JP2974485B2 - 光起電力素子の製造法 - Google Patents

光起電力素子の製造法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高性能で信頼性が高
く、しかも量産性に優れた太陽電池等の光起電力素子の
製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】人類のこれからのエネルギー源として、
その使用の結果発生する二酸化炭素の為に地球の温暖化
をもたらすと言われる石油や石炭等の化石燃料、不測の
事故により、さらには正常な運転時に於いてすら放射線
の危険が皆無とは言えない原子力に全面的に依存してい
くことは問題が多い。それに対して太陽をエネルギー源
とする太陽電池は、地球環境に対する影響がきわめて少
ないので、一層の普及が期待されている。しかし現状に
於いては、本格的な普及を妨げているいくつかの問題点
がある。
【０００３】従来太陽光発電用としては、単結晶または
多結晶のシリコンが多く用いられてきた。しかしこれら
の光起電力素子の一例としての太陽電池は結晶の成長に
多くのエネルギーと時間を要し、またその後も複雑な工
程が必要となるため量産効果があがりにくく、低価格で
の提供が困難であった。一方アモルファスシリコン（以
下ａ−Ｓｉと記載）や、ＣｄＳ・ＣｕＩｎＳｅ2などの
化合物半導体を用いた、いわゆる薄膜半導体光起電力素
子が盛んに研究、開発されてきた。これらの光起電力素
子では、ガラスやステンレススティールなどの安価な基
板上に必要なだけの半導体層を形成すればよく、その製
造工程も比較的簡単であり、低価格化できる、可能性を
持っている。しかし薄膜半導体光起電力素子は、その変
換効率が結晶シリコン光起電力素子に比べて低く、しか
も長期の使用に対する信頼性に不安がある為これまで本
格的に使用されてこなかった。そこで薄膜半導体光起電
力素子の性能を改善する為、様々な工夫がなされてい
る。
【０００４】その一つが光の反射率を高めた層を用いる
ことにより半導体層で吸収されなかった光を、再び半導
体層に戻し入射光を有効に利用する為の裏面反射層であ
る。その為に、透明な基板の基板側から光を入射させる
場合には、半導体の表面に形成する電極を銀（Ａｇ）、
アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）など反射率の高い金
属で形成するとよい。また半導体層の表面から光を入射
させる場合には、同様の金属の層を基板上に形成した後
半導体層を形成するとよい。また金属層と半導体層の間
に適当な光学的性質を持った透明層を介在させると、多
重干渉効果によりさらに反射率を高めることができる。
図４（ａ）はシリコンと各種金属の間に透明層を有しな
い場合であり、図４（ｂ）は、シリコンと各種金属の間
に透明層として酸化亜鉛（ＺｎＯ）を介在させた場合
の、反射率の向上を示すシミュレーションの結果であ
る。
【０００５】この様な透明層を用いることは光起電力素
子の信頼性を高める上で効果がある。特公昭６０−４１
８７８号公報には透明層を用いることにより半導体と金
属層が合金化することを防止できるとの記載がある。ま
た米国特許４，５３２，３７２及び４，５９８，３０６
には、適度な抵抗を持った透明層を用いることにより万
が一半導体層に短絡箇所が発生しても電極間に過剰な電
流が流れるのを防止できるとの記載がある。
【０００６】また光起電力素子の変換効率を高める為の
別の工夫として、光起電力素子の表面または／及び裏面
反射層との界面を微細な凹凸状とする（テクスチャー構
造）方法がある。このような構成とすることにより、光
起電力素子の表面または／及び裏面反射層との界面で光
が散乱され、更に半導体の内部に閉じこめられ、（光ト
ラップ効果）半導体中で有効に吸収できる様になる。基
板が透明な場合には、基板上の酸化錫（ＳｎＯ2）など
の透明電極の表面を凹凸構造にすると良い。また半導体
の表面から光を入射する場合には、裏面反射層に用いる
金属層の表面を凹凸構造とすればよい。Ｍ．Ｈｉｒａｓ
ａｋａ，Ｋ．Ｓｕｚｕｋｉ，Ｋ．Ｎａｋａｔａｎｉ，
Ｍ．Ａｓａｎｏ，Ｍ．Ｙａｎｏ，Ｈ．Ｏｋａｎｉｗａは
Ａｌを基板温度や堆積速度を調整して堆積することによ
り裏面反射層用凹凸構造が得られることを示している。
（Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ２０
（１９９０）ｐｐ９９−１１０）このような凹凸構造の
裏面反射層を用いたことによる入射光の吸収の増加の例
を図５に示す。ここで曲線（ａ）は、金属層として平滑
なＡｇを用いたａ−Ｓｉ太陽電池の分光感度、曲線
（ｂ）は、凹凸構造のＡｇを用いた場合の分光感度を示
す。
【０００７】さらに金属層と透明層との２層からなる裏
面反射層の考え方と、凹凸構造の考え方を組み合わせる
こともできる。米国特許４，４１９，５３３には金属層
の表面がテクスチャー構造を持ち、且つその上に透明層
が形成された裏面反射層の考え方が開示されている。こ
の様な組み合わせにより太陽電池の変換効率は著しく向
上することが期待される。しかしながら本発明者等の知
見によれば、実際にはあらかじめ期待されたほどの効果
が得られないことが多かった。また半導体の堆積条件に
よっては、透明層が設けられているにも拘らず、形成さ
れた太陽電池の高温高湿下での使用に対する十分な信頼
性が得られないことがあった。この為薄膜太陽電池は低
価格にて生産できる可能性がありながら、太陽光発電用
には本格的に普及するに至っていなかった。
【０００８】本発明者等は、従来の裏面反射層には次の
ような問題点があることを見いだした。
【０００９】 （１）金属層の凹凸化に伴う反射率の低下 金属層を凹凸構造にすると表面で反射される光は様々な
方向に乱反射される。しかしこの点を考慮し、あらゆる
方向に反射された光を集められる積分球を備えた反射率
測定装置を用いて測定しても、凹凸とされた金属層は平
滑な金属に比べ、反射率がかなり低下する傾向がある。
特にＡｌやＣｕの場合にはその傾向が著しい。このため
半導体層を通過してきた光を有効に反射し半導体に送り
返すことができない。この結果、光起電力素子の変換効
率が期待したほど高くならない。
【００１０】 （２）透明層表面への金属の拡散 裏面反射層の上に半導体層を堆積する際には、通常２０
０度以上の基板温度とされる。この様な温度では金属原
子が透明層を貫通して透明層の表面まで拡散し得る。こ
のように金属が直接半導体層と接触した場合透明層の機
能が不十分となり信頼性の低下を招くものと思われる。
【００１１】 （３）半導体層への金属の拡散 透明層を形成する際、下地の金属層が一部分で露出して
しまう場合がある。特に金属層の凹凸構造の凹凸を大き
くし、透明層を薄くした場合にはこの現象が顕著であ
る。この上に半導体層を堆積した場合、前述金属層の露
出部分より金属原子が半導体層に拡散し、半導体接合の
