JPH02288369A

JPH02288369A - 太陽電池

Info

Publication number: JPH02288369A
Application number: JP1109438A
Authority: JP
Inventors: Teruhisa Kanbara; 神原　輝寿; Shigeo Kondo; 繁雄近藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-04-28
Filing date: 1989-04-28
Publication date: 1990-11-28
Anticipated expiration: 2013-03-09
Also published as: JP2723608B2

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に対してオーミッ
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にアルミ
ニウムなどの金属を接合した太陽電池は、蛍光灯や太陽
光に対しては高い変換効率を有するが、電気的に解放状
態のまま強い光を連続的に照射すると、次第に出力特性
が劣化するという光劣化の課題や、高温保存により出力
性能が劣化するという高温保存劣化課題を有していた。

課題を解決するための手段以上のような課題に鑑み、本発明の太陽電池は、Ｐ−１
−Ｎｔｌ型アモルファスシリコンのＮｉを特定の厚さだ
け酸化し、これに金属を接合させる構造や、また、アモ
ルファスシリコンに接合する集電電極を構成する金属材
料に有る程度の奇だけ酸素を含有させた構造にすること
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素子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ロンが考えられる。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、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阻止する方法がある。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、電子が量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これらのことをもと
にして、本発明の太陽電池は、Ｐ−１−Ｎ接合型アモル
ファスシリコンのＮ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できる。

また、純粋なＮ型シリコンに対して良好なオーミック接
触を保つことができる金属は実際上アルミニウムなどご
く一部のものに限られていたが、湿度の高い雰囲気下で
は、水分の侵入によりアルミニウムの劣化が発生し、素
子に損傷を与えるため、これを防ぐためアルミニウム層
の外側にチタンを被覆し、直接水分がアルミニウムに接
触するのを防止する方法が取られていた。

これに対して、本発明者の測定の結果、Ｎ型シリコン面
を一部熱酸化し、これに電極を接合すると、アルミニウ
ムのみならず多くの金属や合金、あるいはそれらの酸素
や窒素を含有するものまでが、良好な特性を素子に与え
るものであることが判明した。つまり、これらの材料の
なかで、耐水安定性に優れたものを選択することにより
、上述の課題を解決することができた。更に、予め集電
電極を構成する金属材料に有る程度の量の酸素を含ませ
酸化物を構成させてお（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、素子の熱的安定性が向上する
。

一方、素子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の原因は今だ究明されて
いないが、強い光を照射し出力特性の劣化したものでも
、１５０℃程度の温度で１時間程加熱すると再び特性は
、もとに戻ることも報告されている（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）。

しかしながら従来の素子では、この１５０℃の温度に対
して、上述のように熱劣化を引き起こすため実際上、−
度光劣化を起こしたものを再び使用することはできなか
った。

これに対して、本発明の太陽電池は、この程度の温度で
の熱劣化は極めて小さいものであるため、光劣化した素
子も上記温度で加熱することにより、繰り返して使用す
ることができる。

また、結果的に本発明の構造を有する太陽電池ハ、従来
のＰＩＮ型アモルファスシリコン太陽電池に較べて、光
劣化の度合が大きく低下した。この原因は、強い光を照
射すると素子自身の温度が上昇し、このため光劣化の度
合が、小さくなったものと考えられる。

以下、実施例で具体的に説明する。

実施例（実施例１）本実施例の素子の断面図を第１図に示す。大きさ５０Ｘ
２０ｍｍ％　厚さ１．１ｍｍ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
４０ｘ　１２　ｍ　ｍｌ　膜厚０．２５　μｍ蒸着し透
明電極２とした。次にこの透明電極２の上にＣＶＤ法に
より、アモルファスシリコン層３を大きさ４１Ｘ１１ｍ
ｍ厚さ０．０４　Ｉｔ　ｍ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た。さらに連続し
て上記ＣＶＤ法によりＩ型アモルファスシリコン層４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２９７７層５とした。この後、空気中で１ｋＷの
赤外線ランプを用いＮ型アモルファスシリコンを１時間
熱酸化することにより、酸化珪素層６を形成した。ひき
続きこの酸化珪素層８に真空加熱蒸着法により３Ｘ１０
−５ｔｏｒｒの圧力下、２０７秒の蒸着速度でアルミニ
ウム電極７を４０Ｘ１５ｍｍの大きさで膜厚０．２μｍ
形成した。最後にエポキシ樹脂の封止層８で全体を封止
し、本実施例の素子とした。

