JPS61284974A

JPS61284974A - 太陽電池

Info

Publication number: JPS61284974A
Application number: JP60126475A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Tachika; 田近　淳; Makoto Kamaike; 蒲池　誠; Bunji Sotai; 早貸　文治; Toshihiro Tabuchi; 田渕　俊宏
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1985-06-11
Filing date: 1985-06-11
Publication date: 1986-12-15
Anticipated expiration: 2010-10-25
Also published as: JPH0799775B2

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、太ｆｉｌ電池に係り、特に太陽電池における
電流収集用の集電体の占有面積を減少せしめ、太陽電池
の実効効率を高めるようにしたものである。

［従来の技術およびその問題点］半導体の光起電力効果を利用して、光エネルギーを直接
電気エネルギーに変換する太陽電池は、少ＮＲ源国であ
る我が国では、その有効利用が注目されているデバイス
である。

太陽電池は、光エネルギーを有効に変換するために（１）光エネルギーを半導体部（光電変換部）に有効に
導き入れること。

（２）光キャリアの生成。

（３）内部電界による光生成キャリアの分極。

（４）分極キャリアの有効な収集。

の４つの基本的機能を備えている。

通常、太陽電池では光電変換層を２つの電極で挾んだ構
造がとられるが、２つの電極のうち光の入射方向側に配
置される電極は、透光性の導電膜で形成される。この透
光性の３４電膜は、透光性を維持するためには、薄く形
成されなければならないが、薄く形成されると太Ｉ１１
電池の大面積化が進むにつれて、電極そのものの抵抗が
大きくなり、集電効率が低下するという問題があった。

そこで、特開昭５６−１３０９７７号公報にも記載され
ているように、透光性の導電股上に良導電性物質からな
るくし形の集電体くグリッド電極）を形成する構造が提
案されている。

すなわち、第７図（ａ）〜（ｅ）にその構成を製造工程
と共に示す如く、例えば、透光性のガラス基板１０１上
に、集電用電極として電力取り出し用の帯状部Ｂを有す
るくし型グリッド電極１０２が形成されており、その上
層に通常の如く、透光性のＳ電膜１０３としての酸化イ
ンジウム錫ＣＩＴＯ）？４極、光電変換層１０４として
のアモルファスシリコン（ａ−ｓｉ）１１、金属電極１
０５としてのクロム電極とが積層せしめられて太陽電池
を構成している。そしてこの太陽電池出力は集電用電極
１０２と金属電極１０５との間で取り出される。

このような構造では電力取り出し部による抵抗は小さく
なるが、集電用電極の存在する部分は（入射光量の減衰
により）太陽電池として働がないため、受光面積がその
分だけ小さくなり、特に、電力取り出し用の帯状部Ｂの
存在は光の有効利用という観点では、大きな問題となっ
ている。この問題は集電用電極の形状の最適化をはかる
ことにより多少の改善は可能であるが、根本的に解決す
るのは困難であった。

［問題点を解決するための手段］本発明は、上記問題点を解決すべくなされたもので、透
光性の第１電極と第２電極とによって光電変換層を挾ん
だ太陽電池において、太陽電池の裏面すなわち光の入射
方向の反対側に絶縁層を介して集電用の電極を形成する
と共に、この電極を前記第１電極と電気的に接続するよ
うにしている。

［作用１すなわち、本発明の太陽電池では、各部で発生した電流
は、例えば透光性の第１電極から、光電変換層を越えて
裏面に形成されている集電用の電極に導かれ、太陽電池
の裏面側で電流の取り出しが行なわれる。

従って、従来必要とされていた電力取り出し用の帯状部
分「が不用となり、有効受光面積が増大する。

［発明の実施例］以下、本発明の実施例について、図面を参照しつつ詳細
に説明する。

（実施例１）この太陽電池は、第１図（ａ）に上面図、第１図（ｂ）
〜（ｄ）に、夫々館記第１図（ａ）のＡ−Ａ断面図、Ｂ
−８断面図、Ｃ−Ｃ断面図を示す如く、透光性のガラス
基板１の表面全体に形成された表面電極としての酸化イ
ンジウム錫（ＩＴＯ）電極２（透光性導電膜）と、該酸
化インジウム錫電極２上に互いに所定の間隔をおいて多
数の短冊状に、順次積層せしめられた光電変換層として
のアモルファスシリコン層３および裏面電極としての第
１のアルミニウム電極４と、短冊状の該光電変換層およ
びアルミニウム電極の積層体を各短冊毎に被覆する絶縁
層としての窒化シリコン膜５と、更にこの上層に電極取
り出し部Ｔ１を除いて基板表面全体に形成された集′Ｒ
Ｎ極としての第２のアルミニウム電極６とから構成され
ておりガラス基板１の側から矢印Ｌ１で示す如く光が入
射するように配置される。

