JP2815688B2 - 薄膜太陽電池の製造方法 - Google Patents
薄膜太陽電池の製造方法Info
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- JP2815688B2 JP2815688B2 JP2211312A JP21131290A JP2815688B2 JP 2815688 B2 JP2815688 B2 JP 2815688B2 JP 2211312 A JP2211312 A JP 2211312A JP 21131290 A JP21131290 A JP 21131290A JP 2815688 B2 JP2815688 B2 JP 2815688B2
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- solar cell
- photoelectric conversion
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- conversion layer
- silicon oxide
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、透光性基板を通って入射した光が非晶質シ
リコン（以下ａ−Siと略す）を主材料とした光電変換層
により起電力を発生させる薄膜太陽電池の製造方法に関
する。
リコン（以下ａ−Siと略す）を主材料とした光電変換層
により起電力を発生させる薄膜太陽電池の製造方法に関
する。
モノシランガスなどのグロー放電分解や光分解により
形成される非晶質シリコン薄膜は、気相成長法によって
得られるため大面積化が容易であり、低コスト太陽電池
の光電変換層に用いられる。このような太陽電池の効率
の向上のためには、光電変換層に入射する光の量の大き
いことが望ましい。このために光電変換層の光の入射側
と反対側に設けられる裏面電極を反射率の高い金属で形
成し、その電極面での反射を利用することが行われる。
しかし、裏面電極に用いる金属、例えば銀とシリコンと
の合金がａ−Si層と裏面電極の界面に形成されると、こ
の合金層が透明度が低いために反射特性が悪くなる。第
２図は特開昭55−108780号公報に記載されたａ−Si太陽
電池で、ガラス基板１の上に縁部に集電電極３を設けた
透明電極２を介して形成されたａ−Si光電変換層４と銀
電極５との間に透明導電層６を介在させ、ａ−Si層と銀
電極を十分離してやることで合金化を抑制するものであ
る。ａ−Si層４と銀電極５を合金化が起こらない程度に
隔てるが、銀電極によって反射した光をａ−Si層に入射
させ、なおかつ太陽電池の直列抵抗成分を大きくしない
ために、介在層６は必然的に透明かつ導電性を持ってい
る必要があった。
形成される非晶質シリコン薄膜は、気相成長法によって
得られるため大面積化が容易であり、低コスト太陽電池
の光電変換層に用いられる。このような太陽電池の効率
の向上のためには、光電変換層に入射する光の量の大き
いことが望ましい。このために光電変換層の光の入射側
と反対側に設けられる裏面電極を反射率の高い金属で形
成し、その電極面での反射を利用することが行われる。
しかし、裏面電極に用いる金属、例えば銀とシリコンと
の合金がａ−Si層と裏面電極の界面に形成されると、こ
の合金層が透明度が低いために反射特性が悪くなる。第
２図は特開昭55−108780号公報に記載されたａ−Si太陽
電池で、ガラス基板１の上に縁部に集電電極３を設けた
透明電極２を介して形成されたａ−Si光電変換層４と銀
電極５との間に透明導電層６を介在させ、ａ−Si層と銀
電極を十分離してやることで合金化を抑制するものであ
る。ａ−Si層４と銀電極５を合金化が起こらない程度に
隔てるが、銀電極によって反射した光をａ−Si層に入射
させ、なおかつ太陽電池の直列抵抗成分を大きくしない
ために、介在層６は必然的に透明かつ導電性を持ってい
る必要があった。
ｓ−Si層の光入射側だけでなく、反対側にも透明導電
層６を形成することは、材料費の増加のほかに蒸着装置
あるいはスパッタリング装置等の高価な装置の増設を必
要とし、太陽電池の製造原価を高くするという問題があ
った。さらに、ａ−Si層４を熱で劣化させないために透
明導電層６を200℃以下の比較的低い温度で形成しなけ
