JPH0481350B2 - - Google Patents
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- JPH0481350B2 JPH0481350B2 JP57060109A JP6010982A JPH0481350B2 JP H0481350 B2 JPH0481350 B2 JP H0481350B2 JP 57060109 A JP57060109 A JP 57060109A JP 6010982 A JP6010982 A JP 6010982A JP H0481350 B2 JPH0481350 B2 JP H0481350B2
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- film photovoltaic
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- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
- H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
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- H01L31/0465—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate comprising particular structures for the electrical interconnection of adjacent PV cells in the module
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- H—ELECTRICITY
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は可撓性を有する薄膜光起電力装置に関
する。
する。
太陽電池や光検出器のような光起電力装置は太
陽光線を直接電気エネルギに変換することができ
るが、この種装置の最大の問題として、他の電気
エネルギ発生手段と比較して発電費用が極めて大
きいことが言われている。その主な原因は、装置
の主体を構成する半導体材料の利用効率が低いこ
と、更には斯る材料を製造するに要するエネルギ
が多いことにある。最近この欠点を解決する可能
性のある技術として、上記半導体材料に非晶質シ
リコンを使用することが提案された。即ち非晶質
シリコンはシランやフロルシランなどのシリコン
化合物雰囲気中でのグロー放電によつて安価かつ
大量に形成することができ、その場合の非晶質シ
リコン(以下GD−aSiと略記する)では、禁止
帯の幅中の平均局在状態密度が1017cm-3eV-1以下
と小さく、結晶シリコンと同じ様にp型、n型の
不純物制御が可能となるのである。
陽光線を直接電気エネルギに変換することができ
るが、この種装置の最大の問題として、他の電気
エネルギ発生手段と比較して発電費用が極めて大
きいことが言われている。その主な原因は、装置
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と、更には斯る材料を製造するに要するエネルギ
が多いことにある。最近この欠点を解決する可能
性のある技術として、上記半導体材料に非晶質シ
リコンを使用することが提案された。即ち非晶質
シリコンはシランやフロルシランなどのシリコン
化合物雰囲気中でのグロー放電によつて安価かつ
大量に形成することができ、その場合の非晶質シ
リコン(以下GD−aSiと略記する)では、禁止
帯の幅中の平均局在状態密度が1017cm-3eV-1以下
と小さく、結晶シリコンと同じ様にp型、n型の
不純物制御が可能となるのである。
GD−aSiを用いた典型的な従来の太陽電池は、
可視光を透過するガラス基板上に透明電極を形成
し、該透明電極上にGD−aSiのp型層、GD−
aSiのノンドープ(不純物無添加)層及びGD−
aSiのn型層を順次形成し該n型層上に設けられ
たオーミツクコンタクト用電極を設けてなるもの
である。
可視光を透過するガラス基板上に透明電極を形成
し、該透明電極上にGD−aSiのp型層、GD−
aSiのノンドープ(不純物無添加)層及びGD−
aSiのn型層を順次形成し該n型層上に設けられ
たオーミツクコンタクト用電極を設けてなるもの
である。
上記太陽電池において、ガラス基板及び透明電
極を介して光がGD−aSiからなるp型層、ノン
ドープ層及びn型層に入ると、主にノンドープ層
において自由状態の電子及び又は正孔が発生し、
これらは上記各層の作るpin接合電界により引か
れて移動した後透明電極やオーミツクコンタクト
用電極に集められ両電極間に電圧が発生する。
極を介して光がGD−aSiからなるp型層、ノン
ドープ層及びn型層に入ると、主にノンドープ層
において自由状態の電子及び又は正孔が発生し、
これらは上記各層の作るpin接合電界により引か
れて移動した後透明電極やオーミツクコンタクト
用電極に集められ両電極間に電圧が発生する。
ところで、最近フレキシブルプリント基板やフ
イルム液晶表示板等が実用化され、太陽電池とし
ても可撓性のあるものが要望されている。
イルム液晶表示板等が実用化され、太陽電池とし
ても可撓性のあるものが要望されている。
可撓性、耐熱性に富むポリイミド等の樹脂薄膜
を素板として使用した太陽電池は特開昭54−
149489号に記載されている。しかるに樹脂薄膜の
みを素板として使用した場合は、デポジシヨンに
よつて素板がカールし、又デポジシヨン中の変形
により素板が均一に加熱されないという欠点があ
つた。この欠点を解決するために、金属箔上に電
気絶縁性層を設けた可撓性基板上に形成させた光
起電力装置は特開昭56−213119号に記載されてい
る。本発明者等はこれをさらに改良し、可撓性で
高い開放電圧と短絡電流を得るために鋭意研究し
