JPH10294482A - Silicon-based thin film photoelectric converter - Google Patents
Silicon-based thin film photoelectric converterInfo
- Publication number
- JPH10294482A JPH10294482A JP9099944A JP9994497A JPH10294482A JP H10294482 A JPH10294482 A JP H10294482A JP 9099944 A JP9099944 A JP 9099944A JP 9994497 A JP9994497 A JP 9994497A JP H10294482 A JPH10294482 A JP H10294482A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- photoelectric conversion
- silicon
- based thin
- thin film
- film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は薄膜光電変換装置に
関し、特に、シリコン系薄膜光電変換装置の性能改善に
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin-film photoelectric conversion device, and more particularly to an improvement in the performance of a silicon-based thin-film photoelectric conversion device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、たとえば多結晶シリコンや微結晶
シリコンのような結晶質シリコンを含む薄膜を利用した
光電変換装置の開発が精力的に行なわれている。これら
の開発は、安価な基板上に低温プロセスで良質の結晶質
シリコン薄膜を形成することによって光電変換装置の低
コスト化と高性能化を両立させようという試みであり、
太陽電池だけでなく光センサ等の様々な光電変換装置へ
の応用が期待されている。2. Description of the Related Art In recent years, photoelectric conversion devices using thin films containing crystalline silicon such as polycrystalline silicon and microcrystalline silicon have been vigorously developed. These developments are attempts to achieve both low cost and high performance of the photoelectric conversion device by forming a high-quality crystalline silicon thin film on an inexpensive substrate by a low-temperature process.
Application to various photoelectric conversion devices such as optical sensors as well as solar cells is expected.
【０００３】このような良質の結晶質シリコン薄膜を形
成する方法としては、基板上に大結晶粒径のシリコン薄
膜の下地層を何らかのプロセスで形成した後に、この下
地層をシード層または結晶化制御層として用いることに
よって、結晶粒界や粒内欠陥が少なくて一方向に強く結
晶配向した良質の光電変換層となる結晶質シリコン薄膜
をその下地層上に堆積させるという手法が知られてい
る。より具体的には、基板上に堆積されたシリコン膜を
ゾーンメルト法によって大結晶粒径化したものを下地層
に用いる方法がSolar Energy Materials and Solar Cel
ls, Vol.34, 1994, p.285 に記載されており、また、基
板上に堆積されたシリコン膜を固相成長法によって大粒
径化したものを下地層に用いる方法がSolar Energy Mat
erials andSolar Cells, Vol.34, 1994, p.257 に記載
されている。しかし、これらのいずれにおいても、下地
層または光電変換層の形成に５００℃以上の比較的に高
温度のプロセスを含んでいることから、用いられ得る基
板の種類に制約がある。As a method of forming such a high-quality crystalline silicon thin film, an underlayer of a silicon thin film having a large crystal grain size is formed on a substrate by any process, and then the underlayer is formed as a seed layer or a crystallization control layer. There is known a method of depositing a crystalline silicon thin film which is a good-quality photoelectric conversion layer having a small number of crystal grain boundaries and intragranular defects and having a strong crystal orientation in one direction by using as a layer on an underlayer. More specifically, a method in which a silicon film deposited on a substrate and having a large crystal grain size by a zone melt method is used as an underlayer is known as Solar Energy Materials and Solar Cel.
ls, Vol. 34, 1994, p. 285, and a method of using a silicon film deposited on a substrate having a large grain size by a solid phase growth method as an underlayer is described by Solar Energy Mat.
erials and Solar Cells, Vol. 34, 1994, p. 257. However, in any of these, since the formation of the underlayer or the photoelectric conversion layer involves a relatively high-temperature process of 500 ° C. or more, the type of substrate that can be used is limited.
【０００４】また、結晶質シリコン系光電変換層の下地
層として非晶質シリコン系薄膜を用いた光電変換装置
が、特開平７−２６３７３２に記載されている。この非
晶質シリコン系薄膜は基板材料と結晶質シリコン系薄膜
との熱膨張係数の相違による歪を緩和させることを目的
としているが、この技術も５００℃以上の高温度のプロ
セスにおける熱応力に対処するために必要とされるもの
であり、また、このような形成方法によって高い光電変
換特性が得られたという事例は未だ存在していない。A photoelectric conversion device using an amorphous silicon-based thin film as a base layer of a crystalline silicon-based photoelectric conversion layer is described in JP-A-7-263732. The purpose of this amorphous silicon-based thin film is to alleviate the strain caused by the difference in the thermal expansion coefficient between the substrate material and the crystalline silicon-based thin film. It is necessary to cope with the problem, and there is no case in which high photoelectric conversion characteristics are obtained by such a forming method.
【０００５】他方、安価な低融点ガラスの基板を用いる
ことができかつ熱膨張係数の差異に基づく積層膜内の応
力や歪が生じにくい比較的低温のプロセスのみを用いる
方法であって、優れた光電変換効率の結晶質シリコン系
薄膜光電変換装置を形成し得る方法が近年脚光を浴びて
いる。たとえば、微結晶シリコンのｐｉｎ接合からなる
光電変換ユニットを含む光電変換装置がAppl.Phys.Let
t.,Vol.65,1994,p.860に記載されている。この光電変換
ユニットは、簡便にプラズマＣＶＤ法で順次積層された
ｐ型半導体層、光電変換層たるｉ型半導体層およびｎ型
半導体層からなり、これらの半導体層のすべてが微結晶
シリコンであることを特徴としている。On the other hand, an inexpensive low-melting glass substrate can be used, and a method using only a relatively low-temperature process in which stress and strain in a laminated film are unlikely to occur due to a difference in thermal expansion coefficient. In recent years, a method capable of forming a crystalline silicon-based thin film photoelectric conversion device having a high photoelectric conversion efficiency has been spotlighted. For example, Appl. Phys. Let is a photoelectric conversion device including a photoelectric conversion unit composed of a microcrystalline silicon pin junction.
t., Vol. 65, 1994, p. 860. This photoelectric conversion unit is composed of a p-type semiconductor layer, an i-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer, which are simply stacked sequentially by a plasma CVD method, and all of these semiconductor layers are microcrystalline silicon. It is characterized by.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】光電変換ユニットを構
成するシリコン系薄膜のすべてを低温プロセスのみで形
成しようとする場合、光電変換層のための下地層とし
て、シード層となり得る大粒径結晶質シリコン薄膜を形
成することは非常に困難である。しかしながら、上述の
先行技術中で、微結晶シリコンのｐｉｎ接合をプラズマ
ＣＶＤ法にて低温で形成する光電変換ユニットでは、導
電型微結晶シリコンが光電変換層の下地層となっている
ものの、これは単に光電変換層との材料的類似性を考慮
したものであって、光電変換層の結晶性を積極的に制御
しようとするためのものではない。また、この下地層の
導電型微結晶シリコン膜は小粒径の結晶シリコンが多数
存在する膜であるので、この上に形成される結晶質シリ
コン系光電変換層はその成長初期過程で多数の結晶核を
生じ、結果として光電変換特性に悪影響を及ぼす結晶粒
界や粒内欠陥の多い膜になりやすいという問題がある。When all the silicon-based thin films constituting the photoelectric conversion unit are to be formed only by a low-temperature process, a large-grain crystalline material that can serve as a seed layer as an underlayer for the photoelectric conversion layer. It is very difficult to form a silicon thin film. However, in the above-described prior art, in a photoelectric conversion unit in which a pin junction of microcrystalline silicon is formed at a low temperature by a plasma CVD method, the conductive type microcrystalline silicon serves as an underlayer of the photoelectric conversion layer. This is simply to consider the material similarity with the photoelectric conversion layer, and not to actively control the crystallinity of the photoelectric conversion layer. In addition, since the conductive microcrystalline silicon film of the underlayer is a film in which a large number of small-diameter crystalline silicon is present, the crystalline silicon-based photoelectric conversion layer formed thereon has a large number of crystals in the initial growth process. There is a problem that a nucleus is generated, and as a result, a film having many crystal grain boundaries and intragranular defects which adversely affect the photoelectric conversion characteristics tends to be formed.
