JPH0362974A - 金属基板を用いた太陽電池 - Google Patents

金属基板を用いた太陽電池

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JPH0362974A
JPH0362974A JP1200109A JP20010989A JPH0362974A JP H0362974 A JPH0362974 A JP H0362974A JP 1200109 A JP1200109 A JP 1200109A JP 20010989 A JP20010989 A JP 20010989A JP H0362974 A JPH0362974 A JP H0362974A
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JP
Japan
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electrode
solar cell
photoelectric conversion
amorphous silicon
conversion layer
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JP1200109A
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English (en)
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Motoaki Andou
安藤 基朗
Kunio Asai
邦夫 浅井
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Tonen General Sekiyu KK
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Tonen Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/548Amorphous 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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は金属基板を用いた太陽電池に関し、特に光閉じ
込め効果を利用して電圧/電流特性を改善した太陽電池
に関する。
(従来の技術〉 近年、太陽電池は省エネルギーを実現するデバイスとし
て活発に開発され、既に種々の分野で利用されている。
これら実用化されている太陽電池の光電変換機能は、殆
どの場合、アモルファスシリコンや結晶シリコンの如き
シリコン素材が担っている。
例えば、時計や電卓のような小型電子機器においては、
屋内の蛍光灯のような弱い光によっても作動すると共に
小型軽量であり且つ安価であるといった長所を有するア
モルファスシリコン太陽電池が主流を占めている。
この場合のアモルファスシリコン太陽電池は、通常、基
板、下部電極、アモルファスシリコン光電変換層、上部
電極、保護膜から構成され、アモルファスシリコン光電
変換層は、グロー放電によるプラズマCVDによってp
in接合が形成されるのが一般的である。
又、単一セルでは発生し得る電力が小さいので、これを
改善するために、単一セルを2〜4段に積層するタンデ
ム型太陽電池とするか、2〜4個の単一セルを平面に並
べて直列化する集積型太陽電池とすることが多い。
これらのうち、タンデム型太陽電池は積層時の電流マツ
チングをとるために各単一セルの特性を調整するので、
それによって取り出せる電圧が決まる、又、集積型太陽
電池は単一セルの整数倍の電圧しか取り出せない。この
ようにタンデム型、集積型のいずれの場合であっても、
所望の電圧/電流特性を得ることには限界がある。これ
らの限界は、小型電子機器等の場合の如く、限られた面
積で所望の電圧/電流特性を得ることが要求される場合
には大きな障害となる。
一方、太陽電池に使用する基板としては、ガラス基板、
ステンレス等の金属基板或いはポリイミド基板等が採用
されている。この場合基板表面をテクスチャー構造とす
ることにより入射光を有効に利用して光電変換効率を高
めることができることが知られており、特に加工し易い
素材であるガラス基板の場合には、その表面に、化学的
処理等によって数1000人の凹凸を一様に形成できる
ことが知られている。例えば平板ガラス上に不均一にI
TO膜やSnO,膜を形成して表面を凹凸化させる方法
(持分昭和57−31312号)、平板ガラスと微粉末
ガラスを溶着し表面に凹凸のあるガラス基板を製造する
方法(特開昭62−98677号)、表面に凹凸のある
物質とガラスを接触させ、ガラス表面に凹凸を転写する
方法(特開昭62−98678号)等が提案されている
(発明が解決しようとする課題) 他方、金属基板は薄くしても丈夫であり、耐熱性がある
上フレキシブルであり、しかも安価であることから、特
に薄型化を図る場合には最も好ましい基板であるが、素
材が硬く表面を凹凸化する事が容易でないことから有効
な手段はあまり提案されていない。わずかにステンレス
鋼板の場合について、電析粒の大きさが0.01〜1.
