JPH11145501A

JPH11145501A - 光起電力素子

Info

Publication number: JPH11145501A
Application number: JP9325188A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Yajima; 孝博矢島
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-11-12
Filing date: 1997-11-12
Publication date: 1999-05-28

Abstract

(57)【要約】【目的】非単結晶材料で構成された発電層を有する光
起電力素子について、該発電層中に存在するピンホール
を特定の有機高分子材料で充填して該光起電力素子をシ
ャント電流が小さく光起電力特性に優れたものにする。【構成】非単結晶材料で構成された第１の導電層（１
０３）、非単結晶材料で構成された実質的に真性な半導
体層（１０４）および非単結晶材料で構成された第２の
導電層（１０５）がこの順序で積層されてなる発電層を
有する光起電力素子において、前記半導体層より高抵抗
であり且つ前記第２の導電層における多数キャリアが移
動可能な有機高分子材料からなる有機高分子層が前記発
電層上に塗布されていて、前記発電層中に当該層を貫通
して存在するピンホール（１０８，１０９，１１０）が
前記有機高分子材料で充填されていることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シャント電流が小さく
優れた光起電力特性を有する光起電力素子に関する。よ
り詳しくは、本発明は、非単結晶材料からなる発電層を
有する光起電力素子であって、該発電層中に存在するピ
ンホールが有機高分子材料で充填された光起電力素子に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、数多くの非単結晶系の光起電力素
子が提案されている。そうした非単結晶系の光起電力素
子は、一般に、つぎのようにして製造される。すなわ
ち、導電性基板上にＺｎＯ，Ａｇなどからなる裏面反射
層（下部電極）を形成し、該裏面反射層上に例えば、ア
モルファスシリコンなどの非単結晶材料で構成されたｐ
ｉｎ接合などの半導体接合を有する半導体層（発電層）
を形成し、該半導体層上にＩＴＯ，ＳｎＯ₂などの透明
導電性酸化物からなる光入射側電極（上部電極）を形成
して光起電力素子を得る。このようにして製造される非
単結晶系光起電力素子、特にアモルファスシリコン光起
電力素子においては、当該光起電力素子の製造における
成膜時、ゴミなどによりその半導体層にピンホールなど
の欠陥が生じ、半導体層中に生じたそうした欠陥はシャ
ントやショートの原因となり、当該光起電力素子の変換
効率を低下させることが知られている。すなわち、光起
電力素子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、下部電極と上部電極とが直接接触
したり、あるいは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ると、光によって発
生した電流が上部電極を平行に流れてシャントまたはシ
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
流を損失してしまう。このような電流損失があると光起
電力素子の開放電圧が下がることになる。

【０００３】上述したように、シャントまたはショート
部が生じている場合には、その場所の上部電極を除去す
るかまたは絶縁化することにより、電流損失を小さくす
ることが実施されてきた。シャントまたはショート部の
上部電極を選択的に除去する方法として、例えば、米国
特許第４，７２９，９７０号明細書に開示されているよ
うに、ＡｌＣｌ₂，ＺｎＣｌ₂，ＳｎＣｌ₂，ＳｎＣｌ₄，
ＴｉＣｌ₄などのルイス酸の溶液中に光起電力素子と対
向電極とを浸漬し、電圧を印加して上部電極である透明
導電性酸化物の化学量論比を変えることによって高抵抗
にするパッシベーション法がある。また、欠陥部分のみ
を選択的に絶縁する方法として、例えば、米国特許第
４，１９７，１４１号明細書に開示されているように、
多結晶光起電力素子を電解質溶液中に浸漬し、電界を印
加して、多結晶の結晶粒界や格子不整合に基づく欠陥部
分を酸化したり、あるいは、欠陥部分に絶縁物を堆積し
たりあるいは欠陥部分をエッチングする方法がある。こ
れらの他、特公昭６２−４８６９号公報に開示されてい
るように、非晶質薄膜上に感光性絶縁物を塗布するとと
もにピンホール部分に感光性絶縁物を充填し、透光性基
板側から光を照射して前記ピンホール内の感光性絶縁物
のみを固化させ、前記非晶質薄膜上の感光性絶縁物を取
り除く方法がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した方法のいずれ
にあっても、複雑な処理工程を必要とし、そのための装
置は大掛りなものになるといった問題がある。また、こ
うしたことから得られる光起電力素子はコスト高になっ
てしまうという問題もある。本発明の目的は、従来技術
におけるような複雑な処理工程を介することなくまた大
掛りな装置を使用することなくして比較的低コストで製
造することができる良好な特性を有する光起電力素子を
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】従来技術における上述し
た問題点を解決し、上記目的を達成する本発明の光起電
力素子は、非単結晶材料で構成された第１の導電層、非
単結晶材料で構成された実質的に真性な半導体層および
非単結晶材料で構成された第２の導電層がこの順序で基
板上の導電性表面上に積層されてなる発電層上に、前記
半導体層より高抵抗であり且つ前記第２の導電層におけ
る多数キャリアが移動可能な有機高分子材料を塗布する
とともに前記発電層中に該層を貫通して存在するピンホ
ールに該有機高分子材料を充填し、前記発電層上に塗布
した前記高分子材料上に透明導電膜を堆積したことを特
徴とする。