特性に影響を及ぼす。
【００１２】 （４）後工程での問題 半導体層にはピンホール等の欠陥箇所がある為、この様
な欠陥箇所を介して半導体層表面の電極と透明層が直接
接触し得る。透明層が適度な抵抗を持っていないと、こ
の部分で過剰な電流が流れるのを防止できない。
【００１３】また前述（３）の様な金属層の露出部分が
あると半導体のピンホール等の欠陥箇所を介して、上部
電極と背面電極が接触し得る。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、この様な現
状に鑑みてなされたものであって、改良された裏面反射
層を用いることによって、変換効率が高くしかも信頼性
が高く、量産性に優れた光起電力素子の製造法を提供す
ることを特徴とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明は、金属層を設け
た基板の上に第１透明導電層を設ける工程、第１透明導
電層の上に光電変換層を設ける工程、及び光電変換層の
上に第２透明導電層を設ける工程を有する光起電力素子
の製造法において、前記第１透明導電層を設ける工程
は、前記金属層を設けた基板上に、該基板温度を低温部
の温度設定から高温部の温度設定に変化させて、透明導
電物質をマグネトロンスパッタによって堆積させ、これ
によって第１透明導電層を前記金属層の上に成膜させる
光起電力素子の製造法、に特徴を有する。
【００１６】 （発明の態様の説明） 本発明による光起電力素子の構造の一例を図１に示す。
１０１は導電性の基板である。その表面に反射率の高い
金属の層１０２が形成されている。もし基板自身が十分
反射率の高い材料でできている場合は、金属層１０２は
省略されても良い。
【００１７】ここで少なくとも金属層１０２の表面は金
属が持つ固有の反射率をそこなわない程度、すなわち凹
凸が１０００Å以下の平滑な面である。その上に、透明
層１０３が形成されている。透明層１０３は、光電変換
層を透過してきた光に対して透明で適度な電気抵抗を持
ち、凹凸構造を取る。透明層が複数の層領域をとる場
合、（図２では第１層領域１０３ａ、第２層領域１０３
ｂの２層から成る例を示してある。）第一層領域１０３
ａの表面が凹凸５００Å−２００００Å、凹凸の間隔が
３０００Å−２００００Åの凹凸構造を取り、その上に
形成される。第二層領域１０３ｂの電気特性は、第１層
領域１０３ａに比べて比抵抗のかなり高いものでもかま
わない。ただし、この際には、第二層領域１０３ｂの厚
みをできるだけ薄くして太陽電池の単位面積あたりの抵
抗値を下げてやる必要がある。また透明層が複数の層領
域を取る場合（図３では第１層領域１０３ｃ、第２層領
域１０３ｄの２層から成る例を示してある。）で第一層
領域１０３ｃの入光面の凹凸ピッチが３０００Å以下の
平滑な面で、適度な電気抵抗を持ち、後述する第二層領
域１０３ｄの表面凹凸形成時に酸またはアルカリまたは
塩水溶液を使用する際は、それら水溶液に対して第二層
領域１０３ｄより浸食されにくい第一層領域１０３ｃを
使用する。第二層領域１０３ｄの表面の凹凸ピッチが３
０００Å〜２００００Å凹凸の高さが５００Å〜２００
００Åの凹凸構造と光の透過特性および電気的特性は第
１層領域と同様であってもよい。
【００１８】また該透明層は後工程で使用するエッチャ
ントなどに対する耐薬品性がある。この上に半導体接合
１０４がある。ここでは半導体接合としてｐｉｎ型のａ
−Ｓｉ光起電力素子を用いた例を示す。即ち１０５はｎ
型ａ−Ｓｉ、１０６はｉ型ａ−Ｓｉ、１０７はｐ型ａ−
Ｓｉである。半導体接合１０４が薄い場合には、図１、
図２、図３に示すように、半導体接合全体が、透明層１
０３と同様の凹凸構造を示すことが多い。１０８は表面
の透明電極である。その上に櫛型の集積電極１０９が設
けられている。この様な構造を取ることにより次のよう
な効果を生じる。
【００１９】（１）金属層１０２（または基板１０１自
身）の表面が平滑である為、金属面での光の反射率が高
まる。しかも透明層１０３（および半導体接合１０４）
の表面が凹凸構造を持っていることにより、透明層との
界面において入射光の位相が凹部と凸部のずれによる散
乱より半導体接合１０４内部での光トラップ効果が生じ
る。その為入射した光が効果的に吸収され、光起電力素
子の変換効率が向上する。
【００２０】（２）金属層１０２（または基板１０１自
身）の表面が平滑である為、透明層１０３との接触面積
が減少し、透明層１０３への金属原子の拡散等の反応が
起こりにくくなる。
【００２１】透明層１０３が適度な抵抗を持っている
為、たとえ光電変換層１０４に欠陥を生じても過剰な電
流が流れない。また透明層１０３が耐薬品性を持ってい
るので後工程に於いても裏面反射層がダメージを受けに
くい。
【００２２】（３）第１層領域１０３ａの表面を凹凸構
造とする際、たとえ金属層１０２の一部分が露出する様
な場合でも、再度第２層領域１０３ｂによって被覆され
る為、上部電極と金属層１０２が接触する確率は極端に
減少し、光起電力素子の信頼性が著しく向上する。
【００２３】（４）また、平滑な金属層に平滑な第１層
領域１０３ｃが堆積される為金属層に凹凸構造を設ける
時に発生することのある金属層１０２の一部露出の頻度
が極端に低減され、金属層１０２から半導体層１０４へ
の金属原子の拡散が防止できる。
【００２４】（５）また、平滑な金属層１０２に平滑な
第１層領域１０３ｃが堆積される為、金属層に凹凸構造
を設ける時に発生することのある金属層の一部露出の頻
度が極端に低減され、上部電極と金属層の接触がほとん
どない信頼性の高い太陽電池が得られる。
【００２５】本発明の効果を示す為の実験について説明
する。
【００２６】 （実験１） ５×５ｃｍのステンレス基板（ＳＵＳ４３０）上にＤＣ
マグネトロンスパッタ法にてＡｌを１５００Å堆積し
た。この時の基板温度を室温とした。その上にＤＣマグ
ネトロンスパッタ法にてＺｎＯを１０００Å堆積した。
この時の基板温度も室温とした。ＳＥＭ観察によると、
Ａｌの表面は凹凸ピッチ１０００Å以下の平滑面であり
光沢があった。また、ＺｎＯの表面の凹凸ピッチも１０
００Å程度であり、やや黄色味は帯びていたが平滑な光
沢面だった。さらにこの上にＤＣマグネトロンスパッタ
法にてＺｎＯを３０００Å堆積した。この時の基板温度
を３００℃とした。ＳＥＭ観察によると、第２層領域と
なるＺｎＯの表面凹凸ピッチは４０００Å−８０００
Å、凹凸は２０００Å−３０００Åの凹凸構造となりそ
の表面は白濁していた。この段階で波長６０００Å−９
０００Åの範囲での光の反射率を求めた。
【００２７】こうして形成した裏面反射層の上にグロー
放電分解法にて、ＳｉＨ4、ＰＨ3、を原料ガスとしてｎ
型ａ−Ｓｉ層を２００Å、ＳｉＨ4を原料ガスとしてｉ
型ａ−Ｓｉ層を４０００ÅＳｉＨ4、ＢＨ3、Ｈ2を原料
ガスとしてｐ型微結晶（μｃ）Ｓｉ層を１００Å堆積し
半導体接合とした。（尚ＳｉＨ4などのグロー放電分解
