JPH0832094A - Thin film semiconductor solar cell and manufacture thereof - Google Patents
Thin film semiconductor solar cell and manufacture thereofInfo
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- JPH0832094A JPH0832094A JP6162446A JP16244694A JPH0832094A JP H0832094 A JPH0832094 A JP H0832094A JP 6162446 A JP6162446 A JP 6162446A JP 16244694 A JP16244694 A JP 16244694A JP H0832094 A JPH0832094 A JP H0832094A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は薄膜半導体太陽電池及び
その製造方法に係わり、特に、高い変換効率を長期間維
持可能とする信頼性の高い薄膜半導体太陽電池及びその
製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film semiconductor solar cell and a manufacturing method thereof, and more particularly to a highly reliable thin film semiconductor solar cell capable of maintaining high conversion efficiency for a long period of time and a manufacturing method thereof.
【0002】[0002]
【従来の技術】現在の我々人類が消費するエネルギー
は、石油や石炭のような化石燃料を用いた火力発電、及
び原子力発電に大きく依存している。しかし、使用時に
発生する二酸化炭素により地球の温暖化をもたらす化石
燃料に、あるいは不慮の事故のみならず正常な運転時に
おいてすら放射線の危険が皆無とは言えない原子力に、
今後も全面的に依存していく事には問題が多い。そこ
で、地球環境に対する影響が極めて少ない太陽電池を用
いた太陽光発電が注目され、一層の普及が期待されてい
る。2. Description of the Related Art The energy consumed by us humans at present depends largely on thermal power generation using fossil fuels such as oil and coal and nuclear power generation. However, due to the fossil fuels that cause global warming due to carbon dioxide generated during use, or to the nuclear power, which can be said to have no danger of radiation even during normal operation as well as accidents,
There are many problems in going on to depend entirely on the future. Therefore, photovoltaic power generation using a solar cell, which has an extremely small effect on the global environment, has attracted attention and is expected to be further spread.
【0003】しかしながら、太陽光発電の現状において
は、本格的な普及を妨げているいくつかの問題がある。However, in the present situation of solar power generation, there are some problems that prevent the full-scale spread of the power generation.
【0004】従来太陽光発電用の太陽電池には、単結晶
または多結晶のシリコンが多く用いられてきた。しかし
これらの太陽電池では結晶の成長に多くのエネルギーと
時間を要し、またその後も複雑な工程が必要となるため
量産性が上りにくく、低価格での提供が困難である。一
方アモルファスシリコン(以下a−Siと記載)や、C
dS、CuInSe2などの化合物半導体を用いた、い
わゆる薄膜半導体太陽電池が盛んに研究、開発されてい
る。これらの太陽電池では、ガラスやステンレススチー
ルなどの安価な基板上に必要なだけの半導体層を形成す
ればよく、その製造工程も比較的簡単であり、低価格化
できる可能性を持っている。しかし薄膜太陽電池は、そ
の変換効率が結晶シリコン太陽電池に比べて低く、しか
も長期の使用に対する信頼性に不安があるため、これま
で本格的に使用されるに至っていない。かかる問題を解
決し、薄膜太陽電池の性能を改善するため、以下に示す
様々な工夫がなされている。Conventionally, single crystal or polycrystalline silicon has been often used for solar cells for photovoltaic power generation. However, in these solar cells, much energy and time are required for crystal growth, and a complicated process is required thereafter, so that mass productivity is difficult to increase and it is difficult to provide at low cost. On the other hand, amorphous silicon (hereinafter referred to as a-Si) and C
So-called thin film semiconductor solar cells using compound semiconductors such as dS and CuInSe 2 have been actively researched and developed. In these solar cells, it suffices to form as many semiconductor layers as necessary on an inexpensive substrate such as glass or stainless steel, the manufacturing process thereof is relatively simple, and there is a possibility of cost reduction. However, thin-film solar cells have not been used in earnest since the conversion efficiency thereof is lower than that of crystalline silicon solar cells and the reliability of long-term use is uncertain. In order to solve this problem and improve the performance of the thin-film solar cell, various measures described below have been made.
【0005】その一つが、基板表面の光の反射率を高め
ることにより、薄膜半導体層で吸収されなかった太陽光
を、再び半導体層に戻し入射光を有効に利用するための
裏面反射層(導電性基板上に、金属層及び透明導電層を
それぞれ堆積したもの)である。すなわち、反射率の高
い金属の層を基板上に形成した後に薄膜半導体層を形成
するとよい。反射率の高い金属としては、銀(Ag)、
銅(Cu)、アルミニウム(Al)などが知られている
が、なかでもAgは、反射率が98%と際だって高く、
太陽電池特性、特に光電流(JSC)向上の効果は高い。
さらに、金属層と半導体層の間に適当な光学的性質を持
った透明導電層を介在させると、多重干渉効果によりさ
らに反射率を高める事ができる。One of them is to increase the reflectance of light on the surface of the substrate so that the sunlight not absorbed by the thin film semiconductor layer is returned to the semiconductor layer and the incident light is effectively utilized. A metal layer and a transparent conductive layer are respectively deposited on a flexible substrate). That is, the thin film semiconductor layer may be formed after forming the metal layer having high reflectance on the substrate. As a metal with high reflectance, silver (Ag),
Copper (Cu), aluminum (Al), etc. are known. Among them, Ag has a remarkably high reflectance of 98%,
The effect of improving the solar cell characteristics, especially the photocurrent (J SC ) is high.
Furthermore, by interposing a transparent conductive layer having appropriate optical properties between the metal layer and the semiconductor layer, the reflectance can be further enhanced by the multiple interference effect.
【0006】この様な透明導電層を用いる事は薄膜太陽
電池の信頼性を高める上でも効果がある。特公昭60−
41878号公報には透明導電層を用いる事により半導
体と金属層が合金化する事を防止できるとの記載があ
る。また米国特許第4,532,372号および第4,
598,306号には、適度な抵抗を持った透明導電層
を用いる事により、半導体層に短絡箇所が発生しても電
極間に過剰な電流が流れるのを防止できるとの記載があ
る。The use of such a transparent conductive layer is effective in enhancing the reliability of the thin film solar cell. Japanese Patent Examination Sho 60-
Japanese Patent No. 41878 describes that a semiconductor and a metal layer can be prevented from alloying by using a transparent conductive layer. Also, U.S. Pat. Nos. 4,532,372 and 4,4
No. 598,306 describes that by using a transparent conductive layer having an appropriate resistance, it is possible to prevent an excessive current from flowing between electrodes even if a short circuit portion occurs in the semiconductor layer.
【0007】また、薄膜太陽電池の変換効率を高めるた
めの別の工夫として、太陽電池の表面又は半導体層と裏
面反射層との界面を微細な凹凸状(テクスチャー構造)
とする方法がある。このような構成とする事により、太
陽電池の表面又は半導体層と裏面反射層との界面で太陽
光が散乱され、更に半導体の内部に閉じこめられ(光ト
ラップ効果)、半導体中で有効に太陽光を吸収できる様
になる。薄膜半導体の表面から太陽光を入射する場合に
は、裏面反射層に用いる金属層の表面をテクスチャー構
造とすればよい。M.Hirasaka, K.Suzuki, K.Nakatani,
M.Asano, M.Yano, H.Okaniwa はAlを基板温度や堆積
速度を調整して堆積する事により裏面反射層用のテクス
チャー構造が得られる事を示している(Solar Cell Mate
rials, 20(1990) pp99-110)。Further, as another device for improving the conversion efficiency of the thin film solar cell, the surface of the solar cell or the interface between the semiconductor layer and the back surface reflection layer is formed into a fine unevenness (texture structure).