5μmとなるようにニッケルめっきし、基板自体をテク
スチャー化する方法(特開昭62−143481号)等
が提案されている程度である。
そこで本発明者等は、金属基板を用いた太陽電池の光電
流を低下させることなく、高い電圧を取り出すべく鋭意
検討した結果、金属基板の上に絶縁膜を設け、該絶縁膜
の上にテクスチャー構造を有する下部電極を形成せしめ
ることにより光電流を高めることができ、従ってアモル
ファスシリコン光電変換層を薄くしても光電流を低下さ
せることなく高い電圧を取り出すことができることを見
出し本発明に到達した。
従って本発明の第1の目的は、高い電圧を取り出すこと
のできる、金i基板を用いたアモルファスシリコン太陽
電池を提供することにある。
本発明の第2の目的は、従来とは異なった電圧/it流
特性を有するアモルファスシリコン太陽電池を提供する
ことにある。
本発明の第3の目的は、金属基板を用いた太陽電池の光
電流を低下させることなく、アモルファスシリコン光電
変換層を薄くすることのできる方法を提供することにあ
る。
(課題を解決するための手段〉 本発明の上記の諸口的は、金属基板、絶縁膜、下部電極
、アモルファスシリコン光電変換層及び透明電極とを有
する太陽電池において、少くとも前記下部電極の表面が
テクスチャー構造を有することを特徴とする太陽電池に
よって達成された。
次に、本発明の太陽電池を図面を用いて説明する。
第1図は、金属基板(1)、絶縁膜(2)、テクスチャ
ー構造の表面を呈した金属電極(3)、アモルファスシ
リコン光電変換N(4)及び、透明電極(5)をもって
構成された太陽電池を示したものである。
金属基板としては、ステンレス、アルミニウムなどが挙
げられ、約0. 511F1以下、好ましくは約0.3
mm以下の厚さの薄板状基板が採用される。
絶縁膜としては、ダイヤモンド、窒化珪素、炭化アルミ
ニウム、窒化ホウ素等が列挙される。膜厚は約1,00
0〜10,000人とすることが好ましい。
基板表面及び絶縁膜表面は平滑でもよいが、多数の小突
起(数十穴程度)を有するものであれにより好適である
絶縁膜の上に設ける金属電極としては、クロム、チタン
、アルミニウム、sus、i艮なと゛導電性に優れた材
料が用いられる。膜厚は、5,000〜8.000人程
度とすることが好ましく、その表面には、次に示す方法
によって2,000〜5゜000久の凹凸が形成されて
いる。
即ち、絶縁膜上にスパッタ法等により電極材料を被覆し
テクスチャー化する。勿論、スパッタ法、真空蒸着法等
により電極材料を被覆した後、適当な条件下で表面を凹
凸化しても良い。例えば、スパッタ法でテクスチャー化
したクロム電極を形成せしめる場合には、基板温度を1
00〜500″Cの温度条件とする。100°C以下で
は表面の凹凸が小さく有効な凹凸とならない一方、50
0″Cを超えると反応装置の性能上好ましくない。
アモルファスシリコン光電変換層は、pin又はnip
の接合を持ち、入射した光は、この層で電気エネルギー
に変換される。
光電流は、入射光がセル内を距離的に長く進行するほど
高い値を示す。即ち、下部の金属電極がテクスチャー化
している程、入射光が該電極表面で乱反射し多方向へ散
乱するので高い光電流を得ることができ、従って従来程
度の光電流を得る場合にはアモルファス光電変換層の膜
厚を薄くすることができる。即ち、本発明の場合には光
電変換層の膜厚を200人〜2,000人とすることが
でき、更に300人〜1,000人とすることもできる
透明電極としては、酸化スズ、酸化インジウム、又はI
TOなどが採用される。膜厚は500〜1000大とす
ることが好ましい。
第1図は、単一セル構造を示すものであるが、更に2以
上のセルを集積させることもでき、本発明は、そのよう
な集積型太陽電池を包含するものである。
透明電極の上には、必要に応じて保護膜が形成される。
アモルファスシリコン光電変換層は、公知のプラズマC
VD装置を用いて、シリコン原子を有する原料をプラズ
マ化することによって形成させることができる。シリコ
ン原子を有する原料とは、シラン((S i )  n
Hzn+z : nは整数)及び/又は一般式S i 
HO−3X4−1  (X’ハロゲン原子)で表される
ハロゲン化シランのいずれか、又は、これらのうちの任
意の2種以上の混合ガスを意味するが、中でもシランS
iH4及び/又はXが塩素又は弗素のハロゲン化シラン
ガ好ましく、特にSiH,及び/又はSiF4が好まし
い。
光電変換層をp型又はn型とする場合には公知の如くド
ーパントを使用する。ドーパントは、p型半導体にする
場合には元素周期率表の第■族元素であり、n型にする
場合には第V族の元素である。本発明においては、これ
らのドーパントを単体蒸気及び/又は気体化合物のかた
ちで原料ガス中にドーパントガスとして混在せしめる。
これらのドーパントガスとしては、例えばBZ H&、
BF3 、PH3、PF3等を挙げることができる。
ドーパントガスは、シリコン原子を有する原料に対して
ガス比で10−5容量%〜1容量%混在せしめる。
又、プラズマCVD法におけるプラズマとは、反応ガス
を!磁場中で放電せしめたプラズマ状態を意味する。
放電に際して使用する原料ガスとしては、単にシリコン
原子を有する原料ガスを使用するよりも、水素及び/又
は希ガスで希釈した原料ガスを使用することが好ましい
アモルファスシリコンのpin接合は、基板温度100
〜300°C1且つ反応圧力10mTorr〜10To
rr、電力密度0.01〜0.05w/cmの条件を採
用することにより形成することができる。なお、iNは
通常ドーパントを含まないが、ドーパント濃度が連続的
に変化するようにpin接合を形成させることもできる
上記の如くして基板へpin接合を設けた後、透明導電
膜を形成する。透明導電膜はスプレー法やスパッタ法に
より底膜される。
(作 用) 以上の如くして得られる、金属基板を使用した本発明の
太陽電池は、下部電極がテクスチャー化しており、アモ
ルファスシリコン光電変換層に光閉じ込め効果が働くの
