JPS636882A

JPS636882A - タンデム構成の光電池装置

Info

Publication number: JPS636882A
Application number: JP61150617A
Authority: JP
Inventors: ウィリアム　ジェイ　ビッター; ジェームズ　ダブリュー　シュウェイブ
Original assignee: Standard Oil Co
Current assignee: Standard Oil Co
Priority date: 1986-06-26
Filing date: 1986-06-26
Publication date: 1988-01-12

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、−般に、太陽エネルギを電気エネルギに変換
するのに使用される光電池装置に係る。

特に、本発明は、複数の光電池がタンデムに配列された
光電池装置に係る。

従来の技術光電池装置は、半導体と一般に称されている材料の比導
電率特性を利用して、太陽エネルギ、即ち日射を有用な
電気エネルギに変換するものである。この変換は、光電
池の活性領域に光子のエネルギを吸収させ、この吸収し
たエネルギの若干が電子／ホール対を発生させることに
よって行なわれる。半導体材料において電子／ホール対
を発生させるに要するエネルギをバンドギャップエネル
ギと称し、これは、−般に、価電子バンドから伝導バン
ドへ電子を励起するに必要な最小エネルギである。

日射は、色々な光線波長によって特徴付けられた色々な
エネルギレベルの光子を含んでいる。

光電池はどれも一定のエネルギバンドギャップを有する
ものであるから、各光電池は、それに入射する光の成る
波長にしか応答しない。従って、光電池に入射する全て
の光子エネルギが吸収されて電子を発生するのではない
。残りのエネルギは、単に通過して失われるか、熱とし
て消費される。

光電池装置の利用性を考える場合、２つの主たる尺度が
ある。その第１は装置の効率であり、これは、全光子エ
ネルギのうちのどれ程の割合が有用な電気エネルギに変
換されるかというものである。例えば、シリコン結晶で
作られた高効率の太陽電池は、約１８％の効率を達成す
ることができる。単結晶の光電池を用いた場合には、内
部の格子欠陥を最小にすることによって効率が最大にさ
れる。このような格子欠陥があると、内部の短絡や境界
の欠陥が生じて、光電池の導電率及び再結合特性を低下
させることになる。

光電池装置の利用性に関する第２の尺度は、そのコスト
である。単結晶の光電池は複雑な上に製造コストが高く
、大量生産に容易に適さない。

光電池装置のコストを節減するための１つの解決策は、
−般にヘドロ接合を含む多結晶材料を使用することであ
る。ヘトロ接合とは、米国特許第４゜３８８．４８３号
にバソル（Ｂａｓｏｌ）氏等によって教示されたように
、ＣｄＳ’ｅ’ＣｄＴｅのような２つ以上の異なる材料
間の界面に形成された能動的な接合を指す。このような
多結晶のへテロ接合装置の欠点は、効率が低く、−船釣
に、１０％以下であることである。

光電池装置のコストを節減するための別の解決策は、薄
いアモルファス半導体材料を導入することである。アモ
ルファスの光電池装置は、−般に、ホモ接合、即ち、ｐ
型シリコンやｎ型シリコンのような２つの同様な材料の
界面に形成された能動的な接合を使用している。このよ
うなホモ接合の基本的な例は、ｐ型不純物が拡散された
ｎ型シリコン層である。このようなアモルファスのホモ
接合光電池が、オプシンスキ（Ｏｖｓｈｉｎｓｋｙ）氏
等の米国特許第４．４０？、、６０５号に開示されてい
る。然し乍ら、アモルファスの半導体材料は、−般に、
単結晶材料はど効率が高くなく、約１０％以下である。

最近では、種々のバンドギャップを有する複数の光電池
を光学的且つ電気的に直列に配列したタンデム構成を用
いることにより高い効率の光電池装置が考えられている
。このような装置の典型的な例が米国特許第４，２５３
，８８２号に開示されており、該特許では、アモルファ
スシリコンの光電池が結晶シリコンの光電池の上に形成
され、両光電池がホモ接合の能動的な領域を使用してい
る。アモルファスの光電池は、結晶光電池よりもバンド
ギャップが大きく、従って、高いエネルギの光子を吸収
する。光学的に透明なトンネルダイオードがこれらの光
電池を電気的に直列に接続する。結晶光電池は、低いエ
ネルギの光子を吸収し、従って、タンデム装置の全体的
なスペクトル応答は、個々の光電池単独の場合よりも大
きなものとなる。それ故、１０％以上の効率を得ること
ができる。

タンデムな太陽電池の別の例が米国特許第４゜２９２．
４６１号に開示されている。この場合は、アモルファス
光電池が結晶光電池の上に配置されてオーミック接触に
よって電気的に直列に接合されている６該特許には、２
つの光電池（単結晶又は多結晶）が絶縁体で分離され、
巻き付は導体によって光学的に直列に接続できるように
された多バンドギャップ光電池が開示されている。又、
米国特許筒４，３３２，９７４号には、トンネルダイオ
ードによって直列に接続された複数の積層ホモ接合装置
が開示されている。

発明が解決しようとする問題点公知のタンデム式の太陽電池は、全体的な効率という点
で改善を示すが、依然として結晶及び多結晶光電池に頼
らねばならず且つ相互接続方法が複雑であることから、
実際的で且つ広範な用途に利用できる以上のコストとな
ってしまう。それ故、好ましくは現在利用できる製造プ
ロセスを用いて実質的に安価なコストで高い効率を達成
できるようなタンデム構成の太陽電池装置が要望されて
いることが明らかである。

