DE3851402T2

DE3851402T2 - Integrierte sonnenzelle und herstellungsverfahren.

Info

Publication number: DE3851402T2
Application number: DE3851402T
Authority: DE
Inventors: Toshihito Endo; Kenji Kobayashi; Yoshihisa Tawada; Kazunori Tsuge
Original assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1987-03-31
Filing date: 1988-03-30
Publication date: 1995-01-19
Anticipated expiration: 2008-03-31
Also published as: EP0311690A1; JPS63245964A; US4956023A; EP0311690A4; WO1988007768A1; EP0311690B1; DE3851402D1

Description

Technisches Anwendungsgebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine integrierte Solarzellen-Vorrichtung, in der viele kleine Solarzellen, die auf einem transparenten Substrat erzeugt worden sind, in Serienschaltung (in Reihe) oder serienparallel dazu miteinander verbunden sind, und auf ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Stand der Technik

Bisher wird eine integrierte Solarzellen-Vorrichtung, in der viele kleine Solarzellen, die auf einem transparenten Substrat erzeugt worden sind, in Serienschaltung (hintereinandergeschaltet) oder serienparallel dazu miteinander verbunden sind, hergestellt durch Auflaminieren einer transparenten Elektrode aus Indiumzinnoxid (nachstehend als ITO bezeichnet), Zinnoxid (nachstehend als SnO&sub2; bezeichnet) oder dgl. auf die Oberfläche, der Seite, auf die das Licht auftrifft, durch Auflaminieren einer Metallelektrode aus Aluminium, Kupfer oder dgl. auf die gegenüberliegende Oberfläche der Solarzelle und durch Herstellung einer Reihenverbindung durch Verbinden der transparenten Elektrode einer Solarzelle mit der Metallelektrode einer anderen Solarzelle.
In der obengenannten Solarzellen-Vorrichtung besteht die transparente Elektrode aus ITO, SnO&sub2; oder dgl. aus einem Oxid, so daß die Komponententeile der transparenten Elektrode die Metallelektrode über einen Teil, mit dem die transparente Elektrode in Kontakt steht, oxidieren, wobei die Zelle für eine lange Zeitspanne so bleibt wie sie ist. Als Folge davon nimmt der Kontaktwiderstand des Teils zu.
Es besteht somit das Problem, daß das Output (die Leistungsabgabe) der Solarzellen-Vorrichtung abnimmt, da der Widerstand der in Reihe miteinander verbundenen Teile derselben zunimmt.
Es besteht ferner das Problem, daß die Output-Charakteristik schlechter wird als Folge der Oxidation der Metallschicht, mit der die transparente Elektrode verbunden wird zur Herstellung einer elektrischen Verbindung, wenn die nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren herstellte Solarzellen-Vorrichtung bei hoher Temperatur verwendet wird. Insbesondere dann, wenn ein Metall verwendet wird, das dazu neigt, oxidiert zu werden, wird die Output-Charakteristik der Solarzellen-Vorrichtung deutlich schlechter.
In US-A-4 623 751 ist eine amorphe Silicium-Solarzellen- Anordnung beschrieben, die auf einem transparenten Substrat gebildet worden ist, wobei die untere transparente Elektrode aus SnO&sub2; oder In&sub2;O&sub3;-SnO&sub2; einer Zelle mittels einer Aluminium-Kupplungselektrode mit der oberen Metallelektrode der benachbarten Zelle verbunden ist. Ein elektrisch leitender Antioxidationsfilm, beispielsweise aus Nickel oder Platin, wird auf dem Reihenverbindungsteil der oberen Elektrode und der unteren transparenten Elektrode erzeugt, um eine Oxidation der Al-Kupplungselektrode zu vermeiden.

