JPH0624249B2 - 薄膜太陽電池の製造方法 - Google Patents

薄膜太陽電池の製造方法

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JPH0624249B2 JP60180372A JP18037285A JPH0624249B2 JP H0624249 B2 JPH0624249 B2 JP H0624249B2 JP 60180372 A JP60180372 A JP 60180372A JP 18037285 A JP18037285 A JP 18037285A JP H0624249 B2 JPH0624249 B2 JP H0624249B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明の背景 本発明は薄膜太陽電池の製法に関し、特に、透明な前面
電極と半導体層との間に遊離金属の層を有する太陽電池
の製法に関する。
薄膜太陽電池の技術は周知でありそしてそのようなデバ
イスを商業的に実際的なものとする努力においてその技
術における改良がなされつつある。例えば、無定形珪素
p−i−n構造が米国特許第4,385,200号及び
同第4,388,482 号に開示されている。他の米国特許第4,
410,559 号は種々のドーピング材料を用いて無定形珪素
膜を蒸着するためのグロー放電技術に関するより詳細な
技術を教示する。
無定形珪素太陽電池は全く単純であると思われる一方
で、続けられた開発はそのような電池において多くの限
界のあることを発見した。上記特許は全体的な電池効率
を改良する種々の方法を論じている。それらの特許に示
されているように、これらの中で代表的な太陽電池は、
透明な前面導電体層を支持しているガラスのような透明
な基板を含み、この層上に無定形珪素のデバイスを蒸着
し更にこの上に通常金属の後面導電体を蒸着している。
電流は前面透明導電体及び後面金属導電体の手段により
デバイスから運ばれる。導電体の抵抗率、特に透明な導
電体における改良はデバイスの内部抵抗を減少させるこ
とが出来、そしてそれにより効率を改良することが長い
間認識されてきた。最大作動電圧近くにピーク電流出力
を維持する為の能力は電池フイル(fill)とファクター
(CFF)と称され高い等級が好ましいとされる。種々の
導電性層及びそれらの間の界面の内部抵抗はCFFを改
良するために減少されなければならない。
本発明の概要 本発明によれば、透明な導電層と半導体層との間に遊離
金属が存在すると電池フイルファクターが改良されるこ
とが見い出された。また半導体層を蒸着するのと同じグ
ロー放電装置を用いて、遊離金属が透明な導電層上に有
効に形成出来ることが見い出された。
好ましい態様の記載 第1図に本発明による基本的な太陽電池の構造が例示さ
れる。この態様において、太陽電池は透明な絶縁基板1
0上に形成される。好ましい態様において、この基板1
0は約1ミリメートルの厚さを有する比較的に安いソー
ダ石灰ガラスである。透明な導電体(TC)層は基板1
0上に蒸着されて完成デバイスにおける前面接触子すな
わち前面電極12を形成する。前面電極12は代表的に
は4000〜5000オングストロームの厚さでありそ
して主として酸化錫から形成されるがしかし当業界に周
知であるようにインジウムまたは弗素のような材料を用
いてドーピング処理されてもよい。
遊離金属層14は前面電極12上に形成されてもよいし
あるいは蒸着されてもよい。好ましい態様において、層
14は、例えばスパッタリングにより、直接蒸着される
かあるいはグロー放電装置中において前面電極12の一
部分の還元により形成される錫である。層14は約10
〜100好ましくは約10〜50オングストロームの厚
さを有する。層14は、基板10を通過して受け入れら
れる光の伝達を妨げないように十分に薄くなければなら
ないことは明らかである。
本明細書に用いられる用語「遊離金属」例えば遊離錫と
は何ら酸素の結合を有しない金属または錫の元素状態を
言う。これは完全太陽電池デバイスにおいて、金属また
は錫原子がおたがいに多量に結合している金属または錫
の連続層が存在することを必ずしも意味しない。むしろ
以下に記載される珪素の如き光起電力半導体層16の第
一部分の構造中に遊離金属が含まれることがありうる。
半導体層16は層14上に形成される。好ましい態様に
おいて半導体層16は上に言及した米国特許に教示され