There is a method. With such a structure, sunlight is scattered at the surface of the solar cell or at the interface between the semiconductor layer and the back surface reflection layer and is further confined inside the semiconductor (optical trap effect), so that the sunlight is effectively absorbed in the semiconductor. Can be absorbed. When sunlight is incident from the surface of the thin film semiconductor, the surface of the metal layer used for the back reflection layer may have a texture structure. M.Hirasaka, K.Suzuki, K.Nakatani,
M.Asano, M.Yano, and H.Okaniwa have shown that a texture structure for the back reflection layer can be obtained by depositing Al by adjusting the substrate temperature and deposition rate (Solar Cell Mate
rials, 20 (1990) pp99-110).
【0008】さらに、金属層と透明導電層の2層からな
る裏面反射層の考え方と、テクスチャー構造の考え方を
組み合わせる事もできる。米国特許第4,419,53
3号には金属層の表面がテクスチャー構造を持ち、且つ
その上に透明導電層が形成された裏面反射層が開示され
ている。Furthermore, it is possible to combine the idea of the back surface reflecting layer composed of two layers of the metal layer and the transparent conductive layer with the idea of the texture structure. U.S. Pat. No. 4,419,53
No. 3 discloses a back reflection layer in which the surface of a metal layer has a texture structure and a transparent conductive layer is formed on the surface.
【0009】このような裏面反射層を用いた従来の薄膜
半導体太陽電池構成の一例を図3に示す。301は導電
性の基板であり、その表面に反射率が高く表面がテクス
チャー構造となった金属層302が形成されている。An example of the structure of a conventional thin film semiconductor solar cell using such a back reflection layer is shown in FIG. Reference numeral 301 denotes a conductive substrate, on the surface of which a metal layer 302 having a high reflectance and a textured structure is formed.
【0010】さらに、その上に透明導電層303が形成
されている。透明導電層303は半導体層304を透過
してきた太陽光に対しては透明である。その表面も金属
層302と同様テクスチャー構造となっている。この上
に半導体層304がある。ここでは、半導体層としてa
−Siのpin接合を用いた例を示してある。Further, a transparent conductive layer 303 is formed on it. The transparent conductive layer 303 is transparent to sunlight that has passed through the semiconductor layer 304. The surface also has a texture structure like the metal layer 302. Above this is the semiconductor layer 304. Here, a is used as the semiconductor layer.
An example using a -Si pin junction is shown.
【0011】ここで、305はn型a−Si、306は
i型a−Si、307はp型a−Siである。半導体層
304が薄い場合には、図3に示すように半導体層30
4が、透明導電層303と同様のテクスチャー構造を示
す事が多い。308は表面の透明電極である。その上に
櫛型の集電電極309が設けられている。この様な構成
の裏面反射層を用いると太陽電池の変換効率は著しく向
上する事が期待されるが、実際の使用にあたっては、信
頼性の観点から問題点が残されている。Here, 305 is n-type a-Si, 306 is i-type a-Si, and 307 is p-type a-Si. If the semiconductor layer 304 is thin, as shown in FIG.
4 often has a texture structure similar to that of the transparent conductive layer 303. 308 is a transparent electrode on the surface. A comb-shaped collector electrode 309 is provided thereon. It is expected that the conversion efficiency of the solar cell will be remarkably improved by using the back reflection layer having such a structure, but in actual use, there remains a problem from the viewpoint of reliability.
【0012】図3に構造の太陽電池において、透明導電
層303を省略した太陽電池を作ると、変換効率が低く
なるばかりでなく、しばしば導電性基板301と集電電
極309の間の抵抗が低く規定の出力が発生しない状態
(シャント)が発生する。シャントを起こした太陽電池
を金属顕微鏡で調べると、しばしば直接明るいスポット
が観察できる。これは半導体層304に発生したピンホ
ールで、半導体層304を堆積する以前に表面に載って
いたダストや、半導体層304の一部が、半導体層30
4の堆積後に表面から離脱した跡と考えられる。この状
況で透明電極308を積層すると、透明電極308が金
属層302に直接接触するため、電極間の抵抗が下が
り、また太陽電池の出力電流が外部に取り出されず、ピ
ンホール310の箇所を流れるため変換効率が低下する
と考えられる。しかし、実際の太陽電池の生産におい
て、装置間の移動の際、ダストが載ったり、基板の凹凸
箇所から半導体層304がフレーク状に剥離したりする
のを完全に防止することは困難である。In the solar cell having the structure shown in FIG. 3, when the solar cell in which the transparent conductive layer 303 is omitted is made, not only the conversion efficiency is lowered but also the resistance between the conductive substrate 301 and the collecting electrode 309 is often low. A condition (shunt) occurs where the specified output is not generated. When a shunted solar cell is examined with a metallurgical microscope, bright spots are often directly visible. This is a pinhole generated in the semiconductor layer 304. Dust that had been on the surface before the semiconductor layer 304 was deposited and a part of the semiconductor layer 304 could be part of the semiconductor layer 30.
It is considered that this is a trace of separation from the surface after deposition of No. 4. When the transparent electrode 308 is laminated in this situation, the transparent electrode 308 is in direct contact with the metal layer 302, so that the resistance between the electrodes is reduced, and the output current of the solar cell is not taken out to the outside and flows through the pinhole 310. It is considered that the conversion efficiency will decrease. However, in the actual production of solar cells, it is difficult to completely prevent dust from being deposited and the semiconductor layer 304 from flaking off from the uneven portions of the substrate during movement between the devices.
【0013】しかるに適当な透明導電層303を導入す
ることにより、シャントは大幅に改善できる。これは図
4に示すように、ピンホール310において、透明電極
308と金属層302の間に透明導電層303が介在す
るため、透明導電層303の抵抗に応じて、リーク電流
が制限されるためと考えられる。By introducing a suitable transparent conductive layer 303, however, the shunt can be greatly improved. As shown in FIG. 4, in the pinhole 310, since the transparent conductive layer 303 is interposed between the transparent electrode 308 and the metal layer 302, the leak current is limited according to the resistance of the transparent conductive layer 303. it is conceivable that.
【0014】しかし、この様な改善がなされた後でも、
太陽電池の使われ方次第では依然として問題があること
が分かった。However, even after such improvements are made,
It turns out that there are still problems depending on how the solar cells are used.
【0015】例えば、一般に、太陽電池単体では出力電
圧が0.6〜2.5V程度と低いため、図5に示す様
に、複数のサブモジュール(上記の薄膜半導体太陽電池
をモジュール化したもの)501〜504を直列接続し
て使用する。屋外での実使用時に、もしサブモジュール
の内の502、503に影505がかかったとすると、
このサブモジュール502、503の出力電流は、他の
サブモジュールに比べ極端に小さくなり、実質的にこの
サブモジュールは内部インピーダンスが大きくなる。そ
の結果、他のサブモジュールの出力電圧が逆にかかり
(パーシャルシェード状態とよばれる)、即ち逆バイア
スが印加されて、サブモジュールの破壊につながる。For example, since the output voltage of a single solar cell is generally as low as about 0.6 to 2.5 V, a plurality of sub-modules (the above-mentioned thin film semiconductor solar cells are modularized) are provided as shown in FIG. 501 to 504 are connected in series and used. When actually used outdoors, if a shadow 505 is cast on the sub-modules 502 and 503,
The output currents of the sub-modules 502 and 503 are extremely smaller than those of the other sub-modules, and substantially the internal impedance of the sub-module is large. As a result, the output voltage of the other sub-module is reversely applied (called a partial shade state), that is, a reverse bias is applied, leading to the destruction of the sub-module.
【0016】このように太陽電池は様々の温湿度環境下
で使用されるので、通常最も厳重なテストとして高温高
湿の雰囲気での逆バイアステスト(以下、HHB試験と
略称。)を行うのが一般的であり、これをクリアーする
必要がある。As described above, since the solar cell is used under various temperature and humidity environments, a reverse bias test (hereinafter, abbreviated as HHB test) in a high temperature and high humidity atmosphere is usually the most rigorous test. It's common and needs to be cleared.
