JPS5861678A - 非晶質シリコン太陽電池 - 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、セラミック基板上に非晶質シリコンにφを設
けた非晶質シリコン太陽電池に関する◎従来、絶縁基板
上に非晶質シリコンＭを設けたシリコン太陽電池の絶縁
基板として、ガラス電機やプラスチック基板が用いられ
ていたが、これ等は耐熱性が乏しいため基板上に電極端
子や配線パターンを厚膜印刷技術によって形成する場合
、７００°〜８５０’０の焼成工程で基板が軟化、変形
、焼失し又は厚膜配線材料と反応してしまうという不都
合があり−また、耐摩耗性、耐食性、熱伝導性等の点で
満足できるものでなかつた。そこでこれ等の絶縁基板に
代って、最近、セラミック基板を用い九人５＃、１＆ｃ
池が提案されえ。

このものは、第１図示のようにセラミック基板（ＩＬＪ
上にガラス膜（ｂ）　ｔ−ｓ　ｏ〜１００μ箇被覆し、
次いで裏面電極としてステンレス＆　（０）を、更に非
晶質シリコン層（（１）としての９層（ｄｌ）、１層（
ｄ、）及びｎ層（ｄ、）並びに例えば工ＴＯ膜の透明電
極（＠Ｉ）　ｔ−順次被着したものであクーその基板は
、耐魅耗性、熱伝導性塾に優れているが次のような欠点
かめる＠すなわち、変換効率を上けるために、成形時２
〜数μ畷程度の凹凸があるセラミック基板にガラス膜を
被覆し１次いでガラス膜ｉｆＩを研鼾するか又はセラミ
ック基板を研摩して後ガラス膜全被櫨しその我ｏＩＪｔ
−平滑化するので、工数か多くなシコスト高になる。ま
た、基板六回がガラスで被板されているため、ガラス基
板と同様、耐熱性がなく厚膜印刷技？ｌｆを解いて基板
圓に電機、配線等７に形成できない。

本発明はこの先行技術の以上のような欠点を無くすと共
にこれより更に変換効率の優れた非晶質シリコン太５Ｊ
ｊｙ　’［池ｔｍ供することをその目的とするもので、
セラミック基板上に非晶質シリコン層を設けた太陽電池
において、前記セラミック基板と非晶質シリコン層間の
電極を金Ｊｉｉ！酸化物透明膜としたことを特徴とする
〇 すなわち、成影したセラミック基板上に、これと非晶質
シリコン層間の電極として、ステンレス、モリブデン、
チタン、タングステン等の金属１−＊着する代りに、酸
化錫、酸化インジウム錫、酸化インジウム等の金属酸化
物透明膜を被覆させてセラミック基板の凹凸の影ｗｅ受
けないようにし、太陽電池特性を向上させたことを特徴
とする。

この材料の違いによ郵以上の差異が生ずる理由は明らか
でないが、非晶質シリコン層のｐ層又はｎ層が凹凸のめ
るセラミック基板上の金属電極表面に析出して１倶（２
）を均一に被覆する刀すなわち被擁力よシも、凹凸の程
度が金属電極と−同じでるる金属酸化物透明膜の表面に
析出してその六回を被覆する４＆覆力の方が優れ、ｐ層
又は４層に不完全（例えば薄く）な部分が形成されるこ
とがないことによると考えられる。

