JPH10144942A - 非晶質半導体太陽電池 - Google Patents
非晶質半導体太陽電池Info
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- JPH10144942A JPH10144942A JP8298685A JP29868596A JPH10144942A JP H10144942 A JPH10144942 A JP H10144942A JP 8298685 A JP8298685 A JP 8298685A JP 29868596 A JP29868596 A JP 29868596A JP H10144942 A JPH10144942 A JP H10144942A
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Classifications
-
- 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
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- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】ｐ型非晶質半導体層と酸化亜鉛からなる透明導
電膜との界面の接合状態の改善を図り、且つ諸特性の向
上を図ること。 【解決手段】ガラス基板１０上に酸化スズからなる第１
の透明導電膜１１が形成されている。第１の透明導電膜
１１上に酸化亜鉛からなる第２の透明導電膜１２が１０
ｎｍ形成されている。そして、第２の透明導電膜１２上
に３族元素からなる極薄膜層１３が形成されている。極
薄膜層１３上にｐ型ａ−ＳｉＣ層１４が形成されてい
る。ｐ型ａ−ＳｉＣ層１４上にｉ型ａ−Ｓｉ層１５が形
成されている。そして、ｉ型ａ−Ｓｉ層１５上にｎ型ａ
−Ｓｉ層１６が形成されている。ｎ型ａ−Ｓｉ層１６上
に、背面電極１７が形成されている。背面電極１７上に
樹脂からなる保護膜１８が形成されている。
電膜との界面の接合状態の改善を図り、且つ諸特性の向
上を図ること。 【解決手段】ガラス基板１０上に酸化スズからなる第１
の透明導電膜１１が形成されている。第１の透明導電膜
１１上に酸化亜鉛からなる第２の透明導電膜１２が１０
ｎｍ形成されている。そして、第２の透明導電膜１２上
に３族元素からなる極薄膜層１３が形成されている。極
薄膜層１３上にｐ型ａ−ＳｉＣ層１４が形成されてい
る。ｐ型ａ−ＳｉＣ層１４上にｉ型ａ−Ｓｉ層１５が形
成されている。そして、ｉ型ａ−Ｓｉ層１５上にｎ型ａ
−Ｓｉ層１６が形成されている。ｎ型ａ−Ｓｉ層１６上
に、背面電極１７が形成されている。背面電極１７上に
樹脂からなる保護膜１８が形成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池に関し、
特に非晶質半導体を用いた非晶質半導体太陽電池に関す
る。
特に非晶質半導体を用いた非晶質半導体太陽電池に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】非晶質半導体太陽電池は製法、材料特性
など優れた特徴を持っており、低コスト太陽電池として
期待されている。図１３は従来の非晶質半導体太陽電池
の構成を示す断面図である。この非晶質太陽電池を製造
工程に従って説明する。先ず、ガラス基板１０の表面に
熱ＣＶＤ法或いはスパッタリング法によって酸化スズ或
いは酸化インジウムなどからなる透明導電膜１１を形成
する。純粋な酸化スズ或いは酸化インジウムは、絶縁物
なので、不純物をドーピングして導電性を持たせる。上
記形成方法で透明導電膜１１を形成する際、導電性が最
も高くなるドーピング率になるように不純物元となる原
料を一定割合で供給する。
など優れた特徴を持っており、低コスト太陽電池として
期待されている。図１３は従来の非晶質半導体太陽電池
の構成を示す断面図である。この非晶質太陽電池を製造
工程に従って説明する。先ず、ガラス基板１０の表面に
熱ＣＶＤ法或いはスパッタリング法によって酸化スズ或
いは酸化インジウムなどからなる透明導電膜１１を形成
する。純粋な酸化スズ或いは酸化インジウムは、絶縁物
なので、不純物をドーピングして導電性を持たせる。上
記形成方法で透明導電膜１１を形成する際、導電性が最
も高くなるドーピング率になるように不純物元となる原
料を一定割合で供給する。
【０００３】さらに透明導電膜１１上に、非晶質シリコ
ン層としてｐ型非晶質半導体層１４，ｉ型非晶質半導体
層１５，ｎ型非晶質半導体層１６を順次積層する。さら
にｎ型非晶質シリコン半導体層１６上にアルミ等の金属
を真空蒸着法或いはスパッタリング法によって蒸着して
背面電極１７を形成し、その上に保護膜１８を形成す
る。
ン層としてｐ型非晶質半導体層１４，ｉ型非晶質半導体
層１５，ｎ型非晶質半導体層１６を順次積層する。さら
にｎ型非晶質シリコン半導体層１６上にアルミ等の金属
を真空蒸着法或いはスパッタリング法によって蒸着して
背面電極１７を形成し、その上に保護膜１８を形成す
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の非晶質半導体太
陽電池では、ＣＶＤ法によって透明導電膜上にｐ型非晶
質半導体層を形成する際、プラズマの還元雰囲気によっ
て透明導電膜を構成する酸化スズが還元され金属スズが
析出する結果、透明導電膜の光透過率が低下し、光電変
換層であるｉ型非晶質半導体層への光透過量が低下して
変換効率が上がらないという問題があった。
陽電池では、ＣＶＤ法によって透明導電膜上にｐ型非晶
質半導体層を形成する際、プラズマの還元雰囲気によっ
