JPH0467348B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜発明の背景＞ この発明は、太陽電池、詳しくは、単一の基板
上に形成された直列接続された非晶質シリコン太
陽電池に関する。

太陽エネルギを電気エネルギに変換するために
は、太陽電池が使用される。このような太陽電池
は、種々の半導体材料、例えば非晶質シリコンを
使用して形成することができる。太陽電池の一般
使用を可能にするためには、太陽電池を複数の電
池（セル）から成るアレーに形成するのに要する
経費を一般消費者のため比較的少なくすることが
必要である。代表的な非晶質シリコン太陽電池
は、太陽に露光されると１個で約1Vの電気を発
生する。従つて、高い電圧を得るためには、いく
つかの電池を直列に接続しなければならない。そ
の出力は、そのまま使用されたり、あるいは、例
えば、バツテリのような蓄積装置に転送されて間
接的に使用される。太陽電池を直列に接続する工
程は、集中した労力を要する。従つて、そのよう
な工程には、通常、それに要する経費が非常にか
かる。

＜発明の概要＞ この発明の目的は、例えば非晶質シリコン太陽
電池のような直列接続された太陽電池の製造法を
提供することである。この製造方法を用いると、
太陽電池は、自動的に、直列接続されたアレーと
して形成される。この製造法を用いると、集中し
た労力を要する工程なしに、所望の出力電圧を発
生するアレーを得ることができる。

この発明による太陽電池アレーは、単一の絶縁
基板上に互いに隣接しかつ直列に接続された複数
の太陽電池から成る。その互に隣接した太陽電池
は、１つの太陽電池の上面にある電極から非晶質
シリコン層を通して、隣接する次の太陽電池の底
部に設けた電極まで電極間金属接続体をスパイク
状に形成することによつて、互に接続される。

＜実施例の詳細な説明＞ 第１図には、複数の太陽電池１２から成る太陽
電池アレー１０が示されている。この実施例にお
いては、太陽電池１２は、ガラスまたはそれに類
した他の透明材料から成る基板１４上に形成され
ている。一連の金属電極１６がガラス基板１４の
表面１８に設けられている。この電極１６は、各
太陽電池の第１の電極をなすもので、その材料
は、この発明の推奨実施例においては、モリブデ
ンであるが、他の適当な金属を用いてもよい。太
陽電池１２の半導体シリコン部分２０が、ガラス
基板１４上のモリブデン電極１６の上に設けられ
ている。この発明の推奨実施例においては、半導
体部分２０は非晶質シリコンからなる。アルミニ
ウム、銅あるいは金のような金属から成る帯状を
なす金属電極２２が、それぞれの太陽電池１２の
非晶質シリコン２０の上面に設けられており、次
の隣接する太陽電池の電極１６の少なくとも一部
分を覆つている。この電極２２の上には、以下に
説明する理由から、例えば、インジウム錫酸化物
（ITO）電極２４のような透明導電性材料から成
る電極が太陽電池の第２の電極として設けられ
る。金属電池２２とこの透明導電性材料から成る
電極２４とは、電極２４の端縁部と上記金属電極
２２が重なつて相互に電気的に接続するような関
係をなしている。

また非晶質シリコン層２０の上面上の電極２２
とガラス基板１４上の電極１６との間には、電極
間接続体２６が設けられている。接続体２６の形
成法を以下に述べることにする。

図に示すように、ITO電極２４、金属電極２
２、電極間接続体２６及びモリブデン電極１６の
間には電気的直列接続が出来ている。従つて、各
太陽電池１２の上部にあるITO電極２４は、その
ITO電極２４がある太陽電池１２の右側に隣接す
る太陽電池１２の下側の電極１６に電気的に接触
している。しかし、一方、非晶質シリコン部分２
０による電極１６間の接続を無視できるようにす
るために、この非晶質シリコンの導電度は低いも
のでなければならない。

各太陽電池１２の非晶質シリコン部分２０は、
各非晶質シリコン層２０の上部が右側（第１図の
場合）に隣接する非晶質シリコン層２０の底部に
電気的に接触するように直列に接続されている。

