JP4938960B2 - Method for manufacturing photoelectric conversion device and photoelectric conversion device - Google Patents
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Description
本発明は、光電変換装置の製造方法及び光電変換装置に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a photoelectric conversion device and a photoelectric conversion device.
光電変換装置としては、基板上にシリコン薄膜その他の薄膜を成膜して得られる光電変換素子を利用したものが知られている。
基板上に形成されるシリコン薄膜としては、結晶シリコン薄膜やアモルファスシリコン薄膜、もしくは微結晶シリコン薄膜がある。
これらシリコン薄膜のうち、結晶シリコン薄膜及びアモルファスシリコン薄膜の品質評価については研究が進んでおり、その物性と変換効率との関係が明らかにされつつある。
このため、結晶シリコン薄膜及びアモルファスシリコン薄膜については、実際に光電変換装置に組み込まなくても、その物性に基づいて変換効率を推定することができ、シリコン薄膜を製造した段階で、高効率薄膜と低効率薄膜との選別を行うことができる。
As a photoelectric conversion device, a device using a photoelectric conversion element obtained by forming a silicon thin film or other thin film on a substrate is known.
Examples of the silicon thin film formed on the substrate include a crystalline silicon thin film, an amorphous silicon thin film, and a microcrystalline silicon thin film.
Among these silicon thin films, research on the quality evaluation of crystalline silicon thin films and amorphous silicon thin films is progressing, and the relationship between their physical properties and conversion efficiency is being clarified.
Therefore, for crystalline silicon thin films and amorphous silicon thin films, the conversion efficiency can be estimated based on the physical properties without actually incorporating them into the photoelectric conversion device. Selection from low-efficiency thin films can be performed.
シリコン薄膜の物性に基づいてその性能を検査する手法としては、例えば、後記の特許文献1に記載されているものがある。特許文献1には、結晶シリコン薄膜の品質検査と選別に関する技術として、電子スピン共鳴法によって得られた物性の情報に基づいて結晶シリコン薄膜の品質評価を行う技術が記載されている。
As a method for inspecting the performance based on the physical properties of the silicon thin film, for example, there is one described in
一方、微結晶シリコン薄膜は、アモルファスシリコンのネットワーク中に、微結晶シリコン(μc−Si)と呼ばれる、数nm〜数十nmの結晶粒を生成させたものである。
このような構造から、微結晶シリコン薄膜における物性と変換効率との関係は、結晶シリコン薄膜とアモルファスシリコン薄膜とのどちらとも異なっていると推測される。
また、アモルファス部分はその性質上、複数種類の構造欠陥を有しているので、微結晶シリコン薄膜の物性を測定しても、アモルファス部分の各構造欠陥の影響が重畳的に検出されてしまい測定結果から欠陥を特定することができない可能性がある。
On the other hand, a microcrystalline silicon thin film is obtained by generating crystal grains of several nm to several tens of nm called microcrystalline silicon (μc-Si) in an amorphous silicon network.
From such a structure, it is presumed that the relationship between the physical properties and the conversion efficiency in the microcrystalline silicon thin film is different from both the crystalline silicon thin film and the amorphous silicon thin film.
In addition, because the amorphous part has multiple types of structural defects due to its nature, even if the physical properties of the microcrystalline silicon thin film are measured, the influence of each structural defect in the amorphous part is detected in a superimposed manner. Defects may not be identified from the results.
微結晶シリコンの物性(光学特性)を評価する手法としては、光吸収スペクトルの測定による評価手法があるが、光電変換に用いる微結晶シリコン薄膜は、膜厚が薄すぎてほとんどの光を透過させてしまうので、精度よくスペクトルを測定することが困難である。
また、実際に、微結晶シリコン薄膜について、電子スピン共鳴法を用いてその物性を検査したところ、高効率薄膜と低効率薄膜との間には、結晶シリコン薄膜やアモルファスシリコンにおいてみられるような明確な物性の差を見つけることはできなかった。
As a method for evaluating the physical properties (optical characteristics) of microcrystalline silicon, there is an evaluation method based on measurement of a light absorption spectrum. However, the microcrystalline silicon thin film used for photoelectric conversion is too thin to transmit most of the light. Therefore, it is difficult to accurately measure the spectrum.
In addition, when the physical properties of the microcrystalline silicon thin film were actually inspected using the electron spin resonance method, the clearness between the high efficiency thin film and the low efficiency thin film as seen in the crystalline silicon thin film and amorphous silicon was observed. I could not find any difference in physical properties.
さらに、これ以外の他の手法によって物性を検査しても、その検査結果と変換効率との相関関係が不明確であったり、検査対象の欠陥とは異なる他の欠陥の寄与が大きいなどの理由から、検査結果に基づいて変換効率を適正に評価することは困難であった。 In addition, even if physical properties are inspected by other methods, the correlation between the inspection result and conversion efficiency is unclear, or the contribution of other defects that are different from the defects to be inspected is large. Therefore, it has been difficult to properly evaluate the conversion efficiency based on the inspection result.
微結晶シリコン薄膜は、結晶型シリコン薄膜やアモルファス型シリコン薄膜に比べて新しい技術であるために、他のシリコン薄膜ほどには研究が進んでおらず、その物性と光電変換効率との関係は十分に把握されていない。 Microcrystalline silicon thin film is a new technology compared to crystalline silicon thin film and amorphous silicon thin film, so it has not been studied as much as other silicon thin films, and the relationship between its physical properties and photoelectric conversion efficiency is sufficient. Not grasped.
例えば、微結晶シリコン薄膜は、製膜速度が遅いと高効率薄膜が得られやすく、製膜速度が速いと低効率薄膜が得られやすい、ということが経験的に知られている。しかし、製膜速度が遅い場合にも低効率薄膜ができてしまったり、製膜速度が速い場合にも高効率薄膜ができることがある。
このことから、微結晶シリコン薄膜の変換効率の決定には、製膜速度以外の他の要素も大きく関与していると考えられるが、これまで、その要素を特定することはできなかった。
For example, it is empirically known that a microcrystalline silicon thin film is easy to obtain a high-efficiency thin film when the film-forming speed is low, and a low-efficiency thin film is easy to obtain when the film-forming speed is high. However, a low-efficiency thin film may be formed even when the film forming speed is low, or a high-efficiency thin film may be formed even when the film forming speed is high.
From this, it is considered that other factors other than the film forming speed are greatly involved in the determination of the conversion efficiency of the microcrystalline silicon thin film, but until now it has not been possible to specify that factor.
微結晶シリコン薄膜は、上記の理由から、成膜速度を向上させることができず、またその選別は、選別対象の薄膜に電極を設けて実際に変換効率を測定して、この測定値に基づいて行うほかなかった。
このため、微結晶シリコン薄膜は、他のシリコン薄膜に比べて生産効率及び歩留まりが低く、微結晶シリコン薄膜を用いた光電変換装置はその製造コストが高かった。
The microcrystalline silicon thin film cannot improve the deposition rate for the above reasons, and the selection is based on the measured value obtained by actually measuring the conversion efficiency by providing an electrode on the thin film to be selected. There was nothing else to do.
