JPS59144179A - 光電変換装置作製方法 - 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、非単結晶半導体を用いた光電変換装置であっ
て、特に高効率高信頼性を求めた半導体装置およびその
作製方法に関する。

この発明は、透光性の第１の絶縁基板と、この基板上の
第１の透光性導電Ｂ％　（以下単にＣＴＦＩという）を
有する第１の電極と、この電極上に光照射により光起電
力を発生させる少なくとも１つの。

ＰＮまたはＰＩＮ接合を有する非単結晶半導体と、該半
導体上第２の透光性導電膜（以下単にＣｒＦ２という）
よりなる第２の電極により設けられた光電変換素子（以
下単にＰｖＣまたは素子という）を設けてこれをパネル
化して光電変換装置とした構造を有する。本発明は光電
変換素子の第２の電極（裏面電極ともいう）をＣＴＦ２
とすることにより、太陽光等の照射光のうち６００ｎ　
ｍ以上の長波長光を第２の電極より後方に放射せしめる
電極構造を有する。

即ち本発明は、非単結晶導体に密接する第１および第２
の電極がともに金属ではなり、酸化スズ酸化インジュー
ム、酸化インジューム・スズ等の酸化物よりなるＣＴＦ
とし、従来より知られた電極を構成する金属一般的には
アルミニュームが半導体中にマイブレイト（異常拡散）
をして１５０°Ｃ以上における高温放置テスｌ〜におけ
る信頼性の低下をもたらすことを防ぐことを目的として
いる。

本発明はさらに第１、第２の電極をともにＣＴＦとする
ことにより、複合集積化構造を施すに際しレーザスクラ
イブ法（単にＬＳという）を採用することができ、高生
産性および複合化部における必要面積の減示即ち実効変
換効率の向上をもたらすことができるという他の特徴を
有する。

本発明は第２の電極より外部に放射された長波長光をさ
らに透光性充填物を介して設しすられた裏面保護膜の内
部に設けられた反射性表面一般的にはアルミニューム箔
により反射せしめ、再び第２の電極をへて半導体中に注
入せしめ、さらに光起電力の発生を促すことにより、長
波長光を利用して効率の向上を図っている。

さらに本発明は、この裏面保護物をフ・７累系樹脂例え
ばＰＶＦ（１弗化ビニール）（商品名をテトラ−ともい
う）を用い、加えてこのＰＶＦを１年以上の長期間にお
いて少しづつ含浸してくる湿度に対するブロッキング作
用をもアルミニューム箔に有せしめるという他の効果を
も併有している。

即ち、本発明の光電変換装置は低価格であるとともに耐
高温信頼性および耐湿度信頼性をも有せしめることがで
きる。加えて電極に金属材料を用いないため、複合集積
化の際、高温処理工程のＬＳにおいてスクライブと同時
に異常拡散をしてしまうことがな（、複合集積化におい
ても高信頼性を有することができる。さらに従来より知
られた蒸着マスクまたはスクリーン印刷法でのマスクを
まったく必要としないマスクレス工程法である。ＬＳを
もちいることによりパネル全体に対する複合化に伴う各
素子間の連結部の割合を全体の１０％以下一般には５〜
７％にすることができた。パネルレベルでの高効率化を
図ることができるという他の特徴を有することができる
。

従来光電変換装置は第１図にその縦断面図か示されてい
る如く、透光性基板例えばガラス（１）上に透光性導電
膜（２）として約０．２．ｓの厚さにＩ　Ｔ　Ｏ＋　Ｓ
　ｎ　０７等を形成せしめ、さらにプラズマ気相法によ
りＰＩＮ接合、ＰｒＮＰＩＮ・・・ＰＩＮ接合を形成し
て非単結晶半導体（３）を約０．νの厚さに積層する。

次に裏面電極をアルミニュームの金属を真空蒸着法によ
り０．３〜νの厚さに形成した。さらにエポキシ樹脂（
５）をコーティングし作製した。

照射光（１０）は太陽光等が用いられる。しかしかかる
従来の構造においては、信頼性の点において十分でない
。その原因を詳しく調べた結果、裏面電極（４）を構成
する金属が半導体（３）と合金を作らず、１００°Ｃ以
上代表的には１５０°Ｃの高温放置テストにおいて半導
体中に異常拡散してしまし１、約１２〜５０時間で０．
Ｖもの深さに混入し、特性例えば変換効率を６％より１
％以下にまで劣化させ、ふたつの電極間が実質的にショ
ートしてしまうことが判明した。

このためアモルファスまたはセミアモルファスシリコン
等を主成分として用いる非単結晶半導体においては、こ
の半導体と密接する材料は金属ではなく、金属酸化物ま
たは金属窒化物等の化合物の導体であることが最も重要
であることが判明した。