【０００６】

【実施態様例】図１は、本発明の光起電力素子の代表例
の模式的断面図である。図１において、１０１は導電性
基板を示し、１０２は基板１０１上に形成された半導体
層（発電層）を示す。半導体層１０２は、第１の導電層
１０３、実質的に真性な半導体層（ｉ型半導体層）１０
４および第２の導電層１０５がこの順序で積層されてな
るものである。１０６は、半導体層１０２の第２の導電
層１０５上に塗布形成された有機高分子材料からなる有
機高分子層を示す。１０７は、有機高分子層１０６上に
形成された上部電極としての透明電極を示す。１０８，
１０９および１１０は、それぞれピンホールを示す。な
お、ピンホール１０８は、第２の導電層１０５を貫通し
てｉ型半導体層１０４との界面近傍まで達しているもの
であり、ピンホール１０９は、第２の導電層１０５およ
びｉ型半導体層１０４を貫通してｉ型半導体層１０４と
第１の導電層１０３との界面近傍まで達しているもので
あり、ピンホール１１０は、第２の導電層１０５、ｉ型
半導体層１０４および第１の導電層１０３を貫通して第
１の導電層１０３と導電性基板１０１との界面近傍まで
達しているものである。これらのピンホール１０８，１
０９および１１０は、有機高分子層１０６の有機高分子
材料により充填されている。図１に示す光起電力素子
は、基板１０１と反対側から光入射する形態のものであ
る。図２は、本発明の光起電力素子の他の例の模式的断
面図である。図２に示す光起電力素子は、図１に示す光
起電力素子において、基板と第１の導電層との間に透光
性導電膜が設けられている以外は、図１に示す光起電力
素子と同様の構成である。以下、本発明の光起電力素子
の各構成要素について、図１を用いて説明する。

【０００７】

【基板】基板１０１は導電性のものであっても、また電
気絶縁性のものであってもよい。さらには、それらは透
光性のものであっても、また非透光性のものであっても
よい。１０１が、金属などの電気導電性のものである場
合には、直接電流取り出し用の電極（下部電極）を兼ね
ることができる。基板１０１が合成樹脂などの電気絶縁
性のものである場合には、半導体層１０２の形成される
側の表面に金属単体または合金、および透光性導電性酸
化物による電流取り出し用の電極（下部電極）を作製し
ておくことが望ましい。基板１０１が金属などの非透光
性のものである場合、長波長光の基板表面上での反射率
を向上させるための反射性導電層を該基板上に形成する
ことが好ましい。また、基板材質と半導体層との間での
構成元素の相互拡散を防止したり短絡防止用の緩衝層と
するなどの目的で、反射性導電層としての金属層などを
前記基板上の半導体層が形成される側に設けることが好
ましい。また、基板１０１が比較的透明であって、該基
板の側から光入射を行う構成の光起電力素子とする場合
には、透光性導電性酸化物や金属などからなる導電層を
該基板上に形成しておくことが望ましい。基板１０１の
表面性としては、いわゆる平滑面であっても、微小の凹
凸を有する面であってもよい。

