JP5635430B2 - 透明導電膜付き基板、太陽電池及びそれらの製造方法 - Google Patents
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Description
3つめに、太陽光を効率的に発電層で吸収するために光を散乱させるテクスチャー構造が必要となり、通常、スパッタプロセスで作成したZnO系薄膜は平坦な表面状態となるため、ウェットエッチング等によるテクスチャー形成処理が必要となる。
従来は、ガラスメーカーから市販されている所定のテクスチャーが事前に付与されている透明導電膜付き基板を購入し、太陽電池メーカーはこの上に所望の光電変換ユニットなどを形成して太陽電池を製造する必要があった。
このため、選択の自由度が高く、表面に所望の荒さや形状を備えた微細テクスチャーを有する透明導電膜付き基板及びその製造方法の開発が期待されていた。
また、本発明は、透明導電膜の表面に、自由度が高く所望の荒さや形状を有する微細な凹凸(テクスチャー構造)を有し、このテクスチャー構造によるプリズム効果と光の閉じ込め効果を十分に得ることができる、透明導電膜付き基板の製造方法を提供することを第二の目的とする。
さらに、本発明は、特色ある積層構造に適した凹凸(テクスチャー構造)を付与した透明導電膜付き基板を利用し、その上に(太陽電池メーカーごとに)特色ある積層構造からなる光電変換ユニットなどを設けた際に、前記積層構造によってもたらされる最高の発電特性を実現する太陽電池を提供することを第三の目的とする。
さらにまた、本発明は、透明導電膜の表面に、特色ある積層構造に適した微細な凹凸(テクスチャー構造)を、選択の自由度が高く所望の荒さや形状で形成することができ、ひいてはテクスチャー構造によるプリズム効果と光の閉じ込め効果を十分に得ることができ、変換効率の高い太陽電池の製造方法を提供することを第四の目的とする。
本発明の請求項2に記載の透明導電膜付き基板は、請求項1において、前記透明導電膜は、水素を含むことを特徴とする。
本発明の請求項3に記載の透明導電膜付き基板の製造方法は、絶縁性の透明基板と接するように、ZnOを基本構成とする透明導電膜が配されてなる透明導電膜付き基板の製造方法であって、所望のプロセスガス雰囲気とした成膜空間において、前記透明導電膜の母材をなすターゲットにスパッタ電圧を印加してスパッタを行い、所定の温度とされた前記透明基板上に前記透明導電膜を成膜するステップα1を少なくとも備え、前記母材として、ZnOを主成分とした材料を用いるとともに、前記成膜空間内の圧力[Pa]を、1〜10の範囲とし、前記プロセスガスとして不活性ガスと水素ガスからなる混合ガスを用いて、該水素ガスの添加量を1〜6[%]としたことを特徴とする。
本発明の請求項4に記載の透明導電膜付き基板の製造方法は、請求項3において、前記ステップα1の前記プロセスガスとして、不活性ガスと水素ガスからなる混合ガスを用いたことを特徴とする。
本発明の請求項5に記載の透明導電膜付き基板の製造方法は、請求項3又は4において、前記ステップα1における前記透明基板の温度[℃]を、150〜400の範囲としたことを特徴とする。
本発明の請求項6に記載の透明導電膜付き基板の製造方法は、請求項3乃至5のいずれか1項において、前記ステップα1の後に、大気中にて後加熱処理するステップα2を備えたことを特徴とする。
本発明の請求項7に記載の太陽電池は、透明導電膜付き基板を用い、p型半導体層(p層)、実質的に真性なi型半導体層(i層)、n型半導体層(n層)を積層したpin型の光電変換ユニットを、前記透明導電膜に順に重ねて設けてなり、前記透明導電膜が、絶縁性の透明基板に接して配置され、ZnOを基本構成とし、その膜厚方向に延びた形状の結晶粒の集合体であり、前記結晶粒の粒間には、少なくとも膜厚方向に界面があり、その表面には微細な凹凸(テクスチャー構造)を有すると共に、その膜厚方向において、前記透明基板から離れるほど結晶粒径の大きな結晶粒を含み、前記光電変換ユニットを構成するp層、i層及びn層がアモルファスのシリコン系薄膜からなり、前記透明導電膜と、前記光電変換ユニットを構成する前記p層との間に、シリコン系薄膜からなるバッファ層が配されていることを特徴とする。
