JPH03166771A - 薄膜太陽電池 - Google Patents
薄膜太陽電池Info
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- JPH03166771A JPH03166771A JP1306013A JP30601389A JPH03166771A JP H03166771 A JPH03166771 A JP H03166771A JP 1306013 A JP1306013 A JP 1306013A JP 30601389 A JP30601389 A JP 30601389A JP H03166771 A JPH03166771 A JP H03166771A
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- solar cell
- silicon layer
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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
- Y02E10/546—Polycrystalline silicon PV cells
-
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
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- 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〕
本発明は非晶質シリコン （以下ａ −Ｓｔと記す）を
主材料とし、ｐ−ｉ−ｎ接合構造により光電変換をする
薄膜太陽電池に関する． 〔従来の技術〕 非晶質半導体、特にａ −Ｓｌ薄膜を用いた薄膜太陽電
池は大面積化が容易、原料コストが小さくてすむといっ
た利点をもち、低コスト太陽電池として期待されている
．通常、ａ −Ｓｔ太陽電池はガラスなどの透光性の基
板にＳｎＯｘなどの透明かつ導電性のある透明導電膜に
よって透明電極を形成し、七の上にグロー放電分解を利
用したプラズマＣｖＤ法によりｐ形．ｉ形，ｎ形のａ
−５１層を順次形成し、さらにＭやＡｌなどの金属電極
を真空蒸着法やスパッタリング法により形成することに
より製造される． 〔発明が解決しようとする課題〕 しかし、プラズマＣＶＤ法により形成されたａ一Ｓｌ膜
は光照射下において膜質が劣化し、その中でｌ層の膜質
の劣化が原因となって太陽電池の，効率が低下する、い
わゆるステブラー・ロンスキー効果と呼ばれる現象が問
題となっていた．これに，対し、熱ＣＶＤ法によって形
成されたａ −５１膜は光による膜質の劣化が小さく、
このため太陽電池としての効率の低下がない． 熱ＣＶＤ法は、反応室を大気圧もしくは減圧のＨｅもし
くはｈ雰囲気中において４５０〜５００℃の戒膜温度に
昇温させたのち、反応ガスを導入して熱分解させ、支持
台上にセットされた基板上に堆積させる．基板としては
、ステンレス鯛などの金属板を研摩したものか、ガラス
等の絶縁板の上にＭやＡｇの電極を形成したものが用い
られる，ａ−Ｓｆ或膜のための反応ガスとしては、ＳＬ
ｔＨｈを主ガスとして、Ｈ８またはＬを希釈ガスとして
用い、ｎ層を形或する場合にはこれにＰｌｌ．を加え、
ｐ層を形戒する場合には８１Ｈ＆を加える．また、最上
部に形成されるｐ形もしくはｎ形のドーピング層は、不
純物の拡散をおさえるため、１５０〜２００℃程度の低
