JPH0399477A

JPH0399477A - 太陽電池

Info

Publication number: JPH0399477A
Application number: JP1234805A
Authority: JP
Inventors: Kozo Arao; 荒尾　浩三; Yasushi Fujioka; 靖藤岡; Eiji Takeuchi; 栄治竹内; Mitsuyuki Niwa; 光行丹羽
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-09-12
Filing date: 1989-09-12
Publication date: 1991-04-24
Anticipated expiration: 2013-09-30
Also published as: JP2805353B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の属する技術分野〕本発明は入射光を散乱せしめて活性層で吸収される光を
有効に利用し、且つその際構成部材の凹凸による歩留ま
りの低下、信軌性・耐久性の低下を緩衡層によって防止
するようにした改善された高効率太陽電池に関する。

〔従来技術の説明〕

光反射性基板を用いた太陽電池において、その光反射面
を凹凸のある粗面として形成し、低吸収波長の光の行路
長を増大せしめることによりその効率を改善する方法は
、例えば、Ｕ　Ｓ　Ｐ　４．１２６．１５０号公報（Ｒ
ＣＡ）第７カラム３行目〜８行目に示唆され、特開昭５
６−１５２２７６号公報（音大）においても述べられて
いる。更に特開昭５９−１０４１８５号公報（エクソン
・リサーチ・アンド・エンジニアリング・カンパニー）
において、粗面化基板の光学的効果が詳述されている。

さらに、Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　　Ｐ
ｈｙｓｉｃｓ誌６２巻７号３０１６頁（Ｔｈｏｍａｓ　
Ｃ，Ｐａｕｌｉｃｋ、　Ｏｃｔ°８７）において、銀の
凹凸（Ｔｅｘｔｕｒｅ）を用いたアモルファス・シリコ
ン太陽電池の光学反射特性が数学的に取り扱われている
。

凹凸の形成法としては、特開昭５４−１５３５８８号公
報（ナシッナル・パテント・ディベロップメント・コー
ポレーシジン）においてウェット・エツチングが、特開
昭５８−１５９３８３号公報（エナジー・コンバージ四
ン・デバイセス）においてサンドブラスト法・ファセッ
ト形成法・共蒸着法が、特開昭５９−１４６８２号公報
（電解箔工業他）において直流電解エツチング又は化学
エツチング法によるアルミニウム粗面化が、特開昭５９
−８２７７８号公報（エナジー・コンバージラン・デバ
イセス）においてスパッタエツチング法・サンドブラス
ト法が、前述の特開昭５９−１０４１８５号公報におい
てリソグラフィ法・熱分解スプレーによる透明導体沈着
法・イオンビーム同時沈着法・エツチング法がそれぞれ
開示されている。

このほか、本源的に凹凸を形成し易い材料を使うものと
して、特開昭５８−１８００６９号公報（工業技術院長
）の有機絶縁層とその上に設ける金属反射層、特開昭５
９−２１３１７４号公報（工業技術院長）のセラミック
ス基板、などがある。

一方、反射性基板上にショットキー接合やＰＩＮ接合を
形成する場合、ピンホールなどによる歩留まりの低下を
防止するために、反射性基板上にサーメツト層を配する
利点がＳＥＲＩＲｅｐｏｒｔ　ＳＡＮ　−１２８６−８
（Ｃａｒｌｓｏｎ　ｅｔ　ａｌ。

Ｏａｔ　１９７８．ＥＹ−７６Ｃ０３−１２８６）に開
示されている。

また反射性基板上に太陽電池を形成するに際して、その
スクラッチ傷や突起に因る短絡を防止するために、透明
導電層を介在させるものが特開昭５６−６９８７５号公
報（富士型ＩＩ）に開示されている。また同様のものが
、特開昭５８−３５９８８号公報（太陽誘電）に開示さ
れている。

更にこれらを併合した、凹凸を有する反射面上に透明電
極層を設けるものが、前述の特開昭５８１５９３８　、
Ｈｔ４０　（エナジー・コンバージラン・デバイセス）
に開示されている。この公報に開示された透明電極層は
、凹凸を有する反射面（リフレクタ）の物質がＰＩＮ層
に拡散していき特性の悪化するのを防止するものである
。

また前述の特開昭５９−１０４１８５号公報（エクソン
・リサーチ・アンド・エンジニアリング）において、透
明導電膜で挟まれた反射型太陽電池で、一方のＴＣＯの
いずれかの面を粗面として光学経路を延長し、長波長域
での収集効率を改善する技術が開示されている。

これらに加えて特開昭６０−８４８８８号公報（エナジ
ー・コンバージラン・デバイセス）においては、ピンホ
ールや突起による上下電極の短絡を防止するためのバリ
ヤ層を設けることが示されている。

しかしながら、これらの先行技術は、アモルファス・シ
リコン太陽電池の反射性基板としては、以下に示すい（
つかの点において未だ不十分であった。

アモルファス・シリコン太陽電池の光学活性層に一部吸
収され残りが透過し更に基板によって反射される波長の
光は、吸収が小さいほど、言い替えれば波長が長いほど
大きな散乱角度を持って反射するのが、光学活性層で吸
収される光量を増大するのには好ましい、しかしながら
一般には、ある特定の凹凸面では長波長はど散乱角が小
さく、従って凹凸面のピッチ・形状には最適化の手法が
必要とされる。

