JPS6034076A - 非晶質シリコン太陽電池 - 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】 本発明は非晶質シリコン太陽電池に関する。

従来この種の太陽電池として、ガラス等の平坦な基板に
背面電極として反射率の高い銀を蒸着し、この銀膜上に
接着性を向上させるための酸・化インジウム錫（工Ｔｏ
）などの第２の透明導電膜を形成し、この上に半品質シ
リコン半導体のｐ・１・ｎ層を析出させ、再びこの上に
１Ｔｏの第１の透明導電膜を形成させたものが知られて
おりこのものは高価な銀をもちいているに拘らず短絡電
流工８Ｃは１５ｍＡ／ｃｎｌ程度に止まっている。

また、ガラス基板の表面に０．１〜ａ５μｍの球状ポリ
エチレンラテックスを単層に付着させこれをマスクとし
てイオンミリングにて該表面に凹凸を形成し、該凹凸面
に前述と同じように銀と第２の透明導電膜と非晶質シリ
コン半導体層と第１の透明導電膜を順次被着したものも
知られているが、反射光を散乱させるための前記凹凸の
形成工程が難かしいにも拘らず、短絡電流があまり改善
されない。

そこで、本出願人は先に透光性基板に、表面が平均粒径
０，２〜（１９８ｍの凹凸面である透明電極と非晶質シ
リコン半導体層とアルミニウム等の電極を順次被着形成
して背面電極がアルミニウム等の卑金属でも短絡電流が
銀を用いた場合に匹敵する値の太陽電池を提案した。

本発明は先に提案のものの改良に係り、光電変換効率の
増加に寄与する短絡電流を従来のものより増加させるこ
とをその目的としたもので透光性基板上に透明電極、非
晶質シリコン半導体層及び背面電極を順次被着させた非
晶質シリコン太＠電池において、前記透明電極は表面の
平均粒径が０．１〜０．９μｍの凹凸面である第１の透
明導電膜から成り、前記背面電極は少なくとも第２の透
明導電膜から成ることを特徴とする。

第１図は本発明による非晶質シリコン太陽電池の要部の
断面図を示す。

図において（１１は光入射側の透光性基板で、例えばガ
ラスから成る。（２）は該基板（１）に被着形成された
表面の平均粒径が０１〜０．９μｍの凹凸面である第１
の透明導電膜で、例えば酸化錫（５ｎ０２　）　、酸化
インジウム錫（工Ｔｏ）等からなる。

（３）はｐ・１・ｎ層からなる非晶質シリコン半導体層
、（４）は背面電極としての例えば酸化インジウム錫か
ら成る第２の透明導電膜、（５）は背面電極として必要
に応じて被着されるアルミニウム、クロム等の金属被膜
である。

本発明の構成によれば、透光性基板（１）を経て入射す
る光は第１の透明導電膜（２）の凹凸面で乱屈折される
ため非晶質シリコン半導体Ｎ（３）における光路長が長
くなり半導体層（３）にエネルギを充分に吸収させるこ
とができると共にその背面への光の入射角が大きくなり
、また屈折率の大（３） きな半導体層（２）から屈折率の小さな背面電極として
の第２の透明導電膜（４）へ光が入射するので反射臨界
角が大きく、かくて第２の透明導電膜（４）において高
い反射効果が得られ、従来の銀等を背面電極にした太陽
電池よりも大きな短絡電流が得られる。

また背面電極として前記第２の透明導電膜（４）の外側
にアルミニウム、クロム等の反射面を形成し易い金属（
５）を付加すれば、光の該背面電極における透過を封止
することができ更に短絡電流を大きくすることができる
。

以下本発明の実施例とそれに対応する比較例を説明する
。

実施例（１） Ｓｎｃ１４　・５Ｈ２０と５ｂｃｌ、を錦の重量に対し
アンチモンの重量が５％となるように秤量し、これ等を
１％のＨｃｌ水溶液に１０％の濃度になるようシー に浴解した。この液を４３０℃に加熱したガラス基板上
にスプレーして第１の透明導電膜である０８μｍの厚さ
の酸化錫（５ｎＯ２）膜を作成した。

この酸化錫膜の表面をレプリカ法により電子顕微鏡写真
をとり粒径分布がら平均値を割り出したところ平均粒径
０，４μｍの凹凸面であり、その時のシート抵抗は約１
５０であった。この酸化錫膜上に平行平板型グロー放電
法により非晶質シリコンをｐ層−１層−ｎ層の順に形成
した。

ｐ層は基板温度を２５０℃に保ち、５ｉｆ（４に対しＢ
２　Ｈ６を０．５体積％混合したガス流中で放％電力Ｑ
、１　ｗ／　ｃｒ＆で約１００λの厚さに析出させ、１
層はＳｉＨ４はガス流中で５ｏｏｏＸの厚さに、ｎ層は
ＳｉＨ４に対しＰＨ３を０８体積％混合したガス流中で
３ｏｏＸの厚さに析出させた。この非晶質シリコン層上
に５　Ｘ　ｉｎ−’　Ｔｏｒｒの酸素雰囲気中で電子ビ
ーム蒸着法により酸化インジウム錫（工Ｔｏ）を約８ｏ
ｏλの厚さに蒸着した。