Beschreibung der Erfindung

Unter Berücksichtigung der obengenannten Nachteile wird erfindungsgemäß eine integrierte Solarzellen-Vorrichtung geschaffen, die umfaßt eine Vielzahl von amorphen Silicium-Solarzellen, die eine transparente Metalloxid-Elektrode auf der Seite, auf die das Licht auftrifft, und eine Metallelektrode auf der Seite, die entgegengesetzt zu der Seite ist, auf die das Licht auftrifft, auf einem transparenten Substrat aufweisen, wobei die Vielzahl der Solarzellen in Serie oder serienparallel miteinander verbunden sind unter Verwendung der transparenten Elektrode und der Metallelektrode derselben, wobei mindestens ein elektrisch leitender Antioxidationsfilm auf dem Serienverbindungsteil der transparenten Elektrode und der Metallelektrode gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Antioxidationsfilm ein Teil der transparenten Metalloxidelektrode ist, wobei der Anteil der Metallkomponente mindestens dort erhöht wird, wo die transparente Elektrode mit der Metallelektrode verbunden ist zur Herstellung einer elektrischen Serienverbindung (Reihenverbindung), daß die Dicke des Teils, in dem die Metallkomponente erhöht wird, mehr als 1 nm beträgt und daß die Metallkomponente der transparenten Elektrode in der Nachbarschaft der Metallelektrode mindestens das 1,2-fache derjenigen der anderen Bereiche der transparenten Elektrode beträgt.
In der erfindungsgemäßen integrierten Solarzellen-Vorrichtung mit dem obengenannten Aufbau soll die Abnahme des Output (der Leistungsabgabe) der Solarzellen-Vorrichtung verhindert werden durch Vorsehen von Antioxidationsfilmen zwischen den Metallelektroden und den transparenten Elektroden.
Die Antioxidationsfilme werden nämlich dadurch erzeugt, daß der Anteil der Metallkomponente der transparenten Elektrode mindestens in der Nachbarschaft zu den Metallelektroden erhöht wird im Vergleich mit den anderen Bereichen. Dies wird erreicht durch Erhöhung des Anteils der Metallkomponente der Suboberflächenschicht (oberflächennahen Schicht) der transparenten Elektroden unter Reduktion des Metalloxids oder durch Erhöhung des Anteils der Metallkomponente der Suboberflächenschicht der transparenten Elektroden, die dem transparenten Substrat gegenüberliegt, so daß der Anteil der Metallkomponente in diesem Bereich größer wird als derjenige in anderen Bereichen.
Erfindungsgemäß ist der Bereich, in dem der Anteil der Metallkomponente der transparenten Elektrode variiert wird, in dem Konzept des Antioxidationsfilms enthalten.
In diesem Fall wird der Anteil der Metallkomponente in der Suboberflächenschicht (oberflächennahen Schicht) erhöht um mindestens das 1,2-fache desjenigen der anderen Bereiche. Außerdem ist es erforderlich, daß die Dicke der Suboberflächenschicht (oberflächennahen Schicht), in der der Anteil der Metallkomponente durch Reduktion erhöht wird, mehr als 10 Å, vorzugsweise 20 bis 30 Å (10 Å = 1 nm) beträgt. Andererseits ist es dann, wenn der Anteil der Metallkomponente 90 Atomprozent oder mehr beträgt, bevorzugt, daß die Dicke dieser Schicht ≤ 150 Å beträgt.
Normale transparente Substrate, wie sie bei der Herstellung von Halbleitern verwendet werden, z. B. aus Glas und aus einem wärmebeständigen Hochpolymer-Film, seien genannt als Beispiele für das erfindungsgemäß verwendbare Substrat.
Auf das obengenannte Substrat wird die transparente Elektrode, die elektrisch isoliert ist, auflaminiert. Als konkrete Beispiele für die transparente Elektrode seien genannt ITO, SnO&sub2; und ZnO.
Auf die transparente Elektrode, die auf dem transparenten Substrat mit elektrischer Isolierung durch Musterung erzeugt wird, wird eine amorphe Silicium-Halbleiterschicht auflaminiert.
Erfindungsgemäß stellt ein amorpher Silicium-Halbleiter einen Halbleiter dar, der nur einen amorphen Silicium- Halbleiter umfaßt, und einen Halbleiter, der einen amorphen silicium-Halbleiter umfaßt, der ein Kristallit-Substrat enthält. Als konkrete Beispiele für einen amorphen Silicium-Halbleiter seien genannt a-Si:H, a-SiC:H, a-SiN:H, a-SiGe, A-SiSn, uC-Si:H (mikrokristallin) und dgl.
Der Antioxidationsfilm der erfindungsgemäßen Solarzellen- Vorrichtung wird erzeugt durch Erhöhung des Metallkomponentenanteils der Suboberflächenschicht (oberflächenahen Schicht) der transparenten Elektrode, die mit der Metallelektrode in Kontakt gebracht werden soll durch Entfernung der darüberliegenden amorphen Silicium-Halbleiterschicht. Die Erhöhung des Metallkomponenten-Anteils kann erzielt werden durch Aufbringen eines reduzierenden Gases oder einer reduzierenden Flüssigkeit auf die freiliegende Schicht der transparenten Elektrode. Alternativ kann sie erzielt werden durch Ablagerung von Metalloxid, dessen Metallkomponentenanteil vorher erhöht worden ist. Außerdem ist es im Falle der besonders starken Erhöhung des Metallkomponentenanteils erforderlich, die Dicke des Antioxidationsfilms einzustellen, um die Transparenz der transparenten Elektrode nicht extrem zu beeinträchtigen (zu schädigen). Der Metallkomponenten-Anteil kann leicht bestimmt werden mittels eines konventionellen Analysenverfahrens, z. B. durch AES.
Als Verfahren zur Entfernung eines Teils der amorphen Silicium-Halbleiterschicht können ein Verfahren der Bestrahlung mit einem energiereichen Strahl, ein Ätzverfahren und ein Abhebeverfahren angewendet werden.
Al, Cu, Cr und dgl. sind Beispiele für die Gegen-Metallelektrode. Durch Unterteilen der Gegen-Metallelektrode in Stücke kann eine Solarzellen-Vorrichtung, in der eine Vielzahl von Solarzellen in Reihe miteinander verbunden sind, erhalten werden.
Als Verfahren zum Unterteilen der Gegen-Metallelektrode können ein Ätzverfahren, ein Verfahren durch Bestrahlung mit einem energiereichen Strahl) und ein Abhebe-Verfahren angewendet werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines ersten Beispiels einer integrierten Solarzellen-Vorrichtung;
Fig. 2 zeigt eine erläuternde Querschnittsansicht einer amorphen Silicium-Solarzellen-Vorrichtung einer integrierten Solarzellen-Vorrichtung;
Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht eines zweiten Beispiels einer integrierten Solarzellen-Vorrichtung;
Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht eines dritten Beispiels der erfindungsgemäßen integrierten Solarzellen-Vorrichtung; und
Fig. 5 bis 11 zeigen eine Erläuterung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.

