JPS61222281A - 光起電力デバイス - Google Patents
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- JPS61222281A JPS61222281A JP61025683A JP2568386A JPS61222281A JP S61222281 A JPS61222281 A JP S61222281A JP 61025683 A JP61025683 A JP 61025683A JP 2568386 A JP2568386 A JP 2568386A JP S61222281 A JPS61222281 A JP S61222281A
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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
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- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
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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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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】
薄膜アモルファス半導体材料は、結晶質材料に比較して
幾つかの際立った利点を有する。薄膜アモルファス半導
体材料は最近開発された大量化産休材料で製造する場合
、小抵抗欠陥がしばしば生く損ね、デバイス生産の歩留
りを低下させる。工程にｇＱＭするこの欠陥は、基板電
極の形態に帰因するか、あるいは半導体層のデポジショ
ン中に何らかの原因が発生して生じると考えられる。本
発明は、電流を分流させる上記欠陥の作用を除去するか
、あるいは少なくとも実質的に減少することを目的とす
る。
幾つかの際立った利点を有する。薄膜アモルファス半導
体材料は最近開発された大量化産休材料で製造する場合
、小抵抗欠陥がしばしば生く損ね、デバイス生産の歩留
りを低下させる。工程にｇＱＭするこの欠陥は、基板電
極の形態に帰因するか、あるいは半導体層のデポジショ
ン中に何らかの原因が発生して生じると考えられる。本
発明は、電流を分流させる上記欠陥の作用を除去するか
、あるいは少なくとも実質的に減少することを目的とす
る。
上記欠陥の最も重大なものは、“分路”、′短絡路″も
しくは小抵抗電路として特徴付けられ得る。餞型的なｐ
ｉｎ型アモルファス半導体光起電デバイスにおいて、“
ｐ”層の厚みは２５ナノメートルのオーダ、“ｉ″層の
厚みは３５０ナノメートルのオーダ、ｎ”層の厚みは２
５ナノメートルのオーダであり得る。従って、半導体ボ
ディ全体の厚みは約４００ナノメートルでしかない。こ
のような薄い半導体層によっては、基板の不整は小規模
められた電流が外部負荷よりむしろ欠陥領域の方を流れ
るので電力出力が低下し、あるいはデバイスを“焼切る
”はどの電流が欠陥領域を流れた場合完全に故障する。
しくは小抵抗電路として特徴付けられ得る。餞型的なｐ
ｉｎ型アモルファス半導体光起電デバイスにおいて、“
ｐ”層の厚みは２５ナノメートルのオーダ、“ｉ″層の
厚みは３５０ナノメートルのオーダ、ｎ”層の厚みは２
５ナノメートルのオーダであり得る。従って、半導体ボ
ディ全体の厚みは約４００ナノメートルでしかない。こ
のような薄い半導体層によっては、基板の不整は小規模
められた電流が外部負荷よりむしろ欠陥領域の方を流れ
るので電力出力が低下し、あるいはデバイスを“焼切る
”はどの電流が欠陥領域を流れた場合完全に故障する。
室内照明の下で、光電池の負荷抵抗（即ち、該電池が最
も有効に機能する場合の抵抗）は分路抵抗（即ち欠陥領
域の内部抵抗）と同等である。明るい太陽光の下では、
負荷抵抗は分路抵抗をはるかに下回る。照明が暗いと、
比較的少数のキャリヤが光によって発生され、抵抗の最
も小さい電路、即ち小抵抗欠陥領域を流れる。照明が明
るければ上記の場合よりはるかに多数のキャリヤが出現
し、最小抵抗電路及びその他の処を流れる。高強度の照
明下ではより多くの電力が欠陥領域に失われるが、この
場合の電力損失が生産される全電力に対して占める割合
は低強度の照明下の場合に比べ小さい。
も有効に機能する場合の抵抗）は分路抵抗（即ち欠陥領
域の内部抵抗）と同等である。明るい太陽光の下では、
負荷抵抗は分路抵抗をはるかに下回る。照明が暗いと、
比較的少数のキャリヤが光によって発生され、抵抗の最
も小さい電路、即ち小抵抗欠陥領域を流れる。照明が明
るければ上記の場合よりはるかに多数のキャリヤが出現
し、最小抵抗電路及びその他の処を流れる。高強度の照
明下ではより多くの電力が欠陥領域に失われるが、この
場合の電力損失が生産される全電力に対して占める割合
