JPH069250B2 - 光起電力デバイス - Google Patents
光起電力デバイスInfo
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- JPH069250B2 JPH069250B2 JP61025683A JP2568386A JPH069250B2 JP H069250 B2 JPH069250 B2 JP H069250B2 JP 61025683 A JP61025683 A JP 61025683A JP 2568386 A JP2568386 A JP 2568386A JP H069250 B2 JPH069250 B2 JP H069250B2
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Description
【発明の詳細な説明】 薄膜アモルファス半導体材料は、結晶質材料に比較して
幾つかの際立った利点を有する。薄膜アモルファス半導
体材料は最近開発された大量生産諸工程によって容易
に、かつ経済的に製造され得る。しかし、光起電力デバ
イスをアモルファス半導体材料で製造する場合、小抵抗
欠陥がしばしば生じる。この欠陥は光起電力デバイスの
性能を甚だしく損ね、デバイス生産の歩留りを低下させ
る。工程に関連するこの欠陥は、基板電極の形態に帰因
するか、あるいは半導体層のデポジション中に何らかの
原因が発生して生じると考えられる。本発明は、電流を
分流させる上記欠陥の作用を除去するか、あるいは少な
くとも実質的に減少することを目的とする。
幾つかの際立った利点を有する。薄膜アモルファス半導
体材料は最近開発された大量生産諸工程によって容易
に、かつ経済的に製造され得る。しかし、光起電力デバ
イスをアモルファス半導体材料で製造する場合、小抵抗
欠陥がしばしば生じる。この欠陥は光起電力デバイスの
性能を甚だしく損ね、デバイス生産の歩留りを低下させ
る。工程に関連するこの欠陥は、基板電極の形態に帰因
するか、あるいは半導体層のデポジション中に何らかの
原因が発生して生じると考えられる。本発明は、電流を
分流させる上記欠陥の作用を除去するか、あるいは少な
くとも実質的に減少することを目的とする。
上記欠陥の最も重大なものは、“分路”、“短絡路”も
しくは小抵抗電路として特徴付けられ得る。典型的なｐ
ｉｎ型アモルファス半導体光起電デバイスにおいて、
“ｐ”層の厚みは25ナノメートルのオーダ、“ｉ”層の
厚みは350ナノメートルのオーダ、“ｎ”層の厚みは25
ナノメートルのオーダであり得る。従って、半導体ボデ
ィ全体の厚みは約400ナノメートルでしかない。このよ
うな薄い半導体層によっては、基板の不整は小規模なも
のさえ補償されない恐れがある。
しくは小抵抗電路として特徴付けられ得る。典型的なｐ
ｉｎ型アモルファス半導体光起電デバイスにおいて、
“ｐ”層の厚みは25ナノメートルのオーダ、“ｉ”層の
厚みは350ナノメートルのオーダ、“ｎ”層の厚みは25
ナノメートルのオーダであり得る。従って、半導体ボデ
ィ全体の厚みは約400ナノメートルでしかない。このよ
うな薄い半導体層によっては、基板の不整は小規模なも
のさえ補償されない恐れがある。
分路欠陥の生じた光起電力デバイスは、電極に集められ
た電流が外部負荷よりむしろ欠陥領域の方を流れるので
電力出力が低下し、あるいはデバイスを“焼切る”ほど
の電流が欠陥領域を流れた場合完全に故障する。
た電流が外部負荷よりむしろ欠陥領域の方を流れるので
電力出力が低下し、あるいはデバイスを“焼切る”ほど
の電流が欠陥領域を流れた場合完全に故障する。
室内照明の下で、光電池の負荷抵抗（即ち、該電池が最
も有効に機能する場合の抵抗）は分路抵抗（即ち欠陥領
域の内部抵抗）と同等である。明るい太陽光の下では、
負荷抵抗は分路抵抗をはるかに下回る。照明が暗いと、
比較的少数のキャリヤが光によって発生され、抵抗の最
も小さい電路、即ち小抵抗欠陥領域を流れる。照明が明
るければ上記の場合よりはるかに多数のキャリヤが出現
し、最小抵抗電路及びその他の処を流れる。高強度の照
明下ではより多くの電力が欠陥領域に失われるが、この
場合の電力損失が生産される全電力に対して占める割合
は低強度の照明下の場合に比べ小さい。
も有効に機能する場合の抵抗）は分路抵抗（即ち欠陥領
域の内部抵抗）と同等である。明るい太陽光の下では、
負荷抵抗は分路抵抗をはるかに下回る。照明が暗いと、
比較的少数のキャリヤが光によって発生され、抵抗の最
も小さい電路、即ち小抵抗欠陥領域を流れる。照明が明
るければ上記の場合よりはるかに多数のキャリヤが出現
し、最小抵抗電路及びその他の処を流れる。高強度の照
明下ではより多くの電力が欠陥領域に失われるが、この
場合の電力損失が生産される全電力に対して占める割合
は低強度の照明下の場合に比べ小さい。
上に複数個のアモルファス半導体層が逐次デポジットさ
れる基板電極もしくは基部電極として用いられる最高品
質のステンレス鋼は、平方センチメートル当たり10,000
〜100,000箇所の不整を有する。これらの不整は突起、
クレータその他の、平滑仕上面からの凹凸の形態を取
り、その高さあるいは直径は１マイクロメートルを下回
り得る。その形態及び寸法にかかわらず、上記不整に帰
因して生じる欠陥は光起電力デバイスの半導体ボディ中
に小抵抗電路を確立し得、前記電路は実際上デバイスを
短絡する。
れる基板電極もしくは基部電極として用いられる最高品
質のステンレス鋼は、平方センチメートル当たり10,000
〜100,000箇所の不整を有する。これらの不整は突起、
クレータその他の、平滑仕上面からの凹凸の形態を取
り、その高さあるいは直径は１マイクロメートルを下回
り得る。その形態及び寸法にかかわらず、上記不整に帰
因して生じる欠陥は光起電力デバイスの半導体ボディ中
に小抵抗電路を確立し得、前記電路は実際上デバイスを
短絡する。
半導体デポジション工程の間に、塵芥その他の粒状物質
がデポジション装置内に侵入し、あるいは該装置内で形
成される恐れがある。上記汚染物質は半導体層の一様な
デポジションを妨げたり、半導体ボディ中に小抵抗電路
を確立したりしかねない。また、デポジットされる半導
体材料は場合によって、外的起源の汚染物質が不在でも
自然に微小クレータあるいは微小突起を形成し得ると考
えられる。
がデポジション装置内に侵入し、あるいは該装置内で形
成される恐れがある。上記汚染物質は半導体層の一様な
デポジションを妨げたり、半導体ボディ中に小抵抗電路
を確立したりしかねない。また、デポジットされる半導
