JPH04133362A - 光起電力装置 - 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】 （イ）　産業上の利用分野 本発明は、太陽電池、光センサなどの光起電力装置に関
する。

（ロ）　従来の技術 非晶質シリコンなどで代表される薄膜半導体を光電変換
層とする光起電力装置は、その薄膜材料という特徴を活
がして、広く普及するに至っている。

従来、この非晶質シリコン光起電力装置の構造としては
、ガラス基板上に窓材料としての透明導電膜、光電変換
層としてのｐ層、ｉ層及びｎ層から成る非晶質シリコン
層、及び背面電極を順次積層したものが広く利用されて
いる。この場合、前記ガラス基板を通して入射する光が
発電に寄与することになる。

然し乍ら、斯様な構造では、基板として非透光性の材料
は使用できず光起電力装置としての用途が限られてしま
う。更には、前記非晶質シリコン材料などの信頼性向上
のための、素子構造の改良やその製造条件の変更などを
行う場合、常に基板からの光入射を使用する構造とする
ことは、素子設計の自由度を減少させてしまうことにな
る。

そこで、近年、前記構造に代わるものとして、膜形成面
側からの光入射で発電し得る構造を有した光起電力装置
について詳細な検討が成されている。

（ハ）　発明が解決しようとする課題 膜形成面側からの光入射に対応した素子構造としては、
基板上に第１導電膜、光電変換層、及び透光性の第２の
導電膜を順次形成することが必要となるが、これのみで
は高効率の太陽電池を得ることは望めない。

即ち、より大きな変換効率を得るためには幾つかの工夫
を行う必要がある。従来の、前述した基板側から光を入
射する構造の光起電力装置では、入射光に含まれる長波
長光を効率的に収集するため、前記透明導電膜の表面を
凹凸状態にすることによって、該透明導電膜と前記背面
電極との間で多数回の乱反射を発生させ、これらの間に
位置する前記光電変換層での長波長光の吸収効率を向上
せしめる工夫がなされている。

然し乍ら、斯る工夫を膜形成面からの入射よる光起電力
装置に応用しようとして、単に前記凹凸状態を具備した
前記第２の導電膜を設けたとしても、製造面での問題が
発生する。即ち、透光性の前記第２の導電膜に前記凹凸
形状を備えるような形成条件で成膜すると、該形成条件
の過酷さのために該第２の導電膜よりも先立って成膜さ
れている前記光電変換層に損傷を与えてしまい、当該光
起電力装置の特性劣化を引き起こすこととなる。

そこで、通常、膜形成面側からの光入射による光起電力
装置に於ては、膜を形成する基板自体の表面に前記凹凸
形状を設けることで、前記乱反射の機能を付加している
。

ところが、前記基板自体に凹凸形状を形成するには、幾
つかの問題が生じる。例えば、ステンレスような金属基
板の表面に微細な凹凸をブラスト処理などで形成しよう
としても、その微細な凹凸には必ず所謂パリと称される
金属の突起物が発生するため、良好な特性を有する光起
電力装置は得られなかった。更に、透光性という機能を
使用はしないもののガラスなどの絶縁基板を使用しよう
としても、前記凹凸を作製するには前記ガラス表面にエ
ツチングを施すことが必要となり微細化には限度があっ
た。

斯る内容については、特開昭５９−１４６８２号に詳し
く記載されている。

このような理由から本発明の目的とするところは、前記
基板材料自体の表面形状を加工することなく入射光を有
効に反射し得る光起電力装置を提供することにある。

（ニ）　課題を解決するための手段 本発明の光起電力装置の特徴とするところは、基板上に
高反射導電層、光電変換層、透光性導電層をこの順序で
重畳形成された積層体からなる光起電力装置に於て、前
記基板と前記高反射導電層との間に乱反射層を介在させ
るとともに、前記乱反射層が、前記高反射導電層側の表
面を凹凸形状とした導電膜と、前記表面と接着形成され
た界面安定化膜との積層構造を有することにある。

（ホ）　作用 本発明の光起電力装置では、前記基板と前記高反射導電
層との間に前記乱反射層を介在させることで、前記透光
性導電層から入射した光は、効率的に前記高反射導電層
の表面によって、乱反射されることになる。即ち、前記
高反射導電層の表面は、下地である前記導電膜の有する
凹凸形状を反映し、それ自体凹凸形状を有することにな
るからである。