Therefore, the microcrystalline silicon thin film has lower production efficiency and yield than other silicon thin films, and the photoelectric conversion device using the microcrystalline silicon thin film has a high manufacturing cost.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、微結晶シリコン薄膜を用いた高効率の光電変換装置を容易に製造することができる光電変換装置の製造方法、及び高効率の光電変換装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and a photoelectric conversion device manufacturing method capable of easily manufacturing a high-efficiency photoelectric conversion device using a microcrystalline silicon thin film, and a high-efficiency An object is to provide a photoelectric conversion device.
上記課題を解決するために、本発明の光電変換装置の製造方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる光電変換装置の製造方法は、単層または複数層の光電変換層を有しかつ少なくとも一層以上の前記光電変換層が微結晶シリコン薄膜によって構成される光電変換素子を用いた薄膜型光電変換装置の製造方法であって、圧電素子光熱分光法を用いて同定した前記微結晶シリコン薄膜のバンドギャップが1.0eV以上1.5eV以下という第1選別条件を満たすとともに、バンドテイルが小さく、該バンドテイルの高エネルギー側の開始位置が1.8eV以下という第2選別条件を満たす光電変換素子を得るように前記光電変換素子の選別を行い、この光電変換素子を用いて前記薄膜型光電変換装置を製造することを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, the method for manufacturing a photoelectric conversion device of the present invention employs the following means.
That is, the method for manufacturing a photoelectric conversion device according to the present invention uses a photoelectric conversion element having a single-layer or multiple-layer photoelectric conversion layer, and at least one of the photoelectric conversion layers is composed of a microcrystalline silicon thin film. A method of manufacturing a thin film photoelectric conversion device, wherein the microcrystalline silicon thin film identified using piezoelectric element photothermal spectroscopy satisfies a first selection condition that a band gap is 1.0 eV or more and 1.5 eV or less , and a band tail. The photoelectric conversion element is selected so as to obtain a photoelectric conversion element satisfying the second selection condition that the start position on the high energy side of the band tail is 1.8 eV or less , and using the photoelectric conversion element, the thin film A type photoelectric conversion device is manufactured.
ここで、本発明者らは、前記の課題を解決するために、微結晶シリコン薄膜の性質についてさらに研究を進めた。そして、この研究の過程で、本発明者らは、微結晶シリコン薄膜について、圧電素子光熱分光法(Piezo-electric
Photo-Thermal Spectroscopy:以下「PPTS」と呼ぶ)を用いて、非発光再結合の検出による光学的特性の高精度な測定を行った。
この結果、微結晶シリコン薄膜において、変換効率の高い高効率薄膜と変換効率の低い低効率薄膜とでは、膜の光学的特性に明確な差が生じているということを発見した。
Here, in order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have further studied the properties of the microcrystalline silicon thin film. In the course of this research, the present inventors have developed a piezoelectric element photothermal spectroscopy (Piezo-electric spectroscopy) for a microcrystalline silicon thin film.
Photo-Thermal Spectroscopy (hereinafter referred to as “PPTS”) was used to measure the optical characteristics with high accuracy by detecting non-radiative recombination.
As a result, it was discovered that there is a clear difference in the optical characteristics of the microcrystalline silicon thin film between the high-efficiency thin film with high conversion efficiency and the low-efficiency thin film with low conversion efficiency.
具体的には、微結晶シリコン薄膜において、高効率薄膜は、低効率薄膜に比べて、バンドギャップが小さいという知見を得た。さらに、微結晶シリコン薄膜のうち、バンドギャップの値が1.0eV以上1.5eV以下であるものが優れた変換効率を有しているという知見を得た。
上記のバンドギャップの差及びバンドギャップの値の範囲は、従来結晶シリコン薄膜の物性測定に用いられていた手法では、測定誤差の範囲内に埋もれてしまう程度の微小な差である。すなわち、上記の知見は、今までの測定方法を用いた計測では見落とされていて、本発明者らの行った高精度の測定によって初めて得られた、全く新規の知見である。
Specifically, in the microcrystalline silicon thin film, it was found that the high-efficiency thin film has a smaller band gap than the low-efficiency thin film. Furthermore, it has been found that among microcrystalline silicon thin films, those having a band gap value of 1.0 eV or more and 1.5 eV or less have excellent conversion efficiency.
The above-mentioned band gap difference and band gap value range are so small as to be buried within the range of measurement error in the method conventionally used for measuring the physical properties of the crystalline silicon thin film. In other words, the above-described knowledge has been overlooked in the measurement using the conventional measurement method, and is a completely new knowledge obtained for the first time by the highly accurate measurement performed by the present inventors.
本発明にかかる光電変換装置の製造方法では、微結晶シリコン薄膜を有する光電変換素子の選別を、上記新規の知見によって得た第1選別基準及び第2選別基準に基づいて行う。
このため、従来直接的に光電変換素子の作製後に変換効率を測定することによってのみ可能であった、微結晶シリコン薄膜を有する光電変換素子の選別を、シリコン薄膜を製造した段階で行うことができる。
In the method for manufacturing a photoelectric conversion device according to the present invention, the selection of the photoelectric conversion element having the microcrystalline silicon thin film is performed based on the first selection criterion and the second selection criterion obtained by the novel knowledge.
For this reason, selection of the photoelectric conversion element having a microcrystalline silicon thin film, which has been possible only by directly measuring the conversion efficiency after directly producing the photoelectric conversion element, can be performed at the stage of manufacturing the silicon thin film. .
また、本発明にかかる光電変換装置の製造方法は、単層または複数層の光電変換層を有しかつ少なくとも一層以上の前記光電変換層が微結晶シリコン薄膜によって構成される光電変換素子を用いた薄膜型光電変換装置の製造方法であって、圧電素子光熱分光法を用いて測定した前記微結晶シリコン薄膜のスペクトルが、前記圧電素子光熱分光法により同定した前記微結晶シリコン薄膜の前記バンドギャップまで高エネルギー側から直線的に単調に減少しているという第3選別条件を満たす光電変換素子を得るように前記光電変換素子の選別を行い、この光電変換素子を用いて前記薄膜型光電変換装置を製造することを特徴とする。 Moreover, the method for manufacturing a photoelectric conversion device according to the present invention uses a photoelectric conversion element having a single-layer or multiple-layer photoelectric conversion layer, and at least one of the photoelectric conversion layers is composed of a microcrystalline silicon thin film. A method of manufacturing a thin film photoelectric conversion device , wherein the spectrum of the microcrystalline silicon thin film measured using piezoelectric element photothermal spectroscopy is up to the band gap of the microcrystalline silicon thin film identified by the piezoelectric element photothermal spectroscopy. The photoelectric conversion element is selected so as to obtain a photoelectric conversion element that satisfies the third selection condition that linearly decreases monotonically from the high energy side , and the thin film photoelectric conversion device is configured using the photoelectric conversion element. It is characterized by manufacturing.
ここで、本発明者らは、前述の研究の結果、上記の知見に加えて、さらに新たな知見を得た。
具体的には、微結晶シリコン薄膜において、高効率薄膜は、バンドギャップよりも低エネルギー側にバンドテイルが生じていないという知見を得た。
Here, as a result of the above-described research, the present inventors obtained further new findings in addition to the above findings.