体材料は場合によって、外的起源の汚染物質が不在でも
自然に微小クレータあるいは微小突起を形成し得ると考
えられる。
望ましくない電流分路によって惹起される問題は本発明
において、光起電力デバイス内に電流制限手段を配置す
ることによって解決される。本発明による光起電力デバ
イスは、基板上に設けられた半導体領域と、該半導体領
域の光入射面側に設けられた透明導電層と、該透明導電
層の光入射面側に所望のパターンにて選択的に設けられ
該半導体領域にて発生される電流を集めるバスグリッド
構造体と、を具備する光起電力デバイスにおいて、前記
半導体領域と前記透明導電層との間には、該透明導電層
よりも高い抵抗率を有し前記半導体領域と前記バスグリ
ッド構造体との間に流れる電流を制限する電流制限層
（電流制限材料層）が前記パターンに応じて選択的に設
けられていることを特徴とする。本発明デバイスは更
に、透明な導電層とデバイスの基板とに挟まれた半導体
ボディに配置された電流制限材料層を含む。この電流制
限材料層は集電手段と基板領域との間における電流の流
れを制限し、該層は実質的に有機絶縁材料、無機絶縁
体、広バンドギャップ半導体、シリコーン、サーメット
及びこれらの組合せから成るグループから選択された材
料によって形成され得る。
において、光起電力デバイス内に電流制限手段を配置す
ることによって解決される。本発明による光起電力デバ
イスは、基板上に設けられた半導体領域と、該半導体領
域の光入射面側に設けられた透明導電層と、該透明導電
層の光入射面側に所望のパターンにて選択的に設けられ
該半導体領域にて発生される電流を集めるバスグリッド
構造体と、を具備する光起電力デバイスにおいて、前記
半導体領域と前記透明導電層との間には、該透明導電層
よりも高い抵抗率を有し前記半導体領域と前記バスグリ
ッド構造体との間に流れる電流を制限する電流制限層
（電流制限材料層）が前記パターンに応じて選択的に設
けられていることを特徴とする。本発明デバイスは更
に、透明な導電層とデバイスの基板とに挟まれた半導体
ボディに配置された電流制限材料層を含む。この電流制
限材料層は集電手段と基板領域との間における電流の流
れを制限し、該層は実質的に有機絶縁材料、無機絶縁
体、広バンドギャップ半導体、シリコーン、サーメット
及びこれらの組合せから成るグループから選択された材
料によって形成され得る。
本発明を、添付図面を参照しつつ以下に詳述する。各図
において、同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
において、同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
第１Ａ図、第１Ｂ及び第１Ｃ図はそれぞれタンデム型光
起電力デバイス10、10″及び10を示し、これらのデバ
イス10，10″，10は各々、複数個のｐｉｎ型光電池12
ａ，12ｂ及び12ｃから成る半導体ボディ12を含む。光電
池12ａの下に基板14が位置し、この基板14は、導電性の
ステンレン鋼薄板かあるいは薄い金属箔のような金属製
構成要素であっても、あるいはまたガラス、プラスチッ
ク等のような電気的に絶縁性の材料から成る構成要素で
あって、その少なくとも一部分に導電性の構成要素を具
備しているものであってもよい。
起電力デバイス10、10″及び10を示し、これらのデバ
イス10，10″，10は各々、複数個のｐｉｎ型光電池12
ａ，12ｂ及び12ｃから成る半導体ボディ12を含む。光電
池12ａの下に基板14が位置し、この基板14は、導電性の
ステンレン鋼薄板かあるいは薄い金属箔のような金属製
構成要素であっても、あるいはまたガラス、プラスチッ
ク等のような電気的に絶縁性の材料から成る構成要素で
あって、その少なくとも一部分に導電性の構成要素を具
備しているものであってもよい。
光電池12ａ，12ｂ及び12ｃは各々、少なくともシリコン
合金を含む半導体ボディを有する。各合金ボディは、ｐ
型領域又は層（16ａ，16ｂ及び16ｃ）と、真性領域又は
層（18ａ，18ｂ及び18ｃ）とｎ型領域又は層（20ａ，20
ｂ及び20ｃ）とを含む。光電池12ｂは中間の電池であ
り、中間の電池は図示した電池に、本発明の精神又は範
囲を逸脱することなく更に付加され得る。また、図には
互いに積重ねられた複数個のｐｉｎ型光電池を示した
が、本発明は唯１個の、あるいはまた互いに積重ねられ
た複数個のｎｉｐ型光電池にも等しく有用である。
合金を含む半導体ボディを有する。各合金ボディは、ｐ
型領域又は層（16ａ，16ｂ及び16ｃ）と、真性領域又は
層（18ａ，18ｂ及び18ｃ）とｎ型領域又は層（20ａ，20
ｂ及び20ｃ）とを含む。光電池12ｂは中間の電池であ
り、中間の電池は図示した電池に、本発明の精神又は範
囲を逸脱することなく更に付加され得る。また、図には
互いに積重ねられた複数個のｐｉｎ型光電池を示した
が、本発明は唯１個の、あるいはまた互いに積重ねられ
た複数個のｎｉｐ型光電池にも等しく有用である。
ｐ型層16ａ，16ｂ及び16ｃは、好ましくは低い吸光性を
有し、かつ高導電性である。真性合金層18ａ，18ｂ及び
18ｃは、太陽光応答に関する調節可能な波長しきい値
と、高い吸光性と、低い暗導電性と、高い光導電性とを
有する。層18ａ，18ｂ及び18ｃは１種以上のバンドギャ
ップ調整元素を、光学的バンドギャップが光電池の特別
の用途のために最適化されるのに十分な量だけ含有す
る。好ましくは、真性層は、そのバンドギャップを、光
電池12ａが最も狭いバンドギャップを有し、光電池12ｃ
が最も広いバンドギャップを有し、かつ光電池12ｂが前
記両バンドギャップの間の幅のバンドギャップを有する
ように調節される。ｎ型層20ａ，20ｂ及び20ｃは低い吸
光性を有し、かつ高導電性である。ｎ型層、真性層及び
ｐ型層の厚みは、好ましくは、それぞれ約２〜50ナノメ
ートル、200〜3000ナノメートル及び２〜50ナノメート
ルである。
有し、かつ高導電性である。真性合金層18ａ，18ｂ及び
18ｃは、太陽光応答に関する調節可能な波長しきい値
と、高い吸光性と、低い暗導電性と、高い光導電性とを
有する。層18ａ，18ｂ及び18ｃは１種以上のバンドギャ
ップ調整元素を、光学的バンドギャップが光電池の特別
の用途のために最適化されるのに十分な量だけ含有す
る。好ましくは、真性層は、そのバンドギャップを、光
電池12ａが最も狭いバンドギャップを有し、光電池12ｃ
が最も広いバンドギャップを有し、かつ光電池12ｂが前
記両バンドギャップの間の幅のバンドギャップを有する