【0017】ところが、この様なテストを行ってみる
と、透明導電層303を導入した薄膜太陽電池でも、時
間の経過とともに変換効率の低下が進行する場合が少な
くない。特に金属層302の表面がテクスチャー構造を
持つ場合には変換効率の低下が急激に進む傾向が見られ
る。However, when such a test is carried out, even in the thin-film solar cell having the transparent conductive layer 303 introduced, the conversion efficiency often deteriorates with the passage of time. In particular, when the surface of the metal layer 302 has a texture structure, the conversion efficiency tends to decrease rapidly.
【0018】以上述べたように、現状の薄膜太陽電池
は、過酷な環境下での信頼性が十分でなく、より信頼性
のある太陽電池が望まれている。As described above, the current thin-film solar cell is not sufficiently reliable in a harsh environment, and a more reliable solar cell is desired.
【0019】[0019]
【発明が解決しようとしている課題】かかる状況に鑑
み、本発明は、高い変換効率を長期間にわたり維持する
ことが可能な、信頼性の高い薄膜半導体太陽電池及びそ
の製造方法を提供することを目的とする。In view of the above situation, the present invention aims to provide a highly reliable thin film semiconductor solar cell capable of maintaining a high conversion efficiency for a long period of time and a method for manufacturing the same. And
【0020】[0020]
【課題を解決するための手段】本発明の薄膜半導体太陽
電池は、導電性基板上に、少なくともZnO透明導電
層、半導体層、透明電極を形成してなる薄膜半導体太陽
電池において、前記透明導電層が少なくとも2層から成
り、その内1層が結晶の透明導電層であり、1層がアモ
ルファスの透明導電層であることを特徴とする。The thin-film semiconductor solar cell of the present invention is a thin-film semiconductor solar cell in which at least a ZnO transparent conductive layer, a semiconductor layer, and a transparent electrode are formed on a conductive substrate. Is composed of at least two layers, of which one layer is a crystalline transparent conductive layer and one layer is an amorphous transparent conductive layer.
【0021】本発明の薄膜半導体太陽電池の製造方法
は、導電性基板上に、少なくともZnO透明導電層、半
導体層、透明電極が形成され、前記透明導電層が少なく
とも2層から成り、その内1層が結晶の透明導電層であ
り、1層がアモルファスの透明導電層である薄膜半導体
太陽電池の製造方法であって、前記結晶の透明導電層の
成膜温度より低い温度でアモルファスの透明導電層を堆
積することを特徴とする。In the method for producing a thin film semiconductor solar cell of the present invention, at least a ZnO transparent conductive layer, a semiconductor layer, and a transparent electrode are formed on a conductive substrate, and the transparent conductive layer is composed of at least two layers. A method for manufacturing a thin film semiconductor solar cell, wherein a layer is a crystalline transparent conductive layer and one layer is an amorphous transparent conductive layer, wherein the amorphous transparent conductive layer is at a temperature lower than a film forming temperature of the crystalline transparent conductive layer. Is deposited.
【0022】前記結晶の透明導電層を成膜温度300℃
以上でスパッタリング法により堆積し、前記アモルファ
スの透明導電層を成膜温度80℃以下でスパッタリング
法により堆積するのが好ましい。The transparent conductive layer of the crystal is formed at a film forming temperature of 300 ° C.
As described above, it is preferable that the amorphous transparent conductive layer is deposited by the sputtering method and the amorphous transparent conductive layer is deposited by the sputtering method at a film forming temperature of 80 ° C. or less.
【0023】また、本発明の薄膜半導体太陽電池の製造
方法は、導電性基板上に、少なくともZnO透明導電
層、半導体層、透明電極が形成され、前記透明導電層が
少なくとも2層から成り、その内1層が結晶の透明導電
層であり、1層がアモルファスの透明導電層である薄膜
半導体太陽電池の製造方法であって、前記結晶の透明導
電層の成膜速度より速い成膜速度でアモルファスの透明
導電層を堆積することを特徴とする。Further, in the method for producing a thin film semiconductor solar cell of the present invention, at least a ZnO transparent conductive layer, a semiconductor layer and a transparent electrode are formed on a conductive substrate, and the transparent conductive layer is composed of at least two layers. A method for manufacturing a thin-film semiconductor solar cell, wherein one layer is a crystalline transparent conductive layer and one layer is an amorphous transparent conductive layer, wherein the amorphous film is formed at a film formation rate faster than that of the crystalline transparent conductive layer. Is deposited.
【0024】前記結晶の透明導電層を成膜速度9nm/
sより低い成膜速度でスパッタリング法により堆積し、
前記アモルファスの透明導電層を成膜速度9nm/s以
上でスパッタリング法により堆積するのが好ましい。The transparent conductive layer of the crystal is formed at a film forming rate of 9 nm /
deposited by sputtering at a deposition rate lower than s,
The amorphous transparent conductive layer is preferably deposited by a sputtering method at a film forming rate of 9 nm / s or more.
【0025】また、本発明の薄膜半導体太陽電池の製造
方法は、可とう性のある長尺の導電性基板を長手方向に
搬送しながら、それぞれ異なる堆積室で、結晶の透明導
電層及びアモルファスの透明導電層を連続して堆積する
ことを特徴とする。Further, in the method for manufacturing a thin film semiconductor solar cell of the present invention, a crystalline transparent conductive layer and an amorphous transparent conductive layer are formed in different deposition chambers while transporting a flexible long conductive substrate in the longitudinal direction. It is characterized in that the transparent conductive layer is continuously deposited.
【0026】[0026]
【作用】以下に本発明の作用を、実施態様例とともに説
明する。The function of the present invention will be described below with reference to the embodiments.
【0027】導電性基板上に、透明導電層、半導体層、
透明電極を形成してなる薄膜半導体太陽電池において、
透明導電層を少なくとも2層構造とし、その内1層を結
晶の透明導電層とし、1層をアモルファスの透明導電層
とすることにより、高い変換効率等の太陽電池特性を長
期間に渡り安定に維持できる、信頼性の高い太陽電池が
得られる。On the conductive substrate, a transparent conductive layer, a semiconductor layer,
In a thin film semiconductor solar cell formed with a transparent electrode,
The transparent conductive layer has at least a two-layer structure, one of which is a crystalline transparent conductive layer, and one is an amorphous transparent conductive layer, so that solar cell characteristics such as high conversion efficiency can be stably maintained for a long period of time. A highly reliable solar cell that can be maintained is obtained.
【0028】これは、透明導電層として、従来の結晶の
透明導電層に加えアモルファスの透明導電層を設けるこ
とにより、透明導電層と半導体層の界面を滑らかな接合
とし、密着性が向上するためと考えられる。即ち、透明
導電層をアモルファスを設けることにより、付着力が向
上し、シリーズ抵抗の上昇を軽減できると考えられる。
さらに、アモルファス透明導電層を配することで、結晶
透明導電層の結晶粒の隙間を埋めて金属層(Ag)のマ
イグレーションを防止するため、シャント抵抗の低下を
抑える事ができると考えられる。This is because by providing an amorphous transparent conductive layer in addition to the conventional crystalline transparent conductive layer as the transparent conductive layer, the interface between the transparent conductive layer and the semiconductor layer is smoothly joined and the adhesion is improved. it is conceivable that. That is, it is considered that by providing an amorphous transparent conductive layer, the adhesive force is improved and the increase in series resistance can be reduced.
Further, by disposing the amorphous transparent conductive layer, it is considered that the gap of the crystal grains of the crystalline transparent conductive layer is filled and the migration of the metal layer (Ag) is prevented, so that the reduction of the shunt resistance can be suppressed.
