JP2013038367A - Thin film solar cell and manufacturing method of the same - Google Patents
Thin film solar cell and manufacturing method of the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013038367A JP2013038367A JP2011175744A JP2011175744A JP2013038367A JP 2013038367 A JP2013038367 A JP 2013038367A JP 2011175744 A JP2011175744 A JP 2011175744A JP 2011175744 A JP2011175744 A JP 2011175744A JP 2013038367 A JP2013038367 A JP 2013038367A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- transparent conductive
- power
- conductive film
- solar cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
【課題】 高い変換効率の薄膜太陽電池の生産性を高める。
【解決手段】 本発明のある態様においては、裏面電極(基板側電極)110と、光電変換のための半導体層120と、低パワー透明導電膜132と、高パワー透明導電膜134とを基板100からこの順に備える薄膜太陽電池1000が提供される。低パワー透明導電膜は、ある基準値以下の小さいプラズマ電力のスパッタリング法により形成され、半導体層に接して置かれる。これに対し、高パワー透明導電膜は、当該基準値より大きいプラズマ電力のスパッタリング法により形成され、低パワー透明導電膜の面より上に置かれる。本発明においては、かかる太陽電池1000の製造方法や、他のタイプの薄膜太陽電池も提供される。
【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the productivity of a thin film solar cell with high conversion efficiency.
In one embodiment of the present invention, a back electrode (substrate-side electrode) 110, a semiconductor layer 120 for photoelectric conversion, a low-power transparent conductive film 132, and a high-power transparent conductive film 134 are provided on a substrate 100. A thin film solar cell 1000 provided in this order is provided. The low power transparent conductive film is formed by sputtering with a small plasma power below a certain reference value, and is placed in contact with the semiconductor layer. On the other hand, the high power transparent conductive film is formed by a sputtering method with a plasma power larger than the reference value, and is placed above the surface of the low power transparent conductive film. In this invention, the manufacturing method of this solar cell 1000 and another type of thin film solar cell are also provided.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は薄膜太陽電池およびその製造方法に関する。さらに詳細には、本発明は、スパッタリング法により形成される透明導電膜を採用する薄膜太陽電池およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a thin film solar cell and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a thin film solar cell that employs a transparent conductive film formed by a sputtering method and a method for manufacturing the same.
従来、生産のための環境負荷が小さい太陽電池として薄膜太陽電池が注目されている。薄膜太陽電池のうち、光電変換のための半導体層として非単結晶すなわちアモルファスや微結晶のシリコン系半導体を採用する薄膜太陽電池では、スズドープインジウム酸化物(ITO)や酸化亜鉛(ZnO)といった透明導電膜が採用される。この透明導電膜は、光が入射する面つまり前面と、その逆の裏面との少なくともいずれかまたは両方において半導体層に接するように配置される。これらの薄膜太陽電池を工業的に生産する場合、透明導電膜を形成する成膜手法には、生産効率の観点から、スパッタリング法がしばしば採用される。 Conventionally, a thin film solar cell has attracted attention as a solar cell with a small environmental load for production. Among thin-film solar cells, thin-film solar cells that employ non-single-crystal, that is, amorphous or microcrystalline silicon-based semiconductors as the semiconductor layer for photoelectric conversion are transparent such as tin-doped indium oxide (ITO) and zinc oxide (ZnO). A conductive film is employed. The transparent conductive film is disposed so as to be in contact with the semiconductor layer on at least one or both of the light incident surface, that is, the front surface and the reverse back surface. When these thin film solar cells are produced industrially, a sputtering method is often employed as a film forming method for forming a transparent conductive film from the viewpoint of production efficiency.
特許文献1(特開平7−18431号)には、スパッタリング法による膜形成において、膜形成初期にバイアス投入電力を強め、終期に弱める手法が開示されている。 Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 7-18431) discloses a technique of increasing the bias input power at the initial stage of film formation and decreasing it at the end of film formation by sputtering.
従来の薄膜シリコン太陽電池において透明導電膜を形成するスパッタリング法には、生産効率の観点から、可能な限り高い成膜レートを採用することが望ましい。ところが、高い成膜レートにて形成された透明導電膜を有する薄膜太陽電池では、薄膜太陽電池の光電変換特性が悪化するという問題が生じることに本願の発明者は気づいた。 In the sputtering method for forming a transparent conductive film in a conventional thin film silicon solar cell, it is desirable to employ a film formation rate as high as possible from the viewpoint of production efficiency. However, the inventor of the present application has noticed that there is a problem that the photoelectric conversion characteristics of a thin film solar cell deteriorate in a thin film solar cell having a transparent conductive film formed at a high film formation rate.
本発明はかかる問題点の少なくともいくつかを解決することを課題とする。本発明は、半導体層の特性を良好に保ちつつ、高い成膜レートにより透明導電膜を形成する手法を提供することにより、高い変換効率の薄膜太陽電池の量産性を高めることに貢献するものである。 An object of the present invention is to solve at least some of the problems. The present invention contributes to increasing the mass productivity of a thin film solar cell with high conversion efficiency by providing a method of forming a transparent conductive film at a high film formation rate while keeping the characteristics of the semiconductor layer good. is there.
より詳細には、本願の発明者は、スパッタリング法により高い成膜レートの条件にて透明導電膜を形成する場合に、特にスパッタリングの成膜レートを高めるために調整されるプラズマ電力と、最終的な薄膜太陽電池の特性との間に関連があることを見出した。すなわち、高い成膜レートを得るためにプラズマ電力を増大させて半導体層に接する位置の透明導電膜を成膜すると、より弱いプラズマ電力により当該透明導電膜を成膜した場合に比べ薄膜太陽電池の特性が低下する。だからといって、小さなプラズマ電力により透明導電膜を成膜すると、処理に長大な時間を要してしまう。 More specifically, the inventor of the present application, in the case of forming a transparent conductive film under the conditions of a high film formation rate by a sputtering method, especially the plasma power adjusted to increase the film formation rate of sputtering, and finally It has been found that there is a relationship between the characteristics of thin film solar cells. That is, in order to obtain a high film formation rate, when the transparent conductive film at a position in contact with the semiconductor layer is increased by increasing the plasma power, the thin film solar cell is compared with the case where the transparent conductive film is formed with a weaker plasma power. Characteristics are degraded. However, if a transparent conductive film is formed with a small plasma power, a long time is required for processing.
本願の発明者は、上記特性低下の原因として、透明導電膜を形成する際に、その時点で既に形成されている半導体層が、透明導電膜のスパッタリングのためのプラズマからダメージを受けているためと推測した。この推測に基づき、太陽電池の特性に影響する位置、つまり半導体層に影響を及ぼす範囲の透明導電膜を弱いプラズマ電力により成膜することが有用であろうと予測した。さらに言えば、半導体層に接する位置の透明導電膜が、ある厚み以上に形成された後には、その時点で形成されている透明導電膜が、半導体層をプラズマから保護する役割を果たすことを期待できる。端的には、あるタイミングまではプラズマ電力を弱めて透明導電膜を形成し、そのタイミングから後はプラズマ電力を高めても薄膜太陽電池の特性には影響しないのではないか。本発明は、このような着想に基づくとともに、さらにその着想を実験的に確認したことにより創出された。 The inventor of the present application, as a cause of the above-described deterioration in characteristics, is that when the transparent conductive film is formed, the semiconductor layer already formed at that time is damaged by the plasma for sputtering of the transparent conductive film. I guessed. Based on this assumption, it was predicted that it would be useful to deposit a transparent conductive film in a position that affects the characteristics of the solar cell, that is, a range that affects the semiconductor layer, with weak plasma power. Furthermore, after the transparent conductive film at the position in contact with the semiconductor layer is formed to have a certain thickness or more, the transparent conductive film formed at that time is expected to play a role in protecting the semiconductor layer from plasma. it can. In short, it may be that the plasma power is weakened until a certain timing to form a transparent conductive film and the plasma power is increased after that timing does not affect the characteristics of the thin film solar cell. The present invention was created based on such an idea and further experimentally confirming the idea.
