JPH0548126A - 光電変換素子およびその製造方法 - Google Patents
光電変換素子およびその製造方法Info
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- JPH0548126A JPH0548126A JP3200186A JP20018691A JPH0548126A JP H0548126 A JPH0548126 A JP H0548126A JP 3200186 A JP3200186 A JP 3200186A JP 20018691 A JP20018691 A JP 20018691A JP H0548126 A JPH0548126 A JP H0548126A
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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
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 低価格の光電変換素子を製造するための基本
構造およびその製造方法を提供する。 【構成】 ｎ型結晶シリコン粉末６を基板上１に低融点
金属２を熔融させることにより接着し、その上にｉ型ア
モルファスシリコン層３ 、ｐ型アモルファスシリコン
層４、透明導電膜５を順次形成することにより光電変換
素子を形成する。 【効果】 このような構造にすることにより、これまで
低価格化の障害となっていたシリコン結晶基板を用いな
い、安価な光電変換素子を製造することが可能となる。
また、大面積化、集積化素子の作成が容易である。
構造およびその製造方法を提供する。 【構成】 ｎ型結晶シリコン粉末６を基板上１に低融点
金属２を熔融させることにより接着し、その上にｉ型ア
モルファスシリコン層３ 、ｐ型アモルファスシリコン
層４、透明導電膜５を順次形成することにより光電変換
素子を形成する。 【効果】 このような構造にすることにより、これまで
低価格化の障害となっていたシリコン結晶基板を用いな
い、安価な光電変換素子を製造することが可能となる。
また、大面積化、集積化素子の作成が容易である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、結晶半導体粉末を用い
た光電変換素子及びその製造方法に関し、安価な光電変
換素子の製造を可能とするものである。
た光電変換素子及びその製造方法に関し、安価な光電変
換素子の製造を可能とするものである。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池、受光素子、光センサー等の光
電変換素子は単結晶基板を用いたもの、多結晶基板を用
いたもの、アモルファスを用いたものなどがあるが、こ
れらには一長一短がある。すなわち、単結晶基板を用い
たものは、高性能であるが価格も高い。アモルファスを
用いたものは、軽量で折曲げることもでき価格も安い
が、性能では劣り信頼性の点でも問題がある。多結晶基
板を用いたものは性能、価格ともに上記のものの中間に
位置するが、それでも十分に低価格ではない。
電変換素子は単結晶基板を用いたもの、多結晶基板を用
いたもの、アモルファスを用いたものなどがあるが、こ
れらには一長一短がある。すなわち、単結晶基板を用い
たものは、高性能であるが価格も高い。アモルファスを
用いたものは、軽量で折曲げることもでき価格も安い
が、性能では劣り信頼性の点でも問題がある。多結晶基
板を用いたものは性能、価格ともに上記のものの中間に
位置するが、それでも十分に低価格ではない。
【０００３】これに対し、光電変換素子の一例である太
陽電池においては、高性能で低価格の太陽電池を実現す
るために、単結晶半導体や多結晶半導体の粉末を用いた
太陽電池が考えられている。これは裏面電極の形成され
た基板上に単結晶半導体粉末、あるいは多結晶半導体粉
末を密に並べ、この半導体粉末内の一部に不純物をドー
プしてpn接合を形成したものである。
陽電池においては、高性能で低価格の太陽電池を実現す
るために、単結晶半導体や多結晶半導体の粉末を用いた
太陽電池が考えられている。これは裏面電極の形成され
た基板上に単結晶半導体粉末、あるいは多結晶半導体粉
末を密に並べ、この半導体粉末内の一部に不純物をドー
プしてpn接合を形成したものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の単結晶基板また
は多結晶基板を用いた光電変換素子では、素子として必
要な厚さ以上の基板が用いられており、これが不必要に
価格を上げる原因となっていた。これに対し、単結晶ま
たは多結晶半導体粉末を用いた光電変換素子では、単結