本発明の請求項8に記載の太陽電池の製造方法は、透明導電膜付き基板を用い、p型半導体層(p層)、実質的に真性なi型半導体層(i層)、n型半導体層(n層)を積層したpin型の光電変換ユニットを、バッファ層を介して、前記透明導電膜に順に重ねて設けてなる太陽電池の製造方法であって、所望のプロセスガス雰囲気とした成膜空間において、前記透明導電膜の母材をなすターゲットにスパッタ電圧を印加してスパッタを行い、所定の温度とされた絶縁性の透明基板と接するように前記透明導電膜を成膜するステップβ1を少なくとも備え、前記母材として、ZnOを主成分とした材料を用いるとともに、前記成膜空間内の圧力[Pa]を、1〜10の範囲とし、前記プロセスガスとして不活性ガスと水素ガスからなる混合ガスを用いて、該水素ガスの添加量を1〜6[%]としたことを特徴とする。
本発明の請求項9に記載の太陽電池の製造方法は、請求項8において、前記ステップβ1の前記プロセスガスとして、不活性ガスと水素ガスからなる混合ガスを用いたことを特徴とする。
本発明の請求項10に記載の太陽電池の製造方法は、請求項8又は9において、前記ステップβ1における前記透明基板の温度[℃]を、150〜400の範囲としたことを特徴とする。
本発明の請求項11に記載の太陽電池の製造方法は、請求項10において、前記ステップβ1の後であって、前記バッファ層を形成するステップβ2の前に、大気中にて後加熱処理するステップβ4を備えたことを特徴とする。
また、本発明の太陽電池では、前記光電変換ユニットを構成するp層、i層及びn層がアモルファスのシリコン系薄膜からなり、前記透明導電膜と、前記光電変換ユニットを構成する前記p層との間に、シリコン系薄膜からなるバッファ層が配されているので、透明導電膜と、アモルファスのシリコン系薄膜からなるp層との界面における不整合を緩和することができる。これにより、光電変換ユニットの曲線因子(FF)を向上させることができる。その結果、本発明の太陽電池明は、高い変換効率を有するものとなる。
(太陽電池)
本実施形態では、本発明に係る太陽電池1の一実施形態を、第一光電変換ユニット6(トップセル)としてアモルファスシリコン型の太陽電池、第二光電変換ユニット7(ボトムセル)として微結晶シリコン型の太陽電池として積層したタンデム構造の太陽電池の場合を例に図面に基づいて説明する。
まず、本発明の太陽電池について、図1に基づいて説明する。図1は太陽電池1A(1)の構成の一例を示す断面図である。
太陽電池1A(1)は、表面を構成するガラス基板等からなる絶縁性の透明基板2と、透明基板2上に設けられた酸化亜鉛系の透明導電膜4からなる上部電極3と、アモルファスシリコンで構成された第一光電変換ユニット6と、微結晶シリコンで構成された第二光電変換ユニット7と、透明導電膜からなるバッファ層11と、金属膜からなる裏面電極12とが積層されている。透明基板2と、該透明基板2上に設けられた透明導電膜4とは、本発明の透明導電膜付き基板10を構成する。
ここで、図2は、本発明の太陽電池1A(1)において、透明導電膜4を拡大して模式的に示す断面図である。具体的に、透明導電膜4は、ZnOを基本構成とし、その膜厚方向に延びた形状の結晶粒4aの集合体であり、前記結晶粒4aの粒間には、少なくとも膜厚方向に界面4bがあり、その表面には微細な凹凸(テクスチャー構造)を有する。これにより、本発明の太陽電池1A(1)は、テクスチャー構造によるプリズム効果と光の閉じ込め効果を十分に有し、変換効率の高いものとなる。
前記透明導電膜4と、第一光電変換ユニット6を構成するp層(6p)の間に、結晶質のシリコン系薄膜からなるバッファ層5が配されているので、透明導電膜4と、アモルファスのシリコン系薄膜からなるp層(6p)との界面における不整合を緩和することができる。これにより、第一光電変換ユニットの曲線因子(FF)を向上させることができる。その結果、本発明の太陽電池1A(1)は、高い変換効率を有するものとなる。
