を結ぶ曲線が湾曲
した凹形状となっており、隣接する凸部頂点との頂点間
距離が０．０１〜５μｍであり、且つ隣接する凸部頂点
間を結ぶ湾曲した曲線の最下部と頂点間の高低差が０．
０１〜１μｍであることを特徴とする薄膜結晶質シリコ
ン系太陽電池である。According to the present invention, there is provided a silicon-based semiconductor film having a semiconductor junction in which at least one electrode layer serving as a back electrode, at least a photoactive layer portion is made of crystalline silicon, and a front electrode are provided on a substrate. In the thin-film crystalline silicon-based solar cell provided by laminating the other electrode layer, the substrate surface on which the electrode layer and the silicon-based semiconductor film are formed has a fine uneven structure, The curve connecting between the convex portions has a curved concave shape, the distance between the vertices of the adjacent convex portions is 0.01 to 5 μm, and the lowermost portion and the vertex of the curved curve connecting the adjacent convex portion vertices The height difference between
A thin-film crystalline silicon-based solar cell having a thickness of from 01 to 1 μm.
【００２４】また、本発明は、透光性基板上に、表電極
となる透明導電膜または集電極となる金属膜パターン上
に形成された透明導電膜、少なくとも光活性層部分を結
晶質シリコンとした半導体接合を有するシリコン系半導
体膜、および裏電極となる電極層とを積層して設けた薄
膜結晶質シリコン系太陽電池において、前記表電極とシ
リコン系半導体膜と裏電極とを形成する側の透光性基板
表面が微細な凹凸構造を有し、その凸部頂点間を結ぶ曲
線が湾曲した凹形状となっており、隣接する凸部頂点と
の頂点間距離が０．０１〜５μｍであり、且つ隣接する
凸部頂点間を結ぶ湾曲した曲線の最下部と頂点間の高低
差が０．０１〜１μｍであることを特徴とする薄膜結晶
質シリコン系太陽電池である。The present invention also relates to a transparent conductive film formed on a light-transmitting substrate, a transparent conductive film serving as a front electrode or a metal conductive film pattern serving as a collector, and at least a photoactive layer portion made of crystalline silicon. In a thin film crystalline silicon solar cell provided by laminating a silicon-based semiconductor film having a semiconductor junction formed therein and an electrode layer serving as a back electrode, a side on which the front electrode, the silicon-based semiconductor film, and the back electrode are formed The surface of the light-transmitting substrate has a fine uneven structure, the curve connecting the convex vertices has a curved concave shape, and the distance between adjacent convex vertices is 0.01 to 5 μm. And a height difference between a lowermost part and a vertex of a curved curve connecting adjacent convex part vertices is 0.01 to 1 μm.
【００２５】ある形態では、前記透明導電膜の膜厚が１
０〜３００ｎｍである。In one embodiment, the transparent conductive film has a thickness of 1
0 to 300 nm.
【００２６】また、ある形態では、前記基板が、ガラ
ス、ステンレス、グラファイト、アルミナ、アルミニウ
ムのいずれかから成る。In one embodiment, the substrate is made of one of glass, stainless steel, graphite, alumina, and aluminum.
【００２７】また、ある形態では、前記透光性基板がガ
ラス、有機フィルムのいずれかから成る。In one embodiment, the light-transmitting substrate is made of one of glass and an organic film.
【００２８】さらに、ある形態では、前記光活性層部分
となる結晶質シリコン膜の厚さが０．５〜２０μｍであ
る。Further, in one embodiment, the thickness of the crystalline silicon film serving as the photoactive layer portion is 0.5 to 20 μm.
【００２９】[0029]
【作用】この発明においては、光活性層部分となる結晶
質シリコン膜の厚さが０．５〜２０μｍの薄膜結晶質シ
リコン系太陽電池において、前記基板表面が微細な凹凸
構造を有し、その凸部頂点間を結ぶ曲線が湾曲した凹形
状となっており、隣接する凸部頂点との頂点間距離が
０．０１〜５μｍであり、且つ隣接する凸部頂点間を結
ぶ湾曲した曲線の最下部と頂点間の高低差が０．０１〜
１μｍであるため、太陽電池の特性（特に開放電圧、良
品率）を低下させること無く光閉じ込め効果による太陽
電池の特性向上が可能となる。According to the present invention, in a thin-film crystalline silicon solar cell having a crystalline silicon film serving as a photoactive layer portion having a thickness of 0.5 to 20 μm, the substrate surface has a fine uneven structure. The curve connecting the convex vertices has a curved concave shape, the distance between the vertices between adjacent convex vertices is 0.01 to 5 μm, and the maximum of the curved curve connecting the adjacent convex vertices is Height difference between bottom and top is 0.01 ~
Since the thickness is 1 μm, the characteristics of the solar cell can be improved by the light confinement effect without deteriorating the characteristics of the solar cell (particularly, open voltage and non-defective rate).
