JPS5821878A - 光電変換装置およびその作製方法 - 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】 本発明は透光性基板上に設けた透明導電膜の表面を力め
もか々凹凸にし、このなめらかな表面上より平均３０〜
３０ＯＡのきわめて膜厚のうすいＰまたはＮ型の半導体
層を透明導電膜をおおって設けることを特徴としている
。

本発明はなめらかな凹凸を有する表面とじて表面あらさ
がのぞみ角３０°以下を有し、インジューム、スズ、ア
ンチモンの酸化物丑たはその混合体、または金属窒化物
よりなる透光性導電膜が０．１μあだ１）７５ｈ以下＠
ましくけ３ＯＡ以下）の凹凸を有せしめることにょシこ
の上面を平均膜厚３０〜３００Ａ好ましくは３０〜１２
ＯＡの膜厚で導電膜の表面をおおってＰまたはＮ型の半
導体層特にアモルファスまたは微結晶構造を有するセミ
アモルファス半導体層を設けることを特徴とする。

透明導電膜特に真空蒸着法、気相法にょ多形成された低
シート抵抗（１００、ｎ−１０以下特に２０〜１ｆＬＡ
３）を有するすなわち微結晶性を有する導電膜が、表面
を拡大すると岩はだのように鋭い凹凸を有している。こ
のためこの表面において乱反射がおこシ結果として光の
透過率の減少となる。さらにこの上面に形成される薄膜
の半導体層は平坦状クラスタの集合体であるため、この
半導体層が形成される時四部分は半導体と導電膜とが電
気的に連続しなくなってしまう。本発明はかかる２点を
防ぎ、光の透過率８５チ以上、シート抵抗１〜２０　、
ｒＶＤを有する導電性電極を設けるため、真空蒸着法等
によ多形成された表面の薄い導電膜を電解研摩法によシ
その凸部を集中的に化学研摩エッチをして平坦またはな
めらかな凹凸を有する表面とすることを特徴とする。

従来光電変換装置特にアモルファス半導体をプシズマ気
相法にて形成しようとする爆合、透光性基板例えばガラ
ス基板上に工ＴＯ（酸化インジュームと酸化スズ（５係
）の混合体〕膜を形成し、さらにその上面にグロー放電
法によシシラ５０〜１５０Ａの膜厚の半導体層を形成し
ていた。

しかしこれをＳＥＭ　（走査型電子顕微鏡）で観察する
とこの半導体層は平坦状（または半球状）クラスタのｉ
ｔ、ｂであシ、ひとつの島状クラスタはその平均的な大
きさ３００〜３００ＯＡ、最大厚さ５０〜２５０Ａを有
していた。このためみかけ上均質な膜厚を形成したつも
シでも、その下面のＩＴＯがその凹凸において２０ＯＡ
以上もあるため全くばらばらにみかけ上点接触をした孤
立した島状に形成されているにすぎ々かった。

このため開放電圧も理論的にＯ０８〜０．９■が期待で
きるにもかかわらず、０．５〜０゜６Ｖ　Ｌか得られず
、結果として光電変換装置の効率もＡＭＩの条件下で２
〜３．５係しか得られなかった。

本発明はかかる欠点を除去するためになされたものであ
って、透明導電膜の素面をなめらかな凹凸または平坦面
として設けたものである。

第１図は透明導電膜の表面のあらさを膜を形成した時の
状態（第１図（Ａ））、電界研摩をした後の表面（第１
図（Ｂ））にＳＥＭまたは表面あらさ計（クリステツブ
）にて評価測定したものである。

第１図（Ａ）は光学表面を有するガラス基板上に１００
０〜２００ＯＡの平均膜厚を有するＩＴＯを電子ビーム
を用いて真空蒸着法にて形成した。シート抵抗は１００
ｒＬ／Ｄ以下代表的には５〜２０−％であった。

