JPH04209576A - 光電変換素子 - Google Patents
光電変換素子Info
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- JPH04209576A JPH04209576A JP2400801A JP40080190A JPH04209576A JP H04209576 A JPH04209576 A JP H04209576A JP 2400801 A JP2400801 A JP 2400801A JP 40080190 A JP40080190 A JP 40080190A JP H04209576 A JPH04209576 A JP H04209576A
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/20—Electrodes
- H10F77/206—Electrodes for devices having potential barriers
- H10F77/211—Electrodes for devices having potential barriers for photovoltaic cells
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
- H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
- H10F10/17—Photovoltaic cells having only PIN junction potential barriers
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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
- Y02E10/52—PV systems with concentrators
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- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
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- Light Receiving Elements (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
［０００１］
【産業上の利用分野】本発明は、光電変換素子に関し、
特に光入射側とは反対側において感光層上に裏面電極を
設けた太陽電池や光センサー等の光電変換素子に関する
。 ［０００２］
特に光入射側とは反対側において感光層上に裏面電極を
設けた太陽電池や光センサー等の光電変換素子に関する
。 ［０００２］
【従来の技術】光電変換素子は、例えば非晶質シリコン
半導体（ａ−３ｉ：Ｈ）からなる感光層を透明導電膜か
らなる透明電極と不透明金属膜からなる裏面電極とで挟
んだ構造を有する。透明電極側から感光層に向けて光を
入射する。感光層で生成した光電荷を取り出すための裏
面電極は、電気抵抗率が低いだけでなく、入射光に対す
る反射率が高く、耐熱性にすぐれており、しかも感光層
に対する付着力が高くなければならない。耐外傷性等の
機械強度が高いことも必要である。電気抵抗率は電極に
おける電圧降下及び発熱の大小に、反射率は光電変換効
率の高低にそれぞれ密接に関係している。耐熱性、付着
性及び機械強度は素子の信頼性を決定する重要な因子で
ある。材料コストが低いことも望ましい。 ［０００３］さて、例えばａ−３ｉ：Ｈを感光層の主要
部分とする非晶質シリコン系太陽電池では、裏面電極材
として従来ＡＩ又はＡｇが用いられている。ところが、
ＡＩはａ−５ｉ：Ｈに対する付着力が比較的高い反面、
Ａｇに比べて電気抵抗率が高くかつ反射率が低いだけで
なく、耐熱性にも問題があった。これに対してＡｇは電
気抵抗率が低く、可視光域のうち特に長波長域の反射率
が高い反面、ａ−３ｉ：Ｈとの付着力が低いために信頼
性に欠ける問題があった。Ａｔに比べて電気抵抗率の低
い電極材料としてＡｇとともにＣｕやＡｕを挙げること
ができる。ところが、ＡｇとＣｕとは外傷に対して弱い
問題があり、Ａｕは高コストである。つまり、ＡＩ、Ａ
ｇ、Ｃｕ及びＡｕのいずれの材料もこれを単独で裏面電