温でプラズマＣＶＤ法などにより形成されることもある
． 第２図はそのような薄膜太陽電池の一例を示し、ステン
レス鋼からなる導電性基板１１上に熱ＣＶＤ法により形
成されたｎ形ａ−Ｓｌ層１２，ｌＷｉＣＶＤ法により形
成されたｌ形ａ −５１層１３およびプラズマＣＶＤ法
により形成されたｐ形ａ −Ｓｌ層１４を積層し、さら
に透明導電膜よりなる透明電極１５を被着したものであ
る．この太陽電池は、透明電極１５を通して入射する光
１０により起電力を生じ、基板１１に設けられた端子１
６，透明電極１５に設けられた端子１７から取り出され
る． しかしながら、この方法によって製造された太陽電池は
光による特性の劣化はないものの、戒膜温度が４５０〜
５００℃と高いため、基板を構戒する金属がａ−Ｓｌ層
中に拡散し、太陽電池としての特性を低下させるという
問題があった． 本発明の目的は、ａ−Ｓｌの戒膜に熱ＣＶＤ法を適用し
て光による劣化をおさえるとともに、ａ 一Ｓｌ膜への
基板からの金属の拡散をおさえることのできる薄膜太陽
電池を提供することにある．〔課題を解決するための手
段〕 上記の目的を達處するために、本発明の薄膜太陽電池は
、絶縁性基板上に低抵抗で第一導電形の多結晶シリコン
層、熱ＣＶＤ法で形成されたｌ形のａ−５１層およびプ
ラズマＣＶＤ法で形成された第二導電形のａ−３１層を
順次積層してなるものとする． 〔作用〕 ｌ層を熱ＣＶＤ法で形處するので光による膜質の劣化が
少ない．また、基板に接する低抵抗多結晶シリコン層が
、ｎ形もしくはｐ形の半導体層としてｐ−１−ｎ構造の
一部をなすほか、電極としての役割を兼用するため、熱
ＣＶＤ法の際の温度における汚染源である金属基板を用
いる必要がない．さらに、ｌ層の上のｐ層もしくはｎ層
が低温で実施されるプラズマＣＶＤ法で形成されるので
、多結晶シリコンに含まれる不純物のｌ層への拡散も起
こらず、クリーンな半導体接合が実現され、高効率が得
られる． 〔実施例〕 第１図は、本発明の一実施例の薄膜太陽電池を示す．こ
の太陽電池は、ガラス基板ｌ上に電極の役割を兼ねたｎ
形の多結晶シリコン層２を熱ＣＶＤ法で形成し、その上
にｌ形ａ−Ｓｉ層３を熱ＣｖＤ法により、さらにその上
にｐ形ａ−Ｓｉ層４をプラズマＣＶＤ法により積層した
ｐ−ｉ−ｎ構造を有する．ｐ層４の上には透明導ｔＭ５
が形成され、透明電極の役割をする．この太陽電池も、
上面から入射する光１０により起電力を生じ、多結晶シ
リコン層２に設けられた端子１６，透明電極５に設けら
れた端子１７から取り出される． 第３図は、第１図に示した太陽電池の製造装置の断面図
である．この装置は、熱ＣＶＤ室６１とプラズマＣＶＤ
室６２を連結したものである．熱ＣｖＤ室６ｌは電気炉
６３の中に収容されており、プラズマＣＶＤ室６２には
、高周波電極６４とヒータを備えた電極６５が対向配置
されている．先ず、この装置の熱ＣＶＤ室６１に支持台
６６上に装着したガラス基板１を入れ、ｈ雰囲気で６０
０℃に加熱した．排気管７ｌから真空引きしたのち、ガ
ス導管８１から前室６７を経てＳｌ！Ｉ＃およびＰａｌ
ｓを導入し、ｌ Ｔｏｒｒの圧力下で熱ｃｖｎにより基
板１上に抵抗率ｓｘｉｏ−’Ω個のｎ形多結晶シリコン
層２を１ｎの厚さに或膜した．この多結晶シリコン層２
のシート抵抗はｌＯΩ以下であるので、十分電極として
の役割を果たすことができる．次に、このｌ！ｉｃＶＤ
室６ｌに１１８ガスを導入し、４８０℃に降温しさらに
均熱化を行った．均熱終了後真空引きを行い、主ガスＳ
ｌ！Ｈ１希釈ガスＨｅをガス導管８ｌから導入し、圧力