次に、この太陽電池の製造方法について説明する。

まず、第２図（ａ）に示す如く、透光性のガラス基板１
に対し、酸化インジウム９５ｍ０１％＋酸化錫（Ｓｎ０
２　）５ｍｏ　１％からなるターゲットを用いてスパッ
タリングを行ない、ＩＩ！厚約５０００Ａの酸化インジ
ウム錫電極２を形成する。この酸化インジウム錫電極は
シート抵抗が５Ω／口であった。

次いで、第２図（ｂ）に示す如くモノシラン（ＳｆＨ４
）ガスのグロー放電分解法により、メタルマスク（図示
せず）を介して、アモルファス・シリコンＰ層３Ｐ、ア
モルファスシリコン１Ｍ３Ｉ、アモルファスシリコンＮ
層３Ｎの３層からなるアモルファスシリコン層３を形成
する。このときアモルファスシリコンＰ層、アモルファ
スシリコン目しアモルファスシリコンＮ層の各層の厚さ
は夫々１００Ａ、５０００Ａ、５００Ａとし、Ｐ層を形
成するためのドーパントとしてはジボラン（Ｂ２　Ｈ６
）、Ｎ層を形成するためのドーパントとしてはホスフィ
ン（ＰＨ３）を夫々添加した。

続いて、メタルマスクをそのままにして、電子ビーム蒸
着法により第２図（Ｃ）に示す如く、裏面電極としての
第１のアルミニウム電極４をアモルファスシリコン層３
上にのみ形成する。

この後、メタルマスクを幅の小さいものと変換し、モノ
シラン（Ｓ！Ｈ４）とアンモニア（ＮＨ３）の混合ガス
を用いたグロー放電分解法により、第２図（ｄ）に示す
如く、前記アモルファスシリコン層３および第１のアル
ミニウム電極４を被覆するように窒化シリコン膜（Ｓｉ
３Ｎ４）５を形成する。このとき、裏面電極側の電力取
り出し部にも窒化シリコン膜が形成されないように、メ
タルマスクを設置する必要がある。

そして最後に第２図（ｅ）に示す如く、電子ビーム蒸着
法により、膜厚１μｍの第２のアルミニウム電極６を裏
面電極の電力取り出し部を除く基板表面全体に形成して
、本発明の太陽電池が完成する。

この太陽電池のΔＭｌ、１００ｍＷ／−の光照度下にお
ける電圧−電流出力特性は第３図に示す如くであった。

この電池の面積は１０Ｘ１０”である。ここで縦軸は出
力Ｍ流（Ａ）、横軸は出力電圧（Ｖ）とした。この図か
らも明らかなように開放ｆｆ１ＪＩ８１２ｍＶ、　’ｆ
ｎＮＴａ流１．４７Ａ、！高出力０．７７Ｗで、太ＷＡ
電池の外形に対して、大きな出力を得ることができる。

すなわち、この太陽電池では透光性の表面電極のための
集電電極を裏面電極側に絶縁層を介してほぼ全面に形成
し、表面電極で得られた電流をこの集電電極に導くよう
にしているため、第７図（ｅ）に示した従来例の太ｌ！
ｌ電池のように表面電極からの電力取り出し部を設ける
必要がなく、太陽電池の有効面積を大きくすることがで
き、実効効率を高めることができる。

また、第７図（ｅ）に示した従来例の太陽電池のように
、集電電極としてくし状のグリッド電極をｇＱけた場合
、グリッドの抵抗を下げるためグリッドをできるだけ高
く（厚く）形成しなければならないが、本発明の太陽電
池では表面の集電電極は整面全体に形成されており、比
較的薄い膜厚で所望の抵抗値を得ることができるため集
電電極の形成が容易である。

なお、実施例においては、表面電極としての酸化インジ
ウム錫の形成にはスパッタリング法を用いたが電子ビー
ム蒸着法等、他の方法を用いてもよい。

また、集電電極と裏面電極とを絶縁するための絶縁層と
しては窒化シリコン膜を用いたが、酸化シリコンＳ１０
をターゲットとして電子ビーム蒸着法により形成される
酸化シリコン膜、スクリーン印刷法により形成されるエ
ポキシ系の樹脂膜等も適用可能である。