問題点を解決するための手段そこで１本発明の主たる目的は、タンデム構成の改良さ
れた光電池装置を提供することである６本発明の別の目
的は、少なくとも２つの光電池が電気的及び光学的に直
列に接続されて装置の全体的な効率が１つの電池の単独
の効率よりも高くなるようにされた光電池装置を提供す
ることである。

本発明の更に別の目的は、最小の製造コストで効率を相
当に改善した光電池装置を提供することである。

本発明の更に別の目的は、利用できる製造プロセスを新
規で且つ改善されたやり方で使用して改良された光電池
装置を形成することである。

本発明のこれら及び他の目的は、本発明の以下の詳細な
説明から明らかとなろう。

本発明は、−般に、光学的に透明な導電性の層と、第２
の導電性の層とを有する光電池装置であって、該装置は
、成るアモルファス半導体材料の第１光電池と、少なく
とも１つの第２光電池とを含む複数の光電池を具備し、
上記アモルファス半導体材料は、上記の光学的に透明な
導電性の層に接触する面を有する能動的な層として配置
され、上記第２の光電池は、導電型の異なる第１及び第
２の半導体層を有し、第１の半導体層は、上記第２の導
電層に電気的に接触する面を有し、そして更に、上記光
電池が光学的及び電気的に直列なタンデム構成となるよ
うにこれら光電池を接続する手段を具備したことを特徴
とする光電池装置に係６゜又１本発明は、光学的に透明な導電性の層と、第２の導
電性の層とを有する光電池装置であって。

この装置は、一方の面が上記光学的に透明な導電性の層
に接触するような能動的な層として配置された少なくと
も１つのアモルファスシリコン光電池と、この少なくと
も１つのアモルファスシリコン光電池とタンデム構成に
された硫化カドミウム（ＣｄＳ）の層及びテルル化カド
ミウム（ＣｄＴｅ）の層より成る光電池とを具備し、上
記テルル化カドミウムの層は、上記第２の導電性の層に
接触するようにされ、更に、上記光電池を光学的及び電
気的に直列に接続する手段を具備したことを特徴とする
光電池装置にも係る。

更に１本発明は、アモルファス半導体材料より成る少な
くとも１つの光電池と、導電型の異なる材料で構成され
た第１及び第２の半導体層より成る少なくとも１つの光
電池とを有していてこれらの光電池が光学的及び電気的
に直列に接続された多光電池構成の光電池装置を製造す
る方法において。

ａ）第１導電型の第１の半導体層を導電性の基体に付着
し。

ｂ）上記第１の半導体層の導電型とは異なる導電型の第
２の半導体層を第１の半導体層の上に付着し、Ｃ）上記第２の半導体層の上に光学的に透明な導電性材
料の層を付着し、そしてｄ）この光学的に透明な導電性材料の上に、アモルファ
ス半導体材料の層と、透明な導電性材料の層とを付着し
て少なくとも１つのアモルファス光電池を形成し、各ア
モルファス光電池の上に透明な導電性の層が配置される
ようにしたことを特徴とする方法にも係る。

更に、本発明は、アモルファス半導体材料より成る少な
くとも１つの光電池と、導電型の異なる材料で構成され
た第１及び第２の半導体層より成る少なくとも１つの光
電池とを有していてこれらの光電池が光学的及び電気的
に直列に接続された多光電池構成の光電池装置を製造す
る方法において、ａ）光学的に透明な導電性基体の上に、アモルファス材
料の層と、透明な導電性材料の層とを付着して、少なく
とも１つのアモルファス光電池を形成し、このような各
アモルファス光電池の上に透明な導電性材料の層が配置
されるようにし、ｂ）露出した透明な導電性の層の上に
第１導電型の第１の半導体層を付着し、Ｃ）この第１の半導体層の導電型とは異なる導電型の第
２の半導体層を第１の半導体層の上に付着し、そしてｄ）この第２の半導体層の上に導電性材料の層を付着す
ることを特徴とする方法にも係る。

−般に、本発明による新規で且つ改良された光電池装置
は、光学的に透明な導電性の層と、第２の導電性の層と
を具備し、これら両方の層は、電極のための接触領域と
なる。光電池装置は、タンデム構成にされた少なくとも
２つの光電池を備えている。一方の光電池は、−般にホ
モ接合部が組み合わされたアモルファス半導体で形成さ
れ、もう一方の光電池は、成分の異なる２つの半導体層
で構成され、通常はこれらの間にヘテロ接合部が形成さ
れる。アモルファス半導体光電池の１つの層は、光学的
に透明な導電性の層に接触する面を有し、放射されたエ
ネルギは、この導電性の層を通して光電池装置に入る。

２つの異なった半導体層より成る光電池の１つの層は、
第２の導電性の層に接触する面を有している。これらの
光電池が光学的及び電気的に直列にタンデム構成になる
ように接続するための手段が設けられる。

アモルファス半導体光電池は、アモルファスシリコンを
含んでもよい。２つの異なる半導体層で構成された光電
池は、ｎＢ−ＶＩＡ族半導体化合物、Ｃｕ２Ｓ／ＣｄＳ
、ＨｇＣｄＴｅ／ＣｄＳ、Ｃｕ２Ｓ／ＣｄＳ、ＣｕＩｎ
Ｓｅ、／ＣｄＳ及びＧａ　Ａ　ｓ　／　Ｇ　ａ　Ａ　Ｉ
　Ａ　ｓのような半導体層を含む。

