JPH06318721A

JPH06318721A - 太陽電池

Info

Publication number: JPH06318721A
Application number: JP5107080A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Murakami; 勉村上; Akio Hasebe; 明男長谷部; Hirobumi Ichinose; 博文一ノ瀬; Yuko Yokoyama; 優子横山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-05-07
Filing date: 1993-05-07
Publication date: 1994-11-15

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、シャント等に起因する特性及び信
頼性の低下を防ぎ、太陽電池特性が優れしかも信頼性の
高い太陽電池を提供することを目的とする。【構成】少なくとも一対のｐｉｎ半導体接合またはｐ
ｎ半導体接合を有する半導体層と、該半導体層の光入射
側に形成された透明な上部電極と、該上部電極上に形成
されたグリッド電極とからなる太陽電池において、前記
上部電極と前記グリッド電極との間に、前記グリッドよ
りも高抵抗なバリヤ層領域と該バリヤ領域を囲むように
絶縁層領域とを設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特性が優れ、信頼性の
高い太陽電池に係わる。より詳しくは、本発明は、シャ
ントやショートを防ぎ、かつ、長期使用時における信頼
性の高い太陽電池のグリッド電極の構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】太陽電池は、電卓、腕時計など民生機器
用の電源として広く応用されており、また、石油、石炭
などのいわゆる化石燃料の代替電力用として実用化可能
な技術として注目されている。

【０００３】太陽電池は半導体のｐｎ接合、ｐｉｎ接
合、ショットキー接合等の半導体接合部に発生する拡散
電位を利用した技術であり、シリコンなどの半導体が太
陽光を吸収して電子と正孔の光キャリヤーを生成し、該
光キャリヤーを前記接合部の拡散電位により生じた内部
電界でドリフトさせ、外部に取り出すものである。この
ような太陽電池の半導体材料として、アモルファスシリ
コン、アモルファスシリコンゲルマニウム、アモルファ
スシリコンカーバイドなどのテトラヘドラル系のアモル
ファス半導体が挙げられる。これらの材料を用いた薄膜
太陽電池は、単結晶太陽電池に比較して大面積の膜が作
製できることや、膜厚が薄くて済むこと、任意の基板材
料に堆積できることなどの長所があり有望視されてい
る。

【０００４】アモルファスシリコン太陽電池の構造は、
例えば基板上に薄膜のアモルファスシリコンからなるｐ
層、ｉ層、ｎ層を積層して構成される。また、変換効率
を向上させるためにｐｉｎ接合を２以上の直列に積層す
るいわゆるタンデムセルも検討されている。半導体層の
光入射側及び裏面側には上部電極及び下部電極の一対の
電極が設けられる。アモルファスシリコン太陽電池にお
いては一般的に半導体自体のシート抵抗は高いため、半
導体全面にわたり透明な上部電極を必要とし、通常は、
ＳｎＯ₂，ＩＴＯ（Ｉｎ₂Ｏ₃＋ＳｎＯ₂）のような反射防
止膜として機能する透明導電膜が用いられる。上部電極
の上には、更に光の入射を妨げないように櫛状に形成さ
れた集電用のグリッド電極が設けられ、更にグリッド電
極の電流を集合させるバスバーが設けられる。

【０００５】ところで、太陽電池を例えば一般家庭の電
力供給用として用いる場合には約３ＫＷの出力が必要と
なり、変換効率１０％の太陽電池を用いた場合では３０
ｍ²の面積と、大面積の太陽電池が必要となる。しかし
ながら、太陽電池の製造工程上、大面積にわたって欠陥
のない太陽電池を作製することは難しく、例えば多結晶
では粒界部分に低抵抗な部分が生じてしまったり、アモ
ルファスシリコンのような薄膜太陽電池においては、半
導体層の成膜時にダストの影響などによりピンホールや
欠陥が生じてシャントやショートの原因となり、これら
のシャントやショートが変換効率を著しく低下させるこ
とが知られている。

