JPH0548127A - 非晶質シリコン太陽電池及びその製造方法 - Google Patents
非晶質シリコン太陽電池及びその製造方法Info
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- JPH0548127A JPH0548127A JP3206690A JP20669091A JPH0548127A JP H0548127 A JPH0548127 A JP H0548127A JP 3206690 A JP3206690 A JP 3206690A JP 20669091 A JP20669091 A JP 20669091A JP H0548127 A JPH0548127 A JP H0548127A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- amorphous silicon
- silicon layer
- solar cell
- phosphorus
- Prior art date
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- 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
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 単一の反応室を用いたプラズマＣＶＤ法によ
り前に形成されたｎ層の燐の影響を抑え、再現性を良く
し、かつ高性能にする。 【構成】 ガラス基板１上に形成された透明電極層２上
にｐｉｎ接合を有する非晶質シリコン層３と、該非晶質
シリコン層上に真性型非晶質シリコン層３４を形成し、
該真性型非晶質シリコン層内に拡散させて裏面電極４を
設ける。また製造は、透明電極層を被着した絶縁性透明
基板上にｐｉｎ接合を有する非晶質シリコン層を設け、
次いで真性型非晶質シリコン層を形成し、金属裏面電極
を付け後、熱処理を行うことにより、その後に形成する
太陽電池への燐の影響を抑えることができる。真性型非
晶質シリコン層は燐濃度を抑制する働きをするため、ｉ
層に取り込まれる燐による太陽電池素子の電気的特性の
低下を無くすことができると共に、裏面電極層が真性型
非晶質シリコン層内に拡散されていることにより、非晶
質シリコン層と裏面電極間の接触抵抗が大きくならな
い。
り前に形成されたｎ層の燐の影響を抑え、再現性を良く
し、かつ高性能にする。 【構成】 ガラス基板１上に形成された透明電極層２上
にｐｉｎ接合を有する非晶質シリコン層３と、該非晶質
シリコン層上に真性型非晶質シリコン層３４を形成し、
該真性型非晶質シリコン層内に拡散させて裏面電極４を
設ける。また製造は、透明電極層を被着した絶縁性透明
基板上にｐｉｎ接合を有する非晶質シリコン層を設け、
次いで真性型非晶質シリコン層を形成し、金属裏面電極
を付け後、熱処理を行うことにより、その後に形成する
太陽電池への燐の影響を抑えることができる。真性型非
晶質シリコン層は燐濃度を抑制する働きをするため、ｉ
層に取り込まれる燐による太陽電池素子の電気的特性の
低下を無くすことができると共に、裏面電極層が真性型
非晶質シリコン層内に拡散されていることにより、非晶
質シリコン層と裏面電極間の接触抵抗が大きくならな
い。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池や光センサ等
に用いられる光起電力装置及びその製造方法に関する。
に用いられる光起電力装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図２は、絶縁性基板上１に透明電極層
２、非晶質半導体層としての非晶質シリコン層３（以下
「ａ−Ｓｉ層」と記す）及び裏面電極層としての金属電
極層４を積層してなる単位太陽電池素子の構造図であ
る。この種の太陽電池素子は、先ずガラス基板１上にＩ
