JP3364180B2 - 非晶質シリコン太陽電池 - Google Patents
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Description
システムで使用される非晶質シリコン太陽電池に関す
る。
成のものが知られている(特許第2530408号)。
図中の符番1はガラス基板(又は透明フィルム)であ
る。このガラス基板1上には、透明電極2,p型a−S
ix C1-x :H層(p層)3a,i型a−Si:H層
(i層)3b,n型a−Si:H層(n層)3c及び金
属電極4が順次形成されている。ところで、窓層である
前記p層3aは、p層3aの光学的禁制帯幅を広げるた
め、アモルファスシリコンカーバイトから構成されてい
る。また、p層3aの価電子制御用のため、p層3の形
成時ドーピングガスとして原料ガスにジボラン(B2
H6 )を添加している。こうした構成の太陽電池にお
いて、光はガラス基板1側から入射された後、透明電極
2,p層3aを通過してi層3bに達し、このi層3b
で光エネルギーが電気エネルギーに変換される。
電池においては、i層3bが光吸収・発電層であること
から、i層3bの膜質は太陽電池の特性に直接的に影響
を及ぼす。また、太陽電池の出力電流は、太陽電池材料
の光吸収特性と膜厚で決まる。即ち、吸収係数が小さい
と膜厚を厚くする必要があり、吸収係数が大きくなると
膜厚を薄くすることができる。非晶質シリコン太陽電池
の場合、出力電流に最も影響を与える500〜700n
mにかけての光の吸収係数はi層3bを構成する非晶質
シリコン膜の欠陥、即ちSiの未結合手の数が少ない程
大きくなる。例えば、3×1015個/ccの欠陥密度
を有する膜をシングル型非晶質シリコン太陽電池のi層
に適用した場合は、図4に示すように初期効率を高める
ために、i層3bの膜厚を400nm以上に厚くする必
要があった。しかし、i層3bの膜厚をこのように厚く
した場合、i層3bの形成に多くの時間を必要とし、生
産性が低下するという問題が生じる。
ても光劣化率が大きくなるため、安定化効率は低くな
る。一方、i層3bを薄くすると、光劣化率は小さくな
るが、初期効率が小さいため、図5に示すように安定化
効率は上がらない。
もので、pin型の水素化非晶質シリコン層からなる発
電膜を構成するi型の水素化非晶質シリコン層の欠陥密
度を1015個/cc未満とするとともに、i型の水素
化非晶質シリコン層の厚みを300nm以下とすること
により、従来と比べて生産性を低下することなく初期効
率を高めるとともに、高い安定化効率が得られる非晶質
シリコン太陽電池を提供することを目的とする。
シリコン層からなる発電膜を構成するi型の水素化非晶
質シリコン層の欠陥密度を10 15 個/cc未満とする
とともに、i型の水素化非晶質シリコン層の厚みを30
0nm以下とすることにより、従来と比べて生産性を低
下することなく初期効率を高めるとともに、高い安定化
効率が得られる非晶質シリコン太陽電池を提供すること
を目的とする。
基板と、この透明基板上に形成された透明電極と、この
透明電極上に形成された発電膜と、この発電膜上に形成
された裏面電極とを具備し、前記発電膜がp型/i型/
n型の水素化非晶質シリコン層を順次積層したものから
構成され、かつi型の水素化非晶質シリコン層の欠陥密
度が1015個/cc未満であり、i型の水素化非晶質
シリコン層の厚みが300nm以下であることを特徴と
する非晶質シリコン太陽電池である。
形成された透明電極と、この透明電極上に形成された発
電膜と、この発電膜上に形成された裏面電極とを具備
し、前記発電膜がn型/i型/p型の水素化非晶質シリ
コン層を順次積層したものから構成され、かつi型の水
素化非晶質シリコン層の欠陥密度が1015個/cc未
満であり、i型の水素化非晶質シリコン層の厚みが30
0nm以下であることを特徴とする非晶質シリコン太陽
電池
陽電池について更に詳しく説明する。本発明において、
前記水素化非晶質シリコン層(i層)の欠陥密度を10
15個/cc未満と規定した理由は、欠陥密度がこの数
値以上の場合、光照射後の安定化欠陥密度が大きくな
り、セルに適用した場合高い安定化効率が得られないか
らである。ここで、「安定化」とは20〜100時間ぐ
らいのところを示す。
以下であることが好ましい。この理由は、厚みが300
nm以下の場合、光劣化率が小さく、高効率化できるか
らである(図4,図5参照)。ところで、光劣化率は、
(初期効率−安定化効率)÷初期効率で定義され、図4
と図5を見比べると、光劣化率はi層の膜厚が薄くなる
ほど小さくなることが分かる。また、図4からわかるよ
うに、欠陥密度が大きい(1015個/cc以上)膜で
は、i層の膜厚を薄くすると初期効率の低下が大きい
が、本発明の膜ではその低下割合が小さいことから、結
果として上述のことが導ける。
の要部の断面図を示す。図中の付番31はプラズマチャ
ンバーを示す。基板32を支持する基板ホルダー33
は、チャンバー31の中に配置されている。基板32を
加熱するための基板加熱ヒータ34、及びヒータ34の
温度を制御するための熱電対35は、基板ホルダー33
に設けられている。前記基板加熱ヒータ34により基板
32の温度が制御される。前記基板加熱ヒータ34を冷
却するための水水冷機構(図示せず)は、基板加熱ヒー
タ34に内蔵されている。メッシュ状の第2の加熱ヒー
タ36は、前記チャンバー31内の基板ホルダー33の
上方に配置されている。高周波電極37は、前記ヒータ
34を挟んで第2の加熱ヒータ36の基板ホルダー33
と反対側に配置されている。前記高周波電極37はガス