【００３０】また、リアクティブイオンエッチング（Ｒ
ＩＥ）法を用いて前記ランダムかつ微細な凹凸形状を前
期基板に形成することができ、凹凸形状の制御が非常に
容易でかつ高速にでき、太陽電池の低コスト化が可能と
なる。Further, reactive ion etching (R
The random and fine irregularities can be formed on the substrate by using the IE) method, the irregularities can be controlled very easily and at high speed, and the cost of the solar cell can be reduced.
【００３１】そしてこの発明においては、透明導電膜の
膜厚をＳｎＯ2膜の表面に凹凸を形成する場合のように
１μｍ近くまで厚くする必要が無く、３００ｎｍ程度以
下の膜厚に薄くできる。In the present invention, it is not necessary to increase the thickness of the transparent conductive film to about 1 μm as in the case of forming irregularities on the surface of the SnO 2 film, and the thickness can be reduced to about 300 nm or less.
【００３２】これまで一般に用いられてきたＳｎＯ2膜
による太陽電池用基板表面の凹凸化処理では、ＳｎＯ2
膜の成長をコントロールするためのわずかな条件設定の
変化により、上記太陽電池用基板表面の凹凸形状にばら
つきが生じやすいという問題があった。これに対し、本
発明によるＲＩＥ法では、凹凸形状の微妙なコントロー
ルがしやすいという利点がある。また、室温で上記凹凸
形状を基板表面に形成でき、常圧ＣＶＤで凹凸形状を形
成する場合のように５００℃程度の高温を必要としない
ため、強化ガラス上に凹凸形状を形成することができ
る。そのため、従来、強化ガラスと非強化ガラスの二重
構造であった薄膜太陽電池モジュールを、強化ガラス上
に直接薄膜太陽電池を形成することにより低コスト化を
図ることが可能となる。さらに、透明導電膜も凹凸形状
を大きくするために厚くする必要がないので２００ｎｍ
程度、即ち従来の１／４〜１／５の膜厚でよい。また、
ステンレス基板等の金属基板を用いる場合にも、ＲＩＥ
法で室温で基板表面に凹凸を形成することにより、基板
の昇温、降温にかかる時間を節約でき、基板の反りとい
った問題もなくなる。さらに、金属基板では、その表面
にある傷が歩留まりを低下させるために、通常、基板を
研磨処理する必要があるが、上記凹凸形状を形成するた
めのＲＩＥ法では、凹凸の形成と同時に、基板全体の傷
が平滑化されるので、金属基板の表面に凹凸形状を形成
する処理が非常に効率的となる。そしてこのような金属
基板を用いることにより従来よりも低コストで効率も同
等以上の太陽電池を形成することが可能になる。また、
従来のサンドブラスト法による凹凸形状の形成処理で
は、凹凸の形成時に基板に与える衝撃が大きいために、
サンドブラスト処理で発生した欠陥層をエッチングで除
去する必要があったが、本発明のＲＩＥ法では、上記の
ような欠陥層の発生を回避でき、欠陥層のエッチング工
程を不要とできる。さらに従来のサンドブラスト法で形
成した凹凸は、その谷部の形状を緩やかにするためにＳ
ｉＯ2を谷部に形成する必要があったが、本発明の方法
を用いることにより、凹凸形状が滑らかになり、その谷
部を埋める処理が必要なくなる。In the surface roughening treatment of a solar cell substrate with a SnO 2 film, which has been generally used so far, SnO 2
There is a problem that unevenness on the surface of the solar cell substrate tends to vary due to a slight change in setting of conditions for controlling film growth. On the other hand, the RIE method according to the present invention has an advantage that delicate control of unevenness is easily performed. Further, the irregular shape can be formed on the substrate surface at room temperature, and a high temperature of about 500 ° C. is not required unlike the case where the irregular shape is formed by normal pressure CVD, so that the irregular shape can be formed on the tempered glass. . Therefore, the cost can be reduced by forming a thin-film solar cell directly on a tempered glass, instead of a thin-film solar cell module conventionally having a double structure of tempered glass and non-tempered glass. Further, the transparent conductive film does not need to be thick in order to increase the unevenness, so that 200 nm
The thickness may be about 1/4 to 1/5 of the conventional thickness. Also,
When using metal substrates such as stainless steel substrates, RIE
By forming irregularities on the substrate surface at room temperature by the method, the time required for raising and lowering the temperature of the substrate can be saved, and the problem of substrate warpage can be eliminated. Further, in the case of a metal substrate, it is usually necessary to polish the substrate in order to reduce the yield due to scratches on the surface. However, in the RIE method for forming the above-mentioned uneven shape, the substrate is formed simultaneously with the formation of the unevenness. Since the entire flaw is smoothed, the processing for forming the uneven shape on the surface of the metal substrate becomes very efficient. The use of such a metal substrate makes it possible to form a solar cell with lower cost and higher efficiency than conventional ones. Also,
In the process of forming unevenness by the conventional sandblasting method, since the impact given to the substrate when forming the unevenness is large,
Although it was necessary to remove the defective layer generated by the sandblasting process by etching, the RIE method of the present invention can avoid the above-described generation of the defective layer and can eliminate the step of etching the defective layer. Further, the unevenness formed by the conventional sand blasting method is used to make the shape of the valley gentle.
