JPH04367281A - 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】

【０００１】本発明は光起電力装置に関し、特に、非晶
質半導体の薄膜を含む光起電力装置の光電変換効率の改
善に関するものである。

【０００２】

【産業上の利用分野】光起電力装置は、そのコストの低
減と光電変換効率の向上が求められている。非晶質半導
体膜を含む光起電力装置は、結晶の半導体層を含む光起
電力装置に比べて光の吸収度が高いので、薄く形成する
ことが可能である。また、非晶質光起電力装置は製造工
程が簡単で、かつ製造時の温度が低いので製造時にエネ
ルギーを節約し得るなどの利点を有している。さらに、
非晶質光起電力装置は、基板材料として安価なガラス，
ステンレス，セラミックなどを用いることができるので
、コストの低減が容易である。

【０００３】しかし、半導体膜を透過した光が基板表面
で鏡面反射して半導体膜内へ再び入るとき、入射光と反
射光との間で“干渉”が起こり、干渉縞が現われること
がある。干渉縞は、光波が互いに弱め合うかまたは強め
合う現象である。したがって、半導体膜の厚さと入射光
の波長によっては、入射光と反射光の強度が互いに打ち
消し合って弱め合うことになる。このことは相対的に光
量が減少することと等価であり、光電変換効率の低下を
招く。

【０００４】図３を参照して、前述のような光の干渉を
低減させることによって光電変換効率を改善することが
期待される光起電力装置の周知の概念的断面図の一例が
示されている。この光起電力装置においては、基板１上
に凹凸表面を有する反射性の金属層２が形成されている
。この金属層２は、背面電極として働く。背面電極２上
には、光電変換層として働く非晶質半導体膜３が形成さ
れ、半導体膜３は透光性の前面電極４によって覆われて
いる。

【０００５】このような光起電力装置内に光線Ｌ０　が
入射する場合、もし入射光線Ｌ０　が半導体膜３内で吸
収されずに背面金属電極２に至れば、入射光線Ｌ０　は
金属電極２の凹凸表面で散乱反射される。もし散乱反射
された光Ｌ１　が半導体膜２内で吸収されずに半導体膜
３と透明電極４との界面まで戻れば、散乱反射された光
Ｌ１　はその界面に対する法線に関して比較的大きな角
度をなす傾向にあるので、光Ｌ１　はその界面で再び半
導体膜３内へ反射された光Ｌ２　になる傾向にある。す
なわち、入射光が一旦半導体膜３内に入れば、その光は
半導体膜３内に閉じ込められる傾向にある。このことは
、しばしば“光閉じ込め技術”と称される。

【０００６】結果として、第３図に示されたような光起
電力装置においては、背面金属電極２から反射された光
と入射光との干渉が減少させられる。また、半導体膜中
において、背面金属電極２から散乱反射された光の光路
長が長くなるので、その反射された光は効率よく半導体
膜３内で吸収されて光電変換に寄与する。

【０００７】なお、図３に関する上述の説明では基板１
上の凹凸表面を有する導電層２が反射性の金属層である
場合について述べられたが、凹凸表面を有する導電層２
としてＳｎＯ２　などの透明導電層を用いても“光閉じ
込め技術”を実現できることも知られている。この場合
、基板１としてはガラスなどの透明基板が用いられ、透
明導電層２上の半導体膜３上には反射性の金属層４が堆
積される。そして、光は透明基板１側から入射されて、
透明導電層２の凹凸表面で乱屈折して半導体膜３内に導
入される。したがって、一旦半導体膜３内に導入された
入射光は、透明導電層２の凹凸表面と反射性金属層４と
の間で半導体膜３内に閉じ込められる傾向になる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで先行技術によ
る光起電力装置においては、基板上の導電層に凹凸表面
をもたせるために、金属層や透明導電層の堆積条件を調
節することが試みられている。しかし、“光閉じ込め”
に十分な凹凸をこれらの金属層や透明導電層の表面に形
成することは、通常は容易ではない。しかも、たとえば
凹凸表面を有する銀の層は比較的高温である約３５０℃
の基板温度において電子ビーム真空蒸着され、また、凹
凸表面を有する透明なＳｎＯ２層はかなり高温である約
６００℃の基板温度において熱ＣＶＤ法によって堆積さ
れる。３５０〜６００℃のような高温では、基板が温度
による悪影響を受けることも多いし、光起電力装置の製
造に必要なエネルギーを増大させることになる。

