JP2002118273A - Integrated hybrid thin film photoelectric conversion device - Google Patents
Integrated hybrid thin film photoelectric conversion deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、非晶質半導体光電
変換ユニット層と結晶質半導体光電変換ユニット層との
間で部分的に光を反射しかつ透過する導電性の光学的中
間層を含む集積型ハイブリッド薄膜光電変換装置の特性
改善に関するものである。The present invention includes a conductive optical intermediate layer that partially reflects and transmits light between an amorphous semiconductor photoelectric conversion unit layer and a crystalline semiconductor photoelectric conversion unit layer. The present invention relates to improvement of characteristics of an integrated hybrid thin film photoelectric conversion device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体薄膜光電変換装置は、一般に、少
なくとも表面が絶縁性の基板上に順次積層された第１電
極、１以上の半導体薄膜光電変換ユニット、および第２
電極を含んでいる。そして、１つの光電変換ユニットは
ｐ型層とｎ型層でサンドイッチされたｉ型層を含んでい
る。2. Description of the Related Art In general, a semiconductor thin-film photoelectric conversion device has a first electrode, at least one semiconductor thin-film photoelectric conversion unit, and a second thin-film photoelectric conversion unit which are sequentially laminated on an insulating substrate at least on the surface.
Includes electrodes. One photoelectric conversion unit includes an i-type layer sandwiched between a p-type layer and an n-type layer.
【０００３】光電変換ユニットの厚さの大部分を占める
ｉ型層は実質的に真性の半導体層であって、光電変換作
用は主としてこのｉ型層内で生じる。したがって、ｉ型
光電変換層は光吸収のためには厚い方が好ましいが、必
要以上に厚くすれば、その堆積のためのコストと時間が
増大することになる。The i-type layer that occupies most of the thickness of the photoelectric conversion unit is substantially an intrinsic semiconductor layer, and the photoelectric conversion action mainly occurs in the i-type layer. Therefore, it is preferable that the i-type photoelectric conversion layer is thicker for light absorption. However, if the i-type photoelectric conversion layer is made thicker than necessary, the cost and time for the deposition increase.
【０００４】他方、ｐ型やｎ型の導電型層は光電変換ユ
ニット内に拡散電位を生じさせる役割を果たし、この拡
散電位の大きさによって光電変換装置の重要な特性の１
つである開放端電圧の値が左右される。しかし、これら
の導電型層は光電変化に直接寄与しない不活性な層であ
り、導電型層にドープされた不純物によって吸収される
光は発電に寄与しない損失となる。したがって、ｐ型と
ｎ型の導電型層は、十分な拡散電位を生じさせ得ること
を前提として、できるだけ小さな厚さを有することが好
ましい。On the other hand, the p-type or n-type conductivity type layer plays a role of generating a diffusion potential in the photoelectric conversion unit, and one of the important characteristics of the photoelectric conversion device depends on the magnitude of the diffusion potential.
The value of the open-circuit voltage, which is one of the two, is affected. However, these conductive type layers are inactive layers that do not directly contribute to photoelectric change, and light absorbed by impurities doped into the conductive type layers is a loss that does not contribute to power generation. Therefore, it is preferable that the p-type and n-type conductivity type layers have a thickness as small as possible on the assumption that a sufficient diffusion potential can be generated.
【０００５】このようなことから、光電変換ユニット
は、それに含まれるｐ型とｎ型の導電型層が非晶質か結
晶質かにかかわらず、その主要部を占めるｉ型の光電変
換層が非晶質のものは非晶質ユニットと称され、ｉ型層
が結晶質のものは結晶質ユニットと称される。[0005] For this reason, the photoelectric conversion unit has an i-type photoelectric conversion layer occupying a main part thereof regardless of whether the p-type and n-type conductive layers contained therein are amorphous or crystalline. Amorphous units are referred to as amorphous units, and those in which the i-type layer is crystalline are referred to as crystalline units.
【０００６】ところで、薄膜光電変換装置の変換効率を
向上させる方法として、２以上の光電変換ユニットを積
層してタンデム型にする方法がある。この方法において
は、光電変換装置の光入射側に大きなバンドギャップを
有する光電変換層を含む前方ユニットを配置し、その後
に順次小さなバンドギャップを有する（たとえばＳｉ−
Ｇｅ合金などの）光電変換層を含む後方ユニットを位置
することにより、入射光の広い波長範囲にわたって光電
変換を可能にし、これによって装置全体としての変換効
率の向上が図られる。このようなタンデム型薄膜光電変
換装置の中でも、非晶質光電変換ユニットと結晶質光電
変換ユニットを積層したものはハイブリッド薄膜光電変
換装置と称される。Meanwhile, as a method of improving the conversion efficiency of a thin film photoelectric conversion device, there is a method of stacking two or more photoelectric conversion units to form a tandem type. In this method, a front unit including a photoelectric conversion layer having a large band gap is arranged on the light incident side of the photoelectric conversion device, and then a front unit having a sequentially smaller band gap (for example, Si—
By locating the rear unit including a photoelectric conversion layer (such as a Ge alloy), photoelectric conversion can be performed over a wide wavelength range of incident light, thereby improving the conversion efficiency of the entire device. Among such tandem-type thin film photoelectric conversion devices, a device in which an amorphous photoelectric conversion unit and a crystalline photoelectric conversion unit are stacked is referred to as a hybrid thin film photoelectric conversion device.