Although it was necessary to form iO 2 in the valley, the use of the method of the present invention makes the unevenness smooth, and eliminates the need to fill the valley.
【００３３】[0033]
【発明の実施の形態】以下、各請求項に係る発明の実施
形態を添付図面に基づき詳細に説明する。ここでは光入
射側のシリコン層をｎ型とした場合について説明する
が、光入射側をｐ型とした場合については、文中の導電
型を逆に読み替えればよい。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention; Here, the case where the silicon layer on the light incident side is n-type will be described. However, when the light incident side is p-type, the conductivity type in the text may be read in reverse.
【００３４】図１は請求項１に係る発明の一実施形態を
示す図である。図１において、１ａは基板、１ｂは凹凸
構造、１ｃは裏電極、１ｄは裏面グリッド電極、１ｅは
ｐ+型シリコン層、１ｆは光活性層、１ｇはｎ型シリコ
ン層、１ｈは透明導電膜、１ｉは表電極を示している。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the first aspect of the present invention. In FIG. 1, 1a is a substrate, 1b is an uneven structure, 1c is a back electrode, 1d is a back grid electrode, 1e is a p + -type silicon layer, 1f is a photoactive layer, 1g is an n-type silicon layer, and 1h is a transparent conductive film. Reference numeral 1i denotes a front electrode.
【００３５】ガラス等の低コスト基板１ａの表面側に
は、入射した光を反射させずに有効に取り込むために、
図５に示すような微細な凹凸１ｂを形成する。この微細
な凹凸１ｂは、真空引きされたチャンバー内にガスを導
入し、一定圧力に保持して、チャンバー内に設けられた
電極にＲＦ電力を印加することでプラズマを発生させ、
生じた活性種であるイオン・ラジカル等の作用により基
板表面をエッチングして形成する。On the front side of the low-cost substrate 1a such as glass, in order to effectively take in the incident light without reflecting it,
Fine irregularities 1b as shown in FIG. 5 are formed. The fine irregularities 1b introduce a gas into the evacuated chamber, hold the gas at a constant pressure, and apply RF power to the electrodes provided in the chamber to generate plasma,
It is formed by etching the substrate surface by the action of the generated active species such as ions and radicals.
【００３６】この方法は反応性イオンエッチング法と呼
ばれ、図２又は図３のように示される。図２及び図３に
おいて、２ａはマスフローコントローラ、２ｂは処理基
板、２ｃはＲＦ電極、２ｄは圧力調整器、２ｅは真空ポ
ンプ、２ｆはＲＦ電源、２ｇはガス導入口である発生し
た活性種のうち、イオンがエッチングに作用する効果を
大きくした方法を反応性イオンエッチング法と呼んでい
る。似た方法にプラズマエッチングなどがあるが、基本
的にプラズマ発生の原理は同様であり、基板２ｂに作用
する活性種の種類の分布をチャンバー構造あるいは電極
２ｃの構造により変化させたものである。そのため、本
発明は反応性イオンエッチング法だけに限らず、広くプ
ラズマエッチング法全般に対して有効である。本発明で
は例えば３分間エッチングを行えばよい。これにより基
板１ａ（２ｂ）の表面には凹凸構造１ｂが形成される。This method is called a reactive ion etching method and is shown in FIG. 2 or FIG. 2 and 3, 2a is a mass flow controller, 2b is a processing substrate, 2c is an RF electrode, 2d is a pressure regulator, 2e is a vacuum pump, 2f is an RF power source, and 2g is a gas inlet. Among them, a method in which the effect of ions acting on etching is increased is called a reactive ion etching method. Although there is a similar method such as plasma etching, the principle of plasma generation is basically the same, and the distribution of types of active species acting on the substrate 2b is changed by the structure of the chamber or the electrode 2c. Therefore, the present invention is effective not only in the reactive ion etching method but also widely in the plasma etching method in general. In the present invention, for example, etching may be performed for 3 minutes. Thus, an uneven structure 1b is formed on the surface of the substrate 1a (2b).
【００３７】この微細な凹凸１ｂは円錐形もしくはそれ
が連なったような形状を呈し、ＲＩＥ法でガス濃度もし
くはエッチング時間を制御することにより、その大きさ
を変化させることができる。この微細な凹凸１ｂは、隣
接する凸部頂点との頂点間距離が０．０１〜５μｍであ
り、且つ隣接する凸部頂点間を結ぶ湾曲した曲線の最下
部と頂点間の高低差が０．０１〜１μｍである。なお、
ここで頂点間距離および高低差とは図６に示すとおりで
ある。The fine irregularities 1b have a conical shape or a shape as a series of conical shapes, and the size can be changed by controlling the gas concentration or the etching time by the RIE method. The fine unevenness 1b has a distance between vertexes of adjacent convex portions of 0.01 to 5 μm, and a height difference between the lowermost portion and a vertex of a curved curve connecting adjacent convex portion vertices is 0. 01 to 1 μm. In addition,
Here, the distance between vertices and the height difference are as shown in FIG.
