JPH0362973A - 金属基板を用いた太陽電池 - 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〉 本発明は金属基板を用いた太陽電池に関し、特に光閉じ
込め効果を利用して電圧電流特性を改善した太陽電池に
関する。

（従来の技術） 近年、太陽電池は省エネルギーを実現するデバイスとし
て活発に開発され、既に種々の分野で利用されている。

これら実用化されている太陽電池の光電変換機能は、殆
どの場合、アモルファスシリコンや結晶シリコンの如き
シリコン素材が担っている。

例えば、時計や電卓のような小型電子機器においては、
屋内の蛍光灯のような弱い光によっても作動すると共に
小型軽量であり且つ安価であるといった長所を有するア
モルファスシリコン太陽電池が主流を占めている。

この場合のアモルファスシリコン太陽電池は、通常、基
板、下部電極、アモルファスシリコン光電変換層、上部
電極、保護膜から構成され、アモルファスシリコン光電
変換層は、グロー放電によるプラズマＣＶＤによってｐ
ｉｎ接合が形成されるのが一般的である。

又、単一セルでは発生し得る電力が小さいので、これを
改善するために、単一セルを２〜４段に積層するタンデ
ム型太陽電池とするか、２〜４個の単一セルを平面に並
べて直列化する集積型太陽電池とすることが多い。

これらのうち、タンデム型太陽電池は積層時の電流マツ
チングをとるために各単一セルの特性を調整するので、
それによって取り出せる電圧が決まる。又、集積型太陽
電池は単一セルの整数倍の電圧しか取り出せない。この
ようにタンデム型、集積型のいずれの場合であっても、
所望の電圧／電流特性を得ることには限界がある。これ
らの限界は、小型電子機器等の場合の如く、限られた面
積で所望の電圧／電流特性を得ることが要求される場合
には大きな障害となる。

一方、太陽電池に使用する基板としては、ガラス基板、
ステンレス等の金属基板或いはポリイ主ド基板等が採用
されている。この場合基板表面をテクスチャー構造とす
ることにより入射光を有効に利用して光電変換効率を高
めることができることが知られており、特に加工し易い
素材であるガラス基板の場合には、その表面に、化学的
処理等によって数１０００人の凹凸を一様に形成できる
ことが知られている。例えば平板ガラス上に不均一にＩ
ＴＯ膜やＳｎＯ，膜を形成して表面を凹凸化させる方法
（特装昭和５７−３１３１２号）、平板ガラスと微粉末
ガラスを溶着し表面に凹凸のあるガラス基板を製造する
方法（特開昭６２−９８６７７号）、表面に凹凸のある
物質とガラスを接触させ、ガラス表面に凹凸を転写する
方法（特開昭６２−９８６７８号）等が提案されている
。

（発明が解決しようとする課題） 他方、金属基板は薄くしても丈夫であり、耐熱性がある
上フレキシブルであり、しかも安価であることから、特
に薄型化を図る場合には最も好ましい基板であるが、素
材が硬く表面を凹凸化する事が容易でないことから有効
な手段はあまり提案されていない。わずかにステンレス
鋼板の場合について、電析粒の大きさが０．０１〜１．
５μｍとなるようにニッケルめっきし、基板自体をテク
スチャー化する方法（特開昭６２−１４３４８１号）等
が提案されている程度である。

そこで本発明者等は、金属基板を用いた太陽電池の光電
流を低下させることなく、高い電圧を取り出すべく鋭意
検討した結果、金属基板の上にテクスチャー構造を有す
る絶縁膜を形成せしめることにより、光電流を高めるこ
とができ、従ってアモルファスシリコン光電変換層を薄
くしても光電流を低下させることなく高い電圧を取り出
すことができることを見出し本発明に到達した。