【０００７】たとえば、ｉ型非晶質シリコンが光電変換
し得る光の波長は長波長側において８００ｎｍ程度まで
であるが、ｉ型結晶質シリコンはそれより長い約１１０
０ｎｍ程度の波長の光までを光電変換することができ
る。ここで、光吸収係数の大きな非晶質光電変換層は光
吸収のためには比較的小さな厚さでも十分であるが、光
吸収係数の小さな結晶質光電変換層は長波長の光をも十
分に吸収するためには比較的大きな厚さを有することが
好ましい。また、結晶質光電変換層は比較的小さな抵抗
率を有しているので、大きな厚さにされても問題はない
が、非晶質光電変換層は比較的大きな抵抗率を有してい
るので、光吸収に必要な厚さを超えて厚くすることは好
ましくない。さらに、非晶質光電変換ユニットは長期間
の光照射によって光電変換特性が低下するという光劣化
の問題を有しており、この光劣化は非晶質光電変換層が
厚いほど顕著になる。For example, the wavelength of light that can be photoelectrically converted by i-type amorphous silicon is up to about 800 nm on the long wavelength side, while i-type crystalline silicon has a longer wavelength of about 110 nm.
It is possible to photoelectrically convert light having a wavelength of about 0 nm. Here, a relatively small thickness is sufficient for the amorphous photoelectric conversion layer having a large light absorption coefficient for light absorption, but a crystalline photoelectric conversion layer having a small light absorption coefficient is sufficient for a long wavelength light. It is preferable to have a relatively large thickness in order to absorb the water. Also, since the crystalline photoelectric conversion layer has a relatively small resistivity, there is no problem even if the thickness is increased, but the amorphous photoelectric conversion layer has a relatively large resistivity. It is not preferable to increase the thickness beyond the thickness necessary for light absorption. Further, the amorphous photoelectric conversion unit has a problem of light deterioration such that the photoelectric conversion characteristics deteriorate due to long-term light irradiation. The light deterioration becomes more remarkable as the amorphous photoelectric conversion layer becomes thicker.
【０００８】他方、一般に非晶質光電変換ユニットは結
晶質光電変換ユニットに比べて出力電流密度が小さく、
ハイブリッド薄膜光電変換装置全体としての出力電流密
度が非晶質光電変換ユニットによる小さな出力電流密度
によって限定される傾向にある。この傾向は、非晶質光
電変換ユニット層の厚さが小さくてその光吸収が不十分
の場合に顕著になる。On the other hand, an amorphous photoelectric conversion unit generally has a lower output current density than a crystalline photoelectric conversion unit,
The output current density of the entire hybrid thin film photoelectric conversion device tends to be limited by the small output current density of the amorphous photoelectric conversion unit. This tendency is remarkable when the thickness of the amorphous photoelectric conversion unit layer is small and its light absorption is insufficient.
【０００９】上述のようなハイブリッド薄膜光電変換装
置の出力特性における問題を改善するために、図２に示
されているように、非晶質光電変換ユニットと結晶質光
電変換ユニットとの間に光学的中間層を設けることが検
討されている。なお、本願の各図において、長さや厚さ
などの寸法関係は図面の明瞭化のために適宜に変更され
ており、実際の寸法関係を表わしてはいない。In order to improve the above-mentioned problems in the output characteristics of the hybrid thin film photoelectric conversion device, as shown in FIG. 2, an optical device is disposed between an amorphous photoelectric conversion unit and a crystalline photoelectric conversion unit. The provision of a target intermediate layer is being considered. In the drawings of the present application, dimensional relationships such as length and thickness are appropriately changed for clarity of the drawings, and do not represent actual dimensional relationships.
【００１０】図２のハイブリッド薄膜光電変換装置にお
いては、たとえばガラス板のような透明絶縁基板１上に
透明導電性酸化物（ＴＣＯ）からなる透明電極２が形成
されている。ＴＣＯとしては、酸化錫、インジウム錫酸
化物（ＩＴＯ）、酸化亜鉛などを用いることができる。
透明電極２上には、たとえばシリコン系の非晶質光電変
換ユニット３、光学的中間層４、シリコン系結晶質光電
変換ユニット５、および裏面金属電極６が形成されてい
る。In the hybrid thin-film photoelectric conversion device shown in FIG. 2, a transparent electrode 2 made of a transparent conductive oxide (TCO) is formed on a transparent insulating substrate 1 such as a glass plate. As the TCO, tin oxide, indium tin oxide (ITO), zinc oxide, or the like can be used.
On the transparent electrode 2, for example, a silicon-based amorphous photoelectric conversion unit 3, an optical intermediate layer 4, a silicon-based crystalline photoelectric conversion unit 5, and a back metal electrode 6 are formed.
【００１１】光学的中間層４はガラス基板１からの入射
光を部分的に反射しかつ透過するために用いられる。す
なわち、中間層４は、非晶質ユニット３を透過して結晶
質ユニット５に入射しようとする光の一部を反射し、非
晶質ユニット３による光吸収量を増大させるように作用
する。これによって、非晶質ユニット３による出力電流
密度が増大し、非晶質ユニット３と結晶質ユニット５と
の出力電流密度のバランスが図られ、ハイブリッド薄膜
光電変換装置全体としての出力特性が改善されることに
なる。The optical intermediate layer 4 is used for partially reflecting and transmitting incident light from the glass substrate 1. That is, the intermediate layer 4 functions to reflect a part of the light transmitted through the amorphous unit 3 and entering the crystalline unit 5 to increase the amount of light absorbed by the amorphous unit 3. As a result, the output current density of the amorphous unit 3 increases, the output current densities of the amorphous unit 3 and the crystalline unit 5 are balanced, and the output characteristics of the hybrid thin-film photoelectric conversion device as a whole are improved. Will be.