【００３８】この隣接する凸部頂点との頂点間距離が５
μｍ以上では膜厚に対して実質的に平坦に近い形状とみ
なせるため充分な光散乱効果が得られない。また、隣接
する凸部頂点との頂点間距離が０．０１μｍ以下では、
この基板表面の凹凸形状がその上に形成される金属膜の
表面形状にほとんど反映されなくなるため充分な光散乱
効果が得られない。一方、隣接する凸部頂点間を結ぶ湾
曲した曲線の最下部と頂点間の高低差が１μｍ以上の場
合、リーク電流が発生しやすくなり特性が低下する。ま
た、隣接する凸部頂点間を結ぶ湾曲した曲線の最下部と
頂点間の高低差が０．０１μｍ以下では実質的に平坦に
近い形状とみなせるため充分な光散乱効果が得られな
い。The distance between the adjacent convex vertices is 5
Above μm, a sufficient light scattering effect cannot be obtained because the shape can be regarded as substantially flat with respect to the film thickness. When the distance between the vertices of the adjacent convex portions is 0.01 μm or less,
Since the uneven shape of the substrate surface is hardly reflected on the surface shape of the metal film formed thereon, a sufficient light scattering effect cannot be obtained. On the other hand, when the height difference between the lowermost portion and the vertex of the curved curve connecting the adjacent convex portion vertices is 1 μm or more, a leak current is likely to occur and the characteristics are deteriorated. Further, if the height difference between the lowermost part and the vertex of the curved curve connecting the adjacent convex part vertices is 0.01 μm or less, the shape can be regarded as a substantially flat shape, and a sufficient light scattering effect cannot be obtained.
【００３９】このようにして基板１ａ上に微細な凹凸１
ｂを形成した上に、裏電極１ｃとなる金属層をスパッタ
リング法等によって厚さ０．１〜２μｍ程度に形成す
る。なお、必要に応じてこの金属層上に透明導電膜を形
成することで、裏面電極側の実効的反射率の向上を図る
こともできる。この場合、透明導電膜材料としては例え
ば酸化亜鉛などを用いることができ、膜厚は１０〜３０
０ｎｍ程度とすればよい。In this manner, fine irregularities 1 are formed on the substrate 1a.
After forming b, a metal layer to be the back electrode 1c is formed to a thickness of about 0.1 to 2 μm by a sputtering method or the like. By forming a transparent conductive film on this metal layer as needed, the effective reflectance on the back electrode side can be improved. In this case, for example, zinc oxide or the like can be used as the transparent conductive film material, and the film thickness is 10 to 30.
It may be about 0 nm.
【００４０】次に、裏電極１ｃ上に、ＢＳＦ層となるｐ
+型シリコン層１ｅをプラズマＣＶＤ法等で厚さ２０〜
１０００ｎｍ程度に形成する。ｐ型不純物原子としてボ
ロン等を高濃度にドープする。次に、ｐ+型シリコン層
１ｅ上に、光活性層となるｐ型もしくは実質的にｉ型の
結晶質を含むシリコン層１ｆをプラズマＣＶＤ法等で厚
さ０．５〜２０μｍ程度に形成する。ｐ型不純物原子と
してはボロンをドープする。次に、光活性層１ｆ上に、
ｎ型シリコン層１ｇをプラズマＣＶＤ法等で厚さ５〜１
０００ｎｍ程度に形成する。ｎ型不純物原子としてリン
等を高濃度にドープする。なお、接合品質をより改善す
る必要がある場合には、前記光活性層１ｆと前記ｎ型シ
リコン層１ｇとの間にｉ型のシリコン膜、好ましくは水
素化アモルファスシリコン膜を膜厚１〜２０ｎｍ程度に
形成すればよい。Next, a pSF serving as a BSF layer is formed on the back electrode 1c.
+ -Type silicon layer 1e having a thickness of 20 to
It is formed to about 1000 nm. Highly doped with boron or the like as a p-type impurity atom. Next, a p-type or substantially i-type crystalline silicon layer 1f serving as a photoactive layer is formed on the p + -type silicon layer 1e to a thickness of about 0.5 to 20 μm by a plasma CVD method or the like. . Boron is doped as the p-type impurity atom. Next, on the photoactive layer 1f,
The thickness of the n-type silicon layer is 5 to 1 by plasma CVD or the like.
It is formed to about 000 nm. A high concentration of phosphorus or the like is doped as an n-type impurity atom. If it is necessary to further improve the bonding quality, an i-type silicon film, preferably a hydrogenated amorphous silicon film, having a thickness of 1 to 20 nm is provided between the photoactive layer 1f and the n-type silicon layer 1g. What is necessary is just to form it.