極を構成する場合には、低抵抗、高反射率、高耐熱性、
高付着性、高機械強度性及び低コストの諸条件を同時に
満足させ得ないのが実情であった。 ［０００４］
半導体（ａ−３ｉ：Ｈ）からなる感光層を透明導電膜か
らなる透明電極と不透明金属膜からなる裏面電極とで挟
んだ構造を有する。透明電極側から感光層に向けて光を
入射する。感光層で生成した光電荷を取り出すための裏
面電極は、電気抵抗率が低いだけでなく、入射光に対す
る反射率が高く、耐熱性にすぐれており、しかも感光層
に対する付着力が高くなければならない。耐外傷性等の
機械強度が高いことも必要である。電気抵抗率は電極に
おける電圧降下及び発熱の大小に、反射率は光電変換効
率の高低にそれぞれ密接に関係している。耐熱性、付着
性及び機械強度は素子の信頼性を決定する重要な因子で
ある。材料コストが低いことも望ましい。 ［０００３］さて、例えばａ−３ｉ：Ｈを感光層の主要
部分とする非晶質シリコン系太陽電池では、裏面電極材
として従来ＡＩ又はＡｇが用いられている。ところが、
ＡＩはａ−５ｉ：Ｈに対する付着力が比較的高い反面、
Ａｇに比べて電気抵抗率が高くかつ反射率が低いだけで
なく、耐熱性にも問題があった。これに対してＡｇは電
気抵抗率が低く、可視光域のうち特に長波長域の反射率
が高い反面、ａ−３ｉ：Ｈとの付着力が低いために信頼
性に欠ける問題があった。Ａｔに比べて電気抵抗率の低
い電極材料としてＡｇとともにＣｕやＡｕを挙げること
ができる。ところが、ＡｇとＣｕとは外傷に対して弱い
問題があり、Ａｕは高コストである。つまり、ＡＩ、Ａ
ｇ、Ｃｕ及びＡｕのいずれの材料もこれを単独で裏面電
極を構成する場合には、低抵抗、高反射率、高耐熱性、
高付着性、高機械強度性及び低コストの諸条件を同時に
満足させ得ないのが実情であった。 ［０００４］
【発明が解決しようとする課題】本願出願人は、上記従
来の光電変換素子の問題点に鑑みて、ＡｔとＡｇとを交
互に繰り返し積層した多層体で太陽電池の裏面電極（Ａ
Ｉ／Ａｇ多層裏面電極）を電極することを提案した（特
願平１−２４９４２３号）。 ［０００５］この提案によれば、Ａｇのみを裏面電極材
とする場合に比べてａ−５ｉ：Ｈに対する裏面電極の付
着力が高くなり、ＡＩのみの場合と違って耐熱性の問題
も生じない。また、この太陽電池ではＡｇ裏面電極の特
徴である反射率の高さを生かすことができ、ＡＩ単体の
場合に比べて高い素子短絡電流を得ることができるので
、光電変換効率の高い素子が実現できる。ところが、電
気抵抗率の高いＡ１層での発熱が素子の高密度化に伴な
って無視できない問題になってきている。 ［０００６］本発明は、ＡＩに比べて電気抵抗率の低い
１価金属材料であるＣｕ、Ａｇ及びＡｕを組み合わせて
多層裏面電極を構成することにより上記諸問題を一気に
解決し、低抵抗、高反射率、高耐熱性、高付着性、高機
械強度性及び低コストの諸条件を同時に満足する裏面電
極を備えた光電変換素子を提供して、高効率かつ高信頼
性の光電変換素子を実現することを目的とする。 ［０００７］
来の光電変換素子の問題点に鑑みて、ＡｔとＡｇとを交
互に繰り返し積層した多層体で太陽電池の裏面電極（Ａ
Ｉ／Ａｇ多層裏面電極）を電極することを提案した（特
願平１−２４９４２３号）。 ［０００５］この提案によれば、Ａｇのみを裏面電極材
とする場合に比べてａ−５ｉ：Ｈに対する裏面電極の付
着力が高くなり、ＡＩのみの場合と違って耐熱性の問題
も生じない。また、この太陽電池ではＡｇ裏面電極の特
徴である反射率の高さを生かすことができ、ＡＩ単体の
場合に比べて高い素子短絡電流を得ることができるので
、光電変換効率の高い素子が実現できる。ところが、電
気抵抗率の高いＡ１層での発熱が素子の高密度化に伴な
って無視できない問題になってきている。 ［０００６］本発明は、ＡＩに比べて電気抵抗率の低い
１価金属材料であるＣｕ、Ａｇ及びＡｕを組み合わせて
多層裏面電極を構成することにより上記諸問題を一気に
解決し、低抵抗、高反射率、高耐熱性、高付着性、高機
械強度性及び低コストの諸条件を同時に満足する裏面電
極を備えた光電変換素子を提供して、高効率かつ高信頼
性の光電変換素子を実現することを目的とする。 ［０００７］
【課題を解決するための手段】本発明に係る光電変換素
子は、光入射側とは反対側において半導体感光層上に設
ける裏面電極がＣｕ、Ａｇ及びＡｕからなる群より選ば
れた２種以上の１価金属を０． ３〜５０ｎｍの厚みで