反射した光が太陽電池の光学活性層で生成する光キャリ
アの膜厚方向の分布も問題になる。すなわち、光キャリ
アは入射する光と反射して吸収される光とによって生成
され膜厚方向の分布を生み出す０通常生成される光キャ
リアの電子とホールではそのキャリア到達距離（電界に
よってキャリアが輸送される距離）が大きく異なるから
、例えばＰＩＮ構造の太陽電池ではＰ層に近い側にキャ
リア生成密度を大きくした方が収集効率がよいといった
具合に、太陽電池の層構造によって望ましいキャリア生
成分布が異なっている０反射性基板の凹凸はこのことを
念頭において決められるべきものであって、例えば前述
のＰＩＮ型太陽電池にあっては（Ｐ層側から光が入射す
る場合）特に反射光の散乱角を大きくとるとＮ層側での
キャリア分布が増して必ずしも大きな改善には結びつか
ない、このように反射する光の角度は太陽電池の走行性
・内部電界・その他材料の電気物性にも注意して決めら
れるべきものである。

光が角度を持って反射する反射性基板は通常機械的な凹
凸で達成されるから、その上に形成される太陽電池の歩
留まり低下をもたらすことがしばしばある。とりわけア
モルファス・シリコンの場合、光学活性層の厚みが（凹
凸の大きさとあまり変わらない）光の波長のオーダーと
なる上に、キャリアの拡散長がきわめて短いことのため
にＰ層やＮ層の厚みを極限まで薄くしようとする（３０
０Å以下）ので、下地基板の凹凸によってこの薄い層に
機械・電気的な欠陥が発生し、開放端電圧の低下や短絡
による歩留まりの低下をまねくことになる。これを防止
するために緩衡層を設けるのが効果があるが、この緩衡
層としては、膜厚方向に太陽電池が機能ししかも短絡防
止効果のある電気的抵抗値を有し、且つ光学的に透明も
しくは反射光に対して実質的に透明、あるいは光学散乱
を助長するものが、太陽電池との関わりにおいて要求さ
れる。膜厚方向の電気抵抗値について補足すると、緩衡
層の電気抵抗が増し太陽電池が動作する際の抵抗値に近
付（と等価的に太陽電池の内部抵抗が増すことになるか
ら著しい形状因子の低下を招き、緩衡層の電気抵抗値が
小さい場合には、緩衡層としての効果を達成できず短絡
による性能低下を防止することができない、しかも、突
起部分と四部では膜厚が異なるから両者をカバーするに
は必然的に適正値が存在する。

民生機器に採用されるものはもちろん、電力用太陽電池
にあっても、製造コストに対する要求はきびしいもので
ある。製造コストを抑えるためには、各製造工程におけ
る容易さが必要になる０例えば、いくら反射特性が良く
なるからといって、リソグラフィを用いて基板を作成し
たところで、その基板による効果が総合的な効率として
目にみえて改善されていないものであるならば現実的で
はない。

また、基体材料・電極・光学活性材料の選択の幅が大き
いことが好ましい、これは特定の太陽電池にあっては必
ずしも必要なことではないが、太陽電池を総合的にみた
場合きわめて有意義なことである。

以上述べたように、太陽電池（とりわけアモルファス・
シリコンをベースにした太陽電池）が−体として好適に
作動する非透光性基板としては、■　光学活性層で一部
が吸収される光を効果的な角度で反射せしめること、 ■　反射光による光キャリアの走行が収集効率に寄与す
るキャリア分布として光を反射すること、■　その基板
の採用が開放端電圧の減少や短絡電流の増加に結びつく
ことなく、好ましくは逆に短絡防止に寄与すること、が望まれる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、従来の太陽電池における諸問題を解決
して上述の■乃至■の課題を達成し、所望の高品質の太
陽電池を提供することにある。

〔発明の構成・効果〕

本発明者らは、上述の目的を達成すべく鋭意研究を続け
、後述する実験を行うことにより得られた知見に基づい
て完成せしめたものであり、その骨子とするところは、
基体上に光反射性金属層に接して設けられ、該光反射性
金属層から反射される光に対してほぼ透明で短絡回路電
流を流しうる緩衡層と入射する光に対して、光起電力を
発生する光起電力層とを有する太陽電池において、前記
光反射性金属層は反射して一部光起電力層に吸収される
光のその波長より大きな高低差をもつ表面凹凸を有し、
この表面凹凸を有する前記光反射性金属層を構成する材
料の全部又は一部が多結晶のＡｇ又はＡＪ又はＡｊ−３
ｉ合金又はそれらの合金からなり、その粒径が最大で上
記表面凹凸の大きさであって、また、前記緩衡層は、上
記光反射性金属層で反射して一部が光起電力層に吸収さ
れる光の波長より小さな高低差を持つ表面凹凸を有し、
前記緩衡層を構成する材料の全部又は一部が多結晶のＺ
ｎＯ１又はＺｎＳ又はＺｎ５ｅからなり、その結晶粒径
が最大で上記表面凹凸の高低差の大きさを有して、該緩
衡層の膜厚が０．２〜１４μｍである太陽電池にある。

