JPS5954272A - 光電変換装置 - Google Patents

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】 本発明は少’Ｉ　＜　＋！二モー、Ｌ　Ｊ　（７Ｊ　、
Ｐ　ＩＮ寸／ｃｒｆ、Ｊ、’　ＰＮ接合を有する光照射
シ（Ｌす光起電力を箔］１する非単結晶半導体におレビ
こ、太陽光等の連／％ＡＩ九のうち、）’ｔＡμ電力発
生ｒｉＪ能の光エネルギを′イ］゛する九により光起電
力を発生せしめるとともＫ　、）’Ｑ起電力を発生させ
ない赤外光を含む光に関しては反対側に放散させること
により、光電変換装置自体が赤外ゲ６により発熱肩１１
♀１］、シて、その変ＩＱ効率を低１さぜることを防止
する匠ある。

本発明ｄ゛さらに、この光照射は反対方向（裏面）Ｋ放
散さぜた赤外光を利用して、）゛０−熱変換モジュール
を設け、太陽光を総合的に利用することを［■１的とし
ている。

本発明はかかる赤外光をその址″ｄ′Ｊ）“ｆｆｉ　）
Ｙ；刊しめるため、非１１１肩１晶半導体のＰ型半；ｊ
ＬＪ体層に密接して酸化スズを主成分とする透明導電膜
を設け、Ｎ型半導体層に密接して酸化インジュームを主
成分とする透明導電膜を設けた溝端を有ぜしめることに
より、ＰＮｉた（は１１１１　Ｎ接合を有する非単結晶
生者１体とその両面に密接する透明導電膜とを−、１′
１′、的ＦＣ決定し、ひい１．’　＆：Ｊ：　ｊ（：　
′市裏−］１カ装置としての高い開放電圧と高い変ＩＱ
効率をイ）んとするものである。

ま／ζ本発明においては、透光性基板（一般に（ｄガラ
スつ土に設けられ７’ｊ　８！’Ｓ　Ｊの電信くを少な
くともＰス（す半導体に接する側に面１プラズマ４Ｉ＋
を有し、さらに酸素、ｉ１局剰］」、１１の１・“す−
１，ｌｉの１“’ｉ９　ｆｌｓス、ズまたは酸化アンチ
モンかっＬＯｉ　ｇｊ係以−［・添加さ）また「Ｉン化
スズ（以下においてはこ）１らを総称して酸化スズを主
成分とする透明導電膜外／こにＪ中にＳ　ｎ　Ｏ・とい
う）の？層重１１ｕ＜を設け、この、・、ｑ電膜との界
面でＰ型半導体のホールの町ｍ１１合電流を・助長ぜし
めたことを稍徴としている。

加えて、裏面側の）Ｊ型半Ｍ９体層に文τ１してＣ」、
酸素欠乏型のアクセプタ型の酸化インシュ−ムまたは酸
化スズが１０．□Ｍ係以−ト檗加゛さノまた酸化インジ
ューム（以下においてはこれらを総称して単に工ＴＯと
いう）の透明】７’、ｊ電膜を設け、との工ＴＯＫより
Ｎ型半２１（休の′１１デｒの内結ａ電流を助長ぜしめ
たことを特徴としている。

従来アモルファス半導体を用いプこ光電’Ｉｔｌ　Ｊ’
／’Ｊ装置においては、第１図に示ずたて断面１ン１が
その１例である。

ガラス基板（１）上に透明導電膜（２）、さらＫＰ謝接
合を有するアモルファス半導体をプラズマＯＶＤ法で配
し、その後裏面電極（４）Ｋ対してはオーム接触が良好
なアルミニュームの真空蒸着法により作製した。

このため太陽光等の照射光（１ｏ）Ｋ対１−、て０」、
裏面のアルミニュームの半導体との界面で反射がおきる
ものとしてこの半導体の温度が夏期Ｃζおいて最大’ｉ
ｏ’ｏ　Ｋ　ｔで昇６ｎ１シ、そ（／Ｊ　’ｌ’！ｒ’
４．’ｌＨｉｉ、’　２．５℃に比べ２０〜２５係も低
下してし］Ｆつ／ヒ。