【００１２】[0012]
【発明が解決しようとする課題】ところで、電力用太陽
電池のように高電圧で高出力を生じ得る大面積の薄膜光
電変換装置を作製する場合、大きな基板に形成された薄
膜太陽電池の複数個を直列接続して用いるのではなく、
歩留りをよくするために、大きな基板上に形成された薄
膜太陽電池を複数のセルに分割してそれらのセルを直列
接続して集積化するのが一般的である。特に、ガラス基
板側から光を入射させる薄膜光電変換装置においては、
ガラス基板上の透明導電性酸化物電極層の抵抗によるロ
スを低減するために、レーザスクライブを利用してその
透明電極を幅１０ｍｍ程度の短冊状に加工し、その短冊
状の長手方向に直交する方向に各セルを直列接続して集
積化するのが一般的である。When a large-area thin-film photoelectric conversion device capable of generating a high output at a high voltage, such as a power solar cell, is manufactured, a plurality of thin-film solar cells formed on a large substrate are required. Instead of connecting them in series,
In general, in order to improve the yield, a thin-film solar cell formed on a large substrate is divided into a plurality of cells, and these cells are connected in series and integrated. In particular, in a thin film photoelectric conversion device in which light is incident from the glass substrate side,
In order to reduce the loss due to the resistance of the transparent conductive oxide electrode layer on the glass substrate, the transparent electrode is processed into a rectangular shape having a width of about 10 mm using laser scribe, and is orthogonal to the longitudinal direction of the rectangular shape. In general, the cells are connected in series in the direction and integrated.
【００１３】そこで、本発明者たちは、図２に示されて
いるような光学的中間層４を含むハイブリッド薄膜光電
変換装置についても、図１に示されているように集積化
することを試みた。すなわち、図１に示された集積型ハ
イブリッド薄膜光電変換装置においては、透明絶縁基板
１上に透明電極層２が形成されており、これは複数の透
明電極分離溝２ａによって複数の領域に分離されてい
る。透明電極層２上には、非晶質光電変換ユニット層
３、光学的中間層４、および結晶質光電変換ユニット層
５が順次積層されており、これらは複数の分割溝５ａに
よって複数の領域に分割されている。結晶質光電変換ユ
ニット層５上には裏面金属電極層６が形成されており、
これは複数の分離溝６ａによって複数の領域に分離され
ている。すなわち、分割溝５ａは電気的接続用溝として
利用されており、図１において互いに左右に隣接するセ
ルは接続用溝５ａを介して直列接続されている。Therefore, the present inventors have attempted to integrate a hybrid thin film photoelectric conversion device including the optical intermediate layer 4 as shown in FIG. 2 as shown in FIG. Was. That is, in the integrated hybrid thin-film photoelectric conversion device shown in FIG. 1, a transparent electrode layer 2 is formed on a transparent insulating substrate 1, which is separated into a plurality of regions by a plurality of transparent electrode separation grooves 2a. ing. On the transparent electrode layer 2, an amorphous photoelectric conversion unit layer 3, an optical intermediate layer 4, and a crystalline photoelectric conversion unit layer 5 are sequentially laminated, and these are divided into a plurality of regions by a plurality of division grooves 5a. Has been split. A back metal electrode layer 6 is formed on the crystalline photoelectric conversion unit layer 5,
This is separated into a plurality of regions by a plurality of separation grooves 6a. That is, the dividing groove 5a is used as an electric connection groove, and the cells adjacent to each other on the left and right in FIG. 1 are connected in series via the connection groove 5a.
【００１４】このように光学的中間層４を含む集積型ハ
イブリッド薄膜光電変換装置の出力特性を本発明者たち
が測定したところ、図２に示されているような単一のセ
ルの出力特性から期待される特性が得られなかった。The inventors of the present invention have measured the output characteristics of the integrated hybrid thin-film photoelectric conversion device including the optical intermediate layer 4 from the output characteristics of a single cell as shown in FIG. The expected properties were not obtained.
【００１５】上述のような状況に鑑み、本発明は、非晶
質光電変換ユニット層と結晶質光電変換ユニット層との
間に光学的中間層を含む集積型ハイブリッド薄膜光電変
換装置の出力特性を改善することを目的としている。In view of the above situation, the present invention provides an output characteristic of an integrated hybrid thin film photoelectric conversion device including an optical intermediate layer between an amorphous photoelectric conversion unit layer and a crystalline photoelectric conversion unit layer. It is intended to improve.
【００１６】[0016]
【課題を解決するための手段】本発明による集積型ハイ
ブリッド薄膜光電変換装置においては、透明絶縁基板上
に順次積層された透明電極層、非晶質半導体光電変換ユ
ニット層、部分的に光を反射しかつ透過する導電性の光
学的中間層、結晶質半導体光電変換ユニット層、および
裏面電極層が複数のハイブリッド光電変換セルを形成す
るように複数の分離溝によって分離されていて、かつそ
れらの複数のセルは複数の接続用溝を介して互いに電気
的に直列接続されており、非晶質光電変換ユニット層は
０．０１〜０．５μｍの範囲内の厚さを有し、結晶質光
電変換ユニット層は０．１〜１０μｍの範囲内の厚さを
有し、そして光学的中間層は１０〜１００ｎｍの範囲内
の厚さを有するとともに１×１０-3〜１×１０-1Ω・ｃ
ｍの範囲内の抵抗率を有することを特徴としている。In the integrated hybrid thin-film photoelectric conversion device according to the present invention, a transparent electrode layer, an amorphous semiconductor photoelectric conversion unit layer, and a light-reflecting layer are sequentially laminated on a transparent insulating substrate. The transparent optical intermediate layer, the crystalline semiconductor photoelectric conversion unit layer, and the back electrode layer are separated by a plurality of separation grooves so as to form a plurality of hybrid photoelectric conversion cells; Are electrically connected to each other in series through a plurality of connection grooves, and the amorphous photoelectric conversion unit layer has a thickness in the range of 0.01 to 0.5 μm, The unit layer has a thickness in the range of 0.1 to 10 μm, and the optical intermediate layer has a thickness in the range of 10 to 100 nm and 1 × 10 −3 to 1 × 10 −1 Ω · c.