本発明の太陽電池においては、上記の光反射性金属層の
表面凹凸の高低差が０．１〜５μｍであることを特徴と
している。

又、光起電力層が主として３１．Ｇｏ、Ｃ，Ｂ。

Ｐのうちいずれか１つ以上を含む材料からなっている。

なお、本発明における表面凹凸の高低差とは光反射性金
属層又は緩衡層の表面に生じている凹凸の高い部分であ
る凸部と低い部分である凹部との高さの差の平均を表す
ものとする。

本発明は、光反射性金属層、緩衡層の種々の材料の組合
わせ及び表面性、抵抗などの値を変化させて太陽電池を
作成し、鋭意検討の結果次のような知見が得られ、それ
らの条件の下で作られた太陽電池は、従来に比較して数
段の改善が得られることが判明したものである。

本発明の適用例である太陽電池の構造を第１図に示す。

ところで、本発明に適用可能な基体材料としては、ガラ
ス材料ニアルミニウム、銅、ニッケル、コバルト、クロ
ミウム、鉄、亜鉛、鉛などの金属材料及びそれらの合金
材料（ステンレス等）：シリコン、ゲルマニウム、アル
ミナ、ドリア、マグネシア、ベリリア、窒化珪素、窒化
ボロン、網化珪素などからなるセラミックス材料：ポリ
イミド、ポリアミド、ポリエチレンなどの高分子材料二
等が挙げられる。

これら基体材料は本発明の適用に当たって適宜その表面
が研磨もしくは粗面化される。

研磨は、機械研磨の他、電解複合研磨法、化学研磨、反
応性イオンエツチング（ＲＩ　Ｅ）などが使用できる。

一方粗面化に当たっては、サンドブラスト、化学エツチ
ング、ドライエツチングなどが用いられる。

又これら基体材料は本発明の適用に当たって適宜その表
面が導電処理される。導電処理としては、金属や酸化物
導電体（ＩＴＯやＺｎＯなど）を蒸着せしめたり、不純
物を拡散法・打ち込み法でドーピングするのが適用でき
る。

本発明の光反射性金属層に用いられる材料としては、銀
、シリコン、アルミニウム又はそれらの合金又は鉄、銅
、ニッケル、クロミウム、モリブデンとの合金が適用可
能である。中でも銀、アルミニウム、アルミシリコン合
金が好適である。

本発明における光反射性金属層の結晶粒の太きさと、表
面凹凸の高低差との関係について、作成条件を変化させ
て、膜を作成し、その膜を用いて太陽電池を作成した結
果良好な太陽電池が得られる範囲が見出された。

本発明における表面凹凸を存する光反射性金属層を形成
するにあたり、その多結晶膜の結晶の粒径と、表面凹凸
の高低差は、基体の温度・表面状態・蒸着速度・加熱時
間・蒸着方法によって異なり、特に基体温度が１００℃
の違いで膜の状態が太き（異なることがあることも稀で
はない、したがって本発明者等によって行われた次の試
行過程によって定めた。

まず温度コントローラーの設定温度を室温として、所望
の蒸着材料と装置で、その材料を蒸着するのに代表的な
パラメータを選んで蒸着する０次にこの蒸着膜を加熱し
て凹凸が発生しはじめる温度を記録する。更に新しい基
体を準備して記録した温度より若干高めに温度コントロ
ーラーを設定する。こうして同じ条件で再び蒸着する。

走査型電子顕微鏡ＳＥＭ及び表面粗さ計にて凹凸の高低
差を測定する。望む大きさより大きい場合には蒸着条件
を上げ、小さい場合には下げて再試行する。

これを繰り返して温度とそれに対応する蒸着条件を決定
した。

本発明の方法によって作成される改良された基板を有す
る太陽電池の構成図を第１図に示す。

まず、基体上に光反射性金属層を形成した後、後で詳細
に述べる膜厚０．２〜１４μの緩衡層の膜材料をＺｎＯ
として、その表面凹凸の高低差０．５μｍとし、そのグ
レインサイズを０．５μ、膜厚を１．２μｍとして、後
述する所望の方法、条件で作成した後、後述する方法、
条件で光起電力層１０４として、後述する第５図に示さ
れる装置によってｎ型Ｓｔ半導体層、ｌ型Ｓｉ半導体層
、ｐ型Ｓｉ半導体層を形成した後、透明電極１０５とし
てＩＴＯを８００人堆積し、上部にグリッド電極１０６
を形成し、ＰＩＮ型の太陽電池を構成した。

本実験では作成された太陽電池をＡＭＩ。０（１００ｍ
Ｗ／ａＪ）の照射下で測定した結果、第２図に示される
ように変換効率において、光反射性金属層多結晶膜の粒
径と表面の凹凸の高低差に明らかに最適、好適な範囲が
存在することが判明した。