【０００８】

【半導体層（発電層）】半導体層１０２は、シリコン系
材料の非晶質（いわゆる微結晶も含まれる）から多結晶
までの非単結晶材料で構成される。半導体層１０２は、
蒸着法、スパッタ法、高周波プラズマＣＶＤ法、マイク
ロ波ＣＶＤ法、ＥＣＲＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、光ＣＶＤ
法など公知の成膜方法で形成することができる。これら
の成膜方法の中、原料ガスをプラズマで分解し、基板上
に成膜するプラズマＣＶＤ法が好んで用いられる。プラ
ズマＣＶＤ法の場合は、例えば、ＳｉＨ₄やＳｉＨ₆と、
Ｈ₂やＨｅなどとの混合ガスをプラズマで分解し、ｉ型
のシリコン系非単結晶半導体層１０４を形成することが
できる。第１の導電層１０３は、ｎ型またはｐ型のシリ
コン系非単結晶材料で構成される。また、第２の導電層
１０５は、ｐ型またはｎ型のシリコン系非単結晶材料で
構成される。こうしたｎ型またはｐ型の導電層（すなわ
ち、ｎ型またはｐ型の半導体層）は、ｎ型またはｐ型の
価電子制御剤で価電子制御されたシリコン系非単結晶材
料で構成される。ｎ型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。該Ｖ族の元素
としては、Ｐ，Ｎ，Ａｓ，Ｓｂが挙げられる。Ｖ族の元
素を含む化合物の好ましい例としては、ＰＨ₃などが挙
げられる。ｐ型の価電子制御剤としては周期律表第ＩＩ
Ｉ族の元素を含む化合物が用いられる。該ＩＩＩ族の元
素としては、Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎなどが挙げられる。
第ＩＩＩ族の元素を含む化合物の好ましい例としては、
ＢＦ₃，Ｂ₂Ｈ₆などが挙げられる。第１の導電層１０３
および第２の導電層１０５は、前記ｉ型の半導体層１０
４の場合と同様、プラズマＣＶＤ法で形成することがで
きる。すなわち、例えば、ＳｉＨ₄またはＳｉ₂Ｈ₆，Ｈ₂
またはＨｅおよびＶ族元素を含む化合物（ＰＨ₃など）
またはＩＩＩ族元素を含む化合物（ＢＦ₃，Ｂ₂Ｈ₆な
ど）からなる混合ガスをプラズマ分解することにより形
成することができる。半導体層１０２（発電層）のシャ
ント抵抗は理想的には無限大であるが、一般的には１０
ＫΩｃｍ²程度であり、この程度のシャント抵抗であれ
ば光起電力素子の変換効率には影響がない。しかしなが
ら、欠陥によるシャントやショートが存在し、１ＫΩｃ
ｍ²未満になると光電変換効率は著しく低下する。

【０００９】

【有機高分子層（有機高分子材料）】有機高分子層１０
６には、第２の導電層１０５がｐ型半導体層である場合
には、多数キャリアである正孔のドリフト移動度が高い
正孔輸送型の有機高分子材料を用いる。また、第２の導
電層１０５がｎ型半導体層である場合には、多数キャリ
アである電子のドリフト移動度が高い有機高分子材料を
用いる。正孔輸送型の有機高分子材料としては、例え
ば、ポリエステルやポリスチレン、ポリカーボネートな
どの樹脂に、ヒドラゾン化合物などの低分子化合物を分
散した分子分散系高分子材料；そうした低分子化合物を
含まなくても正孔が移動できる、ポリビニルカルバゾー
ルなどの炭素原子を主鎖とした炭素系高分子材料；それ
らに前記低分子化合物を混ぜたもの；及び珪素原子を主
鎖とし、脂肪族や芳香族などの有機置換基を側鎖として
構成される有機ポリシランなどの珪素系高分子材料を好
ましいものとして挙げることができる。しかしこれらに
限定されるものではない。電子輸送型の有機高分子材料
としては、例えば、ポリエステルやポリスチレン、ポリ
カーボネートなどの樹脂に、トリニトロフルオレノン化
合物などの低分子化合物を分散した分子分散樹脂系材料
を好ましいものとして挙げることができる。しかしこれ
らに限定されるものではない。有機高分子層１０６は、
それが図１に示すように光入射側に設けられる場合は、
透光性であることが望ましい。有機高分子層１０６の膜
厚は、半導体層１０２（発電層）中に存在するピンホー
ル（１０８，１０９，１１０）を充填できるだけの厚さ
があればよく、ピンホールのない部分の厚さは半導体層
１０２（発電層）より薄いことが望ましいが、１００ｎ
ｍ以下が好ましい。上記有機高分子材料のドリフト移動
度はなるべく高いことが望ましいが、１×１０^-7ｃｍ²
／Ｖｓｅｃ以上のものが好ましい。上記有機高分子材料
のキャリア寿命は長いほうが望ましいが、１×１０^-3ｓ
ｅｃ以上のものが好ましい。

【００１０】

【上部電極（透明電極）】上部電極１０７は、半導体層
１０２（発電層）で発生した光起電力を取り出すための
電極であり、上述した下部電極と対をなすものである。
この上部電極は導電性酸化物で構成された透光性のもの
であっても、金属で構成された遮光性のものであっても
よいが、図１に示すように光入射側にあるときは透光性
であることが必要である。