【0029】本発明の透明導電層は、真空蒸着法、スパ
ッタリング法等の成膜法により形成される。特にスパッ
タリング法が好ましく、成膜温度または/及び成膜速度
を制御することにより、結晶またはアモルファス構造と
することができる。The transparent conductive layer of the present invention is formed by a film forming method such as a vacuum vapor deposition method and a sputtering method. A sputtering method is particularly preferable, and a crystalline or amorphous structure can be obtained by controlling the film forming temperature and / or the film forming rate.
【0030】特に、成膜温度は、結晶透明導電層の場合
300℃以上が好ましく、アモルファス透明導電層の場
合は80℃以下が好ましい。この温度範囲で透明導電層
を形成することにより、より変換効率が高く、信頼性の
高い太陽電池が得られる。In particular, the film formation temperature is preferably 300 ° C. or higher in the case of a crystalline transparent conductive layer and 80 ° C. or lower in the case of an amorphous transparent conductive layer. By forming the transparent conductive layer in this temperature range, a solar cell with higher conversion efficiency and higher reliability can be obtained.
【0031】同様の理由から、成膜速度は結晶透明導電
層の場合、9nm/sより低い成膜速度で形成し、アモ
ルファス透明導電層は9nm/s以上で形成するのが好
ましい。For the same reason, in the case of the crystalline transparent conductive layer, it is preferable that the film formation rate is lower than 9 nm / s, and the amorphous transparent conductive layer is formed at 9 nm / s or more.
【0032】本発明の導電性基板は、ステンレス鋼、亜
鉛鋼等の導電性基板が用いられるが、反射率を高めるた
めに、Ag、Al、Cu等の高反射率の金属層を設ける
のが好ましい。また、ガラス等の絶縁性基板に等の金属
膜を形成したものも用いることができる。また、本発明
は、長尺基板を用いたロールツーロール式の成膜装置を
用いて連続成膜することも可能である。As the conductive substrate of the present invention, a conductive substrate made of stainless steel, zinc steel or the like is used, but a metal layer having high reflectance such as Ag, Al or Cu is provided to enhance reflectance. preferable. Alternatively, an insulating substrate such as glass having a metal film formed thereon may be used. Further, according to the present invention, continuous film formation can be performed using a roll-to-roll type film forming apparatus using a long substrate.
【0033】以下に、本発明の透明導電層の形成方法を
説明する。図2は、透明導電膜形成装置として好適に用
いられるロールツーロール式スパッタリング装置であ
る。図2の装置は、基板送り出しチャンバー204、基
板巻き取りチャンバー205、成膜チャンバー206か
ら構成される。成膜チャンバー206は、金属層(A
g)を堆積する反応室201、2層の透明導電層を独立
に堆積できる反応室202、203から構成され、各反
応室には、金属層ターゲット(Ag)210、ZnOタ
ーゲット211、212が取り付けられている。The method for forming the transparent conductive layer of the present invention will be described below. FIG. 2 shows a roll-to-roll type sputtering apparatus which is preferably used as a transparent conductive film forming apparatus. The apparatus shown in FIG. 2 includes a substrate delivery chamber 204, a substrate winding chamber 205, and a film forming chamber 206. The film forming chamber 206 has a metal layer (A
g) is composed of a reaction chamber 201 and two reaction chambers 202 and 203 capable of independently depositing two transparent conductive layers. A metal layer target (Ag) 210 and ZnO targets 211 and 212 are attached to each reaction chamber. Has been.
【0034】また、成膜温度を制御するために、ヒータ
207、208、209及び基板冷却機構213が設け
られている。基板冷却装置は、アモルファスの透明導電
層を低温80℃以下にて成膜するためのものである。Further, heaters 207, 208, 209 and a substrate cooling mechanism 213 are provided to control the film forming temperature. The substrate cooling device is for forming an amorphous transparent conductive layer at a low temperature of 80 ° C. or lower.
【0035】さらに、214は長尺状基板、215はス
パッタ電源、216はスパッタリングガス供給源(A
r)、217は反応ガス供給源(O2)、218はガス
流量調節器、219はロータリーポンプ、220は自動
圧力調節器、221は拡散ポンプ、222はメカニカル
ブースターポンプとロータリーポンプである。Further, 214 is a long substrate, 215 is a sputtering power source, 216 is a sputtering gas supply source (A
r), 217 is a reaction gas supply source (O 2 ), 218 is a gas flow rate controller, 219 is a rotary pump, 220 is an automatic pressure controller, 221 is a diffusion pump, 222 is a mechanical booster pump and a rotary pump.
【0036】導電性基板(長尺状基板)214を基板送
り出しチャンバー204から成膜チャンバー206を介
して基板巻き取りチャンバーに搬送しながら、基板上に
金属層(Ag)、結晶のZnO透明導電層(ZnO)、
アモルファスのZnO層をそれぞれ所望の温度で連続し
て堆積する。While transporting the conductive substrate (long substrate) 214 from the substrate delivery chamber 204 to the substrate winding chamber via the film forming chamber 206, a metal layer (Ag) and a crystalline ZnO transparent conductive layer are formed on the substrate. (ZnO),
Amorphous ZnO layers are successively deposited at each desired temperature.
【0037】以下に、本発明を完成するに至った過程で
行った実験を示す。The experiments conducted in the course of completing the present invention are shown below.
【0038】(実験1)本実験では、図3に示す構造の
太陽電池を種々の条件で作製し、成膜温度とZnO透明
導電膜の形態及び太陽電池特性の関係を調べた。(Experiment 1) In this experiment, the solar cell having the structure shown in FIG. 3 was produced under various conditions, and the relationship between the film forming temperature, the form of the ZnO transparent conductive film and the solar cell characteristics was investigated.
【0039】まず、図6に示すスパッタリング装置を用
いて、導電性基板(SUS430)601上に、金属層
(Ag)302を堆積した。ターゲット605としてA
g99.99%ターゲットをセットし、Arガス24.
8sccmを流し、圧力2mTorr、成膜温度350
℃で、電流0.15A、電圧380Vを印加して、Ag
を基板上に金属層を400nm堆積した。First, a metal layer (Ag) 302 was deposited on a conductive substrate (SUS430) 601 using the sputtering apparatus shown in FIG. A as target 605
g target of 99.99%, Ar gas 24.
Flowing 8 sccm, pressure 2 mTorr, film forming temperature 350
Apply 0.15A current and 380V voltage at
A metal layer having a thickness of 400 nm was deposited on the substrate.
【0040】次に、金属層(Ag)302上に、透明導
電層(ZnO)303を堆積した。ターゲット605と
して、ZnO99.99%ターゲットをセットし、Ar
24.8sccmを流し、圧力10mTorrとし、成
膜温度TSを50℃、60℃、70℃、80℃、90
℃、100℃、150℃、200℃、250℃、300
℃、350℃、400℃と種々変えて、電流0.15
A、電圧380Vを印加し、透明導電層(ZnO)を1
000nm形成した。ここで、成膜速度は0.2nm/
sとした。得られた膜についてX線回折により結晶構造
を調べた。Next, a transparent conductive layer (ZnO) 303 was deposited on the metal layer (Ag) 302. As a target 605, a ZnO 99.99% target is set and Ar
Flowing 24.8 sccm, the pressure is 10 mTorr, and the film forming temperature T S is 50 ° C., 60 ° C., 70 ° C., 80 ° C., 90
℃, 100 ℃, 150 ℃, 200 ℃, 250 ℃, 300
℃, 350 ℃, various changes to 400 ℃, current 0.15
A, a voltage of 380 V is applied, and the transparent conductive layer (ZnO) is set to 1
000 nm was formed. Here, the film formation rate is 0.2 nm /
s. The crystal structure of the obtained film was examined by X-ray diffraction.
【0041】X線回折は、結晶構造を研究するため、盛
んに行われている方法で、結晶では、ある一定の角度2
θの方向に回折が行われ、鋭いピークが出る。一方、ア
モルファス構造では、そのピークが現れない。この違い
から、X線回折による材料の結晶構造を知る事が出来
る。X-ray diffraction is a widely used method for studying the crystal structure.
