JPS58201379A - 光電変換素子 - Google Patents

光電変換素子

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JPS58201379A
JPS58201379A JP57085119A JP8511982A JPS58201379A JP S58201379 A JPS58201379 A JP S58201379A JP 57085119 A JP57085119 A JP 57085119A JP 8511982 A JP8511982 A JP 8511982A JP S58201379 A JPS58201379 A JP S58201379A
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JP
Japan
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nickel
aluminum
electrode
solar cell
electrodes
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Pending
Application number
JP57085119A
Other languages
English (en)
Inventor
Masaharu Ono
大野 雅晴
Takashi Hirao
孝 平尾
Koshiro Mori
森 幸四郎
Shinichiro Ishihara
伸一郎 石原
Masatoshi Kitagawa
雅俊 北川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Priority to JP57085119A priority Critical patent/JPS58201379A/ja
Publication of JPS58201379A publication Critical patent/JPS58201379A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/20Electrodes
    • H10F77/206Electrodes for devices having potential barriers
    • H10F77/211Electrodes for devices having potential barriers for photovoltaic cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は1.光導電セル、感光体、太陽電池等の非晶質
半導体を用いる光電変換素子の改良に関する。
まず、従来のとの稲光電変換素子の構成について、太陽
電池を例に第1〜4図により説明する1第1図は平面図
、第2図はその防食用樹脂膜を除いた平面図、第3図は
第2図III −III’線断面図、第4図は同要部の
拡大断面図である。
1はガラス等の透明基板であり、この基板上には透明電
極21L +  2 b @  20が複数個分割形成
され、その上に非晶質半導体薄膜3が形成され、さらに
その上にアルミニウム電極4a、4b、40が複数個分
割形成されている。
アルミニウム電極4a、4bの突起部5J 5bは透明
電極2b、20の突起部6b、60と密着して電気的に
結合し、アルミニウム電極と透明電極の上下の組み合わ
せによって分1シリされた複数個の太陽電池素子を直列
接続している。アルミニウム電極4Cの突起部50と独
立の透明電極端子7も同様に電気的に結合し、第1図に
おける防食用樹脂膜8からアルミニウム電極が露出せず
、透明電極41Lの突起部6aと端子7が露出して光電
変換素子を外部に接続する電気端子となっている。
これはアルミニウムが湿度に弱く、すぐに腐食するのに
対し、透明電極はITO(インジウム・ナイン・オキサ
イド、  In2O5とSnO2の混合物)やネサ(S
nOz)が一般的であり、外気による腐食が生じにくい
からである。
非晶質半導体薄膜3は、シランSiH+ 混合ガス等を
0.1〜4 Torr程度の減圧下の容器内で直流ある
いはRF放電させて分解し、150〜300’Cに加熱
した基板上に堆積させる方法による水素化非晶質シリコ
ン半導体が一般的である。シランの分解時に必然的に発
生する水素化の1動きは、結合の切れたS1原子のダン
グリングボンドに水素原子が結合して局在準位を減少さ
せ、不純物制御の可能な半導体材料を可能とする働きで
ある。
太陽電池として動作させるためには、第4図のように、
放電ガス中に少量の82H6を混入させて形成したP型
不純物層9と少量のPHsを混入させて形成したN型不
純物層1oを、真性半導体層11の両側に接合した構成
にする。そして透明基板1と透明電極2を通して光を入
れ、主に真性半導体層11に光励起による正負のキャリ
ヤーを発生させてP−i−N接合による内部電界で分離
し、両電極間に光起電力を発生させるものである。もし
不純物層9,1oが無い場合は、太陽電池ではないが両
電極間に電圧を印加し、入射光に応じた光電流の流れる
光導電セルの機能を果たすことになる、上記の従来例は
、電極4にアルミニウムを用いるのが通常であるため、
以下のような欠点を有する。
