JP3017421B2 - Photovoltaic element - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光起電力素子に係る。
より詳細には、第1半導体層の導電型を決定する不純物
濃度、又は第1半導体層を構成する結晶の粒径を制御す
ることにより、長期使用中に半導体層において部分的な
短絡が起こっても、特性の大幅な低下が発生しない光起
電力素子に関する。特に、本発明の光起電力素子として
は、例えば、太陽電池が挙げられる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photovoltaic device.
More specifically, by controlling the impurity concentration that determines the conductivity type of the first semiconductor layer or the grain size of the crystal that forms the first semiconductor layer, a partial short circuit occurs in the semiconductor layer during long-term use. Also, the present invention relates to a photovoltaic element in which a significant decrease in characteristics does not occur. In particular, the photovoltaic element of the present invention includes, for example, a solar cell.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、光起電力素子の一つであるシリコ
ン系非単結晶半導体を用いた薄膜太陽電池は、単結晶及
び多結晶半導体を用いた太陽電池と比較して、ガラスや
金属シート等の比較的安価な基板上に大面積に形成可
能、及び膜厚が薄くて済むため低コスト化及び大面積化
が可能という長所をもち、かつ、クリーンなエネルギー
が得られる太陽光発電の普及という観点から注目されて
いる。2. Description of the Related Art In recent years, thin-film solar cells using a silicon-based non-single-crystal semiconductor, which is one of photovoltaic elements, have been compared with solar cells using single-crystal and polycrystalline semiconductors in glass and metal sheets. Widespread use of photovoltaic power generation, which has the advantage of being able to form a large area on a relatively inexpensive substrate such as a thin film, and having a thin film thickness, enabling cost reduction and large area, and providing clean energy. From the viewpoint of attention.
【0003】ところで、太陽電池を例えば一般家庭の電
力供給用として用いる場合には、約3kWの出力が必要
となる。この時、太陽電池の変換効率が10%であれば
30m2という大面積の太陽電池が必要になる。[0003] When a solar cell is used, for example, for supplying power to ordinary households, an output of about 3 kW is required. At this time, if the conversion efficiency of the solar cell is 10%, a solar cell having a large area of 30 m 2 is required.
【0004】しかしながら、シリコン系非単結晶半導体
からなる太陽電池では、半導体層の厚さが高々数百nm
と薄い。したがって、半導体の製造工程上、かかる大面
積にわたって半導体層にピンホールや介在物による欠陥
のない太陽電池を作製することは極めて困難である。半
導体層成膜時のダストの影響や、基板の傷、突起によっ
て半導体層にピンホールができたり、導電性のダスト等
の介在物が入って半導体層上下の電極がショートし易い
ことが知られている。特に、基板として表面が鏡面研磨
されていないステンレス等の金属シートを用いた場合
や、発生電流の増大を目的として基板表面を凹凸形状と
した場合に、大面積の太陽電池ではショートする箇所が
発生し易かった。However, in a solar cell made of a silicon-based non-single-crystal semiconductor, the thickness of the semiconductor layer is at most several hundred nm.
And thin. Therefore, in a semiconductor manufacturing process, it is extremely difficult to manufacture a solar cell having no defect due to pinholes or inclusions in the semiconductor layer over such a large area. It is known that the influence of dust during the formation of the semiconductor layer, the formation of pinholes in the semiconductor layer due to scratches and protrusions on the substrate, and the inclusion of conductive dust and other inclusions can cause short-circuiting of the upper and lower electrodes of the semiconductor layer. ing. In particular, when a metal sheet such as stainless steel whose surface is not mirror-polished is used as the substrate, or when the surface of the substrate is made uneven in order to increase the generated current, a short circuit occurs in a large-area solar cell. It was easy.
【0005】その結果、太陽電池の下部電極と上部電極
とが半導体層のピンホール部で直接接触したり、半導体
層中に入った導電性のダストによって上下の電極が接続
されたり、基板のスパイク状の突起が上部電極と接触し
たり等して低抵抗なショート箇所ができると、光によっ
て発生した電流が前記ショート箇所の低抵抗な部分に流
れ込むことになり、出力電圧や出力電流の急激な低下が
おこり、特性が急激に低下する。As a result, the lower electrode and the upper electrode of the solar cell come into direct contact with each other at pinholes in the semiconductor layer, the upper and lower electrodes are connected by conductive dust in the semiconductor layer, and spikes on the substrate are caused. When a short-shaped portion having a low resistance is formed due to the contact of the projections with the upper electrode or the like, the current generated by light flows into the low-resistance portion of the short-circuited portion, and the output voltage or the output current sharply increases. Degradation occurs, and the characteristics rapidly decrease.
【0006】従来、上述したショートに対する方法とし
ては、次の技術が知られている。 半導体層にピンホールや介在物が発生しないように半
導体形成装置内を清浄化し、ピンホールや介在物の原因
になるダストの発生を抑制する方法。 米国特許第4451970号や米国特許第47299
70号等に開示された、半導体層形成後にショート箇所
を選択的に絶縁物で覆う、あるいは化学的手段で高抵抗
化する方法。 米国特許第4598306号等に開示された、電極と
半導体層の間に電極と比較して高抵抗の透光性のバリア
層を設け、たとえショート箇所があっても大きな短絡電
流が流れるのを防止する方法。Conventionally, the following technique is known as a method for the above-mentioned short circuit. A method of cleaning the inside of a semiconductor forming apparatus so that pinholes and inclusions are not generated in a semiconductor layer, and suppressing generation of dust that causes pinholes and inclusions. U.S. Pat. No. 4,451,970 and U.S. Pat.
No. 70, etc., a method of selectively covering a short-circuit portion with an insulator after forming a semiconductor layer, or increasing the resistance by chemical means. U.S. Pat. No. 4,598,306 discloses that a light-transmitting barrier layer having a higher resistance than an electrode is provided between an electrode and a semiconductor layer to prevent a large short-circuit current from flowing even if there is a short-circuit portion. how to.
【0007】しかし、上記従来技術には、次のような問
題がある。 (1)の方法には前述のように、大面積の半導体層に
ピンホールや介在物による欠陥が全くない状態にする事
は極めて困難であり、限界がある。 (2)のショート部分を半導体層形成直後に絶縁化す
る方法では、ショート箇所除去後、長年の太陽電池使用
期間中に力学的ダメージや水分の侵入等でショート箇所
が発生した場合には対処できない。[0007] However, the above prior art has the following problems. In the method (1), as described above, it is extremely difficult to make the semiconductor layer having a large area free from defects due to pinholes or inclusions, and there is a limit. In the method of (2), in which the short portion is insulated immediately after the formation of the semiconductor layer, it is impossible to cope with the case where the short portion occurs due to mechanical damage, intrusion of moisture, etc. during a long period of use of the solar cell after removing the short portion. .
【0008】このため、屋外において長期間使用される
太陽電池において、ショート発生に伴う急激な特性の低
下を防止し、長期信頼性を高めるためには、製造段階に
おいて発生するショート箇所を、の方法によって排
除するとともに、長期使用期間中に万一ショート箇所が
発生した場合にも大きな短絡電流が流れて特性が急激に
低下する事を防止する為に、等の対策を施しておくこ
とが必要である。For this reason, in a solar cell which is used outdoors for a long period of time, in order to prevent a sharp decrease in characteristics due to the occurrence of a short circuit and to improve long-term reliability, a method of forming a short-circuit portion generated in a manufacturing stage is required. It is necessary to take countermeasures such as to prevent a large short-circuit current from flowing even if a short-circuit occurs during a long-term use period, and to suddenly reduce the characteristics. is there.
【0009】上記に示した米国特許第4598306
号では、電極と半導体層の間に設ける電極と比較して高
抵抗の透光性のバリア層として、In,Sn,Cd,Z
n,Sb,Si,Cr,及びステンレス基板等の酸化
物、窒化物、炭化物等の層が挙げられている。[0009] US Patent No. 4,598,306, shown above.
In In, Sn, Cd, Z as a light-transmitting barrier layer having a higher resistance than an electrode provided between an electrode and a semiconductor layer.
Layers of oxides, nitrides, carbides and the like such as n, Sb, Si, Cr, and stainless steel substrates are mentioned.
【0010】ところが、半導体層や電極以外にこのよう
なバリア層を設けるには、新たにバリア層を形成する形
成装置が必要であり、製造工程が複雑になるということ
が改善されるべき課題になっていた。However, in order to provide such a barrier layer other than the semiconductor layer and the electrode, a forming apparatus for forming a new barrier layer is required, and the problem that the manufacturing process becomes complicated is to be improved. Had become.
【0011】また、これらの材料の中で、非単結晶シリ
コン半導体を用いた光起電力素子において多用されるI
nOx,SnOx,ZnOxや、SiC,SiN,SiO
等の材料によって、透明でしかもかかる目的に適切な抵
抗範囲の膜を得るには、不純物の微妙な調整が必要であ
り、再現性良く同質のバリア層を得ることが困難である
ということも課題となっていた。すなわち、InOx,
SnOx,ZnOx等は一般的に透明導電膜として用いら
れるかなり低抵抗な膜であり、SiC,SiN,SiO
等は一般的に絶縁膜として用いられるかなり高抵抗な膜
であるため、ショート箇所が発生したときに部分的に大
きなショート電流が流れるのを抑制する目的で設ける導
電膜と絶縁膜の中間の適正な抵抗範囲に制御するにはか
なり微妙な不純物のドーピング量の調整が必要であっ
た。[0011] Among these materials, I.P. is widely used in a photovoltaic device using a non-single-crystal silicon semiconductor.
nO x , SnO x , ZnO x , SiC, SiN, SiO
In order to obtain a film that is transparent and has an appropriate resistance range for this purpose, it is necessary to finely adjust impurities, and it is difficult to obtain a barrier layer of the same quality with good reproducibility. Had become. That is, InO x ,
SnO x , ZnO x, and the like are generally low resistance films generally used as transparent conductive films, and include SiC, SiN, SiO
Is an extremely high-resistance film that is generally used as an insulating film, so it is an intermediate film between the conductive film and the insulating film provided for the purpose of suppressing the flow of a large short-circuit current when a short-circuit occurs. In order to control the resistance in a wide range, it is necessary to adjust the doping amount of the impurity considerably finely.
【0012】さらに、半導体層における光吸収率を高め
て出力電流を増やす目的で、基板表面に設けたAgやA
l等の高反射率金属層が半導体層へ拡散するのを抑制し
たり、結晶の構造によって凹凸形状を形成し、入射光の
光路長を長くして出力電流を増やす目的で、導電性基板
上に透明導電膜を形成することが一般に行われている。Further, for the purpose of increasing the light absorptivity in the semiconductor layer to increase the output current, Ag or A provided on the substrate surface is used.
For the purpose of suppressing the diffusion of the high-reflectance metal layer such as l into the semiconductor layer, forming the unevenness by the crystal structure, increasing the optical path length of the incident light and increasing the output current, In general, a transparent conductive film is formed.
【0013】このような場合、透明導電膜としてInO
x,SnOx,ZnOx等を用い、これらの抵抗を高めに
制御すれば前記米国特許第4598306号に示された
形態になるが、このとき結晶の構造によって光路長を長
くし、ショートを発生させないような適切な凹凸形状を
形成する成膜条件と、抵抗値を適正範囲に制御する成膜
条件とは異なっており、両方を同時に満たすことは極め
て困難であった。In such a case, the transparent conductive film is made of InO.
By using x , SnO x , ZnO x, etc., and controlling these resistances to a higher level, the configuration shown in the aforementioned US Pat. No. 4,598,306 can be obtained. At this time, the optical path length is increased by the crystal structure, and a short circuit is generated. The film forming conditions for forming an appropriate uneven shape so as not to be formed are different from the film forming conditions for controlling the resistance value within an appropriate range, and it is extremely difficult to satisfy both at the same time.
【0014】[0014]
【発明が解決しようとする課題】本発明では、長期使用
期間中に半導体層に部分的なショートが発生しても大き
な特性の低下を生じることなく、長期信頼性に優れ、か
つ、製造工程を複雑にすることなく容易に達成しうる光
起電力素子を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, even if a partial short circuit occurs in a semiconductor layer during a long-term use period, the characteristics are not greatly reduced, the long-term reliability is excellent, and the manufacturing process is improved. It is an object of the present invention to provide a photovoltaic element that can be easily achieved without making it complicated.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】本発明の光起電力素子
は、少なくとも、層構成が、導電性基板/第1の導電型
を有する第1半導体層/実質的に真性の第2半導体層/
前記第1の導電型とは反対の導電型を有する第3半導体
層/透明電極であり、前記第1乃至第3半導体層は、シ
リコン系非単結晶半導体からなり、前記透明電極側から
光入射を行う構造を有する光起電力素子において、前記
第1半導体層の導電型を決定する不純物濃度が、前記第
2半導体層側に比べて、前記導電性基板側で低くなる分
布を有することを第1の要旨とする。The photovoltaic device of the present invention has at least a conductive substrate / first semiconductor layer having a first conductivity type / substantially intrinsic second semiconductor layer /
A third semiconductor layer / transparent electrode having a conductivity type opposite to the first conductivity type, wherein the first to third semiconductor layers are made of a silicon-based non-single-crystal semiconductor, and light is incident from the transparent electrode side In the photovoltaic element having a structure for performing, the impurity concentration that determines the conductivity type of the first semiconductor layer has a distribution that is lower on the conductive substrate side than on the second semiconductor layer side. This is the gist of 1.
【0016】また、本発明の光起電力素子は、少なくと
も、層構成が、導電性基板/第1の導電型を有する第1
半導体層/実質的に真性の第2半導体層/前記第1の導
電型とは反対の導電型を有する第3半導体層/前記第1
の導電型を有する第4半導体層/実質的に真性の第5半
導体層/前記第1の導電型とは反対の導電型を有する第
6半導体層/透明電極であり、前記第1乃至第6半導体
層は、シリコン系非単結晶半導体からなり、前記透明電
極側から光入射を行う構造を有する光起電力素子におい
て、前記第1半導体層の導電型を決定する不純物濃度
が、前記第2半導体層側に比べて、前記導電性基板側で
低くなる分布を有することを第2の要旨とする。Further, in the photovoltaic element of the present invention, at least the layer constitution is a conductive substrate / a first conductive type having the first conductivity type.
Semiconductor layer / substantially intrinsic second semiconductor layer / third semiconductor layer having a conductivity type opposite to the first conductivity type / the first semiconductor layer
A fourth semiconductor layer having the following conductivity type / a substantially intrinsic fifth semiconductor layer / a sixth semiconductor layer having a conductivity type opposite to the first conductivity type / transparent electrode; The semiconductor layer is made of a silicon-based non-single-crystal semiconductor, and has a structure in which light enters from the transparent electrode side. In the photovoltaic element, the impurity concentration that determines the conductivity type of the first semiconductor layer is the second semiconductor. A second gist is to have a distribution that is lower on the conductive substrate side than on the layer side.
【0017】さらに、本発明の光起電力素子は、少なく
とも、層構成が、導電性基板/第1の導電型を有する第
1半導体層/実質的に真性の第2半導体層/前記第1の
導電型とは反対の導電型を有する第3半導体層/前記第
1の導電型を有する第4半導体層/実質的に真性の第5
半導体層/前記第1の導電型とは反対の導電型を有する
第6半導体層/前記第1の導電型を有する第7半導体層
/実質的に真性の第8半導体層/前記第1の導電型とは
反対の導電型を有する第9半導体層/透明電極であり、
前記第1乃至第9半導体層は、シリコン系非単結晶半導
体からなり、前記透明電極側から光入射を行う構造を有
する光起電力素子において、前記第1半導体層の導電型
を決定する不純物濃度が、前記第2半導体層側に比べ
て、前記導電性基板側で低くなる分布を有することを第
3の要旨とする。Further, in the photovoltaic element of the present invention, at least the layer configuration is a conductive substrate / a first semiconductor layer having a first conductivity type / a substantially intrinsic second semiconductor layer / the first semiconductor layer. Third semiconductor layer having conductivity type opposite to conductivity type / fourth semiconductor layer having first conductivity type / substantially intrinsic fifth
A semiconductor layer / a sixth semiconductor layer having a conductivity type opposite to the first conductivity type / a seventh semiconductor layer having the first conductivity type / a substantially intrinsic eighth semiconductor layer / the first conductivity type A ninth semiconductor layer / transparent electrode having a conductivity type opposite to the mold type,
The first to ninth semiconductor layers are made of a silicon-based non-single-crystal semiconductor, and in a photovoltaic element having a structure in which light enters from the transparent electrode side, an impurity concentration that determines a conductivity type of the first semiconductor layer. It is a third gist that the distribution has a distribution that is lower on the conductive substrate side than on the second semiconductor layer side.
【0018】またさらに、本発明の光起電力素子は、少
なくとも、層構成が、導電性基板/第1の導電型を有す
る第1半導体層/実質的に真性の第2半導体層/前記第
1の導電型とは反対の導電型を有する第3半導体層/透
明電極であり、前記第1乃至第3半導体層は、シリコン
系非単結晶半導体からなり、前記透明電極側から光入射
を行う構造を有する光起電力素子において、前記第1半
導体層を構成する結晶の粒径が、前記第2半導体層側に
比べて、前記導電性基板側で小さくなる分布を有するこ
とを第4の要旨とする。Still further, in the photovoltaic element of the present invention, at least the layer configuration is a conductive substrate / a first semiconductor layer having a first conductivity type / a substantially intrinsic second semiconductor layer / the first semiconductor layer. A third semiconductor layer / transparent electrode having a conductivity type opposite to the conductivity type described above, wherein the first to third semiconductor layers are made of a silicon-based non-single-crystal semiconductor, and receive light from the transparent electrode side. In a photovoltaic device having a fourth gist, a crystal grain constituting the first semiconductor layer has a distribution in which the grain size is smaller on the conductive substrate side than on the second semiconductor layer side. I do.
【0019】またさらに、本発明の光起電力素子は、少
なくとも、層構成が、導電性基板/第1の導電型を有す
る第1半導体層/実質的に真性の第2半導体層/前記第
1の導電型とは反対の導電型を有する第3半導体層/前
記第1の導電型を有する第4半導体層/実質的に真性の
第5半導体層/前記第1の導電型とは反対の導電型を有
する第6半導体層/透明電極であり、前記第1乃至第6
半導体層は、シリコン系非単結晶半導体からなり、前記
透明電極側から光入射を行う構造を有する光起電力素子
において、前記第1半導体層を構成する結晶の粒径が、
前記第2半導体層側に比べて、前記導電性基板側で小さ
くなる分布を有することを第5の要旨とする。Still further, in the photovoltaic device of the present invention, at least the layer configuration is a conductive substrate / a first semiconductor layer having a first conductivity type / a substantially intrinsic second semiconductor layer / the first semiconductor layer. Third semiconductor layer having a conductivity type opposite to the first conductivity type / fourth semiconductor layer having the first conductivity type / substantially intrinsic fifth semiconductor layer / a conductivity opposite to the first conductivity type A sixth semiconductor layer having a mold / transparent electrode, wherein the first to sixth
The semiconductor layer is made of a silicon-based non-single-crystal semiconductor, and in a photovoltaic device having a structure in which light enters from the transparent electrode side, a crystal grain size of the first semiconductor layer is
A fifth gist is that the distribution has a distribution that is smaller on the conductive substrate side than on the second semiconductor layer side.
【0020】またさらに、本発明の光起電力素子は、少
なくとも、層構成が、導電性基板/第1の導電型を有す
る第1半導体層/実質的に真性の第2半導体層/前記第
1の導電型とは反対の導電型を有する第3半導体層/前
記第1の導電型を有する第4半導体層/実質的に真性の
第5半導体層/前記第1の導電型とは反対の導電型を有
する第6半導体層/前記第1の導電型を有する第7半導
体層/実質的に真性の第8半導体層/前記第1の導電型
とは反対の導電型を有する第9半導体層/透明電極であ
り、前記第1乃至第9半導体層は、シリコン系非単結晶
半導体からなり、前記透明電極側から光入射を行う構造
を有する光起電力素子において、前記第1半導体層を構
成する結晶の粒径が、前記第2半導体層側に比べて、前
記導電性基板側で小さくなる分布を有することを第6の
要旨とする。Still further, in the photovoltaic element of the present invention, at least the layer configuration is a conductive substrate / a first semiconductor layer having a first conductivity type / a substantially intrinsic second semiconductor layer / the first semiconductor layer. Third semiconductor layer having a conductivity type opposite to the first conductivity type / fourth semiconductor layer having the first conductivity type / substantially intrinsic fifth semiconductor layer / a conductivity opposite to the first conductivity type A sixth semiconductor layer having a type / a seventh semiconductor layer having the first conductivity type / a substantially intrinsic eighth semiconductor layer / a ninth semiconductor layer having a conductivity type opposite to the first conductivity type / The first to ninth semiconductor layers are transparent electrodes, and the first to ninth semiconductor layers are made of a silicon-based non-single-crystal semiconductor, and constitute the first semiconductor layer in a photovoltaic element having a structure in which light enters from the transparent electrode side. The crystal grain size is smaller on the conductive substrate side than on the second semiconductor layer side. To have a fence made distribution and sixth gist of the.
【0021】[0021]
【作用】請求項1乃至3に係る発明では、第1半導体層
の導電型を決定する不純物濃度が、第2半導体層側に比
べて、導電性基板側で低くなる分布を有するため、前記
第1半導体層は、前記導電性基板との界面近傍に高抵抗
の領域を形成できる。その結果、形成装置(半導体の成
膜室)を増やすことなく、半導体層に部分的なショート
箇所があっても、過大なショート電流が流れるのを防ぐ
ことができ、前述のバリア層を設けるのと同等の効果を
有する光起電力素子が得られる。According to the first to third aspects of the present invention, the impurity concentration that determines the conductivity type of the first semiconductor layer has a distribution that is lower on the conductive substrate side than on the second semiconductor layer side. One semiconductor layer can form a high-resistance region near the interface with the conductive substrate. As a result, it is possible to prevent an excessive short-circuit current from flowing even if there is a partial short-circuit portion in the semiconductor layer without increasing the number of forming devices (semiconductor film-forming chambers). Thus, a photovoltaic element having the same effect as described above can be obtained.