第２！ｇ！Ｊは本発明の非晶質シリコン太陽電池の構成
の説明図であって、（ｌ）は従来がら混成集積回路用基
板として用いられる、アルミナを主成分（約９０％）と
する焼成したままの表面状態（２〜数−の凹凸）′Ｉｉ
１″持つセラミック基板で、この上にスプレー法、ＯＶ
Ｄ法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング決、抵抗加熱
蒸着法などにより酸化錫、酸化インジウム、酸化インジ
ウム錫など従来透明電極材料として使用されていた被膜
（２）を析出させて裏面電極とし、次いでこの被膜（２
１上に非晶質シリコン層（３）としてｐ層（３１Ｌ）、
’１％）（３ｂ）及びｎ層（５ｃ）を順次析出させ、最
後に光入射側の電極として酸化インジウム錫、酸化錫、
酸化インジウム等の透明電極膜（４；を０．０５〜０．
５μ鶏程度析出させて太陽電池素子とする。前記非晶質
シリコン層の析出順序はｎ層、１層及び９層の順に変え
てもよ−。また前記セラミック基板（１）の厚みを例え
ば０．２■以下に薄くシたり、焼結度が高く透光性ｐ優
れたセラセック基板を使用した場合には、この基板側か
ら光を入射させることができ、この場合は透明電極膜（
４）は非透光性の金属電極に代えることができる。

以下本発明の詳細な説明する。

実施例１ ９５％のアルミナを主成分とする１５ｗ角、厚さ０．５
ｍｓのセラミック基板を用意する。この表叩は研摩しな
いままとし、粗さ２μｌである。

純度９９．９９％の塩化ｍ　（Ｓ”１４　’　５Ｈｔｏ
）と純度９９．９９％の塩化アンチモン（ｓｂｏｌ、）
を錫（ａｍ）に対してアンチモンが５重′Ｍ％となるよ
うに秤量して後１％塩酸水浴液に溶解して濃度１０重量
襲の原料液を作製し、これｔ−４５０℃に加熱された前
記セラミック基板の上にスプレーして、膜厚約１μ魯の
アンチモンが添加された酸化錫膜（シート抵抗的１５Ω
／（］）を析出させた。これをモノシラン（ＥｉｉＨ４
）に対するジボラン（Ｂ！Ｈ＠）の体積比ｔ−０，９％
とした混合ガス中に入れ、Ｒ？グロー放電によυ前記酸
化錫膜上に約５０ＯＡのｐｅｌｔ析出させた。次いでモ
ノシラン（８１Ｈ４）のみを用い、膜厚的５００ＯＡの
１層上、続いてモノシラン（ＳｉＨ４）に対してホスフ
ィン（ＰＨ３）の体積比を２％とした混合ガスを用い、
膜厚的１００Ａのｎ層上それぞれグロー放電により順次
析出させた。

この析出させた時のセラミック基板ｃ２）温［１２５０
℃、グロー放電に用いる高局波電力は５゜Ｗ、（１！！
、５４ＭＨ２）、前記混合ガス及びモノシランガスの圧
力は１トールであった。

このようにして得られたアモルファスシリコン層ｔ−２
５０℃に加熱し、５Ｘ１０　　）−ルの醗素圧の雰囲気
でこの層上に電子ビーム蒸着法によって錫１０重量％を
含む酸化インジウム錫を２ｍ角の穴が明いたステンレス
マスクを通して蒸着し、膜厚！１ｏｏｏ　Ａでシート抵
抗約６０Ω／口の酸化インジウム錫膜（光入射側電極）
を析出させたこのようにして得た太陽電池にソーラー・
シミュレータ（ＡＭ−１）の光（８０ｍｗ／ｃｊ）　ｔ
　照射してギの特性１に測定した。

この測定結果は開放端電圧（Ｖｏａ）　０．８０　Ｖ　
Ｓ短絡電流（Ｊｓｏ）　１！＋、１　ｍＡ　／ｃｄ、曲
線因子（ＩＦ７）　０．６１、変換効率（ｎ）　６．０
％でめった。

実施例２乃至実施例６ 実施例１と同じセラミック基板を用い、この基板の上に
電極として金Ｗ４醗化物透明膜を下記のようにして析出
させ、この透明膜上に実権例１と同じ条件でｐｌｌ、ｎ
各層を、更に酸化インジウム錫膜（光入射＠電極）を順
次析出させた。

