JPS60113410A - 薄膜太陽電池およびその製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、表側すなわち上部半導体層および該半導体層
上に上記半導体層に対してオーミック接触を有して施さ
れた前側電極を備えた薄膜太陽電池およびその製造方法
に係り、特に上記半導体層に対する上記前側電極の接触
構造の改良に関するものである。

〔従来の反衝〕

薄膜太陽電池は、本質的に、担体上に設置された電気伝
導性ベースと、このベース上に設けられたｐ型またはｎ
型の第１の半導体層と、この第１の半導体層上に設けら
れたｎ型またはｐ型の第２の半導体層と、この第２の半
導体層上に設けられ、望ましくはグリッドからなる電気
伝導用の前側電極とで構成される。この趣意で、基本的
材料として結晶あるいはアモルファスのシリコンを使用
することができる。ａ−８ｉ（アモルファスシリコン）
太陽電池と比較すると、結晶（シリコン）太陽電池は、
まさしく、高い効率を有しているのであるが、その製造
は相当に高価となり、そしてａ−８１太陽電池よりコス
トが嵩む。さらに、硫化銅−硫化カドミウム太陽電池が
あるが、該硫化銅−硫化カドミウム太陽電池は既知の単
結晶３ｔ（シリコン）太陽電池に比して低価格であり、
該硫化銅−硫化カドミウム太陽電池も、同様に、低コス
トの製造を可能にするのにかなり有利である。

ゆえに、Ｃｕ２　Ｓ　（硫化銅）／Ｃｄ５（硫化カドミ
ウム）太陽電池に対して現実的な面での関心が増大して
いる。

太陽電池の効率は、特に、前側電極すなわち前面電極と
光源に面する表側半導体層すなわち上部半導体層との間
に、いかなる障壁層も存在しない接触が形成されている
事実のいかんにもよる。この結果、同時に、非常に多く
の場合銅からなり、前面電極に接触している半導体の表
面部分によっ５− て、光源に面している半導体層上に無能の太陽電池にま
で効率を減じるような影響を及ぼさないことが保証され
ねばならない。

これを防止するための手段としては、まず、硫化銅−硫
化カドミウム太陽電池が銅製の前面電極を備えているか
ぎり、光源に面している半導体層に良好なオーミック接
触を提供する金層を施すことが知られている。しかしな
がら、金層は、前側の銅電極に対していかなる対浸透障
壁をも形成せず、銅が硫化銅層中に拡散するのを妨げず
、それ故、銅層の化学量論を変更するから、次に銅航面
電極を設けるために金層上にニッケル層を設ける必要が
ある。この結果、ニッケル層が対浸透障壁としての被覆
材となる。このような接触系の製造は高価で且つコスト
が嵩むことは明白であり、そのため、特に薄膜太陽電池
の大規模な製造のために、他の接触系の出現が緊急に望
まれていた。

（発明が解決しようとする問題点） そこで、本発明の目的は、一方では、製造の容易な方法
で、障壁層なしての電荷キャリアの移動−〇− が半導体層−前側電極間で生じることが保証され、且つ
、特に、半導体層が前側電極により経時的な影響を受け
ないことが保証されるようにして、上述したような種類
の接触系を有する太陽電池を設計することにある。

Ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明によれば、この目的は、次のようにして達成され
る。すなわち、半導体層に対する前側電極は、上記半導
体層の化学ポテンシャルに対する上記前側電極の化学ポ
テンシャルを少なくとも接触領域内において適応させる
ことにより、あるいは上記前側電極と上記半導体層との
間に対反応障壁としての化学的不活性系を形成すること
により、不動態化される。

光源に面する半導体層に接することとなる前側電極の部
分の化学ポテンシャルの特別な選択により、外来の原子
は半導体層内に全く拡散することができず、そしてそれ
は半導体層にネガティブな影響を与えるが、同時に良好
なオーミック接触が保持されることが保証される。これ
は、例えば、銅製の前側電極を有する硫化銅−硫化カド
ミウムにおいて、光源に面する半導体層が、Ｃｕ２．−
Ｘｓのみから形成されているか、付加的な酸化銅層Ｃｕ
、０を有しているかによって、少なくとも該半導体層に
接することとなる銅電極の該当領域が、硫化されあるい
は酸化されるような形で実現される。

