JPH06338623A - 薄膜太陽電池 - Google Patents
薄膜太陽電池Info
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- JPH06338623A JPH06338623A JP5151253A JP15125393A JPH06338623A JP H06338623 A JPH06338623 A JP H06338623A JP 5151253 A JP5151253 A JP 5151253A JP 15125393 A JP15125393 A JP 15125393A JP H06338623 A JPH06338623 A JP H06338623A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】透光性絶縁基板上に透明導電膜、非晶質シリコ
ンを主材料とした光電変換層３、背面電極を順次積層し
てなる薄膜太陽電池において、光電変換層３と背面電極
５の間に０．５〜１２原子％のガリウムドープ酸化亜鉛
層４を介在させたことを特徴とする薄膜太陽電池。 【効果】光電変換効率が高く長期信頼性に優れた太陽電
池を供給することが可能となる。
ンを主材料とした光電変換層３、背面電極を順次積層し
てなる薄膜太陽電池において、光電変換層３と背面電極
５の間に０．５〜１２原子％のガリウムドープ酸化亜鉛
層４を介在させたことを特徴とする薄膜太陽電池。 【効果】光電変換効率が高く長期信頼性に優れた太陽電
池を供給することが可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は薄膜太陽電池に関するも
のである。
のである。
【０００２】
【従来の技術】モノシランガスなどのグロー放電分解や
光分解により形成される非晶質シリコン（以下ａ−Ｓｉ
と略す）薄膜は、気相成長法によって得られ、大面積化
が容易であるため、低コスト太陽電池の光電変換層に用
いられる。効率向上のためには、光電変換層に入射する
光の量が多いことが望ましい。このため、半導体薄膜と
背面金属電極の界面での光の反射量を増大し、太陽電池
の効率を向上させるために波長０．３〜２μｍの光に対
して高い反射率を示す銀等を背面電極として用いること
が一般的であった。しかし銀をシリコン半導体層上に直
接形成し、背面電極として用いても、銀電極層とａ−Ｓ
ｉ層との接合界面が合金化し、金属電極表面の光沢が喪
失されるため光反射特性が低下するという問題が存在し
た。
光分解により形成される非晶質シリコン（以下ａ−Ｓｉ
と略す）薄膜は、気相成長法によって得られ、大面積化
が容易であるため、低コスト太陽電池の光電変換層に用
いられる。効率向上のためには、光電変換層に入射する
光の量が多いことが望ましい。このため、半導体薄膜と
背面金属電極の界面での光の反射量を増大し、太陽電池
の効率を向上させるために波長０．３〜２μｍの光に対
して高い反射率を示す銀等を背面電極として用いること
が一般的であった。しかし銀をシリコン半導体層上に直
接形成し、背面電極として用いても、銀電極層とａ−Ｓ
ｉ層との接合界面が合金化し、金属電極表面の光沢が喪
失されるため光反射特性が低下するという問題が存在し
た。
【０００３】そこで、特公昭５５−１０８７８０号公報
に示されているように、光反射特性の低下を防ぐことを
目的としてａ−Ｓｉ層と背面金属電極間に酸化インジウ
ム−酸化錫の混合物（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等
の透明導電層を介在させる方法が提案された。この方法
はａ−Ｓｉ層と背面金属電極層を合金化が起らない程度
に隔てるものであるが、背面金属電極によって反射した
光をａ−Ｓｉ層に入射させ、なおかつ太陽電池の直列抵
抗成分を大きくしないために介在する透明導電層は必然
的に高透明性かつ高導電性である必要がある。高透明で
導電性の大きいＩＴＯ，ＺｎＯ膜を作製するためには基
板温度をある程度高くする必要があるが、太陽電池のａ
−Ｓｉ層は高温にすると熱劣化するため、前記ａ−Ｓｉ
層を熱で劣化させないためには透明導電層を２００℃以
下の比較的低い温度で形成しなければならず、従来技術
で透明度が高く導電性の大きい膜を形成することは困難
であった。
に示されているように、光反射特性の低下を防ぐことを
目的としてａ−Ｓｉ層と背面金属電極間に酸化インジウ
ム−酸化錫の混合物（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等
の透明導電層を介在させる方法が提案された。この方法
はａ−Ｓｉ層と背面金属電極層を合金化が起らない程度
に隔てるものであるが、背面金属電極によって反射した
光をａ−Ｓｉ層に入射させ、なおかつ太陽電池の直列抵
抗成分を大きくしないために介在する透明導電層は必然
的に高透明性かつ高導電性である必要がある。高透明で
導電性の大きいＩＴＯ，ＺｎＯ膜を作製するためには基