ＴＯ（インジウムスズ酸化物）、ＳｎＯ2（酸化スズ）
等の透明電動膜からなる透明電極層２を電子ビーム蒸
着、スパッタリングあるいは熱ＣＶＤ法で約4500Å程度
の厚さに一面に形成する。次に、ａ−Ｓｉ層３は透明電
極層２側から、例えばｐ型ａ−Ｓｉ層３１を約200Åの
厚さに、真性型ａ−Ｓｉ層３２（以下「ｉ層」と記す）
を0.2−1.0μｍの膜さに、ｎ型ａ−Ｓｉ層３３を約500
Åの厚さにシランガスのプラズマ放電分解で成長させ
る。なお、ｐ型にはほう素、炭素を添加し、ｎ型には燐
を添加する。その後、スパッタ法あるいは蒸着法等で裏
面電極４を形成する。この裏面電極４は、膜厚が2000Å
以上の金属、例えばアルミニウム、銀などが使われてい
る。
２、非晶質半導体層としての非晶質シリコン層３（以下
「ａ−Ｓｉ層」と記す）及び裏面電極層としての金属電
極層４を積層してなる単位太陽電池素子の構造図であ
る。この種の太陽電池素子は、先ずガラス基板１上にＩ
ＴＯ（インジウムスズ酸化物）、ＳｎＯ2（酸化スズ）
等の透明電動膜からなる透明電極層２を電子ビーム蒸
着、スパッタリングあるいは熱ＣＶＤ法で約4500Å程度
の厚さに一面に形成する。次に、ａ−Ｓｉ層３は透明電
極層２側から、例えばｐ型ａ−Ｓｉ層３１を約200Åの
厚さに、真性型ａ−Ｓｉ層３２（以下「ｉ層」と記す）
を0.2−1.0μｍの膜さに、ｎ型ａ−Ｓｉ層３３を約500
Åの厚さにシランガスのプラズマ放電分解で成長させ
る。なお、ｐ型にはほう素、炭素を添加し、ｎ型には燐
を添加する。その後、スパッタ法あるいは蒸着法等で裏
面電極４を形成する。この裏面電極４は、膜厚が2000Å
以上の金属、例えばアルミニウム、銀などが使われてい
る。
【０００３】太陽電池素子の性能は、ａ−Ｓｉ層３の膜
厚によって左右される。従来の成膜方式では同一反応室
内でｐ型、ｉ型及びｎ型ａ−Ｓｉ層を形成していた。そ
の為、反応室内壁や高周波電極等に付着した残留不純物
（燐）が成膜中に取り込まれやすく、膜質低下の原因と
なっている。つまり、同一反応室方式では、太陽電池を
形成する前に形成されたｎ層の添加不純物である燐の影
響を受けて太陽電池の性能が左右される。ａ−Ｓｉ太陽
電池の高効率化には、残留燐濃度を極力少なくすること
が望ましい。それを解決する為に、ｐ層、ｉ層及びｎ層
を別々の反応室で成膜する分離型プラズマＣＶＤ法が開
発され、例えば、特開昭５６−１１４３８７号公報に開
示されている。
厚によって左右される。従来の成膜方式では同一反応室
内でｐ型、ｉ型及びｎ型ａ−Ｓｉ層を形成していた。そ
の為、反応室内壁や高周波電極等に付着した残留不純物
（燐）が成膜中に取り込まれやすく、膜質低下の原因と
なっている。つまり、同一反応室方式では、太陽電池を
形成する前に形成されたｎ層の添加不純物である燐の影
響を受けて太陽電池の性能が左右される。ａ−Ｓｉ太陽
電池の高効率化には、残留燐濃度を極力少なくすること
が望ましい。それを解決する為に、ｐ層、ｉ層及びｎ層
を別々の反応室で成膜する分離型プラズマＣＶＤ法が開
発され、例えば、特開昭５６−１１４３８７号公報に開
示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】分離型プラズマＣＶＤ
法では、反応室が３室以上あり、かつ基板を各々の反応
室へ送り込む輸送機構が複雑なる為、装置が高価になっ
てしまう。本発明の目的は、単一の反応室を用いたプラ
ズマＣＶＤ法により前に形成されたｎ層の燐の影響を抑
え、再現性よくかつ高性能・低コストのａ−Ｓｉ太陽電
池及びその製造方法を提供することにある。
法では、反応室が３室以上あり、かつ基板を各々の反応
室へ送り込む輸送機構が複雑なる為、装置が高価になっ
てしまう。本発明の目的は、単一の反応室を用いたプラ
ズマＣＶＤ法により前に形成されたｎ層の燐の影響を抑
え、再現性よくかつ高性能・低コストのａ−Ｓｉ太陽電
池及びその製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の非晶質シリコン太陽電池はガラス基板上