なお、本素子の発電部分の面積は第１図に示したように
４０Ｘ１０ｍｍの大きさであり、また９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。さら
に、上記アルミニウム電極７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６の膜厚を測定した結果、約５０　であり、また
アルミニウム電極７内に均一に約２０原子％の割合で酸
素が含まれていることを確認した。このように構成した
ものを電池Ａと称す。

これに対して、Ｐ−Ｉ−Ｎ型アモルファスシリコンに直
接、酸素を殆ど含有しないアルミニウムを接合させるこ
とにより作成したものを比較例の電池Ｂとする。なお、
上述の酸素を殆ど含有しないアルミニウム電極の作成は
、前記実施例の電池Ａの作成で用いたものと同一の真空
蒸着装置を用い、圧力５Ｘ１０−８ｔｏｒｒまで真空に
した後、９９．９９９％のアルゴンガスにより１気圧ま
でリークし、その後再び５Ｘ１０−８ｔｏｒｒまで真空
度を高め、アルミニウムの蒸着を行なった。なお、この
ときの蒸着速度は、前記同様２０７秒である。また、こ
れ以外の作成方法、及び、素子の形状は前記電池Ａと全
く同一とした。

このようにして作成した電池Ａ及び電池Ｂ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、ＡＭｌ、１００ｍＷ／ｃｍ”照射時の解放
電圧、短絡電流、変換効率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１２０℃及び１５０
℃の温度で暗所で行なった。

その結果、比較例の電池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、本実施例の電油Ａは、
殆どその影響を受けないことが分かった。

また、ＡＭＬＩ　ＯＯｍＷ／ｃｍ”の連続照射による電
池Ａ１　Ｂ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ＡＭ１＋　１
００　ｍＷ／　ｃ　ｍ’照射時の解放電圧、短絡電流、
変換効率の値をそれぞれ縦軸とし、電池Ａ％　Ｂに対す
る光の照射時間を横軸として示した。

その結果、比較例の電池Ｂは光照射時間と共に出力特性
が大きく劣化するのに対して、本実施例の電油Ａは、そ
の影響が小さいことが分かった。

（実施例２）実施例１の電池へに対して、Ｎ型シリコンの熱酸化の温
度及び時間を変えることにより、酸化膜の膜厚が異なっ
た３種類の電池を作成し、その出力特性を測定した。こ
れらの電池をＣ１Ｄｌ　Ｅとし、その酸化膜の膜厚はそ
れぞれ約２０．１００．１５０　である。なお、酸化膜
の膜厚以外は実施例１の電池Ａと全く同一とし、また、
酸化膜の膜厚は実施例１と同様に２次イオン質量分析装
置により測定した。

これらの電池Ｃ−Ｄに対して実施例１と同一の１５０°
Ｃの高温保存評価を行い、ＡＭＩ、１００ｍＷ／ｃｍ２
の照射光に対する力特性を第８図、第９図、第１０図に
示した。

この結果から酸化膜の膜厚が大きいほど、高温熱劣化の
程度は小さくなるが、あまり大きいと電池の初期出力が
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の電池Ａに対して、Ｎ型シリコンの熱酸化を行
なわず、直接これに対して、酸素を含有したアルミニウ
ムを接合した電池を作成し、その出力特性を測定した。

これらの素子をＦｌＧｌＨとし、その酸素含有量をそれ
ぞれ約５．３０１５０原子％とした。なお、上記電池Ｆ
１Ｇ、　　Ｈの作成に於て、酸化膜を作成せずまた酸素
含有量を異なるものとした以外は実施例１の電池Ａと全
く同一構成とした。また、上記アルミニウム電極中にお
ける酸素濃度の制御は、真空蒸着時における雰囲気ガス
中の酸素圧力を制御することにより行なった。また酸素
含有量の測定は実施例１と同様に２次イオン質量分析装
置により行なった。