板温度をある程度高くする必要があるが、太陽電池のａ
−Ｓｉ層は高温にすると熱劣化するため、前記ａ−Ｓｉ
層を熱で劣化させないためには透明導電層を２００℃以
下の比較的低い温度で形成しなければならず、従来技術
で透明度が高く導電性の大きい膜を形成することは困難
であった。
【０００４】また、ａ−Ｓｉ層と背面銀電極層の間に透
明導電膜を介在させると太陽電池の電圧−電流曲線にお
いて曲線因子が大幅に減少するという問題が発生した。
この曲線因子の減少の程度は、透明導電膜介在による電
池の直列抵抗成分の増加だけでは説明できず、透明導電
膜の材質により変化することから、前記透明導電膜は特
定の材料である必要があると推定されるが、この問題に
関しては従来検討されていなかった。
明導電膜を介在させると太陽電池の電圧−電流曲線にお
いて曲線因子が大幅に減少するという問題が発生した。
この曲線因子の減少の程度は、透明導電膜介在による電
池の直列抵抗成分の増加だけでは説明できず、透明導電
膜の材質により変化することから、前記透明導電膜は特
定の材料である必要があると推定されるが、この問題に
関しては従来検討されていなかった。
【０００５】さらに、従来の方法においてＩＴＯや３価
のドーピング元素を含有するＺｎＯを透明導電層として
用いた場合には、ＩｎやＡｌ等の３価の元素がａ−Ｓｉ
層へ拡散するためａ−Ｓｉ半導体の特性が劣化し、電池
の光電変換効率が低下したり長期信頼性が低下する等の
問題も予想された。
のドーピング元素を含有するＺｎＯを透明導電層として
用いた場合には、ＩｎやＡｌ等の３価の元素がａ−Ｓｉ
層へ拡散するためａ−Ｓｉ半導体の特性が劣化し、電池
の光電変換効率が低下したり長期信頼性が低下する等の
問題も予想された。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術が
有していた前述の欠点を解消し、ａ−Ｓｉ膜上に低温で
形成しても背面金属電極の光沢を残存せしめ、背面金属
電極によって反射した光をａ−Ｓｉ層に効果的に再入射
させ、且つ、太陽電池の曲線因子の減少を防ぎ、同時に
３価元素のａ−Ｓｉ層への拡散が生じない安定な薄膜太
陽電池用電極を使用することにより、光電変換効率が高
く、同時に信頼性の高い太陽電池を提供することを目的
とする。
有していた前述の欠点を解消し、ａ−Ｓｉ膜上に低温で
形成しても背面金属電極の光沢を残存せしめ、背面金属
電極によって反射した光をａ−Ｓｉ層に効果的に再入射
させ、且つ、太陽電池の曲線因子の減少を防ぎ、同時に
３価元素のａ−Ｓｉ層への拡散が生じない安定な薄膜太
陽電池用電極を使用することにより、光電変換効率が高
く、同時に信頼性の高い太陽電池を提供することを目的
とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決すべくなされたものであり、透光性絶縁基板上に透明
導電膜、非晶質シリコンを主材料とした光電変換層、背
面電極を順次積層してなる薄膜太陽電池において、光電
変換層と背面電極の間にガリウムを含有する酸化亜鉛層
を介在させたことを特徴とする薄膜太陽電池を提供する
ものである。
決すべくなされたものであり、透光性絶縁基板上に透明
導電膜、非晶質シリコンを主材料とした光電変換層、背
面電極を順次積層してなる薄膜太陽電池において、光電
変換層と背面電極の間にガリウムを含有する酸化亜鉛層
を介在させたことを特徴とする薄膜太陽電池を提供する
ものである。
【０００８】さらに本発明は、前記酸化亜鉛層が亜鉛に
対して０．５原子％以上１２原子％以下のガリウムを含
有する酸化亜鉛層であることを特徴とする薄膜太陽電池
を提供するものである。
対して０．５原子％以上１２原子％以下のガリウムを含
有する酸化亜鉛層であることを特徴とする薄膜太陽電池
を提供するものである。
【０００９】すなわち本発明は、ａ−Ｓｉが熱劣化を引
き起こさないような低温で作製しても透明度が高く導電
性が大きく、且つ含有元素のａ−Ｓｉ層中への熱拡散が
起りにくいＺｎＯ層をａ−Ｓｉ層と背面金属電極の間に
介在させることにより、背面金属電極の光沢を残存せし
め、背面金属電極によって反射した光をａ−Ｓｉ層に効
果的に再入射させ、なおかつ太陽電池の曲線因子の減少
を防ぐことで前述の課題が解決された高効率で信頼性の
高い太陽電池を提供するものである。
き起こさないような低温で作製しても透明度が高く導電
性が大きく、且つ含有元素のａ−Ｓｉ層中への熱拡散が
起りにくいＺｎＯ層をａ−Ｓｉ層と背面金属電極の間に
介在させることにより、背面金属電極の光沢を残存せし
め、背面金属電極によって反射した光をａ−Ｓｉ層に効
果的に再入射させ、なおかつ太陽電池の曲線因子の減少
を防ぐことで前述の課題が解決された高効率で信頼性の
高い太陽電池を提供するものである。
【００１０】本発明に従い、ＺｎＯ透明導電膜中のガリ
ウム濃度を原子比で０．５％以上、１２％以下に制御す
れば、高い透過率を保ちながら比抵抗値が２×１０-4Ω
・ｃｍの膜をａ−Ｓｉ層の熱劣化の起らない低温で形成
