JPS63122283A - アモルフアス太陽電池 - Google Patents

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】 Ｅ産業上の利用分野］ 本発明はアモルファス太陽電池に関し、より詳しくいえ
ば太陽電池の変換効率を向上させ少ない面積でも大きな
出力を得ることができるタンデム構造を有するアモルフ
ァス太陽電池に関する。

［従来の技術］ 一般に太陽電池はｐｉｎ型又はｎｉｐ型構造からなって
おり、電流はｉ型半導体層（１層という）内の電子が励
起して発生する。励起した電子はｉ層を通ってｎ１ｉｌ
へ流れるが１層の抵抗があるので＋＠を厚くすると励起
電子は多くなるが抵抗が大きくなってしまう。薄くすれ
ば逆の現象が起る。

そこで薄い１層からなるセル（１！流値は下がるが抵抗
が低くなるので曲線因子が増加するセル）を積層し電流
を抑え電圧を大きくとる試みもなされている。また所定
の膜厚を持つｐｉｎ電池素子を直列に積層、接続して成
るｐ　Ｉ　ｎ／ｐ　ｉ　ｎ型タンデム構造を有する六１
１電池が知られている（特開昭５８−１３９４７８号公
報）。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記の従来のタンデム構造を有する太１１Ｅｉｉｌ池は
、例えば第７図の等価回路に示すように２つの電池素子
を直列に接続するため上下の電池素子の電流値を一致さ
せる必要があり、どうしても受光面と反対側の第２９電
池素子のｉ層を厚く毛なければならず、そのためそのコ
ントロールが難かしい。即ち第３因に電圧（Ｖ）−電流
（Ｉ）特性の照度依存性のグラフを用いて説明すれば、
例えば第１電池素子および第２１！池素子が同じ積層で
両者を直列に接続すると第１Ｎ池素子で光が吸収される
ため、第２電池素子の電８ｉ値が下がり電流の不一致を
生じてしまう。また第４図は太陽電池のバンドプロファ
イルの説明図である。この図で実線は薄い１層膜、破線
は厚い１層膜の場合を示す。薄い１層膜の場合が１層膜
の勾配が大きく電子が流れやすいことを示している。こ
の図に示すように１層が薄い場合は、内部電界が強くな
り励起した電子を有効に運ぶことができる。Ｉｌｌが厚
い場合長い経路を通るため途中で再結合してしまう。第
５図に示す１層膜厚とＶ−Ｉカーブの関係によれば１層
が厚くなるに従い出力の効率が悪くなってい　　′る。

従来の電池素子のｐｌ　ｎ／Ｄ　ｉ　ｎ積層タイプは電
流を一致させなければいけないので、ｉ＠膜厚に影響さ
れることとなる。

又この太陽電池においては天候によるスペクトルの変化
の影響も受は易い。即ち入射光において長波長光が多い
場合、長波長光はエネルギーが小さく吸収されにくいの
で、薄い第１電池素子層を透過しその大部分が第２電池
素子層での吸収となり電流の不一致が起るからである。

本発明は、上記欠点を克服するものであり、照度、スペ
クトルの影響を低減し：層膜厚のコントロールを容易に
し、太陽電池の変換効率を向上させて少ない面積でも大
きな出力を得ることが可能なアモルファス太陽電池を提
供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明のアモルファス太陽電池は、基板と、該基板上に
形成された第１電極層と、 該第１電極咽上に順次積層された第１ｐ型半導体層、第
１；型半導体層および第１０型半導体層からなる第１電
池素子と、 該第１電池素子上に形成された透明な中間電極層と、 該中間電極層上に順次積層された第２０型半導体層、第
２１型半導体層および第２ｐ型半導体層から成る第２電
池素子と、 該第２電池素子上に形成された第２ｉ！極層と、上記第
１Ｎ極層と上記第２電極層を連結する第１電極部と、 上記中間電極層と連結する第２電極部と、を少なくとも
有する、少なくとも１つのユニットセルから成り、 少なくとも２個の上記第１および第２電池素子を並列状
態で連結した構成としたことが特徴である。

