JPH10242494A - 光起電力装置 - Google Patents
光起電力装置Info
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Abstract
減させた透光性電極を有する光起電力装置を提供するこ
とをその目的とする。 【解決手段】 この発明は、光電変換層3の光入射側に
透光性電極2を備えた光起電力装置であって、前記透光
性電極2は、光入射側の領域を非晶質状態の層21、光
電変換層側の領域を多結晶状態の層22に形成してい
る。
Description
どの光起電力装置に係り、特に、低抵抗率で光入射ロス
の少ない透光性電極に関する。
ラス、プラスチック等の絶縁性を有する透光性基板上
に、SnO2、ITO、ZnO等からなる透光性電極、
光電変換機能を有する光電変換層、及びAg、Al等か
らなる金属がこの順序で積層された構造のもの(以下、
この構造を順タイプ構造という。)が知られている。
絶縁膜を介してAg、Al等の金属電極、光電変換機能
を有する光電変換層、及びSnO2、ITO、ZnO等
からなる透光性電極がこの順序で積層された構造のもの
(以下、この構造を逆タイプ構造という。)も知られて
いる。
は、いずれも透光性電極の側から光が入射するため、透
光性電極としては低い抵抗率を有すること及び光の透過
率が高いことが要求される。
順タイプ構造の光起電力装置の場合、透光性電極として
用いられるSnO2、ITO或いはZnOは膜厚が薄い
と抵抗率が大きく、電極として使用するためには膜厚を
厚くして抵抗値を低減する必要があり、このため透光性
電極により光の吸収が増大し、光入射ロスが増加すると
いう問題があった。
Oは多結晶状態とすることで、その抵抗率を低減するこ
とはできるが、ガラスやプラスチック等の異種材料上に
SnO2、ITO或いはZnOを形成する場合、原子間
の結合長が異なるため形成界面において構造歪みが発生
してしまい、このため十分な大きさの結晶粒径が得られ
ないことが一因であると推察される。
いはZnOの屈折率は約1.9〜2.0であるために、
屈折率が1の空気と透光性電極界面、或いは透光性電極
と光電変換層(例えば、非晶質シリコンの場合屈折率は
約3.4)との界面において入射光が反射し、入射光の
ロスが生じるという問題もあった。
するためになされたものにして、低抵抗率で且つ光入射
ロスを低減させた透光性電極を有する光起電力装置を提
供することをその目的とする。
の光入射側に透光性電極を備えた光起電力装置であっ
て、前記透光性電極は、光入射側の領域を非晶質状態の
層、光電変換層側の領域を多結晶状態の層に形成してい
ることを特徴とする。
の領域を非晶質状態としたことで、この部分の構造柔軟
性が増大し、形成界面における構造歪みを吸収すること
ができる。従って、この後に形成するSnO2、ITO
或いはZnO等の透光性電極材料は粒径の大きなものが
得られ、従来よりも薄い膜厚で抵抗率の低い透光性電極
を得ることができる。
域よりも屈折率が小さく、このため透光性基板又は空気
側から光電変換層へ向かって透光性電極の屈折率が順次
大きくなり、多層の反射防止膜と同様の機能を有するこ
ととなり、入射する光の反射率を低減させることができ
る。
膜厚より非晶質状態の層の膜厚を薄くし、前記非晶質状
態の層の膜厚を50〜1000オングストロームに設定
するとよい。
状態よりも吸収係数の大きい非晶質状態領域の膜厚を薄
くしたので、透光性電極における光の吸収が低減でき
る。
光入射側から光電変換層側に向かって膜厚方向に非晶質
状態から多結晶状態に漸次変化するように構成すればよ
い。
としての機能がより向上する。
き図面に従い説明する。図1はこの発明の第1の実施の
形態を示す断面図であり、順タイプ構造の光起電力装置
において、基板側から非晶質状態、多結晶状態の透光性
電極を形成したものである。
Oを原料とする透光性電極2が設けられている。この発
