JPH03276768A - 光起電力素子 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、半導体に光を照射することにより、該半導
体の対向する界面に電位差を発生する光起電力効果を利
用した光起電力素子に関し、さらに詳細には、前記光起
電力効果を利用した光起電力素子単体（以下ユニットセ
ルという）を複数直列或いは並列に接続することにより
、民生または産業機器の電源に応用することができる光
起電力素子に関するものである。

（従来の技術） 半導体に光を照射することにより、該半導体の対向する
界面に電位差を発生する光起電力効果を利用した光起電
力素子は、電子卓上計算機及び液晶表示時計等の電源と
して応用されている。

従来の光起電力素子の構成を、第５図並びに第６図を参
照しながら説明する。

透光性に優れたガラス基板２の受光面９反対面には、真
空蒸着法またはスパッタリング法等のＰＶＤ（物理的蒸
着）により、酸化インジウム或いは酸化錫等の薄膜が形
成されている。

この際、酸化インジウム及び酸化錫は、透光性を有する
とともに電気伝導性を有している。

前記酸化インジウム或いは酸化錫等の薄膜は、フォトリ
ソグラフィ法並びに化学的エツチング法により各々の区
域に分割されて、透明下部電極３がパターン形成されて
いる。

各々の透明下部電極３の上面は、電極接続部７を露出し
て、プラズマ化学的気相成長装置等を用いて、ＣＶＤ　
（化学的蒸着）を行うことにより非晶質シリコン半導体
４が形成されている。

前記非晶質シリコン半導体４は、シリコン分子が規則正
しい結晶配列を有することなく集合している非晶質（ア
モルファス）状態の半導体である。

非晶質シリコン半導体４の上面には、上部電極５が、ア
ルミニウム、クロム、チタン、ニッケル或いは各金属の
合金等を真空蒸着法またはスパッタリング法等のＰＶＤ
により形成されている。

上記のようにして、ガラス基板２上に透明下部電極３と
上部電極５とに非晶質シリコン半導体４が挟装されたユ
ニットセルＩ　ＨＩＩＩ　ＩＶが形成されている。

前記ユニットセルＩ　ＩＩ　ＩＩＩ　ＩＶの各々は、隣
在するユニットセル同士が電極接続部７を介して透明下
部電極３と上部電極５とが接合されることにより、直列
に接続されている。

さらに、ガラス基板２に形成されたユニットセルｒｎｍ
ｒｖは、エポキシ等のパシベーション樹脂６により、両
端の透明下部電極３における出力電極１０ａ、１０ｂを
露出して、樹脂封止されている。

該出力電極１０ａ、１０ｂは、ユニットセルエ１１１１
１１Ｖの各々にて発生する光起電力の総和を外部へ取出
すための出力電極である。

上記のようにして、ユニットセルＩ　ＩＩ　ＩＩＩ　Ｔ
Ｖを有する光起電力素子ｌが構成されている。

前記光起電力素子１の受光面９に光が照射されると、眩
光はガラス基板２並びに透明下部電極３を透過して、非
晶質シリコン半導体４に達する。

非晶質シリコン半導体４に光が照射されると光起電力効
果により、該非晶質シリコン半導体４の下部電極界面８
ａと上部電極界面８ｂとには、正孔と電子とが分極され
て電位差が発生する。

前記電位差は、各ユニットセルＩ　ＩＩ　ＩＩＩ　ＩＶ
において発生するとともに、各ユニットセルＩ　ＩＩ　
ＩＩＩ　ＩＶが、電極接続部７を介して直列に接続され
ていることから、それぞれ印加されて、前記光起電力素
子１の両端に設けられた出力電極１０ａ、１０ｂより光
起電力として取出される。

なお、各ユニットセルＩ　ＩＩ　ＩＩＩ　ＩＶ同士は、
隣在する両者同士が、電極接続部７を介して最短距離に
て接続されているために、透明下部電極３と上部電極５
とによる導体抵抗が最小値となっており、従って各ユニ
ットセルＩ　ＩＩ　ＩＩＩ　ＩＶ同士の接続部による電
力損失が最小となるように構成されている。

