Solar battery
专利汇可以提供Solar battery专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solar battery for enhancing photoelectric transfer efficiency by reducing the resistance of an electrode and loss by, Joule's heat and for easily connecting an electrode with the outside part.
SOLUTION: This solar battery is provided with an insulating substrate 5, lower electrode layer 2 made of molybdenum formed on the surface of the insulating substrate 5 as materials, semiconductor photoelectric transfer layer 1 made of Cu, In, Ga, and Se or the like formed on the surface of the lower electrode layer 2 as main components, transparent upper electrode layers 3a and 3b formed on the surface of this semiconductor photoelectric transfer layer 1, and band-shaped opaque metallic electrode 3c discretely formed on the upper electrode layer. Then this solar battery is provided with an auxiliary electrode layer 6 formed on the back face of the insulating substrate 5, and plural conductive paths formed through the substrate 5 just under the opaque metallic electrode 3c for connecting the lower electrode layer 2 with the auxiliary electrode layer 6.
COPYRIGHT: (C)2000,JPO，下面是Solar battery专利的具体信息内容。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、カルコパイライト構造のCu,In,Ga,Se などを素材とする高光電変換効率の太陽電池に関するものであり、特に、その電極構造の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】最近、高変換効率の太陽電池として、C
u,In,Ga,Se を主成分とするカルコパイライト構造の薄膜太陽電池が開発されつつある。 この種の太陽電池の構造は、図３の部分断面図に示すように、ガラス基板９上に、モリブデン( Mo )の下側電極層２を形成し、この下側電極層２上にCu,In,Ga,Se の半導体光電変換層１を形成し、更にその上にCdS のバッファ層４と、ZnO/Zn0(A
l) の透明電極層 (上側電極層) 3a,3b と、Alの電極層3
cとを順次形成したものとなっている。
【０００３】モリブデン層２は、Cu( In，Ga )Se 2との相性が良いということから選択されたものである。 このモリブデンの下側電極層２の上には良好な品質のカルコパイライト構造の Cu (In ，Ga )Se 2の半導体光電変換層が形成される。 また、ガラス基板９を形成するソーダ石灰シリカガラスなどと、半導体光電変換層１を形成するカルコパイライト構造のCu( In，Ga )Se 2とは、ほぼ等しい熱膨張係数を有することから、これら二つの層の間に発生する熱歪みは小さく、高信頼性の太陽電池を実現できる。
【０００４】紙面に垂直の方向に延長される帯状の電極層3cは、透明電極層の上に適宜な間隔を保って離散的に配置されている。 この帯状の電極層3cの幅は、上側電極層の抵抗値を減少させるためには大きいほど良く、太陽光の入射量を減少させないという点では小さい程良い。