すなわち、本実験の結果から、反射性結晶粒の大きさは
０．０１μより５μとされるのが好ましく、さらに好適
には０．１μより１μとされるのが望ましい。

本発明における光反射性金属粒の結晶性については、少
なくとも１つの方向性を有するものが好ましく、基体表
面内において二輪の方向性を有するのが更に好ましい、
これらの結晶性の評価についてはＸ線回折ＴＥＭ（ｉ！
過電子＆ＩＩ）観察、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）観察
によって行った。

さらに良好な効率が得られる上記の太陽電池の結果より
、本発明における光反射性金属層の表面凹凸の平均の高
低差としては、好ましくは０．１μｍ〜５μｍ、更に好
ましくは０．５μｍ〜２μｍの範囲の中から選ばれると
よい、更に光起電力層で一部吸収され透過する光の波長
に関連して選択されると尚良い、すなわち光起電力層で
一部吸収され透過する光の波長より表面凹凸の平均の高
低差を大きくとることにより、長波長域での収集効率の
向上が実現される。

光反射性金属層の表面凹凸の高低差は、表面粗さ計及び
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の像観察によって評価する
ことができる。

本発明における表面凹凸を有する光反射性金属層の作成
にあたっては、基体の温度が制御可能としたスパッタ法
・電子ビーム蒸着法・抵抗加熱蒸着法等が利用できる。

第４図はスパッタ法の一種であるブレーナ型ＤＣマグネ
トロンスパッタ装置の模式的構造図である。ブレーナ型
ＤＣマグネトロンスパッタを用いることの利点は高速ス
パッタが小型の装置で実現できるという点にあり、ＲＦ
型、ＲＦマグネトロン型でも実現可能である。

第４図中、４０１は真空容器であり、加熱板４０３がガ
イシ４０２にて配設されている。加熱板４０３にはヒー
ター４０６と熱電対４０４が埋設され、温度コントロー
ラー４０５によって所定の温度に制御される。熱均一体
４０７は基体４０８に均一に熱を伝達するもので具体的
には、アルミ箔や銅箔が使われる。基体４０８は基体お
さえ４０９によって加熱板４０３へ押しつけられて支持
される。基体４０８に対向してターゲット４１０が配さ
れるが、該ターゲット４１０はターゲット台４１２に設
置され裏面にマグネッ、ト４１４をもちプラズマ空間４
２５に磁場を形成できるようになっている。スパッタ中
加熱されるターゲットを冷却するために冷却水導入バイ
ブ４１４よりの冷却水をターゲットの裏面に導入する。

導入された水は冷却水排出パイプより排出される。ター
ゲット４１０にはターゲット台２１２を介してスパッタ
電源よりＤＣ電圧が印加される。

スパッタガスはマスフローコントローラー４２０もしく
は４２１からそれぞれアルゴン、酸素が供給され、真空
計４２３にて内部圧力がモニターできる。真空容器４０
１全体は排気系へ接続されたメインバルブ２２４を介し
て真空状態とされる。

第６図に電子ビーム蒸着機の模式的構成図を示す、基体
６０８は第４図のスパッタ装置におけるのと同様の構成
にて温度コントロールがなされる。蒸着材料物質は通常
ペレット状とされてルツボ６５８内に配置され、フィラ
メント６６３からの電子線が、電子ビーム加速電圧源６
６１よりハース６５９に加速電圧が印加されている間、
不図示の磁石による磁場で曲げられて、材料物質に衝突
してこれを加熱する。加熱された材料物質は蒸気となっ
て基体６０８に付着していく、付着のオン・オフをコン
トロールするためにシャッター６５７が設けられている
。

第７図に抵抗加熱蒸着装置の模式的構成図を示す、基体
７０８は第４図のスパッタ装置におけるのと同様の構成
にて温度コントロールがなされる。

フィラメントフッ１）フイラメント支持台７７２、加熱
電源７７３とシャンターフ５７とでよく知られた加熱シ
ステムを構成する。

本発明の光反射性金属層の最適な表面凹凸の高低差が得
られる条件について前記のような装置を用いて鋭意検討
の実験の結果、特に蒸着条件のうち基体温度と蒸着時間
を最適化することによって、満たすことができることが
判明した。

まず基体温度であるが、基体温度を室温から２４０℃ま
で変化させたところ、光反射性金属層の表面凹凸の高低
差は０．１μｍ未満であり、基体温度を２５０℃以上に
することによって、好ましい表面凹凸の平均の高低差が
０．５μｍ〜５μｍと得られることが判った。又蒸着時
間に関しては、その温度に基体を保つ時間（蒸着後の熱
処理時間を含む）が３０分以上あることが必要であった
。

本発明における緩衡層としては、ＺｎＯである酸化物透
明導電体、ＺｎＳ、Ｚｎ５ｅなどの広エネルギーギャッ
プ半導体材料に不純物を加えて導電率を上げたものを含
有した材料から選ばれる。