法によるａ−Ｓｉ中には、１０％程度の水素（Ｈ）が含
まれる為、一般にはａ−Ｓｉ：Ｈと表記されるが、本説
明中では簡単の為にａ−Ｓｉと表記するものとする。）
この上に透明電極として抵抗加熱蒸着法によりＩＴＯ膜
を６５０Å堆積した。さらにその上に銀ペーストで幅３
００μｍの集電電極を形成し試料１ａとした。
【００２８】次にＡｌの堆積時の基板温度を１００℃と
した他は、試料１ａと同様にして試料１ｂを得た。
【００２９】次に第２層領域のＺｎＯの堆積を行なわな
かった他は、試料１ａと同様にして試料１ｃを得た。
【００３０】次に第１層領域のＺｎＯを基板温度室温で
４０００Å堆積し、第２層領域のＺｎＯの堆積を行なわ
なかった他は、試料１ａと同様にして試料１ｄを得た。
【００３１】次に第１層領域のＺｎＯを基板温度３００
℃で４０００Å堆積し、第２層領域のＺｎＯの堆積を行
なわなかった他は、試料１ａと同様にして試料１ｅを得
た。
【００３２】次にステンレス基板と同サイズの表面を凹
凸１０００Å以下に研磨したＡｌ基板を用い、Ａｌの堆
積を行なわなかった他は、試料１ａと同様にして試料１
ｆを得た。
【００３３】こうして得られた６種の試料をＡＭ−１．
５のソーラーシミュレーターの下で測定し、光起電力素
子の一例としての太陽電池の変換効率を評価した。結果
を表１に示す。表１から次のことが解る。
【００３４】（１）平滑な金属層と凹凸構造を持つ透明
層の組み合わせからなる裏面反射層を用いた場合（試料
１ａ．１ｅ．１ｆ）、変換効率は向上した。
【００３５】（２）試料１ａ．１ｅ．１ｆで変換効率に
おける差違はほとんど見られなかったが、透明層が１層
の場合（試料１ｅ）、２層の場合（試料１ａ．１ｆ）で
は、光起電力素子の歩留が試料１ｅで約７０％、試料１
ａで約９５％、試料１ｇで約９５％となり、２層構成の
方が明らかに歩留が高く、信頼性が高かった。（ここで
言う歩留の基準は、各試料の電流電圧特性の測定から求
めた単位面積（１ｃｍ2）あたりのシャント抵抗が２０
０Ωとし、それ以上の場合は良品、それ未満の場合は不
良品とした。）これは透明層に凹凸構造を形成するとき
に、１層では凹部が局所的に大きくなる場所が発生し一
部分で金属層が露出する。この上に形成される半導体層
にあるピンホール等の欠陥箇所を介して、前記露出部分
と上部電極が接触し電気的短絡が生じたものと思われ
る。これに対して２層領域からなる透明層を設けて、そ
の第１層領域を平滑面にすることにより前記露出部分の
発現が極端に低減され、電気的短絡の発生率を低下さ
せ、歩留が向上したものと思われる。
【００３６】 （実験２） 実験１で、Ａｌの代わりにＡｇを用い、集電電極を形成
しなかった他は、試料１ａと同様にして試料２ａを得
た。
【００３７】Ａｇの堆積時の基板温度として室温の代わ
りに３００℃とした他は、試料２ａと同様にして試料２
ｂを得た。
【００３８】試料２ａではＡｇの表面は平滑であった。
ただしＺｎＯの表面が凹凸構造であるために裏面反射層
全体としては、光沢がない。２ｂではＡｇの表面が凹凸
構造を示していた。
【００３９】表２に両試料のＡＭ−１．５での変換効率
の測定結果を示す。試料２ｂは著しく変換効率が低い
が、これは電流電圧特性から短絡が生じているためと考
えられた。更に両試料をＳＥＭで観察すると、試料２ｂ
では各所にスポットの欠陥が観察され、更にオージェ分
析の結果よりこれらの箇所ではＡｇが表面まで拡散して
いることが解った。
【００４０】 （実験３） 実験１で、第１層領域としてＳｎＯ2をＤＣマグネトロ
ンスパッタ法にて１０００Å堆積した。この時の基板温
度を２００℃とした。この時ＳｎＯ2表面の凹凸ピッチ
は１０００Å以下であり、光沢のある平滑面だった。そ
の上に第２層領域としてＺｎＯを１００００Å堆積し
た。この時の基板温度を３００℃とした。その後、２０
％過塩素酸水溶液に基板表面を室温で３０秒間浸した他
は、試料１ａと同様にして試料３ａを得た。
【００４１】次に２０％過塩素酸水溶液に基板表面を浸
す時間を４５秒間とした他は、試料３ａと同様にして試
料３ｂを得た。
【００４２】次に第２層領域のＺｎＯを２５０００Å堆
積した他は、試料３ａと同様にして試料３ｃを得た。
【００４３】次に２０％過塩素酸水溶液に基板表面を浸
す時間を４５秒間とした他は、試料３ｃと同様にして試
料３ｄを得た。
【００４４】次に２０％過塩素酸水溶液に基板表面を浸
す時間を９０秒間とした他は、試料３ｃと同様にして試
料３ｅを得た。
【００４５】ＳＥＭ観察によれば、過塩素酸水溶液の侵
食作用によって第２層領域のＺｎＯの表面の凹凸構造の
凹凸が浸した時間に応じて大きくなっているのが解る。
【００４６】試料３ｄの凹凸から類推すると試料３ｂの
凹凸は小さい。これはＳｎＯ2に対する過塩素酸水溶液
の侵食作用がＺｎＯに対する侵食作用に比べて弱いため
と考えられる。
【００４７】表３にこれら５種類の試料のＡＭ−１．５
での変換効率の測定結果を示す。試料３ａ〜３ｄでは高
い変換効率が得られたが、試料３ｅでは高い変換効率は
得られなかった。
【００４８】次に本発明の光起電力素子において用いら
れる裏面反射層について詳しく説明する。
【００４９】 （基板及び金属層） 基板としては各種の金属が用いられる。中でもステンレ
ススティール板、亜鉛鋼板、アルミニウム板、銅板等
は、価格が比較的低く好適である。これらの金属板は、
一定の形状に切断して用いても良いし、板厚によっては
長尺のシート状の形態で用いても良い。この場合にはコ
イル状に巻く事ができるので連続生産に適合性がよく、
保管や輸送も容易になる。又用途によってはシリコン等
の結晶基板、ガラスやセラミックスの板を用いる事もで
きる。基板の表面は研磨しても良いが、例えばブライト
アニール処理されたステンレス板の様に仕上がりの良い
場合にはそのまま用いても良い。
【００５０】ステンレススティールや亜鉛鋼板の様にそ
のままでは光の反射率が低い基板やガラスやセラミック
スの様にそのままでは導電性の低い材料からなる基板で
は、その上に銀やアルミニウム、銅の様な反射率の高い
金属の層を設けることによって基板として使用可能とな
る。但し裏面反射層として用いる場合には、太陽光のス
ペクトルの内の短波長の成分は、既に半導体層に吸収さ
れているので、それより長波長の光に対して反射率が高
ければ十分である。どの波長以上で反射率が高ければ良
いかは、用いる半導体の光吸収係数、膜厚に依存する。
例えば厚さ４０００Åのａ−Ｓｉの場合には、この波長
は約６０００Åとなり、銅が好適に使用できる（図４参
照）。
【００５１】金属層の堆積には、抵抗加熱や電子ビーム
による真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーテ
ィング法、ＣＶＤ法、メッキ法等が用いられる。成膜法
の一例としてスパッタリング法の場合を説明する。図６
にスパッタリング装置の一例を示す。４０１は堆積室で
あり、不図示の排気ポンプで真空排気できる。この内部
