JP2013008750A - Thin film silicon based solar cell - Google Patents
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Abstract
【課題】а−Siセルをその構成要素に持つ薄膜Si系太陽電池の発電効率改善には、а−Siセルの短波長の光による発電電流を改善する。また、а−Siセルの光劣化を抑制する、即ち保持率を改善する。
【解決手段】pin接合を1以上含む薄膜シリコン系太陽電池であって、最も光入射側に位置するpin接合のi層はアモルファスシリコンからなりp層は計測波長1000nmにおける屈折率Ndが2.5以上2.9以下であり且つ明導電率が1×10−9S/cmより大きく1×10−6S/cm以下であり、当該p層とi層とにそれぞれ接する界面層が、光入射側から順に真性のアモルファス炭化ケイ素層と真性のアモルファスシリコン層とからなる2層構造の層である。
【選択図】図1To improve the power generation efficiency of a thin-film Si-based solar cell having an а-Si cell as a constituent element, the power generation current due to light having a short wavelength of the а-Si cell is improved. Further, the light deterioration of the а-Si cell is suppressed, that is, the retention rate is improved.
A thin film silicon solar cell including one or more pin junctions, wherein the i layer of the pin junction located closest to the light incident side is made of amorphous silicon, and the p layer has a refractive index Nd of 2.5 at a measurement wavelength of 1000 nm. 2.9 or less and the bright conductivity is greater than 1 × 10 −9 S / cm and less than or equal to 1 × 10 −6 S / cm, and the interface layers in contact with the p layer and the i layer are light incident A layer having a two-layer structure composed of an intrinsic amorphous silicon carbide layer and an intrinsic amorphous silicon layer in this order from the side.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、薄膜シリコン系太陽電池の作製方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a thin film silicon solar cell.
以下において、シリコンを単にSiと略して表記することが有る。地球温暖化防止の観点から、発電時に二酸化炭素を排出しない太陽光発電への期待が高まっている。単結晶Siや多結晶Siを用いた結晶系Si太陽電池や、カドミウムテルル(CdTe)等の化合物半導体を用いた太陽電池は発電効率も高く、現在主流の太陽電池となっている。 In the following, silicon may be simply abbreviated as Si. From the viewpoint of preventing global warming, there is an increasing expectation for solar power generation that does not emit carbon dioxide during power generation. Crystalline Si solar cells using single crystal Si or polycrystalline Si, and solar cells using compound semiconductors such as cadmium tellurium (CdTe) have high power generation efficiency and are currently mainstream solar cells.
一方、アモルファスシリコン(а−Siとも表記する)や微結晶シリコン(μc−Siとも表記する)等を用いた薄膜Si系太陽電池は、大面積化が容易なプロセスを用いて製造出来ることから、コストダウンに優れた太陽電池である。しかしながら、前記太陽電池と比べて発電効率の低いことが問題となっている。特に、薄膜а−Siを発電層(i層)としてその構成要素に含む太陽電池では光照射によって発電効率が低下する問題すなわち光劣化という課題を抱えている。 On the other hand, thin-film Si solar cells using amorphous silicon (also expressed as а-Si), microcrystalline silicon (also expressed as μc-Si), and the like can be manufactured using a process that can easily increase the area, It is a solar cell excellent in cost reduction. However, there is a problem that the power generation efficiency is lower than that of the solar cell. In particular, a solar cell including a thin film а-Si as a power generation layer (i layer) as a constituent element has a problem that power generation efficiency is reduced by light irradiation, that is, a problem of light deterioration.
光劣化はа−Si発電層(а−i層)に起因する現象だが、а−i層とドーピング層(p層、n層)とのバンドギャップ整合性等の界面特性も大きく影響している。例えば特許文献1では、p層/i層界面及びi層/n層界面に界面層を挿入することで、各界面でのバンドギャップ不整合を抑制する手法が述べられている。
Photodegradation is a phenomenon caused by the а-Si power generation layer (а-i layer), but interface characteristics such as band gap matching between the а-i layer and the doping layer (p layer, n layer) are also greatly affected. . For example,
また、i層/n層界面よりもp層/i層界面の方が太陽電池の発電効率に与える影響が大きいことから、特許文献2ではp層/i層界面の界面層を2層構造とし、このうち前記界面層のp層側は僅かにドーパント(ボロン(B))を添加し、前記界面層のi層側はさらに僅かなBの添加或いは添加なしとすることで発電効率が改善するとしている。
In addition, since the p layer / i layer interface has a greater influence on the power generation efficiency of the solar cell than the i layer / n layer interface, in
また、薄膜Si系太陽電池の発電効率改善方法として、а−Siセルを最も光入射側のトップセルとして用い、а−Siよりもバンドギャップの小さいμc−Si等をボトムセルとして用いるタンデム型或いはトリプル型太陽電池も提案されている。а−Siセル単体では太陽光のうち、およそ波長300nm〜800nmの光しか発電に寄与していない。一方、前記タンデム型或いはトリプル型太陽電池は、а−Siセル単体では発電に寄与させることが出来なかった波長800nm以上の光も発電に利用することで発電効率を改善させている。 Moreover, as a method for improving the power generation efficiency of a thin-film Si-based solar cell, a tandem type or triple using an а-Si cell as a top cell on the light incident side and using a μc-Si or the like having a band gap smaller than that of а-Si as a bottom cell. Type solar cells have also been proposed. In the single а-Si cell, only light having a wavelength of about 300 nm to 800 nm contributes to power generation in sunlight. On the other hand, the tandem-type or triple-type solar cell improves power generation efficiency by using light having a wavelength of 800 nm or more, which cannot be contributed to power generation with a single а-Si cell, for power generation.
これらタンデム型或いはトリプル型太陽電池の場合、高効率化のために各構成セルの発電電流を大きくすることが求められている。а−Siセルは最も光入射側に位置しているため、特に短波長(300nm〜500nm)の光を発電に寄与させることが望ましい。波長500nm以上の光はミドルセル或いはボトムセルの発電にも寄与するため、а−Siセルで波長500nm以上の光を吸収してしまった場合、それだけミドルセル或いはボトムセルの発電電流が低下することになり、別の手段でミドルセル或いはボトムセルの発電電流を向上させる必要が生じる。しかしながら、波長300nm〜500nmの光はа−Siセルのみで使用されるため、他のミドルセル或いはボトムセルに影響を与えることなく、а−Siセルの発電電流を向上させることが出来る。 In the case of these tandem type or triple type solar cells, it is required to increase the power generation current of each constituent cell for high efficiency. Since the а-Si cell is located closest to the light incident side, it is desirable to make light of a short wavelength (300 nm to 500 nm) contribute to power generation. Since light with a wavelength of 500 nm or more also contributes to power generation in the middle cell or bottom cell, if light with a wavelength of 500 nm or more is absorbed in the а-Si cell, the power generation current of the middle cell or bottom cell is reduced accordingly. Thus, it is necessary to improve the generated current of the middle cell or the bottom cell. However, since light having a wavelength of 300 nm to 500 nm is used only in the а-Si cell, the power generation current of the а-Si cell can be improved without affecting other middle cells or bottom cells.
а−Siセルをその構成要素に持つ薄膜Si系太陽電池の発電効率改善には、а−Siセルの発電電流向上が重要であり、本発明は特に短波長(300nm〜500nm)の光による発電電流を改善させることを目的とする。同時に、この改善によってа−Siセルの光劣化を抑制する、即ち保持率(「光劣化後発電効率」/「初期発電効率」(%))を改善することを目的とする。 In order to improve the power generation efficiency of a thin-film Si solar cell having an а-Si cell as its constituent element, it is important to improve the power generation current of the а-Si cell, and the present invention particularly generates power using light of a short wavelength (300 nm to 500 nm). The purpose is to improve the current. At the same time, this improvement aims to suppress the light deterioration of the а-Si cell, that is, to improve the retention rate ("power generation efficiency after light deterioration" / "initial power generation efficiency" (%)).
本発明の第1は、pin接合を1以上含む薄膜シリコン系太陽電池であって、最も光入射側に位置するpin接合のi層はアモルファスシリコンからなりp層は計測波長1000nmにおける屈折率Ndが2.5以上2.9以下であり且つ明導電率が1×10−9S/cmより大きく1×10−6S/cm以下であり、当該p層とi層とにそれぞれ接する界面層が、光入射側から順に真性のアモルファス炭化ケイ素層と真性のアモルファスシリコン層とからなる2層構造の層であることを特徴とする、薄膜シリコン系太陽電池、である。 The first of the present invention is a thin-film silicon solar cell including one or more pin junctions, wherein the i layer of the pin junction located closest to the light incident side is made of amorphous silicon, and the p layer has a refractive index Nd at a measurement wavelength of 1000 nm. The interface layer is 2.5 or more and 2.9 or less and the bright conductivity is greater than 1 × 10 −9 S / cm and less than or equal to 1 × 10 −6 S / cm, and the p-layer and the i-layer are in contact with each other. A thin-film silicon solar cell, which is a layer having a two-layer structure including an intrinsic amorphous silicon carbide layer and an intrinsic amorphous silicon layer in order from the light incident side.