本発明による光電池装置は、Ｃｄ　Ｔ　ｅ　／　ＣｄＳ
光電池及びアモルファスシリコン光電池と、ＨｇｃｄＴ
ｅ／ＣｄＳ光電池及びアモルファスシリコン光電池とを
含む。テルル化カドミウム及び硫化カドミウムより成る
光電池は、バンドギャップエネルギが約１．５ｅＶであ
る。テルル化水銀カドミウム及び硫化カドミウムより成
る光電池は、バンドギャップエネルギが約１．２ｅＶか
ら約１゜５ｅＶである。アモルファスシリコンは、約１
゜５ｅＶないし約１．８ｅＶのバンドギャップエネルギ
を有する光電池を構成する。従って、理想的に最適なも
のではないが、これら光電池のタンデム構成は、非常に
高い効率を発揮する。

テルル化カドミウム／硫化カドミウム及びテルル化水銀
カドミウム／硫化カドミウムの光電池は、当業者に良く
知られた付着技術、例えば、真空蒸着、スプレー付着及
び電気蒸着によって形成することができる。特に、参考
としてここに取り上げるバソル（Ｂａｓａｌ）氏等の米
国特許第４，３８８．４８３号及びクロガ（Ｋｒｏｇｅ
ｒ）氏等の米国特許第４，４００，２４４号に開示され
た電解付着の工程が利用される。これらの工程により、
ｎＢ−ＶＩＡ族化合物、例えば、硫化カドミウム、セレ
ン化カドミウム、酸化亜鉛、セレン化亜鉛又はセレン化
カドミウム亜鉛のｎ型導電層が導電性基体材料の上に付
着され、その後、半導体化合物の層がこのｎ型導電層に
接触するように付着される。半導体化合一物については
、テルル化カドミウム及びテルル化水銀カドミウムが好
ましいが、元素の周期率表のＩＩＢ族の金属元素の少な
くとも１つ及び元素の周期率表のＶＩＡ族の少なくとも
１つの非金属で形成された他の化合物を使用することも
できる。このような化合物の特定の例は、セレン化カド
ミウムテルリウム、硫化カドミウムテルリウム及びテル
ル化亜鉛である。このような半導体装置物は、最初は、
ｎ型半導体化合物、高抵抗率のｐ型半導体化合物のよう
なはゾ真性の半導体化合物、或いは、真性半導体化合物
であってもよい６いずれにせよ、このような半導体化合
物は、熱処理の後に、適当な低抵抗率のｐ型半導体化合
物となる。

アモルファスシリコン光電池は、前記のオプシンスキ氏
等の米国特許第４，４０９，６０５号に開示されたよう
にｐ−ｎ接合又はｐ−１−ｎ接合の光電池を構成する。

アモルファスシリコンの合金は、大面積の基体上に多数
の層として付着することができ、大容量の連続処理シス
テムにおいて光電池装置を形成することができる。この
ような連続処理システムは、「Ｐドープのシリコンフィ
ルムを形成する方法及びこれによって作られた装置（Ａ
　Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　Ｍａｋｉｎｇ　Ｐ−Ｄｏｐｅｄ
　５ｉｌｉｃｏｎ　Ｆｉｌｍａｎｄ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　
Ｍａｄｅ　Ｔｈｅｒｅｆｒｏｍ）Ｊと題する米国特許第
４，４００，４０９号、「連続的なアモルファス太陽電
池の製造システム（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ａｍｏｒｐ
ｈｏｕｓ　５ｏｌａｒ　Ｃｅ１ｌ　Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏ
ｎ　Ｓｙｓｔｅｍ）Ｊと題する米国特許第４，４１０，
５８８号及び「マルチプルチャンバ付着及びアイソレー
ションシステム及び方法（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ｃｈａｍ
ｂｅｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｌ５ｏｌａｔ
ｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄ）Ｊ　と
題する米国特許第４．４３８．’７２３号に開示されて
いる。これらの特許に開示されたように、基体は、−連
の相互接続されて環境的に保護された付着室を通して連
続的に進められ、各室は特定の半導体材料を付着するよ
うに専用に使用される。例えば、ｐ−１−ｎ型の構成の
光電池装置を形成する場合には、第１の室が、ｐ型半導
体合金の付着に専用に使用される。第２の室は、真性ア
モルファス半導体合金の付着に専用に使用され、第３の
室は、ｎ型半導体合金の付着に専用に使用される。この
ようなアモルファス半導体材料は、ｎ型導電層を形成す
るためには燐や砒黍のようなドープ材で種々のｐ、ｉ及
びｎ層をドーピングすることによって形成され、ｎ型導
電層を形成するためにはホウ素やアルミニウムやガリウ
ムやインジウムのようなドープ材でドーピングすること
によって形成される。例えば、イズ（Ｉｚｕ）氏等の米
国特許第４，４００゜４０９号には、好ましくは水素及
びフッ素で補償されたグロー放電シリコン付着プロセス
において均一な形態及び条件で既知のｐドープ金属又は
ホウ素のガス状材料を使用することによってｐドープの
シリコンフィルムを製造する方法が開示されている。該
特許で使用さ九ているｒｐ−ｉ−ｎ型」という用語は、
−連のｐ及びｎ或いはｐ、ｉ及びｎの半導体合金層を指
す。

少なくとも１つのＣｄ　Ｔ　ｅ　／　Ｃｄ　Ｓ又は１つ
のＨｇ　Ｃｄ　Ｔ　ｅ　／　Ｃｄ　Ｓ光電池と少なくと
も１つのアモルファスシリコン光電池とを組み合わせた
ものは、タンデム構成で組み込むのに充分適している。