【０００６】ピンホールや欠陥ができる原因とその影響
についてさらに詳しく述べると、例えばステンレス基板
上に堆積したアモルファスシリコン太陽電池の場合で
は、基板表面は完全に平滑な面とは言えず傷やへこみ、
あるいはスパイク状の突起等が存在することや、基板上
に光を乱反射する目的で凹凸のあるバックリフレクター
を設けたりするため、ｐ、ｎ層のように数１０ｎｍの厚
みの薄膜の半導体層がこのような表面を完全にカバーで
きないこと、あるいは別の原因として成膜時のごみなど
によりピンホールが生じることなどが挙げられる。太陽
電池の下部電極と上部電極との間の半導体が、ピンホー
ルにより失われていて下部電極と上部電極とが直接接触
したり、基板のスパイク状欠陥が上部電極と接触した
り、半導体層が完全に失われないまでも低抵抗なシャン
トまたはショートとなっている場合には、光によって発
生した電流が上部電極を平行に流れて前記シャントまた
はショート部の低抵抗部分に流れ込むこととなり発生し
た電流を損失することになる。微少な欠陥においても欠
陥に流れ込む電流はかなり大きなものとなる。このよう
な電流損失があると太陽電池の開放電圧は大きく低下
し、とりわけ、光強度が低い場合には光によって太陽電
池で発生する電流とシャントによるリーク電流との大き
さがあまり変わらないため、顕著に開放電圧が下がるこ
とになる。さらに、欠陥の位置がグリッド電極やバスバ
ーから離れている場合には、欠陥部分に流れ込むときの
抵抗が大きいため電流損失は比較的少ないが、欠陥部分
がグリッド電極やバスバーの下にあるときは欠陥により
損失する電流はより大きなものとなる。一方、ピンホー
ル状の欠陥部分では、半導体層で発生した電荷が欠陥部
分にリークするばかりでなく、水分との相互作用により
イオン性の物質が生成するため、太陽電池の使用時に、
使用時間の経過と共に次第に欠陥部分の電気抵抗が低下
し、変換効率などの特性が劣化する現象が見られる。

【０００７】このような問題の対策としては、例えば、
米国特許４，５９８，３０６号公報には、欠陥部分のシ
ャントまたはショートを防ぐため、半導体層と透明電極
層との間に充分な高抵抗を有する材料をバリヤ層として
設けることにより、透明電極やグリッド電極あるいはバ
スバーとの接触抵抗を高め、変換効率減少を防ぐという
方法が開示されている。その他には、米国特許４，５９
０，３２７号公報に開示されるようにバスバーと透明電
極の間に絶縁層を設ける方法が提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記開
示された従来の太陽電池においては、バリヤ層は透明で
なければならないため、数１００Å〜数μｍと薄くする
必要がり、その結果バリヤ層自体にピンホールができ易
く、このためシャントによる製造歩留まり低下や実使用
時における湿度によるリークが防げず信頼性に問題があ
る。また、バスバーの下に絶縁層を設けることによりバ
スバーでのシャントは防げるが、バスバーの下部は上部
電極とは電気的に接触していないため集電効率が落ちた
り、また、グリッド電極の下部でのシャントは防止でき
ないという問題がある。

【０００９】本発明の目的は太陽電池のシャントや信頼
性等の課題を解決して特性の良好な信頼性の高い太陽電
池の構成を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の太陽電池は、少
なくとも一対のｐｉｎ半導体接合またはｐｎ半導体接合
を有する半導体層と、該半導体層の光入射側に形成され
た透明な上部電極と、該上部電極上に形成されたグリッ
ド電極とからなる太陽電池において、前記上部電極と前
記グリッド電極との間に、前記グリッドよりも高抵抗な
バリヤ層領域と該バリヤ層領域を囲むように絶縁層領域
を設けたことを特徴とする。

【００１１】また、前記バリヤ層の比抵抗値は０．１か
ら１０００Ωｃｍとすることが好ましい。前記絶縁層の
全光線透過率が５０％から９０％とすることが好まし
い。

【００１２】

【作用及び実施態様例】本発明の太陽電池は、反射防止
層を兼ねる上部電極とグリッド電極との間に前記グリッ
ド電極よりも高抵抗なバリヤ層領域を形成してショート
またはシャントを防止する。さらに前記バリヤ層領域の
周囲に絶縁層領域を設けているため、前記バリヤ層領域
と前記絶縁層領域との相乗効果により一層バリヤ層の機
能を向上させることができ、シャドーロスやシリーズ抵
抗の増加等の弊害を防ぎながら、同時に、半導体層の欠
陥部における上部電極及び下部電極の接触を防いで初期
のシャントを無くすことができる。従って、製造歩留ま
りを向上させるとともに屋外での実使用時の高温高湿の
環境下で発生する金属のマイグレーションを防ぐことが
でき、信頼性を向上させることができるものである。

【００１３】前記グリッド電極は半導体層で発生した起
電力を取り出すための電極であるが、グリッド電極の材
料としては、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ａｇ、Ｎ
ｉ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｔ等の金属またはこれらの合金や半
田などが用いられる。太陽電池を屋外で使用する場合、
前記金属は各々の金属種により程度はあるが湿度により
マイグレーションし、太陽電池特性を低下させるが、本
発明においては高抵抗なバリヤ層をグリッドと半導体層
との間に設けるため、マイグレーションを防止し、太陽
電池の信頼性は高いものとなる。