It has a resistivity in the range of m.
【００１７】光学的中間層は、酸化亜鉛、酸化錫、また
はインジウム錫酸化物の透明導電性酸化物を利用して形
成され得る。このような光学的中間層は、Ａｌ、Ｇａ等
の不純物をドープすることによって抵抗率を調整するこ
とができ、また、それを構成する透明導電性酸化物の酸
化度を調整することによっても抵抗率を調整することが
できる。The optical intermediate layer can be formed using a transparent conductive oxide such as zinc oxide, tin oxide, or indium tin oxide. The resistivity of such an optical intermediate layer can be adjusted by doping impurities such as Al and Ga, and also by adjusting the degree of oxidation of a transparent conductive oxide constituting the same. The rate can be adjusted.
【００１８】[0018]
【発明の実施の形態】まず、本発明者たちは、図１に示
されているように試作された集積型ハイブリッド薄膜光
電変換装置において、図２に示されているような単一の
セルの出力特性から期待される特性が得られない原因に
ついて検討した。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION First, the present inventors, in an integrated hybrid thin-film photoelectric conversion device prototyped as shown in FIG. 1, used a single cell as shown in FIG. The reason why the expected characteristics could not be obtained from the output characteristics was examined.
【００１９】前述のように、光学的中間層４は、非晶質
ユニット３を透過して結晶質ユニット４に入射しようと
する光の一部を反射しかつ残部を透過する光学的特性を
有しなければならない。他方、このような光学的中間層
４は、非晶質ユニット３と結晶質ユニット５との間で電
流の通過を可能にしなければならないので、導電性をも
有していなければならない。そこで、このような光学的
中間層４として、酸化亜鉛、酸化錫、ＩＴＯのような透
明導電性酸化物が利用される。As described above, the optical intermediate layer 4 has an optical characteristic that reflects a part of the light that passes through the amorphous unit 3 and is incident on the crystalline unit 4 and transmits the rest. Must. On the other hand, such an optical intermediate layer 4 must be able to pass a current between the amorphous unit 3 and the crystalline unit 5 and must therefore also have conductivity. Therefore, as such an optical intermediate layer 4, a transparent conductive oxide such as zinc oxide, tin oxide, or ITO is used.
【００２０】本発明者たちの検討によれば、このように
導電性である光学的中間層４と接続用溝５ａを介するリ
ーク電流が、図１に示されているような集積型ハイブリ
ッド薄膜光電変換装置において期待される出力特性の得
られない理由であると考えられた。According to the study of the present inventors, the leakage current through the optical intermediate layer 4 and the connecting groove 5a which are conductive as described above is reduced by the integrated hybrid thin film photoelectric conversion as shown in FIG. This was considered to be the reason why the output characteristics expected in the converter were not obtained.
【００２１】以上のような本発明者たちの知見に基づ
き、以下において、本発明の実施の形態としての集積型
ハイブリッド薄膜光電変換装置が図１を参照しつつ説明
される。Based on the above findings of the present inventors, an integrated hybrid thin-film photoelectric conversion device as an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
【００２２】まず、透明絶縁基板１としては、図２の場
合と同様に、たとえばガラス基板が好ましく用いられ得
る。また、透明電極２は透明導電性酸化物で形成され得
る。First, as the transparent insulating substrate 1, for example, a glass substrate can be preferably used as in the case of FIG. Further, the transparent electrode 2 can be formed of a transparent conductive oxide.
【００２３】非晶質光電変換ユニット層はたとえばシリ
コン系材料を用いて形成することができ、その厚さ範囲
は０．０１〜０．５μｍの範囲内にあることが好まし
く、０．１〜０．３μｍの範囲内にあることがより好ま
しい。なお、本発明における非晶質ユニット３は光学的
中間層４によって部分的に反射された光をも吸収するこ
とができるので、中間層４が存在しない場合に比べて薄
くすることができる。このことは、非晶質ユニット３の
光劣化を低減する点においても好ましい。The amorphous photoelectric conversion unit layer can be formed using, for example, a silicon-based material, and its thickness is preferably in the range of 0.01 to 0.5 μm, and 0.1 to 0 μm. More preferably, it is within a range of 0.3 μm. Note that the amorphous unit 3 in the present invention can also absorb light partially reflected by the optical intermediate layer 4, so that it can be made thinner than when the intermediate layer 4 is not present. This is also preferable in that the optical deterioration of the amorphous unit 3 is reduced.