すなわち、本発明のある態様においては、基板上に形成された基板側電極と、光電変換のための半導体層と、ある基準値以下の小さいプラズマ電力のスパッタリング法により形成され、該半導体層に接して置かれた低パワー透明導電膜と、前記基準値より大きいプラズマ電力のスパッタリング法により形成され、前記低パワー透明導電膜の面より上に置かれた高パワー透明導電膜とを前記基板からこの順に備える薄膜太陽電池が提供される。 That is, in one embodiment of the present invention, a substrate-side electrode formed on a substrate, a semiconductor layer for photoelectric conversion, and a sputtering method with a small plasma power below a certain reference value are formed and are in contact with the semiconductor layer. A low-power transparent conductive film placed on the substrate and a high-power transparent conductive film formed by sputtering with a plasma power larger than the reference value and placed above the surface of the low-power transparent conductive film. A thin-film solar cell provided in order is provided.
また、本発明のある態様においては、基板上に基板側電極を形成する工程と、光電変換のための半導体層を形成する半導体層形成工程と、ある基準値以下の小さいプラズマ電力により、低パワー透明導電膜を前記半導体層に接して形成する低パワースパッタリング工程と、前記基準値より大きいプラズマ電力により、高パワー透明導電膜を前記低パワー透明導電膜の面より上に形成する高パワースパッタリング工程とをこの順に含む薄膜太陽電池の製造方法が提供される。 In one embodiment of the present invention, a low power is achieved by forming a substrate-side electrode on a substrate, forming a semiconductor layer for photoelectric conversion, and a small plasma power below a certain reference value. A low power sputtering step in which a transparent conductive film is formed in contact with the semiconductor layer, and a high power sputtering step in which a high power transparent conductive film is formed above the surface of the low power transparent conductive film by plasma power greater than the reference value. Is provided in this order.
上述の本発明の各態様において、低パワー透明導電膜が形成されるスパッタリングつまり低パワースパッタリング工程の小さいプラズマ電力は、ある値(基準値)以下になるように制御される。これに対し、高パワー透明導電膜を形成するスパッタリングつまり高パワースパッタリング工程の大きいプラズマ電力は、低パワー透明導電膜のための当該基準値よりも大きな電力値とされる。そして、高パワー透明導電膜は、低パワー透明導電膜の面より上に配置されるか、または、低パワースパッタリング工程と高パワースパッタリング工程とがこの順に含まれている。本発明の各態様における基準値は、使用される成膜装置や、成膜のための条件、成膜される面積など各種の要因により決定される。このため、具体的な値によりこの基準値を表現することは本質的ではない。むしろその基準値は、低パワー透明導電膜または低パワースパッタリング工程のための小さいプラズマ電力の値と、高パワー透明導電膜または高パワースパッタリング工程のための大きいプラズマ電力の値との間に、互いの相対的な制御のための基準が存在することのみを規定している。さらに、低パワー透明導電膜や低パワースパッタリング工程の際のプラズマ電力は、その基準値以下の範囲でさまざまに制御されてもよい。同様に、高パワー透明導電膜や高パワースパッタリング工程の際のプラズマ電力は、その基準値を超える範囲でさまざまに制御されてもよい。したがって、この基準値は、必ずしも事前に決定されていることは要さず、低パワー透明導電膜や低パワースパッタリング工程の際のプラズマ電力の最大値を事後的に特定して当該基準値とすることができる。 In each aspect of the present invention described above, the sputtering power for forming the low-power transparent conductive film, that is, the low plasma power in the low-power sputtering process is controlled to be a certain value (reference value) or less. On the other hand, the sputtering power for forming the high power transparent conductive film, that is, the high plasma power in the high power sputtering process is set to a power value larger than the reference value for the low power transparent conductive film. And a high power transparent conductive film is arrange | positioned above the surface of a low power transparent conductive film, or the low power sputtering process and the high power sputtering process are included in this order. The reference value in each aspect of the present invention is determined by various factors such as a film forming apparatus to be used, conditions for film formation, and a film formation area. For this reason, it is not essential to express this reference value by a specific value. Rather, the reference value is between a low plasma power value for a low power transparent conductive film or low power sputtering process and a high plasma power value for a high power transparent conductive film or high power sputtering process. It only stipulates that there is a standard for relative control. Furthermore, the plasma power during the low-power transparent conductive film or the low-power sputtering process may be variously controlled within the range below the reference value. Similarly, the plasma power during the high-power transparent conductive film and the high-power sputtering process may be variously controlled within a range exceeding the reference value. Therefore, this reference value does not necessarily need to be determined in advance, and the maximum value of the plasma power at the time of the low power transparent conductive film and the low power sputtering process is specified afterwards as the reference value. be able to.
さらに、形成された透明導電膜において、高パワー透明導電膜は、低パワー透明導電膜に接していても良い。また、別例として、低パワー透明導電膜を形成した後、プラズマ電力を漸増させ、その後に高パワー透明導電膜を形成する場合のように、低パワー透明導電膜と高パワー透明導電膜との間に、両者の中間的なプラズマ電力により形成された透明導電膜が挟まれていてもよい。加えて、低パワー透明導電膜を形成する低パワースパッタリング工程から高パワー透明導電膜を形成する高パワースパッタリング工程への切り替えの際には、プラズマ電力以外の条件を変更したり、中断させる必要はない。その切り替えの際には、例えばプラズマを消弧させたり、ターゲットを変更したり、ガス条件や真空度を変更したり、別の成膜室に移送したり、といった条件変更は必ずしも要さない。最も典型的には、低パワースパッタリング工程と高パワースパッタリング工程とを同一の製造装置において、同一のスパッタリングターゲットを用いて、同一のガス条件と真空度により、低パワースパッタリング工程と高パワースパッタリング工程とが行なわれる。 Further, in the formed transparent conductive film, the high power transparent conductive film may be in contact with the low power transparent conductive film. As another example, after forming the low power transparent conductive film, the plasma power is gradually increased, and then the high power transparent conductive film is formed. A transparent conductive film formed by an intermediate plasma power between them may be sandwiched therebetween. In addition, when switching from a low power sputtering process for forming a low power transparent conductive film to a high power sputtering process for forming a high power transparent conductive film, it is necessary to change or interrupt conditions other than plasma power. Absent. In the switching, for example, it is not always necessary to change the conditions such as extinguishing the plasma, changing the target, changing the gas condition or the degree of vacuum, or transferring to another deposition chamber. Most typically, the low power sputtering process and the high power sputtering process are performed in the same manufacturing apparatus using the same sputtering target, under the same gas conditions and degree of vacuum. Is done.
本発明のいずれかの態様によれば、高い変換効率の薄膜太陽電池を実効的な成膜レートを高めた透明導電膜を形成する処理により作製することが可能となる。 According to any aspect of the present invention, a thin film solar cell with high conversion efficiency can be produced by a process for forming a transparent conductive film with an increased effective film formation rate.
以下、本発明の実施形態について説明する。以下の説明に際し特に言及がない限り、全図にわたり共通する部分または要素には共通する参照符号が付されている。また、図中、各実施形態の要素のそれぞれは、必ずしも互いの縮尺比を保って示されてはいない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In the following description, unless otherwise specified, common parts or elements are denoted by common reference numerals throughout the drawings. In the drawings, each element of each embodiment is not necessarily shown in a scale ratio.