【００１４】バリヤ層の材料としては、ＳｎＯ₂，Ｉｎ₂
Ｏ₃，ＺｎＯ，ＣｄＯ，ＣｄＳｎＯ₄，ＩＴＯなどの金属
酸化物、該金属酸化物をフィラーとした導電性ペース
ト、カーボンペーストなどが好適に用いられる。

【００１５】また、太陽電池においては、基板の凹凸や
成膜時のダストなどの原因で生じる低抵抗部分、あるい
は製造初期には正常であっても使用中に低抵抗化した部
分からなる欠陥が存在する。該欠陥部分は上部電極と下
部電極との間で短絡部分となりショートあるいはシャン
トとなる。グリッド電極と該欠陥部分とは直接接触する
ため太陽電池特性は著しく劣化するが、本発明のように
高抵抗なバリヤ層を設けることによりショートを防止
し、太陽電池特性の劣化を防ぐことができる。バリヤ層
の特性としてはグリッド電極よりも高抵抗であることが
要求され、なおかつ、太陽電池で発生した電流に対して
は充分な導電性を有し、太陽電池の効率を損なわない程
度の抵抗値が必要である。即ち、バリヤ層は、太陽電池
によって発生する電流に対しては抵抗とならず、それと
共に、欠陥がある場合には抵抗として働き、大きなリー
クとなることが防ぐものである。バリヤ層の抵抗値は、
グリッドの設計、太陽電池の動作点での電流値、欠陥の
大きさなどにより決定されるが、膜厚１０μｍの時は比
抵抗としては０．１Ωｃｍ〜１０００Ωｃｍが好まし
く、この範囲ではシャントに対して充分な抵抗となり、
かつ、太陽電池で発生した電流に対しては無視できる程
度の抵抗値となる。また、バリヤ層と上部電極とはオー
ミック特性を有することが必要である。

【００１６】バリヤ層の厚みは、ピンホールが無いこ
と、湿度に対するバリヤ性が充分なこと、密着性や柔軟
性があることなどの要求から決められるが、１μｍ以下
ではピンホールとなり易く、３０μｍ以上では柔軟性が
損なわれるため１〜３０μｍ程度が好適である。バリヤ
層領域の形態は通常グリッド電極のパターンよりも小さ
く形成されるものであるが、グリッド電極の形状とは異
なっていても良く例えばドット状に点在して形成されて
いても良い。バリヤ層領域のパターン形成をスクリーン
印刷で行う場合には、ペーストの粘度は１０００ｃｐｓ
から１０万ｃｐｓ程度であることが望ましい。

【００１７】また、太陽電池を屋外で使用する場合に
は、湿度、温度に耐えるような耐候性が必要である。従
って、本発明ではグリッド電極の下部であって前記バリ
ヤ層の無いところには湿度の影響でグリッド電極に用い
た金属のマイグレーションなどを防ぐため、グリッド電
極よりもやや広めに絶縁層領域が形成される。また、グ
リッド電極以外の部分のシャドーロスを少なくするため
太陽電池の分光感度がある波長に対しては前記絶縁層は
透明であることが好ましく、例えばＪＩＳＫ７１０５に
規定された全光線透過率が５０〜９０％であることが望
ましい。

【００１８】該絶縁層の材料としては、高分子樹脂、セ
ラミックス、ＳｉＯ₂，Ｓｉ₃Ｎ₄等が好適に用いられ
る。形成方法としては、スクリーン印刷法、スパッタ
法、フィルム状の絶縁層を接着する方法などが用いられ
る。また、バリヤ層領域を導電性ペーストで形成した場
合には、導電性ペーストのバインダー成分が前記絶縁層
の機能を有するようにしても良い。

【００１９】本発明の太陽電池はグリッド電極の下部に
高抵抗層を形成することでシャントやショートによる電
流リークを少なくした構成であり、アモルファスシリコ
ン太陽電池に好適に適用できるものであるが、同様の思
想からなる構成は単結晶、多結晶系あるいはシリコン以
外の半導体を用いた太陽電池、ショットキー接合型の太
陽電池などにも適用できることは言うまでもない。

【００２０】以下に、本発明の太陽電池の実施態様構成
例について図を用いて説明する。

【００２１】本発明の太陽電池の好適な構成例を図１〜
６に模式的に示す。

【００２２】図１は本発明の太陽電池の断面図を示す。
図２は本発明の太陽電池を光入射側から見た図であり、
この図では直線のバリヤ層領域を用いている。図３はバ
リヤ層領域をドット状に形成したものである。図４は基
板と反対側から光入射するシングルセル構造の本発明の
アモルファスシリコン太陽電池、図５は図４の太陽電池
をトリプル構造とした太陽電池、図６は図１〜図５の構
成の太陽電池を光入射側から見た図であり、約１０ｃｍ
の長さのグリッドが形成され、中央にバスバーが設けら
れている。さらに図示しないがガラス基板上に堆積され
た太陽電池、単結晶、多結晶等の結晶系太陽電池や薄膜
多結晶太陽電池においても本発明の思想を用いた構成は
適用可能であることは言うまでもない。