【0022】請求項4乃至6に係る発明では、第1半導
体層を構成する結晶の粒径が、第2半導体層側に比べ
て、導電性基板側で小さくなる分布を有するため、前記
第1半導体層は、前記導電性基板との界面近傍に高抵抗
の領域を形成できる。その結果、形成装置(半導体の成
膜室)を増やすことなく、半導体層に部分的なショート
箇所があっても、過大なショート電流が流れるのを防ぐ
ことができ、前述のバリア層を設けるのと同等の効果を
有する光起電力素子が得られる。In the invention according to claims 4 to 6, since the grain size of the crystal constituting the first semiconductor layer has a distribution that is smaller on the conductive substrate side than on the second semiconductor layer side, The semiconductor layer can form a high-resistance region near the interface with the conductive substrate. As a result, it is possible to prevent an excessive short-circuit current from flowing even if there is a partial short-circuit portion in the semiconductor layer without increasing the number of forming devices (semiconductor film-forming chambers). Thus, a photovoltaic element having the same effect as described above can be obtained.
【0023】[0023]
【発明の実施の形態】以下では、図面を参照して、本発
明の光起電力素子の構成を説明する。 (シングル型光起電力素子)本発明の請求項1及び4に
係るシングル型光起電力素子としては、図1に例示した
模式的断面図のものが挙げられる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The structure of a photovoltaic device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. (Single-type photovoltaic element) As the single-type photovoltaic element according to claims 1 and 4 of the present invention, there is a schematic sectional view illustrated in FIG.
【0024】図1において、本発明の光起電力素子は、
導電性基板101上に、n(又はp)型の第1半導体層
102、実質的に真性の(i型の)第2半導体層10
3、p(又はn)型の第3半導体層104、透明電極1
05をこの順に積層してあり、透明電極105上には集
電電極106が設けられ、透明電極105側から入射光
107が照射される。Referring to FIG. 1, the photovoltaic element of the present invention comprises:
An n (or p) type first semiconductor layer 102 and a substantially intrinsic (i type) second semiconductor layer 10 are formed on a conductive substrate 101.
3, p (or n) type third semiconductor layer 104, transparent electrode 1
05 are stacked in this order, a current collecting electrode 106 is provided on the transparent electrode 105, and incident light 107 is emitted from the transparent electrode 105 side.
【0025】第1半導体層102における導電性基板1
01側の界面近傍領域108では、第1半導体層102
の導電型を決定する不純物濃度が第2半導体層103側
に比べて低くなっている、又は第1半導体層102を構
成する結晶の粒径が第2半導体層103側に比べて小さ
くなっている。The conductive substrate 1 in the first semiconductor layer 102
In the region 108 near the interface on the 01 side, the first semiconductor layer 102
The impurity concentration that determines the conductivity type is lower than that of the second semiconductor layer 103, or the grain size of the crystal forming the first semiconductor layer 102 is smaller than that of the second semiconductor layer 103. .
【0026】(2層タンデム型光起電力素子)本発明の
請求項2及び5に係る2層タンデム型光起電力素子とし
ては、図2に例示した模式的断面図のものが挙げられ
る。(Two-Layer Tandem-Type Photovoltaic Element) As the two-layer tandem-type photovoltaic element according to claims 2 and 5 of the present invention, there is a schematic cross-sectional view illustrated in FIG.
【0027】図2において、本発明の光起電力素子は、
導電性基板201上に、n(又はp)型の第1半導体層
202、実質的に真性の(i型の)第2半導体層20
3、p(又はn)型の第3半導体層204、n(又は
p)型の第4半導体層209、実質的に真性の(i型
の)第5半導体層210、p(又はn)型の第6半導体
層211、透明電極205をこの順に積層してあり、透
明電極205上には集電電極206が設けられ、透明電
極205側から入射光207が照射される。In FIG. 2, the photovoltaic element of the present invention
An n (or p) type first semiconductor layer 202 and a substantially intrinsic (i type) second semiconductor layer 20 are formed on a conductive substrate 201.
3, p (or n) third semiconductor layer 204, n (or p) fourth semiconductor layer 209, substantially intrinsic (i-type) fifth semiconductor layer 210, p (or n) type The sixth semiconductor layer 211 and the transparent electrode 205 are stacked in this order. A current collecting electrode 206 is provided on the transparent electrode 205, and incident light 207 is irradiated from the transparent electrode 205 side.
【0028】第1半導体層202における導電性基板2
01側の界面近傍領域208では、第1半導体層202
の導電型を決定する不純物濃度が第2半導体層203側
に比べて低くなっている、又は第1半導体層202を構
成する結晶の粒径が第2半導体層203側に比べて小さ
くなっている。The conductive substrate 2 in the first semiconductor layer 202
In the region 208 near the interface on the 01 side, the first semiconductor layer 202
Is lower than the second semiconductor layer 203 side, or the grain size of the crystal forming the first semiconductor layer 202 is smaller than the second semiconductor layer 203 side. .
【0029】(3層タンデム型光起電力素子)本発明の
請求項3及び6に係る3層タンデム型光起電力素子とし
ては、図3に例示した模式的断面図のものが挙げられ
る。(Three-Layer Tandem-Type Photovoltaic Element) As a three-layer tandem-type photovoltaic element according to claims 3 and 6 of the present invention, there is a schematic cross-sectional view illustrated in FIG.
【0030】図3において、本発明の光起電力素子は、
導電性基板301上に、n(又はp)型の第1半導体層
302、実質的に真性の(i型の)第2半導体層30
3、p(又はn)型の第3半導体層304、n(又は
p)型の第4半導体層309、実質的に真性の(i型
の)第5半導体層310、p(又はn)型の第6半導体
層311、n(又はp)型の第4半導体層312、実質
的に真性の(i型の)第5半導体層313、p(又は
n)型の第6半導体層314、透明電極305をこの順
に積層してあり、透明電極上305には集電電極306
が設けられ、透明電極305側から入射光307が照射
される。Referring to FIG. 3, the photovoltaic element of the present invention comprises:
An n (or p) type first semiconductor layer 302 and a substantially intrinsic (i type) second semiconductor layer 30 are formed on a conductive substrate 301.
3, p (or n) third semiconductor layer 304, n (or p) fourth semiconductor layer 309, substantially intrinsic (i-type) fifth semiconductor layer 310, p (or n) type Sixth semiconductor layer 311, n (or p) type fourth semiconductor layer 312, substantially intrinsic (i-type) fifth semiconductor layer 313, p (or n) type sixth semiconductor layer 314, transparent Electrodes 305 are stacked in this order, and a collecting electrode 306 is provided on the transparent electrode 305.
Is provided, and the incident light 307 is irradiated from the transparent electrode 305 side.
【0031】第1半導体層302における導電性基板3
01側の界面近傍領域308では、第1半導体層302
の導電型を決定する不純物濃度が第2半導体層303側
に比べて低くなっている、又は第1半導体層302を構
成する結晶の粒径が第2半導体層303側に比べて小さ
くなっている。The conductive substrate 3 in the first semiconductor layer 302
In the region 308 near the interface on the 01 side, the first semiconductor layer 302
Is lower than that of the second semiconductor layer 303, or the grain size of the crystal forming the first semiconductor layer 302 is smaller than that of the second semiconductor layer 303. .
【0032】以下では、上述した光起電力素子の構成を
発明するに至った経緯を、詳細に説明する。In the following, the process of inventing the structure of the photovoltaic element described above will be described in detail.
【0033】従来、不純物ドープ層の不純物濃度を変化
させる、あるいは結晶粒径を変化させることについて
は、電極界面側で不純物濃度を高めることが特開昭63
−220581に、i型半導体層界面領域で結晶粒径を
小さくすることが特開昭63−258078に開示され
ているが、本発明とは全く逆方向の分布形状であり、こ
のような分布を持たせた場合には、不純物ドープ層の導
電性基板側の界面近傍領域は、不純物濃度が高い、ある
いは結晶性が高いため該層の他の領域に比較して低抵抗
になるものと考えられ、本発明の最も導電性基板側の不
純物ドープ層の導電性基板側の界面近傍領域を高抵抗化
するという主旨は達し得ない。また、光起電力素子の基
本的な半導体接合(p/i接合、i/n接合等)に影響
を及ぼす。Conventionally, to change the impurity concentration of the impurity-doped layer or to change the crystal grain size, it is necessary to increase the impurity concentration at the electrode interface side.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-258078 discloses that the crystal grain size is reduced in the interface region of the i-type semiconductor layer, but the distribution shape is completely opposite to that of the present invention. If it is provided, it is considered that the region near the interface of the impurity-doped layer on the conductive substrate side has a high impurity concentration or high crystallinity and therefore has a lower resistance than other regions of the layer. However, the purpose of the present invention to increase the resistance of the region near the interface on the conductive substrate side of the impurity-doped layer closest to the conductive substrate cannot be achieved. In addition, it affects the basic semiconductor junction (p / i junction, i / n junction, etc.) of the photovoltaic element.
【0034】本発明は、発明者らの実験の結果得られた
以下の知見に基づき、更に検討を重ね完成に至ったもの
である。The present invention has been completed by further studies based on the following findings obtained as a result of the experiments by the inventors.
【0035】(1)本発明者は、非単結晶シリコンから
なるnip(又はpin)構造の光起電力素子の光入射
と反対側の導電性基板401と半導体層402との間
に、半導体層402とは逆極性の導電型の半導体層41
5を挿入した、図4に示すpnip(又はnpin)構
造の光起電力素子を作製し、タンデム型積層素子の単素
子間の逆方向接合部分の電圧−電流特性が、該逆方向接
合部を形成する不純物ドープ層の特性によりどのように
変化するかを調べていた。また、光起電力素子の半導体
層の作製には、図5に示す所謂ロール・ツー・ロール方
式の製造装置を用いていた。(1) The inventor of the present invention provided a semiconductor layer between a conductive substrate 401 and a semiconductor layer 402 on the opposite side of light incidence of a nip (or pin) structure photovoltaic element made of non-single-crystal silicon. Conductive semiconductor layer 41 having a polarity opposite to that of 402
5 into which a photovoltaic element having a pnip (or npin) structure shown in FIG. 4 is manufactured. The voltage-current characteristics of the reverse junction between the single elements of the tandem-type stacked element are determined by the reverse junction. It has been investigated how it changes depending on the characteristics of the impurity-doped layer to be formed. Further, a so-called roll-to-roll type manufacturing apparatus shown in FIG. 5 was used for manufacturing the semiconductor layer of the photovoltaic element.
【0036】図5において、504,501,502,
503は高周波プラズマCVD法によるp,n,i,p
(又はn,p,i,n)型層の成膜室、505,506
は帯状の導電性基板の供給室、巻き取り室である。それ
ぞれの成膜室の真空チャンバーは、狭い隙間に水素等の
パージガスを流して成膜室間のガスの相互混入を防ぐガ
スゲート507によって接続される。508はたとえば
厚さ0.13mm、幅36cmのステンレスシートのよ
うな導電性の帯状基板であり、供給室505から巻き出
され、連続的に搬送されながら4つの成膜室504,5
01,502,503を通過して、巻き取り室506に
巻き取られる間、その表面に4層のpnip(又はnp
in)構造の光起電力素子用の非単結晶シリコンの半導
体積層膜が形成される。In FIG. 5, 504, 501, 502,
Reference numeral 503 denotes p, n, i, p by a high-frequency plasma CVD method.
(Or n, p, i, n) type film forming chambers 505 and 506
Denotes a supply chamber and a take-up chamber for a strip-shaped conductive substrate. The vacuum chambers of the respective film forming chambers are connected by a gas gate 507 for preventing a gas from intermixing between the film forming chambers by flowing a purge gas such as hydrogen into a narrow gap. Reference numeral 508 denotes a conductive strip-like substrate such as a stainless sheet having a thickness of 0.13 mm and a width of 36 cm, which is unwound from the supply chamber 505 and is continuously transported.
01, 502, and 503, and while being wound into the winding chamber 506, four layers of pnip (or np)
A semiconductor laminated film of non-single-crystal silicon for a photovoltaic element having an in) structure is formed.
【0037】なお、509は耐熱性の不織布からなる帯
状シートで、帯状基板を巻く際に同時に巻き、帯状基板
表面が傷つくのを防止するものである。Reference numeral 509 denotes a belt-like sheet made of a heat-resistant nonwoven fabric, which is wound when the belt-like substrate is wound, thereby preventing the surface of the belt-like substrate from being damaged.
【0038】504,501,502,503の各成膜
室には基板を所定の温度に加熱する加熱ヒータ510、
不図示のガス供給手段から各成膜室内に半導体形成用の
原料ガスを導入する原料ガス導入管511、不図示の排
気手段により成膜室を排気し所定の圧力に調整する排気
管512、不図示の高周波電源から成膜室内のガスに高
周波電力を供給して接地された基板との間にグロー放電
を生起する放電電極513が設けられ、成膜室504,
501,502,503では、それぞれ、p,n,i,
p(又はn,p,i,n)型のシリコン非単結晶半導体
層がプラズマCVD法によって堆積される。In each of the film forming chambers 504, 501, 502 and 503, a heater 510 for heating the substrate to a predetermined temperature is provided.
A source gas introduction pipe 511 for introducing a source gas for semiconductor formation from each gas supply unit (not shown) into each deposition chamber, an exhaust pipe 512 for exhausting the deposition chamber to a predetermined pressure by an exhaust means (not shown), A discharge electrode 513 for generating glow discharge is provided between the substrate and the grounded substrate by supplying high-frequency power from the illustrated high-frequency power supply to the gas in the film formation chamber.
At 501, 502, and 503, p, n, i,
A p (or n, p, i, n) type silicon non-single-crystal semiconductor layer is deposited by a plasma CVD method.
【0039】本発明者は、図5に示した上記構成の半導
体膜製造装置を用い、表面を特別に鏡面研磨加工するこ
となく一般的に大量に入手しうるステンレス薄板の中で
最高水準の表面平滑性を有する厚さ0.13mm、幅3
6cmの光輝熱処理仕上げの冷間圧延のステンレス帯
(SUS430BA)からなる基板上に、pnip構造
の非単結晶シリコン積層膜を堆積し、その上に公知の真
空蒸着装置を用いてITO透明電極を70nm積層し、
更にその上に銀ペーストをスクリーン印刷して幅0.1
5mm、ピッチ3mmの集電電極を形成し、光起電力素
子を作製した。The inventor of the present invention used the semiconductor film manufacturing apparatus having the above structure shown in FIG. 5 to obtain the highest level of surface quality among stainless steel sheets which can be generally obtained in large quantities without special mirror polishing. Thickness 0.13mm, width 3 with smoothness
A non-single-crystal silicon laminated film having a pnip structure is deposited on a substrate made of a cold-rolled stainless steel strip (SUS430BA) having a 6 cm bright heat treatment finish, and an ITO transparent electrode having a thickness of 70 nm is formed thereon using a known vacuum deposition apparatus. Laminated,
Further, a silver paste is screen-printed thereon to a width of 0.1 mm.
A current collecting electrode having a size of 5 mm and a pitch of 3 mm was formed, and a photovoltaic element was manufactured.
【0040】一つの光起電力素子の大きさは30cm×
30cmで、1巻き約50mの帯状基板から一度に10
0個の光起電力素子(試料1)を作製した。The size of one photovoltaic element is 30 cm ×
30 cm, one turn of about 50 m from a strip-shaped substrate at a time
Zero photovoltaic elements (sample 1) were produced.
【0041】そしてこのとき、最も導電性基板側のp型
半導体層の抵抗率は1×104Ωcm、層厚は15nm
であり、その上のn型半導体層の抵抗率は1Ωcm、膜
厚は20nmであった。また、i型半導体層の膜厚は3
00nm、光入射側のp型半導体層の膜厚は10nmで
あった。At this time, the p-type semiconductor layer closest to the conductive substrate has a resistivity of 1 × 10 4 Ωcm and a layer thickness of 15 nm.
The resistivity of the n-type semiconductor layer thereon was 1 Ωcm, and the film thickness was 20 nm. The thickness of the i-type semiconductor layer is 3
The thickness of the p-type semiconductor layer on the light incident side was 10 nm.
【0042】また、比較試料として、図5に示す半導体
膜製造装置を用い、成膜室504における第4半導体層
の成膜を行わない他は全く同様にして、100個のni
p構造の非単結晶シリコンからなる光起電力素子(試料
2)を作製した。As a comparative sample, the semiconductor film manufacturing apparatus shown in FIG. 5 was used, and 100 ni were formed in exactly the same manner except that the fourth semiconductor layer was not formed in the film forming chamber 504.
A photovoltaic device (sample 2) made of p-type non-single-crystal silicon was manufactured.
【0043】本発明者は、これら試料1と試料2の光起
電力素子の特性を比較することにより、以下のような結
果を見いだした。The present inventor has found the following results by comparing the characteristics of the photovoltaic elements of Sample 1 and Sample 2.
【0044】ショート箇所の高抵抗化の後処理を行わず
に、エアマス(AM1.5,100mW/cm2)の疑
似太陽光を透過率1%のNDフィルターに通した低照度
光下(AM1.5,1mW/cm2)で、作製した30
cm×30cmのnip構造の100個の光起電力素子
(試料2)の開放電圧を測定した。別途用意したピンホ
ールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1c
mの同じnip構造の光起電力素子(試料3)で得られ
た低照度下の開放電圧に比べて、試料2の開放電圧は平
均約1/8に大きく低下していた。Without post-processing for increasing the resistance of the short-circuited portion, the simulated sunlight of the air mass (AM1.5, 100 mW / cm 2 ) was passed through an ND filter having a transmittance of 1% under low illuminance light (AM1. 5, 1 mW / cm 2 )
The open-circuit voltage of 100 photovoltaic elements (sample 2) having a nip structure of cm × 30 cm was measured. 1cm x 1c with no pinholes or shorts due to defects
The open-circuit voltage of sample 2 was significantly reduced on average to about 1/8 of the open-circuit voltage under low illuminance obtained by the photovoltaic element having the same nip structure as m (sample 3).
【0045】作製した30cm×30cmのnip構造
の光起電力素子(試料2)の暗状態における電圧−電流
特性をカーブトレーサーで調べた結果、電圧−電流曲線
が0V近傍ですぐに電圧軸から離れており、素子に部分
的なショート箇所が発生していることが判明した。部分
的に発生しているショート箇所に発生電流が流れ込むた
めに開放電圧が大きく低下し、特に照射光量が少なく発
生電流が少ない時にその影響が大きく現われていること
が分かった。The voltage-current characteristics of the fabricated 30 cm × 30 cm nip structure photovoltaic device (sample 2) in a dark state were examined by a curve tracer. As a result, the voltage-current curve was immediately separated from the voltage axis near 0 V. It was found that a partial short-circuit occurred in the element. It has been found that the open-circuit voltage is greatly reduced because the generated current flows into the short-circuited portion that is partially generated, and the effect is particularly significant when the irradiation light amount is small and the generated current is small.
【0046】一方、作製した30cm×30cmのpn
ip構造の100個の光起電力素子(試料1)の低照度
光下(AM1.5,1mW/cm2)の開放電圧を測定
した。別途用意したピンホールや欠陥によるショート箇
所が全くない1cm×1cmのnip構造の光起電力素
子(試料3)の低照度下の開放電圧に比べて、試料1の
開放電圧は平均約3/4であり、電圧の低下が減少して
いることが分った。On the other hand, the prepared pn of 30 cm × 30 cm
The open-circuit voltage under low illuminance light (AM1.5, 1 mW / cm 2 ) of 100 photovoltaic elements (sample 1) having an ip structure was measured. Compared with the open voltage under low illuminance of a 1 cm × 1 cm nip structure photovoltaic element (sample 3) having no pinholes or shorts due to defects, the open voltage of sample 1 is about 3/4 on average. It was found that the voltage drop was reduced.
【0047】(2)本発明者は、上記(1)の現象につ
いて、試料1では、p型半導体層を更に積層したことで
半導体膜の全体膜厚が厚くなり、下地基板がより完全に
カバーされてショート箇所が減少したのではないかと考
えた。この考えを検証するため、下に積層したn型半導
体層又はi型半導体層の膜厚を、試料1で最後に設けた
p型半導体層の膜厚、15nm分だけ厚くした他は全く
同様にして、各100個のnip構造の非単結晶シリコ
ンからなる光起電力素子(試料4、5)を作製した。(2) Regarding the phenomenon (1), the inventor of the present invention has found that, in Sample 1, the total thickness of the semiconductor film is increased by further laminating a p-type semiconductor layer, and the underlying substrate is more completely covered. I thought that the number of shorts had been reduced. In order to verify this idea, the thickness of the underlying n-type semiconductor layer or i-type semiconductor layer was made the same except that the thickness of the p-type semiconductor layer provided last in Sample 1 was increased by 15 nm. Thus, 100 photovoltaic devices (samples 4 and 5) each made of non-single-crystal silicon having a nip structure were manufactured.
【0048】低照度光下(AM1.5,1mW/c
m2)で、作製した30cm×30cmのnip構造の
100個の光起電力素子(試料4、5)の開放電圧を測
定した。Under low illuminance light (AM 1.5, 1 mW / c
m 2 ), the open-circuit voltage of 100 photovoltaic elements (samples 4, 5) having a nip structure of 30 cm × 30 cm were measured.
【0049】しかし、別途用意したピンホールや欠陥に
よるショート箇所が全くない1cm×1cmのnip構
造の光起電力素子(試料3)の低照度下の開放電圧に比
べて、試料4及び試料5の開放電圧はそれぞれ平均約1
/8に低下していた。However, compared to the open voltage under low illuminance of the 1 cm × 1 cm nip structure photovoltaic element (sample 3), which has no pinholes or shorts due to defects, which were prepared separately, the sample 4 and the sample 5 had a lower voltage. The open circuit voltage is about 1 each
/ 8.
【0050】以上の実験結果から、本発明者が作製した
pnip構造の光起電力素子において部分的なショート
箇所による悪影響が抑制されたのは、単に半導体層の膜
厚が厚くなったためではないことが判明した。From the above experimental results, the fact that the adverse effect due to the partial short-circuit portion was suppressed in the photovoltaic element having the pnip structure manufactured by the present inventors is not merely because the thickness of the semiconductor layer is increased. There was found.
【0051】また、半導体層の製造装置、使用基板等の
条件は全く変えておらず、これらが原因でないことも明
らかであった。Further, the conditions such as the apparatus for manufacturing the semiconductor layer and the substrate used were not changed at all, and it was clear that these were not the causes.
【0052】(3)さらに、本発明者は、導電性基板側
の半導体層がp型の導電型であることが上記(1)の原
因ではないかと考え、各層の膜厚を変えずにn,i,p
型半導体層の積層順をnipからpinに逆にして、3
0cm×30cmのpin構造の100個の光起電力素
子(試料6)を作製した。しかし、試料6の低照度下の
開放電圧は、上記試料3の開放電圧と比べて平均1/8
に低下していた。この結果から、導電性基板側の半導体
層がp型の導電型であることも原因ではないことが判明
した。(3) Further, the present inventor considers that the above-mentioned (1) may be caused by the fact that the semiconductor layer on the conductive substrate side is of p-type conductivity, and n is changed without changing the film thickness of each layer. , I, p
The stacking order of the type semiconductor layers is reversed from nip to pin to 3
100 photovoltaic elements (sample 6) having a pin structure of 0 cm × 30 cm were manufactured. However, the open-circuit voltage of the sample 6 under the low illuminance was 1/8 of the open-circuit voltage of the sample 3 on average.