【００１１】

【集電電極】図１には示してないが、上部電極１０７上
には、一般に、図５に示すように、集電電極としてのグ
リッド電極が設けられる。図５において、５０１はグリ
ッド電極を示し、５０２はバスバーを示す。グリッド電
極５０１は、半導体層１０２（発電層）で発生した起電
力を取り出すための集電電極である。このグリッド電極
５０１は、第１の導電層１０５あるいは上部電極１０７
のシート抵抗の大きさから好適な配置が決定されるが、
ほぼ串状に形成され、光の入射をできるだけ妨げないよ
うに設計される。該グリッド電極については、比抵抗が
低く光起電力素子（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^-2Ωｃｍ〜
１０^-5Ωｃｍである。グリッド電極５０１は、Ａｇ，Ｐ
ｔ，Ｃｕなどの金属またはこれら金属の合金で形成する
ことができる。また、グリッド電極はＣｕで形成するこ
ともできる。この他、グリッド電極は、前記金属または
合金の粉末に、ポリマーからなるバインダーおよび該バ
インダーの溶剤を適度な比率で混合して得られる導電性
ペーストを用いて形成することができる。串状のグリッ
ド電極の形成は、マスクパターンを用いたスパッタリン
グ、抵抗加熱またはＣＶＤ蒸着方法；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Ｃ
ＶＤにより直接グリッド電極パターンを形成する方法；
またはグリッド電極パターンのネガパターンのマスクを
形成した後にメッキにより形成する方法により行うこと
ができる。この他、上述した導電性ペーストを印刷して
形成する方法により行うことができる。グリッド電極を
導電性ペーストを印刷して形成する方法においては、該
印刷をスクリーン印刷法により行う場合、グリッド電極
の形成を生産性よく行える。当該スクリーン印刷法は、
ナイロンやステンレスでできた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、電極幅としては、最
小で５０μｍ程度とすることができる。印刷機として
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
るためと溶剤を揮発させるために乾燥炉で加熱する。バ
スバー５０２は、グリッド電極５０１を流れる電流をさ
らに一端に集めるための電極である。該バスバーは、Ａ
Ｇ，Ｐｔ，Ｃｕなどの金属、これら金属の合金、あるい
はＣで構成することができる。バスバー５０２の形態と
しては、ワイヤー状や箔状のものを張り付けてもよい
が、上記グリッド電極５０１と同様の導電性ペーストを
用いてもよい。箔状のものとしては例えば銅箔や、ある
いは銅箔にスズメッキしたものでもよく、場合によって
は接着剤付きのものが用いられる。

【００１２】以上述べたようにして作製される光起電力
素子（太陽電池）は、それを屋外で使用する場合、耐候
性をよく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。該エンカ
プシュレーションを行う際に使用するエンカプシュレー
ション用材料、具体的には接着層については、光起電力
素子（太陽電池）との接着性、耐候性、緩衝効果の点で
ＥＶＡ（エチレン−ビニルアセテートコポリマー）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（デュポン社製テフロンなど）、４フ
ッ化エチレンとエチレンの共重合体ＥＴＦＥ（デュポン
社製テフゼルなど）、ポリフッ化ビニル（デュポン社
製テドラー等）、ポリクロロフルオロエチレンＣＴＦ
Ｅ（ダイキン工業製ネオフロン）などが挙げられる。
これらの樹脂を光起電力素子（太陽電池）と共に積層す
るについては、例えば真空ラミネーターのような市販の
装置を用いて、真空中で加熱圧着することで行うことが
できる。

【００１３】以下、図１および図４を参照しながら、本
発明の作用効果について説明する。なお、図４は、本発
明の光起電力素子（太陽電池）のバンドモデル図であ
る。図４において、４０１は導電性基板、４０２は第１
の導電層、４０３はｉ型半導体層、４０４は第２の導電
層、４０５は有機高分子層（有機高分子材料）、４０６
は上部電極である。図４（ａ）は、実質的にピンホール
のない場合のバンドモデル図であり、図４（ｂ）は、ピ
ンホールが第２の導電層を貫通して該導電層とｉ型層と
の界面近傍にまで達している場合（図１の１０８参照）
のバンドモデル図であり、図４（ｃ）は、ピンホールが
第２の導電層およびｉ型層を貫通してｉ型層と第１の導
電層との界面近傍まで達している場合（図１の１０９参
照）のバンドモデル図であり、図４（ｄ）は、ピンホー
ルが第２の導電層、ｉ型層および第１の導電層を貫通し
て第１の導電層と導電性基板との界面近傍まで達してい
る場合（図１の１１０参照）のバンドモデル図である。