緩衡層の膜厚ｄは、反射すべき光の波長に対する吸光係
数αと、電気伝導度σから定められる範囲で選択される
。すなわち少なくとも、ｄ≦１／α ＡσＲ１Ｎ≦ｄ≦σＲ□ を満たすように選択される。ここで、Ａはセルの開口率
、ＲＭＨは適用される太陽電池の単位面積あたりの並列
抵抗、ＲＩＭは適用される太陽電池の単位面積あたりの
直列抵抗である。アモルファス・シリコンＰＩＮ型太陽
電池での一例を挙げると、Ａ−１０−’、Ｒｓｎ”１０
にΩ／ａｓ”　、Ｒｓ＋＋−４Ω／値茸、α−７Ｘ　１
０”　ｃｍ−’の場合、緩衡層の電気伝導度がＩＦ−２
Ｘ１０−”Ｓ／ｃｓならば、上式にしたがって、０．２≦ｄ≦１４．３（、ｃ＋ｍ）なるように選択される。

本発明の実験において上記の実験例で用いられた光反射
性金属層の多結晶膜の結晶粒径を０．５μに保って同じ
ＰＩＮの層構成で太陽電池を作成した。太陽光ＡＭ　１
．０　（１００ｍＷ／ｃｊ）の下で測定した結果、第３
図に示されるように９％以上の効率の得られるようなＺ
ｎＯを緩衡層として用いた太陽電池では、膜厚が０．２
≦ｄ≦１４μｍの範囲で良好な特性が得られ、表面凹凸
の高低差に関してはより好ましくは０．２〜８μで、最
も好ましくは、０．４〜５μで太陽電池の効率も１）％
以上のものが得られることが判明した。他の材料として
緩衡層を用いても同様の結果が得られた。

すなわち光が入射した後、上記光反射性金属層で反射し
て一部が光起電力層に吸収される光の波長より小さな表
面凹凸の高低差を有し、緩衡層を構成する材料のグレイ
ンサイズが最大で上記表面凹凸の高低差で、緩衡層の膜
厚が０．２〜１４μである場合に良好な太陽電池が得ら
れた。

本発明における緩衡層は、既にのべた真空抵抗加熱蒸着
、スパッタリング、電子ビーム加熱蒸着の他、ＣＶＤ、
スピナーコート、ディッピングなどによって形成するこ
とができる。

また、緩衡層における凹凸は光反射性金属層の場合と同
様の方法にて形成される。

本発明の緩衡層の最適な表面凹凸の高低差が得られる条
件に関して、前記のような装置を用いて鋭意検討の実験
の結果、特に蒸着条件のうち、基体温度と蒸着時間を最
適化することによって、満たすごとができることが判明
した。

まず基体温度であるが、光反射性金属層が形成されてい
る基体温度を緩衡層形成時に２５０℃以上３５０℃以下
に保つことによって、緩衡層の表面凹凸の高低差は０．
４〜５μとなり、前記のように良好な太陽電池特性が得
られることがわかった。

又蒸着時間に関しては、その温度に基体を保つ時間（蒸
着後の熱処理時間を含む）が４０分以上あることが必要
であった。

本発明において適用可能な太陽電池の光学活性層として
は、その構造上の特徴から、ヘテロ・フェイス型、ＰＮ
型、ＰＩＮ（あるいはＮＩＰ）型などが、またその材料
としての相の特徴から、アモルファス、多結晶、微結晶
、あるいはそれらの混合もしくは複合材料などが、さら
に材料として、シリコン、ゲルマニウム、薄膜ダイヤモ
ンド、炭化珪素などの■族生導体、又は■−ｖ族、ＩＩ
−Ｖｌ族半導体あるいはその混晶などが、それぞれ適用
可能である。また、これらを組み合わせることも可能で
あって、スタックド・セルと呼ばれるものに用いるとよ
りよい効果が得られる。

これらの材料中で、本発明の構成の１つであるアモルフ
ァス・シリコンを用いた例について説明する。第５図に
アモルファス・シリコンを成ａするプラズマＣＶＤ装置
の模式的構成図を示す。

５０１は真空容器であり、加熱板５０３、熱電対５０４
、ヒーター５０６、温度コントローラー５０５、熱均−
材５０７は第２図のスパッタ装置と同様基体５０８の温
度を制御する。基体５０８は真空容器５０１と同じく接
地電位とされており、基体５０８に対向して設けられた
対向電極５７０にはＲＦ電源５６２より１３．５６ＭＨ
ｚのＲＦパワーが供給され、マスフローコントローラー
５５０〜５５６よりのガスを分解して基体５０８上に膜
を堆積せしめる。容器内は排気系に接続されたメインバ
ルブ３２４を介して一定の低圧に保たれる。圧力の測定
には通常キャパシタンス・マノメーター５６０が用いら
れる。また供給されるガス、は望まれる膜の特性に応じ
て選択される０例えば、ａ−３ｉの場合なら５ｉＨａ、
場合によりＳ　ｉ　Ｆａ　、ＳｉｇＨｈ、Ａｒ、Ｈｚな
ども加えて使用される。ｎ型ａ−３ｉの場合ならＰＨｓ
、ｐ型ａ−３ｉならＢＦ、などが加えて使用される。

