专利名称：光电转换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光电转换装置，尤其是涉及三层型太阳电池。
背景技术：
作为将太阳光的能量转换为电能的太阳电池中使用的光电转换装置，已知有具备 光电转换层的薄膜硅系光电转换装置，所述光电转换层是通过等离子体CVD法等制成ρ型 硅系半导体(P层)、i型硅系半导体(i层)及η型硅系半导体(η层)的薄膜而形成的具 有pin结(pin接合)的光电转换层。作为薄膜硅系光电转换装置的优点，可列举与结晶系光电转换装置相比，大面积 化容易，另外由于光电转换层的膜厚为结晶系光电转换装置的1/100左右，所以能够以少 量的材料进行生产。因此，与结晶系光电转换装置相比，可以降低光电转换层的生产所需的 时间及成本。另一方面，作为薄膜硅系光电转换装置的缺点，可列举与结晶系光电转换装置 相比，转换效率低。作为提高转换效率的手法，除了使薄膜硅材料(非晶质硅、非晶质硅锗、微晶硅 等)的膜的品质提高外，已知有采用层叠多层的禁带不同的光电转换层的多接合型光电转 换装置，特别是层叠有三层的光电转换层的三层型光电转换装置。主要的理由是，通过将禁 带不同的光电转换层组合，可实现波长范围宽的太阳光能量的有效利用，并且可提高各转 换元件的光子能量的转换效率。作为三层型光电转换装置，例如采用作为光电转换层从光入射侧依次层叠了非晶 硅层、微晶硅层、及微晶硅锗层的构造(专利文献1)、及从光入射侧依次层叠了非晶硅层、 两层非晶硅锗层的构造(专利文献2)。专利文献1 日本特开平10-125944号公报专利文献2 日本特开平7497420号公报
发明内容
在专利文献1中，记载有为了制作转换效率优异且使光劣化率降低的光电动势元 件，在具有多个Pin结的光电动势元件中，具有如下特征的电池组单元是有效的，即，从光 入射侧起数第一 Pin结的i型半导体层具有非晶硅，第二 pin结的i型半导体层具有微晶 硅，第三pin结的i型半导体层具有微晶硅锗。另外记载有，为了获得实用上需要的稳定化 转换效率，微晶SiGe的Ge组成比需要为45%以上。作为其理由是因为，上述Ge浓度越高， 禁带越窄，能够高效地吸收长波长的光。但是，为了提高薄膜硅太阳电池转换效率，在进行微晶硅锗膜质提高的过程中，微 晶硅锗膜也与非晶硅锗膜相同，随着Ge浓度增加，膜质降低，其结果，即使为期待相对于长 波长的光具有高的灵敏度的高Ge浓度(Ge浓度45%以上)，也不能增加发电电流，可知反 而性能降低。这预想是由于在高Ge浓度区域微晶硅锗实质上从i型向ρ型转移。本发明是鉴于上述情况而创立的，提供一种用于获得高的转换效率的三层型光电转换装置的适当的膜厚构成。高Ge浓度的微晶硅锗P型化的原因认为是由于膜中的自由键等缺陷大量存在，该 缺陷成为空穴供给源。本发明中，在能够抑制使微晶硅锗中的Ge浓度为更低的浓度的ρ型 化的条件下，实现产生了微晶硅锗特有的高的长波长灵敏度的三层构造光电转换装置。S卩，本发明提供一种光电转换装置，在基板上具备透明电极层、层叠有三层具有 Pin结的电池层而成的光电转换层、及背面电极层，其特征在于，所述电池层中设置于光的 入射侧的入射部的电池层具有膜厚为IOOnm以上且200nm以下的非晶质硅i层，在所述电 池层中相对于光的入射侧设置于相反侧的底部的电池层具有膜厚为700nm以上且1600nm 以下的晶质硅锗i层，所述晶质硅锗i层中的所述锗原子相对于锗原子和硅原子之和的比 例为15原子％以上且25原子％以下，设置于所述入射部的电池层和所述底部的电池层之 间的中间部的电池层具有膜厚为SOOnm以上且2000nm以下的晶质硅i层。