ように調節される。ｎ型層20ａ，20ｂ及び20ｃは低い吸
光性を有し、かつ高導電性である。ｎ型層、真性層及び
ｐ型層の厚みは、好ましくは、それぞれ約２〜50ナノメ
ートル、200〜3000ナノメートル及び２〜50ナノメート
ルである。
光起電力デバイス10，10″及び10は、該デバイス10，
10，10″′の頂部電極として機能する透明な導電材料の
層32を含む。層32はインジウムースズ酸化物によって構
成されているが、酸化亜鉛、スズ酸カドミウム、スズ酸
化物及びインジウム酸化物のような他の透明な導電材料
も当業者には知られており、これらの材料も上記のよう
な層の形成に好ましく用いられ得る。
10，10″′の頂部電極として機能する透明な導電材料の
層32を含む。層32はインジウムースズ酸化物によって構
成されているが、酸化亜鉛、スズ酸カドミウム、スズ酸
化物及びインジウム酸化物のような他の透明な導電材料
も当業者には知られており、これらの材料も上記のよう
な層の形成に好ましく用いられ得る。
複数本の集電グリッドフィンガ24を有するバスバー26を
含むバスグリッド構造体22が、層32と接触した状態で配
置されている。第１Ａ図、第１Ｂ図及び第１Ｃ図の光起
電力デバイス10，10″及び10″′と概して同様である光
起電力デバイス10′の平面図である第２図に、バスグリ
ッド構造体22の具体例を詳細に示す。グリッドフィンガ
24と直接連絡している複数本の小バスバー26は大バスバ
ー30と接続されており、それによって、光によって発生
された電流は光起電力デバイス10′の端子へ送られる。
含むバスグリッド構造体22が、層32と接触した状態で配
置されている。第１Ａ図、第１Ｂ図及び第１Ｃ図の光起
電力デバイス10，10″及び10″′と概して同様である光
起電力デバイス10′の平面図である第２図に、バスグリ
ッド構造体22の具体例を詳細に示す。グリッドフィンガ
24と直接連絡している複数本の小バスバー26は大バスバ
ー30と接続されており、それによって、光によって発生
された電流は光起電力デバイス10′の端子へ送られる。
本発明において、低抵抗率の電路を通って基板から集電
バスグリッド構造体に直接達する電流の流れは、途中に
配置された比較的高い抵抗率を有する材料によって制限
される。上記材料は基板からグリッドに至る電路を、該
電路に横方向部分を付加することによって延長する。こ
こに述べたデバイスの各層は非常に薄いので、横方向電
流に対する抵抗は大きい。このような付加された抵抗
が、小抵抗欠陥電路を伝う電流を弱める。
バスグリッド構造体に直接達する電流の流れは、途中に
配置された比較的高い抵抗率を有する材料によって制限
される。上記材料は基板からグリッドに至る電路を、該
電路に横方向部分を付加することによって延長する。こ
こに述べたデバイスの各層は非常に薄いので、横方向電
流に対する抵抗は大きい。このような付加された抵抗
が、小抵抗欠陥電路を伝う電流を弱める。
本発明による新規な光起電力デバイスは、半導体ボディ
のバスグリッド構造体22直下の領域から前記グリッド構
造体22への電流の流れを阻止するべく配置された電流制
限材料層を含む。第１Ａ図に示すように、光起電力デバ
イス10において、電流制限材料層29は透明な導電層32と
半導体ボディ12の基板14側の反対側の面との間に配置さ
れている。好ましくは、電流制限材料層29はバスグリッ
ド構造体22のパターンの少なくとも部分に該して対応す
るパターンに形成される。バスグリッド構造体22のパタ
ーンと電流制限材料層29のパターンとはほぼ重なり合
い、即ち前記グリッド構造体22と前記層29とは互いに対
して整列して配置されている。層29の材料は、比較的低
い導電率を有する。合成ポリマーのような有機絶縁体、
シリコン酸化物、シリコン窒化物、アルミナ等のような
無機絶縁体、広バンドギャップ半導体、サーメット及び
これらの組合せが、電流制限材料として層29の形成に好
ましく用いられる。電流制限材料パターン29はバスグリ
ッド構造体22の少なくともバスバー部分に対応するのが
好ましいが、該パターン29がグリッドフィンガ24とも合
致するべく形成されることも有利であり得る。電流制限
材料のパターンは、集電手段の該パターンと重なる部分
を小抵抗欠陥から最大限に保護するため、前記部分によ
って覆われる面積より僅かに大きい面積を覆うことが好
ましい。その場合の面積の増大分は10〜15パーセントで
十分である。電流制限材料（パターン）は正方形当たり
300オームを上回る、特に少なくとも1000オームのシー
ト抵抗を有することが好ましい。
のバスグリッド構造体22直下の領域から前記グリッド構
造体22への電流の流れを阻止するべく配置された電流制
限材料層を含む。第１Ａ図に示すように、光起電力デバ
イス10において、電流制限材料層29は透明な導電層32と
半導体ボディ12の基板14側の反対側の面との間に配置さ
れている。好ましくは、電流制限材料層29はバスグリッ
ド構造体22のパターンの少なくとも部分に該して対応す
るパターンに形成される。バスグリッド構造体22のパタ
ーンと電流制限材料層29のパターンとはほぼ重なり合
い、即ち前記グリッド構造体22と前記層29とは互いに対
して整列して配置されている。層29の材料は、比較的低
い導電率を有する。合成ポリマーのような有機絶縁体、
シリコン酸化物、シリコン窒化物、アルミナ等のような
無機絶縁体、広バンドギャップ半導体、サーメット及び
これらの組合せが、電流制限材料として層29の形成に好
ましく用いられる。電流制限材料パターン29はバスグリ
ッド構造体22の少なくともバスバー部分に対応するのが
好ましいが、該パターン29がグリッドフィンガ24とも合
致するべく形成されることも有利であり得る。電流制限
材料のパターンは、集電手段の該パターンと重なる部分
を小抵抗欠陥から最大限に保護するため、前記部分によ
って覆われる面積より僅かに大きい面積を覆うことが好
ましい。その場合の面積の増大分は10〜15パーセントで
十分である。電流制限材料（パターン）は正方形当たり
300オームを上回る、特に少なくとも1000オームのシー
ト抵抗を有することが好ましい。
電流制限材料パターンは、スクリーン印刷、真空蒸着、
スパッタリングあるいはプラズマデポジションによって
形成され得る。適当なパターンは、マスクを介してのデ
ポジションによってか、あるいは公知のホトリソグラフ
ィ式パターン形成技術を用いることよって形成され得
る。電気めっき、陽極酸化及び無電解めっき技術も、低
導電率パターンの形成に単独でかあるいは組合せて用い
