JPS58151072A - 光電変換素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は太陽電池及びその製造方法に関するものである
。

一般に太陽電池は、元を吸収してこれｔ電気エネルギー
に変換する光電変換作用を有する活性層の受光向貴に一
方の電極となる透明導電層を形成すると共に、他面側に
他方の電極となる導電層を設けて構成される。

而して近年に′ｊ６いて、太陽電池の活性層ｔアモルフ
ァスシリコン、ガリウムーヒＸＩの半導体１１層により
構成せしめることが、理論的に高い変換効率を得ること
ができることから盛んに研究賂れている。そして、活性
層をアモルファスシリコンによ多構成せしめる場合には
、母体であるアモルファスシリコンに水素、フッ素、炭
素、窒素、ゲルマニウムＶ添加含有せしめることにより
変換効率を向上せしめることができ、一方ガリウムーヒ
ＩＲＫよｐ活性層を構成せしめる場合忙は、完全結晶成
長せしめることにより、半導体活性層を用いた太陽電池
では最大の変換効率が得られるとされ（３） てＳ夛％％にシリコン−ゲルマニウムのリボン結晶上（
エピタキシャル成長法、或いは多結晶成長せしめること
Ｋよシ低）・ストで高効率化が試られている。

一方、前記透明導電層の材質としては酸化インジウムＣ
Ｉｎ鵞Ｏｓ）及び酸化スズ（５ｆｌＯりが知られて８す
、変換効率の向上を目的としてシート抵抗戚い祉比抵抗
の低減化Ｙ：図るために酸化インジウムと酸化スズとの
成分比或いは製膜条件Ｙ　ＩｙｌＪ御することが試られ
てはいるが、未だ満足すべきものは提案されていない。

こＯａ明導電層と半導体より成る活性層との接合ｍＫ＃
いては通常へテロ接合が形成されて℃・て空間電荷が生
ずるためＫｆｔ、起電力の一部が生ずる場となっている
が、酸化スズと半導体との接合はこの点で良好な接合を
形成するものであり、従ってそｏ、ａｅｃｗける限りで
は変換効率を向上せしめることが可能ではあるが、ｉｌ
！化スズ＃ｉ酸化イ／ジウ五に比して相当にその比抵抗
が大きく、従って酸化スズのみにより透明都電層を形成
せしめても。

その比抵抗の大きい友めに大きな変換効率の太陽電池を
得ることはできない。又透明導電層を酸化インジウムの
みＫよシ形成せしめると、シート抵抗の小さい透明導電
層を得ることはできても半導体より成る活性層との閣で
良好な接合が形成されないため、同様に大きな変換効率
の太陽電ａｖ得ることができない。

本発明は以上の如き事情に基いてなされたものであり、
半導体より成る活性層ＶＷし、変換効率の大きい太陽電
池及びこれを容易に且つ有利Ｅｌｌ造することのできる
方法を提供することを目的とする。

本発明太陽電池の特徴とするところは、透明ガラス基板
と、この基板上に設は友、酸化インジウム及び酸化スズ
より成る透明導電層と、この透明導電層上に設けた。充
電変換作用を有する半導体層とを具えて成り、前記透明
導電層は、前記半導体層と豪する界面層が酸化スズのみ
よ構成９且つその厚さ方向に？いて前記半導体層に接近
するに従って酸化スズの割合が増加するものである点ｋ
（５） ある。

又本発明方法の特徴とするところは、透明ガラス基板ン
真空檜内に配置し、当該真空槽内に活性酸素ガスを導入
してその存在下に８ける反応蒸着法により前記基板上に
酸化インジウム及び酸化スズより成シ、十の厚さの増加
に従って酸化スズの割合が増加しその表層が酸化スズの
みより成る透明導電層を形成する工程と、前記透明導電
層の表層上に光電変換作用を有する半導体層を形成する
工程とｔ含む点にある。

以下図ＷＪＫよって本発明を具体的に説明する。

本発ｑ４ＫＭいては１例えば第１図に示すように、透明
なガラスよ構成る基板１上に、酸化インジウム及び酸化
スズの混合体より成る透明導電層２を設ける。この透明
導電層２は、その上に形成される半導体による活性層３
に接近するに従って、即ち基１ｊｌから離れるに従って
、厚さ方向にＫいて、連続的に或いは段階的に、ａｌｌ
化インジウムの割合が減少し酸化スズの割合が増加し、
しかもその活性層３との界面層を形成する表層２Ａが酸
化スズ（６） のみより成る全体として一層構成のものとする。