このようにしてｉ＋太陽電池について実施例１と同じ条
件でソーラー・シミュレータの光を照射してその特性を
測定した。

実施例２ ビームによって加熱蒸着させ、同時に酸素を５Ｘ１０−
’）−ル導入することによって３５０℃に加熱された前
記セラミック基板の上に約１μ５（７）酸化インジウム
錫（工Ｔｏ）膜（シート抵抗約３０／口）を析出させた
。

この太陽電池の特性は開放端電圧（Ｔｏｏ）　０．６８
Ｖ。

短絡電ｔｌｌ、（、Ｔｇｅ）　９．８０ｓム／ｄ、曲線
因子（Ｆ７）　０．６０゜変換効率（ｎ）　５．０％で
あった。

実施例５ 前記セラミック基板の上にスプレー法により酸化インジ
ウム錫＊’を析出させた。すなわち、■ｎｏ１．−４Ｈ
，Ｏと８ｎＯ１４＠４Ｈ２０をインジウムに対し錨の重
量が２重量％となるように秤量して後１％の塩酸水溶液
に溶解して１０重量％濃度の原料液とし、これを４５０
℃に加熱されたセラミック基板上にスプレーして約１μ
島の酸化インジウム−膜（５Ω／ｌ］を析出させた。

この太陽電池の特性は、開放端電圧（Ｖｏｏ　）　０．
７２Ｖｓ短絡電流（Ｊｓａ）　１２．Ｏｓム／−１曲線
因子（Ｆ’？）０，６Ｑ。

変換動＊（旬５，２％であった。

実施例４ １σ配セラミツク基板の上にスパッタリング法により酸
化インジウム錫ｌＩを析出させた。すなわち、インジウ
ムに対し錫の重量が１０重量％であるインジウム錫をタ
ーゲットにしてアルゴン圧５Ｘ１０　トールの雰囲気中
でスパッタリングしてセラミック基板上に約１μ塾の酸
化インジウムＳ膜（シート抵抗約３０／口）を析出させ
た。

この太陽電池の特性は開放端電圧（Ｖｏａ）　０．７２
Ｖ。

短絡電流（、Ｔｓａ）　１２，２畷Ａ　／ｃｊ、曲線因
子（ｙｙ）０．５９、変換効率（ｎ）　５．０％であっ
た。

実施例５ 前記セラミック基板の上に（ｆｆＤ法により酸化錫膜を
析出させた。すなわち、５ｎＯ１４と８ｂＯ１゜全原料
としキャリヤーガスとしてアルゴン（Ａｒ）ガス、酸化
剤として酸素ガスを用い、４５０℃に加熱されたセラミ
ック基板の上に約１声鶏のアンチモンを添加した酸化ｇ
ｌｉｂ　（シート抵抗約６０／口）を析出させた。

この太陽電池の特性は、開放端電圧（Ｔｏｏ）　０，８
０７゜短絡電流（、Ｔｓｏ　）　９．６７　ｗｈＡ／に
ｄ　、曲線因子（７Ｆ）０、６１　ｓ変換効率５．９％
であった。

実施例６ ｍｕ記セラミック基板の上に真空蒸看法によって酸化イ
ンジウム膜會析出させた。すなわち、通常の抵抗加熱法
によって酸素圧５Ｘ１０）−ルの雰囲気中で金属インジ
ウム全モリブデンボートより蒸発させ、セラミック基板
の上に約１μｍの酸化インジウム膜（シード抵抗的４０
＞’ｔｔ析出させた。

この太＠電池の特性は、開放端電圧（Ｖｏｏ）０．７Ｄ
Ｖ。

短絡電流（Ｊｇａ）　９．５２ｍム／ｅｄ、曲線因子（
１１）０．６０、変換効率（ｎ）　５．０％であった。

比較例１乃至比較例５ 下記の基板音用い、この基板の上に電極を下記のようＫ
して析出させ、この電極上に前記各実施例と同じ条件で
ｐｓ　１．２１各層を、更に酸化インジウム錫膜（光入
射側電極）を順次析出させて太陽電池を作製した。