た結果、本発明に至つたものである。
を素板として使用した太陽電池は特開昭54−
149489号に記載されている。しかるに樹脂薄膜の
みを素板として使用した場合は、デポジシヨンに
よつて素板がカールし、又デポジシヨン中の変形
により素板が均一に加熱されないという欠点があ
つた。この欠点を解決するために、金属箔上に電
気絶縁性層を設けた可撓性基板上に形成させた光
起電力装置は特開昭56−213119号に記載されてい
る。本発明者等はこれをさらに改良し、可撓性で
高い開放電圧と短絡電流を得るために鋭意研究し
た結果、本発明に至つたものである。
本発明に係る可撓性薄膜光起電力装置の構成例
は、第1図のa,bに示される。aはp側から光
を照射するタイプで、光照射側から透明電極−p
−i−n−下部電極−−絶縁層−金属(例えばス
テンレス)箔の構成、bはn側から光を照射する
タイプで、光照射側から透明電極−n−i−p−
下部電極−絶縁層−金属(例えばステンレス)箔
の構成である。その他、例えば第1図aにおける
p層と透明電極の間に薄い絶縁層をつけたり、薄
い金属層をつけた構造でもよい。要は第1図a,
bに示すようなp−i−n接合を基本とするアモ
ルフアス半導体を含む光起電力素子であればいか
なる構成でもよい。
は、第1図のa,bに示される。aはp側から光
を照射するタイプで、光照射側から透明電極−p
−i−n−下部電極−−絶縁層−金属(例えばス
テンレス)箔の構成、bはn側から光を照射する
タイプで、光照射側から透明電極−n−i−p−
下部電極−絶縁層−金属(例えばステンレス)箔
の構成である。その他、例えば第1図aにおける
p層と透明電極の間に薄い絶縁層をつけたり、薄
い金属層をつけた構造でもよい。要は第1図a,
bに示すようなp−i−n接合を基本とするアモ
ルフアス半導体を含む光起電力素子であればいか
なる構成でもよい。
第1図a,bにおいて、基板となる金属箔1は
アルミニウム、銅、鉄、ニツケル、ステンレス等
の金属の箔で厚み5μm〜2mm好ましくは50μm〜
1mmのものが用いられる。絶縁層2は2層以上の
層構造であつて、樹脂からなる層2aと無機物又
は有機金属化合物からなる層2bとを含み、層2
aの厚みは1000Å〜100μm好ましくは1μm〜20μ
mであり、層2bの厚みは100Å〜5μm好ましく
は500Å〜1μmである。層2aには耐熱性を有す
る樹脂が用いられるが、電気伝導度が約10-7
(Ω・cm)-1以下のものが良く特にポリイミド・ポ
リアミド、ポリアミドイミド、ポリヒダントイ
ン、ポリパラバニツク酸、ポリp−キシリレン、
シリコーン、又は環化ポリブタジエンのホモポリ
マー、コポリマー又はブレンド樹脂が好ましく、
これらは通常の方法で金属箔1の表面に塗布され
被膜をつくる。例えばこれらの樹脂又は前駆体を
溶剤で溶解しワニスと為し、金属箔1上にスプレ
ー、デイツピング、コーテイング又は印刷により
塗布し、その後加熱イオンボンバード或いは紫外
線、β線、γ線、電子線などの照射により乾燥・
硬化させればよい。
アルミニウム、銅、鉄、ニツケル、ステンレス等
の金属の箔で厚み5μm〜2mm好ましくは50μm〜
1mmのものが用いられる。絶縁層2は2層以上の
層構造であつて、樹脂からなる層2aと無機物又
は有機金属化合物からなる層2bとを含み、層2
aの厚みは1000Å〜100μm好ましくは1μm〜20μ
mであり、層2bの厚みは100Å〜5μm好ましく
は500Å〜1μmである。層2aには耐熱性を有す
る樹脂が用いられるが、電気伝導度が約10-7
(Ω・cm)-1以下のものが良く特にポリイミド・ポ
リアミド、ポリアミドイミド、ポリヒダントイ
ン、ポリパラバニツク酸、ポリp−キシリレン、
シリコーン、又は環化ポリブタジエンのホモポリ
マー、コポリマー又はブレンド樹脂が好ましく、
これらは通常の方法で金属箔1の表面に塗布され
被膜をつくる。例えばこれらの樹脂又は前駆体を
溶剤で溶解しワニスと為し、金属箔1上にスプレ
ー、デイツピング、コーテイング又は印刷により
塗布し、その後加熱イオンボンバード或いは紫外
線、β線、γ線、電子線などの照射により乾燥・
硬化させればよい。
層2bは無機物又は有機金属化合物が用いられ
るが、電気伝導度が10-7(Ω・cm)-1以下のもの
が、良く特にSiOx、TiOx、Al2O3等の金属酸化
物、アモルフアス又は結晶性のSi(l-x) C(x)、
Si(l-y) Ny、Si(l-x-y) C(x)N(y)等又はその水素ハ
ロゲン化合物が好ましく、シランやフツ化シラン
のグロー放電やスパツターで得られるアモルフア
スシリコン(a−Si)もよい。特に本発明の可撓
性薄膜光起電力装置を蛍光燈下で作動させる電池
として電子装置に組み込む場合、AM−1 100
mW/cm2のような強い光が照射されると大きな電
流が流れる為に保護回路が必要になるが、a−Si
のように光照射時の電気伝導度の大きなものを本
発明の絶縁膜として用いると、蛍光燈下では電気
伝導度が小さいのでリークは少ないが、屋外光の
ように、強い光が当ると電気伝導度が大きくな
り、光電流がリークして保護回路の役割をするの
で好ましい。
るが、電気伝導度が10-7(Ω・cm)-1以下のもの
が、良く特にSiOx、TiOx、Al2O3等の金属酸化
物、アモルフアス又は結晶性のSi(l-x) C(x)、
Si(l-y) Ny、Si(l-x-y) C(x)N(y)等又はその水素ハ
ロゲン化合物が好ましく、シランやフツ化シラン
のグロー放電やスパツターで得られるアモルフア
スシリコン(a−Si)もよい。特に本発明の可撓
性薄膜光起電力装置を蛍光燈下で作動させる電池
として電子装置に組み込む場合、AM−1 100
mW/cm2のような強い光が照射されると大きな電
流が流れる為に保護回路が必要になるが、a−Si
のように光照射時の電気伝導度の大きなものを本
発明の絶縁膜として用いると、蛍光燈下では電気
伝導度が小さいのでリークは少ないが、屋外光の
ように、強い光が当ると電気伝導度が大きくな
り、光電流がリークして保護回路の役割をするの
で好ましい。