Specifically, in the microcrystalline silicon thin film, it was found that the high-efficiency thin film has no band tail on the energy side lower than the band gap.
このようなバンドテイルの有無の情報も、従来結晶シリコン薄膜の物性測定に用いられていた手法では、測定誤差の範囲内に埋もれてしまう程度の微小なものである。すなわち、上記の知見も、今までの検査方法を用いた計測では見落とされていて、本発明者らの行った高精度の測定によって得られた、全く新規の知見である。 Such information on the presence / absence of band tails is also minute enough to be buried within the range of measurement error in the method conventionally used for measuring the physical properties of the crystalline silicon thin film. That is, the above knowledge is also a completely new knowledge that has been overlooked in the measurement using the conventional inspection method and obtained by the highly accurate measurement performed by the present inventors.
本発明にかかる光電変換装置の製造方法では、微結晶シリコン薄膜を有する光電変換素子の選別を、上記新規の知見によって得た第3選別基準に基づいて行う。
このため、従来直接的に変換効率を測定することによってのみ可能であった、微結晶シリコン薄膜を有する光電変換素子の選別を、シリコン薄膜を製造した段階で行うことができる。
In the method for manufacturing a photoelectric conversion device according to the present invention, the selection of the photoelectric conversion element having the microcrystalline silicon thin film is performed based on the third selection criterion obtained by the above-described novel knowledge.
For this reason, selection of the photoelectric conversion element having a microcrystalline silicon thin film, which has been possible only by directly measuring the conversion efficiency in the past, can be performed at the stage of manufacturing the silicon thin film.
本発明にかかる光電変換装置の製造方法は、単層または複数層の光電変換層を有しかつ少なくとも一層の前記光電変換層が微結晶シリコン薄膜によって構成される光電変換素子を用いた薄膜型光電変換装置の製造方法であって、前記光電変換素子の選別を、請求項1に記載の第1選別条件及び請求項2に記載の第3選別条件に基づいて行い、この選別によって得た光電変換素子を用いて、前記薄膜型光電変換装置を製造することを特徴とする。
A method for producing a photoelectric conversion device according to the present invention comprises a thin film photoelectric device using a photoelectric conversion element having a single-layer or multiple-layer photoelectric conversion layer, and at least one of the photoelectric conversion layers is composed of a microcrystalline silicon thin film. A method of manufacturing a conversion device, wherein the photoelectric conversion elements are selected based on the first selection condition according to
この薄膜型光電変換装置の製造方法では、薄膜型光電変換装置に用いる光電変換素子として、請求項1に記載の第1選別条件及び請求項2に記載の第3選別条件に基づいて行うので、高効率の光電変換素子と低効率の光電変換素子との選別をより確実に行うことができる。
すなわち、この薄膜型光電変換装置の製造方法では、光電変換素子の選別段階で高効率の光電変換素子をより確実に選別することができるので、高効率の薄膜型光電変換装置を容易に製造することができる。
In this method for manufacturing a thin film photoelectric conversion device, the photoelectric conversion element used in the thin film photoelectric conversion device is based on the first selection condition according to
That is, in this thin film photoelectric conversion device manufacturing method, high efficiency photoelectric conversion elements can be more reliably selected at the photoelectric conversion element selection stage, and thus a high efficiency thin film photoelectric conversion device is easily manufactured. be able to.
本発明にかかる光電変換装置の製造方法は、アモルファスシリコン薄膜によって形成された光電変換層と、微結晶シリコン薄膜によって形成された光電変換層とが積層された光電変換素子を用いた薄膜型光電変換装置の製造方法であって、前記光電変換素子の選別を、請求項1に記載の第1選別条件及び請求項1に記載の第2選別条件、請求項2に記載の第3選別条件、前記第1選別条件及び前記第3選別条件のいずれかに基づいて行い、この選別によって得た光電変換素子を用いて、前記薄膜型光電変換装置を製造することを特徴とする。
A method of manufacturing a photoelectric conversion device according to the present invention includes a thin film photoelectric conversion using a photoelectric conversion element in which a photoelectric conversion layer formed of an amorphous silicon thin film and a photoelectric conversion layer formed of a microcrystalline silicon thin film are stacked. a method of manufacturing a device, the selection of the photoelectric conversion element, a second selection condition according to the first selection condition and
この薄膜型光電変換装置の製造方法では、上記第1選別条件及び第2選別条件、第3選別条件、第1選別条件及び第3選別条件のいずれかに基づいて、アモルファスシリコン薄膜によって形成された光電変換層と、微結晶シリコン薄膜によって形成された光電変換層とが積層された光電変換素子(タンデム型光電変換素子)として、高効率の光電変換素子を得ることができるので、高効率のタンデム型の光電変換装置を容易に製造することができる。 In the method for manufacturing the thin film photoelectric conversion device, the thin film photoelectric conversion device is formed of an amorphous silicon thin film based on any one of the first selection condition, the second selection condition, the third selection condition, the first selection condition, and the third selection condition . As a photoelectric conversion element (tandem type photoelectric conversion element) in which a photoelectric conversion layer and a photoelectric conversion layer formed of a microcrystalline silicon thin film are stacked, a highly efficient photoelectric conversion element can be obtained, so a high efficiency tandem Type photoelectric conversion device can be easily manufactured.
本発明の参考例にかかる光電変換装置は、単層または複数層の光電変換層を有しかつ少なくとも一層以上の前記光電変換層が微結晶シリコン薄膜によって構成される光電変換素子を用いた薄膜型光電変換装置であって、前記光電変換素子は、圧電素子光熱分光法を用いて同定した前記微結晶シリコン薄膜のバンドギャップが1.0eV以上1.5eV以下であることを特徴とする。 A photoelectric conversion device according to a reference example of the present invention is a thin film type using a photoelectric conversion element having a single-layer or multiple-layer photoelectric conversion layer, and at least one of the photoelectric conversion layers is composed of a microcrystalline silicon thin film. In the photoelectric conversion device, the photoelectric conversion element is characterized in that a band gap of the microcrystalline silicon thin film identified by using a piezoelectric element photothermal spectroscopy is 1.0 eV or more and 1.5 eV or less.
また、本発明の参考例にかかる光電変換装置は、単層または複数層の光電変換層を有しかつ少なくとも一層以上の前記光電変換層が微結晶シリコン薄膜によって構成される光電変換素子を用いた薄膜型光電変換装置であって、前記光電変換素子は、圧電素子光熱分光法を用いて同定した前記微結晶シリコン薄膜のバンドギャップよりも低エネルギー側に、バンドテイルが生じていないことを特徴とする。 In addition, the photoelectric conversion device according to the reference example of the present invention uses a photoelectric conversion element that has a single-layer or multiple-layer photoelectric conversion layer, and at least one of the photoelectric conversion layers is formed of a microcrystalline silicon thin film. A thin-film photoelectric conversion device, wherein the photoelectric conversion element has no band tail on a lower energy side than a band gap of the microcrystalline silicon thin film identified by using a piezoelectric element photothermal spectroscopy. To do.
このように構成される光電変換装置は、変換効率の高い微結晶シリコン薄膜を有する光電変換素子を用いているので、変換効率が高い。 Since the photoelectric conversion device configured as described above uses a photoelectric conversion element having a microcrystalline silicon thin film with high conversion efficiency, the conversion efficiency is high.
