JPS6144477A - 高耐候性非晶質シリコン太陽電池 - Google Patents

高耐候性非晶質シリコン太陽電池

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JPS6144477A
JPS6144477A JP59167036A JP16703684A JPS6144477A JP S6144477 A JPS6144477 A JP S6144477A JP 59167036 A JP59167036 A JP 59167036A JP 16703684 A JP16703684 A JP 16703684A JP S6144477 A JPS6144477 A JP S6144477A
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JP
Japan
Prior art keywords
type
layer
electrode
solar cells
amorphous silicon
Prior art date
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Pending
Application number
JP59167036A
Other languages
English (en)
Inventor
Nobuhiko Fujita
藤田 順彦
Hiroshi Kawai
弘 川合
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.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS6144477A publication Critical patent/JPS6144477A/ja
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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
    • H10F10/00Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H10F10/10Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
    • H10F10/17Photovoltaic cells having only PIN junction potential barriers
    • 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
    • Y02E10/548Amorphous silicon PV cells

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (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】 11ユpμ月亘互 本発明は非晶質シリコン太陽電池に関する。更に詳しく
は、耐候性を改良した非晶質シリコン太陽電池に係る。
従来の技術 光起電力効果を利用した太陽電池装置は、太陽エネルギ
ーあるいはその他の光エネルギーを電気エネルギーに変
換するものであり、今後のエネルギ一対策の一環として
有力な技術の1つとして注目され、期待されている。こ
の太陽電池による、太陽エネルギー等の電気エネルギー
への変換は、まず、太陽電池に入射した太陽光等が太陽
電池の活性領域に吸収され、そこで電子と正孔とを形成
する。かくして発生した電子と正孔は太陽電池の接合な
どによる内部電界によって分離され、光電流もしくは光
電位として外部に取出すことができる。
内部電界は各種の手段により実現可能であり、例えばp
型、真性い型)、n型の水素添加非晶質シリコンの活性
領域を有する半導体層(いわゆるpin型太陽電池)、
ショットキー障壁などがよく知られている。
pin型太陽電池では、真性領域中で適当なバンドギャ
ップの太陽光が吸収されると電子−正孔対が発生し、n
型領域に向って電子が移動し、一方p型領域に向って正
孔が移動し、その結果光エネルギーの吸収により形成さ
れた電子−正孔対が分離されて光電流および光起電力が
発生することになる。
第2図(a)およびら)に従来の非晶質シリコン(以下
簡単化のためにa−3iという)型太陽電池の例を断面
図で示した。
第2図はpinln型層i太陽電池の2つの異る態様を
示すものであり、(a)ではガラス基板1と、その上の
透明電極2、および該電極2上のpin接合を構成する
半導体層3(p型層  S+) 、4(1型a −3i
 )および5(n型層 −3i )と金属電極6並びに
半導体層5上に設けられた金属電極7から構成されてい
る。
また第2図ら)の例は電極としても機能するステンレス
基板lOとその上に形成されたp型層 −3i層11.