<第1実施形態>
[1 薄膜太陽電池の構造]
本実施形態の薄膜太陽電池は、サブストレート型とスーパーストレート型の薄膜シリコン太陽電池に適用することができる。以下、本実施形態における薄膜太陽電池の典型的な構造を、薄膜シリコン太陽電池(サブストレート型、スーバーストレート型)を例に説明する。
<First Embodiment>
[1 Thin-film solar cell structure]
The thin film solar cell of this embodiment can be applied to a substrate type and a super straight type thin film silicon solar cell. Hereinafter, a typical structure of the thin film solar cell in the present embodiment will be described by taking a thin film silicon solar cell (substrate type, super straight type) as an example.
[1−1 薄膜シリコン太陽電池]
[1−1−1 サブストレート型]
図1は、サブストレート型の薄膜シリコン太陽電池の主要部の構造を示す概略断面図である。薄膜シリコン太陽電池1000は、例えばガラス基板や可撓性基板である基板100の上に形成された基板側電極である裏面電極110と、光電変換のためのシリコン系半導体積層体120(以下、「Si系積層体120」と記す)と、前面電極130とを基板100からこの順に形成し作製される。前面電極130は、透明導電膜からなり、Si系積層体120に接して配置された低パワー透明導電膜132と、低パワー透明導電膜132の面の上または上方に形成された高パワー透明導電膜134とを備えている。低パワー透明導電膜132は、ある基準値の電力以下の小さいプラズマ電力のスパッタリング法により形成されるのに対し、高パワー透明導電膜134は、当該基準値より大きいプラズマ電力のスパッタリング法により形成される。
[1-1 Thin-film silicon solar cell]
[1-1-1 Substrate type]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the main part of a substrate type thin film silicon solar cell. The thin film silicon
Si系積層体120は、例えば、n型非単結晶シリコン系膜122(第1非単結晶シリコン系膜、以下「n型Si系膜122」と記す)と、真性半導体であるi型非単結晶シリコン系膜124(第2非単結晶シリコン系膜、「i型Si系膜124」)と、p型非単結晶シリコン系膜126(第3非単結晶シリコン系膜、「p型Si系膜126」)とを裏面電極110からこの順に形成したシリコン系半導体積層体である。そして、低パワー透明導電膜132は、p型Si系膜126に接して配置されている。n型Si系膜122、i型Si系膜124、p型Si系膜126は、いずれも、アモルファスや微結晶または多結晶のシリコン系材料を採用することができる。p型Si系膜126としては、例えば、アモルファスシリコン、微結晶シリコン、アモルファス炭化ケイ素(a−SiC)、アモルファスシリコンゲルマニウム(a−SiGe)など各種のシリコン系の材料を採用することができる。
The Si-based
このため、Si系積層体120には、高パワー透明導電膜134および低パワー透明導電膜132を通して紙面上の上方に位置するp型Si系膜126の側から発電のための
太陽光hνが入射する。全体として、薄膜シリコン太陽電池1000は、サブストレート型の薄膜太陽電池として機能する。
Therefore, sunlight hν for power generation is incident on the Si-based
薄膜シリコン太陽電池1000において、典型的な低パワー透明導電膜132および高パワー透明導電膜134は、ともにITO(Indium Tin Oxide、スズドープインジウム酸化物)から構成されている。ここで、低パワー透明導電膜132および高パワー透明導電膜134の間の界面(鎖線にて図示)は、必ずしも明瞭な界面または境界をなしているとは限らない。
In the thin film silicon
[1−1−2 スーパーストレート型]
図2は、スーパーストレート型の薄膜シリコン太陽電池の主要部の構造を示す概略断面図である。薄膜シリコン太陽電池2000は、例えばガラス基板である基板200の上に形成された基板側電極である前面電極210と、光電変換のためのシリコン系半導体積層体220(「Si系積層体220」と記す)と、裏面電極230とを基板200からこの順に形成し作製される。裏面電極230は、透明導電膜を備えており、Si系積層体220に接して配置された低パワー透明導電膜232と、低パワー透明導電膜232の面の上または上方に形成された高パワー透明導電膜234とを備えている。裏面電極230は、さらに金属反射電極層236を備えている。低パワー透明導電膜232は、ある基準値の電力以下の小さいプラズマ電力のスパッタリング法により形成されるのに対し、高パワー透明導電膜234は、当該基準値より大きいプラズマ電力のスパッタリング法により形成される。
[1-1-2 Super straight type]
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the main part of a super straight type thin film silicon solar cell. The thin-film silicon
薄膜シリコン太陽電池2000におけるSi系積層体220は、例えば、p型非単結晶シリコン系膜222(第1非単結晶シリコン系膜、「p型Si系膜222」)と、真性半導体であるi型非単結晶シリコン系膜224(第2非単結晶シリコン系膜、「i型Si系膜224」)と、n型非単結晶シリコン系膜226(第3非単結晶シリコン系膜、「n型Si系膜226」)とを前面電極210からこの順に形成したシリコン系半導体積層体である。そして、低パワー透明導電膜232は、n型Si系膜226に接して配置されている。
The Si-based
前面電極210は、適当な透明導電膜により形成されている。さらに基板200も透光性を有している。このため、Si系積層体220、基板200および前面電極210を通して、p型Si系膜222の側から太陽光hνが入射する。全体として、薄膜シリコン太陽電池2000は、スーパーストレート型の薄膜太陽電池として機能する。
The
薄膜シリコン太陽電池2000において、典型的な低パワー透明導電膜232および高パワー透明導電膜234は、ともにZnO(酸化亜鉛)から構成されている。薄膜シリコン太陽電池2000においても、低パワー透明導電膜232および高パワー透明導電膜234の間の界面(鎖線にて図示)は、必ずしも明瞭な界面または境界となっているとは限らない。
In the thin film silicon
[1−2 他の構成]
本実施形態の薄膜太陽電池は、上述した薄膜シリコン太陽電池1000および2000のほか、多接合型など各種の構造の薄膜太陽電池を含む。いずれの構造のものであっても、本実施形態の薄膜太陽電池は、基板上に形成された基板側電極と、光電変換のための半導体層と、低パワー透明導電膜と高パワー透明導電膜とを基板からこの順に備えており、低パワー透明導電膜が、ある基準値以下の小さいプラズマ電力のスパッタリング法により形成され、半導体層に接して配置されたものである。そして、高パワー透明導電膜が当該基準値より大きいプラズマ電力のスパッタリング法により形成され、低パワー透明導電膜の面の上または上方に置かれているものである限り、本実施形態の薄膜太陽電池とすることができる。
[1-2 Other configurations]
The thin film solar cell of this embodiment includes thin film solar cells having various structures such as a multi-junction type in addition to the above-described thin film silicon
また、上述した薄膜シリコン太陽電池1000および2000の低パワー透明導電膜は、それを成膜する時点において、すでに形成されている半導体層(Si系積層体120、Si系積層体220)の面に接する位置に配置され、半導体層と高パワー透明導電膜とにより挟まれる位置に配置される。さらには、低パワー透明導電膜と高パワー透明導電膜は、互いに同一の材質とされると好ましい。低パワー透明導電膜と高パワー透明導電膜の材質は、特に酸化物から選択される。なお、低パワー透明導電膜と高パワー透明導電膜において、「透明」であることとは、半導体層が感度を有する少なくともいずれかの波長域において透過性を有することを意味しており、また、「導電」性とはたとえ電気抵抗が高くても構わない。加えて、低パワー透明導電膜と高パワー透明導電膜は、例えば裏面電極230のように、透光性のある導電体の膜としての機能の他に、例えば長期動作時においてSi系積層体220が金属反射電極層236の影響を受けることを防止する効果があっても構わない。
Moreover, the low-power transparent conductive films of the thin-film silicon
[2 薄膜太陽電池の製造工程]
次に、本実施形態において提供される薄膜太陽電池の製造工程の一例を説明する。薄膜シリコン太陽電池1000に関し、基板100が可撓性基板である場合を一例として、また、薄膜シリコン太陽電池2000を別例として説明する。
[2 Thin-film solar cell manufacturing process]
Next, an example of the manufacturing process of the thin film solar cell provided in this embodiment will be described. Regarding the thin film silicon
図3は、本実施形態の薄膜太陽電池のいくつかの例の作製手順を示すフローチャートである。また、図4は、本実施形態の一例の薄膜太陽電池を製造する一部の工程を処理する製造装置の概略構造を示す構成図である。さらに、図5および図6は、それぞれ、半導体層形成工程、ならびに低パワースパッタリング工程および高パワースパッタリング工程が実行される製造装置の部分を拡大して示す構成図である。 FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for manufacturing some examples of the thin-film solar battery of this embodiment. FIG. 4 is a configuration diagram showing a schematic structure of a manufacturing apparatus that processes a part of the process for manufacturing the thin-film solar cell of an example of the present embodiment. Further, FIGS. 5 and 6 are configuration diagrams showing, in an enlarged manner, parts of the manufacturing apparatus in which the semiconductor layer forming process, the low power sputtering process, and the high power sputtering process are performed, respectively.