【００２３】図１において、１００Ａは太陽電池本体、
１０１は基板、１０２は下部電極、１０３はｎ層、１０
４はｉ層、１０５はｐ層、１０６は上部電極、１０７は
バリヤ層、１０８はグリッド電極、１０９はバスバー、
１１０は取り出し電極、１１１は欠陥部分、１１２は絶
縁層を表す。

【００２４】基板１０１はアモルファスシリコンのよう
な薄膜の太陽電池の場合、半導体層１０３，１０４，１
０５を機械的に支持する部材であり、また場合によって
は電極として用いられる。基板１０１は、半導体層１０
３，１０４，１０５を成膜するときの加熱温度に耐える
耐熱性が要求され、導電性のものでも電気絶縁性のもの
でも良い。導電性の材料としては、具体的にはＦｅ，Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ，Ｔｉ，
Ｐｔ，Ｐｂ，Ｔｉ等の金属またはこれらの合金、例えば
真ちゅう、ステンレス鋼等の薄板及びその複合体やカー
ボンシート、亜鉛メッキ鋼板等が拳げられる。電気絶縁
性材料としては、ポリエステル、ポリエチレン、ポリカ
ーボネート、セルロースアセテート、ポリプロピレン、
ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、
ポリアミド、ポリイミド、エポキシ等の耐熱性合成樹脂
のフィルムまたはシート又はこれらとガラスファイバ
ー、カーボンファイバー、ホウ素ファイバー、金属繊維
等との複合体、及びこれらの金属の薄板、樹脂シート等
の表面に異種材質の金属薄膜及び／またはＳｉＯ₂，Ｓ
ｉ₃Ｎ₄、Ａｌ₂Ｏ₃，ＡｌＮ等の絶縁性薄膜をスパッタ
法、蒸着法、鍍金法等により表面コーティング処理を行
ったものおよび、ガラス、セラミックスなどが挙げられ
る。

【００２５】下部電極１０２は、半導体層１０３，１０
４，１０５で発生した電力を取り出すための一方の電極
であり、半導体層１０３に対してはオーミックコンタク
トとなるような仕事関数を持つことが要求される。材料
としては、Ａｌ，Ａｇ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｍ
ｏ，Ｗ，Ｆｅ，Ｖ，Ｃｒ，Ｃｕ，ステンレス，真ちゅ
う，ニクロム，ＳｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＺｎＯ，ＩＴＯ等
のいわゆる金属単体又は合金、及び透明導電性酸化物
（ＴＣＯ）等が用いられる。下部電極１０２の表面は平
滑であることが好ましいが、光の乱反射を起こさせる場
合にはテクスチャー化しても良い。また、基板１０１が
導電性であるときは下部電極１０２は特に設ける必要は
ない。

【００２６】下部電極の作製法には、メッキ、蒸着、ス
パッタ等の方法を用いられる。また、上部電極の作製方
法としては、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム加熱蒸着法、
スパッタリング法、スプレー法等を用いることができ所
望に応じて適宜選択される。

【００２７】本発明に用いられる太陽電池の半導体層と
しては、アモルファスシリコン、多結晶シリコン、単結
晶シリコン等が挙げられる。アモルファスシリコン太陽
電池において、ｉ層１０４を構成する半導体材料として
は、ａ−Ｓｉ：Ｈ、ａ−Ｓｉ：Ｆ、ａ−Ｓｉ：Ｈ：Ｆ、
ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ、ａ−ＳｉＧｅ：Ｆ、ａ−ＳｉＧｅ：
Ｈ：Ｆ、ａ−ＳｉＣ：Ｈ、ａ−ＳｉＣ：Ｆ、ａ−Ｓｉ
Ｃ：Ｈ：Ｆ等のいわゆる第ＩＶ族及び第ＩＶ族合金系ア
モルファス半導体が拳げられる。ｐ層１０５またはｎ層
１０３を構成する半導体材料としては、前述したｉ層１
０４を構成する半導体材料に価電子制御剤をドーピング
することによって得られる。ｐ型半導体を得るための価
電子制御剤としては周期律表第ＩＩＩ族の元素を含む化
合物が用いられ、第ＩＩＩ族の元素としては、Ｂ、Ａ
ｌ、Ｇａ、Ｉｎが挙げられる。ｎ型半導体を得るための
価電子制御剤としては周期律表第Ｖ族の元素を含む化合
物が用いられる。第Ｖ族の元素としては、Ｐ、Ｎ、Ａ
ｓ、Ｓｂが拳げられる。

