JPH02260663A

JPH02260663A - 光電変換素子及び光起電力装置

Info

Publication number: JPH02260663A
Application number: JP1083109A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Kiyama; 木山　精一; Hiroshi Hosokawa; 弘細川; Hiroshi Kusunoki; 浩楠
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1989-03-31
Filing date: 1989-03-31
Publication date: 1990-10-23
Anticipated expiration: 2013-05-20
Also published as: JP2755670B2

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】（イ）産業上の利用分野本発明は、光照射を゛受けることにより起電力を発生す
る光電変換素子及びこれを複数個直列接続してなる光起
電力装置に関する。

（ロフ従来の技術光照射を受けると起電力を発生する光起電力装置におけ
る受光面電極膜は、光電変換作用をなす半導体光活性層
への光照射を招くべく透光性であることが好ましい。従
来、透光性を呈すべく受光面側″ｔｉはインジューム（
Ｉｎ）やスズ（Ｓｎ）の酸化物であるＩｎｔＯｓ、Ｓｎ
ｏｗ、ＩＴＯ等に代表される透光性導電酸化物（以下Ｔ
ＣＯと称する）により形成されている。このＴＣＯから
なる電極にあっては、そのシート抵抗は約３０〜５０Ω
１０であり、同じ膜厚のアルミニウム等の金属材料に比
べて３桁以上ら高いため、この電極における電力損失（
抵抗損失）が発生し、集電効率を低下させる原因となる
。

そこで、本願出願人は、受光面１！橿膜として高抵抗な
ＴＣＯを用いるにも係わらず、受光面電極膜による抵抗
損失を減じる構造として、特開昭６１−２（１３７１号
公報、及び実開昭６１−８６９５５号公報を出願してい
る。この光起電力装置は、光入射側から見て、受光面電
極膜、光活性層を含む半導体膜、第１背面電極膜、絶縁
膜及び受光面電極膜より低抵抗な第２背面電極膜を重畳
し、上記第２背面電極膜が、受光領域の複数箇所におい
て、内周が上記絶縁膜により囲繞されたコンタクトホー
ルを貫通して受光面電極膜に到達することにより、上記
第２背面電極膜及び上記受光面電極膜を電気的に結合し
たものである。

（ハ）発明が解決しようとする課題ところで、光起電力装置を使用するに当っては、透光性
受光面電極膜のシート抵抗、言い替えればその膜厚が電
力損失に影響を与える。

そこで、本発明は、透光性受光面電極膜の膜厚を最適化
し、電力損失を抑制するものである。

（ニ）課題を解決するための手段本発明は、透光性受光面電極膜、光活性層を含む半導体
膜、第１背面電極膜、絶縁膜及び第２背面電極膜を重畳
し、受光領域内の複数の接続箇所において上記第２背面
電極膜が上記絶縁膜を貫通して受光面電極膜と電気的に
結合した光電変換素子であって、上記受光面電極膜の膜
１蓼が、上記接続庸所において計算される出力電流に基
づく出力電力を考慮して決定されたことを特徴とする。

更に、本発明の光起電力装置は、上記光電変換素子を、
互いに隣接する光電変換素子の一方の第１背面電極膜と
他方の第２背面電極膜とでもって半導体膜に対して背面
側にて結合することにより電気的に直列接続したことを
特徴とする。

（ホ）作用本発明によれば、受光面電極膜の膜厚は、受光面１極と
第２背面電極との接続箇所において計算された出力電流
に基づく出力電力を考慮して決定されたことによって最
適化され、優れた出力特性の光電変換素子及び光起電力
装置が得られる。

（へ）実施例第１図は本発明の光起電力装置の第１実施例の要部を光
入射方向に対して背面側斜め方向から臨んだ一部断面斜
視図であり、光入射側から見てＴＣＯ等の透光性受光面
電極膜（１）、膜面に並行なｐｉｎ接合、ｐｎ接合等の
半導体接合の光活性層を含むアモルファスシリコン等を
主体とする半導体膜（２）、オーミック金属の第１背面
電極膜（３）、絶縁膜（４）、及び受光面電極膜（１）
に比べて低抵抗な金属からなる第２背面電極膜（５）を
重畳し、第２背面電極膜（５）が、受光領域内の複数箇
所において、絶縁膜（４）、第１背面電極膜（３）及び
半導体膜（２）を貫通すると共に内周が絶縁膜（４）に
より囲繞された円形のコンタクトホール（６）を貫通し
て受光面電極膜（１）に到達することにより、受光面電
極膜（１）と電気的に結合した複数の単位光電変換素子
（ＳＣ，）（ＳＣ，）（ＳＣ，）・・・を、各単位光電
変換素子（ＳＣＩ）（ＳＣＩ）（ＳＣｓ）・・・の受光
面電極膜（１）が分離間隔ｄを隔てた状態で支持体かつ
受光面保護体となるガラス等の透光性絶縁基板（７）上
に設けている。