代わりの解決策のための示唆としては、前側電極と光源
に面する半導体層との間に、選択的に設けられ、半導体
層への前側電極の射影よりも望ましくは小さな寸法を有
する中間層、望ましくはペースト、が配設されることが
あげられる。硫化銅−硫化カドミウム太陽電池の場合に
は、このペーストは、選択的に施され、且つ望ましくは
１〜１０μｍの厚さを有する、グラファイト／すす導電
ペーストまたは金メッキされたグラファイト／すす導電
ペーストまたは金ペーストを用いることができる。

望ましくは、前側Ｎ極は、それ自体が、互いに平行にま
たは略平行に配置され、そして少なくとも半導体層の接
触領域（寸法１００μｍ）において上記半導体層と同様
の材質からなる複数のワイヤで構成され得る。

それに対する変形として、前側電極と半導体層との間の
対反応障壁を明確にするため、接触ペーストまたはその
類いのものを、ワイヤと半導体層との間に配置すること
もできる。ワイヤは、それ自体が、望ましくは、５０〜
２００μｍの直径を有し得る。

特に、上述した種類のうちの一つの接触系の製造方法は
、光源に面する半導体層上に配置される前に、前側電極
が、少なくとも接触領域において該半導体層に対して化
学的に適応されるという事実によって特長づけられる。

これは、例えば、前側電極として銅電極を有する硫化銅
−硫化カドミウム太陽電池について、次のようにして実
現される。その半導体層に対する適用に先だって、ワイ
ヤが所定の温度条件のもとに）−（２Ｓ　（硫化水素）
あるいは酸素雰囲気にさらされることによって、半導体
層に対する接触領域がそれぞれ硫化または一９＝ 酸化される。逆に、湿式処理（硫化アンモニウムまたは
アルカリ）によって処理することもできる。

該接触系を形成する次のような他の可能性が存在する。

すなわち、対反応障壁を形成する接着剤を光源に面する
半導体層の表面全体に敷設し、前側電極を該接着剤に選
択的に適応させ、次いで前側電極点との間に存在する各
部分を溶解して除去する。この点で、水溶性すす／グラ
フ？イトペーストをベースとする接着剤が特に有利であ
ることが証明されている。

該接触系を形成する次のようなさらに他の可能性が存在
する。すなわち、レジストとしてのペーストを選択的に
導電層に施し、次いでレジスト間に存在する導電体を除
去して、導電体と共に対反応障壁としてのレジストを半
導体層上に設置する。

導電層としては銅箔が、ペーストとしてはすす／グラフ
ァイトが選択されるのが望ましい。

本発明の要旨に基づく、さらなる詳細、利点そして特徴
は、図示される望ましい実施例の説明に関連して開示さ
れる。

１０− 〔実　施　例〕 第１図には、硫化銅−硫化カドミウム太陽電池１０の断
面が模式的に且つ拡大されて示されている。

例えば、溶剤中で超音波によって洗浄された担体（ｃａ
ｒｒｉｅｒ　、例えば、基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ　＞
　１２上に、最初に、第１の（後壁）電極１６を当該層
上に配置するための蒸着クロムのような接着剤層１４が
配置される。この電極１６は銀からなり、同様に蒸着に
よって設けられる。

しかる後に、硫化カドミウム層１８が、蒸気の状態から
既知の方法で銀層１６上に設けられる。反射を減じ且つ
境界のざらざらを蝕刻除去するため、上記硫化カドミウ
ム層１８は、塩酸水溶液で短時間処理される。次いで、
硫化カドミウム層１８上に硫化銅層２０が生成される。