这样，在具备层叠了三层电池层的光电转换层的光电转换装置中，底部的电池层 的晶质硅锗i层中的锗原子相对于锗原子和硅原子之和的比例为15原子％以上且25原 子％以下的情况下，如果各电池层的i层的膜厚在上述范围内，则可以得到具有高的转换 效率的光电转换装置。该情况下，优选所述晶质硅锗i层的膜厚相对于所述晶质硅i层的膜厚之比为0. 6 以上且1.0以下。根据本发明者的研究，发现晶质硅锗i层的膜厚相对于晶质硅i层的膜厚之比和 转换效率之间有较强的相关性。这样，如果晶质硅锗i层的膜厚相对于晶质硅i层的膜厚 之比为0. 6以上且1. 0以下，优选为0. 7以上且1. 0以下，则能够可靠地获得具有高的转换 效率的光电转换装置。本发明提供一种光电转换装置，在基板上具备透明电极层、层叠有三层具有pin 结的电池层而成的光电转换层、及背面电极层，其特征在于，所述电池层中设置于光的入射 侧的入射部的电池层具有膜厚为150nm以上且250nm以下的非晶质硅i层，在所述电池层 中相对于光的入射侧设置于相反侧的底部的电池层具有膜厚为IOOOnm以上且3000nm以下 的晶质硅锗i层，所述晶质硅锗i层中的所述锗原子相对于锗原子和硅原子之和的比例为 大于25原子％且35原子％以下，设置于所述入射部的电池层和所述底部的电池层之间的 中间部的电池层具有膜厚为IOOOnm以上且3000nm以下的晶质硅i层。这样，在具备层叠了三层电池层而成的光电转换层的光电转换装置中，底部的电 池层的晶质硅锗i层中的锗原子相对于锗原子和硅原子之和的比例为大于25原子％且35 原子％以下的情况下，如果各电池层的i层的膜厚在所述范围内，则能够得到具有高的转 换效率的光电转换装置。该情况下，优选所述晶质硅锗i层的膜厚相对于所述晶质硅i层的膜厚之比为0. 9 以上且1.6以下。这样，如果晶质硅锗i层的膜厚相对于晶质硅i层的膜厚之比为0. 9以上且1. 6 以下，优选为1以上且1. 6以下，则能够可靠地得到具有高的转换效率的光电转换装置。本发明提供一种光电转换装置，在基板上具备透明电极层、层叠有三层具有pin 结的电池层而成的光电转换层、及背面电极层，其特征在于，所述电池层中设置于光的入射 侧的入射部的电池层具有膜厚为150nm以上且300nm以下的非晶质硅i层，在所述电池层中相对于光的入射侧设置于相反侧的底部的电池层具有膜厚为IOOOnm以上且2000nm以下 的晶质硅锗i层，所述晶质硅锗i层中的所述锗原子相对于锗原子和硅原子之和的比例为 大于35原子％且45原子％以下，设置于所述入射部的电池层和所述底部的电池层之间的 中间部的电池层具有膜厚为IOOOnm以上且2500nm以下的晶质硅i层。这样，在具备层叠了三层电池层而成的光电转换层的光电转换装置中，在底部的 电池层的晶质硅锗i层中的锗原子相对于锗原子和硅原子之和的比例大于35原子％且45 原子％以下的情况下，如果各电池层的i层的膜厚在所述范围内，则能够得到具有高的转 换效率的光电转换装置。该情况下，优选所述晶质硅锗i层的膜厚相对于所述晶质硅i层的膜厚之比为0. 7 以上且1.2以下。这样，如果晶质硅锗i层的膜厚相对于晶质硅i层的膜厚之比为0. 7以上且1. 2 以下，优选为0. 8以上且1. 1以下，则能够可靠地得到具有高的转换效率的光电转换装置。在上述发明中，可以在所述入射部的电池层和所述中间部的电池层之间设置中间 接触层。