Had fallen. From this result, it was found that the cause was not that the semiconductor layer on the conductive substrate side was of p-type conductivity.
【0053】(4)そこで、本発明者は、導電性基板に
接する半導体層の抵抗(ρ=1×104Ωcm)が、導
電性基板の抵杭(ρ=6×10-5Ωcm)やn型半導体
層の抵抗(ρ=1Ωcm)よりもかなり高くなっている
のが原因ではないかと考え、導電性基板に接する半導体
層の作製条件を変え、膜厚は変えずに不純物濃度を高
め、結晶粒径を大きくして、該p型半導体層の抵抗率を
その上のn型半導体層と同じ抵抗値(ρ=1Ωcm)と
し、30cm×30cmのpnip構造の100個の光
起電力素子(試料7)を作製した。(4) Therefore, the inventor of the present invention has proposed that the resistance (ρ = 1 × 10 4 Ωcm) of the semiconductor layer in contact with the conductive substrate is reduced by the resistance (ρ = 6 × 10 −5 Ωcm) of the conductive substrate. Considering that the reason is that the resistance is much higher than the resistance (ρ = 1Ωcm) of the n-type semiconductor layer, the manufacturing conditions of the semiconductor layer in contact with the conductive substrate were changed, and the impurity concentration was increased without changing the film thickness. By increasing the crystal grain size and setting the resistivity of the p-type semiconductor layer to the same resistance value (ρ = 1Ωcm) as that of the n-type semiconductor layer thereon, 100 photovoltaic elements (30 cm × 30 cm) having a pnip structure of 30 cm × 30 cm ( Sample 7) was produced.
【0054】しかし、別途用意したピンホールや欠陥に
よるショート箇所が全くない1cm×1cmのnip構
造の光起電力素子(試料3)の低照度下の開放電圧に比
べて、試料7の開放電圧は平均約1/8に低下してい
た。However, the open-circuit voltage of sample 7 is lower than the open-circuit voltage under low illuminance of a 1 cm × 1 cm nip structure photovoltaic element (sample 3) having no pinholes or shorts due to defects. The average was reduced to about 1/8.
【0055】この実験結果から、導電性基板に接する半
導体層の抵抗(ρ=1×104Ωcm)が、導電性基板
の抵杭(ρ=6×10-5Ωcm)やその上のn型半導体
層の抵抗(ρ=1Ωcm)よりもかなり高くなっていた
ことが、本発明者が作製したpnip構造の光起電力素
子において、部分的なショート箇所の影響が抑制された
原因であることが分かった。From this experimental result, it is found that the resistance (ρ = 1 × 10 4 Ωcm) of the semiconductor layer in contact with the conductive substrate is equal to the resistance (ρ = 6 × 10 −5 Ωcm) of the conductive substrate and the n-type layer thereon. The fact that the resistance was much higher than the resistance of the semiconductor layer (ρ = 1 Ωcm) is the reason that the influence of the partial short-circuited portion was suppressed in the pnip structure photovoltaic element manufactured by the present inventors. Do you get it.
【0056】すなわち、nip構造の光起電力素子と導
電性基板の間に、光起電力素子の直列抵抗の上昇を起こ
さない範囲内で高抵抗な層を設けることで、光起電力素
子の特性を低下させずに、部分的なショート箇所に大き
なショート電流が流れるのを抑制できたものと考えられ
る。That is, by providing a high-resistance layer between the nip structure photovoltaic element and the conductive substrate within a range where the series resistance of the photovoltaic element does not increase, the characteristics of the photovoltaic element can be improved. It is considered that a large short-circuit current could be suppressed from flowing in a partially short-circuited portion without lowering the current.
【0057】(5)本発明者が、SUS430BA基板
上に、図5に示すようなロール・ツー・ロール型の成膜
装置で全半導体膜厚が200〜400nm程度のnip
構造の光起電力素子を形成し、電子顕微鏡によって観察
したところ、半導体層を貫通するショート箇所が10c
m×10cm=100cm2当たりに平均1箇所程度発
生しており、その有効直径は平均約5μmであることが
確認された。したがって、30cm×30cm=900
cm2の比較的大面積の素子において、ショー卜箇所を
そのまま放置した状態では、平均9箇所程度あるショー
ト箇所に大きな電流が流れ込むため、光起電力素子の特
性が大幅に低下したものと考えられる。(5) The inventor of the present invention uses a roll-to-roll type film forming apparatus as shown in FIG. 5 on a SUS430BA substrate to form a nip having a total semiconductor film thickness of about 200 to 400 nm.
When a photovoltaic element having a structure was formed and observed with an electron microscope, a short-circuited portion penetrating the semiconductor layer was found to be 10c.
An average of about 1 spot was generated per 100 cm 2 of mx 10 cm, and it was confirmed that the effective diameter was about 5 µm on average. Therefore, 30 cm × 30 cm = 900
In a device having a relatively large area of about 2 cm 2 , if a short portion is left as it is, a large current flows into about 9 short portions on average, and it is considered that the characteristics of the photovoltaic device have been significantly reduced. .
【0058】しかし、本発明の光起電力素子では、導電
性基板に接する部分に抵抗率1×104Ωcm、層厚1
5nmの高抵抗の半導体層が均一に積層されたことによ
り、ショート箇所の一か所当たり7.5kΩの抵抗を生
じ、該ショート箇所に流れる電流がかなり抑制され、部
分的なショート箇所があっても30cm×30cmの光
起電力素子の特性が殆ど低下しなくなったものと説明さ
れる。However, in the photovoltaic device according to the present invention, the portion in contact with the conductive substrate has a resistivity of 1 × 10 4 Ωcm and a layer thickness of 1 × 10 4 Ωcm.
The uniform stacking of the high-resistance semiconductor layers of 5 nm produces a resistance of 7.5 kΩ per short-circuited portion, and the current flowing through the short-circuited portion is considerably suppressed. It is also explained that the characteristics of the photovoltaic element of 30 cm × 30 cm hardly deteriorated.
【0059】(6)また、導電性基板に接する半導体層
の抵抗率がρ=1×104Ωcm、層厚が15nmの
時、pn界面が十分にオーミックな接合状態ならば、該
層を挿入したことによる直列抵抗の増加は0.015Ω
cm2で、数〜数十Ωcm2ある光起電力素子の直列抵抗
に較べて殆ど無視できる。(6) When the resistivity of the semiconductor layer in contact with the conductive substrate is ρ = 1 × 10 4 Ωcm and the layer thickness is 15 nm, if the pn interface is in a sufficiently ohmic junction, the layer is inserted. Increase of series resistance is 0.015Ω
cm 2 , which is almost negligible compared to the series resistance of the photovoltaic element which is several to several tens Ωcm 2 .
【0060】上記(1)〜(6)において説明した経緯
により、本発明者は、光起電力素子の光入射の反対側の
導電性基板に接する位置に、光起電力素子の最も基板側
の不純物ドープ層とは逆極性の導電型で、導電性基板及
び光起電力素子の最も基板側の不純物ドープ層よりも高
抵抗の半導体層を設けることにより、部分的なショート
箇所があっても大きなショート電流が流れるのを抑制で
きることを見いだした。According to the circumstances described in the above (1) to (6), the present inventor has set the photovoltaic element closest to the substrate side of the photovoltaic element at a position in contact with the conductive substrate on the side opposite to the light incidence. By providing a semiconductor layer having a conductivity type opposite to that of the impurity-doped layer and having a higher resistance than the impurity-doped layer closest to the substrate of the conductive substrate and the photovoltaic element, even if there is a partial short-circuited portion, it is large. It has been found that short-circuit current can be suppressed.
【0061】この方法は、従来の方法と比較し、抵抗層
として光起電力素子本体の半導体膜と同じ半導体材料を
用いているために、不純物のドープ濃度や結晶性によっ
て抵抗率の制御が容易であり、さらに、透明の材料にし
て膜厚を厚くしなくとも、20nm以下の極く薄い膜厚
で、光起電力素子本体の半導体膜を均一に被覆すること
ができるという点で優れている。In this method, as compared with the conventional method, since the same semiconductor material as the semiconductor film of the photovoltaic element body is used as the resistance layer, the resistivity can be easily controlled by the doping concentration of impurities and the crystallinity. Further, it is excellent in that the semiconductor film of the photovoltaic element body can be uniformly coated with an extremely thin film thickness of 20 nm or less without using a transparent material to increase the film thickness. .
【0062】しかし、光起電力素子本体の最も基板側の
不純物ドープ層とは逆の導電型の半導体層を形成する必
要がある為、n,i,p型半導体層用にそれぞれ専用の
成膜室を設け、基板を順次搬送する所謂3室分離型の成
膜装置において、基板を逆送りすることなくかかる構成
の素子を作成するには、n,i,p型半導体層の成膜室
の他にさらにもう一つのp型半導体層の成膜室を追加す
る必要があった。However, since it is necessary to form a semiconductor layer of a conductivity type opposite to that of the impurity-doped layer closest to the substrate side of the photovoltaic element main body, a dedicated film is formed for each of the n, i, and p-type semiconductor layers. In a so-called three-chamber separation type film forming apparatus in which a chamber is provided and a substrate is sequentially transported, in order to produce an element having such a configuration without reversely feeding the substrate, the n, i, and p type semiconductor layer film forming chamber is required. In addition, it was necessary to add another film formation chamber for the p-type semiconductor layer.
【0063】また、ロール・ツー・ロール型の成膜装置
でも、光起電力素子本体の最も基板側の不純物ドープ層
とその下の高抵抗の半導体層では不純物の導電型が異な
る為、ガスゲートを介して更にもう1室成膜室を追加
し、図5に示すような装置構成にする必要があった。そ
のため、従来の技術の解決されるべき課題であった新た
な層を形成するために形成装置が必要で、製造工程が複
雑になるという課題は、この方法によっては解決されて
いなかった。Also in the roll-to-roll type film forming apparatus, since the impurity conductivity type is different between the impurity-doped layer closest to the substrate side of the photovoltaic element main body and the high-resistance semiconductor layer therebelow, the gas gate must be formed. It is necessary to add another film forming chamber through the intermediary, and make the apparatus configuration as shown in FIG. Therefore, the problem that the forming apparatus is required to form a new layer, which is a problem to be solved by the conventional technology, and the manufacturing process is complicated has not been solved by this method.
【0064】(7)本発明は、上記(6)に示した課題
を解決すべく、本発明者が更に検討を重ねて見いだした
ものである。(7) The present invention has been found by the inventor of the present invention through further studies in order to solve the problem described in the above (6).
【0065】すなわち、光起電力素子本体の最も基板側
の不純物ドープ層の形成に際し、導電性基板界面近傍の
領域において、該層の他の領域と比較して不純物濃度を
低くする、又は該層の他の領域と比較して結晶性を低く
することによって、導電性基板との界面近傍に高抵抗の
領域を形成するようにしたものである。That is, when forming the impurity-doped layer closest to the substrate side of the photovoltaic element body, the impurity concentration is reduced in the region near the conductive substrate interface as compared with the other regions of the layer. By lowering the crystallinity as compared with other regions, a high-resistance region is formed near the interface with the conductive substrate.
【0066】このように一つの不純物ドープ層の中で半
導体の抵抗を変化させ、導電性基板に接する領域に高抵
抗の領域を設けるようにすることによって、本発明の光
起電力素子では形成装置(半導体の成膜室)を増やすこ
となく、半導体層に部分的なショート箇所があっても大
きなショート電流が流れることの抑制を実現したもので
ある。As described above, by changing the resistance of the semiconductor in one impurity-doped layer and providing the high-resistance region in the region in contact with the conductive substrate, the photovoltaic device of the present invention can It is possible to suppress a large short-circuit current from flowing even if there is a partial short-circuit portion in the semiconductor layer without increasing the number of (semiconductor film-forming chambers).
【0067】以下では、本発明に係る「光起電力素子本
体の最も基板側の不純物ドープ層の形成条件」に関し
て、より詳細に説明する。Hereinafter, the “conditions for forming the impurity-doped layer closest to the substrate of the photovoltaic element body” according to the present invention will be described in more detail.
【0068】本発明の光起電力素子において、最も導電
性基板側の不純物ドープ層における導電性基板界面に接
する領域の厚さd(nm)は、2<d<200の範囲で
あることが好ましい。In the photovoltaic device of the present invention, the thickness d (nm) of the region in contact with the conductive substrate interface in the impurity-doped layer closest to the conductive substrate is preferably in the range of 2 <d <200. .
【0069】本発明の光起電力素子において、最も導電
性基板側の不純物ドープ層における導電性基板側界面に
接する領域の厚さd(nm)は、光電流を発生せず、透
明でない層を設けることによる基板反射光の低下による
発生電流の低下を防ぎ、かつ、高抵抗の領域を全素子領
域にわたって均一に被覆するという条件からその好適な
範囲が存在する。すなわち、2nm以下の膜厚では高抵
抗の領域を全素子領域にわたって均一に被覆することは
困難であり、200nm以上の膜厚では該領域の膜厚が
実質的に真性な半導体層とほぼ同程度になってしまい、
基板からの反射光が減少し、素子の出力電流の低下が大
きくなる。In the photovoltaic device of the present invention, the thickness d (nm) of the region in contact with the interface on the conductive substrate side in the impurity-doped layer closest to the conductive substrate is such that a layer that does not generate photocurrent and is not transparent is formed. There is a suitable range from the condition that the generated current is prevented from lowering due to the lowering of the substrate reflected light due to the provision, and the high resistance region is uniformly covered over the entire element region. That is, it is difficult to uniformly cover the high resistance region over the entire element region at a thickness of 2 nm or less, and at a thickness of 200 nm or more, the thickness of the region is substantially equal to that of the intrinsic semiconductor layer. Became
Light reflected from the substrate is reduced, and the output current of the element is greatly reduced.
【0070】また、本発明の光起電力素子において、最
も導電性基板側の不純物ドープ層における導電性基板側
界面に接する領域の抵抗率ρ(Ωcm)は、102<ρ
<105の範囲であることが好ましい。In the photovoltaic device of the present invention, the resistivity ρ (Ωcm) of the region in contact with the interface on the conductive substrate side in the impurity-doped layer closest to the conductive substrate is 10 2 <ρ.
It is preferably in the range of <10 5 .
【0071】本発明の光起電力素子における導電性基板
に接する領域の抵抗率ρ(Ωcm)は、前記の領域の厚
さd(nm)の範囲において、光起電力素子に部分的な
ショート箇所があっても大きなショート電流が流れるの
を抑制できるのに充分な抵抗値を有し、かつ、該領域の
膜厚方向の抵抗によって光起電力素子の直列抵抗を大き
く増加させないという条件からその好適な範囲が存在す
る。In the photovoltaic device of the present invention, the resistivity ρ (Ωcm) of the region in contact with the conductive substrate is within the range of the thickness d (nm) of the aforementioned region, and the short-circuit portion of the photovoltaic device is partially short-circuited. It has a resistance value sufficient to suppress the flow of a large short-circuit current even if there is, and the condition that the series resistance of the photovoltaic element does not greatly increase due to the resistance in the film thickness direction of the region is preferable. Range exists.
【0072】本発明者が、一般的に入手できる中で最高
程度の表面性を有する光輝熱処理仕上げの冷間圧延のス
テンレス帯(SUS430BA)を基板として用い、ロ
ール・ツー・ロール装置でシリコン系非単結晶半導体か
らなる光起電力素子を形成した場合、半導体層を貫通す
るショート部分は10cm×10cm=100cm2当
たりに平均1箇所、最高100箇所に発生しており、そ
の有効直径は平均5μmであった。このような条件下に
おいて、該領域の抵抗率ρ(Ωcm)をρ>102の範
囲にすることにより、高抵抗領域が好適な範囲の最下限
の膜厚である2nmであっても、光起電力素子1cm2
当たりのショート箇所の抵抗を、素子特性の急激な低下
の起こる境界レベルの1×103Ω以上にすることがで
きた。The inventor of the present invention used a cold-rolled stainless steel strip (SUS430BA), which has the highest level of surface properties among the commonly available bright-finished heat-treated finishes, as a substrate, and used a silicon-based non-rolling device in a roll-to-roll apparatus. When a photovoltaic element made of a single crystal semiconductor is formed, a short-circuit portion penetrating the semiconductor layer is generated at an average of one place per 10 cm × 10 cm = 100 cm 2 and at a maximum of 100 places, and its effective diameter is 5 μm on average. there were. Under such conditions, by setting the resistivity ρ (Ωcm) of the region to be in the range of ρ> 10 2 , even if the high-resistance region has a minimum thickness of 2 nm in a preferable range, the light resistance can be reduced. Electromotive element 1cm 2
The resistance at the short-circuit point could be set to 1 × 10 3 Ω or more, which is the boundary level at which the element characteristics sharply decrease.
【0073】また、この導電性基板に接する高抵抗領域
の抵抗率ρ(Ωcm)をρ<105の範囲にすること
で、該領域の膜厚が好適な範囲の最上限の200nmで
あっても、該領域による光起電力素子の直列抵抗の増加
を、素子特性の低下がみられはじめる2Ωcm2以下に
することができた。By setting the resistivity ρ (Ωcm) of the high-resistance region in contact with the conductive substrate in the range of ρ <10 5 , the film thickness of the region is 200 nm, which is the upper limit of the preferred range. Also, the increase in the series resistance of the photovoltaic element due to the region could be reduced to 2 Ωcm 2 or less at which the element characteristics began to deteriorate.
【0074】本発明の光起電力素子において、導電性基
板に接する不純物ドープ層において該層の導電型を決定
する不純物濃度が導電性基板界面側で低くなる分布を有
する場合、不純物濃度の分布形状としては、図6(A)
〜(C)に示すような形状を挙げることができる。導電
性基板側界面近傍領域において不純物濃度を低めの一定
の範囲に制御し、前述のρ,dの条件を満たしておれ
ば、不純物濃度は様々な分布形状をとりうる。In the photovoltaic device of the present invention, when the impurity concentration which determines the conductivity type of the impurity-doped layer in contact with the conductive substrate has a distribution in which the impurity concentration determining the conductive substrate interface side becomes lower, the impurity concentration distribution shape FIG. 6 (A)
To (C). If the impurity concentration is controlled to a lower and constant range in the region near the interface on the conductive substrate side and the above-mentioned conditions of ρ and d are satisfied, the impurity concentration can take various distribution shapes.
【0075】なお、このような不純物濃度の膜厚方向に
対する分布を得るには、該不純物ドープ層堆積時にシリ
コン元素と不純物元素の供給比率を変化させる等の手段
を用いる。In order to obtain such an impurity concentration distribution in the film thickness direction, a means such as changing the supply ratio of the silicon element and the impurity element during the deposition of the impurity doped layer is used.
【0076】シリコン系非単結晶半導体を価電子制御す
るために用いられる不純物としては、p型の導電型を付
与するものとして、周期律表第3B族の元素、例えば
B,Al,Ga,In,Tl等が挙げられ、n型の導電
型を付与するものとして、周期律表第5B族の元素、た
とえばN,P,As,Sb,Bi等が拳げられる。殊
に、B,Ga,P,Sb等が好適である。このような不
純物元素を導入する原料物質としては、例えばシリコン
系非単結晶半導体をプラズマCVD法で形成する場合、
常温常圧でガス状態の、又は少なくとも膜形成条件下で
容易にガス化しうるものが採用される。そのような不純
物導入用の物質としては、具体的には、PH 3,P
2H4,PF3,PCl3,AsH3,AsF3,AsF5,
AsCl3,SbH3,SbF5,BiH3,BF3,BC
l3,BBr3,B2H6,B4H4,B5H9,B5H11,B6
H10,B6H12,AlCl3,B(CH3)3,Al(CH
3)3,Ga(CH3)3,As(CH3)3等を挙げること
ができる。上記の不純物元素を含む化合物は、1種用い
ても2種以上併用してもよい。The valence electron control of a silicon-based non-single-crystal semiconductor
Impurities used for this purpose have p-type conductivity.
As an element to be given, an element of Group 3B of the periodic table, for example,
B, Al, Ga, In, Tl, etc .;
Examples of the element that gives a pattern include an element of Group 5B of the periodic table,
For example, N, P, As, Sb, Bi, etc. can be fisted. Especially
In particular, B, Ga, P, Sb and the like are preferable. Such a failure
As a raw material for introducing a pure element, for example, silicon
When a non-single-crystal semiconductor is formed by a plasma CVD method,
In a gaseous state at normal temperature and normal pressure, or at least under film forming conditions
What can be easily gasified is adopted. Such impure
As a substance for introducing substances, specifically, PH Three, P
TwoHFour, PFThree, PClThree, AsHThree, AsFThree, AsFFive,
AsClThree, SbHThree, SbFFive, BiHThree, BFThree, BC
lThree, BBrThree, BTwoH6, BFourHFour, BFiveH9, BFiveH11, B6
HTen, B6H12, AlClThree, B (CHThree)Three, Al (CH
Three)Three, Ga (CHThree)Three, As (CHThree)ThreeTo list
Can be. One compound containing the above impurity element is used.
Or two or more thereof may be used in combination.
【0077】また、本発明の光起電力素子において、導
電性基板に接する不純物ドープ層において該層のシリコ
ンの結晶粒径が導電性基板界面側で小さくなる分布を有
する場合、結晶粒径の分布形状としては、図7(A)〜
(C)に示すような形状を挙げることができる。In the photovoltaic element of the present invention, when the impurity-doped layer in contact with the conductive substrate has a distribution in which the silicon has a distribution in which the crystal grain size becomes smaller on the conductive substrate interface side, the distribution of the crystal grain size is reduced. As the shape, FIG.
The shape as shown in (C) can be mentioned.
【0078】なお、本発明でいう結晶粒径とは、断面T
EM(透過型電子顕徽鏡)によって観測されるシリコン
結晶の粒子の大きさを、その結晶粒子の体積を有する球
の直径で表したものである。なお、結晶粒子が膜厚方向
に高さを持つ柱状形状である場合、膜厚方向のある位置
における結晶粒径は、この柱状結晶のこの位置における
断面積を有する円の直径で定義する。Incidentally, the crystal grain size in the present invention means the cross-sectional T
The size of a silicon crystal particle observed by an EM (transmission electron microscope) is represented by the diameter of a sphere having the volume of the crystal particle. When the crystal grains have a columnar shape having a height in the film thickness direction, the crystal grain size at a certain position in the film thickness direction is defined by the diameter of a circle having a cross-sectional area at this position of the columnar crystal.
