JPS6216032B2 - - Google Patents

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JPS6216032B2
JPS6216032B2 JP55087254A JP8725480A JPS6216032B2 JP S6216032 B2 JPS6216032 B2 JP S6216032B2 JP 55087254 A JP55087254 A JP 55087254A JP 8725480 A JP8725480 A JP 8725480A JP S6216032 B2 JPS6216032 B2 JP S6216032B2
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JP
Japan
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film
cds
cdte
sintering
electrode
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JP55087254A
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English (en)
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JPS5713775A (en
Inventor
Toshio Yamashita
Hiroshi Uda
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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Priority to JP8725480A priority Critical patent/JPS5713775A/ja
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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
    • H01L31/04Semiconductor 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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/543Solar cells from Group II-VI materials

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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液晶表示電卓または電子時計など低
消費電力機器の電源などに用いられる光電池構体
の製造方法に関するものである。
従来この種の用途にはシリコンの単結晶よりな
る太陽電池を複数個直列接続した光電池構体が用
いられていたが、高純度な単結晶を使用すること
と、複数個の不連続な層状光電池を積層する必要
があるために、必然的にコスト高となることか
ら、通常使用される電池と比較してそれほど魅力
的なものとはなり得ず、ほとんど普及していない
のが現状である。単結晶を使用することにより必
然的に生ずるコスト高の問題を解決するために、
多結晶の半導体膜を用いた光電池も開発されてい
る。その代表的なものとしてはセレン光電池と硫
化カドミウム光電池がある。セレン光電池は分光
感度特性が視感度に近く製造法も比較的簡単であ
るために古くからカメラの露出計などに用いられ
てきているので、これを電卓用の電源として用い
ることはもちろん可能である。しかしながら、変
換効率がシリコン光電池に比較してはるかに低い
ために、同一の出力を得るためには受光面積がシ
リコン光電池の2倍以上を要するという欠点があ
る。一方硫化カドミウム光電池はCdS−Cu2Sヘ
テロ接合の構成のものが主流であり、この場合、
CdS層は真空蒸着法によつて形成された多結晶膜
が主として用いられ、Cu2S層はCdS層の表面の
Cuイオンを含む水溶液中での置換反応によつて
形成され、その後これらを熱処理することによつ
てCdS−Cu2Sヘテロ接合を形成する方法が一般
的である。このようにして得られた硫化カドミウ
ム光電池は変換効率がシリコン光電池とセレン光
電池の中間ぐらいあるが、安定性がまだ悪く実用
化されていない。また電卓用として使用するため
には、普通3V程度の光起電圧が必要であるが、
単一のCdS−Cu2Sヘテロ接合素子では0.4V程度
の光起電圧しか発生できず、これを直列に8素子
程度接続する必要があり、上記のような製造方法
では、特定の場所にCu2S層を形成するためにホ
トリソ技術を必要とし、製造工程も複雑となり大
量生産が困難となる欠点を有している。
本発明はこのような従来の欠点を改良するため
になされたもので、光電変換効率を何ら低下させ
ることなく量産が容易な光電池構体およびその製
造方法を提供するものである。
以下本発明を図面を参照しつつ実施例に基いて
説明する。
第1図a〜eは本発明の光電池構体の製造方法
の一実施例を説明するための断面工程図である。
まず、透明ガラス基板1に複数個に分割された
CdS膜2を形成する(第1図a)。
