JPH01171282A - 光起電力素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は光起電力素子に関する。さらに詳しくは高温に
なったばあいにも出力低下がおこらない光起電力素子に
関する。

［従来の技術］ 従来より、絶縁表面を有する透明基板上に透明電極、非
晶質半導体層、裏面電極を順次積層させた光起電力素子
はよく知られている。

このような、光起電力素子は、用途に望ましい起電力を
えるために透明基板上に複数個の光起電力素子が互いに
電気的に直列接続された光起電力装置の形で用いられる
ことが多く、その際には、透明基板上に、複数の透明電
極、非晶質半導体層および裏面電極が形成されパターン
化が施される。そのパターン化にはたとえばエツチング
、レーザスクライビング、リフトオフ法などの方法のう
ちでそれぞれに応じた方法が用いられる。

［発明が解決しようとする問題点コ しかし、このような光起電力装置は、透明電極として用
いられた金属酸化物の酸素原子および非晶質半導体層の
パターン化により端面に生成される酸化物の酸素原子が
使用中に裏面電極を構成する金属中に拡散し、接続界面
において裏面電極が酸化されるという問題を生じる。裏
面電極が酸化されると、光起電力素子と裏面電極との接
続界面で抵抗が大きくなるため、外部にとり出される光
起電力素子の出力が低下する。

とりわけ光起電力素子が高照度下で用いられて高温にな
るばあいに、接続界面での裏面電極の酸化が促進される
ため、光起電力素子の出力低下がいちじるしくなる。

本発明は上記のような問題点を改善するため、裏面電極
が酸化されに＜＜、出力低下をおこさない光起電力素子
を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は絶縁表面ををする透明基板上に透光性導電膜か
らなる透明の電極と、光照射により光起電力を発生する
非晶質半導体層と、該非晶質半導体層上に形成される金
属からなる裏面電極とを有する光起電力素子を腹数個互
いに電気的に直列接続されるように配設された光起電力
装置に用いられる光起電力素子であって、裏面電極に用
いられる金属の酸化物標準生成エネルギーが前記透明電
極の主成分を構成する元素および前記非晶質半導体の主
成分を構成する元素のうち少なくとも一方の酸化物標準
生成エネルギーより小さいことを特徴とする光起電力素
子に関する。

［実施例〕 つぎに図面にもとづき本発明の光起電力素子につき説明
する。第１図は４個の光起電力素子を電気的に直列接続
させたばあいの本発明の一実施例の概略断面図である。

第１図において、（１）は絶縁表面を有する透明基板で
あり、（′２Ｊはパターン化された透明電極である。（
３）は光起電力を発生する非晶質半導体層であり、レー
ザスクライビング法によりパターン化されている。（４
）は多層構造からなるパターン化された裏面電極である
。

本発明に用いる透明基板（１）としては、ソーダライム
ガラス、ソーダライムガラスに５ｔｏ２をコーティング
したガラスなどが用いられるが絶縁表面を有するもので
あればよく、と（にこれらに限定されるものではない。

本発明に用いる透明電極（２）としては、たとえばＩＴ
Ｏ，５ｎ０２、Ｉｎ２Ｏｓ　、ＣｄＳｎ０などの金属酸
化物が代表例としてあげられるが、これらにとくに限定
されるものではない。

本発明に用いる非晶質半導体層（３）を構成する非晶質
半導体としては、非晶質半導体または結晶質を含む非晶
質半導体であればとくに限定はない。このような半導体
の具体例としては、ａ−９ＩＧＨ，ａ−８１：Ｆ：ＩＩ
、　ａ−８ＩＧｅ：ＩＩ、　ａ−８１Ｓｎ：ＩＩ、　ａ
−８ｉＮ：Ｈ％ａ−９ＩＧｅ：Ｆ：Ｈ％ａ−８ＩＳｎ：
Ｆ：Ｉｔ、　ａ−９Ｉ：Ｎ：Ｐ：Ｉｌ、、ａ−９ｉＣ：
ｌｌ　、　ａ−８ＩＣ二Ｆ：ＩＩなどがあげられる。

前記非晶質半導体層（３）は前記非晶質半導体をたとえ
ばＰＩＮ接合にすることによって光起電力を発生するよ
うに構成される。接合には前記ＰＩＮ接合のほかＰＮ接
合、ショットキー接合、ヘテロ接合などのさまざまな接
合が用いられる。

前記透明電極（２）および前記非晶質半導体層（３）は
第１図に示されるようにそれぞれパターン化されている
。前記パターン化は、複数個の光起電力素子が互いに電
気的に直列接続された形になるように行なわれ、それに
よって外部に取出される起電力を大きくするためのもの
である。

