JP2003218369A

JP2003218369A - 光電変換装置

Info

Publication number: JP2003218369A
Application number: JP2002017519A
Authority: JP
Inventors: Makoto Sugawara; 信菅原; Takeshi Kyoda; 豪京田; Akiko Setoguchi; 晶子瀬戸口; Hisao Arimune; 久雄有宗
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-01-25
Filing date: 2002-01-25
Publication date: 2003-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の結晶質半導体粒子を用いた光電変換装
置の製造方法では低変換効率であった。【解決手段】一方の電極となる基板１上に、第１導電
形の結晶シリコン粒子３を多数配設し、この結晶シリコ
ン粒子３間に絶縁物質２を介在させ、この結晶シリコン
粒子３上に第２導電形の半導体部４を形成した光電変換
装置であって、上記絶縁物質２に接する結晶シリコン粒
子３の表面に保護層６を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は太陽光発電に使用さ
れる光電変換装置に関し、特に結晶シリコン粒子を用い
た光電変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】省シリコン原料の低コストな次世代太陽
電池の出現が強く望まれている。省資源に有利な粒形も
しくは球形のシリコン結晶粒子を用いる従来の光電変換
装置を図２に示す（例えば特許第２６４１８００号公報
参照）。この光電変換装置は、基板１上に低融点金属層
８を形成し、この低融点金属層８上に半導体粒子３を配
設し、この半導体粒子３上に第２導電形の非晶質半導体
層７と透明導電層５を上記低融点金属層８との間に絶縁
層２を介して形成する光電変換装置が開示されている。

【０００３】また、図３に示すように、金属電極１上に
アルミペースト１０を形成し、このアルミペースト１０
上に半導体粒子３を配設し、この半導体粒子３上に第２
導電形の微結晶半導体層９と透明電極層５を上記アルミ
ペースト１０との間に絶縁層２を介して形成する光電変
換装置が開示されている。（例えば、特開平３−２２８
３７９号公報参照）

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２に
示す従来の光電変換装置では、半導体粒子３と絶縁層２
の界面においてキャリアの再結合速度が非常に大きく、
半導体粒子３内で発生したキャリアを上手く取り出せな
いため、変換効率が低くなるという問題点があった。ま
た、図３に示す従来の光電変換装置においても半導体粒
子３と絶縁層２の界面における再結合速度が大きいた
め、変換効率が低くなるという問題点があった。

【０００５】本発明は従来技術における上記のような問
題点に鑑みてなされたものであり、その目的は高い変換
効率且つ高い生産性を有する光電変換装置を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１に係る光電変換装置によれば、一
方の電極となる基板上に、第１導電形の結晶シリコン粒
子を多数配設し、この結晶シリコン粒子間に絶縁物質を
介在させ、この結晶シリコン粒子上に第２導電形の半導
体部を形成した光電変換装置において、前記絶縁物質に
接する結晶シリコン粒子表面に保護層を形成したことを
特徴とする。

【０００７】上記光電変換装置では、前記保護層が絶縁
物質であることが望ましい。

【０００８】また、上記光電変換装置では、前記保護層
が真性のシリコン、酸化シリコン又は窒化シリコンであ
ることが望ましい。

【０００９】また、上記光電変換装置では、前記保護層
が水素を含んでいることが望ましい。

【００１０】また、上記光電変換装置では、前記保護層
の膜厚が１ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが望まし
い。

【００１１】また、上記光電変換装置では、前記保護層
が透光性を有することが望ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明を詳
細に説明する。図１は本発明に係る光電変換装置の一実
施形態を示す断面図であり、１は基板、２は絶縁層、３
は第１導電形の粒状結晶シリコン、４は第２導電形の半
導体層、５は上部電極層、６は保護層である。

【００１３】基板１としては、金属、ガラス、セラミッ
ク及び樹脂等が用いられる。好ましくは、銀、アルミニ
ウム、銅等の高反射金属である。基板１の反射率が大き
いと、光を基板１で反射させて粒状結晶シリコン３へよ
り多くの光を導くことができ、変換効率が向上する。ま
た、基板１として絶縁体を用いる場合には、基板１の表
面に下部電極となる導電層１'を形成する必要がある。
この導電層１'は、高反射材料であることが好ましい。