というのは、このような光電池に対して開発された技術
を用いて少なくとも１つのＣｄＴｅ／ＣｄＳ又は１つの
Ｈｇ　Ｃｄ　Ｔ　ｅ　／　Ｃｄ　Ｓ光電池が配首された
基体は、その後、ＣｄＴｅ／ＣｄＳ又はＨｇ　Ｃｄ　Ｔ
　ｅ　／　Ｃｄ　Ｓ光電池の特性に悪影響を及ぼすこと
なく、その上に少なくとも１つのアモルファスシリコン
光電池を形成するための付着プロセスを受けられるから
である。

本発明のタンデム構成体は、光電池２個のタンデム構成
体に限定されるものではない、タンデム構成体の効率を
更に高めるように追加の光電池を使用することができる
。従って１本発明によるタンデム構成体は、導電型の異
なる材料の２つの半導体層より成る少なくとも１つの光
電池とタンデム構成で配列された２つ以上のアモルファ
ス光電池を含むことができる。

タンデム構成の各光電池は、そのバンドギャップエネル
ギレンジが互いに他の光電池のバンドギャップエネルギ
レンジと同一ではなく、タンデム構成体を通して光エネ
ルギが送られた時に、バンドギャップエネルギが次第に
低くなる光電池によってこのエネルギが吸収されるよう
にするのが好ましい。異なった半導体材料が使用された
時や゛同じ半導体材料が別の材料と合金化された時には
バンドギャップの異なる光電池が形成される。従って、
本発明による好ましいタンデム構成体は、タンデム構成
で配列された２つ以上のアモルファス光電池を具備し、
各光電池は、異なったバンドギャップエネルギレンジを
有するものであって、光が通過する各々の光電池は、そ
の手前の光電池よりもバンドギャップエネルギレンジが
低く、それより下に配置された少なくとも１つの光電池
は。

異なった導電型材料の２枚の半導体層より成り、そのバ
ンドギャップエネルギレンジはアモルファス光電池より
も低く延びる。

実施例以下、添付図面を参照し、本発明の好ましい実施例を詳
細に説明する。

以下の詳細な説明において、光電池の種々の層は、本発
明の装置の細部を明瞭に示すために意図的に不均衡なス
ケールで示されていることに注意されたい。又、Ｐ型及
びｎ型材料という種々の相称は説明上のものに過ぎず、
本発明の範囲を限定するものではないことが当業者に明
らかであろう。

第１図には、本発明によるタンデム構成の光電池装置が
参照番号１０で一般的に示されている。

この装［１０は、参照番号１１及び１２で一般的に示さ
れたタンデム構成の複数の光電池を備えている。ここに
示す好ましい実施例では、２つの光電池がタンデム構成
で示されているが、このような構成は説明上のものに過
ぎず、本発明をこれに限定するものではない。装置１０
は基体１３髪備えており、この基体は、装置１０の構造
上の基礎をなすと共に、装置１０を別の光電池装置又は
電気負荷に電気的に接続するのに使用される電極（図示
せず）の１つに対する電気接点をなすように選択される
。基体１３は、ステンレススチールの導電層であるが、
その他の基体も同様に適当である。光電池１２がＣｄ　
Ｔ　ｅ　／　Ｃｄ　Ｓ又はＨｇＴｅ　／　Ｃｄ　Ｓ光電
池である時には、基体１３がクロム被膜とその上に金の
層（図示せず）を含んでもよい。クロム層は拡散バリヤ
として働きそして金は装置１０のオーミック接触面を呈
する。基体１３は、不透明な材料で作られるので、複数
の光電池によって最初に吸収されずに装置１０を貫通す
る光に対して反射面の役目も果たす。

基体層１３の隣に光電池１２が形成される。

この光電池１２は、第１の半導体層１４と、核層１４の
上に形成された第２の半導体層１５とを備え、層１５は
１層１４に使用されるものとは異なった化合物で形成さ
れる。隣接する層１４と１５との間にはへトロ接合部１
６が一般的に形成される。ヘドロの接合装置は、製造コ
ストが非常に安いので光電池１２にとって望ましいもの
である。

光電池１２は、約０．１μｍないし約１．０μｍの薄い
半導体層であって付着が容易であることを特徴とするも
のである。光電池１２は、当業者に良く知られた技術に
よって基体層Ｂの上に形成される。好ましい実施例では
、ｐ型のＣｄＴｅ又はＨｇｃｄＴｅ層が使用される。層
１４の面は、届１３の面に接触する状態で配置される。

ＣｄＴｅ又はＨｇ　Ｃｄ　Ｔ　ｅ層を付着して空気中で
熱処理するか或いはＣｄＴｅ又はＨｇ　Ｃｄ　Ｔ　ｅ層
に適当な不純物をイオンインプランテーション又はドー
ピン表することにより、Ｐ型持性を得ることができる。

このような方法は公知である。次いで、同様の技術を用
いてＣｄＳの層１５が層１４の上に付着される。

光電池１２が導電層１３上に形成された後。

層１５の露出した面上に光学的に透明な導電層１８が形
成される。この層１８は、光電池１１と１２との間にオ
ーミック接続部を形成する。装置１０の効率を最大にす
るためには、インジウム−スズ−酸化物（ＩＴＯ）がそ
の光学的な透明度から層１８として最も適当であると分
かった。この１７０層の別の利点は、光電池１２に匹敵
する温度において当業者に良く知られた一般の技術で付
着を行なえることである。従って、本発明の考え方によ
れば、光電池１１と１２が光学的及び電気的に直列であ
ることが明らかである。このＩＴＯＷに代わってトンネ
ルダイオードや金属ストリップ又は高部のような他の接
続手段を使用することもできるが、１７０層は、光電池
１１から光電池１２への光の伝達度が最大で、然も、再
結合又は抵抗による電流及びエネルギの損失が最小であ
る。