交互に繰り返し積層した多層体からなるものである。中
でもＣｕとＡｇとの組み合わせが後述する理由により最
も好ましい。裏面電極中のＣｕ層又はＡｕ層の厚みは０
゜３〜２０ｎｍ、Ａｇ層の厚みは１〜５０ｎｍが好まし
い。更に好ましくはＣｕ層又はＡｕ層の厚みが０．３〜
５ｎｍ、Ａｇ層の厚みが１〜２０ｎｍである。裏面電極
の総厚は２０ｎｍ〜１μｍが適当である。 ［０００８］
子は、光入射側とは反対側において半導体感光層上に設
ける裏面電極がＣｕ、Ａｇ及びＡｕからなる群より選ば
れた２種以上の１価金属を０． ３〜５０ｎｍの厚みで
交互に繰り返し積層した多層体からなるものである。中
でもＣｕとＡｇとの組み合わせが後述する理由により最
も好ましい。裏面電極中のＣｕ層又はＡｕ層の厚みは０
゜３〜２０ｎｍ、Ａｇ層の厚みは１〜５０ｎｍが好まし
い。更に好ましくはＣｕ層又はＡｕ層の厚みが０．３〜
５ｎｍ、Ａｇ層の厚みが１〜２０ｎｍである。裏面電極
の総厚は２０ｎｍ〜１μｍが適当である。 ［０００８］
【作 用】一般に合金化すると機械強度の向上が期待で
きるのでＣｕとＡｇとの合金（Ｃｕ＋Ａｇ）を作れば耐
外傷強度の高い低抵抗裏面電極が実現できると考えられ
るが、実際には合金内にポテンシャルの乱れが生じてし
まって電気抵抗率が高くなる。これに対して本発明に係
るＣｕ、Ａｇ又はＡｕを繰り返し積層した多層裏面電極
では、界面の存在により合金の場合と同じく機械強度が
増すと同時に、各層内では単一物質であるために合金の
場合に比べて抵抗が低くなる。積層する各層の厚みは電
気抵抗及び機械強度の観点から０．３〜５０ｎｍとする
。 ［０００９］ Ｃｕ、Ａｇ及びＡｕは、いずれも電気抵
抗率の低い１価金属であり、価数の違いによる界面での
電子の散乱もないので、これらの金属に組み合わせによ
り低抵抗の多層裏面電極が実現できる。これら金属のう
ちＣｕとＡｇとは１価格及び抵抗率がＡｕに比べて低い
ので特に好ましい組み合わせである。 ［００１０１Ｃｕ／Ａｇ多層体又はＡｕ／Ａｇ多層体を
半導体感光層上の多層裏面電極とする場合には、感光層
中へのＣｕ又はＡｕの拡散も考慮してＣｕ層又はＡｕ層
の厚みを０． ３〜２０ｎｍとし、Ａｇ層の厚みを１〜
５０ｎｍとするのが良い。更に好ましくはＣｕ層又はＡ
ｕ層が０．３〜５ｎｍ、Ａｇ層が１〜２０ｎｍである。 総厚（ま信頼性と通常の蒸着やスパッタリングの方法に
よる作製時間の観点から２０ｎｍ〜１μｍが好ましい。 更に好ましくは２０〜５００ ｎｍである。 ［００１１１
きるのでＣｕとＡｇとの合金（Ｃｕ＋Ａｇ）を作れば耐
外傷強度の高い低抵抗裏面電極が実現できると考えられ
るが、実際には合金内にポテンシャルの乱れが生じてし
まって電気抵抗率が高くなる。これに対して本発明に係
るＣｕ、Ａｇ又はＡｕを繰り返し積層した多層裏面電極
では、界面の存在により合金の場合と同じく機械強度が
増すと同時に、各層内では単一物質であるために合金の
場合に比べて抵抗が低くなる。積層する各層の厚みは電
気抵抗及び機械強度の観点から０．３〜５０ｎｍとする
。 ［０００９］ Ｃｕ、Ａｇ及びＡｕは、いずれも電気抵
抗率の低い１価金属であり、価数の違いによる界面での
電子の散乱もないので、これらの金属に組み合わせによ
り低抵抗の多層裏面電極が実現できる。これら金属のう
ちＣｕとＡｇとは１価格及び抵抗率がＡｕに比べて低い
ので特に好ましい組み合わせである。 ［００１０１Ｃｕ／Ａｇ多層体又はＡｕ／Ａｇ多層体を
半導体感光層上の多層裏面電極とする場合には、感光層
中へのＣｕ又はＡｕの拡散も考慮してＣｕ層又はＡｕ層
の厚みを０． ３〜２０ｎｍとし、Ａｇ層の厚みを１〜
５０ｎｍとするのが良い。更に好ましくはＣｕ層又はＡ
ｕ層が０．３〜５ｎｍ、Ａｇ層が１〜２０ｎｍである。 総厚（ま信頼性と通常の蒸着やスパッタリングの方法に
よる作製時間の観点から２０ｎｍ〜１μｍが好ましい。 更に好ましくは２０〜５００ ｎｍである。 ［００１１１
【実施例］以下、本発明の実施例に係る光電変換素子と
して非晶質シリコン系太陽電池について説明する。図１
は、本実施例に係る太陽電池の断面図である。 ［００１２］同図に示すように、厚さ１．１ｍｍのガラ
ス基板１０上に、熱ＣＶＤ法により膜厚４５０ｎｍの酸
化錫からなる透明導電膜を透明電極１１として形成した
。 ［００１３］この上に、ａ−３ｉ：Ｈを主体とするｐｉ
ｎ接合からなる感光層１２を形成する。このために、ま
