JPH02260577A - 非晶質シリコン太陽電池の製造方法 - Google Patents

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】 【利用会費１ 本発明は、基板上に非晶質シリコンを主成分とした光起
電力層と保護層を設けてなる非晶質シリコン太陽電池の
製造方法に関する。

さらに詳しくは微小欠陥を修復して太陽電池性能を向上
させ、安定して高効率が得られる非晶質シリコン太陽電
池の製造方法に関する。

［従来技Ｉｉ］ 非晶質シリコン太陽電池に於いては、特開昭６０−１２
４８８２号公報に於いて公知のごと＜′ａｍ加熱雰囲気
あるいは高温多湿の雰囲気によるアニーリングをするこ
とによって、その特性が向上することが知られている。

しかしこれらの処理に於いては太陽電池性能が元々低い
ものについては大変有効であるが、すでに良好な特性を
示す太陽電池に於いては効果が少なかった。

さらに、Ｗ、　）（ｒｕｈｌｅｒらによって、ガラス／
５ｎ０２／ｌ）、ｉ、ｎ／金民電極構造太陽電池に逆バ
イアス電界を印加しつつ、１５０℃以上でアニール処理
を施すことにより太陽電池性能が改善されることが報告
されている（　Ｉｎｔｅｒ、　ＰＶＳＥＣ−１（１９８
４）　　１２７頁）。この処理に於いてはすでに良好な
太陽電池性能を一層改善する効果があるが、元々低いも
のについてはあまり効果が認められなかった。また、こ
の性能向上の原因についてはｎ層のドーピング効果が向
上するためとされた。

しかし、これらの処理は太陽電池が実用の形態になって
いない、すなわち保護層が無い状態で適用された例であ
り、上記処理の後に保：！層を設ける工程を経ることに
より再度欠陥が発生し、太陽電池性能が低、下する事が
しばしば生じ、製造歩留まりを低下させる問題点があっ
た。

［発明の目的］ 本発明はかかる問題を解決するためになされたもので、
前記保護層積層後の欠陥が修復でき、安定して歩留まり
良く生産できる非晶質シリコン太陽電池の製造方法を目
的としたものである。

［発明の構成８作用］ すなわち、本発明は、基板上に非晶質シリコンを主成分
とするｐｉｎ型の光起電力層を少なくとも一方が透明な
電極層で挾んだ構造を有する光電力要素を積層し、その
上に保護層を積層した非晶質シリコン太陽電池の製造方
法において、両電権間に１０’Ｖ／ａ＋以上の逆方向バ
イアス電界を印加しつつ８０℃以上のアニーリングを施
すことを特徴とする非晶質シリコン太陽電池の製造方法
である。

上述の本発明は、前述の従来のアニーリング法を改善す
べく鋭意検討した結果、外部より逆バイアスを印加しつ
つ保護層に用いる高分子フィルム。

その接着に用いる高分子樹脂等に支障のない１５０℃未
満で８０℃以上の比較的低温雰囲気下のアニリングによ
って良好な特性を示す非晶質シリコン太陽電池が歩留ま
りよく得られることを見いだし、なされたものである。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明が適用できる非晶質シリコン太陽電池は、公知の
非晶質シリコンを主成分とするＯ２０型の光起電力層か
らなるものであれば特にＩｌｌ限はないが中でも実施例
に示すｐ層と電極との間に導電性又は半導電性の酸化物
層を有するものにおいて効果が顕著である。

なお、非晶質シリコン太ｌ＠電池の具体例として以下の
ものがあげられる。

基板としては、ガラス、セラミックス、高分子フィルム
、またはシート上に低抵抗金属層、または透明導電膜を
電極として設けたもの、あるいは金属シートなどが挙げ
られる。この中でも低コストで、且つ大面積化しやすい
高分子フィルムが好ましい。

基板上に設ける光起電力層は公知の非晶質シリコンを主
成分としたもの、特に好ましくはプラズマＣＶＤ法で堆
積した非晶質シリコンを主成分とした半導体膜からなる
ものである。高分子フィルム基板上への堆積には特開昭
５６−１５０８７４号公報。

特開昭６１−１８７３７７４公報あるいは特開昭６１−
２６０６８１号公報で公知なロールツーロール法が生産
性の点で好ましい。高分子フィルムとしてはポリエチレ
ンテレフタレート（ＰＥＴ’）フィルムや、ポリエチレ
ンナフタレートフィルム、ポリイミド。

ポリエーテルエーテルケドンなどの耐熱性フィルムが使
用できる。

光起電力層の構造としてはｐｉｎの３層積層構成であれ
ばよく、ｐｉｎ　、　ｐｉｎｐｉｎ、　ｐｉｎｐｉｎｐ
ｉｎの様なシングル、あるいはタンデム構造が用いられ
る。

本発明が特に好ましく適用される酸化物層が電極側に積
層されるｐ層としては、公知の非晶質のみのもの、微結
晶化されたもののどららでもよく、またカーボン（Ｃ）
、ゲルマニューム（Ｇｅ）との合金でもよい。