に、不図示のガスボンベに接続されたガス導入管４０２
より、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスが所定の流量導
入され、排気弁４０３の開度を調整し堆積室４０１内は
所定の圧力とされる。また基板４０４は内部にヒーター
４０５が設けられたアノード４０６の表面に固定され
る。アノード４０６に対向してその表面にターゲット４
０７が固定されたカソード電極４０８が設けられてい
る。ターゲット４０７は堆積されるべき金属のブロック
である。通常は純度９９．９％乃至９９．９９９％程度
の純金属であるが、場合により特定の不純物を導入して
も良い。カソード電極は電源４０９に接続されている。
電源４０９により、ラジオ周波数（ＲＦ）や直流（Ｄ
Ｃ）の高電圧を加え、カソード・アノード間にプラズマ
４１０をたてる。このプラズマの作用によりターゲット
４０７の金属原子が基板４０４上に堆積される。またカ
ソード４０８の内部に磁石を設けプラズマの強度を高め
たマグネトロンスパッタリング装置では、堆積速度を高
める事ができる。
【００５２】堆積条件の一例を挙げる。直径６インチ純
度９９．９９％のＡｌターゲットを用いた。表面を研磨
した５ｃｍ×５ｃｍ厚さ１ｍｍのステンレス板（ｓｕｓ
４３０）を基板とした。ターゲット基板間の距離を５ｃ
ｍとした。Ａｒを１０ｓｃｃｍ流しつつ、圧力を１．５
ｍＴｏｒｒに保った。直径６インチ純度９９．９９％の
Ａｌターゲットを用い５００Ｖの直流電圧を加えたとこ
ろ、プラズマがたち２アンペアの電流が流れた。この状
態で１分間放電を継続した。基板温度を、室温１００
度、２００度、３００度と変えて試料４ａ、４ｂ、４
ｃ、４ｄとした。表４にこれらの試料の外観、ＳＥＭ観
察の結果をまとめた。明らかに温度を高めるとＡｌの表
面が平滑面から凹凸構造へと変化するのが認められる。
他の金属、他の成膜方法に於ても概ね同様の傾向がみら
れる。
【００５３】 （透明層及びその凹凸構造） 透明層としては、ＺｎＯをはじめＩｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、
ＣｄＯ、ＣｄＳｎＯ4、ＴｉＯ等の酸化物がしばしば用
いられる。（だだしここで示した化合物の組成比は実態
と必ずしも一致していない。）各透明層の光の透過率は
一般的には高いほど良いが、半導体に吸収される波長域
の光に対しては、透明である必要はない。透明層はピン
ホールなどによる電流を抑制するためにはむしろ抵抗が
あった方がよい。一方この抵抗による直列抵抗損失が光
起電力素子の変換効率に与える影響が無視できる範囲で
なくてはならない。この様な観点から透明層の単位面積
（１ｃｍ2）あたりの抵抗の範囲は好ましくは１０-6〜
１０Ω、更に好ましくは１０-5〜３Ω、最も好ましくは
１０-4〜１Ωである。また透明層の膜厚は透明性の点か
らは薄いほどよいが、多重干渉の点からは５００Å以上
必要である。また表面の凹凸構造を取るためには平均的
な膜厚として１０００Å以上必要である。また信頼性の
点からこれ以上の膜厚が必要な場合もある。複数の層領
域からなる場合、第１層領域表面の凹凸構造を取るため
には平均的な膜厚として１０００Å以上必要である。
【００５４】本発明の方法の例において、第１層の凹凸
ピッチ３０００Å以下を形成させる第１形成手段の一手
段としては、第１形成温度Ｔ1をできるだけ低くすると
良い。第１形成温度Ｔ1は、第１層形成に用いられる材
料、装置等によって適宜変化するが、例えば、ＺｎＯタ
ーゲット（純度９９．９％）を用いたＤＣマグネトロン
スパッタ法においては、Ｔ1＜２００℃が好ましい。
【００５５】第２形成手段以降の形成手段によって形成
される透明層のうち凹凸構造を採る第ｎ層領域は、凹凸
構造を採るために平均的な膜厚として１０００Å以上必
要である。また、前記凹凸構造の一形成手段としては、
第ｎ形成温度Ｔnを高くすると良い。第ｎ形成温度Ｔ
nは、第ｎ層領域形成に用いられる材料、装置等によっ
て適宜変化するが、例えば、ＺｎＯターゲット（純度９
９．９％）を用いたＤＣマグネトロンスパッタ法におい
ては、Ｔn＞２００℃が好ましい。また、前述透明層に
用いられる酸化物等の表面形状は、形成温度Ｔが高いほ
ど凹凸構造が進むことから、Ｔ1とＴnの関係は、Ｔ1＜
Ｔnとなる。
【００５６】また別の凹凸構造の形成手段としては、第
１層を堆積した後、その表面を酸またはアルカリまたは
塩水溶液に浸す方法がある。浸す時間の長短により所望
の凹凸構造が得られる。この時用いられる酸としては、
酢酸、硫酸、塩酸、硝酸、過塩素酸等が、アルカリとし
ては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アル
ミニウム等が、塩としては塩化鉄、塩化アルミニウム等
がしばしば用いられる。
【００５７】また別の凹凸構造の形成手段としては、第
２層領域以降に形成される透明層のうち所望の凹凸構造
を採らせたい透明層を堆積した後、その表面をスパッタ
リング等を用いて凹凸構造を採らせたい透明層をプラズ
マ、イオン等でたたく方法がある。この凹凸構造形成手
段は比較的簡便に行うことができ、バッヂ式製法に適し
ている。
【００５８】第２形成手段以降の形成手段によって形成
される層領域のうち凹凸構造を採る第ｎ層領域より上に
堆積される透明層の総膜厚は、前記凹凸構造を損なわな
い程度の厚みでなければならず、半導体の厚みも考慮す
れば、前記総膜厚は５００Å−３０００Å、好ましくは
５００Å−２５００Å、更に好ましくは５００Å−２０
００Åである。
【００５９】透明層の堆積には、抵抗加熱や電子ビーム
による真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーテ
ィング法、ＣＶＤ法、スプレーコート法等が用いられ
る。成膜法の一例としてスパッタリング法を説明する。
この場合も図６に示したスパッタリング装置が使用でき
る。ただし酸化物ではターゲットとして酸化物そのもの
を用いる場合と、金属（Ｚｎ、Ｓｎ等）のターゲットを
用いる場合がある。後者の場合では、堆積室にＡｒと同
時に酸素を流す必要がある（反応性スパッタリング法と
呼ばれる）。
【００６０】また透明層の比抵抗を制御するためには適
当な不純物を添加すると良い。本発明の透明層として
は、前述したような導電性酸化物では比抵抗が低すぎる
場合があり、又全体をより薄くするために不純物として
その添加により抵抗を適度に高める物が好ましい。例え
ばｎ型の半導体である透明層にアクセプター型の不純物
（例えばＺｎＯにＣｕ．ＳｎＯ2にＡｌ等）を適当量加
えて真性化し抵抗を高めることができる。
【００６１】なお、透明層が複数の層領域からなる場合
には、それぞれの層領域に適当な不純物を導入してもよ
いが、少なくとも１つの層領域に不純物を導入し真性化
すれば透明層全体として適度な抵抗を持たせることがで
きる。
【００６２】また真性化した透明層は一般に酸やアルカ