は低強度の照明下の場合に比べ小さい。
上に複数個のアモルファス半導体層が逐次デポジットさ
れる基板電極もしくは基部＠極として用いられる最高品
門町ζテンレス鋼は、平方センチメ−ｌ−ル当たり１０
，０００〜１００．０００箇所の不整を有する。これら
の不整は突起、クレータその他の、平滑仕上面からの凹
凸の形態を取り、その高さあるいは直径は１マイクロメ
ートルを下回り得る。そに小抵抗電路を確立し得、前記
電路は実際上デバイスを短絡する。
れる基板電極もしくは基部＠極として用いられる最高品
門町ζテンレス鋼は、平方センチメ−ｌ−ル当たり１０
，０００〜１００．０００箇所の不整を有する。これら
の不整は突起、クレータその他の、平滑仕上面からの凹
凸の形態を取り、その高さあるいは直径は１マイクロメ
ートルを下回り得る。そに小抵抗電路を確立し得、前記
電路は実際上デバイスを短絡する。
半導体デポジション工程の間に、塵芥その他の粒状物質
がデポジション装置内に侵入し、あるいは該装置内で形
成される恐れがある。上記汚染物質は半導体層の一様な
デポジションを妨げたり、半導体ボディ中に小抵抗電路
を確立したりしかねない。また、デポジットされる半導
体材料は場合によって、外的起源の汚染物質が不在でも
自然に微小クレータあるいは微小突起を形成し得ると考
えられる。
がデポジション装置内に侵入し、あるいは該装置内で形
成される恐れがある。上記汚染物質は半導体層の一様な
デポジションを妨げたり、半導体ボディ中に小抵抗電路
を確立したりしかねない。また、デポジットされる半導
体材料は場合によって、外的起源の汚染物質が不在でも
自然に微小クレータあるいは微小突起を形成し得ると考
えられる。
された半導体ボディと、半導体ボディの上記基板とは反
対の側に、該半導体ボディの少なくとも一部分と電気的
に接触した状態で配置された透明な導電材料の層と、透
明な導電材料層に配置されたバスグリッド構造体のよう
な集電手段とを含む。
対の側に、該半導体ボディの少なくとも一部分と電気的
に接触した状態で配置された透明な導電材料の層と、透
明な導電材料層に配置されたバスグリッド構造体のよう
な集電手段とを含む。
本発明デバイスは更に、透明なＳ電層とデバイスの基板
とに挟まれた半導体ボディに配置された電流制限材料層
を含む。この１１流制限材料層は１！電手段と基板領域
との間における電流の流れを制限し、該層は実質的に有
機絶縁材料、無機絶縁体、広バンドギャップ半導体、シ
リコーン、サーメット及びこれらの組合せから成るグル
ープから選択された材料によって形成され得る。
とに挟まれた半導体ボディに配置された電流制限材料層
を含む。この１１流制限材料層は１！電手段と基板領域
との間における電流の流れを制限し、該層は実質的に有
機絶縁材料、無機絶縁体、広バンドギャップ半導体、シ
リコーン、サーメット及びこれらの組合せから成るグル
ープから選択された材料によって形成され得る。
本発明を、添付図面を参照しつつ以下に詳述する。各図
において、同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
において、同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
これらのデバイス１０．１０” 、 １０”は各々、複
数個のｐｉｎ型光電池１２ａ、 １２ｂ及び１２ｃから
成る半導体ボディ１２を含む。光電池１２ａの下に基板
１４が位置し、この基板１４は、導電性のステンレン鋼
薄板かあるいは薄い金属箔のような金［１構成要素であ
っても、あるいはまたガラス、プラスチック等のような
電気的に絶縁性の材料から成る構成要素であって、その
少なくとも一部分に導電性の構成要素を具備しているも
のであってもよい。
数個のｐｉｎ型光電池１２ａ、 １２ｂ及び１２ｃから
成る半導体ボディ１２を含む。光電池１２ａの下に基板
１４が位置し、この基板１４は、導電性のステンレン鋼
薄板かあるいは薄い金属箔のような金［１構成要素であ
っても、あるいはまたガラス、プラスチック等のような
電気的に絶縁性の材料から成る構成要素であって、その
少なくとも一部分に導電性の構成要素を具備しているも
のであってもよい。
光電池１２ａ、１２ｂ及び１２ｃは各々、少なくともシ
リコン合金を含む半導体ボディを有する。各合金ボディ
は、ｐ型領域又は層（１６ａ、 １６ｂ及び１６Ｃ）と
、真性領域又は層（１８ａ、 １８ｂ及び１８Ｃ）とｎ
型領域又は層（２０ａ、２０ｂ及び２０Ｃ）とを含む。
リコン合金を含む半導体ボディを有する。各合金ボディ
は、ｐ型領域又は層（１６ａ、 １６ｂ及び１６Ｃ）と
、真性領域又は層（１８ａ、 １８ｂ及び１８Ｃ）とｎ
型領域又は層（２０ａ、２０ｂ及び２０Ｃ）とを含む。
光電池１２ｂは中間の電池であり、中間の電池は図示し
た電池に、本発明の精神又は範囲を逸脱することなく更
に付加され得る。また、図には互いに積重ねられた複数
個のｐｉｎ型光電池を示したが、本発明は唯１個の、あ
るいはまた互いに積重ねられた複数個のｎｉｐ型光電池
にも等しく有用である。
た電池に、本発明の精神又は範囲を逸脱することなく更