ずＳ ｉＨ４、ＣＨ４及びＢ２Ｈ６からなる混合ガスを
容量結合型グロー放電分解装置内で分解することにより
、ｐ型ａ−５ｉ：８層を膜厚が１５ｎｍになるように形
成する。引続くｉ型ａ−３ｉ：８層の形成に際しては同
装置内にＳｉＨ４及びＨ２からなる混合ガスを導入し、
膜厚を４５０ｎｍとする。次に、Ｓ ｉＨ４、ＰＨ３及
びＨ２からなる混合ガスを同装置内で分解することによ
り、ｎ型微結晶Ｓｉ半導体層を膜厚が３０ｎ、ｍになる
ように形成する。ただし、以上のａ−３ｔ：Ｈ感光層１
２の形成時における基板温度及び真空度は、２００℃、
０４５〜１．０Ｔｏｒｒである。 ［００１４］最後に、Ｃｕ及びＡｇを０．３〜５０ｎｍ
の厚みで交互に繰り返し積層して裏面電極１３を形成し
た。このために、１０ ’Ｔｏｒｒの真空度下でタン
グステンポート上のＣｕとＡｇとをそれぞれ独立に抵抗
加熱し、蒸発させた。ただし、各金属の蒸着速度を０．
１層ｍ／ｓに保ち、基板加熱はしなかった。また、基
板側及び両前発源側にシャッターを配するとともに基板
近くに膜厚計を設け、該膜厚計をモニターとする膜厚コ
ントローラで各シャッターの開閉を制御＃シてＣｕとＡ
ｇとを交互に所定の膜厚で積層した。 ［００１５］次に、以上のようにして得られた太陽電池
の性能を説明する。 ［００１６）まず、Ｃｕ４ｎｍとＡｇ４ｎｍとを交互に
２０回ずつ繰り返し積層して得た総厚１６０ｎｍの多層
体（周期８ｎｍ）と、ＣｕｌＯｎｍとＡｇ １０ ｎｍ
とを交互に８回ずつ繰り返し積層して得た同じ総厚の多
層体（周期２０ ｎ ｍ）とについて耐外傷性能を調べ
た。膜厚１６０ｎｍのＣｕ単体とＡｇ単体とは銅製のス
ティックで引っ掻くといずれも傷が付くが、両多層体は
傷が付きにくく剥がれにくい。しかも、両多層体の電気
抵抗値を同一寸法の合金と比較すると、周期８ｎｍの場
合は合金の約８５％であり、周期２０ｎｍの場合は合金
の約６０％であった。ただし、多層体と合金とはＣｕと
Ａｇとの原子数比を等しくした。 ［００１７１表１は、種々の構造のＣｕ ／ Ａ ｇ多
層裏面電極１３をもつ太陽電池（サンプルＳＣ１、ＳＣ
２及び５Ｃ３）と、単層裏面電極をもつ太陽電池（サン
プルＳＣ４及びＳＣ５：比較例）との初期性能を示す。 ただし、Ｊｓｃは短絡電流、Ｖｏｃは開放電圧、ＦＦは
フィルファクター、ηは光電変換効率をそれぞれ表わす
。 ［００１８］ 【表１】 ［００１９］サンプルＳ０１及びＳＣ２は、いずれもａ
−３ｉ ：Ｈ感光層１２上にＣｕ４ｎｍとＡｇ４ｎｍと
を交互に２０回ずつ繰り返し積層して総厚１６０ｎｍの
多層裏面電極１３を形成した太陽電池である。ただし、
サンプルＳ０１はＡｇ層を先に形成したサンプルであり
、サンプルＳＣ２はＣｕ層を先に形成したものである。 サンプルＳＣ３は、ａ−３ｔ：Ｈ感光層１２上にＣｕ４
ｎｍとＡｇ １６ ｎｍとを交互に８回ずつ繰り返し積
層して総厚１６０ ｎｍの多層裏面電極１３を形成した
太陽＠池である。サンプルＳＣ４は同じａ−５ｉ：Ｈ感
光層上に膜厚１６０ｎｍのＡｇ単層裏面電極を形成した
ものであり、サンプルＳＣ５は膜厚１６０ｎｍのＣｕ単
層裏面電極を形成したものである。 ［００２０１サンプルＳＣＩとＳＣ２との比較かられか
るように、裏面電極１３としてＣｕとＡｇとを４ｎｍず
つ積層する場合には積層の順序が太陽電池の性能に大き
な影響を及ぼす。すなわち、ａ−３ｔ：Ｈ感光層１２に
対してＡｇ層が隣接するサンプルＳ０１は９．８９％の
高い効率ηを示すが、同じ感光層にＣｕ層が隣接するサ
ンプルＳＣ２はＣｕ単層裏面電極をもつサンプルＳＣ５
と同じく効率ηがごく低く１％台である。サンプルＳＯ
２の場合に効率が低いのは、感光層１２を構成するａ
−５ｉ：Ｈ中へのＣｕの拡散が原因であると考えられる
。 ところが、同様に感光層１２にＣｕ層が隣接する場合で
もＡｇ層が１６ｎｍと比較的厚いサンプルＳＣ３では、
Ｃｕの拡散が抑制されて９．３５％の高効率が得られる
。 ［００２１］図２は、太陽電池の分光感度η。に関する
特性を実施例（サンプル５ＣＩ）と比較例（サンプル５
Ｃ４）とを対比して示すグラフである。Ｃｕ／Ａｇ多層
体の反射特性はＡｇに近い。同図に見るようにＣｕ／Ａ
ｇ多層裏面電極の場合とＡｇ単層裏面電極の場合との太
陽電池の分光感度特性に大差はなく、Ｃｕ ／ Ａ ｇ
多層裏面電極をもつ太陽電池は可視光域のうち特に６０
０〜８００ｎｍの長波長域で優れた分光感度を示す。 （ＯＯ２２］さて、太陽電池を長期にわたって屋外で使