そのほかに、光入射側の透明導電膜や集電電極の技術は
、今までに知られたものが用いられる。

〔実施例〕

以下、実施例を用いて本発明についてより詳しく記述す
る。

尖施■工第１図に示される構成の太陽電池を作成した。

厚さ０．８鶴のステンレス（ＳＵＳ３０４）＋ｆｆｌの
表面を０．０４　ｓに研磨し１．１．１−トリクロロエ
タンで１０分間超音波洗浄したものを基体１０１として
用意した。

かかる基体１０１上に第４図のプレーナ型ＤＣマグネト
ロン・スパッタ装置にてターゲット　　　　銀ターゲット純度　　９９．９９％スパッタ・ガス　　アルゴンスパッタ圧力　　　５　Ｘ　１０−’　Ｔｏｒｒアルゴ
ン流量　　　２５ｓｃｃｓ＋スパフタ電流　　　０．１５　Ａスパッタ速度　　　１００人／ｓｉｎスパフタ時間　　　３０分基体温度　　　　　３００℃ 熱処理時間　　　　２時間なる条件で光反射性金属層１０２を形成した。

ＳＥＭによる像観察の結果０．８〜１．２　Ｘ　２〜４
ミクロンの大きさの傾いた棒状の粒子が一様に分布して
いた。基体温度を室温にてスパッタすると極めて滑らか
な表面（２万倍のＳＥＭ像で表面凹凸が認められない）
しか得られなかったので、おそらくこの粒子は結晶粒で
あると推定できる。しかも棒状粒子の配位方向（粒子の
長手の方向）が基体表面の面内でほぼ２方向に限定され
ており、ステンレス（オーステナイト相）の結晶面との
相関をうかがわせる。

つぎにこの光反射性金属Ｎ１０２の上に、光反射性金属
１）１０２を作成したのと同じスパッタ装置にて緩衡層
１０３を形成した。

このときの成膜条件は、ターゲット　　　　酸化亜鉛ターゲット純度　　９９．９９％スパッタ・ガス　　アルゴン／酸素スパッタ圧力　　　５　Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒアルゴン
流量　　　２５ｓｅｃｍ酸素流量　　　　　０．１　ｓｅｃｍスパッタ電流　　　０．８　Ａスパッタ速度　　　１７０人／ｓｉｎスパッタ時間　　　１時間基体温度　　　　　３００℃ であった、ＳＥＭ観察によって３０００人の高低差をも
つ表面凹凸が認められた。

このようにして準備した基板を用いて第５図の装置でｎ
−１−ｐａ−３ｉ太陽電池を作成した。

まず、グロー放電法にて２００人のＮ型ドープ層を、放電周波数　　　　１３．５６ＭＨｚ放電電力密度　　　０．０３Ｗ／ｊ圧力　　　　　　　０．２　Ｔｏｒｒガス流量ｆｉ、ｒ　　　　　−３８ｓｅｃ＋ｓ３　ｉ　Ｈ４０，Ｚｓｃｃ園Ｈｚ　　　　　　　Ｏ，４ｓｃｃ■ ＰＨｓ　　　　　　Ｏ，４ｓｅｃｍ堆積速度　　　　　１．５人／ｓｅｅ堆積温度　　　　　２５０℃ なる条件にて作成し、つぎに５５００人のノンドープ層
を同じくグロー放電法にて、放電周波数　　　　１３．５６ＭＨｚ放電電力密度　　　０．０３Ｗ／ａ！圧力　　　　　　　０．２　Ｔｏｒｒガス流量Ｓ’Ｈ４１ｓｅｃｍＨｚ　　　　　　　　４９ｓｅｃａ堆積速度　　　　　２人／ｓｅｃ堆積温度　　　　　２４５℃ なる条件にて作成し、さらに１００人のＰ型ドープ層を
やはり同じくグロー放電法にて、放電周波数　　　　１
３．５６ＭＨｚ放電電力密度　　　０．４Ｗ／ａｊ圧力　　　　　　　０．２　Ｔｏｒｒガス流量Ｓ　　ｉ　　Ｈａ　　　　　　　　　　０．１ｓｃｃｍ
Ｈｚ　　　　　　　７０ｓｃｃ請ＢＦ　、　　　　　　　　　　　　０．０５ｓｅｃｍ堆
積速度　　　　　１人／ｓｅｃ堆積温度　　　　　２４０℃ なる条件にて作成し、ＰＩＮ構造の光起電力層１０４を
得た。

続いて第６図の電子ビーム加熱蒸着法によってＩＴＯ層
１０６を７００人蒸着し更に電子ビーム加熱蒸着法によ
って厚さ１μｍの銀のグリッド電極１０６を形成して太
陽電池１）０を得た。

