WO2012081592A1 - 光電変換装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a photoelectric conversion device.
- a tandem photoelectric conversion device in which two upper and lower photoelectric conversion units 10 and 12 are stacked with an intermediate layer 14 in between is known.
- One or more types of transparent conductive films are used for the intermediate layer 14 sandwiched between the upper and lower photoelectric conversion units 10 and 12.
- a silver (Ag) back electrode 18 also serving as a back reflecting layer is formed on a part of the back electrode, and the back electrode 18 is formed on the transparent electrode layer 16 through a slit S2 formed to penetrate to the transparent electrode layer 16. Connected. Furthermore, it is divided into unit cells by the slit S3, and the unit cells are connected in series.
- the end portion 14a of the intermediate layer 14 is exposed in the slit S3. Since the intermediate layer 14 is a relatively sparse film, moisture or the like may enter from the outside through the end portion 14a of the intermediate layer 14 and may adversely affect the power generation characteristics of the photoelectric conversion device.
- the present invention includes a first photoelectric conversion unit, a second photoelectric conversion unit, an electrode provided on the second photoelectric conversion unit, and between the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit.
- a photoelectric conversion device comprising a slit formed through the first photoelectric conversion unit, the second photoelectric conversion unit, and the intermediate layer, the end of the intermediate layer on the slit side Is a photoelectric conversion device having a higher density than the end portion.
- the present invention provides a first photoelectric conversion unit, a second photoelectric conversion unit, an electrode provided on the second photoelectric conversion unit, a first photoelectric conversion unit, and a second photoelectric conversion unit.
- An intermediate layer provided between the first photoelectric conversion unit, the second photoelectric conversion unit, and the intermediate layer, wherein a slit is formed, the photoelectric conversion device on the slit side of the intermediate layer.
- the end portion is a photoelectric conversion device that is covered with a coating layer having a higher density than the intermediate layer.
- the present invention also includes a photoelectric conversion unit, and a front electrode and a back electrode formed so as to sandwich the photoelectric conversion unit, along a slit dividing the photoelectric conversion unit, in the film thickness direction of the photoelectric conversion unit. It is a photoelectric conversion device provided with an extending gap.
- the present invention can provide a photoelectric conversion device in which deterioration of power generation characteristics is suppressed.
- the photoelectric conversion device 100 includes a substrate 20, a transparent electrode layer 22, a first photoelectric conversion unit 24, an intermediate layer 26, a second photoelectric conversion unit 28, and a back surface.
- the electrode layer 30 is included.
- FIG. 1 and FIG. 2 in order to clearly show the structure of the photoelectric conversion device 100, a part of the photoelectric conversion device 100 is enlarged and the ratio of each part is changed.
- the transparent electrode layer 22 is formed on the substrate 20.
- substrate 20 is comprised with the material which has translucency.
- the substrate 20 can be, for example, a glass substrate, a plastic substrate, or the like.
- the transparent electrode layer 22 is a transparent conductive film having translucency.
- the transparent electrode layer 22 is doped with tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO), indium tin oxide (ITO), etc. with tin (Sn), antimony (Sb), fluorine (F), aluminum (Al), etc.
- a film obtained by combining at least one kind or a plurality of kinds of the transparent conductive oxides (TCO) can be used.
- the transparent electrode layer 22 is formed by, for example, a sputtering method or an MOCVD method (thermal CVD). It is also preferable to provide unevenness (texture structure) on one or both surfaces of the substrate 20 and the transparent electrode layer 22.
- the first slit S1 is formed in the transparent electrode layer 22 and patterned into a strip shape.
- the slit S1 can be formed by laser processing.
- the transparent electrode layer 22 can be patterned into a strip shape using a YAG laser having a wavelength of 1064 nm, an energy density of 13 J / cm 2 , and a pulse frequency of 3 kHz.
- the line width of the slit S1 is preferably 10 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less.
- the first photoelectric conversion unit 24 is formed on the transparent electrode layer 22.
- the first photoelectric conversion unit 24 is an amorphous silicon solar cell.
- the first photoelectric conversion unit 24 is formed by laminating amorphous silicon films in the order of p-type, i-type, and n-type from the substrate 20 side.
- the first photoelectric conversion unit 24 can be formed by, for example, plasma enhanced chemical vapor deposition (CVD).
- CVD plasma enhanced chemical vapor deposition
- an RF plasma CVD method of 13.56 MHz is preferably applied.
- silicon-containing gas such as silane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), carbon-containing gas such as methane (CH 4 ), diborane (B 2 H 6 ), etc.
- silicon-containing gas such as silane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), carbon-containing gas such as methane (CH 4 ), diborane (B 2 H 6 ), etc.
- the intermediate layer 26 is formed on the first photoelectric conversion unit 24.
- the intermediate layer 26 is made of a light transmissive material. Specifically, it is preferable to use a transparent conductive oxide (TCO) such as silicon oxide (SiOx). In particular, silicon oxide (SiOx) doped with magnesium (Mg) or phosphorus (P) is preferably used.