このパターン化の方法としてはレーザスクライビング法
、エツチング法、マスク法、リフトオフ法などを用いる
ことができるが、比較的微細パターン化ができ、連続工
程中に組み入れることができるという点でレーザスクラ
イビング法が好ましい。レーザスクライビング法に用い
るレーザ装置の具体例としてはＮｄ：ＹＡＧレーザなど
があげられる。

レーザスクライビング後の非晶質半導体層（３）につい
てのＥＰＭＡ法（ｃｌｃｃｔｒｏｎ　ｐｒｏｂｅ　ａ＋
１ｃｒ。

ａｎａｌｙｓｉｓ法）の波長分散による分析によれば、
スクライビングの中心線の両端には第２図に示される斜
線部分に数−程度の大きさの酸化物が形成されており、
これは非晶質半導体を構成する主成分の元素の酸化物（
たとえば５ｉ０２）である。

本発明に用いる裏面電極（４）を構成する金属としては
、その金属の酸化物標準生成エネルギーが透明電極（２
）の主成成分を構成する元素および非晶質半導体層（３
）の主成分を構成する元素のうち少なくとも一方の酸化
物標準生成エネルギーより小さい金属が選ばれる。

なお本明細書において酸化物標準生成エネルギーとはあ
る温度における酸素と金属の親和力を意味する概念であ
る。また主成分を構成する元素とは透明電極（２）また
は非晶質半導体層（３）中に原子比でもっとも多く含ま
れている金属および非金属元素を意味する概念である。

したがって裏面電極（４）に用いられる金属は透明電極
（２）の主成分を構成する１ｎＳＳｎなどの元素および
非晶質半導体層（３）の主成分を構成するＳｉなどの元
素のどちらか一方の元素が作る酸化物組成の酸化物標準
生成エネルギーより小さい酸化物標準生成エネルギーを
有する金属が選ばれる。

たとえば透明電極（２）の主成分を構成するＳｎやＩｎ
の酸化物標準生成エネルギーより小さい酸化物標準生成
エネルギーをもつ金属としてはＮ１１Ｃｏ、、Ｐｏ％Ｃ
ｕなどの金属があげられ、また非晶質半導体層（３）の
主成分を構成するＳｉの酸化物標章生成エネルギーより
小さい酸化物標準生成エネルギーをもつ金属としては、
Ｏｒ、　Ｎｌ、Ｆｅｂ　Ｖ　。

Ｃ０５Ｗなどの金属があげられる。

これらの金属のうちではＩｎｂ　Ｓｎ、、８１の酸化物
に対してより小さい酸化物標準生成エネルギーをもつと
いう点で旧などが好ましいが、本発明においてはもとよ
りこれらにかぎられるものではない。

また、裏面電極（４）を多層構造として、透明電極（２
）または非晶質半導体層（３）に直接被着する層の金属
が上記条件をみたすように構成してもよい。

裏面電極（４）を多層構造としたばあい、たとえば透明
電極（２）または非晶質半導体層（３）からみて２層目
に導電性および光の反射率のすぐれた金属を用いること
などにより、裏面電極（４）の導電性および光の反射率
を向上させることができる。

実施例 ＥＢ蒸着法により形成され湿式エツチング法によりパタ
ーン化された厚さ１２００人のＩＴＯ透明電極を設けた
厚さ１關のソーダライムガラス基板上に、平行平板型プ
ラズマＣｖＤ法によりＰ型、１型、Ｎ型の非晶質シリコ
ン層を以下に記載するように順次設けた。

Ｐ型非晶質シリコン層は容積約１０ｆｌの真空槽を１０
’　Ｔｏｒｒまで減圧したのちマスフローコントローラ
により８１）１４ガス、Ｂ２Ｈａガス、Ｃ１１４ガスが
に〇。００６：０．５の容積比で混合されたガスを毎分
１００ｃｃの流量で上記真空槽内に導入し、同種を０．
８Ｔｏｒｒの圧力に調整しながら、放電電力ｏ、ＩＷ／
ｃｒｊの高周波グロー放電を生じさせることにより約１
５０人の膜厚に作成した。

ついで、Ｉ型非晶質シリコン層はＳ　Ｉ　）＋４ガスを
毎分２００ｃｃの流量で真空槽に導入し、１．０Ｔｏｒ
ｒのもとてグロー放電を行なったほかはＰ型非晶質シリ
コン層を作成した方法と同様な方法を用いて約５０００
人の膜厚に作成した。