図3は、本実施形態の薄膜太陽電池の一例である薄膜シリコン太陽電池1000の製造方法を示している。本製造方法は、基板側電極の形成工程S120と、半導体層形成工程S140と、低パワースパッタリング工程S160と、高パワースパッタリング工程S180とをこの順に含んでいる。このうち、半導体層形成工程S140は、光電変換のための半導体層を形成する工程である。また、低パワースパッタリング工程S160は、該半導体層に接する位置に低パワー透明導電膜を形成する工程である。そして、高パワースパッタリング工程S180は、低パワー透明導電膜の面の上または上方に高パワー透明導電膜を形成する工程である。低パワースパッタリング工程S160は、ある基準値の電力以下の小さいプラズマ電力により低パワー透明導電膜132を形成する処理である。これに対し、高パワースパッタリング工程S180は、その基準値の電力より大きいプラズマ電力により、高パワー透明導電膜134を形成する処理である。
FIG. 3 shows a method for manufacturing a thin-film silicon
[2−1 サブストレート薄膜太陽電池の製造工程]
図1の薄膜シリコン太陽電池1000を作製する場合、半導体層形成工程S140の第1導電型の第1非単結晶シリコン系膜の形成工程S142は、n型Si系膜122を形成する工程である。同様に、真性半導体の第2非単結晶シリコン系膜の形成工程S144は、i型Si系膜124を形成する工程とされ、第3非単結晶シリコン系膜の形成工程S146は、p型Si系膜126を形成する工程である。これらの工程S142〜工程S146はこの順に実行される。低パワースパッタリング工程S160は、第3非単結晶シリコン系膜の形成工程S146に次いで実行する。
[2-1 Substrate thin film solar cell manufacturing process]
When the thin-film silicon
[2−1−1 サブストレート薄膜太陽電池の製造工程]
図4〜図6に基づき薄膜シリコン太陽電池1000の例示の構造および形成工程について詳述する。薄膜シリコン太陽電池1000を製造する際の基板100は、可撓性を有する基板、例えば樹脂基板を採用することができる。最も典型的には、基板100は、ポリイミドフィルムとすることができる。基板100の一方の面の上に、裏面電極110としてAg/ZnO裏面電極膜を形成する。なお、図1においては、裏面電極110を単一の層により示している。裏面電極110を形成するための基板側電極の形成工程S120においては、例えば直流スパッタ法を採用する。そして、Si膜であるSi系積層体120を形成する工程半導体層形成工程S140を実行する前には、脱ガスのため真空中で熱処理する(図示しない)。本実施形態における基板100は、製造途中においては長尺の製造用基板100Sであり、必要に応じて巻取られ再びロール状とされる。
[2-1-1 Manufacturing Process of Substrate Thin Film Solar Cell]
The exemplary structure and formation process of the thin-film silicon
裏面電極110が形成され熱処理を終えた製造用基板100Sは、次に、図4に示す製造装置5000に搭載される。製造装置5000には、巻出し室502および巻取り室504と、巻出し室502および巻取り室504の間に配置された半導体層形成室510と、TCO室520とを備えている。半導体層形成室510は、N室512、I室514、およびP室516を、巻取り室504の側からこの順に有している。ロールに巻かれた製造用基板100Sは最初に巻出し室502にロードされる。この際、製造用基板100Sは、大半が巻出しロール502Rに巻取られている。同様に、処理を終えた製造用基板100Sは、最後に巻取り室504に収容され、巻き取りロール504Rに巻取られる。巻出し室502と巻取り室504の間の製造用基板100Sの搬送は、一般には、間欠的なものである。つまり、時間的に、搬送のために製造用基板100Sが移動している期間と、成膜処理のために100Sが静止する期間が繰り返しも受けられる。このようにして、製造用基板100Sは、長尺の長手方向の一端から他端まで必要に応じて順次に処理される。
The
Si系積層体120は、半導体層形成室510を利用するプラズマCVD成膜により成膜する。図11に示すようにn型Si系膜122、i型Si系膜124、そしてp型Si系膜126の順に、N室512、I室514、P室516の各成膜室において成膜処理する。次いで、TCO室520において、前面電極130をスパッタリング法により成膜する。
The Si-based
Si系積層体120を形成するためのN室512、I室514、そしてP室516の各成膜室は、図5に示す構造の成膜室600を内蔵している。成膜室600は製造装置5000の内部の真空度よりも成膜に適した高真空に排気するための排気系(図示しない)を備えている。成膜室600は、内部に、カソード電極602およびアノード電極604を備えている。カソード電極602およびアノード電極604は、互い平行平板対をなすように配置されている。また、カソード電極602およびアノード電極604の間には高周波電力が印加できるようにされている。つまり、例えばカソード電極602に整合器614を介し高周波電源612を接続し、アノード電極604は接地させる。製造用基板100Sは、カソード電極602とアノード電極604の間隙に配置し、その成膜面をカソード電極602に向け、成膜面とは逆の面をアノード電極604に接触させて配置する。カソード電極602の製造用基板100Sに向かう面には多数の穴を設けておき、成膜室600の外部から導入管(図示しない)を通じカソード電極602の内部に送られた原料ガスを、シャワー状にカソード電極602から製造用基板100Sの成膜面に向け放出する。この構造により、製造用基板100Sの成膜面に到達するガスの流れは均等となるように配慮されている。成膜処理の間、原料ガスの流量は、ガス流量の制御器(図示しない)により一定に保っておく。カソード電極602にはヒーター(図示しない)が備わっており、アノード電極604および製造用基板100Sが所定の温度に昇温できるようになっている。成膜室600の排気系(図示しない)には成膜室600の内部の圧力(真空度)を一定に保つ制御装置(図示しない)が備えられている。
Each film formation chamber of the
Si系積層体120の成膜工程(S140)の実行に際し、SiH4と水素などの原料ガスや希釈ガスを一定流量だけ流しながら、成膜室600の内部の圧力を所定の値になるよう調整する。この際、高周波電源612によりカソード電極602に高周波電力を出力しプラズマを励起する。整合器614は、この放電によるプラズマの励起が安定するように調整しておく。N室512およびP室516におけるn型とp型の非単結晶シリコン系膜を形成するための原料ガスおよび希釈ガスとしては、例えば、SiH4および水素を採用し、そこに不純物ドーピングのためのホスフィンガスまたはジボランガスを加えたものとする。N室512、I室514およびP室516におけるそれぞれの成膜室600において、それぞれ、工程S142〜工程S146を実行する。工程S142〜工程S146を終えると、n型Si系膜122、i型Si系膜124、およびp型Si系膜126が形成される。その後、製造用基板100Sの部分はTCO室520に送られる。
When performing the film forming step (S140) of the Si-based
TCO室520においては直流スパッタ法により前面電極130を形成する。前面電極130は、例えばITOである。TCO室520は、図6に示す構造の成膜室700を内蔵している。成膜室700も、成膜室600(図5)と同様に高真空に排気するための排気系およびスパッタリングガスを定量供給するためのガス供給系、ならびに、成膜室700を一定圧力に維持するための制御系(いずれも図示しない)を備えている。成膜室700は、内部に、互い平行をなすように配置されているカソード電極702およびアノード電極704を備えている。カソード電極702およびアノード電極704の間には直流電力が印加できるように、例えばカソード電極702に直流電源712が、カソード電極702を負電位とするような向きに接続されている。カソード電極702には、アノード電極704に向かう面に前面電極130のためのターゲット720が配置されている。製造用基板100Sは、ターゲット720とアノード電極704の間隙に、成膜面をターゲット720に向け、成膜面とは逆の面をアノード電極704に接触させて配置する。カソード電極702のターゲット720からみて背面にはマグネトロンスパッタリングのための永久磁石(図示しない)が配置されている。スパッタリングガスは、例えば、Ar−O2ガスとされる。アノード電極704は、図示しないヒータを内蔵しており、アノード電極704および製造用基板100Sを加熱することが可能となっている。
In the
成膜室700においては、前面電極130をなす低パワー透明導電膜132および高パワー透明導電膜134の成膜工程(工程S160および工程S180)のために、スパッタリングガスを一定流量だけ供給しながら、直流電源712によりプラズマを励起する。直流電源712の出力は、低パワースパッタリング工程S160においてある基準値以下になるように制御し、高パワースパッタリング工程S180においてはその基準値を超えるように制御する。低パワースパッタリング工程S160と高パワースパッタリング工程S180は共に同一の成膜室700において行なわれる。このような制御のために、直流電源712として、例えば電圧出力または電流出力(以下、単に出力パワーという)を変化させプラズマ電力を調整しうる可変直流電源を採用する。直流電源712を制御するためのコントローラー714が直流電源712に接続されることも好ましい。低パワー透明導電膜132および高パワー透明導電膜134が形成された製造用基板100Sの部分は、巻取り室504に送られ巻き取りロール504Rに巻取られる。