通过设置中间接触层，能够减薄入射部的电池层，并且能够抑制光劣化而得到高 的稳定化输出。在所述发明中，可以在所述底部的电池层和所述背面电极层之间设置第二透明电极层。通过在底部的电池层和背面电极层之间设置第二透明电极层，可以使渗入背面电 极层内部的光的电场强度分布浅且小，因此，能够减少背面电极层的光吸收量。根据本发明，在具备层叠了三层电池层而成的光电转换层的光电转换装置中，对 应于底部的电池层的晶质硅锗i层中的锗原子相对于锗原子和硅原子之和的比例，如上所 述设定各电池层的i层的膜厚，由此，可以得到具有高的转换效率的光电转换装置。
图1是示意性表示本发明第一实施方式的光电转换装置的构成的剖面图；图2是说明作为本发明的光电转换装置制造太阳电池板的一实施方式的概略图；图3是说明作为本发明的光电转换装置制造太阳电池板的一实施方式的概略图；图4是说明作为本发明的光电转换装置制造太阳电池板的一实施方式的概略图；图5是说明作为本发明的光电转换装置制造太阳电池板的一实施方式的概略图；图6是表示实施例1的太阳电池单元的第二电池层的晶质硅i层的膜厚和转换效 率之间的关系的图表；图7是表示实施例1的太阳电池单元的第三电池层的晶质硅锗i层的膜厚和转换 效率之间的关系的图表；图8是表示实施例1的太阳电池单元的晶质硅锗i层的膜厚相对于晶质硅i层的 膜厚之比和转换效率之间的关系的图表；图9是表示实施例2的太阳电池单元的第二电池层的晶质硅i层的膜厚和转换效 率之间的关系的图表；图10是表示实施例2的太阳电池单元的第三电池层的晶质硅锗i层的膜厚和转换效率之间的关系的图表；图11是表示实施例2的太阳电池单元的晶质硅锗i层的膜厚相对于晶质硅i层 的膜厚之比和转换效率之间的关系的图表；图12是表示实施例3的太阳电池单元的第二电池层的晶质硅i层的膜厚和转换 效率之间的关系的图表；图13是表示实施例3的太阳电池单元的第三电池层的晶质硅锗i层的膜厚和转 换效率之间的关系的图表；图14是表示实施例3的太阳电池单元的晶质硅锗i层的膜厚相对于晶质硅i层 的膜厚之比和转换效率之间的关系的图表。标号说明
1基板
2第一透明电极层
3光电转换层
4背面电极层
5第二透明电极层
91第一电池层
92第二电池层
93第三电池层
100光电转换装置
具体实施例方式<第一实施方式>对本发明第一实施方式的光电转换装置的构成进行说明。图1是表示本实施方式的光电转换装置的构成的概略图。光电转换装置100为硅 系太阳电池，具备基板1、第一透明电极层2、光电转换层3、第二透明电极层5、及背面电极 层4。光电转换层3具备包含非晶质硅i层的第一电池层91 (入射部的电池层)、包含晶质 硅i层的第二电池层92(中间部的电池层)及包含晶质硅锗i层的第三电池层93(底部的 电池层)。在此，晶质硅是指非晶质硅以外的硅，也包含微晶硅及多晶硅。其次，作为本实施方式的光电转换装置，使用图2 图5对制造太阳电池板的工序 进行说明。(1)图2(幻作为基板1使用浮法碱玻璃基板(例如1. 4mX 1. ImX板厚3 6mm的一边超过 Im的大面积基板)。为了防止热应力及冲击等带来的破损，优选基板端面进行拐角倒角或 R倒角加工。(2)图 2 (b)作为第一透明电极层2，通过热CVD装置在约500°C下制成以氧化锡(SnO2)为主 成分的膜厚约500nm以上且SOOnm以下的透明电极膜。此时，在透明电极膜的表面形成具 有适当的凹凸的纹理。作为透明电极层2，在透明电极膜的基础上，也可以在基板1和透明 电极膜之间形成碱性阻挡膜(未图示)。