さらに、Ｎ型非晶質シリコン層はＳ　ｉ　Ｈ４ガスにＰ
Ｈ３ガスを０．６容積％混合したガスを真空槽に毎分２
００ｃずつ導入させながらグロー放電させたほかはＰ型
非晶質シリコン層を作成した方法と同様な方法を用いて
約３００人の膜厚に作成した。

つぎにＹＡＧレーザの基本波を用い波長１．０６庫で前
記非晶質シリコン層をパターン化した。

その後裏面電極として８１の酸化物標準生成エネルギー
よりも小さい酸化物標準生成エネルギーをもつＣ「をＥ
Ｂ蒸着法により２〜２０人／ｓｅｃの蒸着速度で厚さ　
１００人になるように蒸着後、純度９９．９９９％のＮ
を同様の方法により厚さ１４００人で蒸着し、この裏面
電極をマスク法によりパターン化した。ここで透明電極
（２、非晶質半導体層（３）、裏面電極（４）のパター
ン化は第１図に示されるように光起電力素子が互いに電
気的に直列接続されるように行なわれる。

えられた光起電力素子の特性および１８０℃で３０分間
加熱したのちの特性をＡＭ−１、ｌｏｏｍＷ／ａＪソー
ラーシュミレータ−を用いて測定した。その結果を第３
図および第１表にそれぞれ示す。

比較例 裏面電極（４）を膜厚１５００人のＮの単層蒸着膜にし
たほかは実施例と同様にして光起電力素子を作製し、え
られた光起電力素子の特性および１８０℃で３０分間加
熱したのちの特性を測定した。

その結果を第４図および第１表にそれぞれ示す。

［以下余白］ 表中の変換効率Ｅｒは Ｅ、　＝（Ｖｏｃ　Ｘ　Ｉｓｃ　Ｘ　ＦＰ／太陽光入射
エネルギー）×　１００　％ で与えられる。またＦＦはフィル−ファクター（１’１
ｌｌ−ｆ’ａｃｔｏｒ）と呼ばれる量である。

