JP3653379B2 - 光起電力素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光入射により光起電力を発生する光起電力素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は、結晶系シリコン基板を基板とする、本出願人が、特願平８−290707号に提案した光起電力素子の構造を示す断面図である。図２において、１は単結晶シリコン，多結晶シリコン等の結晶系半導体からなるｎ型の結晶系シリコン基板である。結晶系シリコン基板１の一方の主面（表面）上には、ｉ型の非晶質シリコン層２，ｐ型の非晶質シリコン層３がこの順に積層され、更にその上に、例えばＩＴＯからなる透光性導電膜４及びＡｇからなる櫛形状の集電極５が形成されている。結晶系シリコン基板１の他方の主面（裏面）上には、ｉ型の非晶質シリコン層６，ｎ型の非晶質シリコン層７がこの順に積層され、更にその上に、例えばＩＴＯからなる透光性導電膜８及びＡｇからなる櫛形状の集電極９が形成されている。
【０００３】
そして、実際に太陽電池として使用する場合には、このような構成の多数の光起電力素子を、集電極５，９に半田付けされたタブを介して、直列接続させたモジュール構造とする。
【０００４】
このような構造の光起電力素子では、結晶系シリコン基板１以外の各層の形成を、プラズマＣＶＤ法，スパッタリング法，スクリーン印刷法等の方法を用いて全て200 ℃以下の温度で行うことができるので、基板の反りの発生を防止でき、しかも製造コストの低減化を図ることができる。このような構造の光起電力素子では、非晶質シリコン層２，３，６，７への熱的なダメージを抑制するために、低温環境にて作製されるので、集電極５，９用のＡｇペーストも低温硬化型のペーストが使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の光起電力素子にあっては、集電極５，９用に使用しているＡｇペーストが低温硬化型であるので、光起電力素子間の直列接続を行うための半田付け時の条件範囲が狭くて、条件管理が困難であり、半田付け性が悪く、また、半田付けによるＡｇ食われまたはマイグレーションが発生して、半田不良となる可能性も高いといった課題が残っており、改善の余地がある。
【０００６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、集電極の上面に導電性膜を備えることにより、集電極に直接半田付けを行う従来例と比べて容易に半田付けを行える光起電力素子を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明の他の目的は、裏面側の集電極の上面に備える導電性膜を透光性導電膜の全面を被うように設け、また、その裏面側の導電性膜の材料を高反射性のＡｇとすることにより、裏面反射効果によって変換効率の向上を図れる光起電力素子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光起電力素子は、一導電型の結晶系半導体基板の光透過側に、前記一導電型と同じ導電型の非晶質半導体層を備えると共に、該非晶質半導体層上に透光性導電膜を介して集電極を備えた光起電力素子において、前記集電極の上面に、前記透光性導電膜の全面を覆うように設けられた導電性膜を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、前記導電性膜が、半田付け性が良好な金属からなることを特徴とし、前記導電性膜がＡｇからなることを特徴とする。
【００１０】
本発明の光起電力素子は、非晶質半導体層上に透光性導電膜を介して集電極を備えた構成であって、集電極の上に導電性膜を備えている。そして、モジュール作製時には、この導電性膜にタブが半田付けされる。よって、集電極を低温硬化型の導電ペーストを使用して形成した場合でも、集電極へ直接半田付け処理を行う従来例と比較して、半田付け密着度を向上できる。
【００１１】
この導電性膜の材料としては、Ａｇ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ａｌ等の金属、またはこれらの合金を用いることができるが、タブの半田付けを考えれば、Ａｇ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ等の半田付け性が良好な金属を用いることが好ましい。また、裏面側では、この導電性膜を透光性導電膜の全面を被うように設けることにより、導電性膜が裏面側の反射膜として作用し、裏面反射効果を高めて変換効率を向上できる。更に、この裏面側の導電性膜の材料を光反射率が高いＡｇとすることにより、より高い変換効率を実現できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の光起電力素子の構造を示す断面図である。図１において、１は単結晶シリコン，多結晶シリコン等の結晶系半導体からなるｎ型の結晶系シリコン基板である。結晶系シリコン基板１の一方の主面（表面）上には、ｉ型の非晶質シリコン層２（膜厚：100 Å），ｐ型の非晶質シリコン層３（膜厚：100 Å）がこの順に積層され、更にその上に、例えばＩＴＯからなる透光性導電膜４（膜厚： 700 Å）及びＡｇからなる櫛形状の集電極５が形成されている。また、透光性導電膜４及び集電極５の上に、例えばＡｇからなる導電性膜10（膜厚：数百〜5000Å）が形成されている。