1型a−3i層12およびn型層 −3i層13とで構
成されるpin接合と透明電極14とから構成されてい
る。
これら2つの型のpin型太陽電池において、一般に1
型層は約5.000人程度、p型およびn型層は約10
0Aまたは500人程度である。
この種のpin型太陽電池等は大きな出力を得るために
、一般的には多数の第2図に示したような素子を大きな
パネル上に設け、これらを直列もしくは並列に接続して
用いられる。
しかしながら、このような従来のpinln型層Si太
陽電池では、時間の経過に伴う出力の低下が著しく大き
いことが知られている。これは、特に屋外での長期に亘
る使用の際に出力低下が顕著であることから、a−3i
膜中の潜在的な欠陥が、高エネルギー光、特に紫外線そ
の他の短波長光の照射により顕在化されることによるも
のと思われる。
従って、この欠点を解消し、長期に亘る出力維持を図る
ことは太陽電池の信頼性を高め、応用範囲を拡大する上
で大きな意義がある。
発明が解決しようとする問題点 以上詳しく述べたように、太陽電池は今後の重要な新エ
ネルギー資源開発の一環として大きな期待がもたれてお
り、−Rでは既に実用化されている。
しかしながら、従来の太陽電池は、屋外で使用する場合
、あるいは高エネルギーの光、特に紫外線等の短波長光
が照射された場合に、出力が大きく劣化するという欠点
を有していた。
本発明はこのような欠点を改良した新規な高耐候性の太
陽電池を提供することを目的とするものである。
問題点を解決するための手段 本発明者等は、従来のa −3i太陽電池の上記のよう
な現状に鑑みて、高耐候性のa −3i太陽電池を開発
すべく種々検討、研究した結果、従来のa−3i太陽電
池では光入射側のp型層もしくはn型−層の膜厚が約1
00八程度と著しく薄いために、紫外線等の短仮長元が
真性層に達し、それによって禁制帯中に準位をもつ局在
状態が顕在化され、一旦形成された電子−正孔対が捕獲
されてしまうことに基き、出力が劣化するものであると
考え、またこの局在状態の顕在化が上記光入射側のp型
層またはn型層を厚くし、紫外線等の短波長光が活性領
域即ち真性層へ達するのを防止することが、上記目的達
成のために極めて有効であることを知り、本発明を完成
した。
即ち、本発明の高耐候性a −3i太陽電池は基板と、
該基板上に順次設けられた電極、pin接合を構成する
a −3i層および前記電極と対をなすもう一つの電極
を含み、該pin接合を構成するa−3i層における光
入射側のp型層またはn型層の膜厚が500Å〜2,0
00人の範囲内にあることを特徴とする。
前記光入射側のp型層またはn型層の厚さを500Å〜
2,000人の範囲内に制限したのは、該膜厚が500
人に満たない場合には高耐候性のa −3i太陽電池を
得ることができず、一方膜厚が2.000人を越えた場
合には該層での光吸収量が大きすぎる゛ので、出力が低
下してしまうからである。
本発明による高耐候性a−3i太陽電池の2つの態様を
第1図(a)およびb)に示した。これらは夫々第2図
(a)および(b)に示した従来のa −3i太陽電池
と構成においてまったく同じである(従って参照番号も
同じとした)が、第1図(a)ではp型層 −3i層の
厚さが従来の太陽電池における厚さく約100人)より
も一層厚く、500〜2.000人とされている。
また、同様に第1図(b)ではn型層−3i層の厚さが
従来のものよりも大きくしである。
本発明による高耐候性a −3i太陽電池は従来公知の
各種方法のいずれかに従って形成することができる。
基板としては、例えば軟鋼、Al、 Cu等の金属また
は合金、ガラス、セラミック、プラスチック、ステンレ
ス鋼、モリブデン等いずれを使用することもできるが、
耐候性、加工性等各種特性を考慮すれば、プラスチック
以外のものを使用することが望ましい。
基板材料が透明であり、かつ非導電性である場合には第
1図(a)に示したように、光は基板側から入射する。
この態様では、基板上に透明電極が蒸着法等により形成
され、次いで、光電流または充電圧取出し用の電極(八
1など)が同様な方法で形成される。次いで、まずp型
層を形成するが、これはシラン(SiH,)または、ジ
シラン(SizHs)にジボラン(B、H,)等を例え
ば1%混入させ、DC,RF等によるグロー放電中で3
00℃以下の比較的低温で形成することができる。