【００２８】アモルファスシリコン半導体層の成膜法と
しては、蒸着法、スパッタ法、ＲＦプラズマＣＶＤ法、
マイクロ波プラズマＣＶＤ法、ＥＣＲ法、熱ＣＶＤ法、
ＬＰＣＶＤ法等の公知の方法が所望に応じて用いられ
る。工業的に採用されている方法としては、原料ガスを
ＲＦプラズマで分解し、基板上に堆積させるＲＦプラズ
マＣＶＤ法が好んで用いられる。さらに、ＲＦプラズマ
ＣＶＤにおいては、原料ガスの分解効率が約１０％と低
いことや、堆積速度が１Å／ｓｅｃから１０Å／ｓｅｃ
程度と遅いこと等の問題があるが、この点を改良した成
膜法としてマイクロ波プラズマＣＶＤ法が注目されてい
る。以上の成膜を行うための反応装置としては、バッチ
式の装置や連続成膜装置などの公知の装置が所望に応じ
て使用できる。本発明の太陽電池においては、分光感度
や電圧の向上を目的として半導体接合を２以上積層する
いわゆるタンデムセルにも用いることができる。

【００２９】上部電極１０６は、半導体層１０３，１０
４，１０５で発生した起電力を取り出すための電極であ
り、下部電極１０２と対をなすものである。上部電極１
０６はアモルファスシリコンのようにシート抵抗が高い
半導体の場合に必要であり、結晶系の太陽電池ではシー
ト抵抗が低いため特に必要としない。また、上部電極１
０６は、光入射側に位置し透明であることが必要である
ため、透明電極とも呼ばれる。上部電極１０６は、太陽
や白色蛍光灯等からの光を半導体層内に効率良く吸収さ
せるために光の透過率が８５％以上であることが望まし
く、さらに、電気的には光で発生した電流を半導体層に
対し横方向に流れるようにするためシート抵抗値は１０
０Ω／□以下であることが望ましい。このような特性を
備えた材料としてＳｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＺｎＯ，Ｃｄ
Ｏ，ＣｄＳｎＯ₄，ＩＴＯ（Ｉｎ₂Ｏ₃＋ＳｎＯ₂）などの
金属酸化物が拳げられる。

【００３０】次にグリッド電極１０８は半導体層１０
３，１０４，１０５で発生した起電力を取り出すための
電極である。グリッド電極１０８は櫛状に形成され、半
導体層１０５あるいは上部電極１０６のシート抵抗の大
きさから好適な幅やピッチなどの設計が決定される。グ
リッド電極１０８は比抵抗が低く太陽電池の直列抵抗と
ならないことが要求され、所望の比抵抗としては１０^-2
Ωｃｍ〜１０^-6Ωｃｍであり、材料としては、Ｔｉ、Ｃ
ｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｔ、
Ｃｕ、等の金属またはこれらの合金や半田が用いられ
る。櫛状グリッド電極１０８の形成方法としては、所望
の形状のマスクパターンを用い、スパッタリング法、抵
抗加熱法、ＣＶＤ法等で形成する方法が用いられる。あ
るいは全面に金属層を蒸着した後にエッチングしてパタ
ーニングする方法、光ＣＶＤにより直接グリッド電極パ
ターンを形成する方法、グリッド電極のネガパターンの
マスクを形成した後にメッキ法により形成する方法、前
記金属の粉末にポリマーのバインダー及びバインダーの
溶剤を適度な比率で混合し、ペースト状としたいわゆる
導電性ペーストのスクリーン印刷を用いたり、前記金属
のメッキ法を用いたり、前記金属をワイヤ状にして敷設
したりする方法などが挙げられる。

【００３１】スクリーン印刷法は、ポリエステルやステ
ンレスからなるメッシュに所望のパターニングを施した
スクリーンを用いて導電性ペーストを印刷インキとして
用いるものであり、最小で５０μｍ位の幅の電極を形成
することができる。印刷機は市販のスクリーン印刷機が
好適に用いられる。スクリーン印刷した導電性ペースト
はバインダーを架橋させ、溶剤を揮発させるために乾燥
炉で加熱する。乾燥炉は熱風オーブンやＩＲ（赤外線）
オーブンが用いられる。

【００３２】本発明で用いられるバスバー１０９は、グ
リッド電極１０８を流れる電流を更に一端に集めるため
の電極である。電極材料としてはＡｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、等
の金属やこれらの合金からなるものを用いることがで
き、形態としてはワイヤー状、箔状のものを張り付けた
り、グリッド電極１０８と同様の導電性ペーストを用い
ても良い。箔状のものとしては、例えば銅箔、或いは銅
箔にスズメッキしたもので、場合によっては接着剤付き
のものが用いられる。