【００１３】
結晶系シリコン基板１の他方の主面（裏面）上には、ｉ型の非晶質シリコン層６（膜厚：100 Å），ｎ型の非晶質シリコン層７（膜厚：100 Å）がこの順に積層され、更にその上に、例えばＩＴＯからなる透光性導電膜８（膜厚：700 Å）及びＡｇからなる櫛形状の集電極９が形成されている。また、透光性導電膜８及び集電極９の上に、例えばＡｇからなる導電性膜11（膜厚：数百〜5000Å）が形成されている。なお、本実施の形態では、裏面側の集電極９上に形成される導電性膜11を、裏面側の透光性導電膜８の全面を被うように設けている。
【００１４】
以上のような本実施の形態による光起電力素子によれば、低温硬化型の金属ペーストを用いて集電極５，９を形成しても、この集電極５，９上に導電性膜10， 11を介して確実に半田付けを行うことができ、また、半田付けによるＡｇ食われまたはマイグレーションが発生することもないので、長期にわたる信頼性を向上することができる。また、裏面側の集電極９上に備えられる導電性膜11を、裏面側の透光性導電膜８の全面を被うように設けているので、この導電性膜11による裏面反射効果が生じ、導電性膜を備えない従来例と比べて、変換効率の最大特性を約2.5 ％向上させることができた。なお、このような裏面反射効果を最大とするためには、導電性膜11の材料として上述したようなＡｇ等の高反射性の金属を用いることが好ましい。
【００１５】
次に、このような構成を有する光起電力素子の製造手順について簡単に説明する。まず、ｎ型の結晶系シリコン基板１の一方の主面に、ＳｉＨ4 を用いたプラズマＣＶＤ法により、ｉ型の非晶質シリコン層２を形成し、更にその上に、ＳｉＨ4 とＢ2 Ｈ6 との混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、ｐ型の非晶質シリコン層３を形成する。次いで、結晶系シリコン基板１の他方の主面に、ＳｉＨ4 を用いたプラズマＣＶＤ法により、ｉ型の非晶質シリコン層６を形成し、更にその上に、ＳｉＨ4 とＰＨ3 との混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、ｎ型の非晶質シリコン層７を形成する。
【００１６】
次に、スパッタリング法により、非晶質シリコン層３と非晶質シリコン層７との上に、何れもＩＴＯからなる透光性導電膜４と透光性導電膜８とをそれぞれ形成する。そして、Ａｇペーストを用いたスクリーン印刷法により、透光性導電膜４と透光性導電膜８との上に、それぞれ集電極５と集電極９とを形成する。
【００１７】
次に、スパッタリング法により、集電極５の表面を含む透光性導電膜４上、及び、集電極９の表面を含む透光性導電膜８上に、導電性膜10及び11をそれぞれ形成する。この際のスパッタ条件は、以下の通りである。
【００１８】
ターゲット：Ａｇ
加熱温度：150 ℃
スパッタ圧力：３×10-3Ｔｏｒｒ
なお、ここではスパッタリング法によって導電性膜10，11を形成することとしたが、抵抗加熱またはエネルギビームによる蒸着処理、或いは、メッキ処理にて、この導電性膜10，11を形成するようにしても良い。
【００１９】
また、導電性膜10，11の材料はＡｇに限るものではなく、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ａｌ等の他の金属またはこれらの合金を用いても良いが、後の工程でタブを半田付けすることを考慮すると、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒのような半田付け性が良好な金属を用いることが好ましい。更に、集電極５，９の材料もＡｇに限るものではなく、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ等の他の金属またはこれらの合金を用いても良い。
【００２０】
また、結晶系シリコン基板１の導電型をｎ型としたが、光入射側に逆導電型のヘテロ接合を形成する構成であれば、結晶系シリコン基板１の導電型はｐ型であっても良い。
【００２１】
また、上述した実施の形態では、結晶系半導体と非晶質半導体とから構成される光起電力素子について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、非晶質半導体層上に透光性導電膜を介して集電極を備える構造のものであれば、如何なる構成であっても良い。このような構成を有するものとしては、例えば、金属基板／ｎｉｐ構成の非晶質半導体層／透光性導電膜／集電極の構成のもの、結晶系基板の光入射側にのみ非晶質半導体層を設けた構成のもの、または、結晶系基板の光透過側にのみ非晶質半導体層を設けた構成のもの等がある。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、本発明の光起電力素子では、集電極の上面に導電性膜を備えるようにしたので、半田付け時のＡｇ食われによるコンタクト抵抗を増加させることなく、半田付け性が良好となりタブの密着性を向上することができ、また、半田付けの処理も容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明における光起電力素子の断面図である。
【図２】 従来例における光起電力素子の断面図である。
【符号の説明】
１ 結晶系シリコン基板（ｎ型）