第一の欠点は、透明電極の突起部6b、60及び7とそ
れぞれに密着するアルミニウム電極の突起部5a、5b
及び5Cが非常に腐食し易く信頼性に欠けることである
。この腐食は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの防
食用樹脂膜8を通して入る微量の水蒸気によって容易に
発生し、例えば66℃、96%RHの加速環境試験下で
は数時間で腐食が進行し、電気的接続が破壊する。これ
は、微量の水分の存在下でIn2O5や5n02 の酸
素イオンが容易にアルミニウム原子と反応するためであ
る。即ち、光電変換素子に必要な透明電極とアルミニウ
ム電極の接触部がアルミニウムを腐食さ゛せる原因とな
っており、アルミニウム表面のアルヤイト処理や防食用
樹脂コーティング等では防止できない。
従来例の第二の欠点は、高温に対する信頼性に欠ける点
である。アルミニウム原子は100〜150°C以上の
高温で非晶質半導体中に容易に拡散し、たとえば太陽電
池の特性劣化やショートを起こし易い。これは単結晶シ
リコン太陽電池では見られない現象である。
第6図は従来例の水素化非晶質シリコン太陽電池の16
0Lxの白色螢光灯下でのV−I特性である。実線ムが
初期特性である。150℃、30分間の空気中熱処理後
の特性が点線Bであり、フィルファクター(曲線因子)
と開放電圧が低下する。
さらに200”C,,30分間の空気中熱処理後では、
一点鎖線Cの様に、はとんどショートしてしまい太陽電
池としての機能がなくなる。これは、非晶質半導体とア
ルミニウムの接触によって生じる問題である。また非晶
質半導体は単結晶に比べ光吸収係数が大きく、膜厚は0
.3〜1μmと非常に薄くなり、P層やN層の不純物層
は80〜300ムと極めて薄いため、アルミニウムの拡
散による影響を特に受けやすい。
本発明は、以上のような従来の欠点を解消するもので、
非晶質半導体薄膜に密着して設け、透明電極と対をなす
電極として、真空蒸着により形成したニッケルもしくは
ニッケル合金を用いるものである。
以下、本発明を実施例によって説明する。第6図は一実
施例の太陽電池の平面円、第7図は第6図■−W線8@
面図、第8図はその要部の拡大断面図である。これらの
図において、第1〜4図と同一の符号は同一の要素を表
す。
121L、12b、120は非晶質シリコンを用いた半
導体薄膜30片面に分割形成した電極で、ニッケルまた
はニッケル合金を真空蒸着により形成したものである。
これらの電極の突起部13a。
13bは透明電極2b、2cの突起部6b、60に電気
的に接続され、電極12cの突起部13Cは透明電極端
子7に電気的に接続されている。
ここで、ニッケルおよびニッケル合金は、一般に酸やア
ルカリに対し安定であり、混生でも透明電極からの酸素
イオンによって酸化されることはほとんど無い。真空蒸
着によって形成したニッケルおよびニッケル合金は純度
が高く腐食に対してより安定である。たとえば、防食用
樹脂膜を塗布しないで66℃、95%RHの加速環境試
験を500時間続けても電気的接続はもちろん外観上の
変化も見られないことが分かった。従来のアルミニウム
電極では、防食用樹脂膜を塗布しても同一環境下で透明
電極との接触部は数時間で腐食してしまい、660時間
経過後には透明電極と非接触の部分でも腐食が開始して
いる。
次に太陽電池としての耐熱性を第9図に示す実線ムは初
期特性である。150℃、30分間の空気中熱処理後の
特性は点線Bで示すように、フィルファクター(曲線因
子)と開放電圧が従来例と違ってむしろ向上している。
これはニッケル原子がアルミニウム原子と異なり、非晶
質半導体中に拡散せず、その表面と電極との密着性、す
なわち実効接触面積が大きくなったためと考えられる。
2oO’Cp  30分間の空気中熱処理後でも一点鎖
線Cの様にショートせず特性の劣化もあまり貼られない
。ニッケルメッキう異なり、真空蒸着によるニッケル膜
は、リンやイオウの不純物がほとんどなく、これらの不
純物が薄い非晶質半導体中に一拡赦して不純物準位をつ
くり特性を劣化させることが無い。もちろん、酸やアル
カリのメッキ液のイオンが拡散してくる心配もない。ま
た透明ノI(仮への付着防止の必要もない。
真空蒸着の方法としては、タングステンボートとニッケ
ルが反応しやすい抵抗加熱よりも、電子ビーム蒸着やス
パフタリングの方がすぐれているし容易である。上記不
純物、たとえばイオウはニッケルの耐食性を劣化させる
ことが知られている。
ニッケルト銅、ニッケルとモリブテン、ニッケルとクロ
ムなどの合金は材料自体の耐食性向トに効果があり、モ
ネル(7o%NL 30 % Cu)、ハステロイ (
60%Ni+ 30%M0.5%Fe)、ニクロム(8
0%Ni、 20%Or)  など種々のニッケル合金
が知られており、真空蒸着も可能である。
以−トの様に本発明によれば、非晶質半導体を用いる光
電変換素子における従来の耐熱および、1fJ4湿信頼
件の二つの大きな欠点を同時に解決することができる。
また第10図の実施例の様に、半111付けのできない
透明電極の電気端子6a、7の代わりに、半田付けの可
能なニッケルの電気端子14.15を同時に形成するこ
とも可能となる。まだ耐湿信頼性を確保するための防食
用樹脂膜も実用−F特に必要ではなく、電気絶縁用とし
て薄い絶縁被膜を塗布するだけで良い。防食や絶縁を目
