JPH02298079A - 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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- JPH02298079A JPH02298079A JP1119836A JP11983689A JPH02298079A JP H02298079 A JPH02298079 A JP H02298079A JP 1119836 A JP1119836 A JP 1119836A JP 11983689 A JP11983689 A JP 11983689A JP H02298079 A JPH02298079 A JP H02298079A
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- electrode
- thin film
- conductive paste
- filler
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- 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
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、光電変換層にアモルファス半導体を用いたｌ
１ｉｌ太陽電池の製造方法に関する。
１ｉｌ太陽電池の製造方法に関する。
原料ガスのグロー放電分解や光ＣＶＤ法により形成され
るアモルファス半導体層は気相成長であるため、大面積
化が寥易で、低コスト太陽電池の充電変換膜として期待
されている。こうした大面積のにモルファス太陽電池か
ら効率よく電力を堰出すためのよく知られた方法として
、第２図、あるいは第３図に示されるような直列接続型
の太陽電池を形成する方法がある。これは、ガラス基板
などの透光性絶縁基板１上に、酸化すずやＩＴＯなどの
透明導電膜からなる第一電極２１．２２．２３・・・を
短冊状に形成し、その上に光起電力発生部であるｐ−１
−ｎ接合を持つアモルファス半導体層領域３１．３２．
３３・・・を、次いで金属薄膜からなる第二電極４１．
４２．４３・・・を形成したものである。
るアモルファス半導体層は気相成長であるため、大面積
化が寥易で、低コスト太陽電池の充電変換膜として期待
されている。こうした大面積のにモルファス太陽電池か
ら効率よく電力を堰出すためのよく知られた方法として
、第２図、あるいは第３図に示されるような直列接続型
の太陽電池を形成する方法がある。これは、ガラス基板
などの透光性絶縁基板１上に、酸化すずやＩＴＯなどの
透明導電膜からなる第一電極２１．２２．２３・・・を
短冊状に形成し、その上に光起電力発生部であるｐ−１
−ｎ接合を持つアモルファス半導体層領域３１．３２．
３３・・・を、次いで金属薄膜からなる第二電極４１．
４２．４３・・・を形成したものである。
第−電極２１．アモルファス半導体層３１．および第二
電極４１の組合わせ、第一電極２２．アモルファス半導
体層３２．および第二電極４２の組合わせ等が各ユニッ
トセルを構成する。そして、一つのユニットセルの第−
電極層が隣接するユニットセルの第二電極層と一部接触
するように両電極およびアモルファス半導体層のパター
ンが形成され、各ユニットセルが直列に接続される。
電極４１の組合わせ、第一電極２２．アモルファス半導
体層３２．および第二電極４２の組合わせ等が各ユニッ
トセルを構成する。そして、一つのユニットセルの第−
電極層が隣接するユニットセルの第二電極層と一部接触
するように両電極およびアモルファス半導体層のパター
ンが形成され、各ユニットセルが直列に接続される。
こうした直列接続型の太陽電池の形成には、各層をそれ
ぞれ基板前面に被着させた後、フォトエツチング法、レ
ーザスクライブ法、メカニカルスクライブ法等の各種バ
ターニングプロセス技術を用いてバターニングを行うの
が賛通である。
ぞれ基板前面に被着させた後、フォトエツチング法、レ
