JPH0294667A - 光電変換装置 - 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】 〔産業の利用分野〕 本発明は非晶質半導体層を有する太陽電池素子、光スイ
ツチング素子、光センサーなどの光電変換装置に関する
ものである。

〔従来技術〕

現在、非晶質半導体層を有する光電変換装置は太陽電池
、光センサーなどの用途に幅広く用いられている。

非晶質半導体層の層構成の一例として、光キャリア（正
孔や電子）生成層（一般に１層）の両側にＰ層とＮ層と
を配置したＰ−Ｉ−Ｎ接合したものがあり、これは非晶
質半導体層の光照射により１層を中心にキャリアが発生
した。

太陽電池素子、光スイツチング素子、光センサーの何れ
においても、非晶質半導体層に発生したキャリアを、非
晶質半導体層を挟持する電極により、収集してその出力
を各種光電変換装置に応じて使用していた。

第２図は、光電変換装置の一例である太陽電池素子の基
本的な構造を示す断面図である。

太陽電池素子３０は、光入射される側より、透明基板３
１、透明導電膜３２、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質半導体
層３３及び金属電極３４が順次積層されている。

Ｐ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質半導体層３３に、光入射され
ることにより、発生する光キャリアは、透明導電膜３２
及び裏面金属電極３４に夫々引かれ、透明導電膜３２及
び裏面金属電極３４間に電位差が生じ、光起電力が得ら
れる。

具体的には、透明基板３１はガラス等であり、透明導電
膜３２は、酸化錫、酸化インジウム、酸化インジウム錫
等の金属酸化物の薄膜によって形成される。Ｐ−１−Ｎ
接合した非晶質半導体層３３はシラン、ジシランなどの
シリコン化合物ガスをグロー放電で分解するプラズマＣ
ＶＤ法や光ＣＶＤ法等で被着される非晶質シリコンなど
から成り、Ｐ層及びＮ層は、適宜所定のＰ型ドーピング
ガス、Ｎ型ドーピングガスを混入した反応ガスで形成さ
れる。金属電極３４は、ニッケル、アルミニウム、チタ
ン、クロム等の金属を抵抗加熱法等によって被着形成さ
れる。

非晶質半導体層３３と接触する透明導電膜３２及び金属
電極３４の形成条件としては、非晶質半導体層３３とオ
ーミックコンタクトすること、成膜が容易で作業性に富
むことなどがあげられる。

従来、特に金属電極３４は、抵抗加熱法等の薄膜技術を
用いて形成されたいた。これは、太陽電池を構成する透
明導電膜３２及び非晶質半導体層３３などがすべて物理
的気相法や化学的気相法でどの薄膜技術によって形成さ
れており、非晶質半導体層３３を有する太陽電池素子の
特徴である薄膜を象徴するためである。

しかし、特開昭６２−１１９９７８号公報に見られるよ
うに、金属電極３４を形成するにあたり、薄膜技術の設
備コストや作業性などに鑑み、銀ペーストをスクリーン
印刷によって形成しようとする技術が既に提案されてい
る。

この技術によれば、銀ベー・ストの金属電極３４と非晶
質半導体層３３とオーミックコンタクトを達成するため
に、非晶質半導体層３３の金属電極３４と接する側のＮ
層を操作してオーミックコンタクトを改善しようとする
ものであった。即ち、Ｎ層非晶質半導体層中のシリコン
−Ｎ型ドーピングの濃度を調整して、オーミックコンタ
クトを銀べ−・ストの金属電極３４と合致させようとす
るものであった。

〔従来技術の問題点〕

しかしながら、Ｎ層非晶質半導体層中のシリコン−Ｎ型
ドーピングの濃度を所定値に操作しようとすると、次の
ような問題点が生じる。

■ＮＮ層非晶質半導体層被着のためのガス条件を変更し
なくてはならず、反応室内のガスの流路、放電距離の設
定変更など反応室系の条件設計を最初からしなくてはな
らない。

■ＮＮ層非晶質半導体層高濃度に応じたＰ−１−Ｎ接合
の非晶質半導体層３３のバンド設計をしな（ではならず
、引いてはＮ層非晶質半導体層のみならず、Ｐ層非晶質
半導体層の被着条件を変更しなくてはならない。

〔本発明の目的〕

本発明は上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、
透明基板上に形成したＰ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質半導体
層の被着条件を変えることなく、金属電極を構成するペ
ーストの組成を所定に設定するだけで、非晶質半導体層
とオーミックコンタクトが達成し、且つエツチングによ
るパターン工程を不要とする厚膜手法によって容易成膜
、高い作業性を有する光電変換装置を提供することにあ
る。