られ得る。
スパッタリングあるいはプラズマデポジションによって
形成され得る。適当なパターンは、マスクを介してのデ
ポジションによってか、あるいは公知のホトリソグラフ
ィ式パターン形成技術を用いることよって形成され得
る。電気めっき、陽極酸化及び無電解めっき技術も、低
導電率パターンの形成に単独でかあるいは組合せて用い
られ得る。
第１Ｂ図で、本発明の別の具体例である光起電力デバイ
ス10″を示す。光起電力デバイス10″は光起電力デバイ
ス10に、電流制限材料層の位置の点で相違する。電流制
限材料層29′は、基板14と半導体ボディ12の第一の面、
即ち底面との間に配置されている。電流制限材料層29′
も欠陥領域を通る電流の流れを制限する。バスグリッド
構造体22は半導体ボディ12の該グリッド構造体22直下の
部分と、層32を介して電気的に連絡している。しかし、
半導体ボディ12の上記部分は下方に位置する基板14の対
応する部分とは、層29′が存在するため直接には電気的
に連絡していない。この例でもバスグリッド構造体22と
層29′とは対応するパターンを有し、それらのパターン
は概して重なりあっており、かつ層29′のパターンはバ
スグリッド構造体22より大きい面積を有する。従って、
バスグリッド構造体22と基板電極14との間を直接短絡す
る電路は確立され得ない。電流制限材料パターン29′
は、第１Ａ図に関して述べた諸技術の何れによっても形
成され得る。基板14が金属材料から成る場合、絶縁材料
パターン29′は基板14の金属を陽極酸化するか、酸化す
るかあるいはその他の方法で化学的に処理することによ
って形成され得る。例えば、電気的に絶縁性アルミナパ
ターンがアルミニウム基板の陽極酸化によって形成され
得、また蓚酸で処理すればステンレス鋼上に絶縁被覆が
形成され得る。場合によっては、光起電力デバイスはポ
リイミドで被覆された金属のような電気的に絶縁性の基
板の上に形成され、その際前記基板の絶縁面上には基部
電極の導電金属パターンが、金属の真空デポジションの
ような技術によって設けられている。このような場合、
電気的絶縁材料パターン29′は、絶縁基板の絶縁パター
ンを構成するべき部分を金属化しないことによって形成
され得る。あるいはまた金属被覆を、概被覆に覆われた
基板の絶縁面を予め選択されたパターンに露出するべく
エッチングによって除去してもよい。
ス10″を示す。光起電力デバイス10″は光起電力デバイ
ス10に、電流制限材料層の位置の点で相違する。電流制
限材料層29′は、基板14と半導体ボディ12の第一の面、
即ち底面との間に配置されている。電流制限材料層29′
も欠陥領域を通る電流の流れを制限する。バスグリッド
構造体22は半導体ボディ12の該グリッド構造体22直下の
部分と、層32を介して電気的に連絡している。しかし、
半導体ボディ12の上記部分は下方に位置する基板14の対
応する部分とは、層29′が存在するため直接には電気的
に連絡していない。この例でもバスグリッド構造体22と
層29′とは対応するパターンを有し、それらのパターン
は概して重なりあっており、かつ層29′のパターンはバ
スグリッド構造体22より大きい面積を有する。従って、
バスグリッド構造体22と基板電極14との間を直接短絡す
る電路は確立され得ない。電流制限材料パターン29′
は、第１Ａ図に関して述べた諸技術の何れによっても形
成され得る。基板14が金属材料から成る場合、絶縁材料
パターン29′は基板14の金属を陽極酸化するか、酸化す
るかあるいはその他の方法で化学的に処理することによ
って形成され得る。例えば、電気的に絶縁性アルミナパ
ターンがアルミニウム基板の陽極酸化によって形成され
得、また蓚酸で処理すればステンレス鋼上に絶縁被覆が
形成され得る。場合によっては、光起電力デバイスはポ
リイミドで被覆された金属のような電気的に絶縁性の基
板の上に形成され、その際前記基板の絶縁面上には基部
電極の導電金属パターンが、金属の真空デポジションの
ような技術によって設けられている。このような場合、
電気的絶縁材料パターン29′は、絶縁基板の絶縁パター
ンを構成するべき部分を金属化しないことによって形成
され得る。あるいはまた金属被覆を、概被覆に覆われた
基板の絶縁面を予め選択されたパターンに露出するべく
エッチングによって除去してもよい。
第１Ｃ図において、光起電力デバイス10は、半導体ボ
ディ12に直接取付けられているか、または比較的高い抵
抗率を有する材料の層29″によって半導体ボディ12から
少なくとも部分的に分離されているバスグリッド構造体
22を含む。上記何れの場合も、透明な導電層32はバスグ
リッド構造体22の全体を覆って配置されている。半導体
ボディ12中に基板14からグリッド22に至る小抵抗電路が
発生した場合、この電路を通る電流はバスグリッド22に
達するのに層32中を横方向へ流れなければならない。電
流のこのような流れは、横方向電流に対する大きい抵抗
によって制限される。
ディ12に直接取付けられているか、または比較的高い抵
抗率を有する材料の層29″によって半導体ボディ12から
少なくとも部分的に分離されているバスグリッド構造体
22を含む。上記何れの場合も、透明な導電層32はバスグ
リッド構造体22の全体を覆って配置されている。半導体
ボディ12中に基板14からグリッド22に至る小抵抗電路が
発生した場合、この電路を通る電流はバスグリッド22に
達するのに層32中を横方向へ流れなければならない。電
流のこのような流れは、横方向電流に対する大きい抵抗
によって制限される。
基板14ａと、能動半導体ボディ36と、透明な導電層32ａ
とを含む光起電力デバイス34の一部分の横断面図である
第３図に、小抵抗電路を示す。第一の欠陥領域は、基板
14ａのデポジション面から立上がった突起もしくはスパ
イク38の近傍に存在する。スパイク38のすぐ近くに生じ
たこの欠陥領域は導電層32ａと基板14ａとの間に生抵抗
電路を実現し、なぜなら該欠陥領域の厚みは電極14ａと
電極32ａとを隔てる半導体ボディ36の厚みに匹敵するか
らである。第二の欠陥領域は、クレータ42及び44の間近
に存在する。クレータ42は基板の欠陥に起因し、一方ク
レータ44はボディ36を構成する半導体材料の不均一なデ
ポジションに起因する。透明な導電層32ａがクレータ42
及び44の内部40に少なくとも部分的にデポジットされ、
基板14ａと導電層32ａとの間に小抵抗電路が確立され
る。第三の種類の欠陥（図示せず）は、半導体ボディの
低品質領域に生じ得る。不適当な組成を有したり、不完
