JPH02158175A - 光導電素子を製造する方法 - Google Patents
光導電素子を製造する方法Info
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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。
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〕
本発明は一般に光導電素子の技術に関するものであり、
より詳しくは、酸化亜鉛透明導体を、該導体層上へのケ
イ素−水素合金薄膜の付着に先立って、酸素グロー放電
処理する方法に関する。
より詳しくは、酸化亜鉛透明導体を、該導体層上へのケ
イ素−水素合金薄膜の付着に先立って、酸素グロー放電
処理する方法に関する。
光導電素子は一般に、光にさらしたとき電位を発生しう
る光導電体と、この光導電体の照射によって発生する電
流をとり出すのに有効な接合面とから成る。そのような
素子は光起電力素子もつと普通には太陽電池と呼ばれる
素子を含み、この光起電力素子内には、シラン中でのグ
ロー放電によって形成されるケイ素−水素合金材料薄膜
から能動構造物が形成される。米国特許第４，６２３，
６０１号明細書には、いくつかの種類のそのような素子
が開示されている。該明細書のすべての記載事項を本明
細書で参照する。米国特許第４，６２３，６０１号明細
書に開示されている好ましい構造は、ガラス基板、酸化
亜鉛透明導体、ｐｉｎ薄膜ケイ素（ＴＦＳ ） 、光起
電力構造物、およびやはり酸化亜鉛から成る裏接合面、
を含む。
る光導電体と、この光導電体の照射によって発生する電
流をとり出すのに有効な接合面とから成る。そのような
素子は光起電力素子もつと普通には太陽電池と呼ばれる
素子を含み、この光起電力素子内には、シラン中でのグ
ロー放電によって形成されるケイ素−水素合金材料薄膜
から能動構造物が形成される。米国特許第４，６２３，
６０１号明細書には、いくつかの種類のそのような素子
が開示されている。該明細書のすべての記載事項を本明
細書で参照する。米国特許第４，６２３，６０１号明細
書に開示されている好ましい構造は、ガラス基板、酸化
亜鉛透明導体、ｐｉｎ薄膜ケイ素（ＴＦＳ ） 、光起
電力構造物、およびやはり酸化亜鉛から成る裏接合面、
を含む。
米国特許第４，７５１．１４９号明細書のすべての記載
事項も本明細書で参照する。米国特許第４，７５１，１
４９号明細書では低付着温度において高導電性の透明酸
化亜鉛薄膜を付着させるのに好ましい方法が開示されて
いる。
事項も本明細書で参照する。米国特許第４，７５１，１
４９号明細書では低付着温度において高導電性の透明酸
化亜鉛薄膜を付着させるのに好ましい方法が開示されて
いる。
上で引用した二つの特許明細書によって示されるように
、ＴＦＳタイプ太陽電池の性能を改良するためにかなり
の努力がなされて来た。一般に、この努力は、薄膜タイ
プの構造物の製造コストは最終的に従来の単結晶タイプ
の太陽電池の製造コストよりも低くなるはずであるとい
う信念にもとづ゛いている。しかし、薄膜タイプ太陽電
池の性能は、通常のように日光の電気への変換効率によ
って評価した場合、単結晶電池の性能よりも低い。した
がって、薄膜タイプの電池の領斌における大部分の研究
と開発の努力は電池効率の向上に向けられて来ている。
、ＴＦＳタイプ太陽電池の性能を改良するためにかなり
の努力がなされて来た。一般に、この努力は、薄膜タイ
プの構造物の製造コストは最終的に従来の単結晶タイプ
の太陽電池の製造コストよりも低くなるはずであるとい
う信念にもとづ゛いている。しかし、薄膜タイプ太陽電
池の性能は、通常のように日光の電気への変換効率によ
って評価した場合、単結晶電池の性能よりも低い。した
がって、薄膜タイプの電池の領斌における大部分の研究
と開発の努力は電池効率の向上に向けられて来ている。
本発明の目的は、改良された光起電力変換効率を有する
薄膜ケイ素−水素合金光導電素子を製造する改良された
方法を提供することである。
薄膜ケイ素−水素合金光導電素子を製造する改良された
方法を提供することである。
本発明は、酸化亜鉛導電層を基板上に付着させて光導電
素子の一つの接合面を形成させ、また薄膜ケイ素−水素
合金の一つ以上の層を前記酸化亜鉛薄膜上に付着させて
能動光導電性構造物全形成させるタイプの太陽電池製造