を５０Ｔｏｒｒに保ち、熱ＣＶＤによりｌ形ａ−３１層
３を５０００人の厚さに或膜した．その後、熱ＣＶＤ室
６ｌを排気管７１から、またプラズマＣＶＤ室６２を排
気管７２か？真空引きし、バルブ６８を開け、基板１を
プラズマＣＶＤ室６２に移動した．移動後Ｈ，を導入し
、基板温度を２００℃に降温し、均熱化を行った．次い
で、排気管７２から真空引きを行い、ガス導管８２から
ＳＩＨ■ＢＪｈＣＪ■Ｈｔを導入し、圧力を０．５ Ｔ
ｏｒｒに保ち、電極６４に高周波電圧を印加し、プラズ
マＣＶＤによりｐ形ａ−ＳＩＣ層４を１５０人の厚さに
或膜した．さらに、真空引き後、大気にパージし、バル
プ６９を開け、基板１を外部に取り出し、ｎ形ａ−Ｓｔ
層４の上に透明導電膜５を或膜した．第４図は、第１図
に示した本発明の実施例のａ一Ｓｉ太陽電池および第２
図に示した従来のａ −Ｓｉ太陽電池のセル特性をそれ
ぞれ１９１．９２により比較したものである．本発明に
基づく太陽電池の変換効率は９．０％であり、従来法に
よる太陽電池の変換効率は７．３％だった．このことか
ら、本発明の実施例の方法を採用することにより、熱Ｃ
ＶＤ法による基板からの不純物の拡散がなく、効率の向
上がはかられることがわかった．また、この二つの太陽
電池に１００ ｓＷ／一の光を１００時間照射したが、
共に劣化はみられなかった． 第５図は本発明の他の実施例を示す．ガラス基板１上に
直列に集積化されたａ −３１太陽電池が形成されてい
る．先ず、基板１上にｎ形ポリシリコン層を形成し、レ
ーザパターニングを行うことにより、電極を兼ねたｎ形
領域２１．２２．２３．２４・・・に分割する．その上
に熱ＣＶＤ法によるｌ形ａ −Ｓｌ層およびプラズマＣ
ＶＤによるｐ形ａ−ＳＩＣ層を形成し、レーザバターニ
ングにより、ｉ形領域３１，３２．３３．３４・・・お
よびｐ形領域４１．４２．４３．４４・・・に分割する
．その上に透明導電膜を形成し、レーザバターニングに
より透明電極５１．５２．５３．５４・・・に分割する
ことによって光１０より起電力を生ずる集積型ａ一Ｓｔ
太陽電池が作製される．従来法で集積型太陽電池を作製
する場合、絶縁基板を用いてその上にまず金属電極を蒸
着する必要がある．この実施例ではこのプロセスが不要
なためより簡単なプロセスで集積型太陽電池を作製する
ことができる．なお、第１図．第５図に示した太陽電池
の導電形を逆にすることも容易にできることは明らかで
ある． 〔発明の効果〕 本発明によれば、ａ−Ｓｔを主材料としたｐ−１−ｎ構
造の１層を熱ＣＶＤ法で形成してステプラー・ロンスキ
ー効果による膜質の劣化を低減し、その五層を基板側の
接合を形成する層を低抵抗な多結晶シリコンで形成する
ことにより、金属電極が不要になり、熱ＣＶＤ時に金属
の拡散により汚染されないｐ−１−ｎ接合構造が実現す
るため効率が向上し、それによって高効率で高信頼性の
薄膜太陽電池を得ることができた．特に、直列集積形の
太陽電池においては、絶縁基板上に金属電極旗を形成す
る必要がなく、より低コストとすることが可能になった
．
主材料とし、ｐ−ｉ−ｎ接合構造により光電変換をする
薄膜太陽電池に関する． 〔従来の技術〕 非晶質半導体、特にａ −Ｓｌ薄膜を用いた薄膜太陽電
池は大面積化が容易、原料コストが小さくてすむといっ
た利点をもち、低コスト太陽電池として期待されている
．通常、ａ −Ｓｔ太陽電池はガラスなどの透光性の基
板にＳｎＯｘなどの透明かつ導電性のある透明導電膜に
よって透明電極を形成し、七の上にグロー放電分解を利
用したプラズマＣｖＤ法によりｐ形．ｉ形，ｎ形のａ
