JP2718161B2 - 太陽電池 - Google Patents

太陽電池

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輝寿 神原
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    • Y02E10/548Amorphous silicon PV cells

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、太陽光や室内光を照射することで電力を発
生する太陽電池に関するものである。
従来の技術 従来、アモルファスシリコンを用いた太陽電池は、イ
ンジウム−スズの酸化物などを主体とする透明電極の上
にアモルファスシリコン層をプラズマCVD法等を用いて
形成した後、これに不純物をドープしPIN型構造を与
え、その後N型アモルファスシリコンに対してオーミッ
ク接触を保つアルミニウムなどの金属を付けていた。
このようなアモルファスシリコン太陽電池は、光吸収
係数が太陽光のスペクトル分布と良く一致し、またその
光吸収係数は非常に大きいものであるため、太陽光を照
射した際の、電気エネルギーへの変換効率は10%を越え
るほど高く、また室内の蛍光灯の光に対しても、有効な
電力源となっていた。
発明が解決しようとする課題 上述のように、PIN型アモルファスシリコン太陽電池
は、蛍光灯や太陽光に対しては非常に高い変換効率を有
するが、解放状態のまま強い光を連続的に照射すると、
次第に出力特性が劣化するという問題や、高温保存によ
り出力性能が劣化するという問題を有していた。
課題を解決するための手段 以上のような問題に鑑み、本発明の太陽電池の構造
は、P−I接合型アモルファスシリコンのI面の特定の
厚さだけ酸化し、これに金属を接合することにより、光
照射に伴う性能劣化や高温保存による性能劣化をより少
なくするものである。
作用 高温雰囲気中における太陽電池の性能劣化の原因とし
て、シリコンと金属との接合面に於て金属原子がシリコ
ン中に熱拡散する所謂マイグレーションが考えられる。
このような高温雰囲気でのマイグレーションを防ぐ手段
のひとつとしてとして、シリコンと金属との接合面の中
間層に、たとえば酸化珪素などの化学的に不活性な層を
設け、これにより金属の熱拡散をブロックする方法があ
る。ただしこれらの物質は多くの場合、電気的に絶縁物
質であるため、その膜厚は、電気が量子力学的なトンネ
ル効果で通り抜けられるだけのものでなければならな
い。
これらのことをもとにして、本発明の太陽電池は、P
−I接合型アモルファスシリコンのI面を酸化しこれに
金属を接合する構成とした。このような構成にすると、
アモルファスシリコンと金属とは直接接触することはな
く、マイグレーションによる、性能劣化を防ぐことが出
来る。
また、予め集電電極を構成する金属材料にある程度の
量の酸素を含ませ酸化物を構成させておくと、上述のマ
イグレーション反応を引き起こすのに必要なエネルギー
が金属単体のものよりも大きくなるため、太陽電池の熱
的安定性が向上する。なお、太陽電池を電気的に解放状
態のまま強い光を照射すると、次第に出力が低下する現
象(ステブラー.ロンスキー効果,太陽電池ハンドブッ
ク,電気学会発行,昭和60年)の原因は未だ究明されて
いないが,結果的に本発明の構造を有する太陽電池は、
従来のPIN型アモルファスシリコン太陽電池に較べて、
劣化の度合が大きく低下した。
以下、実施例で具体的に説明する。
実 施 例 (実施例1) 本実施例における太陽電池の断面図を第1図(a)に
示す。大きさ15×20mm、厚さ1mmのガラス基体1の上に
酸化インジウムと酸化スズの化合物よりなるITOを大き
さ10×10mm、膜厚0.07μm蒸着しITO透明電極2とし
た。つぎにこの透明電極2の上にCVD法により、アモル
ファスシリコン層を前記透明電極2を覆うように大きさ
11×11mm厚さ0.04μm形成した後、不純物としてホウ素
をドープしP型半導体特性を与えてP型アモルファスシ
