JPH06224456A - アモルファス太陽電池およびその作製方法 - Google Patents
アモルファス太陽電池およびその作製方法Info
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- 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
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 太陽電池の光電変換層に生じたピンホールが
原因となって発生するリーク電流を防ぎ低照度下におけ
る特性の向上を図る。 【構成】 絶縁基板上に形成された第１の電極と、第１
の電極上に形成された光電変換層と、光電変換層上に形
成された絶縁層と、絶縁層上に形成された第２の電極と
を有し、該絶縁層には複数の開孔が形成され、該開孔部
において上記第２の電極が光電変換層と電気的に接続さ
れていることを特徴とする。
原因となって発生するリーク電流を防ぎ低照度下におけ
る特性の向上を図る。 【構成】 絶縁基板上に形成された第１の電極と、第１
の電極上に形成された光電変換層と、光電変換層上に形
成された絶縁層と、絶縁層上に形成された第２の電極と
を有し、該絶縁層には複数の開孔が形成され、該開孔部
において上記第２の電極が光電変換層と電気的に接続さ
れていることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、主に白色蛍光灯下のよ
うな低照度の環境において用いられる、ガラス等の絶縁
基板上に形成されるアモルファスシリコン太陽電池（以
下アモルファス太陽電池と略称する）に関する。
うな低照度の環境において用いられる、ガラス等の絶縁
基板上に形成されるアモルファスシリコン太陽電池（以
下アモルファス太陽電池と略称する）に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、アモルファス太陽電池は図１に
示すように、透光性を有するガラス等の絶縁基板１１の
主表面に、透明電極１２と、ＰＩＮ接合が形成され光活
性層にアモルファスシリコンを用いた光電変換層１３、
金属電極１４とを積層形成して構成されている。
示すように、透光性を有するガラス等の絶縁基板１１の
主表面に、透明電極１２と、ＰＩＮ接合が形成され光活
性層にアモルファスシリコンを用いた光電変換層１３、
金属電極１４とを積層形成して構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】光電変換層１３はグロ
ー放電法を用いシランガスを分解し堆積させることによ
り作製される。アモルファス太陽電池の場合光電変換層
として必要な厚みは約１μｍであるが、このときガラス
基板１１または透明電極１２の表面状態や汚れ等によ
り、透明電極１２上にアモルファスシリコン膜が付着し
ない部分が発生し、光電変換層１３を貫通する形で微細
なピンホール１６が形成される。
ー放電法を用いシランガスを分解し堆積させることによ
り作製される。アモルファス太陽電池の場合光電変換層
として必要な厚みは約１μｍであるが、このときガラス
基板１１または透明電極１２の表面状態や汚れ等によ
り、透明電極１２上にアモルファスシリコン膜が付着し
ない部分が発生し、光電変換層１３を貫通する形で微細
なピンホール１６が形成される。
【０００４】ピンホール１６が形成された光電変換層１
３上に金属電極１４を形成すると、ピンホール１６にも
金属電極材料が充填され、金属電極１４と透明電極１２
が直接接触してしまう。このような部分は光電変換に寄
与しないばかりでなく、電気的に短絡した状態となり、
ピンホール１６においてリーク電流が流れるため太陽電
池の特性が低下する原因となる。
３上に金属電極１４を形成すると、ピンホール１６にも
金属電極材料が充填され、金属電極１４と透明電極１２
が直接接触してしまう。このような部分は光電変換に寄
与しないばかりでなく、電気的に短絡した状態となり、
ピンホール１６においてリーク電流が流れるため太陽電
池の特性が低下する原因となる。
【０００５】アモルファス太陽電池の利用形態としては
屋外の太陽光下での利用ばかりでなく、室内の蛍光灯下