ればならず、透明度の高い、高品質の膜を形成すること
が困難であった。
層６を形成することは、材料費の増加のほかに蒸着装置
あるいはスパッタリング装置等の高価な装置の増設を必
要とし、太陽電池の製造原価を高くするという問題があ
った。さらに、ａ−Si層４を熱で劣化させないために透
明導電層６を200℃以下の比較的低い温度で形成しなけ
ればならず、透明度の高い、高品質の膜を形成すること
が困難であった。
本発明の目的は、上述の問題に対処し、透明導電層を
介在させないで裏面電極の金属とａ−Siとの合金化を防
いだ薄膜太陽電池の製造方法を提供することにある。
介在させないで裏面電極の金属とａ−Siとの合金化を防
いだ薄膜太陽電池の製造方法を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明によれば、透光
絶縁性基板上に透明導電膜よりなる透明電極を介して非
晶質シリコンを主材料とした光電変換層を積層し、次い
で酸化性雰囲気中で100〜200℃の温度で熱処理してその
光電変換層の表面に10〜30Åの厚さの酸化シリコン層を
形成し、さらにその上に金属よりなる裏面電極を設ける
こととする。もしくは、透光絶縁性基板上に透明導電膜
よりなる透明電極を介して非晶質シリコンを主材料とし
た光電変換層を積層し、次いで酸化性雰囲気中で放電を
発生させてその光電変換層の表面に10〜30Åの厚さの酸
化シリコン層を形成し、さらにその上に金属よりなる裏
面電極を設けることとする。
絶縁性基板上に透明導電膜よりなる透明電極を介して非
晶質シリコンを主材料とした光電変換層を積層し、次い
で酸化性雰囲気中で100〜200℃の温度で熱処理してその
光電変換層の表面に10〜30Åの厚さの酸化シリコン層を
形成し、さらにその上に金属よりなる裏面電極を設ける
こととする。もしくは、透光絶縁性基板上に透明導電膜
よりなる透明電極を介して非晶質シリコンを主材料とし
た光電変換層を積層し、次いで酸化性雰囲気中で放電を
発生させてその光電変換層の表面に10〜30Åの厚さの酸
化シリコン層を形成し、さらにその上に金属よりなる裏
面電極を設けることとする。
光電変換層と裏面電極の間にシリコン酸化膜が介在す
るので裏面電極の金属とａ−Siとの合金が生ずることな
く、反射特性が向上する。シリコン酸化膜は透光性であ
り、絶縁性ではあるが厚さが10〜30Åと極めて薄いので
直列抵抗成分を大きくすることはない。さらに100〜200
℃の低温での熱処理で、あるいは放電発生のみで形成で
きるため、ａ−Si層が熱で劣化することがない。
るので裏面電極の金属とａ−Siとの合金が生ずることな
く、反射特性が向上する。シリコン酸化膜は透光性であ
り、絶縁性ではあるが厚さが10〜30Åと極めて薄いので
直列抵抗成分を大きくすることはない。さらに100〜200
℃の低温での熱処理で、あるいは放電発生のみで形成で
きるため、ａ−Si層が熱で劣化することがない。
第１図は本発明の一実施例の薄膜太陽電池の製造方法
により製造された薄膜太陽電池の断面構造を示し、第２
図と共通の部分には同一の符号が付されている。この太
陽電池は次のようにして作製された。先ずガラス基板１
の上に透明導電膜を蒸着あるいはスパッタリング形成し
て透明電極２とし、その上にａ−Siあるいはａ−SiC薄
膜を用いてｐ−ｉ−ｎ接合を有する光電変換層４を形成
した。次いで、オーブンに入れて空気中での熱処理を行
った。熱処理時の基板温度は100〜200℃で、処理時間は
５〜100時間であった。その後、銀裏面電極５および透
明電極２の縁部上の集電電極３を形成した。このａ−Si
太陽電池の短絡電流密度は、空気中での熱処理時間によ
って第３図のように変化する。パラメータは基板温度で
ある。基板温度100〜200℃において熱処理時間の増加に
ともない短絡電流密度が増加している。短絡電流密度の
増加は最大で1.6mA/cm2である。窒素雰囲気中で同様な
熱処理を行った場合には短絡電流密度の増加は見られな
かった。以上のことから、空気中で熱処理した場合の短
絡電流密度の増加は、光電変換層４の表面に酸化シリコ
ン層７が形成されることによると考えられる。
により製造された薄膜太陽電池の断面構造を示し、第２
図と共通の部分には同一の符号が付されている。この太