本発明にかかる光電変換装置の製造方法によれば、高効率の光電変換装置を、確実かつ容易に製造することができる。
また、本発明にかかる光電変換装置は、変換効率が高い。
According to the method for manufacturing a photoelectric conversion device according to the present invention, a highly efficient photoelectric conversion device can be reliably and easily manufactured.
Moreover, the photoelectric conversion apparatus according to the present invention has high conversion efficiency.
以下に、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
まず、光電変換装置の構成について説明する。
光電変換装置は、光を吸収することによって内部に電荷を発生させる光電変換素子を有しており、光電変換素子に光をあてることにより、光電変換素子に接続された外部回路に電流を生じさせるものである。
光電変換素子は、ガラス基板等の基板上に、水素ガスによって希釈したシランガスを用いたプラズマCVD等の成膜処理を施して、複数層の薄膜を形成したものである。このような光電変換素子の代表的な構成を、図1、図2に示す。なお、ここでは、光電変換素子として、pin構造を有する基板側光入射型のものを示しているが、nip構造を有する膜面側光入射型としてもよい。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, the configuration of the photoelectric conversion device will be described.
The photoelectric conversion device has a photoelectric conversion element that generates an electric charge by absorbing light, and generates light in an external circuit connected to the photoelectric conversion element by applying light to the photoelectric conversion element. Is.
The photoelectric conversion element is obtained by forming a plurality of thin films on a substrate such as a glass substrate by performing a film forming process such as plasma CVD using a silane gas diluted with hydrogen gas. A typical structure of such a photoelectric conversion element is shown in FIGS. Here, the substrate side light incident type having a pin structure is shown as the photoelectric conversion element, but a film surface side light incident type having a nip structure may be used.
図1の縦断面図に示す光電変換素子1では、基板2上には、金属材料からなる第1下部電極層3と透明電極材料からなる第2下部電極層4とが、この順番で形成されている。
この第2下部電極層4上には、n型微結晶シリコン層5(第1導電型半導体層)、光電変換層(i層)となる真性微結晶シリコン層6、及びp型微結晶シリコン層7(第2導電型半導体層)とが、この順番で形成されている。
さらに、p型微結晶シリコン層7上には、透明電極材料からなる透明導電体層8と金属材料からなる集電電極9とが、この順番に形成されている。
ここで、第2下部電極層4や透明導電体層8を構成する透明電極材料としては、酸化亜鉛(ZnO)や酸化第二錫(SnO2)、あるいはITO(Indium Tin Oxide)等が用いられる。
In the
On the second lower electrode layer 4, an n-type microcrystalline silicon layer 5 (first conductivity type semiconductor layer), an intrinsic microcrystalline silicon layer 6 serving as a photoelectric conversion layer (i layer), and a p-type microcrystalline silicon layer 7 (second conductivity type semiconductor layer) are formed in this order.
Further, on the p-type
Here, as the transparent electrode material constituting the second lower electrode layer 4 and the transparent conductor layer 8, zinc oxide (ZnO), stannic oxide (SnO 2 ), ITO (Indium Tin Oxide), or the like is used. .
この光電変換素子1では、上記のn型微結晶シリコン層5、真性微結晶シリコン層6(i層)、及びp型微結晶シリコン層7とによってpin構造が構成されている。すなわち、光電変換素子1は、真性微結晶シリコン層6に太陽光等のバンドギャップ以上のエネルギーの光が入射すると、そのエネルギーを吸収して、電子(e)と正孔(h)との対を発生させる。
この光電変換素子1は、第1下部電極層3と集電電極9とは、それぞれ外部負荷10に接続されるようになっており、このように上記pin構造中に電子と正孔との対が発生することで、外部負荷10に電流が流れる。
In the
In the
図2の縦断面図に示す光電変換素子11は、光電変換素子1において、微結晶シリコン層からなるpin構造と透明導電体層8との間に、アモルファスシリコン層からなるpin構造を形成したものである。
光電変換素子11は、p型微結晶シリコン層7上に、n型アモルファスシリコン層12、i層となるアモルファスシリコン層13、及びp型アモルファスシリコン層14とを、この順番で形成し、p型アモルファスシリコン層14上に、透明導電体層8と集電電極9とを、この順番で形成したものである。
The
In the
この光電変換素子11は、微結晶シリコン層からなるpin構造とアモルファスシリコン層からなるpin構造とで波長感度が異なっていることを利用して、総合的な変換効率を向上させたものである。
すなわち、光電変換素子11は、入射した光が各pin構造でそれぞれ吸収されて、各pin構造でそれぞれ電子と正孔の対が発生させられるので、光電変換素子1に比べて、総合的な変換効率が高い。
This
That is, in the
本実施形態にかかる光電変換装置21は、上記光電変換素子1,11のいずれかを光電変換素子として用いた構成とされており、本発明にかかる光電変換装置の製造方法によって製造されるものである。
具体的には、光電変換装置21は、PPTSを用いて同定した微結晶シリコン薄膜のバンドギャップが1.0eV以上1.5eV以下という第1選別条件、PPTSを用いて同定した微結晶シリコン薄膜のバンドギャップよりも低エネルギー側に、バンドテイルが生じていないという第3選別条件とのうちの少なくともいずれか一方を満たす光電変換素子を得るように光電変換素子の選別を行い、この選別を経て得た光電変換素子を用いて製造されるものである。
The photoelectric conversion device 21 according to the present embodiment is configured to use any one of the
Specifically, the photoelectric conversion device 21 uses a first selection condition that the band gap of the microcrystalline silicon thin film identified using PPTS is 1.0 eV or more and 1.5 eV or less, and the microcrystalline silicon thin film identified using PPTS. The photoelectric conversion element is selected so as to obtain a photoelectric conversion element that satisfies at least one of the third selection conditions that no band tail is generated on the lower energy side than the band gap. It is manufactured using a photoelectric conversion element.
PPTSとは、半導体中の電子の非発光再結合を高感度に測定できる方法であって、測定試料の光吸収スペクトルを測定するものである。
以下、PPTSの原理について説明する。
測定試料にある程度以上の強度の光を照射すると、測定試料に取り込まれた照射光の光子エネルギーにより励起された、電子・正孔の一部が非発光再結合過程によって熱エネルギーに変換されて、測定試料の周辺の媒質(周辺雰囲気等)に伝達される。この熱エネルギーの大きさは、測定試料が吸収した光子エネルギーの大きさに比例する。
ここで、測定試料に対して光をパルス状に照射すると、測定試料中での熱の発生も断続的となるので、測定試料の周辺の媒質に疎密波が発生する。そして、測定試料に圧電素子を取り付けた状態で、測定試料にパルス状の光を照射すると、圧電素子には疎密波が入力されることとなり、圧電素子は、疎密波と同じ周期でかつ疎密波の強度に比例した強度の電気信号を発する。
PPTS is a method that can measure non-radiative recombination of electrons in a semiconductor with high sensitivity, and measures a light absorption spectrum of a measurement sample.
Hereinafter, the principle of PPTS will be described.