これにより、前記入射光の前記充電変換層内を走行する
距離が実効的に長くなり、その入射光に含まれる長波長
光の前記充電変換層への光吸収量が増加し、光電変換効
率の向上が達成できる。

また、前記乱反射層として前記導電膜と接するように前
記界面安定化膜を被着することにより、前記導電膜と前
記高反射導電層との間の付着力を向上せしめることが可
能となる。

（へ）　実施例 第１図は、本発明光起電力装置を説明するための素子構
造図である。

（１）は基板、（２）は基板（１）上に形成した本発明
の特徴である乱反射層、（３）は当該光起電力装置の電
極とするための高反射導電層、（４）はＺｎＯ膜、　　
ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　０ｘｉｄｅ）膜などの
透光性で且つ導電性を有する拡散防止層であり、（５）
は非晶質シリコンから成る光電変換層で、ｎ層、ｉ層及
びｐ層をこの順序で形成されたものである、（６）は前
記光起電力装置の電極となる透光性導電層である。

そこで、本発明が特徴とする乱反射層（２）は、導電膜
（２ａ）と界面安定化膜（２ｂ）の積層構造からなり、
前者（２ａ）は、前記光電変換層側の表面を凹凸状の形
状としたＳｎＯ，膜又はＩＴＯ膜などで、後者（２ｂ）
は、ＺｎＯ膜、チタン膜、モリブデン膜又はＩＴＯ膜な
どである。

前記光起電力装置のうち、乱反射層（２）以外の構成は
従来周知のものである。以下では、実施例に沿って、前
記乱反射層（２）について詳述する。

当該光起電力装置の製作においては、まず、基板（１）
を熱ＣＶＤ装置に配置し、基板温度として３５０−５５
０℃の範囲に設定する。次に、窒素ガスによってバブリ
ングされたＳｎ　Ｃ１４ガスと、酸素ガス、そしてＣＦ
、Ｂｒガスを第１表に示す流量で混合し、それを基板（
１）の表面に流すことにより該表面に凹凸形状を有する
ＳｎＯ，膜を形成し導電膜（２ａ）とする。

第１表 次に、前記導電膜（２ａ）上に　界面安定化膜（２ｂ）
であるＺｎＯ膜をスパッタ法で形成する。特に、この界
面安定化膜（２ｂ）を使用する理由としては、前記導電
膜（２ａ）と、後工程で形成される高反射導電層との間
の付着力を向上せしめるためである。

次の工程として、前記界面安定化膜（２ｂ）上に当該光
起電力装置の電極となる高反射導電層（３）を形成する
。実施例では、蒸着法によって形成された銀膜を使用し
た。この高反射導電層（３）は、前記電極としての機能
の他に、本発明の目的である、膜形成面から入射した光
を光電変換層側に反射する機能を有している。即ち、前
記高反射導電層（３）は、前述した乱反射層（２）に含
まれる導電膜（２ａ）の前記凹凸形状を反映し、それ自
体その表面に凹凸が生じている。従って、前記入射光は
、高反射導電層（３）の表面で効率的に乱反射されるこ
ととなる。

つまり、本発明によれば、前述したようなブラスト処理
や、エツチング処理によって基板表面自体に凹凸形状を
形成するものではないため、前記ＳｎＯ，膜の形成条件
を凹凸形状となるような条件に設定することで、再現性
よく形成することができる。さらに、本発明によれば、
導電膜（２ａ）上に界面安定化膜（２ｂ）を積層してい
ることから、導電膜（２ａ）の凹凸形状の一部で発生す
る鋭い突起部分が前記界面安定化膜（２ｂ）によって緩
和され、乱反射層（２）上に形成される光電変換層が極
めて薄い膜であるにも係わらず安定して形成できる。

次に、高反射導電層（３）上に拡散防止層（４）、光電
変換層（５）及び透光性導電層（６）を周知の方法で形
成する。前記拡散防止層（４）としてＺｎＯ膜を高反射
導電層（３）と光電変換層（５）との間に配置した理由
は、前記高反射導電層（３）から光電変換層（５）への
不純物の拡散を防止することと、該高反射導電層（３）
の表面における光の反射効率を向上させるためである。