さらにこのアモルファス崖導体のみでハ、ソ“の変換効
率も５〜′欅までであり、太陽ｍｌ−ネルギ石 に対するビ効利用の観点よりも一望ｄ：　ｌ、、、いも
のとはいえない。

本発明はこれらの欠点を除去する／（−め、−ｒｉＪ視
光即ちＰＩＪまブ辷はＰＩＮ接合を小ｈ、くども」つイ
」する非単結晶生導体のエネルギバンド−１］よりも大
きい光エネルギをイ１する前身１光を用いてソｖ電変換
を行なうとともに、とのエネルギ・・ン１、巾（以下単
Ｋ　Ｅｇという）より小さい赤外光的に対しては、その
１１衣面より外ｔ！；Ｉｓ　Ｖζ放１ＫｋＬ、光−熱変
換作用を行なわしめるとともに、この光電変４に、！！
装置の温度上昇を除き、ひいては光電変換効率を高める
ための基本的な（内端を、ｌ、３供することにある。

以下に実施例に従って本発明を記す。

実施例１ 第２図（Ａ）は本発明の実施例のだて断面図であるＯ 図面において、ｌｈ光１／ｌツト板（１）は、１１Ｊ板
カラスを１月いた。さらにその」二面に第１のｊ六プｉ
’；　（〈、１電極を勇佛し、その上面に密接してＪ１
ゴー結ＩＶｌ’ｌ　”ｌ”　Ｎ；一体層をプラズマグロ
ー放電法によシ第」の１シ１．極に密接してＰ型半導１
・ｌＪ＋’ｉを有し／こＰＮ寸／ζはＰ工Ｎを有して設
けている０７１：たこの非単Ａ：ｌ’、晶半導体層の土
面のＮ型半ソ゛′；・体層（／ζ′＋：：計！、１．．
−Ｃ，〜）２う（１つ透明嗜電膜を設け／′ｒ：、光１
ｂ変換シー置（Ｉ）か設けられている。寸だ、ｔ〃光性
Ｊ＋４体（５）であるカバー　カラスは強化ガラス（Ｊ
Ｅ”Ｊさｉｊ、　３．２ｍｍ）を用い／ζ。この担体と
光電変換装置との間には、変換装置Ｆ、ｌの（ｉ４頼性
向上のため、即ち水等が吸着することを防ぐため、透明
のシリコーン樹脂をコーティングし、さらにシーフレッ
クスオたはブタンｌ−（ＢｕＴＡｃＴＴｇ）といわれる
プラスチック　、ポリビニ−ル、ブチル、レジン（噴Ｋ
　ＰＶＢＦｔという）をノ“１：ＪＩＩＮ−７で基板と
光電変換装置（′７）とをカバーガ〉ス（５）に密着せ
しめた。

この表面はカバーガラス上Ｋ　Ｉ）ＶＥＲをしきつめ、
これに光電変換装［４をうらがえしにし）帥ノード腺（
１２）　Ｋより素子をハイブリッド化し、外部引出し電
極Ｑ→、＆＋によりｊｃちｆ４後、この間を真空引をし
ン化。さらＫ　１２０〜１５０”ＯＫ加熱しながら約１
０気圧の加圧を行なった。

このＰＶＢＲはガ−・二ノとその族１ノ１率が同じであ
り、かつ密着性か會ＩＪツノラス用１１’（用いられる
こともありすぐれでいるため　、）１（：、−重度１急
Ｉ、、７．ｊ置の一体化Ｋ　Ｌｌ−きわめて好捷しいも
のであつ／こ。

１０気圧の加圧を行在り間、１１中結晶半導体３な・１ にその圧力のすべてが加４ｉｉうに、リード（功をカラ
ス基板（コ−）とカバーガラスとの間の力１．１圧のバ
ッファＹ用いた。このため圧力に強いアモルファスを含
む非？］′Ｌ結晶半ノ、１（・体ｒ（おいて、’ｌ’！
Ｍ　Ｋ劣化が観察されなかった。

