JP2010140991A

JP2010140991A - 薄膜太陽電池

Info

Publication number: JP2010140991A
Application number: JP2008314118A
Authority: JP
Inventors: Kensuke Takenaka; 研介竹中
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2008-12-10
Filing date: 2008-12-10
Publication date: 2010-06-24

Abstract

【課題】
基板の一主面上に、第１導電性透明膜、半導体層、導電性透明電極が順次積層され、基板の他の主面上に金属膜が形成され、基板に開けた接続孔を介して、第１導電性透明膜と金属膜が接続された薄膜太陽電池において、半導体層の回り込みにより、半導体層と金属膜が接触して金属・半導体接合が形成され、太陽電池の特性が低下することを防止する手段を提供する。
【解決手段】
金属膜の表面上に第３導電性透明膜を形成することによって、半導体層を形成する際に、半導体層の回り込みが生じても、半導体層と金属膜の接触を防止できる。このため、半導体層と金属膜の接触による金属・半導体接合が形成されることはなく、金属・半導体接合に基づくリーク電流の増大による太陽電池の特性低下を抑止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光電変換効率の高効率化を可能とする薄膜太陽電池に関する。

半導体薄膜を利用した薄膜太陽電池として、基板の一主面上に、裏電極となる導電性透明膜、半導体層、表電極となる導電性透明電極を順次積層した構造を有するものがある。特許文献１に記載された薄膜太陽電池の構造は、図２に示すようなものである。基板１１の一主面１１ａに、第１導電性透明膜１２、半導体層１３、導電性透明電極１４が順次積層され、さらに導電性透明電極１４上に、金属電極１５が形成されている。

基板１１の他の主面１１ｂには、微細な凹凸をなすテクスチャー構造が形成され、その主面１１ｂ上には、金属膜１６が形成されている。金属膜１６は、薄膜太陽電池に入射した光のうち、半導体層１３で吸収されなかった光を反射して半導体層１３に戻し、入射した光を有効に光電変換する裏面反射効果を奏する働きをする。このため、銀（Aｇ）、アルミニウム（Aｌ）などの光反射率の高い金属の薄膜が、金属膜１６として用いられる。

基板１１の他の主面１１ｂに、テクスチャー構造を形成することにより、主面１１ｂ上に形成された金属膜１６の表面もテクスチャー構造をなすため、金属膜１６の表面で反射する入射光が散乱されて、半導体層１３内部に閉じこめられ、入射光を有効に光電変換することができる利点がある。
半導体層１３が形成される基板１１の主面１１ａではなく、主面１１ｂをテクスチャー構造とするのは、以下の理由による。主面１１ａをテクスチャー構造とする場合、半導体層１３は、テクスチャー構造の上に形成されることとなり、半導体層１３の膜質が低下することがある。半導体層１３として、微結晶シリコン（Ｓｉ）の薄膜を用いる場合、基板１１のテクスチャー構造の影響を受けて、微結晶Ｓｉの成長方向がランダムとなるときは、欠陥を生じて、その膜質が低下するため、変換効率が低下する。このため、半導体層１３が影響を受けない主面１１ｂについて、テクスチャー構造とするものである。

また、基板１１の主面１１ｂと金属膜１６の間に、第２導電性透明膜を形成することもできる。特許文献２には、第２導電性透明膜を設けることによって、多重干渉効果により金属膜１６の表面で反射する光の反射率を向上することができると述べられている。
以上の構造において、太陽電池で発生した電流を低損失で集電するため、第１導電性透明膜１２と金属膜１６を、基板１１に開けた接続孔２０を介して、電気的に接続すること（スルーホールコンタクト）が行われる。第１導電性透明膜１２と金属膜１６が接続されることにより、金属膜１６は光反射膜としての他に金属電極としての働きもすることとなる。

図３は、接続孔２０部分における断面構造を示すものであり、かかる構造は以下の工程により作製することができる。１）基板１１のテクスチャー構造を形成した主面１１ｂ上に、第２導電性透明膜１７を形成したのち、金属膜１６を形成する。２）第２導電性透明膜１７と金属膜１６を積層した基板１１に接続孔２０を形成する。３）基板１１の主面１１ａ上に、第１導電性透明膜１２を形成する。４）さらに、半導体層１３を形成したのち、導電性透明電極１４、金属電極１５を形成する。

以上の基板１１に開けた接続孔２０を介して、スルーホールコンタクトを行う構造には、次のような問題点がある。図３の構造において、半導体層１３と金属膜１６の間には第１導電性透明膜１２が存在するため、半導体層１３が金属膜１６に直接、接触することはない。しかし、接続孔２０内に形成される半導体層１３が、金属膜１６の端部にまで及んで形成される回り込みが生じる場合には、半導体層１３は金属膜１６と接触し、金属・半導体接合が形成されることとなる。金属・半導体接合が形成される場合、リーク電流増大の原因となり、太陽電池の特性（変換効率）の低下を生じることとなる。