特許文献2ではp層/i層界面の界面層を2層構造とし、このうち前記界面層のp層側は僅かにドーパント(ボロン(B))を添加し、前記界面層のi層側はさらに僅かなBの添加或いは添加なしとすることで発電効率が改善するとしている。これに対して本発明では、p層/i層界面の界面層を2層構造とする点では共通するが、この界面層のp層側すなわち光入射側は真性のアモルファス炭化ケイ素層であり、この界面層のi層側すなわち光入射側から遠い側は真性のアモルファスシリコン層で有る点で、特許文献2とは異なる。
In
すなわち、p層/i層界面の界面層が、特許文献2ではわずかにボロンを添加しているためp型の性質を有するのに対して、本発明では真性である点が異なる。本発明では、p層/i層界面の界面層を真性である2層構造、すなわち、光入射側から順に真性のアモルファス炭化ケイ素層と真性のアモルファスシリコン層とからなる2層構造の層とすることによって、ボロン添加による膜中欠陥を抑制しながらp層/i層間のバンドギャップを緩やかに繋ぐという顕著な効果を有する。このとき、上記2層目の真性アモルファスシリコン層は、それ単体で製膜した場合(単膜)では微結晶だがセル構造で用いた場合にはアモルファスという界面層а−i層条件を採用した。通常、バンドギャップ整合性の観点や、界面層を製膜したときの下地層(p層)へのダメージの観点から、当業者は界面層の製膜条件は単膜において微結晶となる条件を検討しないものであった。しかしながら、本発明においては、光入射側から順に真性のアモルファス炭化ケイ素層と真性のアモルファスシリコン層(単膜では微結晶となる条件)とからなる2層構造の層を採用することによって、当業者が容易に予想できないp層/i層間のバンドギャップ整合性という効果を発現する。また、筆者らはバンドギャップを検討する際に、代わりの物性として屈折率(計測波長1000nm)を指標とした。バンドギャップは通常タウツプロットから算出するが、この算出値は誤差が大きくバンドギャップ整合性を検討する際に不適当であったためである。
That is, the interface layer at the interface between the p layer and the i layer has p-type properties because a slight amount of boron is added in
本発明の第2は、前記真性のアモルファス炭化ケイ素層は計測波長1000nmにおける屈折率Npiが3.2以上3.4以下である、前記の薄膜シリコン系太陽電池、である。 The second aspect of the present invention is the above-described thin-film silicon solar cell, wherein the intrinsic amorphous silicon carbide layer has a refractive index Npi of 3.2 or more and 3.4 or less at a measurement wavelength of 1000 nm.
Npiが3.2以上3.4以下である事によって、p層と前記真性のアモルファスシリコン層間のバンドギャップ整合性が良いという効果を有する点で好ましい。 Npi of 3.2 or more and 3.4 or less is preferable in that the band gap matching between the p layer and the intrinsic amorphous silicon layer is good.
本発明の第3は、前記真性のアモルファスシリコン層はそれ単体でガラス基板上に膜厚30nmの膜を製膜した場合には微結晶シリコンであり、且つその微結晶シリコンの計測波長1000nmにおける屈折率Nibが3.1以上3.3以下である、前記の薄膜シリコン系太陽電池、である。 According to a third aspect of the present invention, the intrinsic amorphous silicon layer alone is microcrystalline silicon when a film having a thickness of 30 nm is formed on a glass substrate, and the refraction of the microcrystalline silicon at a measurement wavelength of 1000 nm is achieved. The thin film silicon-based solar cell described above, wherein the rate Nib is 3.1 or more and 3.3 or less.
Nibが3.1以上3.3以下である事によって、前記真性のアモルファス炭化ケイ素層とi層間のバンドギャップ整合性が良いという効果を有する点で好ましい。 When Nib is 3.1 or more and 3.3 or less, it is preferable in that it has an effect of good band gap matching between the intrinsic amorphous silicon carbide layer and the i layer.
屈折率が、Nd(2.5〜2.9)/Npi(3.2〜3.4)/Nib(3.1〜3.3)という順番であることによって、p層/前記真性のアモルファス炭化ケイ素層/前記真性のアモルファスシリコン層/i層(計測波長1000nmにおける屈折率3.5〜3.7)の4層間のバンドギャップ整合性が良いという点で、好ましい。 When the refractive index is in the order of Nd (2.5 to 2.9) / Npi (3.2 to 3.4) / Nib (3.1 to 3.3), the p layer / the intrinsic amorphous It is preferable in terms of good band gap matching between the four layers of silicon carbide layer / intrinsic amorphous silicon layer / i layer (refractive index of 3.5 to 3.7 at a measurement wavelength of 1000 nm).
すなわち本発明の太陽電池は、pin接合を少なくとも1つは有する薄膜Si系太陽電池において、最も光入射側に位置するpin接合の光入射側のドーピング層(p層)の屈折率Nd(計測波長:1000nm)が2.5以上2.9以下で且つ明導電率が1×10−9S/cmより大きく1×10−6S/cm以下とし、さらに当該p層と光電変換層(i層)との界面層(p/i界面層)を、ドーピングしない(ノンドープ)アモルファス炭化ケイ素(а−SiC)と、アモルファスi層(a−i層)との2層構造としたことを特徴とする薄膜Si系太陽電池である。 That is, the solar cell of the present invention is a thin film Si solar cell having at least one pin junction, and the refractive index Nd (measurement wavelength) of the doping layer (p layer) on the light incident side of the pin junction located closest to the light incident side. : 1000 nm) is 2.5 or more and 2.9 or less and the bright conductivity is greater than 1 × 10 −9 S / cm and 1 × 10 −6 S / cm or less, and the p layer and the photoelectric conversion layer (i layer) ) Interface layer (p / i interface layer) has a two-layer structure of non-doped (non-doped) amorphous silicon carbide (а-SiC) and amorphous i layer (ai layer). It is a thin film Si solar cell.
また、本発明の太陽電池は、pin接合を少なくとも1つは有する薄膜Si系太陽電池において、最も光入射側に位置するpin接合の光入射側のp層のNdが2.5以上2.9以下で且つ明導電率が1×10−9S/cmより大きく1×10−6S/cm以下とし、さらに当該p層とi層とのp/i界面層を、ノンドープа−SiCと、a−i層との2層構造とし、且つ前記а−SiCの屈折率Npi(計測波長:1000nm)を3.2以上3.4以下としたことを特徴とする薄膜Si系太陽電池、である。 The solar cell of the present invention is a thin-film Si solar cell having at least one pin junction, and the Nd of the p layer on the light incident side of the pin junction located closest to the light incident side is 2.5 or more and 2.9. And having a bright conductivity of greater than 1 × 10 −9 S / cm and 1 × 10 −6 S / cm or less, and a p / i interface layer between the p layer and the i layer, A thin-film Si-based solar cell having a two-layer structure with an ai layer and having a refractive index Npi (measurement wavelength: 1000 nm) of the a-SiC of 3.2 or more and 3.4 or less. .
また、本発明の太陽電池は、pin接合を少なくとも1つは有する薄膜Si系太陽電池において、最も光入射側に位置するpin接合の光入射側のp層のNdが2.5以上2.9以下で且つ明導電率が1×10−9S/cmより大きく1×10−6S/cm以下とし、さらに当該p層とi層とのp/i界面層を、ノンドープа−SiCと、a−i層との2層構造とし、且つ前記a−i層はそれ単体でガラス基板上に膜厚30nmの膜を製膜した場合には微結晶シリコンであり、且つその微結晶シリコンの屈折率Nib(計測波長:1000nm)を3.1以上3.3以下としたことを特徴とする薄膜Si系太陽電池、である。 The solar cell of the present invention is a thin-film Si solar cell having at least one pin junction, and the Nd of the p layer on the light incident side of the pin junction located closest to the light incident side is 2.5 or more and 2.9. And having a bright conductivity of greater than 1 × 10 −9 S / cm and 1 × 10 −6 S / cm or less, and a p / i interface layer between the p layer and the i layer, The ai layer is microcrystalline silicon when a single layer of the ai layer is formed on a glass substrate, and the refraction of the microcrystalline silicon. A thin-film Si-based solar cell having a rate Nib (measurement wavelength: 1000 nm) of 3.1 or more and 3.3 or less.