その結果、このようにして得られた本発明の太陽電池用透明導電膜付き基板10は、透明導電膜4の表面に、太陽電池の特色ある積層構造に適した微細テクスチャーが、自由度が高く所望の荒さや形状で形成されたものとなる。これにより本発明の太陽電池用透明導電膜付き基板10は、テクスチャー構造によるプリズム効果と光の閉じ込め効果を十分に得ることができる。
次に、このような太陽電池1A(1)の製造方法について説明する。
本発明の太陽電池の製造方法は、前記透明導電膜4を形成するに際し、所望のプロセスガス雰囲気とした成膜空間において、前記透明導電膜4の母材をなすターゲットにスパッタ電圧を印加してスパッタを行い、所定の温度とされた前記透明基板2上に前記透明導電膜4を成膜するステップα1を少なくとも備え、前記母材として、ZnOを主成分とした材料を用いるとともに、前記成膜空間内の圧力[Pa]を、1〜10の範囲としたことを特徴とする。
本発明では、透明導電膜4と、第一光電変換ユニット6を構成しアモルファスのシリコン系薄膜からなるp層(6p)との間に、シリコン系薄膜からなるバッファ層5を形成しているので、透明導電膜4と、アモルファスのシリコン系薄膜からなるp層(6p)との界面における不整合を緩和することができる。これにより、第一光電変換ユニット6の曲線因子(FF)を向上させることができる。このように本発明の太陽電池1A(1)では、バッファ層5を挿入することにより、FFを向上することができ、第一光電変換ユニット6の発電効率を向上することができ、ひいては装置全体としての光電変換効率を向上することが可能である。
その結果、本発明の製造方法では、テクスチャー構造によるプリズム効果と光の閉じ込め効果を十分に得ることができ、変換効率の高い太陽電池1A(1)を作製することが可能となる。
(スパッタ装置1)
図3は、本発明の太陽電池1の製造方法に用いられるスパッタ装置(成膜装置)の一例を示す概略構成図であり、(a)は上面図、(b)は断面図である。また、図4は同スパッタ装置の成膜室の主要部を示す断面図である。スパッタ装置20は、インターバック式のスパッタ装置であり、例えば、無アルカリガラス基板(図示せず)等の基板を搬入/搬出する仕込み/取出し室22と、基板上に酸化亜鉛系の透明導電膜4を成膜する成膜室(真空容器)23とを備えている。
特に、このスパッタ装置では、ヒータ31、及びスパッタカソード機構32が、複数(図では4つ)設けられている。ヒータ31、及びスパッタカソード機構32を複数設け、基板26を移動させながらスパッタを行うことで、厚みのある透明導電膜であっても、ムラなく形成することができる。
電源34は、ターゲット27に直流電圧に高周波電圧が重畳されたスパッタ電圧を印加するためのもので、直流電源と高周波電源(図示略)とを備えている。
図5は、本発明の太陽電池の製造方法に用いられる別なスパッタ装置の一例、即ちインターバック式のマグネトロンスパッタ装置の成膜室の主要部を示す断面図である。図5に示すマグネトロンスパッタ装置40が、図3、4に示すスパッタ装置20と異なる点は、成膜室23の―方の側面23aに酸化亜鉛系材料のターゲット27を保持し所望の磁界を発生するスパッタカソード機構(ターゲット保持手段)42を縦型に設けた点てある。
まず、ターゲット27をスパッタカソード機構32にロウ材等でボンディングして固定する。ここで、ターゲット材としては、酸化亜鉛系材料、例えば、アルミニウム(Al)を0.1〜10質量%添加したアルミニウム添加酸化亜鉛(AZO)、ガリウム(Ga)を0.1〜10質量%添加したガリウム添加酸化亜鉛(GZO)等が挙げられ、中でも、比抵抗の低い薄膜を成膜することができる点て、アルミニウム添加酸化亜鉛(AZO)が好ましい。
このように、本発明では、スパッタにより酸化亜鉛系材料からなる透明導電膜4を成膜する際に、圧力その他の条件を制御することで、膜厚方向に延びた形状の結晶粒4aの集合体からなり、前記結晶粒4aの粒間には、少なくとも膜厚方向に界面4bがあり、その表面には微細な凹凸(テクスチャー構造)を有する透明導電膜4が得られる(図2参照)。