そして、各単位光電変換素子（ＳＣ，）（Ｓ（、）（Ｓ
Ｃ，）・・・の隣接する素子の受光面電極膜（１）と第
１背面電極膜（３）とを各光電変換素子（ＳＣ，）（Ｓ
Ｃ，）（ＳＣＩ）・の隣接間隔部において直接重畳する
ことなく、半導体膜（２）の背面側において絶縁膜（４
）側から、例えばレーザビームの照射あるいはエツチン
グを行うことにより開孔した部分の第１背面電極膜（３
）に、隣接素子の第２背面電極嘆（５）が延在し埋設す
ることによって、互いに隣接する単位光電変換素子（Ｓ
Ｃ，）（ＳＣ，）（Ｓ（１）・・・は電気的に直列接続
されている。

ところで、斯る構造の光起電力装置において、受光面電
極膜（１）の膜厚を決定するに先立ち、コンタクトホー
ル（６）の径について考慮した。

第２図はコンタクトホール（６）の径とこの部分の接触
抵抗との関係を示し、第３図はコンタクトホール（６）
の径と光起電力装置の最大出力との関係を示している。

コンタクトホール（６）の大きさを小さくすると、受光
領域における無効面積も小さくなるが、加工性及び作業
性に乏しく、更に、コンタクトホール（６）を小さくし
ていくと、集電を行うコンタクトホール（６）の中心部
における受光面電極！（１）と第２背面電極膜（５）と
の接触抵抗が増大しく第２図参照）、抵抗損失は低減さ
れないこととなる。

一方、加工性及び作業性を容易にするべくコンタクトホ
ール（６）を大きくすると、受光領域における無効面積
が大きくなって光起電力装置の最大出力を低下させてし
まう（第３図参照）。

そこで、上述の如き光起電力装置においては、最大出力
を得るに際し、コンタクトホール（６）の径を適宜な値
、本実施例では０．２ｍｍに設定した。

その後、本発明では、このコンタクトホール（６）の径
を用い、光起電力装置の高出力化において、受光面電極
膜（１）のシート抵抗、言い替えれば受光面電極膜（１
）の膜厚を決定した。ここで、受光面電極膜（１）の膜
厚を決定するに当り、コンタクトホール（６）における
出力電流を計算し、これに基づいた出力電力を考慮した
。

各コンタクトホール（６）により集電される電流は、半
径Ｒの円の内部で発生するものである。なお、この円は
各コンタクトホール（６）を中心として互いに接すると
共に同一面積で区画された正方形と同じ面積となるよう
に、コンタクトホール（６・）を中心として描かれたも
のであり、これによって円の半径Ｒも自動的に決定され
る。

下記第１式は１個のコンタクトホール（６）における出
力電流■。１．を示している。

但し、上式においてＲ：円の半径ＲＯ：コンタクトホール（６）の半径ｉ、（ｒ）：微小領域で発生する電流量さらに、電流量
ｉ　（ｒ）は下記第２式及び第３式にて求められる。

但し、上式においてｉｐｈ：充電流密度ｉｏ：逆方向飽和電流密度ｖ（ｒ）：半径ｒ地点の電圧Ｒ１：直列抵抗Ｒ１，ニジヤント抵抗ｎ：ダイオード特性のｎ値ｑ：電荷に：ボルツマン定数Ｔ：絶対温度Ｒ１１’シート抵抗１（ｒ）：半径ｒ地点のリング状領域においてコンタク
トホール（６）方向へ流れる全電流量第４図は、受光面電極膜（１）のシート抵抗（即ち、膜
厚）と光起電力装置の最大出力との関係を示す特性図で
あり、本発明においては、コンタクトホールの径を０．
２ｍｍ、接触抵抗を１５Ωとして、上記各式を用いて装
置全体の出力特性を算出した結果を示すものである。な
お、同図において、実線は本発明の特性を、破線は従来
例の特性を示しており、いづれにおいて°も、光起電力
装置は、光電変換素子（ＳＣＩ）（Ｓｅｔ）（ＳＣ３）
・・・が１０個設けられたＩＱｃｍＸＩＱｃｍの大きさ
のものである。