することが可能である。さらにこのＺｎＯを太陽電池の
ａ−Ｓｉ層と背面金属電極の間に介在させても太陽電池
の曲線因子の減少は見られない。このような特性を示す
ＺｎＯへの添加元素はガリウムに限定される。すなわ
ち、亜鉛に対して０．５％以上１２％以下の範囲のガリ
ウムを添加することにより上述の欠点を解消した太陽電
池を提供することが可能である。
ウム濃度を原子比で０．５％以上、１２％以下に制御す
れば、高い透過率を保ちながら比抵抗値が２×１０-4Ω
・ｃｍの膜をａ−Ｓｉ層の熱劣化の起らない低温で形成
することが可能である。さらにこのＺｎＯを太陽電池の
ａ−Ｓｉ層と背面金属電極の間に介在させても太陽電池
の曲線因子の減少は見られない。このような特性を示す
ＺｎＯへの添加元素はガリウムに限定される。すなわ
ち、亜鉛に対して０．５％以上１２％以下の範囲のガリ
ウムを添加することにより上述の欠点を解消した太陽電
池を提供することが可能である。
【００１１】
【作用】本発明になる太陽電池の構成に示されるよう
に、ａ−Ｓｉ層と背面金属電極の間に介在させるＺｎＯ
膜中のガリウム濃度を前記のごとく制御すれば、ａ−Ｓ
ｉ層の熱劣化がおこらない２００℃以下の低温でも透明
度が高く導電性の大きな高品質のＺｎＯ膜を作製するこ
とが可能となる。さらにＺｎＯ層の介在により背面金属
電極とａ−Ｓｉが隔てられているために合金化が起ら
ず、背面金属電極の金属光沢は保たれる。また、ＺｎＯ
層の透明性が高いため、反射により光電変換層へ再入射
する光の量が増大する。
に、ａ−Ｓｉ層と背面金属電極の間に介在させるＺｎＯ
膜中のガリウム濃度を前記のごとく制御すれば、ａ−Ｓ
ｉ層の熱劣化がおこらない２００℃以下の低温でも透明
度が高く導電性の大きな高品質のＺｎＯ膜を作製するこ
とが可能となる。さらにＺｎＯ層の介在により背面金属
電極とａ−Ｓｉが隔てられているために合金化が起ら
ず、背面金属電極の金属光沢は保たれる。また、ＺｎＯ
層の透明性が高いため、反射により光電変換層へ再入射
する光の量が増大する。
【００１２】また、前述したように、従来からａ−Ｓｉ
層と背面金属電極層の間にある種の透明導電膜を介在さ
せると太陽電池の電圧−電流曲線において曲線因子が大
幅に減少するという問題が存在していた。この曲線因子
の減少は透明導電膜介在による電池の直列抵抗成分の増
加を考慮しても説明できないことから透明導電膜の介在
によりａ−Ｓｉ層／透明導電膜界面あるいは透明導電膜
／背面銀電極界面に新たに電気的なバリアが形成された
ために生じたと推定される。これに対して本発明の太陽
電池においては曲線因子の減少は見られなかった。すな
わち本発明の太陽電池においてはａ−Ｓｉ層／透明導電
膜界面もしくは透明導電膜／背面金属電極界面に電気的
なバリアが形成されることはない。
層と背面金属電極層の間にある種の透明導電膜を介在さ
せると太陽電池の電圧−電流曲線において曲線因子が大
幅に減少するという問題が存在していた。この曲線因子
の減少は透明導電膜介在による電池の直列抵抗成分の増
加を考慮しても説明できないことから透明導電膜の介在
によりａ−Ｓｉ層／透明導電膜界面あるいは透明導電膜
／背面銀電極界面に新たに電気的なバリアが形成された
ために生じたと推定される。これに対して本発明の太陽
電池においては曲線因子の減少は見られなかった。すな
わち本発明の太陽電池においてはａ−Ｓｉ層／透明導電
膜界面もしくは透明導電膜／背面金属電極界面に電気的
なバリアが形成されることはない。
【００１３】さらに、前記ガリウムをドープしたＺｎＯ
膜はＡｌ、Ｂ、Ｉｎ等他の３価金属をドープしたＺｎＯ
膜に比べ、膜そのものが非常に安定であるためａ−Ｓｉ
中への元素拡散が起りにくいと考えられる。この安定性
の違いはドーピング元素のイオン半径の違いによるもの
と推定される。すなわちＡｌ、Ｂのイオン半径はそれぞ
れＺｎに比べて小さすぎ、逆にＩｎは大きすぎるのに対
して、Ｇａのイオン半径はＺｎのそれに最も近いため格
子点のＺｎをＧａで置換した場合に固溶による格子歪が
最も小さくなると考えられる。つまり、Ｇａドープをし
た膜が構造的に最も安定となるため、結果として他層へ
の元素拡散が起りにくくなるものと考えられる。
膜はＡｌ、Ｂ、Ｉｎ等他の３価金属をドープしたＺｎＯ
膜に比べ、膜そのものが非常に安定であるためａ−Ｓｉ
中への元素拡散が起りにくいと考えられる。この安定性
の違いはドーピング元素のイオン半径の違いによるもの
と推定される。すなわちＡｌ、Ｂのイオン半径はそれぞ
れＺｎに比べて小さすぎ、逆にＩｎは大きすぎるのに対
して、Ｇａのイオン半径はＺｎのそれに最も近いため格
子点のＺｎをＧａで置換した場合に固溶による格子歪が
最も小さくなると考えられる。つまり、Ｇａドープをし
た膜が構造的に最も安定となるため、結果として他層へ
の元素拡散が起りにくくなるものと考えられる。
【００１４】
【実施例】以下本発明の実施例について図表を参照しな
がら詳細に説明する。図１は本発明になる薄膜太陽電池
の要部の断面構造を示したものである。この太陽電池は