リに対してエッチングされにくくなるので、太陽電池製
造の後工程において半導体層やＩＴＯ層のパターンニン
グ等に用いられる薬品に浸されにくくなり、また太陽電
池を高温高湿環境下で長期に渡って使用する場合の耐久
性が高まるメリットもある。
【００６３】ただし、透明層の凹凸構造を形成するため
に酸，アルカリ，塩の溶液等によるエッチングを用いる
場合には、透明層を真性化すると作業能率が低下するの
で望ましくない。この場合には不純物の導入によって真
性化を行なわずに形成した透明層をエッチング処理した
後、さらに真性化を行った透明層を積層すれば透明層全
体としては適度な抵抗を持ち、耐薬品性や耐久性が高い
太陽電池とすることができる。透明膜へ不純物を添加す
るには実験３、実験４にて説明したように蒸発源やター
ゲットに所望の不純物を添加しても良いし、特にスパッ
タリング法ではターゲットの上に不純物を含む材料の小
片を置いても良い。
【００６４】
【実施例】
（実施例１） 図７に示す装置を用いて連続的に裏面反射層の形成を行
った。ここで基板送り出し室６０３に洗浄済みの幅３５
０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ、長さ５００ｍのステンレスシ
ートロール６０１がセットされている。ここからステン
レスシート６０２は金属層堆積室６０４、第１層堆積室
６０５ｃ、第２層領域堆積室６０５ｄを経て基板巻き取
り室６０６に送られて行く。シート６０２は各々の堆積
室にて基板ヒーター６０７、６０８ｃ、６０８ｄにて所
望の温度に加熱できるようになっている。堆積室６０４
のターゲット６０９は純度９９．９９％のＡｌで、ＤＣ
マグネトロンスパッタリングによりシート６０２上にＡ
ｌ層を堆積する。堆積室６０５ｃ、６０５ｄのターゲッ
ト６１０ｃ、６１０ｄは純度９９．９％のＺｎＯで、Ｄ
Ｃマグネトロンスパッタリングにより引き続きＺｎＯ層
を堆積する。堆積速度、所望の膜厚の関係でターゲット
６１０ｃは１／２枚、ターゲット６１０ｄは４枚からな
る。
【００６５】この装置を用いて裏面反射層の形成を行っ
た。シートの送り速度を毎分２０ｃｍとし基板ヒーター
６０８ｄのみを用いてＺｎＯ堆積時の基板温度を２５０
度となるように調整した（６０８ｃは使用せず、基板温
度を室温とした）。Ａｒを流して圧力を１．５ｍＴｏｒ
ｒとし、各々のカソードに５００ＶのＤＣ電圧を加え
た。ターゲット６０９には６アンペア、ターゲット６１
０ｃには２Ａ、ターゲット６１０ｄには各４アンペアの
電流が流れた。巻き取られたシートを調べたところＡｌ
層の厚さは１６００Å、ＺｎＯ層の厚さは２層領域合せ
て平均４４００ÅでありＺｎＯ層の表面は白濁してい
た。
【００６６】この上に図８に示す構造のａ−Ｓｉ／ａ−
ＳｉＧｅタンデム光起電力素子を形成した。ここで７０
１は基板、７０２は金属層、７０３は透明層、７０４は
ボトムセル、７０８はトップセルである。さらに７０３
ｃは第１層、７０３ｄは第２層領域、７０５、７０９は
ｎ型ａ−Ｓｉ層、７０７、７１１はｐ型μｃ−Ｓｉ、７
０６はｉ型ａ−ＳｉＧｅ層、７１０はｉ型ａ−Ｓｉ層で
ある。これらの半導体層は、米国特許４，４９２，１８
１に記載されている様なロール・ツー・ロール型成膜装
置を用いて連続的に製造した。また７１２は透明電極で
あり図９の装置に類似のスパッタリング装置で堆積し
た。７１３は集電電極である。透明電極のパターンニン
グ及び集電電極の形成を行った後シート６０２を切断し
た。こうして全工程を連続的に処理し、量産効果を挙げ
る事ができた。
【００６７】この方法で１００枚の試料を作成し、ＡＭ
１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2）光照射下にて特性評価を
行ったところ、光電変換効率で１１．３±０．２％と優
れた変換効率が再現性良く得られた。またこれらの光起
電力素子を温度５０度、湿度９０％の環境下に１０００
時間放置したが変換効率は１１．１±０．６％とほとん
ど劣化が認められなかった。又この方法で作成した別の
１００枚を、開放状態にてＡＭ１．５相当の光に６００
時間照射したところ１０．７±０．３％と光による劣化
も少なかった。これはタンデム構成を取る事でより波長
の長い光まで有効に吸収され、出力電圧がより高くでき
たためである。また光照射下での薄膜半導体層の劣化を
低くできたためである。こうして本発明の裏面反射層の
効果と相まって変換効率が高く、信頼性の高い光起電力
素子が得られた。
【００６８】 （実施例２） 表面を研磨したＣｕ板を基板として用いた他は実施例１
と同様の方法で裏面反射層を形成した。この基板と第２
層領域ＺｎＯ層を堆積しなかった基板の上にスパッタリ
ング法にてＣｕを０．２ミクロン、インジューム（Ｉ
ｎ）を０．４ミクロン堆積した。次いでこの試料を石英
ガラス製のベルジャーに移し４００度に加熱しながらベ
ルジャー内に水素で１０％に希釈したセレン化水素（Ｈ
2Ｓｅ）を流し、ＣｕＩｎＳｅ2（ＣＩＳ）の薄膜を形成
した。この上に再びスパッタリング法によりＣｄＳの層
を０．１ミクロン堆積した後２５０度でアニールしｐ／
ｎ接合を形成した。この上に実施例９と同様にして透明
電極、集電電極を形成した。
【００６９】この光起電力素子をＡＭ１．５（１００ｍ
Ｗ／ｃｍ2）光照射下にて特性評価を行ったところ、Ｚ
ｎＯ層が２層領域ある光起電力素子では変換効率が９．
６％と優れた変換効率が得られたのに対し、ＺｎＯが平
滑な１層のみの光起電力素子では８．３％と特性が劣っ
ており、本発明がａ−Ｓｉ以外の半導体に対しても効果
があることがわかった。
【００７０】（実施例３）本実施例は、本発明の方法に
よって製造された光起電力素子の一例としての太陽電池
をニッケルカドミウム蓄電池（以下ＮｉＣｄ電池と記
す。）等の蓄電池と一体化することによって、極めて蓄
電池の取扱いが容易になることを示すものである。
【００７１】まず太陽電池を形成するための基板として
ＪＩＳＧ３１４１相当の幅３５０ｍｍ、厚さ０．０１５
ｍｍの冷間圧延鋼板にニッケルメッキ（厚さ５ミクロ
ン）を施したシートロール等を用意し、ステンレスロー
ルシート６０１の代りに用いた以外は実施例３の方法と
全く同様にしてａ−Ｓｉ／ａ−ＳｉＧｅタンデム光起電
力素子を形成した、透明電極１５２１を５８ｍｍ×１０
０ｍｍにパターンニングし、集電電極１５１３を形成し
た後、７０ｍｍ×１１０ｍｍに切断した。こうして作製
した光起電力素子を電槽として用いた蓄電池を図９に示
す。図９（ａ）は蓄電池の外部構造を示す。
【００７２】ここで電槽１５０１の上にはすでに説明し
た様に光起電力素子が作り込まれている。内部で発生し
たガスの圧力に耐えうる様に丈夫な底板がとりつけられ
ている。底板には光起電力素子が形成されておらず、こ
の部分が負極端子となる。図９（ｂ）は蓄電池の内部構
造を示す。内部には負極板１５０４と正極板１５０５と
がセパレータ１５０６によって仕切られて巻きこまれて