a−3i層の形成はグロー放電で行うことが最も適して
いるとされているが、真空蒸着、スパッタ、イオンブレ
ーティング等の各種方法を適宜改良して利用することも
できる(特開昭57−211279号公報参照)。
更にp型層−3i層の形成後、l型層−3i、n型層−
3i層をこの順序で形成するが、これは前記p型層−5
i ただし、n型層−5i層の形成の際には82F6の代り
にボスフィン(PH3)、アルシン(AsH−)、Sb
 (CH3) 3 、Bi (C)+3> 3 、Na
H等を使用す。
る(0.1〜1.0容量%)。
p型、i型およびn型層−3i層の厚さは、例えば夫々
500〜2, 000人、約5, 000人および約5
00八である。
かくして、a−3i層を形成した後、もう一方の電極(
へ1等)をn型層の面上に形成して、太陽電池素子が得
られる。これも蒸着法等の各種公知法に従って実施でき
る。
一方、第1図(5)に示す型のa −8i太陽電池は基
板としてステンレス鋼を使用した例であり、ここでは基
板自体が光電流、光電圧の取出し用電極として機能する
。その他のp型(約500人)、1型(約5, 000
人)およびn型( 500〜2,000人)a−3i層
並びに透明電極の形成は第1図(a)のものと同様に行
うことができる。
第1図には基板上にp型、i型、n型なる順序でa−3
i層を積層した例を示したが、これはまったく逆の順序
、即ち基板側からn型、i型、p型の順序で形成するこ
とも可能である。更に、第2図(a)、ら)における透
明電極層2および14はIT○(Indium Tin
 0xide)で構成し、これに反射防止コーティング
の機能と電極の機能とを兼備させた構成とすることもで
きる。
罫月 本発明の高耐候性a−3i太陽電池は、既に繰返し述べ
たように、光入射側のp型層またはn型層の膜厚を50
0〜2.000人と大巾に厚くしたことにある。
これら膜の厚さを厚くしたことにより、該膜により高エ
ネルギー光、特に紫外線等の短波長光が吸収され、その
真性層への到達が完全に防止されるので、従来の太陽電
池にふいてみられたような局在状態の顕在化が抑制され
、長期間の使用によっても出力の低下はみられなくなる
一般にa −Si型太陽電池では可視光領域の光に対す
る吸収係数が著しく優れているので、紫外線等の短波長
光がp型層またはn型層により吸収されたとしても、何
部太陽電池の出力(もしくは変換効率)には影響がない
更に、本発明の太陽電池においては、特にp型層におい
てはホウ素がドープされているので、耐候性がよい。ま
た、l型層−3i層においても、p型層−3i層の形成
の際使用されるホウ素が一部取込まれ、その作用も当然
耐候性の向上に寄与する。
また、光入射側に反射防止膜を設けることによって光の
吸収効率を更に高めることが可能となる。
反射防止膜形成材料としては、例えば5iO1S102
、ZrO2、ZnS、 513N4、Taxes、Al
zOi、5b203、TiO2その他多層構造、例えば
Ta205/5iO−等を使用することができる。
反射防止膜の形成方法は各材料の特性に応じて最適の手
段を選ぶことができ、例えば各種真空蒸着法、スパッタ
法等により実施できる。
この反射防止膜の厚さdとしては、光の波長をλ、材料
の屈折率をn、とじた場合にd=λ/4n。
を満足するように選ぶことが有利であることが知られて
いる。従って屈折率の異る材料の膜を2層以上形成する
ことにより、より一層広範囲の光に対して反射率を低下
させることも可能である。
本発明の特にpinln型層3i太陽電池においては可
視光に対する反射防止膜としてMg F 2などの単層
膜を使用すれば、相乗効果として更に耐候性のよい太陽
電池を得ることができる。更に、Ag−MgF2(λ/
 2 ) −八gなどの干渉フィルターによって可視〜
近赤外光のみを選択的に入射させるように工夫すること
も可能であり、同様に優れた効果を期待することができ
る。
本発明に従って光入射側の半導体層の厚さを大きくし、
紫外線その他の短波長光の入射を防止し、その結果太陽
電池を高耐候性にするという技術思想は、上で述べたa
−3ipin型太陽電池の他、pin型素子を複数積層
したもの、多結晶Si型太陽電池等においても応用する
ことができ、同様な優れた効果を期待することができる
ス鵠男 以下、実施例により本発明を更に具体的に説明。