次のようにして作製された。ガラス基板１上に透明電極
２としてＳｎＯ2 を常圧ＣＶＤ法で製膜し、その上にａ
−Ｓｉ：Ｈ薄膜を用いてｐ−ｉ−ｎ接合を有する光電変
換層３をプラズマＣＶＤ法により積層した。光電変換層
３に用いるものはａ−ＳｉＣ：Ｈ、ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ、
ａ−ＳｉＮ：Ｈ、ａ−ＳｉＳｎ：Ｈ等を挙げることがで
きる。次いで、前記光電変換層３の上部にガリウム（Ｇ
ａ）ドープのＺｎＯ層４をスパッタリング法により約５
００Å形成した。スパッタリングは真空装置をあらかじ
め１０-6Ｔｏｒｒ以下に排気した後、Ａｒガスを０．０
１Ｔｏｒｒ導入して行ない、スパッタリングパワーは５
０Ｗとした。また、ＺｎＯ層中のガリウム含有量は亜鉛
に対し０．５〜１２％、作製温度は室温（２５℃）〜２
００℃とした。ＺｎＯ層４の膜厚は、本実施例では５０
０Åとしたが、膜厚が増大するほど光の吸収が増えるた
めＺｎＯ自体の特性を失わない程度に薄いことが望まし
い。また、該ガリウムドープＺｎＯ層の形成方法に関し
ては特に限定されず、スパッタリング法、真空蒸着法等
の物理蒸着法やＣＶＤ法等の化学蒸着法が用いられる
が、より低温基板温度で良好な導電膜特性が得られる物
理蒸着法が好ましい。本実施例ではスパッタリング法と
して直流法を用いているが、これを高周波法で行っても
よいことはいうまでもない。最後に該ガリウムドープＺ
ｎＯ層上に背面金属電極層５としてＡｇをスパッタリン
グ法により約２０００Å形成し、最終的に５×５ｍｍ2
の大きさの太陽電池を作製した。
がら詳細に説明する。図１は本発明になる薄膜太陽電池
の要部の断面構造を示したものである。この太陽電池は
次のようにして作製された。ガラス基板１上に透明電極
２としてＳｎＯ2 を常圧ＣＶＤ法で製膜し、その上にａ
−Ｓｉ：Ｈ薄膜を用いてｐ−ｉ−ｎ接合を有する光電変
換層３をプラズマＣＶＤ法により積層した。光電変換層
３に用いるものはａ−ＳｉＣ：Ｈ、ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ、
ａ−ＳｉＮ：Ｈ、ａ−ＳｉＳｎ：Ｈ等を挙げることがで
きる。次いで、前記光電変換層３の上部にガリウム（Ｇ
ａ）ドープのＺｎＯ層４をスパッタリング法により約５
００Å形成した。スパッタリングは真空装置をあらかじ
め１０-6Ｔｏｒｒ以下に排気した後、Ａｒガスを０．０
１Ｔｏｒｒ導入して行ない、スパッタリングパワーは５
０Ｗとした。また、ＺｎＯ層中のガリウム含有量は亜鉛
に対し０．５〜１２％、作製温度は室温（２５℃）〜２
００℃とした。ＺｎＯ層４の膜厚は、本実施例では５０
０Åとしたが、膜厚が増大するほど光の吸収が増えるた
めＺｎＯ自体の特性を失わない程度に薄いことが望まし
い。また、該ガリウムドープＺｎＯ層の形成方法に関し
ては特に限定されず、スパッタリング法、真空蒸着法等
の物理蒸着法やＣＶＤ法等の化学蒸着法が用いられる
が、より低温基板温度で良好な導電膜特性が得られる物
理蒸着法が好ましい。本実施例ではスパッタリング法と
して直流法を用いているが、これを高周波法で行っても
よいことはいうまでもない。最後に該ガリウムドープＺ
ｎＯ層上に背面金属電極層５としてＡｇをスパッタリン
グ法により約２０００Å形成し、最終的に５×５ｍｍ2
の大きさの太陽電池を作製した。
【００１５】一方、比較例として図１と同じ構成の太陽
電池においてガリウムドープＺｎＯ層４を介在させず光
電変換層３の上に直接Ａｇ電極５を形成した太陽電池
（比較例１）、ガリウムドープＺｎＯ層４の代りにＩＴ
Ｏを介在させた太陽電池（比較例２）、ガリウムドープ
ＺｎＯ層４のガリウムドープ量を０％（ノンドープ）と
した太陽電池（比較例３）、同じくガリウムドープ量を
１５％とした太陽電池（比較例４、５、６）、そしてガ
リウムドープＺｎＯ層４の代りにＡｌをＺｎに対し３％
ドーピングしたＺｎＯ層を介在させた太陽電池（比較例
７、８、９）をそれぞれ作製した。比較例２〜９におい
てＩＴＯおよびＺｎＯの膜厚は実施例１のＺｎＯ層４の
膜厚と同じである。
電池においてガリウムドープＺｎＯ層４を介在させず光
電変換層３の上に直接Ａｇ電極５を形成した太陽電池
（比較例１）、ガリウムドープＺｎＯ層４の代りにＩＴ
Ｏを介在させた太陽電池（比較例２）、ガリウムドープ
ＺｎＯ層４のガリウムドープ量を０％（ノンドープ）と
した太陽電池（比較例３）、同じくガリウムドープ量を
１５％とした太陽電池（比較例４、５、６）、そしてガ
リウムドープＺｎＯ層４の代りにＡｌをＺｎに対し３％
ドーピングしたＺｎＯ層を介在させた太陽電池（比較例
７、８、９）をそれぞれ作製した。比較例２〜９におい
てＩＴＯおよびＺｎＯの膜厚は実施例１のＺｎＯ層４の
膜厚と同じである。
【００１６】太陽電池特性の評価は各太陽電池にソーラ
ーシミュレーターでＡＭ−１の光を照射したときの電圧
−電流特性を測定し、短絡電流（Ｉｓｃ）、開放端電圧
（Ｖｏｃ）、曲線因子（ＦＦ）、光電変換効率（η）を
