JP2869133B2 - 光電変換素子及び光起電力装置 - Google Patents
光電変換素子及び光起電力装置Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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Description
【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、光照射を受けることにより起電力を発生す
る光電変換素子及びこれの複数個を電気的に直列接続し
てなる光起電力装置に関する。
る光電変換素子及びこれの複数個を電気的に直列接続し
てなる光起電力装置に関する。
（ロ）従来の技術 光照射を受けると起電力を発生する光起電力装置にお
ける受光面電極膜は、光電変換作用をなす半導体光活性
層への光照射を招くべく透光性であることが好ましい。
従来、透光性を呈すべく受光面側電極はインジューム
（In）やスズ（Sn）の酸化物であるIn2O3、SnO2、ITO等
に代表される透光性導電酸化物（以下TCOと称する）に
より形成されている。このTCOからなる電極にあって
は、そのシート抵抗は約30〜50□／Ωであり、同じ膜厚
のアルミニウム等の金属材料に比べて３桁以上も高いた
め、この電極における電力損失（抵抗損失）が発生し、
集電効率を低下させる原因となる。
ける受光面電極膜は、光電変換作用をなす半導体光活性
層への光照射を招くべく透光性であることが好ましい。
従来、透光性を呈すべく受光面側電極はインジューム
（In）やスズ（Sn）の酸化物であるIn2O3、SnO2、ITO等
に代表される透光性導電酸化物（以下TCOと称する）に
より形成されている。このTCOからなる電極にあって
は、そのシート抵抗は約30〜50□／Ωであり、同じ膜厚
のアルミニウム等の金属材料に比べて３桁以上も高いた
め、この電極における電力損失（抵抗損失）が発生し、
集電効率を低下させる原因となる。
そこで、本願出願人は、受光面電極膜として高抵抗な
TCOを用いるにも係わらず、受光面電極膜による抵抗損
失を減じる構造として、特開昭61−20371号公報、及び
実開昭61−86955号公報を出願している。この光起電力
装置は、光入射側から見て、受光面電極膜、光活性層を
含む半導体膜、第１背面電極膜、絶縁膜及び受光面電極
膜より低抵抗な第２背面電極膜を重畳し、上記第２背面
電極膜が、受光領域の複数箇所において、内周が上記絶
縁膜により囲繞されたコンタクトホールを貫通して受光
面電極膜に到達することにより、上記第２背面電極膜及
び上記受光面電極膜を電気的に結合したものである。
TCOを用いるにも係わらず、受光面電極膜による抵抗損
失を減じる構造として、特開昭61−20371号公報、及び
実開昭61−86955号公報を出願している。この光起電力
装置は、光入射側から見て、受光面電極膜、光活性層を
含む半導体膜、第１背面電極膜、絶縁膜及び受光面電極
膜より低抵抗な第２背面電極膜を重畳し、上記第２背面
電極膜が、受光領域の複数箇所において、内周が上記絶
縁膜により囲繞されたコンタクトホールを貫通して受光
面電極膜に到達することにより、上記第２背面電極膜及
び上記受光面電極膜を電気的に結合したものである。
（ハ）発明が解決しようとする課題 ところで、上述の光起電力装置に当っては、第２背面
電極膜と受光面電極膜とのコンタクト部のコンタクト抵
抗による損失が大きいと、シート抵抗のよる損失を第２
背面電極膜にて抑制するという効果が薄れてしまう。
電極膜と受光面電極膜とのコンタクト部のコンタクト抵
抗による損失が大きいと、シート抵抗のよる損失を第２
背面電極膜にて抑制するという効果が薄れてしまう。
そこで、本発明の目的は、受光面電極膜と第２背面電
極膜とのコンタクト抵抗による損失を抑制し、上述の構
成の光起電力装置における出力特性向上効果を確実に発
揮できるようにすることである。
極膜とのコンタクト抵抗による損失を抑制し、上述の構
成の光起電力装置における出力特性向上効果を確実に発
揮できるようにすることである。
（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、透光性受光面電極膜、光活性層を含む半導
体膜、第１背面電極膜、絶縁膜及び第２背面電極膜を重
畳し、受光領域内の複数の接続箇所において上記第２背
面電極膜が上記絶縁膜を貫通して受光面電極膜と電気的
に結合した光電変換素子であって、上記接続箇所におけ
る受光面電極膜のシート抵抗は、その他の部分より低減
されていることを特徴とする。
体膜、第１背面電極膜、絶縁膜及び第２背面電極膜を重