本実施例ではこのCdS膜を形成する方法として
スクリーン印刷、焼結法が選ばれる。この方法は
厚膜回路の製造方法と同一であり、連続自動化で
きるので量産性が良く、低コスト化が容易である
という利点を有している。
この方法でCdS膜を形成するには、まず高純度
のCdS粉末にドナー不純物として微量のGaCl2
を、融剤として適量のCdCl2を、また粘結剤とし
て適量のプロピレングリコールを加えたものを混
練してCdSペーストをつくり、これをスクリーン
印刷機でガラス基板上に複数個に分解されたCdS
膜を印刷し、120℃程度に加熱された真空乾燥機
中で粘結剤のプロピレングリコールを蒸発させた
後、ベルト炉で600〜700℃の温度で焼結する。こ
のようにして焼結したCdS膜はn型で比抵抗も十
分低く、透明度も良好であるので、次の工程で形
成するp型のCdTe膜との間にp−nヘテロ接合
を形成すると同時にガラス基板の裏面からの入射
光に対する透明電極としての役割りもはたしてい
る。
次に第1図aに示す工程で得られたCdS膜2の
上に重ねて、複数個に分割されたCdTe膜3を形
成する(第1図b)。このCdTe膜3は分割され
たCdS膜2のそれぞれの特定の一方の端部を少し
残し、他方の端部を完全に覆うように少しずらし
て重ね合わせる。このCdS膜2の露出している端
部の幅は次の工程で形成されるCdTe膜3上のカ
ーボン電極4と隣接したCdS膜2の露出部とを電
気的に相互接続を行う電極の端部が、この隣接し
たCdS膜2上のCdTe膜3の端部に接触しないよ
うな幅に設定すれば良い。このCdTe膜3を形成
する方法も、CdS膜2と同じようにスクリーン印
刷、焼結法を用いる。CdTeペーストは高純度の
CdTe粉末に融剤としてCdCl2粉末を適量加え、
これに粘結剤としてプロピレングリコールを適量
加えて混練して調製する。このペーストをスクリ
ーン印刷ならびに焼結されたCdS膜2の上に上記
のように少しずらして重ねてスクリーン印刷した
後、CdS膜の場合と同じようにベルト炉中で600
〜750℃の温度で焼結してCdTe膜3を形成す
る。
このようにして焼結したCdTe膜3はアクセプ
タ不純物を添加しなくても弱いp型となるが、そ
の比抵抗は焼結条件によつて相当変化する。一般
に焼結温度が高いほど比抵抗は小さくなる傾向に
ある。これはCdTeの焼結の過程で、Cdおよび
Teが蒸発するが、Cdの方が蒸気圧が高いために
焼結されたCdTe膜はTe過剰となり弱いp型にな
るが、焼結温度によつてその程度が異なるためと
考えられるCdTe膜の性質およびCdS膜との接合
のでき具合はCdTe膜の焼結温度によつても変る
が、CdS膜の焼結温度、融剤の添加量および
CdTe膜中への融剤の添加量によつても変化す
る。CdTeを焼結する際にすでに焼結されている
CdS膜と重つた界面ではCdTe中の融剤によつて
CdS焼結層の一部が再溶解されて、界面にCdSと
CdTeの固溶体層が生ずる。この固溶体層の厚さ
はCdTeに添加する融剤の量が多いほど、また
CdTeの焼結温度が高いほど厚くなる。この固溶
体層が厚くなると、CdS膜を透過した光のうちで
短波長側の一部の光がこの固溶体層に吸収されて
CdTe層に到達しなくなるために、光電池の分光
感度特性の短波長側の感度が悪くなり、その光電
池を電卓用の電源として使用する場合、比較的短
波長光の多い螢光灯などの室内光に対する感度が
悪くなるので、この固溶体層の厚みはできるだけ
薄くするのが望ましい。
次に、第1図bに示す工程で得られたCdTe膜
3上にCdTe用の電極4を形成する。CdTe用の
電極4としては、安定性がよく、スクリーン印刷
で形成できるカーボンを主成分とする電極を用い
る。このような電極を得る際には、カーボンペー
スト中にはCdTeに対してアクセプタとして働く
微量の不純物を添加しておき、分割されたCdTe
膜3上にその下のCdS膜2と接触しないように
CdTe膜3の面積より少し小さな面積になるよう
にスクリーン印刷し、乾燥した後、ベルト炉中で
200〜400℃の温度の不活性ガス雰囲気中で熱処理
して、カーボン中の微量のアクセプタ不純物を弱
いp型のCdTe膜3中にドープすることによつ
て、CdTe膜3のp型を強くして、光電池として
の特性を向上させる。このカーボン電極4とCdS
膜2との間にサンドイツチ状にはさまれた部分の
CdTe膜3の面積が光電池素子の有効受光面積に
相当するので、カーボン電極4の面積はCdTe膜
3からはみ出さない範囲でできるだけ大きくする
ことが望ましい。
第1図cの工程で複数の光電池素子が同一基板
上に形成されるのであつて、その後、同一基板上
に形成した複数個の独立した光電池素子を電極5
によつて電気的に直列に相互接続する(第1図
d)。この電極5は隣接した素子のカーボン電極
4とCdS膜2の露出部とを電気的に接続するため
のものであるから、カーボン電極4およびCdS膜
2のいずれに対してもオーミツクな接触をする必
要がある。CdS膜2に対するオーミツク電極とし
てはInが最もよく用いられるが、In−Ga合金、In
−Sn合金なども適している。これらの金属電極
を形成する方法としては、真空蒸着が一般的に用
いられているが、製造工程を一貫して連続自動化
するためには、スクリーン印刷で形成するのが望
ましい。ところで、銀ペーストの中にはスクリー
ン印刷できるものもあるが、CdS膜2とオーミツ
ク接触をしない。しかしながら、銀ペーストの中
