JP3196155B2 - 光起電力装置 - Google Patents

光起電力装置

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JP3196155B2
JP3196155B2 JP04781697A JP4781697A JP3196155B2 JP 3196155 B2 JP3196155 B2 JP 3196155B2 JP 04781697 A JP04781697 A JP 04781697A JP 4781697 A JP4781697 A JP 4781697A JP 3196155 B2 JP3196155 B2 JP 3196155B2
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light
electrode
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polycrystalline
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正明 亀田
治寿 橋本
久雄 白玖
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、太陽電池装置な
どの光起電力装置に係り、特に、低抵抗率で光入射ロス
の少ない透光性電極を用いた光起電力装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、太陽電池装置の構造としては、ガ
ラス、プラスチック等の絶縁性を有する透光性基板上
に、SnO2、ITO、ZnO等からなる透光性電極、
光電変換機能を有する光電変換層、及びAg、Al等か
らなる金属がこの順序で積層された構造のもの(以下、
この構造を順タイプ構造という。)が知られている。
【0003】また、ステンレス、Al等の金属基板上に
絶縁膜を介してAg、Al等の金属電極、光電変換機能
を有する光電変換層、及びSnO2、ITO、ZnO等
からなる透光性電極がこの順序で積層された構造のもの
(以下、この構造を逆タイプ構造という。)も知られて
いる。
【0004】これら従来の構造の光起電力装置において
は、いずれも透光性電極の側から光が入射するため、透
光性電極としては低い抵抗率を有すること及び光の透過
率が高いことが要求される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
順タイプ構造の光起電力装置の場合、透光性電極として
用いられるSnO2、ITO或いはZnOは膜厚が薄い
と抵抗率が大きく、電極として使用するためには膜厚を
厚くして抵抗値を低減する必要があり、このため透光性
電極により光の吸収が増大し、光入射ロスが増加すると
いう問題があった。
【0006】これは、通常SnO2、ITO或いはZn
Oは多結晶状態とすることで、その抵抗率を低減するこ
とはできるが、ガラスやプラスチック等の異種材料上に
SnO2、ITO或いはZnOを形成する場合、原子間
の結合長が異なるため形成界面において構造歪みが発生
してしまい、このため十分な大きさの結晶粒径が得られ
ないことが一因であると推察される。
【0007】加えて、多結晶状態のSnO2、ITO或
いはZnOの屈折率は約1.9〜2.0であるために、
屈折率が1の空気と透光性電極界面、或いは透光性電極
と光電変換層(例えば、非晶質シリコンの場合屈折率は
約3.4)との界面において入射光が反射し、入射光の
ロスが生じるという問題もあった。
【0008】この発明は、上述した従来の問題点を解決
するためになされたものにして、低抵抗率で且つ光入射
ロスを低減させた透光性電極を有する光起電力装置を提
供することをその目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明は、光電変換層
の光入射側に透光性電極を備えた光起電力装置であっ
て、前記透光性電極は、光入射側から光電変換層側に向
かって膜厚方向に非晶質状態から多結晶状態に漸次変化
するように形成されていることを特徴とする。
【0010】上記構成によれば、透光性電極の光入射側
の領域を非晶質状態としたことで、この部分の構造柔軟
性が増大し、形成界面における構造歪みを吸収すること
ができる。従って、この後に形成するSnO2、ITO
或いはZnO等の透光性電極材料は粒径の大きなものが
得られ、従来よりも薄い膜厚で抵抗率の低い透光性電極
を得ることができる。
【0011】また、非晶質状態の領域は多結晶状態の領
域よりも屈折率が小さく、このため透光性基板又は空気
側から光電変換層へ向かって透光性電極の屈折率が順次
大きくなり、反射防止膜としての機能がより向上する。
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
き図面に従い説明する。図1はこの発明の前提となる光
起電力装置を示す断面図であり、順タイプ構造の光起電