Diffraction occurs in the direction of θ, and a sharp peak appears. On the other hand, the peak does not appear in the amorphous structure. From this difference, it is possible to know the crystal structure of the material by X-ray diffraction.
【0042】図8に、結晶のZnOのX線回折の結果の
一例を示した。このサンプルは、導電性基板上に、金属
層(Ag)を堆積し、さらに、従来の透明導電層を堆積
したものであるため、Agのピークも同時に現れてい
る。もし、アモルファスの透明導電層であれば、図8の
ような回折パターンは現れない。FIG. 8 shows an example of the result of X-ray diffraction of crystalline ZnO. In this sample, a metal layer (Ag) was deposited on a conductive substrate, and a conventional transparent conductive layer was further deposited, so that a peak of Ag also appeared. If it is an amorphous transparent conductive layer, the diffraction pattern as shown in FIG. 8 does not appear.
【0043】種々の成膜温度Tsで形成した透明導電層
のX線回折を調べた結果を表1に示す。表1が示すよう
に、80℃以下で成膜した透明導電層はアモルファス構
造となることが分かった。Table 1 shows the results of examining the X-ray diffraction of the transparent conductive layer formed at various film forming temperatures Ts. As shown in Table 1, it was found that the transparent conductive layer formed at 80 ° C. or lower has an amorphous structure.
【0044】続いて、図7に示したRFプラズマCVD
法による装置を使用し、薄膜半導体層304を次のよう
にして堆積した。図7の装置に、導電性基板上301に
金属層302を堆積しさらに透明導電層303を堆積し
たもの(ここでは、基板701と総称する)を図のよう
にセットし、排気用ポンプ709で排気した。ガス供給
手段705でガスを供給し、RF電源707をRF電極
703に印加し、電極703とアースにつながる基板7
01との間に放電を立て、原料ガスを分解し基板701
上にn型a−Si層305、i型a−Si層306、p
型微結晶(μc)−Si層307をそれぞれ10nm、
300nm、10nm成膜した。なお、成膜温度は35
0℃として、原料ガスとしてSiH4、PH3(n型a−
Si層)、SiH4(i型a−Si層)、SiH4、BF
3、H2(p型μc−Si層)を用いた(なお、SiH4
等グロー放電分解法によるa−Si中には、10%程度
の水素(H)が含まれる為、一般的にはa−Si:Hと
表記されるが、本説明中では単にa−Siと表記するも
のとする)。Then, the RF plasma CVD shown in FIG.
The thin film semiconductor layer 304 was deposited as follows using the apparatus according to the method. In the apparatus of FIG. 7, a metal layer 302 is deposited on a conductive substrate 301, and a transparent conductive layer 303 is further deposited (herein, generically referred to as a substrate 701), which is set as shown in FIG. Exhausted. The gas is supplied by the gas supply unit 705, the RF power source 707 is applied to the RF electrode 703, and the substrate 7 is connected to the electrode 703 and the ground.
A discharge is generated between the substrate 701 and the source gas to decompose the substrate gas 701.
N-type a-Si layer 305, i-type a-Si layer 306, p
Type microcrystal (μc) -Si layer 307 of 10 nm,
A film having a thickness of 300 nm and a thickness of 10 nm was formed. The film forming temperature is 35
At 0 ° C., SiH 4 , PH 3 (n-type a-
Si layer), SiH 4 (i-type a-Si layer), SiH 4 , BF
3 , H 2 (p-type μc-Si layer) was used (note that SiH 4
Since about 10% of hydrogen (H) is contained in a-Si by the iso-glow discharge decomposition method, it is generally expressed as a-Si: H, but in the present description, it is simply referred to as a-Si. Notation).
【0045】この薄膜半導体層304上に、透明電極層
308を抵抗加熱蒸着法によりを80nm堆積し、さら
に、EB蒸着法により1μmの集電電極309を形成
し、図3に示した薄膜半導体太陽電池を作製した。A transparent electrode layer 308 having a thickness of 80 nm is deposited on the thin film semiconductor layer 304 by a resistance heating vapor deposition method, and a collector electrode 309 having a thickness of 1 μm is formed by an EB vapor deposition method. A battery was made.
【0046】この薄膜半導体太陽電池を、温度80℃、
湿度80%、バイアス電圧−0.8VのHHB試験に投
入し、耐久試験を行った。この結果を表1に示す。This thin-film semiconductor solar cell was placed at a temperature of 80 ° C.
The durability test was carried out by introducing into a HHB test with a humidity of 80% and a bias voltage of -0.8V. Table 1 shows the results.
【0047】表1で、シリーズ抵抗(RS)の項目のRS
(240h)/RS(0h)とは、HHB試験投入後2
40時間のシリーズ抵抗Rs(240h)の値をHHB
試験投入前のシリーズ抵抗RS(0h)の値で割った値
である。即ち、この値が低いほど、シリーズ抵抗の上昇
が少なく、信頼性の高いサンプルと言える。また、シャ
ント抵抗(RSh)の項目は、逆に数値が高いほどシャン
ト抵抗の低下が少なく、信頼性の高いサンプルと言え
る。[0047] In Table 1, the item of the series resistance (R S) R S
(240h) / R S (0h) means 2 after the HHB test is input.
Set the value of series resistance Rs (240h) for 40 hours to HHB
It is a value divided by the value of the series resistance R S (0 h) before the test is input. That is, it can be said that the lower this value is, the less the series resistance increases and the more reliable the sample. The shunt resistance (R Sh ) item, on the contrary, can be said to be a highly reliable sample with a smaller decrease in shunt resistance as the value increases.
【0048】表1が示すように、アモルファスZnO
は、光電流JSCを低くする傾向があるが、信頼性に優れ
ている事がわかる。また、結晶のZnOは、信頼性に乏
しいが、JSCを上げる効果は高い。このように、それぞ
れ優れた特徴を有するが、信頼性、高電流を満足するも
のではないことが分かった。As shown in Table 1, amorphous ZnO
Shows that the photocurrent J SC tends to be low, but the reliability is excellent. Further, although crystalline ZnO has poor reliability, it has a high effect of increasing J SC . As described above, it was found that each of them has excellent characteristics, but does not satisfy reliability and high current.
【0049】(実験2)図6に示したスパッタリング装
置を用いて、実験1と同様にして、導電性基板上に、金
属層(Ag)を堆積し、さらにスパッタ電源のパワー
(W)を変えて種々の成膜速度で透明導電層を1000
nm堆積し、X線回折の測定を行った。なお、透明導電
層の成膜速度は、0.1nm/s、0.2nm/s、
0.5nm/s、1nm/s、2nm/s、3nm/
s、5nm/s、6nm/s、7nm/s、8nm/
s、9nm/s、10nm/sとした。また、成膜温度
は300℃とした。X線回折測定の結果を表2に示す。(Experiment 2) Using the sputtering apparatus shown in FIG. 6, in the same manner as in Experiment 1, a metal layer (Ag) was deposited on a conductive substrate, and the power (W) of the sputtering power source was changed. 1000 times the transparent conductive layer at various deposition rates.
nm was deposited and the X-ray diffraction was measured. The film forming rate of the transparent conductive layer is 0.1 nm / s, 0.2 nm / s,
0.5 nm / s, 1 nm / s, 2 nm / s, 3 nm /
s, 5 nm / s, 6 nm / s, 7 nm / s, 8 nm /
s, 9 nm / s, and 10 nm / s. The film forming temperature was 300 ° C. The results of the X-ray diffraction measurement are shown in Table 2.
【0050】表2より、成膜速度9nm/s以上にて成
膜した透明導電層はアモルファス構造となり、それより
遅い成膜速度では結晶となることが分かった。From Table 2, it was found that the transparent conductive layer formed at a film forming rate of 9 nm / s or more has an amorphous structure and becomes crystalline at a film forming rate lower than that.
