(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非晶質半導体層上に透明導電層及び集電極を備える太陽電池であって、
前記透明導電層の前記集電極と接する表面部分に、他の表面部分よりも抵抗の小さい低抵抗領域を有することを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記他の表面部分が、透明導電層の内部領域よりも高い抵抗を有することを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
【請求項３】
非晶質半導体層上に透明導電層を形成する工程と、
前記透明導電層の集電極が形成される領域に対応する表面部分を低抵抗化して低抵抗領域を形成する工程と、
前記低抵抗領域上に集電極を形成する工程と、
を備えることを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記集電極の形成は、電界メッキ法により行われることを特徴とする請求項３記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５】
非晶質半導体層上に透明導電層を形成する工程と、
前記透明導電層の集電極が形成される表面部分以外の他の表面部分を高抵抗化して、前記表面部分を他の表面部分よりも抵抗の小さい低抵抗領域とする工程と、
前記低抵抗領域上に集電極を形成する工程と、
を備えることを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記集電極の形成は、電界メッキ法により行われることを特徴とする請求項５記載の太陽電池の製造方法。
【請求項７】
非晶質半導体層上に、低抵抗の第一の透明導電層を形成する工程と、
該第一の透明導電層上に、高抵抗の第二の透明導電層を形成する工程と、
該第二の透明導電層の集電極が形成される領域に対応する表面部分を低抵抗化して低抵抗領域を形成する工程と、
前記低抵抗領域上に集電極を形成する工程と、
を備えることを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項８】
前記集電極の形成は、電界メッキ法により行われることを特徴とする請求項７記載の太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は特性の良好な太陽電池及びその製造方法に係わり、特に表面側集電極の構造及び製造方法に関する技術である。
【０００２】
【従来の技術】
太陽光を直接電気エネルギーに変換することのできる太陽電池は、石油代替エネルギー源として期待されている。太陽電池用の種類としては単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコ太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池などがあげられるが、単結晶シリコンの場合製造方法として１０００℃以上の高温プロセスを使用するため生産コストが高い。また単結晶シリコンや多結晶シリコンは間接遷移型であるため光吸収係数が小さく、入射太陽光を吸収するためには少なくとも数１００μｍ以上の膜厚が必要となり、このため材料コストが高くなる。これに対し、アモルファスシリコンに代表されるアモルファス半導体材料は２００℃程度の低温プロセスにより製造可能であり、また直接遷移型であることから必要膜厚も数１０００Åと薄膜で良く、このため低コストの太陽電池材料として期待されている。
【０００３】
斯かるアモルファス半導体材料を用いたアモルファス太陽電池の構造として、図４の素子構造断面図に示す如く、プラスチック、或いは表面が絶縁コートされたステンレス板等の絶縁性表面を有する基板１上に、Ａｇ、Ａｌ等の金属からなる裏面電極２、内部にｐｉｎ接合を有するアモルファス半導体層３、ＩＴＯからなる透明導電層４、及びＡｇからなる櫛型状の集電極５を有する構造が知られている。
【０００４】
斯かる構造のアモルファス太陽電池においては高効率化のため、Ａｇや銅などの比抵抗の小さい材料を用いることにより無効部分となる集電極５の面積を小さくすることが行われている。例えば、銀の比抵抗は１．６２×１０−６Ωｃｍであり、銅の比抵抗は１．７２×１０−６Ωｃｍであるが、これに対しアルミニウムでは２．７５×１０−６Ωｃｍ、亜鉛では５．９×１０−６Ωｃｍである。
【０００５】
これらの集電極を形成する方法として、従来結晶系の太陽電池の場合には蒸着法、メッキ法、印刷法などの方法が用いられる。このうち蒸着法では良質の金属が堆積でき、かつ半導体とのオーミックコンタクトも良好なものができるが、堆積速度が遅いことと真空プロセスを用いるためにスループットが低いこと、特定のパターンを形成するためにはマスキングが必要である等の問題が有る。
【０００６】
また、メッキ法の場合にはＮｉの無電界メッキが一般的に行われているが、剥離し易いこととマスクが必要であるという問題が有る。
【０００７】
印刷法は、最も自動化し易く且つ量産性が高いという特徴を有しており、Ａｇペーストをスクリーン印刷して高温でシンターしてコンタクトする方法が行われている。また、抵抗を下げるために更に印刷した電極の上にメッキやはんだのコートを行うことも検討されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
アモルファス太陽電池の場合には上述したいずれの方法も検討されているが、実用的には印刷法が量産性に優れ実用化されている。然し乍ら、アモルファス太陽電池の場合、高温にするとｐ、ｎ層中の導電型不純物の拡散等の問題が生じるため結晶系太陽電池のようにシンターすることができず、抵抗の高い電極となってしまう。即ち、銀の導電性ペーストは高分子の樹脂をバインダーとして含むため、比抵抗は約４×１０−５Ωｃｍであり、純粋な銀よりも１桁抵抗が高い。従って集電極の面積を変えずに抵抗を下げるためには電極の厚みを厚くすることが望ましい。然し乍ら、厚みを厚くしようとすると導電性ペーストの粘度を大きくする必要があり、スクリーンが目詰まりを起こしたりするため限界がある。この為スクリーン印刷によって実用的に作成される電極の厚みとしては１０μｍから２０μｍである。従ってスクリーン印刷により作成される集電極は抵抗を下げるために幅広にならざるを得ず、このため有効面積の損失が大きくなっていた。
【０００９】
また、メッキ法も結晶系と同様に用いることが可能であり、例えばメッキ法による太陽電池の透明導電層上への電極形成方法が開示されている（特開昭６０−６６４２６号公報）。
【００１０】
然し乍ら、この方法においては集電極以外の部分にメッキされない様にするためにレジストのパターニング膜を設け、集電極を作成した後にレジスト膜を除去する必要があり、製造工程が繁雑となるという問題がある。
【００１１】
本発明は、アモルファス半導体を用いた太陽電池における上述した問題を解決して、量産性及び光電変換特性の良好な太陽電池を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
斯かる課題を解決するために、本発明太陽電池は、非晶質半導体層上に透明導電層及び集電極を備える太陽電池であって、前記透明導電層の前記集電極と接する表面部分に、他の表面部分よりも抵抗の小さい低抵抗領域を有することを特徴とし、前記他の表面部分が、透明導電層の内部領域よりも高い抵抗を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明製造方法は、非晶質半導体層上に透明導電層を形成する工程と、前記透明導電層の集電極が形成される領域に対応する表面部分を低抵抗化して低抵抗領域を形成する工程と、前記低抵抗領域上に集電極を形成する工程と、を備えることを特徴とし、前記集電極の形成は、電界メッキ法により行われることを特徴とする。
【００１４】
或いは、非晶質半導体層上に透明導電層を形成する工程と、前記透明導電層の集電極が形成される表面部分以外の他の表面部分を高抵抗化して、前記表面部分を他の表面部分よりも抵抗の小さい低抵抗領域とする工程と、前記低抵抗領域上に集電極を形成する工程と、を備えることを特徴とし、前記集電極の形成は、電界メッキ法により行われることを特徴とする。
【００１５】
さらには、非晶質半導体層上に、低抵抗の第一の透明導電層を形成する工程と、該第一の透明導電層上に、高抵抗の第二の透明導電層を形成する工程と、該第二の透明導電層の集電極が形成される領域に対応する表面部分を低抵抗化して低抵抗領域を形成する工程と、前記低抵抗領域上に集電極を形成する工程と、を備えることを特徴とし、前記集電極の形成は、電界メッキ法により行われることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施形態に係る太陽電池の構造を示す素子構造断面図であり、同図において図４と同様の機能を呈する部分には同一の符号を付している。
【００１７】
本実施形態の太陽電池が図４に示した従来の太陽電池と異なる点は、透明導電層４の少なくとも集電極５と接する表面部分に、他の表面部分よりも抵抗の小さい低抵抗領域６を備えた点にある。
【００１８】
斯かる構成によれば、透明導電層４の集電極５と接する表面部分と、他の表面部分との間に抵抗差が存在することとなるので、電界メッキにより上記表面部分上に選択的にメッキ金属を析出させ、電界メッキによる集電極５を形成することができる。従って、従来のようにレジストのパターン形成及び除去の工程が必要なくなり、量産性に優れている。さらに、電界メッキを用いることにより低抵抗の集電極が得られるので、集電極の抵抗成分の減少により光電変換特性が向上する。尚、低抵抗領域６は、上述のように透明導電層４の表面部分だけでなく、アモルファス半導体層３に至るまでの領域に設けても良いが、少なくとも表面部分に低抵抗領域６を備えておれば、電界メッキによる集電極５の形成が可能となる。
【００１９】
上述のように透明導電層４の集電極５と接する表面部分に低抵抗領域６を形成するにあたっては、この表面部分における透明導電層の組成を制御すれば良い。即ち、太陽電池用の透明導電層として用いられるＩＴＯ，ＺｎＯ，ＳｎＯ２等の透光性を有する導電性酸化物は、酸素の含有量を調節することで、その電気的特性及び光学的特性を制御することができる。具体的には、酸素の含有量を増加させることで抵抗率、光の透過率ともに増大させることができ、また、酸素の含有量を減少させることで、抵抗、光の透過率ともに減少させることができる。
【００２０】
従って、透明導電層４形成後に、集電極５と接する表面部分のみを還元して酸素量を減少させることにより、この表面部分を他の表面部分よりも抵抗の小さい低抵抗領域とすることができる。このためには、水素雰囲気中で所定の表面部分にのみレーザビームを照射し、選択的に還元すれば良い。または、マスクを用いて上記表面部分のみを露出させ、この状態で水素プラズマに曝すことにより、この表面部分のみを選択的に還元するようにしても良い。尚、以上の様にして還元された透明導電層の表面部分は前述のように光の透過率が減少することとなるが、この部分は集電極５直下に存在し、もともと入射光に対して無効領域であるために、特に問題は生じない。
【００２１】
或いは、透明導電層４形成後に、集電極と接する表面部分を除く他の表面部分を酸化して酸素量を増大させ、内部領域よりも抵抗を増大させることにより、集電極と接する表面部分を他の表面部分よりも抵抗の小さい低抵抗領域とすることができる。このためには上述した他の表面部分のみが露出するようにマスクを設け、酸素プラズマに曝して選択的に酸化する方法、或いは同様にマスクを用いて酸素又はオゾン雰囲気中で紫外線を照射し、選択的に酸化する方法を用いることができる。特に、オゾン雰囲気中で紫外線を照射する方法においては、オゾンが紫外線の照射により強力な酸化作用を有する原子状酸素になるため、透明導電層の酸化効果が高まる。以上の様にして酸化された透明導電層の他の表面部分は前述のように光の透過率が増大することとなるので、アモルファス半導体層に入射する光の光量も増大させることができ、光電変換特性をより向上させることが可能となる。尚、この場合にはアモルファス半導体層３にて生成された光生成キャリアは、透明導電層４の内部領域及び低抵抗領域６を経由して集電極５に収集させることとなるので、抵抗を増大させる部分は上述のように表面部分に限定する必要があり、透明導電層４の内部領域の抵抗は低く保つ必要がある。
【００２２】
さらに、透明導電層の所定の表面部分を選択的に低抵抗化して低抵抗領域とする前者の方法においては、他の表面部分も元々低い抵抗率を有しているために、電界メッキ時にメッキ金属が他の表面部分上にも析出する可能性がある。
【００２３】
これに対し、透明導電層４の他の表面部分を選択的に高抵抗化する後者の方法によれば、他の表面部分の抵抗率を極めて大きくできるため、他の表面部分上へのメッキ金属の析出も抑制することができる。
【００２４】
加えて、図２に示すように透明導電層４を、アモルファス半導体層３側の低抵抗の第一の透明導電層４Ａと、集電極側の高抵抗の第二の透明導電層４Ｂとから構成し、第二の透明導電層４Ｂの集電極５が形成される部分を第一の透明導電層４Ａに達する深さまで選択的に還元して低抵抗領域６とするようにしても良い。この場合には、上記第二導電層４Ｂの光の透過率が増大するので、アモルファス半導体層に入射する光の光量を増大させることができ、太陽電池の光電変換効率を一層向上させることができる。尚、本実施形態の場合には、低抵抗領域６を第二の透明導電層４Ｂの表面部分にのみ設けると、第二の透明導電層４Ｂは高抵抗であるためにその内部領域が光生成キャリアの収集の際に抵抗成分を増大させることとなるので、低抵抗領域６は上述のように第一の透明導電層４Ａに到る領域にまで設ける必要がある。
（実施例）
本発明の実施例として、以下の工程により図１に示す構造の太陽電池を製造した。
【００２５】
まず、表面がＳｉＯ２で絶縁コートされたステンレス基板１の上に、スパッタ法を用いて厚さ約１μｍのＡｇからなる裏面電極２を形成し、裏面電極２上にプラズマＣＶＤ法を用いて厚さ約２００Åのｎ型ａ−Ｓｉ層、厚さ約３０００Åのｉ型ａ−Ｓｉ層及び厚さ約１００Åのｐ型ａ−ＳｉＣ層を順次積層し、アモルファス半導体層３を形成した。
【００２６】
次いで、アモルファス半導体層３上にＡｌを５％ドープしたＺｎＯターゲットを用いてスパッタ法により厚さ約７００ÅのＺｎＯからなる透明導電層４を形成した。スパッタは、温度１５０℃、ＲＦパワー２０ｍＷ／ｃｍ２、４×１０−３ＴｏｒｒのＡｒ雰囲気中で行い、５０〜８０Ω／□のシート抵抗を有する透明導電層４が得られた。
【００２７】
次いで、マスクを用いて透明導電層４の、集電極５が形成される部分に対応する表面部分を除く他の表面部分を選択的に酸素プラズマに曝して酸化した。酸化処理が施された部分のシート抵抗は１２０ｋΩ／□であった。
【００２８】
以上の様にして、透明導電層４の、集電極５が形成される表面部分に、他の表面部分よりも抵抗の小さい低抵抗領域を形成した。
【００２９】
この後、硫酸ニッケル、塩化ニッケル及びほう酸の混合溶液を使用してメッキ浴中で電界メッキを行い、１５分で厚さ１０μｍ程度のＮｉからなる集電極５を形成した。
【００３０】
以上のようにして製造した本発明太陽電池と、集電極をスクリーン印刷法により形成した従来の太陽電池の光電変換特性を測定した。この結果を表２に示す。
【００３１】
【表１】
0003619681.tif 000002
【００３２】
同表から明らかに、本発明太陽電池の方が集電極の抵抗値が減少したためにＦ．Ｆ．（曲線因子）が向上し、高い光電変換効率が得られた。
【００３３】
以上の如く、本発明によれば光電変換特性が良好で、量産性の良い太陽電池を提供できる。
【００３４】
尚、以上の実施の形態においてはアモルファス太陽電池について説明したが、本発明はこれに限らず非晶質半導体層上に形成された透明導電層及び櫛形状の集電極を有する太陽電池であれば如何なる構造の太陽電池に対しても適用することができる。この例としては、例えば、ｎ型（ｐ型）の結晶シリコン或いは多結晶シリコン基板とｐ型（ｎ型）の非晶質半導体層とからなる半導体接合を備え、ｐ型（ｎ型）の非晶質半導体層上に透明導電層を介して集電極を備えた構造の太陽電池がある。
【００３５】
図３は斯かる本発明の別の実施形態に係る太陽電池の素子構造断面図であり、ｎ型の結晶系シリコン基板１０の一主面上に厚さ１００Å程度のｉ型の非晶質シリコン層１１を介してｐ型の非晶質シリコン層１２が形成されており、このｐ型の非晶質シリコン層１２上に透明導電層１３及び集電極１４が積層されている。
【００３６】
また、結晶系シリコン基板１０の他の主面上には厚さ１００Å程度のｉ型の非晶質シリコン層１１を介してｎ型の非晶質シリコン層１５が形成されており、このｎ型の非晶質シリコン層１５上に透明導電層１３及び集電極１４が積層されている。
【００３７】
斯かる構成の太陽電池においても、透明電極層１３の集電極１４と接する表面部分に、他の表面部分よりも抵抗の小さい低抵抗領域１６を備えることで、同様の効果を奏する。
【００３８】
尚、本実施の形態にあっては結晶系シリコン基板１０の両主面上に非晶質半導体層１２，１５、透明導電層１３及び集電極１４を備えた構造となっているが、これに限らずどちらか一方の主面上にのみ非晶質半導体層、透明導電層及び集電極を備えた構造の太陽電池についても本発明を適用できるのは言うまでもない。
【００３９】
また、本発明に係る透明導電層は、ＺｎＯから構成することが好ましい。即ち、ＺｎＯは膜中の酸素量を微量に変化させるだけでそのシート抵抗を５０〜１２０ｋΩ／□以上にまで大幅に変化させることができる。従って、低抵抗領域と他の表面部分との間の抵抗の差を大きくできるので、電界メッキを用いて集電極を形成する際の選択性が向上し、より微細なパターンを有する集電極を形成することが可能となる。このため、太陽電池の有効面積が増大し、光電変換効率の向上した太陽電池が得られる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明した如く、本発明によれば、透明導電層の集電極と接する表面部分に、他の表面部分よりも抵抗の小さい低抵抗領域を備えるので、抵抗の小さい電界メッキによる集電極を使用することができる。この結果、量産性に優れ、光電変換特性の向上した太陽電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る太陽電池の素子構造断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る太陽電池の素子構造断面図である。
【図３】本発明の別の実施形態に係る太陽電池の素子構造断面図である。
【図４】従来の太陽電池の素子構造断面図である。
【符号の説明】
１…基板、２…裏面電極、３…アモルファス半導体層、４…透明導電層、
５…集電極、６…低抵抗領域
【図１】
0003619681.tif 000003
【図２】
0003619681.tif 000004
【図３】
0003619681.tif 000005
【図４】
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