When the measurement sample is irradiated with light of a certain intensity or more, a part of electrons and holes excited by the photon energy of the irradiation light taken into the measurement sample is converted into thermal energy by a non-radiative recombination process, It is transmitted to the medium (ambient atmosphere etc.) around the measurement sample. The magnitude of this thermal energy is proportional to the magnitude of photon energy absorbed by the measurement sample.
Here, if the measurement sample is irradiated with light in a pulsed manner, heat generation in the measurement sample is also intermittent, so that a dense wave is generated in the medium around the measurement sample. Then, if the measurement sample is irradiated with pulsed light with the piezoelectric element attached to the measurement sample, a dense wave is input to the piezoelectric element, and the piezoelectric element has the same cycle as the dense wave and the dense wave. An electrical signal having an intensity proportional to the intensity of
PPTSは、このように圧電素子が発する電気信号の信号強度を測定することで、この信号強度に基づいて測定試料に取り込まれた光子エネルギーの大きさを測定する手法であって、測定試料にパルス状の単色光を照射してこの照射光の波長を変化させてゆき、その波長の変化に対する圧電素子の信号強度の変化を測定することで、測定試料の光吸収スペクトルを測定する。 PPTS is a technique for measuring the magnitude of the photon energy taken into the measurement sample based on the signal intensity by measuring the signal intensity of the electric signal generated by the piezoelectric element in this way. The light absorption spectrum of the measurement sample is measured by irradiating the monochromatic light in a shape and changing the wavelength of the irradiated light, and measuring the change in the signal intensity of the piezoelectric element with respect to the change in the wavelength.
PPTSは、上記のように測定試料の光吸収後の非発光再結合過程を測定する絶対測定であるため、透明な材料である微結晶シリコン薄膜に対しても測定の感度がよく、また散乱光の影響も除去することができる。 Since PPTS is an absolute measurement that measures the non-radiative recombination process after light absorption of the measurement sample as described above, the measurement sensitivity is good even for a microcrystalline silicon thin film that is a transparent material, and the scattered light. The influence of can also be eliminated.
以下、この光電変換素子の選別に用いられるPPTS装置31の構成について説明する。
PPTS装置31は、連続的に発光する光源32と、光源32が発する光を周期的に遮断してパルス状の光に変換するチョッパー33と、チョッパー33を通過した光を分光して所望の波長の単色光のみ出力するモノクロメータ34とを有している。
光源としては、例えばハロゲンランプや水銀ランプ等が用いられるが、測定範囲の波長域で均一かつ十分な強度の光を発するものであれば他の任意の光源を使用することができる。
Hereinafter, the configuration of the
The
As the light source, for example, a halogen lamp, a mercury lamp, or the like is used, but any other light source can be used as long as it emits light with uniform and sufficient intensity in the wavelength range of the measurement range.
測定試料Pは、モノクロメータ34の後段に、基板2側をモノクロメータ34に向けた状態で設置されており、測定試料Pには、モノクロメータ34を通過したパルス状の単色光が、基板2側から照射されるようになっている。
測定試料Pの膜成長面側には、シリコングリースによって圧電素子36が貼り付けられており、測定試料Pが光子エネルギーを吸収することによって生じた疎密波を検出して、疎密波と同じ周期でかつ疎密波の強度に比例した強度の電気信号を発する。
ここで、このPPTS装置31では、測定試料Pは、クライオスタットC内に設置されていて、例えば液体窒素等によって173K程度の低温に冷却することで、測定試料Pに生じる熱ノイズを低減することができるようになっている。
The measurement sample P is installed in the subsequent stage of the
A
Here, in this
PPTS装置31には、ロックインアンプ37が設けられている。
ロックインアンプ37には、圧電素子36の出力が入力されるとともに、参照信号としてチョッパー33の動作タイミング信号が入力されている。すなわち、ロックインアンプ37は、圧電素子36に光が照射された時点での圧電素子36の出力のみを検出するようになっている。
The
The lock-in
PPTS装置31には、演算装置38が設けられている。演算装置38は、各種の演算を行うCPUと、演算結果その他の情報を保持するメモリーとを有している。
演算装置38には、ロックインアンプ37の出力信号が入力されるとともに、モノクロメータ34の出力する単色光の波長の情報が信号として入力されている。
演算装置38は、モノクロメータ34の出力する単色光の波長の情報から測定試料Pに照射された光の光子エネルギーhν(eV)を算出し、この光子エネルギーhνと、この照射光が照射された時点におけるロックインアンプ37の出力信号の強度PPTSをもとに間接遷移半導体やアモルファスシリコンのバンドギャップ算出に用いられるTaucプロットと呼ばれる(hνPPTS)0.5とを記録するものである。
The
The
The
また、演算装置38は、モノクロメータ34の動作制御も行うものである。そして、演算装置38は、測定試料Pに照射された光の光子エネルギーhν(eV)とロックインアンプ37の出力信号の強度PPTSから計算される(hνPPTS)0.5とを記録しながら、モノクロメータ34が出力する単色光の波長を、測定に使用する波長域内で長波長端側から短波長端側まで走査させて、測定試料Pの光吸収スペクトルを求める構成とされている。
The
ここで、圧電素子36の出力信号には、測定試料Pが照射光を吸収することによって生じた疎密波に由来する成分だけでなく、測定試料Pを通過した照射光が圧電素子36に照射されることで圧電素子36自体に生じた疎密波に由来する成分も含まれている。
また、測定試料P照射光の膜内干渉が生じるので、圧電素子36の測定値には、この膜内干渉による影響が含まれる。
Here, the output signal of the
In addition, since the intra-film interference of the irradiation light of the measurement sample P occurs, the measurement value of the
演算装置38は、測定精度を高めるために、ロックインアンプ37の出力信号から、上記の圧電素子36由来のバックグラウンド成分及び膜内干渉の補正を行う構成とされている。
The
具体的には、演算装置38は、予め圧電素子36の出力信号のバックグラウンドの値を入力しておくことで、ロックインアンプ37の出力からこのバックグラウンド値を差し引いて、測定試料P由来の信号強度のみを求める構成とされている。
圧電素子36の出力信号のバックグラウンドは、測定試料Pを設けずに圧電素子36に直接照射光を照射した際に圧電素子36が発する信号強度から求めることができる。
Specifically, the
The background of the output signal of the
また、演算装置38は、測定試料Pを構成する各薄膜の光の屈折率及び膜厚等の情報から測定試料P中での照射光の干渉状態を模擬し、この模擬に基づいて得られた圧電素子36の出力信号と実際の出力信号とを比較して、膜内干渉の影響を除去した成分を取り出すことで、膜内干渉の補正を行う構成とされている。
Further, the
このPPTS装置31を用いた測定によって得られた光吸収スペクトルの情報からは、測定試料Pのバンドギャップが求められる。具体的には、横軸を測定試料Pに照射された光の光子エネルギーhν(eV)、縦軸をロックインアンプ37の出力信号の強度PPTSから計算される(hνPPTS)0.5として光吸収スペクトルを表すグラフを作成し、このグラフの略線形部分を外挿して得た直線の横軸切片(光子エネルギーの値)が、測定試料Pのバンドギャップである。
From the information of the light absorption spectrum obtained by the measurement using this
ここで、測定試料Pは、ガラス基板上に微結晶シリコン薄膜を形成したものであって、光学的にほぼ透明であるので、ロックインアンプ37の出力信号の強度(hνPPTS)0.5は、測定試料Pを構成する材料の光吸収係数αに比例する。
しかし、ロックインアンプ37の出力信号の強度(hνPPTS)0.5は、測定条件(例えば測定試料Pに対する圧電素子36の取付具合等)によって変動するものであるので、測定試料Pの品質を評価する絶対的な指標としては用いることはできない。このPPTSの結果において重要なのは、光吸収スペクトルのグラフの形状である。
Here, the measurement sample P is obtained by forming a microcrystalline silicon thin film on a glass substrate and is optically almost transparent. Therefore, the intensity (hνPPTS) of the output signal of the lock-in
However, since the intensity (hνPPTS) 0.5 of the output signal of the lock-in
上記のPPTS装置31によって得られた微結晶シリコン薄膜の物性(光吸収スペクトルとその変換効率との対応関係について、実際の測定結果に基づいて説明する。
この測定では、プラズマCVDによってガラス基板(成膜時基板温度約200°C)上に形成された単層の微結晶シリコン薄膜として、高効率薄膜(一般に低速成膜によって得られる)と低効率薄膜(一般に高速成膜によって得られる)とを用意し、これらそれぞれについてPPTSによって光吸収スペクトルを求めた。
また、この測定では、光源32としてハロゲンランプを用い、演算装置38によって、モノクロメータ34の出力する単色光を、400〜1400nmの波長範囲で走査させて、この波長領域での測定試料Pの光吸収スペクトルを求めた。
そして、測定試料は常温下(297K)に保った状態で測定を行った。
The physical properties of the microcrystalline silicon thin film obtained by the PPTS device 31 (corresponding relationship between the light absorption spectrum and the conversion efficiency thereof will be described based on actual measurement results.