碱性阻挡膜通过热CVD装置在约500°C下制成膜厚50nm以上且150nm以下的氧化硅膜(SiO2)。(3)图 2 (C)然后，将基板1设置于X-Y工作台上，如图中箭头所示，从透明电极层的层面侧入 射YAG激光的第一高次谐波(1064nm)。调整激光功率以使加工速度合适，使基板1和激光 向相对于发电电池的串联连接方向垂直的方向相对移动，将透明电极膜激光蚀刻为宽度约 6mm 15mm的规定宽度的长方形以形成槽10。(4)图 2 (d)作为第一电池层91，通过等离子体CVD装置制成由非晶质硅ρ层、非晶质硅i层、 及晶质硅η层。以SiH4气体及H2气体为主原料，在减压气氛30Pa以上且1000 以下、基 板温度约200°C，在透明电极层2上从太阳光的入射侧按ρ层、i层、η层的顺序进行成膜。 非晶质硅P层为非晶质的掺杂硼的硅膜，膜厚为IOnm以上且30nm以下。非晶质硅i层为 膜厚IOOnm以上且200nm以下，优选为120nm以上且160nm以下。晶质硅η层为掺杂磷的 晶质硅膜，膜厚为30nm以上且50nm以下。为了提高界面特性，也可以在非晶质硅ρ层31 和非晶质硅i层32之间设置缓冲层。在第一电池层91上通过等离子体CVD装置制成由晶质硅薄膜构成的P层、i层及 η层作为第二电池层92。以SiH4气体及吐气体为主原料，以减压气氛3000Pa以下、基板 温度约200°C、等离子体发生频率40MHz以上且IOOMHz以下，按ρ层、i层、η层的顺序进 行成膜。晶质硅P层为掺杂了硼的晶质硅膜，膜厚为IOnm以上且50nm以下。晶质硅i层 的膜厚为IOOOnm以上且2000nm以下，优选为IOOOnm以上且1600nm以下。晶质硅η层为 掺杂了磷的晶质硅膜，膜厚为20nm以上且50nm以下。在第二电池层93上，通过等离子体CVD装置制成由晶质硅薄膜构成的P层及η层、 由晶质硅锗薄膜构成的i层作为第三电池层93。以SiH4气体、GeH4气体及吐气体为主原料， 在减压气氛30001 以下、基板温度约200°C、等离子体发生频率40MHz以上且IOOMHz以 下，按P层、i层、η层的顺序进行成膜。在制成P层、η层时不使用GeH4气体。锗原子相对 于晶质硅锗i层中的锗原子和硅原子之和的比例(以下称为Ge组成比)是通过调整原料 气体的流量比来进行控制。本实施方式中，Ge组成比为15原子％以上且25原子％以下。 晶质硅锗P层为掺杂有硼的晶质硅膜，膜厚为IOnm以上且50nm以下。晶质硅锗i层的膜 厚为700nm以上且1600nm以下、优选为800nm以上且1200nm以下。晶质硅η层为掺杂有 磷的晶质硅膜，膜厚为IOnm以上且50nm以下。在本实施方式中，第三电池层93的晶质硅锗i层的膜厚相对于第二电池层92的 晶质硅i层的膜厚之比为0. 6以上且1. 0以下，优选为0. 7以上且1. 0以下。在第一电池层91上，为了改善第一电池层91和第二电池层92的接触性并且取得 电流整合性，也可以形成作为半反射膜的中间接触层。作为中间接触层，通过DC溅射装置， 使用靶掺杂( 的ZnO烧结体，形成膜厚20nm以上且IOOnm以下的GZO (掺杂fei的SiO) 膜。(5)图 2 (e)将基板1设于X-Y工作台上，如箭头所示从光电转换层3的膜面侧入射激光二极 管激励YAG激光的第二高次谐波(532nm)。设脉冲振荡10kHz以上且20kHz以下，调整激 光功率以使加工速度合适，对透明电极层2的激光蚀刻线的约IOOym 150μπι的横侧进行激光蚀刻以形成槽11。