- TCO transparent conductive oxide
- SiOx silicon oxide
- Mg magnesium
- P phosphorus
- the film thickness of the intermediate layer 26 is preferably 10 nm or more and 200 nm or less.
- the intermediate layer 26 can be formed by a DC sputtering method or a plasma CVD method.
- the second photoelectric conversion unit 28 is formed on the intermediate layer 26.
- the second photoelectric conversion unit 28 is a microcrystalline silicon solar cell.
- the second photoelectric conversion unit 28 is formed by stacking microcrystalline silicon films in the order of p-type, i-type, and n-type from the substrate 20 side.
- the second photoelectric conversion unit 28 can be formed by a plasma CVD method.
- the plasma CVD method for example, an RF plasma CVD method of 13.56 MHz is preferably applied.
- the second photoelectric conversion unit 28 includes silicon-containing gas such as silane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), carbon-containing gas such as methane (CH 4 ), diborane (B 2). It is formed by forming a film by plasma-forming a mixed gas obtained by mixing a p-type dopant-containing gas such as H 6 ), an n-type dopant-containing gas such as phosphine (PH 3 ), and a diluent gas such as hydrogen (H 2 ). be able to.
- the film thickness of the i layer of the second photoelectric conversion unit 28 is preferably 1000 nm or more and 5000 nm or less.
- a second slit S2 is formed and patterned into a strip shape.
- the slit S ⁇ b> 2 is formed so as to penetrate the second photoelectric conversion unit 28, the intermediate layer 26, and the first photoelectric conversion unit 24 and reach the transparent electrode layer 22.
- the slit S2 can be formed by, for example, laser processing. Although laser processing is not limited to this, it is preferable to use a wavelength of about 532 nm (second harmonic of a YAG laser). The energy density of laser processing may be set to 1 ⁇ 10 5 W / cm 2 , for example.
- a slit S2 is formed by irradiating a YAG laser at a position 50 ⁇ m lateral from the position of the slit S1 formed in the transparent electrode layer 22.
- the line width of the slit S2 is preferably 10 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less.
- the back electrode layer 30 is formed on the second photoelectric conversion unit 28.
- the back electrode layer 30 preferably has a structure in which a transparent conductive oxide (TCO) and a reflective metal are sequentially laminated.
- TCO transparent conductive oxide
- SnO 2 tin oxide
- ZnO zinc oxide
- ITO indium tin oxide
- metals such as silver (Ag) and aluminum (Al), can be used.
- the transparent conductive oxide (TCO) can be formed by, for example, a sputtering method or a CVD method.
- the back electrode layer 30 is preferably about 1 ⁇ m in total. It is preferable to provide at least one of the back electrode layer 30 with unevenness for enhancing the light confinement effect.
- the back electrode layer 30 is embedded in the slit S2, and the back electrode layer 30 and the transparent electrode layer 22 are electrically connected in the slit S2.
- a third slit S3 is formed in the back electrode layer 30 and patterned into a strip shape.
- the slit S ⁇ b> 3 is formed so as to penetrate the back electrode layer 30, the second photoelectric conversion unit 28, the intermediate layer 26, and the first photoelectric conversion unit 24 and reach the transparent electrode layer 22.
- the slit S3 is formed at a position where the slit S2 is sandwiched between the slit S3 and the slit S1.
- the slit S3 can be formed by laser processing.
- the slit S3 is formed by irradiating YAG laser at a position 50 ⁇ m lateral from the position of the slit S2.
- a YAG laser having an energy density of 0.7 J / cm 2 and a pulse frequency of 4 kHz is preferably used.
- the line width of the slit S3 is preferably 10 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less. Further, a groove for separating the peripheral region and the power generation region is formed around the photoelectric conversion device 100 by laser processing.
- a fourth slit S4 is formed in the back electrode layer 30 in the peripheral portion of the substrate 20, and a groove that separates the peripheral region and the power generation region is formed in the periphery of the photoelectric conversion device 100.
- the slit S4 is formed so as to penetrate the back electrode layer 30, the second photoelectric conversion unit 28, the intermediate layer 26, the first photoelectric conversion unit 24, and the transparent electrode layer 22 and reach the substrate 20.
- the slit S4 can be formed by laser processing. For example, it is preferable to use a YAG laser having a wavelength of 1064 nm, an energy density of 50 J / cm 2 , and a pulse frequency of 3 kHz.
- the line width of the slit S4 is preferably 10 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less.
- step S26 the end portion of the intermediate layer 26 exposed in the slits S3 and S4 is processed.
- the processing here is processing in which the end portion 26a of the intermediate layer 26 exposed in the slits S3 and S4 has a higher density than that other than the end portion 26a.
- Silane plasma can be generated, for example, by a 13.56 MHz RF plasma method.