陽電池は次のようにして作製された。先ずガラス基板１
の上に透明導電膜を蒸着あるいはスパッタリング形成し
て透明電極２とし、その上にａ−Siあるいはａ−SiC薄
膜を用いてｐ−ｉ−ｎ接合を有する光電変換層４を形成
した。次いで、オーブンに入れて空気中での熱処理を行
った。熱処理時の基板温度は100〜200℃で、処理時間は
５〜100時間であった。その後、銀裏面電極５および透
明電極２の縁部上の集電電極３を形成した。このａ−Si
太陽電池の短絡電流密度は、空気中での熱処理時間によ
って第３図のように変化する。パラメータは基板温度で
ある。基板温度100〜200℃において熱処理時間の増加に
ともない短絡電流密度が増加している。短絡電流密度の
増加は最大で1.6mA/cm2である。窒素雰囲気中で同様な
熱処理を行った場合には短絡電流密度の増加は見られな
かった。以上のことから、空気中で熱処理した場合の短
絡電流密度の増加は、光電変換層４の表面に酸化シリコ
ン層７が形成されることによると考えられる。
第４図に150℃で100時間の熱処理を行い、酸化層７を
形成したａ−Si太陽電池および酸化層を形成しなかった
ａ−Si太陽電池の電流・電圧特性をそれぞれ線41,42で
示す。酸化シリコン層を形成しなかった場合の変換効率
が11.6％であったのに対し、酸化シリコン層７を形成す
ることによって12.4％に向上した。
形成したａ−Si太陽電池および酸化層を形成しなかった
ａ−Si太陽電池の電流・電圧特性をそれぞれ線41,42で
示す。酸化シリコン層を形成しなかった場合の変換効率
が11.6％であったのに対し、酸化シリコン層７を形成す
ることによって12.4％に向上した。
本発明に基づいて形成される酸化シリコン層７は絶縁
物である。従って、膜厚は太陽電池の直列抵抗を増加さ
せない範囲、すなわち、トンネリングによって電流が流
れる10〜30Å程度に制限される。この膜厚は、第２図に
示すようにａ−SiとAgの合金化を防ぐために従来設けら
れていた透明導電層６にくらべて格段に薄いものであ
る。以上のように本発明で用いた酸化シリコン層は導電
率および膜厚が従来の透明導電層と全く異なるものであ
る。
物である。従って、膜厚は太陽電池の直列抵抗を増加さ
せない範囲、すなわち、トンネリングによって電流が流
れる10〜30Å程度に制限される。この膜厚は、第２図に
示すようにａ−SiとAgの合金化を防ぐために従来設けら
れていた透明導電層６にくらべて格段に薄いものであ
る。以上のように本発明で用いた酸化シリコン層は導電
率および膜厚が従来の透明導電層と全く異なるものであ
る。
次に、酸化シリコン層７を形成するための他の実施例
について述べる。第１図のａ−Si層４まで形成した基板
を、容量結合形の真空反応室の一方の電極に装着する。
真空引きの後、酸素ガスを導入し、0.2〜1torrの圧力に
保つ。その後、電極間に電圧を印加することによって放
電を発生させ、酸化膜を10〜30Åの厚さに形成する。第
５図に、この方法で酸化膜を形成した場合およびしなか
った場合のａ−Si太陽電池の電流・電圧特性をそれぞれ
線51,52で示す。酸化膜を形成することにより短絡電流
が1.6mA/cm2向上した。これにより、変換効率も11.6％
から12.1％に向上した。
について述べる。第１図のａ−Si層４まで形成した基板
を、容量結合形の真空反応室の一方の電極に装着する。
真空引きの後、酸素ガスを導入し、0.2〜1torrの圧力に
保つ。その後、電極間に電圧を印加することによって放
電を発生させ、酸化膜を10〜30Åの厚さに形成する。第
５図に、この方法で酸化膜を形成した場合およびしなか
った場合のａ−Si太陽電池の電流・電圧特性をそれぞれ
線51,52で示す。酸化膜を形成することにより短絡電流
が1.6mA/cm2向上した。これにより、変換効率も11.6％
から12.1％に向上した。
本発明によれば、ａ−Siを主材料とする光電変換層を
形成後その表面を変化するだけで、SnO2,ITO等の特殊な
材料を用いることなく裏面電極の反射率を向上させるこ
と、すなわち、薄膜太陽電池の電流を増加させることが
できる。また、本発明によれば、蒸着装置あるいはスパ
ッタリング装置等の高価な装置を用いることなく薄膜太
陽電池の光電変換層への入射光量を増加させ、特性を向
上することができる。
形成後その表面を変化するだけで、SnO2,ITO等の特殊な