【０００９】このような先行技術の課題に鑑み、本発明
の目的は、“光閉じ込め技術”を容易かつ安価に実現す
ることができ、それによって光電変換効率の改善された
光起電力装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による光起電力装
置は、基板上に形成されかつ微細な凹凸表面を有する熱
硬化性樹脂と、その熱硬化性樹脂の凹凸表面上に形成さ
れていて実質的に均一な厚さを有する第１の電極層と、
その第１の電極層上に形成された光電変換用の半導体膜
と、その半導体膜上に形成された第２の電極層とを備え
ている。

【００１１】

【作用】本発明による光起電力装置においては、熱硬化
樹脂層は、熱硬化時に凝集によって表面上に凹凸が容易
に形成される。このように形成された樹脂層は、“光閉
じ込め”を実現するのに十分な凹凸表面を有している。 そして、この熱硬化樹脂層の凹凸表面上に形成される実
質的に均一な厚さを有する第１電極層は比較的低温で小
さなエネルギーで形成することができ、樹脂層の凹凸を
引き継いだ凹凸表面を有することになる。したがって、
光起電力装置に入射した光は第１電極層の凹凸表面と第
２電極層との間で半導体膜内に閉じ込められる傾向にな
り、光電変換効率が改善される。

【００１２】

【実施例】図１を参照して、本発明の第１実施例による
光起電力装置が断面図で示されている。この光起電力装
置においては、基板１ａとしてガラス，ステンレス，セ
ラミック，樹脂フィルムなどを用いることができる。た
とえば、表面研磨加工したステンレス鋼ＳＵＳ３０４の
基板１ａ上に熱硬化性樹脂の層５が塗布または浸漬によ
って付与される。

【００１３】この熱硬化性樹脂として、たとえばアクリ
ル系の非水溶性樹脂の水分散体と浸透性界面活性材を含
むものを用いることができる。このような樹脂は、たと
えば基板１ａの表面上にスポイトなどで滴下し、スピン
ナーで約３０００ｒｐｍの回転を基板１ａに約１５秒間
与えることによって、基板１ａの表面上に均一に塗布さ
れ得る。基板１ａ上に塗布された樹脂層５は、比較的低
温の約２００℃で約３０分のベーキングを行なうことに
よって熱硬化され得る。このとき、脱水に伴う樹脂の凝
集によって、樹脂層５の表面に凹凸が形成される。

【００１４】このように形成された樹脂層５の表面の凹
凸は、“光閉じ込め”を実現するために十分なものであ
る。したがって、樹脂層５がたとえば銀の微粒子を含ん
でいて導電性でありかつ反射性である場合には、凹凸表
面を有する樹脂層５上に直接半導体膜３を形成してもよ
い。しかし、樹脂層５が導電性でない場合、樹脂層５上
に導電性でかつ反射性の金属層２ａが形成される。

【００１５】たとえば、銀のような高い導電性と反射性
を備えた金属層２ａが樹脂層５上に形成される場合、比
較的低い約１５０℃の基板温度で電子ビーム蒸着するこ
とによって、実質的に均一な厚さを有する金属層２ａが
形成され得る。このような実質的に均一な厚さを有する
金属層２ａは、樹脂層５の凹凸表面を引き継いで、“光
閉じ込め”に十分な凹凸表面を有することになる。すな
わち、金属層２ａは散乱反射のための反射層として働く
とともに、光起電力装置の背面電極としても働く。

【００１６】金属層２ａ上には、たとえば非晶質シリコ
ン，非晶質シリコンゲルマニウム，またはＣｄＳなどか
らなる光電変換のための半導体膜３が形成される。そし
て、半導体膜３上にはＳｎＯ２　などからなる透明な前
面電極４ａが形成され、これによって光起電力装置が完
成する。この光起電力装置においては、光は透明な前面
電極４ａ側から入射され、入射された光は前面電極４ａ
と凹凸表面を有する背面金属電極２ａとの間で半導体膜
３内に閉じ込められる傾向にある。これによって、光電
変換効率の改善された光起電力装置が容易かつ安価に得
ることができる。

【００１７】図２を参照して、本発明の第２実施例によ
る光起電力装置が断面図で示されている。この光起電力
装置は第１図のものに類似しているが、光は基板１ｂ側
から入射される。したがって、基板１ｂとしては、ガラ
スのような透光性の基板が用いられている。そして、基
板１ｂ上に形成されていて凹凸表面を有する樹脂層５上
には、ＳｎＯ２　などの透明な前面電極２ｂが形成され
ている。