に付加され得る。また、図には互いに積重ねられた複数
個のｐｉｎ型光電池を示したが、本発明は唯１個の、あ
るいはまた互いに積重ねられた複数個のｎｉｐ型光電池
にも等しく有用である。
ｐＦＪ！ｔ１１６ａ、 １６ｂ及び１６ｃは、好ましく
は低い吸光性を有し、かつ高導電性である。真性合金層
１８ａ、 １８ｂ及び１８Ｇは、太陽光応答に関する調
節可能な波長しきい値と、高い吸光性と、低い暗導電性
と、高い光導電性とを有する。１１１８ａ、 １８ｂ及
び１８Ｇは１種以上のバンドギャップ調節元素を、光学
的バンドギャップが光電池の特別の用途のために最適化
されるのに十分な量だけ含有する。好ましくは、真性層
は、そのバンドギャップを、光電池１２ａが最も狭いバ
ンドギャップを有し、光電池１２Ｃが最も広いバンドギ
ャップを有し、かつ光電池１２ｂが前記両バンドギャッ
プの間の幅のバンドギャップを有するように調節される
。ｎ型層２０ａ、２０ｂ及び２０Ｇは低い吸光性を有し
、かつ高導電性である。ｎ型層、真性層及びｎ型層の厚
みは、好ましくは、それぞれ約２〜５０ナノメートル、
２００〜３０００ナノメートル及び２〜５０ナノメート
ルス１Ｇ、 １０“、１Ｇ”’の頂部電極として機能す
る透明な導電材料の層３２を含む。［３２はインジウム
−スズ酸化物によって構成されているが、酸化亜鉛、ス
ズ酸カドミウム、スズ酸化物及びインジウム酸化物のよ
うな他の透明な導電材料も当業者には知られており、こ
れらの材料も上記のような層の形成に好ましく用いられ
得る。
は低い吸光性を有し、かつ高導電性である。真性合金層
１８ａ、 １８ｂ及び１８Ｇは、太陽光応答に関する調
節可能な波長しきい値と、高い吸光性と、低い暗導電性
と、高い光導電性とを有する。１１１８ａ、 １８ｂ及
び１８Ｇは１種以上のバンドギャップ調節元素を、光学
的バンドギャップが光電池の特別の用途のために最適化
されるのに十分な量だけ含有する。好ましくは、真性層
は、そのバンドギャップを、光電池１２ａが最も狭いバ
ンドギャップを有し、光電池１２Ｃが最も広いバンドギ
ャップを有し、かつ光電池１２ｂが前記両バンドギャッ
プの間の幅のバンドギャップを有するように調節される
。ｎ型層２０ａ、２０ｂ及び２０Ｇは低い吸光性を有し
、かつ高導電性である。ｎ型層、真性層及びｎ型層の厚
みは、好ましくは、それぞれ約２〜５０ナノメートル、
２００〜３０００ナノメートル及び２〜５０ナノメート
ルス１Ｇ、 １０“、１Ｇ”’の頂部電極として機能す
る透明な導電材料の層３２を含む。［３２はインジウム
−スズ酸化物によって構成されているが、酸化亜鉛、ス
ズ酸カドミウム、スズ酸化物及びインジウム酸化物のよ
うな他の透明な導電材料も当業者には知られており、こ
れらの材料も上記のような層の形成に好ましく用いられ
得る。
複数本の集電グリッドフィンガ２４を有するバスパー２
６を含むバスグリッド構造体２２が、１Ｉ３２と接面図
である第２図に、バスグリッド構造体２２の具体例を詳
細に示す。グリッドフィンガ２４と直接連絡している複
数本の小バスパー２６は大バスパー３０れる。
６を含むバスグリッド構造体２２が、１Ｉ３２と接面図
である第２図に、バスグリッド構造体２２の具体例を詳
細に示す。グリッドフィンガ２４と直接連絡している複
数本の小バスパー２６は大バスパー３０れる。
本発明において、低抵抗率の電路を通って基板から集電
バスグリッド構造体に直接達する゛電流の流れは、途中
に配置された比較的高い抵抗率を有する材料によって制
限される。上記材料は基板からグリッドに至る電路を、
該電路に横方向部分を付加することによって延長する。
バスグリッド構造体に直接達する゛電流の流れは、途中
に配置された比較的高い抵抗率を有する材料によって制
限される。上記材料は基板からグリッドに至る電路を、
該電路に横方向部分を付加することによって延長する。
ここに述べたデバイスの各層は非常に薄いので、横方向
電流に対する抵抗は大きい。このような付加された抵抗
が、前記グリッド構造体２２への電流の流れを阻止する
制限材料層２９は透明な導電層３２と半導体ボディ１２
の基板１４側の反対側の面との間に配置されている。
電流に対する抵抗は大きい。このような付加された抵抗
が、前記グリッド構造体２２への電流の流れを阻止する
制限材料層２９は透明な導電層３２と半導体ボディ１２
の基板１４側の反対側の面との間に配置されている。
好ましくは、電流制限材料層２９はバスグリッド構造体
２２のパターンの少なくとも部分に該して対応するパタ
ーンに形成される。バスグリッド構造体２２のパターン
と電流制限材料層２９のパターンとはほぼ重なり合い、
即ち前記グリッド構造体２２と前記１２９とは互いに対
して整列して配置されている。
２２のパターンの少なくとも部分に該して対応するパタ
ーンに形成される。バスグリッド構造体２２のパターン
と電流制限材料層２９のパターンとはほぼ重なり合い、
即ち前記グリッド構造体２２と前記１２９とは互いに対
して整列して配置されている。
［２９の材料は、比較的低い導電率を有する。合成ポリ
マーのような有機絶縁体、シリコン酸化物、シリコン窒
化物、アルミナ等のような無機絶縁体、広バンドギャッ
