JPH09153632A - 光電変換装置 - Google Patents

光電変換装置

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JPH09153632A
JPH09153632A JP7313293A JP31329395A JPH09153632A JP H09153632 A JPH09153632 A JP H09153632A JP 7313293 A JP7313293 A JP 7313293A JP 31329395 A JP31329395 A JP 31329395A JP H09153632 A JPH09153632 A JP H09153632A
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JP
Japan
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type
amorphous silicon
silicon layer
substrate
photoelectric conversion
Prior art date
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Pending
Application number
JP7313293A
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English (en)
Inventor
Kouichirou Shinraku
浩一郎 新楽
Hiroaki Yoshida
裕章 吉田
Hideki Shiroma
英樹 白間
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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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

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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パターンエッジでの暗電流を低く抑えること
ができ、特に低照度領域での変換効率の優れた光電変換
装置を提供すること。 【解決手段】 p型もしくはn型の結晶シリコンから成
る基板1の一主面側に裏面電極層8を設けるとともに、
基板1の他主面上に、i型の第1非晶質シリコン層2、
p型もしくはn型で且つ第1非晶質シリコン層2より狭
い被着面積の第2非晶質シリコン層3、及び受光面電極
層4を順次積層させて成る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光センサや太陽電
池等に用いられる光電変換装置に関し、特に結晶系シリ
コン層上に非晶質シリコン層を積層させた光電変換装置
に関する。
【0002】
【従来技術とその問題点】従来より、結晶シリコン(多
結晶シリコンもしくは単結晶シリコン)から成る基板上
に非晶質シリコンを積層し、高い変換効率が得られるヘ
テロ接合太陽電池に関する研究が盛んに行われている。
【0003】例えば、図4に示すように、結晶シリコン
基板51の一主面(裏面)に、金−アンチモンから成る
金属膜52を設け、この結晶シリコン51の他の主面
(受光面)に非晶質のシリコンカーバイド膜53を設
け、このシリコンカーバイド膜53上に透明導電膜54
を設け、素子分離等のために、結晶シリコン基板51の
端部を混酸(フッ酸+硝酸)によるメサエッチングでも
って除去させた光電変換装置Jが知られている(例え
ば、Jpn. J. Appl. Phys. 23 (1984) 515.を参照)。
【0004】ところで、従来、結晶のシリコン基板の上
に非晶質シリコン層、透明電極層を順次積層させたよう
な光電変換装置において、混酸(フッ酸+硝酸)による
エッチングでメサ構造を形成させようとすると、各層間
のエッチングレイトの相違により、透明電極層の張り出
しが生じ、結晶シリコンと透明電極層とが接触し、これ
により暗電流が増加して、特に低照度における電圧−電
流特性を向上させることができなかった。
【0005】また、このような透明電極層の張り出しが
生じない場合でも、従来の光電変換装置では透明電極層
と結晶シリコン表層との表面経由の距離が短く、パター
ンエッジで暗電流が生じやすい構造であったので、やは
り低照度において電圧−電流特性を向上させることがで
きなかった。
【0006】そこで、従来の光電変換装置の諸問題を解
消し、パターンエッジでの暗電流を極力抑えることがで
き、特に低照度における電圧−電流特性の優れた光電変
換装置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】上記目的を達成する光電
変換装置は、p型もしくはn型の結晶シリコンから成る
基板の一主面側に裏面電極層を設けるとともに、基板の
他主面上に、i型の第1非晶質シリコン層、p型もしく
はn型で且つ第1非晶質シリコン層より狭い被着面積の
第2非晶質シリコン層、及び受光面電極層を順次積層さ
せて成る。
【0008】また、第1非晶質シリコン層もしくは受光
面電極層の被着面積が基板の他主面の面積より狭いこと
を特徴とする。
【0009】また、p型もしくはn型の結晶シリコンか
ら成る基板の一主面側に裏面電極層を設けるとともに、
基板の他主面上に、基板の他主面の面積より狭い被着面
積の、複数層の非晶質シリコン層と受光面電極層とを順