【００３３】バスバー１０９の形成方法としては、金属
ワイヤーを導電性接着剤で固定したり、銅箔を張り付け
たり、あるいはグリッド電極１０８と同様に形成しても
良い。以上のように作製された太陽電池は、屋外使用
の際、耐候性を改善し機械的強度を保つために公知の方
法でエンカプシュレーションをしてモジュール化され
る。具体的なエンカプシュレーション用材料としては、
接着層については、太陽電池との接着性、耐候性、緩衝
効果の点でＥＶＡ（エチレンビニールアセテート）が好
適に用いられる。また、さらに耐湿性や耐傷性を向上さ
せるために、表面保護層として、弗素系の樹脂が積層さ
れる。弗素系の樹脂としては、例えば４フッ化エチレン
の重合体ＴＦＥ（デュポン製テフロンなど）、４フッ化
エチレンとエチレンの共重合体ＥＴＦＥ（デュポン製テ
フゼルなど）、ポリフッ化ビニル（デュポン製テドラー
など）、ポリクロロフルオロエチレンＣＴＦＥ（ダイキ
ン工業製ネオフロン）等が挙げられる。またこれらの樹
脂に公知の紫外線吸収剤を加えることで耐候性を向上さ
せても良い。

【００３４】エンカプシュレーションの方法としては、
例えば真空ラミネーターのような公知の装置を用いて、
太陽電池基板と前記樹脂フィルムとを真空中で加熱圧着
する方法が望ましい。

【００３５】

【実施例】本発明の太陽電池の構成について実施例に基
づいて更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例
により限定されるものではない。

【００３６】（実施例１）図４に示す層構成のグリッド
長が１０ｃｍでバスバー付きのｐｉｎ接合型シングルセ
ル構成の太陽電池１００Ｂを以下のようにして作製し
た。

【００３７】まず、十分に脱脂、洗浄を行ったＳＵＳ４
３０ＢＡ製基板（１０ｃｍ角、厚み０．２ｍｍ）１０１
をＤＣスパッタ装置に入れＡｇを４００ｎｍ堆積し、そ
の後ＺｎＯを４００ｎｍ堆積して下部電極１０２を形成
した。基板１０１を取り出し、ＲＦプラズマＣＶＤ成膜
装置に入れｎ層１０３、ｉ層１０４、ｐ層１０５の順で
堆積を行った。その後、抵抗加熱の蒸着装置に入れて、
酸素を導入しながら１×１０^-4Ｔｏｒｒの内圧に保ち、
ＩｎとＳｎの合金を抵抗加熱により蒸着し、反射防止効
果を兼ねた透明なＩＴＯの上部電極１０６を７０ｎｍ堆
積した。

【００３８】次に、以下のようにしてバリヤ層１０７を
形成した。本実施例でバリヤ層はエポキシ樹脂バインダ
ーのカーボンペーストを用いた。該カーボンペーストの
比抵抗は、１０００Ωｃｍであった。

【００３９】基板１０１をスクリーン印刷機に設置し、
幅１００μｍ、長さ１０ｃｍのカーボンペーストからな
るバリヤ層１０７を間隔５ｍｍで印刷した。次に、熱風
オーブンの温度を、１２０℃に保持し、基板１０１を投
入し、バリヤ層１０７の硬化を行った。

【００４０】次に、絶縁層１１２を以下のようにして形
成した。本実施例で絶縁層はエポキシ樹脂を用いた。基
板１０１をスクリーン印刷機に設置し、幅１００μｍの
絶縁層１１２をバリヤ層１０７の両端に印刷した。次
に、熱風オーブンの温度を、１２０℃に保持し、基板１
０１を投入して絶縁層の硬化を行った。絶縁層１１２の
全光線透過率は８０％であった。

【００４１】その後、基板１０１をオーブンから取り出
して冷却後、基板１０１をスクリーン印刷機に設置し、
幅２００μｍ長さ１０ｃｍの銀ペーストからなるグリッ
ド電極１０８をバリヤ層１０７に重ねて印刷した。印刷
後、基板１０１を前記オーブンに入れて１６０℃で３０
分間保持し、銀ペーストをキュアした。さらに、幅５ｍ
ｍの接着剤付き銅箔のバスバー１０９を接着し、図４に
示す１０ｃｍ×１０ｃｍ角のシングルセルを作製した。