ーザスクライブ法、メカニカルスクライブ法等の各種バ
ターニングプロセス技術を用いてバターニングを行うの
が賛通である。
なお、第２図に示した太陽電池の場合には、各ユニット
セル間の第二電極層の分割の際、アモルファス半導体層
３１，３２．３３・・・の縁部も同様にバターニングさ
れているが、第３図に示した太陽電池の場合にはアモル
ファス半導体層はバターニングされず、第一電極層と接
触する第二電極層の側部に接触したままである。このよ
うにしても、アモルファス半導体層のシート抵抗が大き
いため、各ユニットセルの第二電極間が短絡されること
はない。
セル間の第二電極層の分割の際、アモルファス半導体層
３１，３２．３３・・・の縁部も同様にバターニングさ
れているが、第３図に示した太陽電池の場合にはアモル
ファス半導体層はバターニングされず、第一電極層と接
触する第二電極層の側部に接触したままである。このよ
うにしても、アモルファス半導体層のシート抵抗が大き
いため、各ユニットセルの第二電極間が短絡されること
はない。
上述の従来の太陽電池の製造方法において、第二電極と
なる金属電極の形成には、ＭやＡｇ等を真空蒸奢やスバ
フタにより被着させ、その後フォトエツチング法やレー
ザスクライブ法によりバターニングを行う方法が通常用
いられる。しかし、この方法では真空ＩＩを使用するこ
と、バターニングに多（の工程を要することなどから、
スルーブツトが低く製造コストがかさむという難点があ
る。
なる金属電極の形成には、ＭやＡｇ等を真空蒸奢やスバ
フタにより被着させ、その後フォトエツチング法やレー
ザスクライブ法によりバターニングを行う方法が通常用
いられる。しかし、この方法では真空ＩＩを使用するこ
と、バターニングに多（の工程を要することなどから、
スルーブツトが低く製造コストがかさむという難点があ
る。
これを解決する一つの方法として、導電性ペーストをア
モルファス半導体層上にスクリーン印刷で塗布し、焼成
する方法が提案されている。この方法では、スクリーン
マスクを用いて印刷すれば第二電極のパターンが形成さ
れるので、バターニングプロセスが省略できるだけでな
く、スループントの大幅な向上も実現される。しかし、
この方法（以下、印刷電極法と呼ぶ）で製造された薄膜
太陽電池は、印刷電極とアモルファス半導体層の間の接
触抵抗が大きく、直列抵抗成分が大きい。
モルファス半導体層上にスクリーン印刷で塗布し、焼成
する方法が提案されている。この方法では、スクリーン
マスクを用いて印刷すれば第二電極のパターンが形成さ
れるので、バターニングプロセスが省略できるだけでな
く、スループントの大幅な向上も実現される。しかし、
この方法（以下、印刷電極法と呼ぶ）で製造された薄膜
太陽電池は、印刷電極とアモルファス半導体層の間の接
触抵抗が大きく、直列抵抗成分が大きい。
そのため、電卓用等の低照度、低電流下で使用する用途
ではあまり問題とはならないが、太陽光下で用いる電力
用途では、この抵抗分が太陽電池の出力特性に大きな影
響を及ぼす、入射光量の増加に伴い、フィルファクタが
低下し、変換効率が著しく制限される。
ではあまり問題とはならないが、太陽光下で用いる電力
用途では、この抵抗分が太陽電池の出力特性に大きな影
響を及ぼす、入射光量の増加に伴い、フィルファクタが
低下し、変換効率が著しく制限される。
本発明の目的は、上記の欠点を除去し、印刷電極法を用
いても実用上問題とならないような接触抵抗の小さい良
好なコンタクトを達成し、低コストの薄膜太陽電池の製
造方法を提供することにある。
いても実用上問題とならないような接触抵抗の小さい良
好なコンタクトを達成し、低コストの薄膜太陽電池の製
造方法を提供することにある。
上述の目的を達成するため、本発明は、透光性ｌ！ｌ緑
基根基板上って半導体薄膜の基板側に透光性の第−電極
９反基板側に充填材である金属粉体と結合材であろ樹脂
からなる導電ペーストを塗布し、焼成して形成される第
二電極を備えた薄膜太陽電池の製造方法において、導電
ペーストとしてほぼ球状である金属粉体を充填材として
含むものとする。そしてその金属粉体の平均粒半径をｒ
、ｅｌｍ。