Beste Ausführungsform zur Durchführung der Erfindung

Unter Bezugnahme auf die beiliegenden Fig. 4 bis 11 werden nachstehend Ausführungsformen der Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.
Die Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer integrierten Solarzellen-Vorrichtung, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
In der Zeichnung bezeichnet die Ziffer 1 ein Glassubstrat, das auf der Seite der Solarzellen-Vorrichtung angeordnet ist, auf die das Licht auftrifft.
Die Ziffer 2 bezeichnet eine transparente Elektrode, die umfaßt einen transparenten, elektrisch leitenden Film aus beispielsweise ITO, SnO&sub2; oder ZnO, der gemustert wird durch Anwendung eines Ätzverfahrens oder eines Laserstrahlverfahrens, so daß die Elektrode auf eine kleine Solarzelle aufgebracht werden kann.
Die Ziffer 3 bezeichnet eine Solarzelle, die eine amorphe Halbleiterschicht aufweist, die durch Anwendung eines Glimmentladungs-Zersetzungsverfahrens auflaminiert wird, und die Solarzelle 3 wird durch Anwendung eines Laserstrahlverfahrens und dgl. wie die transparente Elektrode 2 gemustert.
Eine Metallelektrode 4 aus einem Metall wie Aluminium wird unter Anwendung eines Elektronenstrahl-Abscheidungsverfahrens auf der amorphen Halbleiter-Schicht als Gegenelektrode gebildet und dann wird die Elektrode 4 durch Anwendung eines chemischen Ätzverfahrens und dgl. gemustert.
Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellte integrierte Solarzellen-Vorrichtung ist eine solche vom Serienschaltungs-Typ (Reihenverbindungs-Typ), in der Solarzellen, die nebeneinander angeordnet sind, miteinander verbunden sind, wobei jedoch eine Kombination von Reihenverbindung und Parallelverbindung angewendet werden kann durch geeignete Auswahl des Musters.
In dieser Solarzellen-Vorrichtung wird ein Metallfilm oder ein Metallsilicidfilm mit einer Metallmaske auf der transparenten Schicht 2, die durch einen Laserstrahl und dgl. freigelegt worden ist, unter Anwendung einer Elektronen- Strahl-Abscheidung als Antioxidationsfilm erzeugt, bevor die Metallelektrode 4 gebildet wird.
Für die Bildung des Antioxidationsfilms werden Metalle, ausgewählt aus der Gruppe No, Ni, Cr, W, Pd, Pt, Mn, Fe und dgl., verwendet und die Dicke des Films liegt in dem Bereich von 1 bis 20 nm (10 bis 200 Å).
Es kann jede Art von Solarzellen-Vorrichtung auf die vorliegende Erfindung angewendet werden. Wie in Fig. 2 dargestellt, wird eine Solarzellen-Vorrichtung vom pin-Typ verwendet, in der amorphes Siliciumcarbid vom p-Typ 3a, amorphes Silicium vom i-Typ 3b und amorphes Silicium vom n-Typ 3b in der genannten Reihenfolge, von der Seite ab gerechnet, auf die das Licht auftrifft, aufeinanderlaminiert.
Die integrierte Solarzellen-Vorrichtung hat den obengenannten Aufbau, d. h. sie weist auf einen Antioxidationsfilm 5 aus Metall oder einem Metallsilicid, der zwischen einer transparenten Elektrode 2 und einer Metallelektrode 4 einer Solarzellen-Vorrichtung 3 mit einer Serien-Verbindung (Verbindung in Reihe) gebildet wird, so daß die Metallelektrode 4 aus Aluminium und dgl. daran gehindert wird, oxidiert zu werden durch die transparente Elektrode 2 aus einer elektrisch leitenden transparenten Schicht, die ITO, SnO&sub2; oder ZnO umfaßt, über den verbindenden Teil 4a. Als Ergebnis davon kann eine Solarzellen-Vorrichtung hergestellt werden, die ihr anfängliches Output (Leistungsabgabe) für einen langen Zeitraum aufrechterhält, ohne daß ihre Eigenschaften schlechter werden.
Da amorphe Silicium-Solarzellen verwendet werden, können auch die Kosten für die Solarzellen-Vorrichtung verringert werden. Insbesondere wird amorphes Siliciumcarbid für die Schicht vom p-Typ verwendet, die auf die Seite, auf die das Licht auftrifft, auflaminiert wird, so daß der Energieaustauschwirkungsgrad verbessert werden kann.
Die Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht einer integrierten Solarzellen-Vorrichtung, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
Eine transparente Elektrode 2 und eine Solarzelle 3 sind in der genannten Reihenfolge auf das Glassubstrat 1 auflaminiert und dann wird ein Teil der transparenten Elektrode 2 durch Anwendung eines Laserstrahlverfahrens und dgl. freigelegt.
Danach wird der Antioxidationsfilm 5 auf der gesamten Oberfläche, die der Fläche gegenüberliegt, auf die das Licht auftrifft, erzeugt durch Abscheidung eines Films aus einem Metall, wie Mo, Ni, Cr, W, Pd, Pt, Mn, Fe und dgl., oder eines Films aus einem Silicid eines Metalls wie Mo, Ni, Cr, W, Pd, Pt, Mn, Fe und dgl.