In the
[2−2 スーパーストレート薄膜太陽電池の製造工程]
図2の薄膜シリコン太陽電池2000を作製する場合、半導体層形成工程S140の第1非単結晶シリコン系膜の形成工程S142は、p型Si系膜222を形成する工程である。同様に、第2非単結晶シリコン系膜の形成工程S144は、i型Si系膜224を形成する工程とされ、第3非単結晶シリコン系膜の形成工程S146は、n型Si系膜226を形成する工程である。これらの工程S142〜工程S146はこの順に実行される。低パワースパッタリング工程S160は、第3非単結晶シリコン系膜の形成工程S146に次いで実行する。
[2-2 Super straight thin film solar cell manufacturing process]
When the thin-film silicon
[3 実験例]
次に、本実施形態の薄膜シリコン太陽電池1000を実際に作製したサンプルに基づく実験例を、いくつかの実施例、ならびにそれらに関連する比較例および予備実験例として説明する。以下の実施例等に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することかできる。したがって、本発明の範囲は以下の具体例に限定されるものではない。また、これまで説明した図面を適宜参照する。
[3 Experimental example]
Next, experimental examples based on samples in which the thin-film silicon
まず、比較例1〜3、予備実験例1〜5および実施例1〜3の各例のサンプルに共通する条件や作製工程を説明する。各例のサンプルにおいて薄膜太陽電池の構造は、図1の薄膜シリコン太陽電池1000とほぼ同様とした。具体的には、各例の薄膜太陽電池において、n型Si系膜122、i型Si系膜124およびp型Si系膜126の位置には微結晶シリコン層(μc−Si)である非単結晶シリコン系の薄膜太陽電池(以下、「μc−Si太陽電池」という)を作製した。つまり、製造用基板100Sの裏面電極110が形成されている面の上にμc−Siのn型Si系膜122、i型Si系膜124、p型Si系膜126(以下、それぞれ、「n層」、「i層」、および「p層」と記す)を成膜した。この成膜には、図4および図5に示した製造装置5000とそれが内蔵している成膜室600とを用いるプラズマCVD法が実行される。作製された各サンプルのn層、i層、p層それぞれの厚さは、30nm、2500nm、30nm(いずれも成膜レートからの換算値)とした。比較例1および予備実験例1〜5においては、前面電極130を、直流電源712からの出力パワーを時間変化させず、一定の出力により形成した。各例のサンプルにおいて、前面電極130または前面電極130に相当する透明導電膜の厚みは、同一の70nmに統一した。ITO膜の形成は、図4および図6に示した製造装置5000と成膜室700により行なった。その際のITO膜の形成条件は、いずれの例も、Ar−O2(1.2%)、ガス流量10sccm、圧力3mtorr(約0.4Pa)とし、成膜時の基板温度(アノード電極704の制御温度)を200℃とした。以下、各例のサンプルの間で相異させた条件について説明する。
First, conditions and manufacturing steps common to the samples of Comparative Examples 1 to 3, Preliminary Experimental Examples 1 to 5, and Examples 1 to 3 will be described. In each sample, the structure of the thin film solar cell was substantially the same as that of the thin film silicon
[3−1 比較例(一部)]
比較例1として、Si系積層体120の面の上に、前面電極130に相当する透明導電膜として、ITO膜(膜厚70nm)を直流スパッタ法で積層しサンプル#1−1を作製した。サンプル#1−1では、直流電源712の出力パワーを終始一定の140Wとした。こうして作製された太陽電池の比較例1(サンプル#1−1)の変換効率を実測したところ7.7%であった。なお、ITO膜を140Wにて70nm厚に成膜するのに要する時間は200秒であった。
[3-1 Comparative example (part)]
As Comparative Example 1, an ITO film (thickness: 70 nm) was laminated as a transparent conductive film corresponding to the
[3−2 予備実験例]
次に予備実験例1〜5として、いくつかの値の直流電源712の出力パワーにより比較例1と同様の構造の太陽電池を作製した。予備実験例1〜5においては、前面電極130に相当する透明導電膜のITO膜の成膜の際、直流電源712の出力パワーは終始一定の値としたサンプル#2−1〜#2−5を作製した。ただし、サンプル#2−1〜#2−5において、前面電極130に相当する透明導電膜のITO膜を成膜する際の直流電源712の出力を、それぞれ、35W、50W、70W、120Wおよび140Wと変更した。なお、これらのうち140Wのサンプル#2−5は、上記比較例1のサンプル#1−1と同条件にて作製されたものである。そして、予備実験例1〜5として作製されたサンプル#2−1〜#2−5それぞれの変換効率を実測し表1の結果を得た。
[3-2 Preliminary experiment example]
Next, as Preliminary Experimental Examples 1 to 5, solar cells having the same structure as that of Comparative Example 1 were fabricated using several values of output power from the
[3−3 実施例および追加の比較例]
次に、実施例1〜3として、薄膜シリコン太陽電池1000の構造の薄膜シリコン系太陽電池のサンプル#3−3、#3−5、および#3−7を作製した。前面電極130として形成したITO膜の形成条件は、成膜途中にて直流電源712の出力パワーを変更し、図3に示した低パワースパッタリング工程S160と高パワースパッタリング工程S180の二段階の成膜とした。具体的には、これらの実施例1〜3の各サンプルにおいては、低パワースパッタリング工程S160として、直流電源712の出力パワーを35Wとした低パワーにより低パワー透明導電膜132を成膜した。続けて、プラズマの励起を継続させながら、高パワースパッタリング工程S180に切り替えた。高パワースパッタリング工程S180においては、同出力パワーを140Wとした高パワーにより高パワー透明導電膜134を成膜した。こうして、低パワースパッタリング工程S160における出力パワーの基準値を35Wとし、高パワースパッタリング工程S180における出力パワーの140Wは、当該基準値の4倍となるようにした。図7は、サンプル#3−3、#3−5、および#3−7などにおいて採用した35W(低いプラズマ電力)と140W(高いプラズマ電力)における電力を切り替える様子を模式的に例示するグラフである。こうして実施例1〜3においては、図1に示したとおりの、低パワー透明導電膜132および高パワー透明導電膜134が互いに接して形成されている前面電極130を形成した。
[3-3 Examples and Additional Comparative Examples]
Next, as Examples 1 to 3, samples # 3-3, # 3-5, and # 3-7 of thin film silicon solar cells having the structure of the thin film silicon
本願の発明者は、実施例1〜3として作製されたサンプル#3−3、#3−5、#3−7において低パワー透明導電膜132と高パワー透明導電膜134(図1)の境界をいくつかの分析手段により確認しようと試みたものの明瞭な境界は確認されなかった。ただし、これらのサンプルにおいては、図1に示したような低パワー透明導電膜132および高パワー透明導電膜134の各層は成膜処理の順序通りに図1に示したように形成されており、また、特段経時変化しないものと本願の発明者は確信している。その理由の一つは、別途の実験により、35Wおよび140Wの出力パワーにおける成膜レートに応じて低パワー透明導電膜132および高パワー透明導電膜134の膜厚が増加することが確認されているためである。
The inventors of the present application described the boundaries between the low-power transparent
さらに、実施例1および2(サンプル#3−3および#3−5)に対応させて、低パワーと高パワーの時間的順序を反転させた比較例2および3(サンプル#3−4および#3−6)も作製した。そして、比較例1および予備実験例1〜5と同様に、変換効率を測定した。表2に、各サンプルの変換効率を示している。実施例1〜3の各サンプルは、サンプル#3−3(実施例1)、#3−5(実施例2)、サンプル#3−7(実施例3)であり、サンプル#3−4(比較例2)、#3−6(比較例3)は、それぞれ、サンプル#3−3(実施例1)、サンプル#3−5(実施例2)と対比されるべき比較例である。