第２図（Ａ）において、さらにこの例えｋＪ：　ｌｍＸ
２ｍの大きさの担体（５）と光電変換装置（１）、＋す
・板（１）とを一体化させるため、ブチルゴム（９）ニ
よシ側周辺にアルミニュームの金属のわくθυを設けた
。

かくして照射光（１０）は波長７００￥ｎ以下の即ち１
゜’７ｅＶ以上の非単結晶半導体のＥｇよシ大きい光エ
ネルギの光に対しては光電変換を行ない、さらに７００
￥ｍ以上特に１０００し以」二の波長の赤列、温シたも
のが、４ぎＣまででよくなった。そのため光電変換装置
の変換効率も例えば室温にてパネル全体の実効変換効率
４．３係のものは３．９％寸での低下ですんだ。さらに
他の赤外光に対しては、光−熱変換系として市販されて
いる装置をこの下部に設置するととげより、総合変換効
率を約３０％Ｋｔであ１めることかでさた。

特にこの光−′［ｌ−ｉ：　変換装置によって発生した
「ｂ、二手 気エネルギによって光熱変換に使う亙水旨の湯の循環を
イーｊなうことによ抄、さらシζ便利になった０ ま／こバツンブソーラーハウス、即し夏しく０１人陽光
を十分遮断し、冬には太陽光をへ〇的ｅ（用いることに
より、とのテ秀過ン’（＝　（２＋１）υ、しこび〕パ
ネルで４４ 輩を作る」混合、冬の室内１し；用用にきわめ−こ有効
であった。１だこの際この）’（＝重度換した電気エネ
ルギによジ夜間の保温に有効利用することができた。

実施例２ この実施例は第２図（１３）　Ｋぞのたて断面図が示さ
れている。

即ち、透光１」ユの担体０→に対し、照射光（１ｏ）側
に光電変換装置（′７）をハイブリッド化コして配置１
−４１シブζ。照射光（１０）は透光性基板（ここでは
りＡ）波長光もよく通させるため、白板ガラス、厚さ１
゜２ｍｍ、　２．ＯｃｒｎＸ４０ｃｍを用いたう（１）
をへて、第コ−の′−極、非単結晶半導体、第２の’ｊ
Ｕ：　’Ｉｔνよりなる光電変換装置（′７）　、ＰＶ
Ｂ：Ｒ（６）、透光性」１１体（１→ニそって裏ｉｒＨ
に赤外光を放散さぜた。

このパネルの４ｓ　ｔ′１．　ｕ、ｉδＥＸ　　ｉ、Ｊ
：天力屯例］と同様である。

第２図（Ｂ）　において、各基板（］−）の間より雨か
含侵しないように、この大きさに７ｊし５ｄ−シリコー
ンゴムを十分充完した。その工業的効果は実力１ｑ例コ
と同様である。

実ノ１ｉ］ｉ例；３ この実施例は実施例１」３・１、（Ｊ（２９（：　Ｉ・
・υする尤電変換装高゛をより具体的に示し７、パネル
全体の実効変換効率の向上をはかつ／、−ものである、
。

第３図、第４図はそのたこＨｌｌｉ　ｉ’＋’＋図Ｃ−
′ある。

第３図（Ａ）　Ｋあ・いて、ジ１゛咋ｊ　４’ｉ晶゛１
′・、ｉ”ｉ　１．ｌ＝　Ｊｊ・）に］、つのＰ眼隆合
を設けた」混合、補助電極を有する第］−および第２の
′？ｉｉ極を２（質層さぜ／ζものである。