Außerdem wird eine Metallelektrode 4 aus einem Metall wie Aluminium hergestellt und dann werden die Elektrode 4 und der Antioxidationsfilm 5 durch Anwendung eines chemischen Ätzverfahrens und dgl. gemustert.
Der Antioxidationsfilm 5 verhindert, daß die transparente Elektrode 2 die Metallelektrode 4 an dem Verbindungsteil 4a zwischen der transparenten Elektrode 2 und der Metallelektrode 4 oxidiert, der Film wirkt jedoch als Metalldiffusions-Blockierungsfilm 6 an der Verbindungsstelle 4b zwischen der Solarzelle 3 und der Metallelektrode 4.
Da die erfindungsgemäße Solarzelle umfaßt einen Typ einer amorphen Solarzelle, diffundiert die Metallkomponente der Metallelektrode 4 in die amorphe Siliciumschicht vom n-Typ 3c bei der Einwirkung von Wärme und setzt den Wirkungsgrad der Solarzellen-Vorrichtung herab. Durch Auflaminieren des Metalldiffusions-Blockierungsfilms 6 kann jedoch verhindert werden, daß die Metallkomponente der Metallelektrode 4 in die Halbleiter-Schicht diffundiert, selbst wenn die Temperatur der Solarzellen-Vorrichtung erhöht wird.
Insbesondere dann, wenn eine Schicht, in der Mo, Ni, Cr und dgl. als Metallkomponente ausgewählt werden, auflaminiert wird, kann die Metalldiffusion wirksam verhindert werden.
Die integrierte Solarzellen-Vorrichtung hat den vorstehend beschriebenen Aufbau, d. h. die transparente Elektrode 2 und die Metallelektrode 4 sind in Reihe (in Serie) über den Antioxidationsfilm 5 so miteinander verbunden, daß verhindert wird, daß die transparente Elektrode 5 die Metallkomponente der Metallelektrode 4 oxidiert, und daß verhindert wird, daß das Output (die Leistungsabgabe) der Solarzellen-Vorrichtung abnimmt. Außerdem werden keinerlei Masken verwendet, wenn der Antioxidationsfilm gebildet wird, so daß das Herstellungsverfahren vereinfacht wird.
Die Metallkomponenten der Metallelektrode 4 werden ferner daran gehindert, unter der Einwirkung von Wärme in die Halbleiter-Schicht zu diffundieren durch Verwendung des Metalldiffusions-Blockierungsfilms 6, so daß ein Abbau durch Wärme verhindert wird und eine Solarzellen-Vorrichtung mit einer langen Lebensdauer hergestellt werden kann.
Die Fig. 4 zeigt in Form einer Querschnittsansicht eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen integrierten Solarzellen-Vorrichtung.
Bei dieser Ausführungsform werden eine transparente Elektrode 2 und eine Solarzellen-Schicht auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform auf ein Glassubstrat 1 auflaminiert und dann wird ein Teil der transparenten Elektrode 2 durch ein Laseranritzen und dgl. freigelegt.
Danach wird ein reduzierter Film 7 gebildet durch Reduzieren der freiliegenden Teile der transparenten Elektrode 2 mit Wasserstoff, der von einer Glimmentladungsvorrichtung erzeugt wird, und wie in der ersten Ausführungsform werden ein Antioxidationsfilm 5 und eine Metallelektrode 4 auflaminiert.
Bei dieser Ausführungsform wird ein Metallfilm aus Mo, Ni, Cr, W, Pd, Pt, Mn, Fe und dgl. oder eine Metallsilicid- Schicht, die Mo, Ni, Cr, W, Pd, Pt, Mn, Fe und dgl. enthält, wie in den obengenannten Beispielen verwendet als Antioxidationsfilm 5, der sandwichartig umgeben ist von der reduzierten Schicht 7 und der Metallelektrode 4.
Alternativ kann bei einem vereinfachten Verfahren die reduzierte Schicht 7 direkt mit der Metallelektrode 4 in Kontakt gebracht werden, ohne Bildung eines Metallfilms oder einer Metallsilicid-Schicht zwischen der reduzierten Schicht 7 und der Metallelektrode 4.
Die Ausführungsform der erfindungsgemäßen integrierten Solarzellen-Vorrichtung hat einen Aufbau wie oben angegeben, d. h. die transparente Elektrode 2 wird in dem Kontaktteil 4a der transparenten Elektrode 2 und der Metallelektrode 4 reduziert, um den Metallkomponentenanteil zu erhöhen und die reduzierte Schicht 7 und die oxidationsbeständige Schicht 5 zu bilden, die als Antioxidationsfilm wirkt, d. h. den Effekt der Oxidationsbeständigkeit erhöht, so daß eine Abnahme des Output (der Leistungsabgabe) der Solarzellen-Vorrichtung verhindert werden kann.
Nachstehend werden die Eigenschaften der erfindungsgemäßen integrierten Solarzellen-Vorrichtung anhand der Beispiele 3, 4, 5 und 6 beschrieben. Die Beispiele 1, 2 und die Vergleichsbeispiele 1 und 2 sind nicht Teil der vorliegenden Erfindung.