用する場合、感光層を構成するａ−３ｉ：Ｈ中への裏面
電極材の熱拡散によって太陽電池の性能に劣化が生じる
。図３は、１７０℃での熱劣化加速試験における光電変
換効率ηの時間変化を実施例（サンプルＳＣＩ及び５Ｃ
３）と比較例（サンプル５Ｃ４）とを対比して示すグラ
フである。同図に示されるように裏面電極をＡｇ単体で
構成した太陽電池（サンプル５Ｃ４）では初期光電変換
効率９．０１％が２０時間で５．７％まで低下したのに
対し、Ｃｕ ／ Ａ ｇ多層裏面電極をもつ太陽電池（
サンプルＳＣＩ：初期効率９．８９％、サンプルＳＣＩ
：初期効率９４３５％）は、２０時間後でも８％以上の
高効率を維持しており、耐熱性が良好である。ただし、
サンプルＳＣ３の場合はサンプルＳＣＩに比べて始めの
短時間における効率低下が大きく、以後の効率低下は小
さい。これは、ａ−Ｓｔ：Ｈ感光層に隣接する４ｎｍ厚
のＣｕが感光層中に拡散した後は、拡散が停止すること
によるのだと考えられる。 ［００２３］なお、Ｃｕ、Ａｇ及びＡｕは、いずれも電
気抵抗率の低い１価金属であり、いずれの組み合わせで
も価数の違いによる界面での電子の散乱がなく低抵抗の
多層裏面電極が実現できる。ただし、これら金属のうち
上記のＣｕとＡｇとの組み合わせは、価格及び抵抗率が
Ａｕに比べて低いので特に好ましい。 ［００２４］ Ｃｕ／Ａｇ多層体又はＡｕ／Ａｇ多層体
を半導体感光層１２上の多層裏面電極１３とする場合に
は、感光層１２中へのＣｕ又はＡｕの拡散も考慮して０
１層又はＡｕ層の厚みを０．３〜２０層ｍとし、Ａｇ層
の厚みを１〜５０層ｍとする。更に好まし７くはＣｕ層
又はＡｕ層が０．３〜５ｎｍ、Ａｇ層が１〜２００ｍで
ある。裏面電極］３の総厚は、信頼性と作製時間との観
点から２０層ｍ〜１７−ｚｍとする。更に好ましくは２
０〜５００ｎｍの総厚とする。 ［００２５］
して非晶質シリコン系太陽電池について説明する。図１
は、本実施例に係る太陽電池の断面図である。 ［００１２］同図に示すように、厚さ１．１ｍｍのガラ
ス基板１０上に、熱ＣＶＤ法により膜厚４５０ｎｍの酸
化錫からなる透明導電膜を透明電極１１として形成した
。 ［００１３］この上に、ａ−３ｉ：Ｈを主体とするｐｉ
ｎ接合からなる感光層１２を形成する。このために、ま
ずＳ ｉＨ４、ＣＨ４及びＢ２Ｈ６からなる混合ガスを
容量結合型グロー放電分解装置内で分解することにより
、ｐ型ａ−５ｉ：８層を膜厚が１５ｎｍになるように形
成する。引続くｉ型ａ−３ｉ：８層の形成に際しては同
装置内にＳｉＨ４及びＨ２からなる混合ガスを導入し、
膜厚を４５０ｎｍとする。次に、Ｓ ｉＨ４、ＰＨ３及
びＨ２からなる混合ガスを同装置内で分解することによ
り、ｎ型微結晶Ｓｉ半導体層を膜厚が３０ｎ、ｍになる
ように形成する。ただし、以上のａ−３ｔ：Ｈ感光層１
２の形成時における基板温度及び真空度は、２００℃、
０４５〜１．０Ｔｏｒｒである。 ［００１４］最後に、Ｃｕ及びＡｇを０．３〜５０ｎｍ
の厚みで交互に繰り返し積層して裏面電極１３を形成し
た。このために、１０ ’Ｔｏｒｒの真空度下でタン
グステンポート上のＣｕとＡｇとをそれぞれ独立に抵抗
加熱し、蒸発させた。ただし、各金属の蒸着速度を０．
１層ｍ／ｓに保ち、基板加熱はしなかった。また、基
板側及び両前発源側にシャッターを配するとともに基板
近くに膜厚計を設け、該膜厚計をモニターとする膜厚コ
ントローラで各シャッターの開閉を制御＃シてＣｕとＡ
ｇとを交互に所定の膜厚で積層した。 ［００１５］次に、以上のようにして得られた太陽電池
の性能を説明する。 ［００１６）まず、Ｃｕ４ｎｍとＡｇ４ｎｍとを交互に
２０回ずつ繰り返し積層して得た総厚１６０ｎｍの多層
体（周期８ｎｍ）と、ＣｕｌＯｎｍとＡｇ １０ ｎｍ
とを交互に８回ずつ繰り返し積層して得た同じ総厚の多
層体（周期２０ ｎ ｍ）とについて耐外傷性能を調べ
た。膜厚１６０ｎｍのＣｕ単体とＡｇ単体とは銅製のス
ティックで引っ掻くといずれも傷が付くが、両多層体は
傷が付きにくく剥がれにくい。しかも、両多層体の電気
抵抗値を同一寸法の合金と比較すると、周期８ｎｍの場
合は合金の約８５％であり、周期２０ｎｍの場合は合金
の約６０％であった。ただし、多層体と合金とはＣｕと
Ａｇとの原子数比を等しくした。 ［００１７１表１は、種々の構造のＣｕ ／ Ａ ｇ多
層裏面電極１３をもつ太陽電池（サンプルＳＣ１、ＳＣ
２及び５Ｃ３）と、単層裏面電極をもつ太陽電池（サン