層2bは熱CVD、酸化、電子ビーム蒸着、ス
パツタ、グロー放電分解等で得ることができる。
又有機金属化合物の場合は、珪素化合物、有機チ
タネート化合物、有機スズ化合物、有機ジルコニ
ウム化合物が有効であるが、これらの化合物及び
これらを加水分解して得られるプレポリマーは、
単独で又は混合物として必要に応じて溶剤に溶解
され、層2aを有する金属箔上にスプレー、デイ
ツピング、コーテイング等により塗布された後、
乾燥・硬化され被膜を形成する。又必要に応じて
層2aと層2bとの間に別種の素材からなる中間
層を設けることもできる。
パツタ、グロー放電分解等で得ることができる。
又有機金属化合物の場合は、珪素化合物、有機チ
タネート化合物、有機スズ化合物、有機ジルコニ
ウム化合物が有効であるが、これらの化合物及び
これらを加水分解して得られるプレポリマーは、
単独で又は混合物として必要に応じて溶剤に溶解
され、層2aを有する金属箔上にスプレー、デイ
ツピング、コーテイング等により塗布された後、
乾燥・硬化され被膜を形成する。又必要に応じて
層2aと層2bとの間に別種の素材からなる中間
層を設けることもできる。
ここで、絶縁層2が樹脂のみの場合は、その上
に形成された薄膜光起電力素子の光起電力特性が
著しく悪い。これは素子の形成中に樹脂層からの
脱ガスがあり、これが素子物性に悪影響を及ぼす
からであり、又形成された素子の内部応力により
絶縁層と素子との界面で、剥離が生じたり、素子
の内部にクラツクが生じるからである。さらに樹
脂層と素子との熱膨張係数の相違により光起電力
特性の大きな経時変化が避けられない。
に形成された薄膜光起電力素子の光起電力特性が
著しく悪い。これは素子の形成中に樹脂層からの
脱ガスがあり、これが素子物性に悪影響を及ぼす
からであり、又形成された素子の内部応力により
絶縁層と素子との界面で、剥離が生じたり、素子
の内部にクラツクが生じるからである。さらに樹
脂層と素子との熱膨張係数の相違により光起電力
特性の大きな経時変化が避けられない。
一方、絶縁層2が無機物や有機金属化合物のみ
の場合は、可撓性を維持するためには厚みを1μ
程度以下に抑える必要があり、この程度の厚みで
は、金属箔上に完全な絶縁層を形成させることは
困難である。又形成できたとしても絶縁層の表面
は金属箔の表面状態を映して一般に表面粗度が大
で、薄膜光起電力素子を形成させるのに適した平
滑度にならない。
の場合は、可撓性を維持するためには厚みを1μ
程度以下に抑える必要があり、この程度の厚みで
は、金属箔上に完全な絶縁層を形成させることは
困難である。又形成できたとしても絶縁層の表面
は金属箔の表面状態を映して一般に表面粗度が大
で、薄膜光起電力素子を形成させるのに適した平
滑度にならない。
しかして、本発明によれば絶縁層に関するこれ
らの欠点が大幅に改善され、層2aにより金属箔
上に完全な絶縁層が形成でき同時に表面粗度が金
属箔のそれの数分の1に減少され、又、層2bが
あるため、薄膜光起電力素子に対する樹脂の影響
が大いに緩和され、素子の性能及び信頼性が飛躍
的に増大するのである。
らの欠点が大幅に改善され、層2aにより金属箔
上に完全な絶縁層が形成でき同時に表面粗度が金
属箔のそれの数分の1に減少され、又、層2bが
あるため、薄膜光起電力素子に対する樹脂の影響
が大いに緩和され、素子の性能及び信頼性が飛躍
的に増大するのである。
絶縁層2の形成の一例を次に示す。金属箔とし
ては厚み0.1mmのステンレスSUS304(JIS G4306
で規定されている熱間圧延ステンレス鋼帯の種類
名)シートを用いた。層2aの樹脂としては、ポ
リアミド酸のジメチルアセトアミド溶液(固形分
濃度15%)を用い、クリアランス350μmのバー
コーターを使用して上記金属箔の清浄な面に塗布
した。塗布後、均熱乾燥器で150℃×30分の指触
乾燥を行つた後、更に300℃×30分で後硬化させ
ポリイミドからなる被膜を形成させた。これを真
空蒸着機にセツトし、金属箔温度を約300℃とし、
真空溶融シリカを蒸発源として電子ビーム蒸着を
行つてSiOx(x≒2)の層2bを形成させた。層
2aの厚みは約20μm、層2bの厚みは約3000Å
であつた。得られた基板は充分に可撓性を有して
おり、実用的な範囲内で変形させても絶縁層2は
はく離、クラツク等の非可逆的な変化を生じなか
つた。この基板上に下部電極としてステンレス
SUS304をスァパツタ法により約4000Å堆積さ
せ、さらにグロー放電分解法によりp,i−a−
Si/n−a−SiC光起電力素子を堆積させ、さら
に電子ビーム蒸着法によりITOの透明電極を約
1000Å堆積させて可撓性膜薄膜光起電力装置を作
成した。この装置のAMI(100mW/cm2)下での
性能はJsc=14.5mA/cm2、Voc=0.89V、FF=
60%、η=7.74%であつた。
ては厚み0.1mmのステンレスSUS304(JIS G4306
で規定されている熱間圧延ステンレス鋼帯の種類
名)シートを用いた。層2aの樹脂としては、ポ
リアミド酸のジメチルアセトアミド溶液(固形分
濃度15%)を用い、クリアランス350μmのバー
コーターを使用して上記金属箔の清浄な面に塗布
した。塗布後、均熱乾燥器で150℃×30分の指触
乾燥を行つた後、更に300℃×30分で後硬化させ
ポリイミドからなる被膜を形成させた。これを真
空蒸着機にセツトし、金属箔温度を約300℃とし、
真空溶融シリカを蒸発源として電子ビーム蒸着を
行つてSiOx(x≒2)の層2bを形成させた。層
2aの厚みは約20μm、層2bの厚みは約3000Å
であつた。得られた基板は充分に可撓性を有して
おり、実用的な範囲内で変形させても絶縁層2は
はく離、クラツク等の非可逆的な変化を生じなか
つた。この基板上に下部電極としてステンレス
SUS304をスァパツタ法により約4000Å堆積さ
せ、さらにグロー放電分解法によりp,i−a−
Si/n−a−SiC光起電力素子を堆積させ、さら
に電子ビーム蒸着法によりITOの透明電極を約
1000Å堆積させて可撓性膜薄膜光起電力装置を作
成した。この装置のAMI(100mW/cm2)下での