従って本発明の第１の目的は、高い電圧を取り出すこと
のできる、金属基板を用いたアモルファスシリコン太陽
電池を提供することにある。

本発明の第２の目的は、従来とは異なった電圧電流特性
を有するアモルファスシリコン太陽電池を提供すること
にある。

本発明の第３の目的は、金属基板を用いた太陽電池の光
電流を低下させることなく、アモルファスシリコン光電
変換層を薄くすることのできる方法を提供することにあ
る。

（課題を解決するための手段） 本発明の上記の諸口的は、金属基板、絶縁膜、下部電極
、アモルファスシリコン光電変換層及び透明電極とを有
する太陽電池において、少くとも該絶縁膜の表面がテク
スチャー構造を有することを特徴とする太陽電池によっ
て達成された。

次に、本発明の太陽電池を図面を用いて説明する。

第１図は、金属基ｔ７ＪｉＮ）、テクスチャー構造の表
面を呈した絶縁）Ｉｊ！（２）、金属電極（３）、アモ
ルファスシリコン光電変換層（４）及び、透明′ｖＸ極
（５）をもって構成された太陽電池を示したものである
。

金属基板としては、ステンレス、アルミニウムなどが挙
げられ、約０．５鴫以下、好ましくは約０．３ｔａｍ以
下の厚さの薄板状基板が採用される。

基板表面は、平滑でもよいが、多数の小突起（数十穴程
度）を有するものであればより好適である。

ｖ７Ａ縁膜としては、ダイヤモンド、窒化珪素、炭化ア
ルミニウム、窒化ホウ素等が列挙される。

絶縁膜表面はテクスチャー構造を呈し数十〜数十穴、特
に３００〜ｉ、ｏｏｏ人の凹凸が形成されている。

このような絶縁膜は、次に述べる製法によって容易に形
成され、膜厚は約１，０００〜１０，０００人とするこ
とが好ましい。

上記絶縁膜のテクスチャー化は、成膜する素材に適した
特殊な方法で凹凸化することによって、又は金属基板の
上に通常の方法で絶縁膜を成膜したあと適当な条件下で
表面を凹凸化することによって得られる。このような凹
凸は、例えば原料を基板上にプラズマＣＶＤ法、スパッ
タ法やスプレー法などの方法で成膜し、その際、若しく
は成膜後に特別な条件において膜質を結晶化させること
により形成する。

例えば、成膜法としてプラズマＣＶＤ法を採用し、ダイ
ヤモンド絶縁膜を形成する場合には、次の条件が選択さ
れる。

原料はメタン、エタン、ベンゼンなどの炭化水素ガスや
フッ化メタンなどハロゲン化炭化水素ガスを用い、必要
に応じてアルゴンやヘリウム等の不活性ガスで希釈し、
流量１１０３ＣＣ程度でプラズマＣＶＤ装置へ導入する
。

反応は、基板温度、２００〜９００″Ｃ１好ましくは５
００〜７００℃、圧力０．０ＩＴｏｒｒ〜１００Ｔｏｒ
ｒ、好ましくは０．１〜５０Ｔｏｒｒに調整する。

温度が２００℃以下、圧力が０．０ＩＴｏｒｒ以下では
、基板上に非晶質炭素膜が生威し、表面が平坦化するの
で好ましくない。

一方、温度が９００″Ｃ以上、圧力が１００Ｔ。

ｒｒ以上では、基板へ与えるダメージが大きくなり好ま
しくない。

絶縁膜の上に設ける金属電極としては、クロム、チタン
、アルミニウム、ＳＵＳ、銀など導電性に優れた材料が
用いられる。膜厚は、５０〜５００人程度とすることが
好ましく、その表面は、下層の絶縁膜の凹凸によってテ
クスチャー化している。

アモルファスシリコン光電変換層は、ｐｉｎ又はｎｉｐ
の接合を持ち、入射した光は、この層で電気エネルギー
に変換される。

光電流は、入射光がセル内を距離的に長く進行するほど
高い値を示す。即ち、下部の金属電極がテクスチャー化
している程、入射光が該電極表面で乱反射し多方向へ散
乱するので高い光電流を得ることができ、従って従来程
度の光電流を得る場合にはアモルファス光電変換層の膜
厚を薄くすることができる１本発明の場合には２００人
〜２゜０００人とすることができ、更に３００人〜１゜
０００人とすることもできる。