【００２４】光学的中間層４は前述のように透明導電性
酸化物（ＴＣＯ）を利用して形成することができ、その
厚さは１０〜１００ｎｍの範囲内にあることが好まし
く、２０〜７０ｎｍの範囲内にあることがより好まし
い。これは、光学的中間層４が薄すぎれば部分的光反射
層としての役割を果たすことができないからであり、厚
すぎればその光透過量が小さくなりすぎて結晶質ユニッ
ト５の出力電流が逆に非晶質ユニットに比べて小さくな
るからである。また、光学的中間層４の電気的抵抗率は
１×１０-3〜１×１０-1Ω・ｃｍの範囲内にあることが
好ましく、１×１０ -2〜１×１０-1Ω・ｃｍの範囲内に
あることがより好ましい。これは、光学的中間層４が小
さ過ぎる抵抗率を有していればそれを通じて接続用溝５
ａに流れるリーク電流を防止できないからであり、大き
過ぎる抵抗率を有していれば非晶質ユニット３と結晶質
ユニット４との間の電流を阻害するからである。なお、
光学的中間層４の抵抗率は、たとえば不純物をドープす
ることおよび／またはＴＣＯの酸化度を調整することに
よって調節することができる。The optical intermediate layer 4 is made of a transparent conductive material as described above.
It can be formed using an oxide (TCO).
Preferably the thickness is in the range of 10-100 nm
More preferably within the range of 20 to 70 nm.
No. This is due to the partial light reflection if the optical intermediate layer 4 is too thin.
Because it cannot serve as a layer
If too much, the light transmission amount will be too small and the crystalline unit will
In contrast, the output current of G5 is smaller than that of the amorphous unit.
This is because that. The electrical resistivity of the optical intermediate layer 4 is
1 × 10-3~ 1 × 10-1Ω ・ cm
Preferably 1 × 10 -2~ 1 × 10-1Within the range of Ω · cm
More preferably, there is. This is because the optical intermediate layer 4 is small.
If the resistivity is too low, the connection groove 5
This is because it is not possible to prevent leakage current flowing through
Amorphous unit 3 and crystalline
This is because the current flowing to the unit 4 is impaired. In addition,
The resistivity of the optical intermediate layer 4 is, for example,
And / or adjusting the degree of oxidation of the TCO
Therefore, it can be adjusted.
【００２５】結晶質光電変換ユニット５はたとえばシリ
コン系材料を用いて形成することができ、その厚さ範囲
は０．１〜１０μｍの範囲内にあることが好ましく、
０．１〜５μｍの範囲内にあることがより好ましい。す
なわち、結晶質ユニット層５は、非晶質ユニット層３に
比べて数倍から１０倍程度の厚さを有することが好まし
い。これは、結晶質ユニット５が非晶質ユニットに比べ
て小さな光吸収係数を有しているからである。The crystalline photoelectric conversion unit 5 can be formed using, for example, a silicon-based material, and its thickness range is preferably in the range of 0.1 to 10 μm.
More preferably, it is in the range of 0.1 to 5 μm. That is, the thickness of the crystalline unit layer 5 is preferably several times to about 10 times as large as that of the amorphous unit layer 3. This is because the crystalline unit 5 has a smaller light absorption coefficient than the amorphous unit.
【００２６】裏面金属電極層６は良好な導電性と光反射
性を有していることが好ましく、たとえばＡｇやＡｌの
ような種々の金属が用いられ得る。また、望まれる場合
には、裏面金属電極層６は、複数種類の金属層の積層体
またはＴＣＯ層をも含む積層体として形成されてもよ
い。The back metal electrode layer 6 preferably has good conductivity and light reflectivity, and various metals such as Ag and Al can be used. Further, if desired, the back metal electrode layer 6 may be formed as a laminate of a plurality of types of metal layers or a laminate including a TCO layer.
【００２７】上述のような実施の形態の具体的な例とし
て、以下において、いくつかの実施例が比較例とともに
説明される。As specific examples of the above embodiments, some examples will be described below along with comparative examples.
【００２８】（比較例１）比較例１としての集積型ハイ
ブリッド薄膜光電変換装置においては、約１０ｃｍ×３
ｃｍ程度の面積を有するガラス基板１上で幅約１０ｍｍ
の短冊状ハイブリッドセルの１０段が直列接続された。
また、公知のプラズマＣＶＤ法を利用することによっ
て、非晶質ユニット層３として厚さ０．２μｍの非晶質
シリコンユニット層が形成され、結晶質ユニット層５と
して厚さ３μｍの結晶質シリコンユニット層が形成され
た。(Comparative Example 1) In the integrated hybrid thin-film photoelectric conversion device as Comparative Example 1, about 10 cm × 3
about 10 mm wide on a glass substrate 1 having an area of about 10 cm
Were connected in series.
Also, by using a known plasma CVD method, an amorphous silicon unit layer having a thickness of 0.2 μm is formed as the amorphous unit layer 3, and a crystalline silicon unit having a thickness of 3 μm is formed as the crystalline unit layer 5. A layer was formed.
【００２９】光学的中間層４は、２％Ａｌがドープされ
た酸化亜鉛によって５０ｎｍの厚さに形成された。この
中間層４の堆積は、温度１５０℃、圧力０．５３Ｐａ
（４ｍＴｏｒｒ）、およびＡｒ流量２０ｓｃｃｍの条件
の下でスパッタリングによって形成された。こうして得
られた光学的中間層４は、４×１０-4Ω・ｃｍの抵抗率
を有していた。なお、中間層４は、ＭＯＣＶＤ法によっ
て形成されてもよい。The optical intermediate layer 4 was formed by zinc oxide doped with 2% Al to a thickness of 50 nm. This intermediate layer 4 is deposited at a temperature of 150 ° C. and a pressure of 0.53 Pa
(4 mTorr) and an Ar flow rate of 20 sccm. The optical intermediate layer 4 thus obtained had a resistivity of 4 × 10 −4 Ω · cm. Note that the intermediate layer 4 may be formed by the MOCVD method.