また本発明の太陽電池は、pin接合を少なくとも1つは有する薄膜Si系太陽電池において、最も光入射側に位置するpin接合の光入射側のp層のNdが2.5以上2.9以下で且つ明導電率が1×10−9S/cmより大きく1×10−6S/cm以下とし、さらに当該p層とi層とのp/i界面層を、ノンドープа−SiCと、a−i層との2層構造とし、且つ前記а−SiCのNpiを3.2以上3.4以下とし、且つ前記a−i層はそれ単体でガラス基板上に膜厚30nmの膜を製膜した場合には微結晶シリコンであり、且つその微結晶シリコンの屈折率Nibを3.1以上3.3以下としたことを特徴とする薄膜Si系太陽電池、である。 The solar cell of the present invention is a thin-film Si solar cell having at least one pin junction, and the Nd of the p-layer on the light incident side of the pin junction located closest to the light incident side is 2.5 or more and 2.9 or less. And the bright conductivity is greater than 1 × 10 −9 S / cm and less than or equal to 1 × 10 −6 S / cm, and the p / i interface layer between the p layer and the i layer is formed of non-doped SiC and a A two-layer structure with -i layer, Npi of the а-SiC is set to 3.2 or more and 3.4 or less, and the ai layer is formed as a single film with a film thickness of 30 nm on a glass substrate. In this case, the thin-film Si-based solar cell is characterized by being microcrystalline silicon and having a refractive index Nib of 3.1 to 3.3 in the microcrystalline silicon.
本発明により、pin接合を少なくとも1つは有する薄膜Si系太陽電池において、最も光入射側に位置するpin接合(а−Siセル)の短波長域の光感度(短波長感度)が改善され、а−Siセルの短絡電流密度(Jsc)が向上する。また、保持率も改善される。p層/i層の界面層を、これまで2層構造のp型の層で形成してきた先行技術から、セルの直列抵抗が増加することや微結晶の製膜条件によって下地となるp層にダメージが生じるなどの阻害要因が有る関係で当業者は検討もしなかった2層構造のi型の層に代えることによって、これまで当業者が予想も出来ないほどの顕著なバンドギャップ整合性という効果が発現した。 According to the present invention, in a thin-film Si solar cell having at least one pin junction, the light sensitivity in the short wavelength region (short wavelength sensitivity) of the pin junction (а-Si cell) located closest to the light incident side is improved. The short circuit current density (Jsc) of the а-Si cell is improved. Also, the retention rate is improved. From the prior art in which the p-layer / i-layer interface layer has been formed with a p-type layer having a two-layer structure, the p-layer serving as a base layer is increased depending on the increase in series resistance of the cell and the microcrystalline film-forming conditions. By replacing the i-type layer with a two-layer structure, which has not been studied by those skilled in the art due to the obstruction factors such as the occurrence of damage, the effect of remarkable bandgap matching that could not be predicted by those skilled in the art until now Expressed.
本発明の第1は、pin接合を1以上含む薄膜シリコン系太陽電池であって、最も光入射側に位置するpin接合のi層はアモルファスシリコンからなりp層は計測波長1000nmにおける屈折率Ndが2.5以上2.9以下であり且つ明導電率が1×10−9S/cmより大きく1×10−6S/cm以下であり、当該p層とi層とにそれぞれ接する界面層が、光入射側から順に真性のアモルファス炭化ケイ素層と真性のアモルファスシリコン層とからなる2層構造の層であることを特徴とする、薄膜シリコン系太陽電池、である。 The first of the present invention is a thin-film silicon solar cell including one or more pin junctions, wherein the i layer of the pin junction located closest to the light incident side is made of amorphous silicon, and the p layer has a refractive index Nd at a measurement wavelength of 1000 nm. The interface layer is 2.5 or more and 2.9 or less and the bright conductivity is greater than 1 × 10 −9 S / cm and less than or equal to 1 × 10 −6 S / cm, and the p-layer and the i-layer are in contact with each other. A thin-film silicon solar cell, which is a layer having a two-layer structure including an intrinsic amorphous silicon carbide layer and an intrinsic amorphous silicon layer in order from the light incident side.
pin接合を1以上含む薄膜シリコン系太陽電池とは、p型半導体層、実質的に真性なi型半導体層、n型半導体層を積層したpin接合を少なくとも1つ有し、且つ各層の構成成分にシリコンを含むことを特徴とした太陽電池を指す。 A thin-film silicon-based solar cell including one or more pin junctions includes at least one pin junction in which a p-type semiconductor layer, a substantially intrinsic i-type semiconductor layer, and an n-type semiconductor layer are stacked, and the constituent components of each layer Refers to a solar cell characterized by containing silicon.
最も光入射側に位置するpin接合のi層はアモルファスシリコンからなるとは、i層単膜をラマン分光法により評価した場合に結晶ピーク(520cm−1のピーク)が観察されないi層のことを指す。 The pin junction i layer located closest to the light incident side is made of amorphous silicon, which means an i layer in which no crystal peak (520 cm −1 peak) is observed when an i layer single film is evaluated by Raman spectroscopy. .
アモルファスシリコンは、例えばプラズマ化学気相成長(プラズマCVD)法を用いて原料ガスをシラン(SiH4)と水素(H2)とし、H2/SiH4ガス混合比を0〜50、圧力(Pa)を10〜700Pa、パワー密度(mW/cm2)を5〜50mW/cm2とした製膜条件で製造される。 Amorphous silicon uses, for example, a plasma chemical vapor deposition (plasma CVD) method, the source gas is silane (SiH 4 ) and hydrogen (H 2 ), the H 2 / SiH 4 gas mixture ratio is 0 to 50, and the pressure (Pa ) the 10~700Pa, is produced power density (mW / cm 2) with deposition conditions were as 5~50mW / cm 2.
最も光入射側に位置するpin接合のp層が計測波長1000nmにおける屈折率Ndが2.5以上2.9以下であり且つ明導電率が1×10−9S/cmより大きく1×10−6S/cm以下であるとは、単膜(膜厚30nm)をガラス基板(日本電気硝子製OA−10基板)上に作製し、評価した結果の値である。屈折率は分光エリプソを用いて評価し、フィッティングモデルはOA−10/評価膜(Tauc−Lorentz model)/表面酸化膜とした。導電率は、単膜上にコプラナー型電極を作製し評価した。 The p-layer of the pin junction located closest to the light incident side has a refractive index Nd of 2.5 or more and 2.9 or less at a measurement wavelength of 1000 nm and a bright conductivity greater than 1 × 10 −9 S / cm to 1 × 10 − That it is 6 S / cm or less is the value of the result of producing and evaluating a single film (film thickness 30 nm) on a glass substrate (OA-10 substrate manufactured by Nippon Electric Glass). The refractive index was evaluated using a spectroscopic ellipso, and the fitting model was OA-10 / evaluation film (Tauc-Lorentz model) / surface oxide film. The electrical conductivity was evaluated by preparing a coplanar electrode on a single film.
上記のNd及び明導電率の範囲とすることにより、セルへの光取り込み量を増大させつつ、セルの直列抵抗成分の増加を抑えることが出来る。一般的な作り方は、例えばプラズマCVD法を用いて原料ガスをシラン(SiH4)、水素(H2)、メタン(CH4)、ジボラン(B2H6)とし、CH4/SiH4ガス混合比を1〜10、(H2+B2H6)/SiH4ガス混合比を5〜150、シランに対するジボラン濃度(B2H6/SiH4)(%)を0.5%〜7%、圧力(Pa)を10〜700Pa、パワー密度(mW/cm2)を5〜250mW/cm2とすることである。 By setting the above range of Nd and bright conductivity, it is possible to suppress an increase in the series resistance component of the cell while increasing the amount of light taken into the cell. A common method is to use, for example, a plasma CVD method, using silane (SiH 4 ), hydrogen (H 2 ), methane (CH 4 ), diborane (B 2 H 6 ) as a source gas, and a CH 4 / SiH 4 gas mixture. The ratio is 1 to 10, the (H 2 + B 2 H 6 ) / SiH 4 gas mixture ratio is 5 to 150, the diborane concentration (B 2 H 6 / SiH 4) (%) to silane is 0.5% to 7%, and the pressure the (Pa) 10~700Pa, is that the power density (mW / cm 2) and 5~250mW / cm 2.
当該p層とi層とにそれぞれ接する界面層が、光入射側から順に真性のアモルファス炭化ケイ素層と真性のアモルファスシリコン層とからなる2層構造の層であることを特徴とする、薄膜シリコン系太陽電池について、説明する。 A thin-film silicon-based system, wherein the interface layer in contact with each of the p layer and the i layer is a layer having a two-layer structure including an intrinsic amorphous silicon carbide layer and an intrinsic amorphous silicon layer in order from the light incident side. The solar cell will be described.