〔目的を達成するための具体的な手段〕本発明が上述の
目的を達成するために行う具体的な手段は、透明導電膜
を被着した透明基板上に、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質半
導体層及び金属電極とから成る積層体を有する光電変換
装置において、金属電極を、平均粒径が２０μｍ以下の
銀粉末と、ＺｎＯ，、Ｉ　ｎｚｏ：＋−ｈ　Ｉ　ｎ　０
％　Ｓ　ｎ　Ｏｚ　、Ｓ　ｂ２０３、Ｔｉ０ｚから選ば
れる金属酸化物を含む導電性ペーストによって形成した
光電変換装置を提供する。

〔実施例〕

以下、本発明の光電変換装置をその一例である太陽電池
素子を用いて図面に基づいて詳細に説明する。

第１図は本発明に係る太陽電池素子の構造を示す断面構
造図である。

本発明の太陽電池素子は、透明導電膜２を被着した透明
基板１上に、第１の導電型、第２の導電型、第３の導電
型を接合した、即ちＰ−１−Ｎ接合した非晶質半導体層
３及び金属電極４を順次積層して構成されている。

透明基板１はガラス、透光性セラミックなどから成り、
該透明基板１の一生面には透明導電膜２が被着されてい
る。

透明導電膜２は酸化錫、酸化インジウム、酸化インジウ
ム錫などの金属酸化物膜で形成される。

具体的には透明基板１の一生面上にマスクを装着した後
、上述の金属酸化物膜を被着したり、透明基板１の一生
面上に金属酸化物膜を被着した後、レジスト・エツチン
グ処理したりして形成される。

非晶質半導体層３は、少なくとも透明導電膜２の出力を
導出するための一方の端子形成部分を残して形成される
。そして、非晶質半導体層３は、第１の導電型、第２の
導電型、第３の導電型を接合、即ちＰ−１−Ｎ接合が形
成されている。具体的には、非晶質半導体層３はシラン
、ジシランなどのシリコン化合物ガスをグロー放電で分
解するプラズマＣＶＤ法や光ＣＶＤ法等で被着される非
晶質シリコンなどから成り、Ｐ層はシランガスにジボラ
ンなどのＰ型ドーピングガスを混入した反応ガスで形成
され、１層はシランガスを反応ガスとして形成され、Ｎ
Ｆ！はシランガスにフォスフインなどのＮ型ドーピング
ガスを混入した反応ガスで形成される。

金属電極４は、非晶質半導体層３上の所定位置に形成さ
れ、非晶質半導体層３で発生するキャリアを収集すると
同時に外部に導出するための他方の端子を兼ねるもので
ある。また、この金属電極４形成時に透明導電膜２の出
力を導出するための端子２１を形成する。具体的には金
属電極４は非晶質半導体層３上に銀を主成分とする導電
性ペーストをスクリーン印刷法によって塗布、乾燥、硬
化して形成される。導電性ペーストは、平均粒径が２０
　ｐｒｔｂ以下の銀粉末と、Ｚｎ０ｚ　％　ＩｎｚＯｘ
、Ｉｎ０１Ｓ　ｎ　Ｏｘ　、Ｓ　ｂ　ｚＯｘ、ＴｉＯ２
から選ばれる金属酸化物、及びエポキシなどの硬化樹脂
材から構成されている。尚、銀粉末には粒状と鱗片状な
どがあるが、鱗片状の粒径は平面視長軸方向である。

硬化樹脂材は、非晶質半導体層３を形成する際の基板温
度である２００°Ｃ程度以下の低温で硬化させるため母
材である。通常のコンデンサーなどの電極と知られてい
る焼成型の銀ペーストを使用すれば、焼成に必要な高温
（５００°程度）に晒すことになり、非晶質半導体層３
を変質してしまう。

銀を２０μｍ以下の鱗片状又は粒状とするのは、非晶質
半導体層３上をスクリーン印刷のスキージが摺動しても
銀の粒子が非晶質半導体層３を傷付けないようにするた
めである。また、粒径が２０μｍ以上であると、緻密な
金属層が得られず、電極自身の抵抗が高くなってしまい
、太陽電池素子の電極として不適当である。

Ｚｎ０ｚ、ＩｎｚＯｓ、Ｉ　ｎ　Ｏｓ　Ｓ　ｎ　Ｏｚ　
％　５ｂｚｏ：ｉ、Ｔｉｅ、から選ばれる金属酸化物は
、導電性ペーストによる金属電極４と非晶質半導体層３
とのオーミックコンタクトを改善するためのものであり
、上述の金属酸化物を一種または、数種類添加するもの
である。