- Silane (SiH 4 ) is introduced into the evacuated processing chamber at a predetermined pressure and flow rate, and silane plasma is generated by applying RF power to parallel plate electrodes and the like.
- silane plasma is generated by applying RF power to parallel plate electrodes and the like.
- the substrate 20 on which the slits S3 are formed on the parallel plate electrodes the exposed surface in the slits S3 can be exposed to silane plasma.
- silane (SiH 4 ) a silicon-containing gas such as disilane (Si 2 H 6 ) or dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) may be used.
- the end portion 26a of the intermediate layer 26 thus processed becomes a denser and denser film than other portions of the intermediate layer 26 (portions not exposed in the slits S3 and S4). It is possible to suppress deterioration of photoelectric conversion characteristics due to moisture or the like entering from the portion 26a.
- the back electrode layer 30 may be covered with a back sheet using a filler or the like and sealed.
- the filler and the back sheet can be resin materials such as EVA and polyimide. Sealing can be performed by covering the back electrode layer 30 coated with the filler with a back sheet and applying pressure to the back sheet toward the back electrode layer 30 while heating to a temperature of about 150 ° C. Thereby, it is possible to further suppress the intrusion of moisture or the like into the power generation layer of the photoelectric conversion device 100.
- the treatment for densifying the end portion 26a of the intermediate layer 26 is performed by using silane plasma.
- the covering layer 32 is formed so as to cover the end portion 26 a of the intermediate layer 26.
- the covering layer 32 is preferably an undoped silicon layer or an amorphous silicon layer. These layers have a denser and denser structure than the silicon oxide (SiOx) of the intermediate layer 26.
- the coating layer 32 can be formed by, for example, plasma enhanced chemical vapor deposition (CVD).
- CVD plasma enhanced chemical vapor deposition
- an RF plasma CVD method of 13.56 MHz is preferably applied.
- a mixed gas obtained by mixing a silicon-containing gas such as silane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and a diluent gas such as hydrogen (H 2 ) is formed into a plasma to form a film.
- a silicon-containing gas such as silane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 )
- a diluent gas such as hydrogen (H 2 )
- the oxygen content per unit volume of the coating layer 32 is lower than the oxygen content per unit volume of the end portion 26 a of the intermediate layer 26. Further, in the observation with a transmission electron microscope, the coating layer 32 is observed as a structure having a higher density than the end portion 26 a of the intermediate layer 26.
- the coating layer 32 formed in this way becomes a denser and denser film than the intermediate layer 26, and can suppress deterioration in photoelectric conversion characteristics due to intrusion of moisture or the like from the end portion 26a of the intermediate layer 26.
- the transparent electrode layer 22 exposed in the back electrode layer 30 and the slits S3 and S4 is covered with the coating layer 32, and photoelectric conversion characteristics due to moisture and the like intruding into these regions through the slits S3 and S4. It is also possible to suppress the deterioration of.
- the photoelectric conversion device 102 As shown in the cross-sectional view of FIG. 4, the photoelectric conversion device 102 according to the embodiment of the present invention has a substrate 20, a transparent electrode layer 22, a first photoelectric conversion unit 24, and an intermediate layer as in the first embodiment. 26, the 2nd photoelectric conversion unit 28, and the back surface electrode layer 30 are comprised.
- the photoelectric conversion apparatus 102 according to the second embodiment is the same as the first embodiment except for the method of forming the second slit S2 in step S20 and the third slit S3 and the fourth slit S4 in step S24. Can be formed.
- the region where the second slit S2 is formed is irradiated with the laser 40 from the substrate 20 side.
- the laser 40 is preferably a second harmonic of a YAG laser having a wavelength of 532 nm.
- the irradiation condition of the laser 40 is preferably a scan with a pulse width of 80 ns, a power density of 9.5 ⁇ 10 6 W / cm 2 and a processing speed of 800 mm / second.
- the laser 40 is absorbed by the first photoelectric conversion unit 24 in the interface region with the transparent electrode layer 22, and the first photoelectric conversion unit 24, the intermediate layer 26, and the second photoelectric conversion unit 28 are physically removed.
- the second slit S2 is formed, and at the same time, the film of the first photoelectric conversion unit 24, the intermediate layer 26, and the second photoelectric conversion unit 28 in the region near the second slit S2.
- a gap G extending in the thickness direction is formed.
- the region where the third slit S3 is formed is irradiated with the laser 42 from the substrate 20 side.
- the laser 42 is preferably a second harmonic of a YAG laser having a wavelength of 532 nm. It is preferable that the laser 42 is irradiated with a pulse width of 80 ns, a power density of 9.5 ⁇ 10 6 W / cm 2 , and a processing speed of 800 mm / second.
- the laser 42 is absorbed by the first photoelectric conversion unit 24 in the interface region with the transparent electrode layer 22, and the first photoelectric conversion unit 24, the intermediate layer 26, and the second photoelectric conversion unit 28 are physically removed.
