JPS6184076A - 光起電力装置 - Google Patents

光起電力装置

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JPS6184076A
JPS6184076A JP60210872A JP21087285A JPS6184076A JP S6184076 A JPS6184076 A JP S6184076A JP 60210872 A JP60210872 A JP 60210872A JP 21087285 A JP21087285 A JP 21087285A JP S6184076 A JPS6184076 A JP S6184076A
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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】 近年、アモルファスは半導体膜を比較的大きな面積で堆
積させ、結晶性のものと実質的に竹価のＰｉｎ形装置を
製造する方法を開発するべく、相当の努力がなされてい
る。ここで用いる「アモルファス」という用語は、短距
離または中距離の秩序性があったり、いくらかの結晶性
包含物のある場合も含めて長距離無秩序性を有する全て
の材料またｔよ合金を含んでいる。今ではグロー放電や
気相堆積法により、高品質の電気的特性を有する大面積
薄膜アモルファスシリコン合金を製造ツることができる
。米国特許４，２２６．８９８号、第４．２１７．３７
４号、第４，５１７，２２３号の中にも適当な技朦」 術について記載がある。太陽電池を製造する上でバッヂ
処理法しかない結晶性シリコンと違って、アモルファス
シリコン半導体合金は、大面積の基板の上に多重層を形
成するように堆積することにより大量の太陽電池を連続
して製造できる。
このような連続的処理万代は、例えば米国特許第　４．
４００．４０９号、　４．４１０．５５８号、　ＩＩ、
　４３８．７２３号、４．４９２，８１０号に開示され
ている。これらの特許にも開示されているように、１つ
ずつ特定の半導体材料の堆積を行う一連の堆積室を通っ
て、基板が連続的に進んで行＜Ｊ：うにする。Ｐ１ｎ形
構造の太陽電池を作る場合、最初の室はｐ形アモルファ
スシリコン合金の堆積用とし、第２室は真性アモルファ
スシリコン合金の堆積、第３至はｎ形アモルファスシリ
コン合舎の堆積に当てる。一連の堆積室に多数の通路を
作るか、あるいは堆積室をもう１列設けることによって
、いろいろな構成をもつ多数のヒル（電池）を得ること
ができる。
上述した方法で製造した大面＆１太陽電池の中には分路
（シャン］〜）欠陥が認められている。大面積アモルフ
ァス半導体光起電力装ｒを経済的に製造するには、分路
欠陥を減らす、あるいｔよこれを無くすことが必要であ
る。ざらに、太陽電池により発生ずる電流を電池の面積
全体に均一に集めることが望ましい。
本発明による改良された光起電力装置は、導電性基板と
、該基板上に堆積された半導体層と、通常は透明な導電
体であって、半導体層の少なくとも一部分の上に堆積さ
れる集電Ｈ（ｃｕｒｒｅｎｔｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ　１
ａｙｅｒ）と、該導？［と電気的にＩＩ　ｊｔして、光
起電力装置の発生する電流を果めて伝導する１愼グリッ
ドまたはバスグリッドを含む。装置はまた、バスグリッ
ド杵造体の低抗性接続または比較ｆｌ’７紛シー上シー
ト抵抗集電層など、低抵抗分路電流路の影響を減少づ゛
るための構造も含んでいる。本発明の後者の実施態様で
は、集電層のシート抵抗が少なくとも３００オ一ム／口
となる。抵抗の高い方の集電層に堆積されるバスグリッ