晶または多結晶基板を用いたもののように無駄に材料を
用いることがなく低価格化が可能である。
は多結晶基板を用いた光電変換素子では、素子として必
要な厚さ以上の基板が用いられており、これが不必要に
価格を上げる原因となっていた。これに対し、単結晶ま
たは多結晶半導体粉末を用いた光電変換素子では、単結
晶または多結晶基板を用いたもののように無駄に材料を
用いることがなく低価格化が可能である。
【０００５】しかしながら、従来の光電変換素子の一例
である結晶半導体粉末を用いた太陽電池は接合形成に不
純物拡散による高温プロセスを用いることや実際に素子
として形成する場合には表面での電極の取り出しや、表
面電極と裏面電極との絶縁などの問題を十分解決してい
なかった。
である結晶半導体粉末を用いた太陽電池は接合形成に不
純物拡散による高温プロセスを用いることや実際に素子
として形成する場合には表面での電極の取り出しや、表
面電極と裏面電極との絶縁などの問題を十分解決してい
なかった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に本発明は、第一導電型の結晶半導体粉末上にｉ型のア
モルファス半導体層、第二導電型のアモルファス半導体
層が順次形成されていることを特徴とする光電変換素子
を提供する。
に本発明は、第一導電型の結晶半導体粉末上にｉ型のア
モルファス半導体層、第二導電型のアモルファス半導体
層が順次形成されていることを特徴とする光電変換素子
を提供する。
【０００７】基板上に低融点金属層を形成し、該低融点
金属層上に第一導電型の結晶半導体粉末を密に配置し、
上記低融点金属層を加熱して上記低融点金属層に上記結
晶半導体粉末を固定し、該結晶半導体粉末上にｉ型のア
モルファス半導体層、第二導電型のアモルファス半導体
層が順次形成されていることを特徴とする上記本発明光
電変換素子の製造方法を提供する。
金属層上に第一導電型の結晶半導体粉末を密に配置し、
上記低融点金属層を加熱して上記低融点金属層に上記結
晶半導体粉末を固定し、該結晶半導体粉末上にｉ型のア
モルファス半導体層、第二導電型のアモルファス半導体
層が順次形成されていることを特徴とする上記本発明光
電変換素子の製造方法を提供する。
【０００８】
【作用】本発明の光電変換素子は、基本的には第一導電
型の結晶半導体粉末１個とこの上に形成されたｉ型のア
モルファス半導体層、第二導電型のアモルファス半導体
層とで１つの光電変換素子として働き、キャリアは積層
方向に移動する。そして、これら基本素子が並列または
直列となるように電極により接続されて大面積の光電変
換素子として用いられる。
型の結晶半導体粉末１個とこの上に形成されたｉ型のア
モルファス半導体層、第二導電型のアモルファス半導体
層とで１つの光電変換素子として働き、キャリアは積層
方向に移動する。そして、これら基本素子が並列または
直列となるように電極により接続されて大面積の光電変
換素子として用いられる。
【０００９】本発明の製造方法では、まず低融点金属層
により第一導電型の結晶半導体粉末（例えばｎ型Ｓｉ）
が固定され、ｉ型のアモルファス半導体層と第二導電型
のアモルファス半導体層（例えばｐ型アモルファスSi
層）との接合により表面電極が裏面電極である基板面と
直接接触するのが防がれる。基板面には結晶半導体粉末
に接続される裏面電極が形成されるか、又は基板自体が
裏面電極となっており、アモルファス半導体層により接
合を形成する際に、結晶半導体粉末のすき間によりこの
裏面電極にアモルファス半導体層が短絡するのを防ぐた
めにｉ型のアモルファス半導体層と第二導電型のアモル
ファス半導体層（例えばｐ型アモルファスSi層）との接
合が設けられている。そして、本製造方法によれば、結
晶半導体粉末からなる層とアモルファス半導体層とがこ
の順で基板上に形成された大面積の光電変換素子が形成
される。
により第一導電型の結晶半導体粉末（例えばｎ型Ｓｉ）
が固定され、ｉ型のアモルファス半導体層と第二導電型
のアモルファス半導体層（例えばｐ型アモルファスSi
層）との接合により表面電極が裏面電極である基板面と
直接接触するのが防がれる。基板面には結晶半導体粉末
に接続される裏面電極が形成されるか、又は基板自体が
裏面電極となっており、アモルファス半導体層により接
合を形成する際に、結晶半導体粉末のすき間によりこの
裏面電極にアモルファス半導体層が短絡するのを防ぐた
めにｉ型のアモルファス半導体層と第二導電型のアモル
ファス半導体層（例えばｐ型アモルファスSi層）との接
合が設けられている。そして、本製造方法によれば、結
晶半導体粉末からなる層とアモルファス半導体層とがこ
の順で基板上に形成された大面積の光電変換素子が形成
される。
【００１０】
【実施例】以下実施例によって本発明を具体的に説明す
る。
る。