In this measurement, a high-efficiency thin film (generally obtained by low-speed film formation) and a low-efficiency thin film are formed as a single-layer microcrystalline silicon thin film formed on a glass substrate (substrate temperature at the time of film formation of about 200 ° C.) by plasma CVD. (Generally obtained by high-speed film formation) and a light absorption spectrum was obtained for each of these by PPTS.
Further, in this measurement, a halogen lamp is used as the
And it measured in the state which kept the measurement sample at normal temperature (297K).
この測定では、低効率薄膜として、高効率薄膜の約三倍の製膜速度で形成したものを用いた。この低効率薄膜を用いた光電変換装置は、高効率薄膜を用いた光電変換装置の約半分の変換効率であった。
また、この測定では、高効率薄膜と低効率薄膜とのそれぞれについて、基板厚み及び膜厚がそれぞれ0.5μmの測定試料と、基板厚み及び膜厚がそれぞれ1.0μmの測定試料と、基板厚み及び膜厚がそれぞれ1.5μmの測定試料とを用意した。
ここで、膜厚が1.0μmの測定試料は、高効率薄膜と低効率薄膜とのそれぞれについて、測定試料を二つずつ(AグループとBグループ)用意した。
In this measurement, a low-efficiency thin film formed at about three times the film-forming speed of a high-efficiency thin film was used. The photoelectric conversion device using the low-efficiency thin film had a conversion efficiency about half that of the photoelectric conversion device using the high-efficiency thin film.
In this measurement, for each of the high-efficiency thin film and the low-efficiency thin film, a measurement sample with a substrate thickness and a film thickness of 0.5 μm, a measurement sample with a substrate thickness and a film thickness of 1.0 μm, and a substrate thickness, respectively. A measurement sample having a thickness of 1.5 μm was prepared.
Here, two measurement samples (A group and B group) were prepared for each of the high-efficiency thin film and the low-efficiency thin film as the measurement sample having a film thickness of 1.0 μm.
これら測定試料の光吸収スペクトルのグラフを、図4から図11に示す。
ここで、図4は高効率薄膜(膜厚0.5μm)の光吸収スペクトル、図5は低効率薄膜(膜厚0.5μm)の光吸収スペクトルを示している。
図6は高効率薄膜(膜厚1.0μm、Aグループ)の光吸収スペクトル、図7は低効率薄膜(膜厚1.0μm、Aグループ)の光吸収スペクトルを示している。
図8は高効率薄膜(膜厚1.0μm、Bグループ)の光吸収スペクトル、図9は低効率薄膜(膜厚1.0μm、Bグループ)の光吸収スペクトルを示している。
図10は高効率薄膜(膜厚1.5μm)の光吸収スペクトル、図11は低効率薄膜(膜厚1.5μm)の光吸収スペクトルを示している。
なお、これらのグラフは、微結晶シリコン薄膜の光学遷移が間接バンド間遷移であると想定してプロットしたものであり、Taucプロットと呼ばれる。
Graphs of light absorption spectra of these measurement samples are shown in FIGS.
Here, FIG. 4 shows the light absorption spectrum of the high-efficiency thin film (film thickness 0.5 μm), and FIG. 5 shows the light absorption spectrum of the low-efficiency thin film (film thickness 0.5 μm).
FIG. 6 shows a light absorption spectrum of a highly efficient thin film (film thickness 1.0 μm, A group), and FIG. 7 shows a light absorption spectrum of a low efficiency thin film (film thickness 1.0 μm, A group).
FIG. 8 shows the light absorption spectrum of the high-efficiency thin film (film thickness 1.0 μm, B group), and FIG. 9 shows the light absorption spectrum of the low-efficiency thin film (film thickness 1.0 μm, B group).
FIG. 10 shows the light absorption spectrum of the high-efficiency thin film (film thickness 1.5 μm), and FIG. 11 shows the light absorption spectrum of the low-efficiency thin film (film thickness 1.5 μm).
Note that these graphs are plotted assuming that the optical transition of the microcrystalline silicon thin film is an indirect interband transition, and are called Tauc plots.
これらのグラフから、どの膜厚においても、高効率薄膜は、低効率薄膜よりもバンドギャップEgが小さい(低エネルギー側にシフトしている)ことがわかる。
このバンドギャップEgの差が生じた理由としては、高効率薄膜では、アモルファス部分の占める割合が低効率薄膜よりも少ないか、もしくは水素含有量が増加していてダングリングボンドが低効率薄膜よりも少なくなっていて、欠陥によるキャリア(自由電子や正孔)の吸収が起こりにくくなっているためと考えられる。
ここで、ラマン分光法による解析では、製膜速度による微結晶シリコン薄膜の結晶化率に大きな差が見られなかったことから、このバンドギャップEgの差は、主に水素含有量の増加が原因と推測される。
From these graphs, in any film thickness, high efficiency thin film (shifted to a lower energy side) the band gap E g than low-efficiency thin film is small can be seen.
The reason why the band gap Eg is different is that the high-efficiency thin film has a smaller proportion of the amorphous portion than the low-efficiency thin film, or the hydrogen content is increased and the dangling bonds are lower than the low-efficiency thin film. This is considered to be because the absorption of carriers (free electrons and holes) due to defects is less likely to occur.
Here, in the analysis by Raman spectroscopy, since there was no significant difference in the crystallization rate of the microcrystalline silicon thin film depending on the film forming speed, the difference in the band gap E g is mainly due to the increase in the hydrogen content. Presumed to be the cause.