ターゲット材料やプロセスガスの種類にも依存するが、マグネトロンスパッタ法で成膜を行う場合、一般的に2mTorrから10mTorrの間の成膜圧力が選択される。成膜圧力が低い場合、プラズマのインピーダンスが高く放電できなかったり、放電できてもプラズマが不安定になる。逆に成膜圧力が高い場合は、プロセスガスとスパッタされたターゲット材料がスキャッタリングすることにより、基板への付着効率(成膜速度)が低下したり、カソード周辺部品にスパッタされたターゲット材料が着膜することで、カソードとアースが短絡したりと生産性が低下する。
また、形成された透明導電膜4に対して、大気中にて後加熱処理するステップを備えることが好ましい。これにより透明導電膜4の透明度を高めることができる。
こうした透明導電膜付き基板10を太陽電池1A(1)に用いることで、入射した太陽光の光路を伸ばすプリズム効果と光の閉じ込め効果を最大限に得ることができ、太陽電池の特色ある積層構造によってもたらされる最高の発電特性を実現する太陽電池1A(1)を作製することができる。
まず、透明導電膜付き基板10の透明導電膜4上に、バッファ層5、第一光電変換ユニット6のp型半導体層6p、i型半導体層6i、n型半導体層6nと、第二光電変換ユニット7のp型半導体層7pを各々別々のプラズマCVD反応室内で形成する。すなわち、第一光電変換ユニット6のn型半導体層6n上に、第二光電変換ユニット7を構成するp型半導体層7pが設けられた太陽電池第一中間品が形成される。
特に本発明では、透明導電膜4と第一光電変換ユニット6のp層6pとの間に、個別の成膜室でバッファ層5、を形成することで、良好な特性を有する太陽電池1A(10)を得ることができる。
本発明に係る太陽電池1の製造システムは、第一光電変換ユニット6におけるp型半導体層6p、i型シリコン層(非晶質シリコン層)6i、n型半導体層6nと、第二光電変換ユニット7のp型半導体層7pの各層を各々別々に形成するチャンバーと呼ばれる成膜反応室を複数直線状に連結して配置した、いわゆるインライン型の第一成膜装置60と、第二光電変換ユニット7のp層を大気中に露呈させる暴露装置と、第二光電変換ユニット7におけるi型シリコン層(結晶質シリコン層)7i、n型半導体層7n、を同一の成膜反応室内で、複数の基板を同時に処理して形成する、いわゆるバッチ型の第二成膜装置70とを順に配置したものである。
製造システムは、図6に示すように、第一成膜装置60と、第二成膜装置70と、第一成膜装置60で処理した基板を大気に曝した後、第二成膜装置70へ移動する暴露装置80とから構成される。
製造システムにおける第一成膜装置60は、最初に基板を搬入し減圧雰囲気下とする仕込(L:Lord)室61が配置されている。なお、L室の後段に、プロセスに応じて、基板温度を一定温度まで加熱する加熱チャンバーを設けても良い。引き続き、透明導電膜4上に結晶質のシリコン系薄膜からなるバッファ層5を形成するp層成膜反応室62、第一光電変換ユニット6のp型半導体層6pを形成するp層成膜反応室63、同i型シリコン層(非晶質シリコン層)6iを形成するi層成膜反応室64、同n型半導体層6nを形成するn層成膜反応室65、第二光電変換ユニット7のp型半導体層7pを形成するp層成膜反応室66、が連続して直線状に配置されている。そして最後に、減圧状態を大気雰囲気に戻し基板を搬出する取出(UL:Unlord)室67を配置して構成されている。
この際、図6中A地点において、透明基板2上に透明導電膜4が成膜された透明導電膜付き基板10が準備される。また、図6中B地点において、透明基板2の上に成膜された透明導電膜4上に、バッファ層5、第一光電変換ユニット6のp型半導体層6p、i型シリコン層(非晶質シリコン層)6i、n型半導体層6nと、第二光電変換ユニット7のp型半導体層7pの各層が設けられた太陽電池第一中間品が形成される。
この際、図6中C地点において、第一光電変換ユニット6上に、第二光電変換ユニット7が設けられた太陽電池第二中間品が形成される。
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
なお、以下の説明においては、上述した第一実施形態と異なる部分について主に説明し、第一実施形態と同様の部分については、その説明を省略する。
図7は、本実施形態にかかる太陽電池1B(1)の層構成を示す構造断面図である。