本アモルファス太陽電池においては、第２電池素子の第
２ｐ型半導体層と第２電極層の間に、該第２ｐ型半導体
層上に順次第２中間電極層、第３ｐ型半導体層、第３１
型半導体層および第３０型半導体層を積層して第３電池
素子を形成し、第１電池素子、上記第２電池素子および
上記第３１！池素子を並列状態で連結したｐ　Ｉ　ｎ／
ｎ　ｌ　ｐ／ｌ）　Ｉ　ｎ’！！の３層タンデム構造と
することもできる。またさらに本アモルファス太陽電池
においては必要に応じて４層以上のものとすることもで
きる。

本アモルファス太陽電池において、ｐＨ！、ｉ層および
０層は一般にアモルファスシリコンからなるが、これに
限定されずアモルファス窒化珪素、アモルファスシリコ
ンゲルマニウム、アモルファスシリコンカーバイド等か
らなるものとすることもできる。

本アモルファス太陽電池において２以上のユニットセル
を有する場合、各該ユニットセルは直列に接続されてい
るものとすることができる。

又、本アモルファス太陽電池においては、電極の取出し
方と集積の方法にも特徴がある。

各電池素子のｐ層を接続する第１電極部を電極、ｎ層を
接続する第２電極部を一極とする。また中間電極層と、
第１′Ｒ極層および第２１Ｒ極層の少なくとも一つの電
極層は透明電極層から成る。またこれらの電極層および
電極部を形成させる場合、特に中間電極層と各電極部と
が短絡しない構成とすることが必要である。

上記基板としては光透過率のよい材料を用い通常ガラス
を用いる。なお通常このガラス基板等が受光層となるが
これに限定されるものではない。

更にこのガラス基板上に光の干渉効果を利用した反射防
止膜を形成することもできる。

ｐｌ　１％ｎ各層はグロー放電を利用したプラズマＣｖ
Ｄ法、若しくは紫外線を利用した光ＣＶＤ法によって所
定の電極上に順次形成する。なおｐ又はｎタイプの層を
形成するに際してそれぞれドープする不純物として従来
と同様にジボラン（Ｂｔ　Ｈｓ　）　、ホスフィン（Ｐ
Ｈ３）等を用いることができる。透明導電層は通常イン
ジウムチンオキサイド（ＩＴＯ）、インジウムオキサイ
ド又は二酸化スズのＩｇｌによって形成される。上記上
部電極等は、−所定の半導体層上に金属等の導電性材料
を、蒸着等の公知の方法を用いて形成することができる
。

本太陽電池においては第１電池素子で太陽光を吸収する
のではなく多層例えば２層に分けて吸収する。従って２
１タンデム構造でいえば第１電池素子の膜厚は劣化、直
列抵抗を考慮しながら出力の大きくなるように決定され
通常２０００〜３０００オングストロ一ム程度である。

又第２Ｎ池素子は残りを吸収するように膜厚が決定され
る。但し厚くすると劣化が速くなるので約６０００オン
グストローム以下程度が好ましい。

［実施例］ 以下、実施例により本発明を説明する。

本実施例の太陽電池の断面図を第１図に示す。

この太陽電池はｐ　ｌ　ｎ層ｎ　Ｉ　ｐの２層タンデム
構造をしている。又この太陽電池の等価回路を第６図に
示す。これらの図に示すように２つの各ユニットセルは
第１’！池素子４と第２電池素子２からなりこの素子は
並列に接続されている。即ち十電極（第１１Ｒ極部）７
は、ＩＴＯ第１１１極１Ｉ１８とＡ１第２電極１ｉ１１
を接続した。−電極（第２電極部）５は第１電池素子４
の０層４Ｃと第２電池素子２のｎ１ｌ１２ｃ間にＩＴＯ
中間電極１１３を挿入して行う。又各ユニットセルは直
列に接続されている。

このユニットセルの構造は第２図に示す工程で形成され
る。まずガラス基板６上にスクリーン等の印刷によりＴ
ＴＯのバターニングを行い第１電極層８を形成する（同
図（Ａ））。次いでこの上にｐ／ｌ　／ｎアモルファス
シリコン層を順次堆積する（同図（Ｂ））。更にこの上
にＩＴＯマスク蒸着を行う（同図（Ｃ））。次いでドラ
イエツチングをして、第１電池素子４および中間電極Ｗ
３を形成する（同図（Ｄ））。