【００４１】次に、ｎ型シリコン層１ｇ上に、ＩＴＯ等
の透明導電膜１ｈをスパッタリング法等によって厚さ６
０〜１００ｎｍ程度に形成する。さらに、透明導電膜１
ｈ上に、Ａｇ等から成る櫛形状の表金属集電極１ｉおよ
び裏面グリッド電極１ｄを蒸着法やプリント法等によっ
て形成する。以上によって、薄膜多結晶シリコン光電変
換装置が得られる。Next, a transparent conductive film 1h of ITO or the like is formed on the n-type silicon layer 1g to a thickness of 6 by a sputtering method or the like.
It is formed to a thickness of about 0 to 100 nm. Further, the transparent conductive film 1
A comb-shaped front metal collector electrode 1i made of Ag or the like and a back grid electrode 1d are formed on h by a vapor deposition method, a printing method, or the like. Thus, a thin-film polycrystalline silicon photoelectric conversion device is obtained.
【００４２】図４は、請求項２に係る発明の一実施形態
を示す図である。図４において、４ａは基板、４ｂは凹
凸構造、４ｃは透明導電膜、４ｄはｎ型シリコン層、４
ｅは光電変換層、４ｆはｐ+型シリコン層、４ｇは裏電
極を示している。FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of the second aspect of the present invention. In FIG. 4, 4a is a substrate, 4b is an uneven structure, 4c is a transparent conductive film, 4d is an n-type silicon layer,
e indicates a photoelectric conversion layer, 4f indicates a p + type silicon layer, and 4g indicates a back electrode.
【００４３】ガラス等の低コストな透光性基板４ａの表
面側には、入射した光を反射させずに有効に取り込むた
めに、図５に示すような微細な凹凸４ｂを形成する。こ
れは上述した方法と同様に、真空引きされたチャンバー
内にガスを導入し、一定圧力に保持して、チャンバー内
に設けられた電極にＲＦ電力を印加することでプラズマ
を発生させ、生じた活性種であるイオン・ラジカル等の
作用により基板表面をエッチングして形成するものであ
る。すなわち、反応性イオンエッチング法やプラズマエ
ッチング法で、基板４ａの表面には凹凸構造４ｂを形成
する。On the surface side of a low-cost translucent substrate 4a made of glass or the like, fine irregularities 4b as shown in FIG. 5 are formed in order to effectively take in the incident light without reflecting it. This is similar to the method described above, in which a gas is introduced into a vacuum-evacuated chamber, a plasma is generated by applying a RF power to an electrode provided in the chamber while maintaining a constant pressure, and generated. It is formed by etching the substrate surface by the action of active species such as ions and radicals. That is, the concavo-convex structure 4b is formed on the surface of the substrate 4a by a reactive ion etching method or a plasma etching method.
【００４４】この微細な凹凸４ｂは、円錐形もしくはそ
れが連なったような形状を呈し、ＲＩＥ法でガス濃度も
しくはエッチング時間を制御することにより、その大き
さを変化させることができる。この微細な凹凸４ｂは、
凸部の頂点が鋭角形状を有し、凸部頂点間を結ぶ曲線が
湾曲した凹形状に形成される。その隣接する凸部頂点と
の頂点間距離が０．０１〜５μｍであり、隣接する凸部
の頂点間を結ぶ湾曲した曲線の最下部と頂点間の高低差
が０．０１〜１μｍである。なお、ここで隣接する凸部
頂点との頂点間距離および隣接する凸部の頂点間を結ぶ
湾曲した曲線の最下部と頂点間の高低差とは図６に示す
とおりである。The fine irregularities 4b have a conical shape or a shape in which they are connected, and the size can be changed by controlling the gas concentration or the etching time by the RIE method. This fine unevenness 4b
The vertices of the convex portions have an acute angle shape, and the curve connecting the vertices of the convex portions is formed into a curved concave shape. The distance between the apexes of the adjacent convex portions is 0.01 to 5 μm, and the height difference between the lowermost portion and the apex of the curved curve connecting the apexes of the adjacent convex portions is 0.01 to 1 μm. Here, the distance between the vertices of the adjacent convex portions and the height difference between the lowermost portion and the vertices of the curved curve connecting the vertices of the adjacent convex portions are as shown in FIG.