いる。極板１５０４、１５０５はＮｉとＣｄの合金の燒
結体であり、セパレータ１５０６はナイロン製の不織布
であり苛性カリの電解液がしませてある。負極板１５０
４は電槽１５０１に接続され、正極板１５０５は正極端
子１５０２に接続される。さらに、電解液が漏れること
がない様パッキング１５０８をかませた合成樹脂製の封
口ふた１５０７で内部は封じられる。ただし急速充放電
に伴う圧力の急上昇による事故を防止するため封口ふた
１５０７には安全弁１５０９が設けられている。
【００７３】さてここで、光起電力素子表面のグリッド
電極１５１３にはリード線が取り付けられ逆流防止ダイ
オード１５０３を介して正極端子１５０２に接続されて
いる。さらに、光起電力素子の表面を損傷から守るため
に電槽に円筒状の透明な熱収縮シートをかぶせた後、熱
風で加熱し、正極端子１５０５及び電槽の底板を除いて
おおった。この様な接続をした場合の等価回路を図１０
に示す。ここで蓄電池本体１５１０は負極端子（電槽の
底板）１５０１及び正極端子１５０２より外部の負荷１
５１２に接続される。
【００７４】ここで光起電力素子１５１１に光が当ると
約１．６Ｖの光起電力を生じ、この電圧は蓄電池本体１
５１０に加わる。蓄電池の電圧は最大でも約１．２Ｖで
あるため逆流防止ダイオード１５０３は順方向にバイア
スされ光起電力素子１５１１から蓄電池１５１０に充電
が行われる。
【００７５】しかし、光起電力素子１５１１に光が当っ
ていないと逆流防止ダイオード１５０３は逆方向にバイ
アスされるため、蓄電池１５１０から無駄に電流が流れ
ることはない。また、この電池を通常の充電器に入れて
充電する場合にも逆流防止ダイオードの作用で、光起電
力素子に無駄に電流が流れることもなく、通常の場合と
同様にして充電することができる。こうして本実施例の
光起電力素子蓄電池は放電後電池ケースから取り出して
窓辺等の強い光の当る場所に放置しておくだけで、ある
いは電池を使用する電気器具の電池ケースのふたが透明
であれば、そのままで光により充電することができ、特
別な充電器が不要なため特に屋外での使用に当って便利
である。また急速に充電する必要がある場合は、従来通
りの充電器で充電できる。しかも形状は自在で単１型電
池、単２型電池、タンク型等から成り一般電池と全く同
様にし、多くの電気機器に使用でき、外観もスマートで
ある。
【００７６】さて実際、この電池２個を懐中電灯に入れ
て使用し暗く使用できなくなった所で懐中電灯から取り
出して日当りのよい窓辺に２本並べて立てて充電した。
天気のよい日に１日充電した所で再び懐中電灯に入れた
所、十分に充電されており、再び使用することができ
た。
【００７７】 （実施例４） 一般に人工衛星用の太陽電池としては、単位面積当りの
出力が大きく放射線損傷の少いＩｎＰなどの化合物結晶
太陽電池が用いられる事が多い。しかし、この様な太陽
電池は一般にウェハーをつなぎ合せて用いる事から、パ
ネル上に固着せざるを得ない。しかし一方で人工衛星の
打上げ時にはパネルの全体が少さくまとまっている必要
がある事から多数のパネルの複雑な展開−折り畳み機構
が必要であり、太陽電池の面積当りの出力が大きくと
も、全体として重量当り出力は低くならざるを得なかっ
た。
【００７８】本実施例は本発明の方法によって製造され
た光起電力素子の一例としての太陽電池を人工衛星の電
源として用いることにより簡単な機構により大きな単位
重量当り出力が得られる事を示すものである。
【００７９】まず、光起電力素子を形成するための基板
としてＪＩＳ２２１９相当の幅３５０ｍｍ厚さ０．１５
ｍｍのアルミニウム板（銅、マンガン等を含む）のシー
トロールをステンレスシート６０１の代りに用いた他は
実施例１の方法と全く同様にしてａ−Ｓｉ／ａ−ＳｉＧ
ｅタンデム光起電力素子を作製し、透明電極１５１２を
１０５ｍｍ×３２０ｍｍにパターンニングし、集電電極
１５１３を形成した後切断した。さらに各光起電力素子
の長辺の一端をグラインダーをかけて基板面を露出させ
た。次にこれらを直列接続した。これを図１１に示す。
すなわち、光起電力素子１７０１と光起電力素子１７０
２を約５ｍｍの間隔を保ってポリスチレンフィルム、ポ
リイミド樹脂フィルム、セルローストリアセテート樹脂
フィルム、３ふっ化エチレンフィルム樹脂等の絶縁フィ
ルム１７０３で裏面から接続し、光起電力素子１７０１
の集電電極１５１３と光起電力素子１７０２の基板の露
出面１７０４との間を銅シート１７０５で銅インク、銀
インク等により加熱圧着接続した。ここで銅シート１７
０５と光起電力素子１７０１の基板との間でショートが
起こるのを防ぐため、ポリイミド樹脂のフィルム１７０
６をエッヂ部にかけてある。さらにこの上から保護のた
め透明なマイラーフィルム１７０７を接着した。
【００８０】こうして２００枚の光起電力素子を直列接
続し長さ２０ｍ余りのシート状光起電力素子の一例とし
ての太陽電池とした。この光起電力素子は図１２に示す
様に構成される。ここで人工衛星の本体１９０１には回
転自在のシャフト１９０２が取り付けられており、シャ
フト１９０２にはシート状光起電力素子１９０３、１９
０４等が巻きつけられている。１９０３は光起電力素子
が完全に展開した状態、１９０４は半ば巻きとられた状
態を示す。なお、ここでシート状光起電力素子の先端で
発生した電流は不図示の光起電力素子と同時に巻き取り
可能なケーブルによって人工衛星本体に接続される。ま
たシート状光起電力素子１９０３、１９０４及びケーブ
ルは不図示の駆動系によって自在に展開巻きとりが可能
である。
【００８１】このシステムは次の様に使用される。まず
人工衛星の打合時にはシート状光起電力素子１９０３、
１９０４はすべて巻き取られた状態としておく。人工衛
星が起動に乗った後、人工衛星を回転軸が太陽の方向を
向く様にして、ゆるやかに自転させる。同時にシート状
光起電力素子をゆっくりくり出すと、円心力によりシー
ト状光起電力素子は放射状に展開して発電する。人工衛
星の軌道の変更、姿勢の制御の軌道からの回収等を行う
時はシート状光起電力素子をモーター等により巻きもど
す。その後必要に応じて再度展開して発電が行える。こ
の６枚のシート状光起電力素子からなるシステムでは出
力が最大５ＫＷで駆動系を合わせた全重量が約３０Ｋｇ
であり、重量当り出力の大きな発電システムが構築でき
る。
【００８２】 （実施例５） 本実施例は本発明の方法によって製造された光起電力素
子を波形に整形し簡易な屋根材とした例である。実施例
１の方法で製造した光起電力素子を長さ１００ｍｍ、巾
９００ｍｍに切断し、１枚１枚を波形にプレス整型し
た。長さ１８００ｍｍ、巾９００ｍｍの塩化ビニール樹
脂性のポリエステル樹脂性等の波型板に貼りつけた。光
起電力素子相互の接続部の詳細を図１３に示す。光起電
力素子２００１と光起電力素子２００２は１０ｍｍの間
隔を保って波型板２００３に貼りつけてある。
【００８３】光起電力素子２００１のグリッド電極と光