ド構造は、グリッドフィンガ部の間隔を比較的狭くしＣ
，層の抵抗性を補償づ′るようにしなければならない。
前当の実ｌ１ｌｌ！態様ぐは、複数のグリッドフィンガ
部をバスバー母線にｌＩ（抗性接続して、電流の流れを
制限するようにする。標準的に、そのグリッドフィンガ
部が電流を集める￥ｒＩ域で発生し得る量の電流以上と
ならないように、電流の流れが制限される。つまり欠陥
からの過電流が抑制される。あるいはまた、過電流が流
れると開路する破壊式またはヒユーズ形の結線で、グリ
ッドフィンガ部をｆｆｉ線に電気的に接栃しても良い。
通常の場合、各グリッドフィンガ部について、過料とさ
れる電流の昂（よ、そのグリッドフィンガ部が電流を集
める領域で発生し得る電流の最大桁をわずかに上回るも
のである。別の実施態様は、グリッドフィンガ部と、導
電層から絶縁して欠陥部を通る電流を集める可能性を低
めた母線を含む。また別の実施態様では、バッファ・バ
スグリッド構造体すなわらグリッドフィンガ部を分岐せ
ずに、光起電力装置の主要母線に直接連粘した構造を用
いて、分岐欠陥の影響を克服する。
■ 第１図タンデムまたはカスケード形光起電力装置１０を
示す。装置１０Ｇよ、複数のＰｉｎ形光起電力はル１２
ａ、　１２ｂ、　１２ｃを含む半導体本体１２を含む。
セル１２ａに隣接するのが尋電性括板１４であり、透明
とするか、金現表面を有する箔で形成することができる
。用途によって（よ、アモルファス材料の前に薄い酸化
物層および／または一連の基部接点をステンレス鋼、ア
ルミニウム、タンタル、モリブデンもしくはクロム、ま
たはガラスなどの絶縁材料に尋電性被旧を癲首したちの
などで形成できる。
セル１２ａ、　１２ｂ、　１２ｃの各々が、少なくとも
シリコン合金を含有するアモルファス合金本体を含んで
いる。合金本体の各々には、ｎ影領域または層＋６ａ、
　１６ｂ、　１６ｃ　　と、真性領域またはＦ？Ｊ１８
ａ、　ｉａｂ、　１８ｃど、ｐ影領域または層２０ａ、
　２０ｂ、　２０ｃが含まれる。
図示のように、セル１２ｂ（よ中間セルであり、第１゛
図に示したように、その他にも中間セルを加えても良い
。本発明は単独セルにも応用できるものである。
半導体層を堆積した後、好ましい実施態様ではスズ酸イ
ンジウム（Ｉ　ＴＯ）で形成される透明な導電層２２を
半導体材料上に堆積する。電ｌ夢リッド構造またはバス
グリッド構造体２４を装置に設けて、導電層２２を通る
キレリア経路を短縮し、集電効率を」−げる。
２２とバスグリッド構造体２４との間に介在されている
。第２図に示ずようにバスグリッド構造体２４の中には
集電部分であり、層２２と電気的に接触しているグリッ
ドフィンガ部２８と、電流伝導部分であり、グリッドフ
ィンガ部２８と電気的に接触してぃ３２と主母線３４が
含まれる。母線構造体３０は透明導電層２２から絶縁さ
れているため、これによって集体３０を通って過ｙ電流
が低抵抗路に流れることはない。それ故、絶縁によって
このような欠陥による性能劣化の効果が減少しているの
である。
第３図の光起電力装置の平面図では、絶縁層２６が０１
バス３２と主バス３４と共に延びているが、これらのバ
スよりノＪン１７幅１＋＜　ｒ　（た−ＩＴｃハス７Ｊ
−バ会ス絶縁層２Ｇは透明として、バスグリッド構造体
２４に覆われる部分のみ、装置１０に入射する光を遮断
づ島い。
絶縁層２６は抵抗値の適当に高いイ・ンク、絶縁性炭化
物、アクリル、フルメロカーボン重合体およびシリコー
ン、セラミック材料、ガラスまたは絶縁性酸化物などの
天然および合成重合体などを含む適当な絶縁性材料とす
ることができる。絶縁層はシルクスクリーン法、ローラ
コーティング、吹付、気相堆積、蒸着など、適当な方法
で設けることができる。
絶縁層２６で達成される改良について、第４図に示づ。