本発明はかかる実験事実に基づきなされたものであって
、半導体（３）が一つのＰＩＮ接合を有する場合、その
Ｐ型半導体には酸化スズを主成分とするＣＴＦを密接し
て電極を構成せしめ、またＮ型半導体には酸化インジュ
ームまたはＩＴＯＵｌｌ、化スズを１０重量％以下含有
させた酸化インジューム）を密接せしめ、金属を用いな
い構造とせしめたことを第一の特徴としている。

第２図は本発明の光電変換装置の縦断面図を示す。

この光電変換装置は同一透光性基板上に複数の素子を複
合集積化するとともに、パネル構造に枠組みして設けた
ものである。

図面において透光性基板（１）上にＩＴＯを１５００〜
２５０ＯＡの厚さに設け、さらに酸化スズを２００〜５
００Δの厚さに設けたＣＴＦＩ（２）が設けられている
。

さらにＰＩＮ接合を有する非単結晶半導体（３）をＰ型
５ｉｘＣ＋＜　　（０＜ｘ＜１例えはｘ　＝ｏ、ｓ　＞
　　ｏｏｏＫ＞−Ｉ型Ｓｉ　（約０．４７）−Ｎ型微結
晶Ｓｉ　（粒径１００〜２００Δ）の構造にプラズマ気
相法にて作製した。さらにこのＮ型半導体に密接したＩ
ＴＯを１０００〜３０００λ例えば２０００５．の厚さ
にＣＴＦ２（４）として設けた。

この複合化は基板（１）上の全面にＣＴＦＩを形成した
後、ＬＳにより約２０／Ａの１ｔにこのＣＴＦＩをスク
ライブして複数の領域に分離（１７）　して、さらに半
導体（３）を全面に形成した後、半導体（３）およびＣ
ＴＦＩを再びＬＳにより分離（１８）　した。さらにＣ
ＴＦ２（４）を全面に形成した後、ＬＳにより複数の領
域に分離（１９）　シたものである。かくすると第１の
素子（２０）第２の素子、（２／Ｌ）、第３の素子（２
２）等に分割される。そして例えばその連結部は外部連
結電極（１６）に連結した第１の外部引出し電極用バッ
ト（１５）が第１の素子の第２の電極と連結しこの第１
の素子の第１の電極が（１８）にて第２の素子の第２の
電極と連結して直列接続をして設けられた。さらに第３
の素子（２２）の第１の電極は他の外部引出し電極用バ
ット（１５）と連結し、外部接続電極（１６’）に連な
っている。

かくして同一基板（１）上に複数の素子が複合化されて
いる。さらにこの素子はＰＶＢ（商品名をシーフレック
スともいわれている〉の透光性を有する加熱熔融充填材
（７）　　（０，２〜ｌｍｍ一般には０．５ｍｍの厚さ
）により充填されている。

さらにこの上面には、裏面保護物（８）がテトラ−（１
２）　　（３０〜５い）とアルミ箔（１１）　　（約３
０点の厚さ）により設けられている。このアルミ−箔は
耐湿性の向上とともに照射光（１０）の素子（２０）（
２１）　　（２２）にて吸収しきれずに透過された長波
長光（＞６００ｎｍ　’）　　（１０）を反射せしめ再
び素子にもどして光電変換をさせることができる。

さらに第２図において、パネルは外側をアルミサツシの
枠（１３）　　’（１３’）により囲まれ、これと素子
との間はブチルゴム（１４）　　（１４）により充填さ
れ、パネル構成がなされている。

以上の構造とすることにより工業的に多量生産が可能で
あり、さらに安価な太陽電池パネルを供給することがで
きる。

さらに１５０’Ｃでの高温信頼性テスト１０００時間に
おいても、特性に５％以下の変化しがみられながった。

またサンプル数５０のうち不良は０であった。

さらに６０’Ｃ９０％の高温高湿テストにおいても、サ
ンプル数３０のうち１０％以下の特性劣化をするものは
０％であった。

第２図より明らかなごとく、本発明は裏面電極として金
属を用い、そこでの反射光を利用して高効率化を図るの
ではなく、裏面電極から離間して透過光を反射せしめる
ことにより、裏面金属電極が有していたマイグレイジョ
ンによる信頼性低下を除き、かつ反射光をも同時に利用
するという高効率化、高信頼性化を促すものである。

加えて図面より明らかなごとく、反射板は各素子に設け
られているのではなく、共通してひとつ（１１）がアル
ミニューム箔により設けられている点は単に素子より反
射板が離間しているに加えて多量生産を促すことができ
る。