起電力素子２００２の基板の露出部２００４は銅シート
２００５で接続した。２００６はショートを防ぐための
ポリイミド樹脂シート、ポリビニルアルコール樹脂シー
ト、ポリスチレンフィルム樹脂シート等の絶縁フィルム
である。また屋根材として固定するための釘穴２００７
があらかじめ波型板２００３にあけてある。ここでショ
ートを防ぐため銅シート２００５には大きめの穴２００
８があけてある。ただし釘穴は必要な直列接続部のみに
あけるにとどめてある。この上からＰＶＡ樹脂層２００
９、フッ素樹脂層２０１０を重ねて圧着、加熱し、１体
の屋根板として整形した。これを用いて屋根をふいた状
態を図１４に示す。（ここで１体に整形された屋根材２
１０２は説明の簡略のために波形の数等が少なく描かれ
ている。）ここで屋根材２１０２の光起電力素子単体２
１０１は図１２にその詳細を示した。直列接続部２１０
３、２１０４で隣接する光起電力素子単体と接続されて
いる。ここで直列接続部２１０３には釘穴が明けられて
おり２１０４には明けられていない。また別の屋根材２
１０５とは波形１個が重なり合う様重ねて固定される。
屋根材２１０２の左端２１０６は光起電力素子が貼りつ
けられていない。また、波型板は透明であるため隣接の
波型屋根材２１０５の上に重っても光はさえぎられな
い。またこの部分で屋根材２１０２の左端からの出力端
子は、２１０２を２１０６に重ねる前にあらかじめ２１
０５の右端の出力端子と接続された後、接続部を端子の
絶縁性のため耐侵性の塗料等でシールしてかつ表に露出
しない様にしておく。この様にして所望の枚数の屋根材
をふくと同時に直列接続が完了する。
【００８４】また場合により直列接続を行わない場合
は、各々の光起電力素子の出力端子にケーブルを接続
し、波形の下の部分２１０８にケーブルをはわせて外部
に出力をとり出すこともできる。
【００８５】この屋根材４枚を直列接続した物を８組並
列にして南向き３０°の傾斜の屋根をふいた所、盛夏の
日中ほぼ５ｋｗの出力が得られ一般家庭用の電力源とし
て十分な出力が得られた。
【００８６】 （実施例６） 本実施例は、自動車の換気ファンの駆動、蓄電池の放電
防止等の目的で用いられる自動車用光起電力素子であ
る。最近自動車用の光起電力素子が実用化されはじめて
いるが、自動車のデザインを損わない様、サンルーフや
高速走行安定用整流板等のスペースに設置されている。
しかし一般仕様の車には何々適当なスペースがない。す
なわち日照を受けやすい点からはボンネットや天井が良
いが、デザイン上問題があり、また車の前後、側面は接
触等による損傷を受け易い。その中で車のリアクォータ
ーピラーは、適度な面積が取れ、損傷も受けにくく、か
くデザイン上も難点が少い。
【００８７】本実施例は、シート状金属基板から構成さ
れる光起電力素子である特徴を生かしてリアクォーター
ピラーに設置するボディと１体感のある曲面状のフォル
ムを持った自動車用光起電力素子を作りうることを示す
ものである。
【００８８】実施例１と同様にして光起電力素子を作製
し、車のデザインに合せて透明電極のパターンニング、
集電々極の形成、切断を行って単体の光起電力片を作っ
た。
【００８９】こうしてできたものを実施例４の方法で直
列接続した。ここでは電圧１２Ｖの蓄電池を持つ自動車
用として図１５に１０枚の光起電力素子の一例としての
太陽電池片からなる例を示す。ここで支柱上部に位置す
る光起電力素子片は２２０１巾がとれないため長さが長
く、支柱下部に位置する光起電力素子片２２０２は巾が
広いので短くし、各光起電力素子片の面積がほぼそろう
様にしてある。さらに長さの長い光起電力素子片ほど集
電々極２２０３の密度を高くして透明電極の抵抗ロスを
十分抑えられる様にしてある。
【００９０】またデザイン上、光起電力素子の色は重要
な要素であるが、車の他の部分の色とマッチする様、透
明電極の厚さを調製することができる。すなわち透明電
極としてＩＴＯを用いた場合一般的には厚さ６５０Åと
するが、この場合ほぼ紫色の外観を呈する。これを薄く
し、透明電極の厚さを４５０Å〜５００Åにすると黄緑
を呈し、５００Å〜６００Åにすると茶色味が強まる。
さらに、６００Å〜７００Åの厚さにすると紫色の外
観、７００Å〜８００Åにすると青味が強まる色彩とな
り適当な色合に調整することが出来る。ただしＩＴＯの
厚さが標準からはずれると光起電力素子の出力はやや低
下するが、タンデムセルの場合、ＩＴＯをうすくした場
合には、光の波長が短波長側にずれるのでトップセルを
うすめに設定し、ＩＴＯを厚くした場合には逆にトップ
セルを厚めに設定し、トップセルとボトムセルの分光感
度のバランスを調整することで効率の低下を最小限に抑
えられる。
【００９１】本実施例の自動車用光起電力素子モジュー
ル２３０２を図１６に示す４ドアセダン車２３０１（塗
装色ブルー）内左右のリアクォーターピラーに取り付け
た。（図１５には左側用を示してある。）これをさらに
図１７にその概略を示した回路に組んだ。ここで左側光
起電力素子２４０１と右側光起電力素子２４０２は各々
逆流防止ダイオード２４０３、２４０４を介して蓄電池
２４０５に接続されている。また日射が強く車内の温度
が高い時には、換気ファン２４０６が回る様になってい
る。この動作を行うため左右の光起電力素子から出力電
流を検知する電流センサ２４０９、２４１０からの信号
の少くとも一方がｈｉｇｈの時であって、かつ感温セン
サ２４０８からの信号がｈｉｇｈである時に限って換気
ファン２４０６のスイッチ２４０７がｏｎとなる。
【００９２】この様にして光起電力素子モジュールを設
けた所、盛夏の晴天時に従来８０℃以上に上っていた室
温を３０℃程度引き下げることが可能となり、かつ厳冬
期に、１週間以上放置しておいても蓄電池があがること
がなくなった。また積雪後もリアクォーターピラー上は
積雪が日射後すぐ融けるためただちに充電可能となるの
で、積雪の多い地方でも支障がなかった。
【００９３】
【表１】
【００９４】
【表２】
【００９５】
【表３】
【００９６】
【表４】
【００９７】
【発明の効果】本発明の裏面反射層を用いる事により、
光の反射率が高くなり、光が半導体中に有効に閉じこめ
られるため、半導体への光の吸収が増加し、変換効率が
高い光起電力素子が得られる。また金属原子が半導体膜
中に拡散しにくくなり、さらに半導体中に部分的な短絡
箇所があっても適度な電気抵抗によってリーク電流が抑
えられ、また耐薬品性が高まるため後工程で新たに欠陥
を生じる恐れも少なく、信頼性の高い光起電力素子が得
られる。更にこの様な裏面反射層はロール・ツー・ロー
ル法等の量産性に富む方法の一環とて製造できる。この
ように本発明は光起電力素子の普及に大いに寄与するも
のである。
【００９８】本願発明の方法によれば、平滑金属表面の
高反射効率を全く損なうことなく、増大させた光拡散効
率をもつ第１透明導電層を形成することができ、この結
果太陽光の電気変換率を実用レベルまで増大させること
