JPS59124174A - 薄膜太陽電池 - Google Patents
薄膜太陽電池Info
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- JPS59124174A JPS59124174A JP57228606A JP22860682A JPS59124174A JP S59124174 A JPS59124174 A JP S59124174A JP 57228606 A JP57228606 A JP 57228606A JP 22860682 A JP22860682 A JP 22860682A JP S59124174 A JPS59124174 A JP S59124174A
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Classifications
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- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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-
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- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は可撓性を有する光起電力装置に関する。
太陽電池や光検出器のような光起電力装置は太陽光線を
直接電気エネルギに変換することができるが、この種装
置の最大の問題として、他の電気エネルギ発生手段と比
較して発電費用が極めて大きいことが言われている。そ
の主な原因は、装置の主体を構成する半導体材料の利用
効率が低いこと、更には斯る材料を製造するに要するエ
ネルギが多いことにある。最近この欠点を解決する可能
性のある技術として、上記半導体4羽村に非晶質シリコ
ンを使用することが提案された。即ち非晶質シリコンは
シランやフロルシランなどのシリコン化合物雰囲気中で
のグロー放電によって安価かつ大量に形成することがで
き、その場合の非晶質シリコン(以下C−D−aS i
と略記する)では、禁止帯の幅中の平均局在状態密度が
10 cnr eV 以下と小さく、結晶シリコ
ンと同じ様にp型、n型の不純物制御が可能となるので
ある。
直接電気エネルギに変換することができるが、この種装
置の最大の問題として、他の電気エネルギ発生手段と比
較して発電費用が極めて大きいことが言われている。そ
の主な原因は、装置の主体を構成する半導体材料の利用
効率が低いこと、更には斯る材料を製造するに要するエ
ネルギが多いことにある。最近この欠点を解決する可能
性のある技術として、上記半導体4羽村に非晶質シリコ
ンを使用することが提案された。即ち非晶質シリコンは
シランやフロルシランなどのシリコン化合物雰囲気中で
のグロー放電によって安価かつ大量に形成することがで
き、その場合の非晶質シリコン(以下C−D−aS i
と略記する)では、禁止帯の幅中の平均局在状態密度が
10 cnr eV 以下と小さく、結晶シリコ
ンと同じ様にp型、n型の不純物制御が可能となるので
ある。
GD−aS上を用いた典型的な従来の太陽rHH池(は
、可視光を透過するガラス基板上に透明電極を形成し、
該透明電極」二にG D −a S lのp型層、GD
−as」−のノン1−−プ(不純物無添加)層及びGD
−aS]−のn型層を順次形成し該n型層上に設けられ
たオーミックコンタクト用電極を設けてなるものである
。
、可視光を透過するガラス基板上に透明電極を形成し、
該透明電極」二にG D −a S lのp型層、GD
−as」−のノン1−−プ(不純物無添加)層及びGD
−aS]−のn型層を順次形成し該n型層上に設けられ
たオーミックコンタクト用電極を設けてなるものである
。
上記太陽電池において、ガラス基板及び透明電極を介し
て光がGD−aS工からなるp型層、ノンドープ層及び
n型層に入ると、主にノンドープ層において自由状態の
電子及び/又は正孔が発生し、これらは上記各層の作る
■養n接合電界によシ引かれて移動した後透明電極やオ
ーミックコンタクト用電極に集められ両宣簡間に電圧が
発生する。
て光がGD−aS工からなるp型層、ノンドープ層及び