【００３０】このような比較例１による集積型ハイブリ
ッド薄膜光電変換装置について、ソーラーシミュレータ
を用いてＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ2のエネル
ギ密度で照射したときの出力特性としては、セルの１段
当りの開放端電圧Ｖｏｃが１．２６Ｖ、短絡電流密度Ｊ
ｓｃが１２．１ｍＡ／ｃｍ2、曲線因子ＦＦが６０．８
％、そして変換効率Ｅｆｆが９．３％であった。The output characteristics of the integrated hybrid thin-film photoelectric conversion device according to Comparative Example 1 when irradiated with AM1.5 light at an energy density of 100 mW / cm 2 using a solar simulator are as follows. The open-circuit voltage Voc per stage is 1.26 V, the short-circuit current density J
sc is 12.1 mA / cm 2 , and fill factor FF is 60.8.
%, And the conversion efficiency Eff was 9.3%.
【００３１】（実施例１）実施例１においては、光学的
中間層４内において２％のＡｌのみならず０．１％のＧ
ａがドープされたことのみにおいて比較例１と異なって
いた。そして、この実施例１の光学的中間層４は、３×
１０-2Ω・ｃｍの抵抗率を有していた。すなわち、実施
例１と比較例１とを比較すれば、光学的中間層４内へ
０．１％Ｇａを付加的にドープすることによって、抵抗
率が大幅に増大していることがわかる。Example 1 In Example 1, not only 2% Al but also 0.1% G in the optical intermediate layer 4 were used.
This was different from Comparative Example 1 only in that a was doped. Then, the optical intermediate layer 4 of the first embodiment is 3 ×
It had a resistivity of 10 −2 Ω · cm. That is, comparing Example 1 with Comparative Example 1, it is understood that the resistivity is significantly increased by additionally doping 0.1% Ga into the optical intermediate layer 4.
【００３２】このような実施例１による集積型ハイブリ
ッド薄膜光電変換装置について、比較例１の場合と同一
条件の光照射によって出力特性を測定したところ、Ｖｏ
ｃが１．３１Ｖ、Ｊｓｃが１２．４ｍＡ／ｃｍ2、ＦＦ
が６８．４％、そしてＥｆｆが１１．１％であった。The output characteristics of the integrated hybrid thin-film photoelectric conversion device according to Example 1 were measured by light irradiation under the same conditions as in Comparative Example 1.
c is 1.31 V, Jsc is 12.4 mA / cm 2 , FF
Was 68.4% and Eff was 11.1%.
【００３３】（実施例２）実施例２においては、光学的
中間層４の堆積時においてＡｒ気流中に数％の酸素を混
入させたことのみにおいて比較例１と異なっていた。こ
の実施例２の光学的中間層４は、１×１０-3Ω・ｃｍの
抵抗率を有していた。この実施例２と比較例１との比較
から、光学的中間層４内へＧａを付加的にドープするこ
となく酸化亜鉛の酸化度を高めることによっても抵抗率
が増大することがわかる。Example 2 Example 2 was different from Comparative Example 1 only in that several percent of oxygen was mixed in the Ar gas flow when the optical intermediate layer 4 was deposited. The optical intermediate layer 4 of Example 2 had a resistivity of 1 × 10 −3 Ω · cm. From the comparison between Example 2 and Comparative Example 1, it can be seen that the resistivity also increases by increasing the degree of oxidation of zinc oxide without additionally doping Ga into the optical intermediate layer 4.
【００３４】このような実施例２による集積型ハイブリ
ッド薄膜光電変換装置について、比較例１の場合と同一
条件で光照射して出力特性を測定したところ、Ｖｏｃが
１．２９Ｖ、Ｊｓｃが１２．１ｍＡ／ｃｍ2、ＦＦが６
４．９％、そしてＥｆｆが１０．１％であった。The output characteristics of the integrated hybrid thin-film photoelectric conversion device according to Example 2 were measured by irradiating light under the same conditions as in Comparative Example 1 to find that Voc was 1.29 V and Jsc was 12.1 mA. / Cm 2 , FF is 6
4.9% and Eff was 10.1%.
【００３５】（実施例３）実施例３においては、光学的
中間層４の堆積の際に０．１％のＧａを付加的にドープ
するとともに、Ａｒ気流中に数％の酸素を混入させたこ
とのみにおいて比較例１と異なっていた。この実施例３
において得られた光学的中間層４の抵抗率は９×１０-2
Ω・ｃｍであった。比較例１および実施例１〜３の間の
相互の比較から、光学的中間層４内にＧａをドープする
とともに酸化亜鉛の酸化度を高めることによって抵抗率
を顕著に増大させ得ることがわかる。Example 3 In Example 3, 0.1% Ga was additionally doped at the time of depositing the optical intermediate layer 4, and several% of oxygen was mixed in the Ar gas flow. This was different from Comparative Example 1 only in that. Example 3
Was obtained, the resistivity of the optical intermediate layer 4 was 9 × 10 -2.
Ω · cm. A mutual comparison between Comparative Example 1 and Examples 1-3 indicates that the resistivity can be significantly increased by doping Ga in the optical intermediate layer 4 and increasing the degree of oxidation of zinc oxide.
【００３６】実施例３による集積型ハイブリッド薄膜光
電変換装置について、比較例１の場合と同一の条件で光
照射したときの出力特性としては、Ｖｏｃが１．３２Ｖ
であり、Ｊｓｃが１２．５ｍＡ／ｃｍであり、ＦＦが６
６．３％であり、そしてＥｆｆが１０．９％であった。The output characteristics of the integrated hybrid thin-film photoelectric conversion device according to Example 3 when irradiated with light under the same conditions as those in Comparative Example 1 are as follows: Voc is 1.32 V
And Jsc is 12.5 mA / cm and FF is 6
6.3% and Eff was 10.9%.