【0079】本発明でいう非単結晶シリコンとは、多結
晶から完全に非晶質なアモルファス構造までのシリコン
を指すが、微結晶相を殆ど含まず結晶粒径の平均が約2
nm以下の所謂狭義のアモルファスに較べ、微結晶相を
多く含みアモルファス相が少ない結晶粒径の平均が約2
nm以上の所謂マイクロクリスタルは、抵抗率が3〜4
桁程度低下することが知られている。したがって、非単
結晶シリコンにおいて結晶粒径を導電性基板側界面近傍
で小さくすることによって、導電性基板界面近傍の領域
の抵抗を高めることができる。The term “non-single-crystal silicon” as used in the present invention refers to silicon from a polycrystal to a completely amorphous structure, but contains almost no microcrystalline phase and has an average crystal grain size of about 2
In comparison with the so-called narrowly-defined amorphous having a diameter of not more than nm, the average of the crystal grain diameters containing more microcrystalline phases and less amorphous phases is about 2
A so-called microcrystal of nm or more has a resistivity of 3-4.
It is known to drop by an order of magnitude. Therefore, by reducing the crystal grain size of the non-single-crystal silicon near the interface with the conductive substrate, the resistance in the region near the interface with the conductive substrate can be increased.
【0080】なお、このような結晶粒径の膜厚方向に対
する分布を得るには、該不純物ドープ層形成時に、たと
えばプラズマCVD法で堆積する場合には放電電力や水
素希釈率、堆積温度等の、堆積膜の結晶性に影響を及ぼ
す条件を変化させる等の手段を用いる。プラズマCVD
法において、非単結晶シリコンの結晶粒径を大きくする
方法としては、原料ガス流量に対する放電電力を大きく
する、原料ガスに対する水素希釈率を高める等の方法が
知られており、導電性基板側界面近傍で放電電力を小さ
くする、あるいは水素希釈率を下げることにより、該領
域の結晶粒径を下げることができる。In order to obtain such a distribution of the crystal grain size in the film thickness direction, when forming the impurity-doped layer, for example, when depositing by the plasma CVD method, the discharge power, the hydrogen dilution ratio, the deposition temperature, etc. Means for changing the conditions affecting the crystallinity of the deposited film are used. Plasma CVD
In the method, as a method of increasing the crystal grain size of non-single-crystal silicon, a method of increasing discharge power with respect to a source gas flow rate, increasing a hydrogen dilution rate with respect to a source gas, and the like, are known. By reducing the discharge power or reducing the hydrogen dilution rate in the vicinity, the crystal grain size in the region can be reduced.
【0081】また、不純物ドープ層の導電性基板側界面
近傍領域の結晶粒径を小さくすることと、該領域の不純
物濃度を下げることは、単独で行っても、組み合わせて
行ってもよい。不純物ドープ層の導電性基板界面側で、
結晶粒径と不純物濃度が同時に低下するような分布を有
していてもよく、その場合、結晶粒径の分布形状と不純
物濃度の分布形状が同じである必要はなく、例えば、結
晶粒径の分布が途中で急激に変化するステップ状で、不
純物濃度の分布が連続的に変化するスロープ状であって
もよい。The reduction of the crystal grain size in the region near the interface of the impurity-doped layer on the conductive substrate side and the reduction of the impurity concentration in the region may be performed alone or in combination. On the conductive substrate interface side of the impurity doped layer,
The crystal grain size and the impurity concentration may have a distribution in which the impurity concentration is reduced at the same time. In this case, the distribution shape of the crystal grain size and the distribution shape of the impurity concentration need not be the same. The distribution may be a step shape in which the distribution changes abruptly in the middle, and a slope shape in which the distribution of the impurity concentration changes continuously.
【0082】また更に、非単結晶シリコンは、不純物元
素としてPを含有すると結晶粒径が大きくなり易く、B
を含有すると結晶粒径が小さくなり易くなる傾向がある
ことが知られている。したがって、不純物元素としてB
を用い、不純物ドープ層の導電性基板界面近傍領域の不
純物濃度を下げる場合、条件によっては、Bの含有濃度
が下がることによって結晶粒径が急激に大きくなり、意
図とは逆に低抵抗になる危険性がある。これを回避する
には、所謂狭義のアモルファス状態から所謂マイクロク
リスタル状態に急激に変化する成膜条件を避け、Bの含
有濃度が下がることによって結晶構造が急激に変化しな
いように成膜条件を設定する必要がある。Further, when non-single-crystal silicon contains P as an impurity element, the crystal grain size tends to be large, and B
Is known to tend to reduce the crystal grain size. Therefore, B as an impurity element
When the impurity concentration of the impurity-doped layer in the region near the conductive substrate interface is reduced by using the method described above, depending on the conditions, the crystal grain size increases rapidly due to the decrease in the B content concentration, and the resistance becomes low contrary to the intention. There is a risk. In order to avoid this, avoid the film formation conditions that rapidly change from the so-called narrowly-defined amorphous state to the so-called micro-crystal state, and set the film formation conditions so that the crystal structure does not change rapidly due to the decrease in the B content concentration. There is a need to.
【0083】以下では、本発明の実施態様例を説明す
る。 (導電性基板)本発明に係る光起電力素子の導電性基板
を構成する材料としては、半導体層作製時に必要とされ
る温度において変形、歪みが少なく、所望の強度を有す
るものが好ましく、具体的にはステンレススチール、ア
ルミニウム、及びその合金、鉄及びその合金、銅及びそ
の合金等の金属薄板及びその複合体、及びそれらの表面
に異種材質の金属薄膜、又はSiO2,Si3N2,Al2
O3,AlN3等の絶縁性薄膜をスパッタ法、蒸着法、鍍
金法等により表面コーティング処理を行ったもの。ま
た、ポリイミド、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレ
ート、エポキシ等の耐熱性樹脂シート、又はこれらとガ
ラスファイバー、カーボンファイバー、ホウ素ファイバ
ー、金属繊維等との複合体の表面に金属単体又は合金、
及び透明導電性酸化物(TCO)等を鍍金、蒸着、スパ
ッタ、塗布等の方法で導電性処理を行ったものが挙げら
れる。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. (Conductive Substrate) As a material constituting the conductive substrate of the photovoltaic device according to the present invention, a material having little deformation and distortion and a desired strength at a temperature required for producing a semiconductor layer is preferable. Specifically, metal thin plates and composites thereof such as stainless steel, aluminum and alloys thereof, iron and alloys thereof, copper and alloys thereof, and metal thin films of different materials on their surfaces, or SiO 2 , Si 3 N 2 , Al 2
Insulating thin films such as O 3 and AlN 3 that have been subjected to surface coating by sputtering, vapor deposition, plating, etc. In addition, polyimide, polyamide, polyethylene terephthalate, heat-resistant resin sheets such as epoxy, or a glass fiber, carbon fiber, boron fiber, a metal simple substance or alloy on the surface of a composite with such a metal fiber,
And those obtained by subjecting a transparent conductive oxide (TCO) or the like to a conductive treatment by plating, vapor deposition, sputtering, coating, or the like.
【0084】また、前記導電性帯状基板の表面性として
はいわゆる平滑面であっても、微小の凹凸面があっても
良い。微小の凹凸面とする場合には、球状、円錐状、角
錘状等であって且つその最大高さ(Rmax)は好ましく
は50nm〜500nmとすることにより、該表面での
光反射が乱反射となり、該表面での反射光の光路長の増
大をもたらす。The surface property of the conductive strip-shaped substrate may be a so-called smooth surface or a fine uneven surface. In the case where the surface is minutely uneven, the surface is spherical, conical, pyramidal, or the like, and its maximum height (R max ) is preferably 50 nm to 500 nm. Which causes an increase in the optical path length of the reflected light on the surface.
【0085】(電極)本発明に係る光起電力素子におい
ては、当該デバイスの構成形態により適宜の電極が選択
使用される。それらの電極としては、下部電極、上部電
極(透明電極)、集電電極を挙げることができる(ただ
し、ここでいう上部電極とは光入射側に設けられている
ものを指し、下部電極とは半導体層を挟んで上部電極に
対向して設けられたものを指すものとする)。(Electrode) In the photovoltaic element according to the present invention, an appropriate electrode is selectively used depending on the configuration of the device. Examples of such electrodes include a lower electrode, an upper electrode (transparent electrode), and a collecting electrode (however, the upper electrode referred to here is an electrode provided on the light incident side, and the lower electrode is referred to as a lower electrode). It refers to the one provided facing the upper electrode with the semiconductor layer interposed).
【0086】本発明に好適に用いられる下部電極の構成
材料としては、Ag,Au,Pt,Ni,Cr,Al,
Ti,Zn,Mo,W等の金属又はこれらの合金が挙げ
られる。下部電極は、これらの金属を使用し、真空蒸
着、電子ビーム蒸着、スパッタリング等の成膜手段によ
り形成できる。その際形成される金属薄膜は出力に対し
て抵抗成分とならぬように配慮されねばならず、シート
抵抗値として好ましくは50Ω以下より好ましくは10
Ω以下であることが望ましい。The constituent materials of the lower electrode preferably used in the present invention include Ag, Au, Pt, Ni, Cr, Al,
Metals such as Ti, Zn, Mo and W or alloys thereof are exemplified. The lower electrode can be formed by a film forming means such as vacuum evaporation, electron beam evaporation, and sputtering using these metals. At this time, the metal thin film formed must be considered so as not to become a resistance component with respect to the output, and the sheet resistance is preferably 50Ω or less, more preferably 10Ω or less.
It is desirable that it be Ω or less.
【0087】下部電極とn型半導体層(あるいはp型半
導体層)との間に、ZnO等の短絡防止及び電極金属の
拡散防止のための緩衝層をもうけてもよい。該緩衝層の
効果としては下部電極を構成する金属元素がn型半導体
層(あるいはp型半導体層)の中へ拡散するのを防止す
るのみならず、若干の抵抗値をもたせることで半導体層
を挟んで設けられた下部電極と上部(透明)電極との間
にピンホール等の欠陥で発生するショートを防止するこ
と、及び薄膜による多重干渉を発生させる入射された光
を太陽電池内に閉じ込める等の効果を挙げることができ
る。A buffer layer may be provided between the lower electrode and the n-type semiconductor layer (or p-type semiconductor layer) for preventing short circuit of ZnO or the like and diffusion of electrode metal. The effect of the buffer layer is not only to prevent the metal element forming the lower electrode from diffusing into the n-type semiconductor layer (or p-type semiconductor layer), but also to provide the semiconductor layer with a slight resistance value. To prevent short-circuiting caused by a defect such as a pinhole between a lower electrode and an upper (transparent) electrode provided therebetween, and to confine incident light which causes multiple interference by a thin film in a solar cell. The effect can be obtained.
【0088】該緩衝層の構成材料として好適に用いられ
るものとして、フッ化マグネシウムベースの材料、イン
ジウム、スズ、カドミウム、亜鉛、アンチモン、シリコ
ン、クロム、銀、銅、アルミニウムの酸化物、窒化物及
び炭化物あるいはこれらの混合物の中から選ばれる材料
があげられる。取り分け、フッ化マグネシウム、酸化亜
鉛は形成が容易であり、且つ緩衝層としての適度な抵抗
値と光透過率を有するため望ましい。As the material preferably used as the constituent material of the buffer layer, magnesium fluoride-based material, indium, tin, cadmium, zinc, antimony, silicon, chromium, silver, copper, aluminum oxide, nitride and Materials selected from carbides and mixtures thereof can be given. In particular, magnesium fluoride and zinc oxide are preferable because they can be easily formed and have an appropriate resistance value and light transmittance as a buffer layer.
【0089】本発明において用いられる透明電極として
は、太陽や白色蛍光灯等からの光を半導体層内に効率よ
く吸収させるために光の透過率が70%以上であること
が望ましく、80%以上であることが更に望ましい。こ
のような特性を備えた材料としてSnO2,In2O3,
ZnO,CdO,Cd2SnO4,ITO(In2O3+S
nO2)等の金属酸化物や、Au,Al,Cu等の金属
を極めて薄く半透明状に成膜した金属薄膜等が挙げられ
る。透明電極は、p型半導体層(あるいはn型半導体
層)の上に積層される。これらの作製方法としては、抵
抗加熱蒸着法、スパッタリング法、スプレー法等を用い
ることができ、所望に応じて適宜選択される。The transparent electrode used in the present invention desirably has a light transmittance of 70% or more, and preferably 80% or more in order to efficiently absorb light from the sun, a white fluorescent lamp, or the like into the semiconductor layer. Is more desirable. Materials having such characteristics include SnO 2 , In 2 O 3 ,
ZnO, CdO, Cd 2 SnO 4 , ITO (In 2 O 3 + S
Metal oxides such as nO 2 ) and metal thin films formed by forming a metal such as Au, Al, and Cu in a very thin and translucent state. The transparent electrode is stacked on the p-type semiconductor layer (or n-type semiconductor layer). As a manufacturing method thereof, a resistance heating evaporation method, a sputtering method, a spray method, or the like can be used, and it is appropriately selected as desired.
【0090】本発明においては、透明電極のシート抵抗
値を低減させる目的で透明電極上に集電電極を設けても
よい。半導体層形成後に該透明電極を形成する場合、該
透明電極の形成時の基板温度をあまり高くすることがで
きず、該透明電極のシート抵抗値が比較的高いものにな
らざるを得ないので、該集電電極を形成することが好ま
しい。In the present invention, a current collecting electrode may be provided on the transparent electrode for the purpose of reducing the sheet resistance of the transparent electrode. When forming the transparent electrode after the formation of the semiconductor layer, the substrate temperature during the formation of the transparent electrode can not be too high, the sheet resistance value of the transparent electrode must be relatively high, It is preferable to form the current collecting electrode.
【0091】本発明に好適に用いられる集電電極の構成
材料としては、Ag,Cr,Ni,Al,Au,Ti,
Pt,Cu,Mo,W等の金属の単体又はこれらの合金
あるいはカーボンが挙げられる。また、これらの金属あ
るいはカーボンの長所(低抵抗、半導体層への拡散が少
ない、堅牢である、印刷等により電極形成が容易、等)
を組み合わせて用いることができる。また、半導体層の
光入射光量が十分に確保されるよう、その形状は太陽電
池の受光面に対して一様に広がり、且つ受光面積に対し
てその面積は好ましくは15%以下、より好ましくは1
0%以下であることが望ましい。また、シート抵抗値と
しては、好ましくは50Ω以下、より好ましくは10Ω
であることが望ましい。The constituent materials of the current collecting electrode suitably used in the present invention include Ag, Cr, Ni, Al, Au, Ti,
A simple substance of a metal such as Pt, Cu, Mo, W or the like, an alloy thereof, or carbon may be used. Advantages of these metals or carbon (low resistance, low diffusion into semiconductor layer, robustness, easy electrode formation by printing, etc.)
Can be used in combination. Further, the shape of the semiconductor layer is uniformly spread over the light receiving surface of the solar cell, and the area thereof is preferably 15% or less, more preferably the light receiving area, so that the amount of incident light on the semiconductor layer is sufficiently secured. 1
Desirably, it is 0% or less. Further, the sheet resistance value is preferably 50Ω or less, more preferably 10Ω.
It is desirable that
【0092】(半導体層)本発明に係る光起電力素子の
半導体層において、好適に用いられる実質的に真性な半
導体層を構成する半導体材料としては、例えば、a−S
i:H,a−Si:F,a−Si:H:F,a−Si
C:H,a−SiC:F,a−SiC:H:F,a−S
iGe:H,a−SiGe:F,a−SiGe:H:
F,多結晶質Si:H,多結晶質Si:F,多結晶質S
i:H:F等シリコン系非単結晶半導体材料が挙げられ
る。また、該半導体層は実質的に真性であればよく、微
量の不純物を含有していてもよい。(Semiconductor Layer) In the semiconductor layer of the photovoltaic element according to the present invention, the semiconductor material suitably used for forming the substantially intrinsic semiconductor layer is, for example, aS
i: H, a-Si: F, a-Si: H: F, a-Si
C: H, a-SiC: F, a-SiC: H: F, a-S
iGe: H, a-SiGe: F, a-SiGe: H:
F, polycrystalline Si: H, polycrystalline Si: F, polycrystalline S
A silicon-based non-single-crystal semiconductor material such as i: H: F may be used. Further, the semiconductor layer only needs to be substantially intrinsic and may contain a small amount of impurities.
【0093】本発明において好適に用いられるp型ある
いはn型半導体層を構成する半導体材料は、前述したi
型半導体層を構成する半導体材料に価電子制御を行う不
純物をドーピングすることによって得られるが、該pあ
るいはn型半導体層を構成する半導体材料中に結晶層を
含んでいる方が、光の利用率及びキャリア密度を高める
ことができるので好ましい。The semiconductor material constituting the p-type or n-type semiconductor layer suitably used in the present invention is the same as that of the aforementioned i.
Can be obtained by doping the semiconductor material forming the p-type semiconductor layer with an impurity for controlling valence electrons. The use of light is better when the semiconductor material forming the p-type or n-type semiconductor layer contains a crystal layer. It is preferable because the ratio and the carrier density can be increased.
【0094】本発明の太陽電池に用いられる各半導体層
を形成する手段として、マイクロ波プラズマCVD法、
RFプラズマCVD法、イオンプレーティング法、スパ
ッタリング法及び反応性スパッタリング法、光CVD
法、熱CVD法、MOCVD法、MBE法等、半導体堆
積膜形成方法を実現できる成膜手段を挙げることがで
き、これらは適宜選択して用いられる。As means for forming each semiconductor layer used in the solar cell of the present invention, microwave plasma CVD,
RF plasma CVD, ion plating, sputtering and reactive sputtering, optical CVD
There can be mentioned film forming means capable of realizing a method for forming a semiconductor deposited film, such as a CVD method, a thermal CVD method, a MOCVD method, and an MBE method, and these are appropriately selected and used.
【0095】(光起電力素子の製造装置及び製造方法)
本発明に係る光起電力素子を作製するにあたっては、各
種の製造装置及び製造方法、を用いうることが可能であ
るが、図1に示したシングル構成の光起電力素子を作製
する場合には、例えば図8に模式図を示した構成の製造
装置を用いて製造することができる。図8に示す製造装
置は、前述の図5に示す製造装置から成膜室を1つ減ら
したものであり、図8の801〜813は図5の501
〜513に対応している。(Apparatus and method for manufacturing photovoltaic element)
In manufacturing the photovoltaic element according to the present invention, various manufacturing apparatuses and manufacturing methods can be used, but when manufacturing the single-structured photovoltaic element illustrated in FIG. For example, it can be manufactured using a manufacturing apparatus having a configuration schematically shown in FIG. The manufacturing apparatus shown in FIG. 8 is different from the manufacturing apparatus shown in FIG. 5 in that the number of film forming chambers is reduced by one, and reference numerals 801 to 813 in FIG.
To 513.
【0096】本発明においては、最も光入射の反対側の
導電性基板側の不純物ドープ層中で不純物濃度又は結晶
粒径を変化させることで、導電性基板界面近傍に高抵抗
の領域を形成するため、高抵抗の層(領域)を形成する
成膜室を新たに追加する必要がなく、製造装置、製造工
程が複雑化することがない。In the present invention, a high-resistance region is formed near the interface of the conductive substrate by changing the impurity concentration or the crystal grain size in the impurity-doped layer on the side of the conductive substrate opposite to the most incident light. Therefore, it is not necessary to newly add a film formation chamber for forming a high-resistance layer (region), and a manufacturing apparatus and a manufacturing process do not become complicated.
【0097】図8において、801,802,803は
高周波プラズマCVD法によるn,i,p(又はp,
i,n)型層の成膜室、805,806は帯状の導電性
基板の供給室、巻き取り室である。それぞれの成膜室の
真空チャンバーは、狭い隙間に水素等のパージガスを流
して成膜室間のガスの相互混入を防ぐガスゲート807
によって接続される。808はたとえば厚さ0.13m
m、幅36cmのステンレスシートのような導電性の帯
状基板であり、供給室805から巻き出され、連続的に
搬送されながら3つの成膜室801,802,803を
通過して、巻き取り室806に巻き取られる間、その表
面に3層のnip(又はpin)構造の光起電力素子用
の非単結晶シリコンの半導体積層膜が形成される。In FIG. 8, reference numerals 801, 802 and 803 denote n, i, p (or p,
The i, n) type film forming chambers 805 and 806 are a supply chamber and a winding chamber for a strip-shaped conductive substrate. The vacuum chambers of the respective film forming chambers are provided with a gas gate 807 for flowing a purge gas such as hydrogen through a narrow gap to prevent the gas from being mixed between the film forming chambers.
Connected by 808 is, for example, 0.13 m thick
m, a conductive strip-shaped substrate such as a stainless steel sheet having a width of 36 cm. While being wound around 806, a three-layered non-single-crystal silicon semiconductor laminated film for a photovoltaic element having a nip (or pin) structure is formed on the surface thereof.
【0098】なお、809は耐熱性の不織布からなる帯
状シートで、帯状基板を巻く際に同時に巻き、帯状基板
表面が傷つくのを防止するものである。Reference numeral 809 denotes a band-shaped sheet made of a heat-resistant nonwoven fabric, which is wound simultaneously with the winding of the band-shaped substrate to prevent the surface of the band-shaped substrate from being damaged.
【0099】801,802,803の各成膜室には基
板を所定の温度に加熱する加熱ヒータ810、不図示の
ガス供給手段から各成膜室内に半導体形成用の原料ガス
を導入する原料ガス導入管811、不図示の排気手段に
より成膜室を排気し所定の圧力に調整する排気管81
2、不図示の高周波電源から成膜室内のガスに高周波電
力を供給して接地された基板との間にグロー放電を生起
する放電電極813が設けられ、成膜室801,80
2,803では、それぞれ、n,i,p(又はp,i,
n)型のシリコン非単結晶半導体層がプラズマCVD法
によって堆積される。A heater 810 for heating the substrate to a predetermined temperature is provided in each of the film forming chambers 801, 802, and 803, and a source gas for introducing a source gas for forming a semiconductor into each film forming chamber from a gas supply means (not shown). Introducing pipe 811, exhaust pipe 81 for exhausting the film forming chamber by an exhaust means (not shown) and adjusting the pressure to a predetermined pressure.
2. Discharge electrodes 813 are provided to supply high-frequency power from a high-frequency power supply (not shown) to a gas in the film formation chamber to generate glow discharge between the substrate and a grounded substrate.
2, 803, respectively, n, i, p (or p, i,
An n) type silicon non-single-crystal semiconductor layer is deposited by a plasma CVD method.