アレー中に直列接続される太陽電池１２の数
は、その特定の使用目的に要する電圧によつて決
定される。

第２図〜第４図を参照しながら、第１図に示し
た直列接続された太陽電池１２の製造方法を説明
する。第２図を参照すると、最初にガラス基板の
ような基板１４を用意する。その上に、この推奨
実施例においてはモリブデンから成る導電層１６
を、例えば蒸着法などの所望の方法によつて被着
する。導電層１６を基板１４上に被着した後、第
３図に示すように、不連続になるようにけ書きす
る。導電層１６のけ書きは、例えばレーザけ書き
等の適当な方法で行なうことができる。レーザに
よつてけ書きする場合は図に示すように、け書き
線２８はガラス基板１４中に達する。導電層１６
のけ書きの後、非晶質シリコン層２０がけ書きさ
れた金属層１６の表面上に被着される。

周知のように、代表的な非晶質シリコン層は、
Ｐ形、Ｉ形及びＮ形の半導体材料を有する三部構
造である。しかし、この発明では、非晶質シリコ
ン層２０には、Ｉ形、Ｎ形半導体材料及びシヨツ
トキ障壁のみからなる構造のものを用いることが
できる。入射輻射線に露される非晶質シリコン層
２０の表面側には、Ｐ形とＮ形のどちらの半導体
材料でも使用できるので、この発明の説明の目的
上、非晶質シリコン層２０を単なる層として説明
することにする。これら公知の構造の製造方法は
周知のものであり、また、米国特許第4064521号、
米国特許第4142195号、米国特許第4162505号及び
米国特許第4163677号にさらに詳しく記載されて
いる。非晶質シリコン層２０を製造することがで
きる方法と非晶質シリコン層２０の構成の説明の
目的上、これらの米国特許の各々を参考としてこ
こに取り入れた。

引き続き第３図を参照すると、帯状導電性金属
電極２２が、適当な方法で非晶質シリコン層２０
の表面上に設けられる。例えば、金属電極２２
は、マスクを通して、非晶質シリコン層２０の表
面上に蒸着させることができる。別の方法として
は、公知の型の写真平板法、あるいは、以下さら
に詳しく述べる型の「塗布・剥離法」を使用し
て、金属電極２２を設けることができる。金属電
極２２は、以下さらに詳しく述べる方法によつ
て、非晶質シリコン層２０の中へ釘状に拡散浸透
させることのできるような金属、例えば、アルミ
ニウム、銅あるいは金で構成される。

金属電極２２を設けた後、導電層２４を装置の
表面に設ける。非晶質シリコン２０の上面から光
を受けるようにされている場合、導電層２４は入
射輻射線を通すように選んだ金属で構成する必要
がある。従つて、導電層２４には、代表的には、
インジウム錫酸化物（ITO）のような材料が使用
される。導電層２４を設けた後、再びこの装置を
例えばレーザけ書きのような方法でけ書きして、
第４図に示すように導電層２４を切断して不連続
にする。非晶質太陽電池の製造に使用される型の
ITO層は代表的には、その厚さが数百オングスト
ローム程度であるので、ITO層２４をレーザでけ
書きすると、通常は、図に示すように、非晶質シ
リコン２０が切断されることになる。しかし、後
で示すように、レーザけ書きは、ITO層２４が電
気的に不連続になるようにITO層２４を完全に切
断しさえすればよく、非晶質シリコン２０を全部
あるいはその一部をも切断する必要はない。この
切断処理によつて、各導電層２４の端縁部と帯状
の金属電極２２とが重なり合う形となる。

次に、このようにして出来た装置をアニール処
理を施す。アニール処理では、この装置は、第１
図に示すように、金属電極２２を構成している材
料が非晶質シリコン層２０を貫通して、拡散浸透
してITO層２４とその下の金属電極１６を電気的
に接続する釘状の電極間接続体（スパイク）２６
を作るのに充分な時間及び温度で加熱される。ア
ニール処理の時間と温度は、金属電極２２に使用
される材料と非晶質シリコン層２０の厚さとによ
つて決定される。例えば、金属電極２２の材料に
銅を使用し、非晶質シリコン層２０の厚さが5000
オングストロームである場合、260℃、30分間の
アニール処理とすることができる。より低温でよ
り長い時間のアニール処理と、より高温でより短
い時間のアニール処理とは、当然同じ効果を持
つ。得られる電極間接続体２６の電気抵抗も、ア
ニール処理の温度と時間とによつて決定される
が、たとえば上記の銅に対する条件で充分実用可
能な低抵抗の接続体を得ることができる。アニー
ル処理が終わると、第１図に示す装置１０が完成
する。このようにして非晶質太陽電池１２の直列
接続体が形成される。