アモルファス炭化ケイ素層の一般的な作り方は、例えばプラズマCVD法を用いて原料ガスをシラン(SiH4)、水素(H2)、メタン(CH4)とし、CH4/SiH4ガス混合比を0.1〜5、圧力(Pa)を10〜700Pa、パワー密度(mW/cm2)を5〜250mW/cm2とすることである。 A general method for forming an amorphous silicon carbide layer is, for example, using a plasma CVD method, using silane (SiH 4 ), hydrogen (H 2 ), methane (CH 4 ) as a raw material gas, and a CH 4 / SiH 4 gas mixture ratio of 0. .1~5 is to pressure (Pa) 10~700Pa, the power density (mW / cm 2) and 5~250mW / cm 2.
アモルファスシリコン層の一般的な作り方は、例えばプラズマCVD法を用いて原料ガスをシラン(SiH4)と水素(H2)とし、H2/SiH4ガス混合比を50〜150、圧力(Pa)を100〜1400Pa、パワー密度(mW/cm2)を20〜100mW/cm2とした製膜条件で製造される。 A general method for making an amorphous silicon layer is, for example, by using a plasma CVD method, the source gas is silane (SiH 4 ) and hydrogen (H 2 ), the H 2 / SiH 4 gas mixture ratio is 50 to 150, and the pressure (Pa). the 100~1400Pa, is produced power density (mW / cm 2) with deposition conditions were a 20 to 100 mW / cm 2.
このとき、上記界面層の真性アモルファスシリコン層は、単膜では微結晶シリコンだがセル構造で用いた場合にはアモルファスシリコンという点が光電変換層のアモルファスシリコンとは異なる。ここで言う微結晶シリコンとは、ラマン分光法により膜を評価した場合に結晶ピーク(520cm−1のピーク)が観察されることを指す。微結晶シリコンはそのバンドギャップがアモルファスシリコンより小さいため、通常、バンドギャップ整合性の観点からp層とi層の間には挿入しない。また、微結晶シリコンのプラズマCVD法における製膜条件は、一般にH2/SiH4ガス混合比が高く、また印加電力(パワー密度)も大きいために、微結晶シリコンを製膜したときの下地層(p層)へのダメージが大きい。この観点から、当業者は界面層の製膜条件は単膜において微結晶シリコンとなる条件を検討しないものであった。しかしながら、本発明においては、光入射側から順に真性のアモルファス炭化ケイ素層と真性のアモルファスシリコン層(単膜では微結晶シリコンとなる条件)とからなる2層構造の層を採用することによって、当業者が容易に予想できないp層/i層間のバンドギャップ整合性という効果を発現する。 At this time, the intrinsic amorphous silicon layer of the interface layer is different from the amorphous silicon of the photoelectric conversion layer in that it is microcrystalline silicon in a single film but is amorphous silicon when used in a cell structure. The microcrystalline silicon referred to here means that a crystal peak (520 cm −1 peak) is observed when the film is evaluated by Raman spectroscopy. Since the band gap of microcrystalline silicon is smaller than that of amorphous silicon, it is usually not inserted between the p layer and the i layer from the viewpoint of band gap matching. The film formation conditions in the plasma CVD method of microcrystalline silicon generally have a high H 2 / SiH 4 gas mixture ratio and a large applied power (power density), so that the underlying layer is formed when microcrystalline silicon is formed. The damage to (p layer) is large. From this point of view, those skilled in the art have not considered the conditions for forming the interface layer as microcrystalline silicon in a single film. However, in the present invention, by adopting a layer having a two-layer structure including an intrinsic amorphous silicon carbide layer and an intrinsic amorphous silicon layer (conditions for forming a microcrystalline silicon in a single film) in order from the light incident side, The effect of the band gap matching between the p layer / i layer that cannot be easily predicted by a trader is exhibited.
本発明の第1は、pin接合を1以上含む薄膜シリコン系太陽電池であって、最も光入射側に位置するpin接合のi層はアモルファスシリコンからなりp層は計測波長1000nmにおける屈折率Ndが2.5以上2.9以下であり且つ明導電率が1×10−9S/cmより大きく1×10−6S/cm以下であり、当該p層とi層とにそれぞれ接する界面層が、光入射側から順に真性のアモルファス炭化ケイ素層と真性のアモルファスシリコン層とからなる2層構造の層であることを特徴とする、薄膜シリコン系太陽電池、である。 The first of the present invention is a thin-film silicon solar cell including one or more pin junctions, wherein the i layer of the pin junction located closest to the light incident side is made of amorphous silicon, and the p layer has a refractive index Nd at a measurement wavelength of 1000 nm. The interface layer is 2.5 or more and 2.9 or less and the bright conductivity is greater than 1 × 10 −9 S / cm and less than or equal to 1 × 10 −6 S / cm, and the p-layer and the i-layer are in contact with each other. A thin-film silicon solar cell, which is a layer having a two-layer structure including an intrinsic amorphous silicon carbide layer and an intrinsic amorphous silicon layer in order from the light incident side.
なお、本発明では、Ndが2.5以上2.9以下であり且つ明導電率が1×10−9S/cmより大きく1×10−6S/cm以下である事によって、セルへの光取り込み量を増大させつつ、セルの直列抵抗成分の増大を抑えるという効果を有する点で好ましい。 In the present invention, Nd is not less than 2.5 and not more than 2.9, and the bright conductivity is greater than 1 × 10 −9 S / cm and less than or equal to 1 × 10 −6 S / cm. This is preferable in that it has the effect of suppressing an increase in the series resistance component of the cell while increasing the light capture amount.
本発明の第2は、前記真性のアモルファス炭化ケイ素層は計測波長1000nmにおける屈折率Npiが3.2以上3.4以下である、前記の薄膜シリコン系太陽電池、である。 The second aspect of the present invention is the above-described thin-film silicon solar cell, wherein the intrinsic amorphous silicon carbide layer has a refractive index Npi of 3.2 or more and 3.4 or less at a measurement wavelength of 1000 nm.
Npiが3.2以上3.4以下である事によって、p層と前記真性のアモルファスシリコン層間のバンドギャップ整合性が良いという効果を有する点で好ましい。 Npi of 3.2 or more and 3.4 or less is preferable in that the band gap matching between the p layer and the intrinsic amorphous silicon layer is good.
Nibが3.1以上3.3以下である事によって、前記真性のアモルファス炭化ケイ素層とi層間のバンドギャップ整合性が良いという効果を有する点で好ましい。 When Nib is 3.1 or more and 3.3 or less, it is preferable in that it has an effect of good band gap matching between the intrinsic amorphous silicon carbide layer and the i layer.
屈折率が、Nd(2.5〜2.9)/Npi(3.2〜3.4)/Nib(3.1〜3.3)という順番であることによって、p層/前記真性のアモルファス炭化ケイ素層/前記真性のアモルファスシリコン層/i層の4層間のバンドギャップ整合性が良いという点で、好ましい。 When the refractive index is in the order of Nd (2.5 to 2.9) / Npi (3.2 to 3.4) / Nib (3.1 to 3.3), the p layer / the intrinsic amorphous It is preferable in terms of good band gap matching between the four layers of silicon carbide layer / the intrinsic amorphous silicon layer / i layer.
以下では薄膜а−Si太陽電池を中心にして説明するが、本発明はこれだけに限定されるものではない。特に、а−Si/μc−Siのタンデム型太陽電池等のようにа−Siセルが光入射側に配置された太陽電池では、а−Siセルの短波長感度を向上させてJscを向上させることは前述のように非常に重要である。 In the following description, the thin-film Si-Si solar cell will be mainly described, but the present invention is not limited to this. In particular, in a solar cell in which an а-Si cell is arranged on the light incident side, such as an а-Si / μc-Si tandem solar cell, the short wavelength sensitivity of the а-Si cell is improved to improve Jsc. This is very important as mentioned above.
以下の実施例、比較例で示す各層の物性(屈折率(計測波長:1000nm)、明導電率)は、単膜(膜厚30nm)をガラス基板(日本電気硝子製OA−10基板)上に作製し、評価した結果の値である。屈折率は分光エリプソを用いて評価し、フィッティングモデルはOA−10/評価膜(Tauc−Lorentz model)/表面酸化膜とした。導電率は、単膜上にコプラナー型電極を作製し評価した。 The physical properties (refractive index (measurement wavelength: 1000 nm), bright conductivity) of each layer shown in the following examples and comparative examples are as follows: a single film (thickness 30 nm) is formed on a glass substrate (OA 10 substrate manufactured by Nippon Electric Glass). It is the value of the result of making and evaluating. The refractive index was evaluated using a spectroscopic ellipso, and the fitting model was OA-10 / evaluation film (Tauc-Lorentz model) / surface oxide film. The electrical conductivity was evaluated by preparing a coplanar electrode on a single film.