第３図は本発明の光電変換装置の製造に関する工程を示
したものである。

即ち第３図（Ａ）はガラス基板（１）上にＣＴＦＩ（２
）を電子ビーム蒸着法、スプレー法またはＣＶＤ法によ
り０．１５〜０．２５ｆの厚さに形成した。このＣＴＦ
　はＩＴＯ（０，１５〜０．２＄　　）　　＋ＳｎＯ，
（２００〜５００　　Ａ　　）とした。またハロゲン元
素を添加したＳｎＯ２であってもよい。

さらにこの上にＰＩＮまたはＰＮ接合を少なくとも一つ
有する非単結晶半導体をＰＣＶＤ　（プラズマ気相法）
により積層する。一般にはＰ型半導体をシランとメタン
との反応による５ｉｘＣ，ｑ（０＜ｘ＜１　　ｘ＝０．
８）として約１００λの厚さに形成する。Ｉ型半導体と
しては水素または弗素が添加された珪素をシランまたは
Ｓ　ｉ　Ｆ、ＬのＰＣＶＤにより約０身の厚さＧこ形成
させた。この時この珪素中の酸素を５〆１０　ｃ　ｍ℃
下好ましくは５〆１０ｃｍ’Ｄ下とした。さら４１：Ｎ
型半導体を水素にて１０〜２０倍に希釈されたシランを
ｐｃｖｏｐ、＋ｃこよりフォスヒンを混入させ作製した
。すると微か吉晶化するため、その光吸収特性を少なく
することができるに加え、電気伝導度も’　＞　１０’
　（Ａ　ｃｍ）を得ることができる。このＮ型珪素は１
００〜２００Ａの厚さを有し”、光がこの領域で吸収さ
れなし）ようＧこ多結晶化することはきわめて重要であ
る。

次にＩＴＯを電子ビーム蒸着法またはＣＶＤ法Ｇこより
０．１〜０士一般には０．りの厚さに形成した。開放電
圧を大きくするため、本発明において番よＰ型半導体は
酸化スズと密接せしめ、またＮ型半導体は酸化インジュ
ームまたはＩＴＯと密接せしめた。

得られなかった。

かくして第３図（Ａ）を得た。

次に第３図（Ｂ）に示すごとくにした。即ち図面におい
て素子（６）上に加熱溶融性透光性充填材を配置させた
。この充填材としてＰＶＢ　　（ポ１ノビニールブチラ
ール）を用いた。つまりこのＰＶＢは室温にて表面に粉
末状の重曹が散布されているため、まず水洗しこの重曹
（重炭酸すｌ−リューム）を除去し、さらに十分に乾燥
させた。これは２０〜２５　Ｃにて行った。次にこのＰ
ＶＢ箔を素子（６）状に配設した。さらにその上面にア
ルミニューム箔が内側にはられたテトラ−（１２）より
なる裏面保護物を配置させた。

かくして第３図（Ｂ）を得た。

さらにこの後これらをオートクレーブ炉内に設置し、此
のクレープ炉内を真空引きした。するとこの素子とＰＶ
Ｂ間、ＰＶＢと裏面保護物との間の空気を除去すること
ができた、即ち脱気できたゝば１０気圧／ｃｒの圧力を
加えて、この加熱された空気をクレープ炉内に充填する
ことで成就した。

かくしてＰＶＢは溶融し、全体は一体化して第３図（Ｃ
）を得た。

図面において明らかなごとく、素子（６）は照射光側は
ガラス（無機材料）よりなる透光性基板を有し、裏面は
金属箔とフン素樹脂にてカバーされ保護されている。

かかる構造とすることにより、内部に水分等が侵入する
ことがなく、さらに半導体（３）と金属との反応がまっ
たくない理想的な構造を有せしめることができた。

以下に本発明の実施例を加えてさらにその内容を補完す
る。

実施例１ 第２図は本発明の実施例の縦断面図である。

図面において、ガラス基板は２０ｃ＋ｎ　Ｘ　６０ｃｍ
を有している。ひとつの素子は１５ｍｍＸ　２０ｃｍを
有しており４０段の直列接続構造ををする。

変換効率の比較は以下のごとくである。

従来例　本発明１　本発明２　本発明３開放電圧（Ｖ）
　　　０．８２　０．９１　　３２　　　　３３短絡電
流（ｍＡ／ｃｍ）　１３．１　１５．２　　３３６　　
　３６４曲線因子（％）５８　　６５　　　　５４　　
　　５３効率（％）　　　　６．３　９．０　　　４．
８４　　　５．３１１１Ｔｓ　　（時間）　　　３　　
＞１０００　　　＞１０００　　　＞１１０００ＨＵ　
　（時間）〜２００〜２００　　〜２００　　　＞　１
０００上記表において従来例は第１図の構造を有し、且
つ面積が３ｍｎ＋ｘ３ｃｍ　　（１ｃｍＬ）とした場合
の構造である。本発明１は第３図（Ａ）の構造を有し、
裏面電極はＣＴＦ２としＩＴＯにより段けられた場合で
る。あり、面積は３ｍｍ’３ｃｍ　　（１ｃｍ”）とし
た場合の特性である。本発明２は第２図の構造であって
、２０ｃｍ　Ｘ　６０ｃｍの基板′に４０段直列接続さ
せて設け、充填材（７）裏面保護物（８）が設けられて
いない場合の特性である。さらに効率はＡＭ　１　　（
１００ｍＷ　／　ｃｍ）での変換効率を示す。またＨＴ
Ｓは１５０Ｃ大気中での高温放置テストにおいて初期値
に対し効率が１０％以上の変化が発生するまでの時間を
しめす。またＨＵＭは５５’ＣＲＨ９０％の雰囲気での
湿度テストにおいて１０％以上の変化の効率を示すまで
の時間を示す。