- the third slit S3 is formed, and at the same time, the film of the first photoelectric conversion unit 24, the intermediate layer 26, and the second photoelectric conversion unit 28 in the vicinity of the third slit S3.
- a gap G extending in the thickness direction is formed.
- the region where the fourth slit S4 is formed is also irradiated with the laser 44 from the substrate 20 side.
- the laser 44 is preferably a YAG laser having a wavelength of 1064 nm.
- the irradiation condition of the laser 44 it is preferable to scan with a pulse frequency of 3 kHz, a power density of 50 J / cm 2 and a processing speed of 800 mm / second.
- the laser 44 is absorbed by the transparent electrode layer 22 in the interface region with the substrate 20, and the transparent electrode layer 22, the first photoelectric conversion unit 24, the intermediate layer 26, and the second photoelectric conversion unit 28 are physically removed. Thereby, as shown in FIG. 5, at the same time as the fourth slit S4 is formed, the film of the first photoelectric conversion unit 24, the intermediate layer 26, and the second photoelectric conversion unit 28 in the region near the fourth slit S4.
- a gap G extending in the thickness direction is formed.
- the gap G is formed along the extending direction of any of the second slit S2, the third slit S3, and the fourth slit S4, that is, the direction perpendicular to the plane of FIG. 4 and FIG.
- the gap G is formed so as to extend in the film thickness direction of the first photoelectric conversion unit 24, the intermediate layer 26, and the second photoelectric conversion unit 28.
- the gap G is formed from the interface between the transparent electrode layer 22 and the first photoelectric conversion unit 24 to a position separated by 0.2 ⁇ m or more before the back electrode layer 30.
- the width of the gap G is preferably 0.01 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less, for example, about 0.1 ⁇ m.
- the gap G is considered to be an air layer formed in the first photoelectric conversion unit 24, the intermediate layer 26 and the second photoelectric conversion unit 28. That is, the refractive index of the gap G is lower than the refractive indexes of the first photoelectric conversion unit 24, the intermediate layer 26, and the second photoelectric conversion unit 28. As shown by the arrows in FIG. The light traveling from the inside of the second photoelectric conversion unit 28 to any one of the second slit S2, the third slit S3, and the fourth slit S4 is reflected again inward in the gap G.