第１表、第３図および第４図より本発明の光起電力素子
を高温下で使用したばあいにも出力低下が起こらないこ
とがわかる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の光起電力素子においては
、裏面電極として透光性導電膜からなる透明電極の主成
分を構成する元素および非晶半導体層の主成分を構成す
る元素の少なくとも一方の酸化物標準生成エネルギーよ
りも小さい酸化物標準生成エネルギーをもつ金属が用い
られるので、光起電力素子が高照度下で用いられて高温
になったばあいでも、透明電極として用いられている金
属酸化物の酸素原子およびスクライビングされた非晶質
半導体部分の端面に生じた酸化物の酸素原子が裏面電極
を構成する金属中に拡散することが防止され、透明電極
と裏面電極との接続界面での接続抵抗を安定させるので
外部に取り出される光起電力素子の出力の低下が防止さ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は４個の光起電力素子を電気的に直列接続したば
あいの本発明の光電力素子の一実施例の断面説明図、第
２図は第１図のレーザスクライビング部分を示す拡大説
明図、第３図は本発明の実施例にかかわる光起電力素子
のＶ−１曲線を示すグラフ、第４図は従来の光起電力素
子のＶ−１曲線を示すグラフである。 （図面の主要符号） （２）：透明電極 （３）：非晶質半導体層 （４）二裏面電極 神哨〜− Ｖ　＋ｖｏｌｔｓ＋ Ｖ（ＶＯＩｔＳ） 手続補正書（鮭） ｌ事件の表示 昭和６２年特許願ｍ３３０６１８号 ２発明の名称 光起電力素子 ３補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　大阪市北区中之島三丁目２番４号名　称　　
（０９４）鐘淵化学工業株式会社代表者新納眞人 ４代理人　〒５４０ 住　所　　大阪市中央区谷町２丁目２番２２号５補正の
対象 （１）　　明細書の「特許請求の範囲」の欄（２］　　
明細書の「発明の詳細な説明」の欄６補正の内容 （１）明細書の「特許請求の範囲」を別紙「補正された
特許請求の範囲」のとおり補正する。 （２）明細書５頁１〜２行の「小さいことを特徴とする
光起電力素子に関する」を「大きいことを特徴とする光
起電力素子に関する。 本明細書において酸化物標準生成エネルギーが大きいと
は、「金属データハンドブック」日本金属学会編、丸善
株式会社発行、昭和４９年７月２０日、８１頁に記載さ
れているように、酸化物の標準生成自由エネルギーΔＧ
、。 （ｃａｔ　／　ｇ−ｍｏｌ　０２）値が大きいことを言
う。 前記金属データハンドブック７８〜７９頁に記載されて
いる物性のエンタルピー値〔−ΔＨ”　　　（ｋｃａｌ
　／　ｍｏｌ））を用いて金属、非金屑材料の反応式を
記せば、２５℃で、 ２ＭＩ＋’０２−ｊＶ２（ｈ　−４００ｋｃａｌ／ｍｏ
１２Ｃｒ　＋　’０２　＝　Ｃｒ　２０　ｓ　−２７０
ｋｃａｌ／　ｍｏ１ＮＬ＋上０２　＝　ＮＬＯ−５７，
５ｋｃａｌ　／　１１０１’ＳＬ＋０２−　Ｓｔ　０２
　　　２１７　　ｋｅａｌ／　ｍｏｌＳｎ＋０２−５ｎ
０２　−　１３８．７ｋｃａｌ／　ｍｏ１２１ｎ＋”０
２−１ｎ２０３−　２２１．５ｋｃａｌ／ｎｏｔである
。これらを用いて金属、非金属間の反応式を示せば、 となる。反応が右に進まないものは、エネルギー類が正
の値を示すものである。 したがって、酸化物標準生成自由エネルギーが大きいと
いう表現は、本明細書においては前記反応式のエネルギ
ー類の値がプラスであることを示している。 以上、説明のため、反応式は２５℃におけるものを用い
たが、望ましくは−４０”Ｃがら１００℃の範囲で満足
されなければならないＪと補正する。 （３）同８頁２行の「小さい」を「大きい」と補正する
。 （４）　　同８頁１３行の「小さい」を「大きい」と補
正する。 （５）　　同８頁１７行の「小さい」を「大きい」と補
正する。 （６）同９頁１行の「小さい」を「大きい」と補正する
。 （７）同９頁５行の「小さい」を「大きい」と補正する
。 （８）　　同１１頁６行の「小さい」を「大きい」と補
正する。 （９）　　同８頁１３行の「小さい」を「大きいｊと補
正する。 ７添付書類の目録 （１）補正された特許請求の範囲　　　　　１通補正さ
れた特許請求の範囲 「１　絶縁表面を有する透明基板上に、透光性導電膜か
らなる透明電極と、光照射により光起電力を発生する非
晶質半導体層と、該非晶質半導体層上に形成される金属
からなる裏面電極とを有する光起電力素子を複数個互い
に電気的に直列接続されるように配設された光起電力装
置に用いられる光起電力素子であって、裏面電極に用い
られる金属の酸化物標準生成エネルギーが前記透明電極
の主成分を構成する元素および前記非晶質半導体の主成
分を構成する元素のうち少なくとも一方の酸化物標準生
成エネルギーより大きいことを特徴とする光起電力素子
。 ２　裏面電極が多層構造であって、裏面電極を構成する
金属のうち透明電極および非晶質半体層に直接被着する
層に用いられる金属の酸化物標準生成エネルギーが透明
電極の主成分を構成する元素および非晶質半導体層の生
成分を構成する元素の少なくとも一方の酸化物標準生成
エネルギーより大きい特許請求の範囲第１項記載の光起
電力素子。 ３　非晶質半導体層がレーザスクライビング法によりパ
ターン化されたものからなる特許請求の範囲第１項また
は第２項記載の光起電力素子。」 以　　上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁表面を有する透明基板上に、透光性導電膜から
   なる透明電極と、光照射により光起電力を発生する非晶
   質半導体層と、該非晶質半導体層上に形成される金属か
   らなる裏面電極とを有する光起電力素子を複数個互いに
   電気的に直列接続されるように配設された光起電力装置
   に用いられる光起電力素子であって、裏面電極に用いら
   れる金属の酸化物標準生成エネルギーが前記透明電極の
   主成分を構成する元素および前記非晶質半導体の主成分
   を構成する元素のうち少なくとも一方の酸化物標準生成
   エネルギーより小さいことを特徴とする光起電力素子。 ２、裏面電極が多層構造であって、裏面電極を構成する
   金属のうち透明電極および非晶質半体層に直接被着する
   層に用いられる金属の酸化物標準生成エネルギーが透明
   電極の主成分を構成する元素および非晶質半導体層の主
   成分を構成する元素の少なくとも一方の酸化物標準生成
   エネルギーより小さい特許請求の範囲第１項記載の光起
   電力素子。 ３、非晶質半導体層がレーザスクライビング法によりパ
   ターン化されたものからなる特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載の光起電力素子。