相対比較することにより行なった。
ーシミュレーターでＡＭ−１の光を照射したときの電圧
−電流特性を測定し、短絡電流（Ｉｓｃ）、開放端電圧
（Ｖｏｃ）、曲線因子（ＦＦ）、光電変換効率（η）を
相対比較することにより行なった。
【００１７】表１に電極作製時の基板温度が室温の時の
評価結果を示す。各値はガリウムドープＺｎＯ層４を介
在させず光電変換層３の上に直接Ａｇ電極５を形成した
場合（比較例１）の値を１．００としたときの相対値で
示してある。
評価結果を示す。各値はガリウムドープＺｎＯ層４を介
在させず光電変換層３の上に直接Ａｇ電極５を形成した
場合（比較例１）の値を１．００としたときの相対値で
示してある。
【００１８】
【表１】
【００１９】実施例１と比較例１によれば、ａ−Ｓｉ層
と背面金属電極間に前記ガリウムドープのＺｎＯ透明導
電層を介在させることにより、介在させない場合に比べ
て短絡電流Ｉｓｃが約７％増加し、かつ曲線因子ＦＦが
約８％増加した結果、光電変換効率ηが１６％も向上し
た。Ｉｓｃの増加は、高透明、低抵抗なガリウムドープ
ＺｎＯの介在によりＡｇの合金化が防がれ、Ａｇ電極本
来の光沢が保持された結果であると考えられる。このＩ
ｓｃ値は比較例２のＩＴＯを介在した場合に比べて４％
大きい。これはガリウムドープＺｎＯが低温においても
透明度が高く導電性の大きい膜を形成することが可能で
あるのに対し、ＩＴＯではこれが困難なためである。こ
の結果は前記ガリウムドープＺｎＯを用いることで、従
来のＩＴＯを用いた場合に比べ背面Ａｇ電極による光の
反射が有効活用できることを示している。
と背面金属電極間に前記ガリウムドープのＺｎＯ透明導
電層を介在させることにより、介在させない場合に比べ
て短絡電流Ｉｓｃが約７％増加し、かつ曲線因子ＦＦが
約８％増加した結果、光電変換効率ηが１６％も向上し
た。Ｉｓｃの増加は、高透明、低抵抗なガリウムドープ
ＺｎＯの介在によりＡｇの合金化が防がれ、Ａｇ電極本
来の光沢が保持された結果であると考えられる。このＩ
ｓｃ値は比較例２のＩＴＯを介在した場合に比べて４％
大きい。これはガリウムドープＺｎＯが低温においても
透明度が高く導電性の大きい膜を形成することが可能で
あるのに対し、ＩＴＯではこれが困難なためである。こ
の結果は前記ガリウムドープＺｎＯを用いることで、従
来のＩＴＯを用いた場合に比べ背面Ａｇ電極による光の
反射が有効活用できることを示している。
【００２０】比較例３は室温で作製したノンドープＺｎ
Ｏを介在させた例である。Ｉｓｃ、ＦＦの大幅な減少に
より光電変換効率ηが大幅に減少している。この現象は
面積５×５ｍｍ2 、厚さ５００ÅのノンドープのＺｎＯ
の抵抗計算値約２×１０-5Ωの増加を考慮しても説明で
きないことからＺｎＯ膜の介在により新たに電気的なバ
リア等が形成されたために発生したと推定される。この
結果より、透明導電層の種類によってはａ−ＳｉとＡｇ
電極間へ介在させることにより曲線因子の低下が起こる
場合があり、前記透明導電層としては曲線因子の低下が
起らない特定の透明導電膜を介在させる必要があること
がわかる。すなわちノンドープのＺｎＯはａ−ＳｉとＡ
ｇ電極間の介在層として不適当であることがわかる。こ
れに対し、実施例１からもわかるようにガリウム６％ド
ープのＺｎＯを介在させた場合には曲線因子の低下は起
らず、むしろ増加する。
Ｏを介在させた例である。Ｉｓｃ、ＦＦの大幅な減少に
より光電変換効率ηが大幅に減少している。この現象は
面積５×５ｍｍ2 、厚さ５００ÅのノンドープのＺｎＯ
の抵抗計算値約２×１０-5Ωの増加を考慮しても説明で
きないことからＺｎＯ膜の介在により新たに電気的なバ
リア等が形成されたために発生したと推定される。この
結果より、透明導電層の種類によってはａ−ＳｉとＡｇ
電極間へ介在させることにより曲線因子の低下が起こる
場合があり、前記透明導電層としては曲線因子の低下が
起らない特定の透明導電膜を介在させる必要があること
がわかる。すなわちノンドープのＺｎＯはａ−ＳｉとＡ
ｇ電極間の介在層として不適当であることがわかる。こ
れに対し、実施例１からもわかるようにガリウム６％ド
ープのＺｎＯを介在させた場合には曲線因子の低下は起
らず、むしろ増加する。
【００２１】次に、ＺｎＯに含有される３価元素のａ−
Ｓｉ層への熱拡散について調べた。ガリウム６％ドープ
ＺｎＯ、ガリウム０．５％ドープＺｎＯ、ガリウム１２
％ドープＺｎＯ、ガリウム１５％ドープＺｎＯ、アルミ
ニウム（Ａｌ）３％ドープＺｎＯのおのおのの透明導電
層を室温、１００℃、２００℃で作製した場合の太陽電
池の評価結果を表２に示す。表中の値はガリウム６％ド
ープＺｎＯを２５℃で作製した場合（実施例１）の値を
１．００として相対値で示してある。
Ｓｉ層への熱拡散について調べた。ガリウム６％ドープ
ＺｎＯ、ガリウム０．５％ドープＺｎＯ、ガリウム１２
％ドープＺｎＯ、ガリウム１５％ドープＺｎＯ、アルミ
ニウム（Ａｌ）３％ドープＺｎＯのおのおのの透明導電
層を室温、１００℃、２００℃で作製した場合の太陽電