【００４５】この隣接する凸部頂点との頂点間距離が５
μｍ以上では膜厚に対して実質的に平坦に近い形状とみ
なせるため充分な光散乱効果が得られない。また、隣接
する凸部頂点との頂点間距離が０．０１μｍ以下では、
この基板表面の凹凸形状がその上に形成される金属膜の
表面形状にほとんど反映されなくなるため充分な光散乱
効果が得られない。一方、隣接する凸部の頂点間を結ぶ
湾曲した曲線の最下部と頂点間の高低差が１μｍ以上の
場合、リーク電流が発生しやすくなり、特性が低下す
る。また、隣接する凸部の頂点間を結ぶ湾曲した曲線の
最下部と頂点間の高低差が０．０１μｍ以下では実質的
に平坦に近い形状とみなせるため充分な光散乱効果が得
られない。The distance between the adjacent convex vertices is 5
Above μm, a sufficient light scattering effect cannot be obtained because the shape can be regarded as substantially flat with respect to the film thickness. When the distance between the vertices of the adjacent convex portions is 0.01 μm or less,
Since the uneven shape of the substrate surface is hardly reflected on the surface shape of the metal film formed thereon, a sufficient light scattering effect cannot be obtained. On the other hand, if the height difference between the lowermost part and the apex of the curved curve connecting the apexes of the adjacent protrusions is 1 μm or more, a leak current is likely to occur and the characteristics are deteriorated. Further, if the height difference between the lowermost part and the apex of the curved curve connecting the apexes of the adjacent convex parts is 0.01 μm or less, the shape can be regarded as a substantially flat shape, and a sufficient light scattering effect cannot be obtained.
【００４６】このようにして基板４ａ上に微細凹凸４ｂ
を形成した上に、ＩＴＯ等の透明導電膜４ｃをスパッタ
リング法等によって厚さ１０〜３００ｎｍ程度に形成す
る。なお、このとき、例えば櫛形形状にパターニングさ
れた金属膜を透明導電膜形成前に基板上に形成してこれ
を集電極とすれば、より低いシート抵抗の表面電極を得
ることができる。In this manner, the fine irregularities 4b are formed on the substrate 4a.
Is formed, a transparent conductive film 4c such as ITO is formed to a thickness of about 10 to 300 nm by a sputtering method or the like. At this time, for example, if a metal film patterned in a comb shape is formed on the substrate before forming the transparent conductive film and this is used as a collecting electrode, a surface electrode having a lower sheet resistance can be obtained.
【００４７】次に、透明導電膜４ｃ上にｎ型シリコン層
４ｄをプラズマＣＶＤ法等で厚さ５〜１０００ｎｍ程度
に形成する。ｎ型不純物原子としてリン等を高濃度にド
ープする。次に、ｎ型シリコン層４ｄ上に光活性層とな
るｐ型もしくは実質的にｉ型の結晶質を含むシリコン層
４ｅをプラズマＣＶＤ法等で厚さ０．５〜２０μｍ程度
に形成する。ｐ型不純物原子としてはボロンをドープす
る。なお、接合品質をより改善する必要がある場合に
は、前記ｎ型シリコン層４ｄと前記光活性層４ｅとの間
にｉ型のシリコン膜、好ましくは水素化アモルファスシ
リコン膜を膜厚１〜２０ｎｍ程度に形成すればよい。Next, an n-type silicon layer 4d is formed on the transparent conductive film 4c to a thickness of about 5 to 1000 nm by a plasma CVD method or the like. A high concentration of phosphorus or the like is doped as an n-type impurity atom. Next, a silicon layer 4e containing p-type or substantially i-type crystalline material to be a photoactive layer is formed on the n-type silicon layer 4d to a thickness of about 0.5 to 20 μm by a plasma CVD method or the like. Boron is doped as the p-type impurity atom. If it is necessary to further improve the bonding quality, an i-type silicon film, preferably a hydrogenated amorphous silicon film, having a thickness of 1 to 20 nm is provided between the n-type silicon layer 4d and the photoactive layer 4e. What is necessary is just to form it.
【００４８】次に、光活性層４ｅ上にＢＳＦ層となるｐ
+型シリコン層４ｆをプラズマＣＶＤ法等で厚さ２０〜
１０００ｎｍ程度に形成する。ｐ型不純物原子としてボ
ロン等を高濃度にドープする。Next, the pSF serving as a BSF layer is formed on the photoactive layer 4e.
+ -Type silicon layer 4f having a thickness of 20 to
It is formed to about 1000 nm. Highly doped with boron or the like as a p-type impurity atom.
【００４９】次に、ｐ+型シリコン層４ｆ上に裏電極４
ｇとなる金属層をスパッタリング法等で厚さ０．１〜２
μｍ程度に形成する。なお、必要に応じてｐ+型シリコ
ン層４ｆと裏電極４ｇの間に透明導電膜を形成すること
で、裏面電極側の実効的反射率の向上を図ることもでき
る。この場合、透明導電膜材料としては例えば酸化亜鉛
などを用いることができ、膜厚は１０〜３００ｎｍ程度
とすればよい。以上によって、薄膜多結晶シリコン光電
変換装置が得られる。Next, the back electrode 4 is formed on the p + type silicon layer 4f.
g to a thickness of 0.1 to 2 by a sputtering method or the like.