【００３７】表１において、比較例１および実施例１〜
３における光学的中間層４の抵抗率と光電変換出力特性
との関係が要約されて示されている。In Table 1, Comparative Example 1 and Examples 1 to
3, the relationship between the resistivity of the optical intermediate layer 4 and the photoelectric conversion output characteristics is summarized and shown.
【００３８】[0038]
【表１】 [Table 1]
【００３９】表１から明らかなように、実施例１〜３に
おける集積型ハイブリッド薄膜光電変換装置に含まれる
光学的中間層４は比較例１に比べて大きな抵抗率を有し
ている。それに伴って、実施例１〜３の光電変換装置に
おける種々の出力特性は比較例１に比べて改善されてい
ることがわかる。ここで、実施例２における出力特性の
改善効果が実施例１に比べて小さいのは、光学的中間層
４の抵抗率が実施例１ほどに十分には高められていない
ので、中間層４と接続用溝５ａを介するリーク電流が十
分には阻止されていないからであると考えられる。他
方、実施例３においては実施例１に比べて変換効率Ｅｆ
ｆの改善効果が少し小さくなっている。これは、実施例
３の光学的中間層４の抵抗率が実施例１に比べてもかな
り大きくなっているので、非晶質ユニット３と結晶質ユ
ニット５との間の電流に対する大きな抵抗率の影響が現
われ始めた結果であろうと考えられる。このような表１
に基づく分析の結果として、本発明による集積型ハイブ
リッド薄膜光電変換装置に含まれる光学的中間層４の抵
抗率は、１×１０-3〜１×１０-1Ω・ｃｍの範囲内にあ
ることが好ましく、１×１０-2〜１×１０-1Ω・ｃｍの
範囲内にあることがより好ましいことがわかる。As is clear from Table 1, the optical intermediate layer 4 included in the integrated hybrid thin-film photoelectric conversion devices in Examples 1 to 3 has a higher resistivity than Comparative Example 1. Accordingly, various output characteristics of the photoelectric conversion devices of Examples 1 to 3 are improved as compared with Comparative Example 1. Here, the effect of improving the output characteristics in the second embodiment is smaller than that in the first embodiment because the resistivity of the optical intermediate layer 4 is not sufficiently increased as in the first embodiment. This is considered to be because the leak current through the connection groove 5a is not sufficiently prevented. On the other hand, in the third embodiment, the conversion efficiency Ef is higher than that in the first embodiment.
The effect of improving f is slightly reduced. This is because the resistivity of the optical intermediate layer 4 of the third embodiment is considerably higher than that of the first embodiment, so that the resistivity between the amorphous unit 3 and the crystalline unit 5 is large. It is likely that the consequences have begun to appear. Table 1
As a result of the analysis based on the above, the resistivity of the optical intermediate layer 4 included in the integrated hybrid thin film photoelectric conversion device according to the present invention is in the range of 1 × 10 −3 to 1 × 10 −1 Ω · cm. It is found that the value is preferably in the range of 1 × 10 −2 to 1 × 10 −1 Ω · cm.
【００４０】なお、光学的中間層４の抵抗率を調整する
ために混入されるＡｌ、Ｇａ、酸素などの混入割合は実
施例に限定されることなく種々に変更することが可能で
あり、それらの添加元素の組合せも種々に変えることが
可能である。要するに、光学的中間層４に望まれる抵抗
率が得られるのであれば、どのような添加元素およびそ
の量が選択されてもよい。The mixing ratio of Al, Ga, oxygen and the like mixed for adjusting the resistivity of the optical intermediate layer 4 can be changed variously without being limited to the embodiment. Can be variously changed. In short, any additional element and its amount may be selected as long as the desired resistivity of the optical intermediate layer 4 can be obtained.
【００４１】他方、光学的中間層４の厚さを１００ｎｍ
を超えて増大させた場合には、他の条件が比較例１およ
び実施例１〜３のいずれかと同じであっても、短絡電流
密度Ｊｓｃが顕著に低くなる傾向にあった。これは、光
学的中間層４の厚さが１００ｎｍを超えて大きくなりす
ぎた場合には、その光学的中間層４による光吸収ロスの
ために結晶質ユニット５における出力電流が低下するの
でハイブリッドセル全体としての出力電流が低下するか
らであると考えられる。また、逆に光学的中間層４の厚
さが５ｎｍ未満になれば、他の条件が実施例１〜３のい
ずれかと同一であっても、比較例１に比べて短絡電流密
度Ｊｓｃが若干増加する以外に顕著な性能改善の効果は
見られなかった。このことは、光学的中間層が５ｎｍ未
満に薄くなった場合にはそれを介するリーク電流が若干
減少するが部分的光反射層としての機能が不十分となっ
て非晶質ユニット３の出力電流が低下し、それに伴って
非晶質ユニット３の出力電流の改善効果も得られないか
らであると考えられる。このようなことから、光学的中
間層４の厚さは１０〜１００ｎｍの範囲内にあることが
好ましく、２０〜７０ｎｍの範囲内にあることがより好
ましいと考えられる。On the other hand, the thickness of the optical intermediate layer 4 is set to 100 nm.