そこで、本発明は、基板１１に開けた接続孔２０を介して、スルーホールコンタクトを行う構造において、半導体層１３と金属膜１６により金属・半導体接合が形成され、太陽電池の特性が低下することを防止する手段を提供することを課題とする。
特開２００２−２９９６６１号公報特開平６−２０４５３５号公報

上記課題は、金属膜１６の表面上に導電性透明膜を形成することによって、半導体層１３の回り込みによる半導体層１３と金属膜１６の接触を防止することにより解決される。すなわち、図３の構造の作製工程において、基板１１の主面１１ａ上に、第１導電性透明膜１２を形成したのち、引き続き半導体層１３を形成するのではなく、第１導電性透明膜１２を形成後、主面１１ｂ側の金属膜１６の上に、第３導電性透明膜１８を形成する。第３導電性透明膜１８により金属膜１６表面を覆ったのちに、半導体層１３を形成することにより、半導体層１３の回り込みが生じても、半導体層１３と金属膜１６の接触は防止される。

請求項１に記載の発明は、基板の一主面上に、第１導電性透明膜、半導体層、導電性透明電極が順次積層され、前記基板の他の主面上に金属膜が形成され、前記基板に開けた接続孔を介して、前記第１導電性透明膜と前記金属膜が接続された薄膜太陽電池において、前記金属膜の上に第３導電性透明膜が形成されたことを特徴とする薄膜太陽電池に係るものである。本発明に係る薄膜太陽電池では、主面１１ｂ側の金属膜１６の上に、第３導電性透明膜１８を形成する。第３導電性透明膜１８により金属膜１６表面を覆ったのちに、半導体層１３を形成することにより、半導体層１３の回り込みが生じても、半導体層１３と金属膜１６の接触は防止される。

請求項２に記載の発明は、前記基板の他の主面にテクスチャー構造が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池に係るものである。請求項１に記載の薄膜太陽電池において、基板１１の他の主面１１ｂに、テクスチャー構造を形成することにより、主面１１ｂ上に形成された金属膜１６の表面もテクスチャー構造を形成するため、金属膜１６の表面で反射する入射光が拡散反射されて、半導体層１３内部に閉じこめられ、入射光を有効に光電変換することができる。

請求項３に記載の発明は、前記基板の他の主面と前記金属膜の間に、第２導電性透明膜が形成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項２に記載の薄膜太陽電池に係るものである。請求項１ないし請求項２に記載の薄膜太陽電池において、基板１１の主面１１ｂと金属膜１６の間に、第２導電性透明膜１７を形成することによって、金属膜１６の表面で反射する光の反射率を向上することができる。

本発明では、基板の一主面上に、第１導電性透明膜、半導体層、導電性透明電極が順次積層され、前記基板の他の主面上に金属膜が形成され、前記基板に開けた接続孔を介して、前記第１導電性透明膜と前記金属膜が接続された薄膜太陽電池において、前記金属膜の上に第３導電性透明膜が形成されたことを特徴とする。このため、第３導電性透明膜１８により金属膜１６表面が覆われるので、半導体層１３を形成する際に、半導体層１３の回り込みが生じても、半導体層１３と金属膜１６の接触は防止される。したがって半導体層１３と金属膜１６の接触による金属・半導体接合が形成されることはなく、金属・半導体接合に基づくリーク電流の増大による太陽電池の特性低下を抑止できる効果が得られる。

本発明の実施例について、以下の実施例１にて説明する。

図１は、実施例１に係る太陽電池の構造を示す断面図であり、特に基板１１に開けた接続孔２０の近傍部分における断面構造を示すものである。図１において、基板１１の一主面１１ａ上には、第１導電性透明膜１２、半導体層１３、導電性透明電極１４が順次積層されている。さらに導電性透明電極１４上に、金属電極１５が形成されている。基板１１の他の主面１１ｂには、微細な凹凸をなすテクスチャー構造が形成され、主面１１ｂ上には、第２導電性透明膜１７、金属膜１６、第３導電性透明膜１８が積層して形成されている。