明の透光性電極2は光入射側であるガラス基板1上に非
晶質透光性電極層21が設けられ、その上に多結晶透光
性電極層22が形成される。尚、透光性電極2表面は微
少な凹凸が形成されたいわゆるテクスチャ構造に形成す
るとよい。
ターゲット材料として用いた公知の反応性スパッタ法を
用いて、表1に示す条件で作成した。
部にpin接合を有する非晶質シリコンからなる光電変
換層3が形成される。この実施の形態においては、p型
非晶質シリコンカーバイト層、i型非晶質シリコン層、
n型非晶質シリコン層を公知の平行平板のプラズマCV
D装置を用いて、p、i、n層の順に表2に示す条件で
形成した。
ッタ法を用いてZnO及びAgの2層からなる裏面金属
層4が設けられている。
結晶透光性電極層22と同じ形成条件でZnOを100
0オングストローム、Agを5000オングストローム
形成した。
結晶ZnOからなる多結晶透光性電極層22の膜厚を8
00オングストロームで一定とし、ガラス基板1との間
に介在させる非晶質ZnOからなる非晶質透光性電極層
21の膜厚を変化させた太陽電池装置を作成し、その光
電変換効率を測定した。その結果を図2に示す。
件で、ガラス基板1と多結晶透光性電極層22との間に
介在させる非晶質ZnOからなる非晶質透光性電極層2
1の膜厚を200オングストロームで一定とし、光電変
換層3と非晶質透光性電極層21との間に介在させる多
結晶ZnOからなる多結晶透光性電極層22の膜厚を変
化させた太陽電池装置を作成し、その光電変換効率を測
定した。その結果を図3に示す。
1.5、100mW/cm2、25℃の条件で測定した
光電変換効率である。また、図2及び図3において、従
来レベルとあるのは、透光性電極として、表1の多結晶
透光性電極層22の形成条件で膜厚8000オングスト
ロームの膜厚の多結晶透光性電極層を用いた以外はこの
発明のものと同様に形成したものである。
極層21の膜厚が1000オングストローム以下の場合
には、この発明の変換効率が従来レベルより向上してい
ることが分かる。尚、非晶質透光性電極層21の膜厚が
1000オングストロームを越えると従来レベルより低
下するのは、この領域の光吸収ロスによるからである。
光性電極層22の膜厚が3000オングストローム以上
20000オングストローム以下での発明の変換効率が
従来レベルより向上していることが分かる。また、多結
晶透光性電極層22の膜厚が3000オングストローム
未満で特性が従来のものより低下するのは、従来構造の
透光性電極がいわゆるテクスチャ構造となっており、光
閉じこめ効果があるのに対して、本発明では膜厚が薄す
ぎて十分なテクスチャが形成されないからである。更
に、同図において、膜厚が20000オングストローム
を越えると従来レベルより低下するのは、膜厚の増加に
伴う光吸収ロスによるからである。
1.6〜1.7、多結晶透光性電極層22の屈折率は約
1.9〜2.0であり、この透光性電極2によれば、ガ
ラス基板1から光電変換層3へ向かって透光性電極2の
屈折率が順次大きくなり、多層の反射防止膜と同様の機
能を有する。このため、入射する光の反射率を低減させ
ることができる。
換層側に向かって膜厚方向に非晶質状態から多結晶状態
に漸次変化させたこの発明の第2の実施の形態につき図
4及び図5に従い説明する。
から光電変換層3まで非晶質状態から多結晶状態に漸次
変化させたITOからなるグレーディッド膜の透明電極
20が設けられる。このグレーディッド膜の透明電極1
0は、図5に示すような回転式マグネトロンRF(若し
くはDC)スパッタ装置にITOのターゲットを配置
し、RF又はDC放電のパワー、スパッタガス、基板温
度を変化させて基板1から光電変換領域3まで非晶質状
態から多結晶状態に漸次変化するグレーディッド膜を形
成する。即ち、基板加熱ヒータ35を内蔵した回転体3
6にガラス基板1が取り付けられる。マグネトロン34
