JPS61222282A - アモルフアスシリコン太陽電池 - Google Patents

アモルフアスシリコン太陽電池

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JPS61222282A
JPS61222282A JP60064330A JP6433085A JPS61222282A JP S61222282 A JPS61222282 A JP S61222282A JP 60064330 A JP60064330 A JP 60064330A JP 6433085 A JP6433085 A JP 6433085A JP S61222282 A JPS61222282 A JP S61222282A
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JP
Japan
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film
amorphous silicon
thickness
layer
silicon solar
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Pending
Application number
JP60064330A
Other languages
English (en)
Inventor
Masao Misonoo
雅郎 御園生
Masato Hyodo
正人 兵藤
Hideo Kawahara
秀夫 河原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Sheet Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Sheet Glass Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nippon Sheet Glass Co Ltd filed Critical Nippon Sheet Glass Co Ltd
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Publication of JPS61222282A publication Critical patent/JPS61222282A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0224Electrodes
    • H01L31/022466Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. TCO, ITO layers

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

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〕 本発明はアモルファスシリコン太陽電池に関し、さらに
詳しくは太陽エネルギーの変換効率(以下変換効率と称
する)を高めるためのアモルファスシリコン太陽電池の
改良に関する。
〔発明の概要〕
本発明は、アモルファスシリコン太陽電池において、透
明電極を構成する酸化錫の厚さを5000〜8000人
にすることにより、高い変換効率を得ることができるよ
うにしたものである。
〔従来の技術〕
一般に、アモルファスシリコン太陽電池は、透明電極と
、光電変換が行われるアモルファスシリコン層と、対向
電極とで構成され、このうち透明電極としては従来より
酸化錫を含む酸化インジウム膜(以下ITO膜と称する
)やITO膜上へ薄い酸化錫膜(Sn0g膜)を積層し
て成るSnO□/ITOの二層膜が用いられてきた。こ
の太陽電池の変換効率は主としてアモルファスシリコン
層の特性及び構成により決まるが、近年、透明電極が変
換効率へ及ぼす影響も重要視されるようになった。
透明電極が変換効率に与える影響は、直接的にはその電
気抵抗値及び光の透過率との関係で決まるが、透明電極
とアモルファスシリコン層との2層内の光干渉効果によ
るアモルファスシリコン層への入射光量変化の影響も大
きく、このため従来から用いられてきたITO膜または
5no2/ I T O膜の場合、干渉理論及び実験的
事実から最適膜厚が存在し、その最適値は目安として約
750゜2000または3800人とされていた。
一方、近年、成長時におけるプラズマに対する安定性と
光に対する透明度とに優れかつITO膜と同程度の導電
性を有するSnO,膜が開発されたため、Sn0g膜を
透明電極として用いたアモルファスシリコン太陽電池が
主流となりつつある。そしてSnO□膜の膜厚は、光の
反射率(R)が最小となる膜厚、すなわち約2000人
、3800人が適当とされていたく第4図参照)。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、5no2膜を透明電極として用いたアモ
ルファスシリコン太陽電池では従来、実用上十分に高い
変換効率を実現するのは困難であった。
本発明は、上述の問題にかんがみ、従来のアモルファス
シリコン太陽電池が有する上述のような欠点を是正した
極めて新規かつ有用なアモルファスシリコン太陽電池を
提供することを目的とする。
〔問題点を解決する°ための手段〕
本発明者らは、上述のようなアモルファスシリコン太陽
電池に用いられるSnO□膜の膜厚の最適化に関し鋭意