比較例１ 実施例と同じセラミック基板の上にステンレス膜を析出
させ九〇すなわち、ステンレス（Ｅｒａｓ３０りをター
ゲットとしてアルゴンガス圧２×１０１トールの雰囲気
でスパッタリング全行なψ、１５０℃に加熱された前記
セラミック基板の上に約１μ鶏のステンレス膜（シート
抵抗１ＩＩＪ２Ω／ロ）１ｒ、析出させた。

この太陽電池の特性線、開放端電圧（Ｖｏ　ｏ　）　０
．２Ｚｖ。

短絡電流（Ｊｓｃ　）　４．２　ｗＩＩＡ　／ｄ　、曲
線因子（ｒｒ）０．１９、変換効率（ｎ）　０．２２％
でおった。

比較例２ 実施例と同じセラミック基板の上にモリブデン膜を析出
させた。すなわち、モリブデンをターケラトとしてアル
ゴンガス圧２Ｘ１０　　）−ルの雰囲気でスパッタリン
グを行ない、１５０℃に加熱されたセラミック基板上に
約１声亀のモリブデン膜（シート抵抗的１．５０／口）
を析出させた。

この太陽電池の特性は、開放端電圧（Ｔｏ　ｏ　）０．
１２Ｖｓ短絡電流（、Ｔｓｏ）　５．７５　ｓム／ｄ、
曲線因子（ＦＦ）０．１２、変換効率（ｎ）　０．０７
％であった。

比較例３ 実施例と同じセラミック基板の上にガラスを１ｏｏ声ｓ
被覆したグレーズ七う電ツク板（表面の粗さ０．１μＳ
）を用い、この上にステンレス膜（シート抵抗的１０／
［１）を約１　ｐｖｈ析出させた。

ステンレス膜の析出条件は比較例１と同じである。

この太陽電池の特性は、開放端電圧（Ｖｏｃ　）　０，
８２Ｖ。

短絡電流（、Ｔｇａ）　７．５９ｍム／ｃｄ、曲線因子
（ｙｙ）０．５４、変換効率（ｄ　４．２％で６つ九。

本発明の実施例１乃至６を比較例１乃至３と対比すると
、下記の表のようＫなシ本発明の変換効率は約５．０％
以上であシ先行技術のものの４．２％より更に向上した
。

表 実施例７ ＊ｍ例１乃至６で用いた粗さ２声−のセラミック基板の
表面をカーボランダムで故意にあらして１５μ鶏の粗さ
にしたものを用い、実施例１と同じ条件でスプレー法に
より約１μ亀のアンチモンを添加し九酸化細膜、を析出
させ、この酸化錫膜の上に実施例１と同じ条件によって
非晶質シリコン層のＰｓｌ、ｎ各層をこの順に析出させ
、更に酸化インジウム錫膜を析出させて太陽電池を作製
し、実施例１と同じ方法で変換効率を測定した。その結
果、変換効率（ｎ）ｔｉ６，０％であった。

この結果よシセラミック基板の粗さが２μ亀から１５声
皇と粗くなっても変換効率が低下しないこと、換言する
とセラミック基板の表面の凹凸の影響をほとんど回避で
きることが確められた。

比較例４ 一方、粗さ１５１１１１のセラミック基板の表面に、実
施例１と同じ条件でスパッタリング法によシスチンレス
膜を約１μ賜析出させ、このステンレス膜の上に実施例
１と同じ条件で非晶髄シリコン層の９％　Ｌｓ　ｎ各層
を析出させ、更に酸化インジウム膜を析出させて太陽電
池を作製し、この変換効率（ｍ　ｔ−ｍ定し九結果、０
．０２％であった。