これは、１価の銅イオンを含む溶液に浸すことによる化
学反応によって実現される。そのようにした結果、硫化
カドミウム層１８が３０μｍの寸法を持つのに対して、
硫化銅層２０の厚みは約０．２μｍである。ここで、硫
化ｍ層２０に対して酸化銅層（Ｃｕ２−ｙＯ＞　２２を
付加して設けることができる。これは、次のようにして
実現される。すなわち、引続いて、熱処理により、硫化
銅層２０中への銅の拡散により格子空隙を満たし、酸化
銅層２２を発達させる゛ために、硫化銅層（Ｃｕ、、５
）ｚｏ上に銅が蒸着される。

しかる後に、後述するように前壁接触系２４が硫化銅層
上、または最上層の酸化銅層２２上に設けられる。最終
的には、前面（前側）電極はカバーガラス２５で覆われ
る。そして、適宜設計された太陽電池はモジュールに接
続されることになる。

接触系２４は、第２図に示すように、良好な電荷キャリ
ヤ移動を保証する互いに平行に配置された銅ワイヤ２６
で構成することができる。しかしながら、銅ワイヤ２６
の銅イオンの層２０または層２２内への拡散、そしてそ
れにより効率が否定的な影響を受けるのを防止するため
、前壁半導体層２０、または２２への接触領域（２８参
照）は不動態化される。

これは、前壁半導体層に接する材料への化学変換によっ
てなされる。本実施例では、これは、領域２８がＣｕ２
−ｙＯまたはＣｕ２−Ｘ５に変換されることを意味する
。そこで、この硫化または酸化は湿式化学処理または気
相により生起される。この方法により生成される層（２
，８）の厚みは略１１００ｎである。もちろん、それら
の表面が関連しているかぎりユニットとしてのワイヤが
硫化されまたは酸化されるならば、工業的製造の点でよ
り好ましい結果を得ることはできる。この場合、ワイヤ
２６の周面層が硫化銅または酸化銅から構成されること
になる。このケースは、第２図に破線で示され且つ参照
符号３０が付されている。この層の厚みは略１１００ｎ
となる。

光源に面する半導体層２０または２２に対する前面電極
２４の、良好なオーミック接触を有し、前面電極から該
半導体層へのイオン拡散による半導体層に対する経時的
な影響の危険を冒すことのない、接続のさらにその他の
可能な方式としては、ワイヤあるいは格子からなる前面
電極間に、該前面電極と隣接する半導体層との間に対反
応障壁を付加的に形成するペーストを施すことにより構
成する方式もある。

１３− 第３図において、上記中間層は参照符号３２が付されて
おり、そして、そこには、ワイヤ３２として示されてい
る設置された前面電極に比して、この層が面方向に小さ
な広がりを呈して構成されていることが見出される。ペ
ーストスポットの厚みは１０μｍである。第２図および
第３図による実施例においては、前面電極は、５０〜２
００μｍの直径を有して互いに平行に設けられたワイヤ
として示されているが、もちろんこの前面電極は格子構
造またはそれに類似した構成としてもよい。

接続物質３２として、光源に面する半導体層２０または
２２と前面電極３４との間に良好なオーミック接触を保
証しそしてそこでは同時に対反応障壁が形成される導電
ペースト、例えば、グラファイト／すす導電ペーストま
たは金メッキされたグラファイト／すす導電ペーストま
たは金導電ペーストが使用され得る。

光源に面する半導体層に対する格子状前面電極を施すこ
との可能なその他の方法としては、表面全体に接着剤を
敷設し、そしてそれにシルクスク１４− リーン印刷等により、銅製の格子を施し、引続いて該格
子で覆われていない接着剤部分を除去する方法がある。

ざらにその他の可能な方法は、導電層にレジストとして
のペーストを選択的に施し、引続いてレジスト間の導電
体を除去する方法がある。しかる後は、対反応障壁とし
て、該レジストが半導体層上に設置され、この方法での
所望の接触系が実現される。このために、特に適切なグ
ラファイト／すすの混合物をベースとする物質がある。