【0100】最も導電性基板側の不純物ドープ層の成膜
室801には、2つの放電領域があり、それぞれ別の原
料ガス導入管811、放電電極813を有し、2つの領
域の成膜条件を変えることで、該層において膜厚方向に
不純物濃度又は結晶粒径を変化させることができる。The film-forming chamber 801 of the impurity-doped layer closest to the conductive substrate has two discharge regions, each having a separate source gas introduction pipe 811 and a discharge electrode 813, and has two film-forming conditions. Can change the impurity concentration or the crystal grain size in the layer thickness direction in the layer.
【0101】図9に示す製造装置は、前述の図8に示す
製造装置の実質的に真性の半導体層の成膜室における放
電電力を高周波からマイクロ波に変更したもので、かか
る製造装置においても本発明の光起電力素子を製造する
ことができる。The manufacturing apparatus shown in FIG. 9 is different from the above-mentioned manufacturing apparatus shown in FIG. 8 in that the discharge power in the substantially intrinsic semiconductor layer deposition chamber is changed from a high frequency to a microwave. The photovoltaic device of the present invention can be manufactured.
【0102】図9の901〜913は図8の801〜8
13に対応している。図9において、914は不図示の
マイクロ波電源から成膜室902にマイクロ波電力を導
く導波管であり、915は成膜室902にマイクロ波電
力を導入する誘電体からなるマイクロ波導入窓である。
図9に示した装置では、比較的厚い膜厚を必要とする実
質的に真性な半導体層を、成膜速度の高いマイクロ波プ
ラズマCVD法によって形成することができるため、成
膜室902の長さを図8の装置と比較して短縮すること
ができる。901 to 913 in FIG. 9 correspond to 801 to 8 in FIG.
13 is supported. In FIG. 9, reference numeral 914 denotes a waveguide for guiding microwave power from a microwave power supply (not shown) to the film formation chamber 902, and 915 denotes a microwave introduction window made of a dielectric for introducing microwave power to the film formation chamber 902. It is.
In the apparatus shown in FIG. 9, a substantially intrinsic semiconductor layer requiring a relatively large film thickness can be formed by a microwave plasma CVD method with a high film formation rate. 8 can be reduced in comparison with the apparatus of FIG.
【0103】本発明の、図2に示した2層タンデム構成
の光起電力素子は、例えば図10に模式図を示した構成
の製造装置を用いて製造することができる。図10に示
す製造装置は、前述の図8に示す製造装置のn,i,p
(又はp,i,n)型の半導体層の成膜室をA,Bの2
組にしたもので、nipnip(又はpinpin)構
造の2層タンデム型光起電力素子を製造することができ
る。図10の1001〜1008は図8の801〜80
8に対応している。The photovoltaic element of the present invention having a two-layer tandem structure shown in FIG. 2 can be manufactured by using, for example, a manufacturing apparatus having a structure schematically shown in FIG. The manufacturing apparatus shown in FIG. 10 is similar to the manufacturing apparatus shown in FIG.
(Or p, i, n) type semiconductor layer deposition chambers A and B
The two-layer tandem-type photovoltaic element having a nipnip (or pinpin) structure can be manufactured by using the pair. 1001 to 1008 in FIG.
8 is supported.
【0104】最も導電性基板側の不純物ドープ層の成膜
室1001Aには、条件の異なる2つの放電領域が設け
られ、膜厚方向に特性の変化した半導体層を成膜するこ
とができる。In the film formation chamber 1001A for the impurity-doped layer closest to the conductive substrate, two discharge regions with different conditions are provided, and a semiconductor layer having characteristics changed in the film thickness direction can be formed.
【0105】また、本発明の、図3に示した3層タンデ
ム構成の光起電力素子は、例えば図11に模式図を示し
た構成の製造装置を用いて製造することができる。図1
1に示す製造装置は、前述の図8に示す製造装置のn,
i,p(又はp,i,n)型の半導体層の成膜室をA,
B,Cの3組にしたもので、nipnipnip(又は
pinpinpin)構造の3層タンデム型光起電力素
子を製造することができる。図11の1101〜110
8は図8の801〜808に対応している。Further, the photovoltaic element of the present invention having a three-layer tandem configuration shown in FIG. 3 can be manufactured using, for example, a manufacturing apparatus having a configuration schematically shown in FIG. FIG.
1 is the same as the manufacturing apparatus shown in FIG.
The film forming chamber for the i, p (or p, i, n) type semiconductor layer is A,
A three-layer tandem-type photovoltaic element having a nipnipnip (or pinpinpin) structure can be manufactured using three sets of B and C. 1101 to 110 in FIG.
8 corresponds to 801 to 808 in FIG.
【0106】最も導電性基板側の不純物ドープ層の成膜
室1101Aには、条件の異なる2つの放電領域が設け
られ、膜厚方向に特性の変化した半導体層を成膜するこ
とができる。In the film formation chamber 1101A for the impurity-doped layer closest to the conductive substrate, two discharge regions with different conditions are provided, and a semiconductor layer having characteristics changed in the film thickness direction can be formed.
【0107】[0107]
【実施例】以下、本発明の光起電力素子の実施例を示
す。 (実施例1)本例では、図8に示した製造装置を用い、
導電性基板上に非晶質シリコンからなるnip構造の光
起電力素子を連続的に製造した。なお、最も導電性基板
側の不純物ドープ層は2つの成膜領域で成膜するように
して、原料ガス中の不純物ガス濃度を、真性の半導体層
界面側の成膜領域よりも導電性基板界面側の成膜領域で
低くし、成膜室803で成膜されるn型非晶質シリコン
層の不純物元素であるP(リン)の濃度が透明電極側で
低く分布するようにした。作製条件は、表1に示した。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the photovoltaic device of the present invention will be described below. (Example 1) In this example, the manufacturing apparatus shown in FIG.
A nip structure photovoltaic element made of amorphous silicon was continuously manufactured on a conductive substrate. Note that the impurity-doped layer on the most conductive substrate side is formed in two film formation regions so that the impurity gas concentration in the source gas is lower than that of the intrinsic semiconductor layer interface on the conductive substrate interface. The concentration of P (phosphorus), which is an impurity element of the n-type amorphous silicon layer formed in the film formation chamber 803, is distributed lower on the transparent electrode side. The manufacturing conditions are shown in Table 1.
【0108】[0108]
【表1】 [Table 1]
【0109】以下では、作製の手順に従って、各工程を
説明する。 (1)SUS430BAからなる帯状のステンレス板
(幅36cm×長さ50m×厚さ0.13mm)808
をボビンにコイル状に巻きつけた状態で供給室805に
セットし、該帯状基板を各ガスゲート807を介して成
膜室801〜803を貫通させ、帯状基板の巻き取り室
806まで渡し、弛まない程度に張力をかけた。なお、
巻き取り室806には充分に乾燥したアラミド製の保護
フィルム(幅36cm×長さ60m×厚さ0.05m
m)809の巻きつけられたボビンをセットし、半導体
膜が形成された帯状基板とともに該保護フィルムが巻き
込まれるようにした。In the following, each step will be described in accordance with the manufacturing procedure. (1) Strip-shaped stainless steel plate made of SUS430BA (width 36 cm x length 50 m x thickness 0.13 mm) 808
Is set in the supply chamber 805 in a state of being wound around a bobbin in a coil shape, and the band-shaped substrate is passed through the film forming chambers 801 to 803 through the respective gas gates 807 and is passed to the band-shaped substrate winding chamber 806 without loosening. Tensioned to a degree. In addition,
The winding chamber 806 has a sufficiently dried aramid protective film (36 cm wide × 60 m long × 0.05 m thick).
m) The wound bobbin 809 was set, and the protective film was wound along with the band-shaped substrate on which the semiconductor film was formed.
【0110】(2)帯状基板をセットした後、各室80
1〜806内を不図示のロータリーポンプとメカニカル
ブースターポンプを組み合わせたポンプで一度真空排気
し、引き続き排気しながらHeガスを導入して約200
PaのHe雰囲気中で各成膜室内部を約350℃に加熱
ベーキングした。(2) After setting the belt-like substrate, each chamber 80
1 to 806 is evacuated once by a pump combining a rotary pump (not shown) and a mechanical booster pump, and He gas is introduced while continuously evacuating to about 200
The inside of each deposition chamber was heated and baked at about 350 ° C. in a He atmosphere of Pa.
【0111】(3)加熱ベーキングの後、各室801〜
806を一度真空排気し、引き続き排気しながら、各ガ
スゲート807に隣接する成膜室間の成膜ガスの混入を
防止するためのガスとしてH2を各1000sccm、
各成膜室801〜803にそれぞれの原料ガスを所定流
量導入した。そして、各室の排気管812に設けたスロ
ットルバルブの開度を調整することにより、帯状基板の
供給室805、巻き取り室806の内圧を125Pa
に、成膜室801,802,803の内圧をそれぞれ1
30Paに設定した。(3) After heating and baking,
While evacuating 806 once and continuing to evacuate, H 2 gas at 1000 sccm is used as a gas to prevent the film formation gas from being mixed between the film formation chambers adjacent to each gas gate 807.
Each raw material gas was introduced into each of the film forming chambers 801 to 803 at a predetermined flow rate. The internal pressure of the supply chamber 805 and the take-up chamber 806 of the strip-shaped substrate is adjusted to 125 Pa by adjusting the opening of the throttle valve provided in the exhaust pipe 812 of each chamber.
The internal pressures of the film forming chambers 801, 802, and 803 are respectively set to 1
It was set to 30 Pa.
【0112】(4)各室の圧力が安定したところで、帯
状基板の巻き取り室806の巻き取りボビンを回転さ
せ、帯状基板808が成膜室801から803に向かう
方向に100cm/分の一定速度で連続的に移動させ
た。また、各成膜室801〜803内に設けた不図示の
温度制御装置に接続された加熱ヒータ810により、移
動する帯状基板が各成膜室の成膜空間で所定の温度にな
るように温度制御を行った。(4) When the pressure in each chamber is stabilized, the take-up bobbin of the take-up chamber 806 for the band-shaped substrate is rotated, so that the band-shaped substrate 808 moves at a constant speed of 100 cm / min in the direction from the film formation chamber 801 to 803. To move continuously. A heating heater 810 connected to a temperature control device (not shown) provided in each of the film forming chambers 801 to 803 controls the temperature of the moving strip-shaped substrate so that the moving substrate has a predetermined temperature in the film forming space of each film forming chamber. Control was performed.
【0113】(5)帯状基板の温度が安定したところ
で、成膜室801,802,803に設けた放電電極8
13から13.56MHzの高周波電力を、不図示の電
源から整合装置を介して投入した。放電電力の投入によ
り各成膜室801〜803の原料ガスはプラズマ化し、
各成膜室内で連続的に移動する帯状基板表面に半導体膜
の形成が行われ、帯状基板表面に連続的にnip構造の
半導体膜が形成された。表1に成膜室801〜803に
おける成膜条件を示す。(5) When the temperature of the strip-shaped substrate becomes stable, the discharge electrodes 8 provided in the film forming chambers 801, 802 and 803 are formed.
High-frequency power of 13 to 13.56 MHz was supplied from a power supply (not shown) via a matching device. The raw material gas in each of the film forming chambers 801 to 803 is turned into plasma by inputting discharge power,
A semiconductor film was formed on the surface of the strip-shaped substrate that continuously moved in each film forming chamber, and a semiconductor film having a nip structure was continuously formed on the surface of the strip-shaped substrate. Table 1 shows film forming conditions in the film forming chambers 801 to 803.
【0114】(6)帯状基板の搬送を開始してから連続
して40分間移動させ、その間に35分間連続して半導
体膜の形成を行った。約35mにわたって半導体積層膜
を形成した後、放電電力の投入と、原料ガスの導入と、
帯状基板及び成膜室の加熱とを停止し、成膜室内のパー
ジを行い、帯状基板及び装置内部を十分冷却してから装
置を開け、帯状基板を巻き取り室806から装置の外に
取り出した。(6) After the transfer of the belt-like substrate was started, the substrate was continuously moved for 40 minutes, during which a semiconductor film was continuously formed for 35 minutes. After forming the semiconductor laminated film over about 35 m, input of discharge power, introduction of source gas,
The heating of the band-shaped substrate and the film forming chamber was stopped, the inside of the film-forming chamber was purged, the band-shaped substrate and the inside of the apparatus were sufficiently cooled, the apparatus was opened, and the band-shaped substrate was taken out of the apparatus from the winding chamber 806. .
【0115】(7)取り出した帯状基板を連続加工装置
によって連続的に加工し、形成した半導体層の上に、透
明電極として全面に70nm厚のITO(In2O3+S
nO 2)薄膜を形成し、集電電極として一定間隔で細線
状のAg電極を形成することにより30cm×30cm
の光起電力素子を100個連続的に作成した。なお、半
導体積層膜形成後、ショート発生箇所を高抵抗化する後
処理は行わなかった。作製した光起電力素子の層構成の
模式図を図1に示す。(7) Continuous processing device for taking out strip-shaped substrates
Is continuously processed by the
70 nm thick ITO (In)TwoOThree+ S
nO Two) Form a thin film and use thin wires at regular intervals as current collecting electrodes
30cm x 30cm by forming Ag-shaped electrode
100 photovoltaic elements were continuously formed. In addition, half
After forming the conductor laminated film, after increasing the resistance of the short-circuit occurrence location
No treatment was performed. Of the layer configuration of the fabricated photovoltaic element
A schematic diagram is shown in FIG.
【0116】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(実試料1)100個について特性を測定した。ピン
ホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1
cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料1)の特
性で規格化すると、実試料1の低照度光下(AM1.
5,1mW/cm2)における開放電圧は平均0.80
であった。また、実試料1の疑似太陽光下(AM1.
5,100mW/cm2)における真性変換効率は平均
0.90であった。さらに、ショート発生箇所を高抵抗
化する後処理を行う前においても素子特性の低下は極僅
かであった。The characteristics of 100 photovoltaic elements (actual sample 1) measuring 30 cm × 30 cm were measured. 1cm x 1 with no shorts due to pinholes or defects
When standardized by the characteristics of the photovoltaic element (reference sample 1) manufactured at the portion of the actual sample 1 under low illuminance light (AM1.
The open-circuit voltage at 5.1 mW / cm 2 ) averages 0.80
Met. Further, under the simulated sunlight of the actual sample 1 (AM1.
The intrinsic conversion efficiency at 5,100 mW / cm 2 ) was 0.90 on average. Further, even before the post-processing for increasing the resistance of the short-circuited portion, the deterioration of the element characteristics was very slight.
【0117】また、作製した光起電力素子(実試料1)
を2次イオン質量分析計(SIMS)を用いて、膜厚方
向の元素分布を測定した。その結果、導電性基板に接す
る最表面の不純物ドープ層において、不純物元素である
P(リン)が、導電性基板界面側で低く、実質的に真性
の半導体層側で高い分布になっていることが確認され
た。Further, the fabricated photovoltaic element (actual sample 1)
Was measured for element distribution in the film thickness direction using a secondary ion mass spectrometer (SIMS). As a result, in the impurity-doped layer on the outermost surface in contact with the conductive substrate, the impurity element P (phosphorus) has a low distribution on the conductive substrate interface side and a substantially high distribution on the intrinsic semiconductor layer side. Was confirmed.
【0118】(比較例1)本例では、最も導電性基板側
の不純物ドープ層における不純物濃度を一定とした点が
実施例1と異なる。すなわち、最も導電性基板側の不純
物ドープ層を、図8に示した製造装置における1つの成
膜領域で作製するようにして、原料ガス中の不純物ガス
濃度を、真性の半導体層界面側の成膜領域と透明電極界
面側の成膜領域とで変わらないようにした。Comparative Example 1 This example is different from Example 1 in that the impurity concentration in the impurity-doped layer closest to the conductive substrate was fixed. That is, the impurity-doped layer closest to the conductive substrate is formed in one film formation region in the manufacturing apparatus shown in FIG. 8, and the impurity gas concentration in the source gas is adjusted to the intrinsic semiconductor layer interface side. The difference was not changed between the film region and the film formation region on the transparent electrode interface side.
【0119】他の点は実施例1と同様にして、30cm
×30cmのnip構造の光起電力素子(比試料1)を
100個連続的に作製した。なお、半導体積層膜形成
後、ショート発生箇所を高抵抗化する後処理は行わなか
った。The other points were the same as in the first embodiment,
One hundred photovoltaic elements having a nip structure of × 30 cm (specific sample 1) were continuously manufactured. After the formation of the semiconductor laminated film, no post-treatment for increasing the resistance of the short-circuited portion was performed.
【0120】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(比試料1)100個について特性を測定した。ピン
ホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1
cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料1)の特
性で規格化すると、比試料1の低照度光下(AM1.
5,1mW/cm2)における開放電圧は平均0.13
であった。また、比試料1の疑似太陽光下(AM1.
5,100mW/cm2)における真性変換効率は平均
0.33であった。The characteristics were measured for 100 photovoltaic elements (comparative sample 1) measuring 30 cm × 30 cm. 1cm x 1 with no shorts due to pinholes or defects
When standardized by the characteristics of the photovoltaic element (reference sample 1) manufactured in the portion of cm.
The open circuit voltage at 5.1 mW / cm 2 ) averages 0.13
Met. In addition, under simulated sunlight of the specific sample 1 (AM1.
The intrinsic conversion efficiency at 5,100 mW / cm 2 ) was 0.33 on average.
【0121】したがって、比試料1は実試料1に比べ
て、素子特性の低下が大きいことが分かった。Therefore, it was found that the specific sample 1 had a larger decrease in device characteristics than the actual sample 1.
【0122】また、作製した光起電力素子を2次イオン
質量分析計(SIMS)を用いて、膜厚方向の元素分布
を測定したところ、導電性基板に接する不純物ドープ層
において、不純物元素であるP(リン)が導電性基板界
面側と実質的に真性の半導体層側で同じ濃度で変化して
いないことが確認された。When the fabricated photovoltaic element was measured for element distribution in the film thickness direction using a secondary ion mass spectrometer (SIMS), it was found that the impurity element in the impurity doped layer in contact with the conductive substrate was an impurity element. It was confirmed that P (phosphorus) did not change at the same concentration on the conductive substrate interface side and substantially on the intrinsic semiconductor layer side.
【0123】(実施例2)本例では、nip構造に代え
て、pin構造の光起電力素子を作製した点が実施例1
と異なる。すなわち、図8に示した製造装置を用い、導
電性基板上に非晶質シリコンからなるpin構造の光起
電力素子を連続的に製造する際、最も導電性基板側の不
純物ドープ層は2つの成膜領域で成膜するようにして、
原料ガス中の不純物ガス濃度を、真性の半導体層界面側
の成膜領域よりも導電性基板界面側の成膜領域で低く
し、成膜室801で成膜されるp型非晶質シリコン層の
不純物元素であるB(ホウ素)の濃度が透明電極側で低
く分布するようにした。各層の成膜条件は、表2に示す
通りとした。(Embodiment 2) In this embodiment, a photovoltaic element having a pin structure was fabricated instead of the nip structure.
And different. That is, when continuously manufacturing a pin structure photovoltaic element made of amorphous silicon on a conductive substrate using the manufacturing apparatus shown in FIG. 8, the impurity-doped layer closest to the conductive substrate has two As a film is formed in the film formation area,
The concentration of the impurity gas in the source gas is made lower in the film formation region on the conductive substrate interface side than in the film formation region on the intrinsic semiconductor layer interface side, and the p-type amorphous silicon layer formed in the film formation chamber 801 is formed. The concentration of B (boron), which is an impurity element, is distributed low on the transparent electrode side. The film forming conditions for each layer were as shown in Table 2.
【0124】[0124]
【表2】 [Table 2]
【0125】他の点は、実施例1と同様にして、30c
m×30cmのpin構造の光起電力素子(実試料2)
を100個連続的に作製した。The other points are the same as in the first embodiment.
m × 30 cm pin structure photovoltaic device (actual sample 2)
Were continuously produced.
【0126】なお、半導体積層膜形成後、ショート発生
箇所を高抵抗化する後処理は行わなかった。作製した光
起電力素子の層構成の模式図を図1に示した。After the formation of the semiconductor laminated film, no post-treatment for increasing the resistance of the short-circuited portion was performed. FIG. 1 shows a schematic diagram of the layer configuration of the manufactured photovoltaic element.
【0127】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(実試料2)100個について特性を測定した。ピン
ホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1
cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料2)の特
性で規格化すると、実試料2の低照度光下(AM1.
5,1mW/cm2)における開放電圧は平均0.80
であった。また、実試料1の疑似太陽光下(AM1.
5,100mW/cm2)における真性変換効率は平均
0.90であった。さらに、ショート発生箇所を高抵抗
化する後処理を行う前においても素子特性の低下は極僅
かであった。The characteristics of 100 photovoltaic elements (actual sample 2) measuring 30 cm × 30 cm were measured. 1cm x 1 with no shorts due to pinholes or defects
When standardized by the characteristics of the photovoltaic element (reference sample 2) manufactured at the portion of the actual sample 2 under low illuminance light (AM1.
The open-circuit voltage at 5.1 mW / cm 2 ) averages 0.80
Met. Further, under the simulated sunlight of the actual sample 1 (AM1.
The intrinsic conversion efficiency at 5,100 mW / cm 2 ) was 0.90 on average. Further, even before the post-processing for increasing the resistance of the short-circuited portion, the deterioration of the element characteristics was very slight.
【0128】また、作製した光起電力素子(実試料2)
を2次イオン質量分析計(SIMS)を用いて、膜厚方
向の元素分布を測定した。その結果、導電性基板に接す
る最表面の不純物ドープ層において、不純物元素である
B(ホウ素)が、導電性基板界面側で低く、実質的に真
性の半導体層側で高い分布になっていることが確認され
た。In addition, the fabricated photovoltaic element (actual sample 2)
Was measured for element distribution in the film thickness direction using a secondary ion mass spectrometer (SIMS). As a result, in the outermost impurity-doped layer in contact with the conductive substrate, the impurity element B (boron) has a low distribution on the conductive substrate interface side and a substantially high distribution on the intrinsic semiconductor layer side. Was confirmed.
【0129】(比較例2)本例では、最も導電性基板側
の不純物ドープ層における不純物濃度を一定とした点が
実施例2と異なる。すなわち、最も導電性基板側の不純
物ドープ層を、図8に示した製造装置における1つの成
膜領域で作製するようにして、原料ガス中の不純物ガス
濃度を、真性の半導体層界面側の成膜領域と透明電極界
面側の成膜領域とで変わらないようにした。Comparative Example 2 This example is different from Example 2 in that the impurity concentration in the impurity-doped layer closest to the conductive substrate was fixed. That is, the impurity-doped layer closest to the conductive substrate is formed in one film formation region in the manufacturing apparatus shown in FIG. 8, and the impurity gas concentration in the source gas is adjusted to the intrinsic semiconductor layer interface side. The difference was not changed between the film region and the film formation region on the transparent electrode interface side.