性能はJsc=14.5mA/cm2、Voc=0.89V、FF=
60%、η=7.74%であつた。
次に、前記アモルフアス半導体を含む光起電力
素子について述べると、この光起電力素子は、シ
ラン若しくはその誘導体、又はフツ化シラン若し
くはその誘導体、又はこれらの混合物のグロー放
電分解で得られる約10-7秒以上のキヤリヤー寿命
で約1017cm-3ev-1以下の局在凖位密度および10-3
cm2/V以上の易動度をもつ真性アモルフアスシリ
モン(以下、i型a−Siという)をi層として、
p型とn型ドープアモルフアス半導体で接合した
pin接合構造にするわけであるが、好ましくはp
層又はn層の少なくも一方、すなわち少なくとも
光を照射する側に、光学的バンドギヤツプが約
1.85eV以上でありかつ20℃における電気伝導度
が約10-8(Ω・cm)-1以上であり、かつp−i−n
接合した場合の拡散電位Vdが約1.1volts以上であ
るp型又はn型アモルフアス半導体を用いるのが
よい。p層とn層の両方に用いてもよい。又上記
i型a−siをp型で用いる場合は周期率表族の
元素でドープし、n型で用いる場合は周期率表V
族の元素でドープすればよい。さらに、可撓性の
みを必要とする場合はi層に用いる真性アモルフ
アスシリコンをボロンやリンでドープしてp−i
−nホモ接合にしてもよい。
素子について述べると、この光起電力素子は、シ
ラン若しくはその誘導体、又はフツ化シラン若し
くはその誘導体、又はこれらの混合物のグロー放
電分解で得られる約10-7秒以上のキヤリヤー寿命
で約1017cm-3ev-1以下の局在凖位密度および10-3
cm2/V以上の易動度をもつ真性アモルフアスシリ
モン(以下、i型a−Siという)をi層として、
p型とn型ドープアモルフアス半導体で接合した
pin接合構造にするわけであるが、好ましくはp
層又はn層の少なくも一方、すなわち少なくとも
光を照射する側に、光学的バンドギヤツプが約
1.85eV以上でありかつ20℃における電気伝導度
が約10-8(Ω・cm)-1以上であり、かつp−i−n
接合した場合の拡散電位Vdが約1.1volts以上であ
るp型又はn型アモルフアス半導体を用いるのが
よい。p層とn層の両方に用いてもよい。又上記
i型a−siをp型で用いる場合は周期率表族の
元素でドープし、n型で用いる場合は周期率表V
族の元素でドープすればよい。さらに、可撓性の
みを必要とする場合はi層に用いる真性アモルフ
アスシリコンをボロンやリンでドープしてp−i
−nホモ接合にしてもよい。
前記光起電力素子に用いられるアモルフアス半
導体を具体例で示すと一般式a−Si(1-x)C(X)、a
−Si(1-y)Ny、a−Si(1-x-y)C(X)N(y)等で例示される
アモルフアスシリコンカーバイト、アモルフアス
シリコンナイトライド、アモルフアスシリコンカ
ーボンナイトライド、SiOx(x<0.3)等があり、
これらはシリコンの水素又はフツ素化合物と炭素
又はチツ素の水素又はフツ素化合物をグロー放電
分解して得られる。その詳細は、本出願人が先に
出願した特許出願、すなわち、a−Si(1-x)C(x)に
ついては特願昭56−012313号、a−Si(1-y)Nyに
ついては特願昭56−022690号、a−Si(1-x)C(X)N(y)
については特願昭56−112572号に夫々記載してい
る。要は光学的にバンドギヤツプが約1.85eV以
上でりかつ20℃における電気伝導度が約10-8
(Ω・cm)-1以上であり、かつp−i−n接合した
場合の拡散電位Vdが約1.1volts以上であるp型又
はn型アモルフアス半導体を満たすものであれば
いかなるものであつてもよい。
導体を具体例で示すと一般式a−Si(1-x)C(X)、a
−Si(1-y)Ny、a−Si(1-x-y)C(X)N(y)等で例示される
アモルフアスシリコンカーバイト、アモルフアス
シリコンナイトライド、アモルフアスシリコンカ
ーボンナイトライド、SiOx(x<0.3)等があり、
これらはシリコンの水素又はフツ素化合物と炭素
又はチツ素の水素又はフツ素化合物をグロー放電
分解して得られる。その詳細は、本出願人が先に
出願した特許出願、すなわち、a−Si(1-x)C(x)に
ついては特願昭56−012313号、a−Si(1-y)Nyに
ついては特願昭56−022690号、a−Si(1-x)C(X)N(y)
については特願昭56−112572号に夫々記載してい
る。要は光学的にバンドギヤツプが約1.85eV以
上でりかつ20℃における電気伝導度が約10-8
(Ω・cm)-1以上であり、かつp−i−n接合した
場合の拡散電位Vdが約1.1volts以上であるp型又
はn型アモルフアス半導体を満たすものであれば
いかなるものであつてもよい。
これらのアモルフアス半導体は光学的バンドギ
ヤツプが大きくその為に、p−i−n接合光起電
力素子の窓材料として用いる短絡電流Jscの増加
は当然考えられるが、いずれの場合も非常に大き
な開放電圧Vocを示す。これは第2図に示すバン
ドプロフアイルの拡散電位Vdとその素子の開放
電圧に相関のある事を見い出したから、そのよう
に言えるのである。なお、上記のように、拡散電
位Vdは約1.1volts以上であるとしているが、この
ような関係は光照射する側のアモルフアス半導体
の種類に関係なくほぼ同一の傾向を示している。
ヤツプが大きくその為に、p−i−n接合光起電
力素子の窓材料として用いる短絡電流Jscの増加
は当然考えられるが、いずれの場合も非常に大き
な開放電圧Vocを示す。これは第2図に示すバン
ドプロフアイルの拡散電位Vdとその素子の開放
電圧に相関のある事を見い出したから、そのよう
に言えるのである。なお、上記のように、拡散電
位Vdは約1.1volts以上であるとしているが、この
ような関係は光照射する側のアモルフアス半導体
の種類に関係なくほぼ同一の傾向を示している。
なお、この拡散電位は光照射する側のアモルフ
アス半導体の光学的バンドギヤツプEg.optから
p,nドープ層の活性化エネルギーの和を差し引