透明電極としては、酸化スズ、酸化インジウム、又はＩ
ＴＯなどが採用される。膜厚は５００〜１０００人とす
ることが好ましい。

第１図は、単一セル構造を示すものであるが、更に２以
上のセルを集積させることもでき、本発明は、そのよう
な集積型太陽電池を包含するものである。

透明電極の上には、必要に応じて、保護膜が形成される
。

アモルファスシリコン光電変換層は、公知のプラズマＣ
ＶＤ装置を用いて、シリコン原子を有する原料をプラズ
マ化することによって形成させることができる。シリコ
ン原子を有する原料とは、シラン（（Ｓ　１　）　　ｎ
Ｈｔａ＊ｔ　：　ｎは整数〕及び／又は一般式Ｓ　ｉ　
Ｈａ−ｓ　Ｘ４−１　　（Ｘ　：ハロゲン原子）で表さ
れるハロゲン化シランのいずれか、又は、これらのうち
の任意の２種以上の混合ガスを意味するが、中でもシラ
ンＳ　ｉ　Ｈａ及び／又はＸが塩素又は弗素のハロゲン
化シランガ好ましく、特に５ｉＨａ及び／又はＳｉＦ、
が好ましい。

光電変換層をｐ型又はｎ型とする場合には公知の如くド
ーパントを使用する。ドーパントは、ｐ型半導体にする
場合には元素周期率表の第■族元素であり、ｎ型にする
場合には第Ｖ族の元素である。本発明においては、これ
らのドーパントを単体蒸気及び／又は気体化合物として
、原料ガス中にドーパントガスとして混在せしめる。こ
れらのドーパントガスとしては、例えばＢｔ　Ｈ６、Ｂ
Ｆ、　、Ｐ）Ｉ、　、ＰＦ、等を挙げることができる。

ドーパントガスは、シリコン原子を有する原料に対して
ガス比で１０−’容量％〜ｌ容景％混在せしめる。

又、プラズマＣＶＤ法におけるプラズマとは、反応ガス
をｔｉｆｆ場中で放電せしめたプラズマ状態を意味する
。

放電に際して使用する原料ガスとしては、単にシリコン
原子を有する原料ガスを使用するよりも、水素及び／又
は希ガスで希釈した原料ガスを使用することが好ましい
。

アモルファスシリコンのｐｉｎ接合は、基板温度１００
〜３００°Ｃ１且つ反応圧力１０ｍＴｏ　ｒｒ〜１０Ｔ
ｏｒｒ、電力密度０．０１〜０．０５ｗ／ｃｄの条件を
採用することにより形成することができる。なお、１層
は通常ドーパントを含まないが、ドーパ７１１度が連続
的に変化するようにｐｉｎ接合を形成させることもでき
る。

上記の如くして基板へｐｉｎ接合を設けた後、透明導電
膜を形成する。透明導電膜はスプレー法やスパッタ法に
より底膜される。

（作　用） 以上の如くして得られる、金属基板を使用した本発明の
太陽電池は、絶縁膜がテクスチャー化しており、アモル
ファスシリコン光電変換層に光閉じ込め効果が働くので
電圧／電流特性は従来のものと異なり、アモルファス光
電変換層の膜厚を従来のものと同一にした場合には、従
来よりも大きな光電流を得ることができる（第２図）。

従って、従来と同じ光電流を得る場合には、本発明の場
合にはアモルファスシリコン光電変換層の膜厚を薄くす
ることができる。

一方、アモルファスシリコン太陽電池の膜厚と解放電圧
との間には第３図に示すような関係があるので、膜厚が
薄い本発明の太陽電池の出力電圧は従来の太陽電池より
も大きくなる。即ち、同一面積、同一光電流で比較すれ
ば、本発明の太陽電池からは、従来のものより大きな電
圧を得ることができる。

（発明の効果〉 以上詳述した如く、本発明の太陽電池によって従来より
高い電圧を得ることができるので、集積化によって所望
の電圧を得る場合、従来より単一セルの枚数を減らすこ
とができ、従って、−枚当たりのセルの面積が大きくな
り、これによって取り出すことのできる電流も増大する
ので挿めて高性能な電池を得ることができる。