て透明導電膜を構成する酸化スズが還元され金属スズが
析出する結果、透明導電膜の光透過率が低下し、光電変
換層であるｉ型非晶質半導体層への光透過量が低下して
変換効率が上がらないという問題があった。
【０００５】従来、この問題を解決するために、図１４
のように透明導電膜を還元されにくい酸化亜鉛からなる
第２の透明導電膜１２を酸化スズからなる第１の透明導
電膜１１上に形成したり、或いは透明導電膜自体を酸化
亜鉛で形成して、上記問題の解決を図ろうとした。しか
し、酸化亜鉛層とｐ型非晶質半導体層との界面の接合状
態が悪いため、接触抵抗が大きくなって太陽電池の出力
電圧が低下し、変換効率が低下するという新たな問題が
生じた。
のように透明導電膜を還元されにくい酸化亜鉛からなる
第２の透明導電膜１２を酸化スズからなる第１の透明導
電膜１１上に形成したり、或いは透明導電膜自体を酸化
亜鉛で形成して、上記問題の解決を図ろうとした。しか
し、酸化亜鉛層とｐ型非晶質半導体層との界面の接合状
態が悪いため、接触抵抗が大きくなって太陽電池の出力
電圧が低下し、変換効率が低下するという新たな問題が
生じた。
【０００６】そこで、出力電圧低下を抑制する構造とし
て、図１５に示すような酸化亜鉛からなる第２の透明導
電膜１２とｐ型非晶質半導体層１４との間にｎ型半導体
からなる界面層５０を挿入する方法が提案されている。
しかし、この界面層５０を挿入すると、界面層５０で光
吸収が生じるため、光電変換層であるｉ型非晶質半導体
層１５への光入射量が減少する結果、出力電圧は増加す
るが変換効率の向上は限られていた。
て、図１５に示すような酸化亜鉛からなる第２の透明導
電膜１２とｐ型非晶質半導体層１４との間にｎ型半導体
からなる界面層５０を挿入する方法が提案されている。
しかし、この界面層５０を挿入すると、界面層５０で光
吸収が生じるため、光電変換層であるｉ型非晶質半導体
層１５への光入射量が減少する結果、出力電圧は増加す
るが変換効率の向上は限られていた。
【０００７】本発明の目的は、酸化亜鉛からなる透明導
電膜とｐ型非晶質半導体層との界面の接合状態の改善及
び変換効率の向上をはかり得る非晶質半導体太陽電池を
提供することにある。
電膜とｐ型非晶質半導体層との界面の接合状態の改善及
び変換効率の向上をはかり得る非晶質半導体太陽電池を
提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の非晶質半導体太
陽電池は、上記課題を解決するために以下のように構成
されている。 （１） 本発明の非晶質半導体太陽電池（請求項１）
は、光の入射側から順に、酸化亜鉛からなる透明導電
膜，ｐ型非晶質半導体層，ｉ型非晶質半導体層，ｎ型非
晶質半導体層が順次形成された非晶質半導体太陽電池に
おいて、前記透明導電膜と前記ｐ型非晶質半導体層との
間に３族元素からなる極薄膜層が形成されていることを
特徴とする。 （２） 本発明の非晶質半導体太陽電池（請求項２）
は、透明基板上に第１の透明導電膜，酸化亜鉛からなる
第２の透明導電膜，ｐ型非晶質半導体層，ｉ型非晶質半
導体層，ｎ型非晶質半導体層が順次形成された非晶質半
導体太陽電池において、前記第２の透明導電膜と前記ｐ
型非晶質半導体層との間に３族元素からなる極薄膜層が
形成されていることを特徴とする。
陽電池は、上記課題を解決するために以下のように構成
されている。 （１） 本発明の非晶質半導体太陽電池（請求項１）
は、光の入射側から順に、酸化亜鉛からなる透明導電
膜，ｐ型非晶質半導体層，ｉ型非晶質半導体層，ｎ型非
晶質半導体層が順次形成された非晶質半導体太陽電池に
おいて、前記透明導電膜と前記ｐ型非晶質半導体層との
間に３族元素からなる極薄膜層が形成されていることを
特徴とする。 （２） 本発明の非晶質半導体太陽電池（請求項２）
は、透明基板上に第１の透明導電膜，酸化亜鉛からなる
第２の透明導電膜，ｐ型非晶質半導体層，ｉ型非晶質半
導体層，ｎ型非晶質半導体層が順次形成された非晶質半
導体太陽電池において、前記第２の透明導電膜と前記ｐ
型非晶質半導体層との間に３族元素からなる極薄膜層が
形成されていることを特徴とする。
【０００９】なお、（１），（２）において、極薄膜層
の厚さは、太陽電池の発電に寄与する波長３５０〜１０
００ｎｍでの光透過率が９５％以下になる厚さより薄く
することが望ましい。 （３） 本発明の非晶質半導体太陽電池（請求項３）
は、光の入射側から順に、酸化亜鉛からなり不純物がド
ーピングされた透明導電膜，ｐ型非晶質半導体層，ｉ型
非晶質半導体層，ｎ型非晶質半導体層が順次形成された
非晶質半導体太陽電池において、前記ｐ型非晶質半導体
層側の前記透明導電膜の表面層のドーピング率を光の入
射側の層のドーピング率より高濃度にしたことを特徴と
する。 （４） 本発明の非晶質半導体太陽電池（請求項４）
は、透明基板上に第１の透明導電膜，酸化亜鉛からなり
不純物がドーピングされた第２の透明導電膜，ｐ型非晶
質半導体層，ｉ型非晶質半導体層，ｎ型非晶質半導体層
が順次形成された非晶質半導体太陽電池において、前記
第２の透明導電膜の前記ｐ型非晶質半導体層側の表面層
のドーピング率を前記第１の透明導電膜側のドーピング
率より高濃度にしたことを特徴とする。 （５） 本発明の非晶質半導体太陽電池（請求項５）
は、透明基板上に酸化亜鉛からなり不純物がドーピング
された透明導電膜，ｐ型非晶質半導体層，ｉ型非晶質半
導体層，ｎ型非晶質半導体層が順次形成された非晶質半
導体太陽電池において、前記透明導電膜の前記ｐ型非晶
質半導体層側の表面層のドーピング率を前記透明導電膜
側の層のドーピング率より高濃度にしたことを特徴とす
る。 （６） 本発明の非晶質半導体太陽電池（請求項６）
は、基板上に金属電極，ｎ型非晶質半導体層，ｉ型非晶