リコン層3を形成した。さらに連続して上記CVD法によ
りI型アモルファスシリコン層4を0.4μm形成する。
この後、空気中で1kWの赤外線ランプを用いI型アモル
ファスシリコン層4を1時間熱酸化することにより、酸
化珪素層5を形成した。ひきつづきこの酸化珪素層5に
真空加熱蒸着法により3×10-5torrの圧力下、20A/秒の
蒸着速度で、負極用集電電極としての金属アルミニウム
層6を0.2μm形成した。最後にエポキシ樹脂で全体を
封止する封止層7を形成し、本実施例の太陽電池Aとし
た。同図において、8は負極用リード端子であり透明電
極2の作成時に同時に作成した。
なお、上記アルミニウム層6を形成した直後、2次イ
オン質量分析装置を用いて、熱酸化により形成された酸
化珪素層5の膜厚を測定した結果、約50オングストロー
ムであり、また金属アルミニウム層6内に均一に約10原
子%の割合で酸素が含まれていることが分かり、この酸
素は当然アルミニウムと結合して酸化物を構成している
ものと考えられる。
これに対して第1図(b)に示した比較例の太陽電池
Bを作成した。大きさ15×20mm、厚さ1mmのガラス基体
9の上に前記ITOを0.07μmの膜厚に蒸着しITO透明電極
10とした。次にこの透明電極10の上にアモルファスシリ
コン層11をCVD法により厚さ0.04μm形成した後、不純
物としてホウ素をドープしP型半導体特性を与えてP型
アモルファスシリコン層11を形成した。さらに連続して
上記CVD法によりI型アモルファスシリコン層12を0.4μ
m形成した後、不純物として燐を0.04μmの深さまでド
ープしN型半導体特性を与え、N型アモルファスシリコ
ン層13とした。次に、このN型アモルファスシリコン層
13上に電子ビーム蒸着法により1×10-7torr,200オング
ストローム/秒の蒸着速度で負極用集電電極としての金
属アルミニウム層14を0.2μm形成した。最後にエポキ
シ樹脂で全体を封止する封止層15を形成した。なお同図
において、16は負極用リード端子であり透明電極10の作
成時に同時に作成した。
このようにして作成した太陽電池A、Bに対して出力
特性の高温保存による劣化の様子を調べた。その結果を
第2図、第3図、第4図に示した。出力特性は白色蛍光
灯2000ルクス照射時の開放電圧(第2図)、短絡電流
(第3図)、フィルファクター(第4図)の値をそれぞ
れ縦軸とし、保存時間を横軸として示した。保存は、10
0℃及び150℃の温度で暗所で行なった。その結果比較例
の太陽電池Bは高温保存時間と共に大きく出力特性が劣
化するのに対して、本実施例の太陽電池Aは、殆どその
影響をうけないことが分かった。
また、強い光の連続照射による、太陽電池A、Bの出
力低下の度合を評価し、その結果を第5図、第6図、第
7図に示した。出力特性は白色蛍光灯2000ルクス照射時
の開放電圧(第5図)、短絡電流(第6図)、フィルフ
ァクター(第7図)の値をそれぞれ縦軸とし、太陽電池
A、Bに対する光の照射時間を横軸として示した。光照
射は、40℃で80000ルクスの蛍光灯を用いた。その結
果、比較例の太陽電池Bは光照射時間と共に出力特性が
劣化するのに対して、本実施例の太陽電池Aは、殆どの
影響をうけないことが分かった。
実施例2 実施例1において、I型アモルファスシリコン層4
(第1図(a)参照)の熱酸化時間を変えることによ
り、酸化珪素層5膜の膜厚が異なった3種類の太陽電池
C、D、Eを作成し、その出力特性を測定した。これら
の太陽電池C〜Eの前記膜厚はそれぞれ約30オングスト
ローム、100オングストローム、150オングストロームで
ある。なお、膜厚以外の構成は実施例1の太陽電池Aと
全く同一とし、また、膜厚測定は実施例1と同様に2次
イオン質量分析装置により行なった。
これらの出力特性を実施例1と同一の150℃の高温保
存評価を行い、その結果を第8図、第9図、第10図に示
した。この結果から酸化珪素層の膜厚が大きいほど、高
温熱劣化の程度は小さくなるが、あまり大きいと初期出
力が小さくなり、最適膜厚のあることが分かった。