当業者に明らかなように、３つ以上の光電池を使用する
場合には、各対の光電池間に対応する接続層を設けて全
ての光電池が光学的及び電気的に直列となるようにする
のが好ましい。

光電池１２上に層１８が形成された後に、この層１８に
隣接して光電池１１が形成される。光電池１１は、アモ
ルファス半導体光電池である。

アモルファス光電池は、中程度の高さの効率であると同
時に、その結晶及び多結晶の対応部に対する製造コスト
が低い、第１図には一般のＮ−Ｉ−Ｐアモルファス光電
池の構造が示されているが、シミツトキーもしくはＭＩ
Ｓ或いは微細結晶ｐ型及びｎ型層を有するアモルファス
のような他のセル構造も使用できることが明らかである
。図示されたアモルファス光電池１１は、最小のコスト
で高い効率を発揮するために選択されたものである。

光電池１１は、アモルファスシリコンより成るのが好ま
しく、既知の製造技術を用いて層１８上に形成される。

これは、真空室内で行なわれ、シリコンを含む化合物１
例えば、シラン（ＳｉＨ，）が約２５０℃の温度におい
て層１８に付着される。

１つの好ましい製造技術がオプシンスキ（Ｏｖｓｈｉｎ
ｓｋｙ）氏等の米国特許第４，２２６，９８９号に開示
されており、この場合には、アモルファスのシリコン−
フッ素−水素の合金が、シラン、四フッ化シリコン及び
水素のようなプレカーソル材料から付着される。前記し
たように、光電池１２がＣｄ　Ｔ　ｅ　／　Ｃｄ　Ｓ又
はＨｇ　Ｃｄ　Ｔ　ｅ　／　Ｃｄ　Ｓである時には予め
形成されたヘテロ接合光電池１２に対して約２５０℃の
付着温度が完全に適している。

アモルファスシリコン半導体層に存在する格子欠陥を補
償するためには、シリコン−水素合金又はシリコン−フ
ッ素−水素合金が有用である。もちろん、シリコン以外
のアモルファス半導体材料を使用することができる。

光電池１１は、３つの別々の隣接する層、即ち、ｐ型層
１９、真性層２ｏ及びｎ型層２１を備えている。ｐ型層
１９は、真空蒸着工程中にシランガスにジボランを添加
するがごときによってシラン化合物をドーピングするこ
とにより形成される。真性層２０は、その特性を制御す
るためにおそらく水素と混合されたシランを直接付着す
ることによって形成される。ｎ型層２１は、層２０が形
成された後の付着中にシランガスに燐を添加することに
よって形成される。従って、導電層１８の上に、光電池
１２と光学的に直列に、完全なＮ−Ｉ−Ｐ太陽電池１１
が形成される０層２１及び１９は、光の吸収を最小にす
るために非常に薄くされる。光電池１１での光の吸収は
、その大部分が真性層２０のみにおいて生じる。或いは
又、第３の真性層を使用せずに、適当にＰ型及びｎ型に
ドープされた２枚の層で、単一接合のアモルファス半導
体光電池を形成することもできる。

光電池１１が形成された後に、層２１の露出面上に光学
的に透明な導電性材料の別の層２２が形成される。この
層２２は、光電池１１に対する電気的な接触領域をなす
が、第１図に参照番号２５で一般的に示された光エネル
ギが核層２２の露出面を通して装置１０に入るので、光
学的に透明でなければならない。電流を効率的に収集す
ると共に、装置１０を他の装置又は電気負荷に電気的に
接続するために電気接点（図示せず）を形成するように
、層２２の上に電極グリッド２６が形成される。

ここに開示する装置１ｏの効果は、当業者に容易に明ら
かであろう０作動中に、光エネルギは。

光学的に透明な導電層２２を経て装置１０に入り、その
後、光電池１１の層２０に入る。光電池１１は、アモル
ファス半導体構造であるから、約１゜８ｅＶという中程
度に高いバンドギャップを有している。従って９層２０
は、高エネルギの光子のみを吸収する。光電池１１のバ
ンドギャップより低いエネルギの光子を有するスペクト
ルの部分は、光電池１１を貫通し、光学的透明な接続層
１８を貫通し、その後、光電池１２に入る。光電池１２
は、光電池１１を通して送られた低い光エネルギを吸収
する。光電池１２がＣｄＴｅ／ＣｄＳ又はＨｇＣｄＴｅ
／ＣｄＳ光電池である時には、層１４において主として
吸収が生じる。

層２０及び１４における光エネルギの吸収により、電子
／ホール対が形成される。光電池１２は、前記したよう
に、能動的なヘドロ接合１６を有して示されており、光
電池１１は、層２１と２０の間及び層２０と１９の間に
各々形成された２つの能動的なホモ接合２８及び２９を
有して示されている。本発明の光電池装置の基本的な原
理によれば、上記の能動的な接合は、光電作用で形成さ
れたホール／電子対を分離させて、電圧とそれに関連し
た電流を発生することができる。このようにして光電池
１１及び１２に発生された電流及び電圧は、層１８によ
って電気的に直列に接続され、装置１ｏは、太陽エネル
ギ即ち光エネルギを電気エネルギに変換するコンバータ
として働く。

前記したように、導電層２２及び１３は、装置１０を別
の装置又は電気負荷に接続できるようにする接触領域と
なる。

タンデム構成の装置１０は、それを構成しているいずれ
の光電池よりも効率の高い装置となる。

これにより、装置当りの全入射光エネルギの相当の部分
が変換されることになる。アモルファス光電池と、別々
ではあるが互いに適合する処理技術を用いて別々に形成
された導電型の異なる２枚の半導体層を有する光電池と
の新規な組み合わせにより、実質的に低い製造コストで
高い効率（１２ないし１４％以上）を発揮させることが
できる。