【００４２】次に、これら試料のエンカプシュレーショ
ンを以下のように行った。基板１０１の上下にＥＶＡを
積層し、さらにその上下にフッ素樹脂フィルムＥＴＦＥ
（デュポン製製品名テフゼル）を積層した後、真空ラ
ミネーターに投入して１５０℃で６０分間保持し、真空
ラミネーションを行った。さらに、同様の方法で試料を
１０枚作製した。

【００４３】得られた試料の初期特性を以下のようにし
て測定した。

【００４４】まず、試料の暗状態での電圧電流特性を測
定し、原点付近の傾きからシャント抵抗を求めたとこ
ろ、３０ＫΩｃｍ²〜８０ＫΩｃｍ²と、シャントが無く
良好な特性であり、またばらつきも少なかった。

【００４５】次に、ＡＭ１．５グローバルの太陽光スペ
クトルで１００ｍＷ／ｃｍ²の光量のＳＰＩＲＥ社製疑
似太陽光源（以下シミュレータと呼ぶ）を用いて太陽電
池特性を測定し、変換効率を求めたところ、５．８％±
０．５％と良好な特性でありばらつきも少なかった。

【００４６】これらの試料の信頼性試験を、日本工業規
格Ｃ８９１７の結晶系太陽電池モジュールの環境試験方
法及び耐久試験方法に定められた温湿度サイクル試験Ａ
−２に基づいて行った。

【００４７】まず、試料を温湿度が制御できる恒温恒湿
器に投入し、−４０℃から＋８５℃（相対湿度８５％）
に変化させるサイクル試験を１０回繰り返し行った。次
に、試験終了後の試料を初期特性の測定と同様にシミュ
レータを用い太陽電池特性を測定したところ、初期変換
効率に対して平均で２％の低下であり有意な劣化は生じ
なかった。また、シャント抵抗を測定したところ平均で
約１０％の減少で有意な劣化はなかった。

【００４８】本実施例の結果から本発明の太陽電池は歩
留まりが良く良好な特性で有り、信頼性も良いことがわ
かる。

【００４９】本実施例ではバリヤ層１０７としてエポキ
シバインダーのカーボンペーストを用いたが、Ｉｎ
₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、ＳｂドープしたＳｎＯ₂、ＩＴＯ、Ｔｉ
Ｏ₂、ＣｄＯ、ＺｎＯ等の粉体と高分子樹脂とからなる
ペ一ストを用いても同様の効果が得られ、また、絶縁層
としてエポキシ樹脂を用いたが、例えばアクリル樹脂、
アルキド樹脂、ウレタン樹脂、スチレン樹脂、ブチラー
ル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、フ
ェノール樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、ウレタ
ン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素系
樹脂等でも同様の効果が得られることを確認した。

【００５０】（比較例１）次に、比較のため、図７に示
すバリヤ層の無い従来の太陽電池２００を実施例１とほ
ぼ同様にして以下のようにして作製した。

【００５１】実施例１と同様に基板２０１上に上部電極
２０６までを形成した。次に、実施例１と同様にしてグ
リッド電極２０８を印刷した。さらに接着剤付きの銅箔
のバスバー２０９を積層し、１０ｃｍ×１０ｃｍ角のシ
ングルセル２００を１０枚作製した。

【００５２】次にこの試料のエンカプシュレーションを
実施例１と同様に行った。

【００５３】得られた試料の初期特性を実施例１と同様
の手順で測定したところ、変換効率は４．８％±２．５
％、シャント抵抗は０．５ＫΩｃｍ²から５０ＫΩｃｍ²
であり、実施例１に比較してシャント抵抗が低く、この
ため変換効率は低く、ばらつきも大きかった。

【００５４】次にこの試料の信頼性試験を実施例１と同
様に評価した。温湿度サイクル試験終了後の試料の太陽
電池特性を測定したところ初期値に対し平均で１７％の
低下を示し、有意な劣化が起きていた。

【００５５】また、シャント抵抗を測定したところ平均
で１．３ＫΩｃｍ²まで低下しており、信頼性試験後に
おいてシャントが発生していることがわかった。

【００５６】この試料のシャント部分は、以下のように
して確認した。まず、試料に１．５Ｖの逆バイアスを印
加した。この時シャント部分には電流が流れて発熱する
が正常な部分は逆バイアスなので電流が流れず発熱しな
い。この状態で試料表面を赤外線カメラで観察したとこ
ろ発熱部分が観察されグリッド電極２０８の下でシャン
トしていることがわかった。

【００５７】以上の実施例１と比較例１とから本発明の
太陽電池ではバリヤ層１０７及び絶縁層１１０がグリッ
ド電極１０８の下部でのシャントを防ぐことにより、初
期効率が高く、信頼性が良好であることが分かった。