く事によつて得られる。すなわち、第2図に示す
ように、n側の伝導帯のエネルギーレベルEcn、
p側の価電子帯のエネルギーレベルをEvpとし
て、電気伝導度の温度依存性から活性化エネルギ
ー△Epと△Enが求められる。p型の場合△Ep=
Ef−Evp、n型の場合△En=Ecn−EfでeVd=
Eg.opt−(△Ep+En)である。n側から光照射す
る場合も同様にn型アモルフアス半導体の光学的
バンドギヤツプEg.optからp、nのフエルミレベ
ルEfの差を差し引いて求められる。
アス半導体の光学的バンドギヤツプEg.optから
p,nドープ層の活性化エネルギーの和を差し引
く事によつて得られる。すなわち、第2図に示す
ように、n側の伝導帯のエネルギーレベルEcn、
p側の価電子帯のエネルギーレベルをEvpとし
て、電気伝導度の温度依存性から活性化エネルギ
ー△Epと△Enが求められる。p型の場合△Ep=
Ef−Evp、n型の場合△En=Ecn−EfでeVd=
Eg.opt−(△Ep+En)である。n側から光照射す
る場合も同様にn型アモルフアス半導体の光学的
バンドギヤツプEg.optからp、nのフエルミレベ
ルEfの差を差し引いて求められる。
しかして、上記した光起電力素子としてp−i
−nヘテロ接合素子を用いた場合は、少なくとも
光入射側のドープ層にEg.optが約1.85eV以上の
材料を用い、pin接合のVdが約1,1volts以上と
なるものであると、JscとVocが著しく改善され、
好ましいものである。さらに光入射側のドープ側
を室温での電気伝導度が10-8(Ω・cm)-1以上とす
ることで、フイルフアクターFFが小さくならず、
変換効率を実用的にすることができる。
−nヘテロ接合素子を用いた場合は、少なくとも
光入射側のドープ層にEg.optが約1.85eV以上の
材料を用い、pin接合のVdが約1,1volts以上と
なるものであると、JscとVocが著しく改善され、
好ましいものである。さらに光入射側のドープ側
を室温での電気伝導度が10-8(Ω・cm)-1以上とす
ることで、フイルフアクターFFが小さくならず、
変換効率を実用的にすることができる。
このような、ヘテロ接合光電素子について具体
的に説明すると、次の通りである。第1図aに示
す構造では、透明電極7はITOやSnO2特にSnO2
が好ましく、p型アモルフアス半導体上に直接蒸
着して得られる。又ITOとp型アモルフアス半導
体の界面に30〜500ÅのSnO2をつけると更に好ま
しい。光を照射する側のp型アモルフアス半導体
層の厚みは約30Åから300Å好ましくは50Åから
200Å、i型a−Si層の厚みは特に限定されない
が約2500〜10000Åが用いられる。n型a−Si層
の厚みも特に限定されないが約150Å〜600Åが用
いられる。この構造のヘテロ接合光起電力素子と
一般的なアモルフアスシリコンp−i−n−ホモ
接合の特性を第3図に示す。
的に説明すると、次の通りである。第1図aに示
す構造では、透明電極7はITOやSnO2特にSnO2
が好ましく、p型アモルフアス半導体上に直接蒸
着して得られる。又ITOとp型アモルフアス半導
体の界面に30〜500ÅのSnO2をつけると更に好ま
しい。光を照射する側のp型アモルフアス半導体
層の厚みは約30Åから300Å好ましくは50Åから
200Å、i型a−Si層の厚みは特に限定されない
が約2500〜10000Åが用いられる。n型a−Si層
の厚みも特に限定されないが約150Å〜600Åが用
いられる。この構造のヘテロ接合光起電力素子と
一般的なアモルフアスシリコンp−i−n−ホモ
接合の特性を第3図に示す。
この図においてaが前記ヘテロ接合光起電力素
子の場合で効率η=7.82%、短絡電流Jsc=
13.76mA/cm2、開放電圧Voc=0.903volts,FF=
62.9%を示す。bが従来のホモ接合の場合で、効
率η=5.7%、Jsc=11.02mA/cm2、Voc=
0.801volts、FF=64.7%である。このように前記
ヘテロ接合光起電力素子では短絡電流Jscと開放
電圧Vocに特に顕著な効果がみられる。
子の場合で効率η=7.82%、短絡電流Jsc=
13.76mA/cm2、開放電圧Voc=0.903volts,FF=
62.9%を示す。bが従来のホモ接合の場合で、効
率η=5.7%、Jsc=11.02mA/cm2、Voc=
0.801volts、FF=64.7%である。このように前記
ヘテロ接合光起電力素子では短絡電流Jscと開放
電圧Vocに特に顕著な効果がみられる。
もう1つの代表的な構造である第1図bのタイ
プでは、光を照射する側のn型アモルフアス半導
体の厚みは約30Åから300Å好ましくは50Å〜200
Å、i型a−si層の厚みは限定されないが約2500
Å〜10000Åが通常用いられる。p型a−si層の
厚みは限定されないが約150Å〜600Åが用いられ
る。透明電極7の素材及び蒸着法については、第
1図aのタイプと同様である。
プでは、光を照射する側のn型アモルフアス半導
体の厚みは約30Åから300Å好ましくは50Å〜200
Å、i型a−si層の厚みは限定されないが約2500
Å〜10000Åが通常用いられる。p型a−si層の
厚みは限定されないが約150Å〜600Åが用いられ
る。透明電極7の素材及び蒸着法については、第
1図aのタイプと同様である。
第4図は本発明に係る可撓性薄膜光起電力装置
の実用的な構造を示し、11は金属箔、12は絶
縁膜で13,14,15は該絶縁基板上に膜状に
形成された第1、第2、第3の発電区域である。
の実用的な構造を示し、11は金属箔、12は絶
縁膜で13,14,15は該絶縁基板上に膜状に
形成された第1、第2、第3の発電区域である。
発電区域の各々はホモ接合又はヘテロ接合層1
6と該層を挟んで対向する第1電極17及び第2
電極18から構成されている。ホモ接合又はヘテ
ロ接合層16は図示していないが例えば第1図b
の構造と同様に基板側から順次堆積されたp型
層、ノンドープ層(i層)及びn型層のホモ接合