さらにこの表面をＳＢＭにて１０００〜１００００倍に
て斜方向より電子線を照射して測定し、その断面を４喪
八゛的に記したものである。

表面（８）には凸部（２）、凹部（３）、高低差（５）
、のぞみ角（４）を透明導電膜（１）に有している。こ
れは横力向Ｏ０１μあた′り０．０２１１　（２０ＯＡ
）　ｏたてスケール化で示したものである。透明導電膜
は光学的には２ｅＶ以上代表的には３〜３．５ｅＶを有
し、かつ導電性を有しなければならないという矛盾した
特性を有する。このためこの導電性を得るためＩＴＯ等
では５０〜３０ＯＡの大きさを有するのため必然的に表
面での凹凸は岩はだのように鋭くなり、この面での乱反
射が犬きくなシ、光の全面をおおうが如くしてかつ可能
な範囲で薄く形成するためには、この表面の凹凸のあら
さば致命的であった。

このため本発明においては電界研摩法によりその表面を
研摩した。

すなわちこの透明導電膜の一端に正の電圧を加え同時に
負電界を加えた円板状を有する電極を研摩面に近接して
設置する。さらにこの電極はその中心部より電解液例え
ば硫酸等の酸を注入し、この注入された反応液は円板に
作られたみぞガイドをへて一部が円板外に放流され、ろ
過装置をへて再び中心部に注入される。また他の反応液
は円板電極全面に広がり、さらに直流電界により負イオ
ンが透明導電膜に導かれ、その凸部の電界が集中した部
分においてより鋭く反応が進められる。結果として平坦
またはなめらかな凹凸を有するまで凸部を選択的に主と
して電界研摩させる。

電解法は室温〜１００°Ｃの範囲で用い、平板電極は５
〜３０旧し′分回転させた。電極の表面は白金メッキを
したものを用いた。

透光性導電膜が窒化チタン等金属窒化物においては硬度
が高いため、電Ａ４　’−’ｔは１９００〜２０００の
カーボランダムまたはアルミナ等の機械研摩用のと粒を
同時にいれてもよい。捷だと粒を初期に導入し仕上げは
電解液のみとしてもよい。

かくして得られた表面のあらさを第１図（Ｂ）に示す。

第１図における高低差（５）はｓｏ八へ’ありその表面
はなめらかな凹凸を有せしめることができた。さらにそ
の望み角は（４）３０’以下例えば１８°にすることが
できた。さらにその膜圧も入射光の１／停の′７００〜
８００Ａであり、表面の反射が少ないためこの厚さにて
８８係以上を得ることができた。

第２図は第１図（Ｂ）の結果を用いた本発明の光電変換
装置のたて断面図を示す。

第２図（Ａ）において透光性基板００）上に透明導電膜
（１１）、ＰまたはＮ型半導体代表的にはＰ型半導体α
→、真性または実質的に真性の半導体α’Ｊ、Ｎ′丑た
はＰ型半導体代表的にはＮ型半導体、さらにその上面に
ニッケルの無電界メッキまたはアルミニューム真空蒸着
法による裏面電極α力を設け、入射光（イ）により電極
α］）、（ｌａ間に光起電力を発生させたものである。

この第２図（Ａ）の半導体層０ゆをさらに拡大して示し
たものが第２図（Ｂ）である。図面よシ明らかな如く、
透明導電膜（１］）の表面（９）はなめらかな凹凸を有
し、さらにその上面に平板状（半球状）クラスタ（１諺
が島状に積層して設けられている。

このＰ型またはＮ型半導体層はシランのガスにジボラン
またはフオスヒンを０．１〜３係代表的には０．２〜１
係導入しグロー放電法またはアーク放電法を礎としたプ
ラズマ気相法（１３，５６ＭＨｚ、出力５〜５０Ｗ）を
用いアモルファス半導体を形成した。さらにこれよシ２
０〜３０ｃｍ離れた位置にて２゜４５ＧＨｚのマイクロ
波（２０〜１ＯＯＷ）を用いて活性化またはプラズマ化
したヘリュームガスを前記した反応性気体に混合して飛
しよう中での反応を助長して５〜２００Ａの大きさの微
結晶性を有するセミアモルファス半導体を形成させた０ いずれにおいても島状クラスタ（１→が３００〜３０■
を有していた。しかしこのクラスタを全面におおい導電
膜（１◇をおおいかつ可能なかぎりうずくすることは大
きな開放電圧を得、またこの層（１４での照射光（イ）
の吸収損失を少なくするためにきわめて重要であった。