畳し、受光領域内の複数の接続箇所において上記第２背
面電極膜が上記絶縁膜を貫通して受光面電極膜と電気的
に結合した光電変換素子であって、上記接続箇所におけ
る受光面電極膜のシート抵抗は、その他の部分より低減
されていることを特徴とする。
更に、本発明の光起電力装置は、複数個の上記光電変
換素子を、互いに隣接する光電変換素子の一方の第１背
面電極膜と他方の第２背面電極膜とでもって半導体膜に
対して背面側にて結合することにより、複数個の上記光
電変換素子を電気的に直列接続したことを特徴とする。
換素子を、互いに隣接する光電変換素子の一方の第１背
面電極膜と他方の第２背面電極膜とでもって半導体膜に
対して背面側にて結合することにより、複数個の上記光
電変換素子を電気的に直列接続したことを特徴とする。
（ホ）作用 本発明によれば、受光面電極膜と第２背面電極膜との
コンタクト抵抗による損失が低減され、効果的に第２背
面電極膜にて集電することができる。
コンタクト抵抗による損失が低減され、効果的に第２背
面電極膜にて集電することができる。
（ヘ）実施例 第１図は本発明の光起電力装置の一実施例の要部を光
入射方向に対して背面側斜め方向から臨んだ一部断面斜
視図であり、光入射側から見てTCO等の透光性受光面電
極膜１、膜面に並行なpin接合、pn接合等の半導体接合
の光活性層を含むアモルファスシリコン等を主体とする
半導体膜２、オーミック金属の第１背面電極膜３、絶縁
膜４、及び受光面電極膜１に比べて低抵抗の金属からな
る第２背面電極膜５を重畳し、第２背面電極膜５が、受
光領域内の複数箇所において、絶縁膜４、第１背面電極
膜３及び半導体膜２を貫通すると共に内周が絶縁膜４に
より囲繞された円形等のコンタクトホール６を貫通して
受光面電極膜１に到達することにより、受光面電極膜１
と電気的に結合した複数の単位光電変換素子SC1、SC2、
SC3…を、各単位光電変換素子SC1、SC2、SC3…の受光面
電極膜１が分離間隔を隔てた状態で支持体かつ受光面保
護体となるガラス等の透光性絶縁基板７上に設けてい
る。
入射方向に対して背面側斜め方向から臨んだ一部断面斜
視図であり、光入射側から見てTCO等の透光性受光面電
極膜１、膜面に並行なpin接合、pn接合等の半導体接合
の光活性層を含むアモルファスシリコン等を主体とする
半導体膜２、オーミック金属の第１背面電極膜３、絶縁
膜４、及び受光面電極膜１に比べて低抵抗の金属からな
る第２背面電極膜５を重畳し、第２背面電極膜５が、受
光領域内の複数箇所において、絶縁膜４、第１背面電極
膜３及び半導体膜２を貫通すると共に内周が絶縁膜４に
より囲繞された円形等のコンタクトホール６を貫通して
受光面電極膜１に到達することにより、受光面電極膜１
と電気的に結合した複数の単位光電変換素子SC1、SC2、
SC3…を、各単位光電変換素子SC1、SC2、SC3…の受光面
電極膜１が分離間隔を隔てた状態で支持体かつ受光面保
護体となるガラス等の透光性絶縁基板７上に設けてい
る。
そして、各単位光電変換素子SC1、SC2、SC3…の隣接
する素子の受光面電極膜１と第１背面電極膜３とを各光
電変換素子SC1、SC2、SC3…の隣接間隔部において直接
重畳することなく、半導体膜２の背面側において絶縁膜
４側から、例えばレーザビームの照射あるいはエッチン
グを行うことにより開孔した部分の第１背面電極膜３
に、隣接素子の第２背面電極膜５が延在し埋設すること
により、互いに隣接する単位光電変換素子SC1、SC2、SC
3…は電気的に著列接続されている。
する素子の受光面電極膜１と第１背面電極膜３とを各光
電変換素子SC1、SC2、SC3…の隣接間隔部において直接
重畳することなく、半導体膜２の背面側において絶縁膜
４側から、例えばレーザビームの照射あるいはエッチン
グを行うことにより開孔した部分の第１背面電極膜３
に、隣接素子の第２背面電極膜５が延在し埋設すること
により、互いに隣接する単位光電変換素子SC1、SC2、SC
3…は電気的に著列接続されている。
ところで、斯る構造の光起電力装置において、受光面
電極膜１及び第２背面電極膜５の接触面における界面抵
抗と、コンタクトホール６内の受光面電極膜５のシート
抵抗とから構成されるコンタクトホール６部での受光面
電極膜１と第２背面電極膜５とのコンタクト抵抗は、第
２背面電極膜５における集電効果を低減させるものであ
り、従って、できるだけ小さいほうが好ましい。
電極膜１及び第２背面電極膜５の接触面における界面抵
抗と、コンタクトホール６内の受光面電極膜５のシート
抵抗とから構成されるコンタクトホール６部での受光面
電極膜１と第２背面電極膜５とのコンタクト抵抗は、第