另外，该激光也可以从基板1侧入射。该情况下，由于可利用通 过被光电转换层3的第一电池层91吸收的能量产生的高的蒸汽压，因此，可以进行更稳定 的激光蚀刻加工。激光蚀刻线的位置以不与前工序的蚀刻线交叉的方式考虑定位公差而选定。(6)图 3 (a)作为背面电极层4，通过溅射装置，以减压气氛、约150°C依次制成Ag膜。在本实 施方式中，背面电极层4为依次层叠如下膜而成的层膜厚为200nm以上且500nm以下的Ag 膜、作为对该Ag膜进行保护的材料的防腐蚀效果高的IOnm以上且20nm以下的Ti膜。另 外，替代Ti膜也可以设为250nm以上且350nm以下的Al膜。通过使Ti为Al，可保持防腐 蚀效果，同时可降低材料成本。另外，为了实现第三电池层的η层和背面电极层4的接触电阻降低和光反射提高， 在光电转换部3和背面电极层4之间通过溅射装置制成膜厚50nm以上且IOOnm以下的ZnO 系膜(例如GZO (掺杂( 的SiO)膜)而进行设置。(7)图 3 (b)将基板1设置于X-Y工作台上，如图中箭头所示，从基板1侧入射激光二极管激励 YAG激光的第二高次谐波(532nm)。激光由光电转换层3吸收，利用此时产生的高的气体蒸 汽压使背面电极层4爆裂而将其除去。设定脉冲振荡1kHz以上且IOkHz以下，调整激光 功率以使加工速度合适，激光蚀刻透明电极层2的激光蚀刻线的约250 μ m 400 μ m的横 侧以形成槽12。(8)图 3 (C)区分发电区域，除去在基板端周边的膜端部因激光蚀刻引起的串联连接部分容易 短路的影响。将基板1设置于X-Y工作台上，从基板1侧入射激光二极管激励YAG激光的 第二高次谐波(532nm)。激光由透明电极层2和光电转换层3吸收，利用此时发生的高的气 体蒸汽压使背面电极层4爆裂，除去背面电极层4/光电转换层3/透明电极层2。设定脉 冲振荡1kHz以上且IOkHz以下，调整激光功率以使加工速度合适，如图3(c)所示，对距基 板1的端部5mm 20mm的位置进行激光蚀刻，以形成X方向绝缘槽15。此时，Y方向绝缘 槽在后工序中进行基板1周围区域的膜面研磨除去处理，因此，不需要设置。对于绝缘槽15，通过在距基板1的端部5mm IOmm的位置结束蚀刻，对抑制外部 湿分从太阳电池板端部向太阳电池模块6内部浸入起到有效的效果，故而优选之。另外，以上之前的工序的激光为YAG激光，可同样使用YV04激光及光纤激光等。(9)图 4 (a)为了确保后工序的经由EVA等的与背板M的牢固的粘接/密封面，基板1周边 (周围区域14)的层叠膜具有台阶，并且容易剥离，因此，将层叠膜除去。在距基板1的端部 5 20mm遍及基板1的整个周围，X方向在比上述的图3(c)工序中设置的绝缘槽15靠近 基板端侧、Y方向在比基板端侧部附近的槽10靠近基板端侧，使用砂轮研磨及喷砂研磨等 对于背面电极层4/光电转换层3/透明电极层2进行除去。研磨屑及磨料通过对基板1进 行洗净处理而除去。(10)图 4(b)端子箱23的安装部分在背板对上设置开口贯通窗以将集电板取出。在该开口贯通窗部分设置有多层绝缘材料，抑制来自外部的湿分等的浸入等。按照从串联排列的一端的太阳电池发电电池和另一端部的太阳电池发电电池使 用铜箔集电并从太阳电池板背侧的端子箱的部分取出电力的方式进行处理。为了防止铜箔 与各部之间的短路而配置比铜箔宽度宽的绝缘板。在将集电用铜箔等配置于规定位置后，以覆盖太阳电池模块6整体且不超出基板 1的方式配置EVA(乙烯醋酸乙烯酯共聚物)等构成的粘接充填材料板。在EVA上设置防水效果高的背板24。