JPH07147422A - テルル化カドミウム太陽電池 - Google Patents

テルル化カドミウム太陽電池

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JPH07147422A
JPH07147422A JP5296377A JP29637793A JPH07147422A JP H07147422 A JPH07147422 A JP H07147422A JP 5296377 A JP5296377 A JP 5296377A JP 29637793 A JP29637793 A JP 29637793A JP H07147422 A JPH07147422 A JP H07147422A
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JP
Japan
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cds
electrode
film
sintered film
cdte
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Pending
Application number
JP5296377A
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English (en)
Inventor
Haruo Shiratori
治男 白鳥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Metal Mining 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
    • 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
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

(57)【要約】 【目的】 オーミック電極形成にあたり、スクリーン印
刷法による太陽電池製造費を低減させ、電極形成のため
の面積割合を小さくして実効変換効率を向上したテルル
化カドミウム太陽電池を提供する。 【構成】 透明ガラス基板上に、n形CdS焼結膜、p
形CdTe焼結膜およびn形CdS焼結膜の順序で積層
された電池素子が複数個形成され、隣合う上記電池素子
の該基板側CdS焼結膜と上部CdS焼結膜が接続され
て構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体を用いた
太陽電池及びその製造方法に関し、さらに詳しくはn形
CdS膜からなる光透過窓層とp形CdTe膜からなる
光吸収層によって構成されるテルル化カドミウム太陽電
池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】石油の代替エネルギーとして、低コスト
且つ高効率の太陽電池の開発が強く求められている。化
合物半導体薄膜を用いた太陽電池は、材料費が安く大面
積化が容易で大量生産に適するため低コスト化が期待さ
れ、なかでも太陽光発電に最適な禁制帯幅を持つCdT
eを光吸収層に用いるものは、窓層にCdTeと良好な
pn接合を形成可能なCdSを用いることで、高い変換
効率が期待できることから、近年積極的に研究開発がな
されている。
【0003】その構成及び製法としては、透明ガラス基
板上にスクリーン印刷と焼成とによってn形CdS焼結
膜を形成し、次いで同様にスクリーン印刷と焼成とによ
ってp形CdTe焼結膜を形成する。このときCdTe
焼結膜がCdS焼結膜への電極取り付けに必要な領域を
除いてCdS焼結膜を覆うようにする。そしてCdTe
焼結膜上にはオーム性接触を得るためにC(カーボン)
膜を形成して素電池とする。最後にCdS焼結膜の露出
部とC膜上部にAg−In電極を形成する。
【0004】このAg−In電極は外部へ電力を取り出
すための電極であるとともに、基板内部においては素電
池の直列接続のための配線を兼ねる。C膜とAg−In
電極は、それぞれ高純度カーボンペースト及びAg−I
nペーストを材料にして、ともにスクリーン印刷と焼成
とによって形成される。
【0005】スクリーン印刷法で製作する太陽電池に
は、例えば30cm×40cmのような大面積であって
も比較的高い真性変換効率が得られるという優れた点が
ある。また、塗布、乾燥、焼成を繰り返す製造法は本来
製造コストが低く大量生産にへの移行も容易なため低コ
スト化が期待できる。しかもCdTeは吸収係数が大き
いので発電に必要な半導体部は薄膜で十分であり材料費
も安いという特長を備えている。
【0006】しかしながら現状では、高い変換効率を実
現するために、主として内部抵抗の低減を目的として、
高純度カーボンペーストやAg−Inペースト等の高価
な材料を用いているため低コスト化が進まず、またこれ
らの材料を用いても製造工程において焼成条件など厳し
い管理が必要で、製造コストの削減を阻んでいる。