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Abstract
第1光電変換ユニット24と、第2光電変換ユニット28と、第1光電変換ユニット24と第2光電変換ユニット28との間に設けられた中間層26と、を備え、第1光電変換ユニット24、第2光電変換ユニット28及び中間層26を貫いてスリットS3が形成され、中間層26のスリットS3側の端部26aは、端部26a以外よりも高い密度を有する構成とする。
Description
本発明は、光電変換装置に関する。
図7に示すように、中間層14を挟んで上部及び下部の2つの光電変換ユニット10、12を積層したタンデム型の光電変換装置が知られている。上部及び下部の光電変換ユニット10、12に挟まれる中間層14には1種以上の透明導電膜が用いられる。また、裏面電極の一部には裏面反射層を兼ねる銀(Ag)の裏面電極18が形成され、透明電極層16まで貫いて形成されたスリットS2を介して裏面電極18が透明電極層16に接続される。さらに、スリットS3によって、単位セルに分割され、単位セルが直列に接続された構成となっている。
ところで、スリットS3内には中間層14の端部14aが露出している。中間層14は、比較的疎な膜であるので、外部から中間層14の端部14aを介して水分等が浸入し、光電変換装置の発電特性を低下させる等の悪影響を及ぼすおそれがある。
また、図8の矢印で示すように、透明導電膜や裏面電極のテクスチャ等で散乱された光はスリットS3の側面を介して表面や裏面から漏れ出す。このように漏れだした光は発電に寄与しないので、光電変換装置の発電効率が低下する原因となる。
本発明は、第1の光電変換ユニットと、第2の光電変換ユニットと、第2の光電変換ユニット上に設けられた電極と、第1の光電変換ユニットと第2の光電変換ユニットとの間に設けられた中間層と、を備え、第1の光電変換ユニット、第2の光電変換ユニット及び中間層を貫いてスリットが形成された光電変換装置であって、中間層のスリット側の端部は、端部以外よりも高い密度を有する、光電変換装置である。
また、本発明は、第1の光電変換ユニットと、第2の光電変換ユニットと、第2の光電変換ユニット上に設けられた電極と、第1の光電変換ユニットと第2の光電変換ユニットとの間に設けられた中間層と、を備え、第1の光電変換ユニット、第2の光電変換ユニット及び中間層を貫いてスリットが形成された光電変換装置であって、中間層のスリット側の端部は、中間層よりも高い密度を有する被覆層で覆われている、光電変換装置である。
また、本発明は、光電変換ユニットと、光電変換ユニットを挟むように形成された表面電極及び裏面電極と、を備え、光電変換ユニットを分割するスリット、に沿って光電変換ユニットの膜厚方向に延びるギャップが設けられている、光電変換装置である。
本発明は、発電特性の劣化を抑制した光電変換装置を提供することができる。
<第1の実施の形態>
本発明の実施の形態における光電変換装置100は、図1の断面図に示すように、基板20、透明電極層22、第1光電変換ユニット24、中間層26、第2光電変換ユニット28及び裏面電極層30を含んで構成される。
本発明の実施の形態における光電変換装置100は、図1の断面図に示すように、基板20、透明電極層22、第1光電変換ユニット24、中間層26、第2光電変換ユニット28及び裏面電極層30を含んで構成される。
以下、図2の製造工程図を参照して、光電変換装置100の製造方法及びその構造について説明する。なお、図1及び図2では光電変換装置100の構造を明確に示すために、光電変換装置100の一部を拡大して示し、各部の比率を変えて示している。
ステップS10では、基板20上に透明電極層22を形成する。基板20は、透光性を有する材料で構成する。基板20は、例えば、ガラス基板、プラスチック基板等とすることができる。透明電極層22は、透光性を有する透明導電膜とする。透明電極層22は、酸化錫(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、インジウム錫酸化物(ITO)等に錫(Sn)、アンチモン(Sb)、フッ素(F)、アルミニウム(Al)等をドープした透明導電性酸化物(TCO)のうち少なくとも一種類又は複数種を組み合わせた膜を用いることができる。透明電極層22は、例えば、スパッタリング法、MOCVD法(熱CVD)により形成する。基板20と透明電極層22の一方又は両方の表面に凹凸(テクスチャ構造)を設けることも好適である。
ステップS12では、透明電極層22に第1のスリットS1を形成して短冊状にパターニングする。スリットS1は、レーザ加工により形成することができる。例えば、波長1064nm、エネルギー密度13J/cm2、パルス周波数3kHzのYAGレーザを用いて透明電極層22を短冊状にパターニングすることができる。スリットS1の線幅は10μm以上200μm以下とすることが好適である。
ステップS14では、透明電極層22上に第1光電変換ユニット24を形成する。本実施の形態では、第1光電変換ユニット24は非晶質(アモルファス)シリコン太陽電池とする。第1光電変換ユニット24は、基板20側からp型、i型、n型の順にアモルファスシリコン膜を積層して形成する。第1光電変換ユニット24は、例えば、プラズマ化学気相成長法(CVD)により形成することができる。プラズマCVD法は、例えば、13.56MHzのRFプラズマCVD法を適用することが好適である。このとき、シラン(SiH4)、ジシラン(Si2H6)、ジクロルシラン(SiH2Cl2)等のシリコン含有ガス、メタン(CH4)等の炭素含有ガス、ジボラン(B2H6)等のp型ドーパント含有ガス、フォスフィン(PH3)等のn型ドーパント含有ガス及び水素(H2)等の希釈ガスを混合した混合ガスをプラズマ化して成膜を行うことによって、p型、i型、n型のアモルファスシリコン膜を積層することができる。第1光電変換ユニット24のi層の膜厚は100nm以上500nm以下とすることが好適である。