【0051】さらに、実験1と同様にして、半導体層、
透明電極、集電電極を形成して図3に示した構造の太陽
電池を作製した。作製した太陽電池について、実験1と
同様にしてHHB試験を行った結果を表2に示す。Further, in the same manner as in Experiment 1, the semiconductor layer,
A transparent electrode and a collecting electrode were formed to manufacture a solar cell having the structure shown in FIG. Table 2 shows the results of the HHB test performed on the manufactured solar cells in the same manner as in Experiment 1.
【0052】表2からも、アモルファスZnOは信頼性
に優れて、結晶のZnOはJscを上げる効果は高いこ
とが分かる。It can be seen from Table 2 that amorphous ZnO has excellent reliability and crystalline ZnO has a high effect of increasing Jsc.
【0053】[0053]
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をより詳細に説
明するが、本発明がこれら実施例に限定されることはな
い。The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
【0054】(実施例1)図1に示す透明導電層を2層
構造とした太陽電池を作製した。Example 1 A solar cell having the two-layer structure of the transparent conductive layer shown in FIG. 1 was produced.
【0055】図2に示すロールツーロール式スパッタリ
ング装置を用いて、長尺の導電性基板上に金属層Ag
(400nm)と、表3に示す成膜温度で2層の透明導
電層(それぞれ10nm、1000nm)を連続して形
成した。なお、透明導電層の成膜速度は、結晶、アモル
ファスとも0.2nm/sとした。Using the roll-to-roll type sputtering apparatus shown in FIG. 2, a metal layer Ag is formed on a long conductive substrate.
(400 nm) and two transparent conductive layers (10 nm and 1000 nm, respectively) were continuously formed at the film forming temperatures shown in Table 3. The film formation rate of the transparent conductive layer was 0.2 nm / s for both crystalline and amorphous.
【0056】次に、長尺基板を切断し、実験1と同様に
して、図7の装置を用いて半導体層を形成し、続いて透
明電極、集電電極を形成して薄膜半導体太陽電池を作製
した。作製した太陽電池を実験1と同様にしてHHB試
験を行い、特性評価を行った。結果を表2に示す。Next, the long substrate was cut, and in the same manner as in Experiment 1, a semiconductor layer was formed by using the apparatus shown in FIG. 7, and then a transparent electrode and a collecting electrode were formed to form a thin film semiconductor solar cell. It was made. The manufactured solar cell was subjected to the HHB test in the same manner as in Experiment 1 to evaluate the characteristics. Table 2 shows the results.
【0057】表2において、太陽電池の特性JSC、RS
及びRShの全てが良好なものを○、実用上使用可能なも
のを△、実用上問題があるものを×で示した。In Table 2, the characteristics of the solar cell J SC , R S
The good ones and R Sh are all good, the practically usable ones are good, and the practically problematic ones are bad.
【0058】表2が示すとおり、透明導電層を2層構造
とし、その一方を結晶、他方をアモルファス構造とする
事で、信頼性、電流特性とも優れた特性を示すことが分
かる。特に、結晶の透明導電層を300℃以上で形成
し、アモルファスの透明導電層を80℃以下で形成する
のが最適であった。As shown in Table 2, it is understood that when the transparent conductive layer has a two-layer structure, one of which has a crystal structure and the other has an amorphous structure, excellent reliability and current characteristics are exhibited. In particular, it was optimal to form the crystalline transparent conductive layer at 300 ° C. or higher and the amorphous transparent conductive layer at 80 ° C. or lower.
【0059】(実施例2)実験2の結果をもとに、結晶
の透明導電層上にアモルファスの透明導電層を互いに違
う成膜速度にて成膜した以外は、実施例1と同様にして
薄膜半導体太陽電池を作製し、HHB試験を行った。な
お、透明導電層の成膜温度はいずれも300℃とした。
結果を表4に示す。Example 2 The same as Example 1 except that the amorphous transparent conductive layer was formed on the crystalline transparent conductive layer at different film forming rates based on the result of the experiment 2. A thin film semiconductor solar cell was produced and an HHB test was conducted. The film forming temperature of the transparent conductive layer was 300 ° C. in all cases.
The results are shown in Table 4.
【0060】表4より、どちらか一方の透明導電層の成
膜速度を9nm/s以上とし、他方を9nm/sより低
い成膜速度で堆積することにより、アモルファスの透明
導電層と結晶の透明導電層からなる2層構造が得られ、
光電流並びに信頼性に優れた薄膜太陽電池が得られる事
が分かった。From Table 4, by setting the film forming rate of one of the transparent conductive layers at 9 nm / s or more and depositing the other at a film forming rate lower than 9 nm / s, the amorphous transparent conductive layer and the transparent crystal can be obtained. A two-layer structure consisting of conductive layers is obtained,
It was found that a thin film solar cell excellent in photocurrent and reliability can be obtained.
【0061】(実施例3)図6のDCスパッタリング装
置を用いて、金属Ag膜を400nm形成し、続いて結
晶の透明導電層ZnOを1000nm(成膜速度0.2
nm/s、成膜温度350℃)及びアモルファスの透明
導電膜ZnOを10nm(成膜速度0.2nm/s、成
膜温度80℃)堆積した。Example 3 Using the DC sputtering apparatus shown in FIG. 6, a metal Ag film was formed to a thickness of 400 nm, and then a crystalline transparent conductive layer ZnO was formed to a thickness of 1000 nm (film formation rate: 0.2).
nm / s, film formation temperature 350 ° C.) and amorphous transparent conductive film ZnO were deposited to a thickness of 10 nm (film formation rate 0.2 nm / s, film formation temperature 80 ° C.).
【0062】この上に、実験1と同様にして、薄膜半導
体層、透明電極、さらに集電電極を堆積した。これをサ
ンプル1とする。On this, in the same manner as in Experiment 1, a thin film semiconductor layer, a transparent electrode, and a current collecting electrode were deposited. This is sample 1.
【0063】また、結晶とアモルファスの透明導電膜の
積層順を逆にした以外はサンプル1と同様にしてサンプ
ル2を作製した。A sample 2 was prepared in the same manner as the sample 1 except that the stacking order of the crystalline and amorphous transparent conductive films was reversed.
【0064】一方、比較のため、透明導電層を1層と
し、成膜温度300℃、成膜速度0.2nm/sで結晶
ZnOを1000nm形成し、他はサンプル1と同様に
して比較サンプルを作製した。On the other hand, for comparison, one transparent conductive layer was used, 1000 nm of crystalline ZnO was formed at a film forming temperature of 300 ° C. and a film forming rate of 0.2 nm / s. It was made.
【0065】以上のサンプルについてHHB試験を行
い、耐久試験を行った。なお、HHB試験では、温度8
0℃、湿度80%の雰囲気中でバイアス電圧−0.8V
を印加した。各々の太陽電池について、太陽電池変換特
性、シャント抵抗Rsh、シリーズ抵抗の時間変化を追
跡した。結果を図9〜11に示す。An HHB test and a durability test were performed on the above samples. In the HHB test, the temperature was 8
Bias voltage -0.8V in an atmosphere of 0 ° C and 80% humidity
Was applied. For each solar cell, the solar cell conversion characteristics, the shunt resistance Rsh, and the time change of the series resistance were traced. The results are shown in FIGS.
【0066】図が示すように、従来の太陽電池(比較サ
ンプル)は、かなり早い時間で、太陽電池変換効率及び
シャント抵抗(RSh)の低下し、またシリーズ抵抗(R
S)も急激に上昇したのに対し、本実施例のサンプル1
及び2は、いずれの特性も安定し、高い特性を維持して
いるのが分かる。As shown in the figure, in the conventional solar cell (comparative sample), the conversion efficiency of the solar cell and the shunt resistance (R Sh ) were lowered and the series resistance (R
S ) also rose sharply, whereas sample 1 of this example
It can be seen that the characteristics of Nos. 2 and 2 are stable and maintain high characteristics.