n型層に入ると、主にノンドープ層において自由状態の
電子及び/又は正孔が発生し、これらは上記各層の作る
■養n接合電界によシ引かれて移動した後透明電極やオ
ーミックコンタクト用電極に集められ両宣簡間に電圧が
発生する。
ところで、最近フレキシブルプリント基板やフィルム液
晶表示板等が実用化され、太陽電池としても可撓性のあ
るものが要望されている。
晶表示板等が実用化され、太陽電池としても可撓性のあ
るものが要望されている。
可撓性、耐熱性に冨むポリイミド等の樹脂薄膜を素板と
して使用した太陽電池は特開昭54−149489に記
載されている。しかるに樹脂薄膜のみを素板として使用
し尾場合は、デポジションによって素板がカールし、又
デポジション中の変形により素板が均一に加勢されない
という欠点があった。この欠点を解決するために、金属
箔上に電気絶縁性層を設けた可撓性基板上に形成させた
光起電力装置は特願昭56=213119号に記載され
ている。しかしながら、ポリイミド等の耐熱性樹脂薄膜
上に上記太陽電池をもうけた高起電力装置で、しかも大
面積(l C2J程度以上〕電池にする場合には、部分
的欠陥が半導体層に生成する。そのために上部電極を蒸
着した際に、下部電極との間に導通が発生してしまうと
いう問題があった。それゆえ、特に螢光燈下で使用され
る太陽電池の性能は開放電圧が著しく低いものが多数発
生し、工業収率を低下させる原因となっている。
して使用した太陽電池は特開昭54−149489に記
載されている。しかるに樹脂薄膜のみを素板として使用
し尾場合は、デポジションによって素板がカールし、又
デポジション中の変形により素板が均一に加勢されない
という欠点があった。この欠点を解決するために、金属
箔上に電気絶縁性層を設けた可撓性基板上に形成させた
光起電力装置は特願昭56=213119号に記載され
ている。しかしながら、ポリイミド等の耐熱性樹脂薄膜
上に上記太陽電池をもうけた高起電力装置で、しかも大
面積(l C2J程度以上〕電池にする場合には、部分
的欠陥が半導体層に生成する。そのために上部電極を蒸
着した際に、下部電極との間に導通が発生してしまうと
いう問題があった。それゆえ、特に螢光燈下で使用され
る太陽電池の性能は開放電圧が著しく低いものが多数発
生し、工業収率を低下させる原因となっている。
本発明者等は上記原因を追求すべく鋭意研究した結果、
可撓性で高い開放電圧を生ずる本発明に至ったものであ
る。
可撓性で高い開放電圧を生ずる本発明に至ったものであ
る。
即ち、本発明は金属箔、ポリイミド系樹脂の絶縁層を含
む基板上に非晶質半導体層を堆積してなる起電力装置に
おいて、ポリイミド系樹脂のイミド化率が4〜7の範囲
であることを特徴とする薄膜太陽電池を内容とする。
む基板上に非晶質半導体層を堆積してなる起電力装置に
おいて、ポリイミド系樹脂のイミド化率が4〜7の範囲
であることを特徴とする薄膜太陽電池を内容とする。
本発明で用いる半導体は、シリコン、ゲルマニウム、ス
ズ、炭素の水素またはフッ素化合物またはそれらの混合
物をグロー放電分解して得られる非晶質あるいは微結晶
相を含む半導体である。例えば、a−3i、tt c
−S i、a−3iGe。
ズ、炭素の水素またはフッ素化合物またはそれらの混合
物をグロー放電分解して得られる非晶質あるいは微結晶
相を含む半導体である。例えば、a−3i、tt c
−S i、a−3iGe。
ttC−8iGe 、 a−SiC、a−3iH、a−
8iSn 、 a −3iF、 a−8iFH等の真性
し半導体あるいは3価の元素でドープしたp型半導体、
またば5価の元素でドープしたn型半導体を用いてpi
n接合した半導体層が用いられる。さらに具体的には、
nipまたはpin a−3i *−E:接合、na−
8iC/1pa−8:L”\テロ接合素子あるいはその
繰返しで積層した素子等が用いられる。
8iSn 、 a −3iF、 a−8iFH等の真性
し半導体あるいは3価の元素でドープしたp型半導体、
またば5価の元素でドープしたn型半導体を用いてpi
n接合した半導体層が用いられる。さらに具体的には、
nipまたはpin a−3i *−E:接合、na−
8iC/1pa−8:L”\テロ接合素子あるいはその
繰返しで積層した素子等が用いられる。
本発明に用いる光起電力素子の基本構成は、第1図の(
a) 、(b)に代表例が示される。(a)はp側から
光を照射するタイプで、例えばステンレス箔−絶縁膜一
