JPH06350116A - 太陽電池 - Google Patents

太陽電池

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JPH06350116A
JPH06350116A JP5160222A JP16022293A JPH06350116A JP H06350116 A JPH06350116 A JP H06350116A JP 5160222 A JP5160222 A JP 5160222A JP 16022293 A JP16022293 A JP 16022293A JP H06350116 A JPH06350116 A JP H06350116A
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JP
Japan
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film
cds
thin film
cdte
group iii
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JP5160222A
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English (en)
Inventor
Mikihiko Nishitani
幹彦 西谷
Takahiro Wada
隆博 和田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/543Solar cells from Group II-VI materials

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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 CdS膜の面抵抗を下げることによって、高
効率 のCdS/CdTe太陽電池を提供する。 【構成】 III族元素を含む酸化物薄膜/CdS/Cd
TeあるいはIII族元素を含む透明導電性酸化物薄膜/
ZnO/CdS/CdTeの構成の太陽電池。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エネルギー変換効率の
高い太陽電池の構成に関する。
【0002】
【従来の技術】全印刷方式のCdS/CdTe太陽電池
は、すでに産業用として生産されており、技術的には完
成度の高いものである。その技術に関する詳細は、たと
えば、固体物理、第24巻、第1024−1054頁
(1989)に述べられているが、ここでは図4ととも
にその概略を以下に説明する。図4はその太陽電池の構
造を示している。基板としては、ガラス基板1を用い
る。その上に焼結の際の融剤として働く少量のCdCl
2とともにCdSをプロピレングリコールに混練させた
ペーストをストライプ状にスクリーン印刷し、プロピレ
ングリコールを適当な熱処理で飛ばした後、690℃程
度の温度で焼結する。こうして得られるCdS焼結膜2
の厚さは、約10〜30μmで、透明電極とn型半導体
の2つの役割を果たす。この島状に形成されたCdS焼
結膜2上に、CdSと同様の工程で膜厚5〜10μmの
CdTe焼結膜3を部分的に形成し、さらにその上にカ
ーボン電極4を印刷により形成する。カーボン電極に
は、CdTeをp型にするようなアクセプタ不純物Cu
を含ませている。太陽電池モジュール作製の際には、太
陽電池セル間の接続電極として、CdS上およびカーボ
ン電極上に(Ag+In)電極5を設ける。(Ag+I
n)電極も同様なスクリーン印刷の工程で形成される。
【0003】以上のようにして作製された太陽電池の特
性は図6及び図7にBで示している。モジュールの変換
効率は、8.1%(30×40cm2)で、有効面積に
おける変換効率は、10.1%である(Proc.of
21th IEEE Photovol.Spec.
Conf.,P946−951)。また、この太陽電池
は、500nmから850nmの波長をもつ光にすぐれ
た感度を持っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前述の全印刷方式のC
dS/CdTe太陽電池における課題は、有効面積にお
ける変換効率10.1%とモジュールの変換効率8.1
%の差異が非常に大きい、すなわち有効面積率が約80
%と面積のロスが多いことである。この原因は、主にC
dS膜が透明電極とn型半導体の2つの役割を果たして
いることにある。構成としては簡単でよいが、CdS膜
の比抵抗が0.1−0.5Ω・cm程度であり、透明電
極としてはやや高抵抗である。その結果、CdS膜の厚
さとして約10〜30μm必要であり、モジュール化に
際しても図4のLに示したセルのピッチを4mm以下に
する必要を生じる。このことは、太陽電池のセル同志の
接続箇所が増え、有効面積率の低下につながる。さら
に、この太陽電池の構成ではCdS膜の厚さが厚いこと
から、500nm以下の波長を持つ光をほとんど利用で
きない。
【0005】以上の課題を解決する方法として、ITO
やSnO2などの電気伝導度が103Ω-1・cm-1以上と
高い透明導電膜を利用して、CdSをn型の半導体とし
ての役割だけにとどめることが考えられる。そうすれ
ば、CdS膜を0.5μm以下にでき、500nm以下
の光も取り込める。しかし、この方法は、全印刷方式の
CdS/CdTe太陽電池には適当でない。印刷方式に
よるCdS焼結膜は、多孔質な膜であるため、ITOや
SnO2の透明導電膜とCdTe膜が短絡する不都合を
有するのである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の太陽電池は、透
明絶縁基板上に形成されたIII族元素を含む酸化物薄
膜、前記酸化物薄膜上に形成されたCdS焼結膜、前記
CdS焼結膜上にその一部を除いて形成されたCdTe
膜、および前記CdTe膜の上部電極と前記CdS焼結
膜とを接続する電極を具備することを特徴とする。ま
た、本発明の太陽電池は、透明絶縁基板上に形成された
III族元素を含む酸化物薄膜、前記酸化物薄膜上にその
一部を除いて形成されたZnO薄膜、前記ZnO薄膜上
に形成されたCdS焼結膜、前記CdS焼結膜上にその
一部を除いて形成されたCdTe膜、および前記CdT
e膜の上部電極と前記CdS焼結膜とを接続する電極を