【００１１】実施例１ 図１は本発明による太陽電池素子の製造工程を説明する
図である。まず、基板１上に約20μm厚の低融点金属膜
２を形成する（図１(a)、(b)）。基板１にはステンレス
を、低融点金属膜２にはハンダを用いた。この場合、基
板１の材質としては200℃〜300℃程度の温度に耐えるも
のであれば良く、裏面電極を兼ねさせるために導電性材
料か又は導電性の金属膜で覆われたものとする。低融点
金属としてはSn、In、Zn等の単体またはハンダ等の合金
でもよい。次に、低融点金属膜２上に平均粒径が50μm
のn型単結晶又は多結晶のシリコン粉末６を密に１層な
いし２層付着させる（図１(c)）。粉末結晶の大きさは
ライフタイムと光の吸収係数、利用波長等によって適宜
決定する。結晶シリコンの大きさは50μm程度のものが
良いが、これより小さくてもかまわない。尚、粉末の形
状は球形である必要はなく、どのような形状のものであ
ってもよい。また粒径が異なるものが混在していても支
障はない。
図である。まず、基板１上に約20μm厚の低融点金属膜
２を形成する（図１(a)、(b)）。基板１にはステンレス
を、低融点金属膜２にはハンダを用いた。この場合、基
板１の材質としては200℃〜300℃程度の温度に耐えるも
のであれば良く、裏面電極を兼ねさせるために導電性材
料か又は導電性の金属膜で覆われたものとする。低融点
金属としてはSn、In、Zn等の単体またはハンダ等の合金
でもよい。次に、低融点金属膜２上に平均粒径が50μm
のn型単結晶又は多結晶のシリコン粉末６を密に１層な
いし２層付着させる（図１(c)）。粉末結晶の大きさは
ライフタイムと光の吸収係数、利用波長等によって適宜
決定する。結晶シリコンの大きさは50μm程度のものが
良いが、これより小さくてもかまわない。尚、粉末の形
状は球形である必要はなく、どのような形状のものであ
ってもよい。また粒径が異なるものが混在していても支
障はない。
【００１２】次に、低融点金属２を溶融し、n型結晶シ
リコン粉末６を裏面電極となる基板１に低融点金属膜２
を介して固定する（図１(d)）。次に、基板温度200℃で
ｉ型アモルファスシリコン層３を形成する（図１
(e)）。ｉ型アモルファスシリコン層はあまり厚すぎる
と効率が低下し、余り薄すぎると表面電極と裏面電極が
短絡するため、数100Åが望ましい。
リコン粉末６を裏面電極となる基板１に低融点金属膜２
を介して固定する（図１(d)）。次に、基板温度200℃で
ｉ型アモルファスシリコン層３を形成する（図１
(e)）。ｉ型アモルファスシリコン層はあまり厚すぎる
と効率が低下し、余り薄すぎると表面電極と裏面電極が
短絡するため、数100Åが望ましい。
【００１３】次に、基板温度200℃でｐ型アモルファス
シリコン層４を形成する（図１(f)）。ｐ型アモルファ
スシリコン層の膜厚は100Å〜200Åが望ましい。これに
よりp型アモルファスシリコンとn型結晶シリコンによる
ヘテロ接合が形成される。最後に、アモルファスシリコ
ン層４上に透明導電膜５を形成する（図１(g)）。必要
によりこの上に適宜金属の集電極を形成して大面積の太
陽電池が完成する。
シリコン層４を形成する（図１(f)）。ｐ型アモルファ
スシリコン層の膜厚は100Å〜200Åが望ましい。これに
よりp型アモルファスシリコンとn型結晶シリコンによる
ヘテロ接合が形成される。最後に、アモルファスシリコ
ン層４上に透明導電膜５を形成する（図１(g)）。必要
によりこの上に適宜金属の集電極を形成して大面積の太
陽電池が完成する。
【００１４】本太陽電池では、結晶シリコン粉末６から
なる層の横方向のキャリアーの移動が阻害されている
が、この構造の太陽電池ではキャリアーの膜厚方向の移
動が効率を殆ど決めているため、効率はこの層を単一の
結晶シリコン層で形成した場合と殆ど変わるところがな
い。本実施例では全工程を通じて基板温度が300℃以下
で形成できるため、不純物を高温で拡散して接合を形成
するのに比べて基板の材質に対する制限が緩和され、種
々の基板を用いることができる。また、製造エネルギー
も少なくて済む。
なる層の横方向のキャリアーの移動が阻害されている
が、この構造の太陽電池ではキャリアーの膜厚方向の移
動が効率を殆ど決めているため、効率はこの層を単一の
結晶シリコン層で形成した場合と殆ど変わるところがな
い。本実施例では全工程を通じて基板温度が300℃以下
で形成できるため、不純物を高温で拡散して接合を形成
するのに比べて基板の材質に対する制限が緩和され、種
々の基板を用いることができる。また、製造エネルギー
も少なくて済む。
【００１５】実施例２ 図２は本発明第２実施例の太陽電池の製造工程を説明す
る図である。本実施例は直列接続構造の太陽電池モジュ
ールの製造方法である。まず、基板１としてはガラス、