プルＳＣ４及びＳＣ５：比較例）との初期性能を示す。 ただし、Ｊｓｃは短絡電流、Ｖｏｃは開放電圧、ＦＦは
フィルファクター、ηは光電変換効率をそれぞれ表わす
。 ［００１８］ 【表１】 ［００１９］サンプルＳ０１及びＳＣ２は、いずれもａ
−３ｉ ：Ｈ感光層１２上にＣｕ４ｎｍとＡｇ４ｎｍと
を交互に２０回ずつ繰り返し積層して総厚１６０ｎｍの
多層裏面電極１３を形成した太陽電池である。ただし、
サンプルＳ０１はＡｇ層を先に形成したサンプルであり
、サンプルＳＣ２はＣｕ層を先に形成したものである。 サンプルＳＣ３は、ａ−３ｔ：Ｈ感光層１２上にＣｕ４
ｎｍとＡｇ １６ ｎｍとを交互に８回ずつ繰り返し積
層して総厚１６０ ｎｍの多層裏面電極１３を形成した
太陽＠池である。サンプルＳＣ４は同じａ−５ｉ：Ｈ感
光層上に膜厚１６０ｎｍのＡｇ単層裏面電極を形成した
ものであり、サンプルＳＣ５は膜厚１６０ｎｍのＣｕ単
層裏面電極を形成したものである。 ［００２０１サンプルＳＣＩとＳＣ２との比較かられか
るように、裏面電極１３としてＣｕとＡｇとを４ｎｍず
つ積層する場合には積層の順序が太陽電池の性能に大き
な影響を及ぼす。すなわち、ａ−３ｔ：Ｈ感光層１２に
対してＡｇ層が隣接するサンプルＳ０１は９．８９％の
高い効率ηを示すが、同じ感光層にＣｕ層が隣接するサ
ンプルＳＣ２はＣｕ単層裏面電極をもつサンプルＳＣ５
と同じく効率ηがごく低く１％台である。サンプルＳＯ
２の場合に効率が低いのは、感光層１２を構成するａ
−５ｉ：Ｈ中へのＣｕの拡散が原因であると考えられる
。 ところが、同様に感光層１２にＣｕ層が隣接する場合で
もＡｇ層が１６ｎｍと比較的厚いサンプルＳＣ３では、
Ｃｕの拡散が抑制されて９．３５％の高効率が得られる
。 ［００２１］図２は、太陽電池の分光感度η。に関する
特性を実施例（サンプル５ＣＩ）と比較例（サンプル５
Ｃ４）とを対比して示すグラフである。Ｃｕ／Ａｇ多層
体の反射特性はＡｇに近い。同図に見るようにＣｕ／Ａ
ｇ多層裏面電極の場合とＡｇ単層裏面電極の場合との太
陽電池の分光感度特性に大差はなく、Ｃｕ ／ Ａ ｇ
多層裏面電極をもつ太陽電池は可視光域のうち特に６０
０〜８００ｎｍの長波長域で優れた分光感度を示す。 （ＯＯ２２］さて、太陽電池を長期にわたって屋外で使
用する場合、感光層を構成するａ−３ｉ：Ｈ中への裏面
電極材の熱拡散によって太陽電池の性能に劣化が生じる
。図３は、１７０℃での熱劣化加速試験における光電変
換効率ηの時間変化を実施例（サンプルＳＣＩ及び５Ｃ
３）と比較例（サンプル５Ｃ４）とを対比して示すグラ
フである。同図に示されるように裏面電極をＡｇ単体で
構成した太陽電池（サンプル５Ｃ４）では初期光電変換
効率９．０１％が２０時間で５．７％まで低下したのに
対し、Ｃｕ ／ Ａ ｇ多層裏面電極をもつ太陽電池（
サンプルＳＣＩ：初期効率９．８９％、サンプルＳＣＩ
：初期効率９４３５％）は、２０時間後でも８％以上の
高効率を維持しており、耐熱性が良好である。ただし、
サンプルＳＣ３の場合はサンプルＳＣＩに比べて始めの
短時間における効率低下が大きく、以後の効率低下は小
さい。これは、ａ−Ｓｔ：Ｈ感光層に隣接する４ｎｍ厚
のＣｕが感光層中に拡散した後は、拡散が停止すること
によるのだと考えられる。 ［００２３］なお、Ｃｕ、Ａｇ及びＡｕは、いずれも電
気抵抗率の低い１価金属であり、いずれの組み合わせで
も価数の違いによる界面での電子の散乱がなく低抵抗の
多層裏面電極が実現できる。ただし、これら金属のうち
上記のＣｕとＡｇとの組み合わせは、価格及び抵抗率が
Ａｕに比べて低いので特に好ましい。 ［００２４］ Ｃｕ／Ａｇ多層体又はＡｕ／Ａｇ多層体
を半導体感光層１２上の多層裏面電極１３とする場合に
は、感光層１２中へのＣｕ又はＡｕの拡散も考慮して０
１層又はＡｕ層の厚みを０．３〜２０層ｍとし、Ａｇ層
の厚みを１〜５０層ｍとする。更に好まし７くはＣｕ層
又はＡｕ層が０．３〜５ｎｍ、Ａｇ層が１〜２００ｍで
ある。裏面電極］３の総厚は、信頼性と作製時間との観
点から２０層ｍ〜１７−ｚｍとする。更に好ましくは２
０〜５００ｎｍの総厚とする。 ［００２５］
【発明の効果】以上に説明したように本発明に係る光電
変換素子では、Ａｌに比べて電気抵抗率が低く、しかも
互いに同じ価数（１ｇｆＪ）の金属材料であるＣｕ、Ａ
ｇ及びＡｕを０． ３〜５０層ｍの厚みで組み合わせた
多層裏面電極を半導体感光層上に構成しているので、本
発明によれば低抵抗、高反射率、高耐熱性、高付着性、