背板M在本实施方式中由PET板/Al箔/ PET板这3层构造构成，以使防水防湿效果高。直至背板M配置于规定位置而成的构件，通过层压在减压气氛下进行内部脱气， 且在约150°C 160°C下进行挤压，并且使EVA交联而贴紧。(11)图 5(a)通过粘接剂将端子箱23安装在太阳电池模块6的背侧。(12)图 5(b)用焊锡等将铜箔和端子箱23的输出电缆连接，且用密封剂(浇注剂)充填端子箱 内部而进行密闭。至此完成太阳电池板50。(13)图 5 (C)对至图5 (b)为止的工序所形成的太阳电池板50进行发电检查以及规定的性能试 验。发电检查是使用AMI. 5、全天日照标准太阳光(1000W/m2)的太阳模拟器而进行。(14)图 5(d)在发电检查(图5(c))前后，以外观检查为主进行规定的性能检查。<第二实施方式>本发明第二实施方式的光电转换装置中，第一电池层91的非晶质硅i层的膜厚为 150nm以上且250nm以下，优选为160nm以上且200nm以下。第二电池层92的晶质硅i层 的膜厚为IOOOnm以上且3000nm以下，优选为1600nm以上且MOOnm以下。第三电池层93 的晶质硅锗i层的Ge组成比为大于25原子且35原子％以下，膜厚为IOOOnm以上且3000nm 以下，优选为1500nm以上且2500nm以下。在第二实施方式中，第三电池层93的晶质硅锗i层的膜厚相对于第二电池层92 的晶质硅i层的膜厚之比为0. 9以上且1. 6以下，优选为1. 1以上且1. 6以下。<第三实施方式>本发明第三实施方式的光电转换装置中，第一电池层91的非晶质硅i层的膜厚为 150nm以上且300nm以下，优选为160nm以上且MOnm以下。第二电池层92的晶质硅i层 的膜厚为IOOOnm以上且2500nm以下，优选为1400nm以上且2000nm以下。另外，第三电池 层93的晶质硅锗i层的Ge组成比为大于35原子％且45原子％以下，膜厚为IOOOnm以上 且2000nm以下，优选为1200nm以上且1800nm以下。在第三实施方式中，第三电池层93的晶质硅锗i层的膜厚相对于第二电池层92 的晶质硅i层的膜厚之比为0. 7以上且1. 2以下，优选为0. 8以上且1. 1以下。实施例(实施例1)关于在玻璃基板1上依次层叠有第一透明电极层2、第一电池层91、第二电池层92、第三电池层93、第二透明电极层5、背面电极层4的太阳电池单元的构造模型，进行从玻 璃基板侧入射了光的情况下的基于FDTD(Finite Difference Time Domain 时域有限差分 法)法的光学解析计算。第一透明电极层2假设具有与第一电池层的界面存在山型的凹凸的纹理构造。设 第一透明电极层2的膜厚为700nm、纹理构造的平均间距(1周期量的宽度)为400nm以上 且SOOnm以下、仰角(距玻璃基板面的角度)30°。第一电池层91中，设非晶质硅ρ层的膜厚为lOnm、晶质硅η层的膜厚为40nm。将 非晶质硅i层的膜厚设为120nm、140nm、160nm。第二电池层92中，设晶质硅ρ层的膜厚为30nm、晶质硅η层的膜厚为30nm。将晶 质硅i层的膜厚在IOOOnm 1600nm的范围内适当设定。第三电池层93中，设晶质硅ρ层的膜厚为30nm、晶质硅η层的膜厚为30nm。将晶 质硅锗i层的Ge组成比设为20原子％，将膜厚在SOOnm 1200nm的范围内适当设定。设第二透明电极层5为膜厚SOnm的GZO膜。设背面电极层4为膜厚160nm的Ag膜。