JPH0312973A - 非晶質薄膜太陽電池 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、非晶質薄膜太陽電池に関する。

〔従来の技術〕

グロー放電プラズマを用いて形成される非晶質シリコン
（アモルファスシリコン）太陽電池は、通常、第３図に
示す基本構造を有する。すなわち、図中８は、ガラスか
らなる基板であり、このガラス基板８上には透明電極９
か成膜されている。この透明電極９は、ＩＴｏ（インジ
ウムＩｎと錫Ｓｎの混合酸化物）、酸化錫ＳｎＯ２ある
いは酸化亜鉛ＺｎＯなとの利付より構成され、それぞれ
、スパッタリング、熱ＣＶＤあるいは真空蒸着等の手法
により、薄膜化される。透明電極９の上には、グロー放
電を用いたプラズマＣＶＤ法により、ｐ層コ０．１層１
１．０層１２か順次形成される。

例えば、１層］１の形成は、以下の要領で行う。

チャンバー内に基板８を設置し、予備排気した後、水素
Ｈ２あるいはアルゴンＡｒなどで希釈したシランＳｉＨ
４を所定圧力導入し、電極間に高周波電界を負荷してグ
ロー放電プラズマを形成し、所定時間成膜する。９層１
０．０層１２も同様にして形成するが、シランＳｉＨ４
とともに、価電子制御用のドーピングガスとしてそれぞ
れ、ジボランＢ２Ｈ６、フォスフインＰＨ３を導入する
。また、９層１０の場合、光学的禁制帯幅を拡大する目
ｒ白で、シランＳｉＨ４とともにメタンＣＨ４、あるい
はアセチレンＣ２Ｈ７などの炭化水素系のガスを導入す
ることもある。９層１−０ｓｘ層１１．０層１２の膜厚
は、成膜条件にも依るが一般的には、それぞれ、１００
〜２０ＯＡ、４０００〜８０００人、３００〜５００八
程度である。

ｎ層］−２の上には、アルミニウムＡβからなる金属電
極１３か、真空蒸着法あるいはスクリーン印刷法などに
より形成される。

〔発明か解決しようとする課題〕

従来技術による非晶質薄膜太陽電池では下記の問題点が
ある。太陽電池の変換効率を上げるためには、より多く
の入射光を、光吸収層であるｉ層］］に導入し、かつ、
発生した電子及び正孔を効率良く外部回路に取り出す素
子設計か必要である。

この目的のためには、窓側９層］０は、光学的禁制帯幅
か大きくかつ導電率が大きいことか望ましい。光学的禁
制帯幅を拡げるため、−船釣には前記したように、原料
ガスに炭化水素系のガスを混入１−非晶質炭化珪素（ア
モルファスシリコンカーバイド）とする。一方、導電率
を増大させるためには、ドーピングガスであるジボラン
Ｂ２Ｈ６の流量比を増大させる。しかし、この場合、導
電率の増大とともに光学的禁制帯幅が減少するという問
題を生ずる。

ジボランＢ　２　Ｈ６流量比を一定に保ったまま導電率
を増大させる手法として微結晶の析出かある。

すなわち、原料ガスの水素希釈量を増大し成膜時の高周
波電界を強くすることにより、核形成を促進し、非晶質
層中に一部微結晶を析出させるとｐ層の導電率が増大す
る。

しかしこの手法の場合には、以下の問題点かある。

すなわち、９層１０を成膜する際、透明電極９を成膜し
た基板は、水素プラズマに接触する。透明電極９は、Ｉ
ＴＯ，酸化錫ＳｎＯ２などの酸化物より構成されている
ため、水素プラズマ中では活性な水素ラジカルにより還
元され、金属インジウムＩｎあるいは金属錫Ｓｎが形成
される。このインジウムＩｎあるいは錫Ｓｎは、ｐ層あ
るいはｉ層に拡散混入して不純物となるため太陽電池の
特性か劣化する。

微結晶析出のための成膜条件は水素プラズマをより活性
化するものであり、従来の成膜条件に比′３ べ、透明電極の還元がより促進されるという問題点があ
る。すなわぢ、非晶質薄膜太陽電池の成膜においては、
各層の膜質自体の向上はもちろんであるが下地材料への
影響も考慮しなければならな（１゜ 本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもの
であり微結晶層を含むｐ層を形成する際の透明電極の還
元を抑制し、良好な特性を有する非晶質薄膜太陽電池を
提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る非晶質薄膜太陽電池は、ガラス基板上に、
透明電極、ｐ層、１層、ｎ層を順に積層させた非晶質薄
膜太陽電池において、透明電極とｐ層の間に金属あるい
は金属珪化物よりなる層を介装させると共に、上記ｐ層
に微結晶を混入させたことを特徴とする。