池の評価結果を表２に示す。表中の値はガリウム６％ド
ープＺｎＯを２５℃で作製した場合（実施例１）の値を
１．００として相対値で示してある。
【００２２】
【表２】
【００２３】実施例１、２、３はガリウム６％ドープの
ＺｎＯの例である。２００℃においてもＶｏｃ，ＦＦの
減少は見られない。またガリウム０．５％ドープＺｎＯ
（実施例４、５、６）、ガリウム１２％ドープＺｎＯ
（実施例７、８、９）においても同様の結果が得られて
いる。
ＺｎＯの例である。２００℃においてもＶｏｃ，ＦＦの
減少は見られない。またガリウム０．５％ドープＺｎＯ
（実施例４、５、６）、ガリウム１２％ドープＺｎＯ
（実施例７、８、９）においても同様の結果が得られて
いる。
【００２４】ＺｎＯ中に過度のガリウムが含有された場
合の一例としてガリウム１５％ドープのＺｎＯの例を比
較例４、５、６に示す。表２より明らかなように、２０
０℃においてＶｏｃ、ＦＦが減少している。以上の結果
からガリウムのドープ量が一定の範囲にあるＺｎＯ膜の
みが熱的に非常に安定であり、他層への元素拡散が起り
にくいと考えられる。
合の一例としてガリウム１５％ドープのＺｎＯの例を比
較例４、５、６に示す。表２より明らかなように、２０
０℃においてＶｏｃ、ＦＦが減少している。以上の結果
からガリウムのドープ量が一定の範囲にあるＺｎＯ膜の
みが熱的に非常に安定であり、他層への元素拡散が起り
にくいと考えられる。
【００２５】また、比較例７、８、９にドーピング元素
がＡｌの例を示す。Ｚｎに対するＡｌの添加量を０〜５
％の範囲で変化させた実験を行なった結果、３％の場合
に光電変換効率ηの最高値が得られたため、本比較例に
おいてはＡｌをＺｎに対し３％ドーピングした例を示し
た。表２より２００℃で作製した場合にＶｏｃ，ＦＦが
減少していることがわかる。ａ−Ｓｉ層を熱劣化させな
いためには２００℃以下で高透明かつ導電性の大きいＺ
ｎＯ膜を作製し、ａ−Ｓｉ層と背面Ａｇ電極を隔てる必
要がある。この温度範囲では基板温度が高い程透明度は
高く、導電性の大きなＺｎＯ膜が作製できると考えられ
るが、基板温度が２００℃の場合には膜中のＡｌがａ−
Ｓｉ中へ熱拡散したことによりａ−Ｓｉの特性劣化が起
り、そのため電池の光電変換効率が低下したと考えられ
る。前述のように、ドーピング元素がガリウムの場合に
は同条件で作製しても光電変換効率の低下が起らないこ
とから、このような元素拡散を防止するためにはＺｎＯ
のドーピング元素はガリウムでなければならないことは
明らかである。
がＡｌの例を示す。Ｚｎに対するＡｌの添加量を０〜５
％の範囲で変化させた実験を行なった結果、３％の場合
に光電変換効率ηの最高値が得られたため、本比較例に
おいてはＡｌをＺｎに対し３％ドーピングした例を示し
た。表２より２００℃で作製した場合にＶｏｃ，ＦＦが
減少していることがわかる。ａ−Ｓｉ層を熱劣化させな
いためには２００℃以下で高透明かつ導電性の大きいＺ
ｎＯ膜を作製し、ａ−Ｓｉ層と背面Ａｇ電極を隔てる必
要がある。この温度範囲では基板温度が高い程透明度は
高く、導電性の大きなＺｎＯ膜が作製できると考えられ
るが、基板温度が２００℃の場合には膜中のＡｌがａ−
Ｓｉ中へ熱拡散したことによりａ−Ｓｉの特性劣化が起
り、そのため電池の光電変換効率が低下したと考えられ
る。前述のように、ドーピング元素がガリウムの場合に
は同条件で作製しても光電変換効率の低下が起らないこ
とから、このような元素拡散を防止するためにはＺｎＯ
のドーピング元素はガリウムでなければならないことは
明らかである。
【００２６】以上の結果より、ａ−Ｓｉ層と背面金属電
極間に介在させる透明導電膜はガリウムドープのＺｎＯ
でなければならず、そのガリウム含有量はＺｎに対し
０．５〜１２原子％でなければならないことは明らかで
ある。また、前記ガリウムドープＺｎＯ層の介在によ
り、背面金属電極の光沢を残存せしめ、背面金属電極に
よって反射した光をａ−Ｓｉ層に効果的に再入射させ、
且つ、太陽電池の曲線因子の減少を防ぎ、同時に３価元
素のａ−Ｓｉ層への拡散を防止することが可能となるた
め、薄膜太陽電池の光電変換効率が大幅に向上すること
は明らかである。また、非常に安定なガリウムドープＺ
ｎＯ層を用いることで、電池の長期信頼性も向上すると
考えられる。
極間に介在させる透明導電膜はガリウムドープのＺｎＯ
でなければならず、そのガリウム含有量はＺｎに対し
０．５〜１２原子％でなければならないことは明らかで
ある。また、前記ガリウムドープＺｎＯ層の介在によ
り、背面金属電極の光沢を残存せしめ、背面金属電極に
よって反射した光をａ−Ｓｉ層に効果的に再入射させ、
且つ、太陽電池の曲線因子の減少を防ぎ、同時に３価元
素のａ−Ｓｉ層への拡散を防止することが可能となるた
め、薄膜太陽電池の光電変換効率が大幅に向上すること
は明らかである。また、非常に安定なガリウムドープＺ
ｎＯ層を用いることで、電池の長期信頼性も向上すると
考えられる。
【００２７】
【発明の効果】本発明は低温で作製しても透明度が高く