この太陽電池1B(10)は、透明導電膜付き基板10を用い、p型半導体層(p層)9p、実質的に真性なi型半導体層(i層)9i、n型半導体層(n層)9nを積層したpin型の第三光電変換ユニット9を、前記透明導電膜4に順に重ねて設けてなる。
この太陽電池1B(10)についても、透明導電膜4の表面に自由度が高く所望の荒さや形状を有する微細テクスチャーが形成されている。このテクスチャー構造は、プリズム効果と光の閉じ込め効果をもたらすので、本発明に係る太陽電池1B(10)は変換効率の高いものとなる。
図3及び図4に示したような成膜装置(スパッタ装置)を用いて、基板上に透明導電膜を成膜した。
サンプル1〜サンプル6では、膜厚を変えて透明導電膜を成膜した。
(サンプル1)
まず、スパッタカソード機構32に、300mm×610mmのターゲット27を取り付けた。ターゲット27には、ZnOに不純物としてAl2O3を2質量%添加した材料を用いた。その後、仕込み/取出し室22に無アルカリガラス基板(基板26)を入れ、粗引き排気手段24で排気後、成膜室23に搬送した。このとき、成膜室23は高真空排気手段33により所定の真空度に保たれている。
これらの作業を一連のフローとして、無アルカリガラス基板上にZnO系透明導電膜を400nmの厚さに形成した。その後、仕込み/取出し室22から基板を取り出した。
このとき、透明導電膜と、光電変換ユニットを構成する前記p層との間に、結晶質のシリコン系薄膜からなるバッファ層を形成した。
透明導電膜の厚さを600nmとしたこと以外は、サンプル1と同様にして透明導電膜を成膜した。また、この透明導電膜を上部電極として用いて太陽電池を作製した。
(サンプル3)
透明導電膜の厚さを900nmとしたこと以外は、サンプル1と同様にして透明導電膜を成膜した。また、この透明導電膜を上部電極として用いて太陽電池を作製した。
透明導電膜の厚さを1300nmとしたこと以外は、サンプル1と同様にして透明導電膜を成膜した。また、この透明導電膜を上部電極として用いて太陽電池を作製した。
(サンプル5)
透明導電膜の厚さを1500nmとしたこと以外は、サンプル1と同様にして透明導電膜を成膜した。また、この透明導電膜を上部電極として用いて太陽電池を作製した。
(サンプル6)
透明導電膜の厚さを1800nmとしたこと以外は、サンプル1と同様にして透明導電膜を成膜した。また、この透明導電膜を上部電極として用いて太陽電池を作製した。
図8〜図10から明らかなように、前記透明導電膜が、その膜厚方向に延びた形状の結晶粒の集合体からなることがわかる。そして、前記結晶粒の粒間には、少なくとも膜厚方向に界面があり、その表面には微細な凹凸(テクスチャー構造)が形成されている。また、膜厚が薄いと凹凸が小さく、膜厚が厚くあると、凹凸が大きくなることが分かる。すなわち、本発明の方法によれば、成膜条件を変えることにより、微細テクスチャーを、自由度が高く所望の荒さや形状で形成することができる。
また、サンプル1〜サンプル6で作製した太陽電池について、ソーラーシミュレーターYSS−50A(山下電装株式会社製)により太陽電池性能として、発電効率[%] をそれぞれ評価した。
図11から明らかなように、透明導電膜の膜厚が厚くなるにしたがって、ヘイズ率も大きくなることがわかる。また、膜厚をある範囲とした場合に、優れた光電変換効率が得られていることがわかる。この範囲は、作製した太陽電池の積層構造にも依存するが、例えば図11に示す例では、透明導電膜の膜厚を600〜1800nm程度とした場合に、優れた発電効率が得られていることがわかる。
(サンプル7)
プロセスガスとしてArガス(H2 ガス無添加)を用い、成膜時の基板温度を220℃としたこと以外は、サンプル1と同様にして透明導電膜を成膜した。また、この透明導電膜を上部電極として用いて太陽電池を作製した。
(サンプル8)
プロセスガスとしてArガスにH2 ガスが1%の割合で混合されてなるガスを用いたこと以外は、サンプル1と同様にして透明導電膜を成膜した。また、この透明導電膜を上部電極として用いて太陽電池を作製した。
プロセスガスとしてArガスにH2 ガスが2%の割合で混合されてなるガスを用いたこと以外は、サンプル1と同様にして透明導電膜を成膜した。また、この透明導電膜を上部電極として用いて太陽電池を作製した。