全に成長し、あるいは不完全な形態であったりし得る上
記低品質領域は、半導体ボディの残りの領域に比較して
低い電気抵抗率を呈示する。
とを含む光起電力デバイス34の一部分の横断面図である
第３図に、小抵抗電路を示す。第一の欠陥領域は、基板
14ａのデポジション面から立上がった突起もしくはスパ
イク38の近傍に存在する。スパイク38のすぐ近くに生じ
たこの欠陥領域は導電層32ａと基板14ａとの間に生抵抗
電路を実現し、なぜなら該欠陥領域の厚みは電極14ａと
電極32ａとを隔てる半導体ボディ36の厚みに匹敵するか
らである。第二の欠陥領域は、クレータ42及び44の間近
に存在する。クレータ42は基板の欠陥に起因し、一方ク
レータ44はボディ36を構成する半導体材料の不均一なデ
ポジションに起因する。透明な導電層32ａがクレータ42
及び44の内部40に少なくとも部分的にデポジットされ、
基板14ａと導電層32ａとの間に小抵抗電路が確立され
る。第三の種類の欠陥（図示せず）は、半導体ボディの
低品質領域に生じ得る。不適当な組成を有したり、不完
全に成長し、あるいは不完全な形態であったりし得る上
記低品質領域は、半導体ボディの残りの領域に比較して
低い電気抵抗率を呈示する。
基板欠陥あるいはデポジション工程において生じた欠陥
に起因して存在する欠陥に加え、光起電力デバイスが突
然もはや正常な動作条件下に機能し得なくなることによ
って判明する“動作モード故障”が生起し得る。動作モ
ード故障は電流あるいは電圧によって促進される光起電
デバイスに潜在する欠陥を助長する反応に起因すると考
えられる。電極材料がクレータ42,44あるいは突起38の
ような欠陥サイトを横切って移動する恐れもある。電極
の移動が時間的にごく僅かであっても、欠陥サイト通過
する低抵抗率電路の確立に十分であり得る。
に起因して存在する欠陥に加え、光起電力デバイスが突
然もはや正常な動作条件下に機能し得なくなることによ
って判明する“動作モード故障”が生起し得る。動作モ
ード故障は電流あるいは電圧によって促進される光起電
デバイスに潜在する欠陥を助長する反応に起因すると考
えられる。電極材料がクレータ42,44あるいは突起38の
ような欠陥サイトを横切って移動する恐れもある。電極
の移動が時間的にごく僅かであっても、欠陥サイト通過
する低抵抗率電路の確立に十分であり得る。
本発明は、上述のような欠陥領域を通ってバスグリッド
構造体に至る電流の自由な流れを、欠陥の種類にかかわ
らず実質的に阻止する。即ち本発明は、欠陥に耐性の光
起電デバイスを提供する。第４図は、本発明の一具体例
を包含する大面積型光起電デバイヌ50の平面図である。
図示したデバイス50は第１Ａ図、第１Ｂ図及び第１Ｃ図
の光起電デバイス10，10″及び10と概して同様である
が、集電手段としてのバスグリッド構造体52だけは地と
相違する。バスグリッド構造体52は、大バスバー56と電
気的に連絡している複数本の小バスバー54を含む。前記
小バスバー54は、光によって発生された電流を集めて大
バスバー56へ送るべく、光起電デバイス50の透明な頂部
電極の上面全体を覆うように配置されている。スクリー
ン印刷された銀ペーストの小バスバーを具備する、第１
Ａ図〜第１Ｃ図に関して上述したのと同様のタンデムｐ
ｉｎ型光起電力デバイスの場合、小バスバー54同士の間
隔は、約0.5〜1.0センチメートルあれば光によって発生
された電流を能率的に収集するうえで十分である。大バ
スバー56は小バスバー54に比べてより大きい電流容量を
有し、また一般により大きい面積を有する。本発明によ
れば、比較的高い抵抗率を有する材料は、光起電力デバ
イス50の透明な頂部電極の下側に位置する半導体ボディ
に配置される。高抵抗率材料は好ましくは、バスグリッ
ド構造体52の該材料上方に位置する部分に対応し、前記
部分と重なり合い、かつ前記部分より僅かに大きいパタ
ーンを有して配置される。第４図に示したような光起電
力デバイスは、きわめて長尺に製造し、用途に合せて短
く切断することができる。
構造体に至る電流の自由な流れを、欠陥の種類にかかわ
らず実質的に阻止する。即ち本発明は、欠陥に耐性の光
起電デバイスを提供する。第４図は、本発明の一具体例
を包含する大面積型光起電デバイヌ50の平面図である。
図示したデバイス50は第１Ａ図、第１Ｂ図及び第１Ｃ図
の光起電デバイス10，10″及び10と概して同様である
が、集電手段としてのバスグリッド構造体52だけは地と
相違する。バスグリッド構造体52は、大バスバー56と電
気的に連絡している複数本の小バスバー54を含む。前記
小バスバー54は、光によって発生された電流を集めて大
バスバー56へ送るべく、光起電デバイス50の透明な頂部
電極の上面全体を覆うように配置されている。スクリー
ン印刷された銀ペーストの小バスバーを具備する、第１
Ａ図〜第１Ｃ図に関して上述したのと同様のタンデムｐ
ｉｎ型光起電力デバイスの場合、小バスバー54同士の間
隔は、約0.5〜1.0センチメートルあれば光によって発生
された電流を能率的に収集するうえで十分である。大バ
スバー56は小バスバー54に比べてより大きい電流容量を
有し、また一般により大きい面積を有する。本発明によ
れば、比較的高い抵抗率を有する材料は、光起電力デバ
イス50の透明な頂部電極の下側に位置する半導体ボディ
に配置される。高抵抗率材料は好ましくは、バスグリッ
ド構造体52の該材料上方に位置する部分に対応し、前記
部分と重なり合い、かつ前記部分より僅かに大きいパタ
ーンを有して配置される。第４図に示したような光起電
力デバイスは、きわめて長尺に製造し、用途に合せて短
く切断することができる。
大バスバー56は銅箔のような導電性の構成要素をデバイ
ス表面に接着固定することによって形成され得、また小
バスバー54は導電性のペーストをスクリーン印刷するこ
とによって形成され得る。
ス表面に接着固定することによって形成され得、また小
バスバー54は導電性のペーストをスクリーン印刷するこ
とによって形成され得る。
あるいは他の場合には、小バスバーは金属製のワイヤあ
るいはテープを光起電力デバイス表面に導電性の接着剤
で固定することによって形成され得る。更に別の方法で
は、バスバー構造体全体をスクリーン印刷技術で形成す
ることも可能である、電気めっき法あるいは無電解めっ
き法も、大バスバー及び／または小バスバーを光起電デ
バイス表面に直接形成するのに用いられ得る。
るいはテープを光起電力デバイス表面に導電性の接着剤
で固定することによって形成され得る。更に別の方法で