第３図（Ａ）の」場合も同じであるが、第４図Ｋ　（ｊ
（−っでその詳細を示す。

ツノラス基板（１）十にアルミニュームを台形に、１．
０−２μのノ〔／さにステンレスマスクを′用い、くし
状、魚骨状に）゛氏択的に形成し／こ。さらＱζその上
面ＫＩＩｌｌｊ熱接合層、例えばニッケルを１００へ一
’、１−　！５００Ａの厚さに同じマスクにてアルミニ
ュームをおおうようにして形成さぜた。かくして第１の
電極の補助電極１２９）を設けた。この後この土面Ｋ　
ＩＴＯを２００〜３００’Ｃの−１（板Ｙ黒度て真空ズ
ｊ、’＞　Ａｉｒ　’Ｉリベ（ＩＴて形成さぜプζ。こ
れを約！３００　入のｊすさにＪｌそ成せしめ、さらＶ
（Ｓｎ○を約２００大の厚さに宰’（Ｆｌ’、へ−２０
０°Ｃの温度で真空蒸着法にて形成させた。さらにく１
叶起中寸たｄ酸素、蟹累・″）囲気中にて約４００’Ｏ
Ｃ←て熱アニールを行ない、ｊ」”Ｈ１の透＋Ｊ）４　
＞ｒ７；　′；旧模をＩＴＯ彌ＳｎＯルうとして積層Ｌ
５゛て形成さぜ／ζ０この場合、耐熱４４１ユ金属であ
るニッケルはアルミニュームか非単結晶半導体中Ｂ’を
含浸してし甘うことを防ぐのＫきわめて有効である。さ
らにニッケルとＳｎ、Ｏ，は３００〜５００°Ｃアニー
ルにて金属反応をおこすため、ぞの反応（≦）ｊ　、１
１：’、と第」、の電極のシート抵抗を実ｙ！ｊ的Ｋ　
Ｔける［ｌ的の／こめ、工ＴＯを介在させた。この土面
にマルチチアツノ（一方ｊ′（の不発門人の出願になる
！１ν願昭５６−５５６０８（半導体装置作製方法　５
３−１５２８８　′７の分割）ンコ従ってプラズマグロ
ー放電法を用いてＰ型の非単結晶半導体例えばＦＥｉｘ
Ｏ，−、、（０＜ｘ、＜　１ｘ＝Ｏ，”７”−○。８５
）ＢｔＨＩＳ　ＩＨｙ　Ｏ０１〜１チで示されるアモル
ファス′化珪素膜を約１００大の厚さに形成させた。こ
のＰ型半導体層は微結晶化した、またｄ′繊糸１）“ｑ
ｉ貴を有するｐ　、＞、？ｕシリコンであってもよい。

この第１の電極α（ＳＫＩ’−１し、Ｐ型半導体はアク
セプタ型であるため、ここでの光；＼−ｙ　ｌ）〜ｒ−
ｃあるホールの再結合を促すため、その］〕型半析体に
接するＫＶｉ酸素過剰型のドナー型であるＳ　１１０１
が好ましい。さらにこのドナー型のＳ　ｎ　Ｏｖに対し
さらにそのＴ側には酸素欠乏ス１．すのアクセプタ型で
ある工ＴＯを設け、それぞれの面においてｌＪ１結合電
流を大きくすることが本発明の特徴である。

加えてこのＩＴＯＫよ’９　ＳｎＯ没Ｎｉとの金属化を
防ぎ、ＮｉＫよりＡＩ　（Ｏｕ、　Ｆｅでもよい〕と工
ＴＯ。

ＳｎＯ，非単結晶半導体との反応を防１１−する互いの
補かん構造を有せしめている。

さらにこのＰ型半導体層上に真性の勇、電型の１型のア
モルファスまたは半非晶質（半結晶質）の半導体層（ハ
）を約０．５ｆｌの厚さに積層し、その後Ｎ型の半導体
層Ｑ■を積層し７て、エイ、ノＩ／キ・くンド的にＷ　
（ワイド）−Ｎ　（ナロー　）　、ｌ’ｉ’７．＜人の
」つ■１１接合を１つ有する非単結晶半す）−１本（１
）メを（１１“１ｌｌ）にさせた０ このＮ型半導体は２０〜２０ＯＡの大きさのｉ’Ａ　Ａ
、！ｊ　Ａ化した多結晶゛または２００人〜１０００λ
の大きさの糸戒糺１栖造を有する多結晶とし、そＪｔは
との）４先導イ・１り層での可視光１ブこは赤外光の吸
収を少１；−＜−Ｊ−る／Ｃめに有効であった。