プ半導体、サーメット及びこれらの組合せが、電流制限
材料として層２９の形成に好ましく用いられる。電流制
限材料パターン２９はバスグリッド構造体２２の少なく
ともバスパ一部分に対応するのが好ましいが、該パター
ン２９がグリッドフィンガ２４とも合致するべく形成さ
れることも有利であり得る。電流制限材料のパターンは
、集電手段の該パターンと重なる部分を小抵抗欠陥から
最大限に保護するため、前記部分によって覆われる面積
より僅かに大ぎい面積を覆うことが好ましい。その場合
の面積の増大分は１０〜１５パーセントで十分である。
マーのような有機絶縁体、シリコン酸化物、シリコン窒
化物、アルミナ等のような無機絶縁体、広バンドギャッ
プ半導体、サーメット及びこれらの組合せが、電流制限
材料として層２９の形成に好ましく用いられる。電流制
限材料パターン２９はバスグリッド構造体２２の少なく
ともバスパ一部分に対応するのが好ましいが、該パター
ン２９がグリッドフィンガ２４とも合致するべく形成さ
れることも有利であり得る。電流制限材料のパターンは
、集電手段の該パターンと重なる部分を小抵抗欠陥から
最大限に保護するため、前記部分によって覆われる面積
より僅かに大ぎい面積を覆うことが好ましい。その場合
の面積の増大分は１０〜１５パーセントで十分である。
電流ＩＩＩ限材料（パターン）は正方形当たり３００オ
ームを上回る、特に少なくとも１０００オームのシート
抵抗を有することが好ましい。
ームを上回る、特に少なくとも１０００オームのシート
抵抗を有することが好ましい。
電流ＩＩ、ＩＩ限材料パターンは、スクリーン印刷、真
空蒸着、スパッタリングあるいはプラズマデポジション
によって形成され得る。適当なパターンは、マスクを介
してのデポジションによってか、あるいは公知のホトリ
ソグラフィ式パターン形成技術を用いることよって形成
され得る。電気めつぎ、陽極酸化及び無電解めっき技術
も、低導電率パターンの形成に単独でかあるいは組合せ
て用いられ得る。
空蒸着、スパッタリングあるいはプラズマデポジション
によって形成され得る。適当なパターンは、マスクを介
してのデポジションによってか、あるいは公知のホトリ
ソグラフィ式パターン形成技術を用いることよって形成
され得る。電気めつぎ、陽極酸化及び無電解めっき技術
も、低導電率パターンの形成に単独でかあるいは組合せ
て用いられ得る。
違する。電流制限材料＠ ２９’は、基板１４と半導体
ボディ１２の第一の面、即ち底面との間に配置されてい
る。電流制限材料１Ｉ２９’も欠陥領域を通る電流の流
れを制限する。バスグリッド構造体２２は半導体ボディ
１２の該グリッド構造体２２直下の部分と、層３２を介
して電気的に連絡している。しかし、半導体ボディ１２
の上記部分は下方に位置する基板１４の対応する部分と
は、Ｉ！２９’が存在するため直接には電気的に連絡し
ていない。この例でもバスグリッド構造体２２とＭ２９
′ とは対応するパターンを有し、それらのパターンは
概して重なりあっており、かつ層２９′ のパターンは
バスグリッド構造体２２より大きい面積を有する。従っ
て、バスグリッド構造体２２と基板電極１４との間を直
接短絡する電路は確立され得ない。電流制限材料パター
ン２９′は、第１Ａ図に関して述べた諸技術の何れによ
っても形成され得る。基板１４が金属材料から成る場合
、絶縁材料パターン２９′ は基板１４の金属を陽極酸
化するか、酸化するかあるいはその他の方法で化学的に
処理することによって形成され得る。例えば、電気的に
絶縁性アルミナパターンがアルミニウム基板の陽極酸化
によって形成され得、またポリイミドで被覆された金属
のような電気的に絶縁性の基板の上に形成され、その際
前記基板の絶縁面上には基部電極の導電金属パターンが
、金属の真空デポジションのような技術によって設けら
れている。このような場合、電気的絶縁材料パターン２
９′ は、絶縁基板の絶−縁パターンを構成するべき部
分を金属化しないことによって形成され得る。あるいは
また金属被覆を、該被覆に覆われた基板の絶縁面を予め
選択されたパターンに露出するべくエツチングによって
除去してもよい。
ボディ１２の第一の面、即ち底面との間に配置されてい
る。電流制限材料１Ｉ２９’も欠陥領域を通る電流の流
れを制限する。バスグリッド構造体２２は半導体ボディ
１２の該グリッド構造体２２直下の部分と、層３２を介
して電気的に連絡している。しかし、半導体ボディ１２
の上記部分は下方に位置する基板１４の対応する部分と
は、Ｉ！２９’が存在するため直接には電気的に連絡し
ていない。この例でもバスグリッド構造体２２とＭ２９
′ とは対応するパターンを有し、それらのパターンは
概して重なりあっており、かつ層２９′ のパターンは
バスグリッド構造体２２より大きい面積を有する。従っ
て、バスグリッド構造体２２と基板電極１４との間を直
接短絡する電路は確立され得ない。電流制限材料パター
ン２９′は、第１Ａ図に関して述べた諸技術の何れによ
っても形成され得る。基板１４が金属材料から成る場合
、絶縁材料パターン２９′ は基板１４の金属を陽極酸
化するか、酸化するかあるいはその他の方法で化学的に