図１に示された太陽電池の構造は、以下の工程により作製することができる。１）基板１１のテクスチャー構造を形成した主面１１ｂ上に、第２導電性透明膜１７を形成したのち、金属膜１６を形成する。ここで、基板１１として、好ましくはフィルム基板を用いることができる。２）第２導電性透明膜１７と金属膜１６を積層した基板１１に接続孔２０を形成する。３）基板１１の主面１１ａ上に、第１導電性透明膜１２を形成する。４）主面１１ｂ上の金属膜１６の上に、第３導電性透明膜１８を形成する。５）主面１１ａ上の第１導電性透明膜１２の上に、半導体層１３を形成したのち、導電性透明電極１４を形成し、最後に金属電極１５を形成する。

実施例１では、１）基板１１として、一主面のみにテクスチャー構造を形成したフィルム基板を用い、テクスチャー構造を形成した主面１１ｂ上に、第２導電性透明膜１７として、酸化亜鉛膜（ＺｎＯ膜、膜厚１００ｎｍ）を、さらに金属膜１６として、０．３原子％のＡｌを含むＡｇ−Ａｌ合金膜（膜厚２００ｎｍ）を形成した。ＺｎＯ膜とＡｇ−Ａｌ合金膜は、マグネトロン・スパッタリング法により、同一真空製膜室内で、Ａｒ雰囲気の０．６７Ｐａ、温度２５０℃にて製膜した。ＺｎＯ膜は０．１１ｎｍ／秒、Ａｇ−Ａｌ合金膜は０．５６ｎｍ／秒の速度でそれぞれ製膜した。２）第２導電性透明膜１７（ＺｎＯ膜）と金属膜１６（Ａｇ−Ａｌ合金膜）を積層した基板１１に接続孔２０を形成した。３）基板１１の主面１１ａ上に、第１導電性透明膜１２として、ＺｎＯ膜（膜厚５０ｎｍ）を形成した。４）主面１１ｂ上の金属膜１６（Ａｇ−Ａｌ合金膜）の上に、第３導電性透明膜１８として、ＺｎＯ膜（膜厚５０ｎｍ）を形成した。５）主面１１ａ上の第１導電性透明膜１２（ＺｎＯ膜）の上に、半導体層１３として、微結晶シリコン（Ｓｉ）層（ｉ層の膜厚２μｍ）を形成したのち、導電性透明電極１４として、ＩＴＯ膜を形成し、最後に櫛形状の金属電極１５を形成した。

以上の工程により作製した太陽電池１０個について、その特性を測定したが、特性のばらつきはなく、リーク電流の増大による特性の低下はない結果であった。
なお、図１に示された太陽電池の構造は、以上の工程の他に、次の工程によっても作製することができる。
１）基板１１のテクスチャー構造を形成した主面１１ｂ上に、第２導電性透明膜１７を形成する。２）第２導電性透明膜１７を形成した基板１１に接続孔２０を形成する。３）第２導電性透明膜１７の上に金属膜１６を形成する。４）基板１１の主面１１ａ上に、第１導電性透明膜１２を形成する。５）主面１１ｂ上の金属膜１６の上に、第３導電性透明膜１８を形成する。５）主面１１ａ上の第１導電性透明膜１２の上に、半導体層１３を形成したのち、導電性透明電極１４を形成し、最後に金属電極１５を形成する。

また、１）基板１１に接続孔２０を形成する。２）基板１１のテクスチャー構造を形成した主面１１ｂ上に、第２導電性透明膜１７を形成する。３）第２導電性透明膜１７の上に金属膜１６を形成する。４）基板１１の主面１１ａ上に、第１導電性透明膜１２を形成する。５）主面１１ｂ上の金属膜１６の上に、第３導電性透明膜１８を形成する。５）主面１１ａ上の第１導電性透明膜１２の上に、半導体層１３を形成したのち、導電性透明電極１４を形成し、最後に金属電極１５を形成する工程によっても作製できる。

本発明の実施例１に係る太陽電池の構造を表す断面図。従来技術の太陽電池の構造を表す断面図。従来技術の太陽電池の構造（スルーホールコンタクト）を表す断面図。

符号の説明

１１基板
１１ａ基板の一主面
１１ｂ基板の他の主面
１２第１導電性透明膜
１３半導体層
１４導電性透明電極
１５金属電極
１６金属膜
１７第２導電性透明膜
１８第３導電性透明膜
２０接続孔

Claims

基板の一主面上に、第１導電性透明膜、半導体層、導電性透明電極が順次積層され、前記基板の他の主面上に金属膜が形成され、前記基板に開けた接続孔を介して、前記第１導電性透明膜と前記金属膜が接続された薄膜太陽電池において、前記金属膜の上に第３導電性透明膜が形成されたことを特徴とする薄膜太陽電池。
前記基板の他の主面にテクスチャー構造が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池。
前記基板の他の主面と前記金属膜の間に、第２導電性透明膜が形成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項２に記載の薄膜太陽電池。