すなわち、比較例の変換効率（ｎ）はセラミック基板の
表面が粗くなると着しく低下した。

尚、実施例１乃至実施例６では、非晶質シリコン層のｎ
Ｎ＠から光を入れるように９層、１層及びｎ層をこの順
序でセラミック基板上に析出させたが、９層側から光を
入れるようにｎ層、１層及び９層をこの順序でセラミッ
ク基板に析出させても同じ結果が得られることが実験に
より確められた。

また、実施例７では、セラミック基板と非晶質シリコン
層間の電極として８ｎ０１膜のみを示したが、実施例２
及び実施例６で示した他の金属酸化物透明電極材料につ
いても同様の結果が得られた。

更にまた前記実施例では約１７ｗｈである、七う處ツク
基鈑と非晶質シリコン層間の金属酸化物透明電極の膜厚
は、太陽電池の役割をするためにシート抵抗を小さくす
ることが必要であシ厚い方が望ましいが、製造コストの
点から０．２〜５声鴫程度が実用的な値である。この程
変の膜厚の場合シート抵抗は、アンチモンを添加した酸
化錫では２００〜２Ω／口であり、酸化インジウムや酸
化インジウム鋪では５０〜１Ω／日程度である。前述の
ようにセラミック基板側から光を入射させる場合には、
シート抵抗と光の透過率の関係からもう少し薄い０．１
〜２声魯程度が適当と考えられる。

このように本発明によるときは、セラ之ツタ基板上に非
晶質シリコン層を設けた太陽電池において、前記セラミ
ック基板と非晶質シリコン層間の電極を金属酸化物透明
膜としたので、普通安価である。また変換効率も向上す
る。更に、セラミック基板の表面に先行技術のようにガ
ラス層がなψため、厚膜印刷技術によって抵抗が少なく
且つ密着強度の強−配線パターン及び電極を基板面に形
成でき、セラミック基板本来の耐熱性、熱伝導性等の優
れた特徴全十分に発揮できる効果金有する。

【図面の簡単な説明】

褐１図は先に提案された太陽電池の構成説明図、第２図
は本発明の太陽電池の構成説明図である。 ｉｌ＋・・・セラミック基板 （２）・・・金属酸化物透明膜 （３）・・・非晶質シリコン層 （４）・・・・・・・・・電　　　極 特許出願人　　　太陽誘電　株式会社 外２名 手続補正書（自発） 昭和　　　年　　　　月　　　　Ｂ 特許庁長富殿　　　　　　　　　　５７゛２°２４１、
事件の表示 昭和ｓ６年特許願第１５９５９１Ｉ号 ２、発明の名称 非晶質シリコン太陽電池 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 太　陽　誘　電　株式会社 ４、代　理　人 ５、　　　　　の日付 ６、補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の橢 ７、補正の内容 （１１明細書第１頁第１７行「７００〜８５０℃」Ｐ「
７５０〜８５０℃」と補正する。 （２）同書第８頁第２行〜同頁＠１４行「変換効率（ｎ
）」を「変換効率（η）」と補正する。 （３）同書第９頁第１６行「変換効率５．９％」を「変
換効率（η）５．９％」と補正する。 （４）同書第７頁第２行、第１０頁第７行、第１１頁＃
！４行、同頁第１４行、第１２頁第４行、第１５頁第１
１行、第１４頁１１！４行、同頁第５行ｒ　（ｎ）　Ｊ
を「（η）」と補正する。 μ慣 （５１同書第１５頁第１８行「１５ｗＪを「１５机と補
正する〇 （６）回書第１２頁の表の最上−の−香石のＩｎ（％）
Ｊを「η（６）」と補正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. セラミック基板上に非晶質シリコン層を設けた太陽電池
   において、前記セラミック基板と非晶質シリコン層間の
   一極を金ＪｉＩ酸化物透明膜としたことを特徴とする非
   晶質シリコン太陽電池。