なお、表2には、各サンプルのITO膜形成時のパワー条件、低いプラズマ電力(35W)にて形成されたITO膜の膜厚、およびITO膜の成膜時間も示している。これらの膜厚は、別途の成膜レートを決定する実験からの換算値である。表2のパワー条件は、ITO膜の形成の順に、(先の成膜条件)/(後の成膜条件)の順にスラッシュにより区切り記載している。比較のため、表2には、上述した比較例1および予備実験例5の条件に相当するサンプル(サンプル#3−1、#3−2)も再掲している。先述したように、各サンプルにおいて形成されるITO膜の膜厚は合計70nmとなるように統一している。このため、各サンプルにおける成膜時間の逆数が実効的な成膜レートのための相対的な指標となる。 Table 2 also shows the power conditions when forming the ITO film of each sample, the film thickness of the ITO film formed with a low plasma power (35 W), and the film formation time of the ITO film. These film thicknesses are converted values from experiments for determining a separate film formation rate. The power conditions in Table 2 are delimited by slashes in the order of (former film formation conditions) / (subsequent film formation conditions) in the order of ITO film formation. For comparison, in Table 2, samples (samples # 3-1 and # 3-2) corresponding to the conditions of the comparative example 1 and the preliminary experimental example 5 described above are also shown again. As described above, the thickness of the ITO film formed in each sample is unified to be 70 nm in total. For this reason, the reciprocal of the film formation time in each sample is a relative index for an effective film formation rate.
表2に示した実験例から、本願の発明者は以下の知見を得ている。まず、サンプル#3−1(比較例1)とサンプル#3−2(予備実験例1)との対比により、ITO膜の成膜レートが直流電源712の出力と反比例していることを確認した。加えて、成膜レートが低いほど、変換効率は高くなっている。これらは、上述したように、比較例1と予備実験例1〜5からも導かれる知見である。次に、サンプル#3−2(予備実験例1)とサンプル#3−3(実施例1)の対比により、ITO膜のすべてを低いプラズマ電力にて形成しない場合であっても、サンプル#3−2(予備実験例1)にて実現された高い変換効率の薄膜太陽電池を作製することは可能であることを確認した。なお、サンプル#3−3(実施例1)において35Wの低いプラズマ電力により形成された低パワー透明導電膜132の膜厚は、前面電極130の膜厚である70nmの約2/3である。
From the experimental examples shown in Table 2, the inventors of the present application have obtained the following knowledge. First, by comparing Sample # 3-1 (Comparative Example 1) and Sample # 3-2 (Preliminary Experimental Example 1), it was confirmed that the deposition rate of the ITO film was inversely proportional to the output of the
ここで、サンプル#3−3(実施例1)において高い変換効率が得られた要因を実験に基づき確認した。具体的には、前面電極130の膜の一部に低パワー透明導電膜132のような低パワー透明導電膜が形成されている影響を評価するため、次にサンプル#3−3(実施例1)とサンプル#3−4(比較例2)とを対比した。サンプル#3−4(比較例2)におけるITO膜は、サンプル#3−3(実施例1)の前面電極130の低パワー透明導電膜132と高パワー透明導電膜134の順序を丁度入れ替えた位置関係となるように形成したものである。その結果、サンプル#3−4(比較例2)では、サンプル#3−3(実施例1)に比べ変換効率が多少ではあるものの低下した。この実験事実は、サンプル#3−3(実施例1)の前面電極130において、低いプラズマ電力にて形成されたITO膜の位置が、薄膜シリコン太陽電池1000の光電変換特性に影響することを示している。仮に、サンプル#3−1(実施例1)が低パワー透明導電膜132それ自体の導電率などの膜の性質に起因してその変換効率を向上させているなら、低いプラズマ電力にて形成されたITO膜の位置と変換効率の関係は明瞭となるとは考えにくい。ところが、サンプル#3−3(実施例1)とサンプル#3−4(比較例2)との対比においては、変換効率に明瞭な関係が見られたため、低いプラズマ電力にて形成されたITO膜の位置が重要な役割を果たしているといえる。
Here, the factor which obtained high conversion efficiency in sample # 3-3 (Example 1) was confirmed based on experiment. Specifically, in order to evaluate the influence that a low power transparent conductive film such as the low power transparent
この際、本願の発明者は、サンプル#3−1〜サンプル#3−4までの実験事実において、低いプラズマ電力にて形成されたITO膜がSi系積層体120に接している場合に、変換効率が高まっていることに気づいた。その原因に関して、直流電源712の出力パワーを低下させると、Si系積層体120がスパッタリング処理によりうけるダメージが軽減するためと本願の発明者は考えている。そのダメージは、例えば、アルゴンガスによるイオン衝撃(ion bombardment)などである。さらには、Si系積層体120に対して接する位置に置かれる低パワー透明導電膜132は、その低パワー透明導電膜132の面より上に置かれる高パワー透明導電膜134のためのスパッタリング時のイオン衝撃などからSi系積層体120を保護する役目を果たすことが期待できると本願の発明者は推測した。
At this time, the inventor of the present application converts the ITO film formed with low plasma power in contact with the Si-based
そこで、低パワー透明導電膜132によるSi系積層体120の保護の効果が、低パワー透明導電膜132の膜厚とどのような関連を持つかを探るため、また、成膜処理の時間をより短くして実効的な成膜レートを高めるために、低パワー透明導電膜132を可能な限り薄くし、高パワー透明導電膜134の膜厚を厚くしうる可能性を追求した。具体的には、サンプル#3−3(実施例1)において前面電極130の約2/3の膜厚の低パワー透明導電膜132、約1/3の高パワー透明導電膜134を採用していたのに対し、サンプル#3−5(実施例2)においては、132の膜厚を、前面電極130の約1/3である23nm程度とし、残り約2/3を高パワー透明導電膜134とすることを試みた。その結果、サンプル#3−5(実施例2)においては、依然として、サンプル#3−3(実施例1)と同程度の高い変換効率が維持されていることを確認した。なお、ダメージに関する発明者による知見を確認する趣旨にて、サンプル#3−5(実施例2)の低パワー透明導電膜132と高パワー透明導電膜134の順序を反転させたサンプル#3−6(比較例3)を作製した。この場合にも、サンプル#3−5(実施例2)に比べて変換効率が低下するという上記知見をサポートする現象が再現した。
Therefore, in order to investigate how the effect of protecting the Si-based
最後に、低パワー透明導電膜132を可能な限り薄くし、高パワー透明導電膜134の膜厚を厚くしうる可能性を追求するために、サンプル#3−7(実施例3)を作製した。そして、低パワー透明導電膜132の厚みを6nmとしたサンプル#3−7(実施例3)において、変換効率がサンプル#3−5(実施例2)と同程度であることを確認した。このように、低パワー透明導電膜132の膜厚は、少なくとも6nmの厚みだけ形成されていれば、低パワー透明導電膜132によるSi系積層体120の保護の効果が得られることを確認した。