光起電力ｖｉ置４８ＬＪ、低紙「１．電流路５０を含む
。
層２２は通常非常に薄いため、横方向に大きな抵抗をも
っているので、線５２で囲んだ限定された範囲だけが電
流路５０から悪影響を受りる状態にある。
この範囲の中にはグリッドフィンガ部２８の中の１つと
１１母線３２と生母ｌ１９３４のそれぞれ一部分か含ま
れている。しかし副１］　１３２と主母線３４とは絶縁
層２６により導電層２２から絶縁されているため、低抵
抗電流路の影響を受けない。欠陥部５０の近くにあるグ
リッドフィンガ部を通って、欠陥部５０からいくらか電
流が流れることはあるが、その電流はグリッドフィンガ
部２８のもつ比較的小さな断面積により制限されたもの
である。ちし絶縁材料２６がなかったとすると、Ｉｉｉ
！５２で囲んだ範囲にあるグリッドフィンガ部２８の１
つ、主母線３４、酢１１１線乃至小母線３２を通って電
流が低抵抗電流路５０に流れることになる。
第５図には、本発明の別の実！態様による光電力装置５
６が示されている。光起電力装置５６は光起電力装置１
０と同様のもので、基板１４ｅ、グリッドフィンガ部２
８ｅ１副母線３２ｅと、透明導電層５８を含む。光起電
力装置５６には絶縁層２６がないが、含まぜることもで
きる。装置１０ど対照的に、導電層５８のシート抵抗が
比較的高く、これが半導体構造体１２ｅにある低抵抗電
流路に流れる電流を少なくしている。導電層５８の高い
シー１へ抵抗は、標準的なシート抵抗が約５０〜１００
オーム／口であるのに対して、少なくとも約３００オー
ム／口できれば約１．０００オ一ム／口とする。
第６図に示す光起電内装＠６２は、光起電力装置５６と
同様の設計で少なくとも約３００オーム／口のシー１−
１氏１への導電層２２を有するものである。グリッドフ
ィンガ部２８ｅは、従来のシート抵抗層をもつ光起電力
装置のグリッドフィンガ部に比較して、断面積が相当小
さくなっており、従って長手方向の抵抗が大きくなって
いる。ぞの結果、グリッドフィンガ部２８ｅの１つが低
抵抗電流路の影響範囲にある場合、グリッドフィンガ部
２８ｅを通る電流説明のため、装置５６内の低抵抗電流
路６４が領域Ｃ６に影響を及ぼしているとする。従来の
抵抗率の透明層と断面積の小さなグリッドフィンガ部を
通る電流を、まず比較的シート抵抗値の高い導電層５８
が減少ざＵる。光起電内装＠６２ではグリッドフィンガ
部を小さくして、透明層の抵抗を高している−ため、従
来の光起電力装置より小形であるが多数のグリッドフィ
ンガ部を用いている。
透明導電層は所望の特性、寸なわら透明度と必要な抵抗
値を有するどんな材料で構成しても良い。
適当な材料としては、例えば酸化スズなどいろいろな導
電性金属酸化物の被覆があるが、その中にはＳｎＯ２、
およびアンチモンまたはカドミウム。
モリブデン、ｅンジウムなどの元Ｉドープした−ヘな　
素　材　本！ｌ　　　　　　　　　　　　　　　ニーＦ
−ヒージゴーオ丑：ミヒ二年力ｍＺ　カ含、Ｌ　ｈ　ル
。１ｎ２０３．ｓｎｏ　　、ＺｎＯは酸素空孔を多数作
るにうむ方法でドープ、形成する必要がある。当業者に
は周知のように、導電層の抵抗は該導電層の厚さまた番
よその組成を調節することにより、所望に固定すること
ができる。
第７図の光起電内装「７７６も、構造上第１図の光ＪＰ
ｍ力装内装０と同様であるが、そのグリッド構造に変更
がある。バスグリッド構造体２４ａは、グリッドフィン
ガ部２８ａと電流伝導部分である母線構造体３０ａを含
み、母５！溝造休には副＆１１９３２ａと主母線３４ａ
がａまれる。母線構造体３０ａは透明導電Ｆ７１２２か
ら絶縁されている。各グリッドフィンガ部ッドフィンガ
部２８ａが、集電する領域が生み出すことのできる光誘
導電流のらｔの約５倍以上とはならない。グリッドフィ
ンガ部２８ａは、いずれか適当な方法で副母線３２ａに