【００１４】図４（ａ）の場合、半導体層（発電層）
（１０２）上に、有機高分子材料（１０６，４０５）を
塗布した部分では、ｉ型層（１０４，４０３）で光生成
された正孔が第２導電層（１０５，４０４）を通過し
て、第２導電層における多数キャリアが移動可能な有機
高分子材料（１０６，４０５）を移動し、上部電極（１
０７，４０６）で収集されるため、前記有機高分子材料
（１０６，４０５）は光起電力素子としての動作に影響
を与えない。図４（ｂ）の場合、すなわち、半導体層
（発電層）（１０２）の一部としての第２導電層（１０
５，４０４）が失われたピンホール１０８では、半導体
層（発電層）の膜厚が薄くなったことにより、その部分
に局所的に印加電界が強まり、ブレークスルーしやすく
なる。当該ピンホール１０８に有機高分子材料（１０
６，４０５）が充填されると、印加電界が局所的に強ま
ることがなく、ｉ型層（１０４，４０３）で光生成され
た正孔が有機高分子材料（１０６，４０５）を移動し、
上部電極（１０７，４０６）で収集され、発電に寄与す
る。図４（ｃ）の場合、即ち半導体層（発電層）（１０
２）の一部としての第２導電層（１０５，４０４）およ
びｉ型層（１０４，４０３）が失われたピンホール１０
９には、第１導電層（１０３，４０２）のキャリアが多
く、上部電極（１０７，４０６）が直接接触することで
大きな短絡電流が流れる。当該ピンホール１０９に有機
高分子材料（１０６，４０５）が充填された場合、第１
導電層（１０３，４０２）のキャリアは、電子であるた
めに正孔輸送型である有機高分子材料（１０６，４０
５）を貫通することができずに、ピンホールで生じるシ
ャント電流などによる電流損失を低減できる。図４
（ｄ）に示す場合、すなわち半導体層（発電層）（１０
２）の一部が全体として失われたピンホール１１０で
は、大きな短絡電流が流れ、シャント抵抗が著しく小さ
くなる。当該ピンホール１１０に有機高分子材料（１０
６，４０５）を充填した部分においては、導電性基板
（１０１，４０１）と上部電極（１０７，４０６）との
間に有機高分子材料（１０６，４０５）が挟まれる構造
となる。導電性基板（１０１，４０１）あるいは上部電
極（１０７，４０６）から有機高分子材料（１０６，４
０５）へのキャリア注入が十分に小さい場合（ショット
キー接合）は、短絡電流は小さいが、キャリア注入が十
分に大きい場合（オーミック接触）でも有機高分子材料
（１０６，４０５）の抵抗で制限された電流となる。よ
って有機高分子材料（１０６，４０５）がｉ型層（１０
４，４０３）よりも高抵抗である場合は、ピンホール１
１０に流れる短絡電流は小さくなる。

【００１５】

【実施例】本発明を以下に示す実施例により更に具体的
に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定
されるものではない。

【００１６】

【実施例１】本実施例においては、図１に示す構成の光
起電力素子（太陽電池）を作製した。ステンレス基板１
０１上に、不図示のプラズマＣＶＤ装置を用いて、ｎ型
ａ−Ｓｉ：Ｈ膜からなる膜厚１００Åの第１の導電層１
０３、ｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ膜からなる膜厚１２００Åのｉ
型層１０４、ｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈ膜からなる膜厚１００Å
の第２の導電層１０５を積層し半導体層１０２（発電
層）を形成した。得られたものをプラズマＣＶＤ装置か
ら取り出し、その第２の導電層１０５上に、ポリカーボ
ネート樹脂とヒドラゾン化合物［４−（ジエチルアミ
ノ）ベンズアルデヒドジフェニルヒドラゾン］を重量分
散比１：１で混合し、ジオキサンに溶かし、超音波分散
処理して得られた有機高分子材料を有機高分子層１０６
として浸漬塗工法により塗布した。膜厚は、引き上げ速
度、溶液温度、溶液濃度で制御し、ピンホールでない部
分における膜厚が１００±５０Åとなるようにした。こ
のときピンホール１０８，１０９および１１０は有機高
分子材料１０６により充填された。塗布後、真空中で１
５０℃、１５分間乾燥させた。このように、半導体層１
０２（発電層）上に塗布された有機高分子材料からなる
有機高分子層１０６上に、膜厚８７０ÅのＩＴＯ（Ｉｎ
₂Ｏ₃＋ＳｎＯ₂）膜を真空蒸着し、上部電極１０７とし
た。かくして得られた素子を、図示しないスクリーン印
刷機に設置し、図５に示すように、幅１００μｍ長さ８
ｃｍのグリッド電極（５０１、図５参照）を間隔１ｃｍ
で印刷した。このとき導電性ペーストは、Ａｇフィラー
７０重量部、ポリエステルバインダー３０重量部、溶剤
として酢酸エチルを２０重量部からなる組成のものを用
いた。印刷後、得られたものをオーブンに入れて１５０
℃で３０分間保持し、導電性ペーストをキュアした。つ
いで、幅５ｍｍの接着付き銅箔からなるバスバー（５０
２、図５参照）を図５に示すように装着させた。これに
より３０ｃｍ×３０ｃｍのサイズのシングルセルタイプ
の光起電力素子（太陽電池）を得た。以上の手法を繰返
し行って、１０個の光起電力素子（太陽電池）を作製し
た。得られたそれぞれの光起電力素子を以下のようにし
てエンカプシュレーションした。即ち、光起電力素子の
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（エチレンテトラフルオロエチレン）（デ
ュポン社製テフゼル）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。このようにして、１０個の光起電力素
子（太陽電池）モジュールを得た。