以上の結果より明らかなごとく、裏面をＣＴＦ２とず、
ることにより従来例の６．３％より９％にまで効率を向
上させることができた。ちなみにこのＣＴＦ２を１０５
０λの厚さとし、さらにその上にアルミニー−ムを電極
として形成させる場合は、さらに１％の効率の向上がで
きた。

かくのごとく、本発明の第１および第２の電極をＣＴＦ
とすることにより、効率を向上させることができるに加
えてＨＴＳにおいて従来例が３時間しか特性を有せなか
ったのに対して１０００時間以上も安定な特性を有する
ことができた。

さらに本発明を第２図に示すごとく複合集積化すると実
効変換効率において４．８４％を得ることができ電圧も
３２Ｖを得ることができた。ＨＴＳにおいても、１００
０時間以上を有するかしがしＨＵＭがやはり約２００時
間とまだ十分でばないことが判明した。

このため裏面保護物を第２図の（７）　　（１１）　　
（１２）として設けると、本発明３に示す如く、実効変
換効率を５．３１％と約０．５％の向上に加えてＩｉＵ
Ｍをも１０００時間以上とＨＴＳと同様に高信頼性をを
せしめることができた。

即ち本発明はこれら裏面電極での信頼性低下を起こす反
応を防ぎ、かつ裏面電極での反射をアルミニューム箔に
より行うことにより、高信頼性高効率の双方を初めて有
せしめることができた。

また本発明の実施例において、従来例が変換効率６．３
％を有していたが、これは他の手段例えばガラス−ＣＴ
Ｆ界面をテスクチア−化して入射光側の光の反射を少な
くする等により、８〜１０％と向上させることができる
場合、同様に実施例１における本発明Ｌ２，３．におい
ても特性の向上を図ることができることはいうまでもな
い。

本発明において反射用金属箔のアルミ箔の上面に１以下
の厚さで透光性有機樹脂を予めコートしておき、このア
ルミ箔と外部引出し電極、裏面電極とが万が一導通状態
となることをふせくことは有効である。

また本発明においてはひとつ（７５ＰＩＮ接合を有する
場合を主として示した。しかしこれにＰＩＮＰＩＮ・・
・ＰＩＮ接合と少なくとも一つのＰＮまたはＰＩＮ接合
をさせればよく、かかる面から考えると、本発明は光電
変換装置パネルとしてさらに商品化を促進するきわめて
重要な特徴を有していることが判明した。

加えて例えば４０ｃｍｙ１２０ｃｍのＮＥＤＯ規格のパ
ネルを２０ｃｍ　ｘＴ　６０ｃｍを４枚、また２０ｃｍ
　Ｘ　４０ｃｍを６枚、２０ｃｍｘ２０ｃｍを１２枚、
４０ｃｍ　ｘ　４０ｃｍを３枚と複合化してアルミサツ
シ等を枠組みすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光電変換装置の縦断面図を示す。 第２図は本発明の複合集積化した光電変換装置の縦断面
図を示す。 第３図は本発明の製造工程を示す。 特許出願人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、透光性の第１の絶縁基板と、該基板上の透光性導電
   膜を有する第１の電極と、該電極上の光照射により光起
   電力を発生ずる少な（ともひとつのＰＮまたはＰＩＮ接
   合を有する非単結晶半導体と、該半導体上の透光性導電
   膜よりなる第２の雷門（製造する工程と、前記第２の電
   極上に加熱熔融性充填材を配設し、さらに該充填材上に
   反射性表面を有する保護物を配設する工程と、真空引き
   をして脱気した後加熱加圧を施すことにより前記充填材
   を溶融せしめて一体化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。 ２、特許請求の範囲第１項において、反射性表面を有す
   る保護物はアルミニューム箔力（−面しこ形成された弗
   素系ビニールよりなり、カロ鉛シｌ容融性充填材はＰＶ
   Ｂ　（ポリビニールブチラール）よりなり、１００〜１
   ７０°Ｃに加熱し７〜１２気圧／