質半導体層，ｐ型非晶質半導体層，酸化亜鉛からなり不
純物がドーピングされた透明導電膜を順次形成してなる
非晶質半導体太陽電池において、前記透明導電膜の前記
ｐ型非晶質半導体層側の表面層のドーピング率を前記ｎ
型非晶質半導体層側のドーピング率より高濃度にしたこ
とを特徴とする。
の厚さは、太陽電池の発電に寄与する波長３５０〜１０
００ｎｍでの光透過率が９５％以下になる厚さより薄く
することが望ましい。 （３） 本発明の非晶質半導体太陽電池（請求項３）
は、光の入射側から順に、酸化亜鉛からなり不純物がド
ーピングされた透明導電膜，ｐ型非晶質半導体層，ｉ型
非晶質半導体層，ｎ型非晶質半導体層が順次形成された
非晶質半導体太陽電池において、前記ｐ型非晶質半導体
層側の前記透明導電膜の表面層のドーピング率を光の入
射側の層のドーピング率より高濃度にしたことを特徴と
する。 （４） 本発明の非晶質半導体太陽電池（請求項４）
は、透明基板上に第１の透明導電膜，酸化亜鉛からなり
不純物がドーピングされた第２の透明導電膜，ｐ型非晶
質半導体層，ｉ型非晶質半導体層，ｎ型非晶質半導体層
が順次形成された非晶質半導体太陽電池において、前記
第２の透明導電膜の前記ｐ型非晶質半導体層側の表面層
のドーピング率を前記第１の透明導電膜側のドーピング
率より高濃度にしたことを特徴とする。 （５） 本発明の非晶質半導体太陽電池（請求項５）
は、透明基板上に酸化亜鉛からなり不純物がドーピング
された透明導電膜，ｐ型非晶質半導体層，ｉ型非晶質半
導体層，ｎ型非晶質半導体層が順次形成された非晶質半
導体太陽電池において、前記透明導電膜の前記ｐ型非晶
質半導体層側の表面層のドーピング率を前記透明導電膜
側の層のドーピング率より高濃度にしたことを特徴とす
る。 （６） 本発明の非晶質半導体太陽電池（請求項６）
は、基板上に金属電極，ｎ型非晶質半導体層，ｉ型非晶
質半導体層，ｐ型非晶質半導体層，酸化亜鉛からなり不
純物がドーピングされた透明導電膜を順次形成してなる
非晶質半導体太陽電池において、前記透明導電膜の前記
ｐ型非晶質半導体層側の表面層のドーピング率を前記ｎ
型非晶質半導体層側のドーピング率より高濃度にしたこ
とを特徴とする。
【００１０】なお、（３）〜（６）において、ドーピン
グ率を変化させる厚さは１〜５ｎｍ程度が望ましい。こ
れ以上の厚さになると、ドーピング率を変化させた部分
の膜質が透明導電膜全体に与える影響を無視することが
できなくなるからである。また、３族元素をドープする
ことが望ましい。
グ率を変化させる厚さは１〜５ｎｍ程度が望ましい。こ
れ以上の厚さになると、ドーピング率を変化させた部分
の膜質が透明導電膜全体に与える影響を無視することが
できなくなるからである。また、３族元素をドープする
ことが望ましい。
【００１１】本発明の非晶質半導体太陽電池は、上記構
成によって以下の作用・効果を有する。（１），（２）
に記載の発明によれば、極薄膜層により透明導電膜とｐ
型非晶質半導体層半導体層との接合状態が改善され、出
力電圧が増加する。また、極薄膜層での可視光域での光
吸収は無視できるほど小さく、光電変換層への光入射率
低下はほとんどないことから変換効率を向上させること
ができる。
成によって以下の作用・効果を有する。（１），（２）
に記載の発明によれば、極薄膜層により透明導電膜とｐ
型非晶質半導体層半導体層との接合状態が改善され、出
力電圧が増加する。また、極薄膜層での可視光域での光
吸収は無視できるほど小さく、光電変換層への光入射率
低下はほとんどないことから変換効率を向上させること
ができる。
【００１２】（３）〜（６）に記載の発明によれば、透
明導電膜あるいは第２透明導電膜の大部分は最適のドー
ピング率にて形成できるため高導電性・高光透過性の物
性を維持することができる。そして、ｐ型非晶質半導体
層と接する表面層のみのドーピング率を増加させること
で透明導電膜の表面準位を制御し、ｐ型非晶質半導体層
と酸化亜鉛を主体とする透明導電膜との接合状態を改善
することができる。一般に透明導電膜は最適ドーピング
量以上にドーピングを行うと、光透過量が減少するが、
最適ドーピング量からずれた部分の厚さはきわめてわず
かであるため、この部分での光吸収は無視できるほど小
さい。従って、ｐ型非晶質半導体層との接合状態が改善
され、且つ光電変換層に入射する光入射量はほとんど変
化しないので出力電圧の増加及び変換効率を向上をはか
ることが可能となる。
明導電膜あるいは第２透明導電膜の大部分は最適のドー
ピング率にて形成できるため高導電性・高光透過性の物
性を維持することができる。そして、ｐ型非晶質半導体
層と接する表面層のみのドーピング率を増加させること
で透明導電膜の表面準位を制御し、ｐ型非晶質半導体層
と酸化亜鉛を主体とする透明導電膜との接合状態を改善
することができる。一般に透明導電膜は最適ドーピング
量以上にドーピングを行うと、光透過量が減少するが、
最適ドーピング量からずれた部分の厚さはきわめてわず
かであるため、この部分での光吸収は無視できるほど小
さい。従って、ｐ型非晶質半導体層との接合状態が改善
され、且つ光電変換層に入射する光入射量はほとんど変
化しないので出力電圧の増加及び変換効率を向上をはか
ることが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を以下に図面
を参照して説明する。 （第１実施形態）図１は本発明の第１実施形態に係わる
非晶質半導体太陽電池の構成を示す断面図である。表面
から光が入射するガラス基板１０上に酸化スズからなる
第１の透明導電膜１１が形成されている。第１の透明導
電膜１１上に酸化亜鉛からなる第２の透明導電膜１２が