ているようなP−I−N無定形珪素光起電力電池であり
そして全体で約5000〜7000オングストロームの
厚さを有するだろう。各々のP、I及びN層は、図面を
簡略化するために図中に別に図解されていない。
本発明の太陽電池は半導体層16上に後面電気接触子す
なわち後面電極18を提供することにより完成される。
好ましい態様において、後面電極18はアルミニウムか
ら形成されそして約2000オングストロームの厚さに蒸着
される。後面電極18は、勿論、前面電極12のために典
型的に使用されるような透明な導電体又はその他の導電
体材料から形成されてもよい。
上記のように、CFFを改良するための内部デバイス抵
抗の減少は薄膜太陽電池の研究及び開発の目的であった
が、本発明による遊離金属層14の使用は非常にCFF
を改良することが分かった。この改良は、前面電極12
と半導体層16との界面での抵抗の減少によると信じら
れる。前面電極12が酸化錫から主として形成される場
合は、遊離金属、なるべくは錫、は前面電極12に対し
良好な電気的接触を与えるものと思われる。半導体層1
6のグロー放電蒸着の際、遊離金属層14は蒸着された
半導体の第一部分との合金となり、それにより半導体層
16への良好な電気的接触を形成すると信じられる。す
なわちCFFに関する電池性能の実質的な改良をもたら
し、これは前面電極12と半導体層16との間に低い抵
抗の接触が行われるからであると信じられる。
遊離金属層14を形成する好ましい方法は、半導体層1
6を蒸着するために使用される同じグロー放電装置にお
いて行われる。例えば、上記米国特許第4,410,5
59号に教示されているようなグロー放電装置はこの目
的のために適当であろう。水素ガスの流れが提供される
そのようなグロー放電に前面電極12をさらすことによ
り遊離金属層14がその上に形成出来ることが分かっ
た。例えば、約30オングストロームの遊離錫は、次の
条件下のグロー放電処理により酸化錫よりなる前面電極
12上に形成出来る。
100標準cm3/分で流れる水素、1.5トルの圧力、
13.56MHzの30ワットを6秒間215平方イン
チの表面に適用。
上記方法は、水素グロー放電が、珪素の蒸着前に前面電
極被覆基板をクリーニングする目的で使用された時見出
された。CFFにおける予期しなかった驚くべき改良が
そのようなクリーニング工程から生じたとき、本発明者
等は、遊離金属が生成されつつあり且つそれが改良され
た性能の原因となったことを了解した。水素グロー放電
の結果として遊離金属の存在を証明するために前面電極
12上に直接蒸着された遊離錫を用いてサンプルのデバ
イスをつくった。例えば、前面電極被覆基板をスパッタ
リング室に置きそして約30オングストロームの厚さを
有する遊離錫層を蒸着するために錫ターゲットが使用さ
れた。次にこの基板をグロー放電室に移動させ、そこで
無定形珪素p−i−n構造を蒸着させた。次にアルミニ
ウムよりなる後面電極18の蒸着によりデバイスを完成
させた。試験の結果、遊離錫の存在により電池フイル
(fill)ファクターが改良されたことが分かった。例え
ばスパッタリング処理された錫層を有する電池のCFF
は約0.73であった。これに対しスパッタリングによ
っても又は水素グロー放電によっても錫を適用しなかっ
たがしかし他の点では同一であった電池は約0.64の
CFFを示したに過ぎない。
ここで前面電極12上の遊離錫の効果が前面電極上への
錫の直接蒸着により例示されたけれども、遊離金属の製
造のためにグロー放電技術が好ましいと思われる。
グロー放電装置は、その室から基板を取り出すことなし
に本質的に連続的方法で複数の珪素層が蒸着されるよう
にオートメーション化しうる。遊離金属層14の生成
は、基板の物理的運動をなんら必要とせずにグロー放電
処理の第1工程として行うことが出来る。これにより労
力が節約されるのみならず蒸発室からグロー放電室への
基板の運動中の基板汚染を回避することができる。
このような方法を用いることにより得られた結果の例は
第1表に示される。水素グロー条件は、電池パラメータ
についての効果を測定するために時間を変えた以外は上
に示された条件と同じであった。0.1〜5分の処理時
間でCFFは非常に改良されたけれども、処理時間が
0.1分を越えて増加するにつれて電池効率は減少し
た。したがって、初期の有効量以上の遊離錫の使用は前
面電極12の光の透過量を単に減少させるように思われ