この後このドナー型の半導体層の」−面にアクセフ’　
ｐ　Ｗ　（Ｑ　ＩＴ（Ｘ］９）、Ｑ　ＦＪ’７００人（
７Ｊ　Ｊ−’＊さ’　Ｊ”’：　’＜：’−、，４）？
ｆ　ｊＪりにて形成させた。さらにこの土面にニッケル
を約３００〜５ｏｏＡの厚さに形成し、さらにアルミニ
ュームを１〜２μの厚さに第］−の′１１暑りτと同−
ｍ−マスクと同じイげに第２の′電極（３０）の補助電
極Ｑカを゛形成させた。

第４図において、光電変換装置（′７）はノ、１５４反
（１）　ｊ二に設けられ、さらに実施例］−においての
」１１体（５）と１秀尾骨（ｈ１脂（６）Ｋより密着さ
（１″−こいる、−６以上’７Ｊ　Ｊ’７ｔ５　；青Ｖ
Ｃおいて、第５図ｉＪ：　Ａ、Ｍｌｌ（」−ｎｏｍｗ／
ｃｍｔ）　Ｋて得られた！１′！ｆ１牛である。

即し、第１図に示した−　方イｌゾｉ′ルミーコ−，−
ｌ。

とした」混合、さらに他方の電１．０４の１”Ｊ’　０
に［゛型化４４体を密着させた時曲線に口υと／ｒす、
変期効率（ＩＪ−、４＋　５％　　（Ｖ、、二〇、８Ｖ
、Ｘ、、−］、：ｌ−，，’３ｍ／＼、／ｃｌ”ｎ）　
　で、（・）つ／こ。−１しかし不発す」のＰ型生者一
体側イビＷ−１！；ｃ−とし７て５ｉｘＯ，、、とし、
さらにそれと接する１、゛シ明ノ１ｙ電膜イｆ。

５ｎＯＬとし、他方Ｎを半導体６．イｌ１ｌｌ？し：１
．をｆ」する多結晶生者１体とし、それに接するツカ明
’ｊ’７’　”’ｔｊ：躬γを工Ｔｏとすると、曲線（
””’）、川Ｊし変Ｊ奥効率］−２％暢・０゜９２■、
飄・１７゜３　ｍ１５’ｌＪ”　（↓Ｉられた。

さらにこのデータは室温であるが、ＡＭＩの光を３時間
照射し続け、基板習１度が４ＫＯになった時、曲線０２
）は１０．５係Ｖζ下ったのみであつ／辷が基板温度が
同一条件で′７０°Ｃである曲線（３１）Ｈ３％第４図
（／Ｕおいて、補助電極はそれぞれｆｆいに）了 重なりあい、赤外光か有効な反’Ｆ−面ｒ（放１１（さ
れるようにした。その結果、基板全体の有効効率は約’
７０９５係を得ることができ／ζ。、実施例４ この実力１１２例は第３１．イ１（Ｌ３）　Ｋぞのたて
ｔｒｉ而図面示す。

非単結晶半導体ｔｌｌ；）’：ｉ：、Ｊ：：面および下
面Ｃ（それぞれ工Ｔｏ、　５ｎＯｌを密接１．、−’Ｃ
−角し、さらにとの光電変換装置（〒）７（ケ）を互い
に１４１ｊ糸′１して直列ｊ妥＃２１ｉさＵ−たもので
ある。そのため、実施例３Ｖζおける浦助電）＋Ｍ　ｉ
］、必要ないが、その他は全く同様である。