(サンプル10)
プロセスガスとしてArガスにH2 ガスが3%の割合で混合されてなるガスを用いたこと以外は、サンプル1と同様にして透明導電膜を成膜した。また、この透明導電膜を上部電極として用いて太陽電池を作製した。
(サンプル11)
プロセスガスとしてArガスにH2 ガスが4%の割合で混合されてなるガスを用いたこと以外は、サンプル1と同様にして透明導電膜を成膜した。また、この透明導電膜を上部電極として用いて太陽電池を作製した。
プロセスガスとしてArガスにH2 ガスが5%の割合で混合されてなるガスを用いたこと以外は、サンプル1と同様にして透明導電膜を成膜した。また、この透明導電膜を上部電極として用いて太陽電池を作製した。
(サンプル13)
プロセスガスとしてArガスにH2 ガスが8%の割合で混合されてなるガスを用いたこと以外は、サンプル1と同様にして透明導電膜を成膜した。また、この透明導電膜を上部電極として用いて太陽電池を作製した。
図12〜図15から明らかなように、成膜時のプロセスガスにH2ガスを添加することで、凹凸の形状を変えることができることがわかる。具体的には、H2ガスの添加量を多くすることで、凹凸が大きくなることが分かる。すなわち、本発明の方法によれば、成膜条件を変えることにより、微細テクスチャーを、自由度が高く所望の荒さや形状で形成することができる。
サンプル7についての結果を図16に、サンプル8についての結果を図17に示す。ここで、図中、グラフ横軸の右側が基板表面に相当し、Si組成が立ちあがっているところが透明導電膜と基板との界面となる。
図16と図17とを比較して明らかなように、図16では透明導電膜中にHの存在はみられないが、図17では透明導電膜中にHの存在が認められる。また、Hは膜の深さ方向に一定に存在していることがわかる。
このように、透明導電膜を形成する際に、プロセスガスとして、不活性ガスと水素ガスからなる混合ガスを用いることにより、形成された透明導電膜は、膜中にHが存在することが確認された。なお、プロセスガス中のH2 ガス濃度に関わらず、同様の結果が得られることが確認されている。
図18から、以下の点が明らかとなった。
(A1)H2 ガスの添加量が多くなるにしたがって、ヘイズ率も大きくなる。
(A2)H2 ガスの添加量をある範囲とした場合に、優れた光電変換効率が得られる。
(A3)この範囲は、作製した太陽電池の積層構造にも依存するが、例えば図に示す例では、H2 ガスの添加量を1〜6%程度とした場合に、優れた発電効率が得られる。
(サンプル14)
成膜時の基板温度を100℃としたこと以外は、サンプル1と同様にして透明導電膜を成膜した。また、この透明導電膜を上部電極として用いて太陽電池を作製した。
(サンプル15)
成膜時の基板温度を220℃としたこと以外は、サンプル1と同様にして透明導電膜を成膜した。また、この透明導電膜を上部電極として用いて太陽電池を作製した。
成膜時の基板温度を250℃としたこと以外は、サンプル1と同様にして透明導電膜を成膜した。また、この透明導電膜を上部電極として用いて太陽電池を作製した。
(サンプル17)
成膜時の基板温度を300℃としたこと以外は、サンプル1と同様にして透明導電膜を成膜した。また、この透明導電膜を上部電極として用いて太陽電池を作製した。また、この透明導電膜を上部電極として用いて太陽電池を作製した。
成膜時の基板温度を350℃としたこと以外は、サンプル1と同様にして透明導電膜を成膜した。また、この透明導電膜を上部電極として用いて太陽電池を作製した。
(サンプル19)
成膜時の基板温度を400℃としたこと以外は、サンプル1と同様にして透明導電膜を成膜した。また、この透明導電膜を上部電極として用いて太陽電池を作製した。
図19から、以下の点が明らかとなった。
(B1)基板温度が高くなるにしたがって、ヘイズ率も大きくなる。
(B2)基板温度をある範囲とした場合に、優れた光電変換効率が得られる。
(B3)この範囲は、作製した太陽電池の積層構造にも依存するが、例えば図19に示す例では、基板温度を200〜400℃程度とした場合に、優れた発電効率が得られる。
Claims (11)