処理することによって形成され得る。例えば、電気的に
絶縁性アルミナパターンがアルミニウム基板の陽極酸化
によって形成され得、またポリイミドで被覆された金属
のような電気的に絶縁性の基板の上に形成され、その際
前記基板の絶縁面上には基部電極の導電金属パターンが
、金属の真空デポジションのような技術によって設けら
れている。このような場合、電気的絶縁材料パターン２
９′ は、絶縁基板の絶−縁パターンを構成するべき部
分を金属化しないことによって形成され得る。あるいは
また金属被覆を、該被覆に覆われた基板の絶縁面を予め
選択されたパターンに露出するべくエツチングによって
除去してもよい。
第１Ｃ図において、光起電デバイス１Ｇ”は、半導体ボ
ディ１２に直接取付けられているか、または・比較的高
い抵抗率を有する材料の層２９”によって半導体ボディ
１２から少なくとも部分的に分離されているバスグリッ
ド構造体２２を含む。上記何れの場合も、透明な導電層
３２はバスグリッド構造体２２の全体を覆って配置され
ている。半導体ボディ１２中に基板１４からグリッド２
２に至る小抵抗電路が発生した場合、この電路を通る電
流はバスグリッド２２に達するのに層３２中を横方向へ
流れなければならない。電流のこのような流れは、横方
向検流に対する大きい抵抗によって制限される。
ディ１２に直接取付けられているか、または・比較的高
い抵抗率を有する材料の層２９”によって半導体ボディ
１２から少なくとも部分的に分離されているバスグリッ
ド構造体２２を含む。上記何れの場合も、透明な導電層
３２はバスグリッド構造体２２の全体を覆って配置され
ている。半導体ボディ１２中に基板１４からグリッド２
２に至る小抵抗電路が発生した場合、この電路を通る電
流はバスグリッド２２に達するのに層３２中を横方向へ
流れなければならない。電流のこのような流れは、横方
向検流に対する大きい抵抗によって制限される。
断面図である第３図に、小抵抗電路を示す。第一の欠陥
領域は、基板１４ａのデポジション面から立上がった突
起もしくはスパイク３８の近傍に存在する。スパイク３
８のすぐ近くに生じたこの欠陥領域は導電層３２ａと基
板１４ａとの間に小抵抗電路を実現し、なぜなら該欠陥
領域の厚みは電極１４ａと電極３２ａとを隔てる半導体
ボディ３６の厚みに匹敵するからである。第二の欠陥領
域は、クレータ４２及び４４の間近に存在する。クレー
タ４２は基板の欠陥に起因し、一方クレータ４４はボデ
ィ３６を構成する半導体材料の不均一なデポジションに
起因する。
領域は、基板１４ａのデポジション面から立上がった突
起もしくはスパイク３８の近傍に存在する。スパイク３
８のすぐ近くに生じたこの欠陥領域は導電層３２ａと基
板１４ａとの間に小抵抗電路を実現し、なぜなら該欠陥
領域の厚みは電極１４ａと電極３２ａとを隔てる半導体
ボディ３６の厚みに匹敵するからである。第二の欠陥領
域は、クレータ４２及び４４の間近に存在する。クレー
タ４２は基板の欠陥に起因し、一方クレータ４４はボデ
ィ３６を構成する半導体材料の不均一なデポジションに
起因する。
透明な導電ｌｌ！３２ａがクレータ４２及び４４の内部
４０に少なくとも部分的にデポジットされ、基板１４ａ
と導電層３２ａとの間に小抵抗電路が確立される。第三
の種類の欠陥（図示せず）は、半導体ボディの低品質領
域に生じ得る。不適当な組成を有したり、不完全に成長
し、あるいは不完全な形態であったりし得る上記低品質
領域は、半導体ボディの残りの領域に比較して低い電気
抵抗率を呈示する。
４０に少なくとも部分的にデポジットされ、基板１４ａ
と導電層３２ａとの間に小抵抗電路が確立される。第三
の種類の欠陥（図示せず）は、半導体ボディの低品質領
域に生じ得る。不適当な組成を有したり、不完全に成長
し、あるいは不完全な形態であったりし得る上記低品質
領域は、半導体ボディの残りの領域に比較して低い電気
抵抗率を呈示する。
基板欠陥あるいはデポジション工程において生じた欠陥
に起因して存在する欠陥に加え、光起電デバイスが突然
もはや正常な動作条件下に機能し得なくなることによっ
て判明する“動作モード故障″が生起し得る。動作モー
ド故障は電流あるいは電圧によって促進される光起電デ
バイスに潜在する欠陥を助長する反応に起因すると考え
られる。
に起因して存在する欠陥に加え、光起電デバイスが突然
もはや正常な動作条件下に機能し得なくなることによっ
て判明する“動作モード故障″が生起し得る。動作モー
ド故障は電流あるいは電圧によって促進される光起電デ
バイスに潜在する欠陥を助長する反応に起因すると考え
られる。
電極材料がクレータ４２．４４あるいは突起３８のよう
な欠陥サイトを横切って移動する恐れもある。電る。
な欠陥サイトを横切って移動する恐れもある。電る。
本発明は、上述のような欠陥領域を通ってバスグリッド
構造体に至る電流の自由な流れを、欠陥の種類にかかわ
らず実質的に阻止する。即ち本発明は、欠陥に耐性の光
起電デバイスを提供する。
構造体に至る電流の自由な流れを、欠陥の種類にかかわ
らず実質的に阻止する。即ち本発明は、欠陥に耐性の光
起電デバイスを提供する。