の改良された方法から成る。改良は、＠１の薄膜ケイ素
−水素合金層を酸化亜鉛薄膜上に付着させる前にｒＲ索
源を含むガス中でグロー放電により酸化亜鉛薄膜を処理
するということから成る。
素子の一つの接合面を形成させ、また薄膜ケイ素−水素
合金の一つ以上の層を前記酸化亜鉛薄膜上に付着させて
能動光導電性構造物全形成させるタイプの太陽電池製造
の改良された方法から成る。改良は、＠１の薄膜ケイ素
−水素合金層を酸化亜鉛薄膜上に付着させる前にｒＲ索
源を含むガス中でグロー放電により酸化亜鉛薄膜を処理
するということから成る。
第１図に、本発明の方法の使用により性能が改良された
タイプの光電池構造物を示す。第１図に示す構造物は、
前述の米国特許第４，６２３，６０ｆ号明細書の第１図
に示されているものと同じである。
タイプの光電池構造物を示す。第１図に示す構造物は、
前述の米国特許第４，６２３，６０ｆ号明細書の第１図
に示されているものと同じである。
第１図の素子１０は、基板１またとえばガラス、酸化亜
鉛から成る透明導電層１２、および複合ＴＦＳ層１３を
含む。層１３は、２層１４．１層１５、およびｎ層１６
を含む。層１６に隣接して第２の導電層１７が存在し、
層１７はこの好ましい実施例においさはり酸化亜鉛の透
明導電層である。
鉛から成る透明導電層１２、および複合ＴＦＳ層１３を
含む。層１３は、２層１４．１層１５、およびｎ層１６
を含む。層１６に隣接して第２の導電層１７が存在し、
層１７はこの好ましい実施例においさはり酸化亜鉛の透
明導電層である。
第１図に示すように、光は基板１１と前面電極１２を通
過して光起電力構造物１３に入射する。したがってこの
実施例の場合、基板１１は透明でなければならず、一般
にガラスシートから成るが、適当な透明プラスチック材
料も使用することができる。
過して光起電力構造物１３に入射する。したがってこの
実施例の場合、基板１１は透明でなければならず、一般
にガラスシートから成るが、適当な透明プラスチック材
料も使用することができる。
強度、望ましい光学的特性、および耐環境安定度の点か
らガラスが好ましい。周知のように、基板とは反対側か
ら光が入射する光起電力構造物も製造することができ、
その場合、基板１１は透明である必要はない。単一電池
素子の場合、基板１１は、素子が通常いくつかの直列接
続電池となるように構成されるモジュール使用で一般に
必要とされる場合と異なり、必ずしも電気絶縁体である
必要はない。
らガラスが好ましい。周知のように、基板とは反対側か
ら光が入射する光起電力構造物も製造することができ、
その場合、基板１１は透明である必要はない。単一電池
素子の場合、基板１１は、素子が通常いくつかの直列接
続電池となるように構成されるモジュール使用で一般に
必要とされる場合と異なり、必ずしも電気絶縁体である
必要はない。
米国特許第４，６２３，６０１号明細書に述べであるよ
うに、酸化亜鉛層１２および１７はスパッタリング法に
よって付着させることができる。しかし、この好ましい
実施例の場合、二つの層１２および１７は、米国特許第
４，７５１．１４９号明細書に述べである化学蒸着法に
よって付着させた酸化亜鉛である。もつと詳しく言うと
、この好ましい実施例と以下に示す例とにおける酸化亜
鉛は、不活性キャリアガス中のジエチル亜鉛（Ｃ意Ｈａ
）＊Ｚｎ１ジボランＢｚＨ＋、および水蒸気を使用する
ことによって付着させた。
うに、酸化亜鉛層１２および１７はスパッタリング法に
よって付着させることができる。しかし、この好ましい
実施例の場合、二つの層１２および１７は、米国特許第
４，７５１．１４９号明細書に述べである化学蒸着法に
よって付着させた酸化亜鉛である。もつと詳しく言うと
、この好ましい実施例と以下に示す例とにおける酸化亜
鉛は、不活性キャリアガス中のジエチル亜鉛（Ｃ意Ｈａ
）＊Ｚｎ１ジボランＢｚＨ＋、および水蒸気を使用する
ことによって付着させた。
米国特許第４．７５１．１４９号明細書に述べであるよ
うに、これらの材料により、透明性と導電性とが高いホ
ウ素添加酸化亜鉛の薄膜を低い温度で成長させることが
できる。
うに、これらの材料により、透明性と導電性とが高いホ
ウ素添加酸化亜鉛の薄膜を低い温度で成長させることが
できる。
ＴＦＳ構造物１３のあらゆる部分の付着前に、酸化亜鉛
薄膜１２を、酸素源を含むガス中でグロー放電により処
理する。下記の例で示されるように、この酸素φグロー
放電処理により、そのように処理された酸化亜鉛薄膜上
