JPH02260465A

JPH02260465A - 太陽電池

Info

Publication number: JPH02260465A
Application number: JP1080329A
Authority: JP
Inventors: Teruhisa Kanbara; 神原　輝寿; Shigeo Kondo; 繁雄近藤; Koshiro Mori; 森　幸四郎
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-03-30
Filing date: 1989-03-30
Publication date: 1990-10-23
Anticipated expiration: 2013-02-25
Also published as: JP2718161B2

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】産業上の利用分野本発明は、太陽光や室内光を照射することで電力を発生
する太陽電池に関するものである。

従来の技術従来、アモルファスシリコンを用いた太陽電池は、イン
ジウム−スズの酸化物などを主体とする透明電極の上に
アモルファスシリコン層をプラズマＣＶＤ法等を用いて
形成した後、これに不純物をドープしＰＩＮ型構造を与
え、その後Ｎ型アモルファスシリコン壜こ対してオーミ
ック接触を保つアルミニウムなどの金属を付けていた。

このようなアモルファスシリコン太陽電池は、光吸収係
数が太陽光のスペクトル分布と良く一致し、またその光
吸収係数は非常に大きいものであるため、太陽光を照射
した際の、電気エネルギーへの変換効率は１０％を越え
るほど高く、また室内の蛍光灯の光に対しても、有効な
電力源となっていた。

発明が解決しようとする課題上述のように、ＰＩＮ型アモルファスシリコン太陽電池
は、蛍光灯や太陽光に対しては非常に高い変換効率を有
するが、解放状態のまま強い光を連続的に照射すると、
次第に出力特性が劣化するという問題や、高温保存によ
り出力性能が劣化するという問題を有していた。

課題を解決するための手段以上のような問題に鑑み、本発明の太陽電池の構造は、
Ｐ−Ｉ接合型アモルファスシリコンの１面を特定の厚さ
だけ酸化し、これに金属を接合することにより、光照射
に伴う性能劣化や高温保存による性能劣化をより少なく
するものである。

作　　　用高温雰囲気中における太陽電池の性能劣化の原因として
、シリコンと金属との接合面に於て金属原子がシリコン
中に熱拡散する所謂マイグレーシーンが考えられる。こ
のような高温雰囲気でのマイグレーシロンを防ぐ手段の
ひとつとしてとして、シリコンと金属との接合面の中間
層に、たとえば酸化珪素などの化学的に不活性な層を設
け、これにより金属の熱拡散をブロックする方法がある
。

ただしこれらの物質は多くの場合、電気的に絶縁物質で
あるため、その膜厚は、電子が１子力学的なトンネル効
果で通り抜けられるだけのものでなければならない。

これらのことをもとにして、本発明の太陽電池は、Ｐ−
Ｉ接合型アモルファスシリコンの１面を酸化しこれに金
属を接合する構成とした。このような構造にすると、ア
モルファスシリコンと金属とは直接接触することはなく
、マイグレーシロンによる、性能劣化を防ぐことが出来
る。

また、予め集電電極を構成する金属材料にある程度の量
の酸素を含ませ酸化物を構成させておくと、上述のマイ
グレーシロン反応を引き起こすのに必要なエネルギーが
金属単体のものよりも大きくなるため、太陽電池の熱的
安定性が向上する。

なお、太陽電池を電気的に解放状態のまま強い光を照射
すると、次第に出力が低下する現象（ステブラ−、ロン
スキ−効果、太陽電池ハンドブック、電気学会発行、昭
和６０年）の原因は未だ究明されていないが、結果的に
本発明の構造を存する太陽電池は、従来のＰＩＮ型アモ
ルファスシリコン太陽電池に較べて、劣化の度合が大き
く低下した。

以下、実施例で具体的に説明する。

実施例（実施例１）本実施例における太陽電池の断面図を第１図（ａ）に示
す。大きさ１５Ｘ２０ｍｒｌｈ　　厚さ１ｍｍのガラス
基体１の上に酸化インジウムと酸化スズの化合物よりな
るＩＴＯを大きさ１０　Ｘ　１０　ｍ　ｒｒｈ膜厚０．
０７μｍ蒸着しＩＴＯ透明電極２とした。

つぎにこの透明電極２の上にＣＶＤ法により、アモルフ
ァスシリコン層を前記透明電極２を覆うように大きさｌ
ｌＸ１１ｍｍ厚さ０．０４μｍ形成した後、不純物とし
てホウ素をドープしＰ型半導体特性を与えてＰ型アモル
ファスシリコン層３を形成した。さらに連続して上記Ｃ
ＶＤ法により■型アモルファスシリコン層４を０．　４
μｍ形成する。この後、空気中で１ｋＷの赤外線ランプ
を用いＩ型アモルファスシリコン層４をｉ時間ｓ酸化す
ることにより、酸化珪素層５を形成した。ひきつづきこ
の酸化珪素層５に真空加熱蒸着法により３Ｘ１０−５ｔ
ｏｒｒの圧力下、２０Ａ／秒の蒸着速度で、負極用集電
電極としての金属アルミニウム層ｅを０．　２μｍ形成
した。最後にエポキシ樹脂で全体を封止する封止層７を
形成し、本実施例の太陽電池Ａとした。同図において、
８は負極用リード端子であり透明電極２の作成時に同時
に作成した。