次に、第５図にはこの発明の第２の実施例３０
が示されている。この実施例３０では、一連の非
晶質シリコン太陽電池３２が第１の実施例に関し
て述べたと同様に、直列に接続されている。直列
接続された非晶質シリコン太陽電池３２は、絶縁
基板３４上に形成されている。この絶縁基板３４
は、例えばガラスのような透明材料で構成するこ
とができる。太陽電池の第１の電極となる一連の
導電性電極３８が基板３４の表面３６上に設けら
れている。この電極３８としては、入射光を表面
３６の上方から太陽電池３２に達するようにする
か、あるいは基板３４中を通して太陽電池３２に
達するようにするかによつて、金属かITOのどち
らかを使用する。この発明は、これら２つの場合
のいずれにも適用できる。さらに、太陽電池３２
の各々には、非晶質シリコン層４０が導電性電極
３８上に設けられており、さらに太陽電池の第２
の電極となる上部電極４２が設けられている。こ
の上部電極４２には、前述の理由によつて金属か
またはITOのどちらかが使用される。上部電極４
２と次に隣接する太陽電池３２の下部電極３８と
は、この発明の第１の実施例１０に関して述べた
とほぼ同じようにして、金属帯状電極４４と電極
間接続体４６によつて電気的に接続されている。

この発明の第２の実施例３０の製造方法を説明
する。第６図に示すように、最初に基板３４を用
意し、その基板３４の表面３６上に、ホトレジス
トあるいはペイントのストライプのような１連の
ストライブ４８を設ける。この発明の推奨実施例
に使用されるペイントのストライプ４８は、対応
するストライプの孔を有するマスクを通して基板
３４の表面３６上にスプレー被着される。このよ
うなペイントのストライプの厚さは、非晶質シリ
コン太陽電池で通常使用される材料に比べると比
較的厚い。次に、下部電極３８と成る材料が、基
板３４の表面３６とストライプ４８の露出表面と
に被着される。その材料にITOを使用する場合
は、ストライプ４８の表面と基板３４の表面３６
とに単にスプレー被着するだけでよい。金属を使
用する場合には、スパツタリング又は蒸着によつ
て被着することができる。ストライプ４８が厚
く、高い階段形状をしているために、電極３８を
形成する材料は連続層を形成しない。従つて、電
極３８の材料を施した後で、ペイントのストライ
プ４８を基板３４の表面３６から剥離することが
できる。よつて、写真平板処理を使用すれば同じ
結果が得られ、またこのような写真平板処理を用
いることはこの発明の範囲内ではあるが、上述し
た「塗布剥離法」を使用すれば、太陽電池アレー
３０の製造の際に経費のほかにかなりの時間と労
力を節約することができる。

さて第７図を参照とすると、ストライプ４８を
除去した後、非晶質シリコン４０を、所望の構造
に応じた適当な方法で、このようにして出来た構
体の表面上に設ける。非晶質シリコン層４０を設
ける方法および非晶質シリコン層の組成について
は、前述の米国特許にさらに詳しく記載されてい
る。次に、非晶質シリコン層４０上に、適当な方
法、例えば、マスクを使用する蒸着法などによつ
て、金属ストライプ４４を設ける。次に金属スト
ライプ４４が非晶質シリコン層４０を貫通して下
側の電極３８まで達する電極間接続体４６が形成
されるようにするために、構体を前に述べたよう
な方法で加熱する。