【００１７】

【評価】得られたモジュールを以下に述べるように評価
した。（１）初期特性を以下のようにして評価した。即ち、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、１５ＫΩｃｍ²±５ＫΩｃ
ｍ²であって良好な特性であり、ばらつきが少なかっ
た。（２）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および耐久試験方法
に定められた耐湿性試験Ｂ−２に一部基づいて行った。
即ちまず、試料を温湿度が制御できる恒温恒湿器に投入
し、８５℃（相対湿度９０〜９３％）に設定して２００
時間放置した。次に、試験終了後の試料を初期と同様に
シャント抵抗を測定したところ、初期に対して平均で６
％程度の低下率であった。その結果、いずれのモジュー
ルも耐湿性に富むものであることが判った。以上の評価結果から、本発明の光起電力素子（太陽電
池）は歩留りがよく良好な特性を有し、且つ耐久性（耐
湿性）に富むものであることがわかる。

【００１８】

【比較例１】実施例１において、有機高分子材料の塗布
を行わなかった以外は、実施例１と同様にして１０個の
光起電力素子（太陽電池）モジュールを作製した。得ら
れたモジュールを実施例１におけると同様にして評価し
た。その結果、初期シャント抵抗は８ＫΩｃｍ²±１Ｋ
Ωｃｍ²であり、耐湿性試験後のシャント抵抗は初期に
対して平均で６５％の低下率であった。得られた評価結
果から、比較例１で得られた光起電力素子（太陽電池）
は実施例１で得られたものより明らかに劣るものである
ことが判った。

【００１９】

【実施例２】本実施例においては、図２に示す構成の光
起電力素子（太陽電池）を作製した。ガラス基板２０１
の上に透光性導電膜２０２としてＳｎＯ₂膜を真空蒸着
した。該透光性導電膜２０２の上に、不図示のプラズマ
ＣＶＤ装置を用いて、ｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈ膜からなる膜厚
１００Åの第１の導電層２０４、膜厚１２００Åのｉ型
層２０５、ｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈ膜からなる膜厚１００Åの
第２導電層２０６を積層し半導体層２０３（発電層）を
形成した。得られたものをプラズマＣＶＤ装置から取り
出し、その第２の導電層２０６上に、ポリエステル樹脂
と電子輸送材料（トリニトロフルオレノン）を重量分散
比１：１で混合し、ジメチルホルムアミドに溶かし超音
波分散して得られた有機高分子材料を有機高分子層２０
７として浸漬塗工法により塗布した。膜厚は、実施例１
におけると同様の方法で制御し、ピンホールでない部分
における膜厚が１００±５０Åになるようにした。この
ときピンホール２０９は、有機高分子材料により充填さ
れた。塗布後、真空中で１８０℃、３０分間乾燥させ
た。このように、半導体層２０３（発電層）上に塗布さ
れた高分子有機材料からなる有機高分子層２０７の上
に、膜厚６２０ÅのＩＴＯ膜を真空蒸着し、上部電極２
０８とした。その後、実施例１と同様にしてグリッド電
極を形成し、バスバーを装着して、シングルセルタイプ
の光起電力素子（太陽電池）を得た。以上の手法を繰返
し行って１０個の光起電力素子（太陽電池）を作製し
た。得られた光起電力素子のそれぞれを実施例１におけ
ると同様にしてエンカプシュレーションして、１０個の
光起電力素子（太陽電池）モジュールを得た。得られた
モジュールを実施例１におけると同様にして評価した。
その結果、初期シャント抵抗は、１６ＫΩｃｍ²±２Ｋ
Ωｃｍ²であって良好な特性であり、ばらつきが少なか
った。また、耐湿性試験後のシャント抵抗は、初期に対
して平均で７％程度の低下率であり、いずれのモジュー
ルも耐湿性に富むものであることが判った。以上の評価
結果から、本発明の光起電力素子（太陽電池）は歩留り
がよく良好な特性を有し、且つ耐久性（耐湿性）に富む
ものであることがわかる。