【0130】他の点は実施例2と同様にして、30cm
×30cmのpin構造の光起電力素子(比試料2)を
100個連続的に作製した。なお、半導体積層膜形成
後、ショート発生箇所を高抵抗化する後処理は行わなか
った。The other points were the same as in the second embodiment,
One hundred photovoltaic elements (specific sample 2) having a pin structure of × 30 cm were continuously manufactured. After the formation of the semiconductor laminated film, no post-treatment for increasing the resistance of the short-circuited portion was performed.
【0131】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(比試料2)100個について特性を測定した。ピン
ホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1
cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料2)の特
性で規格化すると、比試料2の低照度光下(AM1.
5,1mW/cm2)における開放電圧は平均0.15
であった。また、比試料2の疑似太陽光下(AM1.
5,100mW/cm2)における真性変換効率は平均
0.35であった。The characteristics of 100 photovoltaic elements (specific sample 2) measuring 30 cm × 30 cm were measured. 1cm x 1 with no shorts due to pinholes or defects
When normalized by the characteristics of the photovoltaic element (reference sample 2) manufactured in the portion of cm.
The open circuit voltage at 5.1 mW / cm 2 ) averages 0.15
Met. In addition, under simulated sunlight of the specific sample 2 (AM1.
The intrinsic conversion efficiency at 5,100 mW / cm 2 ) was 0.35 on average.
【0132】したがって、比試料2は実試料2に比べ
て、素子特性の低下が大きいことが分かった。Therefore, it was found that the specific sample 2 had a larger decrease in device characteristics than the actual sample 2.
【0133】また、作製した光起電力素子を2次イオン
質量分析計(SIMS)を用いて、膜厚方向の元素分布
を測定したところ、導電性基板に接する不純物ドープ層
において、不純物元素であるB(ホウ素)が導電性基板
界面側と実質的に真性の半導体層側で同じ濃度で変化し
ていないことが確認された。The element distribution in the film thickness direction of the manufactured photovoltaic element was measured by using a secondary ion mass spectrometer (SIMS). It was confirmed that B (boron) did not change at the same concentration on the conductive substrate interface side and substantially on the intrinsic semiconductor layer side.
【0134】(実施例3)本例では、図8に示した製造
装置を用い、導電性基板上に非晶質シリコンからなるn
ip構造の光起電力素子を連続的に製造した。その際、
Si原料ガスに対する不純物ガス濃度は変えずに、放電
電力とSi原料ガスのH2希釈率を、真性の半導体層界
面側の成膜領域よりも導電性基板界面側の成膜領域で低
くし、図8の成膜室801で成膜されるn型非晶質シリ
コン層の結晶粒径が導電性基板側で低く分布するように
した点が、実施例1と異なる。各層の成膜条件は、表3
に示す通りとした。(Embodiment 3) In this embodiment, the manufacturing apparatus shown in FIG.
A photovoltaic element having an ip structure was manufactured continuously. that time,
Without changing the impurity gas concentration with respect to the Si source gas, the discharge power and the H 2 dilution ratio of the Si source gas are made lower in the film formation region on the conductive substrate interface side than in the film formation region on the intrinsic semiconductor layer interface side, The difference from the first embodiment is that the crystal grain size of the n-type amorphous silicon layer formed in the film forming chamber 801 of FIG. 8 is distributed lower on the conductive substrate side. Table 3 shows the film forming conditions for each layer.
As shown in FIG.
【0135】[0135]
【表3】 [Table 3]
【0136】他の点は、実施例1と同様にして、30c
m×30cmのpin構造の光起電力素子(実試料3)
を100個連続的に作製した。The other points are the same as in the first embodiment, and
Photovoltaic device with mx30cm pin structure (actual sample 3)
Were continuously produced.
【0137】なお、半導体積層膜形成後、ショート発生
箇所を高抵抗化する後処理は行わなかった。作製した光
起電力素子の層構成の模式図を図1に示した。After the formation of the semiconductor multilayer film, no post-treatment for increasing the resistance of the short-circuited portion was performed. FIG. 1 shows a schematic diagram of the layer configuration of the manufactured photovoltaic element.
【0138】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(実試料3)100個について特性を測定した。ピン
ホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1
cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料3)の特
性で規格化すると、実試料3の低照度光下(AM1.
5,1mW/cm2)における開放電圧は平均0.78
であった。また、実試料3の疑似太陽光下(AM1.
5,100mW/cm2)における真性変換効率は平均
0.88であった。さらに、ショート発生箇所を高抵抗
化する後処理を行う前においても素子特性の低下は極僅
かであった。The characteristics of 100 photovoltaic elements (actual sample 3) measuring 30 cm × 30 cm were measured. 1cm x 1 with no shorts due to pinholes or defects
When standardized by the characteristics of the photovoltaic element (reference sample 3) manufactured at the portion of the actual sample 3 under low illuminance light (AM1.
The open-circuit voltage at 5.1 mW / cm 2 ) averages 0.78
Met. Further, under the simulated sunlight of the actual sample 3 (AM1.
The intrinsic conversion efficiency at 5,100 mW / cm 2 ) was 0.88 on average. Further, even before the post-processing for increasing the resistance of the short-circuited portion, the deterioration of the element characteristics was very slight.
【0139】また、断面TEMを用いて、作製した光起
電力素子の膜厚方向の結晶粒径の分布を測定したとこ
ろ、導電性基板に接する不純物ドープ層において、Si
の結晶粒径が導電性基板界面側で小さく、実質的に真性
の半導体層側で大きい分布になっていることが確認され
た。The distribution of the crystal grain size in the film thickness direction of the manufactured photovoltaic element was measured using a cross-sectional TEM.
It was confirmed that the crystal grain size was small on the conductive substrate interface side and substantially large on the intrinsic semiconductor layer side.
【0140】(比較例3)本例では、最も導電性基板側
の不純物ドープ層における結晶粒径を一定とした点が実
施例3と異なる。すなわち、最も導電性基板側の不純物
ドープ層を、図8に示した製造装置における1つの成膜
領域で作製するようにして、真性の半導体層界面側の成
膜領域と導電性基板界面側の成膜領域と結晶粒径が変わ
らないようにした。Comparative Example 3 This example is different from Example 3 in that the crystal grain size in the impurity-doped layer closest to the conductive substrate was fixed. In other words, the impurity-doped layer closest to the conductive substrate is formed in one film formation region in the manufacturing apparatus shown in FIG. 8, so that the film formation region on the interface side of the intrinsic semiconductor layer and the film formation region on the conductive substrate interface side. The film size and the crystal grain size were not changed.
【0141】他の点は実施例3と同様にして、30cm
×30cmのnip構造の光起電力素子(比試料3)を
100個連続的に作製した。なお、半導体積層膜形成
後、ショート発生箇所を高抵抗化する後処理は行わなか
った。The other points were the same as in the third embodiment,
One hundred photovoltaic elements having a nip structure of × 30 cm (specific sample 3) were continuously manufactured. After the formation of the semiconductor laminated film, no post-treatment for increasing the resistance of the short-circuited portion was performed.
【0142】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(比試料1)100個について特性を測定した。ピン
ホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1
cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料3)の特
性で規格化すると、比試料3の低照度光下(AM1.
5,1mW/cm2)における開放電圧は平均0.13
であった。また、比試料3の疑似太陽光下(AM1.
5,100mW/cm2)における真性変換効率は平均
0.33であった。The characteristics of 100 manufactured photovoltaic elements (comparative sample 1) of 30 cm × 30 cm were measured. 1cm x 1 with no shorts due to pinholes or defects
When normalized by the characteristics of the photovoltaic element (reference sample 3) manufactured in the portion of cm.
The open circuit voltage at 5.1 mW / cm 2 ) averages 0.13
Met. In addition, under simulated sunlight of the specific sample 3 (AM1.
The intrinsic conversion efficiency at 5,100 mW / cm 2 ) was 0.33 on average.
【0143】したがって、比試料3は実試料3に比べ
て、素子特性の低下が大きいことが分かった。Therefore, it was found that the specific sample 3 had a large decrease in device characteristics as compared with the actual sample 3.
【0144】また、断面TEMを用いて、作製した光起
電力素子の膜厚方向の結晶粒径の分布を測定したとこ
ろ、導電性基板に接する不純物ドープ層において、Si
の結晶粒径が導電性基板界面側と実質的に真性の半導体
層側で同じであることが確認された。The distribution of the crystal grain size in the film thickness direction of the manufactured photovoltaic element was measured using a cross-sectional TEM.
It was confirmed that the crystal grain size of was substantially the same on the conductive substrate interface side and on the intrinsic semiconductor layer side.
【0145】(実施例4)本例では、nip構造に代え
て、pin構造の光起電力素子を作製した点が実施例3
と異なる。すなわち、図8に示した製造装置を用い、導
電性基板上に非晶質シリコンからなるpin構造の光起
電力素子を連続的に製造する際、最も導電性基板側の不
純物ドープ層は2つの成膜領域で成膜するようにして、
Si原料ガスに対する不純物ガス濃度は変えずに、放電
電力とSi原料ガスのH2希釈率を、真性の半導体層界
面側の成膜領域よりも導電性基板界面側の成膜領域で低
くし、成膜室801で成膜されるp型非晶質シリコン層
の結晶粒径が透明電極側で低く分布するようにした。各
層の成膜条件は、表4に示す通りとした。(Embodiment 4) This embodiment is different from the embodiment 3 in that a photovoltaic element having a pin structure is manufactured instead of the nip structure.
And different. That is, when continuously manufacturing a pin structure photovoltaic element made of amorphous silicon on a conductive substrate using the manufacturing apparatus shown in FIG. 8, the impurity-doped layer closest to the conductive substrate has two As a film is formed in the film formation area,
Without changing the impurity gas concentration with respect to the Si source gas, the discharge power and the H 2 dilution ratio of the Si source gas are made lower in the film formation region on the conductive substrate interface side than in the film formation region on the intrinsic semiconductor layer interface side, The crystal grain size of the p-type amorphous silicon layer formed in the film forming chamber 801 was set to be lower on the transparent electrode side. The film forming conditions for each layer were as shown in Table 4.
【0146】[0146]
【表4】 [Table 4]
【0147】他の点は、実施例1と同様にして、30c
m×30cmのpin構造の光起電力素子(実試料4)
を100個連続的に作製した。The other points are the same as in the first embodiment.
m × 30 cm pin structure photovoltaic element (actual sample 4)
Were continuously produced.
【0148】なお、半導体積層膜形成後、ショート発生
箇所を高抵抗化する後処理は行わなかった。作製した光
起電力素子の層構成の模式図を図1に示した。After the formation of the semiconductor multilayer film, no post-treatment for increasing the resistance of the short-circuited portion was performed. FIG. 1 shows a schematic diagram of the layer configuration of the manufactured photovoltaic element.
【0149】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(実試料4)100個について特性を測定した。ピン
ホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1
cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料4)の特
性で規格化すると、実試料4の低照度光下(AM1.
5,1mW/cm2)における開放電圧は、平均0.7
8であった。また、実試料4の疑似太陽光下(AM1.
5,100mW/cm2)における真性変換効率は、平
均0.88であった。さらに、ショート発生箇所を高抵
抗化する後処理を行う前においても素子特性の低下は極
僅かであった。The characteristics of 100 photovoltaic elements (actual sample 4) measuring 30 cm × 30 cm were measured. 1cm x 1 with no shorts due to pinholes or defects
When standardized by the characteristics of the photovoltaic element (reference sample 4) manufactured in the portion of cm.
The open circuit voltage at 5.1 mW / cm 2 ) averages 0.7
It was 8. Further, under the simulated sunlight of the actual sample 4 (AM1.
The intrinsic conversion efficiency at 5,100 mW / cm 2 ) was 0.88 on average. Further, even before the post-processing for increasing the resistance of the short-circuited portion, the deterioration of the element characteristics was very slight.
【0150】また、断面TEMを用いて、作製した光起
電力素子の膜厚方向の結晶粒径の分布を測定したとこ
ろ、導電性基板に接する不純物ドープ層において、Si
の結晶粒径が導電性基板界面側で小さく、実質的に真性
の半導体層側で大きい分布になっていることが確認され
た。When the distribution of the crystal grain size in the film thickness direction of the manufactured photovoltaic element was measured using a cross-sectional TEM, the impurity-doped layer in contact with the conductive substrate was
It was confirmed that the crystal grain size was small on the conductive substrate interface side and substantially large on the intrinsic semiconductor layer side.
【0151】(比較例4)本例では、最も導電性基板側
の不純物ドープ層における結晶粒径を一定とした点が実
施例4と異なる。すなわち、最も導電性基板側の不純物
ドープ層を、図8に示した製造装置における1つの成膜
領域で作製するようにして、真性の半導体層界面側の成
膜領域と導電性基板界面側の成膜領域と結晶粒径が変わ
らないようにした。Comparative Example 4 This example is different from Example 4 in that the crystal grain size in the impurity-doped layer closest to the conductive substrate was fixed. In other words, the impurity-doped layer closest to the conductive substrate is formed in one film formation region in the manufacturing apparatus shown in FIG. 8, so that the film formation region on the interface side of the intrinsic semiconductor layer and the film formation region on the conductive substrate interface side. The film size and the crystal grain size were not changed.
【0152】他の点は実施例4と同様にして、30cm
×30cmのpin構造の光起電力素子(比試料4)を
100個連続的に作製した。なお、半導体積層膜形成
後、ショート発生箇所を高抵抗化する後処理は行わなか
った。The other points were the same as in the fourth embodiment,
100 × 30 cm photovoltaic devices having a pin structure (specific sample 4) were continuously produced. After the formation of the semiconductor laminated film, no post-treatment for increasing the resistance of the short-circuited portion was performed.
【0153】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(比試料4)100個について特性を測定した。ピン
ホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1
cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料4)の特
性で規格化すると、比試料4の低照度光下(AM1.
5,1mW/cm2)における開放電圧は平均0.13
であった。また、比試料3の疑似太陽光下(AM1.
5,100mW/cm2)における真性変換効率は平均
0.33であった。The characteristics were measured for 100 photovoltaic elements (comparative sample 4) measuring 30 cm × 30 cm. 1cm x 1 with no shorts due to pinholes or defects
When normalized by the characteristics of the photovoltaic element (reference sample 4) manufactured in the portion of cm.
The open circuit voltage at 5.1 mW / cm 2 ) averages 0.13
Met. In addition, under simulated sunlight of the specific sample 3 (AM1.
The intrinsic conversion efficiency at 5,100 mW / cm 2 ) was 0.33 on average.
【0154】したがって、比試料4は実試料4に比べ
て、素子特性の低下が大きいことが分かった。Therefore, it was found that the specific sample 4 had a large decrease in device characteristics as compared with the actual sample 4.
【0155】また、断面TEMを用いて、作製した光起
電力素子の膜厚方向の結晶粒径の分布を測定したとこ
ろ、導電性基板に接する不純物ドープ層において、Si
の結晶粒径が導電性基板界面側と実質的に真性の半導体
層側で同じであることが確認された。When the distribution of the crystal grain size in the thickness direction of the manufactured photovoltaic element was measured using a cross-sectional TEM, the impurity-doped layer in contact with the conductive substrate was
It was confirmed that the crystal grain size of was substantially the same on the conductive substrate interface side and on the intrinsic semiconductor layer side.
【0156】(実施例5)本例では、最も導電性基板側
の不純物ドープ層における、不純物濃度及び結晶粒径を
導電性基板側で低くした点が実施例4と異なる。すなわ
ち、図8に示した製造装置を用い、導電性基板上に非晶
質シリコンからなるpin構造の光起電力素子を連続的
に製造する際、最も導電性基板側の不純物ドープ層は2
つの成膜領域で成膜するようにして、Si原料ガスに対
する不純物ガス濃度及び放電電力とSi原料ガスのH2
希釈率を、真性の半導体層界面側の成膜領域よりも導電
性基板界面側の成膜領域で低くし、成膜室801で成膜
されるP型非晶質シリコン層の不純物濃度及び結晶粒径
が導電性基板側で低く分布するようにした。各層の成膜
条件は、表5に示す通りとした。(Embodiment 5) This embodiment differs from Embodiment 4 in that the impurity concentration and the crystal grain size in the impurity-doped layer closest to the conductive substrate are reduced on the conductive substrate side. That is, when a pin structure photovoltaic element made of amorphous silicon is continuously manufactured on a conductive substrate using the manufacturing apparatus shown in FIG.
The film is formed in two film formation regions, and the impurity gas concentration and discharge power with respect to the Si source gas and H 2 of the Si source gas
The dilution ratio is made lower in the film formation region on the conductive substrate interface side than in the film formation region on the intrinsic semiconductor layer interface side, and the impurity concentration and crystal of the P-type amorphous silicon layer formed in the film formation chamber 801 are reduced. The particle size was distributed low on the conductive substrate side. The film forming conditions for each layer were as shown in Table 5.
【0157】[0157]
【表5】 [Table 5]
【0158】他の点は、実施例1と同様にして、30c
m×30cmのpin構造の光起電力素子(実試料5)
を100個連続的に作製した。The other points are the same as in the first embodiment, and
m × 30 cm pin structure photovoltaic device (actual sample 5)
Were continuously produced.
【0159】なお、半導体積層膜形成後、ショート発生
箇所を高抵抗化する後処理は行わなかった。作製した光
起電力素子の層構成の模式図を図1に示した。After the formation of the semiconductor laminated film, no post-treatment for increasing the resistance of the short-circuited portion was performed. FIG. 1 shows a schematic diagram of the layer configuration of the manufactured photovoltaic element.
【0160】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(実試料5)100個について特性を測定した。ピン
ホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1
cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料5)の特
性で規格化すると、実試料5の低照度光下(AM1.
5,1mW/cm2)における開放電圧は平均0.82
であった。また、実試料5の疑似太陽光下(AM1.
5,100mW/cm2)における真性変換効率は平均
0.92であった。さらに、ショート発生箇所を高抵抗
化する後処理を行う前においても素子特性の低下は極僅
かであった。The characteristics of 100 photovoltaic elements (actual sample 5) measuring 30 cm × 30 cm were measured. 1cm x 1 with no shorts due to pinholes or defects
When standardized by the characteristics of the photovoltaic element (reference sample 5) manufactured at the portion of the actual sample 5 under low illuminance light (AM1.
The average open circuit voltage at 5.1 mW / cm 2 ) is 0.82 on average.
Met. Moreover, under simulated sunlight of the actual sample 5 (AM1.
The intrinsic conversion efficiency at 5,100 mW / cm 2 ) was 0.92 on average. Further, even before the post-processing for increasing the resistance of the short-circuited portion, the deterioration of the element characteristics was very slight.
【0161】また、作製した光起電力素子(実試料5)
を2次イオン質量分析計(SIMS)を用いて、膜厚方
向の元素分布を測定した。その結果、導電性基板に接す
る最表面の不純物ドープ層において、不純物元素である
B(ホウ素)が、導電性基板界面側で低く、実質的に真
性の半導体層側で高い分布になっていることが確認され
た。The fabricated photovoltaic element (actual sample 5)
Was measured for element distribution in the film thickness direction using a secondary ion mass spectrometer (SIMS). As a result, in the outermost impurity-doped layer in contact with the conductive substrate, the impurity element B (boron) has a low distribution on the conductive substrate interface side and a substantially high distribution on the intrinsic semiconductor layer side. Was confirmed.
【0162】さらに、断面TEMを用いて、作製した光
起電力素子の膜厚方向の結晶粒径の分布を測定したとこ
ろ、導電性基板に接する不純物ドープ層において、Si
の結晶粒径が導電性基板界面側で小さく、実質的に真性
の半導体層側で大きい分布になっていることが確認され
た。Further, the distribution of the crystal grain size in the film thickness direction of the manufactured photovoltaic element was measured using a cross-sectional TEM.
It was confirmed that the crystal grain size was small on the conductive substrate interface side and substantially large on the intrinsic semiconductor layer side.
【0163】(実施例6)本例では、最も導電性基板側
の不純物ドープ層における、不純物濃度を導電性基板側
で低くした点が実施例4と異なる。すなわち、図8に示
した製造装置を用い、導電性基板上に非晶質シリコンか
らなるpin構造の光起電力素子を連続的に製造する
際、最も導電性基板側の不純物ドープ層は2つの成膜領
域で成膜するようにして、原料ガス中の不純物ガス濃度
を、真性の半導体層界面側の成膜領域よりも透明電極界
面側の成膜領域で低くし、成膜室801で形成されるn
型非晶質シリコン層の不純物元素であるP(リン)の濃
度が透明電極側で低く分布するようにした。各層の成膜
条件は、表6に示す通りとした。(Embodiment 6) This embodiment is different from Embodiment 4 in that the impurity concentration in the impurity-doped layer closest to the conductive substrate is lower on the conductive substrate side. That is, when a pin structure photovoltaic element made of amorphous silicon is continuously manufactured on a conductive substrate using the manufacturing apparatus shown in FIG. The film is formed in the film formation region, and the impurity gas concentration in the source gas is made lower in the film formation region on the transparent electrode interface side than in the film formation region on the intrinsic semiconductor layer interface side. N
The concentration of P (phosphorus), which is an impurity element of the type amorphous silicon layer, was distributed low on the transparent electrode side. The film forming conditions for each layer were as shown in Table 6.
【0164】[0164]
【表6】 [Table 6]
【0165】他の点は、実施例1と同様にして、30c
m×30cmのpin構造の光起電力素子(実試料6)
を100個連続的に作製した。The other points are the same as in the first embodiment, and
m × 30 cm pin structure photovoltaic device (actual sample 6)
Were continuously produced.
【0166】なお、半導体積層膜形成後、ショート発生
箇所を高抵抗化する後処理は行わなかった。作製した光
起電力素子の層構成の模式図を図1に示した。After the formation of the semiconductor laminated film, no post-treatment for increasing the resistance of the short-circuited portion was performed. FIG. 1 shows a schematic diagram of the layer configuration of the manufactured photovoltaic element.
【0167】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(実試料6)100個について特性を測定した。ピン
ホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1
cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料6)の特
性で規格化すると、実試料6の低照度光下(AM1.
5,1mW/cm2)における開放電圧は平均0.80
であった。また、実試料6の疑似太陽光下(AM1.