に付着させられるＴＦＳ太陽電池の効率が改良されると
いうことがわかった。
薄膜１２を、酸素源を含むガス中でグロー放電により処
理する。下記の例で示されるように、この酸素φグロー
放電処理により、そのように処理された酸化亜鉛薄膜上
に付着させられるＴＦＳ太陽電池の効率が改良されると
いうことがわかった。
研究により、この性能改良のいくつかの原因が示唆され
た。場合によっては、酸化亜鉛付着工程中に、純亜鉛の
シードまたは結晶が薄膜１２０表面に形成される。酸素
グロー放電工程により、この元素亜鉛が酸化されて酸化
亜鉛が形成される。付着させたままの酸化亜鉛薄膜は、
その表面において、亜鉛原子と酸素原子が交互に積重な
った状態で終ると考えられる。ＴＦＳは酸素原子に対し
て強い結合を形成するが、亜鉛原子はケイ素に対して十
分な共有結合を形成することができず、界面にダングリ
ングボンドまたはイオン結合を残す。界面状態の存在は
、電池性能を低下させるキャリア再結合中心として働き
うる。しかし、酸素グロー放電処理のあとでは、酸化亜
鉛薄膜の表面は酸素原子のみで覆われることになるはず
である。したがって、ＴＦＳ付着の際に、すべてのケイ
素原子は直接に酸素と結合し、弱いケイ素−亜鉛結合が
避けられることになるであろう。また、酸素グロー放電
処理により、酸化亜鉛薄膜の表面から汚染物が除去され
、ケイ素薄膜との接合が良くなる。とにかく、酸素グロ
ー放電処理により、酸化亜鉛被覆基板上に作られるＴＦ
Ｓ光導電素子の性能が大きく改良される。
た。場合によっては、酸化亜鉛付着工程中に、純亜鉛の
シードまたは結晶が薄膜１２０表面に形成される。酸素
グロー放電工程により、この元素亜鉛が酸化されて酸化
亜鉛が形成される。付着させたままの酸化亜鉛薄膜は、
その表面において、亜鉛原子と酸素原子が交互に積重な
った状態で終ると考えられる。ＴＦＳは酸素原子に対し
て強い結合を形成するが、亜鉛原子はケイ素に対して十
分な共有結合を形成することができず、界面にダングリ
ングボンドまたはイオン結合を残す。界面状態の存在は
、電池性能を低下させるキャリア再結合中心として働き
うる。しかし、酸素グロー放電処理のあとでは、酸化亜
鉛薄膜の表面は酸素原子のみで覆われることになるはず
である。したがって、ＴＦＳ付着の際に、すべてのケイ
素原子は直接に酸素と結合し、弱いケイ素−亜鉛結合が
避けられることになるであろう。また、酸素グロー放電
処理により、酸化亜鉛薄膜の表面から汚染物が除去され
、ケイ素薄膜との接合が良くなる。とにかく、酸素グロ
ー放電処理により、酸化亜鉛被覆基板上に作られるＴＦ
Ｓ光導電素子の性能が大きく改良される。
酸素グロー放電処理後、ＴＦＳｔ＊造物１３を酸化亜鉛
薄膜１２上に付着させる。好ましくは、ＴＦｓは酸化亜
鉛薄膜１２を酸素グロー放電で処理するのに使用するグ
ロー放電真空装置内で付着させる。好ましくは、真空は
酸素グロー放電処理後破らないで薄膜１２の表面が大気
中の汚染物にさらされる機会がないようにする。ＴＦＳ
層１４ 、１５および１６は、当業者には周知のように
、シランならびに適当な希釈剤および添加ガス中でのグ
ロー放電によって付着させる。前述の米国特許第４，６
２３，６０１号明細書には１例として明確な付着パラメ
ータが示しであるＯ 裏面導体１７は酸化亜鉛とするのが好ましく、前述のよ
うな、スパッタリング法または化学蒸着法によって付着
させることができる。または、裏接合面１７は導電金属
たとえばアルミニウムとすることができ、蒸着、スパッ
タリングその他の周知の方法によって付着させることが
できる。
薄膜１２上に付着させる。好ましくは、ＴＦｓは酸化亜
鉛薄膜１２を酸素グロー放電で処理するのに使用するグ
ロー放電真空装置内で付着させる。好ましくは、真空は
酸素グロー放電処理後破らないで薄膜１２の表面が大気
中の汚染物にさらされる機会がないようにする。ＴＦＳ
層１４ 、１５および１６は、当業者には周知のように
、シランならびに適当な希釈剤および添加ガス中でのグ
ロー放電によって付着させる。前述の米国特許第４，６
２３，６０１号明細書には１例として明確な付着パラメ
ータが示しであるＯ 裏面導体１７は酸化亜鉛とするのが好ましく、前述のよ
うな、スパッタリング法または化学蒸着法によって付着
させることができる。または、裏接合面１７は導電金属
たとえばアルミニウムとすることができ、蒸着、スパッ
タリングその他の周知の方法によって付着させることが
できる。