【００２０】

【比較例２】実施例２において、有機高分子材料の塗布
を行わなかった以外は、実施例２と同様にして１０個の
光起電力素子（太陽電池）モジュールを作製した。得ら
れたモジュールを実施例１におけると同様にして評価し
た。その結果、初期シャント抵抗は７ＫΩｃｍ²±１Ｋ
Ωｃｍ²であり、耐湿性試験後のシャント抵抗は初期に
対して平均で７２％の低下率であった。得られた評価結
果から、比較例２で得られた光起電力素子（太陽電池）
は実施例２で得られたものより明らかに劣るものである
ことが判った。

【００２１】

【実施例３】本実施例においては、図３に示すトリプル
セルタイプの光起電力素子（太陽電池）を作製した。図
３において、３０１は基板であり、３０２は反射性導電
層、３０３は緩衝層である。Ｉは第１の半導体層（ボト
ムセル）であり、該ボトムセルは、第１の導電層３０４
（ｎ型半導体層）、三層構成のｉ型半導体層ａ（第１の
ｉ型半導体層３０５、第２のｉ型半導体層３０６および
第３のｉ型半導体層３０７とからなる）、および第２の
導電層３０８（ｐ型半導体層）とからなる。ＩＩは第２
の半導体層（ミドルセル）であり、該ミドルセルは、第
１の導電層３０９（ｎ型半導体層）、三層構成のｉ型半
導体層ｂ（第１のｉ型半導体層３１０、第２のｉ型半導
体層３１１および第３のｉ型半導体層３１２とからな
る）、および第２の導電層３１３（ｐ型半導体層）とか
らなる。ＩＩＩは第３の半導体層（トップセル）であ
り、該トップセルは、第１の導電層３１４（ｎ型半導体
層、単層構成のｉ型半導体層３１５、および第２の導電
層３１６（ｐ型半導体層）とからなる。３１７は有機高
分子材料からなる有機高分子層であり、３１８は上部電
極である。以上述べた構成の光起電力素子（太陽電池）
は、以下のようにして作製した。ステンレス基板３０１
上に、ＤＣスパッタ法によって反射性導電層３０２とし
ての４０００Åの膜厚のＡｇ膜を形成し、ついで緩衝層
３０３として１μｍの膜厚のＺｎＯ膜を形成した。緩衝
層３０３としてのＺｎＯ膜上に、プラズマＣＶＤ法によ
り、ボトムセルＩ、ミドルセルＩＩおよびトップセルＩ
ＩＩをこの順序で積層した。即ち、高周波プラズマＣＶ
Ｄ法により３００Å厚のｎ型半導体層３０４を３００Å
形成し、ついで１００Å厚のｉ型半導体層３０５を形成
し、さらにマイクロ波プラズマＣＶＤ法により１０００
Å厚のｉ型半導体層３０６を形成し、さらに高周波プラ
ズマＣＶＤ法により１００Å厚のｉ型半導体層３０７を
形成し、ついで１００Å厚のｐ型半導体層３０８を形成
した。これによりボトムセルＩを形成した。次に、高周
波プラズマＣＶＤ法により１００Å厚のｎ型半導体層３
０９を形成し、ついで１００Å厚のｉ型半導体層３１０
を形成し、さらにマイクロ波プラズマＣＶＤ法により１
０００Å厚のｉ型半導体層３１１を形成し、さらに高周
波プラズマＣＶＤ法により１００Å厚のｉ型半導体層３
１２を形成し、ついで１００Å厚のｐ型半導体層３１３
を形成した。これによりミドルセルＩＩを形成した。続
いて、高周波プラズマＣＶＤ法により１００Å厚のｎ型
半導体層３１４を形成し、ついで１０００Å厚のｉ型半
導体層３１５を形成し、さらに低周波プラズマＣＶＤ法
により１００Å厚のｐ型半導体層３１６を形成した。こ
れによりトップセルＩＩＩを形成した。かくして形成さ
れたトップセルＩＩＩのｐ型半導体層３１６上に、実施
例１で用いたのと同じ有機高分子材料を有機高分子層３
１７として浸漬塗工法により塗布した。膜厚は、実施例
１におけると同様の方法で制御し、ピンホールでない部
分の膜厚が１００±５０Åになるようにした。このとき
ピンホール３１９は、有機高分子材料により充填され
た。塗布後、真空中で１５０℃、１５分間乾燥した。か
くして塗布形成された有機高分子層３１７上に、膜厚８
７０ÅのＩＴＯ膜を真空蒸着し、上部電極３１８とし
た。その後、実施例１と同様にしてグリッド電極を形成
し、バスバーを装着して、トリプルセルタイプの光起電
力素子（太陽電池）を得た。以上の手法を繰返し行って
１０個の光起電力素子（太陽電池）を作製した。得られ
た光起電力素子のそれぞれを実施例１におけると同様に
してエンカプシュレーションして、１０個の光起電力素
子（太陽電池）モジュールを得た。得られたモジュール
を実施例１におけると同様に評価した。その結果、初期
シャント抵抗は、１６ＫΩｃｍ²±２ＫΩｃｍ²であって
良好な特性であり、ばらつきが少なかった。また、耐湿
性試験後のシャント抵抗は、初期に対して平均で５％程
度の低下率であり、いずれのモジュールも耐湿性に富む
ものであることが判った。以上の評価結果から、本発明
の光起電力素子（太陽電池）は歩留りがよく良好な特性
を有し、且つ耐久性（耐湿性）に富むものであることが
わかる。