（実施例２）この太陽電池は、第４図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）（第４
図（ｂ）、（Ｃ）は、夫々第４図（ａ）のａ−ａ断面お
よびｂ−ｂ断面を示す図）に示す如く、ステンレス基板
１１上に短冊状をなすように形成されたポリイミド樹脂
からなる複数の絶縁層１２と、該絶縁層１２十に順次積
層せしめられた裏面電極１３としてのアルミニウム層お
よび光電変換層１４としてのアモルファスシリコン層と
、その上層に基板表面全体を覆うように形成された表面
電極１５として透光性の酸化インジウム錫層を形成して
なるもので、該アモルファスシリコン層は表面電極１３
の側面をも被覆し、表面電極１５と裏面電極１３との短
絡を防ぐと共に、表面電極１５はステンレス基板１１に
１部で接触し、電気的に接続され、これを集電電極とし
て用いるように構成されており、ステンレス基板１１の
表面すなわち、光電変換部の形成面側から矢印Ｌ２で示
す如く、光が入射するように配置して使用される。

次に、この太陽電池の製造方法について説明する。

まず、第５図（ａ）に示す如く、ステンレス基板１１上
に、スクリーン印刷法により、幅Ｗ＝する。

ず）を用いた部分蒸着法により裏面電極１３としてのア
ルミニウム層を選択的に形成する。このときも、第４図
（ａ）に示す如く、基板１の側面の１部にもアルミニウ
ム層を延設するようにする。

この後、更に幅の小さいメタルマスクを用いて、モノシ
ラン（ＳｉＨ２）ガスのグロー放電分解法によりアモル
ファスシリコンＮＩＨ１４Ｎ、アモルファスシリコンｌ
ｆｆ１、アモルファス２９３２１層１４Ｐの３層からな
る光電変換層１４を選択的に形成する（第５図（Ｃ））
。このとき裏面電極形成時のメタルマスクよりも幅の小
さいメタルマスクを用いているため、短冊状の裏面電極
１３の各側面を夫々覆うような形状に光電変換層が形成
される。

そして最接に第５図（ｄ）に示す如く、基板表面仝休に
真空蒸着法により表面電極１５としての酸化インジウム
錫層１５を形成して、本発明の太陽電池が完成する。

この太陽電池では、表面電極としての透光性の酸化イン
ジウム錫電極はステンレス基板１１とオーミック接続し
ており表面電極で得られた電流を、集電電極としてのス
テンレス基板１１に導くようにしているため、集電部で
の電力損失を大幅に低下することができる。また、従来
のようなくし状のグリッド電極を集電電極として用いた
場合のように電力取り出し部を大きく形成しなくてもよ
いため、有効電池面積が大きくなり、太陽電池の実効効
率が向上する。

また、電池の側面に電力取り出し部を設けているため、
電池相豆間の直列接続が容易である。例えば第６図に示
す如く、２つの太陽電池３１゜８２を支持台り上に並べ
、ステンレス基板１１の側面をＷｆｆｉ性接着剤Ｐで接
続することにより、太ｌ！ｌ電池３１．３２を直列接続
することができる。

このようにして多数の太陽電池を面積損失なしに直列接
続することも可能である。

なお、実施例では、裏面電極として短冊状パターンをな
すように形成されたアルミニウム電極１３と表面電極１
５としての酸化インジウム錫電極との短絡を防ぐため、
光電変換層を延設することによって各短冊パターン毎に
、裏面電極の側面をも被覆するように形成したが、光電
変換層とは別に裏面電極の側面を覆うように絶縁層を形
成するようにしてもよい。

また、裏面電極として短冊状の導電膜を形成するに際し
てはメタルマスクを用いて部分蒸着を行なう他、全面に
形成した後、フォトリソエツチングによりパターン形成
を行なうようにしてもよいことはいうまでもない。

更に、（実施例１）においても（実施例２）においても
、短冊状に裏面電極および光電変換層を分割し、その間
の部分で表面電極と集電電極との電気的接続を行なうよ
うにしたが、必ずしもこれに限定されることなく、格子
状に接続部分を形成する等、適宜変更ｎＪ能である。

［発明の効果Ｊ以上、説明したように、本発明によれば、太陽電池の裏
面すなわち、光の入射方向の反対側に集電電極を形成し
、表面の透光性電極からの電流を導くようにしているた
め、集電電極として従来のくし状のグリッド電極を用い
た場合に比べ、有効電池面積が大幅に向上する上、集電
電極の面積を大きくとることができるため電力損失も低
減される。