It is formed to about μm. Note that by forming a transparent conductive film between the p + -type silicon layer 4f and the back electrode 4g as needed, the effective reflectance on the back electrode side can be improved. In this case, for example, zinc oxide or the like can be used as the transparent conductive film material, and the film thickness may be about 10 to 300 nm. Thus, a thin-film polycrystalline silicon photoelectric conversion device is obtained.
【００５０】[0050]
【発明の効果】以上のように、請求項１に係る薄膜結晶
質シリコン系太陽電池によれば、基板上に、裏電極とな
る一方の電極層、少なくとも光活性層部分を結晶質シリ
コンとした半導体接合を有するシリコン系半導体膜、お
よび表電極となる他方の電極層とを積層して設けた太陽
電池において、前記電極層とシリコン系半導体膜とを形
成する側の基板表面が微細な凹凸構造を有し、その凸部
頂点間を結ぶ曲線が湾曲した凹形状となっており、隣接
する凸部頂点との頂点間距離が０．０１〜５μｍであ
り、且つ隣接する凸部頂点間を結ぶ湾曲した曲線の最下
部と頂点間の高低差が０．０１〜１μｍであることか
ら、凹凸による短絡等による特性低下を起こさずに光閉
じ込め効果による短絡電流密度の改善を図ることができ
る。太陽電池用基板に対して室温で凹凸構造を形成でき
るため、基板の反りの低減、昇温・降温に係る時間の短
縮を図ることができる。As described above, according to the thin-film crystalline silicon solar cell according to the first aspect, one electrode layer serving as a back electrode, at least the photoactive layer portion, is made of crystalline silicon on the substrate. In a solar cell provided by stacking a silicon-based semiconductor film having a semiconductor junction and another electrode layer serving as a front electrode, the substrate surface on which the electrode layer and the silicon-based semiconductor film are formed has a fine uneven structure. And a curve connecting the convex vertices has a curved concave shape, the distance between adjacent convex vertices is 0.01 to 5 μm, and connects the adjacent convex vertices. Since the height difference between the lowermost part and the apex of the curved curve is 0.01 to 1 μm, the short-circuit current density can be improved by the light confinement effect without causing the characteristic deterioration due to the short-circuit due to unevenness. Since the concavo-convex structure can be formed at room temperature with respect to the solar cell substrate, the warpage of the substrate can be reduced, and the time required for raising and lowering the temperature can be reduced.
【００５１】また、請求項２に係る薄膜結晶質シリコン
系太陽電池でも、請求項１に係る薄膜結晶質シリコン系
太陽電池と同様の効果を奏することができる。Further, the thin-film crystalline silicon solar cell according to the second aspect has the same effect as the thin-film crystalline silicon solar cell according to the first aspect.
【図１】請求項１に係る薄膜結晶シリコン太陽電池の一
実施形態を示す図である。FIG. 1 is a view showing one embodiment of a thin-film crystalline silicon solar cell according to claim 1;
【図２】請求項１に係る薄膜結晶シリコン太陽電池を製
造するための反応性イオンエッチング装置の一例を示す
図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a reactive ion etching apparatus for manufacturing the thin film crystalline silicon solar cell according to claim 1.
【図３】請求項１に係る薄膜結晶シリコン太陽電池を製
造するため反応性イオンエッチング装置の他の例を示す
図である。FIG. 3 is a view showing another example of a reactive ion etching apparatus for manufacturing the thin film crystalline silicon solar cell according to claim 1;
【図４】請求項２に係る薄膜結晶シリコン太陽電池の一
実施形態を示す図である。FIG. 4 is a view showing one embodiment of a thin-film crystalline silicon solar cell according to claim 2;
【図５】本発明により形成したガラス基板の凹凸構造の
ＳＥＭ像である。FIG. 5 is an SEM image of a concavo-convex structure of a glass substrate formed according to the present invention.
【図６】隣接する凸部頂点との頂点間距離と隣接する凸
部頂点間を結ぶ湾曲した曲線の最下部と頂点間の高低差
を説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a distance between vertices between adjacent convex vertices and a height difference between a lowermost portion and a vertex of a curved curve connecting between adjacent convex vertices.
１ａ、４ａ……基板 １ｂ、４ｂ……凹凸構造 １ｃ、４ｇ……裏面電極 １ｄ……裏面グリッド電極 １ｅ、４ｆ……ｐ+型シリコン層 １ｆ、４ｅ……光活性層（光電変換層） １ｇ、４ｄ……ｎ型シリコン層 １ｈ、４ｃ……透明導電膜 １ｉ……表金属集電極1a, 4a ...... substrate 1b, 4b ...... uneven structure 1c, 4g ...... back electrode 1d ...... backside grid electrode 1e, 4f ...... p + -type silicon layer 1f, 4e ...... photoactive layer (photoelectric conversion layer) 1 g .., 4d... N-type silicon layer 1h, 4c... Transparent conductive film 1i.