プラスチック等の絶縁性ないし絶縁物で覆われたものを
用いる（図２(a)）。ここではガラスを用いた。この基
板１上に低融点金属膜２を短冊状に形成する（同図
(b)）。これは裏面電極となる。
る図である。本実施例は直列接続構造の太陽電池モジュ
ールの製造方法である。まず、基板１としてはガラス、
プラスチック等の絶縁性ないし絶縁物で覆われたものを
用いる（図２(a)）。ここではガラスを用いた。この基
板１上に低融点金属膜２を短冊状に形成する（同図
(b)）。これは裏面電極となる。
【００１６】次に、平均粒形50μmのn型の結晶シリコン
粉末６を配置し（図２(c)）、低融点金属膜２を溶融し
て接着する（図２(d)）。次に、基板温度200℃でｉ型ア
モルファスシリコン層３を、結晶シリコン粉末上面に形
成する。図２で表されるように金属膜の片側端面を覆う
構造となるように選択的に形成する（図２(e)）。次
に、基板温度200℃でｐ型アモルファスシリコン層４を
結晶シリコン粉末６の上部に選択的に形成する。（図２
(f)）。ｐ型アモルファスシリコン層の膜厚は100Å〜20
0Åが望ましい。これによりアモルファスシリコンと結
晶シリコンによるヘテロ接合が形成される。
粉末６を配置し（図２(c)）、低融点金属膜２を溶融し
て接着する（図２(d)）。次に、基板温度200℃でｉ型ア
モルファスシリコン層３を、結晶シリコン粉末上面に形
成する。図２で表されるように金属膜の片側端面を覆う
構造となるように選択的に形成する（図２(e)）。次
に、基板温度200℃でｐ型アモルファスシリコン層４を
結晶シリコン粉末６の上部に選択的に形成する。（図２
(f)）。ｐ型アモルファスシリコン層の膜厚は100Å〜20
0Åが望ましい。これによりアモルファスシリコンと結
晶シリコンによるヘテロ接合が形成される。
【００１７】最後に、透明電極５をp型アモルファスシ
リコンの上面から隣接する短冊状素子の下部電極２の端
面露出部に接続するように選択的に形成し、各短冊状に
形成された各素子が直列に接続されるようにする（図２
(g)）。以上のようにして隣り合った太陽電池素子が直
列に接続された太陽電池モジュールが形成される。
リコンの上面から隣接する短冊状素子の下部電極２の端
面露出部に接続するように選択的に形成し、各短冊状に
形成された各素子が直列に接続されるようにする（図２
(g)）。以上のようにして隣り合った太陽電池素子が直
列に接続された太陽電池モジュールが形成される。
【００１８】以上の２つの実施例では結晶シリコン粉末
をn型としたがp型を用いても良く、この場合はアモルフ
ァスシリコン層はn型となる。
をn型としたがp型を用いても良く、この場合はアモルフ
ァスシリコン層はn型となる。
【００１９】
【発明の効果】本発明の光電変換素子は結晶半導体粉末
の表面にアモルファス半導体層により接合を形成するの
で、低温で接合を形成することができ、基板として可と
う性基板を用いることも可能となる。さらに、結晶半導
体粉末を用い、アモルファス層も薄くてよいので、結晶
基板を使った素子に比べて使用材料が少なく低価格化が
可能である。
の表面にアモルファス半導体層により接合を形成するの
で、低温で接合を形成することができ、基板として可と
う性基板を用いることも可能となる。さらに、結晶半導
体粉末を用い、アモルファス層も薄くてよいので、結晶
基板を使った素子に比べて使用材料が少なく低価格化が
可能である。
【００２０】また、本発明により形成された太陽電池は
これまでアモルファス太陽電池で問題となっている光劣
化が生じないために、高信頼性の素子を作成出来る。
これまでアモルファス太陽電池で問題となっている光劣
化が生じないために、高信頼性の素子を作成出来る。
【００２１】一方、本発明の製造方法によれば、大面積
の太陽電池素子を製造することができ、また薄膜集積化
技術の応用により直列接続が容易であり、必要な電圧出
力が得られるモジュールを作ることが出来る。
の太陽電池素子を製造することができ、また薄膜集積化
技術の応用により直列接続が容易であり、必要な電圧出
力が得られるモジュールを作ることが出来る。
【００２２】尚、本発明は広く光電変換装置に応用で
き、微細な光電変換装置として使用することもできる。
き、微細な光電変換装置として使用することもできる。
【図１】本発明実施例１の光電変換素子の製造工程を説
明する図である。
明する図である。
【図２】本発明実施例２の光電変換素子の製造工程を説
明する図である。
明する図である。
１ 基板 ２ 低融点金属膜 ３ ｉ型アモルファスシリコン層 ４ ｐ型アモルファスシリコン層 ５ 透明導電膜 ６ 結晶シリコン粉末
Claims (2)
- 【請求項１】 第一導電型の結晶半導体粉末上にｉ型の
アモルファス半導体層、第二導電型のアモルファス半導