（発明の効果〕 本発明によれば、製造が容易で、障壁層なしての電荷キ
ャリアの移動が半導体層−前側電極間で生じることが保
証され、且つ、半導体層が前側電極により経時的な影響
を受けないことが保証されるような接触系を備えた太陽
電池おわびその製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部構成を模式的に示す断
面図、第２図は同実施例における接触構造の第１の例を
説明するための要部の模式的断面図、第３図は同実施例
における接触構造の第２の例を説明するための要部の模
式的断面図である。 １０・・・硫化銅−硫化カドミウム太陽電池、１２・・
・基板、１４・・・接着゛剤層、１８・・・硫化カドミ
ウム、２０・・・硫化銅層、２２・・・酸化銅層、２４
・・・接触系、２５・・・カバーガラス、２６．３４・
・・銅ワイヤ、２８・・・接触領域、３０・・・硫化銅
または酸化銅層、３２・・・ペースト。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１頁の続き ０発　明　者　イエルグ・ベルナー　ドイツ。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）表側半導体層および該半導体層上にオーミック接
   触を有して設置される前側電極を有する薄膜太陽電池に
   おいて、上記半導体層の化学ポテンシャルに対する上記
   前側電極の化学ポテンシャルを少なくとも接触領域内に
   おいて適応させることにより、あるいは上記前側電極と
   上記半導体層との間に対反応障壁としての化学的不活性
   系を形成することにより、上記半導体層に対する上記前
   側電極が不動態化される接触構造を備えたことを特徴と
   する薄膜太陽電池。
2. （２）半導体層への接触領域内の前側電極物質は化学的
   不活性であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の薄膜太陽電池。
3. （３）少なくとも半導体層への接触領域内の前側電極は
   半導体層と同一の物質で構成されたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の薄膜太陽電池。
4. （４）前側電極と半導体層との間にペーストを施して、
   接触領域におけるオーミック接触を保証し且つ浸透を防
   止したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄
   膜太陽電池。
5. （５）接触系の半導体層に対して化学的不活性にする物
   質は選択的に適用されることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の薄膜太陽電池。
6. （６）前側電極は互いに平行にまたは略平行に配置され
   た複数のワイヤで構成されたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の薄膜太陽電池。
7. （７）特許請求の範囲第１項記載の薄膜太陽電池におい
   て、太陽電池は、Ｃｕ２．−ｘＳまたはＣｕ２−ｙＯか
   らなり光源に面する半導体層と、この半導体層に特許請
   求の範囲第１項に従って当接された銅からなる前側電極
   とを有する硫化銅−硫化カドミウム太陽電池であり、且
   つ少なくとも銅電極の半導体層に接する領域は、硫化あ
   るいは酸化されていることを特徴とする薄膜太陽電池。
8. （８）特許請求の範囲第４項記載の薄膜太陽電池におい
   て、前側電極は、銅電極であり、且つ該銅前側電極と光
   源に面する半導体層との間に、グラファイト／すす導電
   ペーストまたは金メッキされたグラファイト／すす導電
   ペーストまたは金ペーストが、対反応障壁として選択的
   に施されたことを特徴とする薄膜太陽電池。
9. （９）表側半導体層および該層にオーミック接触で接合
   される前側電極を有する薄膜太陽電池の製造にあたり、
   光源に面する半導体層を形成した後、水溶性の固着剤を
   含むすす／グラファイトペースト等のような接着剤を全
   面にわたって施し、前側電極を選択的に接着剤に接着さ
   せ、しかる後に、上記前側電極との間に位置する接着剤
   を除去することにより、上記半導体層に対して上記前側
   電極が不動態化されるようにしたことを特徴とする薄膜
   太陽電池の製造方法。
10. （１０）表側半導体層および該層にオーミック接触で接
    合される前側電極を有する薄膜太陽電池の製造にあたり
    、レジストとしてのペーストを選択的に導電層に施し、
    レジスト間に存在する導電体を除去して、導電体と共に
    対反応障壁としてのレジストを半導体層上に設置するこ
    とにより、上記半導体層に対して前側電極が不動態化さ
    れるようにしたことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方
    法。