２背面電極膜５における集電効果を低減させるものであ
り、従って、できるだけ小さいほうが好ましい。
そこで、本発明者はこのコンタクト抵抗を、第２図に
示す構成により測定した。
示す構成により測定した。
まず、第２図（Ａ）に示す如く、基板10上の受光面電
極膜11上に、略1cm×1cmの大きさで、半導体膜12、第１
背面電極膜13、絶縁膜14及び第２背面電極膜15を積層形
成すると共に、第２背面電極15が、それの略中心部にお
いて、絶縁膜14、第１背面電極膜13及び半導体膜12を貫
通すると共に内周が絶縁膜14により囲繞された１個の円
形のコンタクトホール16を貫通して受光面電極膜11に到
達することにより、受光面電極膜11と電気的に結合した
ものを用意した。
極膜11上に、略1cm×1cmの大きさで、半導体膜12、第１
背面電極膜13、絶縁膜14及び第２背面電極膜15を積層形
成すると共に、第２背面電極15が、それの略中心部にお
いて、絶縁膜14、第１背面電極膜13及び半導体膜12を貫
通すると共に内周が絶縁膜14により囲繞された１個の円
形のコンタクトホール16を貫通して受光面電極膜11に到
達することにより、受光面電極膜11と電気的に結合した
ものを用意した。
なお、コンタクトホール６の径は210μｍ及び500μｍ
とした。
とした。
そして、第２背面電極膜15の一側辺を挾んで受光面電
極膜11と第２背面電極膜15との間に、定電流源Ｉ及び電
流計Ａを接続し、更に、第２背面電極膜15の上記一側辺
と対向する側辺を挾んで受光面電極膜11と第２背面電極
膜15との間に、電圧計Ｖを接続した。
極膜11と第２背面電極膜15との間に、定電流源Ｉ及び電
流計Ａを接続し、更に、第２背面電極膜15の上記一側辺
と対向する側辺を挾んで受光面電極膜11と第２背面電極
膜15との間に、電圧計Ｖを接続した。
第２図（Ｂ）はこれの等価回路図を示しており、抵抗
R1、R2は、夫々定電流源Ｉ、電流計Ａ及び電圧計Ｖの接
続経路の受光面電極膜11と、第２背面電極膜15のシート
抵抗とを示し、抵抗Ｒは受光面電極膜11と第２背面電極
膜15とのコンタクト抵抗を示している。
R1、R2は、夫々定電流源Ｉ、電流計Ａ及び電圧計Ｖの接
続経路の受光面電極膜11と、第２背面電極膜15のシート
抵抗とを示し、抵抗Ｒは受光面電極膜11と第２背面電極
膜15とのコンタクト抵抗を示している。
この等価回路図から分かるように、抵抗R1、R2成分は
相殺され、従って、今、電圧計Ａによる測定電流をＩ、
電圧計Ｖによる測定電圧をＶとすると、Ｖ＝IRの関係が
成り立ち、コンタクト抵抗Ｒの測定が成される。
相殺され、従って、今、電圧計Ａによる測定電流をＩ、
電圧計Ｖによる測定電圧をＶとすると、Ｖ＝IRの関係が
成り立ち、コンタクト抵抗Ｒの測定が成される。
こうして測定したコンタクト抵抗と受光面電極膜１の
シート抵抗との関係を調べたところ、第３図に示す如
く、コンタクト抵抗は、受光面電極膜５のシート抵抗と
略比例する関係にあることが判明した。言い換えれば、
コンタクト抵抗は、受光面電極膜１及び第２背面電極膜
５の接触面における界面抵抗の影響を余り受けず、コン
タクトホール６内の受光面電極膜１のシート抵抗の影響
を大きく受けることが分かった。
シート抵抗との関係を調べたところ、第３図に示す如
く、コンタクト抵抗は、受光面電極膜５のシート抵抗と
略比例する関係にあることが判明した。言い換えれば、
コンタクト抵抗は、受光面電極膜１及び第２背面電極膜
５の接触面における界面抵抗の影響を余り受けず、コン
タクトホール６内の受光面電極膜１のシート抵抗の影響
を大きく受けることが分かった。
従って、この部分の受光面電極膜１のシート抵抗を低
減すれば、上記コンタクト抵抗は低減され、この部分で
の抵抗損失が抑制されることとなる。
減すれば、上記コンタクト抵抗は低減され、この部分で
の抵抗損失が抑制されることとなる。
第４図乃至第６図はコンタクトホール６部の受光面電
極膜１のシート抵抗が低減された第１乃至第３の実施例
を示す要部拡大断面図である。
極膜１のシート抵抗が低減された第１乃至第３の実施例
を示す要部拡大断面図である。
まず、第４図に示す第１の実施例によれば、受光面電
極膜１を基板７上に形成するに先立って、後にコンタク
トホール６が形成される部分の基板７上に、複数のドッ
ト状の金属層８を形成した構成である。これにより、こ
の部分の受光面電極膜１のシート抵抗は実質的に低減さ
れる。
極膜１を基板７上に形成するに先立って、後にコンタク
トホール６が形成される部分の基板７上に、複数のドッ
ト状の金属層８を形成した構成である。これにより、こ
の部分の受光面電極膜１のシート抵抗は実質的に低減さ
れる。