このｐ層の電極側表面に形成される酸化物層としては、
金属酸化物層が用いられ、好ましくは酸化インジューム
２Ｍ化チタン、酸化クロムなどの透明で且つ導電性のあ
る層、またはそれらの複層膜が用いられ、その膜厚はｐ
ｌＦＩとの間で界面層を形成できる厚みがあればよく、
好ましくは１０Å以上であればよい。また酸化物層での
抵抗による損失、あるいは光を有効利用する点から　１
００Å以下であることが好ましい。

このｐ層上の酸化物層上に形成される電極としては、透
明電極、あるいは金属電極が用いられるが、どちらを用
いるかは光起電力層の構造によって選択される。

例えば高分子フィルムを基板として用い、金属電極を下
部電極層とし、この上に微結晶ｎ１ｇ１゜層、微結晶ｐ
層を堆積した構造の場合、上部電極として透明１！楡が
用いられる。下部金ｔｉｌ！極としては抵抗が小さく且
つ、展延性があるＡｌｌ、　ＡＵ　。

Ａｏ、Ｎｉなどの金１ｉ！１ｍと、シリコン膜との接合
特性がよいステンレススチール、　Ｃｒ　、ＭＯなどの
金属層の積層体が好ましい。

透明電極としては公知の、酸化インジューム。

酸化錫などの良導電性酸化膜、あるいは金属膜の積層体
が用いられる。

ｐ層が上部電極側に位置するときには、前述の極薄の酸
化物層は透明電極の一部と共用できるし、あるいは別個
にｐｍと透明電極との間に設けてもよい。一方、ｐ層が
金属電極側に位置するときにはこの極薄の酸化物層は金
属電極とｐＷａｗ而に設けられる。

本発明が適用される太陽電池は、以上の構成の光起電力
要素の基板と対向する表面上に耐久性向上のための保護
層が設けられたものである。保護層としてはポリエステ
ルフィルム、あるいはフッソ樹脂系の防湿性の保護フィ
ルムを設けることが好ましい。接着するための接着層と
しては公知のエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、ポ
リビニルブチラール（ＰＶＢ）、エチレンエチルアクリ
レート（ＥＥＡ）などの有機高分子樹脂が用いられ、ラ
ミネート法によって保ＩＩ層が光起電力要素面上に設け
られる。

ところで、本発明の逆バイアス電界印加、アニーリング
は太陽電池の性能を向上、欠陥修復を行うためのもので
あり、保護層を接着してモジュール構造が完成ののらお
こなわれる。印加バイアスとしては光起電ツノ層のｐ１
ｎ構造に１０’Ｖ／１以上の電界が生じるようにその構
造、膜厚に応じてその接合に対して逆方向のバイアスを
選択、印加する。この逆バイアス電界はアニーリングす
なわち加熱保持及びその後の冷却を通して印加する。

そのアニーリングの温度は接着層の他基板、保護層に熱
的ダメージが生じない１５０℃未満で加熱保持時間との
かね合いで決定され、実用的に処理時間面等から８０℃
以上の温度が好ましい。

［発明の効果１ 以上の本発明で得られる作用効果で特長的なことはｐ／
ｌ及びｐ／Ｍ化物層の界面の接合が改善され、太陽電池
特性の中で曲線因子が向上すると共に開放電圧が３％程
度向上することである。また、初期特性の芳しくない太
陽電池に於いても逆バイアス電界印加によって微小欠陥
部分での電流集中による発熱によって＾分子樹脂層が局
部的に軟化し、欠陥部分を絶縁化する自己修復機能が発
揮される事によって、性能の向上がえられる。このよう
に初期性能の芳しくない太陽電池も、また初期性能が優
れた太陽電池もその性能が向上され、その結果太陽電池
の生産性が向上する効果が得られる。

以下本発明の詳細な説明する。

［実施例１．比較例１］ 第１図に本実施例の太ｊ［池の積層構造を示した。太陽
電池の基板（１）としてロールツーロール法での太陽電
池製造が可能な、１００μｍ厚のポリエステルフィルム
を用いた。

この基板（１）上に下部電極（２）としてＡρ／ＳＳ（
ステンレススチール）の２層からなる金ｊａｆｆｉ極を
それぞれ０．４μ扉、５０人厚にスパッタリング法を用
いて堆積した。

光起電ｈｌｉＩはｐｉｎ　＠造とし、その各型の非晶質
シリコン躾は公知なプラズマＣｖＤ法を用いて、微結晶
化ｎ１ｌ（３ｃ）、ｉ層（３ｂ）、微結晶化ｐ　ｍ　（
３ａ　）を順次２００人、　５０００人、１００人の厚
さに堆積した。ｐ層と接合する酸化物層を兼ねて光入射
側の透明電極（４）として、錫がドープされた酸化イン
ジュウム（Ｉ　Ｔｏ）ＩＩを６００人の厚さにスパッタ
リング法を用いて堆積した。