１０ｃ＋＋ｗＸ１０ｍの寸法のガラス基板上にＴＦＳ電
池を作ることによって、本発明を試験した。厚さ１．８
丸で面積抵抗約７Ω／口（オーム／スクエア〕の酸化亜
鉛薄膜を、前述の化学蒸着法によって前記基板上に付着
させた。基板は真空室内に配置し、圧力を鵠ミリトルま
で低下させた。基板を２０５℃に加熱した。０２流量を
６ ＳＣＣＭ （ｃＩＬ！（標準状態）７分）としてか
ら、１３．５６ＭＨｚで３０Ｗの高周波電力を加えて、
４０ｍＸ４０ｃｆｎの寸法の電極間でグロー放電を発生
させた。この試験においては、試料を、０．１，５，３
．および６分間処理した。次に、０２グロー放電後真空
を破ることなく、すべての試料に、酸化亜鉛上に付着さ
せた同一のｐｉｎ ＴＦＳ熱起電力構造物を作った。こ
れらの素子を酸化亜鉛層接合面の付着により完成させ、
次に最大電力において熱起電力変換効率を試験した。０
２グロー放電により１．５分間処理した素子は８．７１
〜８．７３ ％の効率を有していた。０２グロー放電に
より３および６分間処理した試料のいくつかはこれより
もわずかに高い効率を有していた。０分間処理した試料
すなわち０、グロー放電処理を受けなかった試料は、８
．０３〜８．２７ ％の効率を有していた。これらの結
果から見て、最適の０２グロ一放電処理時間は１．５分
よりも小さい時間であると思われる。すなわち、実質的
にすべての性能改良は０！グロー放電処理の最初の１．
５分以内に達成されると考えられ、また製造コストを最
小限におさえるためには最小の処理時間が好ましいから
である。
池を作ることによって、本発明を試験した。厚さ１．８
丸で面積抵抗約７Ω／口（オーム／スクエア〕の酸化亜
鉛薄膜を、前述の化学蒸着法によって前記基板上に付着
させた。基板は真空室内に配置し、圧力を鵠ミリトルま
で低下させた。基板を２０５℃に加熱した。０２流量を
６ ＳＣＣＭ （ｃＩＬ！（標準状態）７分）としてか
ら、１３．５６ＭＨｚで３０Ｗの高周波電力を加えて、
４０ｍＸ４０ｃｆｎの寸法の電極間でグロー放電を発生
させた。この試験においては、試料を、０．１，５，３
．および６分間処理した。次に、０２グロー放電後真空
を破ることなく、すべての試料に、酸化亜鉛上に付着さ
せた同一のｐｉｎ ＴＦＳ熱起電力構造物を作った。こ
れらの素子を酸化亜鉛層接合面の付着により完成させ、
次に最大電力において熱起電力変換効率を試験した。０
２グロー放電により１．５分間処理した素子は８．７１
〜８．７３ ％の効率を有していた。０２グロー放電に
より３および６分間処理した試料のいくつかはこれより
もわずかに高い効率を有していた。０分間処理した試料
すなわち０、グロー放電処理を受けなかった試料は、８
．０３〜８．２７ ％の効率を有していた。これらの結
果から見て、最適の０２グロ一放電処理時間は１．５分
よりも小さい時間であると思われる。すなわち、実質的
にすべての性能改良は０！グロー放電処理の最初の１．
５分以内に達成されると考えられ、また製造コストを最
小限におさえるためには最小の処理時間が好ましいから
である。
本明細書で使用する言葉“酸素グロー放電処理１という
のは、酸素を含む低圧の雰囲気において高周波で駆動さ
れるグロー放電をさす、実施例においては酸素のみを使
用した。しかし、酸素と、不活性ガスたとえばアルゴン
またはヘリウムとの混合物も有効に作用するはずであり
、かつ純粋の酸素よりも取扱いの安全性が高い。酸素と
窒素との混合物、おそらくは清浄な空気でさえも、必要
な酸素源となるであろう。本発明の初期試験においては
、ろ過した室内空気を使用し、背定的な結果を得た。他
のグロー放電駆動法たとえばＤＣによるものも有効であ
る。
のは、酸素を含む低圧の雰囲気において高周波で駆動さ
れるグロー放電をさす、実施例においては酸素のみを使
用した。しかし、酸素と、不活性ガスたとえばアルゴン
またはヘリウムとの混合物も有効に作用するはずであり
、かつ純粋の酸素よりも取扱いの安全性が高い。酸素と
窒素との混合物、おそらくは清浄な空気でさえも、必要
な酸素源となるであろう。本発明の初期試験においては
、ろ過した室内空気を使用し、背定的な結果を得た。他
のグロー放電駆動法たとえばＤＣによるものも有効であ
る。
以上、本発明を特定の熱起電力構造物の特定製造法につ
いて記述、説明したが、本発明の範囲内においているい
ろな変形が可能であると理解すべきである。
いて記述、説明したが、本発明の範囲内においているい
ろな変形が可能であると理解すべきである。
