JPH03280477A - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光電変換のための半導体層を透光性電極層と
裏面電極層とで挟んだ構造を有する太陽電池等の光電変
換装置における裏面電極層の改良に関する。

［従来の技術］ 第３図は、従来の太陽電池の断面図である。

ガラス基板（ｌＯ）上のＳ　ｎ　Ｏ２からなる透光性電
極層（２０）の上に、シリコン系半導体層（３０）が形
成されている。半導体層（３０）は、透光性電極層（２
０）側から順にｐ層、ｉ層及びｎ層の３層構造である。

各層の構成半導体材料は、ｐ層がａ−５ｉＣ：Ｈ，ｉ層
がａ−Ｓｉ：Ｈ，ｎ層がμｃ−８ｉ：Ｈ［微結晶（マイ
クロクリスタル）化されたもの］である。半導体層（３
０）上に形成される裏面電極層（４０）は、Ａｇからな
る単一の電荷輸送層（４２）で構成されている。この裏
面電極層（４０）は、Ａｌ５Ｃｕ、Ａｕ等の他の高導電
率材料で構成することもあった。ただし、これらの材料
が常に半導体層（３０）に接していた。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の太陽電池は、上記のように裏面電極層（４０）を
構成するＡ　ｇ　−、Ａ　ｐ　ｓ　Ｃｕ　ｓ　Ａ　ｕ等
の高導電率材料が半導体層（３０）に接していたために
、例えば長期間屋外使用した場合に、これらの材料が熱
の影響を受けて半導体層（３０）中に拡散してしまう問
題があった。この拡散の結果、太陽電池の光電変換効率
が大幅に低下してしまうのである。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであって、光
電変換のための半導体層を透光性電極層と裏面電極層と
で挟んだ構造の光電変換装置において、裏面電極構成材
料の半導体層への拡散を防止して光電変換装置の熱劣化
を抑制することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る光電変換装置は、裏面電極層のうち半導体
層に隣接する部分に使用温度で半導体層に拡散しない高
融点材料で耐熱層を設け、この耐熱層より導電率の高い
材料で他の裏面電極層部分に電荷輸送層を設けたもので
ある。

電荷輸送層には、Ａｇ、Ａｌ　、Ｃｕ若しくはＡｕ又は
これらを組合わせた材料を使用するのが適当である。

耐熱層にはＴ　ｉ、ＣｒＳＭｏ、Ｔａ若しくはＷ又はこ
れらを組合わせた材料を使用するのが適当である。この
耐熱層の厚みは５Å以上、５００Å以下が適当である。

耐熱性を更に向上させるためには耐熱層と電荷輸送層と
の間に、使用温度で両層の構成材料のいずれとも固相反
応しない材料で隔絶層を設けると良い。この隔絶層には
Ｐｄ若しくはＰｔ又はこれらを組合わせた材料を使用す
るのが適当である。隔絶層の厚みは５Å以上、５００Å
以下が適当である。

更に、上記いずれの場合にも裏面電極層に熱処理を施す
のが合目的である。

［作　用］ 裏面電極層のうち半導体層に隣接する部分にＴｉ（融点
１６６０℃）、Ｃｒ（融点１８６０’Ｃ）、Ｍｏ（融点
２６２０℃）、Ｔａ（融点２９９０℃）、Ｗ（融点３４
００℃）等の高融点材料で構成された耐熱層が設けられ
ている。これらの材料は、前記のＡｇ（融点９６１℃）
、Ａｐ　（融点６６０℃）、Ｃｕ（融点１０８３℃）及
びＡｕ（融点１０６４℃）のいずれの材料よりも融点が
高く、耐熱層の構成材料が光電変換装置の使用温度で半
導体層に拡散することはない。しかも、半導体層で発生
する電荷を集める裏面電極層本来の機能は、Ａｇ　％　
Ａ　１’　Ｎ　Ｃｕ、Ａｕ等の高導電率材料で構成され
た電荷輸送層によって達成される。耐熱層の厚みか５人
未満になると、均一かつ良質の層が得られな（なる問題
が生じる。５００人を上回ると、光の反射率が低下した
り、この層の電気抵抗が大きくなり過ぎたりするだけで
なく、生産性に問題が生しる。

更に耐熱層と電荷輸送層との間にＰｄ５Ｐｔ等の材料で
隔絶層を設ければ、耐熱性が更に向上する。隔絶層に介
在によって、光電変換装置の使用温度での耐熱層と電荷
輸送層との間の固相反応、合金化を防止するのである。

隔絶層の厚みが５人未満になると、均一かつ良質の層か
得られなくなる問題が生じる。５００人を上回ると、光
の反射率が低下したり、コスト上の問題が生じるだけで
なく、生産性の問題が生じる。