Finally, Sample # 3-7 (Example 3) was produced in order to pursue the possibility of making the low power transparent
以上に述べたように、本実施形態においては、低パワー透明導電膜132と高パワー透明導電膜134を設けることにより、また、低パワースパッタリング工程S160と高パワースパッタリング工程S180を実行することにより、高い変換特性を維持しつつ短い成膜処理時間を実現する薄膜太陽電池が作製されることが実験的に確認された。さらには、低パワー透明導電膜132の膜厚は、低パワー透明導電膜132と高パワー透明導電膜134の膜厚の合計の1/3より薄く形成しても十分な効果が見込めることも確認した。また、前面電極130の実効的な成膜レートを高めるための特に好ましい条件は、低パワー透明導電膜132の厚みを6nm以上とすることである。
As described above, in the present embodiment, by providing the low power transparent
[4 他のタイプの薄膜太陽電池における低パワースパッタリングの効果]
上述した薄膜シリコン太陽電池1000の構造における低パワー透明導電膜132と同様の効果は、図2を参照し説明した薄膜シリコン太陽電池2000においても同様に発揮される。
[4 Effects of low power sputtering in other types of thin film solar cells]
The same effects as those of the low power transparent
[4−1 スーパーストレート型]
図2の薄膜シリコン太陽電池2000では、基板200に形成されたSi系積層体220の面に接して低パワー透明導電膜232が形成される。低いプラズマ電力にて低パワー透明導電膜232を、そして、それよりも高いプラズマ電力により高パワー透明導電膜234をスパッタリングすることにより、裏面電極230を形成する際の実効的な成膜レートの低下を防止しつつ、Si系積層体220に対するダメージを軽減することが可能となる。
[4-1 Super straight type]
In the thin film silicon
[4−2 その他の変形]
本実施形態は、図1および図2を参照して説明した薄膜シリコン太陽電池1000および2000のいずれにも記載されていない部材、材質または構造上の特徴を付加することが排除されていない点には、留意が必要である。例えば、直列接続するために集積型の構造を有する薄膜太陽電池においても例えば低パワー透明導電膜132の構成は有用である。また、図1および2においては、単接合のシリコン系半導体積層体120または220を有する構成を説明したが、多接合のシリコン系半導体積層体を有するような薄膜太陽電池においても、低パワー透明導電膜をシリコン系半導体積層体に接して配置することにより、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
[4-2 Other variations]
In the present embodiment, it is not excluded to add a member, a material, or a structural feature that is not described in any of the thin film silicon
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。上述の実施形態、実施例は、発明を説明するために記載されたものであり、本出願の発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきものである。また、実施形態の他の組合せを含む本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。 The embodiment of the present invention has been specifically described above. The above-described embodiments and examples are described for explaining the invention, and the scope of the invention of the present application should be determined based on the description of the claims. In addition, modifications that exist within the scope of the present invention including other combinations of the embodiments are also included in the scope of the claims.
本発明によれば、高性能な薄膜太陽電池を高い生産性にて生産することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to produce a high-performance thin film solar cell with high productivity.
1000 薄膜シリコン太陽電池
100 基板
100S 製造用基板
120 シリコン系半導体積層体
110 裏面電極(基板側電極)
122 n型非単結晶シリコン系膜(n型Si系膜、第1非単結晶シリコン系膜)
124 i型非単結晶シリコン系膜(i型Si系膜、第2非単結晶シリコン系膜)
126 p型非単結晶シリコン系膜(p型Si系膜、第3非単結晶シリコン系膜)
130 前面電極
132 低パワー透明導電膜
134 高パワー透明導電膜
2000 薄膜シリコン太陽電池
200 基板
210 前面電極(基板側電極)
220 シリコン系半導体積層体
222 p型非単結晶シリコン系膜(p型Si系膜、第1非単結晶シリコン系膜)
224 i型非単結晶シリコン系膜(i型Si系膜、第2非単結晶シリコン系膜)
226 n型非単結晶シリコン系膜(n型Si系膜、第3非単結晶シリコン系膜)
230 裏面電極
232 低パワー透明導電膜
234 高パワー透明導電膜
236 金属反射電極層
5000 製造装置
502 巻出し室
504 巻取り室
502R、504R ロール
510 半導体層形成室
600、700 成膜室
602、702 カソード電極
604、704 アノード電極
612 高周波電源
614 整合器
712 直流電源
714 コントローラー
720 ターゲット
1000 Thin-film silicon
122 n-type non-single crystal silicon film (n-type Si film, first non-single crystal silicon film)
124 i-type non-single crystal silicon film (i-type Si film, second non-single crystal silicon film)
126 p-type non-single crystal silicon film (p-type Si film, third non-single crystal silicon film)
130
220 Silicon-based semiconductor laminate 222 p-type non-single-crystal silicon-based film (p-type Si-based film, first non-single-crystal silicon-based film)
224 i-type non-single crystal silicon film (i-type Si film, second non-single crystal silicon film)
226 n-type non-single crystal silicon film (n-type Si film, third non-single crystal silicon film)
230
Claims (12)
光電変換のための半導体層と、
ある基準値以下の小さいプラズマ電力のスパッタリング法により形成され、該半導体層に接して置かれた低パワー透明導電膜と、
前記基準値より大きいプラズマ電力のスパッタリング法により形成され、前記低パワー透明導電膜の面より上に置かれた高パワー透明導電膜と
を前記基板からこの順に備える
薄膜太陽電池。 A substrate side electrode formed on the substrate;
A semiconductor layer for photoelectric conversion;
A low-power transparent conductive film formed by sputtering with a small plasma power below a certain reference value and placed in contact with the semiconductor layer;
A thin-film solar cell comprising: a high-power transparent conductive film formed by a sputtering method with a plasma power larger than the reference value, and placed above the surface of the low-power transparent conductive film in this order from the substrate.