抵抗性接続して良い。第７図においては、低抗性材料を
小さく堆積したものによって、各グリッドフィンガ部２
８ａを副母線３２ａの１つに抵抗性接続している。
第８図においては、抵抗性インクによって各グリッドフ
ィンガ部２８ｂを阻線溝造体３０ｂに低抗性接続してい
る。インクは銀と炭素を混合したもので良く、これを堆
積して約７０マイクロオーム／口のシート抵抗率を作り
出す。このような抵抗性接続、またグリッドフィンガ部
２８ｂも、スクリーン印刷法で堆積するのが便利である
。
バスグリッド構造体はまた、例えば電気メッキやスパッ
タリングなどの気相堆積法によっても堆積することがで
きる。グリッド全体を１つの方法で形成しても良いし、
またいくつかの方法を組合せて形成することもできる。
第９図の尤起市内装貿８６には絶縁層２Ｇがないが、ソ
１４造休８８を含む。バッフ７グリツド部はグリッドア
バスゲリッド構造体８８には主母線３４と複数のグリッ
ドフィンガ部９０ａ〜９０ｅが含まれる。各グリッドフ
ィンガ部９０ａ〜９０ｅは、主１１ａ３４に直接接続さ
れている。
第１０図においては光起電力装置９２に関してもう１つ
別のバッーノ７電（奴グリッド部の実施態様が示されて
いる。光起電力装置９２には絶縁層２６がないが、バッ
フ？バスグリッドｙＩｌｆｉ体９４を含んでいる。
バッファバスグリッド構造体９４には、主母線３４と１
１．２７．２のグリッドフィンガ部９６ａ〜９６Ｃが含
まれる。
各グリッドフィンが部は、全てのグリッドフィンガ部の
９孔から・喘までの抵抗が同じ【こなるように選択され
た断面積を右している。グリッドフィンガ広く、Ｊ３よ
び／または厚くなっている。必要に応じて、主母線３４
を半導体構造体から絶縁することもできる。
第１１図の光起電力装置１０６のグリッド構造体１０８
は、生母＄！、１１１０と、副母８１１２と、集電用の
複数のグリッドフィンガ部１１４を含んでいる。各グリ
ッドフィンガ部１１４が、破壊式結線１１６によって副
母線１１２に電気接続されている。破壊式結線を流れる
電流が所定量に達すると、電気的結線が開路する。通常
の場合、各グリッドフィンガ部について、該グリッドフ
ィンガ部１１４が集電を行う光起電力装置１０６の領域
が生み出し得る最大電流量よりわずかに大きいもの（例
えば約１．２（Ｑ＞が、その所定量となる。普通、破壊
式結Ｆ１１１１６は、例えばスズ、鉛、ビスマス、およ
びそれらの合金などの溶断性材料で構成される。溶断性
材料の厚さおよび断面積を調節することよって、所定電
流Ｃ開路さけることができる。
第１１図に示されているのも、副母線１１２と主母線１
１０の間の破壊弐結ｗ；Ａ１１７である。結線１１６と
同様、結１ｉ１１１７も電流が所定量に達した場合に開
路する。ここでも破壊式結線が通常導電できるのは、副
母線が電流を伝える装置領域が生み出す最大電流量をわ
ずかに上回る電流（例えば約　１．２倍）である。
第１２図には、バスグリッド構造体１２０を有するＲ（ す、それぞれのニス副母線１２４に接続されている。
暖 それぞれの二Ｘ副母′ａ１２４は、長手方向に本質的に
等しい幅に分割されていることを除いて、副母線３２と
同様である。このように分ｐｌすることにより、ＤＩ母
線を通って半導体本体の低抵抗電流路の欠陥部に送られ
る電流の量を最小化される。
第１３図を参照すると、複数のＰｉｎ光起電力セル１２
ａ、　１２ｂ、　１２ｃから成る半導体本体１２を含む
光起電内装＠１３０か′示されている。セル１２ａが基
板１４の上にある。半導体本体１２の表面上にあるのが
、透明の導電層２２ｃで、その上に副母線３２ｃと主母
線３４ｃを含む阻線桐造体３０ｃから成る電極グリッド
またはバスグリッド構造体２４Ｃが載っている。
複数のグリッドフィンガ部２８ｃは、各々の副母線３２