図面では、４１段の的外接続のため、開放型ｊ工３゜５
ｖを州ることができ、従来より知られた第］−図の１α
列接続においてｄ［，３゜ＩＶ　Ｌか（Ｕられなかった
。

以上の説明において、光照射により光起市力を発生ずる
非単結晶半導体に］、つのＰ工Ｎ接合を有していた。し
かし２つのＰ王Ｎ接合−；ト／こｆ＋；ｉ：　１つのＰ
Ｎ接合を治するＰ工ＮＰ工Ｎ　Ｊｐ合丑／こＱ、ｊその
くシかえしの多重接合を用いても同様であり、光電変換
装置′Ｎとしての特性のきわめて小波な点がＰ型半導体
層上ＫＮ型半導体−またはそれぞれ逆の導電型のドナー
型、アクセプタ型の電極を設け、それぞれの界面での再
結合電流の発生を助長する、いわゆる電極時性がきわめ
てズｔｖ　＊ｙＳことを発見した。その結果、光電変換
装置としては表面および裏面がともに透明群’ｉ’Ｗ　
ｊ巨でを）す、かつ基板側ニ１ｌ−ｊ′Ｐ型半導体層と
それに接するＳｎＯ，−膜が設けられ、他方ＫｄＮ型半
層体層とそれに接する工ＴＯとが設けられることにより
、初めて２つの電極が都に透明である（ｒｃ加えて、光
電変換装置としての特性の向上を必然ならしめたことが
大きな特徴である。

さらにとの光電変換装置をパネルに応用した場合、従来
より知ら、１１／ζ光電変ＩＱ！のみでｄ−なく赤外９
゛（、を積（・９的（／（罫ノ（２、−４、／こ′、・
１月ノｌの品“Ｌ　Ｉ」：ｓｘ調・１．こ−に用いるこ
とができ、大きな工業的１１１ｉｌｆ１１′１イＣ有す
るＯｔ／こパネルにし７た場合、４μ体と基板との間に
光電変換装置をはさむ構造をイ１する／こめ、４３＜−
ｔｑ’６６打４ムｆ（イ（また製３告１曲、１名も伺ら
の／？ろの工１１呈をへずに作ることができ、低価格化
を成就することができる。

【図面の簡単な説明】

第１９図は従来より知られた光電変換装置のたて断ＩＩ
″Ｉｉ図である。 第２図は本発明のパネル化された光電変換装置を示す。 第３図ｔｒｉ　１つの基板上に設けられた本発明の光電
変換装置のたて］わ百ｒｉ’ｉ図を示す。 第４図ｉ−１：第３図（Ａ）の拡大たて断面＋５＜１を
示す。 第５図は第４図の構造で得られたｔ１″３°性を示す。 第３）喝 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　透光性基板上に設けられた透光イイ１１の第１の電
   極と、該電極上に少なくともｊつのＰ工Ｎ寸たはＰＮ接
   合を有するアＣ照Ω１により光起電力を発生する非ｔ）
   ′１結晶半朽・１体と、該半導体上の透光性の第２の電
   極と４：イＪする光電変換装置と、該第−うの電極上の
   Ｉ）ｉ、：　）’ｒ；　ｆ：Ｉ。 担体とが透光性基板上により密接して設けられたことを
   特徴とするプ“（、電変換装置。 ２、　４．＋Ｆ　Ｍ′「ｎｌ’ｉ求の範囲第１項［：Ｄ
   　イー転１！（ｉ射ゲ６は透光性Ｊ−［！体であるカバ
   　ガンλを刈’、ｒｒ、’、　１゜て、前記１１単結晶
   生導体ｔ／）：＋、：　ｒ、ルギバンド１１コよりも大
   きい光エネルギを・有づる１１（１射光によシ光電変換
   を行なうとともに、前記エネルギパンドｌコより小さい
   光エネルギを有する赤外光を含む照射う］ば↓透光１イ
   ト括仮より反射方向に放散せしめたことを特徴とするソ
   Ｃ電変換装置。 ３、　　％　＃’ｌ’　ｉｉゞ」求（Ｄ範１＆ｌ　第」
   −項ｔ（ｃ　ｉ：、−１／１−ｒ（、照射）１（、ｄ透
   光性基板を通過して非ｊＪｅ結晶−１４六″体のエネル
   ギバンド１１）よシも大きい尤エネルギを有する照射光
   によシ光電変換を・行なうとともに、前記エネルギパン
   １−１１」よりも小さい光エネルギ奮翁ｒる赤外線を含
   む照射光は透光性担体より反射方向に放ｊｔ’にせしめ
   たことを特徴とする）′ｃ１電変（％装置。