に形成された透明電極層、該透明電極層上に形成された
ｐｉｎ接合を有する非晶質シリコン層と、該非晶質シリ
コン層上に形成された真性型非晶質シリコン層と、該真
性型非晶質シリコン層内に拡散させて形成された裏面電
極とから成るものである。また本発明の非晶質シリコン
太陽電池の製造方法は、透明電極層を被着した絶縁性透
明基板上にｐｉｎ接合を有する非晶質シリコン層を設
け、次いで真性型非晶質シリコン層を形成し、金属裏面
電極を付け後、熱処理を行うことを特徴とするものであ
る。
めに、本発明の非晶質シリコン太陽電池はガラス基板上
に形成された透明電極層、該透明電極層上に形成された
ｐｉｎ接合を有する非晶質シリコン層と、該非晶質シリ
コン層上に形成された真性型非晶質シリコン層と、該真
性型非晶質シリコン層内に拡散させて形成された裏面電
極とから成るものである。また本発明の非晶質シリコン
太陽電池の製造方法は、透明電極層を被着した絶縁性透
明基板上にｐｉｎ接合を有する非晶質シリコン層を設
け、次いで真性型非晶質シリコン層を形成し、金属裏面
電極を付け後、熱処理を行うことを特徴とするものであ
る。
【０００６】
【作用】真性型非晶質シリコン層は燐濃度を抑制する働
きをするため、ｉ層に取り込まれる燐による太陽電池素
子の電気的特性の低下を無くすことができると共に、裏
面電極層が真性型非晶質シリコン層内に拡散されている
ことにより、非晶質シリコン層と裏面電極間の接触抵抗
が大きくならない。また製造においては、太陽電池の形
成後に、引き続き薄膜真性型非晶質シリコン層を形成し
た後熱処理することによって、その後に形成する太陽電
池への燐の影響を抑えることが可能になり、単一反応室
プラズマＣＶＤ装置でも再現性よくかつ高性能・低コス
トの非晶質シリコン太陽電池を可能にする。
きをするため、ｉ層に取り込まれる燐による太陽電池素
子の電気的特性の低下を無くすことができると共に、裏
面電極層が真性型非晶質シリコン層内に拡散されている
ことにより、非晶質シリコン層と裏面電極間の接触抵抗
が大きくならない。また製造においては、太陽電池の形
成後に、引き続き薄膜真性型非晶質シリコン層を形成し
た後熱処理することによって、その後に形成する太陽電
池への燐の影響を抑えることが可能になり、単一反応室
プラズマＣＶＤ装置でも再現性よくかつ高性能・低コス
トの非晶質シリコン太陽電池を可能にする。
【０００７】
【実施例】図１は、本発明のａ−Ｓｉ太陽電池素子の構
造を示す。なお、図２に共通の部分には同一符号が付け
られている。ａ−Ｓｉ太陽電池素子はガラス基板１上に
形成された透明電極層２、該透明電極層２上に形成され
たａ−Ｓｉ膜によるｐ層３１、ｉ層３２及びｎ層３３、
該ｎ層３３上に形成された真性型ａ−Ｓｉ層（燐濃度抑
制層）３４、及び該真性型ａ−Ｓｉ層３４内に拡散させ
るようにして形成された裏面電極４とから構成されてい
る。上記構造のａ−Ｓｉ太陽電池素子は、真性型ａ−Ｓ
ｉ層３４を設けることにより、ｉ層に取り込まれる燐に
よる太陽電池素子の電気的特性の低下を無くすことがで
きると共に、裏面電極層が真性型ａ−Ｓｉ層内に拡散さ
れていることにより、ａ−Ｓｉ層３と裏面電極４間の接
触抵抗が大きくならず、真性型ａ−Ｓｉ層３４の無いも
のと同等の性能を持たせることができる。
造を示す。なお、図２に共通の部分には同一符号が付け
られている。ａ−Ｓｉ太陽電池素子はガラス基板１上に
形成された透明電極層２、該透明電極層２上に形成され
たａ−Ｓｉ膜によるｐ層３１、ｉ層３２及びｎ層３３、
該ｎ層３３上に形成された真性型ａ−Ｓｉ層（燐濃度抑
制層）３４、及び該真性型ａ−Ｓｉ層３４内に拡散させ
るようにして形成された裏面電極４とから構成されてい
る。上記構造のａ−Ｓｉ太陽電池素子は、真性型ａ−Ｓ
ｉ層３４を設けることにより、ｉ層に取り込まれる燐に
よる太陽電池素子の電気的特性の低下を無くすことがで
きると共に、裏面電極層が真性型ａ−Ｓｉ層内に拡散さ