におけるようなおよそ１０００ルクス以下の低照度で利
用される形態がある。この場合、照度の低下に伴い太陽
電池で発生する電流も低下するため、ピンホール１６に
流れるリーク電流の影響が無視できなくなり太陽電池の
出力特性は著しく悪化する。
屋外の太陽光下での利用ばかりでなく、室内の蛍光灯下
におけるようなおよそ１０００ルクス以下の低照度で利
用される形態がある。この場合、照度の低下に伴い太陽
電池で発生する電流も低下するため、ピンホール１６に
流れるリーク電流の影響が無視できなくなり太陽電池の
出力特性は著しく悪化する。
【０００６】従って、ピンホール１６が発生しないよう
に光電変換層１３を形成する前に行う基板の洗浄処理は
十分注意して行われるが、しかし現在の技術ではこれを
完全に防ぐことはできないため製品の歩留りを低下させ
る原因となっていた。
に光電変換層１３を形成する前に行う基板の洗浄処理は
十分注意して行われるが、しかし現在の技術ではこれを
完全に防ぐことはできないため製品の歩留りを低下させ
る原因となっていた。
【０００７】
【発明の目的】本発明は上記の問題点を改善することを
目的とし、太陽電池の光電変換層に生じたピンホールが
原因となって発生するリーク電流を防ぎ特性の向上を図
るものである。
目的とし、太陽電池の光電変換層に生じたピンホールが
原因となって発生するリーク電流を防ぎ特性の向上を図
るものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によるアモルファ
ス太陽電池は、光電変換層とその上に形成された金属電
極との界面に絶縁層を設けかつ該絶縁層には複数の開孔
が形成され、該開孔部において光電変換層と金属電極が
電気的に接触する構造で構成される。
ス太陽電池は、光電変換層とその上に形成された金属電
極との界面に絶縁層を設けかつ該絶縁層には複数の開孔
が形成され、該開孔部において光電変換層と金属電極が
電気的に接触する構造で構成される。
【０００９】上記構成により、光電変換層のピンホール
が原因で生ずる電気的ショート（短絡）不良を軽減しつ
つ十分な出力が得られるものとすることができ、製品の
歩留りを向上させることができる。
が原因で生ずる電気的ショート（短絡）不良を軽減しつ
つ十分な出力が得られるものとすることができ、製品の
歩留りを向上させることができる。
【００１０】また本発明によるアモルファス太陽電池は
光電変換層上に絶縁層を有しているため、大きなピンホ
ールが生じていた場合でもショート、リークが発生する
確率を極めて小さくでき、さらに製造時および長期使用
時における第２の電極材料としての金属電極材料の光電
変換層へのマイグレイションをも防ぐことができ、全体
的な特性および信頼性を向上させることができる。
光電変換層上に絶縁層を有しているため、大きなピンホ
ールが生じていた場合でもショート、リークが発生する
確率を極めて小さくでき、さらに製造時および長期使用
時における第２の電極材料としての金属電極材料の光電
変換層へのマイグレイションをも防ぐことができ、全体
的な特性および信頼性を向上させることができる。
【００１１】以下、本発明の具体的構成について実施例
により説明する。
により説明する。
【００１２】
【実施例】〔実施例１〕図２は本発明の第１の実施例に
よる太陽電池を示したものである。先ず、透光性絶縁基
板であるガラス基板２１上に第１の電極２２を形成す
る。第１の電極２２は例えば酸化スズまたはＩＴＯ（酸
化スズ酸化インジュウム合金）または酸化亜鉛等を用い
た透明導電膜であり、これらは熱ＣＶＤ法やスパッタ法
により形成する。次に、第１の電極２２の上に光電変換
層２３を形成する。光電変換層２３はグロー放電法で作
製され、Ｐ型アモルファスシリコンカーバイト、真性
（Ｉ型）アモルファスシリコン、Ｎ型微結晶シリコンを
順次積層したＰＩＮ接合が構成されている。図２（ｂ）
ではこの光電変換層２３にピンホール２６が存在する状
態を示している。
よる太陽電池を示したものである。先ず、透光性絶縁基
板であるガラス基板２１上に第１の電極２２を形成す
る。第１の電極２２は例えば酸化スズまたはＩＴＯ（酸
化スズ酸化インジュウム合金）または酸化亜鉛等を用い