電極−n−i−p−透明電極の構成+ Cb)はn側か
ら光を照射するタイプで、例えばステンレス箔−絶縁膜
一電極−p−i−n−透明電極の構成である。その他、
p又はn層と電極の間に薄い絶縁層をつけたり、薄い金
属又は透明電極をつけた構造でもよい。要はp−1−n
接合を基本とするものであればいかなる構成でもよい。
a) 、(b)に代表例が示される。(a)はp側から
光を照射するタイプで、例えばステンレス箔−絶縁膜一
電極−n−i−p−透明電極の構成+ Cb)はn側か
ら光を照射するタイプで、例えばステンレス箔−絶縁膜
一電極−p−i−n−透明電極の構成である。その他、
p又はn層と電極の間に薄い絶縁層をつけたり、薄い金
属又は透明電極をつけた構造でもよい。要はp−1−n
接合を基本とするものであればいかなる構成でもよい。
基板について説明すると、金属箔1はアルミニウム、銅
、鉄、ニッケル、ステンレス等の金属の箔で厚みは5μ
m〜2m肩、好ましく−は5 、Q Itm〜1 y+
mのものが用いられる。絶縁層2は耐熱性樹脂からなる
層であシ、通常厚みは約1000A〜100μm、好ま
しくは1μm〜811mであり、lた表面粗度が約1μ
以下、好ましくは0.3μ以下である。樹脂としては、
ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂が用い
られる。
、鉄、ニッケル、ステンレス等の金属の箔で厚みは5μ
m〜2m肩、好ましく−は5 、Q Itm〜1 y+
mのものが用いられる。絶縁層2は耐熱性樹脂からなる
層であシ、通常厚みは約1000A〜100μm、好ま
しくは1μm〜811mであり、lた表面粗度が約1μ
以下、好ましくは0.3μ以下である。樹脂としては、
ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂が用い
られる。
これらは通常の方法で金属箔1の表面に塗布され、被膜
を形成する。例えば、これらの前駆体の\ワニスを金属
箔1上にスプレー、ディッピング、コーティング又は印
刷により塗布し、その後加熱、又はイオンボンバード或
いは紫外線、β線、γ線、電子線などの照射により乾燥
・硬化させればよい。硬化した基板において、上記ポリ
イミド系樹脂層のイミド化率が4〜7、好ましくは5〜
7の範囲であることが、太陽電池の性能上必要である。
を形成する。例えば、これらの前駆体の\ワニスを金属
箔1上にスプレー、ディッピング、コーティング又は印
刷により塗布し、その後加熱、又はイオンボンバード或
いは紫外線、β線、γ線、電子線などの照射により乾燥
・硬化させればよい。硬化した基板において、上記ポリ
イミド系樹脂層のイミド化率が4〜7、好ましくは5〜
7の範囲であることが、太陽電池の性能上必要である。
耐熱性樹脂を塗布、硬化した基板に、下部電極として叶
、1\40、Ni、ステンレス板、A工、Ag等を蒸着
して用いられる。、必要により、さらに薄い酸化物、例
えばTiOx%NbOx、工TO1工nox、 SnO
2等の絶縁層あるいは透明電極層を設けても良い。従来
、下部電極と上部電極との導通の程度は2OKΩ以下で
あり、この程度では強い光、例えばAM−1(100m
″NA:ffl ) (7)光ヲ当テる場合には、はと
んど問題にならなかった。しかし、低照度下、例えば室
内光で用いられる場合、即ち、発生電流が10μ八前後
で用いる時には、その導通がリーク電流の原因とすり、
開放電圧を著しく低下させることがわかった。本発明は
ポリイミド樹脂層のイミド化率を4〜7、好ましくは5
〜7の範囲にすることにより、力)かる現象が急速に減
少し、開放電圧が大きくなるという知見に基づき、低照
度下での特異な問題を解決したものである。
、1\40、Ni、ステンレス板、A工、Ag等を蒸着
して用いられる。、必要により、さらに薄い酸化物、例
えばTiOx%NbOx、工TO1工nox、 SnO
2等の絶縁層あるいは透明電極層を設けても良い。従来
、下部電極と上部電極との導通の程度は2OKΩ以下で
あり、この程度では強い光、例えばAM−1(100m
″NA:ffl ) (7)光ヲ当テる場合には、はと
んど問題にならなかった。しかし、低照度下、例えば室
内光で用いられる場合、即ち、発生電流が10μ八前後
で用いる時には、その導通がリーク電流の原因とすり、
開放電圧を著しく低下させることがわかった。本発明は