１０ｎｍ形成されている。そして、第２の透明導電膜１
２上に３族元素からなる極薄膜層１３が形成されてい
る。極薄膜層１３上にｐ型ａ−ＳｉＣ層（ｐ型非晶質半
導体層）１４が形成されている。ｐ型ａ−ＳｉＣ層１４
上にｉ型ａ−Ｓｉ層（ｉ型非晶質半導体層）１５が形成
されている。そして、ｉ型ａ−Ｓｉ層１５上にｎ型ａ−
Ｓｉ層（ｎ型非晶質半導体層）１６が形成されている。
ｎ型ａ−Ｓｉ層１６上に、背面電極１７が形成されてい
る。背面電極１７上に樹脂からなる保護膜１８が形成さ
れている。
を参照して説明する。 （第１実施形態）図１は本発明の第１実施形態に係わる
非晶質半導体太陽電池の構成を示す断面図である。表面
から光が入射するガラス基板１０上に酸化スズからなる
第１の透明導電膜１１が形成されている。第１の透明導
電膜１１上に酸化亜鉛からなる第２の透明導電膜１２が
１０ｎｍ形成されている。そして、第２の透明導電膜１
２上に３族元素からなる極薄膜層１３が形成されてい
る。極薄膜層１３上にｐ型ａ−ＳｉＣ層（ｐ型非晶質半
導体層）１４が形成されている。ｐ型ａ−ＳｉＣ層１４
上にｉ型ａ−Ｓｉ層（ｉ型非晶質半導体層）１５が形成
されている。そして、ｉ型ａ−Ｓｉ層１５上にｎ型ａ−
Ｓｉ層（ｎ型非晶質半導体層）１６が形成されている。
ｎ型ａ−Ｓｉ層１６上に、背面電極１７が形成されてい
る。背面電極１７上に樹脂からなる保護膜１８が形成さ
れている。
【００１４】ｉ型ａ−Ｓｉ層１５で光電変換によって生
成された電子、正孔は、接合部に生じた拡散電位を利用
して、電子はｎ型ａ−Ｓｉ層１６へ、正孔はｐ型ａ−Ｓ
ｉＣ層１４へ分離することで起電力を発生する。
成された電子、正孔は、接合部に生じた拡散電位を利用
して、電子はｎ型ａ−Ｓｉ層１６へ、正孔はｐ型ａ−Ｓ
ｉＣ層１４へ分離することで起電力を発生する。
【００１５】この太陽電池の製造について以下に説明す
る。先ず、酸化スズからなる第１の透明導電膜１１が予
め形成されているガラス基板１０上に、イオンプレーテ
ィング法によって酸化亜鉛からなる第２の透明導電膜１
２上を形成する。第２の透明導電膜１２上に、極薄膜層
１３を例えば金属アルミをターゲットとしたアルゴンプ
ラズマによるスパッタ法によって形成する。極薄膜層
は、光電変換に寄与する波長３５０〜１０００ｎｍでの
光透過率が９５％以下になる膜厚にすることが望まし
い。極薄膜層１３上に、例えばホストガスとしてモノシ
ランガス（ＳｉＨ4）とメタンガス（ＣＨ4 ）を、ドー
ピングガスとしてジボランガス（Ｂ2 Ｈ6 ）を、希釈ガ
スとして水素ガス（Ｈ2 ）を各々使用し、ｐ型ａ−Ｓｉ
Ｃ層１４を約１０ｎｍの膜厚で形成する。ｐ型ａ−Ｓｉ
Ｃ層１４上に、例えばモノシランガス（ＳｉＨ4 ）と希
釈ガスとして水素ガスを使用し、ｉ型ａ−Ｓｉ層１５を
約４５０ｎｍの膜厚で形成する。ｉ型ａ−Ｓｉ層１５上
に、例えばホストガスとしてモノシランガスを、ドーピ
ングガスとしてホスフィンガス（ＰＨ3 ）を、希釈ガス
として水素ガスを各々使用してｎ型ａ−Ｓｉ層１６を形
成する。ｎ型ａ−Ｓｉ層１６上に、スパッタリング法で
アルミからなる背面電極１７を４００ｎｍの膜厚で蒸着
する。背面電極１７上に保護膜１８をスクリーン印刷に
よって形成する。
る。先ず、酸化スズからなる第１の透明導電膜１１が予
め形成されているガラス基板１０上に、イオンプレーテ
ィング法によって酸化亜鉛からなる第２の透明導電膜１
２上を形成する。第２の透明導電膜１２上に、極薄膜層
１３を例えば金属アルミをターゲットとしたアルゴンプ
ラズマによるスパッタ法によって形成する。極薄膜層
は、光電変換に寄与する波長３５０〜１０００ｎｍでの
光透過率が９５％以下になる膜厚にすることが望まし
い。極薄膜層１３上に、例えばホストガスとしてモノシ
ランガス（ＳｉＨ4）とメタンガス（ＣＨ4 ）を、ドー
ピングガスとしてジボランガス（Ｂ2 Ｈ6 ）を、希釈ガ
スとして水素ガス（Ｈ2 ）を各々使用し、ｐ型ａ−Ｓｉ
Ｃ層１４を約１０ｎｍの膜厚で形成する。ｐ型ａ−Ｓｉ
Ｃ層１４上に、例えばモノシランガス（ＳｉＨ4 ）と希
釈ガスとして水素ガスを使用し、ｉ型ａ−Ｓｉ層１５を
約４５０ｎｍの膜厚で形成する。ｉ型ａ−Ｓｉ層１５上
に、例えばホストガスとしてモノシランガスを、ドーピ
ングガスとしてホスフィンガス（ＰＨ3 ）を、希釈ガス
として水素ガスを各々使用してｎ型ａ−Ｓｉ層１６を形
成する。ｎ型ａ−Ｓｉ層１６上に、スパッタリング法で
アルミからなる背面電極１７を４００ｎｍの膜厚で蒸着
する。背面電極１７上に保護膜１８をスクリーン印刷に
よって形成する。
【００１６】この非晶質半導体太陽電池の極薄膜層の膜
厚と太陽電池直列抵抗、負荷無限大時の出力電圧（開放
電圧）、及び変換効率との関係をそれぞれ図２，３，４
に示す。極薄膜層がない従来構造（極薄膜層の膜厚が
０）の非晶質半導体太陽電池の直列抵抗は３０Ω、開放
電圧は０．７Ｖ程度であり、変換効率も６．５％程度で
ある。極薄膜層を挿入すると、極薄膜層の膜厚の増加と
ともに直列抵抗が低下する。また、同時に開放電圧は増
加し、極薄膜層の膜厚が２．５ｎｍ以上の場合には、約
０．９Ｖという高い開放電圧が得られている。変換効率
は極薄膜層の膜厚の増加とともに増加し、極薄膜層の膜
厚が３ｎｍの場合に最大変換効率１１．３％が得られ
た。極薄膜層の膜厚が３ｎｍ以上になると変換効率が低
下するのは、極薄膜層での光吸収が無視できなくなるた
めである。
厚と太陽電池直列抵抗、負荷無限大時の出力電圧（開放
電圧）、及び変換効率との関係をそれぞれ図２，３，４
に示す。極薄膜層がない従来構造（極薄膜層の膜厚が
０）の非晶質半導体太陽電池の直列抵抗は３０Ω、開放
電圧は０．７Ｖ程度であり、変換効率も６．５％程度で
ある。極薄膜層を挿入すると、極薄膜層の膜厚の増加と