本発明者らは、Ｚｎ０ｚ、Ｉ　ｎｚ０３、Ｉ　ｎ　Ｏ％
Ｓｎｏ□、５ｂｚＯｓ、Ｔ　ｉ　Ｏｚから選ばれる金属
酸化物を添加による作用を調べるための種々の実験を行
った。その結果を下記の表１に示す。

試料に使用した導電性ペーストの組成は、銀８５ｗｔ％
、硬化剤１２ｗｔ％、金属酸化物３ｗｔ％であり、銀は
３〜５μ−の粒状を用いた。さらに、乾燥硬化条件は、
１７０°Ｃ，３０分である。

尚、試料はすべて受光面積が０１５ｍｍの単一の発電領
域であり、照度は２００Ｌｕｘである。

表１ な　　し ２．１ ０．４４ 実験の結果より明らかのように、試料番号１の金属酸化
物の添加剤を混入しない導電性ペーストに比較して、本
発明の導電性ペーストのように、ＺｎＯｌＩｎｇｏｔｓ
、Ｉ　ｎｏ−、５ｎＯｚ　％　Ｓ　ｂｚＯ８、ＴｉＯ□
から選ばれる金属酸化物を添加した試料番号２〜７は、
短絡電流が２９．１μ八以上、開放電圧が０．５９ｍＶ
以上という高い特性、即ちオーミンクな特性が得られた
。特に、試料番号８．９のように、金属酸化物であって
もタンタルやイツトリウムの酸化物では良好な特性は得
られなかった。

４１お１．上述の実験では、金属酸化物として３ｗｔ％
添加したが２０ｗ　ｔ％まで添加しても高い短絡電流、
開放電圧かえられた。例えば、ＺｎＯを１１ｉ１ｔ％添
加すると、短絡電流３０．７μ合、開放電圧、０゜６２
ｍＶが得られる。さらに、金属酸化物として一種しか添
加していないが、複数種類を添加しても同等の結果が得
られる。

上述の実施例では、太陽電池素子として、発電＠域が単
一のものであるが１、出力特性に応じて発電領域を複数
ｆｌ？ｉｌを並列または直列接続させてもよい９、 Ｊ−た、充電変換装置、；−ｔ、、て太陽電池素子を例
にしｔ説明しているが、芳、センサーや光スィッチなど
非晶質半導体層の一力の向Ｃ１１企；ム電極を形成した
光電変換装置に広く利ルＩでさろ。

〔発明の効果〕 以上のように、本発明は、透明導電膜を被着した透明基
板上に、ＰＩＮ接合２２．た非晶質半導体層及び金属電
極とから成る積層体を有する光電変換装置において、前
記金属電極を、平均粒径２０ｐｍ以下の銀粉末と、Ｚ　
ｎ　ＯＺ　、Ｉ　ｎ　ｚ　Ｏ：ｌ、Ｉｎ　Ｏｓ　Ｓ　ｎ
　Ｏ２％　Ｓ　ｂ　ｚｏｚ、Ｔ　ｉ　Ｏｚから選ばれる
金属酸化物とを含む導電性ペーストをスクリーン印刷法
によって所定形状に形成したため、金属電極パターン形
成の後工程が一切不要となり成膜作業性が高く、エツチ
ング液による非晶質半導体層のダメージが全（、出力特
性が安定した光電変換装置が達成される。

また、導電性ペースト中にＺｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ２、Ｉ　
ｎ　０％　Ｓ　ｎ　ＯＺ　、Ｓ　ｂ　ｚｏｏｓ、ＴｉＣ
ｈから選ばれる金属酸化物を添加したことにより、Ｐ−
Ｉ−Ｎ接合した非晶質半導体層の成膜条件を一切変更す
ることなく、非晶質半導体層と良好なオーミックコンタ
クトが達成され、従来の非晶質半導体層の光電変換装置
に直接置換でき、よって低コスト、量産性に富んだ光電
変換装置が達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光電変換装置の一例である太陽電
池素子の構造を示す断面図である。第２図は、従来の太
陽電池素子の構造を示す断面図である。 ｌ、３１・・・・・透明基板 ２．３２・・・・・透明導電膜 ３．３３・・・−・非晶質半導体層 ４．３４・・・・・金属電極

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　透明導電膜を被着した透明基板上に、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合
   した非晶質半導体層及び金属電極とから成る積層体を有
   する光電変換装置において、 前記金属電極を、平均粒径が２０μｍ以下の銀粉末と、
   ＺｎＯ＿２、Ｉｎ＿２Ｏ＿３、ＩｎＯ、ＳｎＯ＿２、Ｓ
   ｂ＿２Ｏ＿３、ＴｉＯ＿２から選ばれる金属酸化物を含
   む導電性ペーストによって形成したことを特徴とする光
   電変換装置。