又はヘテロ接合層からなり、斯るホモ接合又はヘ
テロ接合層16は第1〜第3の発電区域に連続し
て延びている。
6と該層を挟んで対向する第1電極17及び第2
電極18から構成されている。ホモ接合又はヘテ
ロ接合層16は図示していないが例えば第1図b
の構造と同様に基板側から順次堆積されたp型
層、ノンドープ層(i層)及びn型層のホモ接合
又はヘテロ接合層からなり、斯るホモ接合又はヘ
テロ接合層16は第1〜第3の発電区域に連続し
て延びている。
第1電極17はn型層をオーミツク接触する金
属又は酸化錫、酸化インジウム、ITO(In2O3+
xSnO2、x≦0.1)などで構成することができる
が、ITOの上に50〜500ÅのSnO2をつけたものが
特に好ましい。第2電極18は透明な酸化錫
In2O3、ITO又はSnO2の上にITOをつけた電極な
どで構成される。第1〜第3発電区域13〜15
の夫々の第1電極17及び第2電極18は基板上
において夫々の発電区域の外へ延びる延長部19
及び20を有し、第1発電区域13の第2電極1
8の延長部20と第2発電区域14の第1電極1
7の延長部19とが、又第2発電区域14の第2
電極18の延長部20と第3発電区域15の第1
電極17の延長部19とが夫々互いに重畳して電
気的に接続されている。又第1発電区域13の第
1電極17の延長部19には第2電極18と同材
料からなる接続部21が重畳被着されている。な
お21はなくてもよい。
属又は酸化錫、酸化インジウム、ITO(In2O3+
xSnO2、x≦0.1)などで構成することができる
が、ITOの上に50〜500ÅのSnO2をつけたものが
特に好ましい。第2電極18は透明な酸化錫
In2O3、ITO又はSnO2の上にITOをつけた電極な
どで構成される。第1〜第3発電区域13〜15
の夫々の第1電極17及び第2電極18は基板上
において夫々の発電区域の外へ延びる延長部19
及び20を有し、第1発電区域13の第2電極1
8の延長部20と第2発電区域14の第1電極1
7の延長部19とが、又第2発電区域14の第2
電極18の延長部20と第3発電区域15の第1
電極17の延長部19とが夫々互いに重畳して電
気的に接続されている。又第1発電区域13の第
1電極17の延長部19には第2電極18と同材
料からなる接続部21が重畳被着されている。な
お21はなくてもよい。
しかして、第4図に示す装置の製造方法を簡単
に説明すると、その第1工程で基板(11+12)上
に延長部19を含んだ第1電極17の各々が選択
エツチング手法又は選択スパツタ又は蒸着付着手
法により形成され、第2工程で第1〜第3発電区
域に連続してホモ又はヘテロ接合層16が形成さ
れる。このとき、該層は上記延長部19,20に
存在してはならないので、基板12上全面に上記
ホモ又はヘテロ接合層を形成し後、選択エツチン
グ手法により不要部を除去するか、あるいは不要
部を覆うマスクを用いることにより所望部のみに
上記ホモ又はヘテロ接合層が形成される。続く最
終工程において延長部20を含む第2電極18及
び接続部21が選択スパツタ又は蒸着手法などに
より形成される。そして、第2電極18を介して
光がホモ又はヘテロ接合層16に入ると、第1〜
第3発電区域13〜15の夫々において第1図の
場合と同様に起電圧が生じ、各区域の第1、第2
電極17,18はその延長部において交互に接続
されているので各区域の起電圧は直列的に相加さ
れ、第1発電区域13に連なる接続部21を+
極、第3発電区域15の第2電極18に連なる延
長部を−極として両極の間に上記の如く相加され
た電圧が発生する。
に説明すると、その第1工程で基板(11+12)上
に延長部19を含んだ第1電極17の各々が選択
エツチング手法又は選択スパツタ又は蒸着付着手
法により形成され、第2工程で第1〜第3発電区
域に連続してホモ又はヘテロ接合層16が形成さ
れる。このとき、該層は上記延長部19,20に
存在してはならないので、基板12上全面に上記
ホモ又はヘテロ接合層を形成し後、選択エツチン
グ手法により不要部を除去するか、あるいは不要
部を覆うマスクを用いることにより所望部のみに
上記ホモ又はヘテロ接合層が形成される。続く最
終工程において延長部20を含む第2電極18及
び接続部21が選択スパツタ又は蒸着手法などに
より形成される。そして、第2電極18を介して
光がホモ又はヘテロ接合層16に入ると、第1〜
第3発電区域13〜15の夫々において第1図の
場合と同様に起電圧が生じ、各区域の第1、第2
電極17,18はその延長部において交互に接続
されているので各区域の起電圧は直列的に相加さ
れ、第1発電区域13に連なる接続部21を+
極、第3発電区域15の第2電極18に連なる延
長部を−極として両極の間に上記の如く相加され
た電圧が発生する。
又上記装置において、各発電区域の隣接間隔が
小さいと、隣り合う区域の第1電極17どうし、
あるいは第2電極18どうしの間で直接電流が流
れる現象、即ち漏れ電流の発生が認められるがホ
モ又はヘテロ接合層16の光射時の抵抗値が数〜
数+MΩであることを考慮すると、上記隣接間隔
を1μm以上に設定することにより、上記漏れ電
流の影響は実質的に問題とならない。必要により
ホモ又はヘテロ接合光起電力素子層16を各発電
区域に分離して形成され、裏面電極と隣接する受
光側電極とを直列に接続してもよい。又実用に供
する場合には第2電極側から密着包囲する透明な
高分子絶縁膜又は、Sio2、a−SiC、a−SiN、
a−SiCN等の透明な絶縁膜を設けて保護するの
がよい。
小さいと、隣り合う区域の第1電極17どうし、
あるいは第2電極18どうしの間で直接電流が流
れる現象、即ち漏れ電流の発生が認められるがホ
モ又はヘテロ接合層16の光射時の抵抗値が数〜
数+MΩであることを考慮すると、上記隣接間隔
を1μm以上に設定することにより、上記漏れ電
流の影響は実質的に問題とならない。必要により
ホモ又はヘテロ接合光起電力素子層16を各発電
区域に分離して形成され、裏面電極と隣接する受
光側電極とを直列に接続してもよい。又実用に供
する場合には第2電極側から密着包囲する透明な