ともに直列抵抗が低下する。また、同時に開放電圧は増
加し、極薄膜層の膜厚が２．５ｎｍ以上の場合には、約
０．９Ｖという高い開放電圧が得られている。変換効率
は極薄膜層の膜厚の増加とともに増加し、極薄膜層の膜
厚が３ｎｍの場合に最大変換効率１１．３％が得られ
た。極薄膜層の膜厚が３ｎｍ以上になると変換効率が低
下するのは、極薄膜層での光吸収が無視できなくなるた
めである。
【００１７】本実施形態の非晶質太陽電池は、酸化亜鉛
からなる第２の透明導電膜とｐ型ａ−ＳｉＣ層との間
に、３族元素からなる極薄膜層を形成することによっ
て、直列抵抗の低下、出力電圧の向上、及び変換効率の
向上を図ることができる。 （第２実施形態）図５は本発明の第２実施形態に係わる
非晶質半導体太陽電池の構成を示す断面図である。表面
から光が入射するガラス基板１０上に酸化スズからなる
第１の透明導電膜１１が形成されている。第１の透明導
電膜１１上に３族元素のアルミニウムがドーピングされ
た酸化亜鉛からなる第２の透明導電膜２０が形成されて
いる。第２の透明導電膜２０は、導電性と光透過性の両
方を満足するようにアルミニウムが最適にドーピングさ
れた最適ドーピング部２１と、最適ドーピング部２１の
ドーピング量の４倍の量でドーピングされた高ドーピン
グ部２２からなる。第２の透明導電膜２０上に、ｐ型ａ
−ＳｉＣ層１４，ｉ型ａ−Ｓｉ層１５，ｎ型ａ−Ｓｉ層
１６が順次形成されている。ｎ型ａ−Ｓｉ層１６上にア
ルミからなる裏面電極１７が形成されている。裏面電極
１７上に保護膜１８が形成されている。
からなる第２の透明導電膜とｐ型ａ−ＳｉＣ層との間
に、３族元素からなる極薄膜層を形成することによっ
て、直列抵抗の低下、出力電圧の向上、及び変換効率の
向上を図ることができる。 （第２実施形態）図５は本発明の第２実施形態に係わる
非晶質半導体太陽電池の構成を示す断面図である。表面
から光が入射するガラス基板１０上に酸化スズからなる
第１の透明導電膜１１が形成されている。第１の透明導
電膜１１上に３族元素のアルミニウムがドーピングされ
た酸化亜鉛からなる第２の透明導電膜２０が形成されて
いる。第２の透明導電膜２０は、導電性と光透過性の両
方を満足するようにアルミニウムが最適にドーピングさ
れた最適ドーピング部２１と、最適ドーピング部２１の
ドーピング量の４倍の量でドーピングされた高ドーピン
グ部２２からなる。第２の透明導電膜２０上に、ｐ型ａ
−ＳｉＣ層１４，ｉ型ａ−Ｓｉ層１５，ｎ型ａ−Ｓｉ層
１６が順次形成されている。ｎ型ａ−Ｓｉ層１６上にア
ルミからなる裏面電極１７が形成されている。裏面電極
１７上に保護膜１８が形成されている。
【００１８】第２の透明導電膜２０の形成について説明
する。第２の透明導電膜２０は、酸化亜鉛及び酸化アル
ミニウムターゲットをそれぞれ電子ビームによって加熱
・蒸発させ、酸素プラズマ雰囲気中で成膜を行うイオン
プレーティング法によって形成される。成膜を行う際、
酸化アルミニウムに照射する電子ビームのエネルギー量
を変えることで第２の透明導電膜２０中のドーピング量
を変化させて、最適ドーピング部２１と高ドーピング部
２２を形成する。なお、高ドーピング部２２は、１〜５
ｎｍ程度の膜厚にすることが望ましい。
する。第２の透明導電膜２０は、酸化亜鉛及び酸化アル
ミニウムターゲットをそれぞれ電子ビームによって加熱
・蒸発させ、酸素プラズマ雰囲気中で成膜を行うイオン
プレーティング法によって形成される。成膜を行う際、
酸化アルミニウムに照射する電子ビームのエネルギー量
を変えることで第２の透明導電膜２０中のドーピング量
を変化させて、最適ドーピング部２１と高ドーピング部
２２を形成する。なお、高ドーピング部２２は、１〜５
ｎｍ程度の膜厚にすることが望ましい。
【００１９】また、ｐ型ａ−ＳｉＣ層１４，ｉ型ａ−Ｓ
ｉ層１５，ｎ型ａ−Ｓｉ層１６は、それぞれ１０ｎｍ，
４５０ｎｍ，３０ｎｍの厚さで形成される。背面電極１
７は、アルミがスパッタリング法によって４００ｎｍの
厚さで形成される。保護膜１８は、スクリーン印刷によ
って形成される。
ｉ層１５，ｎ型ａ−Ｓｉ層１６は、それぞれ１０ｎｍ，
４５０ｎｍ，３０ｎｍの厚さで形成される。背面電極１
７は、アルミがスパッタリング法によって４００ｎｍの
厚さで形成される。保護膜１８は、スクリーン印刷によ
って形成される。
【００２０】この非晶質半導体太陽電池の高ドーピング
部の膜厚と太陽電池直列抵抗、負荷無限大時の出力電圧
（開放電圧）、及び変換効率との関係を図６，７，８に
それぞれ示す。ドーピング率を増加させた高ドーピング
部が形成されていない従来の透明導電膜（膜厚０の場
合）を用いた非晶質半導体太陽電池の直列抵抗は７５
Ω、開放電圧は０．６７Ｖ程度、変換効率も６．２％程
度である。ドーピング量を増加した高ドーピング部が形
成されていると、高ドーピング部の膜厚が増加するとと
もに直列抵抗は低下している。また、開放電圧も同様
に、高ドーピング部の膜厚が増加するとともに増加し、
高ドーピング部の膜厚が１．５ｎｍ以上では約０．８８
Ｖという高い開放電圧が得られている。また、変換効率
は、高ドーピング部の膜厚の増加とともに増加し、２ｎ
ｍで最大変換効率１０．６％が得られた。高ドーピング
部の膜厚が２ｎｍ以上になると変換効率が低下するの
は、極薄膜層での光吸収が無視できなくなるためであ
る。
部の膜厚と太陽電池直列抵抗、負荷無限大時の出力電圧
（開放電圧）、及び変換効率との関係を図６，７，８に
それぞれ示す。ドーピング率を増加させた高ドーピング
部が形成されていない従来の透明導電膜（膜厚０の場
合）を用いた非晶質半導体太陽電池の直列抵抗は７５
Ω、開放電圧は０．６７Ｖ程度、変換効率も６．２％程
度である。ドーピング量を増加した高ドーピング部が形