从第一电池层到背面电极层的各层的界面的形状假设为与第一透明电极层相同 的形状。另外，第一电池层乃至第三电池层的各层的介质数据使用根据实测的电流特性得 到的值。因此，本计算中，由于也考虑到电子的再耦合带来的损失，所以可以得到接近实际 的太阳电池单元的转换效率的值。图6是表示实施例1的太阳电池单元的第二电池层的晶质硅i层的膜厚和转换效 率之间的关系的图表。该图中，横轴是晶质硅i层的膜厚，纵轴是转换效率。图7是表示实 施例1的太阳电池单元的第三电池层的晶质硅锗i层的膜厚和转换效率之间的关系的图 表。该图中，横轴是晶质硅锗i层的膜厚，纵轴是转换效率。即使晶质硅i层及晶质硅锗i 层为相同膜厚，转换效率也会发现偏差。图8是表示实施例1的太阳电池单元的晶质硅锗i层的膜厚相对于晶质硅i层的 膜厚之比与转换效率之间的关系的图表。该图中，横轴为膜厚比(晶质硅锗i层膜厚/晶 质硅i层膜厚)，纵轴为转换效率。膜厚比在0.6以上且1.0以下的范围，太阳电池单元的 转换效率为12 13%左右，可得到高的转换效率。(实施例2)对于与实施例1相同的太阳电池单元的构造模型，进行光学解析计算。在实施例 2中，将第一电池层91的非晶质硅i层的膜厚设为120nm及160nm。将第二电池层92的晶 质硅i层的膜厚在ieOOnm MOOnm的范围内适当设定。将第三电池层93的晶质硅锗i 层的Ge组成比设为30原子％，将膜厚在1500nm 2500nm的范围内适当设定。图9是表示实施例2的太阳电池单元的第二电池层的晶质硅i层的膜厚和转换效 率之间的关系的图表。该图中，横轴为晶质硅i层的膜厚，纵轴为转换效率。图10是表示 实施例2的太阳电池单元的第三电池层的晶质硅锗i层的膜厚和转换效率之间的关系的图 表。该图中，横轴为晶质硅锗i层的膜厚，纵轴为转换效率。即使晶质硅i层及晶质硅锗i 层为相同的膜厚，转换效率也会有偏差。图11是表示实施例2的太阳电池单元的晶质硅锗i层的膜厚相对于晶质硅i层 的膜厚之比与转换效率之间的关系的图表。该图中，横轴为膜厚比，纵轴为转换效率。膜厚比在0. 9以上且1. 6以下的范围，太阳电池单元的转换效率为13%以上，可得到高的转换效率。(实施例3)对于与实施例1相同的太阳电池单元的构造模型，进行光学解析计算。实施例3 中，将第一电池层91的非晶质硅i层的膜厚设为200nm。将第二电池层92的晶质硅i层的 膜厚在HOOnm ISOOnm的范围内适当设定。将第三电池层93的晶质硅锗i层的Ge组成 比设为40原子％，将膜厚在1400nm 1800nm的范围内适当设定。图12是表示实施例3的太阳电池单元的第二电池层的晶质硅i层的膜厚和转换 效率之间的关系的图表。该图中，横轴为晶质硅i层的膜厚，纵轴为转换效率。图13是表 示实施例3的太阳电池单元的第三电池层的晶质硅锗i层的膜厚和转换效率之间的关系的 图表。该图中，横轴为晶质硅锗i层的膜厚，纵轴为转换效率。即使晶质硅i层、及晶质硅 锗i层为相同的膜厚，转换效率也会有偏差。图14是表示实施例3的太阳电池单元的晶质硅锗i层的膜厚相对于晶质硅i层 的膜厚之比与转换效率之间的关系的图表。该图中，横轴为膜厚比，纵轴为转换效率。膜厚 比在0.8以上且1.2以下的范围内，太阳电池单元的转换效率为14 15%左右，可得到非 常高的转换效率。
权利要求