ナしてこの透明導電層２よ、具体的Ｋａその表層２Ａ上
に充電変換作用を有する半導体層より成る活性層３を設
け、更にこの活性層３上に導電層４を設けて太陽電池を
構成せしめる。

以上にどいて、透明導電層２の表層２Ａ＃ｉ、１２化ス
ズの単分子膜であってもよい。

又前記活性層３＃ｉ、アモルファスシリコ／、ガリウム
ーヒ累等の充電変換作用を有する半導体層であれはよく
、ｐ−ｎ！ｊ１．　ｐ−１−ｎ型、或いは導電層４を仕
事関数の大きい金、白金、パラジク五等の金属層とする
ことにより得られる、ショクトキーバリアを形成するシ
ョットキー屋等任意の構成とすることができる。

更に前記導電層４＃′ｉ勿論シート抵抗或いは比抵抗が
小石いものであることが望ましく、通常は金属層によっ
て構成され、既述のショットキー瀝とする場合等を別に
して特にその材質が制限されるものではない。

本発明太陽電池は以上のような構成であるから。

（７） その活性層３と豪する透明導電層２の界向層Ｆｉ酸化イ
ンジウムを含有しない酸化スズのみより成る表層２１に
より形成されるため、この表層２Ａと活性層３とにより
、′ｙｔ、電変換作用に寄与するヘテロ接合であって良
好な骨性のものが形成されると共に１透明導電層２は毅
化インジウムＹ大きな割合で含有するシート抵抗或いは
比抵抗の小さいものとすることかできるため、光電変換
作用によって生じた元電流は肖咳透倒導電層２によって
大きな抵抗損失を伴うことなく流れることとなり、これ
らのｉ＊＊、非常に大きな変換効率を得ることができる
。

そして以上のような観点から１本発明に８けるｓ１記懺
層２Ａは、良好なヘテＯ接会が形成されるのであれば、
その厚さは小式いものであることが好ましい。

また、前記透明導電層２祉全体としてＦｉ酸化イ／ジウ
ムと酸化スズとの混合体よ構成るものであるため、単独
では通常１００１以下の厚さの均一な層として形成する
ことが困離な酸化スズを七のような単独の層として形成
する必要がなく、後述するような方法によって容易に形
成することができ、しかも全体のシート抵抗及び比抵抗
を小さなもの°とすることができる。

以上の如き本発明太陽電池は、次のような方法によって
好適に製造することができる。即ち、第２図に示すよう
に、真空槽を形成するペルジャー１１にバタフライバル
ブ１２ｙ！−有する排ｆｉ路１３を介して真９ボノグ（
霞示せず）ン接続し、これによＶ当該ペルジャー１１内
を排気する一方、１該ペルジャーｌｌ内Ｋｉ！、透明な
ガラス板を蒸着基板１４として配置してこれをヒーター
１５により５０〜３５０℃に加熱しながら、その出口を
前記蒸着基板１４と対向するようペルジャー１１ＫＭ！
ｉ該出口乞接続して設け′ｆｃ酸菓ガス放電管１７に酸
素ガスを供給してその放電によって生じた、酸素イオン
、活性ａＸ分子等を含む活性酸累ガスン３ １Ｏ〜１０　　Ｔｏｒｒの圧力となるようペルジャー１
１内に導入し、その存在下に’ｊ６いて、前記蒸着基板
１４と対向するよう設けたインジウム蒸発源（９） １８及びスズ蒸発源１９を共に加熱して金属インタ９ム
及び金属スズＹＭ時に９発せしめると共Ｋ、次１１１１
１にインジウムの蒸発速度を小さくして行き、その蒸発
速度が零となった時点又はその直後にスズＯ１ｋ発を停
止し、これにより、厚さの増加に従って酸化スズの割合
が増加して酸化スズのみより成る表層ｖ−ｗする透明導
電層Ｙ形成せしめる。そしてこの透明導電層上に充電変
換作用を有する牛導体よ構成る活性層及び導電層をこの
ｌ１ｉｊＫ設けて太陽電＃ｋｔ製造する〇 以上において、インジウム蒸発源１８及びスズ蒸発源１
９の加熱のためには、抵抗加熱、電子銃加熱、誘導加熱
等の任意の加熱手段を利用することができる。そして各
蒸発源に？いて突沸により蒸発源物質の粗大粒塊が飛翔
して蒸着基板１４上に何着することン避ける必要があり
、そのためＫは、１ＩＩＩＩｉｔ、た漏気路音形成する
粗大粒塊飛散防止部材を利用することができる。