た透明導電膜であり、これらは熱ＣＶＤ法やスパッタ法
により形成する。次に、第１の電極２２の上に光電変換
層２３を形成する。光電変換層２３はグロー放電法で作
製され、Ｐ型アモルファスシリコンカーバイト、真性
（Ｉ型）アモルファスシリコン、Ｎ型微結晶シリコンを
順次積層したＰＩＮ接合が構成されている。図２（ｂ）
ではこの光電変換層２３にピンホール２６が存在する状
態を示している。
【００１３】更に光電変換層２３の表面には一様に絶縁
層２４を形成する。この絶縁層２４は窒化シリコンまた
は酸化シリコン膜であり、これらはグロー放電法やスパ
ッタ法で形成し得る。絶縁層２４を形成する工程におい
て同時にピンホール２６内にこの絶縁材料が充填され
る。
層２４を形成する。この絶縁層２４は窒化シリコンまた
は酸化シリコン膜であり、これらはグロー放電法やスパ
ッタ法で形成し得る。絶縁層２４を形成する工程におい
て同時にピンホール２６内にこの絶縁材料が充填され
る。
【００１４】絶縁層２４を形成した後に絶縁層２４に開
孔を形成する。開孔を形成するために、絶縁層２４の上
に予め決められた所定のパターンとなるようにレジスト
膜を形成し、これをマスクとして絶縁層２４の一部をエ
ッチングし光電変換層２３の表面を露出させ、開孔とし
た。
孔を形成する。開孔を形成するために、絶縁層２４の上
に予め決められた所定のパターンとなるようにレジスト
膜を形成し、これをマスクとして絶縁層２４の一部をエ
ッチングし光電変換層２３の表面を露出させ、開孔とし
た。
【００１５】このときエッチングの条件を調整すること
によりピンホール２６内に絶縁物が残る。この絶縁物に
より、その後形成される第２の電極２５がピンホール２
６を貫通して第１の電極２２と直接接触することを防ぐ
ことができる。従って光電変換層２３を形成後に絶縁層
２４を形成しさらにエッチングにより絶縁層の一部を選
択的に剥離する工程をとることは、ピンホール２６が原
因となってこの部分で発生するリーク電流を防止する目
的から非常に有用な手段であった。
によりピンホール２６内に絶縁物が残る。この絶縁物に
より、その後形成される第２の電極２５がピンホール２
６を貫通して第１の電極２２と直接接触することを防ぐ
ことができる。従って光電変換層２３を形成後に絶縁層
２４を形成しさらにエッチングにより絶縁層の一部を選
択的に剥離する工程をとることは、ピンホール２６が原
因となってこの部分で発生するリーク電流を防止する目
的から非常に有用な手段であった。
【００１６】特に本発明構成においては、光電変換層上
の全ての絶縁層を剥離するのではなく開孔を設けるのみ
であるため、光電変換層上には絶縁層を有している。こ
れにより、ある程度大きなピンホールが生じていた場合
でもショート、リークが発生する確率を極めて小さくで
きた。さらに従来であれば光電変換層上に直接第２の電
極としての金属電極が形成されていたが、本実施例の如
き光電変換層と金属電極との間に絶縁層を有する構造と
することにより、製造時および長期使用時における金属
電極材料の光電変換層へのマイグレイションをも防ぐこ
とができ、全体的な特性および信頼性を向上させること
ができた。
の全ての絶縁層を剥離するのではなく開孔を設けるのみ
であるため、光電変換層上には絶縁層を有している。こ
れにより、ある程度大きなピンホールが生じていた場合
でもショート、リークが発生する確率を極めて小さくで
きた。さらに従来であれば光電変換層上に直接第２の電
極としての金属電極が形成されていたが、本実施例の如
き光電変換層と金属電極との間に絶縁層を有する構造と
することにより、製造時および長期使用時における金属
電極材料の光電変換層へのマイグレイションをも防ぐこ
とができ、全体的な特性および信頼性を向上させること
ができた。
【００１７】第２の電極２５はＡｌやＣｒ等の金属で絶
縁層２４の上に形成され、図２（ａ）（ｂ）で示される
ように絶縁層２４に形成された開孔部においてのみ光電
変換層２３と接触する構造になる。従って、開孔の大き
さおよび開孔と開孔の間隔が、本実施例における太陽電
池の直列抵抗を決める要素となる。
縁層２４の上に形成され、図２（ａ）（ｂ）で示される
ように絶縁層２４に形成された開孔部においてのみ光電