【0007】電極形成のコストを増大させている原因
は、CdS及びCdTeへのオーミック電極形成の困難
にある。特にp形CdTeへのオーム性接触の形成は一
般に困難で、スクリーン印刷法においてはCdTeに対
するアクセプター不純物を微量に含む高純度カーボンペ
ーストを用い、カーボン膜の焼成時にCdTe膜の表面
を強くp形化してオーム性接触を得ている。またCdS
膜への電極にはAg−In焼結体を用いるが、これ以外
の電極材料としてはPt等、より高価な選択しか残され
ていない。
【0008】Ag−In電極の使用は変換効率の面でも
問題を持つ。太陽電池は複数個の素電池を基板上で直列
に接続するための接続部を必要とし、その領域は発電に
寄与しないため太陽電池の全面積に対する有効発電領域
の割合を減少させ、実効変換効率を低下させる。CdS
焼結膜とAg−In電極では、コンタクト抵抗が大きい
ので接触面積を大きくとる必要があり、高い実効変換効
率を持つ太陽電池の製作は困難であった。
【0009】以上のように、従来のCdTe太陽電池の
構成及び製造法では、材料費と製造コストの両面から低
コスト化が期待されながら、実際には電極形成の困難が
低コスト化を妨げていた。また、大面積で高い真性変換
効率の太陽電池が得られるにも関わらず、電極形成領域
のために高い実効変換効率が得られないという技術的課
題を持っていた。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はオーミ
ック電極形成に当りスクリーン印刷法による太陽電池の
製造コストを低減させ、また、電極形成のための面積の
割合を小さくして実効変換効率を高くすることである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、透明ガラス基板上に、n形CdS焼結
膜、p形CdTe焼結膜およびn形CdS焼結膜の順序
で積層された電池素子が複数個形成され、隣合う上記電
池素子の該基板側CdS焼結膜と上部CdS焼結膜が接
続されて構成されたことを特徴とする。
【0012】
【作用】裏面電極としてのn形CdS焼結膜を形成する
際には、配線として機能するに十分低抵抗な膜が、Cd
Te焼結膜との間に結晶欠陥の多いヘテロ接合を形成す
るように、材料と焼成条件を選ぶ。そうすることで再結
合電流の大きいpn接合を形成し、これを従来のオーミ
ック接触に代えて用いる。低抵抗のn形CdS焼結膜を
形成するにはドナー不純物を含んだ材料を用いればよ
く、あるいは裏面電極で光の透過率が高い必要もないの
で膜を厚くしてシート抵抗を下げてもよい。再結合電流
の大きいpn接合を形成するのは容易である。
【0013】この構成では一つの電池素子の中に2つの
pn接合が存在する。透明電極と光吸収層との間のpn
接合の役割は従来の太陽電池の場合と同じであり、光吸
収によって生成されたキャリアの分離を担う。分離され
たキャリアのうち電子は透明電極に集荷され電極には負
の電位が生じる。一方正孔はCdTe層内を移動して、
裏面電極として設けたn形CdSとの接合界面すなわち
第二のpn接合に到達する。ここで結晶欠陥が作る再結
合中心を介してCdSの多数キャリアである電子と再結
合する。その結果、裏面電極内では電子が不足してここ
に正の電位が生じる。
【0014】電池素子が直列に接続された構成では、透
明電極に集荷された電子は隣接する素電池の裏面電極ま
で移動し、CdTe層内に発生した正孔との再結合によ
って生じた電子の不足を補う。接続された透明電極と裏
面電極はこうして同電位となり、その結果直列接続の両
端には各素電池に生じた電圧の和に等しい電圧が発生す
る。
【0015】内部配線にCdS焼結膜を使用することで
有効発電領域の割合を増やすことができる。電池素子を
ストライプ状に形成するとき従来法では、有効発電領域
の幅2.8mm、非発電領域の幅1.2mmのとき最高
の実効変換効率が得られている。非発電領域幅のうち
0.6mmはAg−In電極とCdS焼結膜との接触面
に使われている。これに対して本発明では同種の材料を
接触させるのでコンタクト抵抗はごく小さく、接触面の
幅を小さくして有効発電領域の割合を増すことが可能と
なる。
【0016】
【実施例】
〔実施例1〕以下に図面を参照しながら本発明の実施例
を示す。図1は本実施例において製作した太陽電池の断
面の概略を示している。平均粒径2μm、純度5NのC
dS粉末に10重量%の無水CdCl2 粉末と適量のプ
ロピレングリコールを混合してCdSペーストを作り、
スクリーン印刷装置で10cm×10cmの硼硅酸ガラ
ス基板1の上面に塗布した。これを大気中、120℃、
1時間の乾燥を行いプロピレングリコールを蒸発させた
後、アルミナ匣鉢に入れ窒素雰囲気中650℃、1時間
の焼成を行った。さらに匣鉢から出した状態で窒素雰囲
気中650℃、30分間の熱処理を行って残留するCd
Cl2 を蒸発させた。こうして厚さ約15μmのCdS
焼結膜2aを得た。次に、平均粒径4μm、純度5Nの
CdTe粉末に5重量%の無水CdCl2 粉末と適量の
プロピレングリコールを混合してCdTeペーストを作
り、同様に塗布、乾燥、620℃の焼成及び熱処理を行