【０００７】本発明の目的は、上述のような先行技術の
課題に鑑み、安価な基板が使用可能な低温プロセスのみ
を用いて形成されるシリコン系光電変換装置において、
結晶質シリコン系薄膜光電変換層中の結晶粒界や粒内欠
陥を低減させて光電変換特性を改善することにある。In view of the above-mentioned problems in the prior art, an object of the present invention is to provide a silicon-based photoelectric conversion device formed using only a low-temperature process that can use an inexpensive substrate.
It is to improve the photoelectric conversion characteristics by reducing crystal grain boundaries and intragranular defects in the crystalline silicon-based thin film photoelectric conversion layer.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明によるシリコン系
薄膜光電変換装置は、基板上に形成された少なくとも１
つの光電変換ユニットを含み、その光電変換ユニット
は、プラズマＣＶＤ法によって順次積層された１導電型
半導体層と、結晶質を含むシリコン系薄膜の光電変換層
と、逆導電型半導体層とを含み、１導電型半導体層は、
０．０１原子％以上の導電型決定不純物原子を含む非晶
質シリコン系薄膜を含みかつこの非晶質シリコン系薄膜
が光電変換層と直接接していることを特徴としている。A silicon-based thin-film photoelectric conversion device according to the present invention comprises at least one thin-film photoelectric conversion device formed on a substrate.
One photoelectric conversion unit, the photoelectric conversion unit includes a one-conductivity-type semiconductor layer sequentially stacked by a plasma CVD method, a photoelectric conversion layer of a crystalline silicon-based thin film, and a reverse-conductivity-type semiconductor layer, The one conductivity type semiconductor layer is
It is characterized by including an amorphous silicon-based thin film containing 0.01 atomic% or more of impurity atoms for determining conductivity type, and wherein the amorphous silicon-based thin film is in direct contact with the photoelectric conversion layer.
【０００９】すなわち、本発明者らは、上述の先行技術
における課題を解決すべく検討を重ねた結果、光電変換
ユニットに含まれる半導体層のすべてをプラズマＣＶＤ
法にて低温で形成するシリコン系薄膜光電変換装置の場
合に、光電変換層の下地となる導電型層において、結晶
質シリコン系光電変換層の結晶核発生の要因となる小粒
径の結晶シリコンの密度を少なくすること、すなわちそ
の極限として光電変換層と隣接する界面部分を結晶粒の
存在しない非晶質状態にすることにより、光電変換層の
成長初期過程における結晶核発生密度が適度に抑制され
て、結晶粒界や粒内欠陥が少なくかつ一方向に強く結晶
配向した良質の光電変換層が得られることを見出したの
である。That is, the inventors of the present invention have conducted various studies to solve the above-mentioned problems in the prior art, and as a result, all of the semiconductor layers included in the photoelectric conversion unit have been subjected to plasma CVD.
In the case of a silicon-based thin-film photoelectric conversion device formed at a low temperature by the method, in the conductive type layer underlying the photoelectric conversion layer, crystalline silicon having a small grain size that causes generation of crystal nuclei in the crystalline silicon-based photoelectric conversion layer The density of crystal nuclei in the initial stage of the growth of the photoelectric conversion layer is appropriately reduced by reducing the density of As a result, they have found that a high-quality photoelectric conversion layer having few crystal grain boundaries and intragranular defects and strong crystal orientation in one direction can be obtained.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施の形
態によるシリコン系薄膜光電変換装置を模式的な斜視図
で図解している。この装置の基板１０１にはステンレス
等の金属、有機フィルム、または低融点の安価なガラス
等が用いられ得る。FIG. 1 is a schematic perspective view illustrating a silicon-based thin-film photoelectric conversion device according to a first embodiment of the present invention. A metal such as stainless steel, an organic film, a low-melting-point inexpensive glass, or the like can be used for the substrate 101 of this apparatus.
【００１１】基板１０１上の裏面電極１１０は、下記の
薄膜（Ａ）と（Ｂ）のうちの１以上を含み、たとえば蒸
着法やスパッタ法によって形成され得る。 （Ａ） Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、ＣｕおよびＰ
ｔから選択された少なくとも１以上の金属またはこれら
の合金からなる金属薄膜。 （Ｂ） ＩＴＯ、ＳｎＯ2 およびＺｎＯから選択された
少なくとも１以上の酸化物からなる透明導電性薄膜。The back electrode 110 on the substrate 101 includes one or more of the following thin films (A) and (B) and can be formed by, for example, a vapor deposition method or a sputtering method. (A) Ti, Cr, Al, Ag, Au, Cu and P
a metal thin film made of at least one metal selected from t or an alloy thereof. (B) A transparent conductive thin film made of at least one oxide selected from ITO, SnO 2 and ZnO.
【００１２】裏面電極１１０上には光電変換ユニット１
１１のうちの１導電型半導体層１０４がプラズマＣＶＤ
法にて堆積される。この１導電型半導体層１０４として
は、たとえば導電型決定不純物原子であるリンが０．０
１原子％以上ドープされたｎ型非晶質シリコン層、また
はボロンが０．０１原子％以上ドープされたｐ型非晶質
シリコン層などが用いられ得る。しかし、１導電型半導
体層１０４に関するこれらの条件は限定的なものではな
く、不純物原子としてはたとえばｐ型非晶質シリコンに
おいてはアルミニウム等でもよく、また非晶質シリコン
カーバイドや非晶質シリコンゲルマニウム等の合金材料
の層を用いてもよい。導電型非晶質シリコン系薄膜１０
４の厚さは１〜５０ｎｍの範囲内に設定され、より好ま
しくは２〜１０ｎｍの範囲内に設定される。On the back electrode 110, the photoelectric conversion unit 1
The one conductive semiconductor layer 104 out of 11 is formed by plasma CVD.
It is deposited by the method. The one-conductivity-type semiconductor layer 104 contains, for example, phosphorous, which is a conductivity-type determining impurity atom, of 0.0.
An n-type amorphous silicon layer doped with 1 atomic% or more, a p-type amorphous silicon layer doped with 0.01 atomic% or more of boron, or the like can be used. However, these conditions for the one conductivity type semiconductor layer 104 are not limited, and the impurity atoms may be, for example, aluminum in p-type amorphous silicon, or may be amorphous silicon carbide or amorphous silicon germanium. May be used. Conductive amorphous silicon-based thin film 10
The thickness of 4 is set in the range of 1 to 50 nm, and more preferably in the range of 2 to 10 nm.
【００１３】下地となる１導電型半導体層１０４上に
は、光電変換層１０５として、結晶質を含むシリコン系
薄膜がプラズマＣＶＤ法によって４００℃以下の下地温
度のもとで形成される。この光電変換層１０５として
は、ノンドープのｉ型多結晶シリコン薄膜や体積結晶化
分率８０％以上のｉ型微結晶シリコン薄膜、あるいは微
量の不純物を含む弱ｐ型または弱ｎ型で光電変換機能を
十分に備えている結晶質シリコン系薄膜が使用され得
る。また、光電変換層１０５はこれらに限定されず、合
金材料であるシリコンカーバイドやシリコンゲルマニウ
ム等の膜を用いてもよい。A crystalline silicon-containing thin film is formed as a photoelectric conversion layer 105 on the one-conductivity-type semiconductor layer 104 serving as a base at a base temperature of 400 ° C. or lower by a plasma CVD method. The photoelectric conversion layer 105 is a non-doped i-type polycrystalline silicon thin film, an i-type microcrystalline silicon thin film having a volume crystallization fraction of 80% or more, or a weak p-type or weak n-type containing a small amount of impurities, and has a photoelectric conversion function. Can be used. The photoelectric conversion layer 105 is not limited thereto, and a film of an alloy material such as silicon carbide or silicon germanium may be used.