5,100mW/cm2)における真性変換効率は平均
0.90であった。さらに、ショート発生箇所を高抵抗
化する後処理を行う前においても素子特性の低下は極僅
かであった。The characteristics of 100 photovoltaic elements (actual sample 6) measuring 30 cm × 30 cm were measured. 1cm x 1 with no shorts due to pinholes or defects
When normalized by the characteristics of the photovoltaic element (reference sample 6) manufactured in the portion of cm, the actual sample 6 under low illuminance light (AM1.
The open-circuit voltage at 5.1 mW / cm 2 ) averages 0.80
Met. Moreover, under simulated sunlight of the actual sample 6 (AM1.
The intrinsic conversion efficiency at 5,100 mW / cm 2 ) was 0.90 on average. Further, even before the post-processing for increasing the resistance of the short-circuited portion, the deterioration of the element characteristics was very slight.
【0168】また、作製した光起電力素子(実試料6)
を2次イオン質量分析計(SIMS)を用いて、膜厚方
向の元素分布を測定した。その結果、導電性基板に接す
る最表面の不純物ドープ層において、不純物元素である
B(ホウ素)が、導電性基板界面側で低く、実質的に真
性の半導体層側で高い分布になっていることが確認され
た。The fabricated photovoltaic element (actual sample 6)
Was measured for element distribution in the film thickness direction using a secondary ion mass spectrometer (SIMS). As a result, in the outermost impurity-doped layer in contact with the conductive substrate, the impurity element B (boron) has a low distribution on the conductive substrate interface side and a substantially high distribution on the intrinsic semiconductor layer side. Was confirmed.
【0169】(実施例7)本例では、図10に示した製
造装置を用い、導電性基板上に非晶質シリコンからなる
nipnip構造の光起電力素子を連続的に製造した点
が実施例1と異なる。その際、最も導電性基板側の不純
物ドープ層は2つの成膜領域で成膜するようにして、原
料ガス中の不純物ガス濃度を、真性の半導体層界面側の
成膜領域よりも導電性基板界面側の成膜領域で低くし、
成膜室1001Aで成膜されるn型非晶質シリコン層の
不純物元素であるP(リン)の濃度が導電性基板側で低
く分布するようにした。(Embodiment 7) In this embodiment, the manufacturing apparatus shown in FIG. 10 is used to continuously manufacture a nipnip structure photovoltaic element made of amorphous silicon on a conductive substrate. Different from 1. At this time, the impurity-doped layer closest to the conductive substrate is formed in two film formation regions so that the impurity gas concentration in the source gas is more conductive substrate than the film formation region on the intrinsic semiconductor layer interface side. Lower in the film formation area on the interface side,
The concentration of P (phosphorus), which is an impurity element of the n-type amorphous silicon layer formed in the film formation chamber 1001A, was distributed low on the conductive substrate side.
【0170】導電性基板として、0.13mm厚のSU
S430BA上にDCマグネトロンスパッタリング法に
よって300nm厚のAg層と1000nm厚の透明で
低抵抗(ρ=1×10-2Ωcm)のZnO層を積層し、
反射率を高め、表面に微細な凹凸形状を形成したものを
用いた。各層の成膜条件は、表7及び表8に示す通りと
した。As a conductive substrate, a 0.13 mm thick SU was used.
A 300 nm-thick Ag layer and a 1000 nm-thick transparent and low-resistance (ρ = 1 × 10 −2 Ωcm) ZnO layer are laminated on S430BA by DC magnetron sputtering,
The one having a high reflectance and a fine uneven shape formed on the surface was used. The film forming conditions for each layer were as shown in Tables 7 and 8.
【0171】[0171]
【表7】 [Table 7]
【0172】[0172]
【表8】 [Table 8]
【0173】他の点は、実施例1と同様にして、30c
m×30cmのnipnip構造の光起電力素子(実試
料7)を100個連続的に作製した。The other points are the same as in the first embodiment.
One hundred photovoltaic elements (actual sample 7) having a nipnip structure of mx 30 cm were manufactured continuously.
【0174】なお、半導体積層膜形成後、ショート発生
箇所を高抵抗化する後処理は行わなかった。作製した光
起電力素子の層構成の模式図を図2に示した。After the formation of the semiconductor laminated film, no post-treatment for increasing the resistance of the short-circuited portion was performed. FIG. 2 shows a schematic diagram of the layer configuration of the manufactured photovoltaic element.
【0175】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(実試料7)100個について特性を測定した。ピン
ホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1
cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料7)の特
性で規格化すると、実試料6の低照度光下(AM1.
5,1mW/cm2)における開放電圧は平均0.80
であった。また、実試料6の疑似太陽光下(AM1.
5,100mW/cm2)における真性変換効率は平均
0.90であった。さらに、ショート発生箇所を高抵抗
化する後処理を行う前においても素子特性の低下は極僅
かであった。The characteristics of 100 photovoltaic elements (actual sample 7) measuring 30 cm × 30 cm were measured. 1cm x 1 with no shorts due to pinholes or defects
When standardized by the characteristics of the photovoltaic element (reference sample 7) manufactured at the portion of the actual sample 6 under low illuminance light (AM1.
The open-circuit voltage at 5.1 mW / cm 2 ) averages 0.80
Met. Moreover, under simulated sunlight of the actual sample 6 (AM1.
The intrinsic conversion efficiency at 5,100 mW / cm 2 ) was 0.90 on average. Further, even before the post-processing for increasing the resistance of the short-circuited portion, the deterioration of the element characteristics was very slight.
【0176】また、作製した光起電力素子(実試料7)
を2次イオン質量分析計(SIMS)を用いて、膜厚方
向の元素分布を測定した。その結果、導電性基板に接す
る最表面の不純物ドープ層において、不純物元素である
P(リン)が、導電性基板界面側で低く、実質的に真性
の半導体層側で高い分布になっていることが確認され
た。The fabricated photovoltaic element (actual sample 7)
Was measured for element distribution in the film thickness direction using a secondary ion mass spectrometer (SIMS). As a result, in the impurity-doped layer on the outermost surface in contact with the conductive substrate, the impurity element P (phosphorus) has a low distribution on the conductive substrate interface side and a substantially high distribution on the intrinsic semiconductor layer side. Was confirmed.
【0177】(比較例7)本例では、最も導電性基板側
の不純物ドープ層における不純物濃度を一定とした点が
実施例7と異なる。すなわち、最も導電性基板側の不純
物ドープ層を、図8に示した製造装置における1つの成
膜領域で作製するようにして、原料ガス中の不純物ガス
濃度を、真性の半導体層界面側の成膜領域と透明電極界
面側の成膜領域とで変わらないようにした。Comparative Example 7 This example is different from Example 7 in that the impurity concentration in the impurity-doped layer closest to the conductive substrate was fixed. That is, the impurity-doped layer closest to the conductive substrate is formed in one film formation region in the manufacturing apparatus shown in FIG. 8, and the impurity gas concentration in the source gas is adjusted to the intrinsic semiconductor layer interface side. The difference was not changed between the film region and the film formation region on the transparent electrode interface side.
【0178】他の点は実施例7と同様にして、30cm
×30cmのnipnip構造の光起電力素子(比試料
7)を100個連続的に作製した。なお、半導体積層膜
形成後、ショート発生箇所を高抵抗化する後処理は行わ
なかった。The other points were the same as in the seventh embodiment,
100 × 30 cm photovoltaic devices having a nipnip structure (specific sample 7) were continuously produced. After the formation of the semiconductor laminated film, no post-treatment for increasing the resistance of the short-circuited portion was performed.
【0179】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(比試料7)100個について特性を測定した。ピン
ホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1
cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料7)の特
性で規格化すると、比試料7の低照度光下(AM1.
5,1mW/cm2)における開放電圧は平均0.15
であった。また、比試料7の疑似太陽光下(AM1.
5,100mW/cm2)における真性変換効率は平均
0.35であった。The characteristics of 100 photovoltaic elements (comparative sample 7) measuring 30 cm × 30 cm were measured. 1cm x 1 with no shorts due to pinholes or defects
When standardized by the characteristics of the photovoltaic element (reference sample 7) manufactured in the portion of cm.
The open circuit voltage at 5.1 mW / cm 2 ) averages 0.15
Met. In addition, the simulated sunlight of the specific sample 7 (AM1.
The intrinsic conversion efficiency at 5,100 mW / cm 2 ) was 0.35 on average.
【0180】したがって、比試料7は実試料7に比べ
て、素子特性の低下が大きいことが分かった。Therefore, it was found that the specific sample 7 had a larger decrease in device characteristics than the actual sample 7.
【0181】また、作製した光起電力素子を2次イオン
質量分析計(SIMS)を用いて、膜厚方向の元素分布
を測定したところ、導電性基板に接する不純物ドープ層
において、不純物元素であるP(リン)が導電性基板界
面側と実質的に真性の半導体層側で同じ濃度で変化して
いないことが確認された。The element distribution in the film thickness direction of the fabricated photovoltaic element was measured by using a secondary ion mass spectrometer (SIMS). It was confirmed that P (phosphorus) did not change at the same concentration on the conductive substrate interface side and substantially on the intrinsic semiconductor layer side.
【0182】(実施例8)本例では、図10に示した製
造装置を用い、導電性基板上に非晶質シリコンからなる
nipnip構造の光起電力素子を連続的に製造した。
その際、Si原料ガスに対する不純物ガス濃度は変えず
に、放電電力とSi原料ガスのH2希釈率を、真性の半
導体層界面側の成膜領域よりも導電性基板界面側の成膜
領域で低くし、図10の成膜室1001Aで成膜される
n型非晶質シリコン層の結晶粒径が導電性基板側で低く
分布するようにした点が、実施例7と異なる。各層の成
膜条件は、表9及び表8に示す通りとした。Example 8 In this example, a photovoltaic element having a nipnip structure made of amorphous silicon was continuously manufactured on a conductive substrate using the manufacturing apparatus shown in FIG.
At this time, the discharge power and the H 2 dilution ratio of the Si source gas were changed in the film formation region closer to the conductive substrate interface than the film formation region closer to the intrinsic semiconductor layer interface, without changing the impurity gas concentration relative to the Si source gas. Embodiment 7 is different from Embodiment 7 in that the crystal grain size of the n-type amorphous silicon layer formed in the film forming chamber 1001A in FIG. The film forming conditions for each layer were as shown in Tables 9 and 8.
【0183】[0183]
【表9】 [Table 9]
【0184】他の点は、実施例1と同様にして、30c
m×30cmのpin構造の光起電力素子(実試料8)
を100個連続的に作製した。The other points are the same as in the first embodiment.
m × 30 cm pin structure photovoltaic device (actual sample 8)
Were continuously produced.
【0185】なお、半導体積層膜形成後、ショート発生
箇所を高抵抗化する後処理は行わなかった。作製した光
起電力素子の層構成の模式図を図2に示した。After the formation of the semiconductor laminated film, no post-treatment for increasing the resistance of the short-circuited portion was performed. FIG. 2 shows a schematic diagram of the layer configuration of the manufactured photovoltaic element.
【0186】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(実試料8)100個について特性を測定した。ピン
ホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1
cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料8)の特
性で規格化すると、実試料8の低照度光下(AM1.
5,1mW/cm2)における開放電圧は平均0.80
であった。また、実試料8の疑似太陽光下(AM1.
5,100mW/cm2)における真性変換効率は平均
0.90であった。さらに、ショート発生箇所を高抵抗
化する後処理を行う前においても素子特性の低下は極僅
かであった。The characteristics of 100 photovoltaic elements (actual sample 8) measuring 30 cm × 30 cm were measured. 1cm x 1 with no shorts due to pinholes or defects
When standardized by the characteristics of the photovoltaic element (reference sample 8) manufactured at the portion of the actual sample 8 under low illuminance light (AM1.
The open-circuit voltage at 5.1 mW / cm 2 ) averages 0.80
Met. Moreover, under simulated sunlight of the actual sample 8 (AM1.
The intrinsic conversion efficiency at 5,100 mW / cm 2 ) was 0.90 on average. Further, even before the post-processing for increasing the resistance of the short-circuited portion, the deterioration of the element characteristics was very slight.
【0187】また、断面TEMを用いて、作製した光起
電力素子の膜厚方向の結晶粒径の分布を測定したとこ
ろ、導電性基板に接する不純物ドープ層において、Si
の結晶粒径が導電性基板界面側で小さく、実質的に真性
の半導体層側で大きい分布になっていることが確認され
た。When the distribution of the crystal grain size in the film thickness direction of the manufactured photovoltaic element was measured by using the cross-sectional TEM, the impurity-doped layer in contact with the conductive substrate was
It was confirmed that the crystal grain size was small on the conductive substrate interface side and substantially large on the intrinsic semiconductor layer side.
【0188】(比較例8)本例では、最も導電性基板側
の不純物ドープ層における結晶粒径を一定とした点が実
施例8と異なる。すなわち、最も導電性基板側の不純物
ドープ層を、図10に示した製造装置における1つの成
膜領域で作製するようにして、真性の半導体層界面側の
成膜領域と導電性基板界面側の成膜領域と結晶粒径が変
わらないようにした。Comparative Example 8 This example differs from Example 8 in that the crystal grain size in the impurity-doped layer closest to the conductive substrate was made constant. That is, the impurity-doped layer closest to the conductive substrate is formed in one film formation region in the manufacturing apparatus shown in FIG. 10, so that the film formation region on the interface side of the intrinsic semiconductor layer and the film formation region on the conductive substrate interface side. The film size and the crystal grain size were not changed.
【0189】他の点は実施例1と同様にして、30cm
×30cmのnipnip構造の光起電力素子(比試料
8)を100個連続的に作製した。なお、半導体積層膜
形成後、ショート発生箇所を高抵抗化する後処理は行わ
なかった。The other points were the same as in the first embodiment and
100 × 30 cm photovoltaic devices having a nipnip structure (specific sample 8) were continuously manufactured. After the formation of the semiconductor laminated film, no post-treatment for increasing the resistance of the short-circuited portion was performed.
【0190】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(比試料8)100個について特性を測定した。ピン
ホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1
cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料8)の特
性で規格化すると、比試料8の低照度光下(AM1.
5,1mW/cm2)における開放電圧は平均0.15
であった。また、比試料8の疑似太陽光下(AM1.
5,100mW/cm2)における真性変換効率は平均
0.35であった。The characteristics of 100 photovoltaic elements (specific sample 8) of 30 cm × 30 cm thus produced were measured. 1cm x 1 with no shorts due to pinholes or defects
When standardized by the characteristics of the photovoltaic element (reference sample 8) manufactured in the portion of cm.
The open circuit voltage at 5.1 mW / cm 2 ) averages 0.15
Met. Further, the sample under the simulated sunlight (AM1.
The intrinsic conversion efficiency at 5,100 mW / cm 2 ) was 0.35 on average.
【0191】したがって、比試料8は実試料8に比べ
て、素子特性の低下が大きいことが分かった。Therefore, it was found that the specific sample 8 had a larger decrease in device characteristics than the actual sample 8.
【0192】また、断面TEMを用いて、作製した光起
電力素子の膜厚方向の結晶粒径の分布を測定したとこ
ろ、導電性基板に接する不純物ドープ層において、Si
の結晶粒径が、導電性基板界面側と実質的に真性の半導
体層側とで変化せず、均一な分布になっていることが確
認された。The distribution of the crystal grain size in the film thickness direction of the manufactured photovoltaic element was measured using a cross-sectional TEM.
It was confirmed that the crystal grain size of was not changed between the conductive substrate interface side and the intrinsic semiconductor layer side, and had a uniform distribution.
【0193】(実施例9)本例では、図11に示した製
造装置を用い、導電性基板上に非晶質シリコンからなる
nipnipnip構造の光起電力素子を連続的に製造
した点が実施例1と異なる。その際、最も導電性基板側
の不純物ドープ層は2つの成膜領域で成膜するようにし
て、原料ガス中の不純物ガス濃度を、真性の半導体層界
面側の成膜領域よりも導電性基板界面側の成膜領域で低
くし、成膜室1001Aで成膜されるn型非晶質シリコ
ン層の不純物元素であるP(リン)の濃度が導電性基板
側で低く分布するようにした。(Embodiment 9) In this embodiment, the manufacturing apparatus shown in FIG. 11 is used to continuously manufacture a photovoltaic element having a nipnipnip structure made of amorphous silicon on a conductive substrate. Different from 1. At this time, the impurity-doped layer closest to the conductive substrate is formed in two film formation regions so that the impurity gas concentration in the source gas is more conductive substrate than the film formation region on the intrinsic semiconductor layer interface side. The concentration of P (phosphorus), which is an impurity element of the n-type amorphous silicon layer formed in the film formation chamber 1001A, was distributed low on the conductive substrate side.
【0194】導電性基板として、0.13mm厚のSU
S430BA上にDCマグネトロンスパッタリング法に
よって300nm厚のAg層と1000nm厚の透明で
低抵抗(ρ=1×10-2Ωcm)のZnO層を積層し、
反射率を高め、表面に微細な凹凸形状を形成したものを
用いた。各層の成膜条件は、表10、表11、及び表1
2に示す通りとした。As a conductive substrate, a 0.13 mm thick SU was used.
A 300 nm-thick Ag layer and a 1000 nm-thick transparent and low-resistance (ρ = 1 × 10 −2 Ωcm) ZnO layer are laminated on S430BA by DC magnetron sputtering,
The one having a high reflectance and a fine uneven shape formed on the surface was used. The film forming conditions for each layer are shown in Table 10, Table 11, and Table 1.
As shown in FIG.
【0195】[0195]
【表10】 [Table 10]
【0196】[0196]
【表11】 [Table 11]
【0197】[0197]
【表12】 [Table 12]
【0198】他の点は、実施例1と同様にして、30c
m×30cmのnipnipnip構造の光起電力素子
(実試料9)を100個連続的に作製した。The other points are the same as in the first embodiment.
One hundred photovoltaic elements (actual sample 9) having a nipnipnip structure of mx 30 cm were continuously manufactured.
【0199】なお、半導体積層膜形成後、ショート発生
箇所を高抵抗化する後処理は行わなかった。作製した光
起電力素子の層構成の模式図を図3に示した。After the formation of the semiconductor laminated film, no post-treatment for increasing the resistance of the short-circuited portion was performed. FIG. 3 shows a schematic diagram of the layer configuration of the manufactured photovoltaic element.
【0200】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(実試料9)100個について特性を測定した。ピン
ホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1
cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料9)の特
性で規格化すると、実試料9の低照度光下(AM1.
5,1mW/cm2)における開放電圧は平均0.80
であった。また、実試料9の疑似太陽光下(AM1.
5,100mW/cm2)における真性変換効率は平均
0.90であった。さらに、ショート発生箇所を高抵抗
化する後処理を行う前においても素子特性の低下は極僅
かであった。The characteristics of 100 photovoltaic elements (actual sample 9) measuring 30 cm × 30 cm were measured. 1cm x 1 with no shorts due to pinholes or defects
When standardized by the characteristics of the photovoltaic element (reference sample 9) manufactured in the portion of cm.
The open-circuit voltage at 5.1 mW / cm 2 ) averages 0.80
Met. Moreover, under simulated sunlight of the actual sample 9 (AM1.
The intrinsic conversion efficiency at 5,100 mW / cm 2 ) was 0.90 on average. Further, even before the post-processing for increasing the resistance of the short-circuited portion, the deterioration of the element characteristics was very slight.
【0201】また、作製した光起電力素子(実試料7)
を2次イオン質量分析計(SIMS)を用いて、膜厚方
向の元素分布を測定した。その結果、導電性基板に接す
る最表面の不純物ドープ層において、不純物元素である
P(リン)が、導電性基板界面側で低く、実質的に真性
の半導体層側で高い分布になっていることが確認され
た。Further, the fabricated photovoltaic element (actual sample 7)
Was measured for element distribution in the film thickness direction using a secondary ion mass spectrometer (SIMS). As a result, in the impurity-doped layer on the outermost surface in contact with the conductive substrate, the impurity element P (phosphorus) has a low distribution on the conductive substrate interface side and a substantially high distribution on the intrinsic semiconductor layer side. Was confirmed.
【0202】(比較例9)本例では、最も導電性基板側
の不純物ドープ層における不純物濃度を一定とした点が
実施例7と異なる。すなわち、最も導電性基板側の不純
物ドープ層を、図11に示した製造装置における1つの
成膜領域で作製するようにして、原料ガス中の不純物ガ
ス濃度を、真性の半導体層界面側の成膜領域と透明電極
界面側の成膜領域とで変わらないようにした。Comparative Example 9 This example is different from Example 7 in that the impurity concentration in the impurity-doped layer closest to the conductive substrate was made constant. That is, the impurity-doped layer closest to the conductive substrate is formed in one film formation region in the manufacturing apparatus shown in FIG. 11 so that the impurity gas concentration in the source gas is adjusted to the intrinsic semiconductor layer interface side. The difference was not changed between the film region and the film formation region on the transparent electrode interface side.
【0203】他の点は実施例9と同様にして、30cm
×30cmのnipnipnip構造の光起電力素子
(比試料9)を100個連続的に作製した。なお、半導
体積層膜形成後、ショート発生箇所を高抵抗化する後処
理は行わなかった。The other points were the same as in the ninth embodiment,
100 × 30 cm photovoltaic devices having a nipnipnip structure (specific sample 9) were continuously manufactured. After the formation of the semiconductor laminated film, no post-treatment for increasing the resistance of the short-circuited portion was performed.
【0204】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(比試料9)100個について特性を測定した。ピン
ホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×1
cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料9)の特
性で規格化すると、比試料9の低照度光下(AM1.
5,1mW/cm2)における開放電圧は平均0.15
であった。また、比試料9の疑似太陽光下(AM1.
5,100mW/cm2)における真性変換効率は平均
0.35であった。The characteristics of 100 photovoltaic elements (comparative sample 9) measuring 30 cm × 30 cm were measured. 1cm x 1 with no shorts due to pinholes or defects
When standardized by the characteristics of the photovoltaic element (reference sample 9) manufactured in the portion of cm.
The open circuit voltage at 5.1 mW / cm 2 ) averages 0.15
Met. In addition, under simulated sunlight of the specific sample 9 (AM1.
The intrinsic conversion efficiency at 5,100 mW / cm 2 ) was 0.35 on average.
【0205】したがって、比試料9は実試料9に比べ
て、素子特性の低下が大きいことが分かった。Therefore, it was found that the specific sample 9 had a larger decrease in device characteristics than the actual sample 9.