基根基板上って半導体薄膜の基板側に透光性の第−電極
９反基板側に充填材である金属粉体と結合材であろ樹脂
からなる導電ペーストを塗布し、焼成して形成される第
二電極を備えた薄膜太陽電池の製造方法において、導電
ペーストとしてほぼ球状である金属粉体を充填材として
含むものとする。そしてその金属粉体の平均粒半径をｒ
、ｅｌｍ。
金属粉体１ｃｍ３当たりの平均個数をｎ、製造される薄
膜太陽電池の短絡電流密度をＪＡ／ｃｍ２、第二電極に
接するアモルファス半導体層のシート抵抗をＲ１Ω／□
とした場合、 の値が０．１よりも小さくなるような導電ペーストを用
いるものとする。
膜太陽電池の短絡電流密度をＪＡ／ｃｍ２、第二電極に
接するアモルファス半導体層のシート抵抗をＲ１Ω／□
とした場合、 の値が０．１よりも小さくなるような導電ペーストを用
いるものとする。
〔作用〕
はぼ球状の金属粉体を充填材として用いた印刷電極では
、他の形状の粉体を用いたものに比べ、アモルファス半
導体層と接触する金ＥＩＥ粉体との間に結合材である樹
脂が人込みに引り、実効的な接触面積が大きいだけでな
く、接触点の面内分布の一様性も良い、このため、印刷
電極の接触抵抗が小さくなる。
、他の形状の粉体を用いたものに比べ、アモルファス半
導体層と接触する金ＥＩＥ粉体との間に結合材である樹
脂が人込みに引り、実効的な接触面積が大きいだけでな
く、接触点の面内分布の一様性も良い、このため、印刷
電極の接触抵抗が小さくなる。
こうした球状の金属粉体を含む導電ベースト材を太陽電
池の電極に用いる際の金属粉体の粒径。
池の電極に用いる際の金属粉体の粒径。
密度などの条件については以下のような考察から演鐸す
ることができる。第４図に示すように球状の金属粉体５
１，５２．５３・・・がほぼ等間隔にアモルファス半導
体層３０上に並んで接触しているとして、接触している
高濃度ドープの低は抗アモルファス半導体層の膜厚をＤ
１抵抗率をρとする。この場合、接触している充填材の
平均間隔は、単位体積当たりの充填材の個数をｎとする
とｎ″ｌ／ｌで与えられるので、１個の粉体が電流を収
集しなければならないのは、はぼ半径ｎ −１／ １
／ ２の領域と考えられる。そこで、この領域内を発電
電流が流れたときのアモルファス半導体層電圧降下が太
陽電池の出力電圧に比べて十分小さければ接触抵抗の小
さな良好なコンタクトが得られることになる。この電圧
降下は次式の解として与えられる。
ることができる。第４図に示すように球状の金属粉体５
１，５２．５３・・・がほぼ等間隔にアモルファス半導
体層３０上に並んで接触しているとして、接触している
高濃度ドープの低は抗アモルファス半導体層の膜厚をＤ
１抵抗率をρとする。この場合、接触している充填材の
平均間隔は、単位体積当たりの充填材の個数をｎとする
とｎ″ｌ／ｌで与えられるので、１個の粉体が電流を収
集しなければならないのは、はぼ半径ｎ −１／ １
／ ２の領域と考えられる。そこで、この領域内を発電
電流が流れたときのアモルファス半導体層電圧降下が太
陽電池の出力電圧に比べて十分小さければ接触抵抗の小
さな良好なコンタクトが得られることになる。この電圧
降下は次式の解として与えられる。
ただし、ｒは今考えている一つの粉体の接触部の中心か
らの距離、ｊは太陽電池の出力電流密度。
らの距離、ｊは太陽電池の出力電流密度。
Ｖ、Ｉはそれぞれｒの点での電圧、電流を表わす。
さて、粉体の形状は球状とはいっても表面に小さな凹凸
があり、しかもいびつであるのが一般的であるため、ア
モルファス半導体層とは一点で接触する訳ではなく、あ
る面積で接触している。そこで、この接触部の半径をｒ
＜とすると、上式をｒ−「、から′Ａｎ−１／１まで積
分し、この領域での電圧降下ΔＶとして次式を得る。
があり、しかもいびつであるのが一般的であるため、ア
モルファス半導体層とは一点で接触する訳ではなく、あ
る面積で接触している。そこで、この接触部の半径をｒ
＜とすると、上式をｒ−「、から′Ａｎ−１／１まで積
分し、この領域での電圧降下ΔＶとして次式を得る。
ここで、本来ならｊは■の関数となるものであるが、電