体層が順次形成されていることを特徴とする光電変換素
子。 - 【請求項２】 基板上に形成された低融点金属層上に第
一導電型の結晶半導体粉末を配置し、該金属層を加熱し
て溶融させ結晶半導体粉末を金属層上に固定した後に、
該結晶半導体粉末上にｉ型のアモルファス半導体層、第
二導電型のアモルファス半導体層を順次形成することを
特徴とする請求項１の光電変換素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3200186A JP2758741B2 (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 光電変換素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3200186A JP2758741B2 (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 光電変換素子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0548126A true JPH0548126A (ja) | 1993-02-26 |
| JP2758741B2 JP2758741B2 (ja) | 1998-05-28 |
Family
ID=16420228
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3200186A Expired - Fee Related JP2758741B2 (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 光電変換素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2758741B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002261301A (ja) * | 2001-02-28 | 2002-09-13 | Kyocera Corp | 光電変換装置 |
| JP2007221112A (ja) * | 2006-01-18 | 2007-08-30 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光電変換装置及びその製造方法 |
| US8049103B2 (en) | 2006-01-18 | 2011-11-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63258078A (ja) * | 1987-04-15 | 1988-10-25 | Mitsubishi Electric Corp | 非晶質光電変換装置 |
| JPH01110776A (ja) * | 1987-10-23 | 1989-04-27 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体多結晶薄膜の製造方法 |
| JPH0273671A (ja) * | 1988-09-08 | 1990-03-13 | Fuji Electric Co Ltd | 光電変換素子の製造方法 |
| JPH0321079A (ja) * | 1989-06-19 | 1991-01-29 | Mitsubishi Electric Corp | 多結晶太陽電池 |
-
1991
- 1991-08-09 JP JP3200186A patent/JP2758741B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
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| JPS63258078A (ja) * | 1987-04-15 | 1988-10-25 | Mitsubishi Electric Corp | 非晶質光電変換装置 |
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| US8049103B2 (en) | 2006-01-18 | 2011-11-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
| US8729386B2 (en) | 2006-01-18 | 2014-05-20 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2758741B2 (ja) | 1998-05-28 |
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