【0067】即ち、本発明において、アモルファスの透
明導電層は、結晶の透明導電層の前後どちらにあっても
よく、この構成では従来例に比べ、高い信頼性があるこ
とが分かる。That is, in the present invention, the amorphous transparent conductive layer may be provided either before or after the crystalline transparent conductive layer, and it is understood that this structure has higher reliability than the conventional example.
【0068】次に、透明導電層/半導体層の界面の付着
力を調べるため、密着性テストを行った。密着性テスト
は、サンプルをカッターナイフにて碁盤の目状に切断
し、その上に、テープを貼って均等な力で膜を剥すテス
トである。Next, an adhesion test was conducted to examine the adhesive force at the transparent conductive layer / semiconductor layer interface. The adhesion test is a test in which a sample is cut into a grid pattern with a cutter knife, and a tape is attached onto the sample to remove the film with an even force.
【0069】テストの結果、従来の太陽電池は、25個
中25個の剥がれを生じが、本実施例のサンプルは全く
剥離は観られなかった。また、剥がれた比較サンプルを
XMA分析した結果、透明導電層と半導体層の界面で剥
離していることが判明した。As a result of the test, in the conventional solar cell, peeling occurred in 25 out of 25, but no peeling was observed in the sample of this example. As a result of XMA analysis of the peeled-off comparative sample, it was found that the peeled-off comparative sample was peeled at the interface between the transparent conductive layer and the semiconductor layer.
【0070】(実施例4)本実施例では、透明導電層を
3層及び4層構造とした太陽電池を作製した。3層構造
の構成は、基板側から結晶1000nm/アモルファス
10nm/結晶1000nmとし、4層構造では結晶1
000nm/アモルファス10nm/結晶1000nm
/アモルファス10nmとした。これらの太陽電池を、
それぞれサンプル3及びサンプル4とする。(Example 4) In this example, a solar cell having a transparent conductive layer having a three-layer structure and a four-layer structure was produced. The structure of the three-layer structure is as follows: crystal 1000 nm / amorphous 10 nm / crystal 1000 nm from the substrate side.
000 nm / amorphous 10 nm / crystal 1000 nm
/ Amorphous 10 nm. These solar cells,
Let them be Sample 3 and Sample 4, respectively.
【0071】このサンプルをHHB試験用の環境試験箱
に240時間投入し、太陽電池変換効率の時間的変化を
調べた。結果を図9に示す。図が示すように、透明導電
層を多重とすることで、さらに安定性が向上することが
分かる。This sample was placed in an environmental test box for HHB test for 240 hours, and the time change of solar cell conversion efficiency was examined. The results are shown in Fig. 9. As shown in the figure, it can be seen that the stability is further improved by forming the multiple transparent conductive layers.
【0072】[0072]
【表1】 [Table 1]
【0073】[0073]
【表2】 [Table 2]
【0074】[0074]
【表3】 [Table 3]
【0075】[0075]
【表4】 [Table 4]
【0076】[0076]
【発明の効果】上述した通り、本発明によれば以下の効
果が得られる。本発明は、導電性基板上に、透明導電
層、半導体層、透明電極を形成してなる薄膜半導体太陽
電池において、透明導電層を少なくとも2層構造とし、
その内1層を結晶の透明導電層とし、1層をアモルファ
スの透明導電層することにより、高い変換効率等の太陽
電池特性を長期間に亘り安定に維持できる、信頼性の高
い太陽電池が得られる。As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained. The present invention is a thin-film semiconductor solar cell in which a transparent conductive layer, a semiconductor layer, and a transparent electrode are formed on a conductive substrate, and the transparent conductive layer has at least a two-layer structure,
By providing one of them as a crystalline transparent conductive layer and one as an amorphous transparent conductive layer, a highly reliable solar cell capable of stably maintaining solar cell characteristics such as high conversion efficiency for a long period of time is obtained. To be
【0077】本発明の透明導電層は、真空蒸着法、スパ
ッタリング法等の成膜法により形成される。特にスパッ
タリング法が好ましく、成膜温度または/及び成膜速度
を制御することにより、結晶またはアモルファス構造と
することができる。The transparent conductive layer of the present invention is formed by a film forming method such as a vacuum vapor deposition method and a sputtering method. A sputtering method is particularly preferable, and a crystalline or amorphous structure can be obtained by controlling the film forming temperature and / or the film forming rate.
【0078】本発明の透明導電層において、成膜温度
は、結晶透明導電層の場合は300℃以上が好ましく、
アモルファス透明導電層の場合は80℃以下が好まし
い。この温度範囲で透明導電層を形成することにより、
より変換効率が高く、信頼性の高い太陽電池が得られ
る。In the transparent conductive layer of the present invention, the film forming temperature is preferably 300 ° C. or higher in the case of a crystalline transparent conductive layer,
In the case of an amorphous transparent conductive layer, it is preferably 80 ° C or lower. By forming the transparent conductive layer in this temperature range,
A solar cell with higher conversion efficiency and higher reliability can be obtained.
【0079】本発明の透明導電層において、成膜速度
は、結晶透明導電層の場合は9nm/sより低い成膜速
度で形成し、アモルファス透明導電層は9nm/s以上
で形成するのが好ましい。この成膜速度で透明導電層を
形成することにより、より変換効率が高く、信頼性の高
い太陽電池が得られる。In the transparent conductive layer of the present invention, the film formation rate is preferably lower than 9 nm / s in the case of a crystalline transparent conductive layer, and the amorphous transparent conductive layer is preferably formed in a rate of 9 nm / s or more. . By forming the transparent conductive layer at this film formation rate, a solar cell with higher conversion efficiency and higher reliability can be obtained.
【0080】本発明の導電性基板は、ステンレス鋼、亜
鉛鋼等の導電性基板が用いられるが、反射率を高めるた
めに、Ag、Al、Cu等の高反射率の金属層を設ける
のが好ましい。また、ガラス等の絶縁性基板に等の金属
膜を形成したものも用いることができる。また、本発明
は、長尺基板を用いたロールツーロール式の成膜装置を
用いて連続成膜することも可能である。As the conductive substrate of the present invention, a conductive substrate made of stainless steel, zinc steel or the like is used, but a metal layer having high reflectance such as Ag, Al or Cu is provided to enhance reflectance. preferable. Alternatively, an insulating substrate such as glass having a metal film formed thereon may be used. Further, according to the present invention, continuous film formation can be performed using a roll-to-roll type film forming apparatus using a long substrate.
【0081】したがって、本発明によれば、高い変換効
率を長期間にわたり維持することが可能な、信頼性の高
い薄膜半導体太陽電池及びその製造方法を提供すること
が可能となる。Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a highly reliable thin film semiconductor solar cell capable of maintaining a high conversion efficiency for a long period of time and a method for manufacturing the same.
【図1】本発明の薄膜半導体太陽電池の一例を示す模式
図である。FIG. 1 is a schematic view showing an example of a thin film semiconductor solar cell of the present invention.
【図2】本発明に好適なロールツーロール式スパッタリ
ング装置を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic view showing a roll-to-roll type sputtering apparatus suitable for the present invention.
【図3】従来の薄膜半導体太陽電池を示す模式図であ
る。FIG. 3 is a schematic view showing a conventional thin film semiconductor solar cell.
【図4】従来の薄膜半導体太陽電池のピンホールを説明
する模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a pinhole of a conventional thin film semiconductor solar cell.
【図5】太陽電池モジュールによるパーシャルシェード
状態を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic view showing a partial shade state by the solar cell module.
【図6】半導体層形成に用いるRFプラズマCVD装置
を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic view showing an RF plasma CVD apparatus used for forming a semiconductor layer.
【図7】透明導電層の形成に用いるDCスパッタリング
装置を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic view showing a DC sputtering device used for forming a transparent conductive layer.