研究した結果、その最適nり厚は単に光干渉効果から最
高透過率(換言すれば最低反射率)を示す膜厚を求めた
だけでは不十分であり、アモルファスシリコン層に吸収
されるフォトン量及びアモルファスシリコン層の量子収
集効率をも考慮して決定すべきことを見出すに至った。
すなわち太陽エネルギー分布(フォトン数スペクトル)
とSnow/アモルファスシリコン層の分光反射スペク
トルとからアモルファスシリコン層に吸収されたフォト
ン数を各波長毎に求め、次いでこのフォトン数に光電変
換に寄与する割合すなわち量子収集効率(波長依存性が
ある)を乗じ、その後有効な総フォトン数を求めること
で、より実際に近い条件下でSn0g膜の最適膜厚を求
めることができる。
すなわち本発明に係るアモルファスシリコン太陽電池は
、酸化錫から成る透明電極と、アモルファスシリコン層
と、対向電極とをそれぞれ具備するアモルファスシリコ
ン太陽電池において、上記透明電極の厚さが5000〜
8000人である。
〔作 用〕
このように構成することによって、酸化錫膜を介してア
モルファスシリコン層に入射してこのアモルファスシリ
コン層により吸収されるフォトン数を大きくすることが
できる。  ″ 〔実施例〕 以下本発明に係るアモルファスシリコン太陽電池の一実
施例を図面を参照しながら説明する。
まず本実施例によるアモルファスシリコン太陽電池の製
造方法を説明する。
第1図に示すように、まず例えば厚さ1.1鰭で3 c
m X 5 cmの大きさのガラス基板l上に例えばデ
ィ7ピング法により膜厚1200人のSing膜2を形
成した後、このSing膜2上にC4H*SnC1! 
xガスとCl5CHFzガスとの混合ガスを反応ガスと
して用いたCVD法により透明電極を構成する5nOz
膜3を形成する。
次にこれらの5to2膜2及びSn0g膜3が形成され
たガラス基板lを第2図に示すような成膜装置の反応室
(石英ペルジャー)4内のサセプター5上に載置した後
、ロータリーポンプ6により配管71を介して反応室4
を0.01 Torr程度に真空排気する。次にS i
 H4/ Htガス、CH4/ H,ガス及びBt)I
s/Hzガスをそれぞれ配管7c、7d、?f内を通し
て合流させて混合した後、この混合ガスを配管7g、7
hを介して反応室4内に導入する。
なお第2図において符号7a〜71は配管を、符号8a
〜8にはバルブを、符号9a〜9fはニードルバルブを
、10a〜lOfは流量計を示す。
次に高周波電源(13,56)IHz)  11により
電極12.13間に電圧を印加して上述の混合ガスをグ
ロー放電させ、これによって5n02膜3上に一部のS
i原子がC原子で置換されたp型の水素化アモルファス
シリコン層、すなわちa −5ll−X Cエ :8層
14(a−St:H層よりも光学ギャップが大きい)を
形成する。なお基板温度は190℃とした(以下同様)
次に上述の混合ガスを排気した後、配管7c。
7g、7hを介して反応室4内にS i H* / H
tガスを導入し、次いで上述と同様にしてグロー放電を
行わせることにより、a −St、、 C,: H層1
4上に例えば膜厚5000人のi型のa−3i:H層1
5を形成する。
次に配管7c、7e、7g、7hを介して反応室4内に
SiH,、/IL2ガスとPlh /Hzガスとの混合
ガスを導入した後、高い放電電力を用いて上述と同様に
してグロー放電を行わせることにより、a −Si:H
層15上にアモルファス相と微結晶相とが混在するn型
のμc−St層工6を形成する。この後、このμc−5
i層16上に対向電極を構成するA7!電極17を蒸着
により形成して、目的とするp  i−nm造のアモル
ファスシリコン太陽電池を完成させる。
上述のような一連の工程により、下表に示すようにSn
O□膜3の膜厚を1900〜8500人の範囲内で16
通りに変えて16種類のアモルファスシリコン太陽電池
を作製した。なお下表には5nu2膜3のそれぞれの膜
厚について光の透過率も示す。
(以下余白次頁につづく。) 上述のようにして得られた16種類のアモルファスシリ
コン太陽電池について種々の特性を測定゛した結果を以
下において説明する。
まず5nut膜3の膜厚がそれぞれ2100人、390
0人、5800人である3種の太陽電池について光の反
射率スペクトルを測定した結果を第3図に示す。この第
3図から明らかなように、Snug膜3の膜厚が増加す
ると短波長領域における振動の周期は短くなり、長波長
領域における振動は振幅及び位相が変化する。なお短波
長領域における振動はSnow膜3内での多重反射干渉
によるものであり、長波長領域における振動はa−3i
:H層I5内での多重反射干渉によるものである。
次に第3図の短波長領域と長波長領域との境界領域の波
長λ=550nmにおける反射率(’R)のSnug膜
3の膜厚依存性を第4図に示す。この第4図から明らか
なように、反射率(R)はSnug膜3の膜厚が増加す
るにつれて振動している。既述のように、従来は第4図
より反射率(R)が最小となる膜厚、すなわち約200
0人、3800人が最適膜厚とされていた。しかしなが
ら、以下のような太陽光のフォトン吸収率の検討により
、SnOz膜3の最適膜厚はこれらとは異なることが明
らかとなった。
すなわち、まず第4図と第5図に示すようなAM 1 
、 100 mW/cJ太陽光のフォトン入射数スペク
トルとを基にし、次の(1)式に従って太陽電池の太陽
光フォトン吸収率を計算した結果を5nu2膜3の膜厚
との関係で第6図に示す。
ここで、R(λ)は反射率スペクトル、N(λ)はA 
M 1 、 100 mW/c4太陽光のフォトン数ス