また、くし状のグリッド電極を形成する場合、抵抗を下
げるために厚く（約１０μｍ）形成しなければならず、
蒸着後、メッキ法等により、所定の膜厚を得る等、形成
が困難であったが、本発明の方法によれば、集電電極の
形成が極めて容易となる。

更に、電力取り出し部を側面あるいは裏面にとることが
でき、電気的接続が容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施例の太陽
電池を示す図、（第１図（ｂ）〜（ｄ）は、夫々第１図
（ａ）のＡ−Ａ断面、Ｂ−８断面、Ｃ−Ｃ断面を示す図
）、第２図（ａ）乃至（ｅ）は、第１図（ａ）〜（ｄ）
に示した太陽電池の製造工程図、第３図は、同太陽電池
の電流−電圧特性曲線、第４図（ａ）〜（Ｃ）は、本発
明の第２の実施例の太陽電池を示す図、（第４図（ｂ）
および（Ｃ）は、夫々第４図（ａ）のａ−ａ断面および
ｂ−ｂ断面を示す図〕、第５図（ａ）〜（ｄ）は、第４
図（ａ）〜（Ｃ）に示した太陽電池の製造工程図、第６
図は、本発明の太陽電池の接続例を示す図、第７図（ａ
）〜（ｅ）は従来例の太陽電池の構造をその製造工程と
共に示す図である。１０１・・・ガラス基板、１０２・・・くし型グリッド
電極、１０３・・・透光性の導電膜、１０４・・・光電
変換層、１０５・・・金属電極、１・・・ガラス基板、
２・・・酸化インジウム錫電極、３・・・アモルファス
シ・リコン層、４・・・第１のアルミニウム電極、５・
・・窒化シリコン膜、６・・・第２のアルミニウム電極
、１１・・・ステンレス基板、１２・・・絶縁層、１３
・・・裏面電極、１４・・・光電変換層、１５・・・表
面電極、Ｄ・・・支持台。出願人代理人　　木　村　高　久！、１第１図（ｂ）！、１第１図（Ｃ）會Ｌ１第１図（ｄ）第２図（Ｑ）　　　　　　　第２図（ｅ）第２図（ｂ）第２図（Ｃ）第２図（ｄ）００．５１．０出力電圧　（Ｖ）第３図Ｂ１第４図（ａ）第４図＜ｃ＞第５図（ａ）第５図（ｂ）第５図（Ｃ）第５図（ｄ）Ｓｌ　　　　　　　　　　５２第６図第７図（ｂ）第７図（Ｃ）第７図（ｄ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光電変換層を透光性の第１の電極と、第２の電極
とによつて挾み、前記第１の電極側から光が入射するよ
うにした太陽電池において、前記第２の電極の裏面側に絶縁層を介して集電用の第３
の電極を配設し、該第３の電極が前記第１の電極と電気
的に接続されるようにしたことを特徴とする太陽電池。
（２）前記第１の電極は、透光性の基板上に形成されて
おり、光が該基板の裏面側から入射するように構成した
ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の太陽
電池。
（３）前記第２の電極および前記光導電体層は、両者を
貫通するように所定の間隔をおいて形成された複数の細
溝を有しており、前記第２の電極および前記光電変換層を前記第１の電極
から電気的に絶縁すべく、前記絶縁層が、前記細溝の側壁にも配設されるようにし
たことを特徴とする特許請求の範囲第（２）項記載の太
陽電池。
（４）前記第３の電極は、導電性の基板からなり、該導
電性の基板上に順次、前記絶縁層、前記第２の電極、前
記光電変換層、前記第１の電極が積層せしめられており
、光が前記基板の表面側から入射するように構成したこと
を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の太陽電池
。
（５）前記絶縁層および前記第２の電極は、前記導電性
の基板上に、所定の間隔をおいて、複数の短冊パターン
を形成するように、順次積層せしめられており、前記光電変換層は、前記短冊パターンの側壁まで被覆す
るように延設されており、各短冊パターンの間で、前記導電性の基板と前記第１の
電極の電気的接続がなされるようにしたことを特徴とす
る特許請求の範囲第（４）項記載の太陽電池。
（６）前記第１の電極は前記短冊パターン間に露呈する
前記導電性の基板上にも接触するよう一体的に形成され
た透光性の導電膜からなることを特徴とする特許請求の
範囲第（５）項記載の太陽電池。