は、バスバー構造体全体をスクリーン印刷技術で形成す
ることも可能である、電気めっき法あるいは無電解めっ
き法も、大バスバー及び／または小バスバーを光起電デ
バイス表面に直接形成するのに用いられ得る。
第６図に示す光起電力セル60は、第１Ｃ図のセル10と
大体において同様であるが、バスグリッドパターン22ｂ
が透明電極32ｂの上に配置されている点で相違する。光
起電力セル60のその他の部分は第１Ｃ図にセル10に関
して示したものと同様であり、従って第１Ｃ図で用いた
のと同じ参照符号で示す。光起電力デバイス60は、基板
電極14から半導体ボディ12を貫通して透明電極32ｂに至
る小抵抗電路48を確立する欠陥領域を有する。半導体ボ
ディ12の横方向抵抗率が比較的高いので、電流は比較的
狭い上記電路48を優先的に流れる。電路48を流れる電流
は透明電極32ｂに達すると、横方向抵抗率が低下するた
め広がる。この広がりによって欠陥領域の実効寸法は第
６図の斜線域58が示すように増大する。こうして、バス
グリッド構造体22ｂの部分と直接整列し合っていない欠
陥も、前記構造体22ｂと容易に電気的連絡を果たし得
る。バスグリッドの一部と基板電極14との短絡は、実際
上光起電セル全体の短絡をもたらす。
大体において同様であるが、バスグリッドパターン22ｂ
が透明電極32ｂの上に配置されている点で相違する。光
起電力セル60のその他の部分は第１Ｃ図にセル10に関
して示したものと同様であり、従って第１Ｃ図で用いた
のと同じ参照符号で示す。光起電力デバイス60は、基板
電極14から半導体ボディ12を貫通して透明電極32ｂに至
る小抵抗電路48を確立する欠陥領域を有する。半導体ボ
ディ12の横方向抵抗率が比較的高いので、電流は比較的
狭い上記電路48を優先的に流れる。電路48を流れる電流
は透明電極32ｂに達すると、横方向抵抗率が低下するた
め広がる。この広がりによって欠陥領域の実効寸法は第
６図の斜線域58が示すように増大する。こうして、バス
グリッド構造体22ｂの部分と直接整列し合っていない欠
陥も、前記構造体22ｂと容易に電気的連絡を果たし得
る。バスグリッドの一部と基板電極14との短絡は、実際
上光起電セル全体の短絡をもたらす。
第５図は、第１Ｃ図の光起電力セル10を示す。ここに
図示したセル10は、半導体ボディ12を貫通する低抵抗
率電路48を確立する欠陥領域を有する。バスグリッドパ
ターン22が透明電極層32の下に配置されているため、上
記電路48を流れる電流はバスグリッドパターン22に容易
には到達しない。透明電極層32の抵抗率が、電路48を通
る電流に対する絶縁度を決定する。しかし、頂部電極32
の抵抗率が余りに高いと、光起電力デバイスの直列抵抗
が過大となる。従って、透明導電層の抵抗率は、光によ
って発生される電流の収集において甚だしい損失を生じ
ることなく短絡電路の影響を最小に留めるように選択さ
れなければならない、アモルファスシリコン及びアモル
ファスシリコン−ゲルマニウム合金材料から成るタンデ
ムｐｉｎ型光起電セルでは、正方形当たり約150オーム
のシート抵抗が好ましい。他の抵抗値も、別様に構成さ
れた光起電セル、あるいは異なる半導体材料で製造され
た光起電セルに適当であり得る。
図示したセル10は、半導体ボディ12を貫通する低抵抗
率電路48を確立する欠陥領域を有する。バスグリッドパ
ターン22が透明電極層32の下に配置されているため、上
記電路48を流れる電流はバスグリッドパターン22に容易
には到達しない。透明電極層32の抵抗率が、電路48を通
る電流に対する絶縁度を決定する。しかし、頂部電極32
の抵抗率が余りに高いと、光起電力デバイスの直列抵抗
が過大となる。従って、透明導電層の抵抗率は、光によ
って発生される電流の収集において甚だしい損失を生じ
ることなく短絡電路の影響を最小に留めるように選択さ
れなければならない、アモルファスシリコン及びアモル
ファスシリコン−ゲルマニウム合金材料から成るタンデ
ムｐｉｎ型光起電セルでは、正方形当たり約150オーム
のシート抵抗が好ましい。他の抵抗値も、別様に構成さ
れた光起電セル、あるいは異なる半導体材料で製造され
た光起電セルに適当であり得る。
本発明の一具体例において、比較的高い電気抵抗率を有
する層29″はバスグリッド構造体22の一部分かあるいは
全体の下に配置されている。層29″は、バスグリッド構
造体22の該層29″に直接対向する部分と半導体ボディ12
との間に流れる電流を制限する。こうして、層29″下に
位置する小抵抗電路に、バスグリッド構造体22の該電路
上方に位置する部分に達する重大な量の電流が流れるこ
とが防止される。電流制限層29″は、正方形当たり300
オームを上回る、特に少なくとも1000オームであるシー
ト抵抗を有することが好ましい。
する層29″はバスグリッド構造体22の一部分かあるいは
全体の下に配置されている。層29″は、バスグリッド構
造体22の該層29″に直接対向する部分と半導体ボディ12
との間に流れる電流を制限する。こうして、層29″下に
位置する小抵抗電路に、バスグリッド構造体22の該電路
上方に位置する部分に達する重大な量の電流が流れるこ
とが防止される。電流制限層29″は、正方形当たり300
オームを上回る、特に少なくとも1000オームであるシー
ト抵抗を有することが好ましい。
電流制限層29″は、二酸化ケイ素、シリコン窒化物、合
成ポリマー等の電気的絶縁体によっても、またシリコン
カーバイドその他の広バンドギャップ半導体やサーメッ
トのような比較的高い電気抵抗率を有する材料によって
も形成され得る。本発明の一具体例において、例えばｐ
ｉｎ型光電池の最上部に位置するｎ型層である半導体ボ
ディ12の最上層は、十分高い電気抵抗率を有していれば
電流制限層29″を構成し得る。大抵の場合、短絡を防止
するため少なくとも第２図の大バスバー30及び小バスバ
ー26部分を下方に位置する半導体ボディ12から層29″に
よって隔離することが望ましい。しかし、各集電グリッ
ドフィンガ24を上記のような電流制限層で絶縁すること
は好ましくない。直列抵抗の小さい光起電セルが所望で
ある場合、フィンガ24の絶縁は、半導体ボディ12におい
て光によって発生された電流がグリッドフィンガ24に達
するのに透明電極層32中を横方向に流れなければならな
くなるので望ましくない。
成ポリマー等の電気的絶縁体によっても、またシリコン
カーバイドその他の広バンドギャップ半導体やサーメッ
トのような比較的高い電気抵抗率を有する材料によって
も形成され得る。本発明の一具体例において、例えばｐ