さらに、本発明者らの行った試験により、微結晶シリコン薄膜のうち、バンドギャップEgの値が1.0eV以上1.5eV以下であるものがより優れた変換効率を有しているという知見が得られた。 Furthermore, according to the tests conducted by the present inventors, among the microcrystalline silicon thin films, those having a band gap E g value of 1.0 eV or more and 1.5 eV or less have better conversion efficiency. was gotten.
上記のバンドギャップEgの差及びバンドギャップEgの値の範囲は、従来結晶シリコン薄膜の物性測定に用いられていた手法では、測定誤差の範囲内に埋もれてしまう程度の微小な差である。すなわち、上記の知見は、今までの測定方法を用いた計測では見落とされていて、上記のPPTSによる高精度の測定によって初めて得られた、全く新規の知見である。 The above-mentioned band gap E g difference and band gap E g value range are minute differences that are buried within the range of measurement errors in the conventional method used for measuring the physical properties of a crystalline silicon thin film. . In other words, the above-described knowledge has been overlooked in the measurement using the conventional measurement method, and is a completely new knowledge obtained for the first time by the high-accuracy measurement using the PPTS.
また、この図4から図11のグラフから、高効率薄膜は、バンドギャップEgよりも低エネルギー側に位置するバンドテイルTが小さく、特に、膜厚1.0μmの高効率薄膜(Aグループ)では、バンドテイルTが生じていないことがわかる。
一方、低効率薄膜では、いずれの膜厚においても、バンドギャップEgよりも低エネルギー側に、大きなバンドテイルTが形成されている。
Further, from the graphs of FIGS. 4 to 11, the high-efficiency thin film has a small band tail T located on the lower energy side than the band gap E g , and in particular, a high-efficiency thin film having a film thickness of 1.0 μm (A group). Then, it turns out that the band tail T has not arisen.
On the other hand, in the low-efficiency thin film, a large band tail T is formed on the lower energy side than the band gap E g at any film thickness.
バンドテイルTが生じるのは、薄膜中の構造乱れにより、バンドギャップEg内に局在準位が形成されるためと考えられる。そして、高効率薄膜では、構造乱れが少なく、バンドギャップ内に局在準位が生じていないため、バンドテイルTが小さいかもしくは存在しないのに対し、低効率薄膜は、構造乱れによりバンドギャップ内に局在順位が形成されているため、大きなバンドテイルTが生じているものと考えられる。 The band tail T occurs because localized levels are formed in the band gap E g due to structural disturbance in the thin film. In the high-efficiency thin film, the structural disturbance is small, and no localized level is generated in the band gap. Therefore, the band tail T is small or does not exist. It is considered that a large band tail T is generated since the localization order is formed.
このようなバンドテイルTの有無の情報も、従来結晶シリコン薄膜の物性測定に用いられていた手法では、測定誤差の範囲内に埋もれてしまう程度の微小なものである。すなわち、上記の知見も、今までの検査方法を用いた計測では見落とされていて、上記したPPTSによる高精度の測定によって得られた、全く新規の知見である。 Such information on the presence / absence of the band tail T is also minute enough to be buried in the range of measurement errors in the method conventionally used for measuring the physical properties of the crystalline silicon thin film. That is, the above knowledge is also a completely new knowledge that has been overlooked in the measurement using the conventional inspection method and obtained by the above-described high-precision measurement using PPTS.
上記の高効率薄膜と低効率薄膜との物性の差は、いずれも光電変換素子の変換効率低下を招くものである。つまり、低効率薄膜は、高効率薄膜に比べてバンドギャップEgが高エネルギー側へ移動することにより、光吸収で発生するキャリアが減少する。また、発生した局在準位がキャリアトラップとして働くために出力電流が低下する。結果として、低効率薄膜を用いた光電変換素子の変換効率が低減する。
ここで、微結晶シリコン薄膜の製膜速度には直接関係するものではないから、製膜条件を調整することで、改善可能であると思われる。
Any difference in physical properties between the high-efficiency thin film and the low-efficiency thin film causes a decrease in the conversion efficiency of the photoelectric conversion element. That is, the low-efficiency thin film reduces carriers generated by light absorption as the band gap E g moves to the high energy side as compared with the high-efficiency thin film. Further, since the generated localized level works as a carrier trap, the output current is reduced. As a result, the conversion efficiency of the photoelectric conversion element using the low efficiency thin film is reduced.
Here, since it is not directly related to the deposition rate of the microcrystalline silicon thin film, it can be improved by adjusting the deposition conditions.
本実施形態にかかる光電変換装置の製造方法では、微結晶シリコン薄膜を有する光電変換素子1または光電変換素子11の選別を、上記新規の知見によって得た第1選別基準と第3選別基準のうちの少なくともいずれか一方に基づいて行う。
In the manufacturing method of the photoelectric conversion device according to the present embodiment, the selection of the
具体的には、基板2上に各種の薄膜を製膜して上記光電変換素子1(または11)を作成するにあたって、基板2上に真性微結晶シリコン層6を形成した後、この基板2ごと測定試料を切り出す。
そして、この測定試料を、PPTSによって分析して、上記選別条件を満たす光電変換素子1または11のみを用いて光電変換装置を作成する。
Specifically, when forming the photoelectric conversion element 1 (or 11) by forming various thin films on the
And this measurement sample is analyzed by PPTS, and a photoelectric conversion apparatus is produced using only the
このように、本実施形態にかかる光電変換装置の製造方法によれば、従来直接的に光電変換素子の作製後に変換効率を測定することによってのみ可能であった、真性微結晶シリコン層6を有する光電変換素子の選別を、真性微結晶シリコン層6を製造した段階で行うことができる。
このため、本実施形態にかかる光電変換装置の製造方法によれば、高効率の光電変換装置を、確実かつ容易に製造することができる。
また、本発明にかかる光電変換装置は、上記の製造方法によって高性能な光電変換素子が組み込まれるので、変換効率が高い。
Thus, according to the manufacturing method of the photoelectric conversion device according to the present embodiment, the intrinsic microcrystalline silicon layer 6 that has been possible only by directly measuring the conversion efficiency after the production of the photoelectric conversion element is provided. The selection of the photoelectric conversion elements can be performed at the stage where the intrinsic microcrystalline silicon layer 6 is manufactured.
For this reason, according to the manufacturing method of the photoelectric conversion apparatus concerning this embodiment, a highly efficient photoelectric conversion apparatus can be manufactured reliably and easily.
In addition, the photoelectric conversion device according to the present invention has high conversion efficiency because a high-performance photoelectric conversion element is incorporated by the above manufacturing method.
なお、一バッチで複数の光電変換素子1(または11)の作成を行う場合には、全ての光電変換素子1(または11)から測定試料を切り出さずに、一つの光電変換素子1(または11)を抜き出して、この光電変換素子1(または11)から切り出した測定試料の物性に基づいて残りの光電変換素子1(または11)の物性を判断してもよい。 When a plurality of photoelectric conversion elements 1 (or 11) are created in one batch, one photoelectric conversion element 1 (or 11) is not cut out from all the photoelectric conversion elements 1 (or 11). ) May be extracted and the physical properties of the remaining photoelectric conversion element 1 (or 11) may be determined based on the physical properties of the measurement sample cut out from the photoelectric conversion element 1 (or 11).