ステップS16では、第1光電変換ユニット24上に中間層26を形成する。中間層26は、透光性を有する材料で構成する。具体的には、酸化シリコン(SiOx)等の透明導電性酸化物(TCO)を用いることが好適である。特に、マグネシウム(Mg)やリン(P)がドープされた酸化シリコン(SiOx)を用いることが好適である。中間層26の膜厚は10nm以上200nm以下とすることが好適である。中間層26は、DCスパッタリング法又はプラズマCVD法により形成することができる。
ステップS18では、中間層26上に第2光電変換ユニット28を形成する。本実施の形態では、第2光電変換ユニット28は微結晶シリコン太陽電池とする。第2光電変換ユニット28は、基板20側からp型、i型、n型の順に微結晶シリコン膜を積層して形成する。第2光電変換ユニット28は、プラズマCVD法により形成することができる。プラズマCVD法は、例えば、13.56MHzのRFプラズマCVD法を適用することが好適である。第2光電変換ユニット28は、シラン(SiH4)、ジシラン(Si2H6)、ジクロルシラン(SiH2Cl2)等のシリコン含有ガス、メタン(CH4)等の炭素含有ガス、ジボラン(B2H6)等のp型ドーパント含有ガス、フォスフィン(PH3)等のn型ドーパント含有ガス及び水素(H2)等の希釈ガスを混合した混合ガスをプラズマ化して成膜を行うことによって形成することができる。第2光電変換ユニット28のi層の膜厚は1000nm以上5000nm以下とすることが好適である。
ステップS20では、第2のスリットS2を形成して短冊状にパターニングする。スリットS2は、第2光電変換ユニット28,中間層26,第1光電変換ユニット24を貫いて透明電極層22に到達するように形成する。スリットS2は、例えば、レーザ加工により形成することができる。レーザ加工は、これに限定されるものではないが、波長約532nm(YAGレーザの第2高調波)を用いて行うことが好適である。レーザ加工のエネルギー密度は例えば1×105W/cm2とすればよい。透明電極層22に形成したスリットS1の位置から50μm横の位置にYAGレーザを照射してスリットS2を形成する。スリットS2の線幅は、10μm以上200μm以下とすることが好適である。
ステップS22では、第2光電変換ユニット28上に裏面電極層30を形成する。裏面電極層30は、透明導電性酸化物(TCO)と反射性金属とを順に積層した構造とすることが好適である。透明導電性酸化物(TCO)としては、酸化錫(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、インジウム錫酸化物(ITO)等、又は、これらに不純物をドープしたものが用いられる。例えば、酸化亜鉛(ZnO)にアルミニウム(Al)を不純物としてドープしたものが用いられる。また、反射性金属としては、銀(Ag)、アルミニウム(Al)等の金属が使用できる。透明導電性酸化物(TCO)は、例えば、スパッタリング法又はCVD法等により形成することができる。裏面電極層30は、合わせて1μm程度の膜厚とすることが好適である。裏面電極層30の少なくとも一方には、光閉じ込め効果を高めるための凹凸を設けることが好適である。
裏面電極層30は、スリットS2に埋め込まれ、スリットS2内で裏面電極層30と透明電極層22とが電気的に接続される。
ステップS24では、裏面電極層30に第3のスリットS3を形成して短冊状にパターニングする。スリットS3は、裏面電極層30,第2光電変換ユニット28,中間層26,第1光電変換ユニット24を貫いて透明電極層22に到達するように形成する。スリットS3は、スリットS1との間にスリットS2を挟む位置に形成する。スリットS3は、レーザ加工により形成することができる。例えば、スリットS2の位置から50μm横の位置にYAGレーザを照射してスリットS3を形成する。YAGレーザは、エネルギー密度0.7J/cm2、パルス周波数4kHzのものを用いることが好適である。スリットS3の線幅は、10μm以上200μm以下とすることが好適である。さらに、レーザ加工により光電変換装置100の周辺に周辺領域と発電領域とを分離する溝を形成する。
また、基板20の周辺部分における裏面電極層30に第4のスリットS4を形成し、光電変換装置100の周辺に周辺領域と発電領域とを分離する溝を形成する。スリットS4は、裏面電極層30,第2光電変換ユニット28,中間層26,第1光電変換ユニット24及び透明電極層22を貫いて基板20に到達するように形成する。スリットS4は、レーザ加工により形成することができる。例えば、波長1064nm、エネルギー密度50J/cm2、パルス周波数3kHzのYAGレーザを用いることが好適である。スリットS4の線幅は、10μm以上200μm以下とすることが好適である。
ステップS26では、スリットS3及びS4内に露出した中間層26の端部に処理を施す。ここでの処理は、スリットS3及びS4内に露出した中間層26の端部26aが端部26a以外よりも高い密度となるような処理である。
具体的には、スリットS3及びS4を形成した後にシランプラズマに曝す処理を行うことが好適である。
シランプラズマは、例えば、13.56MHzのRFプラズマ法により生成することができる。真空排気された処理チャンバ内に、所定の圧力及び流量でシラン(SiH4)を導入し、平行平板電極等にRF電力を印加することによってシランプラズマを発生させる。平行平板電極に、スリットS3までを形成した基板20を設置することによってスリットS3内の露出面をシランプラズマに曝すことができる。なお、シラン(SiH4)の代りに、ジシラン(Si2H6)、ジクロルシラン(SiH2Cl2)等のシリコン含有ガスを用いてもよい。