導入管38を内蔵する。プラズマチャンバー31内にガ
スを導入するためのガス導入孔39は、前記高周波電極
37内にガスを挿入するためのガス導入孔39が、高周
波電極32の第2の加熱ヒータ36と向かい合う面に形
成されている。なお、図中の付番40はプラズマを示
す。
て、一般に、ガスとしては、モノシランガス(Si
H4)、流量20〜100sccm、圧力50〜200
mTorr、高周波電力5〜60W、基板温度160〜
200℃の条件で使用される。
太陽電池について図面を参照して説明する。
11は、透明基板としてのガラス基板を示す。このガラ
ス基板11上には、酸化スズからなる透明電極12が形
成されている。この透明電極12上には、p層13a,
i層13b及びn層13cからなる発電膜13が形成さ
れている。ここで、各p層13a,i層13b,n層1
3cは、夫々水素化非晶質シリコン(a−Si:H)層
から形成されている。また、i層13bの厚みは300
nm以下例えば290nmであり、その欠陥密度は10
15個/cc未満である。前記発電膜13上には、Al
からなる裏面電極14が形成されている。
は、次のようにして製造する。まず、透明電極12が形
成されたガラス基板11を中性洗剤,超純水にて順次超
音波洗浄し、表面に付着した汚れを取り除いた。つづい
て、この透明電極12上にプラズマCVD法にてp層1
3a,i層13b及びn層13cからなる発電膜13を
形成した。各層成膜前には装置内の圧力が5×10−7
Torr以下になるまでターボ分子ポンプで真空排気す
るとともに、基板温度を所定温度(150℃乃至180
℃)に昇温・維持した。p層形成時は原料ガスとしてS
iH4,CH4 ,H2 を、ドーピングガスにB2 H
6 ガスを用い、i層には原料ガスとしてSiH4 、n
層には原料ガスとしてSiH4 ,H2 を用い、ドーピ
ングガスとしてPH3 を用いた。各層の膜厚は、例え
ばp層:9.5nm,i層:290nm,n層:30n
mとした。この発電膜13上にアルミ金属電極14を真
空蒸着法にて形成し、非晶質シリコン太陽電池を製造し
た。
太陽電池によれば、以下に述べる効果を有する。発電膜
13を構成するi層13bを欠陥密度1015個/cc
未満の水素化非晶質シリコン層とすることにより、図6
に示すように、従来と比べ光照射後の安定化欠陥密度も
小さいので、セルに適用した場合、高い安定化効率が得
られる。また、低欠陥密度膜は長波長光(500〜70
0nm)の吸収係数が大きいので、i層13cの厚さを
薄く(従来:約400〜500nm、本発明290n
m)としても、出力電流の低下が小さく高効率化できる
(図4,図7参照)。
層内部の電界強度が強くなる結果、光劣化を一層抑制で
き、図5に示すように高い安定化効率が得られる。ま
た、生産性を高めることができる。実際、i層13cの
厚みが300nmの場合、従来(厚み:400〜500
nm)の3/4くらいで済み、約2割程度生産性を向上
できた。
21は、ステレンレス製の基板を示す。この基板21上
には、Agからなる透明電極22が形成されている。こ
の透明電極22上には、n層23a,i層23b及びp
層23cからなる発電膜23が形成されている。ここ
で、各n層23a,i層23b,p層23cは、夫々水
素化非晶質シリコン(a−Si:H)層から形成されて
いる。また、i層23bの厚みは300nm以下例えば
290nmであり、その欠陥密度は1015個/cc未
満である。前記発電膜23上には、ITOからなる透明
な電極24が形成されている。
い安定化効率が得られるとともに、生産性を高めること
できる。
in型の水素化非晶質シリコン層からなる発電膜を構成
するi型の水素化非晶質シリコン層の欠陥密度を10
15個/cc未満とするとともに、i型の水素化非晶質
シリコン層の厚みを300nm以下とすることにより、
従来と比べて生産性を低下することなく初期効率を高め
るとともに、高い安定化効率が得られる非晶質シリコン
太陽電池を提供できる。
非晶質シリコン層からなる発電膜を構成するi型の水素
化非晶質シリコン層の欠陥密度を10 15 個/cc未満
とするとともに、i型の水素化非晶質シリコン層の厚み
を300nm以下とすることにより、従来と比べて生産
性を低下することなく初期効率を高めるとともに、高い
安定化効率が得られる非晶質シリコン太陽電池を提供で
きる。
池の断面図。
池の断面図。
と初期効率との関係を示す特性図。
と安定化効率との関係を示す特性図。
間とi層中の欠陥密度との関係を示す特性図。
と短絡電流との関係を示す特性図。
図。
Claims (2)
- 【請求項1】 透明基板と、この透明基板上に形成され
た透明電極と、この透明電極上に形成された発電膜と、
この発電膜上に形成された裏面電極とを具備し、 前記発電膜がp型/i型/n型の水素化非晶質シリコン
層を順次積層したものから構成され、かつi型の水素化
非晶質シリコン層の欠陥密度が1015個/cc未満で
あり、i型の水素化非晶質シリコン層の厚みが300n
m以下であることを特徴とする非晶質シリコン太陽電
池。 - 【請求項2】 基板と、この基板上に形成された透明電
極と、この透明電極上に形成された発電膜と、この発電
膜上に形成された裏面電極とを具備し、 前記発電膜がn型/i型/p型の水素化非晶質シリコン
層を順次積層したものから構成され、かつi型の水素化
非晶質シリコン層の欠陥密度が10 15 個/cc未満で
あり、i型の水素化非晶質シリコン層の厚みが300n
m以下 であることを特徴とする非晶質シリコン太陽電
池。
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