＄１３１！！１は酸素ガス放電管１７の一例を示し、こ
の例においては、ガス人口２１ｔ有する筒状の−（１Ｇ
） 方の電極部材２２と、この一方の電極部材２２Ｖ−瑠に
設は之、放電空ｒ％　２３　Ｙ囲繞する例えけ筒状ガラ
ス製の放電空間部材２４と、この放電空間部材２４の他
端に設けた、出口２５を有するリング状の他方の電極部
材２６とより成り、前記一方の電極部材２２と他方の電
極部材２６との間に直流又は交流の電圧が印加嘔れるこ
とによりガス人口２１より供給逼れた酸素ガスが放電空
間２３Ｋｇいてグロー放電を生じ、これＫよｐｔ子エネ
ルギー的に賦活されたＷＩ票原子若しくは分子より成る
活性酸素及びイオン化され之鐵素イオ／が出口２５より
排出される。この図示の例の放電空間部材２４は二ｌ管
構造であって冷却水ン流過ぜしめ得る構成を有し、２７
．２８が冷却水入口及び出ロン示す。２９は一方の電極
部材２２の冷却用フィンである。

このＩＩＩ累ガス放電管１７における電極間距離状１１
０−１５ａであ夕、印加電圧は５００〜８００Ｖ、放電
空関２３の圧力は１０　　Ｔｏｒｒ程度とされる。

以上のような方法によれば、ペルジャー１１内（１１） Ｋ活性ＩＩｌ素ガスが存在するため、インジウム蒸発１
１１ｇ又はスズ蒸発源１９よりのインジウム蒸気又はス
ズ蒸気は酸化された状態で蒸着基板１４上Ｅｌ１着堆積
するようＫなり、しかもインジウム蒸発１１１８又はス
ズ蒸発源１９の加熱状態音制御することＫよって各々の
蒸発速度ｔ、その蒸発停止をも含めて大きな自由度で制
御することができるため、透明導電層を構成する酸化イ
ンジウムと酸化スズの割合ｔ’ｍａすることが容易であ
り、しかも大きなｌＩ膜速度ｌ得ることが可能である。

従来Ｋｊｄいては、酸化スズ膜の形成は１通常、塩化ス
ズの液化ガスを高温の基板表ＩｍＫスプレーすることに
より行なわれているが２この方法による場合には、既述
のように膜厚の小さい層として形成することが困離であ
る。しかし上述の方法によれば、酸化スズのみより成り
しかも膜厚の極めて小官い素層を有する透明導電層ケ容
易に形成することができ、これによって良好なヘテク接
合のＩ／＃成と抵抗の低い透明導電層の形成とン容易に
達成することかできる。

なＳ上述の方法によれは、スパッタ法或いはイオノブレ
ーティング法と異なり、形成される膜（？ける酸化イン
ジウムと酸化スズの割合の変更制御か容易であり、Ｐ９
ｒ要の透明導電層を容易に且つ確実に形成することがで
きる。

更に上述の方法にどいては、後述する実施例からも理解
されるようＫ、同一のペルジャー１１内に２いて蒸着法
等のデボジショ／法により活性層３更には導電層４の形
成をも行なうことが可能であり、このようにすることに
よって極めて低いコストで良好な太陽電池を得ることが
できる。

なＳ前記スズ蒸発源１９０代！ＩＩＫＩＩ！化スズ′ｌ
ｋ−蒸発源物質として収容した蒸発源を用いること、或
いはインジウム蒸発源１８の代りに、ドープ用スズン含
有する金楓イ／ジウム、ドープ用スズを含有する若しく
は含有しない酸化インジウム蒸発源物質として収容した
蒸発源ン用いることができ、この場合忙も上述と同様の
作用効果が得られる。