この帯状の電極層の実際の幅は、両者を勘案した最適の値に設定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図３に示した構造の従来の太陽電池では、下側電極層２の素材が高抵抗のモリブデンであるため、この電極層内のジュール熱損が増大し、装置全体としての光電変換効率が低下するという問題がある。
【０００６】また、図３に示した構造の従来の太陽電池では、その周辺部において下側電極層２に対して外部から電気的接続を行う場合、スクライブと称される難しい工程を適用していた。 すなわち、鋭利な金属の爪を使用して太陽電池の上部を引っ掻くことによって上部の透明電極層や半導体光電変換層１のみを選択的に除去し、下側電極層２を露出させていた。 そして、このスクライブの工程は、薄い下側電極層２を破壊することなく露出させる必要があることからかなりの困難を伴い、このため、製品の歩留りが低下するという問題があった。
【０００７】本発明者らは、上記の課題を解決するために、図４に示すように、ガラス基板の裏面に補助電極層６を形成すると共にこのガラス基板５を貫通する複数の導電路９を通して下側電極層２を補助電極層６で短絡することを試みた。 しかしながら、導電路９の上方に形成されたCu( In，Ga )Se 2の半導体光電変換層の品質が劣化し、装置全体の光電変換効率が低下するなどの問題が生じた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記従来技術の課題を解決する本発明の太陽電池は、絶縁性の基板と、この絶縁性の基板の表面に形成された高抵抗の下側電極層と、この下側電極層の表面に形成された半導体光電変換層と、
この半導体光電変換層の表面に形成された透明な上側電極層と、この上側電極層の上に離散的に形成された帯状の不透明な金属電極とを備えている。 そして、この太陽電池は、上記絶縁性の基板の裏面に形成された低抵抗の補助電極層と、上記不透明な金属電極層の真下において上記絶縁性の基板を貫いて形成され上記下側電極層と上記補助電極層との間を連結する複数の導電路とを備えている。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の好適な実施の形態によれば、上記複数の導電路は上記補助電極の形成領域のほぼ全域にわたって形成されている。
【００１０】本発明の他の好適な実施の形態によれば、
上記半導体光電変換層はカルコパイライト構造のCu(In,
Ga )Se 2であり、上記絶縁性の基板はガラスであり、かつ、上記下側電極層はモリブデンを主材料としている。
【００１１】本発明の更に他の好適な実施の形態によれば、上記下側電極又は補助電極層と上記複数の導電路とは、単一の工程において同一素材によって作成される。
【００１２】
【実施例】図１は、本発明の一実施例の太陽電池の構成を示す部分断面図である。 この実施例の太陽電池は、ソーダ石灰シリカガラスなどを素材とするガラス基板５上にモリブデン( Mo )を素材する下側電極層２が形成され、この下側電極層２の上にCu,In,Ga,Se を主成分とする高変換効率の半導体光電変換層１が形成され、更にこの半導体光電変換層１の上にCdS のバッファ層４と、Zn
O/Zn0(Al) の透明電極層 (上側電極層) 3a,3b と、Alの電極層3cとが順次形成された構造を有している。
【００１３】ガラス基板５には、適宜な間隔を保って離散的に配列されるAlの帯状の電極層3cの直下に貫通孔5a
が形成されている。 この貫通孔5aの形成は、適宜な方法、例えば、ドリルやウオータージェットなどを用いる機械的な加工、レーザー加工、あるいは、半導体の加工の分野で汎用されるウェットエッチングや、ドライエッチングなどによって行われる。
【００１４】更に、上記貫通孔5aの内部とガラス基板５
の裏面側とに、ニッケル(Ni)を素材する補助電極層６が形成される。 また、ニッケルの代わりにAu等の他の適宜な金属を使用することもできる。 このような金属の補助電極層６の形成は適宜な方法、例えば、無電解メッキなどによって行われる。 このような金属の補助電極層６が形成されたガラス基板５の表面側に、スパッタリングや蒸着などの適宜な方法によってモリブデンを素材とする下側電極層２が形成され、この下側電極層２上に半導体光電変換層１や上側電極層などが順次形成される。
【００１５】モリブデンを素材とする高抵抗の下側電極層２は、ガラス基板５に形成された貫通孔5a内に形成された多数の導電路を介して裏面側に形成されたニッケルを素材とする低抵抗の補助電極６と電気的に接続されている。 従って、モリブデンを素材とする高抵抗の下側電極層２がニッケルや金などの金属を素材とする低抵抗の補助電極６によって短絡されるため、電極層全体の抵抗値と、ジュール熱損が大幅に低下し、太陽電池全体としての変換効率が上昇する。
【００１６】また、貫通孔5a内に形成された導電路の真上では、下側電極層２の下方にガラス層が存在しない。