【００１４】光電変換層１０５の膜厚は０．５〜２０μ
ｍの範囲内で、より好ましくは１〜１０μｍの範囲内に
設定され、結晶質を含むシリコン系薄膜光電変換層とし
て必要かつ十分な厚さである。光電変換層１０５は４０
０℃以下という低温で形成されるので、結晶粒界や粒内
における欠陥を終端または不活性化させる水素原子を多
く含み、その好ましい水素含有量は２〜３０原子％の範
囲内であり、より好ましいは４〜２０原子％の範囲内に
ある。The thickness of the photoelectric conversion layer 105 is 0.5 to 20 μm.
The thickness is set within the range of m, more preferably within the range of 1 to 10 μm, and is a necessary and sufficient thickness as a crystalline silicon-containing thin film photoelectric conversion layer. The photoelectric conversion layer 105 is 40
Since it is formed at a low temperature of 0 ° C. or less, it contains a large number of hydrogen atoms that terminate or inactivate defects in crystal grain boundaries or grains, and its preferable hydrogen content is in the range of 2 to 30 atomic%. Preferably, it is in the range of 4 to 20 atomic%.
【００１５】シリコン系薄膜光電変換層１０５に含まれ
る結晶粒の多くは、下地層から上方に柱状に延びて成長
している。それらの多くの結晶粒は膜面に平行に（１１
０）の優先結晶配向面を有し、Ｘ線回折で求めた（２２
０）回折ピークに対する（１１１）回折ピークの強度比
が１／５以下であることが好ましく、１／１０以下であ
ることがより好ましい。Most of the crystal grains contained in the silicon-based thin-film photoelectric conversion layer 105 extend upward from the base layer in a columnar shape. Many of these grains are parallel to the film plane (11
0) and had a preferential crystal orientation plane determined by X-ray diffraction (22)
The intensity ratio of the (111) diffraction peak to the 0) diffraction peak is preferably 1/5 or less, more preferably 1/10 or less.
【００１６】光電変換層１０５上には、その下地層１０
４とは逆タイプの導電型半導体層１０６としての微結晶
シリコン系薄膜がプラズマＣＶＤ法によって堆積され
る。この逆導電型微結晶シリコン系薄膜１０６として
は、たとえば導電型決定不純物原子であるボロンが０．
０１原子％以上ドープされたｐ型微結晶シリコン薄膜、
またはリンが０．０１原子％以上ドープされたｎ型微結
晶シリコン薄膜などが用いられ得る。しかし、逆導電型
半導体層１０６についてのこれらの条件は限定的なもの
ではなく、不純物原子としてはたとえばｐ型微結晶シリ
コンにおいてはアルミニウム等でもよく、また微結晶シ
リコンカーバイドや微結晶シリコンゲルマニウム等の合
金材料の膜を用いてもよい。なお、逆導電型微結晶シリ
コン系薄膜１０６の厚さは３〜１００ｎｍの範囲内に設
定され、より好ましくは５〜５０ｎｍの範囲内に設定さ
れる。On the photoelectric conversion layer 105, the underlying layer 10
A microcrystalline silicon-based thin film as a conductive semiconductor layer 106 of the type opposite to that of No. 4 is deposited by a plasma CVD method. As the reverse conductivity type microcrystalline silicon-based thin film 106, for example, boron, which is a conductivity type determining impurity atom, is contained in a concentration of 0.1%.
A p-type microcrystalline silicon thin film doped with at least 01 atomic%,
Alternatively, an n-type microcrystalline silicon thin film doped with 0.01 atomic% or more of phosphorus may be used. However, these conditions for the opposite conductivity type semiconductor layer 106 are not limited. For example, aluminum or the like may be used as impurity atoms in p-type microcrystalline silicon, or microcrystalline silicon carbide or microcrystalline silicon germanium. A film of an alloy material may be used. The thickness of the opposite conductivity type microcrystalline silicon-based thin film 106 is set in the range of 3 to 100 nm, and more preferably in the range of 5 to 50 nm.
【００１７】光電変換ユニット１１１上には、ＩＴＯ、
ＳｎＯ2 、ＺｎＯ等から選択された少なくとも１以上の
層からなる透明導電性酸化膜が形成され、さらにこの上
にグリッド電極としてＡｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔ等
から選択された少なくとも１以上の金属またはこれらの
合金の層を含む櫛形状の金属電極１０８がスパッタ法ま
たは蒸着法により形成され、これによって図１に示され
ているような光電変換装置が完成する。On the photoelectric conversion unit 111, ITO,
A transparent conductive oxide film composed of at least one layer selected from SnO 2 , ZnO or the like is formed, and a grid electrode formed on the transparent conductive oxide film is formed of at least one selected from Al, Ag, Au, Cu, Pt, and the like. A comb-shaped metal electrode 108 including a metal or an alloy thereof is formed by a sputtering method or a vapor deposition method, whereby the photoelectric conversion device as shown in FIG. 1 is completed.
【００１８】図３は、本発明の第２の実施の形態による
シリコン系薄膜光電変換装置を模式的な斜視図で図解し
ている。図３の光電変換装置においては、図１の場合と
同様に基板３０１上に裏面電極３１０が形成されるが、
裏面電極３１０上には、１導電型微結晶シリコン系薄膜
３０４ａがプラズマＣＶＤ法で堆積された後に同一導電
型の非晶質シリコン系薄膜３０４ｂがプラズマＣＶＤ法
で堆積される。FIG. 3 is a schematic perspective view illustrating a silicon-based thin-film photoelectric conversion device according to a second embodiment of the present invention. In the photoelectric conversion device of FIG. 3, a back electrode 310 is formed on a substrate 301 as in the case of FIG.
On the back electrode 310, a one-conductivity-type microcrystalline silicon-based thin film 304a is deposited by a plasma CVD method, and then an amorphous silicon-based thin film 304b of the same conductivity type is deposited by a plasma CVD method.
【００１９】１導電型微結晶シリコン系薄膜３０４ａと
しては、たとえば導電型系不純物原子であるリンが０．
０１原子％以上ドープされたｎ型微結晶シリコン薄膜、
またはボロンが０．０１原子％以上ドープされたｐ型微
結晶シリコン薄膜などが用いられ得る。しかし、１導電
型微結晶シリコン層３０４ａについてのこれらの条件は
限定的なものではなく、不純物原子としてはたとえばｐ
型微結晶シリコンにおいてはアルミニウム等でもよく、
また微結晶シリコンカーバイドや微結晶シリコンゲルマ
ニウム等の合金材料の膜を用いてもよい。１導電型微結
晶シリコン系薄膜３０４ａの厚さは３〜１００ｎｍの範
囲内に設定され、より好ましくは５〜５０ｎｍの範囲内
に設定される。As the one-conductivity-type microcrystalline silicon-based thin film 304a, for example, phosphorus, which is a conductivity-type impurity atom, is contained in an amount of 0.1.
An n-type microcrystalline silicon thin film doped with at least 01 atomic%,
Alternatively, a p-type microcrystalline silicon thin film doped with 0.01 atomic% or more of boron may be used. However, these conditions for the one-conductivity-type microcrystalline silicon layer 304a are not limited.
Aluminum may be used in the type microcrystalline silicon,
Alternatively, a film of an alloy material such as microcrystalline silicon carbide or microcrystalline silicon germanium may be used. The thickness of the one-conductivity-type microcrystalline silicon-based thin film 304a is set in the range of 3 to 100 nm, and more preferably, in the range of 5 to 50 nm.