Beispiel 1

Auf eine blaue Glasplatte mit einer Dicke von 1,1 mm wurde eine transparente Elektrode aus SnO&sub2; mit einer Dicke von 900 nm (9000 Å) auflaminiert und die transparente Elektrode wurde mit einer Laserstrahl gemustert.
Dann wurde eine Silicium-Halbleiterschicht, umfassend eine amorphe Carbidschicht vom p-Typ mit einer Dicke von 15 nm (150 Å), eine amorphe Siliciumschicht vom i-Typ mit einer Dicke von 600 nm (6000 Å) und eine Kristallit-Silicium- Schicht vom n-Typ mit einer Dicke von 30 nm (300 Å) durch Anwendung eines Glimmentladungs-Zersetzungsverfahrens auf die transparente Elektrode auf dem Glassubstrat bei einer Temperatur von 200ºC unter einem Druck von 133 Pa (1,0 Torr) aufgebracht.
Außerdem wurden einige Teile der transparenten Elektrode durch Entfernung der darüberliegenden Halbleiter-Schicht mit einem Laserstrahl freigelegt und es wurde ein Antioxidationsfilm aus Mo einer Dicke von 6 nm (60 Å) auf die freigelegten Teile der transparenten Elektrode durch Elektronenstrahlabscheidung auflaminiert und eine Al-Schicht einer Dicke von 500 nm (5000 Å) wurde darauf auflaminiert und dann wurden Metallelektroden gebildet durch Mustern der Al-Schicht durch chemisches Ätzen.
Die Anfangs-Eigenschaften, die Eigenschaften nach 200-stündigem Erhitzen auf eine Temperatur von 80ºC und die Eigenschaften nach 3-monatigem Stehenlassen bei Raumtemperatur der erhaltenen Solarzellen-Vorrichtung wurden bestimmt unter Verwendung eines AM-1-Solar-Simulators von 100 mW/cm². Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 angegeben.

Beispiel 2

Eine Solarzellen-Vorrichtung wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, jedoch mit der Ausnahme, daß eine Chromsilicid-Schicht durch Elektronenstrahlabscheidung mit einem Target aus Chromsilicid anstelle eines Mo-Metallfilms als Antioxidationsfilm auflaminiert wurde.
Die Dicke der Chromsilicid-Schicht lag in dem Bereich von 4 bis 5 nm (40 bis 50 Å).
Die Eigenschaften der erhaltenen Solarzellen-Vorrichtung wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 angegeben.

Beispiel 3

Nachdem einige Teile einer transparenten Elektrode freigelegt worden waren, wurden die Oberflächen der freigelegten Teile der transparenten Elektrode durch Erzeugung eines Wasserstoffplasmas mit einer Glimmentladungsvorrichtung reduziert. Danach wurde eine Mo-Schicht einer Dicke von 6 nm (60 Å) als Antioxidationsfilm auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 auflaminiert und eine Al-Metallelektrode wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 auflaminiert.
Die Eigenschaften der erhaltenen Solarzellen-Vorrichtung sind in der Tabelle 1 angegeben.