変換層２３と接触する構造になる。従って、開孔の大き
さおよび開孔と開孔の間隔が、本実施例における太陽電
池の直列抵抗を決める要素となる。
【００１８】また直列抵抗は金属電極２５と接触するＮ
型微結晶シリコンの面積抵抗とも密接な関係をもつ。す
なわち直列抵抗はＮ型微結晶シリコンの面積抵抗に対し
比例して増加し、また絶縁層２４に形成される開孔の大
きさに反比例して減少し、開孔と開孔の間隔に比例して
増加する。本来、太陽電池の直列抵抗は出力電力の低下
させる原因となるため十分小さくなるように設計されて
いるが、蛍光灯下のような低照度では出力電力に対し直
列抵抗の大小はあまり影響しないことが知られている。
型微結晶シリコンの面積抵抗とも密接な関係をもつ。す
なわち直列抵抗はＮ型微結晶シリコンの面積抵抗に対し
比例して増加し、また絶縁層２４に形成される開孔の大
きさに反比例して減少し、開孔と開孔の間隔に比例して
増加する。本来、太陽電池の直列抵抗は出力電力の低下
させる原因となるため十分小さくなるように設計されて
いるが、蛍光灯下のような低照度では出力電力に対し直
列抵抗の大小はあまり影響しないことが知られている。
【００１９】図３は本実施例におけるアモルファス太陽
電池の試作結果で、絶縁層２４に設ける開孔の大きさと
その間隔に対し、白色蛍光灯下５００ルクスでの出力電
力の変化を示している。
電池の試作結果で、絶縁層２４に設ける開孔の大きさと
その間隔に対し、白色蛍光灯下５００ルクスでの出力電
力の変化を示している。
【００２０】ここでは絶縁層２４に設ける開孔を円形と
し、その直径を５０μｍから４００μｍまで変化させ、
また開孔の間隔（ここでは開孔の中心間距離）を５００
μｍから２０００μｍまで変化させた。
し、その直径を５０μｍから４００μｍまで変化させ、
また開孔の間隔（ここでは開孔の中心間距離）を５００
μｍから２０００μｍまで変化させた。
【００２１】図３によると、上記開孔直径の範囲におい
ては開孔の間隔が１０００μｍ程度以下であれば、一般
的な構造の太陽電池と比較しても何等遜色の無い高い出
力が得られた。またピンホールによるショート、リーク
の発生は見られなかった。従って本発明の構造は、開孔
の直径および開孔の間隔を適宜定めることにより、白色
蛍光灯下の如き低照度での使用条件において、実用上問
題の無い出力電力が得られることが確認できた。もちろ
ん上記実施例と同様な結果が得られれば、開孔の大き
さ、間隔、形状は自由に設定できることはいうまでもな
い。
ては開孔の間隔が１０００μｍ程度以下であれば、一般
的な構造の太陽電池と比較しても何等遜色の無い高い出
力が得られた。またピンホールによるショート、リーク
の発生は見られなかった。従って本発明の構造は、開孔
の直径および開孔の間隔を適宜定めることにより、白色
蛍光灯下の如き低照度での使用条件において、実用上問
題の無い出力電力が得られることが確認できた。もちろ
ん上記実施例と同様な結果が得られれば、開孔の大き
さ、間隔、形状は自由に設定できることはいうまでもな
い。
【００２２】〔実施例２〕図４は本発明の第２の実施例
の太陽電池を示したものである。ガラス基板４１上に第
１の電極４２を形成する。第１の電極４２はＡｌやＣｒ
等の金属でスパッタ法により形成した。第１の電極４２
の上に光電変換層４３が形成される。光電変換層４３は
グロー放電法を用いてＮ型アモルファスシリコン、真性
（Ｉ型）アモルファスシリコン、Ｐ型微結晶シリコンを
順次に積層したＰＩＮ接合で構成される。絶縁層４４は
実施例１と同様な手法を用い、光電変換層４３の上面に
複数の開孔を有して形成した。絶縁層４４の上に形成さ
れる第２の電極４５は酸化スズ、ＩＴＯ、酸化亜鉛等を
用いた透明電極である。なお開孔の直径および開孔間の
距離は実施例１と同様にした。本実施例においても、ピ
ンホールによるショート、リークの発生はなく、また実
用上十分な性能を得ることができた。
の太陽電池を示したものである。ガラス基板４１上に第
１の電極４２を形成する。第１の電極４２はＡｌやＣｒ
等の金属でスパッタ法により形成した。第１の電極４２
の上に光電変換層４３が形成される。光電変換層４３は
グロー放電法を用いてＮ型アモルファスシリコン、真性
（Ｉ型）アモルファスシリコン、Ｐ型微結晶シリコンを