殊に、前記光起電力素子１は、太陽光を利用した高照度
電力用であり、屋外等で使用する電子機器の電源に用い
られている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来の光起電力素子によれば、ユニ
ットセルＩ　ＩＴ　ＩＩＩ　ＩＶを電極接続部７を介し
て直列に接続してより高い光起電力を得ているが、第７
図に示すようにユニットセル■の非晶質シリコン半導体
４の上部に上部電極５を形成する際に、パターンズレに
より隣在するユニットセルＩＩの非晶質シリコン半導体
４の上部に上部電極重畳部１５が形成されてしまい、ユ
ニットセルＩＩの非晶質シリコン半導体４における重畳
界面部１６ａ、　　１６ｂが上部電極重畳部１５を介し
て短絡されることにより、光が照射されても発電に寄与
しない損失部分となり、しかも透明下部電極３と上部電
極５の短絡による出力電力の内部リーク損失が発生し、
見かけ以上の出力低下を招くという問題点があった。

また、光起電力素子１のユニットセルＩ　ＩＩ　ＩＩＩ
　ＩＶを直列に接続する際に、第８図に示すように、ユ
ニットセル■の非晶質シリコン半導体４及び上部電極５
が、パターンズレにより隣在するユニットセルＩＩの透
明下部電極３に重畳されて、非晶質重畳部１８が形成さ
れてしまうため、該非晶質重畳部１８の重畳界面部１９
ａ、１９ｂで発生する部分起電力は、ユニットセルＩＩ
ＩＩｎＴＶ全体の出力方向に対し逆向きの負荷として作
用し、同様に出力の低下を招くという問題点があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光起
電力素子の各ユニットセルにおける各々の透明下部電極
と上部電極との接続部に、光を遮光する導体部材を挾装
形成することにより、パターンズレにともない非晶質シ
リコン半導体に発生する逆向きの部分起電力を防止する
ようにした光起電力素子を提供するものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、この発明は、受光面を成す
透明基板の表面に複数の透明下部電極をパターン形成し
、該透明下部電極の一部を露出して光が照射されること
により対向する界面に起電力を発生する非晶質半導体を
被覆形成し、さらに該非晶質半導体を被覆するとともに
隣在する前記透明下部電極の露出部に接合する上部電極
を形成し、さらに、前記透明下部電極と上部電極と非晶
質半導体とから成る光起電力素子単体を接続させること
により光起電力を得る光起電力素子において、前記透明
下部電極と上部電極との接続部に遮光導体を挾装形成す
ることにより、上記目的を達成するものである。

（作用） 本発明においては、光起電力素子の各ユニットセルの透
明下部電極と上部電極との電極接続部において、遮光導
体（以下マスクターミナルという）を挾装形成している
ため、ガラス基板及び透明下部電極を透過した光が、パ
ターンズレを生じた非晶質シリコン半導体部に照射され
ることがなくなり、逆向きの部分起電力の発生を防止す
ることができる。

（実施例） 本発明の実施例を、図面に基いて詳細に説明する。

第１図は本発明に係わる光起電力素子の実施例を示す断
面図、第２図は本発明に係わる光起電力素子の実施例を
示す一部を切欠いた平面図、第３図及び第４図は本実施
例に係わるパターンズレによる部分起電力の発生を防止
する状態を示す一部拡大図が示されている。

透光性に優れ、例えば厚さ１．１ｍｍのソーダライムガ
ラス等の材質を有するガラス基板２２の受光面２９反対
面には、真空蒸着法により、透光性を有するとともに電
気伝導性を有する酸化インジウム薄膜が形成されている
。

該酸化インジウム薄膜の膜厚は、例えば４００〜８００
人となるように形成される。

前記酸化インジウム薄膜は、フォトリソグラフィ法並び
に化学的エッチイング法により、各々の区域に分割され
て、透明下部電極２３がパターン形成されている。

各々の透明下部電極２３の左方上面部には、マスク真空
蒸着法により、ニッケルの非透過性且つ電気伝導性を有
するマスクターミナル３１が薄膜形成されている。

また、各々の透明下部電極２３の右方上面部には、プラ
ズマ化学的気相成長装置等を用いて非晶質シリコン半導
体２４が、形成されている一該非晶質シリコン半導体２
４の膜厚は、例えば、５０００〜６０００人となるよう
に形成される。

前記非晶質シリコン半導体２４は、シリコン分子が規則
正しい結晶配列を有することなく集合している非晶質状
態の半導体である。

非晶質シリコン半導体２４の上面並びにマスクターミナ
ル３１上には、上部電極２５が、アルミニウムを真空蒸
着することにより形成されている。

前記上部電極２５の膜厚は、例えば１５００〜２００と
なるように形成される。

上記のようにして、ガラス基板２２上に透明下部電極２
３と上部電極２５とに非晶質シリコン半導体２４が挟装
されたユニットセルＩ　ＩＩ　ＩＩＩ　ＩＶが各々形成
されている。