, The short-circuit current density Jsc tended to be remarkably low even if the other conditions were the same as those of Comparative Example 1 and Examples 1 to 3. This is because if the thickness of the optical intermediate layer 4 exceeds 100 nm and becomes too large, the output current in the crystalline unit 5 decreases due to loss of light absorption by the optical intermediate layer 4, so that the hybrid cell It is considered that this is because the output current as a whole decreases. Conversely, when the thickness of the optical intermediate layer 4 is less than 5 nm, the short-circuit current density Jsc is slightly increased as compared with Comparative Example 1 even if the other conditions are the same as those of any of Examples 1 to 3. No remarkable effect of performance improvement was observed other than the above. This means that when the optical intermediate layer is thinned to less than 5 nm, the leakage current through it slightly decreases, but the function as the partial light reflection layer becomes insufficient and the output current of the amorphous unit 3 is reduced. It is considered that the effect of improving the output current of the amorphous unit 3 cannot be obtained. From this, it is considered that the thickness of the optical intermediate layer 4 is preferably in the range of 10 to 100 nm, and more preferably in the range of 20 to 70 nm.
【００４２】[0042]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、非晶質
光電変換ユニット層と結晶質光電変換ユニット層との間
に光学的中間層を含む集積型ハイブリッド薄膜光電変換
装置の出力特性を改善することができる。As described above, according to the present invention, the output characteristics of the integrated hybrid thin film photoelectric conversion device including the optical intermediate layer between the amorphous photoelectric conversion unit layer and the crystalline photoelectric conversion unit layer Can be improved.
【図１】 非晶質光電変換ユニット層と結晶質光電変換
ユニット層との間に光学的中間層を含む集積型ハイブリ
ッド薄膜光電変換装置を示す模式的な断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an integrated hybrid thin-film photoelectric conversion device including an optical intermediate layer between an amorphous photoelectric conversion unit layer and a crystalline photoelectric conversion unit layer.
【図２】 非晶質光電変換ユニットと結晶質光電変換ユ
ニットとの間に光学的中間層を含むハイブリッド薄膜光
電変換セルを示す模式的な断面図である。FIG. 2 is a schematic sectional view showing a hybrid thin-film photoelectric conversion cell including an optical intermediate layer between an amorphous photoelectric conversion unit and a crystalline photoelectric conversion unit.
【符号の説明】 １ 透明絶縁基板、２ 透明電極、２ａ 透明電極分離
溝、３ 非晶質光電変換ユニット、４ 光学的中間層、
５ 結晶質光電変換ユニット、５ａ 接続用溝、６ 裏
面電極、６ａ 裏面電極分離溝。[Description of Signs] 1 transparent insulating substrate, 2 transparent electrode, 2a transparent electrode separation groove, 3 amorphous photoelectric conversion unit, 4 optical intermediate layer,
5 crystalline photoelectric conversion unit, 5a connection groove, 6 back electrode, 6a back electrode separation groove.
Claims (4)
極層、非晶質半導体光電変換ユニット層、部分的に光を
反射しかつ透過する導電性の光学的中間層、結晶質半導
体光電変換ユニット層、および裏面電極層が複数のハイ
ブリッド光電変換セルを形成するように複数の分離溝に
よって分離されていて、かつそれらの複数のセルは複数
の接続用溝を介して互いに電気的に直列接続されてお
り、 前記非晶質光電変換ユニット層は０．０１〜０．５μｍ
の範囲内の厚さを有し、 前記結晶質光電変換ユニット層は０．１〜１０μｍの範
囲内の厚さを有し、 前記光学的中間層は１０〜１００ｎｍの範囲内の厚さを
有するとともに１×１０-3〜１×１０-1Ω・ｃｍの範囲
内の抵抗率を有することを特徴とする集積型ハイブリッ
ド薄膜光電変換装置。1. A transparent electrode layer, an amorphous semiconductor photoelectric conversion unit layer, a conductive optical intermediate layer that partially reflects and transmits light, and a crystalline semiconductor photoelectric conversion, which are sequentially laminated on a transparent insulating substrate. The unit layer and the back electrode layer are separated by a plurality of separation grooves so as to form a plurality of hybrid photoelectric conversion cells, and the plurality of cells are electrically connected to each other in series through a plurality of connection grooves. The amorphous photoelectric conversion unit layer has a thickness of 0.01 to 0.5 μm.
Wherein the crystalline photoelectric conversion unit layer has a thickness within a range of 0.1 to 10 μm, and the optical intermediate layer has a thickness within a range of 10 to 100 nm. An integrated hybrid thin-film photoelectric conversion device having a resistivity in the range of 1 × 10 −3 to 1 × 10 −1 Ω · cm.
またはインジウム錫酸化物の透明導電性酸化物を含むこ
とを特徴とする請求項１に記載の集積型ハイブリッド薄
膜光電変換装置。2. The optical intermediate layer according to claim 2, wherein the optical intermediate layer is zinc oxide, tin oxide,
The integrated hybrid thin-film photoelectric conversion device according to claim 1, further comprising a transparent conductive oxide of indium tin oxide.
てＡｌまたはＧａがドープされていることを特徴とする
請求項２に記載の集積型ハイブリッド薄膜光電変換装
置。3. The integrated hybrid thin-film photoelectric conversion device according to claim 2, wherein the optical intermediate layer is doped with Al or Ga as a resistivity adjusting element.
中間層はその酸化度が調整されることによって抵抗率が
調整されていることを特徴とする請求項２または３のい
ずれかの項に記載の集積型ハイブリッド薄膜光電変換装
置。4. The optical intermediate layer containing the transparent conductive oxide, the resistivity of which is adjusted by adjusting the degree of oxidation of the optical intermediate layer. 3. The integrated hybrid thin-film photoelectric conversion device according to 1.
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