る。
第1表により示されるように、約0.1分の水素グロー
処理時間が好ましいように思われる。しかしながら、そ
のような短い処理時間では製造状態において均一且つ再
現可能な結果を達成すべくコントロールすることはむず
かしい。
本発明者等は多少遅い速度で前面電極12から遊離錫を
生じさせそしてしたがってより容易にコントロールしう
ると思われる他のグロー放電法を開発した。一つの方法
は、半導体層16の初期の部分が蒸着された後に上記水
素グロー放電処理を使用することである。これは、半導
体層16のPドーピング処理された部分(この部分は約
100オングストロームの厚さである)の蒸着後都合良
く行うことが出来る。この半導体層16は前面電極12
を遮蔽するあるいはさもなければ還元処理を送らせるが
しかしそれを完全にストップさせない。第1表の0.1
分の処理時間に等しい結果は5分のグロー放電時間で達
成される。
グロー放電処理の他の方法は非反応性ガスを使用するこ
とである。前面電極12の表面に対しこれらのガスによ
る衝撃が選択的に酸素を除去し、それにより遊離錫を生
じさせるように思われる。上記と同様であるがしかし水
素の代わりにアルゴンを用いたグロー放電処理は、もし
より長い処理時間を使用したならば同じ改良された結果
を与えた。したがって、1分間のアルゴングロー放電へ
の酸化錫の前面電極12の露出は、前面電極12上への
遊離錫の30オングストロームの直接スパッタリングに
相当する電池改良を生ずる。
遊離金属の効果は前面電極上への純粋な錫の蒸着により
立証されたが、他の金属元素が遊離金属層14に存在し
てもよいように思われる。したがって前面電極12はイ
ンジウム及び他の物質を含有してもよい。遊離金属層1
4がグロー放電還元により形成される場合、錫以外の遊
離金属成分も生成することが予想される。
本発明は、特定の構造の太陽電池の製造方法に関して例
示され且つ記載されたけれども、本発明の範囲内で種々
の変更がなされることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法により得られる薄膜太陽電池の1例
の拡大横断面図を示す。 10……透明な絶縁基板、12……前面電極、14……
遊離金属層、16……光起電力半導体、18……後面電
極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デイビツド・ピー・タナー アメリカ合衆国カリフオルニア州,サウザ ンド・オークス,バレンシア・サークル 2669番 (56)参考文献 特開 昭59−22361(JP,A)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】主として酸化錫よりなる透明な前面電極を
    有する基板がグロー放電室に配置されそして半導体層が
    前記透明な前面電極上に蒸着される、薄膜太陽電池の製
    造方法において、 前記半導体層の蒸着の前に、前記透明な前面電極の表面
    上に遊離錫の本質的に透明な層を生じさせるのに十分な
    時間の間グロー放電を用いて前記透明な前面電極を処理
    することを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】前記グロー放電が水素ガスを含む特許請求
    の範囲第(1)項に記載の方法。
  3. 【請求項3】前記グロー放電が非反応性ガスのみを含む
    特許請求の範囲第(1)項に記載の方法。
  4. 【請求項4】前記グロー放電が主としてアルゴンガスの
    みを含む特許請求の範囲第(1)項に記載の方法。
  5. 【請求項5】主として酸化錫よりなる透明な前面電極を
    有する基板がグロー放電室に配置されそして半導体層が
    該透明な前面電極上に蒸着される、薄膜太陽電池の製造
    方法において、 第一半導体層の蒸着後に、前記透明な前面電極と前記第
    一半導体層との界面で遊離錫の本質的に透明な層を生じ
    させるのに十分な時間の間、水素ガスを含むグロー放電
    を用いて前記基板を処理することを特徴とする方法。
JP60180372A 1984-10-22 1985-08-16 薄膜太陽電池の製造方法 Expired - Lifetime JPH0624249B2 (ja)

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