さらに実施例に於て拡散防止層（４）として特に前記Ｚ
ｎＯ膜を使用したのは、その他のＩＴＯ膜よりも、可視
光及び近赤外光などの光透過性が優れ、さらには導電性
や耐プラズマ性が著しく優れているためである。この長
所は、後工程で形成される光電変換層である非晶質シリ
コンの形成条件の選択の幅を広くすることが可能となり
有効である。

第２図は本発明光起電力装置の各波長に於る収集効率分
布特性図である。横軸は、光起電力装置に照射された光
の波長分布であり、縦軸は各波長に於る収集の程度を示
している。従って、その収集効率が１に近いほどその波
長光に対する吸収が効率よく行われていることを示すこ
とになる。

同図には、本発明のものの他に、従来の方法により前記
乱反射を起こす構造を具備した光起電力装置も比較のた
めに同時に示している。

その素子構造としては、本発明に基づく光起電力装置は
同図中のａ及びｂの２種類であり、Ｃは従来のものであ
る。本発明光起電力装置ａは前述した実施例光起電力装
置であり、本発明光起電力装置すは前記光起電力装置ａ
の内、高反射導電層（３）と光電変換層（５）の間に配
置していた拡散防止層（４）のＺｎＯ膜をＩＴＯ膜に代
替したことのみが異なり、従来の光起電力装置Ｃは前記
本発明光起電力装置ａの内、前記乱反射層を使用せず、
且つ基板の表面をブラスト処理を施すことにより凹凸を
設けたステンレス基板を使用した光起電力装置である。

さらに、それぞれの光電変換層の形成条件の相違として
は、前記光起電力装置ａは前記非晶質シリコンのｎ層及
びｉ層の形成温度を２７０℃とし、前記光起電力装置す
および前記光起電力装置Ｃでは、そのｎ層及びｉ層の形
成温度を２２ｏｔとしたことである。

同図で示されるように、従来の光起電力装置Ｃの場合、
光電変換層内での入射光の乱反射が有効に生じておらず
長波長光の収集効率が低下している。一方、本発明の光
起電力装置ａ及びｂでは長波長光に対しても十分な収集
が行えており、前記乱反射層の効果が顕著に出ている。

第２表は、これら光起電力装置の電気的特性を夫々示し
たものである。同表から本発明の光起電力装置ａ及びｂ
は、従来の光起電力装置Ｃと比較して変換効率において
優れた特性を示すことが判る。

第２表 注）Ｖｏｃ’開放電圧　　■ｓｃ’短絡光電流Ｆ、Ｆ、
　　：曲率因子　　η　−：変換効率面、同表では前記
光起電力装置ａの開放電圧値及び曲率因子の値が前記光
起電力装置すよりも劣っていることを示している。これ
は、前記光起電力装置ａにおいて、前記非晶質シリコン
の信頼性を向上させるため、その形成温度を高くしたこ
とに起因する。

この様に信頼性を確保した光起電力装置を形成するには
、高反射導電層（３）と光電変換層（５）との間に配置
される拡散防止層（４）として、本実施例の如＜　Ｚｎ
Ｏ膜を採用することが好ましい。例えば、前記間にＩＴ
Ｏ膜を使用した前記光起電力装置すの構造で、前記非晶
質シリコンの形成温度を２２０℃から２７０℃に高くし
たならば、その特性は著しく低下することが確認されて
いる。

（ト）　　発明の効果 本発明の光起電力装置によれば、乱反射用の凹凸形状を
導電膜により再現性よく形成できるため、特性の向上が
可能であり、且っ光電変換層の形成条件の設定範囲を広
くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明光起電力装置の素子構造断面、第２図は
、前記光起電力装置の収集効率特性図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に高反射導電層、光電変換層、透光性導電
   層をこの順序で重畳形成された積層体からなる光起電力
   装置に於て、前記基板と前記高反射導電層との間に乱反
   射層を介在させるとともに、前記乱反射層が、前記高反
   射導電層側の表面を凹凸形状とした導電膜と、前記表面
   と接着形成された界面安定化膜との積層構造を有するこ
   とを特徴とする光起電力装置。