JPS58151073A - 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−は太陽電池の製造方法に関するものである。

一般に太陽電池は１元を吸収してこれｔ電気エネルギー
に変換する充電変換作用を有する活性層の受尤１ｉ１１
ｅＣ一方の電極となる透明導電層ヶ形成すると共に、弛
ｓｉ＊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Ｋｊｄいて、太陽電池の活性層をアモ（２） ルファスシリコン、ガリウムーヒ素等の半尋体薄層によ
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されている。そして、活
性層ンアモルファスシリコ／によシ構成せしめる場合Ｋ
Ｆｉ、母体であるアモルファスシリコンに氷菓、フン累
、縦累、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
ーヒ累により活性層ン構成せしめる場合には、完全結晶
成長せしめることＫより、牛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て８９％％にシ
リコ／−ゲルマニウムのすメン結晶上忙エピタキシャル
成長法、或いは多結晶成長せしめることにより低コスト
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（
Ｉｎ＊Ｏｓ　）及び酸化スズ（Ｓａｕｇ）が知られて８
り、変換効率の向上を目的としてシート抵抗或いは比抵
抗の低減化を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ａ！膜条件ｔ−ｗＩＩＩＩｌす（３） 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。

この透明導電層と半導体より成る活性層との接合面にｇ
いては通常ヘテｃｉ接合が形成され【いて空間電荷が生
ずるために光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て良好な接合を形成
するものであり、従ってその点に’ｊ６けるａｌｌでは
変換効率を向上せしめることが可能ではあるが、ＷＩ化
スズは酸化インジウムに比して相百にその比抵抗が大き
く、従って酸化スズのみにより透明導電層を形成せしめ
ても、その比抵抗の大暑いために大きな変換効率の太陽
電池を得ること杜できない。又透明導電層を酸化インジ
ウムのみにより形成せしめると、シート抵抗の小さい透
明導電層を得ること蝶できても半導体より威る活性層と
の間で良好な接合が形成てれないため、同１１１に大き
な変換効率の太陽電池ン得ることがで春ない。

本発＠は以上の如き事情に轟いてな石れたもので６９．
半導体より成る活性層を有し、変換効率の大暑い太陽電
池ン容易に且つ有利に製造することのできる方法馨提供
することｔ目的とする。

本発明の特徴とするところは、導電性基板上に党電変換
作用馨有する半導体Ｎ１１に：形成したものを真空槽内
に配置し、当核真空檜内に活性酸素ガスを導入してその
存在下に２ける反応蒸着法によｐ前記半導体層上に酸化
スズより成る下層ＶＷすると共Ｋｌ！Ｉ化イ／ジウム及
び酸化スズより成９その厚さの増加に従って酸化スズの
割合が減少する透明導電層を形成する工８ｙｔ含む点Ｋ
Ｔｏる。

以下図面によって本発明を具体的に説明する。

本発明にｇいて＃′ｉ、萬１図に示すよう忙、真空槽を
形成するペルジャー１１にパタン２イパルプ１２’ｒ’
ｆｌｒする排気路１３を介して真９ポンプ（ｌｌ示せず
）を接続し、これＫより当該ペルジャー１１内ｌ排気す
る一方、肖該ペルジャー１１Ｆ’３には、第２図に示す
ように金属よｐ成る導電性基板１上に光電変換作用ＹＶ
する半導体層より成る活性層２を形成したものｖ１着基
板！４として配置し、これをヒーター１５に、よｐｉ１
度５０〜３５Ｇ＠ＣＫ加（５） 熱すると共に直流電源１６により０〜−１０ｋＶの直流
負電圧【印加した状態に２いて、そのＷＯ娶前記蒸着基
板１４と対向するようペルジャー１１に当１［ａｉ口を
接続して設は九酸票ガス放電管１７ＫｍＩＩＩＥガスを
供給してその放電によって生じた、ＷＩＲ票イオ／、活
性酸素分子等を含む活性酸素ガスｔ’　１０　〜１０　
　Ｔｏｒｒとなるようベルジー？−１１内に導入し、そ
の存在下に８いて、前記蒸着基板１４と対向するよう設
けたスズ蒸発源１８を加熱して金属スズを蒸発ゼしめる
ことにより、前記蒸着基＠１４０活性層２上に酸化スズ
のみより成る下層３Ａ）ｌ形成し、このスズ蒸発源１８
の加熱開始直後Ｋｊ（いてインジウム蒸発源１９の加熱
ン開始して連続的に或いは段階的にインジウムの蒸発速
度を大１＜１．て行き、活性層２から離間する厚さ方向
に８いて酸化インジウムの濃度が増加し酸化スズ０１１
度が減少するようにして酸化インジウムを主成分としこ
れと酸化スズとの混合体よす成り前記活性層２から離れ
るに従って厚さ方向に？いて酸化スズの割合が減少し酸
化インジウムの割（６） 合が増加する一層構成の透明導電層３Ｙ：設けて太陽電
池を製造する。など、透明導電層３０下層３ＡＵ酸化ス
ズの単分子膜より成るものであってもよい。