成されていると、高ドーピング部の膜厚が増加するとと
もに直列抵抗は低下している。また、開放電圧も同様
に、高ドーピング部の膜厚が増加するとともに増加し、
高ドーピング部の膜厚が１．５ｎｍ以上では約０．８８
Ｖという高い開放電圧が得られている。また、変換効率
は、高ドーピング部の膜厚の増加とともに増加し、２ｎ
ｍで最大変換効率１０．６％が得られた。高ドーピング
部の膜厚が２ｎｍ以上になると変換効率が低下するの
は、極薄膜層での光吸収が無視できなくなるためであ
る。
【００２１】本実施形態の非晶質半導体太陽電池によれ
ば、ｐ型ａ−ＳｉＣ層に接触する酸化亜鉛からなる第２
の透明導電膜の表面層のドーピング率を増加させること
により、直列抵抗の低下、出力電圧の増加、及び変換効
率の向上を図ることができる。 （第３実施形態）図９は本発明の第３実施形態に係わる
非晶質半導体太陽電池の構成を示す断面図である。ここ
で、図５と同じ部分には同符号を付し、その説明を省略
する。本実施形態の太陽電池は、透明導電膜が２種類の
材料からなる２層で構成されているのではなく、アルミ
がドーピングされた酸化亜鉛からなる１層の透明導電膜
３０で構成されていることである。この透明導電膜３０
は、ガラス基板１０側の層で導電性と光透過性との両方
を満足するように最適にドーピングされた最適ドーピン
グ部３１と、ｐ型ａ−ＳｉＣ層側の層で最適ドーピング
部３１のドーピング量より高濃度にドーピングされた高
ドーピング部３２とからなる。
ば、ｐ型ａ−ＳｉＣ層に接触する酸化亜鉛からなる第２
の透明導電膜の表面層のドーピング率を増加させること
により、直列抵抗の低下、出力電圧の増加、及び変換効
率の向上を図ることができる。 （第３実施形態）図９は本発明の第３実施形態に係わる
非晶質半導体太陽電池の構成を示す断面図である。ここ
で、図５と同じ部分には同符号を付し、その説明を省略
する。本実施形態の太陽電池は、透明導電膜が２種類の
材料からなる２層で構成されているのではなく、アルミ
がドーピングされた酸化亜鉛からなる１層の透明導電膜
３０で構成されていることである。この透明導電膜３０
は、ガラス基板１０側の層で導電性と光透過性との両方
を満足するように最適にドーピングされた最適ドーピン
グ部３１と、ｐ型ａ−ＳｉＣ層側の層で最適ドーピング
部３１のドーピング量より高濃度にドーピングされた高
ドーピング部３２とからなる。
【００２２】なお、透明導電膜３０は、第２実施形態と
同様にイオンプレーティング法によって５００ｎｍの厚
さで形成され、ｐ型非晶質半導体層に接する厚さ２〜１
０ｎｍの高ドーピング部３２を最適ドーピング部３１の
ドーピング率の４倍とした。
同様にイオンプレーティング法によって５００ｎｍの厚
さで形成され、ｐ型非晶質半導体層に接する厚さ２〜１
０ｎｍの高ドーピング部３２を最適ドーピング部３１の
ドーピング率の４倍とした。
【００２３】この太陽電池のドーピング量を増加した部
分の膜厚と変換効率との関係を図１０に示す。第２実施
形態と同様に、高ドーピング率部分を形成することによ
り、太陽電池の変換効率が高くなる。
分の膜厚と変換効率との関係を図１０に示す。第２実施
形態と同様に、高ドーピング率部分を形成することによ
り、太陽電池の変換効率が高くなる。
【００２４】本実施形態の非晶質半導体太陽電池によれ
ば、ｐ型ａ−ＳｉＣ層に接触する酸化亜鉛からなる透明
導電膜の表面層のドーピング率を増加させることによ
り、ｐ型ａ−ＳｉＣ層と透明導電膜との界面の接合状態
を改善し、変換効率の向上を図ることができる。 （第４実施形態）図１１は本発明の第４実施形態に係わ
る非晶質太陽電池の構成を示す模式図である。金属基板
４３上に電極１７が形成されている。電極１７上にｎ型
ａ−Ｓｉ層１６が形成されている。ｎ型ａ−Ｓｉ層１６
上にｉ型ａ−Ｓｉ層１５，ｐ型ａ−ＳｉＣ層１４が形成
されている。ｐ型ａ−ＳｉＣ層１４上に酸化亜鉛からな
る透明導電膜４０が形成されている。この透明導電膜４
０は、光が入射する側の層で導電性と光透過性との両方
を満足するようにアルミが最適にドーピングされた最適
ドーピング部４１と、ｐ型ａ−ＳｉＣ層側の層で最適ド
ーピング部４１のドーピング量より高濃度にドーピング
された高ドーピング部４２とからなる。
ば、ｐ型ａ−ＳｉＣ層に接触する酸化亜鉛からなる透明
導電膜の表面層のドーピング率を増加させることによ
り、ｐ型ａ−ＳｉＣ層と透明導電膜との界面の接合状態
を改善し、変換効率の向上を図ることができる。 （第４実施形態）図１１は本発明の第４実施形態に係わ
る非晶質太陽電池の構成を示す模式図である。金属基板
４３上に電極１７が形成されている。電極１７上にｎ型
ａ−Ｓｉ層１６が形成されている。ｎ型ａ−Ｓｉ層１６
上にｉ型ａ−Ｓｉ層１５，ｐ型ａ−ＳｉＣ層１４が形成
されている。ｐ型ａ−ＳｉＣ層１４上に酸化亜鉛からな
る透明導電膜４０が形成されている。この透明導電膜４
０は、光が入射する側の層で導電性と光透過性との両方
を満足するようにアルミが最適にドーピングされた最適
ドーピング部４１と、ｐ型ａ−ＳｉＣ層側の層で最適ド
ーピング部４１のドーピング量より高濃度にドーピング
された高ドーピング部４２とからなる。
【００２５】ｎ型ａ−Ｓｉ層１６，ｉ型ａ−Ｓｉ層１５
及びｐ型ａ−ＳｉＣ層１４の膜厚は、それぞれ４０ｎ
ｍ，４５０ｎｍ，１３ｎｍである。また、透明導電膜４
０の膜厚は６００ｎｍで、ｐ型ａ−ＳｉＣ層に接する部
分の表面から１〜１０ｎｍの厚さの高ドーピング部４２
のドーピング率を最適ドーピング部４１の４倍とした。
及びｐ型ａ−ＳｉＣ層１４の膜厚は、それぞれ４０ｎ
ｍ，４５０ｎｍ，１３ｎｍである。また、透明導電膜４
０の膜厚は６００ｎｍで、ｐ型ａ−ＳｉＣ層に接する部