このとき、化学式(1)で示されるような反応が起き、中間層26の端部26aにおける酸化シリコン(SiOx)が還元されて、中間層26の端部26aはより高密度なシリコン結合を有する領域となる。このとき、エネルギー分散型X線分光法(EDX)で分析すると、中間層26の端部26aの単位体積当たりの酸素含有量は、中間層26の端部26a以外の部分の単位体積当たりの酸素含有量よりも低くなる。また、透過電子顕微鏡での観察では、中間層26の端部26aは、中間層26の端部26a以外の部分よりも高密度の構造として観察される。
(化1)
SiH4+SiOx→Si-Si+H2O↑ ・・・(1)
(化1)
SiH4+SiOx→Si-Si+H2O↑ ・・・(1)
このように処理された中間層26の端部26aは、中間層26の他の部分(スリットS3及びS4内に露出していない部分)よりも高密度で緻密な膜となり、中間層26の端部26aから水分等が浸入することによる光電変換特性の劣化を抑制することができる。
さらに、充填材等を用いて裏面電極層30をバックシートで覆って封止してもよい。充填材及びバックシートは、EVA、ポリイミド等の樹脂材料とすることができる。充填材を塗布した裏面電極層30上をバックシートで覆い、150℃程度の温度に加熱しつつ裏面電極層30へ向かってバックシートに圧力を加えることによって封止を行うことができる。これによって、光電変換装置100の発電層への水分等の浸入をより抑制することができる。
<変形例>
上記実施の形態ではシランプラズマを利用することによって中間層26の端部26aを高密度化する処理を行った。本変形例では、上記処理に代わって、又は上記処理に加えて、図3に示すように、中間層26の端部26aを覆うように被覆層32を形成する。
上記実施の形態ではシランプラズマを利用することによって中間層26の端部26aを高密度化する処理を行った。本変形例では、上記処理に代わって、又は上記処理に加えて、図3に示すように、中間層26の端部26aを覆うように被覆層32を形成する。
被覆層32は、ドープされていないシリコン層やアモルファスシリコン層とすることが好適である。これらの層は、中間層26の酸化シリコン(SiOx)よりも高密度で緻密な構造を有する。
被覆層32は、例えば、プラズマ化学気相成長法(CVD)により形成することができる。プラズマCVD法は、例えば、13.56MHzのRFプラズマCVD法を適用することが好適である。このとき、シラン(SiH4)、ジシラン(Si2H6)、ジクロルシラン(SiH2Cl2)等のシリコン含有ガス及び水素(H2)等の希釈ガスを混合した混合ガスをプラズマ化して成膜を行うことによって、ドープされていないシリコン層やアモルファスシリコン層を積層することができる。
このとき、エネルギー分散型X線分光法(EDX)で分析すると、被覆層32の単位体積当たりの酸素含有量は、中間層26の端部26aの単位体積当たりの酸素含有量よりも低くなる。また、透過電子顕微鏡での観察では、被覆層32は、中間層26の端部26aよりも高密度の構造として観察される。
このように形成された被覆層32は、中間層26よりも高密度で緻密な膜となり、中間層26の端部26aから水分等が浸入することによる光電変換特性の劣化を抑制することができる。また、裏面電極層30やスリットS3及びS4内に露出していた透明電極層22が被覆層32で覆われ、スリットS3及びS4を介してこれらの領域に水分等が浸入することによる光電変換特性の劣化も抑制することができる。
<第2の実施の形態>
本発明の実施の形態における光電変換装置102は、図4の断面図に示すように、第1の実施の形態と同様に、基板20、透明電極層22、第1光電変換ユニット24、中間層26、第2光電変換ユニット28及び裏面電極層30を含んで構成される。
本発明の実施の形態における光電変換装置102は、図4の断面図に示すように、第1の実施の形態と同様に、基板20、透明電極層22、第1光電変換ユニット24、中間層26、第2光電変換ユニット28及び裏面電極層30を含んで構成される。
第2の実施の形態に係る光電変換装置102では、ステップS20で第2のスリットS2並びにステップS24の第3のスリットS3及び第4のスリットS4の形成方法以外は第1の実施の形態と同様に形成することができる。
本実施の形態では、ステップS20において、第2のスリットS2を形成する領域に対して基板20側からレーザ40を照射する。レーザ40は、波長532nmのYAGレーザの2倍高調波とすることが好適である。レーザ40の照射条件は、パルス幅80ns、パワー密度9.5×106W/cm2で加工速度800mm/秒で走査することが好適である。レーザ40は透明電極層22との界面領域で第1光電変換ユニット24に吸収され、第1光電変換ユニット24、中間層26、第2光電変換ユニット28が物理的に除去される。これにより、図5に示すように、第2のスリットS2が形成されると同時に、第2のスリットS2の近傍領域において第1光電変換ユニット24、中間層26、第2光電変換ユニット28の膜厚方向に向けて延びるギャップGが形成される。
また、ステップS24において、第3のスリットS3を形成する領域に対して基板20側からレーザ42を照射する。レーザ42は、波長532nmのYAGレーザの2倍高調波とすることが好適である。レーザ42の照射条件は、パルス幅80ns、パワー密度9.5×106W/cm2で加工速度800mm/秒で走査することが好適である。レーザ42は透明電極層22との界面領域で第1光電変換ユニット24に吸収され、第1光電変換ユニット24、中間層26、第2光電変換ユニット28が物理的に除去される。これにより、図5に示すように、第3のスリットS3が形成されると同時に、第3のスリットS3の近傍領域において第1光電変換ユニット24、中間層26、第2光電変換ユニット28の膜厚方向に向けて延びるギャップGが形成される。