【００２０】１導電型微結晶シリコン薄膜３０４ａ上に
は、非晶質シリコン系薄膜３０４ｂ、光電変換層３０
５、逆導電型半導体層３０６、透明前面電極３０７、お
よび櫛形状金属電極３０８が、図１中のそれぞれ対応す
る要素１０４〜１０８と同様に形成され、これによって
第２の実施の形態による図３の光電変換装置が完成す
る。On the one conductivity type microcrystalline silicon thin film 304a, an amorphous silicon based thin film 304b and the photoelectric conversion layer 30 are formed.
5, the opposite conductivity type semiconductor layer 306, the transparent front electrode 307, and the comb-shaped metal electrode 308 are formed in the same manner as the corresponding elements 104 to 108 in FIG. Is completed.
【００２１】図５は、本発明の第３の実施の形態による
タンデム型シリコン系薄膜光電変換装置を模式的な斜視
図で図解している。図５のタンデム型光電変換装置にお
いては、図１の場合と同様に基板５０１上の複数の半導
体層５０２〜５０６が、図１の基板１０１上の複数の半
導体層１０２〜１０６に対応して同様に形成される。FIG. 5 is a schematic perspective view illustrating a tandem silicon-based thin film photoelectric conversion device according to a third embodiment of the present invention. In the tandem-type photoelectric conversion device of FIG. 5, the plurality of semiconductor layers 502 to 506 on the substrate 501 are similar to the plurality of semiconductor layers 102 to 106 on the substrate 101 of FIG. Formed.
【００２２】しかし、図５のタンデム型光電変換装置に
おいては、第１の光電変換ユニット５１１上に重ねて第
２の光電変換ユニット５１２がさらに形成される。第２
の光電変換ユニット５１２は、第１の光電変換ユニット
５１１上に順次積層された１導電型の微結晶または非晶
質のシリコン系薄膜５１３、実質的に真正半導体である
非晶質シリコン系薄膜光電変換層５１４、および逆導電
型の微結晶または非晶質のシリコン系薄膜５１５を含ん
でる。However, in the tandem photoelectric conversion device of FIG. 5, a second photoelectric conversion unit 512 is further formed on the first photoelectric conversion unit 511. Second
Is a microcrystalline or amorphous silicon-based thin film 513 of one conductivity type sequentially stacked on the first photoelectric conversion unit 511, and an amorphous silicon-based thin film photoelectric It includes a conversion layer 514 and a microcrystalline or amorphous silicon-based thin film 515 of the opposite conductivity type.
【００２３】第２の光電変換ユニット５１２上には、前
面透明電極５０７および櫛形状金属電極５０８が図１中
の対応する要素１０７および１０８と同様に形成され、
これによって図５のタンデム型光電変換装置が完成す
る。On the second photoelectric conversion unit 512, a front transparent electrode 507 and a comb-shaped metal electrode 508 are formed similarly to the corresponding elements 107 and 108 in FIG.
Thereby, the tandem photoelectric conversion device of FIG. 5 is completed.
【００２４】[0024]
【実施例】以下において、本発明のいくつかの実施例に
よるシリコン系薄膜光電変換装置としてのシリコン系薄
膜太陽電池が、比較例による太陽電池とともに説明され
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a silicon-based thin-film solar cell as a silicon-based thin-film photoelectric conversion device according to some embodiments of the present invention will be described together with a solar cell according to a comparative example.
【００２５】（比較例１）図２に示されているような多
結晶シリコン薄膜太陽電池が、比較例１として作製され
た。まず、ガラス基板２０１上に、裏面電極２１０とし
て、厚さ３００ｎｍのＡｇ膜２０２とその上の厚さ１０
０ｎｍのＺｎＯ膜２０３のそれぞれがスパッタ法にて形
成された。裏面電極２１０上には、厚さ３０ｎｍでリン
ドープされたｎ型微結晶シリコン層２０４、厚さ３μｍ
でノンドープの多結晶シリコン光電変換層２０５、およ
び厚さ１５ｎｍでボロンドープされたｐ型微結晶シリコ
ン層２０６がそれぞれプラズマＣＶＤ法により成膜さ
れ、ｎｉｐ光電変換ユニット２１１が形成された。光電
変換ユニット２１１上には、前面電極２０７として、厚
さ８０ｎｍの透明導電性ＩＴＯ膜がスパッタ法にて堆積
され、その上に電流取出のための櫛形Ａｇ電極２０８が
蒸着法にて形成された。(Comparative Example 1) A polycrystalline silicon thin film solar cell as shown in FIG. First, an Ag film 202 having a thickness of 300 nm and a thickness of 10
Each of the 0 nm ZnO films 203 was formed by a sputtering method. On the back electrode 210, an n-type microcrystalline silicon layer 204 doped with phosphorus and having a thickness of 30 nm, a thickness of 3 μm
Then, a non-doped polycrystalline silicon photoelectric conversion layer 205 and a 15-nm-thick boron-doped p-type microcrystalline silicon layer 206 were each formed by a plasma CVD method, whereby a nip photoelectric conversion unit 211 was formed. On the photoelectric conversion unit 211, a transparent conductive ITO film having a thickness of 80 nm was deposited as a front electrode 207 by a sputtering method, and a comb-shaped Ag electrode 208 for extracting a current was formed thereon by a vapor deposition method. .
【００２６】ｎ型微結晶シリコン層２０４は、ＲＦプラ
ズマＣＶＤ法により、以下に示す条件にて堆積された。
すなわち、反応ガスの流量としてはシランが５ｓｃｃ
ｍ、水素が２００ｓｃｃｍ、そしてホスフィンが０．０
５ｓｃｃｍであり、反応室内圧力は１Ｔｏｒｒに設定さ
れた。また、ＲＦパワー密度は１５０ｍＷ／ｃｍ2 であ
り、成膜速度は２００℃であった。これと同一の成膜条
件でガラス基板上に直接堆積した厚さ３００ｎｍのｎ型
微結晶シリコン膜の暗導電率は、１０Ｓ／ｃｍであっ
た。さらに、このｎ型微結晶シリコン層２０４上に形成
される多結晶シリコン光電変換層２０５は、成膜温度３
００℃のもとでＲＦプラズマＣＶＤ法により堆積され
た。多結晶シリコン光電変換層２０５において、２次イ
オン質量分析法から求めた水素含有量は５原子％であ
り、Ｘ線回折における（２２０）回折ピークに対する
（１１１）回折ピークの強度比は１／４であった。The n-type microcrystalline silicon layer 204 was deposited by RF plasma CVD under the following conditions.
That is, the flow rate of the reaction gas is 5 s
m, 200 sccm of hydrogen, and 0.0 of phosphine
5 sccm, and the pressure in the reaction chamber was set to 1 Torr. The RF power density was 150 mW / cm 2 , and the deposition rate was 200 ° C. The dark conductivity of a 300 nm thick n-type microcrystalline silicon film directly deposited on a glass substrate under the same film forming conditions was 10 S / cm. Further, the polycrystalline silicon photoelectric conversion layer 205 formed on the n-type microcrystalline silicon layer 204 has a film forming temperature of 3
It was deposited by RF plasma CVD at 00 ° C. In the polycrystalline silicon photoelectric conversion layer 205, the hydrogen content determined by secondary ion mass spectrometry was 5 atomic%, and the intensity ratio of the (111) diffraction peak to the (220) diffraction peak in X-ray diffraction was 1/4. Met.
【００２７】この比較例１の太陽電池に入射光２０９と
してＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ2 の光量で照射
したときの出力特性においては、開放端電圧が０．４６
１Ｖ、短絡電流密度が２６．８ｍＡ／ｃｍ2 、曲線因子
が７４．５％、そして変換効率が９．２％であった。In the output characteristics when the solar cell of Comparative Example 1 was irradiated with the light of AM 1.5 as the incident light 209 at a light quantity of 100 mW / cm 2 , the open-circuit voltage was 0.46.