なお、上記アルミニウム層６を形成した直後、２次イオ
ン質量分析装置を用いて、熱酸化により形成された酸化
珪素層５の膜厚を測定した結果、約５０　であり、また
金属アルミニウム層θ内に均一に約１０原子％の割合で
酸素が含まれていることが分かり、この酸素は当然アル
ミニウムと結合して酸化物を構成しているものと考えら
れる。

これに対して第１図（ｂ）に示した比較例の太陽電池Ｂ
を作成した。大きさ１５　Ｘ　２０　ｍ　ｆｆｈ　　厚
さ１ｍｍのガラス基体９の上に前記ＩＴＯを０゜０７μ
ｍの膜厚に蒸着しＩＴＯ透明電極１０とした。次にこの
透明電極１０の上にアモルファスシリコン層１１をＣＶ
Ｄ法により厚さ０．０４μｍ形成した後、不純物として
ホウ素をドープしＰ型半導体特性を与えてＰ型アモルフ
ｒスシリコン層１１を形成した。さらに連続して上記Ｃ
ＶＤ法によりＩ型アモルファスシリコンＪＩ１２を０．
４μｍ形成した後、不純物として燐を０．０４μｍの深
さまでドープしＮ型半導体特性を与え、Ｎ型アモルファ
ス７９３７層１３とした。次に、このＮ型アモルファス
２９７７層１３上に電子ビーム蒸着法によりｌＸ１Ｏ−
７ｔｏ　ｒ　ｒ、２０ＯＡ／秒の蒸着速度で負極用集電
電極としての金属アルミニウム層１４を０．２μｍ形成
した。最後にエポキシ樹脂で全体を封止する封止層１５
を形成した。

なお同図において、１６は負極用リード端子であり透明
電極１０の作成時に同時に作成した。

このようにして作成した太陽電池Ａ、　　Ｈに対して出
力特性の高温保存による劣化の様子を調べた。

その結果を第２図、第３図、第４図に示した。出力特性
は白色蛍光灯２０００ルクス照射時の開放電圧（第２図
）、短絡電流（第３図）、フィルファクター（第４図）
の値をそれぞれ縦軸とし、保存時間を横軸として示した
。保存は、１００“Ｃ及び１５０℃の温度で暗所で行な
った。その結果比較例の太陽電油Ｂは高温保存時間と共
に大きく出力特性が劣化するのに対して、本実施例の太
陽電池Ａは、殆どその影響をうけないことが分かった。

また、強い光の連続照射による、太陽電池Ａ１Ｂの出力
低下の度合を評価し、その結果を第５図、第６図、第７
図に示した。出力特性は白色蛍光灯２０００ルクス照射
時の開放電圧（第５図）、短絡電流（第６図）、フィル
ファクター（第７図）の値をそれぞれ縦軸とし、太陽電
池Ａ１　Ｂに対する光の照射時間を横軸として示した。

光照射は、４０℃で５ｏｏｏｏルクスの蛍光灯を用いた
。その結果、比較例の太陽電池Ｂは光照射時間と共に出
力特性が劣化するのに対して、本実施例の太陽電池Ａは
、殆どその影響をうけないことが分かった。

また、本実施例の太陽電池Ａは、請求項１記載の発明に
対応するものであるが、各層の作成の順序を逆にした構
造すなわち、請求項２記載の発明の構成としても、同様
の効果を有することはいうまでもない。

実施例２実施例１において、■型アモルファスシリコン層４（第
１図（ａ）参照）の熱酸化時間を変えることにより、酸
化珪素層５膜の膜厚が異なった３種類の太陽電池Ｃ，Ｄ
、　　Ｅを作成し、その出力特性を測定した。これらの
太陽電池Ｃ−Ｅの前記膜厚はそれぞれ約３０，１００．
１５０　　である。

なお、膜厚以外の構成は実施例１の太陽電池Ａと全く同
一とし、また、膜厚測定は実施例１と同様に２次イオン
質量分析装置により行なった。

これらの出力特性を実施例１と同一の１５０℃の高温保
存評価を行い、その結果を第８図、第９図、第１０図に
示した。この結果から酸化珪素層の膜厚が大きいほど、
高温熱劣化の程度はノ」八さくなるが、あまり大きいと
初期出力が小さくなり、最適膜厚のあることが分かった
。

実施例３実施例１の太陽電池Ａでは、負極用集電電極６（第１図
（ａ）参照）としてアルミニウムを用いたが、これ以外
に様々な金属を用いて５種類の太陽電池Ｆ１Ｇ、　　Ｈ
ｌｌ、　　Ｊを作成した。これらの太陽電池Ｆ−Ｊに用
いた負極用集電体の材質、及びＩ型アモルファスシリコ
ン層と負極用金属集電体層との間の酸化珪素層の膜厚を
次表に示した。