1.一种光电转换装置，在基板上具备透明电极层、层叠有三层具有Pin结的电池层而 成的光电转换层、及背面电极层，其特征在于，所述电池层中设置于光的入射侧的入射部的电池层具有膜厚为IOOnm以上且200nm以 下的非晶质硅i层，相对于光的入射侧设置于相反侧的底部的电池层具有膜厚为700nm以上且1600nm以 下的晶质硅锗i层，所述晶质硅锗i层中的所述锗原子相对于锗原子和硅原子之和的比例 为15原子％以上且25原子％以下，设置于所述入射部的电池层和所述底部的电池层之间的中间部的电池层具有膜厚为 800nm以上且2000nm以下的晶质硅i层。
2.如权利要求1所述的光电转换装置，其特征在于，所述晶质硅锗i层的膜厚相对于所述晶质硅i层的膜厚之比为0. 6以上且1. 0以下。
3.一种光电转换装置，在基板上具备透明电极层、层叠有三层具有pin结的电池层而 成的光电转换层、及背面电极层，其特征在于，所述电池层中设置于光的入射侧的入射部的电池层具有膜厚为150nm以上且250nm以 下的非晶质硅i层，相对于光的入射侧设置于相反侧的底部的电池层具有膜厚为IOOOnm以上且3000nm以 下的晶质硅锗i层，所述晶质硅锗i层中的所述锗原子相对于锗原子和硅原子之和的比例 为大于25原子％且35原子％以下，设置于所述入射部的电池层和所述底部的电池层之间的中间部的电池层具有膜厚为 IOOOnm以上且3000nm以下的晶质硅i层。
4.如权利要求3所述的光电转换装置，其特征在于，所述晶质硅锗i层的膜厚相对于所述晶质硅i层的膜厚之比为0. 9以上且1. 6以下。
5.一种光电转换装置，在基板上具备透明电极层、层叠有三层具有pin结的电池层而 成的光电转换层、及背面电极层，其特征在于，所述电池层中设置于光的入射侧的入射部的电池层具有膜厚为150nm以上且300nm以 下的非晶质硅i层，相对于光的入射侧设置于相反侧的底部的电池层具有膜厚为IOOOnm以上且2000nm以 下的晶质硅锗i层，所述晶质硅锗i层中的所述锗原子相对于锗原子和硅原子之和的比例 为大于35原子％且45原子％以下，设置于所述入射部的电池层和所述底部的电池层之间的中间部的电池层具有膜厚为 IOOOnm以上且2500nm以下的晶质硅i层。
6.如权利要求5所述的光电转换装置，其特征在于，所述晶质硅锗i层的膜厚相对于所述晶质硅i层的膜厚之比为0. 7以上且1. 2以下。
7.如权利要求1 6中任一项所述的光电转换装置，其特征在于，在所述入射部的电池层和所述中间部的电池层之间具有中间接触层。
8.如权利要求1 7中任一项所述的光电转换装置，其特征在于，在所述底部的电池层和所述背面电极层之间具有第二透明电极层。
全文摘要
本发明提供一种用于获得高的转换效率的三层型光电转换装置的适当的膜厚构成。一种光电转换装置(100)，在基板(1)上具备透明电极层(2)、层叠有三层具有pin结的电池层(91、92、93)的光电转换层(3)、及背面电极层(4)，其中，设置于光的入射侧的入射部的电池层(91)具有膜厚为100nm以上且200nm以下的非晶质硅i层，相对于光的入射侧设置于相反侧的底部的电池层(93)具有膜厚为700nm以上且1600nm以下的晶质硅锗i层，晶质硅锗i层中的锗原子相对于锗原子和硅原子之和的比例为15原子％以上且25原子％以下，设置于入射部的电池层(91)和底部的电池层(93)之间的中间部的电池层(92)具有膜厚为1000nm以上且2000nm以下的晶质硅i层。
文档编号H01L31/04GK102113129SQ20098013049
公开日2011年6月29日 申请日期2009年1月7日 优先权日2008年12月5日
发明者吴屋真之, 坂井智嗣, 小林靖之 申请人:三菱重工业株式会社