２，６ 非晶質シリコン層（ｉ型）
３ 非晶質シリコン層（ｐ型）
４，８ 透光性導電膜
５，９ 集電極
７ 非晶質シリコン層（ｎ型）
10，11 導電性膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、光入射により光起電力を発生する光起電力素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は、結晶系シリコン基板を基板とする、本出願人が、特願平８−290707号に提案した光起電力素子の構造を示す断面図である。図２において、１は単結晶シリコン，多結晶シリコン等の結晶系半導体からなるｎ型の結晶系シリコン基板である。結晶系シリコン基板１の一方の主面（表面）上には、ｉ型の非晶質シリコン層２，ｐ型の非晶質シリコン層３がこの順に積層され、更にその上に、例えばＩＴＯからなる透光性導電膜４及びＡｇからなる櫛形状の集電極５が形成されている。結晶系シリコン基板１の他方の主面（裏面）上には、ｉ型の非晶質シリコン層６，ｎ型の非晶質シリコン層７がこの順に積層され、更にその上に、例えばＩＴＯからなる透光性導電膜８及びＡｇからなる櫛形状の集電極９が形成されている。
【０００３】
そして、実際に太陽電池として使用する場合には、このような構成の多数の光起電力素子を、集電極５，９に半田付けされたタブを介して、直列接続させたモジュール構造とする。
【０００４】
このような構造の光起電力素子では、結晶系シリコン基板１以外の各層の形成を、プラズマＣＶＤ法，スパッタリング法，スクリーン印刷法等の方法を用いて全て200 ℃以下の温度で行うことができるので、基板の反りの発生を防止でき、しかも製造コストの低減化を図ることができる。このような構造の光起電力素子では、非晶質シリコン層２，３，６，７への熱的なダメージを抑制するために、低温環境にて作製されるので、集電極５，９用のＡｇペーストも低温硬化型のペーストが使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の光起電力素子にあっては、集電極５，９用に使用しているＡｇペーストが低温硬化型であるので、光起電力素子間の直列接続を行うための半田付け時の条件範囲が狭くて、条件管理が困難であり、半田付け性が悪く、また、半田付けによるＡｇ食われまたはマイグレーションが発生して、半田不良となる可能性も高いといった課題が残っており、改善の余地がある。
【０００６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、集電極の上面に導電性膜を備えることにより、集電極に直接半田付けを行う従来例と比べて容易に半田付けを行える光起電力素子を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明の他の目的は、裏面側の集電極の上面に備える導電性膜を透光性導電膜の全面を被うように設け、また、その裏面側の導電性膜の材料を高反射性のＡｇとすることにより、裏面反射効果によって変換効率の向上を図れる光起電力素子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光起電力素子は、一導電型の結晶系半導体基板の光透過側に、前記一導電型と同じ導電型の非晶質半導体層を備えると共に、該非晶質半導体層上に透光性導電膜を介して集電極を備えた光起電力素子において、前記集電極の上面に、前記透光性導電膜の全面を覆うように設けられた導電性膜を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、前記導電性膜が、半田付け性が良好な金属からなることを特徴とし、前記導電性膜がＡｇからなることを特徴とする。
【００１０】
本発明の光起電力素子は、非晶質半導体層上に透光性導電膜を介して集電極を備えた構成であって、集電極の上に導電性膜を備えている。そして、モジュール作製時には、この導電性膜にタブが半田付けされる。よって、集電極を低温硬化型の導電ペーストを使用して形成した場合でも、集電極へ直接半田付け処理を行う従来例と比較して、半田付け密着度を向上できる。
【００１１】
この導電性膜の材料としては、Ａｇ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ａｌ等の金属、またはこれらの合金を用いることができるが、タブの半田付けを考えれば、Ａｇ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ等の半田付け性が良好な金属を用いることが好ましい。また、裏面側では、この導電性膜を透光性導電膜の全面を被うように設けることにより、導電性膜が裏面側の反射膜として作用し、裏面反射効果を高めて変換効率を向上できる。更に、この裏面側の導電性膜の材料を光反射率が高いＡｇとすることにより、より高い変換効率を実現できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の光起電力素子の構造を示す断面図である。図１において、１は単結晶シリコン，多結晶シリコン等の結晶系半導体からなるｎ型の結晶系シリコン基板である。結晶系シリコン基板１の一方の主面（表面）上には、ｉ型の非晶質シリコン層２（膜厚：100 Å），ｐ型の非晶質シリコン層３（膜厚：100 Å）がこの順に積層され、更にその上に、例えばＩＴＯからなる透光性導電膜４（膜厚： 700 Å）及びＡｇからなる櫛形状の集電極５が形成されている。また、透光性導電膜４及び集電極５の上に、例えばＡｇからなる導電性膜10（膜厚：数百〜5000Å）が形成されている。