ｃに接続されている。グリッドフィンガ部２８ｃの各々
は、第１０図にＩＩ　して先に説明したグリッドフィン
ガ部２８ｂと同様である。グリッドフィンガ部２８ｃの
抵Ａ線も、第１０図に関して説明した砥堀 ６線８２と同様である。第１図と第２図に関して姓 説明したように、絶縁潤材料層２６が導電層２２とバス
グリッド構造体２４Ｃの部分との間に配置されている。
バスグリッド構造体２４ｃの電流伝導部分、すなわち＠
線描造林３０は、半導体本体１２から絶縁されており、
母線構造体３０ｃから短い、または低抵抗の電流経路に
直）＆流れないようになっている。
透明な導電層２２ｃは、少なくとも約３００オーム／口
と比較的高い抵抗を有している。こうすることで、例え
ば低抵抗経路があったり、生じたりしても、光起電力装
置１３０の電気的特性を劣化する影響が減じられる。
次に第１４図と第１５図を参照すると、光起電力装置の
出力電力を、グリッドフィンガ部の中心間隔、グリッド
フィンガ部の幅、および透明導電層の抵抗を含むいろい
ろな変数との関係で示η°グラフが示されている。この
グラフは、光起電力Ｈ買に欠陥部（低抵抗電流経路）か
ら所望の［へ１度の保護を与えるように設シ１して、装
置の５Ｑｎｌを最適化するのにｈ用である。
杢 第１４図は光起電力装置の出力電ｒ←、グ出力電力を最
も大きくすることを示しているが、このような構成では
欠陥部からの保護の程度も最も小さくなる。一旦所望の
導電層抵抗値を決定すると、抵抗値のより高いＳ′￥ｉ
層により２供される保護を考慮しながら、グリッドフィ
ンガ部の間隔を選択することができる。特定の導電層抵
抗については、第１４図のようなグラフを参照すること
によって、簡単に決定づることのできる最適のグリッド
フィンガ部の中心間隔がある。抵抗値の鳥い導電層を用
いるほど、比較的実際的なグリッドフィンガ部の中心間
隔の範囲が比較的狭くなるため、適当なグリッドフィン
ガ部の中心間隔がますます臨界的となって来る。
ラド幅の最も小さいものが最適であることは明らかであ
る。しかし、最適グリッドフィンガ部の中心間隔はグリ
ッドフィンガ部の幅によって決まるものである。限界値
までは、グリッドフィンガ部後は、グリッドフィンガ部
の間隔が大きくなる程、出力電力は減少していく。
【図面の簡単な説明】
第１図は複数のＰｉｎ形セル（電池）から成るタンデム
またはカスケード形光起電力装置で、セルの各層をアモ
ルファス半導体合金から形成したものの部分断面図であ
る。 第２図は、第１図の光起電力装置の断面斜視図である。 第３図は、第１図の光起電、内装置の平面図である。 第４図は、第３図の光起電力装置と同様の光起電力装置
部分であるが□、中に欠陥のあるものの平面図である。 第５図は、各層をアモルファス半導体合金から形成した
複数のＰｉｎ形セルから成るタンデムまたはカスケード
形光起電力装置であって、本発明の一実Ｍ態様による導
電層を有する光起電力装置の部分断面図である。 第６図は、第５図に示した光起電力装置と同様の光起電
力装置部分であるが、短絡欠陥を有するものの平面図で
ある。 イずり 第７図は、本発明の一実ｉによるバスグリッド構造体を
含む光起電力装置部分の平面図である。 リッド構造体を含む光起電力装置部分の平面図でバスグ
リッド構造体を含む光起電力装置部分の平面図である。 第１０図は、本発明によるバッファバスグリッドである
。 第１１図は、本発明によるバスグリッド構造体のある。 第１２図は、本発明によるバスグリッド構造体のある。 第１３図は、本発明による光起電力装置の断面斜視図で
ある。 第１４図は、グリッドの幅ｌメ一定で導電層抵抗値の異
なるものについて、光起電力装置の出力とグリッドフィ
ンガ部の中心間隔の関係を示す線図である。 第１５図は、導電層の抵抗値が一定でグリッドフィンガ