具備することを特徴とする。
【0007】前者の太陽電池に用いるIII族元素を含む
酸化物薄膜として、厚さ500−5000オングストロ
ームのIn23あるいはAl23を用いることが好適で
ある。また、後者の太陽電池におけるCdS焼結膜の代
わりに、真空蒸着法や熱壁蒸着法によるCdS膜を用い
てもよい。
【0008】
【作用】上記の構成にしたがって製造される本発明の太
陽電池においては、CdS焼結膜の比抵抗は、従来0.
1−0.5Ω・cm程度であったものを、0.05−
0.01Ω・cm程度にまで下げることができる。それ
は、CdS焼結膜を作製するための熱処理中に、III族
元素の酸化物薄膜から熱拡散によってIII族元素がCd
S焼結膜中に導入されるからである。この程度の比抵抗
の焼結膜は、III族元素の導入によってCdS膜の結晶
性を損ねる程のものではないので、CdTe膜との良好
な接合を形成することが充分可能であるだけでなく、内
部起電力の増加も見込める。それ以下の比抵抗を示すほ
どにIII族元素を導入することは、CdS焼結膜の結晶
性に悪影響を与えるので、III族元素の導入量を制御す
る必要が生じる。
【0009】本発明では、その制御手段として、III族
元素の酸化物の膜厚を制御してIII族元素そのものの量
を制限する方法、およびCdS膜とそのIII族元素の酸
化物との間にZnO薄膜を挿入してIII族元素のCdS
膜中への熱拡散量を制限する方法を採用している。後者
の方法は、CdS膜を0.5μm以下にしてCdS/C
dTe太陽電池を構成する場合において特に有効で、Z
nO薄膜がIII族元素のCdS膜中への熱拡散量を制限
する役割とIn23やITOとCdTe膜との短絡を防
ぐ役割をする。その結果、CdS膜を0.5μm以下に
しても優れたCdTe膜との接合を形成することがで
き、500nm以下の波長の光を取り込めるようになる
利点がある。この場合のCdS膜は、n型半導体として
の役割を果たすだけでよく、透明電極としての役割は、
In23やITOが果たすことになる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 [実施例1]本実施例の太陽電池の製造工程を図1に示
している。まず、ガラス基板1上にたとえばIn23
るいはAl23の膜6をスパッタリング蒸着により50
0−5000オングストロームの厚さでストライプ状に
形成する。次に、CdS粉末と少量のCdCl2をプロ
ピレングリコールとともによく混練したペーストをスク
リーン印刷機を用いて前記酸化物薄膜上に印刷し、低温
乾燥炉で乾燥した後、N2ガス雰囲気中において690
℃で焼成して膜厚約10〜30μmのCdS膜2を形成
する(図1(a))。
【0011】CdS膜2上に、セル間の接続用の部分を
残し、CdS膜の場合と同様のスクリーン印刷、低温乾
燥の後、N2ガス雰囲気中において620℃で焼成して
膜厚約10μmのCdTe焼結膜3を形成する(図1
(b))。さらに、印刷、乾燥、熱処理によりカーボン
電極4と(Ag+In)電極5を順次形成することによ
って図1(c)に示したような太陽電池を作製する。
【0012】[実施例2]図2に示すように、まず、ガ
ラス基板1上に、たとえばIn23あるいはAl2O3
膜6をスパッタリング蒸着などにより5000−200
00オングストロームの厚さでストライプ状に形成した
後、その酸化物薄膜上にスパッタリング蒸着などにより
ZnO薄膜8を約5000オングストロームの厚さに形
成し、さらにその酸化物薄膜をおおうように、かつスト
ライプ状に、実施例1と同様の方法で膜厚約10〜30
μmのCdS膜2を印刷、焼成により形成する(図2
(a))。なお、CdS膜のうち太陽電池セル間の接続
に用いる部分には上記ZnO薄膜がない構成でもよい。
次に、実施例1と同様にして、CdTe燃結膜3を形成
し(図2(b))、さらにカーボン電極4と(Ag+I
n)電極5を形成する(図2(c))。
【0013】[実施例3]図3に示すように、まずガラ
ス基板1上に、たとえばIn23あるいはITO膜7を
スパッタリング蒸着などにより5000−20000オ
ングストロームの厚さでストライプ状に形成した後、そ
の酸化物薄膜上にその一部を除いてスパッタリング蒸着
などによりZnO薄膜8を約5000オングストローム
の厚さで形成し、さらにその酸化物薄膜をおおうよう
に、かつストライプ状に、被覆性のすぐれた方法、たと
えば真空蒸着法や熱壁蒸着法(ホットウォール法)を用
いてCdS膜2を0.5μm以下の膜厚で形成する(図
3(a))。次に、実施例1と同様にして、CdTe焼
結膜3を形成し(図3(b))、さらにカーボン電極4
と(AG+In)電極5を形成する(図3(c))。
【0014】図5は、実施例1、2におけるCdS焼結
膜と従来方法による焼結膜の比抵抗の膜厚依存性を示し
ている。本発明によるCdS焼結膜(A)は、従来のも
の(B)に比べ比抵抗が1桁以上低くなっている。その
結果、セル幅を広くして有効面積率を90%に向上させ
て作製した太陽電池の特性は、40×30cm2で変換
効率9.1%に向上させることができた(図6のA参
照)。また、実施例3で作製した本発明の太陽電池は、
500nm以下の光の取り込みの効果のために、光電流
として従来のものより10%多く獲得でき、In23
よびITOを透明電極とする大きさ40×30cm2
有効面積率90%で作製した太陽電池の特性は、10%
の変換効率を示した(図7のA参照)。
【0015】
【発明の効果】本発明によれば、エネルギー変換効率が
高い太陽電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の太陽電池の製造工程を示す
縦断面図である。
【図2】本発明の他の実施例の太陽電池の製造工程を示
す縦断面図である。
【図3】本発明の他の実施例の太陽電池の製造工程を示
す縦断面図である。
【図4】従来の太陽電池の構成を示す縦断面図である。
【図5】本発明の実施例および従来例におけるCdS薄
膜の膜厚と比抵抗の関係を比較した図である。
【図6】本発明の実施例および従来例の太陽電池の電流
−電圧特性を比較した図である。
【図7】本発明の実施例および従来例の太陽電池の量子
効率を比較した図である。
【符号の説明】
1 透明絶縁基板 2 CdS膜 3 CdTe膜 4 カーボン電極膜 5 (Ag+In)電極膜 6 III元素を含む酸化物薄膜 7 III元素を含む酸化物透明導電薄膜 8 ZnO薄膜