これら金属層８は、AgペーストやNiペースト等の金属
ペーストをスクリーン印刷により塗布したり、Al、Ag等
の金属を、マスクを用いて蒸着することにより、パター
ン形成される。
ペーストをスクリーン印刷により塗布したり、Al、Ag等
の金属を、マスクを用いて蒸着することにより、パター
ン形成される。
こうして、コンタクトホール６が形成されるべき箇所
のシート抵抗が低減された受光面電極膜１上に、第１図
に示す如く、半導体膜２、第１背面電極膜３、絶縁膜
４、及び第２背面電極膜５が重畳して形成され、その
後、コンタクトホール６が形成される。
のシート抵抗が低減された受光面電極膜１上に、第１図
に示す如く、半導体膜２、第１背面電極膜３、絶縁膜
４、及び第２背面電極膜５が重畳して形成され、その
後、コンタクトホール６が形成される。
尚、このように、コンタクトホール６部に金属層８を
形成すれば、当然この部分は不透明となるが、この部分
は元々発電に寄与しない領域であるため、何ら支障はな
い。
形成すれば、当然この部分は不透明となるが、この部分
は元々発電に寄与しない領域であるため、何ら支障はな
い。
次に、第５図に示す第２の実施例によれば、受光面電
極膜１において、後にコンタクトンホール６が形成され
る部分に、膜厚部1aが形成されている。これにより、こ
の膜厚部1aの受光面電極膜１のシート抵抗が、低減され
ている。
極膜１において、後にコンタクトンホール６が形成され
る部分に、膜厚部1aが形成されている。これにより、こ
の膜厚部1aの受光面電極膜１のシート抵抗が、低減され
ている。
この受光面電極膜１は、まず、基板７上に膜厚約8000
Å程度で一様に形成された後、膜厚部1aを残してその他
の部分が膜厚4000Å程度に選択的にエッチングされるこ
とにより、または、受光面電極膜１が膜厚4000Å程度に
一様に形成された後、膜厚部1aとなる部分にのみ選択的
に膜厚4000Åの部分が積層されることにより、形成され
る。
Å程度で一様に形成された後、膜厚部1aを残してその他
の部分が膜厚4000Å程度に選択的にエッチングされるこ
とにより、または、受光面電極膜１が膜厚4000Å程度に
一様に形成された後、膜厚部1aとなる部分にのみ選択的
に膜厚4000Åの部分が積層されることにより、形成され
る。
最後に、第６図に示す第３に実施例によれば、光面電
極膜１において、後にコンタクトホール６が形成される
部分に変質部1bを形成している。これにより、この変質
部1bの受光面電極膜１のシート抵抗は実質的に低減され
る。
極膜１において、後にコンタクトホール６が形成される
部分に変質部1bを形成している。これにより、この変質
部1bの受光面電極膜１のシート抵抗は実質的に低減され
る。
変質部1bの形成方法としては、例えば、受光面電極膜
１がSnO2から成る場合、一酸化炭素（CO）雰囲気中にお
いて、変質部1bの形成部分にレーザ光を照射して750〜9
50℃の温度処理を施こして、 SnO2＋2CO→Sn＋2CO2 の還元動作を行うことにより、SnO2をSnへ変質させる
か、あるいは、受光面電極膜１の変質部1bを形成する表
面に、複数のピン状部を備える部材を用いて、Mg、Al等
の活性材料を点状に接触させ、その部分のSnO2をSnに変
質させる方法等がある。
１がSnO2から成る場合、一酸化炭素（CO）雰囲気中にお
いて、変質部1bの形成部分にレーザ光を照射して750〜9
50℃の温度処理を施こして、 SnO2＋2CO→Sn＋2CO2 の還元動作を行うことにより、SnO2をSnへ変質させる
か、あるいは、受光面電極膜１の変質部1bを形成する表
面に、複数のピン状部を備える部材を用いて、Mg、Al等
の活性材料を点状に接触させ、その部分のSnO2をSnに変
質させる方法等がある。
以上のように、コンタクトホール６部の受光面電極膜
１のシート抵抗を低減することにより、この部分での受
光面電極膜１と第２背面電極膜５とのコンタクト抵抗は
小さくなり、第２背面電極膜５による集電効果は向上す
る。
１のシート抵抗を低減することにより、この部分での受
光面電極膜１と第２背面電極膜５とのコンタクト抵抗は
小さくなり、第２背面電極膜５による集電効果は向上す
る。
（ト）発明の効果 本発明の光電変換素子及び光起電力装置によれば、受
光面電極膜と第２背面電極膜とのコンタクト部における
受光面電極膜のシート抵抗を低減することによって、斯
るコンタクト部のコンタクト抵抗を小さくしたので、第
２背面電極膜による集電効果が向上し、光電変換素子及
び光起電力装置の出力特性を向上することができる。
光面電極膜と第２背面電極膜とのコンタクト部における
受光面電極膜のシート抵抗を低減することによって、斯