次積層させて成る。
【0010】なお、p型もしくはn型の非晶質シリコン
層は完全な非晶質でなくともよく、微結晶層であっても
よい。
【0011】
【作用】上記構成の光電変換装置によれば、非晶質シリ
コン層や透明電極層と結晶シリコンとの表面経由の距離
を長くすることができ、これにより各層のパターンエッ
ジ部分や半導体接合部での暗電流の発生を極力防止する
ことができ、特に低照度における電圧−電流特性を向上
させることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明に係る実施例について図面
に基づき詳細に説明する。図1に示す光電変換装置S
は、照明灯が蛍光灯や白熱灯等の光の波長が種々のもの
であっても、変換効率を高く維持することが可能な太陽
電池であり、その理想的な基本構造は以下に示す通りで
ある。
【0013】図1に示すように、光電変換装置Sは、p
型もしくはn型の結晶シリコンの基板1の一主面(裏
面)1b側に裏面電極層8が設けられ、基板1の他主面
(受光面)1a上に、i型の第1非晶質シリコン層2、
p型もしくはn型で且つ基板1の他主面の面積より狭い
被着面積の第2非晶質シリコン層3、及び受光面電極層
4を順次積層させて成る。
【0014】具体的には、導電型がp型の多結晶シリコ
ンから成る基板1の受光面1a側には、基板1の受光面
1aのほぼ全面に導電型がi型の第1非晶質シリコン層
2が設けられ、この第1非晶質シリコン層2上には、周
縁部がパターニング除去され、被着面積が基板1の受光
面1aの面積より狭く、導電型がn型の第2非晶質シリ
コン層3が設けられ、この第2非晶質シリコン層3上に
は、さらに周縁部がパターニングされたITO(酸化イ
ンジウム・スズ)から成り、第2非晶質シリコン層3よ
り被着面積が狭い受光面電極層4が設けられ、この受光
面電極層4上には導電ペースト,導電ペースト+半田,
もしくは金属膜などから成る出力の取り出し電極5が設
けられている。
【0015】また、基板1の裏面1b側には、基板1の
裏面1bのほぼ全面にi型の第3非晶質シリコン層6が
設けられ、この第3非晶質シリコン層6上には、周縁部
がパターニングされ、被着面積が基板1の裏面1bの面
積より狭く、導電型がp型の第4非晶質シリコン層7が
設けられ、この第4非晶質シリコン層7上には、周縁部
がパターニングされ、被着面積が第4非晶質シリコン層
7より狭いアルミニウムから成る裏面電極層8が設けら
れている。
【0016】次に、上記構成の光電変換装置Sの製造方
法について説明する。まず、基板1の受光面1a側を成
膜する。すなわち、プラズマCVD法により基板1の受
光面1aのほぼ全面にi型の水素化非晶質シリコン層で
ある第1非晶質シリコン層2を厚さ20〜400 Å程度に成
膜する。そして、この第1非晶質シリコン層2の上面の
ほぼ全面に同様な方法にて、非晶質シリコン形成用ガス
に不純物ドープ用ガスであるホスフィン等を所定の比率
で混合して、厚さ30〜150 Å程度に成膜してn型の第2
非晶質シリコン層3を形成する。次いで、この第2非晶
質シリコン層3の上面のほぼ全面にスパッタ法によりI
TOから成る受光面電極層4を厚さ700〜1000Å程度に
成膜する。
【0017】また、基板1の裏面1b側は、まず、基板
1の裏面1bのほぼ全面に、上記と同様にi型の水素化
非晶質シリコンを厚さ0 〜200 Å程度に成膜してi型の
第3非晶質シリコン層6を形成する。そして、この第3
非晶質シリコン層6の上面のほぼ全面に同様な方法に
て、非晶質シリコン形成用ガスに不純物ドープ用ガスで
あるジボランガス等を所定の比率で混合して、厚さ約0
〜200 Å程度にp型の第4非晶質シリコン層7を形成す
る。そして、この第4非晶質シリコン層7の上面のほぼ
全面に蒸着やスパッタ法等によりアルミニウムから成る
裏面電極層8を形成する。
【0018】次に、まず、受光面電極層4及び裏面電極
層8の所定領域をレジストで覆いマスクする。そして、
フッ酸,硝酸,及び水を混合させた混酸を用いて、第2
非晶質シリコン層3,受光面電極層4,第4非晶質シリ
コン層7,及び裏面電極層8の周縁部をエッチングす
る。ここで、第1非晶質シリコン層2及び第3非晶質シ
リコン層6はほとんどエッチングされない。ここで、エ
ッチングレイトを調節するために、混酸における硝酸の
量を多くしてエッチングレイトを下げたり、水の量を多
くしてエッチングレイトを下げたりする。さらに、受光
面電極層4及び裏面電極層8をエッチングする場合に
は、例えば塩酸もしくは臭化水素でもってエッチングす
る。
【0019】そして、スクリーン印刷,半田ディップ,
もしくは蒸着法等により取り出し電極5を形成して、図
1に示す光電変換装置Sを作製することができる。な
お、基板1上に多数個の素子領域を作製している場合に
は、上記のようにして素子を作製した後に、素子どうし
を分離するためにレーザー,ダイシング,もしくはダイ
ヤモンドスクライブ等によりカッティングを行う。
【0020】なおここで、基板1は単結晶シリコンでも
よく、基板1の導電型はn型でもよい(この場合には、
基板1の受光面側に設けるn型の非晶質シリコン層の代
わりに、p型の非晶質シリコン層を設けるとよい。)。
また、第2非晶質シリコン層3や第4非晶質シリコン層
7は完全な非晶質でなくともよく、いわゆる微結晶層で
あってもよい。また、基板1の裏面側には裏面電極層だ
けを形成するようにしてもよい。また、透明導電層4は
酸化亜鉛(ZnO)等でもよい。また、第1非晶質シリ
コン層2及び/又は第3非晶質シリコン層6の周縁部を
パターニング除去するようにしてもよい。
【0021】なおまた、光電変換装置S全体の耐湿性等