圧降下が小さい場合を考えているので定数と仮定した。
圧降下が小さい場合を考えているので定数と仮定した。
一触にアモルファス太陽電池の出力電圧は１層程度であ
り、これに比べてΔ■が十分小さければ良好なコンタク
トと見做すことができる。実用上は一桁低い値をとれば
ほぼ満足する特性が得られるので、これをΔＶの上限と
し、出力電流密度としては短絡電流密度Ｊを選ぶことに
する。また、接触半径ｒ。については、Ｕ漱鏡観察の結
果から、はぼ粉体の径の１０〜２０％であることがわか
り、これからｒｅ−０，２ｒ、（但し、ｒｌｌは粉体の
平均半径）と置く、これらをｆｌ１式に代入し、良好な
コンタクトが得られる条件を求めると（２）式のように
なる。
り、これに比べてΔ■が十分小さければ良好なコンタク
トと見做すことができる。実用上は一桁低い値をとれば
ほぼ満足する特性が得られるので、これをΔＶの上限と
し、出力電流密度としては短絡電流密度Ｊを選ぶことに
する。また、接触半径ｒ。については、Ｕ漱鏡観察の結
果から、はぼ粉体の径の１０〜２０％であることがわか
り、これからｒｅ−０，２ｒ、（但し、ｒｌｌは粉体の
平均半径）と置く、これらをｆｌ１式に代入し、良好な
コンタクトが得られる条件を求めると（２）式のように
なる。
但し、Ｒ１−ρ／Ｄはアモルファス半導体層のシート抵
抗である。ｔａって上式を満足するようなペーストおよ
びアモルファス半導体層のシート抵抗の条件を選べば接
触抵抗の小さな良好なコンタクトが得られる。
抗である。ｔａって上式を満足するようなペーストおよ
びアモルファス半導体層のシート抵抗の条件を選べば接
触抵抗の小さな良好なコンタクトが得られる。
印刷電極材料の検討を行うために、ガラス板上に厚さ４
５００人の酸化すず膜を退引電極として形成し、その上
に厚さ約２００人の９形アモルファスシリコンカーボン
（ａ−５ＩＣ：Ｈ）層、厚さ約５０００人の非ドープ
アモルファスシリコン（ａ−３ｌ：Ｈ）層。
５００人の酸化すず膜を退引電極として形成し、その上
に厚さ約２００人の９形アモルファスシリコンカーボン
（ａ−５ＩＣ：Ｈ）層、厚さ約５０００人の非ドープ
アモルファスシリコン（ａ−３ｌ：Ｈ）層。
厚さ約３００人のｎ形のａ−３１：８層をグロー放電分
解法により順次形成した。その上に、球状、フレーク状
、繊維状のそれぞれの形状を有する金属粒体をフェノー
ル樹脂に混合したペースト材をスクリーン印刷し、１５
０℃〜１７０℃で約３０分間焼成を行い、電極を形成し
た。粉体の代表的な大きさは１〜ＬＯｎであり、充填率
は６０％以上、材料としては、Ｍｏ、Ｎｌ、Ａｇ、
Ｃを用いた。なお、導電ペーストの結合材としてはエポ
キシ系樹脂も用いることができる。
解法により順次形成した。その上に、球状、フレーク状
、繊維状のそれぞれの形状を有する金属粒体をフェノー
ル樹脂に混合したペースト材をスクリーン印刷し、１５
０℃〜１７０℃で約３０分間焼成を行い、電極を形成し
た。粉体の代表的な大きさは１〜ＬＯｎであり、充填率
は６０％以上、材料としては、Ｍｏ、Ｎｌ、Ａｇ、
Ｃを用いた。なお、導電ペーストの結合材としてはエポ
キシ系樹脂も用いることができる。
第１図は、粉体の形状を変えて形成した印刷電極を持つ
太陽電池の出力特性の違いを示すものであり、擬似太陽
光（＾旧、５．１００ｍＷ／ｃｄ ）下での面積ｌ−の
太陽電池の開放電圧■。ｃ１短絡電流Ｊ ＠ｅ＋フィル
ファクタＦＦ、変換効率１および直列抵抗Ｒ３が各粉体
形状に対して示されている。比較のために、真空蒸着で
付けたりを電極とした太陽電池の特性も同時に示されて
いる。
太陽電池の出力特性の違いを示すものであり、擬似太陽
光（＾旧、５．１００ｍＷ／ｃｄ ）下での面積ｌ−の
太陽電池の開放電圧■。ｃ１短絡電流Ｊ ＠ｅ＋フィル
ファクタＦＦ、変換効率１および直列抵抗Ｒ３が各粉体
形状に対して示されている。比較のために、真空蒸着で
付けたりを電極とした太陽電池の特性も同時に示されて
いる。
この結果から、球状の金属粉体を充填材として用いた太
陽電池では、他のものに比べてＦＦ、 ７７が高く、
Ｒ３は一桁以上小さいことが分り、蒸着へｌのものと同
程度の性能を持つことが示された。これを電子ＷＪＩ徽