以上の高耐熱性光電変換装置の裏面電極層に熱処理を施
せば、変換効率等の初期特性が向上する。

［実施例］ 第１図は、本発明の実施例に係る太陽電池の断面図であ
る。

厚み１．１ｍｍの青板ガラス基板（１０）上にＣＶＤ法
でＳ　ｎ　０２からなる厚み４５００人の透光性電極層
（２０）が形成され、この透光性電極層（２０）の上に
グロー放電分解法によりシリコン系半導体層（３０）が
形成されている。なお、これらの層（１０，２０）の形
成方法はこれに限らない。ガラス製の基板（１０）に代
えて透光性を有する耐熱性高分子フィルムを使用しても
良い。透光性電極層（２０）は、Ｓ　ｎ　Ｏ２以外にＩ
ＴＯやＺｎＯ等の他の透明な金属酸化物で構成しても良
い。これらの材料を複合使用しても良い。本実施例に係
る半導体層（３０）は、前記と同様に透光性電極層（２
０）側から順にｐ層、ｉ層及びｎ層の３層構造であり、
各層を構成する半導体は、ｐ層がａ−ＳｉＣ：Ｈ（１５
０人）％１層がａ−３ｉＨ（６０００人）、ｎ層がμｃ
−Ｓｉ：Ｈ（３００人）である。この半導体層（３０）
の成膜条件は、基板温度２００℃、圧力１．０Ｔｏｒｒ
が適当である。ｐ層／ｉ層等の２層構造を採用しても良
い。ａ−ＳｉＮ：Ｈ，ｐｏｌｙ−５ｉ（多結晶）等の他
のシリコン系半導体を使用することもできる。

裏面電極層（４０）は２層構造であって、半導体層（３
０）側から順にＴｉからなる耐熱層（４１）と、Ａｇか
らなる電荷輸送層（４２）とで構成される。

これら金属層（４１，４２）の形成には、電子ビーム蒸
着法を適用することができる。

第１表中の実施例１〜３は、同図に示す２層構造の裏面
電極層（４０）を備える太陽電池である。

たたし、これらのうち実施例２及び３に限り、裏面電極
層（４０）の形成後に１５０℃、１．５時間の熱処理を
施している。

（以　　下　　余　　白） 第２図は、本発明の他の実施例に係る太陽電池の断面図
である。

裏面電極層（４０）が３層構造であって、半導体層（３
０）に隣接するＴｉからなる耐熱層（４１）とＡｇから
なる電荷輸送層（４２）との間に、電池使用温度におい
て両層（４１，４２）の構成材料のいずれとも固相反応
しないＰｄからなる隔絶層（４３）を設けた点のみが異
な゛る。これらの３金属層（４１゜４２．４３）の形成
には、前記同様に電子ビーム蒸着法を適用することがで
きる。

前記第１表中の実施例４〜６は、同図に示す３層構造の
裏面電極層（４０）を備える太陽電池である。ただし、
いずれの場合も裏面電極層（４０）の形成後に１５０℃
、１．５時間の熱処理を施している。

同表中の比較例は、第３図において説明した従来のＡｇ
からなる単層構造の裏面電極層（４０）を備える太陽電
池である。ただし、裏面電極層（４０）以外は上記実施
例と同様に作成し、裏面電極層（４０）の形成後に同様
の熱処理を施している。

以上の実施例１〜６及び比較例の各太陽電池の特性を製
造直後に測定して初期特性を確認したうえて、１０００
時間におよぶ通電試験（周囲温度１５０℃）後の特性を
再測定した。特性の測定にはＡＭ−１，’０．１００　
ｍＷ／　ｃ　ｍ２のツーラージミニレータを用いた。こ
の結果を同じく第１表に示す。ただし、同表中のＪＳＣ
は短絡電流を、ｖｏｏは開放電圧を、ＦＦはフィルファ
クタを、Ｅｆ’ｆ’は光電変換効率をそれぞれ示し、比
較例の初期特性を基準とした相対値である。

同表かられかるように、いずれの実施例の場合にも通電
試験後の特性が比較例の場合より優れている。実施例１
と実施例３とを比較すれば、熱処理を施すことによって
更に初期特性が改善されることがわかる。また、実施例
２と実施例３との比較により、耐熱層（４１）を構成す
るＴｉの厚みを１０００人から１００人に引下げること
によって初期、通電試験後ともに特性が向上することが
わかる。実施例３と実施例４とを比較すれば、隔絶層（
４３）を設けることによってＦＦ及びＥｆｒの熱劣化が
抑制されることがわかる。

実施例４と実施例５とを比べると、耐熱層（４１）を構
成するＴｉの厚みを１００人から更に３０人に引下げる
ことによって初期、通電試験後ともに特性が向上するこ
とがわかる。実施例５と実施例６との比較により、隔絶
層（４３）を構成するＰｄの厚みを５０人から２０人に
引下げることによって初期、通電試験後ともに特性が更
に向上することがわかる。特に実施例６の場合には、比
較例に比べてＥｒｆの熱劣化が極端に低く抑えられる。

なお、耐熱層（４１）は、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ等のＴ
ｉ以外の高融点金属で構成しても良い。