- 絶縁性の透明基板と接するように、ZnOを基本構成とする透明導電膜が配されてなる透明導電膜付き基板であって、
前記透明導電膜は、その膜厚方向に延びた形状の結晶粒の集合体であり、前記結晶粒の粒間には、少なくとも膜厚方向に界面があり、その表面には微細な凹凸を有すると共に、その膜厚方向において、前記透明基板から離れるほど結晶粒径の大きな結晶粒を含むことを特徴とする透明導電膜付き基板。 - 前記透明導電膜は、水素を含むことを特徴とする請求項1に記載の透明導電膜付き基板。
- 絶縁性の透明基板と接するように、ZnOを基本構成とする透明導電膜が配されてなる透明導電膜付き基板の製造方法であって、
所望のプロセスガス雰囲気とした成膜空間において、前記透明導電膜の母材をなすターゲットにスパッタ電圧を印加してスパッタを行い、所定の温度とされた前記透明基板上に前記透明導電膜を成膜するステップα1を少なくとも備え、
前記母材として、ZnOを主成分とした材料を用いるとともに、
前記成膜空間内の圧力[Pa]を、1〜10の範囲とし、前記プロセスガスとして不活性ガスと水素ガスからなる混合ガスを用いて、該水素ガスの添加量を1〜6[%]としたことを特徴とする透明導電膜付き基板の製造方法。 - 前記ステップα1の前記プロセスガスとして、不活性ガスと水素ガスからなる混合ガスを用いたことを特徴とする請求項3に記載の透明導電膜付き基板の製造方法。
- 前記ステップα1における前記透明基板の温度[℃]を、150〜400の範囲としたことを特徴とする請求項3又は4に記載の透明導電膜付き基板の製造方法。
- 前記ステップα1の後に、大気中にて後加熱処理するステップα2を備えたことを特徴とする請求項3乃至5のいずれか1項に記載の透明導電膜付き基板の製造方法。
- 透明導電膜付き基板を用い、p型半導体層(p層)、実質的に真性なi型半導体層(i層)、n型半導体層(n層)を積層したpin型の光電変換ユニットを、前記透明導電膜に順に重ねて設けてなり、
前記透明導電膜が、絶縁性の透明基板に接して配置され、ZnOを基本構成とし、その膜厚方向に延びた形状の結晶粒の集合体であり、前記結晶粒の粒間には、少なくとも膜厚方向に界面があり、その表面には微細な凹凸(テクスチャー構造)を有すると共に、その膜厚方向において、前記透明基板から離れるほど結晶粒径の大きな結晶粒を含み、
前記光電変換ユニットを構成するp層、i層及びn層がアモルファスのシリコン系薄膜からなり、
前記透明導電膜と、前記光電変換ユニットを構成する前記p層との間に、シリコン系薄膜からなるバッファ層が配されていることを特徴とする太陽電池。 - 透明導電膜付き基板を用い、p型半導体層(p層)、実質的に真性なi型半導体層(i層)、n型半導体層(n層)を積層したpin型の光電変換ユニットを、バッファ層を介して、前記透明導電膜に順に重ねて設けてなる太陽電池の製造方法であって、
所望のプロセスガス雰囲気とした成膜空間において、前記透明導電膜の母材をなすターゲットにスパッタ電圧を印加してスパッタを行い、所定の温度とされた絶縁性の透明基板と接するように前記透明導電膜を成膜するステップβ1を少なくとも備え、
前記母材として、ZnOを主成分とした材料を用いるとともに、
前記成膜空間内の圧力[Pa]を、1〜10の範囲とし、前記プロセスガスとして不活性ガスと水素ガスからなる混合ガスを用いて、該水素ガスの添加量を1〜6[%]としたことを特徴とする太陽電池の製造方法。 - 前記ステップβ1の前記プロセスガスとして、不活性ガスと水素ガスからなる混合ガスを用いたことを特徴とする請求項8に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記ステップβ1における前記透明基板の温度[℃]を、150〜400の範囲としたことを特徴とする請求項8又は9に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記ステップβ1の後であって、前記バッファ層を形成するステップβ2の前に、大気中にて後加熱処理するステップβ4を備えたことを特徴とする請求項10に記載の太陽電池の製造方法。
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