【００１３】
結晶系シリコン基板１の他方の主面（裏面）上には、ｉ型の非晶質シリコン層６（膜厚：100 Å），ｎ型の非晶質シリコン層７（膜厚：100 Å）がこの順に積層され、更にその上に、例えばＩＴＯからなる透光性導電膜８（膜厚：700 Å）及びＡｇからなる櫛形状の集電極９が形成されている。また、透光性導電膜８及び集電極９の上に、例えばＡｇからなる導電性膜11（膜厚：数百〜5000Å）が形成されている。なお、本実施の形態では、裏面側の集電極９上に形成される導電性膜11を、裏面側の透光性導電膜８の全面を被うように設けている。
【００１４】
以上のような本実施の形態による光起電力素子によれば、低温硬化型の金属ペーストを用いて集電極５，９を形成しても、この集電極５，９上に導電性膜10， 11を介して確実に半田付けを行うことができ、また、半田付けによるＡｇ食われまたはマイグレーションが発生することもないので、長期にわたる信頼性を向上することができる。また、裏面側の集電極９上に備えられる導電性膜11を、裏面側の透光性導電膜８の全面を被うように設けているので、この導電性膜11による裏面反射効果が生じ、導電性膜を備えない従来例と比べて、変換効率の最大特性を約2.5 ％向上させることができた。なお、このような裏面反射効果を最大とするためには、導電性膜11の材料として上述したようなＡｇ等の高反射性の金属を用いることが好ましい。
【００１５】
次に、このような構成を有する光起電力素子の製造手順について簡単に説明する。まず、ｎ型の結晶系シリコン基板１の一方の主面に、ＳｉＨ4 を用いたプラズマＣＶＤ法により、ｉ型の非晶質シリコン層２を形成し、更にその上に、ＳｉＨ4 とＢ2 Ｈ6 との混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、ｐ型の非晶質シリコン層３を形成する。次いで、結晶系シリコン基板１の他方の主面に、ＳｉＨ4 を用いたプラズマＣＶＤ法により、ｉ型の非晶質シリコン層６を形成し、更にその上に、ＳｉＨ4 とＰＨ3 との混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、ｎ型の非晶質シリコン層７を形成する。
【００１６】
次に、スパッタリング法により、非晶質シリコン層３と非晶質シリコン層７との上に、何れもＩＴＯからなる透光性導電膜４と透光性導電膜８とをそれぞれ形成する。そして、Ａｇペーストを用いたスクリーン印刷法により、透光性導電膜４と透光性導電膜８との上に、それぞれ集電極５と集電極９とを形成する。
【００１７】
次に、スパッタリング法により、集電極５の表面を含む透光性導電膜４上、及び、集電極９の表面を含む透光性導電膜８上に、導電性膜10及び11をそれぞれ形成する。この際のスパッタ条件は、以下の通りである。
【００１８】
ターゲット：Ａｇ
加熱温度：150 ℃
スパッタ圧力：３×10-3Ｔｏｒｒ
なお、ここではスパッタリング法によって導電性膜10，11を形成することとしたが、抵抗加熱またはエネルギビームによる蒸着処理、或いは、メッキ処理にて、この導電性膜10，11を形成するようにしても良い。
【００１９】
また、導電性膜10，11の材料はＡｇに限るものではなく、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ａｌ等の他の金属またはこれらの合金を用いても良いが、後の工程でタブを半田付けすることを考慮すると、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒのような半田付け性が良好な金属を用いることが好ましい。更に、集電極５，９の材料もＡｇに限るものではなく、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ等の他の金属またはこれらの合金を用いても良い。
【００２０】
また、結晶系シリコン基板１の導電型をｎ型としたが、光入射側に逆導電型のヘテロ接合を形成する構成であれば、結晶系シリコン基板１の導電型はｐ型であっても良い。
【００２１】
また、上述した実施の形態では、結晶系半導体と非晶質半導体とから構成される光起電力素子について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、非晶質半導体層上に透光性導電膜を介して集電極を備える構造のものであれば、如何なる構成であっても良い。このような構成を有するものとしては、例えば、金属基板／ｎｉｐ構成の非晶質半導体層／透光性導電膜／集電極の構成のもの、結晶系基板の光入射側にのみ非晶質半導体層を設けた構成のもの、または、結晶系基板の光透過側にのみ非晶質半導体層を設けた構成のもの等がある。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、本発明の光起電力素子では、集電極の上面に導電性膜を備えるようにしたので、半田付け時のＡｇ食われによるコンタクト抵抗を増加させることなく、半田付け性が良好となりタブの密着性を向上することができ、また、半田付けの処理も容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明における光起電力素子の断面図である。