の上に透光性導電膜のターゲットとしてITOターゲッ
ト32が配置される。RF電源34に所望の電圧を印加
し、回転体36を回転させて基板1上に非晶質状態から
多結晶状態に漸次変化させたITOからなるグレーディ
ッド膜の透光性電極20を形成する。
透光性電極20上に上記した第1の実施の形態と同様
に、内部にpin接合を有する非晶質シリコンからなる
光電変換層3が形成される。この実施の形態において
は、p型非晶質シリコンカーバイト層、i型非晶質シリ
コン層、n型非晶質シリコン層を公知の平行平板のプラ
ズマCVD装置を用いて、p、i、n層の順に上記した
表2に示す条件で形成した。この光電変換層3の上に裏
面金属電極4が形成される。
ド膜の透光性電極20をRFスパッタによりITO膜を
Arガスを用いて基板温度を変化させて形成した。表3
にその形成条件を示す。もちろんグレーディッド膜の膜
質調整に応じてガスを他の希ガスを用いたりしてもよ
い。また、従来より透光性電極のスパッタ形成に用いら
れるように、これら希ガスに酸素を添加してもよい。ま
た、放電のパワー及び圧力を変化させてもよい。
用いた。
従来の太陽電池装置を作成し、太陽電池特性を測定した
結果を示す。測定条件はAM−1.5、100mW/c
m2、25℃の条件である。
太陽電池装置は、電流値において従来例に比べ勝ってい
ることが分かる。
は、ガラス基板1から光電変換層3まで透光性電極20
が非結晶状態から多結晶状態に漸次変化しているので、
屈折率が順次大きくなり、反射防止膜としての機能がよ
り向上し、入射する光の反射率を更に低減できる。
極としてITOを用いたが、ZnOなどの他の透光性電
極を用いてもよい。
構造の太陽電池について説明したが、逆タイプ構造の太
陽電池の透光性電極に用いても同様の効果が得られる。
形態においては、非晶質シリコン系半導体層を用いた
が、これに限らず、単結晶シリコンや多結晶シリコン等
の結晶系半導体材料や、GaASやInP等の化合物半
導体材料を光電変換層に用いることができる。
ば、透光性電極の光入射側の領域を非晶質状態としたこ
とで、この部分の構造柔軟性が増大し、形成界面におけ
る構造歪みを吸収することができる。従って、この後に
形成するSnO2、ITO或いはZnO等の透光性電極
材料は粒径の大きなものが得られ、従来よりも薄い膜厚
で抵抗率の低い透光性電極を得ることができる。
る。
装置の非晶質透光性電極の膜厚を変化させた場合の変換
効率を示す特性図である。
装置の多結晶透光性電極の膜厚を変化させた場合の変換
効率を示す特性図である。
る。
示す構成図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 光電変換層の光入射側に透光性電極を備
えた光起電力装置であって、前記透光性電極は、光入射
側の領域を非晶質状態の層、光電変換層側の領域を多結
晶状態の層に形成していることを特徴とする光起電力装
置。 - 【請求項2】 前記多結晶状態の層の膜厚より非晶質状
態の層の膜厚を薄くし、前記非晶質状態の層の膜厚が5
0〜1000オングストロームであることを特徴とする
請求項1に記載の光起電力装置。 - 【請求項3】 前記透光性電極が、光入射側から光電変
換層側に向かって膜厚方向に非晶質状態から多結晶状態
に漸次変化することを特徴とする請求項1又は2に記載
の光起電力装置。
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ID=12785889
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1997
- 1997-03-03 JP JP04781697A patent/JP3196155B2/ja not_active Expired - Lifetime
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