ポリイミド樹脂層のイミド化率を4〜7、好ましくは5
〜7の範囲にすることにより、力)かる現象が急速に減
少し、開放電圧が大きくなるという知見に基づき、低照
度下での特異な問題を解決したものである。
本発明によシ高い開放電圧が生じる原因は定かではない
が、次のように考えられる。即ち、イミド化率が4未満
の場合にはイミド化が充分でなく、グロー放電分解法で
非晶質相を含む半導体層を堆積する際に、ポリイミド膜
がイミド化反応を起こす。このイミド化反応(こより縮
合水が生成し、このため上記半導体層が下部電極から剥
離し、上部電極である透明導電膜の蒸着部分等に導通を
生じると推定される。
が、次のように考えられる。即ち、イミド化率が4未満
の場合にはイミド化が充分でなく、グロー放電分解法で
非晶質相を含む半導体層を堆積する際に、ポリイミド膜
がイミド化反応を起こす。このイミド化反応(こより縮
合水が生成し、このため上記半導体層が下部電極から剥
離し、上部電極である透明導電膜の蒸着部分等に導通を
生じると推定される。
本発明でいうイミド化率とは、ポリイミド膜の赤外分析
から求められる。即ち、1780 atr−’(イミド
カルボニル)と標準とする1 020 on−’の吸収
とのピーク比率をイミド化率とした。
から求められる。即ち、1780 atr−’(イミド
カルボニル)と標準とする1 020 on−’の吸収
とのピーク比率をイミド化率とした。
ポリイミド樹脂層のイミド化率は、月りIノイミドの最
終硬化温度、その雰囲気、硬化時間を制御することによ
り調整可能である。4ミリイミド樹脂層のイミド化率を
4〜7の範囲にする番とは、例えば、温度350〜45
0°C1時間30分以上硬化する必要があ°す、ポリイ
ミド樹脂層の厚みに従い、硬化時間は長くすることか必
要である。イミド化率と短絡電流及び開放電圧との関係
を第1表に示す。
終硬化温度、その雰囲気、硬化時間を制御することによ
り調整可能である。4ミリイミド樹脂層のイミド化率を
4〜7の範囲にする番とは、例えば、温度350〜45
0°C1時間30分以上硬化する必要があ°す、ポリイ
ミド樹脂層の厚みに従い、硬化時間は長くすることか必
要である。イミド化率と短絡電流及び開放電圧との関係
を第1表に示す。
第 1 表−
イミド化率 3゜5 4.0 5.0 5.5
6.1工SC(μA) 8.5 9,5
10,1 10,9 11.5Voc(V)
0.5 1.2 1.5 4,6
5 4.80尚、この値は実施例(後記)のnzから光
を入射するインバーテツド型太陽電池を用い、螢光燈下
150 Lux照射時の値である。
6.1工SC(μA) 8.5 9,5
10,1 10,9 11.5Voc(V)
0.5 1.2 1.5 4,6
5 4.80尚、この値は実施例(後記)のnzから光
を入射するインバーテツド型太陽電池を用い、螢光燈下
150 Lux照射時の値である。
本発明は同一基板上に複数個のセルを直列接続し、各セ
ルの加算電圧を得る太陽電池において特に有用である。
ルの加算電圧を得る太陽電池において特に有用である。
実施例として、アモルファスシリコンのpin aセル
3個を直列接続して太陽電池(短絡電流10μ八以上、
開放電圧1.5v以上を規格とする)を作成し、合格収
率を調べた結果は次のとおりであった。
3個を直列接続して太陽電池(短絡電流10μ八以上、
開放電圧1.5v以上を規格とする)を作成し、合格収
率を調べた結果は次のとおりであった。
即ち、樹脂層のイミド化率が4未満では0%であるのに
対し、4〜5では70%程度と大幅に向上し、更に5〜
7ではほぼ100%に近い収率が得られた。
対し、4〜5では70%程度と大幅に向上し、更に5〜
7ではほぼ100%に近い収率が得られた。
叙」二の通り、本発明は工業的のみならず、経済的にも
極めて有利であり、その産業上の有用性は頗る犬である
。
極めて有利であり、その産業上の有用性は頗る犬である
。
第1Nla)、(b)はそれぞれ光起電力素子の一例を
示す概略構造口である。 1・・・・金属箔 2・・・・絶縁層(樹脂層) 3・・・下部電極(Al電極) 4・・・・nt費アモルファスシリコンj曽5・・・・
1型アモルファスシリコン層6・・・・p型アモルファ
スシリコン層7・・・・透明’i[極 特許出願人 鐘淵化学工業株式会社 −3(
示す概略構造口である。 1・・・・金属箔 2・・・・絶縁層(樹脂層) 3・・・下部電極(Al電極) 4・・・・nt費アモルファスシリコンj曽5・・・・