ｉｎ型光電池の最上部に位置するｎ型層である半導体ボ
ディ12の最上層は、十分高い電気抵抗率を有していれば
電流制限層29″を構成し得る。大抵の場合、短絡を防止
するため少なくとも第２図の大バスバー30及び小バスバ
ー26部分を下方に位置する半導体ボディ12から層29″に
よって隔離することが望ましい。しかし、各集電グリッ
ドフィンガ24を上記のような電流制限層で絶縁すること
は好ましくない。直列抵抗の小さい光起電セルが所望で
ある場合、フィンガ24の絶縁は、半導体ボディ12におい
て光によって発生された電流がグリッドフィンガ24に達
するのに透明電極層32中を横方向に流れなければならな
くなるので望ましくない。
半導体ボディ12を構成する各層は、スパッタリング、蒸
着、前駆物質ガスのグロー放電分解並びに気相成長を含
めたいかなる公知方法によってもデポジットされ得る。
着、前駆物質ガスのグロー放電分解並びに気相成長を含
めたいかなる公知方法によってもデポジットされ得る。
第１Ａ図〜第１Ｃ図は本発明の様々な具体例によるタン
デム光起電力デバイスの一部を省略した横断面図、第２
図は本発明による光起電力デバイスの一具体例の上面
図、第３図は光起電力デバイスに生じた様々な種類の欠
陥を示す光起電力デバイスの一部分の横断面図、第４図
は本発明による光起電デバイスの更に別の具体例のバス
グリッド構造体を示す平面図、第５図は本発明による光
起電力デバイスの一具体例の横断面図、第６図は小抵抗
欠陥領域を含む光起電力デバイスの横断面図である。 10，10′，10″，10，34，50，60……光起電力デバイ
ス、12，36……半導体ボディ、 12ａ〜12ｃ……光電池、14，14ａ……基板、 16ａ〜16ｃ……ｐ型層、18ａ〜18ｃ……真性層、 20ａ〜20ｃ……ｎ型層、 22，22ｂ，52……バスグリッド構造体、 24……グリッドフィンガ、26，54……小バスバー、 29，29′，29″……電流制限層、 30，56……大バスバー、 32，32ａ，32ｂ……透明導電層、38……突起、 42，44……クレータ、48……小抵抗電路。
デム光起電力デバイスの一部を省略した横断面図、第２
図は本発明による光起電力デバイスの一具体例の上面
図、第３図は光起電力デバイスに生じた様々な種類の欠
陥を示す光起電力デバイスの一部分の横断面図、第４図
は本発明による光起電デバイスの更に別の具体例のバス
グリッド構造体を示す平面図、第５図は本発明による光
起電力デバイスの一具体例の横断面図、第６図は小抵抗
欠陥領域を含む光起電力デバイスの横断面図である。 10，10′，10″，10，34，50，60……光起電力デバイ
ス、12，36……半導体ボディ、 12ａ〜12ｃ……光電池、14，14ａ……基板、 16ａ〜16ｃ……ｐ型層、18ａ〜18ｃ……真性層、 20ａ〜20ｃ……ｎ型層、 22，22ｂ，52……バスグリッド構造体、 24……グリッドフィンガ、26，54……小バスバー、 29，29′，29″……電流制限層、 30，56……大バスバー、 32，32ａ，32ｂ……透明導電層、38……突起、 42，44……クレータ、48……小抵抗電路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 テイモシー・ジエイ・バーナード アメリカ合衆国、ミシガン・48035、レイ ク・オリオン、キムバリー・702、アパー トメント・201 (72)発明者 ドミニツク・クレア アメリカ合衆国、ミシガン・48043、マウ ント・クレメンズ、モラヴイアン・37880
Claims (4)
- 【請求項１】基板上に設けられた半導体領域と、該半導
体領域の光入射面側に設けられた透明導電層と、該透明
導電層の光入射面側に所望のパターンにて選択的に設け
られ該半導体領域にて発生される電流を集めるバスグリ
ッド構造体と、を具備する光基電力デバイスにおいて、 前記半導体領域と前記透明導電層との間には、該透明導
電層よりも高い抵抗率を有し前記半導体領域と前記バス
グリッド構造体との間に流れる電流を制限する電流制限
層が前記パターンに応じて選択的に設けられていること
を特徴とする光起電力デバイス。 - 【請求項２】前記電流制限層のパターンの面積が前記バ
スグリッド構造体のパターンの面積より約10〜15パーセ
ント大きいことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
載の光起電力デバイス。 - 【請求項３】前記電流制限層が実質的に有機絶縁材料，
無機絶縁体，広バンドギャップ半導体，サーメットおよ
びこれらの組合せからなるグループから選択されること
を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に記載
の光起電力デバイス。 - 【請求項４】前記バスグリッド構造体が少なくとも１本
のバスバー並びに該バスバーと電気的に連絡しており、
当該光起電力デバイスにおいて発生された電流を集める
複数本のグリッドフィンガを含むことを特徴とする特許
請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の光起
電力デバイス。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US699523 | 1985-02-08 | ||
| US06/699,523 US4633033A (en) | 1985-02-08 | 1985-02-08 | Photovoltaic device and method |
| US06/699,524 US4633034A (en) | 1985-02-08 | 1985-02-08 | Photovoltaic device and method |
| US699524 | 1985-02-08 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61222281A JPS61222281A (ja) | 1986-10-02 |
| JPH069250B2 true JPH069250B2 (ja) | 1994-02-02 |
Family
ID=27106451
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61025683A Expired - Lifetime JPH069250B2 (ja) | 1985-02-08 | 1986-02-07 | 光起電力デバイス |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0190855A3 (ja) |