従って、半導体光電変換層１を良好な膜質に形成するうえで必要なガラス中の成分が半導体光電変換層１に供給されなくなる。 この結果、この箇所の光電変換効率が低下する。
【００１７】一方で、上述したような各導電路が入射光が遮られる不透明なAl電極層3cの直下に形成されるため、このような導電路の真上の半導体光電変換層は、もともと光電変換への寄与が期待できない領域である。 従って、上記導電路がAl電極層3cの直下から離れた箇所に形成される場合に比べて、光電変換効率の低下の度合は小さくなる。 このように、導電路を帯状の不透明なAl電極層3cの直下に形成することにより、太陽電池全体としての光電変換効率の低下を最小限度に留めることができる。
【００１８】図２は、本発明の他の実施例の太陽電池の構成を示す部分断面図である。 この実施例の太陽電池においても、モリブデンを素材とする下側電極層２や、その上に形成されたCu,In,Ga,Se を主成分とするカルコパイライト型の高変換効率の半導体光電変換層１や、透明な上側電極層3a,3ｂや、帯状の不透明なAl電極層3c等は、上述した第１の実施例の場合と同様である。
【００１９】この第２の実施例においては、最初に、ニッケル等の金属を素材とする厚めの補助電極板８が準備され、この補助電極板８の上に、Naを含有するソーダ石灰シリカガラス等のガラス層7aが形成される。 このガラス層7aを形成した後は、前述したような機械的加工やエッチングなどの適宜な加工によって複数の貫通孔や帯状の溝部が形成される。
【００２０】更に、このようにして形成されたガラス層
7a上に、スパッタリングや蒸着などによってモリブデンを素材とする下側電極層２が形成される。 この際、ガラス層７ａの間に形成された貫通孔や溝部がモリブデンで充填されることにより、ガラス基板７の裏面側に形成された補助電極板８と表面側に形成された下側電極層２との間を連結する複数の導電路が形成される。
【００２１】この複数の導電路は、上側電極層３ｃの直下に形成されている。 モリブデンを素材とする高抵抗の下側電極層２が各導電路を通してニッケル等の金属による低抵抗の補助電極６によって短絡されるため、電極層全体の抵抗値と、ジュール熱損が大幅に低下し、太陽電池全体としての変換効率が向上する。
【００２２】また、貫通孔5aの真上に形成される光電変換効率が低い低品質の半導体光電変換層が不透明なAl電極層3cの直下のみに形成されることになるので、光電変換効率の低下を最小限度に留めることができる。
【００２３】以上、高抵抗の下側電極層の素材として、
モリブデンを使用する場合を例示した。 しかしながら、
モリブデン以外の他の適宜な高抵抗の金属を下側電極層に使用する場合や、素材自体は高抵抗ではないが層の厚みなどの制限によって下側電極層が高抵抗値となる場合などにも、本発明を適用できることは明かである。
【００２４】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の太陽電池は、ガラス基板やガラス層などの絶縁性の基板の裏面に形成された低抵抗の補助電極層を、この基板に形成された複数の導電路を介してその表面側の高抵抗のモリブデン電極層に連結することによって電極層全体としての抵抗値を低下させる構成であるから、電極層内部のジュール熱損が大幅に低下し、太陽電池全体としての変換効率が向上する。
【００２５】また、本発明の太陽電池は、補助電極がガラスなどの絶縁性基板の裏面に形成されていることから、上部の層を機械的に除去して下側電極層を露出させるという困難なスクライブの工程が不要になり、製品の歩留りが向上するという利点がある。
【００２６】さらに、本発明の太陽電池では、導電路の上方に局部的に形成される低変換効率の低品質の半導体光電変換層が、不透明なAl電極層3cの直下のみに形成される構成であるから、太陽電池全体の光電変換効率の低下が最小限度に留められ、この結果、高い変換効率の太陽電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の太陽電池の構成を示す部分断面図である。
【図２】本発明の他の実施例の太陽電池の構成を示す部分断面図である。
【図３】従来技術による太陽電池の構成を示す部分断面図である。
【図４】本発明に到達する一つ前の段階の太陽電池の構成を示す部分断面図である。
1 Cu,In,Ga,Se を素材とする半導体光電変換層 2 モリブデンを素材とする下側電極層 3a,3b 透明な上側電極層 3c アルミ電極層 4 バッファ層 5,9 ガラス基板 5a 貫通孔 6 補助電極層 7 ガラス層 8 補助電極板
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