従って、本発明の太陽電池は、特に小型軽景且つ高性能
の電流特性が要求されるＩＣカード等に好適である。

（実施例） 次に本発明を実施例によって更に詳述するが、本発明は
これによって限定されるものではない。

実施例、１ 厚さ０．１ｍｍのステンレス基板を用いて、次のように
してダイヤモンド絶縁膜を形成した。

プラズマＣＶＤ装置へフッ化メタンを１００倍のアルゴ
ンで希釈した原料ガスをＩＯ３ＣＣＭで導入し、基板温
度を３００°Ｃ１圧力を１０Ｔｏ　ｒｒ、電力密度を８
ｗ／ｃｒａとしてプラズマ放電を行い、膜厚５，０００
人のダイヤモンド膜を形成させた。この絶縁膜の凹凸は
約２，０００人であった。

次に、銀電極をスパッタ法で１００入の厚みに底膜し、
次いで下記の条件でアモルファスシリコン薄膜を形成せ
しめ、次いで公知の方法に従ってステンレス／　ｎ　ｉ
　ｐ　／　Ｉ　Ｔ　Ｏタイプの太陽電池を作製した。

ｎ層；　　ＰＨ３：ＳｉＨ４：ｌ（ｚ　＝０．０１　：
ｌ：３０の混合ガスを１００ｍＴｏｒｒ、２０３ＣＣＭ
の流量で反応槽に流し、１００Ｗ／ｄの電力密度で放電
して２５０°Ｃの上記基板上にリンをドープしたアモル
ファスシリコン層を約２００人形成させた。

ｉ［；　　ＳｉＨ４ガスを２００ｍＴｏｒｒ、３０ＳＣ
ＣＭの流量で反応槽に流し、基板温度を２５０°Ｃとし
２５Ｗ／ｃｎ！の電力密度で放電して、上記ｎｑの上に
約１．０００人のアモルファスシリコン層を形成させた
。

ｐＪｌｉ；　　Ｂｔ　Ｈｂ　　：ＳｉＨ４：Ｈｚ−０，
００５：１：１００の混合ガスを１００ｍＴｏ　ｒ　ｒ
。

２０ＳＣＣＭの流量で反応槽に流し、基板温度を２００
　’Ｃとし、１００　Ｗ／ｒｄの電力密度で放電して、
上記ｉ層上にホウ素をドープしたアモルファスシリコン
層を約１００人形成させた。

更に、上記ｐｍの上にスパッタリングによってＩＴＯ約
７００人をＭｉ層し透明電極とした。

以上の如くして得られた太陽電池を、１０００ルクスの
蛍光灯を用いて電流−電圧測定を行った結果、ｖＯＣは
０．９ボルト、Ｊｓｃは８５．７μＡ／ｄであった。

又、この太陽電池の表面反射特性を測定したところ、全
波長域にわたって反射率が低減しており、光閉じ込めが
実現されていることが実証された。

比較例、１ 絶縁膜として、従来の表面が平坦なダイヤモンド膜（凹
凸３０人未満）を使用した他は実施例１と全く同様にし
て太陽電池を作製したところ、Ｖｏｃは０．８４ボルト
、Ｊｓｃは８０．ＯｕＡ／ｄであった。実施例１と比較
例１の結果から、本発明のテクスチャー化した絶縁膜を
利用した太陽電池の効果が極めて優れていることが実証
された。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の金属基板を用いた太陽電池である。 図中、符号１は基板、２は絶縁膜、３は金属電極、４は
ａ−３ｉＲ１５は透明導電膜である。 第２図は、本発明の太陽電池と従来のアモルファスシリ
コン太陽電池の、光電流とアモルファスシリコン光電変
換層の膜厚との関係を示す。 第３図は、アモルファスシリコン太陽電池の出力電圧と
、アモルファス光電変換層の膜厚との関係を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）金属基板、絶縁膜、下部電極、アモルファスシリコ
   ン光電変換層及び透明電極とを有する太陽電池において
   、少くとも該絶縁膜の表面がテクスチャー構造を有する
   ことを特徴とする太陽電池。