順次に積層したＰＩＮ接合で構成される。絶縁層４４は
実施例１と同様な手法を用い、光電変換層４３の上面に
複数の開孔を有して形成した。絶縁層４４の上に形成さ
れる第２の電極４５は酸化スズ、ＩＴＯ、酸化亜鉛等を
用いた透明電極である。なお開孔の直径および開孔間の
距離は実施例１と同様にした。本実施例においても、ピ
ンホールによるショート、リークの発生はなく、また実
用上十分な性能を得ることができた。
【００２３】
【発明の効果】以上の如く、本発明により、白色蛍光灯
の如き低照度環境下にて使用するアモルファス太陽電池
を、光電変換層のピンホールが原因で生ずる電気的ショ
ート（短絡）不良を軽減しつつ十分な出力が得られるも
のとすることができ、製品の歩留りを向上させることが
できた。
の如き低照度環境下にて使用するアモルファス太陽電池
を、光電変換層のピンホールが原因で生ずる電気的ショ
ート（短絡）不良を軽減しつつ十分な出力が得られるも
のとすることができ、製品の歩留りを向上させることが
できた。
【００２４】また本発明によるアモルファス太陽電池は
光電変換層上に絶縁層を有しているため、大きなピンホ
ールが生じていた場合でもショート、リークが発生する
確率を極めて小さくでき、さらに製造時および長期使用
時における金属電極材料の光電変換層へのマイグレイシ
ョンをも防ぐことができ、全体的な特性および信頼性を
向上させることができた。
光電変換層上に絶縁層を有しているため、大きなピンホ
ールが生じていた場合でもショート、リークが発生する
確率を極めて小さくでき、さらに製造時および長期使用
時における金属電極材料の光電変換層へのマイグレイシ
ョンをも防ぐことができ、全体的な特性および信頼性を
向上させることができた。
【図１】 従来のアモルファス太陽電池の断面構造を示
す。
す。
【図２】 実施例１における太陽電池の構造を示す。
（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図を示す。
（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図を示す。
【図３】 実施例１の太陽電池の蛍光灯下における絶縁
層に設けられた開孔の大きさと間隔に対する出力の変化
を示す。
層に設けられた開孔の大きさと間隔に対する出力の変化
を示す。
【図４】 実施例２における太陽電池の断面構造を示
す。
す。
２１ ガラス基板 ２２ 透明電極 ２３ 光電変換層 ２４ 絶縁層 ２５ 金属電極 ４１ ガラス基板 ４２ 金属電極 ４３ 光電変換層 ４４ 絶縁層 ４５ 透明電極
Claims (6)
- 【請求項１】絶縁基板上に作製されるアモルファス太陽
電池において、該絶縁基板上に形成された第１の電極
と、該第１の電極上に形成された光電変換層と、該光電
変換層上に形成された絶縁層と、該絶縁層上に形成され
た第２の電極とを有し、前記絶縁層には複数の開孔が形
成され、該開孔内において上記第２の電極が光電変換層
と電気的に接続されていることを特徴とするアモルファ
ス太陽電池。 - 【請求項２】前記光電変換層は少なくとも１つのＰＩＮ
接合を含み前記絶縁層と接する該光電変換層のＰ型また
はＮ型の領域は微結晶シリコンで構成されることを特徴
とする請求項１に記載したアモルファス太陽電池。 - 【請求項３】前記絶縁層は窒化シリコンまたは酸化シリ
コンで構成されることを特徴とする請求項１に記載した
アモルファス太陽電池。 - 【請求項４】前記第１の電極が透明導電膜でありかつ前
記第２の電極が金属電極であることを特徴とする請求項
１に記載したアモルファス太陽電池。 - 【請求項５】前記第１の電極が金属電極でありかつ前記
第２の電極が透明導電膜であることを特徴する請求項１
に記載したアモルファス太陽電池。 - 【請求項６】絶縁基板上に第１の電極を形成する工程
と、前記第１の電極上に光電変換層を形成する工程と、
前記光電変換層の上に絶縁層を形成する工程と、前記絶
縁層に複数開孔を形成する工程と、前記開孔が形成され
た前記絶縁層の上に第２の電極を形成する工程を含むア