界面層а−i層は、OA−10上に30nm製膜し、ラマン分光法により評価した結果、アモルファスではなく微結晶であることが判っている。一方、実際にセルにしたときの界面層はアモルファスであることが透過型電子顕微鏡(TEM)観察から判っている。通常、バンドギャップ整合性の観点や、界面層を製膜したときの下地層(p層)へのダメージの観点から、界面層の製膜条件は単膜において微結晶となる条件を採用しない。 The interface layer i-i is formed into a film of 30 nm on OA-10 and evaluated by Raman spectroscopy. As a result, it is known that the interface layer а-i is a microcrystal instead of an amorphous layer. On the other hand, it is known from observation with a transmission electron microscope (TEM) that the interface layer in the actual cell is amorphous. Usually, from the viewpoint of bandgap matching and damage to the underlying layer (p layer) when the interface layer is formed, the film forming conditions for the interface layer do not adopt the conditions for forming a microcrystal in the single film.
一方、特許文献1にあるように、積極的に微結晶の界面層を用いる場合もあるが、この場合はセルの状態でも当該界面層が微結晶となるように条件を選択する。我々はそれらのどちらでもなく、単膜では微結晶だがセルではアモルファスという界面層а−i層条件が薄膜а−Si太陽電池適していることを見出し、採用している。
On the other hand, there is a case where a microcrystalline interface layer is positively used as disclosed in
また、特許文献2にあるようにp層とi層の間の界面層を2層とし、なお且つ当該界面層に不純物(ボロン(B))を添加した場合、i層製膜時に下地層であるp/i界面層からBが不純物としてi層に取り込まれ、発電効率を下げる原因となる。さらに、Bを添加することで当該p/i界面層での光吸収ロスも大きくなり、発電電流の低下に繋がる。
Further, as described in
特許文献2ではp層/i層界面の界面層を2層構造とし、このうち前記界面層のp層側は僅かにドーパント(ボロン(B))を添加し、前記界面層のi層側はさらに僅かなBの添加或いは添加なしとすることで発電効率が改善するとしている。これに対して本発明では、p層/i層界面の界面層を2層構造とする点では共通するが、この界面層のp層側すなわち光入射側は真性のアモルファス炭化ケイ素層であり、この界面層のi層側すなわち光入射側から遠い側は真性のアモルファスシリコン層で有る点で、特許文献2とは異なる。
In
すなわち、p層/i層界面の界面層が、特許文献2ではわずかにボロンを添加しているためp型の性質を有するのに対して、本発明では真性である点が異なる。本発明では、p層/i層界面の界面層を真性である2層構造、すなわち、光入射側から順に真性のアモルファス炭化ケイ素層と真性のアモルファスシリコン層とからなる2層構造の層とすることによって、ボロン添加による膜中欠陥を抑制しながらp層/i層間のバンドギャップを緩やかに繋ぐという顕著な効果を有する。このとき、上記2層目の真性アモルファスシリコン層は、それ単体で製膜した場合(単膜)では微結晶だがセル構造で用いた場合にはアモルファスという界面層а−i層条件を採用した。通常、バンドギャップ整合性の観点や、界面層を製膜したときの下地層(p層)へのダメージの観点から、当業者は界面層の製膜条件は単膜において微結晶となる条件を検討しないものであった。しかしながら、本発明においては、光入射側から順に真性のアモルファス炭化ケイ素層と真性のアモルファスシリコン層(単膜では微結晶となる条件)とからなる2層構造の層を採用することによって、当業者が容易に予想できないp層/i層間のバンドギャップ整合性という効果を発現する。
That is, the interface layer at the interface between the p layer and the i layer has p-type properties because a slight amount of boron is added in
p層とi層の間の界面層を2層とした特許には例えば、特開昭62−165374などもある。当該特許では、界面層のカーボン(C)濃度に傾斜を持たせることを特徴としているが、下記比較例でも示すようにC濃度を傾斜させても短波長の光を充分に発電に寄与させられるわけではない。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-165374 discloses a patent in which two interface layers between the p layer and the i layer are used. The patent is characterized in that the carbon (C) concentration in the interface layer is inclined, but as shown in the following comparative example, even if the C concentration is inclined, short wavelength light can be sufficiently contributed to power generation. Do not mean.
なお、保持率(「光劣化後発電効率」/「初期発電効率」(%))算出のための加速劣化条件は、光照射強度:5sun、サンプル温度:50℃、照射時間:20時間とした。 The accelerated deterioration conditions for calculating the retention rate (“power generation efficiency after light degradation” / “initial power generation efficiency” (%)) were: light irradiation intensity: 5 sun, sample temperature: 50 ° C., irradiation time: 20 hours. .
(比較例1)
p層として、屈折率Nd=2.96、明導電率=4.4×10−7S/cmの膜を用いた。界面層a−iとして、屈折率Nib=3.24の膜を用いた。
図1に示すアモルファスシリコン太陽電池セルを作製した。まず、透明導電膜(TCO)付きのガラス基板(旭硝子製VU基板(厚さ1.8mm))のTCO面上にp層をプラズマ化学気相成長(プラズマCVD)法により製膜した。このときの条件は、シラン(SiH4)/水素(H2)/メタン(CH4)/ジボラン(B2H6)(水素希釈ジボラン。濃度:1000ppm。以下同様。)=27/100/40/250sccm、基板温度=190℃、パワー密度=23mW/cm2、圧力133Pa、膜厚8nmとした。放電を維持したままガス条件をSiH4/H2/CH4/B2H6=27/200/0/0sccmに変更することで界面層p層を10nm製膜した(ガス、膜厚以外はp層と同じ製膜条件)。放電を維持したままCH4、B2H6ガス流量を変更しているため、実質的にCH4及びB2H6の濃度傾斜した界面層p層が製膜されていることは容易に推測できる。次に、界面層a−i層を製膜した。このときの条件は、SiH4/H2=25/1950sccm、基板温度=225℃、パワー密度=23mW/cm2、圧力400Pa、膜厚4nmとした。放電を維持したまま光電変換層(a−i層)、i/n界面層を製膜した。各々の条件は、a−i層:SiH4/H2=200/2000sccm、圧力533Pa、膜厚250nm、i/n界面層:SiH4/H2=25/1950sccm、圧力400Pa、膜厚4nmとした(いずれも基板温度、パワー密度は界面層a−i層に同じ)。次に、n層を製膜した。製膜条件は、SiH4/H2/ホスフィン(PH3)(水素希釈ホスフィン。濃度:5000ppm。以下同様。)=20/3000/100sccm、基板温度215℃、圧力200Pa、膜厚20nmとした。その後、裏面電極としてアルミドープ酸化亜鉛(AZO)/銀(Ag)を90nm/300nm製膜した。
このセルの初期効率は9.5%、分光光度計による短波長域(300nm−500nm)の積算発電電流密度Jiは4.5mA/cm2だった。このセルを加速劣化装置により光劣化させた後の光劣化後効率は7.9%(保持率83%)、光劣化後の分光光度計による短波長域の積算発電電流密度Jdは3.7mA/cm2だった。
(Comparative Example 1)
As the p layer, a film having a refractive index Nd = 2.96 and a bright conductivity = 4.4 × 10 −7 S / cm was used. A film having a refractive index Nib = 3.24 was used as the interface layer a-i.
The amorphous silicon solar battery cell shown in FIG. 1 was produced. First, a p-layer was formed by plasma chemical vapor deposition (plasma CVD) on a TCO surface of a glass substrate (Asahi Glass VU substrate (thickness 1.8 mm)) with a transparent conductive film (TCO). The conditions at this time are silane (SiH 4 ) / hydrogen (H 2 ) / methane (CH 4 ) / diborane (B 2 H 6 ) (hydrogen diluted diborane, concentration: 1000 ppm, the same applies hereinafter) = 27/100/40 / 250 sccm, substrate temperature = 190 ° C., power density = 23 mW / cm 2 , pressure 133 Pa,
The initial efficiency of this cell was 9.5%, and the cumulative generated current density Ji in the short wavelength region (300 nm-500 nm) by a spectrophotometer was 4.5 mA / cm 2 . The efficiency after photodegradation of the cell after photodegradation by an acceleration degrading device is 7.9% (retention rate 83%), and the integrated generation current density Jd in the short wavelength region by the spectrophotometer after photodegradation is 3.7 mA. / Cm 2 .