第４図は、本発明の一員体例を包含する大面ｍ型光起電
デバイス５０の平面図である。図示したデバイス５０は
第１Ａ図、第１８図及び第１Ｃ図の光起電デバイス１０
．１０”及び１０″と概して同様で句、るが、集電手段
としてのバスグリッド構造体５２だけは他と相違する。
デバイス５０の平面図である。図示したデバイス５０は
第１Ａ図、第１８図及び第１Ｃ図の光起電デバイス１０
．１０”及び１０″と概して同様で句、るが、集電手段
としてのバスグリッド構造体５２だけは他と相違する。
バスグリッド構造体５２は、大バスパー５６と電気的に
連絡している複数本の小バスパー５４を含む。前記小バ
スパー５４は、光によって発生された電流を集めて大バ
スパー５６へ送るべく、光起電デバイス５０の透明な頂
部電極の上面全体を覆うように配置されている。スクリ
ーン印刷された銀ペーストの小バスパーを具備する、第
１Ａ図士の間隔は、約０．５〜１．０センチメートルあ
れば光によって発生された電流を能率的に収集するうえ
で十分である。大バスパー５６は小バスパー５４に比べ
てより大ぎい電流容量を有し、また一般により大きい面
積を有する。本発明によれば、比較的高い抵抗率を有す
る材料は、光起１子バイス５０の透明な頂部電極の下側
に位置する半導体ボディに配置される。高抵抗率材料は
好ましくは、バスグリッド構造体５２の該材料上方に位
置する部分に対応し、前記部分と重なり合い、かつ前記
部分より尺に製造し、用途に合せて短く切断することが
できる。
連絡している複数本の小バスパー５４を含む。前記小バ
スパー５４は、光によって発生された電流を集めて大バ
スパー５６へ送るべく、光起電デバイス５０の透明な頂
部電極の上面全体を覆うように配置されている。スクリ
ーン印刷された銀ペーストの小バスパーを具備する、第
１Ａ図士の間隔は、約０．５〜１．０センチメートルあ
れば光によって発生された電流を能率的に収集するうえ
で十分である。大バスパー５６は小バスパー５４に比べ
てより大ぎい電流容量を有し、また一般により大きい面
積を有する。本発明によれば、比較的高い抵抗率を有す
る材料は、光起１子バイス５０の透明な頂部電極の下側
に位置する半導体ボディに配置される。高抵抗率材料は
好ましくは、バスグリッド構造体５２の該材料上方に位
置する部分に対応し、前記部分と重なり合い、かつ前記
部分より尺に製造し、用途に合せて短く切断することが
できる。
大バスパー５６は銅箔のような１１７１！性の構成要素
をデバイス表面に接着固定することによって形成され得
、また小バスパー５４は導電性のペーストをスクリーン
印刷することによって形成され得る。
をデバイス表面に接着固定することによって形成され得
、また小バスパー５４は導電性のペーストをスクリーン
印刷することによって形成され得る。
性の接着剤で固定することによって形成され得る。
更に別の方法では、バスパー構造体全体をスクリ−ン印
刷技術で形成することも可能である。電気めっき法ある
いは無電解めっき法も、大バスバー及び／または小バス
バーを光起電デバイス表面に１０″と大体において同様
であるが、バスグリッドパターン２２ｂが透明電極３２
ｂの上に配置ｌｌされている点で相違する。光起９ル６
０のその他の部分は第１Ｃ図にセル１０″に関して示し
たものと同様であり、従って第１Ｃ図で用いたのと同じ
参照符号力 で示ず。光起ｉバイス６０は、基板電極１４から半導体
ボディー２を貫通して透明電極３２ｂに至る小抵抗電路
４８を確立する欠陥領域を有する。半導体ボディー２の
横方向抵抗率が比較的高いので、電流は比較的狭い上記
電路４８を優先的に流れる。電路４８を流れる電流は透
明電極３２ｂに達すると、横方向抵抗率が低下するため
広がる。この広がりによって欠陥領域の実効寸法は第６
図の斜線域５８が示すように増大する。こうして、バス
グリッド構造体２２ｂの部分と直接整列し合っていない
欠陥も、前記構造体２２ｂと容易に電気的連絡を果たし
得る。
刷技術で形成することも可能である。電気めっき法ある
いは無電解めっき法も、大バスバー及び／または小バス
バーを光起電デバイス表面に１０″と大体において同様
であるが、バスグリッドパターン２２ｂが透明電極３２
ｂの上に配置ｌｌされている点で相違する。光起９ル６
０のその他の部分は第１Ｃ図にセル１０″に関して示し
たものと同様であり、従って第１Ｃ図で用いたのと同じ
参照符号力 で示ず。光起ｉバイス６０は、基板電極１４から半導体
ボディー２を貫通して透明電極３２ｂに至る小抵抗電路
４８を確立する欠陥領域を有する。半導体ボディー２の
横方向抵抗率が比較的高いので、電流は比較的狭い上記
電路４８を優先的に流れる。電路４８を流れる電流は透
明電極３２ｂに達すると、横方向抵抗率が低下するため
広がる。この広がりによって欠陥領域の実効寸法は第６
図の斜線域５８が示すように増大する。こうして、バス
グリッド構造体２２ｂの部分と直接整列し合っていない
欠陥も、前記構造体２２ｂと容易に電気的連絡を果たし
得る。
バスグリッドの一部と基板電極１４との短絡は、実る。
バスグリッドパターン２２が透明電極層３２の下に配置
されているため、上記電路４８を流れる電流はバスグリ