次いでこの層の上にｎ層　ｉ　／ｌ）Ｉを形成しく同図
（Ｅ））、次いでこの層上にアルミニウムマスク蒸着を
行う（同図（Ｆ））。この後ドライエツチングをし第２
１電池素子２および第２電極層１を形成する（同図（Ｇ
））。次いで第２電ｍｍ１と第１電極層８とを結合する
十電極７、および中間電極層３と結合する一電極５をア
ルミニウム電極蒸着により形成して、本実施例の太陽電
池を作成した（同図（Ｈ））。なお上記第１電池素子４
および第２１！池素子２から成るユニットセル２個が同
時に形成され、このユニットセルは直列に接続されてい
る。

この工程で注意すべき点は、同図（Ｆ）に示すように、
１回目のアルミニウムマスク蒸着のマスクの合せ方であ
り、ＩＴＯとこのマスク蒸着とは少しずらして行わなけ
ればならない。つまりアルミニラム第２電極７１１と中
間電極層３が同じ位置であると生電極７のアルミニウム
電極１が中間電極層３と短絡してしまう。これを防ぐた
めアルミニウム電極１を少しずらし高抵抗な第２１！池
素子のｎ層を中間電極層３と生電極７の間に介在させる
。

なおこの場合第１電池素子のｐｌ！ｌ、　ｉ層、ｎ層、
第２電池素子のｎ層、ｉ層、ｐ層は各々約１５０．２０
００．３００１１５０．４０００，３００オングストロ
ームである。なお上記ＩＴＯのパターニングはス５リー
ン印刷の方法で行った。０７１７０層又は０７１７０層
の堆積はｐ層にはＨｔ。

ＳｉＨ４、Ｂ２Ｈｓの所定比の混合ガスを、＋ｉｌには
Ｈｔ　、Ｓ　ｉ　Ｈ４の所定比の混合ガスを、又ｎ層に
はＨ２，５ｉＨｎ、ＰＨ３の所定比の混合ガスをそれぞ
れ０．２〜１ｔｏｒｒの真空下基板温度２００〜３５０
℃程度下において形成させた。

ドライエツチングはＣＦ４を用いて行った。アルミニウ
ムマスク蒸着は電子ビーム蒸着の方法により行った。

本実施例の太陽電池の特徴は８１層状態にある２個の電
池素子を並列状態で連結したｐ　ｉ　ｎ／ｎ　ｉ層型の
構成を有する点にある。この並列化は直列に比べ形成工
程が増える。即ち電極としてのＩＴＯマスク蒸着工程が
増える。しかし第１１！池素子の電流と第２電池素子の
電流値を一致させずに作成できる点から第１電池素子、
第２１！！池素子を自由な膜厚で作製できる。例えば劣
化に関していえば膜厚がある程度厚い方が出力が大きく
なるが劣化も速くなる。よって第１電池素子を劣化が少
なく出力の大きくなるようにして第１１！池素子で電力
に変換できなかった光を第２電池素子で電力に変換すれ
ばよい。若し直列型であると電流を一致させる必要があ
り第１電池素子層のみの最適化ができない。

又直列型の弊害は入射光のスペクトルが変化した時もお
こる。長波長光が多い場合、長波長光はエネルギーが小
さく吸収されにくいため薄い第１電池素子層は透過し大
部分第２電池素子層での吸収となり電流の不一致が起る
。この場合でも並列型はこれらの影響を受けず光強度に
応じた出力を得ることができる。

実施例２ 本実施例においては第１図に示す第２電極層（アルミニ
ウム電極）１および生電極７をＩＴＯに置き変えた構成
を有する。この太陽電池は透光性を有し、この透光性と
は６００ｎｍ以上の光即ち従来の太陽電池で吸収できな
かった光を透過する性質である。