分の表面から１〜１０ｎｍの厚さの高ドーピング部４２
のドーピング率を最適ドーピング部４１の４倍とした。
【００２６】この非晶質半導体太陽電池の透明導電膜の
ドーピング量を増加した部分の膜厚と変換効率との関係
を図１２に示す。先の実施形態と同様に太陽電池の変換
効率を向上させることが可能になることがわかる。
ドーピング量を増加した部分の膜厚と変換効率との関係
を図１２に示す。先の実施形態と同様に太陽電池の変換
効率を向上させることが可能になることがわかる。
【００２７】本実施形態の非晶質半導体太陽電池によれ
ば、ｐ型ａ−ＳｉＣ層に接触する酸化亜鉛からなる透明
導電膜の表面層のドーピング率を増加させることによ
り、ｐ型ａ−ＳｉＣ層と透明導電膜との界面の接合状態
を改善し、変換効率の向上を図ることができる。
ば、ｐ型ａ−ＳｉＣ層に接触する酸化亜鉛からなる透明
導電膜の表面層のドーピング率を増加させることによ
り、ｐ型ａ−ＳｉＣ層と透明導電膜との界面の接合状態
を改善し、変換効率の向上を図ることができる。
【００２８】本発明は上記実施形態に限定されるもので
はない。例えば、各実施形態における材料は記載したも
のに限定されず、他の材料を用いても良い。特に、非晶
質半導体として、ａ−ＳｉＮ，ａ−ＳｉＧｅ，ＳｉＳｎ
等を用いることができる。
はない。例えば、各実施形態における材料は記載したも
のに限定されず、他の材料を用いても良い。特に、非晶
質半導体として、ａ−ＳｉＮ，ａ−ＳｉＧｅ，ＳｉＳｎ
等を用いることができる。
【００２９】第１実施形態において、第４実施形態のよ
うに基板上に電極，ｎ型非晶質半導体層，ｉ型非晶質半
導体層，ｐ型非晶質半導体層，酸化亜鉛からなる透明導
電膜が積層していても良い。
うに基板上に電極，ｎ型非晶質半導体層，ｉ型非晶質半
導体層，ｐ型非晶質半導体層，酸化亜鉛からなる透明導
電膜が積層していても良い。
【００３０】第１実施形態において、透明導電膜が酸化
亜鉛からなる１層の透明導電膜で構成されていても良
い。第２〜４実施形態において、ドープする元素はアル
ミに限らず他の３族元素を元素を用いることができる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形し
て実施することが可能である。
亜鉛からなる１層の透明導電膜で構成されていても良
い。第２〜４実施形態において、ドープする元素はアル
ミに限らず他の３族元素を元素を用いることができる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形し
て実施することが可能である。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように本発明の非晶質太陽
電池によれば、ｐ型非晶質半導体層と、酸化亜鉛からな
る透明導電膜との界面の状態を改善し、変換効率を向上
させることができる。
電池によれば、ｐ型非晶質半導体層と、酸化亜鉛からな
る透明導電膜との界面の状態を改善し、変換効率を向上
させることができる。
【図１】第１実施形態に係わる非晶質半導体太陽電池の
構成を示す断面図。
構成を示す断面図。
【図２】図１の太陽電池の直列抵抗の極薄膜層膜厚依存
性を示す特性図。
性を示す特性図。
【図３】図１の太陽電池の解放電圧の極薄膜層膜厚依存
性を示す特性図。
性を示す特性図。
【図４】図１の太陽電池の変換効率の極薄膜層膜厚依存
性を示す特性図。
性を示す特性図。
【図５】第２実施形態に係わる非晶質半導体太陽電池の
構成を示す断面図。
構成を示す断面図。
【図６】図５の太陽電池の直列抵抗の極薄膜層膜厚依存
性を示す特性図。
性を示す特性図。
【図７】図５の太陽電池の解放電圧の極薄膜層膜厚依存
性を示す特性図。
性を示す特性図。
【図８】図５の太陽電池の変換効率の極薄膜層膜厚依存
性を示す特性図。
性を示す特性図。
【図９】第３実施形態に係わる非晶質半導体太陽電池の
構成を示す断面図。
構成を示す断面図。
【図１０】図９の太陽電池の変換効率の極薄膜層膜厚依
存性を示す特性図。
存性を示す特性図。
【図１１】第４実施形態に係わる非晶質半導体太陽電池
の構成を示す断面図。
の構成を示す断面図。
【図１２】図１０の太陽電池の変換効率の極薄膜層膜厚
依存性を示す特性図。
依存性を示す特性図。
【図１３】従来の非晶質半導体太陽電池の構成を示す断
面図（１）。
面図（１）。
【図１４】従来の非晶質半導体太陽電池の構成を示す断
面図（２）。
面図（２）。
【図１５】従来の非晶質半導体太陽電池の構成を示す断
面図（３）。
面図（３）。
１０ ガラス基板 １１ 第１の透明導電膜 １２ 第２の透明導電膜 １３ 極薄膜層 １４ ｐ型ａ−ＳｉＣ層（ｐ型非晶質半導体層） １５ ｉ型ａ−Ｓｉ層（ｉ型非晶質半導体層） １６ ｎ型ａ−Ｓｉ層（ｎ型非晶質半導体層） １７ 背面電極 １８ 保護膜 ２０ 第２の透明導電膜 ２１ 最適ドーピング部 ２２ 高ドーピング部 ３０ 透明導電膜 ３１ 最適ドーピング部 ３２ 高ドーピング部 ４０ 透明導電膜 ４１ 最適ドーピング部 ４２ 高ドーピング部 ４３ 金属基板
Claims (6)
- 【請求項１】光の入射側から順に、酸化亜鉛からなる透
明導電膜，ｐ型非晶質半導体層，ｉ型非晶質半導体層，
ｎ型非晶質半導体層が順次形成された非晶質半導体太陽
電池において、 前記透明導電膜と前記ｐ型非晶質半導体層との間に３族
元素からなる極薄膜層が形成されていることを特徴とす
る非晶質半導体太陽電池。 - 【請求項２】透明基板上に第１の透明導電膜，酸化亜鉛
からなる第２の透明導電膜，ｐ型非晶質半導体層，ｉ型
非晶質半導体層，ｎ型非晶質半導体層が順次形成された
非晶質半導体太陽電池において、 前記第２の透明導電膜と前記ｐ型非晶質半導体層との間