鏡により印刷電極部の断面部を観察した結果、膜厚は約
２Ｏｎであり、また充填材の形状は、表面は凹凸があり
、また部分的にゆがみはあるもののほぼ球に近いもので
あることが確かめられた。
陽電池では、他のものに比べてＦＦ、 ７７が高く、
Ｒ３は一桁以上小さいことが分り、蒸着へｌのものと同
程度の性能を持つことが示された。これを電子ＷＪＩ徽
鏡により印刷電極部の断面部を観察した結果、膜厚は約
２Ｏｎであり、また充填材の形状は、表面は凹凸があり
、また部分的にゆがみはあるもののほぼ球に近いもので
あることが確かめられた。
この実施例の数値を（２）式に入れた。すなわち、Ｊ
−１４ｍＡ ／ ｃｊ 、 ρ−１０４Ωｃｍ、ＤＩ
＝＋３００ 人９球の間隔ｎ＋１ツＩ−＋１０ｎを入れ
るとＲ，−２〜３−の値が得られた。この値のとき印刷
電極部におけろ電圧降下が０．１ｖ以下となる。
−１４ｍＡ ／ ｃｊ 、 ρ−１０４Ωｃｍ、ＤＩ
＝＋３００ 人９球の間隔ｎ＋１ツＩ−＋１０ｎを入れ
るとＲ，−２〜３−の値が得られた。この値のとき印刷
電極部におけろ電圧降下が０．１ｖ以下となる。
Ｃ発明の効果〕
本発明によれば、ｙＩＩＩ！太陽電池の反透光性絶縁基
板側に設けられる第二電極のパターニング工程省略のた
めに印刷電極法を実施する際に用いる導電ペーストの充
填材をほぼ球状の金属粉体とすることにより、充填材が
他の形状の金属粉体の場合より性能がすぐれ、パターニ
ングの必要な蒸着電極の場合と同等の性能をもつ薄膜太
陽電池を得ることができた。さらに、球状金属粉体を充
填材として用いることにより、アモルファス半導体層と
の良好なコンタクトを得るための導電ペーストの条件を
算定することが可能となる効果も生じた。
板側に設けられる第二電極のパターニング工程省略のた
めに印刷電極法を実施する際に用いる導電ペーストの充
填材をほぼ球状の金属粉体とすることにより、充填材が
他の形状の金属粉体の場合より性能がすぐれ、パターニ
ングの必要な蒸着電極の場合と同等の性能をもつ薄膜太
陽電池を得ることができた。さらに、球状金属粉体を充
填材として用いることにより、アモルファス半導体層と
の良好なコンタクトを得るための導電ペーストの条件を
算定することが可能となる効果も生じた。
第１図は本発明の有効性を示す各種ペースト材を用いた
印刷電極および蒸着電極を有するアモルファス電池の特
性比較グラフ、第２図、第３図は直列接続型薄膜太陽電
池の二つの例それぞれの断面図、第４図は粉体の接触状
況を示す断面図である。 １：透光性絶縁基板、２１．２２，２３ ：第−ｍ極、
３１．３２．３３ Ｆアモルファス半導体層、４１，４
２，４３ ：第二電極＊
−、、、、代」！人年理士 山 口 巖
゛シシ第１肥 第２図 第３肥
印刷電極および蒸着電極を有するアモルファス電池の特
性比較グラフ、第２図、第３図は直列接続型薄膜太陽電
池の二つの例それぞれの断面図、第４図は粉体の接触状
況を示す断面図である。 １：透光性絶縁基板、２１．２２，２３ ：第−ｍ極、
３１．３２．３３ Ｆアモルファス半導体層、４１，４
２，４３ ：第二電極＊
−、、、、代」！人年理士 山 口 巖
゛シシ第１肥 第２図 第３肥
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）透光性絶縁基板上にあって半導体薄膜の基板側に透
光性の第一電極、反基板側に充填材である金属粉体と結
合材である樹脂からなる導電ペーストを塗布し、焼成し
て形成される第二電極を備えた薄膜太陽電池の製造方法
において、導電ペーストとしてほぼ球状である金属粉体
を充填材として含むものを用いることを特徴とする薄膜
太陽電池の製造方法。 ２）金属粉体の平均粒半径をｒ＿ｍｃｍ、金属粉体１ｃ
ｍ＾３当たりの平均個数をｎ、製造される薄膜太陽電池
の短絡電流密度をＪＡ／ｃｍ＾２、第二電極に接するア
モルファス半導体層のシート抵抗をＲ＿ｓΩ／□とした
場合、 ｜（ＪＲ／８）ｎ＾−＾２＾／＾３｛ｌ＿ｎ（５ｎ＾−
＾１＾／＾２／２ｒ＿ｍ）＋（１／２）（（４ｒ＿ｍ＾
２／２５ｎ＾−＾２＾／＾３）−１）｝｜の値が０．１