また、第4のスリットS4を形成する領域に対しても基板20側からレーザ44を照射する。レーザ44は、波長1064nmのYAGレーザとすることが好適である。レーザ44の照射条件は、パルス周波数3kHz、パワー密度50J/cm2で加工速度800mm/秒で走査することが好適である。レーザ44は基板20との界面領域で透明電極層22に吸収され、透明電極層22、第1光電変換ユニット24、中間層26、第2光電変換ユニット28が物理的に除去される。これにより、図5に示すように、第4のスリットS4が形成されると同時に、第4のスリットS4の近傍領域において第1光電変換ユニット24、中間層26、第2光電変換ユニット28の膜厚方向に向けて延びるギャップGが形成される。
ギャップGは、第2のスリットS2、第3のスリットS3、第4のスリットS4のいずれかの延設方向、すなわち図4及び図5の紙面垂直方向に沿って形成される。また、ギャップGは、第1光電変換ユニット24、中間層26、第2光電変換ユニット28の膜厚方向に向けて延びるように形成される。特に、ギャップGは、透明電極層22と第1光電変換ユニット24との界面から始まり、裏面電極層30の手前0.2μm以上離れた位置まで形成されることが好適である。また、第2のスリットS2、第3のスリットS3、第4のスリットS4のいずれかから0.1μm以上離れた位置から0.8μm以内の領域に形成されることが好適である。また、ギャップGの幅は、0.01μm以上1μm以下が好適であり、例えば、0.1μm程度となる。
ギャップGは、第1光電変換ユニット24、中間層26及び第2光電変換ユニット28内に形成された空気の層であると考えられる。すなわち、ギャップGの屈折率は第1光電変換ユニット24、中間層26及び第2光電変換ユニット28の屈折率より低く、図6の矢印で示すように、第1光電変換ユニット24、中間層26及び第2光電変換ユニット28の内部から第2のスリットS2、第3のスリットS3、第4のスリットS4のいずれかへ向かう光はギャップGにおいて再び内側へ向かって反射される。ギャップGがない従来の光電変換装置の場合、光電変換ユニットからスリットへ向かう光の一部が光電変換ユニットとスリット(EVA等の充填材)との面で反射される。ギャップGを設けることによって、第2のスリットS2、第3のスリットS3、第4のスリットS4のいずれかから漏れ出す光の量が従来の光電変換装置に比べて低減され、第1光電変換ユニット24及び第2光電変換ユニット28での変換効率が向上される。
なお、上記実施の形態及び変形例において、基板20の第4のスリットS4より外周部の透明電極層22、第1光電変換ユニット24、中間層26、第2光電変換ユニット28、裏面電極層30をすべて取り除いた構成としてもよい。この場合でも、上記実施の形態及び変形例と同様の効果を得ることができる。
10 光電変換ユニット、14 中間層、14a 端部、16 透明電極層、18 裏面電極、20 基板、22 透明電極層、24 光電変換ユニット、26 中間層、26a 端部、28 光電変換ユニット、30 裏面電極層、32 被覆層、100 光電変換装置。
Claims (9)
- 第1の光電変換ユニットと、第2の光電変換ユニットと、前記第2の光電変換ユニット上に設けられた電極と、
前記第1の光電変換ユニットと前記第2の光電変換ユニットとの間に設けられた中間層と、を備え、
前記第1の光電変換ユニット、前記第2の光電変換ユニット、前記電極及び前記中間層を貫いてスリットが形成された光電変換装置であって、
前記中間層の前記スリット側の端部は、前記端部以外よりも高い密度を有することを特徴とする光電変換装置。 - 請求項1に記載の光電変換装置であって、
前記中間層の前記端部は、前記中間層の前記端部以外よりも酸素の含有率が低いことを特徴とする光電変換装置。 - 第1の光電変換ユニットと、第2の光電変換ユニットと、前記第2の光電変換ユニット上に設けられた電極と、
前記第1の光電変換ユニットと前記第2の光電変換ユニットとの間に設けられた中間層と、を備え、
前記第1の光電変換ユニット、前記第2の光電変換ユニット、前記電極及び前記中間層を貫いてスリットが形成された光電変換装置であって、
前記中間層の前記スリット側の端部は、前記中間層よりも高い密度を有する被覆層で覆われていることを特徴とする光電変換装置。 - 請求項3に記載の光電変換装置であって、
前記被覆層は、ドープされていないシリコン層であることを特徴とする光電変換装置。 - 請求項3に記載の光電変換装置であって、
前記被覆層は、アモルファスシリコン層であることを特徴とする光電変換装置。 - 光電変換ユニットと、
前記光電変換ユニットを挟むように形成された表面電極及び裏面電極と、
を備え、
前記光電変換ユニットを分割するスリットに沿って前記光電変換ユニットの膜厚方向に延びるギャップが設けられていることを特徴とする光電変換装置。 - 請求項6に記載の光電変換装置であって、
前記ギャップは、前記表面電極と前記光電変換ユニットとの界面から前記裏面電極と前記光電変換ユニットとの界面方向に延び、前記裏面電極まで到達していないことを特徴とする光電変換装置。 - 請求項6に記載の光電変換装置であって、
前記ギャップは、前記スリットから0.1μm以上離れ、0.8μm以内の範囲に設けられていることを特徴とする光電変換装置。 - 請求項6に記載の光電変換装置であって、
前記ギャップは、0.01μm以上1μm以下の幅であることを特徴とする光電変換装置。
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