れていることにより、ａ−Ｓｉ層３と裏面電極４間の接
触抵抗が大きくならず、真性型ａ−Ｓｉ層３４の無いも
のと同等の性能を持たせることができる。
【０００８】ａ−Ｓｉ太陽電池素子の製造は、先ずガラ
ス基板１の上に厚さが4500Å程度のＳｎＯ2を熱ＣＶＤ
法により透明電極層２を形成する。次いで、ｐｉｎ接合
を有するａ−Ｓｉ膜３（ｐ層３１、ｉ層３２、ｎ層３
３）をプラズマＣＶＤ法を用いて約０.４μｍの厚さに
形成し、その後燐濃度を抑制する為に同一反応室内で約
300Åの真性型ａ−Ｓｉ層３４（ｉ層）を続けて形成す
る。更に裏面電極４としてアルミニウムを約2000Åの厚
さにスパッタ法により形成する。
ス基板１の上に厚さが4500Å程度のＳｎＯ2を熱ＣＶＤ
法により透明電極層２を形成する。次いで、ｐｉｎ接合
を有するａ−Ｓｉ膜３（ｐ層３１、ｉ層３２、ｎ層３
３）をプラズマＣＶＤ法を用いて約０.４μｍの厚さに
形成し、その後燐濃度を抑制する為に同一反応室内で約
300Åの真性型ａ−Ｓｉ層３４（ｉ層）を続けて形成す
る。更に裏面電極４としてアルミニウムを約2000Åの厚
さにスパッタ法により形成する。
【０００９】上記方法により製造されたａ−Ｓｉ太陽電
池素子は、ｎ層３３と裏面電極層４の間に高抵抗真性層
３４（ｉ層）が存在している為、このままでは接触抵抗
が大きく満足する特性が得られない。そこで、上記製造
工程後に熱処理を行い、金属をｉ層３４内に拡散させて
ｎ層３３と裏面電極層４の接触特性を改善する。熱処理
は、ｉ層３４の膜厚や裏面電極の種類によって熱処理時
間、温度が変わるため、平均効率が最も高くなるような
熱処理時間および温度が選定される。図３は平均効率の
熱処理時間の依存性を表す一例である。この例は、ｉ層
を約300Å、熱処理温度を1750Ｃのときのデータであ
り、このときの平均効率は熱処理時間が２０分のときに
最も高く、それよりも多くても少なくても低くなる傾向
を示している。
池素子は、ｎ層３３と裏面電極層４の間に高抵抗真性層
３４（ｉ層）が存在している為、このままでは接触抵抗
が大きく満足する特性が得られない。そこで、上記製造
工程後に熱処理を行い、金属をｉ層３４内に拡散させて
ｎ層３３と裏面電極層４の接触特性を改善する。熱処理
は、ｉ層３４の膜厚や裏面電極の種類によって熱処理時
間、温度が変わるため、平均効率が最も高くなるような
熱処理時間および温度が選定される。図３は平均効率の
熱処理時間の依存性を表す一例である。この例は、ｉ層
を約300Å、熱処理温度を1750Ｃのときのデータであ
り、このときの平均効率は熱処理時間が２０分のときに
最も高く、それよりも多くても少なくても低くなる傾向
を示している。
【００１０】ところで、ｎ層またはｐ層上に500Åのｉ
層を形成した場合、その膜内の不純物濃度が約３桁低減
されることが知られている。しかし、ｉ層の膜厚を500
Å以上に厚くしても不純濃度は変化しない。そのため、
ｉ層を厚膜にすると、熱処理時間が長くかかり、温度も
高くしなければならず、製造上不利であり、一方ｉ層を
300Åよりかなり薄膜にすると、燐濃度の抑制効果が小
さくなってしまう。したがって、ｉ層の膜厚の選定は、
裏面電極の材質、熱処理時間、熱処理温度等の関係にお
いて行われる。
層を形成した場合、その膜内の不純物濃度が約３桁低減
されることが知られている。しかし、ｉ層の膜厚を500
Å以上に厚くしても不純濃度は変化しない。そのため、
ｉ層を厚膜にすると、熱処理時間が長くかかり、温度も
高くしなければならず、製造上不利であり、一方ｉ層を
300Åよりかなり薄膜にすると、燐濃度の抑制効果が小
さくなってしまう。したがって、ｉ層の膜厚の選定は、
裏面電極の材質、熱処理時間、熱処理温度等の関係にお
いて行われる。
【００１１】図４は、本発明のａ−Ｓｉ太陽電池素子に
おける熱処理の効果である。図４（ａ）は、熱処理を行
う前の特性で、明らかに高抵抗真性層によって特性が悪
くなっている。図４（ｂ）に示すように175°Ｃで、約2