に少量のIn粉末を添加したものを印刷してInの融
点以上の温度で加熱するとCdSに対してオーミツ
ク接触をする電極が得られるので、この方法を用
いれば、すべての工程をスクリーン印刷、焼結ま
たは熱処理によつて行うことができる。
その後、複数の光電池素子の表面上にこれを保
護するための樹脂層6をコーテイングする(第1
図e)。電卓用電源として用いる場合には使用環
境があまり厳しくないので、シリコーン系の樹脂
をスプレーコーテイングまたはデイツプコーテイ
ングする程度で十分使用に耐えるものが得られ
る。
第2図は本発明の光電池構体の一実施例の部分
平面図である。すなわち、ガラス基板1上にCdS
膜2、CdTe膜3が積層形成され、さらにCdTe
膜3上にカーボン電極4が形成されて複数の光電
池素子が形成され、各光電池素子は電極5により
直列接続されている。直列接続用電極5はカーボ
ン電極4の比抵抗が大きい場合には、カーボン電
極4と重なる部分の面積を広くする方がよい。し
かしAgペーストにInを添加した電極をスクリー
ン印刷で形成する場合には、高価なAgの使用を
少なくするためにカーボン電極4上に全面つける
かわりに格子状につけてもよい。また第2図では
CdTe膜3の上下の端面がCdS膜2の内側にきて
いるが、これはCdS膜2の外側にまで拡大しても
よい。もちろんカーボン電極4の上下の端面もこ
れと同様に拡げることによつて有効受光面積を広
くすることができる。この光電池構体の出力の取
出しは第2図の構成のものでは左端の素子のカー
ボン電極4からプラス側の電極を、右端の素子の
CdS膜2の露出部に接続されたオーミツク電極か
らマイナス側の電極を取り出せばよい。
上述した製造工程によつて作成した有効受光面
積1.25cm2の素子を8個直列接続した光電池構体
で、400Lxの白色螢光灯下における開放端電圧
3.4V、短絡電流34μA、出力約70μWの性能が
得られた。また50mW太陽光相等のタングステン
光における変換効率は約7%であつた。螢光灯下
における性能は螢光灯用シリコン太陽電池とほぼ
同等の性能を有している。
以上のように本発明によれば、複数の光電池素
子を基板上に容易に量産性良く、しかも各素子を
直列接続して形成できるので、電卓や電子時計に
用いられる光電池構体をコストで得られる。この
ことが可能となるのは、特に接続用の電極として
CdSに対するオーミツク性を良くするため銀ペー
ストにIn粉末を入れ、かつInの融点以上の熱処理
を行うことにより達成されたものである。しか
も、本発明はスクリーン印刷、焼結処理を施すこ
とで、螢光灯の光に対しても高感度の光電池構体
が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図a〜eは本発明の一実施例を示す製造工
程図、第2図は本発明の光電池構体の要部の平面
図である。 1……ガラス基板、2……CdSフイルム、3…
…CdTeフイルム、4……カーボン電極、5……
直列接続用電極、6……樹脂層。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 一方の主面から光が入射される透明ガラス基
    板の他方の主面上に硫化カドミウムよりなり互い
    に分割されるとともに透明電極となる複数の第1
    の膜をスクリーン印刷焼結法により形成する工程
    と、前記第1の膜を焼結する工程と、前記第1の
    膜とヘテロ接合を形成するテルル化カドミウムよ
    りなる複数の第2の膜を前記第1の膜上にそれぞ
    れスクリーン印刷焼結法により形成する工程と、
    前記第2の膜を焼結する工程と、導電性物質より
    なる複数の第3の膜を前記第2の膜上にそれぞれ
    スクリーン印刷法で形成する工程と、前記第3の
    膜を焼結する工程と、In粉末を添加した銀ペース
    トをスクリーン印刷しInの融点以上の温度に加熱
    することにより、互いに隣接する前記第1の膜と
    前記第3の膜とを電気的に接続する工程とを備え
    てなることを特徴とする光電池構体の製造方法。
JP8725480A 1980-06-28 1980-06-28 Photocell structure and manufacture thereof Granted JPS5713775A (en)

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JPS5713775A JPS5713775A (en) 1982-01-23
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Families Citing this family (3)

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JPS6130082A (ja) * 1984-07-20 1986-02-12 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力装置
JPS6393171A (ja) * 1986-10-08 1988-04-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光起電力素子
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