高分子絶縁膜又は、Sio2、a−SiC、a−SiN、
a−SiCN等の透明な絶縁膜を設けて保護するの
がよい。
以上の説明より明らかな如く、本発明によれ
ば、電気絶縁性膜が2層以上の層構造であり、光
起電力素子に接する側が無機物又は有機金属化合
物からなる層であるので、樹脂からなる絶縁層か
らの脱ガスによる光起電力素子物性に対する悪影
響を防止することができ、また金属箔に接する部
分が耐熱性を有する樹脂からなる絶縁層であるの
で、可撓性を維持したままで金属箔上に完全な絶
縁層が形成でき、同時に表面精度が金属箔のそれ
の数分の1に減少できる。従つて、極めて実用性
が高く効率のよい可撓性薄膜光起電力装置を提供
することができる。
ば、電気絶縁性膜が2層以上の層構造であり、光
起電力素子に接する側が無機物又は有機金属化合
物からなる層であるので、樹脂からなる絶縁層か
らの脱ガスによる光起電力素子物性に対する悪影
響を防止することができ、また金属箔に接する部
分が耐熱性を有する樹脂からなる絶縁層であるの
で、可撓性を維持したままで金属箔上に完全な絶
縁層が形成でき、同時に表面精度が金属箔のそれ
の数分の1に減少できる。従つて、極めて実用性
が高く効率のよい可撓性薄膜光起電力装置を提供
することができる。
第1図a,bは本発明に係る可撓性薄膜光起電
力装置の構成例を示し、同図aはp層側から光を
照射するタイプを示す構造図、同図bはn層側か
ら光を照射するタイプを示す構造図、第2図は本
発明に係る可撓性薄膜光起電力装置における光電
力素子の物性を説明するエネルギーバンド図、第
3図は本発明に係る可撓性薄膜光起電力装置にお
ける光起電力素子aとa−Si p−i−n−ホモ
接合起電力素子bのAM−1(100mW/cm2)の電
流電圧特性を示す図、第4図Aは本実施例装置の
実用的な構造を示す側面図、同B及びCは夫々同
AにおけるB−B及びC−C断面図である。 1……金属箔、2……絶縁層、2a……樹脂か
らなる層、2b……無機物又は有機金属化合物か
らなる層、3……下部電極、4……n型アモルフ
アス半導体、5……i型a−Si、6……p型アモ
ルフアス半導体、7……透明電極。
力装置の構成例を示し、同図aはp層側から光を
照射するタイプを示す構造図、同図bはn層側か
ら光を照射するタイプを示す構造図、第2図は本
発明に係る可撓性薄膜光起電力装置における光電
力素子の物性を説明するエネルギーバンド図、第
3図は本発明に係る可撓性薄膜光起電力装置にお
ける光起電力素子aとa−Si p−i−n−ホモ
接合起電力素子bのAM−1(100mW/cm2)の電
流電圧特性を示す図、第4図Aは本実施例装置の
実用的な構造を示す側面図、同B及びCは夫々同
AにおけるB−B及びC−C断面図である。 1……金属箔、2……絶縁層、2a……樹脂か
らなる層、2b……無機物又は有機金属化合物か
らなる層、3……下部電極、4……n型アモルフ
アス半導体、5……i型a−Si、6……p型アモ
ルフアス半導体、7……透明電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 金属箔上に電気絶縁性層を設けた可撓性基板
上に、アモルフアス半導体を含む光起電力素子を
形成させた薄膜光起電力装置において、該電気絶
縁性層が2層以上の層構造であつて金属箔に接す
る部分が耐熱性を有する樹脂からなる層であり、
光起電力素子に接する側が無機物又は有機金属化
合物からなる層であることを特徴とする可撓性薄
膜光起電力装置。 2 前記光起電力素子がp−i−n接合素子であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
可撓性薄膜光起電力装置。 3 前記p−i−n接合素子が、該素子のp又は
n型の少なくとも光照射する側の半導体の光学的
バンドギヤツプEg.optが1.85eV以上であり、か
つ20℃における電気伝導度が10-8(Ω・cm)-1以上
であり、かつp−i−n接合の拡散電位が
1.1volts以上であつて、i層が真性アモルフアス
シリコンであるホモ又はヘテロ接合光起電力素子
であることを特徴とする特許請求の範囲第2項記
載の可撓性薄膜光起電力装置。 4 前記基板の電気絶縁性層の各層が、10-7
(Ω・cm)-1以下の電気伝導度を有する材料からな
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第
3項の内のいずれかに記載の可撓性薄膜光起電力
装置。 5 前記電気絶縁性層に用いる樹脂がポリイミ
ド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリヒダン
トイン、ポリパラバニツク酸、ポリp−キシリレ
ン、シリコーン又は環化ポリブタジエンの少なく
とも一種を含むことを特徴とする特許請求の範囲
第4項に記載の可撓性薄膜光起電力装置。 6 前記電気絶縁性層に用いる無機質が、
TiOx、SiOx、Al2O3又はアモルフアス若しくは
結晶性のSi(l-x) C(x)、Si(l-y) N(y)、Si(l-x-y)
CxNy又はa−Siから選ばれることを特徴とする
特許請求の範囲第4項又は第5項に記載の可撓性
薄膜光起電力装置。 7 前記電気絶縁性層の厚みが1000Åから100μ
mである事を特徴とする特許請求の範囲第4項乃
至第6項の内のいずれかに記載の可撓性薄膜光起
電力装置。 8 前記可撓性基板上に1個以上の発電区域が形
成され、各区域は前記光起電力素子の層と、光照
射で発生した電子及び/又は正孔を集める集電手
段とを含み、上記各区域の集電手段は各区域にお
ける光起電力が直列関係になるように互いに電気
的に接続されてなることを特徴とする特許請求の
範囲第1項乃至第7項の内のいずれかに記載の可
撓性薄膜光起電力装置。 9 前記光起電力素子の層が前記発電区域の各々
に共通に連つている事を特徴とする特許請求の範
囲第8項に記載の可撓性薄膜光起電力装置。 10 前記光起電力素子の層が前記各発電区域上
に分離して形成され裏面電極と隣接する受光側電
極が直列に接続される事を特徴とする特許請求の