−５１層を順次形成し、さらにＭやＡｌなどの金属電極
を真空蒸着法やスパッタリング法により形成することに
より製造される． 〔発明が解決しようとする課題〕 しかし、プラズマＣＶＤ法により形成されたａ一Ｓｌ膜
は光照射下において膜質が劣化し、その中でｌ層の膜質
の劣化が原因となって太陽電池の，効率が低下する、い
わゆるステブラー・ロンスキー効果と呼ばれる現象が問
題となっていた．これに，対し、熱ＣＶＤ法によって形
成されたａ −５１膜は光による膜質の劣化が小さく、
このため太陽電池としての効率の低下がない． 熱ＣＶＤ法は、反応室を大気圧もしくは減圧のＨｅもし
くはｈ雰囲気中において４５０〜５００℃の戒膜温度に
昇温させたのち、反応ガスを導入して熱分解させ、支持
台上にセットされた基板上に堆積させる．基板としては
、ステンレス鯛などの金属板を研摩したものか、ガラス
等の絶縁板の上にＭやＡｇの電極を形成したものが用い
られる，ａ−Ｓｆ或膜のための反応ガスとしては、ＳＬ
ｔＨｈを主ガスとして、Ｈ８またはＬを希釈ガスとして
用い、ｎ層を形或する場合にはこれにＰｌｌ．を加え、
ｐ層を形戒する場合には８１Ｈ＆を加える．また、最上
部に形成されるｐ形もしくはｎ形のドーピング層は、不
純物の拡散をおさえるため、１５０〜２００℃程度の低
温でプラズマＣＶＤ法などにより形成されることもある
． 第２図はそのような薄膜太陽電池の一例を示し、ステン
レス鋼からなる導電性基板１１上に熱ＣＶＤ法により形
成されたｎ形ａ−Ｓｌ層１２，ｌＷｉＣＶＤ法により形
成されたｌ形ａ −５１層１３およびプラズマＣＶＤ法
により形成されたｐ形ａ −Ｓｌ層１４を積層し、さら
に透明導電膜よりなる透明電極１５を被着したものであ
る．この太陽電池は、透明電極１５を通して入射する光
１０により起電力を生じ、基板１１に設けられた端子１
６，透明電極１５に設けられた端子１７から取り出され
る． しかしながら、この方法によって製造された太陽電池は
光による特性の劣化はないものの、戒膜温度が４５０〜
５００℃と高いため、基板を構戒する金属がａ−Ｓｌ層
中に拡散し、太陽電池としての特性を低下させるという
問題があった． 本発明の目的は、ａ−Ｓｌの戒膜に熱ＣＶＤ法を適用し
て光による劣化をおさえるとともに、ａ 一Ｓｌ膜への
基板からの金属の拡散をおさえることのできる薄膜太陽
電池を提供することにある．〔課題を解決するための手
段〕 上記の目的を達處するために、本発明の薄膜太陽電池は
、絶縁性基板上に低抵抗で第一導電形の多結晶シリコン
層、熱ＣＶＤ法で形成されたｌ形のａ−５１層およびプ
ラズマＣＶＤ法で形成された第二導電形のａ−３１層を
順次積層してなるものとする． 〔作用〕 ｌ層を熱ＣＶＤ法で形處するので光による膜質の劣化が
少ない．また、基板に接する低抵抗多結晶シリコン層が
、ｎ形もしくはｐ形の半導体層としてｐ−１−ｎ構造の
一部をなすほか、電極としての役割を兼用するため、熱
ＣＶＤ法の際の温度における汚染源である金属基板を用
いる必要がない．さらに、ｌ層の上のｐ層もしくはｎ層
が低温で実施されるプラズマＣＶＤ法で形成されるので
、多結晶シリコンに含まれる不純物のｌ層への拡散も起
こらず、クリーンな半導体接合が実現され、高効率が得
られる． 〔実施例〕 第１図は、本発明の一実施例の薄膜太陽電池を示す．こ
の太陽電池は、ガラス基板ｌ上に電極の役割を兼ねたｎ
形の多結晶シリコン層２を熱ＣＶＤ法で形成し、その上
にｌ形ａ−Ｓｉ層３を熱ＣｖＤ法により、さらにその上
にｐ形ａ−Ｓｉ層４をプラズマＣＶＤ法により積層した