At 1 V, the short-circuit current density was 26.8 mA / cm 2 , the fill factor was 74.5%, and the conversion efficiency was 9.2%.
【００２８】（実施例１）図１の第１の実施の形態に対
応して、実施例１としての多結晶シリコン薄膜太陽電池
が作製された。この実施例１の太陽電池は、ｎ型微結晶
シリコン層２０４の代わりに厚さ３０ｎｍのｎ型非晶質
シリコン層１０４を含んでいることのみにおいて比較例
１の太陽電池と異なっている。すなわち、実施例１によ
る図１の太陽電池中の要素１０１〜１０３および１０５
〜１０８は、比較例１による図２の太陽電池中の要素２
０１〜２０３および２０５〜２０８のそれぞれに対応し
た同じ方法と条件によって形成されたものである。(Example 1) A polycrystalline silicon thin-film solar cell as Example 1 was manufactured corresponding to the first embodiment of FIG. The solar cell according to the first embodiment is different from the solar cell according to the first comparative example only in including the n-type amorphous silicon layer 104 having a thickness of 30 nm instead of the n-type microcrystalline silicon layer 204. That is, the elements 101 to 103 and 105 in the solar cell of FIG.
To 108 are elements 2 in the solar cell of FIG.
It is formed by the same method and conditions corresponding to 01 to 203 and 205 to 208, respectively.
【００２９】図１中のｎ型非晶質シリコン層１０４は、
ＲＦプラズマＣＶＤ法により、以下に示す条件にて堆積
された。すなわち、反応ガスの流量としては、シランが
１０ｓｃｃｍ、水素が１０ｓｃｃｍ、そしてホスフィン
が０．０５ｓｃｃｍであり、反応室内圧力は１Ｔｏｒｒ
に設定された。ＲＦパワー密度は１５ｍＷ／ｃｍ2 であ
り、成膜温度は１５０℃であった。これと同一の成膜条
件でガラス基板上に直接堆積した厚さ３００ｎｍのｎ型
非晶質シリコン膜の暗導電率は５×１０-6Ｓ／ｃｍであ
った。このｎ型非晶質シリコンの下地層１０４上に形成
された多結晶シリコン光電変換層１０５において、２次
イオン質量分析法から求めた水素含有量は比較例１とほ
ぼ同じ５原子％であったが、Ｘ線回折における（２２
０）回折ピークに対する（１１１）回折ピークの強度比
は１／９に減少した。The n-type amorphous silicon layer 104 in FIG.
It was deposited under the following conditions by RF plasma CVD. That is, the flow rate of the reaction gas is 10 sccm for silane, 10 sccm for hydrogen, and 0.05 sccm for phosphine, and the pressure in the reaction chamber is 1 Torr.
Was set to The RF power density was 15 mW / cm 2 and the film formation temperature was 150 ° C. The dark conductivity of the 300 nm thick n-type amorphous silicon film directly deposited on the glass substrate under the same film forming conditions was 5 × 10 −6 S / cm. In the polycrystalline silicon photoelectric conversion layer 105 formed on the n-type amorphous silicon underlayer 104, the hydrogen content determined by the secondary ion mass spectrometry was 5 atomic%, which was almost the same as that in Comparative Example 1. Is (22) in X-ray diffraction.
0) The intensity ratio of the (111) diffraction peak to the diffraction peak was reduced to 1/9.
【００３０】このような実施例１の太陽電池に入射光１
０９としてＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ2 の光量
で照射したときの出力特性においては、開放端電圧が
０．５４０Ｖ、短絡電流密度が２７．０ｍＡ／ｃｍ2 、
曲線因子が６４．８％、そして変換効率が９．４％であ
った。The incident light 1 is applied to the solar cell of the first embodiment.
As for the output characteristics when the light of AM1.5 is irradiated at a light quantity of 100 mW / cm 2 as an open-circuit voltage of 09, the open-circuit voltage is 0.540 V, the short-circuit current density is 27.0 mA / cm 2 ,
The fill factor was 64.8% and the conversion efficiency was 9.4%.
【００３１】（実施例２）図３の第２の実施の形態に対
応して、実施例２としての多結晶シリコン薄膜太陽電池
が作製された。この実施例２の太陽電池は、ｎ型微結晶
シリコン層２０４の代わりに厚さ３０ｎｍのｎ型微結晶
シリコン層３０４ａとその上に積層された厚さ５ｎｍの
ｎ型非晶質シリコン層３０４ｂを含んでいることのみに
おいて比較例１の太陽電池と異なっている。すなわち、
実施例２による図３の太陽電池中の要素３０１〜３０３
および３０５〜３０８は、比較例１による図２の太陽電
池中の要素２０１〜２０３および２０５〜２０８のそれ
ぞれに対応した同じ方法と条件によって形成されたもの
である。(Example 2) A polycrystalline silicon thin-film solar cell as Example 2 was manufactured corresponding to the second embodiment of FIG. The solar cell of Example 2 includes an n-type microcrystalline silicon layer 304a having a thickness of 30 nm and an n-type amorphous silicon layer 304b having a thickness of 5 nm laminated thereon instead of the n-type microcrystalline silicon layer 204. It differs from the solar cell of Comparative Example 1 only in that it contains. That is,
Elements 301-303 in the solar cell of FIG. 3 according to Example 2.
And 305 to 308 are formed by the same method and conditions corresponding to the elements 201 to 203 and 205 to 208 in the solar cell of FIG.
【００３２】この実施例２におけるｎ型微結晶シリコン
層３０４ａおよびｎ型非晶質シリコン層３０４ｂは、そ
れぞれ、比較例１のｎ型微結晶シリコン層２０４および
実施例１のｎ型非晶質シリコン層１０４と同様に成膜さ
れた。このｎ型非晶質シリコン層３０４ｂ上に形成され
た多結晶シリコン光電変換層３０５についてのＸ線回折
における（２２０）回折ピークに対する（１１１）回折
ピークの強度比は１／１２であった。The n-type microcrystalline silicon layer 304a and the n-type amorphous silicon layer 304b in the second embodiment are the n-type microcrystalline silicon layer 204 of the comparative example 1 and the n-type amorphous silicon layer of the first embodiment, respectively. A film was formed in a manner similar to that of the layer 104. In the polycrystalline silicon photoelectric conversion layer 305 formed on the n-type amorphous silicon layer 304b, the intensity ratio of the (111) diffraction peak to the (220) diffraction peak in X-ray diffraction was 1/12.
【００３３】このような実施例２の太陽電池に入射光３
０９としてＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ2 の光量
で照射したときの出力特性においては、開放端電圧が
０．５４４Ｖ、短絡電流密度が２７．２ｍＡ／ｃｍ2 、
曲線因子が７４．４％、そして変換効率が１１．０％で
あった。The incident light 3 is applied to the solar cell of the second embodiment.
As for the output characteristics when the light of AM1.5 is irradiated at a light amount of 100 mW / cm 2 as an open-circuit voltage of 09, the open-circuit voltage is 0.544 V, the short-circuit current density is 27.2 mA / cm 2 ,
The fill factor was 74.4% and the conversion efficiency was 11.0%.