(実施例1)
p層として、屈折率Nd=2.80、明導電率=1.4×10−6S/cmの膜を用いた。界面層a−SiCとして、屈折率Npi=3.30の膜を用いた。界面層a−iとして、屈折率Nib=3.13の膜を用いた。
Example 1
As the p layer, a film having a refractive index Nd = 2.80 and a bright conductivity = 1.4 × 10 −6 S / cm was used. As the interface layer a-SiC, a film having a refractive index Npi = 3.30 was used. A film having a refractive index Nib = 3.13 was used as the interface layer a-i.
図1に示すアモルファスシリコン太陽電池セルを作製した。まず、透明導電膜(TCO)付きのガラス基板(旭硝子製VU基板(厚さ1.8mm))のTCO面上にp層をプラズマCVD法により製膜した。このときの条件は、SiH4/H2/CH4/B2H6=15/1000/90/1000sccm、基板温度=190℃、パワー密度=9mW/cm2、圧力133Pa、膜厚10nmとした。p層製膜後一度放電を切り、B2H6排気を待つために、界面層a−SiCのガス条件SiH4/H2/CH4/B2H6=30/600/6/0sccmにて30秒間待機した。その後、界面層a−SiCを2nm製膜した(ガス、膜厚以外はp層と同じ製膜条件)。次に、界面層a−iを製膜した。このときの条件は、SiH4/H2=25/2500sccm、基板温度=225℃、パワー密度=23mW/cm2、圧力400Pa、膜厚13nmとした。放電を維持したまま光電変換層(a−i層)、i/n界面層を製膜し、各々の条件は比較例の場合と同じである。また、以降n層、裏面電極を順次製膜し、これらの条件も比較例に同じとした。 The amorphous silicon solar battery cell shown in FIG. 1 was produced. First, a p-layer was formed on the TCO surface of a glass substrate with a transparent conductive film (TCO) (Asahi Glass VU substrate (thickness 1.8 mm)) by plasma CVD. The conditions at this time were SiH 4 / H 2 / CH 4 / B 2 H 6 = 15/1000/90/1000 sccm, substrate temperature = 190 ° C., power density = 9 mW / cm 2 , pressure 133 Pa, and film thickness 10 nm. . In order to cut off the discharge once after the p-layer deposition and wait for the B 2 H 6 exhaust, the gas condition of the interface layer a-SiC is SiH 4 / H 2 / CH 4 / B 2 H 6 = 30/600/6/0 sccm Waited for 30 seconds. Thereafter, an interface layer a-SiC was formed to 2 nm (the same film forming conditions as those of the p layer except for the gas and film thickness). Next, the interface layer ai was formed. The conditions at this time were SiH 4 / H 2 = 25/2500 sccm, substrate temperature = 225 ° C., power density = 23 mW / cm 2 , pressure 400 Pa, and film thickness 13 nm. The photoelectric conversion layer (a-i layer) and i / n interface layer were formed while maintaining the discharge, and the respective conditions were the same as in the comparative example. Further, the n layer and the back electrode were subsequently formed, and these conditions were the same as those in the comparative example.
このセルの初期効率は9.0%、分光光度計による短波長域(300nm−500nm)の積算発電電流密度Jiは4.7mA/cm2だった。このセルを加速劣化装置により光劣化させた後の光劣化後効率は7.9%(保持率88%)、光劣化後の分光光度計による短波長域の積算発電電流密度Jdは4.4mA/cm2だった。比較例と比べて、光劣化後の効率は同等を維持しつつ、短波長域の積算発電電流密度を+0.7mA/cm2改善した。 The initial efficiency of this cell was 9.0%, and the cumulative generated current density Ji in the short wavelength region (300 nm-500 nm) by a spectrophotometer was 4.7 mA / cm 2 . The efficiency after photodegradation of this cell after photodegradation by an acceleration degrading device is 7.9% (retention rate 88%), and the integrated generation current density Jd in the short wavelength region by the spectrophotometer after photodegradation is 4.4 mA. / Cm 2 . Compared to the comparative example, the integrated power generation current density in the short wavelength region was improved by +0.7 mA / cm 2 while maintaining the same efficiency after light degradation.
(実施例2)
p層として、屈折率Nd=2.58、明導電率=2.3×10−8S/cmの膜を用いた。界面層a−SiCとして、屈折率Npi=3.30の膜を用いた。界面層a−iとして、屈折率Nib=3.24の膜を用いた。
(Example 2)
As the p-layer, a film having a refractive index Nd = 2.58 and a bright conductivity = 2.3 × 10 −8 S / cm was used. As the interface layer a-SiC, a film having a refractive index Npi = 3.30 was used. A film having a refractive index Nib = 3.24 was used as the interface layer a-i.
図1に示すアモルファスシリコン太陽電池セルを作製した。まず、透明導電膜(TCO)付きのガラス基板(旭硝子製VU基板(厚さ1.8mm))のTCO面上にp層をプラズマCVD法により製膜した。このときの条件は、SiH4/H2/CH4/B2H6=27/600/100/250sccm、基板温度=190℃、パワー密度=23mW/cm2、圧力133Pa、膜厚12nmとした。p層製膜後一度放電を切り、B2H6排気を待つために、界面層a−SiCのガス条件SiH4/H2/CH4/B2H6=27/600/15/0sccmにて30秒間待機した。その後、界面層a−SiCを2nm製膜した(ガス、膜厚以外はp層と同じ製膜条件)。次に、界面層a−iを製膜した。このときの条件は、SiH4/H2=25/1950sccm、基板温度=225℃、パワー密度=23mW/cm2、圧力400Pa、膜厚10nmとした。放電を維持したまま光電変換層(a−i層)、i/n界面層を製膜し、各々の条件は比較例の場合と同じである。また、以降n層、裏面電極を順次製膜し、これらの条件も比較例に同じとした。 The amorphous silicon solar battery cell shown in FIG. 1 was produced. First, a p-layer was formed on the TCO surface of a glass substrate with a transparent conductive film (TCO) (Asahi Glass VU substrate (thickness 1.8 mm)) by plasma CVD. The conditions at this time were SiH 4 / H 2 / CH 4 / B 2 H 6 = 27/600/100/250 sccm, substrate temperature = 190 ° C., power density = 23 mW / cm 2 , pressure 133 Pa, and film thickness 12 nm. . In order to turn off the discharge once after the p-layer deposition and wait for B 2 H 6 exhaust, the gas condition of the interface layer a-SiC is SiH 4 / H 2 / CH 4 / B 2 H 6 = 27/600/15/0 sccm Waited for 30 seconds. Thereafter, an interface layer a-SiC was formed to 2 nm (the same film forming conditions as those of the p layer except for the gas and film thickness). Next, the interface layer ai was formed. The conditions at this time were SiH 4 / H 2 = 25/1950 sccm, substrate temperature = 225 ° C., power density = 23 mW / cm 2 , pressure 400 Pa, and film thickness 10 nm. The photoelectric conversion layer (a-i layer) and i / n interface layer were formed while maintaining the discharge, and the respective conditions were the same as in the comparative example. Further, the n layer and the back electrode were subsequently formed, and these conditions were the same as those in the comparative example.
このセルの初期効率は8.6%、分光光度計による短波長域(300nm−500nm)の積算発電電流密度Jiは4.7mA/cm2だった。このセルを加速劣化装置により光劣化させた後の光劣化後効率は7.5%(保持率87%)、光劣化後の分光光度計による短波長域の積算発電電流密度Jdは4.2mA/cm2だった。比較例と比べて、保持率を改善しつつ、短波長域の積算発電電流密度を+0.5mA/cm2改善した。 The initial efficiency of this cell was 8.6%, and the cumulative generated current density Ji in the short wavelength region (300 nm-500 nm) by a spectrophotometer was 4.7 mA / cm 2 . The efficiency after photodegradation of the cell after photodegradation by an acceleration degrading device is 7.5% (retention rate 87%), and the integrated generation current density Jd in the short wavelength region by the spectrophotometer after photodegradation is 4.2 mA. / Cm 2 . Compared with the comparative example, the integrated power generation current density in the short wavelength region was improved by +0.5 mA / cm 2 while improving the retention rate.
(実施例3)
p層として、屈折率Nd=2.26、明導電率=1.0×10−9S/cmの膜を用いた。界面層a−SiCとして、屈折率Npi=3.30の膜を用いた。界面層a−iとして、屈折率Nib=3.24の膜を用いた。
(Example 3)
As the p layer, a film having a refractive index Nd = 2.26 and a bright conductivity = 1.0 × 10 −9 S / cm was used. As the interface layer a-SiC, a film having a refractive index Npi = 3.30 was used. A film having a refractive index Nib = 3.24 was used as the interface layer a-i.