力装置において、基板側から非晶質状態、多結晶状態の
透光性電極を形成したものである。
【0017】図1に示すように、ガラス基板1上にZn
Oを原料とする透光性電極2が設けられている。この透
光性電極2は光入射側であるガラス基板1上に非晶質透
光性電極層21が設けられ、その上に多結晶透光性電極
層22が形成される。尚、透光性電極2表面は微少な凹
凸が形成されたいわゆるテクスチャ構造に形成するとよ
い。
【0018】この透光性電極層21、22は、ZnOを
ターゲット材料として用いた公知の反応性スパッタ法を
用いて、表1に示す条件で作成した。
【0019】
【表1】
【0020】そして、多結晶透光性電極層22の上に内
部にpin接合を有する非晶質シリコンからなる光電変
換層3が形成される。この実施の形態においては、p型
非晶質シリコンカーバイト層、i型非晶質シリコン層、
n型非晶質シリコン層を公知の平行平板のプラズマCV
D装置を用いて、p、i、n層の順に表2に示す条件で
形成した。
【0021】
【表2】
【0022】この光電変換層3の上に公知の反応性スパ
ッタ法を用いてZnO及びAgの2層からなる裏面金属
層4が設けられている。
【0023】尚、裏面金属層4は、上記の表1に示す多
結晶透光性電極層22と同じ形成条件でZnOを100
0オングストローム、Agを5000オングストローム
形成した。
【0024】次に、上記の表1及び表2に示す条件で多
結晶ZnOからなる多結晶透光性電極層22の膜厚を8
00オングストロームで一定とし、ガラス基板1との間
に介在させる非晶質ZnOからなる非晶質透光性電極層
21の膜厚を変化させた太陽電池装置を作成し、その光
電変換効率を測定した。その結果を図2に示す。
【0025】また、同様に上記の表1及び表2に示す条
件で、ガラス基板1と多結晶透光性電極層22との間に
介在させる非晶質ZnOからなる非晶質透光性電極層2
1の膜厚を200オングストロームで一定とし、光電変
換層3と非晶質透光性電極層21との間に介在させる多
結晶ZnOからなる多結晶透光性電極層22の膜厚を変
化させた太陽電池装置を作成し、その光電変換効率を測
定した。その結果を図3に示す。
【0026】図2及び図3に示す特性は、すべてAM−
1.5、100mW/cm2、25℃の条件で測定した
光電変換効率である。また、図2及び図3において、従
来レベルとあるのは、透光性電極として、表1の多結晶
透光性電極層22の形成条件で膜厚8000オングスト
ロームの膜厚の多結晶透光性電極層を用いた以外はこの
発明のものと同様に形成したものである。
【0027】図2から明らかなように、非晶質透光性電
極層21の膜厚が1000オングストローム以下の場合
には、この発明の変換効率が従来レベルより向上してい
ることが分かる。尚、非晶質透光性電極層21の膜厚が
1000オングストロームを越えると従来レベルより低
下するのは、この領域の光吸収ロスによるからである。
【0028】また、図3から明らかなように、多結晶透
光性電極層22の膜厚が3000オングストローム以上
20000オングストローム以下での発明の変換効率が
従来レベルより向上していることが分かる。また、多結
晶透光性電極層22の膜厚が3000オングストローム
未満で特性が従来のものより低下するのは、従来構造の
透光性電極がいわゆるテクスチャ構造となっており、光
閉じこめ効果があるのに対して、本発明では膜厚が薄す
ぎて十分なテクスチャが形成されないからである。更
に、同図において、膜厚が20000オングストローム
を越えると従来レベルより低下するのは、膜厚の増加に
伴う光吸収ロスによるからである。
【0029】尚、非晶質透光性電極層21の屈折率は約
1.6〜1.7、多結晶透光性電極層22の屈折率は約
1.9〜2.0であり、この透光性電極2によれば、ガ
ラス基板1から光電変換層3へ向かって透光性電極2の
屈折率が順次大きくなり、多層の反射防止膜と同様の機
能を有する。このため、入射する光の反射率を低減させ
ることができる。
【0030】次に、透光性電極が、光入射側から光電変
換層側に向かって膜厚方向に非晶質状態から多結晶状態
に漸次変化させたこの発明の実施の形態につき図4及び
図5に従い説明する。
【0031】図4に示すように、ガラス基板1上に基板
から光電変換層3まで非晶質状態から多結晶状態に漸次
変化させたITOからなるグレーディッド膜の透明電極
20が設けられる。このグレーディッド膜の透明電極1
0は、図5に示すような回転式マグネトロンRF(若し
くはDC)スパッタ装置にITOのターゲットを配置
し、RF又はDC放電のパワー、スパッタガス、基板温
度を変化させて基板1から光電変換領域3まで非晶質状
態から多結晶状態に漸次変化するグレーディッド膜を形
成する。即ち、基板加熱ヒータ35を内蔵した回転体3
6にガラス基板1が取り付けられる。マグネトロン34
の上に透光性導電膜のターゲットとしてITOターゲッ
ト32が配置される。RF電源34に所望の電圧を印加