ｐ−ｉ−ｎ構造を有する．ｐ層４の上には透明導ｔＭ５
が形成され、透明電極の役割をする．この太陽電池も、
上面から入射する光１０により起電力を生じ、多結晶シ
リコン層２に設けられた端子１６，透明電極５に設けら
れた端子１７から取り出される． 第３図は、第１図に示した太陽電池の製造装置の断面図
である．この装置は、熱ＣＶＤ室６１とプラズマＣＶＤ
室６２を連結したものである．熱ＣｖＤ室６ｌは電気炉
６３の中に収容されており、プラズマＣＶＤ室６２には
、高周波電極６４とヒータを備えた電極６５が対向配置
されている．先ず、この装置の熱ＣＶＤ室６１に支持台
６６上に装着したガラス基板１を入れ、ｈ雰囲気で６０
０℃に加熱した．排気管７ｌから真空引きしたのち、ガ
ス導管８１から前室６７を経てＳｌ！Ｉ＃およびＰａｌ
ｓを導入し、ｌ Ｔｏｒｒの圧力下で熱ｃｖｎにより基
板１上に抵抗率ｓｘｉｏ−’Ω個のｎ形多結晶シリコン
層２を１ｎの厚さに或膜した．この多結晶シリコン層２
のシート抵抗はｌＯΩ以下であるので、十分電極として
の役割を果たすことができる．次に、このｌ！ｉｃＶＤ
室６ｌに１１８ガスを導入し、４８０℃に降温しさらに
均熱化を行った．均熱終了後真空引きを行い、主ガスＳ
ｌ！Ｈ１希釈ガスＨｅをガス導管８ｌから導入し、圧力
を５０Ｔｏｒｒに保ち、熱ＣＶＤによりｌ形ａ−３１層
３を５０００人の厚さに或膜した．その後、熱ＣＶＤ室
６ｌを排気管７１から、またプラズマＣＶＤ室６２を排
気管７２か？真空引きし、バルブ６８を開け、基板１を
プラズマＣＶＤ室６２に移動した．移動後Ｈ，を導入し
、基板温度を２００℃に降温し、均熱化を行った．次い
で、排気管７２から真空引きを行い、ガス導管８２から
ＳＩＨ■ＢＪｈＣＪ■Ｈｔを導入し、圧力を０．５ Ｔ
ｏｒｒに保ち、電極６４に高周波電圧を印加し、プラズ
マＣＶＤによりｐ形ａ−ＳＩＣ層４を１５０人の厚さに
或膜した．さらに、真空引き後、大気にパージし、バル
プ６９を開け、基板１を外部に取り出し、ｎ形ａ−Ｓｔ
層４の上に透明導電膜５を或膜した．第４図は、第１図
に示した本発明の実施例のａ一Ｓｉ太陽電池および第２
図に示した従来のａ −Ｓｉ太陽電池のセル特性をそれ
ぞれ１９１．９２により比較したものである．本発明に
基づく太陽電池の変換効率は９．０％であり、従来法に
よる太陽電池の変換効率は７．３％だった．このことか
ら、本発明の実施例の方法を採用することにより、熱Ｃ
ＶＤ法による基板からの不純物の拡散がなく、効率の向
上がはかられることがわかった．また、この二つの太陽
電池に１００ ｓＷ／一の光を１００時間照射したが、
共に劣化はみられなかった． 第５図は本発明の他の実施例を示す．ガラス基板１上に
直列に集積化されたａ −３１太陽電池が形成されてい
る．先ず、基板１上にｎ形ポリシリコン層を形成し、レ
ーザパターニングを行うことにより、電極を兼ねたｎ形
領域２１．２２．２３．２４・・・に分割する．その上
に熱ＣＶＤ法によるｌ形ａ −Ｓｌ層およびプラズマＣ
ＶＤによるｐ形ａ−ＳＩＣ層を形成し、レーザバターニ
ングにより、ｉ形領域３１，３２．３３．３４・・・お
よびｐ形領域４１．４２．４３．４４・・・に分割する
．その上に透明導電膜を形成し、レーザバターニングに
より透明電極５１．５２．５３．５４・・・に分割する
ことによって光１０より起電力を生ずる集積型ａ一Ｓｔ
太陽電池が作製される．従来法で集積型太陽電池を作製
する場合、絶縁基板を用いてその上にまず金属電極を蒸
着する必要がある．この実施例ではこのプロセスが不要