【００３４】（比較例１、実施例１および実施例２の比
較）実施例１と比較例１とを比べれば明らかなように、
実施例１では太陽電池出力特性の中で開放端電圧が０．
５４０Ｖであって、比較例１の０．４６１Ｖに比べて顕
著に高くなっている。これは、実施例１においてｎ型非
晶質シリコン層１０４を下地としているので、その上の
光電変換層１０５の成長初期において発生する結晶核密
度が適度に抑制され、結晶粒界や粒内欠陥が少なくて結
晶配向軸の揃った良質の光電変換層１０５が得られたこ
とによる。このことは、光電変換層１０５についてのＸ
線回折における（２２０）回折ピークに対する（１１
１）回折ピークの強度比が１／９のように小さな値であ
ることによって裏付けられている。また、比較例１で
は、ｎ型微結晶シリコン層２０４と光電変換層２０５と
が実質的に結晶材料同士の接合を形成しているのに対し
て、実施例１では非晶質層１０４と結晶質層１０５との
ヘテロ接合を形成しているので、このヘテロ接合も開放
端電圧を向上させるように作用している。(Comparison of Comparative Example 1, Example 1 and Example 2) As is clear from comparison between Example 1 and Comparative Example 1,
In the first embodiment, among the output characteristics of the solar cell, the open-circuit voltage is equal to 0.
540 V, which is significantly higher than 0.461 V in Comparative Example 1. This is because the n-type amorphous silicon layer 104 is used as a base in the first embodiment, so that the crystal nucleus density generated in the initial stage of the growth of the photoelectric conversion layer 105 thereon is appropriately suppressed, and crystal grain boundaries and intragranular defects are formed. This is because a high-quality photoelectric conversion layer 105 having a small crystal orientation axis and uniform crystal orientation axis was obtained. This means that X for the photoelectric conversion layer 105
(11) for the (220) diffraction peak in line diffraction
1) This is supported by the fact that the intensity ratio of the diffraction peak is as small as 1/9. In Comparative Example 1, the n-type microcrystalline silicon layer 204 and the photoelectric conversion layer 205 substantially form a junction between crystalline materials. Since the heterojunction with the quality layer 105 is formed, this heterojunction also acts to improve the open-circuit voltage.
【００３５】他方、実施例１においては、低導電率のｎ
型非晶質シリコン層１０４が比較例１におけるｎ型微結
晶シリコン層２０４と同じ膜厚を有しているので直列抵
抗が大きくなって、曲線因子が比較例１の７４．５％に
比べて６４．８％に低下している。その結果、開放端電
圧の向上の効果が曲線因子の低下の効果によって相殺さ
れてしまい、実施例１の変換効率９．４％と比較例１の
変換効率９．２％との間には、わずかな改善しかみられ
ない。On the other hand, in the first embodiment, the low conductivity n
Since the amorphous silicon layer 104 has the same thickness as the n-type microcrystalline silicon layer 204 in Comparative Example 1, the series resistance is increased, and the fill factor is 74.5% as compared with that in Comparative Example 1. It has dropped to 64.8%. As a result, the effect of increasing the open-circuit voltage is offset by the effect of decreasing the fill factor, and between the conversion efficiency of 9.4% in Example 1 and 9.2% in Comparative Example 1, There is only a slight improvement.
【００３６】実施例２は、このような実施例１の出力特
性をさらに改善したものである。すなわち、実施例２に
おいては、実施例１の比較的厚い非晶質シリコン層２０
４の代わりとして、高導電率のｎ型微結晶シリコン層３
０４ａを堆積した後に膜厚の薄いｎ型非晶質シリコン層
３０４ｂが堆積されているので、直列抵抗の増大が抑制
されて比較例１の場合とほぼ同等の曲線因子７４．４％
が維持されている。しかも、実施例２においては、光電
変換層３０５がｎ型非晶質シリコン層３０４ｂ上に堆積
されているので、実施例１の場合と同様の効果によって
同様の高い開放端電圧０．５４４Ｖが得られ、その結果
として１１．０％の高い光電変換効率が得られている。The second embodiment is a further improvement of the output characteristics of the first embodiment. That is, in the second embodiment, the relatively thick amorphous silicon layer 20 of the first embodiment is used.
4, a high conductivity n-type microcrystalline silicon layer 3
Since the thin n-type amorphous silicon layer 304b is deposited after the deposition of the semiconductor layer 04a, the increase in the series resistance is suppressed, and the fill factor is approximately the same as that of the comparative example 7 of 74.4%.
Is maintained. Moreover, in the second embodiment, since the photoelectric conversion layer 305 is deposited on the n-type amorphous silicon layer 304b, a similar high open-circuit voltage of 0.544 V is obtained by the same effect as in the first embodiment. As a result, a high photoelectric conversion efficiency of 11.0% is obtained.
【００３７】（比較例２）図４に示されているようなタ
ンデム型太陽電池が比較例２として作製された。この比
較例２の太陽電池においては、要素４０１〜４０６が比
較例１の対応する要素２０１〜２０６と同様に形成され
た。しかし、この比較例２においては、第１の光電変換
ユニット４１１上に、さらに非晶質シリコン光電変換ユ
ニット４１２が積層された。この第２の光電変換ユニッ
ト４１２は、それぞれが非晶質のｎ層４１３、ｉ層４１
４、およびｐ層４１５を含んでいる。非晶質光電変換層
４１４の厚さは、０．４μｍにされた。このような第２
の光電変換セル４１２上に前面透明電極４０７および櫛
形金属電極４０８を比較例１の対応する要素２０７およ
び２０８と同様に形成することによって、図４に示され
ているような比較例２のタンデム型太陽電池が作製され
た。Comparative Example 2 A tandem type solar cell as shown in FIG. In the solar cell of Comparative Example 2, the elements 401 to 406 were formed in the same manner as the corresponding elements 201 to 206 of Comparative Example 1. However, in Comparative Example 2, an amorphous silicon photoelectric conversion unit 412 was further laminated on the first photoelectric conversion unit 411. The second photoelectric conversion unit 412 includes an n-layer 413 and an i-layer 41, each of which is amorphous.
4 and a p-layer 415. The thickness of the amorphous photoelectric conversion layer 414 was set to 0.4 μm. Such a second
By forming a front transparent electrode 407 and a comb-shaped metal electrode 408 on the photoelectric conversion cell 412 of the same manner as the corresponding elements 207 and 208 of the comparative example 1, the tandem type of the comparative example 2 as shown in FIG. A solar cell was made.
【００３８】このような比較例２による非晶質シリコン
薄膜／多結晶シリコン薄膜型のタンデム型太陽電池に対
して入射光４０９としてＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／
ｃｍ 2 の光量で照射したときの出力特性においては、開
放端電圧が１．３４Ｖ、短絡電流密度が１３．３ｍＡ／
ｃｍ2 、曲線因子が７３．３％、そして変換効率が１
３．０％であった。Amorphous silicon according to comparative example 2
For thin film / polycrystalline silicon thin film tandem solar cells
And the incident light 409 is changed to AM1.5 light at 100 mW /
cm TwoOutput characteristics when irradiating with
The discharge voltage is 1.34 V and the short-circuit current density is 13.3 mA /
cmTwo, Fill factor is 73.3%, and conversion efficiency is 1
3.0%.
【００３９】（実施例３）図５の第３の実施の形態に対
応して、実施例３としてタンデム型太陽電池が作製され
た。この実施例３のタンデム型太陽電池においては、そ
の要素５０１〜５０６が、実施例１の対応する要素１０
１〜１０６と同様に形成された。しかし、この実施例３
のタンデム型太陽電池においては、第１の光電変換ユニ
ット５１１上に、図４の比較例２の半導体層４１３〜４
１５と同様の半導体層５１３〜５１５が形成された。す
なわち、実施例３における第２の光電変換ユニット５１
２は、図４の比較例２における非晶質シリコン光電変換
ユニット４１２と同じ条件で形成されている。このよう
な第２の光電変換ユニット５１２上に、さらに前面透明
電極５０７および櫛形金属電極５０８を比較例２の対応
する要素４０７および４０８と同様に形成することによ
って、図５に示されているような実施例３のタンデム型
太陽電池セルが作製された。Example 3 A tandem solar cell was manufactured as Example 3 corresponding to the third embodiment shown in FIG. In the tandem solar cell of the third embodiment, the elements 501 to 506 correspond to the corresponding elements 10 of the first embodiment.