このようにして得られた太陽電池のキャリア収集スペク
トルを測定したところ、第８図の８０１に示されるよう
に下記の８０２〜８０５の構成のものｓｏｚ：ｍ面層形成温度を２２０℃として平滑な緩＆ｉ
Ｎを有するもの、８０３：光反射性金属層形成温度を２５０℃として、光
反射性金属層の凹凸の高低差を１０００人（平均値）、
緩衡層形成速度を１）５として緩衡層の凹凸の高低差を
平均で８０００人としたもの、８０４：光反射性金属層形成温度を７０℃として光反射
性金属層を平滑面としたもの、８０５：光反射性金属層形成温度を７０℃、緩衡層形成
温度を２２０℃として、光反射性金属層、緩衡層共に平
滑面としたもの、などと比較して、特に７００ｎｍ付近
の光を中心に収集効率の改善をみた。この時のサンプル
８０１のＡ　Ｍ　１．０　（１００ｍＷ／ｃｊ）の太陽
光下での効率は９．８％であった。

マタ、ｌａｄの面積をもつ複数のセルについて生存率（
全セル中のうちシャントして使用不能のセルを除いた割
合）を調べたところ、本実施例のものは９０％をこえ、
緩衡層のないもめ（３０〜５０％）、サンドブラストに
よって基体表面を１８の粗さにしたもの（２０〜３０％
）、に比して本発明による基板構造をもつ太陽電池は大
幅な改善効果をもつ、同時に開放端電圧の若干の改善も
みられ、セルの短絡に対して効果のあったことを示して
いる。

叉且■主実施例１における緩衡層のスパッタ温度を２５０℃〜４
００℃で変化させた他は実施例１と同様にして太陽電池
を作成した。

第９図に温度をパラメータにした時の緩衡層の膜厚の大
きさｄとそれに対応する太陽電池の効率ηの傾向を示す
、効率に対応するカーブの波線部分は短絡によるシャン
ト電流の増加のため測定が不正確であることを表してい
る。この図かられかるように緩衡層のｌＩｉ［の大きさ
ｄが０．１を越えると効率の改善が見られ、１ミクロン
を越えると寧ろ逆効果である。

尖施班主実施例１における光反射性金属層を、使用坩堝　　　　モリブデン蒸発材料　　　　銀蒸発材料形態　　チャンク蒸発材料純度　　９９．９９％電子ビーム電流　６０ｍＡ圧力　　　　　　５　Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒ平均蒸着速
度　　２０人／ｓｅｃ基板温度　　　　３００℃ なる条件の第６図の電子ビーム加熱蒸着によって形成し
た以外は、実施例１と同じ構成にて太陽電池を作成した
。０．６〜０．９ミクロンの大きさの銀の結晶粒からな
る光反射性金属層が確認され、太陽電池は、結晶粒のな
い平滑な金属反射面を有するものより、収集効率スペク
トルの長波長域で約１割の改善を見た。

大１医土実施例１における光反射性金属層を、使用坩堝　　　　モリブデン蒸発材料　　　　クロミウム蒸発材料形態　　ペレット蒸発材料純度　　９９．９９％電子ビーム電流　１２０ｍＡ圧力　　　　　　５　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ平均蒸着速
度　　ＩＯ人／ｓｅｃ基板温度　　　　３７０℃ なる条件の第６図の電子ビーム加熱蒸着によって形成し
た以外は、実施例１と同じ構成にて太陽電池を作成した
。０．６〜１．５ミクロンの大きさのクロミウムの結晶
粒からなる光反射性金属層が確認され、太陽電池は、結
晶粒のない平滑な金属反射面を有するものより、収集効
率スペクトルの長波長域で約５％の改善を見た。

大嵐炭立実施例１における光反射性金属層を、使用フィラメント　タングステン蒸発材料　　　　　アルミニウム蒸発材料形態　　　ワイヤー蒸発材料純度　　　９９．９９％フィラメント電流　５０Ａ圧力　　　　　　　５　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ平均蒸着
速度　　　１５人／ｓｅｃ基板温度　　　　　４２０℃ なる条件の第７図の抵抗加熱蒸着によって形成した以外
は、実施例１と同じ構成にて太陽電池を作成した。０．
６〜０．９ミクロンの大きさのアルミニウムの結晶粒か
らなる光反射性金属層が確認され、太陽電池は、結晶粒
のない平滑な金属反射面を有するものより、収集効率ス
ペクトルの長波長域で約７％の改善を見た。その結果Ａ
Ｍ１．０（１００ｍ　Ｗ　／　ｄ　）で１）％の光電変
換効率が得られることがわかった。

スｍ実施例１で用いたステンレスの基体に代えて同じステン
レスながらマルテンサイト相をもつ５Ｕ３４１０を用い
、他は実施例１と同じ方法・条件にて太陽電池を作成し
た。

同じ基体を有して平滑な光反射性金属層を持ったものと
比較したところ、長波長域の収集効率スペクトルが約１
割の改善を示した。

実態■工実施例１で用いたステンレスの基体に代えて７０５９ガ
ラス（無アルカリ・ガラス）を用い、他は光反射性金属
層である銀の層を３ミクロン蒸着した以外は実施例１と
同じ方法・条件にて太陽電池を作成した。

光入射側のグリッド電極とかかる光反射性金属層との間
で太陽電池としての電気特性を測定して平滑な光反射性
金属層を持ったものと比較したところ、長波長域の収集
効率スペクトルが約１割の改善を示した。