導電性が大きくかつ安定であるという特徴を有するガリ
ウムドープＺｎＯ膜を太陽電池の背面金属電極と前記シ
リコン半導体層間に介在することにより、背面金属電極
の光沢を残存せしめ、背面金属電極によって反射した光
をａ−Ｓｉ層に効果的に再入射させ、且つ、太陽電池の
曲線因子の減少を防ぎ、同時に３価元素のａ−Ｓｉ層へ
の拡散を防止するという優れた効果を有する。このた
め、光電変換効率が高く長期信頼性に優れた太陽電池を
供給することが可能となる。
導電性が大きくかつ安定であるという特徴を有するガリ
ウムドープＺｎＯ膜を太陽電池の背面金属電極と前記シ
リコン半導体層間に介在することにより、背面金属電極
の光沢を残存せしめ、背面金属電極によって反射した光
をａ−Ｓｉ層に効果的に再入射させ、且つ、太陽電池の
曲線因子の減少を防ぎ、同時に３価元素のａ−Ｓｉ層へ
の拡散を防止するという優れた効果を有する。このた
め、光電変換効率が高く長期信頼性に優れた太陽電池を
供給することが可能となる。
【００２８】また、ＧａドープＺｎＯは従来のＩＴＯや
ＡｌドープＺｎＯ等の透明導電膜に比べ材料費が安いた
め、より低価格で効率の高い薄膜太陽電池を製造するこ
とができるという利点がある。
ＡｌドープＺｎＯ等の透明導電膜に比べ材料費が安いた
め、より低価格で効率の高い薄膜太陽電池を製造するこ
とができるという利点がある。
【００２９】本発明は単なるｐｉｎ太陽電池ばかりでな
く、タンデムセルにも適用可能である。また、背面金属
電極を用いず、ガリウムドープＺｎＯ層自体を背面電極
とした電池構成も可能である。さらに、本発明はａ−Ｓ
ｉ：Ｈ、ａ−ＳｉＣ：Ｈ太陽電池ばかりではなくａ−Ｓ
ｉＧｅ：Ｈ、ａ−ＳｉＮ：Ｈ、ａ−ＳｉＳｎ：Ｈ等の合
金型アモルファス太陽電池や、ＣｕＩｎＳｅ2 等のカル
コパイライト系、１２族−１６族系（たとえばＣｄ−Ｔ
ｅ等）をはじめとする薄膜太陽電池一般に幅広く適用す
ることが可能である。
く、タンデムセルにも適用可能である。また、背面金属
電極を用いず、ガリウムドープＺｎＯ層自体を背面電極
とした電池構成も可能である。さらに、本発明はａ−Ｓ
ｉ：Ｈ、ａ−ＳｉＣ：Ｈ太陽電池ばかりではなくａ−Ｓ
ｉＧｅ：Ｈ、ａ−ＳｉＮ：Ｈ、ａ−ＳｉＳｎ：Ｈ等の合
金型アモルファス太陽電池や、ＣｕＩｎＳｅ2 等のカル
コパイライト系、１２族−１６族系（たとえばＣｄ−Ｔ
ｅ等）をはじめとする薄膜太陽電池一般に幅広く適用す
ることが可能である。
【図１】本発明に係る非晶質シリコン太陽電池の断面図
１：ガラス基板 ２：透明電極 ３：光電変換層 ４：ガリウムドープＺｎＯ層 ５：背面金属電極層
Claims (2)
- 【請求項１】透光性絶縁基板上に透明導電膜、非晶質シ
リコンを主材料とした光電変換層、背面電極を順次積層
してなる薄膜太陽電池において、光電変換層と背面電極
の間にガリウムを含有する酸化亜鉛層を介在させたこと
を特徴とする薄膜太陽電池。 - 【請求項２】前記酸化亜鉛層が亜鉛に対して０．５原子
％以上１２原子％以下のガリウムを含有する酸化亜鉛層
であることを特徴とする請求項１記載の薄膜太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5151253A JP3025392B2 (ja) | 1993-05-28 | 1993-05-28 | 薄膜太陽電池とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5151253A JP3025392B2 (ja) | 1993-05-28 | 1993-05-28 | 薄膜太陽電池とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06338623A true JPH06338623A (ja) | 1994-12-06 |
| JP3025392B2 JP3025392B2 (ja) | 2000-03-27 |
Family
ID=15514625
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5151253A Expired - Fee Related JP3025392B2 (ja) | 1993-05-28 | 1993-05-28 | 薄膜太陽電池とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3025392B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003264307A (ja) * | 2002-03-11 | 2003-09-19 | Sharp Corp | 薄膜太陽電池及びその製造方法 |
| JP2004327496A (ja) * | 2003-04-21 | 2004-11-18 | Asahi Glass Co Ltd | 太陽電池およびその製造方法 |