的としてエポギシ樹脂が良く使われるが、その中のアミ
ン基によってムeは腐食されるがニッケルは安定である
真空蒸着によるニッケルの膜厚は0.1〜0.2μmの
りすい膜厚でも信頼性があり、従来例のアルミニウムの
ように0.4〜1μmの厚い膜厚を必要とせず、蒸着時
間が短縮される。まだ、非晶質半導体を製膜するプラズ
マCVD装置は、真空容器内で160〜3oO℃で製膜
するが、本発明では同一真空容器内で連続して電極蒸着
が可能であり、電解メッキや無電解メッキに比べて量産
性にすぐれるばかりでなく、途中で外気に触れて非晶質
半導体薄膜の表面が酸化する恐れもない。
また、熱膨張率の点でも、たとえばガラス基板の熱膨張
率は(8〜10)X10 でシリコンやゲル々ニウムは
(2〜6)X10  であるが、アルミニウムは23×
10 と大きく、ニッケルは13X10であり、熱膨張
による内部歪は実施例の方が小さくなる。さらに真空蒸
着によればメッキと異なり0.1〜0.2μmの薄い均
一な膜が容易に得られ、熱膨張による内部ストレスも小
さい。
第11図の実施例は、セラミック、ガラス等の絶縁基板
16に分割された複数側のニッケルまたはニッケル合金
の電極17をあらかじめ真空蒸着しておき、その上にプ
ラズマCVDで水素化非晶質シリコンの非晶質半導体薄
膜3を形成し、更にその上に、分割された透明電極2を
形成して複数個の光電変換素子を直列接続したものであ
る。第12図はその構成を説明する断面図である。つま
り、第6図や第10図の実施例に対し光の入射方向およ
び電極構成が逆になっている。従来例の様にアルミニウ
ムの電極を用いれば、160〜300℃の基板温度でプ
ラズマCVDで非晶質半導体薄膜を形成する時にアルミ
ニウムが拡散しノヨートしてしまう、即ち第11図の様
な構成の実施例は本発明によって可能となるものである
。第11図の実施例は、光の入射側にガラス等の透過率
70〜90%の透明基板が無く、特に短波長の透過率が
向上して、光電変換素子の変換効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の太陽電池の平面図、第2図はその防食用
樹脂膜を除いた平面図、第3図は第2図In −III
’線断面図、第4図は同要部の拡大断面図、第5図は従
来例の特性を示す図、第6図は本発明の太陽電池の一実
施例を示す平面図、第7図は第6図■−■′線断面図、
第8図は同要部の拡大断面図、第9図はその特性を示す
図、第10図及び第11図は他の実施例の太陽電池の平
面図、第12図は第11図の要部の拡大断面図である。 1・・・・・・透明基板、2・・・・・・透明電極、3
・・・・・・非晶質半導体薄膜、12t17・・・・・
・ニッケルまたはニッケル合金電極、6”p 7t  
141 15・・・・・・端子。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名l1
41図 第3図 @4Fg4 第5図 第6因 第7図 第8r54 第9図 第10因

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 非晶質半導体薄膜の一方の面にニッケルもしくはニッケ
    ル合金の真空蒸着層からなる電極を設けるとともに、前
    記薄膜の他方の而に透明電極を設けたことを特徴とする
    光電変換素子、
JP57085119A 1982-05-19 1982-05-19 光電変換素子 Pending JPS58201379A (ja)

Priority Applications (1)

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JP57085119A JPS58201379A (ja) 1982-05-19 1982-05-19 光電変換素子

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JP57085119A JPS58201379A (ja) 1982-05-19 1982-05-19 光電変換素子

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JPS58201379A true JPS58201379A (ja) 1983-11-24

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ID=13849738

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61174779A (ja) * 1985-01-30 1986-08-06 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd 集光型発電装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54141593A (en) * 1978-04-24 1979-11-02 Rca Corp Amorphous silicon solar battery

Patent Citations (1)

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