【００２２】

【比較例３】実施例３において、有機高分子材料の塗布
を行わなかった以外は、実施例３と同様にして１０個の
光起電力素子（太陽電池）モジュールを作製した。得ら
れたモジュールを実施例１におけると同様にして評価し
た。その結果、初期シャント抵抗は１０ＫΩｃｍ²±２
ＫΩｃｍ²であり、耐湿性試験後のシャント抵抗は初期
に対して平均で３５％の低下率であった。得られた評価
結果から、比較例３で得られた光起電力素子（太陽電
池）は実施例３で得られたものより明らかに劣るもので
あることが判った。

【００２３】

【発明の効果】本発明の光起電力素子は、以上述べたこ
とから明らかなごとく、有機高分子層が高抵抗でピンホ
ール部分のシャントあるいはショートを減らし、ピンホ
ールではない部分の光電流を上部電極に流す機能を備え
るので、シャント電流の小さい優れた光起電力特性が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光起電力素子の一例である非単結晶半
導体で構成されたシングルセルタイプの光起電力素子の
模式的断面図である。

【図２】本発明の光起電力素子の一例である非単結晶半
導体で構成されたシングルセルタイプの光起電力素子の
模式的断面図である。

【図３】本発明の光起電力素子の一例である非単結晶半
導体で構成されたトリプルセルタイプの光起電力素子の
模式的断面図である。

【図４】本発明の光起電力素子の作用を説明するために
用いたバンドモデル図である。

【図５】本発明の光起電力素子の光入射側表面における
配線を示す模式図である。

【符号の説明】

１０１，２０１，３０１，４０１基板１０２，２０３半導体層（発電層）２０２透光性導電膜１０３，２０４，４０２第１の導電層（ｎ型またはｐ
型半導体層）１０４，２０５，４０３実質的に真性な半導体層（ｉ
型半導体層）１０５，２０６，４０４第２の導電層（ｐ型またはｎ
型半導体層）１０６，２０７，３１７，４０５有機高分子層１０７，２０８，３１８，４０６上部電極（透光性導
電性）１０８，１０９，１１０，２０９，３１９ピンホール３０２反射性導電層３０３緩衝層３０４，３０９，３１４高周波プラズマＣＶＤ法によ
るｎ型半導体層３０５，３０７，３１０，３１２，３１５高周波プラ
ズマＣＶＤ法によるｉ型半導体層３０８，３１３高周波プラズマＣＶＤ法によるｐ型半
導体層３１６低周波プラズマＣＶＤ法によるｐ型半導体層３０６，３１１マイクロ波プラズマＣＶＤ法によるｉ
型半導体層５０１グリッド電極５０２バスバー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非単結晶材料で構成された第１の導電
層、非単結晶材料で構成された実質的に真性な半導体層
および非単結晶材料で構成された第２の導電層がこの順
序で積層されてなる発電層を有する光起電力素子におい
て、前記半導体層より高抵抗であり且つ前記第２の導電
層における多数キャリアが移動可能な有機高分子材料か
らなる有機高分子層が前記発電層上に塗布されていて、
前記発電層中に当該層を貫通して存在するピンホールが
前記有機高分子材料で充填されていることを特徴とする
光起電力素子。
【請求項２】前記第１の導電層はｎ型であり、前記第
２の導電層はｐ型である請求項１に記載の光起電力素
子。
【請求項３】前記有機高分子層を構成する有機高分子
材料は正孔輸送型の有機高分子材料である請求項２に記
載の光起電力素子。
【請求項４】前記正輸送型の有機高分子材料は、分子
分散系有機高分子材料、炭素系有機高分子材料および珪
素系有機高分子材料の中から選ばれるものである請求項
３に記載の光起電力素子。
【請求項５】前記第１の導電層はｐ型であり、前記第
２の導電層はｎ型である請求項１に記載の光起電力素
子。
【請求項６】前記有機高分子層を構成する前記有機高
分子材料は電子輸送型の有機高分子材料である請求項５
に記載の光起電力素子。
【請求項７】前記電子輸送型の有機高分子材料は、有
機樹脂に低分子の有機化合物を分散してなる分子分散樹
脂系材料である請求項６に記載の光起電力素子。