に３族元素からなる極薄膜層が形成されていることを特
徴とする非晶質半導体太陽電池。 - 【請求項３】光の入射側から順に、酸化亜鉛からなり、
不純物がドーピングされた透明導電膜，ｐ型非晶質半導
体層，ｉ型非晶質半導体層，ｎ型非晶質半導体層が順次
形成された非晶質半導体太陽電池において、 前記ｐ型非晶質半導体層側の前記透明導電膜の表面層の
ドーピング率を光の入射側の層のドーピング率より高濃
度にしたことを特徴とする非晶質半導体太陽電池。 - 【請求項４】透明基板上に第１の透明導電膜，酸化亜鉛
からなり不純物がドーピングされた第２の透明導電膜，
ｐ型非晶質半導体層，ｉ型非晶質半導体層，ｎ型非晶質
半導体層が順次形成された非晶質半導体太陽電池におい
て、 前記第２の透明導電膜の前記ｐ型非晶質半導体層側の表
面層のドーピング率を前記第１の透明導電膜側のドーピ
ング率より高濃度にしたことを特徴とする非晶質太陽電
池。 - 【請求項５】透明基板上に酸化亜鉛からなり不純物がド
ーピングされた透明導電膜，ｐ型非晶質半導体層，ｉ型
非晶質半導体層，ｎ型非晶質半導体層が順次形成された
非晶質半導体太陽電池において、 前記透明導電膜の前記ｐ型非晶質半導体層側の表面層の
ドーピング率を前記透明導電膜側の層のドーピング率よ
り高濃度にしたことを特徴とする非晶質太陽電池。 - 【請求項６】基板上に金属電極，ｎ型非晶質半導体層，
ｉ型非晶質半導体層，ｐ型非晶質半導体層，酸化亜鉛か
らなり不純物がドーピングされた透明導電膜を順次形成
してなる非晶質半導体太陽電池において、 前記透明導電膜の前記ｐ型非晶質半導体層側の表面層の
ドーピング率を前記ｎ型非晶質半導体層側のドーピング
率より高濃度にしたことを特徴とする非晶質太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8298685A JPH10144942A (ja) | 1996-11-11 | 1996-11-11 | 非晶質半導体太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8298685A JPH10144942A (ja) | 1996-11-11 | 1996-11-11 | 非晶質半導体太陽電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10144942A true JPH10144942A (ja) | 1998-05-29 |
Family
ID=17862963
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8298685A Pending JPH10144942A (ja) | 1996-11-11 | 1996-11-11 | 非晶質半導体太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10144942A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010041846A3 (en) * | 2008-10-06 | 2010-07-22 | Lg Electronics Inc. | Solar cell |
| WO2011087878A3 (en) * | 2010-01-18 | 2011-11-24 | Applied Materials, Inc. | Manufacture of thin film solar cells with high conversion efficiency |
| WO2025106021A1 (en) * | 2023-11-17 | 2025-05-22 | National University Of Singapore | Carrier-selective contact layer, photovoltaic devices incorporating the layer, and manufacturing methods therefor |
-
1996
- 1996-11-11 JP JP8298685A patent/JPH10144942A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010041846A3 (en) * | 2008-10-06 | 2010-07-22 | Lg Electronics Inc. | Solar cell |
| KR100993513B1 (ko) * | 2008-10-06 | 2010-11-10 | 엘지전자 주식회사 | 태양전지 |
| WO2011087878A3 (en) * | 2010-01-18 | 2011-11-24 | Applied Materials, Inc. | Manufacture of thin film solar cells with high conversion efficiency |
| WO2025106021A1 (en) * | 2023-11-17 | 2025-05-22 | National University Of Singapore | Carrier-selective contact layer, photovoltaic devices incorporating the layer, and manufacturing methods therefor |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
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