1型アモルファスシリコン層6・・・・p型アモルファ
スシリコン層7・・・・透明’i[極 特許出願人 鐘淵化学工業株式会社 −3(
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、金属箔、ポリイミド系樹脂の絶縁層を含む基板上に
非晶質半導体層を堆積してなる起電力装置において、前
記ポリイミド系樹脂層のイミド化率が4〜7の範囲であ
ることを特徴とする薄膜太陽電池。 2、 非晶質半導体層がシリコン、ゲルマニウム、スズ
、炭素の水素もしくはフッ素を含む化合物、またはそれ
らの混合物をグロー放電して得られる特許請求の範囲第
1項記戦の薄膜太陽電池。 3、非晶質半導体層がpin接合またはその繰り返しに
よシ構成される特許請求の範囲第1項又は第2項記載の
薄膜太陽電池。 4、複数個のセルを直列接続してなる特許請求の範囲第
1項、第2項又は第3項記載の薄膜太陽電池。 5、i層が非晶質相を含むシリコンである特許請求の範
囲第3項記載の薄膜太陽電池。 6、絶縁層の厚みが約1000六〜100μmである特
許請求の範囲第1項記載の薄膜太陽電池。 7 絶縁層の表面粗度が約1μ以下である特許請求の範
囲第1項又は第6項記載の薄膜太陽電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57228606A JPS59124174A (ja) | 1982-12-29 | 1982-12-29 | 薄膜太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57228606A JPS59124174A (ja) | 1982-12-29 | 1982-12-29 | 薄膜太陽電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59124174A true JPS59124174A (ja) | 1984-07-18 |
JPH0460354B2 JPH0460354B2 (ja) | 1992-09-25 |
Family
ID=16878979
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57228606A Granted JPS59124174A (ja) | 1982-12-29 | 1982-12-29 | 薄膜太陽電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59124174A (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011011091A2 (en) * | 2009-07-22 | 2011-01-27 | Applied Materials, Inc. | Monolithic module assembly using back contact solar cells and metal ribbon |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57103839A (en) * | 1980-12-19 | 1982-06-28 | Kogyo Gijutsuin | Polyimide substrate for amorphous thin-film solar cell and its manufacture |
-
1982
- 1982-12-29 JP JP57228606A patent/JPS59124174A/ja active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57103839A (en) * | 1980-12-19 | 1982-06-28 | Kogyo Gijutsuin | Polyimide substrate for amorphous thin-film solar cell and its manufacture |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0460354B2 (ja) | 1992-09-25 |
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