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 透明絶縁基板上に形成されたIII族元素
    を含む酸化物薄膜、前記酸化物薄膜上に形成されたCd
    S焼結膜、前記CdS焼結膜上にその一部を除いて形成
    されたCdTe膜、および前記CdTe膜の上部電極と
    前記CdS焼結膜とを接続する電極を具備することを特
    徴とする太陽電池。
  2. 【請求項2】 前記III族元素を含む酸化物薄膜が、厚
    さ500−5000オングストロームのIn23または
    Al23からなる請求項1記載の太陽電池。
  3. 【請求項3】 透明絶縁基板上に形成されたIII族元素
    を含む酸化物薄膜、前記酸化物薄膜上にその一部を除い
    て形成されたZnO薄膜、前記ZnO薄膜上に形成され
    たCdS焼結膜、前記CdS焼結膜上にその一部を除い
    て形成されたCdTe膜、および前記CdTe膜の上部
    電極と前記CdS焼結膜とを接続する電極を具備するこ
    とを特徴とする太陽電池。
  4. 【請求項4】 透明絶縁基板上に形成されたIII族元素
    を含む酸化物薄膜、前記酸化物薄膜上にその一部を除い
    て形成されたZnO薄膜、前記ZnO薄膜上に形成され
    たCdS薄膜、前記CdS薄膜上にその一部を除いて形
    成されたCdTe膜、および前記CdTe膜の上部電極
    と前記CdS薄膜とを接続する電極を具備することを特
    徴とする太陽電池。
  5. 【請求項5】 前記III族元素を含む酸化物薄膜が、I
    23またはITOからなる請求項3または4記載の太
    陽電池。
JP5160222A 1993-06-04 1993-06-04 太陽電池 Pending JPH06350116A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012533178A (ja) * 2009-07-10 2012-12-20 ファースト ソーラー インコーポレイテッド 亜鉛を含む光電変換装置

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JP2012533178A (ja) * 2009-07-10 2012-12-20 ファースト ソーラー インコーポレイテッド 亜鉛を含む光電変換装置

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