し、回転体36を回転させて基板1上に非晶質状態から
多結晶状態に漸次変化させたITOからなるグレーディ
ッド膜の透光性電極20を形成する。
【0032】このように形成されたグレーディッド膜の
透光性電極20上に上記と同様に、内部にpin接合を
有する非晶質シリコンからなる光電変換層3が形成され
る。この実施の形態においては、p型非晶質シリコンカ
ーバイト層、i型非晶質シリコン層、n型非晶質シリコ
ン層を公知の平行平板のプラズマCVD装置を用いて、
p、i、n層の順に上記した表2に示す条件で形成し
た。この光電変換層3の上に裏面金属電極4が形成され
る。
【0033】さて、この実施の形態では、グレーディッ
ド膜の透光性電極20をRFスパッタによりITO膜を
Arガスを用いて基板温度を変化させて形成した。表3
にその形成条件を示す。もちろんグレーディッド膜の膜
質調整に応じてガスを他の希ガスを用いたりしてもよ
い。また、従来より透光性電極のスパッタ形成に用いら
れるように、これら希ガスに酸素を添加してもよい。ま
た、放電のパワー及び圧力を変化させてもよい。
【0034】
【表3】 尚、ターゲットはITO(SnO25wt%)のものを
用いた。
【0035】表4に上記したこの発明の太陽電池装置と
従来の太陽電池装置を作成し、太陽電池特性を測定した
結果を示す。測定条件はAM−1.5、100mW/c
2、25℃の条件である。
【0036】
【表4】
【0037】表4から明らかなように、この発明による
太陽電池装置は、電流値において従来例に比べ勝ってい
ることが分かる。
【0038】さらに、この実施の形態においては、ガラ
ス基板1から光電変換層3まで透光性電極20が非結晶
状態から多結晶状態に漸次変化しているので、屈折率が
順次大きくなり、反射防止膜としての機能がより向上
し、入射する光の反射率を更に低減できる。
【0039】尚、上記の実施の形態として透光性電極と
してITOを用いたが、ZnOなどの他の透光性電極を
用いてもよい。
【0040】また、上記した実施の形態は、順タイプ構
造の太陽電池について説明したが、逆タイプ構造の太陽
電池の透光性電極に用いても同様の効果が得られる。
【0041】また、光電変換層として、上記した実施の
形態においては、非晶質シリコン系半導体層を用いた
が、これに限らず、単結晶シリコンや多結晶シリコン等
の結晶系半導体材料や、GaASやInP等の化合物半
導体材料を光電変換層に用いることができる。
【0042】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、透光性電極の光入射側の領域を非晶質状態としたこ
とで、この部分の構造柔軟性が増大し、形成界面におけ
る構造歪みを吸収することができる。従って、この後に
形成するSnO2、ITO或いはZnO等の透光性電極
材料は粒径の大きなものが得られ、従来よりも薄い膜厚
で抵抗率の低い透光性電極を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の前提となる光起電力装置を示す断面
図である。
【図2】この発明の前提となる光起電力装置における太
陽電池装置の非晶質透光性電極の膜厚を変化させた場合
の変換効率を示す特性図である。
【図3】この発明の前提となる光起電力装置における太
陽電池装置の多結晶透光性電極の膜厚を変化させた場合
の変換効率を示す特性図である。
【図4】この発明の実施の形態を示す断面図である。
【図5】この発明に用いられる透光性電極の形成装置を
示す構成図である。
【符号の説明】
1 ガラス基板 2 透光性電極 21 非晶質透光性電極層 22 多結晶透光性電極層 3 光電変換層 4 裏面金属電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐山 勝信 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−213281(JP,A) 特開 昭62−55127(JP,A) 特開 昭63−9158(JP,A) 特開 昭59−161882(JP,A) 特開 平8−174764(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/04 - 31/078 H01B 5/00 - 5/16

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光電変換層の光入射側に透光性電極を備
    えた光起電力装置であって、前記透光性電極は、光入射
    側から光電変換層側に向かって膜厚方向に非晶質状態か
    ら多結晶状態に漸次変化して形成されていることを特徴
    とする光起電力装置。
JP04781697A 1997-03-03 1997-03-03 光起電力装置 Expired - Lifetime JP3196155B2 (ja)

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