材料を用いることなく裏面電極の反射率を向上させるこ
と、すなわち、薄膜太陽電池の電流を増加させることが
できる。また、本発明によれば、蒸着装置あるいはスパ
ッタリング装置等の高価な装置を用いることなく薄膜太
陽電池の光電変換層への入射光量を増加させ、特性を向
上することができる。
以上のような理由から、本発明によれば従来法による
よりも低原価で、効率の高い薄膜太陽電池を製造するこ
とができる。
よりも低原価で、効率の高い薄膜太陽電池を製造するこ
とができる。
第１図は本発明の一実施例の薄膜太陽電池の製造方法に
より製造されたａ−Si太陽電池の断面図、第２図は公知
のａ−Si太陽電池の断面図、第３図は本発明による製造
工程中の基板の熱処理時間と短絡電流密度との基板温度
をパラメータとしての関係線図、第４図は本発明の一実
施例により酸化シリコン層を形成した場合および形成し
なかった場合のａ−Si太陽電池の電流・電圧特性図、第
５図は本発明の他の実施例により酸化シリコン層を形成
した場合およびしなかった場合のａ−Si太陽電池の電流
・電圧特性図である。 1:ガラス基板、2:透明電極、4:光電変換層、5:裏面電
極、7:酸化シリコン層。
より製造されたａ−Si太陽電池の断面図、第２図は公知
のａ−Si太陽電池の断面図、第３図は本発明による製造
工程中の基板の熱処理時間と短絡電流密度との基板温度
をパラメータとしての関係線図、第４図は本発明の一実
施例により酸化シリコン層を形成した場合および形成し
なかった場合のａ−Si太陽電池の電流・電圧特性図、第
５図は本発明の他の実施例により酸化シリコン層を形成
した場合およびしなかった場合のａ−Si太陽電池の電流
・電圧特性図である。 1:ガラス基板、2:透明電極、4:光電変換層、5:裏面電
極、7:酸化シリコン層。
Claims (2)
- 【請求項１】透光絶縁性基板上に透明導電膜よりなる透
明電極を介して非晶質シリコンを主材料とした光電変換
層を積層し、次いで酸化性雰囲気中で100〜200℃の温度
で熱処理してその光電変換層の表面に10〜30Åの厚さの
酸化シリコン層を形成し、さらにその上に金属よりなる
裏面電極を設けることを特徴とする薄膜太陽電池の製造
方法。 - 【請求項２】透光絶縁性基板上に透明導電膜よりなる透
明電極を介して非晶質シリコンを主材料とした光電変換
層を積層し、次いで酸化性雰囲気中で放電を発生させて
その光電変換層の表面に10〜30Åの厚さの酸化シリコン
層を形成し、さらにその上に金属よりなる裏面電極を設
けることを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2211312A JP2815688B2 (ja) | 1990-08-09 | 1990-08-09 | 薄膜太陽電池の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2211312A JP2815688B2 (ja) | 1990-08-09 | 1990-08-09 | 薄膜太陽電池の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0494171A JPH0494171A (ja) | 1992-03-26 |
| JP2815688B2 true JP2815688B2 (ja) | 1998-10-27 |
Family
ID=16603857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2211312A Expired - Lifetime JP2815688B2 (ja) | 1990-08-09 | 1990-08-09 | 薄膜太陽電池の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2815688B2 (ja) |
-
1990
- 1990-08-09 JP JP2211312A patent/JP2815688B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0494171A (ja) | 1992-03-26 |
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