図1に示すアモルファスシリコン太陽電池セルを作製した。まず、透明導電膜(TCO)付きのガラス基板(旭硝子製VU基板(厚さ1.8mm))のTCO面上にp層をプラズマCVD法により製膜した。このときの条件は、SiH4/H2/CH4/B2H6=15/180/80/150sccm、基板温度=190℃、パワー密度=23mW/cm2、圧力133Pa、膜厚12nmとした。p層製膜後一度放電を切り、B2H6排気を待つために、界面層a−SiCのガス条件SiH4/H2/CH4/B2H6=15/330/9/0sccmにて30秒間待機した。その後、界面層a−SiCを2nm製膜した(ガス、膜厚以外はp層と同じ製膜条件)。次に、界面層a−iを製膜した。このときの条件は、SiH4/H2=25/1950sccm、基板温度=225℃、パワー密度=23mW/cm2、圧力400Pa、膜厚10nmとした。放電を維持したまま光電変換層(a−i層)、i/n界面層を製膜し、各々の条件は比較例の場合と同じである。また、以降n層、裏面電極を順次製膜し、これらの条件も比較例に同じとした。 The amorphous silicon solar battery cell shown in FIG. 1 was produced. First, a p-layer was formed on the TCO surface of a glass substrate with a transparent conductive film (TCO) (Asahi Glass VU substrate (thickness 1.8 mm)) by plasma CVD. The conditions at this time were SiH 4 / H 2 / CH 4 / B 2 H 6 = 15/180/80/150 sccm, substrate temperature = 190 ° C., power density = 23 mW / cm 2 , pressure 133 Pa, film thickness 12 nm. . In order to turn off the discharge once after the p-layer deposition and wait for B 2 H 6 exhaust, the gas condition of the interface layer a-SiC is SiH 4 / H 2 / CH 4 / B 2 H 6 = 15/330/9/0 sccm Waited for 30 seconds. Thereafter, an interface layer a-SiC was formed to 2 nm (the same film forming conditions as those of the p layer except for the gas and film thickness). Next, the interface layer ai was formed. The conditions at this time were SiH 4 / H 2 = 25/1950 sccm, substrate temperature = 225 ° C., power density = 23 mW / cm 2 , pressure 400 Pa, and film thickness 10 nm. The photoelectric conversion layer (a-i layer) and i / n interface layer were formed while maintaining the discharge, and the respective conditions were the same as in the comparative example. Further, the n layer and the back electrode were subsequently formed, and these conditions were the same as those in the comparative example.
このセルの初期効率は6.3%、分光光度計による短波長域(300nm−500nm)の積算発電電流密度Jiは4.6mA/cm2だった。p層屈折率Nd、明導電率を前記まで低下させると、初期効率の時点で性能低下が顕著となり、太陽電池として適さない。 The initial efficiency of this cell was 6.3%, and the cumulative generated current density Ji in the short wavelength region (300 nm-500 nm) by a spectrophotometer was 4.6 mA / cm 2 . When the p-layer refractive index Nd and the bright conductivity are reduced to the above, the performance is significantly reduced at the initial efficiency, which is not suitable as a solar cell.
(実施例4)
p層として、屈折率Nd=2.57、明導電率=7.6×10−8S/cmの膜を用いた。界面層a−SiCとして、屈折率Npi=3.39の膜を用いた。界面層a−iとして、屈折率Nib=3.24の膜を用いた。
Example 4
A film having a refractive index Nd = 2.57 and a bright conductivity = 7.6 × 10 −8 S / cm was used as the p layer. A film having a refractive index Npi = 3.39 was used as the interface layer a-SiC. A film having a refractive index Nib = 3.24 was used as the interface layer a-i.
図1に示すアモルファスシリコン太陽電池セルを作製した。まず、透明導電膜(TCO)付きのガラス基板(旭硝子製VU基板(厚さ1.8mm))のTCO面上にp層をプラズマCVD法により製膜した。このときの条件は、SiH4/H2/CH4/B2H6=30/0/180/1000sccm、基板温度=190℃、パワー密度=9mW/cm2、圧力133Pa、膜厚10nmとした。p層製膜後一度放電を切り、B2H6排気を待つために、界面層a−SiCのガス条件SiH4/H2/CH4/B2H6=15/300/1/0sccmにて30秒間待機した。その後、界面層a−SiCを2nm製膜した(ガス、膜厚以外はp層と同じ製膜条件)。次に、界面層a−iを製膜した。このときの条件は、SiH4/H2=25/1950sccm、基板温度=225℃、パワー密度=23mW/cm2、圧力400Pa、膜厚10nmとした。放電を維持したまま光電変換層(a−i層)、i/n界面層を製膜し、各々の条件は比較例の場合と同じである。また、以降n層、裏面電極を順次製膜し、これらの条件も比較例に同じとした。 The amorphous silicon solar battery cell shown in FIG. 1 was produced. First, a p-layer was formed on the TCO surface of a glass substrate with a transparent conductive film (TCO) (Asahi Glass VU substrate (thickness 1.8 mm)) by plasma CVD. The conditions at this time were SiH 4 / H 2 / CH 4 / B 2 H 6 = 30/0/180/1000 sccm, substrate temperature = 190 ° C., power density = 9 mW / cm 2 , pressure 133 Pa, and film thickness 10 nm. . In order to turn off the discharge once after the p-layer deposition and wait for B 2 H 6 exhaust, the gas condition of the interface layer a-SiC is SiH 4 / H 2 / CH 4 / B 2 H 6 = 15/300/1/0 sccm Waited for 30 seconds. Thereafter, an interface layer a-SiC was formed to 2 nm (the same film forming conditions as those of the p layer except for the gas and film thickness). Next, the interface layer ai was formed. The conditions at this time were SiH 4 / H 2 = 25/1950 sccm, substrate temperature = 225 ° C., power density = 23 mW / cm 2 , pressure 400 Pa, and film thickness 10 nm. The photoelectric conversion layer (a-i layer) and i / n interface layer were formed while maintaining the discharge, and the respective conditions were the same as in the comparative example. Further, the n layer and the back electrode were subsequently formed, and these conditions were the same as those in the comparative example.
このセルの初期効率は9.2%、分光光度計による短波長域(300nm−500nm)の積算発電電流密度Jiは4.6mA/cm2だった。このセルを加速劣化装置により光劣化させた後の光劣化後効率は7.9%(保持率86%)、光劣化後の分光光度計による短波長域の積算発電電流密度Jdは4.3mA/cm2だった。比較例と比べて、保持率を改善しつつ、短波長域の積算発電電流密度を+0.6mA/cm2改善した。 The initial efficiency of this cell was 9.2%, and the cumulative generated current density Ji in the short wavelength region (300 nm-500 nm) by a spectrophotometer was 4.6 mA / cm 2 . The efficiency after photodegradation of the cell after photodegradation by an acceleration degrading apparatus is 7.9% (retention rate 86%), and the integrated generation current density Jd in the short wavelength region by the spectrophotometer after photodegradation is 4.3 mA. / Cm 2 . Compared to the comparative example, the integrated power generation current density in the short wavelength region was improved by +0.6 mA / cm 2 while improving the retention rate.
(実施例5)
p層として、屈折率Nd=2.57、明導電率=7.6×10−8S/cmの膜を用いた。界面層a−SiCとして、屈折率Npi=3.28の膜を用いた。界面層a−iとして、屈折率Nib=3.24の膜を用いた。
(Example 5)
A film having a refractive index Nd = 2.57 and a bright conductivity = 7.6 × 10 −8 S / cm was used as the p layer. A film having a refractive index Npi = 3.28 was used as the interface layer a-SiC. A film having a refractive index Nib = 3.24 was used as the interface layer a-i.