実施汎ｌ実施例１において緩衡層の形成条件をターゲット　　　　　ＩＴＯターゲット純度　　９９．９９％スパッタ・ガス　　アルゴン／酸素スバンタ圧力　　　５　Ｘ　１０−３Ｔｏｒｒアルゴン
流量　　　２５ｓｃｃｅ＋酸素流量　　　　　０．１　ｓｅｃｍスバフタ電流　　　０．８　Ａスパッタ速度　　　１７０人／■ｌロスバッタ時間　　　１時間基体温度　　　　　２７０℃ とした他は実施例１と同じ方法・条件・装置で太陽電池
を形成した。

同じ基体を有して平滑な光反射性金属層を持ったものと
比較したところ、長波長域の収集効率スペクトルが約９
％の改善を示した。

〔発明の効果の概要〕

上述したように、本発明による太陽電池は、概要、上述
する効果をもたらす。

（ｉ）光学活性層で一部が吸収される光を効果的な角度
で反射せしめ、（ｉｉ）反射光による光キャリアの走行が収集効率に寄
与するキャリア分布として光を反射する、（ｉｎ　）そ
の基板の採用が開放端電圧の減少や短絡電流の増加に結
びつくことなく、好ましくは逆に短絡防止に寄与する。

そして、こうした各種の効果をもたらす本発明による太
陽電池は、簡便な方法で製造でき、そして、基体材料・
電極・光学活性層材料に対して適用範囲が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による改良された基板を有する太陽電
池の構成図である。第２図は本発明による光反射性金属層多結晶膜のグレイ
ンサイズと表面凹凸の高低差の関係と、変換効率を示す
図である。第３図は、本発明による緩衡層多結晶膜の膜厚ｄと表面
凹凸の高低差の関係と変換効率を示す図である。第４．６および７図は、それぞれ本発明における表面凹
凸を有する光反射性金属層の作成において用いられるス
パッタ装置、電子ビーム蒸着装置および抵抗加熱蒸着装
置の一例を示す模式的構造図である。第５図は、本発明におけるアモルファス・シリコン膜を
形成するのに適したプラズマＣＶＤ装置の一例を示す模
式的構造図である。第８図は本発明の実施例における太陽電池の改善効果を
示す光キヤリア収集効率の比較図である。第９図は、本発明の実施例における温度に対する緩衡層
の表面凹凸の高低差と太陽電池効率の、変化を示す図で
ある。図において、１０１・・・基体、１０２・・・光反射性金属層、１０
３・・・緩衡層、１０４・・・光起電力層、１０５・・
・透明電極、１０６・・・グリッド電極、４０１．５０
１，６０１．７０１・・・真空容器、４０３．５０３，
６０３，７０３・・・加熱板、４０５．５０５，６０５
，７０５・・・温度コントローラー４０８．５０８，６
０８，７０８・・・基体、４１０・・・ターゲット、４
１３・・・マグネット、４１６・・・スパッタ電源、４２２．６２２・・・イオンゲージ、４２３．６２３・・・真空計、４２４．５２４，６２４．７２４・・・メインパルプ、
４４０．４４１．５５０　〜５５６，５６０・・・マノ
メーター５６２・・・ＲＦ電源、６５７．７５７・・・
シャッター６５８・・・ルツボ、６５９・・・ハース、
６６３・・・フィラメント、６６４・・・電源、６６１
・・・電子ビーム加速電圧源、７７１・・・フィラメント、７７３・・・加熱電源。第１図０８第図光反射金層ＩＥ分耐込嘆のグレインサイズＣＩ１ｍ）第図０．０１０．１）緩衡層多結晶膜の膜厚ｄ０６第８図波長（ｎｍ）第図基板温度（℃）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基体上に光反射性金属層に接して設けられ、該光
反射性金属層から反射される光に対してほぼ透明で、短
絡回路電流を流しうる緩衡層と、入射する光に対して光
起電力を発生する光起電力層とを有する太陽電池におい
て、前記光反射性金属層は反射して一部光起電力層に吸
収される光のその波長より大きな高低差をもつ表面凹凸
を有し、この表面凹凸を構成する材料の全部又は一部が
多結晶のＡｇ又はＡｌ又はＡｌ−Ｓｉ合金又はそれらの
合金からなり、その粒径が最大で上記表面凹凸の高低差
であって、また、前記緩衡層は、上記光反射性金属層で
反射して一部が光起電力層に吸収される光の波長より小
さな高低差を持つ表面凹凸を有し、前記緩衡層を構成す
る材料の全部又は一部が多結晶のＺｎＯ又はＺｎＳ又は
ＺｎＳｅからなり、該多結晶の粒径が少なくとも上記表
面凹凸の高低差の大きさであって、且つ該緩衡層の膜厚
が０．２〜１４μｍであることを特徴とする太陽電池。
（２）上記の光反射性金属層の表面凹凸の高低差が０．
１〜５μｍである請求項１に記載された太陽電池。
（３）上記の光起電力層が主としてＳｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｂ
、Ｐのうちいずれか１つ以上を含む材料からなる請求項
１又は２に記載された太陽電池。