なためより簡単なプロセスで集積型太陽電池を作製する
ことができる．なお、第１図．第５図に示した太陽電池
の導電形を逆にすることも容易にできることは明らかで
ある． 〔発明の効果〕 本発明によれば、ａ−Ｓｔを主材料としたｐ−１−ｎ構
造の１層を熱ＣＶＤ法で形成してステプラー・ロンスキ
ー効果による膜質の劣化を低減し、その五層を基板側の
接合を形成する層を低抵抗な多結晶シリコンで形成する
ことにより、金属電極が不要になり、熱ＣＶＤ時に金属
の拡散により汚染されないｐ−１−ｎ接合構造が実現す
るため効率が向上し、それによって高効率で高信頼性の
薄膜太陽電池を得ることができた．特に、直列集積形の
太陽電池においては、絶縁基板上に金属電極旗を形成す
る必要がなく、より低コストとすることが可能になった
．
第１図は本発明の一実施例の薄膜太陽電池の断面図、第
２図は従来の薄膜太陽電池の断面図、第３図は第ｌ図の
太陽電池の製造に用いる装置の断面図、第４図は第１図
および第２図に示した太陽電池の出力特性線図、第５図
は本発明の別の実施例の集積型太陽電池の断面図である
． １：ガラス基板、２＋ｎ形多結晶シリコン層、３＋ｌ形
ａ−Ｓｌ層、４：ｐ形ａ−ＳｉＣ層、５＝透明電極、６
１：熱ＣＶＤ室、６２＝プラズマＣｖＤ室．第１ 図 第２図 １ｌ 第３図 第４図 １ 第５図
２図は従来の薄膜太陽電池の断面図、第３図は第ｌ図の
太陽電池の製造に用いる装置の断面図、第４図は第１図
および第２図に示した太陽電池の出力特性線図、第５図
は本発明の別の実施例の集積型太陽電池の断面図である
． １：ガラス基板、２＋ｎ形多結晶シリコン層、３＋ｌ形
ａ−Ｓｌ層、４：ｐ形ａ−ＳｉＣ層、５＝透明電極、６
１：熱ＣＶＤ室、６２＝プラズマＣｖＤ室．第１ 図 第２図 １ｌ 第３図 第４図 １ 第５図
Claims (1)
- １）絶縁性基板上に低抵抗で第一導電形の多結晶シリコ
ン層、熱ＣＶＤ法で形成されたｉ形の非晶質シリコン層
およびプラズマＣＶＤ法で形成された第二導電形の非晶
質シリコン層を順次積層してなることを特徴とする薄膜
太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1306013A JPH03166771A (ja) | 1989-11-25 | 1989-11-25 | 薄膜太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1306013A JPH03166771A (ja) | 1989-11-25 | 1989-11-25 | 薄膜太陽電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03166771A true JPH03166771A (ja) | 1991-07-18 |
Family
ID=17952032
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1306013A Pending JPH03166771A (ja) | 1989-11-25 | 1989-11-25 | 薄膜太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03166771A (ja) |
-
1989
- 1989-11-25 JP JP1306013A patent/JPH03166771A/ja active Pending
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