モルファス太陽電池の作製方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03128793A JP3310370B2 (ja) | 1993-01-27 | 1993-01-27 | アモルファス太陽電池およびその作製方法 |
| US08/186,540 US5458695A (en) | 1993-01-27 | 1994-01-26 | Solar cell and process for fabricating the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03128793A JP3310370B2 (ja) | 1993-01-27 | 1993-01-27 | アモルファス太陽電池およびその作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06224456A true JPH06224456A (ja) | 1994-08-12 |
| JP3310370B2 JP3310370B2 (ja) | 2002-08-05 |
Family
ID=12327097
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03128793A Expired - Lifetime JP3310370B2 (ja) | 1993-01-27 | 1993-01-27 | アモルファス太陽電池およびその作製方法 |
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| JP (1) | JP3310370B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9214587B2 (en) | 2010-08-19 | 2015-12-15 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Photoelectric conversion module and manufacturing method thereof |
| WO2018180441A1 (ja) * | 2017-03-27 | 2018-10-04 | 東洋アルミニウム株式会社 | 太陽電池用ペースト組成物 |
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|---|---|---|---|---|
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| WO2013134029A1 (en) * | 2012-03-06 | 2013-09-12 | Applied Materials, Inc. | Patterned aluminum back contacts for rear passivation |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1993
- 1993-01-27 JP JP03128793A patent/JP3310370B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-01-26 US US08/186,540 patent/US5458695A/en not_active Expired - Lifetime
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| CN110462845A (zh) * | 2017-03-27 | 2019-11-15 | 东洋铝株式会社 | 太阳能电池用膏状组合物 |
| CN110462845B (zh) * | 2017-03-27 | 2023-01-13 | 东洋铝株式会社 | 太阳能电池用膏状组合物 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5458695A (en) | 1995-10-17 |
| JP3310370B2 (ja) | 2002-08-05 |
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