ッドパターン２２に容易には到達しない。
されているため、上記電路４８を流れる電流はバスグリ
ッドパターン２２に容易には到達しない。
透明電極１１３２の抵抗率が、電路４８を通る電流に対
が過大となる。従って、透明１１１層の抵抗率は、光に
よって発生される電流の収集において甚だしい損失を生
じることなく短絡電路の影響を最小に留めるように選択
されなければならない。アモルファスシリコン及びアモ
ルファスシリコン−ゲルマニウム合金材料から成るタン
デムルミｎ型光起電セルでは、正方形光たり約１５０オ
ームのシート抵抗が好ましい。他の抵抗値も、別様に構
成された光起電セル、あるいは異なる半導体材料で製造
された光起電セルに適当であり得る。
が過大となる。従って、透明１１１層の抵抗率は、光に
よって発生される電流の収集において甚だしい損失を生
じることなく短絡電路の影響を最小に留めるように選択
されなければならない。アモルファスシリコン及びアモ
ルファスシリコン−ゲルマニウム合金材料から成るタン
デムルミｎ型光起電セルでは、正方形光たり約１５０オ
ームのシート抵抗が好ましい。他の抵抗値も、別様に構
成された光起電セル、あるいは異なる半導体材料で製造
された光起電セルに適当であり得る。
本発明の一員体例において、比較的高い電気抵抗率を有
する１１！２９“はバスグリッド構造体２２の一部分か
あるいは全体の下に配置されている。層２９“は、バス
グリッド構造体２２の該Ｉ！１２９”に直接対向する部
分と半導体ボディ１２との間に流れる電流を開眼する。
する１１！２９“はバスグリッド構造体２２の一部分か
あるいは全体の下に配置されている。層２９“は、バス
グリッド構造体２２の該Ｉ！１２９”に直接対向する部
分と半導体ボディ１２との間に流れる電流を開眼する。
こうして、！！２９”下に位置する小抵抗電路に、バス
グリッド構造体２２の該電路上方に位置する部分に達す
る重大な量の電流が流れることが防止される。電流υ１
限層２９″は、正方形光たり３００オームを上回る、特
に少なくとも１０００オームであるシート抵抗を有する
ことが好ましい。
グリッド構造体２２の該電路上方に位置する部分に達す
る重大な量の電流が流れることが防止される。電流υ１
限層２９″は、正方形光たり３００オームを上回る、特
に少なくとも１０００オームであるシート抵抗を有する
ことが好ましい。
電流制限層２９“は、二酸化ケイ素、シリコン窒化物、
合成ポリマー等の電気的絶縁体によっても、またシリコ
ンカーバイドその他の広バンドギャップ半導体やサーメ
ットのような比較的高い電気抵抗率を有する材料によっ
ても形成され得る。本発明の一興体例において、例えば
ｐｉｎ型光電池の最上部に位置するｎ型層である半導体
ボデ斗１２の最上層は、十分高い電気抵抗率を有してい
れば電流ｉｌｌ限１１２９”を構成し得る。大抵の場合
、短絡を防止するため少なくとも第２図の大バスパー３
０及び小バスパー２６部分を下方に位置する半導体ボデ
ィ１２からＭ２Ｏ”によって隔離することが望ましい。
合成ポリマー等の電気的絶縁体によっても、またシリコ
ンカーバイドその他の広バンドギャップ半導体やサーメ
ットのような比較的高い電気抵抗率を有する材料によっ
ても形成され得る。本発明の一興体例において、例えば
ｐｉｎ型光電池の最上部に位置するｎ型層である半導体
ボデ斗１２の最上層は、十分高い電気抵抗率を有してい
れば電流ｉｌｌ限１１２９”を構成し得る。大抵の場合
、短絡を防止するため少なくとも第２図の大バスパー３
０及び小バスパー２６部分を下方に位置する半導体ボデ
ィ１２からＭ２Ｏ”によって隔離することが望ましい。
しかし、各集電グリッドフィンガ２４を上記のような電
流制限層で絶縁することは好ましくない。直列抵抗の小
さい光起電ヒルが所望である場合、フィンガ２４の絶縁
は、半導体ボディ１２において光によって発生された電
流がグリッドフィンガ２４に達するのに透明電橋層３２
中を横方向に流れなければならなくなるので望ましくな
い。
流制限層で絶縁することは好ましくない。直列抵抗の小
さい光起電ヒルが所望である場合、フィンガ２４の絶縁
は、半導体ボディ１２において光によって発生された電
流がグリッドフィンガ２４に達するのに透明電橋層３２
中を横方向に流れなければならなくなるので望ましくな
い。
半導体ボディ１２を構成する各層は、スパッタリング、
蒸着、前駆物質ガスのグロー放電分解並びに気相成長を
含めたいかなる公知方法によってもデポジットされ得る
。
蒸着、前駆物質ガスのグロー放電分解並びに気相成長を
含めたいかなる公知方法によってもデポジットされ得る
。
部分の横断面図、第４図は本発明による光起電デスの一
具体例の横断面図、第６図は小抵抗欠陥領バイス、１２
．３６−・・・・・半導体ボディ、１２ａ〜１２Ｃ・・
・・・・光電池、１４．１４ａ・・・・・・基板、１６
ａ〜１６Ｃ・・・・・・ｎ型層、１８ａ〜１８ｃ・・・
・・・真性層、２０ａ〜２０Ｃ・・・・・・ｎ型層、 ２２、２２ｂ 、 ５２・・・・・・バスグリッド構造
体、２４・・・・・・グリッドフィンガ、２８．５４・
・・・・・小バスバー、２９、２９’ 、 ２９“・・
・・・・電流制限層、３０、５６・・・・・・大バスバ