Vergleichsbeispiel 1

Eine Solarzellen-Vorrichtung wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, jedoch mit der Ausnahme, daß kein Antioxidationsfilm aus einem Mo-Film durch Elektronenstrahlabscheidung auflaminiert wurde. Die Eigenschaften der erhaltenen Solarzellen-Vorrichtung wurden bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 angegeben.
Aus der Tabelle 1 geht eindeutig hervor, daß in den erfindungsgemäßen Solarzellen-Vorrichtungen der Beispiele 1, 2 und 3 die Werte für die Kurzschlußstromdichte (Jsc) der Strom-Spannungs-Charakteristik der Solarzellen-Vorrichtungen, die Werte von FF (Füllungsfaktor) des Kurvenfaktors und die Werte für den Energieumwandlungswirkungsgrad (η) nahezu konstant sind, selbst nachdem sie 200 h lang auf eine Temperatur von 80ºC erhitzt worden waren, oder selbst nachdem sie 3 Monate lang bei Raumtemperatur stehen gelassen worden waren, und daß verhindert wird, daß der Wirkungsgrad der Solarzellen-Vorrichtung abnimmt, ohne daß die transparente Elektrode die Komponente der Metallelektrode oxidiert beim Erhitzen oder beim Stehenlassen bei Raumtemperatur. Tabelle 1 Anfangs-Eigenschaften Eigenschaften nach 200stündigem Erhitzen Eigenschaften nach 3monatigem Stehenlassen bei Raumtemperatur Beispiel Vergl.-Beispiel 1
Nachstehend wird eine Ausführungsform der Erfindung erläutert, bei der eine transparente Elektrode direkt in Kontakt gebracht wird mit einer Metallelektrode 4, ohne daß ein Metallfilm oder eine Metallsilicid-Schicht auflaminiert wird. Danach wird eine Ausführungsform erläutert, bei der die Oberfläche der transparenten Elektrode durch ein Wasserstoffplasma reduziert wird. Die Fig. 5 bis 11 sind schematische Erläuterungen des Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen integrierten Solarzellen- Vorrichtung.
Zuerst werden, wie in der Fig. 5 dargestellt, eine transparente Elektrode 2 aus SnO&sub2; und dgl. unter Anwendung eines CVD-Verfahrens und dgl. auf ein transparentes Substrat 1, beispielsweise eine Glasplatte, auflaminiert. Danach wird, wie in Fig. 6 dargestellt, die Elektrode durch einen Laserstrahl gemustert. Anschließend wird eine amorphe Silicium-Halbleiter-Schicht darauf auflaminiert durch Anwendung eines Glimmentladungs-Zersetzungsverfahrens und dgl. (vgl. Fig. 7).
Danach werden, wie in Fig. 8 dargestellt, einige Teile der amorphen Halbleiter-Schicht 3 durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl entfernt und die darunterliegende transparente Elektrode 2 wird freigelegt. Anschließend wird, wie in Fig. 9 dargestellt, eine reduzierte Schicht 7 gebildet durch Reduzieren der freigelegten transparenten Elektrode mit einem Wasserstoffplasma, das mittels einer Vakuumvorrichtung, beispielsweise einer Zerstäubungsvorrichtung, erzeugt wird.
Als Bedingungen für die Bildung des Wasserstoffplasmas können beispielsweise genannt werden eine Wasserstoffmenge von 30 bis 300 sccm, ein Kammerdruck von 39,9 bis 399 Pa (0,3 bis 3 Torr), eine Substrattemperatur von 180ºC bis zur Laminierungstemperatur, eine Entladungsdauer von 1 bis 10 min.
Nach der Wasserstoffbehandlung wird, wie in Fig. 10 dargestellt, eine Gegenelektrode 4 auflaminiert. Wie in Fig. 11 dargestellt, kann eine erfindungsgemäße Solarzellen-Vorrichtung hergestellt werden durch Mustern der Gegenelektrode 4.
Nachstehend wird die erfindungsgemäße Ausführungsform anhand eines konkreten Beispiels erläutert.