るコンタクト部のコンタクト抵抗を小さくしたので、第
２背面電極膜による集電効果が向上し、光電変換素子及
び光起電力装置の出力特性を向上することができる。
第１図は本発明の一実施例の要部を示す一部断面斜視
図、第２図（Ａ）及び（Ｂ）はコンタクト抵抗の測定装
置を示す概略図及び等価回路図、第３図はコンタクト抵
抗と受光面電極膜のシート抵抗との関係を示す特性図、
第４図乃至第６図は受光面電極膜のシート低減を図るた
めの第１乃至第３実施例の構造を示す要部の断面図であ
る。
図、第２図（Ａ）及び（Ｂ）はコンタクト抵抗の測定装
置を示す概略図及び等価回路図、第３図はコンタクト抵
抗と受光面電極膜のシート抵抗との関係を示す特性図、
第４図乃至第６図は受光面電極膜のシート低減を図るた
めの第１乃至第３実施例の構造を示す要部の断面図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 楠 浩 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−1181（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−194370（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−78579（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−120364（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 31/04
Claims (2)
- 【請求項１】透光性受光面電極膜、光活性層を含む半導
体膜、第１背面電極膜、絶縁膜及び第２背面電極膜を重
畳し、受光領域内の複数の接続箇所において上記第２背
面電極膜が上記絶縁膜を貫通して受光面電極膜と電気的
に結合した光電変換素子であって、上記接続箇所におけ
る受光面電極膜のシート抵抗は、その他の部分より低減
されていることを特徴とする光電変換素子。 - 【請求項２】複数個の第１項記載の光電変換素子を並列
配置し、互いに隣接する光電変換素子の一方の第１背面
電極膜と他方の第２背面電極膜とでもって半導体膜に対
して背面側にて結合することにより、複数個の上記光電
変換素子を電気的に直列接続したことを特徴とする光起
電力装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2076117A JP2869133B2 (ja) | 1990-03-26 | 1990-03-26 | 光電変換素子及び光起電力装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2076117A JP2869133B2 (ja) | 1990-03-26 | 1990-03-26 | 光電変換素子及び光起電力装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03276683A JPH03276683A (ja) | 1991-12-06 |
| JP2869133B2 true JP2869133B2 (ja) | 1999-03-10 |
Family
ID=13595969
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2076117A Expired - Fee Related JP2869133B2 (ja) | 1990-03-26 | 1990-03-26 | 光電変換素子及び光起電力装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2869133B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2968404B2 (ja) * | 1992-11-13 | 1999-10-25 | 三洋電機株式会社 | 光起電力装置の製造方法 |
| JP6941915B2 (ja) | 2014-08-29 | 2021-09-29 | ローム株式会社 | 有機薄膜太陽電池モジュールおよび電子機器 |
-
1990
- 1990-03-26 JP JP2076117A patent/JP2869133B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03276683A (ja) | 1991-12-06 |
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