第１図は、本発明の方法の使用により製造することので
きる、性能が改良された光導電素子の横断面図である。 図中、１０は光導電素子、１１は基板、１２は酸化亜鉛
透明導電層、１３は複合薄膜ケイ素（ＴＦＳ ）層、１
４はｐ層、１５は１層、１６はｎ層、１７は第２の導電
層。 代理人 弁理士 秋 沢 政 光 信１名
きる、性能が改良された光導電素子の横断面図である。 図中、１０は光導電素子、１１は基板、１２は酸化亜鉛
透明導電層、１３は複合薄膜ケイ素（ＴＦＳ ）層、１
４はｐ層、１５は１層、１６はｎ層、１７は第２の導電
層。 代理人 弁理士 秋 沢 政 光 信１名
Claims (13)
- （１）ＺｎＯから成る第１の導電層を基板に付着させ、
ケイ素−水素合金の薄膜を前記第１の導電層に付着させ
る、光導電素子を製造する方法であって、ＺｎＯから成
る前記第１の導電層を前記基板に付着させたあと、前記
第１の導電層を、酸素源を含むガス中でグロー放電によ
って処理することを特徴とする光導電素子を製造する方
法。 - （２）前記第１の導電層を、酸素源を含むガス中でグロ
ー放電によって処理したあと、真空を破ることなく、前
記ケイ素−水素合金の薄膜を、シラン中のグロー放電に
よって付着させる工程をさらに含む請求項１記載の方法
。 - （３）前記ガスが酸素から成る請求項１記載の方法。
- （４）前記ガスが酸素と不活性ガスとの混合物から成る
請求項１記載の方法。 - （５）前記不活性ガスがアルゴン、ヘリウム、または窒
素のうち一つ以上を含む請求項４記載の方法。 - （６）前記ガスが空気から成る請求項１記載の方法。
- （７）光起電力素子を製造する方法であって、酸化亜鉛
の薄膜を基板上に付着させて、第１の集電接合面を形成
させ、 前記酸化亜鉛の薄膜を、酸素源を含むガス中でグロー放
電によって処理し、 前記酸化亜鉛の薄膜上に、水素および導電率変化ドーパ
ントのうち一つ以上を含む少くとも一層のケイ素薄膜を
付着させて、光起電力構造物を形成させ、 前記光起電力構造物上に導電薄膜を付着させて、第２の
集電接合面を形成させる ことを特徴とする光起電力素子を製造する方法。 - （８）前記ガスが酸素から成る請求項７記載の方法。
- （９）前記ガスが酸素と不活性ガスとの混合物から成る
請求項７記載の方法。 - （１０）前記不活性ガスがアルゴン、ヘリウム、または
窒素のうち一つ以上を含む請求項９記載の方法。 - （１１）前記酸化亜鉛の薄膜が不活性キャリアガス中の
ジエチル亜鉛、ジボラン、および水蒸気から化学蒸着に
よって付着させられる請求項７記載の方法。 - （１２）前記第２の集電接合面が導電性酸化亜鉛薄膜か
ら成る請求項７記載の方法。 - （１３）前記ガスが空気から成る請求項７記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/273,453 US4873118A (en) | 1988-11-18 | 1988-11-18 | Oxygen glow treating of ZnO electrode for thin film silicon solar cell |
| US273453 | 1988-11-18 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02158175A true JPH02158175A (ja) | 1990-06-18 |
Family
ID=23044007
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1207067A Pending JPH02158175A (ja) | 1988-11-18 | 1989-08-11 | 光導電素子を製造する方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4873118A (ja) |
| EP (1) | EP0371582A1 (ja) |
| JP (1) | JPH02158175A (ja) |
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- 1989-08-11 JP JP1207067A patent/JPH02158175A/ja active Pending
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