【図8】結晶ZnO層のX線回折パターンの一例であ
る。FIG. 8 is an example of an X-ray diffraction pattern of a crystalline ZnO layer.
【図9】HHB試験における変換効率の時間変化を示す
グラフである。FIG. 9 is a graph showing the change over time in conversion efficiency in the HHB test.
【図10】HHB試験におけるシリーズ抵抗Rsの時間
変化を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing a time change of series resistance Rs in an HHB test.
【図11】HHB試験におけるシャント抵抗RshDK
の時間変化を示すグラフである。FIG. 11: Shunt resistance RshDK in HHB test
It is a graph which shows the time change of.
101 基板、 102、302 金属層、 103 結晶ZnO層、 104 アモルファスZnO層、 105、305 n型a−Si、 106、306 i型a−Si、 107、307 p型a−Si、 108、308 透明電極、 109、309 集電電極、 201 金属層(Ag)堆積反応室、 202、203 透明導電層堆積反応室、 204 基板送り出しチャンバー、 205 基板巻き取りチャンバー、 206 成膜チャンバー、 207、208、209 ヒータ、 210 金属層ターゲット(Ag)、 211、212 ZnOターゲット、 213 基板冷却機構、 214 長尺状基板、 215 スパッタ電源、 216 スパッタリングガス供給源(Ar)、 217 反応ガス供給源(O2)、 218 ガス流量調節器、 219 ロータリーポンプ、 220 自動圧力調節器、 221 拡散ポンプ、 222 メカニカルブースターポンプ及びロータリーポ
ンプ、 301 導電性基板、 303 透明導電層、 304 半導体層、 310 ピンホール、 501〜504 サブモジュール、 505 影、 601、701 基板、 602 基板ホルダー、 604、704 チャンバー(真空容器)、 605〜607 ターゲット、 608〜610 DC電源、 611、706 自動ガス流量制御装置、 612、705 ガス供給手段、 613、708 自動ガス圧力制御装置、 614、709 排気用ポンプ、 703、707 RF電極。101 substrate, 102, 302 metal layer, 103 crystalline ZnO layer, 104 amorphous ZnO layer, 105, 305 n-type a-Si, 106, 306 i-type a-Si, 107, 307 p-type a-Si, 108, 308 transparent Electrode, 109, 309 Current collecting electrode, 201 Metal layer (Ag) deposition reaction chamber, 202, 203 Transparent conductive layer deposition reaction chamber, 204 Substrate feeding chamber, 205 Substrate winding chamber, 206 Deposition chamber, 207, 208, 209 Heater, 210 metal layer target (Ag), 211, 212 ZnO target, 213 substrate cooling mechanism, 214 long substrate, 215 sputtering power source, 216 sputtering gas supply source (Ar), 217 reaction gas supply source (O 2 ), 218 gas flow controller, 219 rotary pump, 2 0 automatic pressure regulator, 221 diffusion pump, 222 mechanical booster pump and rotary pump, 301 conductive substrate, 303 transparent conductive layer, 304 semiconductor layer, 310 pinhole, 501-504 submodule, 505 shadow, 601, 701 substrate, 602 substrate holder, 604, 704 chamber (vacuum container), 605-607 target, 608-610 DC power supply, 611, 706 automatic gas flow control device, 612, 705 gas supply means, 613, 708 automatic gas pressure control device, 614 , 709 Exhaust pump, 703, 707 RF electrode.
Claims (6)
導電層、半導体層、透明電極を形成してなる薄膜半導体
太陽電池において、前記透明導電層が少なくとも2層か
ら成り、その内1層が結晶の透明導電層であり、1層が
アモルファスの透明導電層であることを特徴とする薄膜
半導体太陽電池。1. A thin-film semiconductor solar cell comprising a conductive substrate and at least a ZnO transparent conductive layer, a semiconductor layer, and a transparent electrode formed thereon, wherein the transparent conductive layer comprises at least two layers, one of which is crystalline. Is a transparent conductive layer, and one layer is an amorphous transparent conductive layer.
導電層、半導体層、透明電極が形成され、前記透明導電
層が少なくとも2層から成り、その内1層が結晶の透明
導電層であり、1層がアモルファスの透明導電層である
薄膜半導体太陽電池の製造方法であって、前記結晶の透
明導電層の成膜温度より低い温度でアモルファスの透明
導電層を堆積することを特徴とする薄膜半導体太陽電池
の製造方法。2. A ZnO transparent conductive layer, a semiconductor layer, and a transparent electrode are formed on a conductive substrate, the transparent conductive layer is composed of at least two layers, and one of them is a crystalline transparent conductive layer, A method of manufacturing a thin film semiconductor solar cell, wherein one layer is an amorphous transparent conductive layer, characterized in that the amorphous transparent conductive layer is deposited at a temperature lower than a film forming temperature of the crystalline transparent conductive layer. Method for manufacturing solar cell.
℃以上でスパッタリング法により堆積し、前記アモルフ
ァスの透明導電層を成膜温度80℃以下でスパッタリン
グ法により堆積することを特徴とする請求項2に記載の
薄膜半導体太陽電池の製造方法。3. A film forming temperature of the transparent conductive layer of the crystal is 300.
The method for producing a thin-film semiconductor solar cell according to claim 2, wherein the amorphous transparent conductive layer is deposited at a temperature of 80 ° C. or less by sputtering, and the amorphous transparent conductive layer is deposited at a temperature of 80 ° C. or less.
導電層、半導体層、透明電極が形成され、前記透明導電
層が少なくとも2層から成り、その内1層が結晶の透明
導電層であり、1層がアモルファスの透明導電層である
薄膜半導体太陽電池の製造方法であって、前記結晶の透
明導電層の成膜速度より速い成膜速度でアモルファスの
透明導電層を堆積することを特徴とする薄膜半導体太陽
電池の製造方法。4. A ZnO transparent conductive layer, a semiconductor layer, and a transparent electrode are formed on a conductive substrate, the transparent conductive layer is composed of at least two layers, one of which is a crystalline transparent conductive layer, A method of manufacturing a thin-film semiconductor solar cell in which one layer is an amorphous transparent conductive layer, characterized in that the amorphous transparent conductive layer is deposited at a film formation rate higher than the film formation rate of the crystalline transparent conductive layer. Method for manufacturing thin film semiconductor solar cell.
遅い成膜速度でスパッタリング法により堆積し、前記ア
モルファスの透明導電層を成膜速度9nm/s以上でス
パッタリング法により堆積することを特徴とする請求項
4に記載の薄膜半導体太陽電池の製造方法。5. The crystalline transparent conductive layer is deposited by a sputtering method at a deposition rate lower than 9 nm / s, and the amorphous transparent conductive layer is deposited by a sputtering method at a deposition rate of 9 nm / s or more. The method for manufacturing a thin film semiconductor solar cell according to claim 4.
方向に搬送しながら、それぞれ異なる堆積室で、前記結
晶の透明導電層及び前記アモルファスの透明導電層を連
続して堆積することを特徴とする請求項2〜5のいずれ
か1項に記載の薄膜半導体太陽電池の製造方法。6. The crystalline transparent conductive layer and the amorphous transparent conductive layer are continuously deposited in different deposition chambers while transporting a flexible long conductive substrate in the longitudinal direction. The method for manufacturing a thin film semiconductor solar cell according to claim 2, wherein
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Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6242092B1 (en) * | 1996-02-21 | 2001-06-05 | Shiseido Co., Ltd. | Zinc oxide-coated material and fatty acid-solidifying powder and external preparation for skin each made by using the material |
US6500690B1 (en) | 1999-10-27 | 2002-12-31 | Kaneka Corporation | Method of producing a thin-film photovoltaic device |
US6930025B2 (en) | 2001-02-01 | 2005-08-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Transparent conductive film formation process, photovoltaic device production process, transparent conductive film, and photovoltaic device |
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