【0206】また、作製した光起電力素子を2次イオン
質量分析計(SIMS)を用いて、膜厚方向の元素分布
を測定したところ、導電性基板に接する不純物ドープ層
において、不純物元素であるP(リン)が導電性基板界
面側と実質的に真性の半導体層側で同じ濃度で変化して
いないことが確認された。When the produced photovoltaic element was measured for element distribution in the film thickness direction using a secondary ion mass spectrometer (SIMS), it was found that the impurity element was found to be in the impurity doped layer in contact with the conductive substrate. It was confirmed that P (phosphorus) did not change at the same concentration on the conductive substrate interface side and substantially on the intrinsic semiconductor layer side.
【0207】(実施例10)本例では、図11に示した
製造装置を用い、導電性基板上に非晶質シリコンからな
るnipnipnip構造の光起電力素子を連続的に製
造した。その際、Si原料ガスに対する不純物ガス濃度
は変えずに、放電電力とSi原料ガスのH2希釈率を、
真性の半導体層界面側の成膜領域よりも導電性基板界面
側の成膜領域で低くし、図11の成膜室1101Aで成
膜されるn型非晶質シリコン層の結晶粒径が導電性基板
側で低く分布するようにした点が、実施例9と異なる。
各層の成膜条件は、表13、表11、及び表12に示す
通りとした。Example 10 In this example, a photovoltaic element having a nipnipnip structure made of amorphous silicon was continuously manufactured on a conductive substrate using the manufacturing apparatus shown in FIG. At that time, the discharge power and the H 2 dilution rate of the Si source gas were changed without changing the impurity gas concentration with respect to the Si source gas.
The film size of the n-type amorphous silicon layer formed in the film formation chamber 1101A in FIG. 11 is made lower than that of the film formation region on the interface side of the intrinsic semiconductor layer in the film formation region on the interface side of the conductive substrate. The difference from the ninth embodiment is that the distribution is lower on the side of the conductive substrate.
The film forming conditions for each layer were as shown in Tables 13, 11, and 12.
【0208】[0208]
【表13】 [Table 13]
【0209】他の点は、実施例1と同様にして、30c
m×30cmのnipnipnip構造の光起電力素子
(実試料10)を100個連続的に作製した。The other points are the same as those in the first embodiment.
One hundred photovoltaic elements (actual sample 10) having a nipnipnip structure of mx 30 cm were manufactured continuously.
【0210】なお、半導体積層膜形成後、ショート発生
箇所を高抵抗化する後処理は行わなかった。作製した光
起電力素子の層構成の模式図を図3に示した。After the formation of the semiconductor laminated film, no post-treatment for increasing the resistance of the short-circuited portion was performed. FIG. 3 shows a schematic diagram of the layer configuration of the manufactured photovoltaic element.
【0211】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(実試料10)100個について特性を測定した。ピ
ンホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×
1cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料10)
の特性で規格化すると、実試料10の低照度光下(AM
1.5,1mW/cm2)における開放電圧は平均0.
80であった。また、実試料10の疑似太陽光下(AM
1.5,100mW/cm2)における真性変換効率は
平均0.90であった。さらに、ショート発生箇所を高
抵抗化する後処理を行う前においても素子特性の低下は
極僅かであった。The characteristics of 100 photovoltaic elements (actual samples 10) measuring 30 cm × 30 cm were measured. 1cm × with no shorts due to pinholes or defects
Photovoltaic element fabricated in 1 cm section (reference sample 10)
When the standardization is performed by the characteristics of
The average open circuit voltage at 1.5, 1 mW / cm 2 ) is 0.
80. In addition, the simulated sunlight of the actual sample 10 (AM
The intrinsic conversion efficiency at 1.5, 100 mW / cm 2 ) was 0.90 on average. Further, even before the post-processing for increasing the resistance of the short-circuited portion, the deterioration of the element characteristics was very slight.
【0212】また、断面TEMを用いて、作製した光起
電力素子の膜厚方向の結晶粒径の分布を測定したとこ
ろ、導電性基板に接する不純物ドープ層において、Si
の結晶粒径が導電性基板界面側で小さく、実質的に真性
の半導体層側で大きい分布になっていることが確認され
た。Further, the distribution of the crystal grain size in the film thickness direction of the manufactured photovoltaic element was measured by using the cross-sectional TEM.
It was confirmed that the crystal grain size was small on the conductive substrate interface side and substantially large on the intrinsic semiconductor layer side.
【0213】(比較例10)本例では、最も導電性基板
側の不純物ドープ層における結晶粒径を一定とした点が
実施例10と異なる。すなわち、最も導電性基板側の不
純物ドープ層を、図11に示した製造装置における1つ
の成膜領域で作製するようにして、真性の半導体層界面
側の成膜領域と導電性基板界面側の成膜領域と結晶粒径
が変わらないようにした。Comparative Example 10 This example is different from Example 10 in that the crystal grain size in the impurity-doped layer closest to the conductive substrate was made constant. That is, the impurity-doped layer closest to the conductive substrate is formed in one film formation region in the manufacturing apparatus shown in FIG. The film size and the crystal grain size were not changed.
【0214】他の点は実施例1と同様にして、30cm
×30cmのnipnip構造の光起電力素子(比試料
10)を100個連続的に作製した。なお、半導体積層
膜形成後、ショート発生箇所を高抵抗化する後処理は行
わなかった。The other points were the same as in the first embodiment,
100 × 30 cm photovoltaic devices having a nipnip structure (specific sample 10) were continuously manufactured. After the formation of the semiconductor laminated film, no post-treatment for increasing the resistance of the short-circuited portion was performed.
【0215】作製した30cm×30cmの光起電力素
子(比試料10)100個について特性を測定した。ピ
ンホールや欠陥によるショート箇所が全くない1cm×
1cmの部分で作製した光起電力素子(基準試料10)
の特性で規格化すると、比試料10の低照度光下(AM
1.5,1mW/cm2)における開放電圧は平均0.
15であった。また、比試料10の疑似太陽光下(AM
1.5,100mW/cm2)における真性変換効率は
平均0.35であった。The characteristics of 100 photovoltaic elements (comparative sample 10) measuring 30 cm × 30 cm were measured. 1cm × with no shorts due to pinholes or defects
Photovoltaic element fabricated in 1 cm section (reference sample 10)
Is normalized under the low illuminance light (AM
The average open circuit voltage at 1.5, 1 mW / cm 2 ) is 0.
It was 15. In addition, under simulated sunlight (AM
The intrinsic conversion efficiency at 1.5, 100 mW / cm 2 ) was 0.35 on average.
【0216】したがって、比試料10は実試料10に比
べて、素子特性の低下が大きいことが分かった。Therefore, it was found that the specific sample 10 had a large decrease in device characteristics as compared with the actual sample 10.
【0217】また、断面TEMを用いて、作製した光起
電力素子の膜厚方向の結晶粒径の分布を測定したとこ
ろ、導電性基板に接する不純物ドープ層において、Si
の結晶粒径が、導電性基板界面側と実質的に真性の半導
体層側とで変化せず、均一な分布になっていることが確
認された。Further, when the distribution of the crystal grain size in the thickness direction of the manufactured photovoltaic element was measured by using the cross-sectional TEM, the impurity-doped layer in contact with the conductive substrate was
It was confirmed that the crystal grain size of was not changed between the conductive substrate interface side and the intrinsic semiconductor layer side, and had a uniform distribution.
【0218】[0218]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
長期使用期間中に半導体層に部分的なショートが発生し
ても大きな特性の低下を生じることなく、長期信頼性に
優れ、さらに製造工程を複雑にすることなくこれを実現
し得る、シリコン系非単結晶半導体からなる光起電力素
子が得られる。As described above, according to the present invention,
Even if a partial short-circuit occurs in the semiconductor layer during a long-term use period, the silicon-based non-volatile semiconductor can be realized without significant deterioration in characteristics, excellent in long-term reliability, and without complicating the manufacturing process. A photovoltaic element made of a single crystal semiconductor is obtained.
【図1】本発明に係るシングル型光起電力素子の層構成
の一例を示す模式的断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of a layer configuration of a single type photovoltaic element according to the present invention.
【図2】本発明に係る2層タンデム型光起電力素子の層
構成の一例を示す模式的断面図である。FIG. 2 is a schematic sectional view showing an example of a layer configuration of a two-layer tandem photovoltaic device according to the present invention.
【図3】本発明に係る3層タンデム型光起電力素子の層
構成の一例を示す模式的断面図である。FIG. 3 is a schematic sectional view showing an example of a layer configuration of a three-layer tandem photovoltaic device according to the present invention.
【図4】本発明に至る過程において作製した光起電力素
子の層構成を示す模式的断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating a layer configuration of a photovoltaic element manufactured in a process leading to the present invention.
【図5】本発明に至る過程において作製した光起電力素
子の成膜装置の構成を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a film forming apparatus for a photovoltaic element manufactured in a process leading to the present invention.
【図6】本発明に係る光起電力素子の導電性基板に接す
る不純物ドープ層における、膜厚方向に対する不純物濃
度の分布の一例を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing an example of an impurity concentration distribution in a thickness direction in an impurity-doped layer in contact with a conductive substrate of a photovoltaic device according to the present invention.
【図7】本発明に係る光起電力素子の導電性基板に接す
る不純物ドープ層における、膜厚方向に対するシリコン
の平均結晶粒径の分布の一例を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing an example of the distribution of the average crystal grain size of silicon in the thickness direction in the impurity-doped layer in contact with the conductive substrate of the photovoltaic device according to the present invention.
【図8】本発明に係る光起電力素子の作製に用いた製造
装置の一例を示す模式図である。FIG. 8 is a schematic view showing one example of a manufacturing apparatus used for manufacturing a photovoltaic element according to the present invention.
【図9】本発明に係る光起電力素子の作製に用いた製造
装置の他の一例を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic view showing another example of the manufacturing apparatus used for manufacturing the photovoltaic element according to the present invention.
【図10】本発明に係る光起電力素子の作製に用いた製
造装置の他の一例を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic view showing another example of the manufacturing apparatus used for manufacturing the photovoltaic element according to the present invention.
【図11】本発明に係る光起電力素子の作製に用いた製
造装置の他の一例を示す模式図である。FIG. 11 is a schematic view showing another example of the manufacturing apparatus used for manufacturing the photovoltaic element according to the present invention.
101、201、301、401 導電性基板、 102、202、302、402 第1半導体層、 103、203、303、403 第2半導体層、 104、204、304、404 第3半導体層、 105、205、305、405 透明電極、 106、206、306、406 集電電極、 107、207、307、407 入射光、 108、208、308、408 導電性基板界面近傍
領域、 209、309、409、415 第4半導体層、 210、310、410 第5半導体層、 211、311、411 第6半導体層、 312、412 第7半導体層、 313、413 第8半導体層、 314、414 第9半導体層、 501、801、901、1001A、1001B、1
101A、1101B、1101C n(又はp)型半
導体層の成膜室、 502、802、902、1002A、1002B、1
102A、1102B、1102C 実質的に真性の半
導体層の成膜室、 503、803、903、1003A、1003B、1
103A、1103B、1103C p(又はn)型半
導体層の成膜室、 504 n型半導体層の成膜室、 505、805、905、1005、1105 帯状基
板の供給室、 506、806、906、1006、1106 帯状基
板の巻き取り室、 507、807、907、1007、1107 ガスゲ
ート、 508、808、908、1008、1108 帯状基
板、 509、809、909、1009、1109 帯状シ
ート、 510、810、910、1010、1110 加熱ヒ
ータ、 511、811、911、1011、1111 原料ガ
ス導入管、 512、812、912、1012、1112 排気
管、 513、813、913、1013、1113 放電電
極、 914 導波管、 915 マイクロ波導入窓。101, 201, 301, 401 conductive substrate, 102, 202, 302, 402 first semiconductor layer, 103, 203, 303, 403 second semiconductor layer, 104, 204, 304, 404 third semiconductor layer, 105, 205 , 305, 405 Transparent electrode, 106, 206, 306, 406 Current collecting electrode, 107, 207, 307, 407 Incident light, 108, 208, 308, 408 Area near the conductive substrate interface, 209, 309, 409, 415 4th semiconductor layer, 210, 310, 410 5th semiconductor layer, 211, 311, 411 6th semiconductor layer, 312, 412 7th semiconductor layer, 313, 413 8th semiconductor layer, 314, 414 9th semiconductor layer, 501, 801, 901, 1001A, 1001B, 1
101A, 1101B, 1101C n (or p) type semiconductor layer deposition chamber, 502, 802, 902, 1002A, 1002B, 1
102A, 1102B, 1102C Substantially intrinsic semiconductor layer deposition chamber, 503, 803, 903, 1003A, 1003B, 1
103A, 1103B, 1103C P-type (or n-type) semiconductor layer deposition chamber, 504 n-type semiconductor layer deposition chamber, 505, 805, 905, 1005, 1105 Strip substrate supply chamber, 506, 806, 906, 1006 507, 807, 907, 1007, 1107 Gas gate, 508, 808, 908, 1008, 1108 Belt substrate, 509, 809, 909, 1009, 1109 Belt sheet, 510, 810, 910, 1010, 1110 Heater, 511, 811, 911, 1011, 1111 Source gas introduction pipe, 512, 812, 912, 1012, 1112 Exhaust pipe, 513, 813, 913, 1013, 1113 Discharge electrode, 914 Waveguide, 915 Microwave introduction window.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 芳里 直 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 幸田 勇蔵 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 西元 智紀 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 矢島 孝博 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 金井 正博 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤ ノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−160282(JP,A) 特開 平4−132269(JP,A) 特開 昭63−258078(JP,A) 特開 昭62−115785(JP,A) 特開 平3−159179(JP,A) 特開 平2−96380(JP,A) 特開 平4−168770(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/04 - 31/078 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Naoshi Yoshizato 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (72) Inventor Yuzo Koda 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Non-corporation (72) Inventor Tomoki Nishimoto 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (72) Inventor Takahiro Yajima 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (72) Inventor Masahiro Kanai 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (56) References JP-A-63-160282 (JP, A) JP-A-4-132269 (JP, A) JP-A-63-258078 (JP, A) JP-A-62-115785 (JP, A) JP-A-3-159179 (JP, A) JP-A-2-96380 (JP, A) JP-A-4-168770 (JP, A) (58)査the field (Int.Cl. 7, DB name) H01L 31/04 - 31/078
Claims (6)
1の導電型を有する第1半導体層/実質的に真性の第2
半導体層/前記第1の導電型とは反対の導電型を有する
第3半導体層/透明電極であり、 前記第1乃至第3半導体層は、シリコン系非単結晶半導
体からなり、 前記透明電極側から光入射を行う構造を有する光起電力
素子において、 前記第1半導体層の導電型を決定する不純物濃度が、前
記第2半導体層側に比べて、前記導電性基板側で低くな
る分布を有することを特徴とする光起電力素子。At least a layer structure of a conductive substrate / a first semiconductor layer having a first conductivity type / a substantially intrinsic second layer
A semiconductor layer / a third semiconductor layer having a conductivity type opposite to the first conductivity type / a transparent electrode; wherein the first to third semiconductor layers are made of a silicon-based non-single-crystal semiconductor; In the photovoltaic element having a structure in which light is incident from above, the impurity concentration that determines the conductivity type of the first semiconductor layer has a distribution that is lower on the conductive substrate side than on the second semiconductor layer side. A photovoltaic element characterized by the above-mentioned.
1の導電型を有する第1半導体層/実質的に真性の第2
半導体層/前記第1の導電型とは反対の導電型を有する
第3半導体層/前記第1の導電型を有する第4半導体層
/実質的に真性の第5半導体層/前記第1の導電型とは
反対の導電型を有する第6半導体層/透明電極であり、 前記第1乃至第6半導体層は、シリコン系非単結晶半導
体からなり、 前記透明電極側から光入射を行う構造を有する光起電力
素子において、 前記第1半導体層の導電型を決定する不純物濃度が、前
記第2半導体層側に比べて、前記導電性基板側で低くな
る分布を有することを特徴とする光起電力素子。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the layer structure is at least a conductive substrate / a first semiconductor layer having a first conductivity type / a substantially intrinsic second layer.
Semiconductor layer / third semiconductor layer having a conductivity type opposite to the first conductivity type / fourth semiconductor layer having the first conductivity type / substantially intrinsic fifth semiconductor layer / the first conductivity type A sixth semiconductor layer / transparent electrode having a conductivity type opposite to the mold type, wherein the first to sixth semiconductor layers are made of a silicon-based non-single-crystal semiconductor and have a structure in which light enters from the transparent electrode side In the photovoltaic element, the photovoltaic element has a distribution in which the impurity concentration that determines the conductivity type of the first semiconductor layer is lower on the conductive substrate side than on the second semiconductor layer side. element.
1の導電型を有する第1半導体層/実質的に真性の第2
半導体層/前記第1の導電型とは反対の導電型を有する
第3半導体層/前記第1の導電型を有する第4半導体層
/実質的に真性の第5半導体層/前記第1の導電型とは
反対の導電型を有する第6半導体層/前記第1の導電型
を有する第7半導体層/実質的に真性の第8半導体層/
前記第1の導電型とは反対の導電型を有する第9半導体
層/透明電極であり、 前記第1乃至第9半導体層は、シリコン系非単結晶半導
体からなり、 前記透明電極側から光入射を行う構造を有する光起電力
素子において、 前記第1半導体層の導電型を決定する不純物濃度が、前
記第2半導体層側に比べて、前記導電性基板側で低くな
る分布を有することを特徴とする光起電力素子。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the layer structure is at least a conductive substrate / a first semiconductor layer having a first conductivity type / a substantially intrinsic second layer.
Semiconductor layer / third semiconductor layer having a conductivity type opposite to the first conductivity type / fourth semiconductor layer having the first conductivity type / substantially intrinsic fifth semiconductor layer / the first conductivity type A sixth semiconductor layer having a conductivity type opposite to the type / a seventh semiconductor layer having the first conductivity type / a substantially intrinsic eighth semiconductor layer /
A ninth semiconductor layer / transparent electrode having a conductivity type opposite to the first conductivity type, wherein the first to ninth semiconductor layers are made of a silicon-based non-single-crystal semiconductor, and light is incident from the transparent electrode side. Wherein the impurity concentration that determines the conductivity type of the first semiconductor layer has a distribution that is lower on the conductive substrate side than on the second semiconductor layer side. Photovoltaic element.
1の導電型を有する第1半導体層/実質的に真性の第2
半導体層/前記第1の導電型とは反対の導電型を有する
第3半導体層/透明電極であり、 前記第1乃至第3半導体層は、シリコン系非単結晶半導
体からなり、 前記透明電極側から光入射を行う構造を有する光起電力
素子において、 前記第1半導体層を構成する結晶の粒径が、前記第2半
導体層側に比べて、前記導電性基板側で小さくなる分布
を有することを特徴とする光起電力素子。4. At least a layer structure of a conductive substrate / a first semiconductor layer having a first conductivity type / a substantially intrinsic second layer
A semiconductor layer / a third semiconductor layer having a conductivity type opposite to the first conductivity type / a transparent electrode; wherein the first to third semiconductor layers are made of a silicon-based non-single-crystal semiconductor; In the photovoltaic element having a structure in which light is incident from above, the crystal forming the first semiconductor layer has a distribution in which the grain size of the crystal is smaller on the conductive substrate side than on the second semiconductor layer side. A photovoltaic element characterized by the above-mentioned.
1の導電型を有する第1半導体層/実質的に真性の第2
半導体層/前記第1の導電型とは反対の導電型を有する
第3半導体層/前記第1の導電型を有する第4半導体層
/実質的に真性の第5半導体層/前記第1の導電型とは
反対の導電型を有する第6半導体層/透明電極であり、 前記第1乃至第6半導体層は、シリコン系非単結晶半導
体からなり、 前記透明電極側から光入射を行う構造を有する光起電力
素子において、 前記第1半導体層を構成する結晶の粒径が、前記第2半
導体層側に比べて、前記導電性基板側で小さくなる分布
を有することを特徴とする光起電力素子。5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the layer structure is at least a conductive substrate / a first semiconductor layer having a first conductivity type / a substantially intrinsic second layer.
Semiconductor layer / third semiconductor layer having a conductivity type opposite to the first conductivity type / fourth semiconductor layer having the first conductivity type / substantially intrinsic fifth semiconductor layer / the first conductivity type A sixth semiconductor layer / transparent electrode having a conductivity type opposite to the mold type, wherein the first to sixth semiconductor layers are made of a silicon-based non-single-crystal semiconductor and have a structure in which light enters from the transparent electrode side In the photovoltaic element, the particle diameter of the crystal constituting the first semiconductor layer has a distribution that is smaller on the conductive substrate side than on the second semiconductor layer side. .
1の導電型を有する第1半導体層/実質的に真性の第2
半導体層/前記第1の導電型とは反対の導電型を有する
第3半導体層/前記第1の導電型を有する第4半導体層
/実質的に真性の第5半導体層/前記第1の導電型とは
反対の導電型を有する第6半導体層/前記第1の導電型
を有する第7半導体層/実質的に真性の第8半導体層/
前記第1の導電型とは反対の導電型を有する第9半導体
層/透明電極であり、 前記第1乃至第9半導体層は、シリコン系非単結晶半導
体からなり、 前記透明電極側から光入射を行う構造を有する光起電力
素子において、 前記第1半導体層を構成する結晶の粒径が、前記第2半
導体層側に比べて、前記導電性基板側で小さくなる分布
を有することを特徴とする光起電力素子。6. At least a layer structure of a conductive substrate / a first semiconductor layer having a first conductivity type / a substantially intrinsic second layer
Semiconductor layer / third semiconductor layer having a conductivity type opposite to the first conductivity type / fourth semiconductor layer having the first conductivity type / substantially intrinsic fifth semiconductor layer / the first conductivity type A sixth semiconductor layer having a conductivity type opposite to the type / a seventh semiconductor layer having the first conductivity type / a substantially intrinsic eighth semiconductor layer /
A ninth semiconductor layer / transparent electrode having a conductivity type opposite to the first conductivity type, wherein the first to ninth semiconductor layers are made of a silicon-based non-single-crystal semiconductor, and light is incident from the transparent electrode side. In the photovoltaic element having a structure for performing the following, the grain size of the crystal constituting the first semiconductor layer has a distribution that is smaller on the conductive substrate side than on the second semiconductor layer side. Photovoltaic element.
Priority Applications (2)
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| JP7223942A JP3017421B2 (en) | 1995-08-31 | 1995-08-31 | Photovoltaic element |
| US08/697,783 US5769963A (en) | 1995-08-31 | 1996-08-30 | Photovoltaic device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7223942A JP3017421B2 (en) | 1995-08-31 | 1995-08-31 | Photovoltaic element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0969639A JPH0969639A (en) | 1997-03-11 |
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ID=16806124
Family Applications (1)
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- 1995-08-31 JP JP7223942A patent/JP3017421B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH0969639A (en) | 1997-03-11 |
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