ができ、同時に第１透明導電層と第２透明導電層との間
でのショート及びシャントパス（周囲と比べて高電流の
経路）が原因となる太陽電池のシャント抵抗を増大させ
ることがなくなり、この結果、本願発明の方法によって
製造した太陽電池は、長期間（通常、２０年以上）にわ
たる使用中での安定電源としての使用を実現させること
ができ、更に、同時に太陽電池製造における歩留まりを
大幅に向上させることができるのである。
【００９９】また、本願発明によれば、反射面として、
薄膜金属層による反射面を用いることにより、金属基板
の表面を研磨加工することによって形成させた表面を反
射面として用いる場合と比べて、簡単で、且つ低価格
で、高反射面を得ることができるのである。
【０１００】上記効果に基づいて、本願発明の方法は、
太陽電池を屋根材と一体構成させた太陽電池付き屋根に
よる発電の実用化に大きく貢献するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光起電力素子の実施例の断面構造を示
す図で透明層が一層の場合。
【図２】本発明の光起電力素子の実施例の断面構造を示
す図で第一層領域が凹凸構造の場合。
【図３】本発明の光起電力素子の実施例の断面構造を示
す図で第二層領域が凹凸構造の場合。
【図４】シリコンと金属の界面での反射率に対するＺｎ
Ｏの効果を示す図。（ａ）ＺｎＯが無い場合、（ｂ）Ｚ
ｎＯがある場合。
【図５】凹凸構造による光起電力素子の分光感度の改善
を示す図。
【図６】本発明の裏面反射層を製造するに好適なスパッ
タリング装置の構造を示す図。
【図７】本発明の第二層領域が凹凸の構造の場合の裏面
反射層を製造するのに好適なスパッタリング装置の構造
を示す図。
【図８】本発明の太陽電池の別の実施例で第二層領域が
凹凸構造の場合の断面構造を示す図。
【図９】本発明の光起電力素子を蓄電池に用いた図及び
断面図。
【図１０】本発明の光起電力素子を用いた蓄電池使用例
の等価回路。
【図１１】本発明の光起電力素子を用いた衛星用電池の
接続部。
【図１２】本発明の光起電力素子を用いた衛星の図。
【図１３】本発明の光起電力素子を用いた波型屋根材の
拡大図。
【図１４】本発明の光起電力素子を用いた波型屋根材。
【図１５】本発明の光起電力素子を用いた面積を変るこ
とにより集電電極密度が異なるモジュールの実施例の
図。
【図１６】本発明の光起電力素子を用いた自動車の図。
【図１７】本発明の光起電力素子を用いた自動車使用例
の等価回路を示す図。
【符号の説明】
１０１，７０１ 基板 １０２，７０２ 金属層 １０３ 透明層 １０３ａ，１０３ｃ，７０３ａ，７０３ｃ 第１層領域 １０３ｂ，１０３ｄ，７０３ｂ，７０３ｄ 第２層領域 １０５，７０５，７０９ ｎ型ａ−Ｓｉ １０６，７１０ ｉ型ａ−Ｓｉ ７０６ ｉ型ａ−ＳｉＧｅ １０７，７０７，７１１ ｐ型μｃ−Ｓｉ １０８，７１２ 透明電極 １０９，７１３ 集電電極 ６０４ 金属層堆積室 ６０５ 透明層堆積室 ６０５ａ，６０５ｃ 第１層領域堆積室 ６０５ｂ，６０５ｄ 第２層領域堆積室 ４０４，６０２ 基板 ６０１ 基板のロール ４０７，６０９，６１０，６１０ａ，６１０ｂ，６１０
ｃ，６１０ｄ ターゲット ４０５，６０７，６０８，６０８ａ，６０８ｂ，６０８
ｃ，６０８ｄ 基板加熱ヒーター ４０９ 電源 ４１０ プラズマ １５０１ 電槽 １５０２ 正極端子 １５０３ 逆流防止ダイオード １５０４ 負極板 １５０５ 正極板 １５０６ セパレーター １５０７ 封口ぶた １５０８ パッキング １５０９ 安全弁 １５１０ 蓄電池 １５１１ 光起電力素子 １５１２ 透明電極 １５１３ 集電電極 １７０１ 光起電力素子 １７０２ 光起電力素子 １７０３ ポリイミド樹脂 １７０４ 基板露出面 １７０５ 銅シート １７０６ ポリイミド樹脂 １７０７ マイラーフィルム １９０１ 衛星本体 １９０２ シャフト １９０３ 展開した状態の光起電力素子 １９０４ 巻きとられている状態の光起電力素子 ２００１ 光起電力素子 ２００２ 光起電力素子 ２００３ 波型板 ２００４ 露出部 ２００５ 銅シート ２００６ ポリイミド樹脂 ２００７ 固定用ステンレスの穴 ２００８ 銅シートの穴 ２００９ ＰＶＡ樹脂 ２０１０ フッ素樹脂 ２１０１ 光起電力素子単体 ２１０２ 波型屋根材 ２１０３ 釘穴あり直接接続部 ２１０４ 釘穴なし直接接続部 ２１０５ 光起電力素子 ２１０６ 波型屋根材の左端 ２１０７ 釘穴 ２１０８ 波形下部部分 ２２０１ 光起電力素子片 ２２０２ 光起電力素子片 ２２０３，２２０４ 集電電極 ２３０１ 車の車体 ２３０２ 光起電力素子 ２４０１ 左側光起電力素子 ２４０２ 右側光起電力素子 ２４０３，２４０４ 逆流防止ダイオード ２４０５ 蓄電池 ２４０６ 換気ファン ２４０７ 換気ファンのスイッチ ２４０８ 感温センサー ２４０９，２４１０ 光起電力素子の出力電流を検知す
るセンサー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−123781（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−199863（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−90574（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−311511（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−23423（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 31/04

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】金属層を設けた基板の上に第１透明導電層
    を設ける工程、第１透明導電層の上に光電変換層を設け
    る工程、及び光電変換層の上に第２透明導電層を設ける
    工程を有する光起電力素子の製造法において、前記第１
    透明導電層を設ける工程は、前記金属層を設けた基板上
    に、該基板温度を低温部の温度設定から高温部の温度設
    定に変化させて、透明導電物質をマグネトロンスパッタ
    によって堆積させ、これによって第１透明導電層を前記
    金属層の上に成膜させることを特徴とする光起電力素子
    の製造法。
  2. 【請求項２】前記第１透明導電層を設ける工程は、基板
    温度を２００℃以下の温度設定から２００℃以上の温度
    設定に変化させる工程を有する請求項１記載の光起電力
    素子の製造法。
  3. 【請求項３】前記第１透明導電層は、ＺｎＯ層又はＳｎ
    Ｏ 2 である請求項１記載の光起電力素子の製造法。
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