で電圧/電流特性は従来のものと異なり、アモルファス
光電変換層の膜厚を従来のものと同一にした場合には、
従来よりも大きな光電流を得ることができる(第2図)
従って、従来と同じ光電流を得る場合には、本発明の場
合にはアモルファスシリコン光電変換層の膜厚を薄くす
ることができる。
一方、アモルファスシリコン太陽電池の膜厚と解放電圧
との間には第3図に示すような関係があるので、膜厚が
薄い本発明の太陽電池の出力電圧は従来の太陽電池より
も大きくなる。即ち、同一面積、同一光電流で比較すれ
ば、本発明の太陽電池からは、従来のものより大きな電
圧を得ることができる。
(発明の効果) 以上詳述した如く、本発明の太陽電池によって従来より
高い電圧を得ることができるので、集積化によって所望
の電圧を得る場合、従来より単一セルの枚数を減らすこ
とができ、従って、−枚当たりのセルの面積が大きくな
り、これによって取り出すことのできる電流も増大する
ので極めて高性能な電池を得ることができる。
従って、本発明の太陽電池は、特に小型軽量且つ高性能
の電流特性が要求されるICカード等に好適である。
(実施例) 次に本発明を実施例によって更に詳述するが、本発明は
これによって限定されるものではない。
実施例、1 厚さ0.1鵬のステンレス基板上に、プラズマCVD装
置により、膜厚1,000人で表面の凹凸が約20人の
ダイヤモンド膜を形成させた。
次に、スパッタ法で300 ”Cの条件下、金属クロム
を約6,000人の厚みに成膜した。このクロム電極の
凹凸は約3,000人であった。次いで下記の条件でア
モルファスシリコン薄膜を形成せしめ、次いで公知の方
法に従ってステンレス/nip/ITOタイプの太陽電
池を作製した。
n層;  PH3:SiH4:Hz =0.01 :1
:30の混合ガスを100mTorr、203CCMの
流量で反応槽に流し、100 W/cI11の電力密度
で放電して250°Cの上記基板上にリンをドープした
アモルファスシリコン層を約200人形成させた。
1層;  SiH,ガスを200mTorr、30SC
CMの流量で反応槽に流し、基板温度を250゛Cとし
25W/c′IITの電力密度で放電して、上記n層の
上に約1,000人のアモルファスシリコン層を形成さ
せた。
9層;  B、 H,:SiH,:Hz −0,005
:1:100の混合ガスを100mTo r r。
203CCMの流量で反応槽に流し、基板温度を200
°Cとし、100W/ボの電力密度で放電して、上記i
層上にホウ素をドープしたアモルファスシリコン層を約
100人形成させた。
更に、上記9層の上にスパッタリングによってITO約
700人を積層し透明電極とした。
以上の如くして得られた太陽電池を1,000ルクスの
蛍光灯を用いて電流−電圧測定を行った結果、Vocは
0. 9ボルト、Jscは84.4μA/dであった。
又、この太陽電池の表面反射特性を測定したところ、全
波長域にわたって反射率が低減しており、光閉じ込めが
実現されていることが実証された。
比較例、1 下部電極として、表面が平坦な従来のクロム電極(凹凸
30人未満)を使用した他は実施例1と全く同様にして
太陽電池を作製したところ、Vocは0.84ボルト、
Jscは78.9,1/A/cillであった。実施例
1と比較例1の結果から、本発明のテクスチャー化した
絶縁膜を利用した太陽電池の効果が極めて優れているこ
とが実証された。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の金属基板を用いた太陽電池である。 図中、符号Iは基板、2は絶縁膜、3は金属電極、4は
a−3i層、5は透明導電膜である。 第2図は、本発明の太陽電池と従来のアモルファスシリ
コン太陽電池の、光電流とアモルファスシリコン光電変
換層の膜厚との関係を示す。 第3図は、アモルファスシリコン太陽電池の出力量圧と
、 アモルファス光電変換層の膜厚との関 係を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)金属基板、絶縁膜、下部電極、アモルファスシリコ
    ン光電変換層及び透明電極とを有する太陽電池において
    、少くとも前記下部電極の表面がテクスチャー構造を有
    することを特徴とする太陽電池。
JP1200109A 1989-07-31 1989-07-31 金属基板を用いた太陽電池 Pending JPH0362974A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4315959A1 (de) * 1993-05-12 1994-11-24 Max Planck Gesellschaft Elektronische Einrichtung mit mikrostrukturierten Elektroden und Verfahren zur Herstellung einer solchen Einrichtung

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4315959A1 (de) * 1993-05-12 1994-11-24 Max Planck Gesellschaft Elektronische Einrichtung mit mikrostrukturierten Elektroden und Verfahren zur Herstellung einer solchen Einrichtung
US5810945A (en) * 1993-05-12 1998-09-22 Max-Planck-Gesellschaft Zur Forderung Der Wissenschaften E.V. Method of fabricating an electronic micropatterned electrode device

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