というのは、大量処理技術及び低コストの材料を使用で
きると共に、別々の技術的な観点から得られるこれら２
種類の光電池を製造するプロセスが互いに適合するから
である。又、３つ以上の光電池を使用して、より高い効
率を発揮させることができる。光エネルギの経路に関す
るバンドギャップエネルギを減少するためにこれらの光
電池が積層される。

第２図は、本発明による別の実施例を示している。この
光電池装置は、参照番号１１０で一般的に示されており
、参照番号１１１及び１１２で一般に示されたタンデム
構成の複数の光感知光電池を備えている。この場合も、
２つの光電池のタンデム構成について説明するが、これ
は説明上のものであって、本発明をこれに限定するもの
ではない。本明細書の説明から明らかなように、本発明
では、それ以上の光電池を使用することができる。装置
１１０は、基体１１３を備えており、この基体は、ガラ
ス、ポリカーボネート又は他の透明なポリマ材料であっ
て、装置１１０のための充分な構造基盤をなすと共に、
光を透過するものである。この基体１１３の一方の面に
は光学的に透明な導電層１１４が被覆されており、この
層は、光電池１１１に対する電気的な接触部を構成し、
光エネルギを透過する。この層１１４には電極（図示せ
ず）が横方向に取付けられており、装置１１０を別の装
置又は電気負荷に接続することができる。Ｊｆｉｌ１４
に用いるのに適していて装置１１０の全構造に適合する
材料は、酸化スズ（Ｔｏ）であり、これは、当業者によ
く知られた方法で基体１１３上に配置される６本発明の
装置全体に使用できる他の光学的に透明な導電性材料は
、インジウム酸化スズ、酸化亜鉛及び硫酸亜鉛を含む。

層１１４の隣に光電池１１１が形成される。

第２図に示すように、この光電池１１１は、−般のＮ−
Ｉ−Ｐアモルファス光電池であり、通常の製造技術を用
いて層１１４の上に付着される。アモルファス光電池が
シリコンである場合には、その形成が真空室において行
なわれ、シラン（ＳｉＨ４）及び／又は他のシリコン含
有化合物が約２５０℃の温度において層１１４上に付着
される。

アモルファスシリコンの格子欠陥を補償するためにはシ
リコン−水素及び／又はシリコン−フッ素−水素の合金
が有効である。

シラン化合物をドーピングするがごときによってｎ型の
アモルファスシリコン層１１５が形成される。これは、
真空蒸着工程中にシランガスにジボランを添加すること
によって行なわれる。中央の真性のアモルファスシリコ
ン層１１６は、蒸着中にシランガスを強過ぎないように
ドーピングすることによって付着される。蒸着中にシラ
ンガスにホスフィンを添加するがごときによって層１１
６の上にｐ型アモルファスシリコン層１１８が形成され
る。従って、光学的に透明な導電層１１４が接触した状
態で完全なＮ−Ｉ−Ｐ太陽電池が形成される。アモルフ
ァス光電池は、その製造コストが低く且つバンドギャッ
プエネルギが中程度であることから望ましいものである
。

導電層１１４の上に光電池１１１が形成された後、層１
１８の露出面上に光学的に透明な導電層１１９が形成さ
れる。この層１１９は、光電池１１１と１１２との間に
オーミック接触部を形成する。装置１１０の効率を最大
に上げるためには、インジウム−スズ−酸化物（ＩＴ○
）の層が光学的に透明なものとして最も適当であると分
かった。

従って、本発明により、光電池１１１と１１２が光学的
及び電気的に直列となることが明らかである。このＩＴ
ｏ層に代わって、トンネルダイオードや金属ストリップ
又は高部のような他の接続手段を使用することもできる
が、ＩＴＯ層は、再結合や抵抗による電流損失が最小で
、光電池１１１から光電池１１２の光の伝達度が最大で
ある。３つ以上の光電池を使用する場合には、各対の光
電池間に対応する接続層が設けられ、全ての光電池が光
学的及び電気的に直列となることが当業者に明らかとな
ろう。ＩＴＯ層の別の利点は、アモルファス光電池に匹
敵する温度で公知の一般的な技術によって付着を行なえ
ることである。

層１１９が形成された後、光電池１１２を構造体に追加
することができる。本発明によれば、光電池１１２は、
異なった化合物の２つの半導体層１２０及び１２１で構
成される。層１２０は。

標準的な蒸着装置において層１１９の上に半導体材料を
蒸着することによって形成される。この蒸着温度は、ア
モルファス光電池１１１が不所望な拡散作用を受けない
ように維持される。或いは又、半導体材料を層１１９の
上にスプレー付着してもよいし、電気蒸着してもよい。

次いで、電気蒸着、スプレー付着或いは蒸着によって層
１２０の上に層１２１が形成される。

かくて、第１図の光電池１２について前記したものと同
じ効率的なプロセスによって光電池１１２が形成される
。

光電池１２が形成された後に１層１２１の上に第２の導
電層１２３が形成される。この層１２３は、層１２１に
隣接する金のオーミック接触面を含み、層１２３の本体
は、ニッケル又は他の同様の導電性材料で形成される０
層１２３は、電極（図示せず）を取付けるための接触面
をなし、これにより、装置１１０が別の装置又は電気的
負荷に接続される。

装置１１０の動作は、第１図の装置１０の場合と実質的
に同様であるが、参照番号１２４で一般的に示された光
エネルギは、ガラスの基体１１３を経て装置１１０に入
り、その後、光学的に透明な導電性の層１１４へ送られ
１次いで、光電池１１１及び１１２へ送られる。この場
合にも、タンデムな構成により、高い効率係数が得られ
る。

以上、本発明の概念により、別々ではあるが互いに適合
するプロセスによって装置全体として実質的に低いコス
トで製造できる太陽電池を独特に組み合わせた新規な光
電池装置が開示された。

本発明は、その詳細について、種々の変更や修正が考え
られるが、添付図面に示して上記で説明した全ての事柄
は、解説のためのものに過ぎず、本発明をこれに限定す
るものではない。従って、本発明の考え方で構成された
装置及びその等動物は、本発明の目的を達成すると共に
、光電池装置の分野に著しい改、善をもたらすことが明
らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による光電池装置を表わす断面図、そ
して第２図は、本発明による光電池装置の別の実施例を示す
断面図である。１０・・・光電池装置１１．１２・・・光電池１３・・・基体１４・・・第１半導体層１５・・・第２半導体層１６・・・ペテロ接合１８．２２・・・光学的に透明な導電層１９・・・ｐ型
層　　　２０・・・真性層２１・・・ｎ型層　　　２５
・・・光エネルギ２６・・・電極グリッド２８．２９・・・能動的なホモ接合マＨトＨ一

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光学的に透明な導電性の層と、第２の導電性の層
とを有する光電池装置において、該装置は、或るアモル
ファス半導体材料の第１光電池と、少なくとも１つの第
２光電池とを含む複数の光電池を具備し、上記のアモル
ファス半導体材料は、上記の光学的に透明な導電性の層
に接触する面を有する能動的な層として配置され、上記
第２の充電池は、導電型の異なる第１及び第２の半導体
層を有し、第１の半導体層は、テルル化水銀カドミウム
より成るもので、上記第２の導電層に電気的に接触する
面を有し、そして更に、上記光電池が光学的及び電気的
に直列なタンデム構成となるようにこれら光電池を接続
する手段を具備したことを特徴とする光電池装置。
（２）光学的に透明な導電性の層と、第２の導電性の層
とを有する光電池装置において、この装置は、一方の面
が上記光学的に透明な導電性の層に接触するような能動
的な層として配置された少なくとも１つのアモルファス
シリコン光電池と、この少なくとも１つのアモルファス
シリコン光電池とタンデム構成にされたテルル化水銀カ
ドミウムの第１半導体層及び硫化カドミウムの第２半導
体層を含む光電池とを具備し、上記第１半導体層は、上
記第２の導電性の層に接触するようにされ、更に、上記
の光電池を光学的及び電気的に直列に接続する手段を具
備したことを特徴とする光電池装置。
（３）上記の光電池を接続する手段は、上記アモルファ
ス層と上記第２半導体層との間にあってこれらに接触す
る光学的に透明な導電性の層である特許請求の範囲第１
項又は第２項に記載の装置。
（４）上記光学的に透明な導電性の接続層は、インジウ
ム−スズ−酸化物である特許請求の範囲第３項に記載の
装置。
（５）上記光電池を接続する手段は、トンネルダイオー
ドである特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の装置
。
（６）上記アモルファス半導体層は、少なくとも１つの
ホモ接合を含む特許請求の範囲第１項に記載の装置。
（７）上記アモルファス層は、ｎ型アモルファス半導体
サブ層と、真性アモルファス半導体サブ層と、ｐ型アモ
ルファス半導体サブ層とを含む３枚の隣接するサブ層よ
り成る特許請求の範囲第６項に記載の装置。
（８）上記アモルファス半導体層は、シリコンより成る
特許請求の範囲第６項に記載の装置。
（９）上記アモルファスシリコン層は、ｎ型導電型のサ
ブ層と、真性のサブ層と、ｐ型導電型のサブ層とを含む
少なくとも３枚の隣接するサブ層より成る特許請求の範
囲第２項又は第８項に記載の装置。
（１０）上記ｎ型導電型のサブ層は、燐でドープされる
特許請求の範囲第９項に記載の装置。
（１１）上記ｐ型導電型のサブ層は、ホウ素でドープさ
れる特許請求の範囲第９項に記載の装置。
（１２）上記ｎ型サブ層及びｐ型サブ層の少なくとも１
つは、微細結晶半導体材料を含む特許請求の範囲第９項
に記載の装置。
（１３）上記第１の光電池は、シリコン以外のアモルフ
ァス半導体材料を含む特許請求の範囲第１項に記載の装
置。
（１４）上記光学的に透明な導電性の層は、透明な導電
性酸化物である特許請求の範囲第１項又は第２項に記載
の装置。
（１５）上記光学的に透明な導電性の層は、インジウム
スズ酸化物である特許請求の範囲第１項又は第２項に記
載の装置。
（１６）上記第２の導電性の層は、クロム、ニッケル、
金、銅及びその混合物である特許請求の範囲第１項又は
第２項に記載の装置。
（１７）更に、基体材料を具備する特許請求の範囲第２
項に記載の装置。
（１８）上記基体材料は、ステンレススチールである特
許請求の範囲第１７項に記載の装置。
（１９）上記基体材料は、ガラスである特許請求の範囲
第１７項に記載の装置。
（２０）上記第２の半導体層は、硫化カドミウム、セレ
ン化カドミウム、酸化亜鉛、セレン化亜鉛及びセレン化
カドミウム亜鉛より成る群から選択された少なくとも１
つの半導体材料を含む特許請求の範囲第１項に記載の装
置。
（２１）導電性の基体を具備し、該基体の上には硫化カ
ドミウム／テルル化水銀カドミウムの光電池が配置され
、テルル化水銀カドミウムが上記基体に接触しており、
更に、アモルファスシリコンのｐ−ｉ−ｎ光電池を具備
し、上記硫化カドミウム／テルル化水銀カドミウムの光
電池の近くにｐ型サブ層があり、上記硫化カドミウム／
テルル化水銀カドミウムの光電池とアモルファスシリコ
ン光電池との間に配置されたインジウムスズ酸化物の層
を更に具備し、そして光学的に透明な導電性材料の層が
最上面に配置されたことを特徴とするタンデム構成の光
電池装置。
（２２）上記アモルファスシリコン光電池は、更に、シ
リコン以外のアモルファス半導体材料を含む特許請求の
範囲第２１項に記載の装置。
（２３）上記アモルファスシリコン光電池のｐ型サブ層
及びｎ型サブ層の少なくとも一方は、微細な半導体材料
を含む特許請求の範囲第２１項に記載の装置。
（２４）上記光学的に透明な導電性材料の層は、インジ
ウムスズ酸化物である特許請求の範囲第２１項に記載の
装置。
（２５）上記光学的に透明な導電性材料の層の上に電流
収集グリッドが配置される特許請求の範囲第２１項に記
載の装置。
（２６）上記光学的に透明な導電性材料の層の上にガラ
スの層が配置される特許請求の範囲第２１項に記載の装
置。
（２７）少なくとも２つのアモルファス半導体光電池を
具備する特許請求の範囲第１項、第２項又は第２１項に
記載の装置。
（２８）アモルファス半導体材料より成る少なくとも１
つの第１光電池と、導電型の異なる材料で構成された第
１及び第２の半導体層より成る少なくとも１つの第２光
電池とを有し、上記第１半導体層がテルル化カドミウム
及びテルル化水銀カドミウムから選択されそして上記第
２半導体層が硫化カドミウムで構成されるような多光電
池構成の充電池装置を製造する方法において、ａ）第１導電型の上記第１の半導体層を導電性材料の上
に電気付着し、ｂ）上記第１の半導体層の導電型とは異なる導電型の硫
化カドミウムの第２の半導体層を上記第１の半導体層の
上に電気付着して、上記第２の光電池を形成し、ｃ）上記硫化カドミウムの第２の半導体層の上に光学的
に透明な導電性材料の層を付着し、そしてｄ）この光学的に透明な導電性材料の上に、アモルファ
ス半導体材料の層を付着して、上記第１の光電池を形成
するという段階を具備したことを特徴とする方法。
（２９）アモルファス半導体材料より成る少なくとも１
つの第１光電池と、導電型の異なる材料で構成された第
１、及び第２の半導体層より成る少なくとも１つの光電
池とを有し、上記第１半導体層がテルル化カドミウム及
びテルル化水銀カドミウムから選択されそして上記第２
半導体層が硫化カドミウムで構成されるような多光電池
構成の充電池装置を製造する方法において、ａ）光学的に透明な導電性基体の上にアモルファス材料
の層を付着して、少なくとも上記第１の光電池を形成し
、ｂ）上記アモルファス半導体材料の上に透明な導電性材
料の層を付着し、ｃ）第１導電型の硫化カドミウムより成る第２の半導体
層を上記露出した透明な導電性の層の上に電気付着し、ｄ）この硫化カドミウム層の導電型とは異なる導電型の
上記第１の半導体層を上記硫化カドミウム層の上に電気
付着し、そしてｅ）この第１の半導体層の上に導電性材料の層を付着す
ることを特徴とする方法。
（３０）上記光学的に透明な導電性材料は、インジウム
スズ酸化物である特許請求の範囲第２８項又は第２９項
に記載の方法。
（３１）アモルファス半導体材料より成る少なくとも１
つの光電池は、ｐ型サブ層、真性サブ層及びｎ型サブ層
を有するアモルファスシリコン光電池である特許請求の
範囲第２８項又は第２９項に記載の方法。
（３２）アモルファス半導体材料より成る少なくとも１
つの光電池は、シリコン以外のアモルファス半導体材料
を含む特許請求の範囲第３１項に記載の方法。
（３３）ｐ型サブ層及びｎ型サブ層の少なくとも一方は
、微細結晶半導体材料を含む特許請求の範囲第３１項に
記載の方法。
（３４）アモルファス半導体材料の少なくとも１つの追
加光電池を上記第１の光電池の上に付着する特許請求の
範囲第２８項又は第２９項に記載の方法。
（３５）アモルファス半導体材料の上記層は、グロー放
電プロセスによって付着される特許請求の範囲第２８項
又は第２９項に記載の方法。
（３６）上記光学的に透明な導電性の基体は、ガラスの
層と、その上に設けられた透明な導電性酸化物の層とを
含む特許請求の範囲第２９項に記載の方法。
（３７）上記光学的に透明な導電性の基体は、ポリカー
ボネート材料の層と、その上に設けられた透明な導電性
酸化物の層とを含む特許請求の範囲第２９項に記載の方
法。
（３８）上記透明な導電性酸化物は、インジウムスズ酸
化物である特許請求の範囲第３６項又は第３７項に記載
の方法。
（３９）上記導電性材料は、ステンレススチールである
特許請求の範囲第２８項又は第２９項に記載の方法。
（４０）上記第１半導体層と、上記ステンレススチール
の層との間にクロム被覆された金の層が配置される特許
請求の範囲第３９項に記載の方法。