JPH1012903A - 光電変換装置 - Google Patents

光電変換装置

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JPH1012903A
JPH1012903A JP8166248A JP16624896A JPH1012903A JP H1012903 A JPH1012903 A JP H1012903A JP 8166248 A JP8166248 A JP 8166248A JP 16624896 A JP16624896 A JP 16624896A JP H1012903 A JPH1012903 A JP H1012903A
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JP
Japan
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substrate
type
amorphous silicon
silicon layer
layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP8166248A
Other languages
English (en)
Inventor
Kouichirou Shinraku
浩一郎 新楽
Hideki Shirama
英樹 白間
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
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Publication of JPH1012903A publication Critical patent/JPH1012903A/ja
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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

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のヘテロ接合タイプの光電変換装置の諸
問題を解消し、結晶質シリコンと導電ペーストとの界面
での特性を向上させ良好な変換効率を有する優れた光電
変換装置を提供すること。 【解決手段】 p型もしくはn型の結晶質シリコンから
成る基板1の一主面上に、基板1とpn接合もしくはp
in接合を構成する結晶質もしくは非晶質シリコン層
2,3、及び受光面電極層4を順次積層させるととも
に、基板1の他主面(裏面)上に基板と同一導電型もし
くはi型の非晶質シリコン層(6,7)、及び導電ペー
スト8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、特に単結晶や多
結晶の結晶質シリコンを基板とした光電変換装置におい
て、光の入射側と反対側に導電ペーストを設けた光電変
換装置に関する。
【0002】
【従来技術とその問題点】従来より、結晶質シリコン
(多結晶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2に示すように、高品質の太陽
電池を提供するために、まず、p型の多結晶シリコン1
1の受光面上にn型のアモルファスシリコン層12、透
明な受光面電極層13をプラズマCVD法等で積層し、
次いで多結晶シリコン11の裏面にアルミペーストや銅
ペースト等の導電ペースト層14をスクリーン印刷等に
より形成して作製した太陽電池Jが知られている。
【0004】しかしながら、このような太陽電池の場
合、結晶質シリコンの裏面に直にアルミペーストが設け
られているため、結晶質シリコンとアルミペーストとの
界面で生じるキャリアの再結合が起こりやすいことが考
えられ、変換効率が低下することがある。さらに、光活
性層として使用する結晶質シリコンとアルミペーストと
ではオーミックコンタクト特性が悪いという問題を有し
ている。
【0005】また、結晶質シリコンの裏面にアルミペー
ストを印刷法により、塗布形成し所定温度で焼成して高
効率の太陽電池を得るようにしたものも知られている
(例えば、特開平4-261069号公報等を参照)。ところ
が、このような太陽電池の場合は、例えば200℃程度
以下の低温処理を行うことができず、工程も煩雑となり
問題である。
【0006】そこで、上述した従来のヘテロ接合タイプ
の光電変換装置の諸問題を解消し、結晶質シリコンと導
電ペーストとの界面での特性を向上させて良好な変換効
率を有するとともに、製造も非常に簡便な優れた光電変
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型の結晶質シリコンから成
る基板の一主面上に、該基板とpn接合もしくはpin
接合を構成する結晶質もしくは非晶質シリコン層、及び
受光面電極層を順次積層させるとともに、基板の他主面
(裏面)上に基板と同一導電型もしくはi型の非晶質シ
リコン層、及び導電ペーストを順次積層させて成る。
【0008】また、p型もしくはn型の結晶質シリコン
から成る基板の一主面上に、該基板とpn接合もしくは
pin接合をなすシリコン層、及び受光面電極層を順次
積層させるとともに、基板の他主面上に基板と同一導電
型及びi型を含む複数層の非晶質シリコン層、及び導電
ペースト層を順次積層させて成る。
【0009】ここで、基板の裏面上に直接設ける非晶質
シリコン層は、基板の導電型が例えばp型ならばp,p
+ ,もしくはp++等(基板の導電型が例えばn型ならば
n,n+ ,もしくはn++等)の導電型とし、特に基板よ
り導電率が高いものとすると、基板と導電ペースト界面
で生じるキャリアの再結合をより低減させることができ
る。さらに、基板と導電ペーストとの間のオーミックコ
ンタクト特性もより向上させることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明に係る実施の形態について
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
陽電池もしくは光センサであり、その基本構造は以下に
示す通りである。
【0011】光電変換装置Sは、p型もしくはn型の単
結晶もしくは多結晶から成る結晶質シリコンの基板1の
一主面である受光面1a上に、pn接合もしくはpin
接合をなすシリコン層2,3、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、基板1の他主面である裏面
1bには基板1と同一導電型もしくはi型の非晶質シリ