さらに公知のものと同様取り出し電極（５）として櫛形
の銀ｍｉをスクリーン印劉法で設けた。

以上の光起電力要素の表面に１００μＴｒＬ厚のＥＶＡ
樹脂からなる接１１Ｍ＋６）を介して保護Ｉｆ（７１と
して１００μｍ厚のＰＥＴフィルムをラミネート接着し
、実施例の太陽電池モジュールを得た。

この太陽電池モジュールの太陽電池性能はＡＭ−１（１
ｏｏｍＷ／ｃｄ）のソーラーシュミレータ下−ｃのｍｉ
のｍｓ、ａａＺ率８．８％、ｔｍｍ’ａｍ圧（Ｖｏｃ）
　−０，８８Ｖ、　ｗＩ格ｉｆｆ流（Ｊ　ｓｃ）　−１
５，５ｍＡ／ｃｊ、曲線因子（ＦＦ）−０，６４であっ
た。

この太陽電池モジュールに逆バイアス電界として下部電
極（２と取り出し電極（５）の間に５ｖを印加しつつ１
２０度の熱風乾燥機中、で３時間の加熱処理を行った。

乾燥機から取り出して自然冷却した。

なお冷却中も逆バイアス電界を印加しつづけた。

太陽電池特性の変化を比較例と共に表１に示した。なお
比較例は実施例１と全く同じに作成した太陽電池モジュ
ールを逆バイアス電界印加なしにアニーリングのみ実施
例１と全く同じ条件で行ったものである。本発明で得ら
れる効果の特徴はＦＦの増加も見られるが、ｙｏｃが増
加することであり、３時間の処理によって０．９３　Ｖ
が得られ、変換効率も１０．２％に向上した。

表　　１ 実施例２ 前述の特開昭６１−１８７３７７号公報、特開昭６１−
２６０６８１号公報と同じようにして実施例１と同じ積
層構成で１００ｃｄの大面積で内部が３Ｉ！１のセルに
分割されて３段直列になっている公知の集積型太陽電池
モジュールを作成した。なお、保１１ｍ及び接着層も実
施例１と同じとした。この太陽電池モジュールの初期値
は表２に示したごとく変換効率が４．１％、　Ｖｏｃ　
−２，４Ｖ、　Ｆ　Ｆ　−０，４３と低く、各セル段毎
の性能を調べた結果、表２のように１段目のセルが特に
性能が低くこのセルの光起電力層中になんらかの欠陥が
あると予想された。

この太陽電池モジュールに１５Ｖの逆バイアスを印加し
つつ、１２０℃での加熱処理を３時間施した結果表２の
ごとく各段のセルともＶｏｃ、ＦＦ共に向上した。特に
１段目のセルに於いては欠陥点が修復され、はぼ他の段
のセルと同じ性能が得られた。

このように本発明に於いては接着層、保護層。

基板の有機高分子樹脂層を損うことなく、太陽電池の性
能を向上する効果があり、製品の歩留まり向上に寄与す
ることが明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の非晶質シリコン太陽電池モジュールの
積層構造の説明図である。 （１）Ｉ板　　　　　　（２下部電極 （３）光起電力層　　　（４）上部電極（５）取り出し
電極　　（６）接着層 （７）保護層

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に非晶質シリコンを主成分とするｐｉｎ型
   の光起電力層を少なくとも一方が透明な電極層で挾んだ
   構造を有する光電力要素を積層し、その上に有機高分子
   樹脂からなる接着層を介して保護層を積層した非晶質シ
   リコン太陽電池の製造方法において、両電極間に１０＾
   ５Ｖ／ｃｍ以上の逆方向バイアス電界を印加しつつ１５
   ０℃未満８０℃以上のアニーリングを施すことを特徴と
   する非晶質シリコン太陽電池の製造方法。
2. （２）前記非晶質シリコン太陽電池は保護層側が光入射
   面である請求項第１項記載の非晶質シリコン太陽電池の
   製造方法。
3. （３）前記光起電力要素が光起電力層のｐ層と電極との
   間に半導電性又は導電性の酸化物層を有する請求項第１
   項又は第２項記載の非晶質シリコン太陽電池の製造方法
   。
4. （４）前記酸化物層が１０Å以上、１００Å以下の厚さ
   のＳｎ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｃｒの群から選ばれた少なくとも
   １種の金属からなる半導電性、あるいは導電性を有する
   酸化物層の単層、或は積層体からなる請求項第１項〜第
   ３項記載のいずれかの非晶質シリコン太陽電池の製造方
   法。
5. （５）前記基板が可撓性高分子フィルムである請求項第
   １項〜第４項記載のいずれかの非晶質シリコン太陽電池
   の製造方法。