以下本発明の実施例について説明する。

実施例１ （１３） ＠４ｍ１に示すようＫ、第２図に示した構成に加えて、
蒸着基［１４の背後電極に直流負電圧ン印加する直流電
源３０．＠累ガス放電管１７と同様に設けた水素ガス放
電管３１、インジウム蒸発源１８等と同様に設けたシリ
コン蒸発源３２．アルミニウム蒸発源３３．及びクロム
蒸発源３４ン具えた装置に８いて、［コー二／グア７４
０　Ｊのガラスより成る基１［を蒸着基板１４としてペ
ルジャーｌｌ内に配置してこれ馨ヒーター１５により温
度２８０℃に加熱し次状態で、ベル、ジャー１１内を排
気すると共に、酸素ガス放電管１７よジの活性酸素ガス
Ｙ４　Ｘ　１０　　Ｔｏｒｒの圧力となるよう導入しな
がら、インジウム蒸発源１８とスズ蒸発源１９の蒸発速
度を１０：ＩＫ段設定て加熱を開始し、その後次第にイ
ンジウム蒸発源１８の加熱温度を低下せしめることによ
りその蒸発速度を低下セーしめ、その蒸発速度が零とな
った時点に８いてスズ蒸発ｌ１１９の蒸発ｔも停止せし
めるようにし、以って基ＩＮｌ貴から酸化インジウムの
濃度が次第に減少してその接層が酸化スズのみより成る
厚さく１４） ３５００Ａの透明導電層２を設け、次に肖皺ペルジャー
１１内の酸素を除去した後、蒸着基板１４ｖ温度３２０
℃に加熱すると共に直流電源３０により背後電極に一６
ｋＶの直流負電圧ン印加した状態で水素ガス放電管３１
まりの水素イオン及び活性水素を含む活性水素カス９８
ＸＩＯＴｏｒｒの圧力となるよう導入しながら、シリコ
／蒸発源３２４加熱して前記透明導電層２上に水素ン含
有したアモルファスシリコ／より成る厚さ６０００Ａｏ
ｉｆｉ層ン形成し次いでアルミニウム蒸発源３３Ｖも加
熱して水素及び約５原子％のアルミニウム馨含胃丁１１
さ２０００Ａのアモルファスシリコンより成るｐｇ！層
な形成してこれらｉ型層とｐ型層とによシｐ−ｎ！Ｉ台
型活性層３を形成し、その後７　Ｘ　Ｉ　Ｇ−’Ｔｏｒ
ｒの真空中でクロム蒸発源３４Ｃ）みを加熱して前記活
性層３上に厚さ５００Ａの導電層４９形成し。

以って本発明太陽電池を袈遺し友。

この太陽電池によれば５％と大きい変換効率が得られた
。

【図面の簡単な説明】

（１５） 第１−は本発明太陽電池の構成ン示す説明図、ｊ１２１
ＥＩＦｉ本発明太陽電池の製造方法の実施に用いられる
装置の一例の構成を示す観測用ｔｈ面図、第３園は酸素
ガス放電管の一例の説明用断面図、第４図は本発明太陽
電池の製造に用いられる装置の構成を示す説明用断面図
である。 １−・基１ｆＬ２・・・透明導電層 ３−・活性層　　　　　　４・・・導電層１１−・ペル
ジャー　　　　１２・・・バタフライバルブ１３・・・
排気路　　　　　　１７・・・酸素ガス放電管１８−・
インジウム蒸発源　１９・・・スズ蒸発源２１−ガス入
口　　　　　２２．２６・・・電極部材２３　＝−放電
空間　　　　　３１・・・水素ガス放電管３２・−・シ
リコ／蒸発源 ３３−・アルミニウム蒸発源 ３４−・クロム蒸発源 穿１囮 濃３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ）透明ガラス基板と、この基板上に設けた。 酸化インジウム及び酸化スズより成る透明導電層と、こ
   の透明導電層上に設けた１元電変換作用を有する半導体
   層とン具えて成り、前記透明導電層は、前記半導体層と
   接する界面層が酸化スズのみよシ成り且つその厚さ方向
   に’Ｊ６いて前記半導体層ＫＩＩ近するに従って酸化ス
   ズの割合が増加するものであることン特徴とする太陽電
   池。 ２）透明ガラス基板ン真空槽内圧配置し、当該真空槽内
   に活性ｌ１票ガスを導入してその存在下における反応蒸
   着法により前記基板上に酸化インジウム及び酸化スズよ
   り成りその厚さの増加に従って酸化スズの割合が増加し
   その表層が酸化スズのみより成る透明導電層を形成する
   工程と、前記透明導電層の嵌層上に光電変換作用１に：
   有する半導体層を形成する工程とｔ含むことＹ＃徴とす
   る太陽電池の製造方法。 （２）