耐熱層（４１）の厚みは５Å以上、５００Å以下が適当
である。５人未満になると、均一かつ良質の層が得られ
なくなる問題が生じる。５００人を上回ると、生産性に
問題が生しる。特に１００Å以下に制限する場合には、
電荷輸送層（４２）に対する耐熱層（４１）の直列電気
抵抗を無視することができて好都合である。３０Å以下
に制限する場合には、光の反射率低下が問題になること
はない。

電荷輸送層（４２）は、Ａ、ＱＳＣｕ、Ａｕ等のＡｇ以
外の高導電率材料で構成しても良い。Ａｇ、Ａｉｄ、Ｃ
ｕ又はＡｕの含有原子百分率（ａｔｏｌｃｐｅｒｃｅｎ
ｔ）が５０以上であれば良い。

隔絶層（４３）には、Ｐｄに代えてＰｔを使用しても良
い。隔絶層（４３）の厚みは５Å以上、５００Å以下が
適当である。５人未満になると、均一かつ良質の層が得
られなくなる問題が生じる。

５００人を上回ると、生産性に問題が生じる。

特に５０Å以下に制限する場合には、この隔絶層（４３
）のコストを無視することができて好都合である。２０
Å以下に制限する場合には、光の反射率低下が問題にな
ることはない。

多層からなる裏面電極層（４０）の形成には、前記の電
子ビーム蒸着法に限らず、スパッタ法等の他の方法を適
用しても良い。この裏面電極層（４０）を作成する際の
基板温度は、室温以上であリ、かつ半導体層（３０）の
作成温度以下である必要がある。１００℃以上、２００
℃以下が好ましい。半導体層（３０）の作成温度を越え
る温度では電池特性の著しい低下を招く。１００℃未満
の場合には熱処理が必要となる。

上記実施例２〜６では裏面電極層（４０）の形成後に１
５０℃、１．５時間の熱処理を施しているが、温度及び
時間はこれに限らない。温度は１００℃以上であり、か
つ半導体層（３０）の作成温度以下であれば良い。半導
体層（３０）の作成温度を越える温度では電池特性の著
しい低下を招く。１００℃未満の場合には熱処理効果が
得られない。熱処理時間は０．５時間以上、４時間以下
が適当である。

なお、本発明は、以上に説明したｐ　／　ｉ　／　ｎの
３層構造半導体層（３０）を備える太陽電池に限らず、
ｐ　／　ｉ　／　ｎ　／　ｐ　／　ｉ　／　ｎ等のタン
デム型太陽電池にも適用可能である。また、太陽電池以
外の光電変換装置にも適用可能である。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明に係る光電変換装置は、裏
面電極層のうち半導体層に隣接する部分に使用温度で半
導体層に拡散しない高融点材料で耐熱層を設け、この耐
熱層より導電率の高い材料で他の裏面電極層部分に電荷
輸送層を設けているので、光電変換装置を高温下で使用
する場合でも電荷輸送層構成材料の半導体層への拡散が
防止でき、熱劣化を抑制することができる。つまり、本
発明によれば耐熱性の高い光電変換装置が得られる。

耐熱層と電荷輸送層との間に、使用温度で両層の構成材
料のいずれとも固相反応しない材料で隔絶層を設ければ
、光電変換装置の耐熱性が更に向上する。

裏面電極層に熱処理を施せば、初期特性の向上に大きな
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る太陽電池の断面図、第２
図は本発明の他の実施例に係る太陽電池の断面図、第３
図は従来の太陽電池の断面図である。 符号の説明 １０・・・透光性基板（ガラス）、２０・・・透光性電
極層（Ｓ　ｎ　０２　）　、３０・・・半導体層（シリ
コン系半導体）、４０・・・裏面電極層、４１・・耐熱
層（Ｔｉ）、４２・・・電荷輸送層（Ａｇ）、４３・・
・隔絶層（Ｐ　ｄ）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光電変換のための半導体層を透光性電極層と裏面電
   極層とで挟んだ構造の光電変換装置において、裏面電極
   層のうち半導体層に隣接する部分に使用温度で半導体層
   に拡散しない高融点材料で耐熱層を設け、この耐熱層よ
   り導電率の高い材料で他の裏面電極層部分に電荷輸送層
   を設けた光電変換装置。 ２、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ及びＡｕからなる群より選ばれた
   材料で電荷輸送層を構成した請求項１記載の光電変換装
   置。 ３、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ及びＷからなる群より選ば
   れた材料で耐熱層を構成した請求項１又は２に記載の光
   電変換装置。 ４、耐熱層の厚みが５Å以上、５００Å以下である請求
   項１〜３のいずれか１項に記載の光電変換装置。 ５、耐熱層と電荷輸送層との間に、使用温度で両層の構
   成材料のいずれとも固相反応しない材料で隔絶層を設け
   た請求項１〜４のいずれか１項に記載の光電変換装置。 ６、Ｐｄ及びＰｔからなる群より選ばれた材料で隔絶層
   を構成した請求項５記載の光電変換装置。 ７、隔絶層の厚みが５Å以上、５００Å以下である請求
   項５又は６に記載の光電変換装置。 ８、裏面電極層に熱処理を施した請求項１〜７のいずれ
   か１項に記載の光電変換装置。