ここで、真性微結晶シリコン層6が低効率薄膜であった場合には、低効率の光電変換素子しか得られないので、以降の成膜処理が無駄になってしまう。このため、無駄な成膜処理を行わなくて済むように、測定試料の切り出しは、真性微結晶シリコン層6の成膜処理を終えて次の成膜処理に移る前の段階で行うことが好ましい。そして、このように真性微結晶シリコン層6が低効率薄膜であった場合には、新たに光電変換素子1(または11)を作成するにあたっては、真性微結晶シリコン層6が高効率薄膜となるように、成膜条件を調整する。 Here, when the intrinsic microcrystalline silicon layer 6 is a low-efficiency thin film, only a low-efficiency photoelectric conversion element can be obtained, and the subsequent film formation process is wasted. For this reason, it is preferable to cut out the measurement sample at a stage before finishing the film formation process of the intrinsic microcrystalline silicon layer 6 and moving to the next film formation process so that useless film formation process is not required. . When the intrinsic microcrystalline silicon layer 6 is a low-efficiency thin film as described above, the intrinsic microcrystalline silicon layer 6 becomes a high-efficiency thin film when newly producing the photoelectric conversion element 1 (or 11). As described above, the film forming conditions are adjusted.
また、測定試料の切り出しは、真性微結晶シリコン層6の成膜の途中段階で行ってもよい。この場合には、成膜途中の真性微結晶シリコン層6が低効率薄膜である場合には、以降の成膜処理における成膜条件を調整することで、高効率の真性微結晶シリコン層6を得ることも可能である。 Further, the measurement sample may be cut out during the film formation of the intrinsic microcrystalline silicon layer 6. In this case, when the intrinsic microcrystalline silicon layer 6 in the middle of film formation is a low-efficiency thin film, the high-efficiency intrinsic microcrystalline silicon layer 6 is obtained by adjusting the film-forming conditions in the subsequent film-forming process. It is also possible to obtain.
ここで、高効率薄膜を得るために調整すべき成膜処理の条件としては、プラズマCVDのプロセスガスであるシランガスの水素希釈濃度や、プロセスガスの供給圧などが考えられる。
これらの条件を適切に設定することで、膜質の向上と成膜速度の向上とを図ることができる。
Here, as the conditions of the film forming process to be adjusted in order to obtain a high-efficiency thin film, the hydrogen dilution concentration of silane gas, which is a plasma CVD process gas, the supply pressure of the process gas, and the like can be considered.
By appropriately setting these conditions, it is possible to improve the film quality and the film forming speed.
1,11 光電変換素子
6 真性微結晶シリコン層(光電変換層)
13 アモルファスシリコン層(光電変換層)
Eg バンドギャップ
T バンドテイル
1,11 Photoelectric conversion element 6 Intrinsic microcrystalline silicon layer (photoelectric conversion layer)
13 Amorphous silicon layer (photoelectric conversion layer)
E g Band gap T Band tail
Claims (4)
圧電素子光熱分光法を用いて同定した前記微結晶シリコン薄膜のバンドギャップが1.0eV以上1.5eV以下という第1選別条件を満たすとともに、
バンドギャップより低エネルギー側のバンドテイルが小さく、該バンドテイルの高エネルギー側の開始位置が1.8eV以下という第2選別条件を満たす光電変換素子を得るように前記光電変換素子の選別を行い、
この光電変換素子を用いて前記薄膜型光電変換装置を製造することを特徴とする薄膜型光電変換装置の製造方法。 A method for producing a thin-film photoelectric conversion device using a photoelectric conversion element having a single-layer or multiple-layer photoelectric conversion layer and at least one of the photoelectric conversion layers is composed of a microcrystalline silicon thin film,
The first selection condition that the band gap of the microcrystalline silicon thin film identified using the piezoelectric element photothermal spectroscopy is 1.0 eV or more and 1.5 eV or less, and
The photoelectric conversion element is selected so as to obtain a photoelectric conversion element satisfying the second selection condition that the band tail on the lower energy side than the band gap is small and the start position on the high energy side of the band tail is 1.8 eV or less,
A method of manufacturing a thin film photoelectric conversion device, wherein the thin film photoelectric conversion device is manufactured using the photoelectric conversion element.
圧電素子光熱分光法を用いて測定した前記微結晶シリコン薄膜のスペクトルが、前記圧電素子光熱分光法により同定した前記微結晶シリコン薄膜の前記バンドギャップまで高エネルギー側から直線的に単調に減少しているという第3選別条件を満たす光電変換素子を得るように前記光電変換素子の選別を行い、
この光電変換素子を用いて前記薄膜型光電変換装置を製造することを特徴とする薄膜型光電変換装置の製造方法。 A method for producing a thin-film photoelectric conversion device using a photoelectric conversion element having a single-layer or multiple-layer photoelectric conversion layer and at least one of the photoelectric conversion layers is composed of a microcrystalline silicon thin film,
The spectrum of the microcrystalline silicon thin film measured using the piezoelectric element photothermal spectroscopy decreases linearly and monotonically from the high energy side to the band gap of the microcrystalline silicon thin film identified by the piezoelectric element photothermal spectroscopy. The photoelectric conversion elements are selected so as to obtain photoelectric conversion elements that satisfy the third selection condition,
A method of manufacturing a thin film photoelectric conversion device, wherein the thin film photoelectric conversion device is manufactured using the photoelectric conversion element.
前記光電変換素子の選別を、請求項1に記載の第1選別条件及び請求項2に記載の第3選別条件に基づいて行い、
この選別によって得た光電変換素子を用いて、前記薄膜型光電変換装置を製造することを特徴とする薄膜型光電変換装置の製造方法。 A method for producing a thin-film photoelectric conversion device using a photoelectric conversion element having a single-layer or multiple-layer photoelectric conversion layer and at least one of the photoelectric conversion layers is composed of a microcrystalline silicon thin film,
The selection of the photoelectric conversion elements is performed based on the first selection condition according to claim 1 and the third selection condition according to claim 2,
A method of manufacturing a thin film photoelectric conversion device, wherein the thin film photoelectric conversion device is manufactured using a photoelectric conversion element obtained by the selection.
前記光電変換素子の選別を、請求項1に記載の第1選別条件及び請求項1に記載の第2選別条件、請求項2に記載の第3選別条件、前記第1選別条件及び前記第3選別条件のいずれかに基づいて行い、
この選別によって得た光電変換素子を用いて、前記薄膜型光電変換装置を製造することを特徴とする薄膜型光電変換装置の製造方法。 A method for manufacturing a thin film photoelectric conversion device using a photoelectric conversion element in which a photoelectric conversion layer formed of an amorphous silicon thin film and a photoelectric conversion layer formed of a microcrystalline silicon thin film are stacked,
The selection of the photoelectric conversion elements is performed by selecting the first selection condition according to claim 1, the second selection condition according to claim 1, the third selection condition according to claim 2, the first selection condition and the third selection condition. Based on any of the sorting conditions,
A method of manufacturing a thin film photoelectric conversion device, wherein the thin film photoelectric conversion device is manufactured using a photoelectric conversion element obtained by the selection.
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