って、CdS焼結膜上に厚さ約20μmのCdTe焼結
膜3を形成した。さらに、純度3NのCdSに約0.2
重量%のInを含ませた平均粒径10μmの粉末に適量
のプロピレングリコールを混合してn−CdSペースト
を作り、塗布、乾燥の後、窒素雰囲気中500℃、1時
間の焼成を行って、厚さ約50μmのCdS焼結膜2b
を形成した。最後に直列接続の両端の電極となっている
2ヶ所のCdS焼結膜にAg−Inペーストを塗布し、
この場合加熱すべき面積が小さいので、従来の焼成工程
に代えてホットエア加熱を行って電力取り出し用電極4
aを形成した。こうして太陽電池を完成した。
【0017】比較のため裏面電極2bの膜厚と焼成温度
を変えて、実施例と同様の太陽電池を製作した。また、
従来の方法すなわち図2に示すようにCdTe焼結膜上
にC焼結膜を設け電極兼内部配線材としてAg−In焼
結体用いた太陽電池を製作した。尚、これら比較例及び
従来法ではCdTe焼結膜の形成までは前記実施例と同
一の手順によっている。
【0018】これらの太陽電池のAM1.5(84mW
/cm2 )の照射光に対する真性変換効率を表1に示
す。実施例において従来法とほぼ同程度の変換効率が得
られている。比較例のうち裏面電極の焼成温度が低いも
ので効率が落ちるのは、焼結が不十分で膜の抵抗が高い
ためと考えられ、同じ低温焼結膜でも膜厚が厚いもので
は効率がやや向上していることがその傍証となってい
る。一方、裏面電極の焼成温度が高いものではその膜厚
によらず変換効率が低い。これは焼成時にドナー不純物
のInがCdTe側に拡散してpn接合がヘテロ接合部
からCdTe層内部に移動し、その結果再結合電流の小
さいいわゆる良質なpn接合が形成されたためと説明で
きる。本実施例の真性変換効率が従来法のものに若干劣
るのも同様の原因によると考えられる。
【0019】〔実施例2〕実施例1と同様の手順によ
り、透明電極と裏面電極との接触面の幅を変えて、断面
の概略を図1に示す太陽電池を製作した。有効発電領域
6の幅を2.8mmとし、接触面8aの幅を0.6〜
0.2mmの範囲から選んだ。非発電領域7の幅は、接
触面の幅8aとスクリーン印刷のパターン精度とから決
定された。比較のため製作した従来法の太陽電池では接
触面8bの幅は0.6mm、非発電領域7の幅は1.2
mmとなっている。
【0020】これらの太陽電池のAM1.5の照射光に
対する真性変換効率と実効変換効率を表2に示す。本実
施例においては、接触面8aの幅を縮小しても真性変換
効率の低下は見られず、有効発電領域の割合の増加によ
って従来法以上の実効変換効率が得られている。
【0021】上記二つの実施例において、裏面電極とし
てのCdS焼結膜を形成するための材料費は、膜が厚い
にもかかわらず出発材料の純度が低いこととCdCl2
を使用しないことから、透明電極用CdSペーストとの
比較でも相当安く、電極形成にカーボンペーストとAg
−Inペーストを使用する従来法の場合の約3分の1に
抑えられている。また、従来法では都合4回の焼成が必
要であったが、本実施例ではそのうちの1回をホットエ
アによる局所的な加熱に置き換えており大量生産時にお
ける焼成に関わる製造コストの削減が期待できる。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば実効
変換効率の高い太陽電池を低価格で製造することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の太陽電池の実施例を摸式的に示
した断面図である。
【図2】図2は従来法の太陽電池を摸式的に示した断面
図である。
【符号の説明】
1 ガラス基板 2a CdS焼結膜(透明電極) 2b CdS焼結膜(裏面電極) 3 CdTe焼結膜 4a Ag−In電極 4b Ag−In電極 5 カーボン膜 6 有効発電領域 7 非発電領域 8a 透明電極と裏面電極との接触面 8b 透明電極とAg−In電極との接触面

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 透明ガラス基板上に、n形CdS焼結
    膜、p形CdTe焼結膜およびn形CdS焼結膜の順序
    で積層された電池素子が複数個形成され、隣合う上記電
    池素子の該基板側CdS焼結膜と上部CdS焼結膜が接
    続されて構成されたことを特徴とするテルル化カドミウ
    ム太陽電池。
JP5296377A 1993-11-26 1993-11-26 テルル化カドミウム太陽電池 Pending JPH07147422A (ja)

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JP5296377A JPH07147422A (ja) 1993-11-26 1993-11-26 テルル化カドミウム太陽電池

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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