かくして背面電極が酸化インジウム錫の第２透明導電膜
から成る２Ｘ２ｒＮＡの大きさの太＠電池を作成した。

更に酸化錫の成膜時間を増減して膜厚を０．２５．０５
．０．７．１．２及び１．９μｍとした以外上記と同様
にして、酸化錫の第１の酋明導電展の表面の平均粒径が
０１、Ｂ２．０．３．０．５及ヒ０．９μｍ（このとき
の６膜のシート抵抗は約６０　、３０２０．１３及び８
Ωｌ力で背面電極が酸化インジウム錫の第２の透明導電
膜のみから成る太＠電池を作成した。

こし等の太＠電池にＭＥ　−１のソーラーシュミレータ
の光を照射したときの各短絡電流工８ｃは第２図の曲線
Ａに示すように１６．９　ｍＡ／ｃ＋（〜２１　ｍＡΔ
ｄであった。

上記０．１〜０．９μｍの平均粒径のうちα４μｍの試
料の電圧−電流特性は第３図の曲線Ａに示すように短絡
電流工８ｃは２０．５ｍＡ／ｃＪ　、開放端電圧Ｖｏｃ
　ハ０．８４　Ｖ　、変換効率ηは１１．３％であった
。

実施例（２） 実施例（１）と同様にして作成した第１の透明導電膜の
表面の平均粒径がそれぞれｒＪ、１．０２．０．３．０
４、α５、（１９μｍの試料の第２の透明導電膜αＴｏ
）の上に更に電子ビーム蒸着法によりアルミニウム（Ａ
ｌ）を１μｍの厚さに蒸着して背面電極が工Ｔ。

とｈｌの２層である２×２補角の太陽電池を作成した。

これ等の太陽電池について実施例（１）と同様にして測
定した短絡電流工ｅａは第２図の曲線Ｂに示すように１
［１７〜２２ｍＡΔｄであった。第３図の曲線Ｂは第１
の透明導電膜の表面の平均粒径がα４μｍである試料の
電圧電流特性を示す。

この試料の短絡電流工ｎｃは２１Ｂ８μＡ／ｃｍ！、開
放端電圧■ｏｃはｃＬ８４　Ｖ、変換効率ηは１２％で
あった。

比較例（１） 実施例（１）と同様にして表面の平均粒径をそれぞれα
１．０．２．０．３、Ｉ１４．０．５．０．９μｍにし
た第１の透明導電膜（５ｎＯ２）と非晶質シリコン半導
体層を形成した抜工ＴＯの第２の透明導電膜を形成しな
いで、電子ビーム蒸着法によりアルミニウムを１μｍの
厚さに蒸着して背面電極とした２×２叫角の太＠電池を
形成した。これ等の太陽電池の短絡電流Ｉｓｃは、第２
図の曲線０に示すように１５．６〜１７．５ｍＡ、ｚｈ
＋であった。第６図の曲線０は第１の透明導電膜の表面
の平均粒径が０．４μｍである試料の電圧電流特性を示
し、短絡電流工ｓａは１７．１　ｍＡ／ｃＪ　、開放端
電圧■ｏｃは０．８４Ｖ、変換効率ηは９４５％であっ
た。

比較例（２１ 工ｎ２０．９５モル％、５〜０２モル％のブロックを供
給源として１０”Ｉ’ｏｒｒの酸素容器気中で２５０℃
に加熱したガラス基板上に電子ビーム蒸気法により１５
００Ａの厚さの工ＴＯ膜を形成し、更にこの上に実施例
（１）と同様な方法で５０ＯＡの５ｎ０２膜を形成して
第２の透明導電膜とした。この第１の透明導電膜は表面
の平均粒径が０．０４μｍでほぼ平坦で、シート抵抗は
１５Ｑ／Ｃであった。

この第１の透明導電膜の上に実施例（１）と同様にして
非晶質シリコンの９層、１層、ｎＪｉを析出させた。

このようにして第１の透明導電膜と非晶質シリコン半導
体層を形成した３つの試料のうち第１の試料には実施例
（１）の第２の透明導電膜の形成方法と同様にして工Ｔ
ｏ（８００Ａ）のみの背面電極を形成し２×２謁角の太
陽電池を作成した。

第２の試料には前記と同様の第２の透明導電膜を形成し
た上に更に電子ビーム蒸着法により銀を１μｍの厚さに
蒸着して背面電極が工ＴＯと銀である２×２闘角の太＠
電池を作成した。そして第３の試料には比較例（１）の
背面電極の形成方法と同様にして膜厚１μｍのアルミニ
ウムのみの背面電極を形成して２×２鴎角の太陽電池を
作成した。