高機械強度性及び低コストの諸条件を同時に満足する裏
面電極を備えた光電変換素子を提供することができ、高
効率かつ高信頼性の光電変換素子を実現することができ
る。特にＣｕ ／ Ａ ｇ多層体又はＡｕ／Ａｇ多層体
を半導体感光層上の多層裏面電極とする場合には、Ｃｕ
層又はＡｕ層の厚みを０４３〜２０層ｍとするとともに
Ａｇ層の厚みを１〜５０層ｍとし、あるいは、Ｃｕ層又
はＡｕ層の厚みを０． ３〜５ｎｍとするとともにＡｇ
層の厚みを１〜２０層ｍとすることにより、感光層中へ
のＣｕ又はＡｕの拡散が抑制でき、安定した光電変換素
子が実現できる。
変換素子では、Ａｌに比べて電気抵抗率が低く、しかも
互いに同じ価数（１ｇｆＪ）の金属材料であるＣｕ、Ａ
ｇ及びＡｕを０． ３〜５０層ｍの厚みで組み合わせた
多層裏面電極を半導体感光層上に構成しているので、本
発明によれば低抵抗、高反射率、高耐熱性、高付着性、
高機械強度性及び低コストの諸条件を同時に満足する裏
面電極を備えた光電変換素子を提供することができ、高
効率かつ高信頼性の光電変換素子を実現することができ
る。特にＣｕ ／ Ａ ｇ多層体又はＡｕ／Ａｇ多層体
を半導体感光層上の多層裏面電極とする場合には、Ｃｕ
層又はＡｕ層の厚みを０４３〜２０層ｍとするとともに
Ａｇ層の厚みを１〜５０層ｍとし、あるいは、Ｃｕ層又
はＡｕ層の厚みを０． ３〜５ｎｍとするとともにＡｇ
層の厚みを１〜２０層ｍとすることにより、感光層中へ
のＣｕ又はＡｕの拡散が抑制でき、安定した光電変換素
子が実現できる。
【図１】本発明の実施例に係る光電変換素子である非晶
質シリコン系太陽電池の断面図である。
質シリコン系太陽電池の断面図である。
【図２】太陽電池の分光感度に関する特性を実施例と比
較例とを対比して示すグラフである。
較例とを対比して示すグラフである。
【図３１１７０℃での熱劣化加速試験における太陽電池
の光電変換効率の時間変化を実施例と比較例とを対比し
て示すグラフである。 【符号の説明】 １０・・・ガラス基板 １１・・・透明電極 １２・・・感光層 １３・・・裏面電極
の光電変換効率の時間変化を実施例と比較例とを対比し
て示すグラフである。 【符号の説明】 １０・・・ガラス基板 １１・・・透明電極 １２・・・感光層 １３・・・裏面電極
Claims (4)
- 【請求項１】光入射側とは反対側において半導体感光層
上に設ける裏面電極が、Ｃｕ、Ａｇ及びＡｕからなる群
より選ばれた２種以上の１価金属を０．３〜５０ｎｍの
厚みで交互に繰り返し積層した多層体からなる光電変換
素子。 - 【請求項２】裏面電極中のＣｕ層又はＡｕ層の厚みが０
．３〜２０ｎｍであり、Ａｇ層の厚みが１〜５０ｎｍで
ある請求項１記載の光電変換素子。 - 【請求項３】裏面電極中のＣｕ層又はＡｕ層の厚みが０
．３〜５ｎｍであり、Ａｇ層の厚みが１〜２０ｎｍであ
る請求項１記載の光電変換素子。 - 【請求項４】裏面電極の総厚が２０ｎｍ〜１μｍである
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光電変換素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2400801A JPH04209576A (ja) | 1990-12-07 | 1990-12-07 | 光電変換素子 |
| US07/802,996 US5250120A (en) | 1990-12-07 | 1991-12-05 | Photovoltaic device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2400801A JPH04209576A (ja) | 1990-12-07 | 1990-12-07 | 光電変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04209576A true JPH04209576A (ja) | 1992-07-30 |
Family
ID=18510680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2400801A Pending JPH04209576A (ja) | 1990-12-07 | 1990-12-07 | 光電変換素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5250120A (ja) |