【００５８】（実施例２）次に、絶縁層１１０の材料及
び形成方法を種々変えた以外は実施例１と同様にして試
料を作製した。バリヤ層１０７としてはＺｎＯ、絶縁層
としてはＳｉＯ₂を用いた。

【００５９】実施例１と同様に基板１０１上に上部電極
１０６までを形成した。次に、基板１０１をＤＣスパッ
タ装置に設置し、ＺｎＯを５μｍ堆積してバリヤ層１０
７を形成した。スパッタ時の酸素分圧の適正化により化
学量論比を調整してバリヤ層１０７の比抵抗を０．１Ω
ｃｍとした。バリヤ層１０７の幅と長さは実施例１と同
様にした。次にＳｉＯ₂をスパッタで堆積し絶縁層１１
２を形成した。絶縁層１１２の全光線透過率は９０％で
あった。その後、実施例１と同様にしてグリッド電極１
０８とバスバー１０９を積層し、図４に示す１０ｃｍ×
１０ｃｍ角のシングルセル１００Ｂを１０枚作製した。

【００６０】次にこの試料のエンカプシュレーションを
実施例１と同様に行った。

【００６１】得られた試料の初期特性を実施例１と同様
の手順で測定したところ、６．３％±０．２％であり、
シャント抵抗は５０ＫΩｃｍ²〜７０ＫΩｃｍ²と良好な
特性でばらつきも少なかった。

【００６２】次に、この試料の信頼性試験を実施例１と
同様にした。温湿度サイクル試験終了後の試料の太陽電
池特性を測定したところ初期値に対し平均で約１．５％
の低下であり有為な劣化はなかった。また、シャント抵
抗を測定したところほとんど変化していなかった。

【００６３】本実施例の結果から本発明の構成の太陽電
池は歩留まりが良く、良好な特性で有り耐久性も良いこ
とがわかる。

【００６４】本実施例ではバリヤ層１０７としてＺｎＯ
を用いたが、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、ＳｂドープしたＳｎ
Ｏ₂、ＩＴＯ、ＴｉＯ₂、ＣｄＯ等の薄膜を用いても同様
の効果が得られ、また、絶縁層１１２としては、ＳｉＯ
₂を用いたが、Ａｌ₂Ｏ₃，Ｓｉ₃Ｎ₄等を用いても同様の
効果が得られることが確認されている。

【００６５】

【発明の効果】本発明により、即ち上部電極とグリッド
電極との間に前記グリッドよりも高抵抗なバリヤ層領域
と該バリヤ層領域を囲むように絶縁層を設けることによ
り、初期特性が良好で信頼性の高い太陽電池を提供する
ことが可能となる。

【００６６】また、請求項２の発明により、光電変換効
率並びに信頼性が一層向上した太陽電池が得ることがで
きる。さらに、請求項３の発明により、初期特性を更に
良好な太陽電池を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の太陽電池の構成を模式的に示す断面図
である。

【図２】本発明の太陽電池のバリヤ層、グリッド電極、
絶縁層の構成例を模式的に示す平面図である。

【図３】本発明の太陽電池のバリヤ層、グリッド電極、
絶縁層の他の構成例を模式的に示す平面図である。

【図４】本発明のシングル型太陽電池の構成を模式的に
示す断面図である。

【図５】本発明のトリプル型太陽電池の構成を模式的に
示す断面図である。

【図６】本発明の太陽電池の構成を模式的に示す平面図
である。

【図７】従来の太陽電池の構成を模式的に示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１００，２００太陽電池本体１０１，２０１基板１０２，１１２，１２２，２０２下部電極１０３，１１３，１２３，２０３ｎ層１０４，１１４，１２４，２０４ｉ層１０５，１１５，１２５，２０５ｐ層１０６，１１６，１２６，２０６上部電極１０７，１１７，１２７バリヤ層領域１０８，１１８，１２８，２０８グリッド電極１０９，１１９，１２９バスバー１１０取り出し電極１１１欠陥部分１１２絶縁層。

フロントページの続き (72)発明者横山優子東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一対のｐｉｎ半導体接合また
はｐｎ半導体接合を有する半導体層と、該半導体層の光
入射側に形成された透明な上部電極と、該上部電極上に
形成されたグリッド電極とからなる太陽電池において、
前記上部電極と前記グリッド電極との間に、前記グリッ
ドよりも高抵抗なバリヤ層領域と該バリヤ層領域を囲む
ように絶縁層領域とを設けたことを特徴とする太陽電
池。
【請求項２】前記バリヤ層の比抵抗値は、０．１〜１
０００Ω・ｃｍであることを特徴とする請求項１に記載
の太陽電池。
【請求項３】前記絶縁層の全光線透過率は、５０％〜
９０％であることを特徴とする請求項１または２に記載
の太陽電池。