実施例3 実施例1の太陽電池Aでは、負極用集電電極6(第1
図(a)参照)としてアルミニウムを用いたが、これ以
外に様々な金属を用いて5種類の太陽電池F、G、H、
I、Jを作成した。これらの太陽電池F〜Jに用いた負
極用集電体の材質、及びI型アモルファスシリコン層と
負極用金属集電体層との間の酸化珪素層の膜厚を次表に
示した。なお、各太陽電池F〜Jにより、酸化珪素層の
膜厚を変えた理由は、各負極用集電体の材質に対して、
出力特性を最適にする膜厚を選択したことによる。
このようにして作成した太陽電池F〜Jに対して実施
例1とまったく同一の高強度光照射による出力特性の劣
化試験を行なった。その結果を第11図、第12図、第13図
に示した。出力特性は実施例1と全く同じ条件であり、
白色蛍光灯2000ルクス照射時の開放電圧(第11図)、短
絡電流(第12図)、フィルファクター(第13図)の値そ
れぞれ縦軸とし、光照射時間を横軸として示した。高強
度光照射に用いた光源は80000ルクスの蛍光灯である。
その結果、本実施例で示した太陽電池F〜Jも実施例1
と同様に、耐高強度光照射性能が従来の太陽電池に較べ
て向上したことが分かった。
発明の効果 本発明に従えば耐高強度光照射性能及び耐高温保存性
能に優れた太陽電池を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は本発明の実施例1における太陽電池Aの
構成を示す断面図、第1図(b)はその比較例における
太陽電池Bの構成を示す断面図、第2図〜第4図は同実
施例および比較例の太陽電池A、Bの高温保存による出
力特性の劣化を示し、第2図は開放電圧の特性図、第3
図は短絡電流の特性図、第4図はフィルファクターの特
性図、第5図〜第7図は同実施例および比較例の太陽電
池A,Bの高強度光照射による出力特性の劣化を示し、第
5図は開放電圧の特性図、第6図は短絡電流の特性図、
第7図はフィルファクターの特性図、第8図〜第10図は
本発明の実施例2における太陽電池C、D、Eの高温保
存による出力特性の劣化を示し、第8図は開放電圧の特
性図、第9図は短絡電流の特性図、第10図はフィルファ
クターの特性図、第11図〜第13図は本発明の実施例3に
おける太陽電池F、G、H、I、Jの高強度光照射によ
る出力特性の劣化を示し、第11図は開放電圧の特性図、
第12図は短絡電流の特性図、第13図はフィルファクター
の特性図である。 1……ガラス基板、2……ITO透明電極、3……P型ア
モルファスシリコン層、4……I型アモルファスシリコ
ン層、5……酸化珪素層、6……アルミニウム電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−15085(JP,A) 特開 昭59−55080(JP,A) 特開 昭62−47170(JP,A) 特開 昭60−43819(JP,A) 特開 昭54−25187(JP,A) 特開 昭62−142778(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透明基体と透明電極と光電変換活性層と集
    電電極を順次積層したものであり、前記光電変換活性層
    はP型アモルファスシリコン層とI型アモルファスシリ
    コン層と前記I型アモルファスシリコン層の表面を酸化
    することで作成した酸化物層からなり、前記集電電極は
    前記酸化物層に接合されAl,Cd,Ta,Mg,Cu及びFeの少なく
    とも1種を含有する合金を用いたことを特徴とする太陽
    電池。
  2. 【請求項2】前記I型アモルファスシリコン層の表面に
    作成した酸化物は、酸素を含有する雰囲気中で加熱する
    事により形成したことを特徴とする請求項1記載の太陽
    電池。
  3. 【請求項3】前記集電電極は酸素を1原子%以上含有す
    ることを特徴とする請求項1記載の太陽電池。
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