する。ただし、本発明は以下の実施例により何等制限さ
れない。
例 既に述べた方法に従って、第1図(a)に記載のような
構成のa−3i型太陽電池を作製した。ただし、p型層
にはドーパントとしてB = Hsを使用し、金属電極
として1tAIを用いた。またp型層の厚さは700人
とした。
同様に、p型層−3i層を100人とした以外は上記と
まったく同様の操作に従って、従来のa −3i太陽電
池をも作製した。
これら2つの太陽電池につき変換効率の経時変化を測定
した。結果を以下の第1表に示す。また第3図にグラフ
で更に詳しい変化を示した。
第1表 これらの結果から明らかな如く、本発明のa −3i型
太陽電池では初期効率において従来のものよりもわずか
に劣っているものの、−年後においても効率は殆ど劣化
せず、耐候性が著しく改善されていることがわかる。
発明の効果 以上詳しく記載したように、本発明の太陽電池では、光
入射側のp型またはn型a −3i層の厚さを500〜
2.000人と、従来例と比較してかなり厚くしたこと
により、耐候性を大巾に改善することが可能となった。
即ち、1年間の試験期間を通して、変換効率は殆ど変化
せず、長期に亘る安定性を有することがわかった。
更に、光入射面に反射防止膜、干渉フィルタ等を設ける
ことにより、耐候性の改善効果を一層向上させることも
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)、(b)は本発明のa−3i型太陽電池の
2゛つの異る態様を概略的な断面図で示したものであり
、 第2図(a)、(b)は従来の同様なa −3i型太陽
電池の2つの態様を概略的に断面図で示したものであり
、 第3図は本発明のおよび従来のa −3i型太陽電池の
変換効率の経時変化を示すクラブである。 (主な参照番号) 1 ガラス基板、 2.14  透明電極、3.11 
p型a −3i層、 4.121型a −5t層、5.
13− n型a −3i層、 6.7 金属電極、10
  ステンレス基板 特許出願人  住友電気工業株式会社 代 理 人  弁理士  新居 正彦 (a) 凡 (b) 第2図 九 (b)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板と、該基板上に順次設けられた電極層、pi
    n接合を構成する非晶質シリコン層および前記電極と対
    をなす電極層を含み、該pin接合において光入射側の
    p型層またはn型層の膜厚が500Å〜2,000Åの
    範囲内にあることを特徴とする高耐候性非晶質シリコン
    太陽電池。
  2. (2)前記基板が導電性であり、電極としての機能を併
    せもつことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の太
    陽電池。
  3. (3)前記光入射側に反射防止膜または干渉フィルタを
    設けたことを特徴とする特許請求の範囲第1項または第
    2項記載の太陽電池。
  4. (4)前記pin接合を構成する非晶質シリコン層が、
    前記基板側からp型、i型、n型の各非晶質シリコン層
    をこの順序で設けることにより形成されることを特徴と
    する特許請求の範囲第1〜3項のいずれか1項に記載の
    太陽電池。
  5. (5)前記pin接合を構成する非晶質シリコン層が、
    前記基板側からn型、i型、p型の各非晶質シリコン層
    をこの順序で設けることにより形成されることを特徴と
    する特許請求の範囲第1〜3項のいずれか1項に記載の
    太陽電池。
JP59167036A 1984-08-09 1984-08-09 高耐候性非晶質シリコン太陽電池 Pending JPS6144477A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004095669A (ja) * 2002-08-29 2004-03-25 Toyota Motor Corp 光電変換素子
JP2011077306A (ja) * 2009-09-30 2011-04-14 Ulvac Japan Ltd 太陽電池及びその製造法

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