ペクトルである。エネルギー吸収率Aの実際の計算にお
いてはdλ=lQnmとし、積分の範囲は405〜79
5 nmとした。なおAの値の意味は、基板表面に届い
た太陽光のフォトンのうち主としてa−5t:H層15
で吸収されたものの割合である。
第6図から明らかなように、フォトン吸収率はSnO□
膜3の膜厚が6000Å以下の領域ではSnug膜3の
膜厚と共に増加し、膜厚6000Å以上の領域ではゆっ
くりと減少する傾向が見られる。またこの第6図には、
第4図に見られたような振動的な挙動はもはや見られな
い。
第6図の振舞を説明するために、波長λ=560nmを
境とした2つの波長領域でそれぞれフォトン吸収率を求
めた結果を第7図に示す。この第7図から明らかなよう
に、第6図で見られる5nOz膜3の膜厚増加に伴うフ
ォトン吸収率の増加傾向は、560〜800nmの長波
長領域でのフォトン吸収率の増加によるものである。
ところで、a −St  : HJiil 5により吸
収されるフォトンは全て光電変換に寄与するのではなく
、そのうちの何割かは熱エネルギーの形で散逸する。
この光電変換に寄与するフォトンの割合を量子収集効率
というが、これは第8図に示すような波長依存性を有す
ることが知られている。
このため、第6図に示す結果に量子収集効率の考え方を
取り入れて、第8図と次の(2)式とからSnow膜3
の最適膜厚を求めた。その結果を第9図に示す。
ここで、η(λ)は量子収集効率である。
この第9図に示す結果を太陽電池の量子収集効率を考慮
に入れない場合、すなわち量子収集効率の波長依存性が
ないと仮定した場合の結果である第6図と比較した結果
、次のことが明らかとなった。すなわち、第1に、長波
長領域の寄与が低下することにより、フォトン吸収率の
Snug膜3の膜厚依存性が小さくなる。第2に、Sn
O□膜3の膜厚2000人付近に存在する極大が顕著に
なる。
以上のような違いは存在するが、量子収集効率を考慮し
てもSnO□膜3の膜厚が大きくなるとフォトン吸収率
が増加するという大まかな傾向は第6図と変わらず、ま
たフォトン吸収率が極大を示すSnug膜3の膜厚も5
800人でありこれも第6図と変わらなかった。
第9図より、51102膜3の最適膜厚は5000〜8
000人であることがわかる。この範囲よりもSnO,
膜3の膜厚が大きくても小さくてもフォトン吸収率は減
少する。
以上本発明の実施例につき説明したが、本発明は上述の
実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想
に基づく種々の変形が可能である。
例えば、上述の実施例においては、p層をa−Stl−
Xc、l: Hli l 4で構成し、n層をメzc 
−5t層16で構成したが、必要に応じてこれらのp層
及びn層をそれぞれp型及びn型のa−3t:H層で構
成することも可能である。また上述の実施例においては
、ガラス基板1とSnug膜3との間にSin、膜2を
形成したが、必要に応じてこのSin、膜2を省略する
ことも可能である。
〔発明の効果〕
本発明に係るアモルファスシリコン太陽電池によれば、
酸化錫から成る透明電極の厚さが5000〜8000人
であるので、アモルファスシリコン層によるフォトン吸
収率を極めて高くすることができ、従って変換効率を極
めて高くすることかで゛きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例によるアモルファスシリコン
太陽電池を示す断面図、第2図は本発明の実施例で用い
るり′呂−放電分解法による成膜装置の概略的な構成図
、第3図は反射率(R)の光の波長依存性を種々のSn
0g膜の膜厚について示すグラフ、第4図はλ=550
nmにおける反射率(R)の5nOt膜の膜厚依存性を
示すグラフ、第5図はAM 1 、 100 mW/c
j太陽光のフォトン入射数スペクトルを示すグラフ、第
6図はフォトン吸収率のSnO□膜の膜厚依存性を示す
グラフ、第7図は長波長領域と短波長領域とにおけるフ
ォトン吸収率の5nOz膜の膜厚依存性を示すグラフ、
第8図はp−1−na−Si太陽電池の量子収集効率の
光の波長依存性を示すグラフ、第9図は量子収集効率を
考慮に入れた場合におけるフォトン吸収率の5n02膜
の膜厚依存性を示すグラフである。 なお図面に用いた符号において、 1−・−・−・〜・−・・ガラス基板 2−−−−−−一・・−・−−−−−−−S i O2
膜3・−一〜−一−−・−・−・−・−−−−5n O
z膜4−−−−−−−−−−・−・・−−−−一反応室
1t−−−−−−−−−−−−−−−−−a  Stl
 −x CX: 8層15−・−−−−−−−−−−=
−−−−−a −St  : H層16−・−・・−一
一一一−・−−−一−μc −St層17’−−−−−
−−−−一〜・−−一〜−一・Al電極である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 酸化錫から成る透明電極と、アモルファスシリコン層と
    、対向電極とをそれぞれ具備するアモルファスシリコン
    太陽電池において、 上記透明電極の厚さが5000〜8000Åであること
    を特徴とするアモルファスシリコン太陽電池。
JP60064330A 1985-03-28 1985-03-28 アモルフアスシリコン太陽電池 Pending JPS61222282A (ja)

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