よりも小さくなるような導電ペーストを用いることを特
徴とする請求項１記載の薄膜太陽電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1119836A JPH02298079A (ja) | 1989-05-12 | 1989-05-12 | 薄膜太陽電池の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1119836A JPH02298079A (ja) | 1989-05-12 | 1989-05-12 | 薄膜太陽電池の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02298079A true JPH02298079A (ja) | 1990-12-10 |
Family
ID=14771460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1119836A Pending JPH02298079A (ja) | 1989-05-12 | 1989-05-12 | 薄膜太陽電池の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02298079A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5318638A (en) * | 1991-10-18 | 1994-06-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Solar cell |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61208701A (ja) * | 1985-03-13 | 1986-09-17 | 株式会社村田製作所 | 導電ペ−スト |
| JPS6457762A (en) * | 1987-08-28 | 1989-03-06 | Kyocera Corp | Photoelectric converting device |
| JPH02256280A (ja) * | 1989-03-29 | 1990-10-17 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | 非晶質光起電力装置及びその製造方法 |
-
1989
- 1989-05-12 JP JP1119836A patent/JPH02298079A/ja active Pending
Patent Citations (3)
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| JPS61208701A (ja) * | 1985-03-13 | 1986-09-17 | 株式会社村田製作所 | 導電ペ−スト |
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| JPH02256280A (ja) * | 1989-03-29 | 1990-10-17 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | 非晶質光起電力装置及びその製造方法 |
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| US5318638A (en) * | 1991-10-18 | 1994-06-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Solar cell |
| US5393695A (en) * | 1991-10-18 | 1995-02-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of making solar cell |
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