以上に８いて、スズ蒸発源１８及びインジウム蒸発源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Ｙ利用することができる。そして各
蒸発ｍＫ’ｊ６いて突沸によｐ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、その几めには、屈曲した蒸気ｊｌ’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。

第３図は酸素ガス放電管１７の一例を示し、この例にｇ
いては、ガス人口２１を有する筒状の一方の電極部材２
２と、この一方の電極部材２２ｖ一端に設けた、放電空
間２３ン囲繞する例えば筒状ガラス棗の放電空間部材２
４と、この放電空間部材２４の他端に設は比、めロ２５
ン臀するリング状の他方の電極部材２６とより成ｐ１前
記一方の電極部材２２と他方の電極部材２６との間に直
（７） 流又は交流の電圧が印加されることにより、ガス人口２
１より供給されたｍ索ガスが放電空間２３Ｋ”Ｍいてグ
ロー放電ケ生じ、これにより電子エネルギー的に賦活嘔
れたｌ！累原子若しくは分子より成る活性ｉ１２票及び
イオノ化された酸素イオ／が川口２５より排出芒れる。

この図示の例の放電空間部材２４は二璽管構造であって
冷却水馨流過ゼしめ得る構成ｌ有し、２７，２８が冷却
水入口及び川口を示す。２９は一方の電極部材２２の冷
却用フィンである。

この酸素ガス放電管１７　Ｋ’Ｍける電極間距離は１０
１０−１５ｅであり、印加電圧Ｆｉ５００〜８００■、
放電空間２３の圧力は１０　　Ｔｏｒｒ程度と芒れる。

前記蒸着基板１４とされるものは、導電性基板１上に活
性層２が設けられて成るものであるが、ココに導電性基
板ｌとしては、アルミニウム、ステ／レス鋼等の金属板
若しくはこれに更に金楓薄層を形成したもの、又は絶縁
性支持体上に金楓薄鳩等より成る導電層を形成したもの
が用いられる。

活性層２は、アモルファスシリコン、ガリウム−ヒ素等
の充電変換作用ＹＮする半導体層であればよ＜、ｐ−ｎ
型、ｐ−ｉ−ｎｍ等の任意の構成とすることができる。

以上の如き本発明方法によって製造される太陽電池に８
いては、その活性層２と接する透明導電層３の界面層は
酸化インジウム蒸発源しない酸化スズのみより成る下層
３Ａにより形成されるため。

この下層３Ａと活性層２とにより、光電変換に寄与する
ヘテロ接合であって良好な特性のものが形成場れると共
に、透明導電層３は酸化インジウムを主成分とするシー
ト抵抗或いは比抵抗の小さいものとすることができるた
め、充電変換作用によって生じた充電流は白該透明導電
層３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、これらの結果、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、前記下層３Ａは。

良好なヘテロ接合が形成場れるのであれば、その厚さは
小さいものであることが好ましい。

而して、本発明方法にｇいて＃ｉ、ペルジャー１１（９
） 内に活性ＩＩｌ累ガスが存在するため、スズ蒸発源１８
又はインジウム蒸発源１９よりのスズ蒸気又はインジウ
ム蒸気は陵化された状態で蒸着基板１４上ＫＭ着堆積す
るようになり、しかもスズ蒸発源１８又はインジウム蒸
発源１９の加熱状０ｗ制御することによって各々の蒸発
速度を、七の蒸発停止をも含めて大きな自由度で制御す
るごとができるため、透明導電層３を構成する酸化イン
ジウムと酸化スズの割＠ｒを制御することが容易であり
、しかも大きな製農迷度を得ることが可能である。

従来にどいては　＊化スズ膜の形成は、通常、塩化スズ
の液化ガスヶ高温の基体表面にスプレーすることＫより
行なわれて′ｊ６ｖ、この方法は塩化スズを酸化スズに
変化せしめる几めに基体の温度ｖ４００℃以上の高温に
加熱する０とが必要である。しかし、充電変換作用を有
する半導体層より成る活性層Ｋｘいては、そのような高
温Ｋ１ｌ１ｌ１１芒れると、その充電変換特性が劣化す
るようになる。

これに対し、本発明方法によれば蒸着基板１４４七〇よ
うな高温に加熱することが不要であり、従（ｌＯ） って活性層２の特性を劣化せしめる２それがなく。

結局変換効率の大きい太陽電池Ｙ容易に且つ有利に製造
するごとができる。

まり酸化スズのみによっては例えば１００Ａ　以下の膜
厚の小さい層χ形成することは従来困離であったが、上
述の方法によれは酸化スズのみより成る下層３Ａの形成
を確実に達成し得ると共にその厚さ１に：極めて小さく
することができ、これによって良好なヘテロ接合の形成
と抵抗の極めて低い透明導電層の形成とン容易に達成す
ることができる。