【図２】 従来例における光起電力素子の断面図である。
【符号の説明】
１ 結晶系シリコン基板（ｎ型）
２，６ 非晶質シリコン層（ｉ型）
３ 非晶質シリコン層（ｐ型）
４，８ 透光性導電膜
５，９ 集電極
７ 非晶質シリコン層（ｎ型）
10，11 導電性膜
Claims (4)
- 一導電型の結晶系半導体基板の光透過側に、前記一導電型と同じ導電型の非晶質半導体層を備えると共に、該非晶質半導体層上に透光性導電膜を介して集電極を備えた光起電力素子において、前記集電極の上面に、前記透光性導電膜の全面を覆うように設けられた導電性膜を備えることを特徴とする光起電力素子。
- 前記一導電型の結晶系半導体基板の光入射側に、前記一導電型と逆の導電型の非晶質半導体層を備えると共に、該非晶質半導体層上に透光性導電膜を介して集電極を備えたことを特徴とする請求項１記載の光起電力素子。
- 前記導電性膜が、半田付け性が良好な金属からなる請求項１または２記載の光起電力素子。
- 前記導電性膜がＡｇからなる請求項３記載の光起電力素子。
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|---|---|---|---|
| JP26463197A JP3653379B2 (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 光起電力素子 |
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Applications Claiming Priority (1)
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| JP26463197A JP3653379B2 (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 光起電力素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11103081A JPH11103081A (ja) | 1999-04-13 |
| JP3653379B2 true JP3653379B2 (ja) | 2005-05-25 |
Family
ID=17406036
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26463197A Expired - Lifetime JP3653379B2 (ja) | 1997-09-26 | 1997-09-29 | 光起電力素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP3653379B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101251878B1 (ko) * | 2012-01-31 | 2013-04-10 | 현대중공업 주식회사 | 양면 수광형 태양전지 제조 방법 |
| KR101251857B1 (ko) * | 2012-01-31 | 2013-04-10 | 현대중공업 주식회사 | 양면 수광형 태양전지 제조 방법 |
| KR101251856B1 (ko) * | 2012-01-31 | 2013-04-10 | 현대중공업 주식회사 | 양면 수광형 태양전지 제조 방법 |
Families Citing this family (4)
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|---|---|---|---|---|
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| WO2012105153A1 (ja) * | 2011-01-31 | 2012-08-09 | 三洋電機株式会社 | 光電変換素子 |
| WO2012105154A1 (ja) * | 2011-01-31 | 2012-08-09 | 三洋電機株式会社 | 光電変換素子の製造方法 |
| WO2013046338A1 (ja) * | 2011-09-27 | 2013-04-04 | 三洋電機株式会社 | 太陽電池及び太陽電池モジュール |
-
1997
- 1997-09-29 JP JP26463197A patent/JP3653379B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101251878B1 (ko) * | 2012-01-31 | 2013-04-10 | 현대중공업 주식회사 | 양면 수광형 태양전지 제조 방법 |
| KR101251857B1 (ko) * | 2012-01-31 | 2013-04-10 | 현대중공업 주식회사 | 양면 수광형 태양전지 제조 방법 |
| KR101251856B1 (ko) * | 2012-01-31 | 2013-04-10 | 현대중공업 주식회사 | 양면 수광형 태양전지 제조 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11103081A (ja) | 1999-04-13 |
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