従ってサンルーフ用太陽電池として応用できる。

更にＩＴＯの屈折率が大きいため熱線反ｒＩｌｌｌの効
果をも有する。なおこの場合受光面は通常基板側である
がその逆であってもよい。

［発明の効果］ 本発明のアモルファス太陽電池は、基板と、該基板上に
形成された第１電極層と、該第１電極層上に形成された
ｐ／ｌ／ｎ型第１電池素子と、該第１電池素子上に形成
された透明な中間電極層と、該中間電極層上に形成され
たｎ／ｌ　／ｐ型第２電池素子と、該第２電池素子上に
形成された第２電極層と、上記第１電極層と上記第２電
極層を連結する第１電極部と、上記中間電極層と連結す
る第２電極部と、を少なくとも有する、少なくとも１つ
のユニットセルから成り、 少なくとも２個の上記第１および第２１！池素子を並列
状態で連結した構成としたことを特徴とする。

従って本アモルファス太陽電池においては各電池素子の
各電圧を一致させるので各層の電流一致　゛が不要であ
る。従って各電池素子の膜厚を自由に決定でき直列抵抗
を小さくすることにより大きな電流を取り出すことがで
きる。従って１１の最適膜厚を各電池素子ともに使用で
きるので大きな電流を取出すことができる。

又第１電池素子層を最適化することにより劣化の少ない
太陽電池とすることができる。又本太陽電池においては
入射光のスペクトルが変化した場合でも電流の不一致は
起らないので入射光のスペクトル依存性が少ないものと
することができる。

以上より本太陽電池においては積層する太陽電池素子を
並列化することにより照度、スペクトルの影響を低減し
、１層膜厚のコントロールも容易にし、そのため太陽電
池の変換効率を向上させて少ない面積でも大きな出力を
出すことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例のｐｉ　ｎ／ｎ　ｌ　ｐ型２Ｍ構造か
らなるユニットセルの２つを直列に接続したアモルファ
ス太陽電池の断面図である。第２図は本実施例のアモル
ファス太陽電池を製造する工程を示す説明図である。第
３図はＶ−１特性の照度依存性を示すグラフである。１
４図は太陽電池のバンドプロファイルを示す説明図であ
る。第５図は１層膜厚によるＶ−１カーブを示すグラフ
である。 第６図は本実施例のユニットセル等価回路を示す説明図
である。第７図は一般タンデムセルのユニットセル等価
回路を示す説明図である。 １・・・第２電極１Ｉｌ（アルミニウム電極）、２・・
・第２ｉｉ池素子、４・・・第１電池素子、２ａ、４ａ
−・・ｐ層、２ｂ、４ｂ・・−・・−Ｉｌｌ、２０，４
０−ｎ層、３・・・中間電極層（透明導１！ｌＩ）、５
−・・−電極、６・・・ガラス基板、７・・・十電極、
８・・・第１電極層（透明導′ｉ４居）。 特許出願人　　　日本電装株式会社 代理人　　　　弁理士　大川　宏 同　　　　　弁理士　丸山明夫 第２図 第３図 ｔｆｆｉ（Ｖ） 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板と、 該基板上に形成された第１電極層と、 該第１電極層上に順次積層された第１ｐ型半導体層、第
   １ｉ型半導体層および第１ｎ型半導体層からなる第１電
   池素子と、 該第１電池素子上に形成された透明な中間電極層と、 該中間電極層上に順次積層された第２ｎ型半導体層、第
   ２ｉ型半導体層および第２ｐ型半導体層から成る第２電
   池素子と、 該第２電池素子上に形成された第２電極層と、上記第１
   電極層と上記第２電極層を連結する第１電極部と、 上記中間電極層と連結する第２電極部と、を少なくとも
   有する、少なくとも１つのユニットセルから成り、 少なくとも２個の上記第１および第２電池素子を並列状
   態で連結した構成としたことを特徴とするアモルファス
   太陽電池。
2. （２）第１、第２ｐ型半導体層、第１、第２ｉ型半導体
   層および第１、第２ｎ型半導体層はアモルファスシリコ
   ンから成る特許請求の範囲第１項記載のアモルファス太
   陽電池。
3. （３）２以上のユニットセルを有する場合、各ユニット
   セルは直列に接続されている特許請求の範囲第１項記載
   のアモルファス太陽電池。