【００１８】実質的に均一な厚さを有するＳｎＯ２　の
透明電極層２ｂは、比較的低温の約１００〜２００℃の
基板温度において、熱ＣＶＤ法によって形成することが
できる。こうして形成された透明な前面電極層２ｂは、
樹脂層５と同様な凹凸表面を有している。凹凸表面を有
する透明電極２ｂ上には半導体膜３が形成され、半導体
膜３上には光反射性の金属背面電極４ｂが形成されてい
る。

【００１９】この第２実施例による光起電力装置におい
ては、基板１ｂ側から入射された光は、凹凸表面を有す
る樹脂層５および透明電極２ｂによって乱屈折されて半
導体膜３内に入る。したがって、入射された光は凹凸表
面を有する前面電極２ｂと金属背面電極４ｂとの間で半
導体膜３内に閉じ込められる傾向にある。

【００２０】一般に表面の凹凸の度合いを判断する方法
の１つとして、ガラスなどの光を透過するものの場合に
は、ヘイズ率（拡散透過光量／全透過光量）を参考にし
得る。上述の第２実施例による凹凸表面を有する樹脂層
５および透明電極２ｂによっては、約５０の大きなヘイ
ズ率を得ることができた。すなわち、熱硬化性の樹脂層
５を利用することによって、簡便かつ安価な方法によっ
て“光閉じ込め技術”が実現され、光電変換効率の改善
された光起電力装置を得ることができる。

【００２１】表１において、第１実施例による光起電力
装置Ａと先行技術による光起電力装置Ｂにおける種々の
光電変換特性、すなわち、短絡電流Ｉｓｃ、開放電圧Ｖ
ｏｃフィルファクターＦＦ，および最大出力Ｐｍａｘが
、光起電力装置Ｂの特性値で規格化されて示されている
。

【００２２】

【表１】 光起電力装置ＡとＢは、いずれもが半導体膜として非晶
質シリコンゲルマニウム膜（ｉ層の厚さ：２５００Å）
を備えている。しかし、先行技術による光起電力装置Ｂ
は、第１実施例における樹脂層５および銀層２ａの代わ
りに、比較的高温である３５０℃の基板温度で約１００
０Åの厚さに電子ビーム蒸着された銀層を備えている。 表１の比較において、光起電力装置照射用の光として赤
道直下の太陽光に相当する光であるＡＭ１が１００ｍＷ
／ｃｍ２　の強度で用いられ、そのうち６６０ｎｍより
長い波長λを有する光が利用された。

【００２３】表１からわかるように、本発明の実施例に
よる光起電力装置Ａは、種々の光電変換特性において先
行技術による光起電力装置Ｂとして比較して同等または
優れた特性を示し、特に、光電変換効率においては１５
％の大きな改善が得られている。すなわち、先行技術に
よる光起電力装置Ｂは比較的高温の３５０℃で厚い銀層
を形成しなければならないうえに、“光閉じ込め”に十
分なほどの凹凸表面を有する銀層が形成され得ていない
ことがわかる。

【００２４】なお、以上の実施例では樹脂層が熱硬化性
樹脂であって熱硬化時の凝集によって樹脂層表面に凹凸
が形成される場合について述べたが、フォトエッチング
可能な樹脂層上にフォトエッチングによって規則的な凹
凸表面が形成されてもよいことが理解されよう。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、熱硬化
性樹脂層の容易に形成し得る凹凸表面を利用することに
よって、“光閉じ込め技術”によって光電変換効率が改
善された光起電力装置を容易かつ安価に提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による光起電力装置を示す
断面図である。

【図２】本発明の第２実施例による光起電力装置の断面
図である。

【図３】光起電力装置における周知の“光閉じ込め技術
”を説明するための断面図である。

【符号の説明】

１ａ　　基板 １ｂ　　透明基板 ３　　半導体膜 ４ａ　　透明電極 ４ｂ　　金属電極 ５　　凹凸表面を有する熱硬化性樹脂層なお、各図にお
いて、同一符号は同一内容または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基板と、前記基板上に形成されかつ微
   細な凹凸表面を有する熱硬化樹脂層と、前記熱硬化樹脂
   層の前記凹凸表面上に形成されていて実質的に均一な厚
   さを有する第１の電極層と、前記第１の電極層上に形成
   された光電変換用の半導体膜と、前記半導体膜上に形成
   された第２の電極層とを備えたことを特徴とする光起電
   力装置。