その後、上部電極４２を形成する。上部電極４
２は「塗布剥離法」によつて形成することが出来
る。この方法を用いる場合は、まず、一連のペイ
ントのストライプ４９を前に述べた方法で形成
し、次に上部電極４２に成る材料を、その端縁部
が金属ストライプ４４と重なるように、同じく前
に述べた方法によつて被着する。上部電極４２を
形成する材料は、金属あるいはITOのいずれかで
ある。また、ペイントのストライプ４９が急峻な
立上りを呈しているために、すでに述べた理由か
ら、上部電極材料は不連続になる。

この上部電極４２に成る材料を被着した後、ペ
イントのストライプ４９を、その上面にある材料
４２と共に剥離法により取り除く。これによつ
て、第５図に示す構造のアレー３０が出来上が
る。

この実施例によれば、アレー３０を製造する際
に、け書きをする必要がなくなる。なぜなら、非
晶質シリコンは横方向の導通性を実質的に持たな
いという性質があるためである。従つて、第５図
を参照して述べた型の太陽電池アレー３０の特徴
は、非晶質シリコン層４０を電気的に不連続にす
る必要がないということである。よつて、第１の
実施例１０では第１図と第４図に示すように、レ
ーザけ書きによつて、非晶質シリコン層２０が切
断されているが、太陽電池の形成には、非晶質シ
リコン層を切断する必要はない。

なお、絶縁基板の上に、第１の金属電極、非品
質シリコン層および第２の金属電極をその順に積
層してなる太陽電池セルを複数個並置して直列接
続した、従来一般型の太陽電池アレイでは、前位
のセルの第２金属電極と次位のセルの第１金属電
極に接続するために、一旦積層された非品質シリ
コン層の一部を除去して第１金属電極の一部を露
出させる工程を要したが、この発明の形態によれ
ばアニール処理により第２の金属電極に相当する
電極の材料を非品質シリコン中へ拡散させて形成
した釘状の導電体で電極間接続体（スパイク）を
作るので、煩雑な第１金属電極の露出工程が不要
になり、製造工程の簡単化とコスト低減の利点が
得られる。

以上、この発明を非晶質シリコン太陽電池を例
にして述べてきたが、当業者にとつては、この発
明が単結晶、多結晶あるいは微晶質のシリコン電
池あるいは硫化カドミウム太陽電池を含む他の型
の太陽電池にも、この発明の範囲内で適用できる
ことは明らかであろう。従つて、ここで用いた
「非晶質シリコン層」という用語は、スパイクを
形成する（spiking）ことによつて相互接続する
ことができ、かつ前述した理由により横方向の導
通性が低い材料であればいかなる型の半導体太陽
電池材料をも含むものとして使用されている。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の太陽電池アレーの第１の実
施例の断面図、第２図、第３図及び第４図は第１
図に示す太陽電池アレーの製造の方法を説明する
ための断面図、第５図はこの発明の太陽電池アレ
ーの第２の実施例の断面図、第６図と第７図は第
５図に示す太陽電池アレーの製造の方法を説明す
るための断面図である。 １２……太陽電池、１４……基板、１６……第
１の電極、２０……半導体層、２２……金属帯状
電極、２４……第２の電極、２６……電極間金属
接続体、３２……太陽電池、３４……基板、３８
……第１の電極、４０……半導体層、４２……第
２の電極、４４……金属帯状電極（ストライプ電
極）、４６……電極間金属接続体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 単一の絶縁基板上に配置された複数個の互い
   に隣接しかつ直列に接続された太陽電池から成
   り、各太陽電池は、(a)上記基板の第１の表面上に
   形成された第１の電極と、(b)少なくとも真性領域
   とＮ形領域とを有し、上記第１の電極上に設けら
   れた半導体層と、(c)その半導体層上に設けられた
   第２の電極と、(d)各太陽電池の第２の電極を、次
   に隣接する太陽電池の第１の電極に電気的に接続
   するための手段とを備えており、上記電気的接続
   手段が、各太陽電池の半導体層の表面に設けられ
   かつその太陽電池の上記第２の電極の端縁部に接
   触している金属帯状電極と、この金属帯状電極と
   上記次に隣接する太陽電池の第１の電極との間に
   上記金属帯状電極から上記半導体層を貫通するよ
   うに形成されたこの電極材料のスパイク状拡散領
   域により成る電極間接続体とで構成れさている太
   陽電池アレー。