It was formed in the same manner as 1 to 106. However, Example 3
In the tandem-type solar cell of No. 1, the semiconductor layers 413 to 4 of Comparative Example 2 in FIG.
Semiconductor layers 513 to 515 similar to No. 15 were formed. That is, the second photoelectric conversion unit 51 in the third embodiment
2 is formed under the same conditions as the amorphous silicon photoelectric conversion unit 412 in Comparative Example 2 in FIG. By further forming a front transparent electrode 507 and a comb-shaped metal electrode 508 on the second photoelectric conversion unit 512 in the same manner as the corresponding elements 407 and 408 of Comparative Example 2, as shown in FIG. A tandem-type solar cell of Example 3 was produced.
【００４０】この実施例３による非晶質シリコン薄膜／
多結晶シリコン薄膜型のタンデム型太陽電池に対して入
射光５０９としてＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ2
の光量で照射したときの出力特性としては、開放端電圧
が１．４２Ｖ、短絡電流密度が１３．５ｍＡ／ｃｍ2 、
曲線因子が７３．１％、そして変換効率が１４．０％で
あった。The amorphous silicon thin film according to the third embodiment /
An AM1.5 light of 100 mW / cm 2 as incident light 509 was applied to a polycrystalline silicon thin film tandem solar cell.
The output characteristics when irradiating with an amount of light of 1.44 V, short-circuit current density of 13.5 mA / cm 2 ,
The fill factor was 73.1% and the conversion efficiency was 14.0%.
【００４１】（比較例２と実施例３の比較）比較例１と
実施例１との比較において述べたように、単一の光電変
換ユニット１１１を含む実施例１の多結晶シリコン薄膜
太陽電池においては、開放端電圧の向上の効果が曲線因
子の低下の効果によって相殺されたために、変換効率に
は大きな改善がみられなかった。しかし、非晶質シリコ
ン光電変換ユニット５１２を含む実施例３のタンデム型
太陽電池においては、光電変換効率が１４．０％であっ
て、比較例２の光電変換効率１３．０％に比べてかなり
高くなっている。これは、タンデム化によって第１光電
変換ユニット５１１の低曲線因子の影響を少なくできる
ことによるものである。すなわち、曲線因子が低くても
開放端電圧が高い実施例１のような薄膜多結晶シリコン
太陽電池であっても、非晶質シリコン系光電変換ユニッ
トと組合せてタンデム化することによって、優れた光電
変換効率を得ることができる。(Comparison between Comparative Example 2 and Example 3) As described in the comparison between Comparative Example 1 and Example 1, in the polycrystalline silicon thin film solar cell of Example 1 including a single photoelectric conversion unit 111, No significant improvement was seen in the conversion efficiency because the effect of increasing the open-circuit voltage was offset by the effect of decreasing the fill factor. However, in the tandem solar cell of Example 3 including the amorphous silicon photoelectric conversion unit 512, the photoelectric conversion efficiency is 14.0%, which is considerably higher than the photoelectric conversion efficiency of Comparative Example 2 of 13.0%. Is getting higher. This is because the effect of the low fill factor of the first photoelectric conversion unit 511 can be reduced by tandem. That is, even in the case of the thin-film polycrystalline silicon solar cell as in Example 1 having a low fill factor and a high open-circuit voltage, an excellent photoelectric conversion can be achieved by tandem in combination with an amorphous silicon-based photoelectric conversion unit. Conversion efficiency can be obtained.
【００４２】[0042]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、結晶質
を含むシリコン系光電変換層を高品質化することがで
き、それによってシリコン系薄膜光電変換装置の高性能
化に大きく貢献することができる。As described above, according to the present invention, it is possible to improve the quality of a crystalline silicon-based photoelectric conversion layer, thereby greatly contributing to higher performance of a silicon-based thin-film photoelectric conversion device. be able to.
【図１】本発明の第１の実施の形態による結晶質シリコ
ン系薄膜光電変換装置を示す模式的な斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view showing a crystalline silicon-based thin film photoelectric conversion device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】先行技術による比較例１としての結晶質シリコ
ン系薄膜光電変換装置を示す模式的な斜視図である。FIG. 2 is a schematic perspective view showing a crystalline silicon-based thin film photoelectric conversion device as Comparative Example 1 according to the prior art.
【図３】本発明の第２の実施の形態による結晶質シリコ
ン系薄膜光電変換装置を示す模式的な斜視図である。FIG. 3 is a schematic perspective view showing a crystalline silicon-based thin film photoelectric conversion device according to a second embodiment of the present invention.
【図４】先行技術による比較例２としての非晶質シリコ
ン薄膜／結晶質シリコン薄膜型のタンデム型光電変換装
置を示す模式的な斜視図である。FIG. 4 is a schematic perspective view showing an amorphous silicon thin film / crystalline silicon thin film type tandem photoelectric conversion device as Comparative Example 2 according to the prior art.
【図５】本発明の第３の実施の形態による非晶質シリコ
ン薄膜／結晶質シリコン薄膜型のタンデム型光電変換装
置を示す模式的な斜視図である。FIG. 5 is a schematic perspective view showing an amorphous silicon thin film / crystalline silicon thin film type tandem photoelectric conversion device according to a third embodiment of the present invention.
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１：ガラス等の
基板 １０２、２０２、３０２、４０２、５０２：Ａｇ等の膜 １０３、２０３、３０３、４０３、５０３：ＺｎＯ等の
膜 ２０４、３０４ａ、４０４：たとえばｎ型の１導電型微
結晶シリコン層 １０４、３０４ｂ、５０４：たとえばｎ型の１導電型非
晶質シリコン層 １０５、２０５、３０５、４０５、５０５：結晶質シリ
コン光電変換層 １０６、２０６、３０６、４０６、５０６：たとえばｐ
型の逆導電型微結晶シリコン層 １０７、２０７、３０７、４０７、５０７：ＩＴＯ等の
透明導電膜 １０８、２０８、３０８、４０８、５０８：Ａｇ等の櫛
形電極 １０９、２０９、３０９、４０９、５０９：照射光 １１０、２１０、３１０、４１０、５１０：裏面電極 １１１、２１１、３１１、４１１、５１１：結晶質シリ
コン光電変換ユニット ４１２、５１２：非晶質シリコン光電変換ユニット101, 201, 301, 401, 501: Substrate made of glass or the like 102, 202, 302, 402, 502: Film made of Ag or the like 103, 203, 303, 403, 503: Film made of ZnO or the like 204, 304a, 404: For example, n -Type one-conductivity-type microcrystalline silicon layer 104, 304b, 504: n-type one-conductivity-type amorphous silicon layer 105, 205, 305, 405, 505: crystalline silicon photoelectric conversion layer 106, 206, 306, 406 , 506: For example, p
Type conductive microcrystalline silicon layers 107, 207, 307, 407, 507: transparent conductive films 108, 208, 308, 408, 508 such as ITO: comb-shaped electrodes 109, 209, 309, 409, 509: Irradiation light 110, 210, 310, 410, 510: back electrode 111, 211, 311, 411, 511: crystalline silicon photoelectric conversion unit 412, 512: amorphous silicon photoelectric conversion unit
Claims (5)
電変換ユニットを含み、 前記光電変換ユニットは、プラズマＣＶＤ法によって順
次積層された１導電型半導体層と、結晶質を含むシリコ
ン系薄膜光電変換層と、逆導電型半導体層とを含み、 前記１導電型半導体層は、０．０１原子％以上の導電型
決定不純物原子を含む非晶質シリコン系薄膜を含みかつ
この非晶質シリコン系薄膜が前記光電変換層と直接接し
ていることを特徴とするシリコン系薄膜光電変換装置。1. A photoelectric conversion unit comprising at least one photoelectric conversion unit formed on a substrate, wherein the photoelectric conversion unit includes a one-conductivity-type semiconductor layer sequentially stacked by a plasma CVD method, and a silicon-based thin-film photoelectric conversion including crystalline material. And a semiconductor layer of opposite conductivity type, wherein the one conductivity type semiconductor layer includes an amorphous silicon-based thin film containing 0.01 at% or more of impurity atoms for determining conductivity type, and the amorphous silicon-based thin film Is in direct contact with the photoelectric conversion layer.