部の幅の異なるものについて、光起電力装置の出力とグ
リッドフィンガ部の中心間隔の関係を示す線図である。 呑幸イ１０．４８，５６．６２　、７６、８０　、８６
．．９２　、１０６．１１８．１３０−・・・・・光起
電力装置、１２・・・・・・ノセノ咬電池）、１４・・
・・・・基板、２２・・・・・・導電層、２４．１０８
．１２０・・・・・・バスグリッド構造体、２６・・・
・・・絶縁層、２Ｂ、　９０．９６．１１４．１２６・
・・・・・グリッドフィンガ部、３０・・・・・・母線
構造、３２．１１２．１２４・・・・・・副母線、３４
．１１０．１２２・・・・・・主母線、５８・・・・・
・導電層、８８゜９４・・・・・・バッファバスグリッ
ド構造体、１１６、１１７・・・・・・破壊式結線、１
２８・・・・・・抵抗性結線。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）導電性基板と、この基板上に堆積されている半導
    体本体と、この半導体本体上に配置された透明な導電性
    の集電層とグリッド構造体とからなる光起電力装置であ
    って、前記グリッド構造体は、前記装置により生ぜしめ
    られた電流を集めて伝導するために集電層と電気的に接
    触しており、このグリット構造体は、複数の集電用グリ
    ッドフィンガ部に電気的に相互接続された母線を含んで
    おり、前記グリッドフィンガ部は、該グリッドフィンガ
    部が集電を行う装置の領域から生成され得る電流量の約
    ５倍を超えない電流運搬容量を有するように前記母線と
    相互に抵抗性接続されている光起電力装置。
  2. （２）前記グリッド構造体が、前記グリッドフィンガ部
    を前記母線に電気的に相互接続している副母線を含んで
    いる特許請求の範囲第１項に記載の光起電力装置。
  3. （３）前記の抵抗性の相互接続部は、破壊され易く、こ
    の相互接続部を流れる電流が予め選択された大きさを越
    えた場合、電気的に開く特許請求の範囲第１項または第
    ２項に記載の光起電力装置。
  4. （４）前記の抵抗性相互接続部が易融性のリンクである
    特許請求の範囲第３項に記載の光起電力装置。
  5. （５）装置の前記領域からの電流が流れる相互接続部を
    、装置の該領域によって生成され得る電流の約１．２倍
    の大きさの電流が流れた場合、該相互接続部が開く特許
    請求の範囲第３項に記載の光起電力装置。
  6. （６）電気絶縁体が前記母線と前記集電層との間に配置
    されている特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか
    に記載の光起電力装置。
  7. （７）この絶縁体が透明である特許請求の範囲第１項乃
    至第６項及び第９項のいずれかに記載の光起電力装置。
  8. （８）前記集電層が３００オーム／□よりも大きいシー
    ト抵抗を有する特許請求の範囲第１項、第２項、第３項
    及び第６項のいずれかに記載の光起電力装置。
  9. （９）前記集電層が約１０００オーム／□のシート抵抗
    を有する特許請求の範囲第１項乃至第６項及び第８項の
    いずれかに記載の光起電力装置。
  10. （１０）前記グリッドフィンガ部が、前記母線に直接接
    続されており、この複数のグリッドフィンガ部は異なる
    長さを有しており、母線の断面寸法はグリッドフィンガ
    部の各々の抵抗値が実質的に同じとなるように選択され
    ている特許請求の範囲第１項第３項、第６項、及び第８
    項のいずれかに記載の光起電力装置。
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