範囲第8項に記載の可撓性薄膜光起電力装置。 11 前記各発電区域の集電手段相互間の電気的
接続は上記基板上にてなされている事を特徴とす
る特許請求の範囲第8項乃至第10項の内のいず
れかに記載の可撓性薄膜光起電力装置。 12 前記集電手段の要素である第1電極、ホモ
又はヘテロ接合光起電力素子の集電手段の他の要
素である第2電極の形成後に該第2電極側から密
着包囲する高分子絶縁膜を設けてある事を特徴と
する特許請求の範囲第8項乃至第11項の内のい
ずれかに記載の可撓性薄膜光起電力装置。 13 前記光照射によつて発生した電子及び/又
は正孔の集電手段は、少なくとも光照射側が透明
の電極である事を特徴とする特許請求の範囲第8
項乃至第12項の内のいずれかに記載の可撓性薄
膜光起電力装置。 14 前記透明電極が、ITO若しくはSnO2、又
はITO及び該ITOとホモ又はヘテロ接合光起電力
素子の層との界面に50〜500ÅのSnO2をはさんだ
ものであることを特徴とする特許請求の範囲第1
3項に記載の可撓性薄膜光起電力装置。 15 前記光起電力装置において、電気絶縁性層
の上に設ける電極が、Al、ステンレス、モリブ
デン、Pt、Au、Ag、Niの少なくとも一種以上
からなることを特徴とする特許請求の範囲第8項
乃至第14項の内のいずれかに記載の可撓性薄膜
光起電力装置。 16 前記可撓性薄膜光起電力装置が、主として
室内で使用される携帯可能な小型電子装置の電源
であることを特徴とする特許請求の範囲第1項乃
至第15項の内のいずれかに記載の可撓性薄膜光
起電力装置。
Priority Applications (10)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57060109A JPS58176977A (ja) | 1982-04-09 | 1982-04-09 | 可撓性薄膜光起電力装置 |
EP82110122A EP0078541B1 (en) | 1981-11-04 | 1982-11-03 | Flexible photovoltaic device |
EP89111929A EP0341756B2 (en) | 1981-11-04 | 1982-11-03 | Flexible photovoltaic device |
DE3280455T DE3280455T3 (de) | 1981-11-04 | 1982-11-03 | Biegsame photovoltaische Vorrichtung. |
DE8282110122T DE3280293D1 (de) | 1981-11-04 | 1982-11-03 | Biegsame photovoltaische einrichtung. |
US06/439,627 US4612409A (en) | 1981-11-04 | 1982-11-04 | Flexible photovoltaic device |
US06/835,717 US4773942A (en) | 1981-11-04 | 1986-03-03 | Flexible photovoltaic device |
US07/202,608 US4875943A (en) | 1981-11-04 | 1988-06-06 | Flexible photovoltaic device |
US07/652,492 US5127964A (en) | 1981-11-04 | 1991-02-08 | Flexible photovoltaic device |
US08/192,304 US5419781A (en) | 1981-11-04 | 1994-02-04 | Flexible photovoltaic device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57060109A JPS58176977A (ja) | 1982-04-09 | 1982-04-09 | 可撓性薄膜光起電力装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58176977A JPS58176977A (ja) | 1983-10-17 |
JPH0481350B2 true JPH0481350B2 (ja) | 1992-12-22 |
Family
ID=13132609
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57060109A Granted JPS58176977A (ja) | 1981-11-04 | 1982-04-09 | 可撓性薄膜光起電力装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS58176977A (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01135748U (ja) * | 1988-03-10 | 1989-09-18 | ||
JP2805394B2 (ja) * | 1990-05-07 | 1998-09-30 | キヤノン株式会社 | 太陽電池 |
DE69132358T2 (de) * | 1990-05-07 | 2000-12-28 | Canon Kk | Solarzelle |
JP4865119B2 (ja) * | 1999-12-24 | 2012-02-01 | 日新製鋼株式会社 | 耐熱性に優れた太陽電池用絶縁基板及びその製造方法 |
-
1982
- 1982-04-09 JP JP57060109A patent/JPS58176977A/ja active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS58176977A (ja) | 1983-10-17 |
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