ー、 ３２、３２ ａ 、 ３２ ｂ −−−−−−透明ｓｍ
層、３８−−−−−−突起、４２、４４・・・・・・ク
レータ、４８・・・・・・小抵抗電路。 殴 喝
具体例の横断面図、第６図は小抵抗欠陥領バイス、１２
．３６−・・・・・半導体ボディ、１２ａ〜１２Ｃ・・
・・・・光電池、１４．１４ａ・・・・・・基板、１６
ａ〜１６Ｃ・・・・・・ｎ型層、１８ａ〜１８ｃ・・・
・・・真性層、２０ａ〜２０Ｃ・・・・・・ｎ型層、 ２２、２２ｂ 、 ５２・・・・・・バスグリッド構造
体、２４・・・・・・グリッドフィンガ、２８．５４・
・・・・・小バスバー、２９、２９’ 、 ２９“・・
・・・・電流制限層、３０、５６・・・・・・大バスバ
ー、 ３２、３２ ａ 、 ３２ ｂ −−−−−−透明ｓｍ
層、３８−−−−−−突起、４２、４４・・・・・・ク
レータ、４８・・・・・・小抵抗電路。 殴 喝
Claims (10)
- （１）小抵抗欠陥に対して耐性である改良型光起電力デ
バイスであつて、基板と、互いに背向し合った第一及び
第二の面を有し、かつ前記第二の面が前記基板上に位置
する半導体ボディと、所与のパターンで電気的に相互接
続され、前記第一の面の近傍に配置された、該光起電力
デバイスにおいて発生される電流を集めるバスグリッド
構造体とを含み、バスグリッド構造体の少なくとも一部
分と半導体ボディの下方部分との間における電流の流れ
を制限するべく前記第一及び第二の面の一方に比較的高
い抵抗率を有する材料の層が配置されており、また前記
第一の面の少なくとも一部分の上には透明な導電層が位
置し、この導電層は前記バスグリッド構造体と電気的に
接触していることを特徴とする光起電力デバイス。 - （２）比較的高い抵抗率を有する材料の層が透明な導電
層と半導体ボディの第一の面との間に配置されているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のデバイス
。 - （３）比較的高い抵抗率を有する材料の層が半導体ボデ
ィの第二の面と基板とのに間に配置されていることを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載のデバイス。 - （４）比較的高い抵抗率を有する材料の層がバスグリッ
ド構造体のパターンの少なくとも一部分と半導体ボディ
の第一の面との間に配置されていることを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載のデバイス。 - （５）透明な導電層が実質的に半導体ボディの第一の面
とバスグリッド構造体のパターンとの全体の上に位置す
ることを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載のデバ
イス。 - （６）比較的高い抵抗率を有する材料の層がバスグリッ
ド構造体のパターンに対応し、かつ該パターンと重なり
合うパターンに形成されることを特徴とする特許請求の
範囲第１項から第５項のいずれかに記載のデバイス。 - （７）比較的高い抵抗率を有する材料のパターンの面積
がバスグリッド構造体のパターンの面積より約１０〜１
５パーセント大きいことを特徴とする特許請求の範囲第
６項に記載のデバイス。 - （８）比較的高い抵抗率を有する材料が実質的に有機絶
縁材料、無機絶縁体、広バンドギャップ半導体、シリコ
ーン、サーメット及びこれらの組合せから成るグループ
から選択されることを特徴とする特許請求の範囲１項か
ら第７項のいずれかに記載のデバイス。 - （９）バスグリッド構造体が少なくとも１本のバスバー
並びに該バスバーと電気的に連絡しており、当該光起電
力デバイスにおいて発生された電流を集める複数本のグ
リッドフィンガを含むことを特徴とする特許請求の範囲
第１項から第８項のいずれかに記載のデバイス。 - （１０）比較的高い抵抗率を有する材料の層が半導体ボ
ディの一部分を含むことを特徴とする特許請求の範囲第
１項から第９項のいずれかに記載のデバイス。
Applications Claiming Priority (4)
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|---|---|---|---|
| US699523 | 1985-02-08 | ||
| US06/699,523 US4633033A (en) | 1985-02-08 | 1985-02-08 | Photovoltaic device and method |
| US06/699,524 US4633034A (en) | 1985-02-08 | 1985-02-08 | Photovoltaic device and method |
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| AU5295686A (en) | 1986-08-14 |
| BR8600487A (pt) | 1986-11-18 |
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