同図から見て、最大出力が取るためには、受光面電極膜
（１）の膜厚の最適値が存在する。従って、光起電力装
置を製造するに当って、受光面電極膜（１）の膜厚を、
この最適値に設定することにより、高出力化を計ること
ができる。

従来の例ではシート抵抗が大きくなると、最大出力は大
幅に減少するが、本発明では、従来例に比べて高シート
抵抗側（即ち、約１０００人）において、最大出力が最
高となり、更に、この時よりもシート抵抗が１桁程度増
加した場合にあっても、出力は数％程度しか減少しない
。

第５図は本発明の光起電力装置の第２実施例の要部を光
入射方向に対して背面側斜め方向から臨んだ一部断面斜
視図である。

この実施例にあっては、先の実施例と比較して、光入射
方向が逆転した点に特徴がある。即ち、表面にホーロー
や封孔処理したアルミナ膜等の絶縁膜（７２）を配置し
たステンレス鋼、アルミニラム板等の金属板（７１）か
らなる絶縁基板（７０）を用意し、まず各単位光電変換
素子（ＳＣ，）（ＳＣ，）（ＳＣ３）・・・毎に金属の
第２背面電極膜（５）を分割配置し、次いで絶縁膜（１
）、第１背面電極膜（３）、少なくとも一つの半導体接
合を備える光活性層を含む半導体膜（２）、ＴＣＯ等の
透光性受光面電極膜（１）を積層する。この時、絶縁膜
（４）は各素子（ＳＣ，）（ＳＣ，）（ＳＣ，）・・・
毎に分割され、露出した第２背面電極膜（５）に隣の素
子の第１背面電極膜（３）が結合している。半導体膜（
２）、第１背面電極膜（３）及び絶縁膜（４）には第１
実施例と同様に受光領域内で複数個所第２背面電極膜（
５）に達するコンタクトホール（６）が穿たれており、
コンタクトホール（６）の内壁は絶縁膜（４）により覆
われている。

そして、このコンタクトホール（６）を受光面ｔ４極膜
（１）が埋設することによって、受光面電極膜（１）と
第２背面電極膜（５）とが電気的に結合されると共に、
各単位光電変換素子（ＳＣＩ）（Ｓ（ｔ）（ＳＣＩ）・
・・が半導体膜（２）の背面において電気的に直列接続
される。

この構造の光起電力装置においても、受光面電極膜（１
）の膜厚は、第１実施例と同様に、上記３式に基づいて
コンタクトホール（６）における出力電流を計算し、こ
れに基づいた出力電力を考慮して決定されるのは当然の
ことである。

なお、各コンタクトホール（６）は上述のような円形に
限らず、正方形等任意の形状とすることができる。この
場合、例えば正方形のコンタクトホール（６）の夫々に
より集電される電流は、各コンタクトホール（６）を中
心として互いに接すると共に同一面積で区画された正方
形内で発生する電流である。従って、上記正方形内で発
生する電流を計算することにより、コンタクトホール（
６）の大きさ及びその配置間隔が決定される。

（ト）発明の効果本発明光電変換素子及び光起電力装置は、受光面電極膜
の膜厚が、上記接続箇所において計算される出力電流に
基づく出力電力を考慮して決定されたことを特徴とする
ので、最適な出力特性を有する光起電力装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の要部を示す一部断面斜視
図、第２図はコンタクトホールの径とこの部分の接触抵
抗との関係を示す特性図、第３図はコンタクトホールの
径と光起電力装置の最大出力との関係を示す特性図、第
４図は受光面電極膜のシート抵抗（即ち、膜厚）と光起
電力装置の最大出力との関係を示す特性図、第５図は本
発明の第２実施例の要部を示す一部断面斜視図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）透光性受光面電極膜、光活性層を含む半導体膜、
第１背面電極膜、絶縁膜及び第２背面電極膜を重畳し、
受光領域内の複数の接続箇所において上記第２背面電極
膜が上記絶縁膜を貫通して受光面電極膜と電気的に結合
した光電変換素子であって、上記受光面電極膜の膜厚が
、上記接続箇所において計算される出力電流に基づく出
力電力を考慮して決定されたことを特徴とする光電変換
素子。
（２）上記光電変換素子を、互いに隣接する光電変換素
子の一方の第１背面電極膜と他方の第２背面電極膜とで
もって半導体膜に対して背面側にて結合することにより
電気的に直列接続したことを特徴とする第１項記載の光
起電力装置。