〔作　用〕

（１）透明電極上にごく薄い金属層を形成した後、順次
、ｐ、ｉ、ｎ層を形成するため透明電極が直接、水素プ
ラズマに接触することがない。したがって透明電極の還
元が抑制され、インジウムＩｎ錫Ｓｎなどの金属不純物
の非晶質層への拡散混入か軽減される。

（２）ｐ層には微結晶を含み高い導電率を有する非晶質
（アモルファスンリコンカーバイ］・）を用いているた
め、従来の素子に比べ、直列抵抗が減少する。

この結果、素子のダイオード特性が改善され、素子特性
が向上する。

〔実施例〕

本発明の実施例を第１図〜第２図に示す。

第１図において、透明電極２付のガラス基板コは、トリ
クロロエチレン、アセトン及びメタツル中で順次超音波
洗浄した。なお本実施例では、透明電極２として酸化錫
ＳｎＯ２（膜厚６００〇人）を用いた。

基板洗浄後、電子ビーム蒸着装置により金属層３を形成
した。本実施例では、金属層３として白金Ｐｔを用いた
。白金ｐｔは、電気抵抗が小さく、かつ仕事関数が大き
な金属であるため、ｐ形半導体と接合を形成した場合、
ンヨットキー障壁の高さか低くなり、界面の電気的特性
が改善される。

金属層３の効果は、その膜厚に依存することが予想され
るため、本実施例では、金属層３の膜厚を変化させて素
子を形成した。

金属層３を形成した後平行平板電極型プラズマＣＶＤ装
置により９層４．１層５．０層６を順次成膜した。各層
の成膜条件は下記の通りとした。

本実施例では９層４を非晶質炭化珪素（アモルファスシ
リコンカーバイド）とするための炭素源としてメタンＣ
Ｈ４を用いた。９層４の成膜では、従来の成膜条件に比
べ、水素Ｈ２の流量比を増大させるとともに、放電電力
を高くして、微結晶化を促進した。９層４．１層５．０
層６の膜厚はそれぞれ、１５０人、５０００人、４００
八とした。

ｎ層成膜後電子ビーム蒸着装置を用いて金属電極７とし
て、アルミニウム八ρを２０００人形成した。

製作した素子についてソーラーシミュレータ（スペクト
ルＡＭ］、、５、照射強度１００ｍ１ｌ　ｃｍ　−２）
を用いて素子特性を評価した。第２図にその結果を示す
。第２図は、金属層３を設けていない従来型の素子の特
性を１００とした場合の相対値を示すものである。第２
図の横軸は、金属層３における入射光の透過率損失を表
わしており金属層３の膜厚に対応する値である。第２図
に示すとおり、開放電圧■。Ｃは金属層３の膜厚にはほ
とんど依存しないことかわかる。短絡電流ＩＳＣは金属
層３の膜厚の増加に伴って減少するが、金属層３での入
射光の透過率損失か約３％以下であれば、その減少は非
常に小さい。一方、曲線因子１？　、　Ｐ　、は金属層
３を設けることにより、従来型の素子に比べ］０％以」
二向上した。これらの結果、透過率損失が約１０％以下
の白金層を設けることにより、従来型の素子に比べ変換
効率か改善されることかわかった。特に透過率損失か０
．４〜３％の白金層の場合、その効果が著しい。

〔発明の効果〕

本発明は前述のように構成されているので、以下に記載
するような効果を奏する。

（１）本発明によればｐ層に微結晶を含む非晶質炭化珪
素（アモルファスシリコンカーバイド）を用いているた
め、ｐ層の導電率が増大する。この結果素子の直列抵抗
が減少し、短絡電流が増大する。

（２）また、透明電極上に設けた薄い金属層によりｐ層
形成時の水素プラズマによる透明電極の還元を抑制する
とともに透明電極／ｐ層界面の電気的特性が改善される
。（３）なお、透明電極上に形成する層としては、実施
例で説明した白金ｐｔの他に、パラジウムＰｄ、ニッケ
ルＮｉ及びこれらの金属の珪化物でも同様な効果が期待
できる。

　−

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例の非晶質薄膜太陽電池の構成
を示す図、第２図は、素子特性の金属層の膜厚依存性を
示す図、第３図は、従来の技術による非晶質薄膜太陽電
池の構成を示す図である。 ］・・ガラス基板、２・透明電極、３・金属層、４・・
微結晶層を含むｐ層、５・　１層、６・ｎ層、７・・金
属電極、８・・ガラス基板、９・透明電極、］０・・・
ｐ層、１１・　ｉ層、１２−　ｎ層、１３・金属電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ガラス基板上に、透明電極、ｐ層、ｉ層、ｎ層を順に積
   層させた非晶質薄膜太陽電池において、透明電極とｐ層
   の間に金属あるいは金属珪化物よりなる層を介装させる
   と共に、上記ｐ層に微結晶を混入させたことを特徴とす
   る非晶質薄膜太陽電池。