これらの電池Ｆ−Ｈに対して実施例１と同一の１５０℃
の高温保存評価を行い、ＡＭＩ、１００ｍＷ／ｃｍ２の
照射光に対する力持性を第１１図、第１２図、第１３図
に示した。

この結果からアルミニウム電極中に含まれる酸素が大き
いほど、高温熱劣化の程度は小さくなるが、あまり大き
いと、電池の初期出力が小さくなり、最適酸素濃度のあ
ることが分かった。

（実施例４）実施例１の素子では、負極用集電電極としてアルミニウ
ムを用いたが、これ以外に様々な金属や合金を用いて電
池を作成した。これらの電池を１からＭとし、これに用
いた負極用集電体の材質および金属中に含まれる酸素量
、また酸化膜の膜厚を法衣に示した。

表に於て、電極材料名はＪＩＳ記号を用い、また全て、
電子ビーム蒸着法により作成した。なお、各電池により
、シリコン層と負極用金属集電体層との間の酸化膜の膜
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電池Ｉ−Ｍに対して実施例１と
まったく同一の１５０℃高温保存試験と、ＡＭｌ、１０
０ｍＷ／ｃｍ２の照射光に対する特性評価とを行なった
。その結果を第１４図、第１５図、第１６図に示した。

その結果、本実施例で示した電池Ｉ−Ｍも実施例１と同
様に、耐高温保存性能が従来の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できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１における電池Ａの断面図、第
２図、第３図、第４図、第５図、第６図及び第７図はそ
の特性図、第８図、第９図及び第１０図は本発明の実施
例２における電池Ｃ，Ｄ。Ｅの特性図、第１１図、第１２図及び第１３図は本発明
の実施例３における電池Ｆ、　　Ｇ、　　Ｈの特性図、
第１４図、第１５図及び第１６図は本発明の実施例４に
おける電池Ｌ　　Ｊ、　　Ｋ、　　Ｌ、　　Ｍの特性図
である。１１１．ガラス基体、２．、、ｌＴＯ透明電極、３．、
、Ｐ型アモルファスシリコン、４．、、Ｉ型アモルファ
スシリコン、５．、、Ｎ型アモルファスシリコン、６゜
０．酸化珪素層、７．、、アルミニウム電極、８．、、
封止層、　９．、、リード電極。代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名図１９存ＦＲ間Ｃ時間〕ｍ存鍔闇（帽１１′４存鍔藺（畔Ｍ）萬 ■ 藁図保存鍔間（時間〕ず！１１１８！１円１’１ｌｔＦ！１．ン葛図第図譚浮ＳＶ闇（目間）保存吋層１１痔１１Ｉ１１）第図第図ｆ♀仔９１ＦＩｌ（時間）保存阿ＮＩＪ（鍔間）嬉１０図Ｉｎ２図１♀存鍔ｌ′ｗｌ（ｓ間つ憚存鱒聞（ＩＩ藺）第１３図第１５図１９戸時１’１５（鍔間〕１＠ｙＷＰｌｊ　（鱒ＦＪＪ第１４図第１６図１■ｍ藺（綺間）イ茅存鱒闇（時間）

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、Ｎ型アモルファスシリコ
ン、及び１原子％以上の酸素を含有しかつ電気抵抗率が
０．１ｍΩｃｍ以下である金属酸素複合材料よりなる集
電電極を順次積層してなることを特徴とする太陽電池。
（２）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、Ｎ型アモルファスシリコ
ン、酸化珪素及び金属よりなる集電電極を順次積層して
なることを特徴とする太陽電池。
（３）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、Ｎ型アモルファスシリコ
ン、酸化珪素、及び酸素を含有する金属よりなる集電電
極を順次積層してなることを特徴とする太陽電池。
（４）集電電極を構成する材料として、単一金属または
合金、あるいは酸素、窒素、珪素のうち少なくとも１種
類のものを含有する単一金属または合金よりなることを
特徴とする請求項２または３記載の太陽電池。
（５）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２または３記載の太陽電池。
（６）集電電極を構成する材料として、酸素を構成材料
全体の０．１原子％以上５０原子％以下含有することを
特徴とする請求項２または３記載の太陽電池。