とのためこの半導体層の吸収係数を少なくす（９） るため広いエネルギバンド巾（１，８〜２．５＋９Ｖ）
とするＳ　ｉ　Ｏ，、（０＜　ｘｌ　１）　、　Ｓ　ｉ
、Ｎ、−Ａ（０＜ｘど４）をＰまたはＮ型として用い、
さらに微結晶化して吸収係数を少なくすることはきわめ
て重要であった。

さらにとの上面に同様のプラズマ気相法によシ真性また
は実質的に真性（意図的に不純物を添加しない真性）の
アモルファスまたはセミア成し、その上面に第１の半導
体層０→とは逆の導電型の半導体層を３００〜５００Ａ
の厚さに同様に形成させた。

さらにこの上面に裏面電極をニッケルの無電界メッキ法
によシ形成し、１００〜３’　ＯＯ’Ｏでシランをして
光電変換装置とした。

かくして（Ｉ）Ｐ工Ｎ半導体（第２図（Ａ））でのα→
。

０→遼→のすべてをアモルファスとした積台、（■）層
０→、（ｌｆｌ）をセミアモルファスとじα→をアモル
ファスまたは一部をセミアモルファスとした４４合にお
いて、第１図（Ａ）の従来の表面では２．５〜４．５％
であったが、第１図（Ｂ）の平坦な表面を用いた時７．
０００） 〜１０．０％と２〜２．５倍に変換効率を高めることが
できた。特に開放電圧は帆６〜Ｏ，’７Ｖより　０．８
５〜０゜９５Ｖと向上し、短絡電流も１５〜１８ｍＡ／
ｃｍ’を得ることができた。

以上の説明より明らかな如く、本発明の光電変換装置特
にアモルファスまたはセミアモルファス半導体を用いた
太陽電池においてきわめて重要であり、このガラス基板
上に複数の光電変換装置を集積化した鳩舎において特に
その効果大である。

また透明導電膜はＩＴＯ等のインジューム、スズの酸化
物に限られない。また窒化チタン、窒化インジューム、
窒化スズ等の金属窒化物でもよい。

本発明は電解研摩法を主として示した。しかし表面を平
坦またはなめらかにするのに電子ビーム蒸着を行なった
後さらにその上面に高周波を加えてイオンブレーティン
グにて被膜を形成し表面部での凸部をダメージにより除
去しても低シート抵抗のなめらかな凹凸表面を有する導
電膜を作ることができる。

（１１）

【図面の簡単な説明】

第１図は透明導電膜の表面を走査電子顕微鏡写真をとシ
そのたて断面図を示したものである。 第２図は本発明の光電変換装置のたて断面図を示す。 ’！１＋’：ｉ’ｌ出願人 私１閃 ￥２Ｎ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　透光性基板上に表面あらさがのぞみ角３０゜以下
   のなめらかな凹凸または平坦な表面を有する透明導電膜
   を有し該半導体上にＰまたはＮ型の半導体層を平均膜厚
   が３０〜３０ＯＡで前記透明導電膜をおおって設けられ
   たことを特徴とする光電変換装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、インジューム、ス
   ズ、アンチモンの酸化物またはその汎合物寸たは金属窒
   化物よシ彦る透明導電膜は０．１μあたシｆ＃５Ａ以下
   の凹凸を有することを特徴とする光電変換装置。 ３　透光性基板上の透明導電膜を電解研摩法によりなめ
   らか彦凹凸表面を有するよう平坦研摩する工程と前記透
   明導電膜上にプラズマ気相法によ、ＤＰ−！たけＮ型半
   導体層を平均膜厚３Ｏ−３０ＯＡを有して前記透明導電
   膜をおおって形成する工程と該半導体層上に真性または
   実質的に真性な半導体層を形成する工程とを有すること
   を特徴とする光電変換装置作製方法。 ４、特許請求の範囲第３項において、Ｐ’ＪたけＮ型の
   半導体層は珪化物気体と窒化物気体、炭化物気体とを同
   時に混合したプラズマ気相法によシ珪素に炭素または窒
   素を添加させて形成されたことを特徴とする光電変換装
   置作製方法。 ５、特許請求の範囲第３項において、ＰまたはＮ型の半
   導体層は微結晶性を有するセミアモルファス半導体が設
   けられたことを特徴とする光電変換装置作製方法。