前記低パワー透明導電膜が前記第3非単結晶シリコン系膜に接している
請求項1に記載の薄膜太陽電池。 The semiconductor layer includes a first conductivity type first non-single crystal silicon film, an intrinsic semiconductor second non-single crystal silicon film, and a second conductivity type third non-single crystal silicon film. A silicon-based semiconductor laminate formed in this order from the side electrode,
The thin film solar cell according to claim 1, wherein the low-power transparent conductive film is in contact with the third non-single crystal silicon-based film.
前記シリコン系半導体積層体には、前記高パワー透明導電膜および前記低パワー透明導電膜を通して前記第3非単結晶シリコン系膜の側から光が入射する
請求項2に記載の薄膜太陽電池。 The first conductivity type and the second conductivity type are n-type and p-type, respectively;
The thin film solar cell according to claim 2, wherein light enters the silicon-based semiconductor laminate from the side of the third non-single-crystal silicon-based film through the high-power transparent conductive film and the low-power transparent conductive film.
前記第1導電型および前記第2導電型がそれぞれp型およびn型であり、
前記シリコン系半導体積層体には、前記基板および前記基板側電極を通して前記第1非単結晶シリコン系膜の側から光が入射する
請求項2に記載の薄膜太陽電池。 The substrate and the substrate side electrode have translucency,
The first conductivity type and the second conductivity type are p-type and n-type, respectively;
The thin film solar cell according to claim 2, wherein light enters the silicon-based semiconductor stacked body from the first non-single-crystal silicon-based film side through the substrate and the substrate-side electrode.
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の薄膜太陽電池。 5. The thickness of the low-power transparent conductive film is 1/3 or less of the total thickness of the low-power transparent conductive film and the high-power transparent conductive film. The thin film solar cell described.
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の薄膜太陽電池。 The thin film solar cell according to any one of claims 1 to 4, wherein a thickness of the low power transparent conductive film is 6 nm or more.
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の薄膜太陽電池。 The thin-film solar cell according to any one of claims 1 to 4, wherein a value of plasma power when forming the high-power transparent conductive film is four times or more of the reference value.
光電変換のための半導体層を形成する半導体層形成工程と、
ある基準値以下の小さいプラズマ電力により、低パワー透明導電膜を前記半導体層に接して形成する低パワースパッタリング工程と、
前記基準値より大きいプラズマ電力により、高パワー透明導電膜を前記低パワー透明導電膜の面より上に形成する高パワースパッタリング工程と
をこの順に含む
薄膜太陽電池の製造方法。 Forming a substrate-side electrode on the substrate;
A semiconductor layer forming step of forming a semiconductor layer for photoelectric conversion;
A low power sputtering step of forming a low power transparent conductive film in contact with the semiconductor layer with a small plasma power below a certain reference value;
A high power sputtering step of forming a high power transparent conductive film above the surface of the low power transparent conductive film with a plasma power greater than the reference value, in this order.
第1導電型の第1非単結晶シリコン系膜を形成する工程と、
真性半導体の第2非単結晶シリコン系膜を形成する工程と、
第2導電型の第3非単結晶シリコン系膜を形成する工程と
をこの順に含むものであり、
第3非単結晶シリコン系膜を形成する工程に次いで、前記低パワースパッタリング工程が実行される
請求項8に記載の薄膜太陽電池の製造方法。 The semiconductor layer forming step includes
Forming a first non-single-crystal silicon film of the first conductivity type;
Forming an intrinsic semiconductor second non-single-crystal silicon film;
Forming a third non-single crystal silicon-based film of the second conductivity type in this order,
The method for manufacturing a thin-film solar cell according to claim 8, wherein the low power sputtering step is performed after the step of forming the third non-single-crystal silicon-based film.
請求項8または請求項9に記載の薄膜太陽電池の製造方法。 The thin film solar cell according to claim 8 or 9, wherein a thickness of the low power transparent conductive film is 1/3 or less of a total thickness of the low power transparent conductive film and the high power transparent conductive film. Manufacturing method.
請求項8または請求項9に記載の薄膜太陽電池の製造方法。 The method for manufacturing a thin-film solar cell according to claim 8 or 9, wherein the low-power transparent conductive film has a thickness of 6 nm or more.
請求項8または請求項9に記載の薄膜太陽電池の製造方法。 The method of manufacturing a thin-film solar cell according to claim 8 or 9, wherein a value of plasma power in the high power sputtering step is four times or more of the reference value.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011175744A JP2013038367A (en) | 2011-08-11 | 2011-08-11 | Thin film solar cell and manufacturing method of the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011175744A JP2013038367A (en) | 2011-08-11 | 2011-08-11 | Thin film solar cell and manufacturing method of the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2013038367A true JP2013038367A (en) | 2013-02-21 |
Family
ID=47887654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011175744A Withdrawn JP2013038367A (en) | 2011-08-11 | 2011-08-11 | Thin film solar cell and manufacturing method of the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2013038367A (en) |
-
2011
- 2011-08-11 JP JP2011175744A patent/JP2013038367A/en not_active Withdrawn
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6566159B2 (en) | Method of manufacturing tandem thin-film solar cell | |
| CN104584237B (en) | Photovoltaic element and manufacturing method thereof | |
| WO2019119817A1 (en) | Heterjunction solar cell and preparation method therefor | |
| US6979589B2 (en) | Silicon-based thin-film photoelectric conversion device and method of manufacturing thereof | |
| JP4940290B2 (en) | Photoelectric conversion device and manufacturing method thereof | |
| JP2015531992A (en) | Method for forming photovoltaic device | |
| US20100307574A1 (en) | Solar cell and manufacturing method thereof | |
| JP2004260014A (en) | Multilayer type thin film photoelectric conversion device | |
| JPWO2014148499A1 (en) | Photovoltaic element | |
| JP5400322B2 (en) | Silicon-based thin film solar cell and method for manufacturing the same | |
| WO2008059857A1 (en) | Thin-film photoelectric conversion device | |
| JP2002208715A (en) | Photovoltaic element and method for manufacturing the same | |
| US20110120534A1 (en) | Thin film solar cell and manufacturing method thereof | |
| JP2013038367A (en) | Thin film solar cell and manufacturing method of the same | |
| JP2005217046A (en) | Solar panel | |
| WO2005109526A1 (en) | Thin film photoelectric converter | |
| JP2011014618A (en) | Solar cell and method of manufacturing the same | |
| JP2007287926A (en) | Integrated thin film photoelectric conversion device, and method of manufacturing same | |
| US20100307573A1 (en) | Solar cell and manufacturing method thereof | |
| JP5373045B2 (en) | Photoelectric conversion device | |
| WO2011105166A1 (en) | Photoelectric conversion module and method for manufacturing same | |
| JP2011216586A (en) | Laminated photoelectric conversion device and method of manufacturing the same | |
| JP2010283162A (en) | Solar cell and manufacturing method thereof | |
| JP2006216624A (en) | Solar cell and its production process | |
| JP2010034411A (en) | Thin film solar cell and manufacturing method thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20141104 |