コン層、又は基板1と同一導電型及びi型を含む複数層
の非晶質シリコン層6,7、導電ペースト層8を順次積
層させて成る。
【0012】ここで、例えば導電型が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
と半田,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。
【0013】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より狭い領域に主成分がCu,樹脂等からなる導電
ペースト8が設けられる。
【0014】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。
【0015】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50
〜1000Å程度に基板1より導電率の高いp+型の第4非
晶質シリコン層7を形成する。ここで、基板1の裏面1
b側に設ける非晶質シリコン層のトータルの厚みは約50
〜1000Å程度とするのが好適である。
【0016】次に、まず、受光面電極層4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,及び導
電ペースト層8の周縁部をエッチングする。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。これにより、
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ようにすることができる。
さらに、受光面電極層4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。
【0017】そして、非晶質シリコン層7の上面のほぼ
全面にスクリーン印刷法によりCuを主成分とする導電
ペースト層8を形成する。さらに、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。
【0018】このように、結晶質の基板1の裏面と導電
ペースト層8との間に第3,第4非晶質シリコン層6,
7を介在させたので、非晶質シリコン層と結晶質の基板
1との界面欠陥準位が減り、また、基板1側に望ましい
バンドベンディングが形成されるため、基板1と導電ペ
ースト層8との界面で生じるキャリアの再結合を低減さ
せることができ、さらに基板1と導電ペースト層8との
オーミックコンタクト特性を向上させることが可能とな
る。
【0019】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の裏面側には一層の非晶質
シリコン層、導電ペースト層を順次積層するようにして
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。また、導電ペースト層8はCuペース
ト以外にAg,Al,In,もしくはNi等を主成分と
する導電ペーストを使用してもよい。
【0020】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、導電ペースト層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。
【0021】
【実施例】次に、代表的な実施例について説明する。p
型の結晶質シリコンから成る基板の一主面上に、i型の
第1非晶質シリコン層を厚さ約100 Åに成膜し、さらに
この上にn型の第2非晶質シリコン層を厚さ約70Åに成
膜し、次いでこの上にITOから成る受光面電極層を約
750 Åに成膜した。また、基板の裏面にp+型の第3非
晶質シリコン層を約200 Åに成膜し、この上にCu(80
重量%程度),ポリエステル系樹脂(10 重量%程度),溶剤
(8重量%程度) を主成分とする導電ペースト層を形成し
た。なお、成膜は上記と同様な方法で行い、導電ペース
ト層は図1に示すごとく段状となるようにエッチングを
施した後にスクリーン印刷法により形成した。
【0022】このようにして作製した光電変換装置につ
いて、蛍光灯200 ルクス下で特性を測定したところ、受
光面積が約0.5 cm2 の場合の開放電圧は0.4 V程度であ
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
の良好な特性値が得られた。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光電変換
装置によれば、結晶質シリコンの基板と導電ペースト層
との間に基板より導電率が高い非晶質シリコン層を介在
させたので、非晶質シリコン層を介在させない場合に基
板と導電ペースト界面で生じるキャリアの再結合を低減
させることができ、さらに、オーミックコンタクト特性
もより向上させることができ、特性の優れた太陽電池や
光センサ等の光電変換装置を提供できる。
【0024】また、電極として用いる導電ペースト層の
形成は、従来の電極層の形成に必要であった高真空装置
を不要とでき、製造を容易とすることができる。
【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】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 6 ・・・ 第3非晶質シリコン層 7 ・・・ 第4非晶質シリコン層 8 ・・・ 導電ペースト層 S ・・・ 光電変換装置

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 p型もしくはn型の結晶質シリコンから
    成る基板の一主面上に、該基板とpn接合もしくはpi
    n接合をなすシリコン層、及び受光面電極層を順次積層
    させるとともに、前記基板の他主面上に基板と同一導電
    型もしくはi型の非晶質シリコン層、及び導電ペースト
    層を順次積層させてなる光電変換装置。
  2. 【請求項2】 p型もしくはn型の結晶質シリコンから
    成る基板の一主面上に、該基板とpn接合もしくはpi
    n接合をなすシリコン層、及び受光面電極層を順次積層
    させるとともに、前記基板の他主面上に基板と同一導電
    型及びi型を含む複数層の非晶質シリコン層、及び導電
    ペースト層を順次積層させて成る光電変換装置。
JP8166248A 1996-06-26 1996-06-26 光電変換装置 Pending JPH1012903A (ja)

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