なお、各太陽電池Ｆ−Ｊにより、酸化珪素層の膜厚を変
えた理由は、各負極用集電体の材質に対して、出力特性
を最適にする膜厚を選択したことによる。

表このようにして作成した太陽電池Ｆ−Ｊに対して実施例
１とまったく同一の高強度光照射による出力特性の劣化
試験を行なった。その結果を第１１図、第１２図、第１
３図に示した。出力特性は実施例１と全（同じ条件であ
り、白色蛍光灯２０００ルクス照射時の開放電圧（第１
１図）、短絡電流（第１２図）、フィルファクター（第
１３図）の値をそれぞれ縦軸とし、光照射時間を横軸と
して示した。高強度光照射に用いた光源は８００００ル
クスの蛍光灯である。その結果、本実施例で示した太陽
電池Ｆ−Ｊも実施例１と同様に、耐高強度光照射性能が
従来の太陽電池に較べて向上したことが分かった。

発明の効果本発明に従えば耐高強度光照射性能及び耐高温保存性能
に優れた太陽電池を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の実施例１における太陽電池Ａの
構成を示す断面図、第１図（ｂ）はその比較例における
太陽？！！池Ｂの構成を示す断面図、第２図〜第４図は
同実施例および比較例の太陽電池Ａ、　　Ｂの高温保存
による出力特性の劣化を示し、第２図は開放電圧の特性
図、第３図は短絡電流の特性図、第４図はフィルファク
ターの特性図、第５図〜第７図は同実施例および比較例
の太陽電池Ａ、　　Ｂの高強度光照射による出力特性の
劣化を示し、第５図は開放電圧の特性図、第６図は短絡
電流の特性図、第７図はフィルファクターの特性図、第
８図〜第１０図は本発明の実施例２における太陽電池Ｃ
，ＤｌＥの高温保存による出力特性の劣化を示し、第８
図は開放電圧の特性図、第９図は短絡電流の特性図、第
１０図はフィルファクターの特性図、第１１図〜第１３
図は本発明の実施例３における太陽電油Ｆ、　　Ｇ、　
　Ｈ，Ｌ　　Ｊの高強度光照射による出力特性の劣化を
示し、第１１図は開放電圧の特性図、第１２図は短絡電
流の特性図、第１３図はフィルファクターの特性図であ
る。１、、、ガラス基板、２．、、ＩＴＯ透明電極、３．。、Ｐ型アモルファスシリコン゛層、４．、、Ｉ型アモル
ファスシリ）　ン層、５　、　、　Ｊｉ！　化珪素層、
６．、、アルミニウム電極。代理人の氏名　弁理士　檗野重孝　はが１名ｉｌ１図（（Ｌ）７村止１＼６アルミ＝つＬ電昏Ｃｂ）１４アル之ニウム′１１＆嬉図蘂図ｔｏｏ。保存ＦＩＦ！閉（時閉）保′ｆ９時間（鱒聞）第図第図ｔｏｏ　。憚豫Ｉ？ｌＦ闇（時間）保存Ｎ閏（時間）嬉図第図ＯＯｔｏｏ。１’ｉｌ存ＦＩｔＪ闇（鍔間）塀存鍔Ｆｌｆ’ｌ（時開）第図第９図 ω０ θ００ｆｇ４存時開時間間）保停呵間（時閉）嬉１０図５１１１図ｔｏｏ。憚ｉｎ　ＦＪＩ（８１Ｍ）保存時間（ｎＦｌ）筑１２図ｌ１１３図ｔｏｏ。保存時間（ＳＷ）憚Ｗ晴間（ｗｊ藺）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）透明基体、透明電極、Ｐ型アモルファスシリコン
、Ｉ型アモルファスシリコン、酸化珪素及び集電電極を
順次積層してなり、光を照射することにより、上記透明
電極と上記集電電極との間に電圧を発生するように構成
したことを特徴とする太陽電池。
（２）支持基体、集電電極、酸化珪素、Ｉ型アモルファ
スシリコン透明電極、Ｐ型アモルファスシリコン、透明
電極を順次積層してなり、光を照射することにより、上
記透明電極と上記集電電極との間に電圧を発生するよう
に構成したことを特徴とする太陽電池。
（３）酸化珪素の膜厚は、１０以上、１００以下である
ことを特徴とする請求項１または２記載の太陽電池。
（４）集電電極を構成する材質は、Ｃｓ、Ｋ、Ｎａ、Ｌ
ｉ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｔａ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｚｎ、Ｃｏ
、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｎｉより選ばれ
る単一またはこれらの合金よりなることを特徴とする請
求項１または２記載の太陽電池。
（５）集電電極を構成する材料は、酸素を全体の１原子
％以上含有することを特徴とする請求項１または２記載
の太陽電池。