Beispiel 4

Eine transparente Elektrode aus SnO&sub2; mit einer Dicke von 450 nm (4500 Å) wurde auf eine blaue Glasplatte mit einer Dicke von 1,1 mm auflaminiert und dann wurde die transparente Elektrode mit einem Laserstrahl gemustert. Danach wurde durch Anwendung eines Glimmentladungs- Zersetzungsverfahrens ein amorpher Silicium-Halbleiter, umfassend eine amorphe Silicium-Schicht vom p-Typ aus SiC:H einer Dicke von 15 nm (140 Å), eine amorphe Siliciumschicht vom i-Typ aus Si:H einer Dicke von 600 nm (6000 Å) und eine Kristallit-Schicht vom n-Typ aus Si:H einer Dicke von 30 nm (300 Å) bei einer Temperatur von 200ºC des Substrats unter einem Druck von etwa 133 Pa (1,0 Torr) gebildet. Dann wurden einige Teile der transparenten Elektrode durch Entfernung der darüberliegenden Halbleiter- Schicht freigelegt.
Anschließend wurde die Oberfläche der freigelegten transparenten Elektrode durch Erzeugung eines Wasserstoffplasmas mittels einer Zerstäubungsvorrichtung reduziert. Als Ergebnis wurde der größte Teil der Komponente der freigelegten Oberfläche der transparenten Elektrode zu metallischem Sn reduziert. Es wurde eine Al-Elektrode unter Anwendung eines Zerstäubungsverfahrens auflaminiert, bis die Dicke 500 nm (5000 Å) betrug. Danach wurde eine Solarzellen-Vorrichtung, in der 15 Solarzellen in Reihe (hintereinandergeschaltet) auf einer Ebene miteinander verbunden waren, hergestellt durch Mustern der Al-Elektrode durch chemisches Ätzen. Die wirksame Oberfläche der Solarzelle betrug etwa 8,75 cm² und die wirksame Gesamtoberflächengröße betrug etwa 140 cm².
Die in der Tabelle 2 aufgezählten Eigenschaften der erhaltenen Solarzellen-Vorrichtung, in der 16 Solarzellen in Reihe (in Serie) miteinander verbunden waren, wurden am Anfang und nach 10-stündigem Erhitzen auf eine Temperatur von 150ºC mit einem AM-1-Solar-Simulator von 100 mW/cm² bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 angegeben.

Beispiel 5

Eine Solarzellen-Vorrichtung wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, jedoch mit der Ausnahme, daß eine transparente Elektrode mit einer Hypophosphit-Lösung anstelle eines Wasserstoffplasmas reduziert wurde, und daß dann die Eigenschaften der erhaltenen Solarzellen- Vorrichtung bestimmt wurden. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 angegeben.

Beispiel 6

Es wurde ein Substrat mit einer transparenten Elektrode hergestellt, worin eine normale SnO&sub2;-Schicht mit einer Dicke von 450 nm (4500 Å) auf eine blaue Glasplatte auflaminiert wurde und eine SnO&sub2;-Schicht mit einer Dicke von 10 nm (100 Å), die 20 Atomprozent mehr Sn-Komponente als die normale SnO&sub2;-Schicht aufwies, auf die normale SnO&sub2;-Schicht auflaminiert wurde. Danach wurde die transparente Elektrode auf die gleiche Weise wie in Beispiel 4 gemustert und eine Halbleiter-Schicht wurde auf die transparente Elektrode auflaminiert und dann wurden einige Teile der transparenten Elektrode durch Entfernung der darüberliegenden Halbleiter-Schicht freigelegt.
Eine Al-Elektrode wurde durch Anwendung eines Zerstäubungsverfahrens auflaminiert und es wurde eine Solarzellen-Vorrichtung, in der 16 Solarzellen in Reihe (in Serie) auf einer Ebene miteinander verbunden waren, hergestellt durch Mustern der Al-Elektrode durch chemisches Ätzen. Es wurden die gleichen Eigenschaften wie in Beispiel 4 bei der dabei erhaltenen Solarzellen-Vorrichtung bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 angegeben.

Vergleichsbeispiel 2

Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 4 wurde eine Solarzellen-Vorrichtung hergestellt, jedoch mit der Ausnahme, daß die transparente Elektrode nicht mit Wasserstoffplasma reduziert wurde, und es wurden die gleichen Eigenschaften wie in Beispiel 4 bei der dabei erhaltenen Solarzellen- Vorrichtung bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2 Anfangs-Eigenschaften der Solarzellen-Vorrichtung Eigenschaften der Solarzellen-Vorrichtung nach 10stündigem Erhitzen Beispiel Vergl.-Beispiel 2

Industrielle Anwendbarkeit

In einer erfindungsgemäßen integrierten Solarzellen- Vorrichtung wird verhindert, daß der Kontaktwiderstand zunimmt und es kann verhindert werden, daß das Output (die Leistungsabgabe) der Solarzellen-Vorrichtung abnimmt. Die Lebensdauer der Solarzellen-Vorrichtung ist nämlich verlängert, so daß das Output (die Leistungsabgabe) der Solarzellen-Vorrichtung in dem festgelegten Bereich über einen langen Zeitraum hinweg aufrechterhalten werden kann.

Claims

1. Integrierte Solarzellen-Vorrichtung, die eine Vielzahl von amorphen Silicium-Solarzellen (3) umfaßt, die eine transparente Metalloxid-Elektrode (2) auf der Seite, auf die das Licht auftrifft, und eine Metallelektrode (4) auf der Rückseite der Seite, auf die das Licht auftrifft, aufweist, die auf einem transparenten Substrat (1) angeordnet sind, wobei die Vielzahl der Solarzellen in Serie oder serienparallel miteinander verbunden sind unter Verwendung der transparenten Elektrode und der Metallelektrode derselben, wobei mindestens ein elektrisch leitender Antioxidationsfilm in dem Serienkontakt-Teil der transparenten Elektrode und der Metallelektrode erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

der Antioxidationsfilm ein Teil (7) der transparenten Metalloxid-Elektrode ist, in der der Anteil der Metallkomponente mindestens dort erhöht ist, wo die transparente Elektrode mit der Metallelektrode verbunden wird zur Herstellung einer elektrischen Serienverbindung, wobei die Dicke des Teils in dem die Metallkomponente erhöht ist, mehr als 1 nm beträgt, und daß

der Anteil der Metallkomponente der transparenten Elektrode in Nachbarschaft zu der Metallelektrode mindestens das 1,2-fache derjenigen der anderen Bereiche der transparenten Elektrode beträgt.