の信頼性向上のために、裏面電極層8上には保護膜が形
成されるとより好適である。例えば、樹脂を周知の印刷
手法を用いて保護膜として形成し、さらに、例えば導電
性樹脂を周知の印刷手法を用いて取り出し電極部分が形
成される。また、この上に後工程の実装時の半田づけ性
を良好とするため、半田材料を形成しておくとよい。こ
れは、導電性樹脂表面が長時間放置によって酸化され、
後の実装時の半田づけ性に悪影響を及ぼす可能性を未然
に防ぐためである。
【0022】次に、上記光電変換装置Sの特性について
説明する。受光面積が約0.5 cm2 の場合の光電変換装置
Sの電圧−電流特性は、図2に実線で示す通りであっ
て、開放電圧は約0.4 Vであり、電圧−電流特性が非常
に良好であった。さらに、順バイアス0.3 Vにおける暗
電流も2 ×10-6A/cm2 以下であった。このように、光
電変換装置Sでは特に半導体接合部における表面経由を
長くすることにより暗電流の発生を極力抑えることがで
き、低照度における電圧−電流特性を従来より大幅に向
上させることができた。
【0023】一方、非晶質シリコン層や受光面電極層の
周縁部をエッチングしない、従来構造のものでは、図2
に破線で示す通りであり、開放電圧は約0.3 V程度、順
バイアス0.3 Vにおける暗電流も10-5A/cm2 程度であ
った。
【0024】次に、光電変換装置の他の実施例について
説明する。図3に示すように、p型もしくはn型の多結
晶シリコンの基板31の裏面に裏面電極層34を設け、
p型もしくはn型の多結晶シリコンの基板31の受光面
側に、周縁部をパターニングして、被着面積が基板31
の受光面より狭い、2層以上(i型や他の導電型の層が
複数積層された層構成をなす)の非晶質シリコン層32
を積層し、この非晶質シリコン層32上に、周縁部をパ
ターニングして、被着面積が非晶質シリコン層32より
狭い透明導電層33を積層した構造の光電変換装置S3
としてもよい。なお、図3において基板31の取り出し
電極等は省略している。また、図中C3はレーザーやダ
イシング等によりカッティングして素子分離を行う箇所
を示す。
【0025】このとき使用するエッチャントは、非晶質
シリコン層32と透明導電層33とが共にエッチングさ
れるエッチャント(例えば、混酸)を用い、共にエッチ
ングされるようにし、さらに、透明導電層33のみエッ
チングされるように塩酸などのエッチャントを用いて透
明導電層33のサイドエッチングするようにする。
【0026】この実施例においても、上記実施例と同様
にパターンエッジ部や半導体接合部における暗電流の発
生を極力防止することができるので、低照度における電
圧−電流特性を良好にすることができる。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
非晶質シリコン層や受光面電極層と結晶シリコン(単結
晶もしくは多結晶シリコン)層との表面経由の距離を長
くすることができるので、暗電流のパターンエッジ部分
での発生を極力防止することができ、特に低照度におい
て電圧−電流特性が良好となり、高効率の優れた太陽電
池や特性の優れた光センサなどの光電変換装置を提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る一実施例の光電変換装置の要部断
面図。
【図2】光電変換装置の電圧−電流特性を示す特性図。
【図3】本発明に係る他実施例の光電変換装置の要部断
面図。
【図4】従来の光電変換装置の一例を示す要部断面図。
【符号の説明】
1 ・・・ 基板 2 ・・・ 第1非晶質シリコン層 3 ・・・ 第2非晶質シリコン層 4 ・・・ 受光面電極層 8 ・・・ 裏面電極層 S ・・・ 光電変換装置

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 p型もしくはn型の結晶シリコンから成
    る基板の一主面側に裏面電極層を設けるとともに、前記
    基板の他主面上に、i型の第1非晶質シリコン層、p型
    もしくはn型で且つ前記第1非晶質シリコン層より狭い
    被着面積の第2非晶質シリコン層、及び受光面電極層を
    順次積層させて成る光電変換装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の光電変換装置であっ
    て、前記第1非晶質シリコン層もしくは前記受光面電極
    層の被着面積が前記基板の他主面の面積より狭いことを
    特徴とする光電変換装置。
  3. 【請求項3】 p型もしくはn型の結晶シリコンから成
    る基板の一主面側に裏面電極層を設けるとともに、前記
    基板の他主面上に、前記基板の他主面の面積より狭い被
    着面積の、複数層の非晶質シリコン層と受光面電極層と
    を順次積層させて成る光電変換装置。
JP7313293A 1995-11-30 1995-11-30 光電変換装置 Pending JPH09153632A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006222469A (ja) * 2006-05-29 2006-08-24 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力素子
US7781669B2 (en) 2005-02-25 2010-08-24 Sanyo Electric Co., Ltd. Photovoltaic cell
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