背面電極がＩＴＯのみの太＠電池は第４図の曲線りに示
すように短絡電流工ｔ３ｃはＩ　Ａ８ｍ〜個１開放端亀
圧Ｍａｃは（Ｌ８４　Ｖ、変換効率ηは６．８％であり
、背面電極がＩＴＱと銀からなる太＠電池は第４図の曲
線Ｅに示すように工Ｏｃは１５．６　ｍＡ／ｃＪ　１Ｖ
ｏ　ｃハ０．８４　Ｖ　、　ηはａ８％、背面電極がア
ルミニウムのみの太＠電池は第４図の曲線下に示すよう
に工ｔ３ｃは１４．７　ｍｖｃ＋（、Ｖｏｃは０．８４
　Ｖ　、ηは８％であつた。

実施例（３） 工ｎｃ１４・４Ｈ２０と５ｎｅ１４・４Ｈ２０をインジ
ウムの重量に対し錫の重量が２％になるように秤量し１
％の塩酸水溶液に１０重量％となるように溶解して工Ｔ
Ｏ原料液を作成し、この原料液を４７０°Ｃに加熱した
ガラス基板上にスプレーしてそれぞれ膜厚α２．０４．
０．６、［１，８，１，０及び１．６μｍの工ＴＯの第
１の透明導電膜を形成した試料を作成した。

この第１の透明導電膜は表面の平均粒径がそれぞれ０．
１．０．２．０６、Ｑ、４．０．５及びα９μｍであり
、シート抵抗はそれぞれ１８．１１．７．５．４及び５
０／。

であった。これらの試料の第１の透明導電膜の上に実施
例（１）と同様にして非晶質シリコン層を析出させ、８
００Ａの工ＴＯの第２透明尋電膜のみからなる背面電極
を形成して太陽電池を作成した。これらの太＠電池の短
絡電流ＩＳＯは第５図の曲線Ｇに示すように１４．９〜
１　ａ９　ｍＡＡ／であった。

更に上記と同様にして形成した第１の透明導電膜及び非
晶質シリコン層の上に実施例（２）と同様にして工Ｔｏ
とアルミニウムの背面電極を形成して２×２關角の太陽
電池を作成した。これらの太陽電池の短絡電流工８ｃは
、第５図の曲線Ｈに示すように１６．６〜２０ｍＡ／ｃ
ｒａであった。

比較例（３） 実施例（３）の第１の透明導電膜及び非晶質シリコン層
と同様にして各々の表面粒径の第１の透明導電膜の上に
非晶質シリコン層を析出させ、この上に比較例ｆｌ）と
同様にしてアルミニウムの背面電極を形成して２×２謁
角の太陽電池を作成した。このようにして作成した太＠
電池のそれぞれの短絡電流工８ｃは第５図工に示すよう
に１５９〜１５．７ｍＡ／ｃ＋＋！であった。

実施例（１１と比較例（１）によれば、第６図から明ら
かなように、第１の透明導電膜の表面の平均粒径が０．
４μｍの太陽電池では、第２の透明導電膜のみの場合は
アルミニウムのみの場合より短絡電流が約２０％上昇し
、該第２の透明導電膜にアルミニウム膜を付加して背面
電極を構成したときは約２７％上昇した。

これに反し、比較例（２）によれば第４図から明らかな
ように第１の透明導電膜の表面の平均粒径が０，０４μ
ｍである太陽電池では、背面電極が第２の透明導電膜の
みのときは、背面電極がアルミニウムのみのときに比べ
て短絡電流が約６％減少し、第２の透明導電膜の上に更
にＡｇ膜を付加して背面電極を形成したときは約６％増
加した。

以上の結果は、第２の透明導電膜の反射効果が表面の平
均粒度が０．１μｍ以上の第１の透明導電膜を用いた場
合には大きく、表面の凹凸が少ない第１の透明導電膜を
用いた場合には小さいことによるものであり、この第２
の透明導電膜の反射効果が第１の透明導電膜の表面の凹
凸により異なるのは前述の理由によるものであると構成
される。

また、第２図及び第３図によれば、表面の平均粒径が０
．１μｍ以上の第１の透明導電膜を有し背面電極が第２
の透明導電膜のみである太陽電池は、背面電極にアルミ
ニウムのみを用いたものより反射効果が大きく、短絡電
流が７％がら３４％上昇し、更に第２の透明導電膜の背
面にアルミニウムを付加したときには、１９％がら４１
％上昇した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の非晶質シリコン太陽電池の要部の断面
図、第２図は本発明と比較例による太陽電池の第１の透
明導電膜の平均粒径に対する短絡電流特性図、第３図は
本発明による太陽電池の電圧−電流特性図、第４図は従
来の太陽電池の電圧−電流特性図、第５図は本発明と比
較例による他の太＠電池の第１の透明導電膜の平均粒径
に対する短絡電流特性図を示す。 （１）・・・透光性基板　（２）・・・第１の透明導電
膜（３）・・・非晶質シリコン半導体層　（４）・・・
第２の透明導電膜（５１・・・アルミニウム等の金属被
膜第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 透光性基板上に透明電極、非晶質シリコン半導体層及び
   背面電極を順次被着させた非晶質シリコン太陽電池にお
   いて、前記透明電極は表面の平均粒径が０．１〜０．９
   μｍの凹凸面である第１の透明導電膜がら成り、前記背
   面電極は少なくとも第２の透明導電膜から成ることを特
   徴とする非晶質シσコン太陽電池。