0分の熱処理を行えば、性能を十分に改善することがで
きた（第１表参照）。また出力として100mW/cm2の入射
光の場合に８.６％という高効率が得られた（第２表参
照）。第１表は、図４に示すａ−Ｓｉ太陽電池素子の主
な特性値を示す。第２表は、従来型の太陽電池素子及び
本発明の太陽電池素子の特性の比較である。
おける熱処理の効果である。図４（ａ）は、熱処理を行
う前の特性で、明らかに高抵抗真性層によって特性が悪
くなっている。図４（ｂ）に示すように175°Ｃで、約2
0分の熱処理を行えば、性能を十分に改善することがで
きた（第１表参照）。また出力として100mW/cm2の入射
光の場合に８.６％という高効率が得られた（第２表参
照）。第１表は、図４に示すａ−Ｓｉ太陽電池素子の主
な特性値を示す。第２表は、従来型の太陽電池素子及び
本発明の太陽電池素子の特性の比較である。
【００１２】 第１表 熱処理前 熱処理後 面積 ｃｍ2 3.2 3.2 光照度 ｍＷ／ｃｍ2 100 100 得られる最大パワー ｍＷ 9.992 22.144 最適動作電流 ｍＡ 27.58 34.60 最適動作電圧 Ｖ 0.36 0.64 短絡電流 ｍＡ 39.58 41.79 開放電圧 Ｖ 0.69 0.90 短絡電流密度 ｍＡ／ｃｍ2 12.48 13.06 最適動作電流密度 ｍＡ／ｃｍ2 8.62 10.81 曲線因子 0.361 0.586 変換効率 ％ 3.11 6.89
【００１３】 第２表 太陽電池の種類 効率 開放電圧 短絡電流密度 曲線因子 ％ Ｖ ｍＷ／ｃｍ2 従来型 7.90 0.91 14.61 0.594 本発明 8.58 0.88 14.84 0.657
【００１４】
【発明の効果】上記の通り、本発明によれば、裏面電極
層が真性ａ−Ｓｉ層内に拡散されていることにより、ａ
−Ｓｉ層と裏面電極４間の接触抵抗が大きくならず、真
性型ａ−Ｓｉ層３４の無いものと同等の性能を持たせる
ことができる。また本発明の方法によれば、ａ−Ｓｉ型
太陽電池の形成後に、さらに所定の膜厚の真性型ａ−Ｓ
ｉ層を形成し、裏面電極を形成した後熱処理をしたこと
で、その後形成する太陽電池への燐の影響を抑えられ、
単一反応室プラズマＣＶＤ装置でも再現性よく高性能か
つ低コストなａ−Ｓｉ型太陽電池を製造できる。
層が真性ａ−Ｓｉ層内に拡散されていることにより、ａ
−Ｓｉ層と裏面電極４間の接触抵抗が大きくならず、真
性型ａ−Ｓｉ層３４の無いものと同等の性能を持たせる
ことができる。また本発明の方法によれば、ａ−Ｓｉ型
太陽電池の形成後に、さらに所定の膜厚の真性型ａ−Ｓ
ｉ層を形成し、裏面電極を形成した後熱処理をしたこと
で、その後形成する太陽電池への燐の影響を抑えられ、
単一反応室プラズマＣＶＤ装置でも再現性よく高性能か
つ低コストなａ−Ｓｉ型太陽電池を製造できる。
【図１】非晶質シリコン太陽電池素子の構造図である。
【図２】従来の非晶質シリコン太陽電池素子の構造図で
ある。
ある。
【図３】平均効率の熱処理依存性を示す図である。
【図４】本発明の太陽電池素子における熱処理の効果を
説明する図で、図４Ａは熱処理前の電流ー電圧特性、図
４Ｂは熱処理後の電流ー電圧特性である。
説明する図で、図４Ａは熱処理前の電流ー電圧特性、図
４Ｂは熱処理後の電流ー電圧特性である。
１ ガラス基板 ２ 透明電極層 ３ 非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）層 ３１ ｐ型非晶質シリコン層 ３２ ｉ型非晶質シリコン層 ３３ ｎ型非晶質シリコン層 ３４ 燐濃度抑制ｉ層 ４ 裏面金属電極
Claims (2)
- 【請求項１】 ガラス基板上に形成された透明電極層、
該透明電極層上に形成されたｐｉｎ接合を有する非晶質
シリコン層と、該非晶質シリコン層上に形成された真性
型非晶質シリコン層と、該真性型非晶質シリコン層内に
拡散させて形成された裏面電極とから成る非晶質シリコ
ン太陽電池。 - 【請求項２】 透明電極層を被着した絶縁性透明基板上