| JP (1) | JPH04209576A (ja) |
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| US6090701A (en) * | 1994-06-21 | 2000-07-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method for production of semiconductor device |
| US5824566A (en) * | 1995-09-26 | 1998-10-20 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of producing a photovoltaic device |
| US5672282A (en) * | 1996-01-25 | 1997-09-30 | The Whitaker Corporation | Process to preserve silver metal while forming integrated circuits |
| JP3545177B2 (ja) * | 1997-09-18 | 2004-07-21 | 株式会社荏原製作所 | 多層埋め込みＣｕ配線形成方法 |
| FR2771855B1 (fr) * | 1997-12-01 | 1999-12-31 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif de photodetection, procede de fabrication de ce dispositif et application a la detection multispectrale |
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| RU2224331C2 (ru) * | 2001-11-23 | 2004-02-20 | Институт физики им. Л.В.Киренского СО РАН | Фотоприемник (варианты) |
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| US8795785B2 (en) * | 2011-04-07 | 2014-08-05 | Dynamic Micro System | Methods and apparatuses for roll-on coating |
| CN103094374B (zh) * | 2011-10-27 | 2016-03-09 | 清华大学 | 太阳能电池 |
| EP2973728B1 (en) * | 2013-03-14 | 2019-07-10 | Fundació Institut de Ciències Fotòniques | Transparent electrode and substrate for optoelectronic or plasmonic applications comprising silver |
| CN118315452B (zh) * | 2024-04-17 | 2024-11-08 | 深圳众诚达应用材料股份有限公司 | 一种复合电极及其制备方法和太阳能电池 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6199385A (ja) * | 1984-10-19 | 1986-05-17 | Sanyo Electric Co Ltd | 光起電力素子 |
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1990
- 1990-12-07 JP JP2400801A patent/JPH04209576A/ja active Pending
-
1991
- 1991-12-05 US US07/802,996 patent/US5250120A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5250120A (en) | 1993-10-05 |
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