| US6822158B2 (en) | 2002-03-11 | 2004-11-23 | Sharp Kabushiki Kaisha | Thin-film solar cell and manufacture method therefor |
| EP1553637A2 (en) * | 2004-01-09 | 2005-07-13 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Photovoltaic device |
| JP2007258537A (ja) * | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 光電変換装置及びその製造方法 |
| WO2009037734A1 (ja) | 2007-09-18 | 2009-03-26 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | 光電変換装置及びその製造方法 |
| WO2009119129A1 (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-01 | 三菱重工業株式会社 | 光電変換装置及びその製造方法 |
| JP2009277357A (ja) * | 2008-05-12 | 2009-11-26 | Asahi Kasei Corp | ＺｎＯ系電界放出電子源 |
-
1993
- 1993-05-28 JP JP5151253A patent/JP3025392B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003264307A (ja) * | 2002-03-11 | 2003-09-19 | Sharp Corp | 薄膜太陽電池及びその製造方法 |
| US6822158B2 (en) | 2002-03-11 | 2004-11-23 | Sharp Kabushiki Kaisha | Thin-film solar cell and manufacture method therefor |
| JP2004327496A (ja) * | 2003-04-21 | 2004-11-18 | Asahi Glass Co Ltd | 太陽電池およびその製造方法 |
| EP1553637A2 (en) * | 2004-01-09 | 2005-07-13 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Photovoltaic device |
| EP1553637A3 (en) * | 2004-01-09 | 2006-01-04 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Photovoltaic device |
| AU2005200023B2 (en) * | 2004-01-09 | 2006-11-09 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Photovoltaic device |
| JP2007258537A (ja) * | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 光電変換装置及びその製造方法 |
| WO2009037734A1 (ja) | 2007-09-18 | 2009-03-26 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | 光電変換装置及びその製造方法 |
| WO2009119129A1 (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-01 | 三菱重工業株式会社 | 光電変換装置及びその製造方法 |
| KR100981900B1 (ko) * | 2008-03-28 | 2010-09-13 | 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 | 광전 변환 장치 및 그 제조 방법 |
| TWI462310B (zh) * | 2008-03-28 | 2014-11-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Photoelectric conversion device and manufacturing method thereof |
| JP2009277357A (ja) * | 2008-05-12 | 2009-11-26 | Asahi Kasei Corp | ＺｎＯ系電界放出電子源 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3025392B2 (ja) | 2000-03-27 |
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