【００１４】絶縁層２は、正極と負極の分離を行うため
に粒状結晶シリコン３間に充填する。絶縁層２として
は、ガラス材料、樹脂材料等である。絶縁層２の材料は
保護層６との反応が小さい材料が好ましい。絶縁層２の
材料が保護層６と反応しすぎると保護層６が破壊され光
電変換装置としての特性が低下する。

【００１５】第１導電形の粒状結晶シリコン３は、シリ
コンからなるが、シリコンに微量元素としてＢ、Ｐ、Ａ
ｌ、Ａｓ、Ｓｂを含んでもよい。この粒状結晶シリコン
３は、気相成長法、アトマイズ法、直流プラズマ法等で
形成できるが、非接触環境下に融液を落下させる融液落
下法が好ましい。また、第１導電形の粒状結晶シリコン
３はｐ形であることが好ましい。例えば、シリコンに添
加してｐ形を呈するＢやＡｌなどを１×１０¹⁴〜１０²⁰
ａｔｍ／ｃｍ³程度添加したものである。

【００１６】第２導電形の半導体部４は、プラズマドー
ピング法、熱拡散法、イオン注入法、熱ＣＶＤ法、プラ
ズマＣＶＤ法、触媒ＣＶＤ法、スパッタリング法等で形
成する。また、第２導電形半導体層４の膜厚は１０ｎｍ
以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。第２導電形
半導体層４の膜厚が１０ｎｍ未満であると、第２導電形
半導体層４の膜厚分布によって膜が途切れる。第２導電
形半導体層４の膜厚が５００ｎｍを超えると、第２導電
形半導体層４の光吸収が大きくなって変換効率が低下す
る。第２導電形の半導体層４はｐ形を呈するＢ、Ａｌ
等、又はｎ形を呈するＰ等を微量含有する。含有する微
量元素濃度は、例えば１×１０¹⁴〜１０²²ａｔｍ／ｃｍ
³程度である。

【００１７】上部電極膜５は、酸化錫、酸化インジウム
等をスパッタリング法等で形成する。膜厚及び屈折率を
調整することによって反射防止効果を持たせることも可
能である。更に、その上に銀又は銅ペーストを適切なパ
ターンで補助電極を形成してもよい。

【００１８】保護層６は、第１導電形の結晶シリコン粒
子３と絶縁層２との界面に形成する。保護層６を形成す
ることで結晶シリコン粒子３と絶縁層２との界面再結合
を低減させ、変換効率を向上させることが可能となる。
形成方法は、熱拡散、イオン注入、プラズマＣＶＤ法、
熱ＣＶＤ法、触媒ＣＶＤ法等がある。保護層６は絶縁物
質であることが好ましい。保護層６が導電性物質である
と、上部電極５から下部電極１（１'）への漏れ電流が
大きくなって光電変換装置としての特性が低下する。

【００１９】また、保護層６は真性のシリコン、酸化シ
リコン又は窒化シリコンであることが好ましい。真性の
シリコンを用いる場合、非晶質、微結晶質、結晶質のい
ずれでもよい。微量添加してｐ形を呈するＢ、Ａｌ等又
はｎ形を呈するＰ等の濃度は１×１０¹⁶ａｔｍ／ｃｍ³
以下が好ましい。微量添加元素濃度が１×１０¹⁶ａｔｍ
／ｃｍ³以上であると、保護層６の抵抗が減少し、結果
として上部電極５から下部電極１（１'）への漏れ電流
が大きくなって光電変換装置としての特性が低下する。

【００２０】また、保護層６は水素を含んでいることが
好ましい。水素を含むことで表面のダングリングボンド
を水素終端することが可能となり、再結合速度を低下さ
せ、光電変換装置としての特性が向上する。また、水素
を含む保護層６を形成した後に、熱処理を加えると粒状
結晶シリコン３中へ水素が拡散し、粒状結晶シリコン３
中のダングリングボンドが水素終端し、特性を向上させ
ることができる。