| JP (1) | JPH069250B2 (ja) |
| AU (1) | AU5295686A (ja) |
| BR (1) | BR8600487A (ja) |
| ES (1) | ES8707024A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61268072A (ja) * | 1985-05-23 | 1986-11-27 | Mitsubishi Electric Corp | 薄膜光電変換素子 |
| EP0236938A3 (de) * | 1986-03-11 | 1989-11-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Vermeidung von Kurzschlüssen bei der Herstellung von Dünnschichtsolarzellen aus amorphem Silizium |
| JP2706113B2 (ja) * | 1988-11-25 | 1998-01-28 | 工業技術院長 | 光電変換素子 |
| US5181968A (en) * | 1991-06-24 | 1993-01-26 | United Solar Systems Corporation | Photovoltaic device having an improved collector grid |
| AU2549392A (en) * | 1991-09-13 | 1993-04-27 | United Solar Systems Corporation | Photovoltaic device including shunt preventing layer and method for the deposition thereof |
| US20040261838A1 (en) * | 2003-06-25 | 2004-12-30 | Hector Cotal | Solar cell with an electrically insulating layer under the busbar |
| GB2459651A (en) * | 2008-04-28 | 2009-11-04 | Quantasol Ltd | Concentrator photovoltaic cell |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3492167A (en) * | 1966-08-26 | 1970-01-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Photovoltaic cell and method of making the same |
| US4117506A (en) * | 1977-07-28 | 1978-09-26 | Rca Corporation | Amorphous silicon photovoltaic device having an insulating layer |
| US4239553A (en) * | 1979-05-29 | 1980-12-16 | University Of Delaware | Thin film photovoltaic cells having increased durability and operating life and method for making same |
| US4387387A (en) * | 1979-08-13 | 1983-06-07 | Shunpei Yamazaki | PN Or PIN junction type semiconductor photoelectric conversion device |
| IL60680A (en) * | 1979-08-22 | 1983-07-31 | Ses Inc | Electrode for photovoltaic cell |
| US4251286A (en) * | 1979-09-18 | 1981-02-17 | The University Of Delaware | Thin film photovoltaic cells having blocking layers |
| US4571448A (en) * | 1981-11-16 | 1986-02-18 | University Of Delaware | Thin film photovoltaic solar cell and method of making the same |
| IN165761B (ja) * | 1983-07-28 | 1990-01-06 | Energy Conversion Devices Inc |
-
1986
- 1986-01-27 EP EP86300515A patent/EP0190855A3/en not_active Withdrawn
- 1986-02-03 AU AU52956/86A patent/AU5295686A/en not_active Abandoned
- 1986-02-05 BR BR8600487A patent/BR8600487A/pt unknown
- 1986-02-07 JP JP61025683A patent/JPH069250B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1986-02-07 ES ES551734A patent/ES8707024A1/es not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0190855A3 (en) | 1986-12-30 |
| EP0190855A2 (en) | 1986-08-13 |
| JPS61222281A (ja) | 1986-10-02 |
| AU5295686A (en) | 1986-08-14 |
| BR8600487A (pt) | 1986-11-18 |
| ES8707024A1 (es) | 1987-07-01 |
| ES551734A0 (es) | 1987-07-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |