JPS5955076A - 薄膜太陽電池 - 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】 ン：・’２５０Ｘ以下の結晶サイズをもつ酸化インジウ
ムを主成分とする透明電極が接していることを特徴とす
る薄膜太陽電池に関する。　　・・こごで述ベニる非晶
質シリコンからなる光起電、力発生層（Ｂ）・は特開昭
５２−１ｆ１９’ｉＯ号、　　５１　ｓ−’　１０４４
７７、号、５・６＝−１０４４１３号で開示されたプラ
ズマグー・−放電法、スパッタ蒸着法′、゛、イオ・ン
ブレーテイ・ング法によって形成され１、膜内に１〜２
０原子チの水素原子を含有し、その他に第３成分元素と
してフッ素原子、もしくは炭、素原子、もしくは窒素原
子等を含有する非晶質あるいは粒径が・２００２以下の
微結晶よりなるシリコン薄膜が代表・的なものとしてら
けら１れる。

これらを基板上に・投げて太陽電池を形球する、゛に拮
、種々の構成が考えられる。いずれにして、も非晶質シ
リコン薄膜太・陽電池は、非晶質・シリコンからなる光
起電力発生層を透明電極と金属・電極によってサン・ド
イツチした構成を有している。また非晶質シリコン層か
虻なる代表的な）□光・起電力発生層・はドーパントを
加えることによって伝導型を制御したｎ・□型及びｐ型
シリゴン層によって、ノ、ンドープ層いわゆるｉ型シリ
コン層・をサノドイツチした構成か虻なっている。つま
リｐ型、ｎ型シリ１ン層は、透明電極あるいは金属電極
のいずノ１かに接することになる。

本発明者ｄ１、とれもｐ型、ｎ型シリコン層と電極層と
の組み合１つせ、および形成法などについで鋭意検討１
．た結果、微結晶層を含んだｎ型シリコン層と、結晶サ
イズが２５０Ｘ以下、好みり、　＜は２００Ａ以下であ
る酸化インジウノ・をｔ成分とする迂ｒ明電極層が接す
る構成の太陽■。

池の場合にのみ、高い光電変換効率が得られるという事
を見出し、本発明に到達した。

ずなわち本発明１、ノ、Ｇ板（蜀上に男′品質シリコン
からなる光起電力発生層（ｎ）、醇化インジウｊ・金主
成分とする透明１１１□（１ｊ！ｊ偏（Ｃ）を設け＊、
７ｇ膜太陽電池において、計光起電発生層（＋１）の中
のｎ型シリコンｔｔが微結晶層を含み、かつこのｎ型シ
リコン層が２５０Ａ以下の結晶ザ・イズをもつ酸化イン
ジウムの透明電極層と接し２ていることを特徴とする薄
月砕太陽電池に関するものである。

本発明で用いる基板（Ａ）は２、金に４板、ガラス板。

各釉セラミック板、高分子フィルムいずれでも良い。特
に高分子フィルムを用いる２１巻ｌｖ、７りによる連続
生産が可能となり、生産＋１が良くなかできるが、その
他の絶縁体を用いる時にｄ１金属軍、極としてスパッタ
リング、イオンプｌ／　−ティング、真空蒸着法などの
物理的手段、あ７．）いはメッキなどの化学的１一段を
用いて金属膜層を設ける。金属板あるいは金属膜層を設
りろ金属材料としては、非晶質シリコン層と寸−ミック
接触を外す金蜆層が選ばれる。代ジて的なものとして鉄
、クロム、チタン、タンタル、二オシ。

モリフテン、ニッケル、アルミニウム、コ・くルト、ニ
クロム、ステンレス等の金ＪＭ、及Ｃ１［が用いられる
。

基板が透明な場合には、基板側を（１側ど１．７た構成
の太陽電池を形成するととができるが、この場合には〃
こ板上に透明電極層を設けてから、非晶質シリコン層を
形成することになる。

−ト品質シリコンからなる光起電力発生層（Ｂ）は、上
述した如くｎ型、ｐ型３及び１型シリコン層・、ヤらな
る。ｎ型シリコン層は微結晶層を含む事□が本発明の特
徴であり、５ＩＡ′原子であるリン（Ｐ）へるいけい素
（Ａ８）を、。Ｏｐｐｍから２００００↓。

ｐｐｒｎ含んでいる。

′膜させる。スパッタリング法、イオンブレーティング
法では雰囲気中に水素ガスを導入し、水素原子がシリコ
ン膜中のダングリングボンドを補償（−１電気特性を向
上せしＶ）るようにする。

フッ素原子を第三成分元素として導入する時は、フッ素
ガスあるいは４フツ化シラン（Ｓ　Ｉ　Ｆ４）ガスを、
炭素原子を導入する時はメタン、エチレン。

エタン等の炭化水素を、窒素原子−を導入する時は窒素
ガス、あるいはアンモニアガスを、シランガスあるいは
水素ガス中に適当ｉａ：ｉ人させることによって可能で
ある。本発明の特徴はｎ型　５− シリコン層が微結晶層を含むことであるが、この形成条
件は、どの形成方法を採用するかによって異なる。

例えばグロー放電法でｄｌ、投入汽力を増加することに
よって微結晶層を含んだシリコン１−を形成せしめるこ
とができる。

’、、”＞　ｔた、微結晶層の存在はシリコン層の１１
ｆｆｉ気的漬性を測定することにより確認でｉ！、２５
℃で二電気伝導度が５　Ｘ　１０　’　Ｕ−ｔｙｎ　’
以上、活性化エネルギーが０，１ｅＶ以下になる。

よｈ　Ｏ，１〜１００υ・ａｎ　１になる。壕だ活性化
エネルギーも前者の０．２ｅＶに比べ、後者の２００Ｗ
では０．０２ｅＶになＬフ、電気的特性は著しく向上す
る。

次に透明電極１ｍ　（Ｃ）について鯉明する。本発明の
透明電極ｉａ結晶ザイズがｚ５ｏＸ以下の酸　６− 化インジウムよりなる。この酸化インジウムには好まし
くはＳｎなどの金属を数チ含んでいる方が良い。また膜
厚は入射光の表面反射を抑えるため、光干渉効果を考慮
して適宜選ばれるが、一般的には３００〜ＩＱＯＯＡの
範囲になる。形成法もスパッタリング法、真空蒸着法、
イオンブレーティング法などのいろいろな方法が適用さ
れるが、なかでも反応性スパッタリング法を用いると特
性の優れた酸化インジウム膜の形成が容易である。

ここでいう結晶サイズの測定は以下に述べるＸ線回折法
と走査型電顕による表面観察の２法によって行なう。

種ずＸ線回折では、回折Ｘ線の（２２２）面を表わす２
θ＝３０〜３１°付近のピークの半値巾から以下の式を
用いて計算する。

ここでλは用いたＸ線の波長（Ｘ）、Ｂは半値巾（ｒａ
ｄ）　＊　　θはＢｒａｇｇ角を意味する。

是査型電顕法は、透明電極表面のＳＦＸＭ像より縮尺を
考慮して求める。Ｘ線回折法による測定は深さ方向の結
晶サイズであるのに対し、走査型電、順法は平面（横）
方向の結晶サイズに相当する。本発明の特徴であゐ２５
０Ａ以下という記述は、この２法による結果がともに２
５０％以下であゐことが必要であることを意味している
。

代表的な構造例を第１図、第２図に示す。

第１図において（１）は基板（Ａ）を意味する。基板が
高分子とかガラスのような絶縁体の場合には前述した如
く、電極としての金属層を後述のｐ型シリコン層（２）
との界面に設けることが必要である。

（２）はｐ型シリコン層、（３）は１壓シリコン層。

（４）は微結晶層を含んだｉｆ！９シリコン層を意味し
、これらが光起電力発生層（Ｂ）を構成する。また（５
）は透明電極層Ｃ）を意味する。

基板が可視光に対し透明な高分子、ガ２スガどの場合に
は基板側から光を入射させる構造の太陽電池にすること
も可能である。その場合に極としての金属層は存在しな
い。（２）　（３）　（４１（５）け第１図と同様であ
る。また（６）は基板ｔ、ｈ＞のところで述べた電極と
しての金属層を意味する。

また、第１図での透明電極層（５）の上、あるいは第２
図での基板（１）と透明電極層（５）の間に収集電極と
しての金属層を設けても良い。

次に、本発明を以下に示す実施例によって、さらに詳細
に説明する。

なお、太陽電池のセル特性の測定はＡＭ−１。

１００　ｙｒｗｌａｌの条件でソーラーシュミレータ□
−を用いて行なった。

実施例１ 厚さ７５μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム（
帝入■製高透明（０）タイプ）を正方形□に切り取シ、
四辺を固定して２４０℃で２分間熱熟理を行なった。ａ
いてこのフィルムの上ニ、金属電極としてステンレス（
ＥＩＵ８３０４）　ヲスバタ　９− リング法で厚さ約４００ＯＡ設け、下部電極とした後、
グロー放電反応装置内の電極にセットし電力を投入して
、基板を清浄化した。その後、馬ガスを導入１．Ｏｔｏ
ｒｒ　　で５分間、さらにプレスパツタリングを行なっ
た。

その後、Ｂ、Ｈ，ハ！（２チ）　＋　ＲＩＨ４／’Ｈｔ
（１０％）混合ガスをＢ、Ｈ６／ＳｉＨ，がｉ、ｏ％に
なるように調節して導入し、１０Ｗの高周波電力を投入
して、厚さｓ　ｏｏＸのｐ　ＦＭ、シリコン層を設けた
。

続いて８１Ｈ４／Ｈ，（１０％）ガスのみを導入し、ｉ
ｏｗの高周波電力を投入してグロー放電分解し、厚さ４
６００Ｘの１型シリコン層を設けた。

次にＰＩ（、Ａ１．　（２％）−１−８ＩＨ４ハ、（３
，３チ）混合ガスをＰＨ，／Ｓ　ｉ　Ｈ４が０，５チに
なるように導入し、２００Ｗの高周波電力を投入して、
厚さ１８０Ａのｎ型シリコン層（伝導度ｌ、２　Ｕ’ｃ
ｍ　　ｌ活性＝１０− 化エネルギー０．０２ｅＶ）を設けた。

さらにこのｎ型シリコン層上に、Ｉｎ／５ｎ＝−９５１
５重幇゛俤紹成のターゲットを用いＡ　ｒ１０２　の混
合ガス雰囲気下で、酸化インジウム膜を反広恒スパッタ
リング法で６０ＯＡ設け、透明電極層とした。この時の
成膜速度ｈ５Ｘ／就である。さらにその上に銀をくし型
に蒸着した収集電極を設け、セル特性を測２でした。

゛また醇化インジウム膜の結晶サイズをＸ線回折法で測
定したところ１４０Ａ、走査ｌ電顕法では１８０Ａであ
った。

一方、ｎ型シリコン層はでは全く同条件で作製し、透明
乍ｆｉ：　４帆ｒｉｉば、Ｉ　Ｔｌ２Ｏ３／５ｎ０２　
−９５　／　５１ｍ’、　量チ組成の焼結タブレットを
用い、へを１Ｏ−３ｔｏｒｒ　　導入して反応性蒸着法
で６０ＯＡ設トｊたセルについて同様にセル特性を測定
した。この時の酸化インジウム膜の結晶サイズはＸ線回
折法で３９０　Ａ、走査型電顕法では４００Ａであった
。、昔だガラス上の酸化インジウム膜の特性は、抵抗が
両者とも１００〜２００Ω／口、′０］視部（４００〜
７００ｎｍ）の吸収は２−以下であり同じレベルであっ
た。

これら両者のセル特性を、セル数２０個の平均で比較１
〜だところ、Ｘ線回４）Ｔ法ではｔ　４０　’Ａ。

走を型電顕法では１８０Ａの結晶サイズをもつＩＴＯ！
１４　（反応性スパック法）を用いたセルの方が、Ｘ線
回折法では３９ＯＡ、走査ｌ電顕法でＵ：　４００　Ａ
の結晶サイズをもつＩ’ｒＯ膜（反応性蒸着法）を用い
たセルに比べ、１．１２倍の高い変換効率を示した。

【図面の簡単な説明】

ｎ：ｓ　を図は本管Ｗ］の−＊施態様の構造図、第２図
は本発明の他の実施態様の構造図である。 （１）：基板、　（２ｉ　：　ｐ型シリコン層、　（３
）　：　ｌ型シリコン層、　ｆ４）　：　ｎ型シリコン
層、　（５）　：透明電極層。 （６）：金属層 特許出願人　工朶技術院長 石　　　坂　　　詞　　　− ／ 窄１　図 １２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　基板（局上に、非晶質シリコンからなる光起電力
   発生層（Ｂ）酸化インジウムを主成分とする透明電極層
   （Ｑを設けた薄膜太陽電池において、眩光起電力発生層
   （Ｂ）の中のｎ型シ、リコン層・が徴結晶層を含み、か
   つこのｎ型シリスン層が２６０Ｘ以下の結晶サイズをも
   つ酸化インジウムの透明電極層と接しているととを特徴
   と・１する薄膜太陽電池。 ′２．　　前記基板に）が高分子フィルムである特許請
   求の範囲第１項記載の薄膜太陽電池。 人゛ｊ′・ ・ζ＋１゜