【００２１】また、保護層６の膜厚は１ｎｍ以上２００
ｎｍ以下であることが好ましい。１ｎｍ以下になると均
一に形成することが難しくなって特性が低下し、２００
ｎｍ以上になると、光吸収が大きくなって粒状結晶シリ
コン３中へ入射する光が減少して光電変換装置としての
特性が低下する。特に好ましくは、５０ｎｍ以上１５０
ｎｍ以下である。保護層６を５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以
下に形成すると粒状結晶シリコン３表面の反射率を低下
させることができ、粒状結晶シリコン３へ入射する光を
増加させることができ光電変換装置としての特性が向上
する。

【００２２】また、保護層６は透光性を有することが好
ましい。保護層６が透光性を有することによって粒状結
晶シリコン３中へ入射する光が増加して光電変換装置と
しての特性が向上する。

【００２３】

【実施例】次に、本発明の光電変換装置について具体例
を説明する。まず、アルミニウム基板１上に平均粒径７
００μｍの粒状結晶ｐ形シリコン３を密に１層配設し、
基板１と粒状結晶シリコン３を加熱して溶着させた。次
に、プラズマＣＶＤ法で保護層６を８０ｎｍ形成した。
保護層６の材料を変化させて形成した結果を表１にまと
める。次に、酸化シリコン・酸化ホウ素系のガラス転移
点５００℃のガラスペーストを粒状結晶シリコン間に充
填して加熱焼成して絶縁層２を形成した。その上にｎ形
微結晶シリコン部を触媒ＣＶＤ法で厚み１００ｎｍに形
成した。次に、酸化錫からなる保護膜５をスパッタリン
グ法で厚み１００ｎｍに形成して評価した。比較例とし
て保護層６を形成しない場合も評価した。その結果を表
１にまとめる。

【００２４】

【表１】

【００２５】上記結果から分かるように、保護層６を形
成したとき変換効率が向上する。これは、保護層６を形
成したことで表面再結合が低減したためであると考えら
れる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、本発明の光電変換装置に
よれば、一方の電極となる基板上に、第１導電形の結晶
シリコン粒子を多数配設し、この結晶シリコン粒子間に
絶縁物質を介在させ、この結晶シリコン粒子上に第２導
電形の半導体部を形成した光電変換装置であって、上記
絶縁物質に接する結晶シリコン粒子表面に保護層を形成
したことから、再結合を低減させることができ、変換効
率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光電変換装置を示す断面図である。

【図２】従来の光電変換装置を示す断面図である。

【図３】従来の他の光電変換装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１・・・・基板２・・・・絶縁層３・・・・第１導電形の粒状結晶シリコン４・・・・第２導電形の半導体部５・・・・上部電極膜６・・・・保護層７・・・・第２導電形の非晶質半導体層８・・・・低融点金属層９・・・・第２導電形の微結晶半導体層１０・・・アルミペースト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者有宗久雄滋賀県八日市市蛇溝町長谷野1166番地の６京セラ株式会社滋賀八日市工場内Ｆターム(参考） 5F051 AA02 AA04 AA05 CA14 CB12 CB13 CB15 CB24 CB30 DA03 DA20 FA03 GA02 HA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方の電極となる基板上に、第１導電形
の結晶シリコン粒子を多数配設し、この結晶シリコン粒
子間に絶縁物質を介在させ、この結晶シリコン粒子上に
第２導電形の半導体部を形成した光電変換装置におい
て、前記絶縁物質に接する結晶シリコン粒子表面に保護
層を形成したことを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】前記保護層が絶縁物質であることを特徴
とする請求項１記載の光電変換装置。
【請求項３】前記保護層が真性のシリコン、酸化シリ
コン又は窒化シリコンであることを特徴とする請求項２
記載の光電変換装置。
【請求項４】前記保護層が水素を含んでいることを特
徴とする請求項１記載の光電変換装置。
【請求項５】前記保護層の膜厚が１ｎｍ以上２００ｎ
ｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光電変換
装置。
【請求項６】前記保護層が透光性を有することを特徴
とする請求項１記載の光電変換装置。