図1に示すアモルファスシリコン太陽電池セルを作製した。まず、透明導電膜(TCO)付きのガラス基板(旭硝子製VU基板(厚さ1.8mm))のTCO面上にp層をプラズマCVD法により製膜した。このときの条件は、SiH4/H2/CH4/B2H6=30/0/180/1000sccm、基板温度=190℃、パワー密度=9mW/cm2、圧力133Pa、膜厚10nmとした。p層製膜後一度放電を切り、B2H6排気を待つために、界面層a−SiCのガス条件SiH4/H2/CH4/B2H6=15/300/6/0sccmにて30秒間待機した。その後、界面層a−SiCを2nm製膜した(ガス、膜厚以外はp層と同じ製膜条件)。 次に、界面層a−iを製膜した。このときの条件は、SiH4/H2=25/1950sccm、基板温度=225℃、パワー密度=23mW/cm2、圧力400Pa、膜厚10nmとした。放電を維持したまま光電変換層(a−i層)、i/n界面層を製膜し、各々の条件は比較例の場合と同じである。また、以降n層、裏面電極を順次製膜し、これらの条件も比較例に同じとした。 The amorphous silicon solar battery cell shown in FIG. 1 was produced. First, a p-layer was formed on the TCO surface of a glass substrate with a transparent conductive film (TCO) (Asahi Glass VU substrate (thickness 1.8 mm)) by plasma CVD. The conditions at this time were SiH 4 / H 2 / CH 4 / B 2 H 6 = 30/0/180/1000 sccm, substrate temperature = 190 ° C., power density = 9 mW / cm 2 , pressure 133 Pa, and film thickness 10 nm. . In order to turn off the discharge once after the p-layer deposition and wait for B 2 H 6 exhaust, the gas condition of the interface layer a-SiC is SiH 4 / H 2 / CH 4 / B 2 H 6 = 15/300/6/0 sccm Waited for 30 seconds. Thereafter, an interface layer a-SiC was formed to 2 nm (the same film forming conditions as those of the p layer except for the gas and film thickness). Next, the interface layer ai was formed. The conditions at this time were SiH 4 / H 2 = 25/1950 sccm, substrate temperature = 225 ° C., power density = 23 mW / cm 2 , pressure 400 Pa, and film thickness 10 nm. The photoelectric conversion layer (a-i layer) and i / n interface layer were formed while maintaining the discharge, and the respective conditions were the same as in the comparative example. Further, the n layer and the back electrode were subsequently formed, and these conditions were the same as those in the comparative example.
このセルの初期効率は9.0%、分光光度計による短波長域(300nm−500nm)の積算発電電流密度Jiは4.6mA/cm2だった。このセルを加速劣化装置により光劣化させた後の光劣化後効率は7.6%(保持率84%)、光劣化後の分光光度計による短波長域の積算発電電流密度Jdは4.3mA/cm2だった。比較例と比べて、保持率を改善しつつ、短波長域の積算発電電流密度を+0.6mA/cm2改善した。 The initial efficiency of this cell was 9.0%, and the cumulative generated current density Ji in the short wavelength region (300 nm-500 nm) by a spectrophotometer was 4.6 mA / cm 2 . The efficiency after photodegradation of this cell after photodegradation by an acceleration degrading device is 7.6% (retention rate 84%), and the integrated generation current density Jd in the short wavelength region by the spectrophotometer after photodegradation is 4.3 mA. / Cm 2 . Compared to the comparative example, the integrated power generation current density in the short wavelength region was improved by +0.6 mA / cm 2 while improving the retention rate.
(実施例6)
p層として、屈折率Nd=2.57、明導電率=7.6×10−8S/cmの膜を用いた。界面層a−SiCとして、屈折率Npi=3.14の膜を用いた。界面層a−iとして、屈折率Nib=3.24の膜を用いた。
(Example 6)
A film having a refractive index Nd = 2.57 and a bright conductivity = 7.6 × 10 −8 S / cm was used as the p layer. A film having a refractive index Npi = 3.14 was used as the interface layer a-SiC. A film having a refractive index Nib = 3.24 was used as the interface layer a-i.
図1に示すアモルファスシリコン太陽電池セルを作製した。まず、透明導電膜(TCO)付きのガラス基板(旭硝子製VU基板(厚さ1.8mm))のTCO面上にp層をプラズマCVD法により製膜した。このときの条件は、SiH4/H2/CH4/B2H6=30/0/180/1000sccm、基板温度=190℃、パワー密度=9mW/cm2、圧力133Pa、膜厚10nmとした。p層製膜後一度放電を切り、B2H6排気を待つために、界面層a−SiCのガス条件SiH4/H2/CH4/B2H6=15/300/15/0sccmにて30秒間待機した。その後、界面層a−SiCを2nm製膜した(ガス、膜厚以外はp層と同じ製膜条件)。次に、界面層a−iを製膜した。このときの条件は、SiH4/H2=25/1950sccm、基板温度=225℃、パワー密度=23mW/cm2、圧力400Pa、膜厚10nmとした。放電を維持したまま光電変換層(a−i層)、i/n界面層を製膜し、各々の条件は比較例の場合と同じである。また、以降n層、裏面電極を順次製膜し、これらの条件も比較例に同じとした。
The amorphous silicon solar battery cell shown in FIG. 1 was produced. First, a p-layer was formed on the TCO surface of a glass substrate with a transparent conductive film (TCO) (Asahi Glass VU substrate (thickness 1.8 mm)) by plasma CVD. The conditions at this time were SiH 4 / H 2 / CH 4 / B 2 H 6 = 30/0/180/1000 sccm, substrate temperature = 190 ° C., power density = 9 mW / cm 2 , pressure 133 Pa, and film thickness 10 nm. . In order to turn off the discharge once after the p-layer deposition and wait for B 2 H 6 exhaust, the gas condition of the interface layer a-SiC is SiH 4 / H 2 / CH 4 / B 2 H 6 = 15/300/15/0 sccm Waited for 30 seconds. Thereafter, an interface layer a-SiC was formed to 2 nm (the same film forming conditions as those of the p layer except for the gas and film thickness). Next, the interface layer ai was formed. The conditions at this time were
このセルの初期効率は9.1%、分光光度計による短波長域(300nm−500nm)の積算発電電流密度Jiは4.6mA/cm2だった。このセルを加速劣化装置により光劣化させた後の光劣化後効率は7.2%(保持率79%)、光劣化後の分光光度計による短波長域の積算発電電流密度Jdは4.3mA/cm2だった。界面層a−SiCの屈折率Npiを前記まで低下させると、初期効率やJi、Jdは良好だが、保持率が低下し光劣化後の効率低下が顕著となってしまう。 The initial efficiency of this cell was 9.1%, and the cumulative generated current density Ji in the short wavelength region (300 nm-500 nm) by a spectrophotometer was 4.6 mA / cm 2 . The efficiency after photodegradation of this cell after photodegradation by an acceleration degrading device is 7.2% (retention rate 79%), and the integrated generation current density Jd in the short wavelength region by the spectrophotometer after photodegradation is 4.3 mA. / Cm 2 . When the refractive index Npi of the interface layer a-SiC is lowered to the above, the initial efficiency, Ji, and Jd are good, but the retention rate is lowered and the efficiency reduction after light deterioration becomes remarkable.
以上を表1にまとめる。 The above is summarized in Table 1.
比較例1と実施例1の比較から、Ndの上限は2.9、p層の明導電率上限は1×10−6S/cm、Nibの下限は3.1が好ましい。これにより、特許文献2の当業者の常識では、実施例1のようなデータは得られないところ、本発明では光劣化後の効率は比較例1と同等を維持しつつ、Jdを+0.7mA/cm2改善した。
From the comparison between Comparative Example 1 and Example 1, it is preferable that the upper limit of Nd is 2.9, the bright conductivity upper limit of the p layer is 1 × 10 −6 S / cm, and the lower limit of Nib is 3.1. Thus, according to the common sense of those skilled in the art of
比較例1と実施例2、実施例3の比較から、Ndの下限は2.5、p層の明導電率下限は1×10−9S/cm、Nibの上限は3.3が好ましい。これにより、特許文献2の当業者の常識では、実施例2のようなデータは得られないところ、本発明では比較例1と比べて保持率を改善しつつ、Jdを+0.5mA/cm2改善した。
From the comparison between Comparative Example 1, Example 2 and Example 3, it is preferable that the lower limit of Nd is 2.5, the lower limit of the bright conductivity of the p layer is 1 × 10 −9 S / cm, and the upper limit of Nib is 3.3. Thus, according to the common sense of those skilled in the art of
比較例1と実施例4の比較から、Npiの上限は3.4が好ましい。これにより、特許文献2の当業者の常識では、実施例4のようなデータは得られないところ、本発明では比較例1と比べて保持率を改善しつつ、Jdを+0.6mA/cm2改善した。
From a comparison between Comparative Example 1 and Example 4, the upper limit of Npi is preferably 3.4. Thus, according to the common sense of those skilled in the art of
比較例1と実施例5、実施例6の比較から、Npiの下限は3.2が好ましい。これにより、特許文献2の当業者の常識では、実施例5のようなデータは得られないところ、本発明では比較例1と比べて保持率を改善しつつ、Jdを+0.6mA/cm2改善した。
From a comparison between Comparative Example 1, Example 5, and Example 6, the lower limit of Npi is preferably 3.2. Thus, according to common sense of those skilled in the art of
1 ガラス基板
2 透明導電膜(TCO)
3 p層
4 p/i界面層1(a−SiC層)
5 p/i界面層2(a−i層)
6 光電変換層(i層)
7 n層
8 裏面透明導電膜(AZO)
9 裏面金属電極(Ag)
1
3 p layer 4 p / i interface layer 1 (a-SiC layer)
5 p / i interface layer 2 (ai layer)
6 Photoelectric conversion layer (i layer)
7
9 Back side metal electrode (Ag)
Claims (3)
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