更に上述の方法においては、後述する実施例からも理解
はれるように、ｋ−のペルジャー１１内において蒸着法
等のデボジショ／法により活性層２、更には基板ｌと活
性層２との間に必要に応じて設けられる導電層の形成ｔ
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１８の代ＤＫｉｌｉｉ化スズｔＪ＆
発源物質として収容した蒸発源を用いること、戚（１１
） いはインジウム蒸発源１９の代ジに、ドープ用スズを含
有する金属イ／ジウム、ドープ用スズｖｔ有する若しく
は含有しない酸化インジウムを蒸発源物質として収容し
た蒸発源を用いることができ、この場合にも上述と同様
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 ＩＲ４図に示すように、第１図に示した構成に加えて、
酸素ガス放電管１７と同様に設けた水素ガス放電管３１
、スズ蒸発源１８等と同様に設ｆｆ７ｔ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を
具え、インジウム蒸発源１９の代ｖＶＣ酸化インジウム
蒸発源１９′ヲ設けた装置において、ステンレス＠　「
５ＵＳ−３ｏ４」より成る基板ＩＹペルジャー１１内に
配置し、当該ペルジャー１１内Ｙ：排気して７ｘｌＯＴ
ｏｒｒの真空下に？いてクロム蒸発＃３４Ｖ加熱して蒸
発せしめ、Ｗ４５図に示すように基板ｌ上に厚さ５００
Ａのクロムより成る導電層４を蒸着によって形成し、次
に基板１を温度３２０℃に加熱すると共にこれに一６ｋ
Ｖの直流負電圧を印加した状態で水素ガス放電管３１よ
りの水素イオン及び活性水素を含有する活性水素ガス＞
ｌ　ｇ　Ｘ　ＩＱ　　Ｔｏｒｒの圧力となるよう尋人し
ながら、シリコン＃発源３２及びアルミニウム蒸発源３
３Ｙ加熱して蒸発せしめ前記導電層４上に、水素及び約
５＃子％のアルオニウムｔｔ有するアモルファスシリコ
／より成る厚さ２０００ＡのｐｆＪ層２ＡＹ形成し友後
、アルオニウムの蒸発Ｙ停止してシリコンのみの蒸発ｖ
ａｔｆｔシ前記ｐｆＪ層２人上に水素を含有するアモル
ファスシリコンより成る厚さ６０００ＸＬ２）ｉ型層ｚ
Ｂｖ形成し、以って前記ｐ型層２人とｉ型層２Ｂとより
成る活性層２を設は几。

然る後、ＷＲ累カス放電管１７よりの活性酸素ガスＹ　
４　Ｘ　ｔＯＴｏｒｒとなるよう導入しながら、前記基
板１を温度１５０℃に加熱し、スズ蒸発源１８′＋：加
熱して蒸発ぜしめると共に、このスズ蒸発源１８の蒸発
を開始し次直後に酸化インジウム蒸発源１９の蒸発ン開
始して次第に酸化イ／ジクムの蒸発速度を上昇せしめ１
両者の蒸発速度比が（Ｊ３） ＃Ｊ１：１０となった時に両者の蒸発を停止し、以って
酸化インジウムと酸化スズより成る厚さ３５０００にの
透明導電層３を設け、太陽電池を製造した〇この太陽電
池は５％と大きい変換効率を有するものであった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明太＠電池の製造方法に用いられる装置の
構成を示す説明用１ｔｈ１面図、第２図は本発明方法に
よる太ｉＩｗＬ池の構成を示す説明図、第３図は酸素ガ
ス放ｗ１ｔの一例の説明用断面図、第４図は本発明の実
施例において用（・た装置の構成を示す説明用断面図、
第５図は本発明の実施例によって得られる太陽電池の構
成を示す説明図である。 １・・・導電性基板　　　　２・・・活性層３・・・透
明導電層　　　　４・・・導電層１１・・・ペルジャー
　　　　　　１２・・・バタフライバルブ１３・・・排
気路　　　　　　１７・・・酸紫ガス放１Ｋｔ１８・・
・スズ蒸発源　　　　　１９・・・インジウム蒸発源１
９′・・・酸化インジウム蒸発源 ２１・・・ガス入口　　　　　２２．２６・・・電極部
材（１４） ２３・・・放電空間　　　　　３１・・・水素ガス放電
管３２・・・シリコン蒸発源 ３３・・・アルミニウム蒸発源 ３４・・・クロム蒸発源 学２囮 学３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. り導電性基板よに充電変換作用を有する半導体層ｌ形成
   したものｔ真空槽内に配置し５白骸真空槽内に活性１２
   票ガスＹ導入してその存在）に２ける反応蒸着法により
   前記半導体層上に、ｌ化スズのみより成る下層Ｙ：有す
   ると共に酸化イ／ジクム及び酸化スズよフ成りその厚さ
   の増加に従って酸化スズの割合が減少する透明導電層娶
   形成する工１１ｖ含むことｔ特徴とする太陽電池の製造
   方法。