フロントページの続き (72)発明者 白間 英樹 滋賀県八日市市蛇溝町長谷野1166番地の６ 京セラ株式会社滋賀工場八日市ブロック 内 (72)発明者 奥井 宏樹 滋賀県八日市市蛇溝町長谷野1166番地の６ 京セラ株式会社滋賀工場八日市ブロック 内 Ｆターム(参考） 5F051 AA03 BA11 GA02 GA03 GA05 GA14 Continued on the front page (72) Inventor Hideki Shirama 16-1166, Haseno, Hachimizo-cho, Yokaichi City, Shiga Prefecture Inside the Kyocera Corporation Shiga Plant Yokaichi Block (72) Inventor Hiroki Okui 1166, Hanaino, Hachimizo-cho, Yokaichi City, Shiga Prefecture 6 Kyocera Corporation Shiga factory Yokaichi block F term (reference) 5F051 AA03 BA11 GA02 GA03 GA05 GA14
Claims (6)
少なくとも光活性層部分を結晶質シリコンとした半導体
接合を有するシリコン系半導体膜、および表電極となる
他方の電極層とを積層して設けた薄膜結晶質シリコン系
太陽電池において、前記電極層とシリコン系半導体膜と
を形成する側の基板表面が微細な凹凸構造を有し、その
凸部頂点間を結ぶ曲線が湾曲した凹形状となっており、
隣接する凸部頂点との頂点間距離が０．０１〜５μｍで
あり、且つ隣接する凸部頂点間を結ぶ湾曲した曲線の最
下部と頂点間の高低差が０．０１〜１μｍであることを
特徴とする薄膜結晶質シリコン系太陽電池。A first electrode layer serving as a back electrode on a substrate;
In a thin-film crystalline silicon-based solar cell provided by laminating a silicon-based semiconductor film having a semiconductor junction in which at least a photoactive layer portion is made of crystalline silicon, and another electrode layer serving as a front electrode, the electrode layer and silicon The surface of the substrate on which the base semiconductor film is formed has a fine concave-convex structure, and the curve connecting the convex vertices has a curved concave shape,
The distance between the vertices of the adjacent convex portions is 0.01 to 5 μm, and the height difference between the lowermost portion and the vertices of the curved curve connecting the adjacent convex vertices is 0.01 to 1 μm. Characteristic thin-film crystalline silicon solar cell.
膜または集電極となる金属膜パターン上に形成された透
明導電膜、少なくとも光活性層部分を結晶質シリコンと
した半導体接合を有するシリコン系半導体膜、および裏
電極となる電極層とを積層して設けた薄膜結晶質シリコ
ン系太陽電池において、前記表電極とシリコン系半導体
膜と裏電極とを形成する側の透光性基板表面が微細な凹
凸構造を有し、その凸部頂点間を結ぶ曲線が湾曲した凹
形状となっており、隣接する凸部頂点との頂点間距離が
０．０１〜５μｍであり、且つ隣接する凸部頂点間を結
ぶ湾曲した曲線の最下部と頂点間の高低差が０．０１〜
１μｍであることを特徴とする薄膜結晶質シリコン系太
陽電池。2. A semiconductor junction in which a transparent conductive film serving as a front electrode or a transparent conductive film formed on a metal film pattern serving as a collector, and at least a photoactive layer portion made of crystalline silicon, is formed on a transparent substrate. In a thin-film crystalline silicon-based solar cell provided by laminating a silicon-based semiconductor film and an electrode layer serving as a back electrode, a light-transmitting substrate on which the front electrode, the silicon-based semiconductor film, and the back electrode are formed The surface has a fine concavo-convex structure, the curve connecting the convex vertices has a curved concave shape, the distance between vertices between adjacent convex vertices is 0.01 to 5 μm, and The height difference between the bottom and the top of the curved curve connecting the tops of the projections is 0.01 to
A thin-film crystalline silicon solar cell having a thickness of 1 μm.
ｍであることを特徴とする請求項２に記載の薄膜結晶質
シリコン系太陽電池。3. The film thickness of the transparent conductive film is 10 to 300 n.
3. The thin-film crystalline silicon-based solar cell according to claim 2, wherein m is m.
ァイト、アルミナ、またはアルミニウムのうちのいずれ
かから成ることを特徴とする請求項１に記載の薄膜結晶
質シリコン系太陽電池。4. The thin-film crystalline silicon solar cell according to claim 1, wherein said substrate is made of any one of glass, stainless steel, graphite, alumina, and aluminum.
のうちのいずれかから成ることを特徴とする請求項２に
記載の薄膜結晶質シリコン系太陽電池。5. The thin-film crystalline silicon-based solar cell according to claim 2, wherein the translucent substrate is made of one of glass and an organic film.
膜の厚さが０．５〜２０μｍであることを特徴とする請
求項１または請求項２に記載の薄膜結晶質シリコン系太
陽電池。6. The thin-film crystalline silicon solar cell according to claim 1, wherein the thickness of the crystalline silicon film serving as the photoactive layer portion is 0.5 to 20 μm.
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