にｐｉｎ接合を有する非晶質シリコン層を設け、次いで
真性型非晶質シリコン層を形成し、金属裏面電極を付け
後、熱処理を行うことを特徴とする非晶質シリコン太陽
電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3206690A JPH0548127A (ja) | 1991-08-19 | 1991-08-19 | 非晶質シリコン太陽電池及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3206690A JPH0548127A (ja) | 1991-08-19 | 1991-08-19 | 非晶質シリコン太陽電池及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0548127A true JPH0548127A (ja) | 1993-02-26 |
Family
ID=16527503
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3206690A Pending JPH0548127A (ja) | 1991-08-19 | 1991-08-19 | 非晶質シリコン太陽電池及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0548127A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002222965A (ja) * | 2001-01-26 | 2002-08-09 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 光電変換素子 |
| US7960645B2 (en) | 2003-05-07 | 2011-06-14 | Imec | Germanium solar cell and method for the production thereof |
| US7964789B2 (en) * | 2003-05-07 | 2011-06-21 | Imec | Germanium solar cell and method for the production thereof |
| US8664525B2 (en) * | 2003-05-07 | 2014-03-04 | Imec | Germanium solar cell and method for the production thereof |
-
1991
- 1991-08-19 JP JP3206690A patent/JPH0548127A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002222965A (ja) * | 2001-01-26 | 2002-08-09 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 光電変換素子 |
| US7960645B2 (en) | 2003-05-07 | 2011-06-14 | Imec | Germanium solar cell and method for the production thereof |
| US7964789B2 (en) * | 2003-05-07 | 2011-06-21 | Imec | Germanium solar cell and method for the production thereof |
| US8664525B2 (en) * | 2003-05-07 | 2014-03-04 | Imec | Germanium solar cell and method for the production thereof |
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