さが１〜５０ｎｍの範囲内にあることを特徴とする請求
項１に記載のシリコン系薄膜光電変換装置。2. The silicon-based thin-film photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the thickness of the one-conductivity-type amorphous silicon-based thin film is in a range of 1 to 50 nm.
度のもとで形成されたものであり、８０％以上の体積結
晶化分率と、２〜３０原子％の範囲内の水素含有量と、
０．５〜２０μｍの範囲内の厚さとを有していることを
特徴とする請求項１または２に記載のシリコン系薄膜光
電変換装置。3. The photoelectric conversion layer is formed under a base temperature of 400 ° C. or less, and has a volume crystallization fraction of 80% or more and a hydrogen content of 2 to 30 at%. When,
The silicon-based thin-film photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the thickness of the silicon-based thin-film photoelectric conversion device is in the range of 0.5 to 20 μm.
１０）の優先結晶配向面を有し、そのＸ線回折における
（２２０）回折ピークに対する（１１１）回折ピークの
強度比が１／５以下であることを特徴とする請求項１か
ら３のいずれかの項に記載のシリコン系薄膜光電変換装
置。4. The photoelectric conversion layer according to claim 1, wherein said photoelectric conversion layer is parallel to said film surface.
4. The method according to claim 1, wherein the crystal has a preferential crystal orientation plane of (10), and the intensity ratio of the (111) diffraction peak to the (220) diffraction peak in X-ray diffraction is 1/5 or less. 4. The silicon-based thin-film photoelectric conversion device according to the item 1.
基板上で前記光電変換ユニット上にさらに積層された非
晶質シリコン系光電変換ユニットを含むタンデム型であ
ることを特徴とする請求項１から４のいずれかの項に記
載のシリコン系薄膜光電変換装置。5. The silicon-based thin-film photoelectric conversion device is a tandem type including an amorphous silicon-based photoelectric conversion unit further stacked on the photoelectric conversion unit on the substrate. 5. The silicon-based thin-film photoelectric conversion device according to any one of the above items 4.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09994497A JP4033517B2 (en) | 1997-04-17 | 1997-04-17 | Silicon-based thin film photoelectric conversion device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09994497A JP4033517B2 (en) | 1997-04-17 | 1997-04-17 | Silicon-based thin film photoelectric conversion device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10294482A true JPH10294482A (en) | 1998-11-04 |
| JP4033517B2 JP4033517B2 (en) | 2008-01-16 |
Family
ID=14260828
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09994497A Expired - Lifetime JP4033517B2 (en) | 1997-04-17 | 1997-04-17 | Silicon-based thin film photoelectric conversion device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4033517B2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002057359A (en) * | 2000-06-01 | 2002-02-22 | Sharp Corp | Laminated solar battery |
| WO2008146693A1 (en) * | 2007-05-23 | 2008-12-04 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Oxide transparent electroconductive film, and photoelectric conversion element and photodetection element using the oxide transparent electroconductive film |
| WO2010044378A1 (en) | 2008-10-14 | 2010-04-22 | 株式会社カネカ | Silicon thin film solar cell and method for manufacturing same |
| US8203071B2 (en) | 2007-01-18 | 2012-06-19 | Applied Materials, Inc. | Multi-junction solar cells and methods and apparatuses for forming the same |
| US8575472B2 (en) | 2009-12-15 | 2013-11-05 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Photoelectric conversion device and method for producing same |
-
1997
- 1997-04-17 JP JP09994497A patent/JP4033517B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002057359A (en) * | 2000-06-01 | 2002-02-22 | Sharp Corp | Laminated solar battery |
| US8203071B2 (en) | 2007-01-18 | 2012-06-19 | Applied Materials, Inc. | Multi-junction solar cells and methods and apparatuses for forming the same |
| WO2008146693A1 (en) * | 2007-05-23 | 2008-12-04 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Oxide transparent electroconductive film, and photoelectric conversion element and photodetection element using the oxide transparent electroconductive film |
| JP5229919B2 (en) * | 2007-05-23 | 2013-07-03 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Photoelectric conversion element and photodetection element using oxide transparent conductive film |
| WO2010044378A1 (en) | 2008-10-14 | 2010-04-22 | 株式会社カネカ | Silicon thin film solar cell and method for manufacturing same |
| US8530267B2 (en) | 2008-10-14 | 2013-09-10 | Kaneka Corporation | Silicon-based thin film solar cell and method for manufacturing same |
| US8575472B2 (en) | 2009-12-15 | 2013-11-05 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Photoelectric conversion device and method for producing same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4033517B2 (en) | 2008-01-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Schropp et al. | Amorphous silicon, microcrystalline silicon, and thin-film polycrystalline silicon solar cells | |
| JP2000252484A (en) | Manufacture of amorphous silicon thin-film photoelectric conversion device | |
| JP3672754B2 (en) | Manufacturing method of silicon-based thin film photoelectric conversion device | |
| JP3792376B2 (en) | Silicon-based thin film photoelectric conversion device | |
| JPH11186574A (en) | Silicon-based thin-film photoelectric converter | |
| JP4033517B2 (en) | Silicon-based thin film photoelectric conversion device | |
| JP4335389B2 (en) | Manufacturing method of silicon-based thin film photoelectric conversion device | |
| JPH1187742A (en) | Silicon-based thin film photoelectric conversion device | |
| JP2000183377A (en) | Manufacture of silicon thin-film optoelectric conversion device | |
| JP3762086B2 (en) | Tandem silicon thin film photoelectric conversion device | |
| JP4038263B2 (en) | Tandem silicon thin film photoelectric conversion device | |
| JP3745076B2 (en) | Tandem silicon thin film photoelectric conversion device | |
| JP3364137B2 (en) | Method for manufacturing silicon-based thin film photoelectric conversion device | |
| JP2000243992A (en) | Manufacture of silicon group thin-film photoelectric converter | |
| JP4335351B2 (en) | Manufacturing method of silicon-based thin film photoelectric conversion device | |
| JP3746607B2 (en) | Manufacturing method of silicon-based thin film photoelectric conversion device | |
| JP2000022182A (en) | Silicon based thin film photoelectric converter | |
| JP3753528B2 (en) | Manufacturing method of silicon-based thin film photoelectric conversion device | |
| JP3933334B2 (en) | Silicon-based thin film photoelectric conversion device and manufacturing method thereof | |
| JP2000252504A (en) | Silicon thin film optoelectric transducer device and manufacture thereof | |
| JP3672750B2 (en) | Manufacturing method of silicon-based thin film photoelectric conversion device | |
| JPH11266027A (en) | Silicon thin-film photoelectric conversion device | |
| JP2001168364A (en) | Method of manufacturing amorphous silicon thin film photoelectric transfer device | |
| JPH11307790A (en) | Silicon-based thin-film photoelectric converter | |
| JP2002280584A (en) | Hybrid thin film photoelectric converter and manufacturing method therefor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050627 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050913 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051003 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060926 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061024 |
|
| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20061130 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20071002 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20071023 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101102 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101102 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111102 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111102 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121102 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131102 Year of fee payment: 6 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131102 Year of fee payment: 6 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |