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JPH03151672A - 非晶質シリコン太陽電池 - Google Patents

非晶質シリコン太陽電池

Info

Publication number
JPH03151672A
JPH03151672A JP1290670A JP29067089A JPH03151672A JP H03151672 A JPH03151672 A JP H03151672A JP 1290670 A JP1290670 A JP 1290670A JP 29067089 A JP29067089 A JP 29067089A JP H03151672 A JPH03151672 A JP H03151672A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
columnar
amorphous silicon
crystal
substrate
solar cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP1290670A
Other languages
English (en)
Inventor
Sota Moriuchi
森内 荘太
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP1290670A priority Critical patent/JPH03151672A/ja
Publication of JPH03151672A publication Critical patent/JPH03151672A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • Y02E10/548Amorphous silicon PV cells

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  • Photovoltaic Devices (AREA)

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、PIN接合で構成される非晶質シリコン太陽
電池に関する。
〈従来の技術〉 一般に、非晶質シリコン太陽電池は、P型層とN型層の
間にl型層を挟んだいわゆるPIN構造を有する。l型
層は、光を吸収してキャリア(電子、正孔)を発生し、
これらを内部電界によって分離して電流として取り出す
役割を果たす。従って、光吸収を増し、光発生電流を増
大させるには、l型層の膜厚が厚いほど良いが、l型層
が厚くなるほど内部電界が弱くなり、キャリアが走行を
必要とする距離が長くなってキャリアの再結合が増加す
るため、外部に取り出せる電流は逆に減少するという背
反がある。
また、非晶質シリコン太陽電池には、光照射の累積によ
って発電特性が低下する現象がみられる。
この現象は、光照射で生じたキャリアが再結合する際の
エネルギでl型層中に欠陥が発生しく5taebier
−Wronski効果)、この欠陥による内部電界の弱
化でキャリアの再結合が増加して、電流が取り出せなく
なることに起因する。従って、この光劣化を防ぐ観点に
立てば、l型層の膜厚は薄いほど良いことになる。
このように、l型層の膜厚の決定には、光の吸収を増す
一方、内部電界の弱化を防ぎ、キャリアが走行を必要と
する距離を短く保つという相反する要請を満たす必要が
あり、従来の非晶質シリコン太陽電池におけるl型層の
膜厚も、上記両要請をバランス良く満たす最適の値に設
定されている。
〈発明が解決しようとする課題〉 ところが、上記従来の非晶質シリコン太陽電池は、いず
れも基板上に基板表面に平行な層をなしてN型、1型、
P型の各層を順次堆積した構造であるため、光吸収を増
すへくl型層の膜厚を厚くすると、膜厚の増加が直ちに
内部電界の弱化とキャリアか走行を必要とする距離の増
加を乙たらし、最適な膜厚下でも十分に高い光電変換効
率と十分な耐光劣化性を得ることが難しいという欠点が
ある。
そこで、本発明の目的は、非晶質シリコン層からなるP
IN接合をl型層における光吸収を増し、しかも内部電
界の弱化とキャリアが走行を必要と−4る距離の増加を
防ぐ新規な構造に4°ることによって、光電変換効率お
よびフィルファクタが高く、かつ光による劣化の少ない
非晶質シリコン太陽電池を提供することにある。
〈課題を解決するための手段〉 上記目的を達成するため、本発明の非晶質シリコン太陽
電池は、基板の表面に1μm以下の間隔をおいて上記表
面に垂直に成長せしめられ、001μm乃至1μmの直
径をもつ柱状Si結晶と、上記基板および柱状Si結晶
の表面に堆積せしめられて、垂直断面において波形をな
ずPIN接合を形成する複数の非晶質シリコン層を有す
る。
〈作用〉 太陽電池のPIN接合を形成する複数の非晶質ノリコン
層は、基板およびこの表面に垂直に成長uしめられた多
数の柱状81結晶の表面を覆うように波形をなして堆積
されている。従って、基板に垂直即ち柱状Si結晶に平
行に入射した光は、柱状Si結晶の方向に厚いl型層で
多量に吸収され、多量のギヤリアが生じる。加えて、P
IN接合は桂状Si結品に直交する径方向に形成されて
おり、径方向のl型層は薄いので、キャリアが走行を必
要とする距離が短かくなり、かつ内部電界の弱化が少な
い。よって、光発生電流量が多く、しかもこれを有効に
取り出すことができる。さらに、上述の理由から内部電
界が大きいので、ギヤリアの再結合が減少してl型層中
の欠陥の増加が抑止され、光照射の累積による発電特性
の劣化が防止される。
〈実施例〉 以下、本発明を図示の実施例により詳細に説明する。
第1図は非晶質ノリコン太陽電池の一例を示す縦断面図
であり、lはガラス基板、2はこのガラス基板l上にC
VD法で形成され、裏面電極をな1t−N型のポリシリ
コン膜、3はAu膜を用いたCVD法により0.5μm
程度の間隔をおいてポリシリコン膜2の表面に垂直に略
1μmの高さで成長せしめられ、0.01μmから1μ
mの直径をもつ柱状Si結晶、4は光の反射を増すべく
上記ポリシリコン膜2および柱状Si結晶3の表面を覆
うように蒸着したAg膜、5,6,7はこのAg膜4の
表面にプラズマCVD法で順次堆積せしめられ、縦断面
が図示の如き波形をなしてPTN接合を形成する夫々N
型、■型、P型の非晶質シリコン層、8は上記P型非晶
質シリコン層7の表面を覆って蒸着され、表面電極をな
す透明導電膜である。
上記ポリシリコン膜2は、600℃に保持したガラス基
板l上にS !Ha H3,Ar P 143からなる
混合ガスを流すことにより形成され、膜を構成するポリ
シリコンの粒径は300〜800人程度であり、その面
方位は<111>面が優先的に形成される。
上記柱状Si結晶3は、次のプロセスで成長させる。即
ち、ポリシリコン膜2を形成した上記ガラス基板Iを3
00℃に保持して、ポリシリコン膜2上にまず膜厚が2
0〜100人になるようにAuを蒸着し、次いでこの基
板を600℃に保持しつつSiCρ4.H,ガスを流す
。すると、SiとAuの共融点が500℃以下であるの
で、ポリシリコン膜2上にSiとAuの液体合金が生じ
、この液体合金中で過飽和になるSiは、固相のポリシ
リコン膜2の表面に析出して、柱状Si結晶3をつくる
。一方、上記液体合金中のAuは柱状Si結晶中には固
溶せず、柱状Si結晶3の先端に析出する。
そこで、先端に析出したAuを王水でエツチングして除
去すれば、ポリシリコン膜2の表面に垂直な方向即ちポ
リノリコン膜2の面方位<I I 1>の方向に成長し
た多数の柱状Si結晶3を得ることができる。なお、柱
状S1結晶3の直径および間隔は、Au蒸着時の基板温
度と膜厚によって変化させることができ、非晶質シリコ
ン太陽電池の能力、製造プロセスや実用性の観点から、
直径は001μm−1μmに、間隔は1μm以下に夫々
限定される。すなわち、この限定を外れると本発明の構
造の効果がなくなるのである。
上記構成の非晶質ソリコン太陽電池の作用について次に
述べる。
本発明の太陽電池は、第1図で述べたように、N型、■
型、P型の非晶質シリコン層5,6.7からなるPIN
接合が縦断面において波形をなすことを構造上の特徴と
する。つまり、光を吸収してキャリアを発生するr型非
晶質シリコンa6は、柱状Si結晶3の軸方向には厚く
、矢印Aで示すPIN接合による電界方向即ち柱状Si
結品3の半径方向には薄い。
従って、ガラス基板lの面に対して垂直に入射した光は
、柱状Si結晶3の軸方向jこ厚いl型非晶質シリコン
層6で多量に吸収され、従来のl型層の厚い太陽電池と
同等に多量のキャリア(電子正孔)が生じる。加えて、
PIN接合による電界方向のl型非晶質シリコン層6は
薄いので、発生したキャリアが走行を必要とする距離が
短かくなり、かつ内部電界の弱化が少ない。よって、光
発生電流量が多く、しかもこれを有効に取り出すことが
できる。さらに、上述の理由から内部電界が大きいので
、キャリアの再結合が減少してl型非晶質シリコン層6
中の欠陥の増加が抑止され、光照射の累積による発電特
性の劣化が防止される。
第2図は、上記実施例の太陽電池の初期特性と1年相当
の光照射後の特性に関する実験結果を示している。図か
ら明らかなように、初期においてはI−V曲線の良さを
示すフィルファクターが075と特に高く、光照射後も
フィルファクターの低下が少ないことが判かる。このこ
とは、」1記太陽電池の光電変換効率が高く、かつ光劣
化が小さいという本発明の顕著な効果を物語っている。
なお、本発明が図示の実施例に限られないのはいうまで
もない。
〈発明の効果〉 以上の説明で明らかなように、本発明の非晶質シリコン
太陽電池は、基板およびこの基板表面に垂直に間隔をお
いて成長せしめた柱状Si結晶の表面に、PIN接合を
形成する複数の非晶質シリコン層を波形をなして堆積し
ているので、柱状Si結晶の軸方向に厚いl型非晶質シ
リコン層で多量の光を吸収して多量のキャリアを発生さ
せるととらに、柱状Si結晶の径方向に薄いl型非晶質
シリコン層でキャリアが走行を必要とする距離を短かく
し、内部電界の弱化とキャリアの再結合を防止して、大
きい光発生電流を有効に取り出すことができ、累積光照
射による特性の劣化を防ぎつつ、高い光電変換効率を得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の非晶質ソリコン太陽電池の一実施例を
示す縦断面図、第2図は上記実施例の初期特性と光照射
後の特性に関する実験結果を示す図である。 ■・・・ガラス基板、2・・・ポリシリコン膜、3・・
・柱状Si結晶、4・・Ag膜、5・・・N型非晶質シ
リコン層、 6・・l型非晶質シリコン層、 7・・・P型非晶質シリコン層、8・・・透明導電膜。 特 許 出 願 人  シャープ株式会社代 理 人 
弁理士  前出 葆 ばか1名0

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板の表面に1μm以下の間隔をおいて上記表面
    に垂直に成長せしめられ、0.01μm乃至1μmの直
    径をもつ柱状Si結晶と、上記基板および柱状Si結晶
    の表面に堆積せしめられて、垂直断面において波形をな
    すPIN接合を形成する複数の非晶質シリコン層を有す
    る非晶質シリコン太陽電池。
JP1290670A 1989-11-08 1989-11-08 非晶質シリコン太陽電池 Pending JPH03151672A (ja)

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