2. Integrierte Solarzellen-Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Antioxidationsfilm (5) aus Metall oder einem Metallsilicid, der zwischen der transparenten Metalloxid-Elektrode (2) und der Metallelektrode (4) angeordnet ist.

3. Integrierte Solarzellen-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, in der eine amorphe Silicium-Solarzelle vom pin-Typ als Solarzelle verwendet wird.

4. Integrierte Solarzellen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in der die Solarzellen eine Schicht aus amorphem Siliciumcarbid auf der Seite, auf die das Licht auftrifft, aufweisen.

5. Integrierte Solarzellen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in der ITO, SnO&sub2; oder ZnO für die transparente Elektrode verwendet wird.

6. Integrierte Solarzellen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, in der das Metall des zusätzlichen Antioxidationsfilms Molybdän, Nickel, Chrom, Wolfram, Palladium, Platin, Mangan oder Eisen ist.

7. Integrierte Solarzellen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, in der die Dicke des Antioxidationsfilms mehr als 1 nm bis 20 nm beträgt.

8. Integrierte Solarzellen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, in der ein Antioxidationsfilm erhältlich ist durch Reduktion der transparenten Elektrode, die mit der Metallelektrode in Verbindung steht.

9. Integrierte Solarzellen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, in der das transparente Substrat ein Glassubstrat ist.

10. Verfahren zur Herstellung einer integrierten Solarzellen-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antioxidationsfilm, der ein Teil (7) der transparenten Metalloxid-Elektrode ist, durch Reduktion der freigelegten transparenten Elektrode gebildet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die freigelegte transparente Elektrode mit einem Wasserstoffplasma, das in einer Vakuumvorrichtung erzeugt wird, reduziert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, in dem die freigelegte transparente Elektrode in einem Wasserstoffstrom von 30 bis 300 sccm, bei einem Kammerdruck von 39,9 bis 399 Pa (0,3 bis 3 Torr) und bei einer Substrattemperatur von 180ºC bis zur Abscheidungstemperatur während einer Entladungsdauer von 1 bis 10 min reduziert wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, das umfaßt eine transparente Elektrode, eine amorphe Silicium- Halbleiter-Schicht und eine Metallelektrode, die auf eine transparente Elektrode auflaminiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß

eine Vielzahl von amorphen Silicium-Solarzellen, die eine transparente Elektrode auf der Seite, auf die das Licht auftrifft, und eine Metallelektrode auf der rückwärtigen Seite der Seite, auf die das Licht auftrifft, aufweist, auf ein transparentes Substrat aufgebracht werden und daß die Vielzahl der der Solarzellen in Serie (in Reihe) oder serienparallel miteinander verbunden werden unter Verwendung der transparenten Elektrode und der Metallelektrode derselben, wobei mindestens ein elektrisch leitender Antioxidationsfilm an dem Reihenverbindungsteil der transparenten Elektrode und der Metallelektrode gebildet wird, wobei

ein Antioxidationsfilm in der Weise gebildet wird, daß der Anteil der Metallkomponente der transparenten Elektrode in der Nachbarschaft zur Metallelektrode erhöht wird mindestens in dem Teil, in dem die transparente Elektrode mit der Metallelektrode verbunden wird zur Herstellung einer elektrischen Serienverbindung, wobei die Dicke des Teils, in dem der Anteil der Metallkomponente erhöht ist, mehr als 1 nm beträgt, und

der Anteil der Metallkomponente der transparenten Elektrode in Nachbarschaft zu der Metallelektrode mindestens das 1,2-fache desjenigen der anderen Bereiche der transparenten Elektrode beträgt, und

eine Metallsilicid-Schicht zwischen einer Solarzelle und einer Metallelektrode als zusätzlicher Antioxidationsfilm vorgesehen ist zur Bildung einer Metalldiffusions-Blockierungsschicht.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem nach der Entfernung einiger Teile der amorphen Halbleiter-Schicht die Oberfläche der durch Entfernung der darüberliegenden Halbleiter-Schicht freigelegten transparenten Elektrode reduziert wird und dann die Metallelektrode auflaminiert wird.

15. Verfahren nach Anspruch 10, in dem die Oberfläche der transparenten Elektrode in Lösung reduziert wird.