前記ユニットセルＩ　ＩＩ　ＩＩＩ　ＩＶは、隣在する
ユニットセル同士が透明下部電極２３と上部電極２５と
に挾装形成されたマスクターミナル３１を介して接合さ
れることにより、各々のユニットセルＩ　ＩＩＩＩＩ　
ＩＶが直列に接続されている。

さらに、ガラス基板２２上に形成されたユニットセルＩ
　ＩＩ　ＩＩＩ　ＩＶは、エポキシ等のパシベーション
樹脂２６により、両端の透明下部電極２３における出力
電極３０ａ、３０ｂを露出して、樹脂封止されている。

該出力電極３０ａ、３０ｂは、ユニットセルＩＩＩ　Ｉ
ＩＩ　ＴＶの各々にて発生する光起電力の総和を外部へ
取出すための出力電極である。

上記のようにして、ユニットセルＩ　Ｉｆ　ＩＩＩ　Ｉ
Ｖを有する光起電力素子２１が形成されている。

前記光起電力素子２１の受光面２９に光が照射されると
、眩光はガラス基板２２並びに透明下部電極２３を透過
して、非晶質シリコン半導体２４に達する。

この際、光は、マスクターミナル３１が非透過性を有し
ていることにより、下部電極接続部２７ａの界面におい
て遮光される。

従ってマスクターミナル３１の上部電極接続部２７ｂに
は、光が照射さることがな（なる。

前記マスクターミナル３１が形成された非晶質シリコン
半導体２４以外の部位には、光が照射されることにより
、該非晶質シリコン半導体２４内において光起電力効果
が起こり、下部電極界面２８ａと上部電極界面２８ｂと
に正孔と電子とが分極されて電位差が発生する。

前記電位差は、各ユニットセルＩ　ＩＩ　ＩＩＩ　ＩＶ
において発生するとともに、各ユニットセルＩ　ＩＩ　
ＩＩＩ　ＩＶがマスクターミナル３１を介して直列に接
続されていることにより、それぞれ印加されて、前記光
起電力素子２１の両端に設けられた出力電極３０ａ３０
ｂより光起電力として取出される。

光起電力素子２１を形成する際、第３図に示すように、
ユニットセル■の上部電極２５が、パターンズレにより
隣在するユニットセル■の非晶質シリコン半導体２４上
に、上部電極重畳部３４として重畳される。

しかし、ガラス基板２２の受光面２９より照射された光
は、ガラス基板２２及び透明下部電極２３を透過しても
、非透光性のマスクターミナル３１により遮光されて、
非晶質シリコン半導体２４の重畳界面部３３ａ、３３ｂ
に逆向きの部分起電力が発生することを防止することが
できる。

また、第４図に示すように、ユニットセルＩの非晶質シ
リコン半導体２４がパターンズレにより、マスクターミ
ナル３１に重畳することにより、非晶質重畳部３５が形
成されていても、該マスクタミナル３１により、透過光
が遮光されるため、非晶質重畳部３５における重畳界面
部３６ａ、３６ｂに逆向きの部分起電力が発生すること
を防止することができる。

本実施例における光起電力素子２１のユニットセルｒｎ
ｍｒｖ間の間隔は全て０．４ｍｍを基準とするとともに
（マスクターミナル３１の幅も０．４ｍｍとなる）、ユ
ニットセルＩ　ＩＩＴｎｌＶの各パターンの縦１　− 横幅をそれぞれ５０ｍｍ及びＬ２ｍｍとして、従来の光
起電力素子との性能特性の比較を行った結果を表１に示
す。

表１ 試料数　　ｎ＝３０ケ 動作電流　動作電圧１．６ｖにおける電流値動作電流の
規格値　４２ｍＡ／ｃイ 本実施例における光起電力素子２１は、該光起電力素子
２１の各ユニットセルＩ　ＩＩ　ＩＩＩ　ＴＶの透明下
部電極２３と上部電極２５との電極接続部に、非透光性
のマスクターミナル３１を挾装形成しているため、ガラ
ス基板２２及び透明下部電極２３を１４ 透過した光が、マスクターミナル３１により遮光されて
、パターンズレによる非晶質シリコン半導体２４に照射
されることがなくなり、逆向きの部分起電力を防止する
ことができる。

なお、ユニットセルＩ　ＩＩ　ＩＩＩ　ＩＶの各透明下
部電極２３と上部電極２５とに挟装されたマスクターミ
ナル３１は、金属酸化物よりなる透明下部電極２３に比
ベシート抵抗が小さいため、集電電極としての効果を有
し、光起電力素子２１の内部抵抗を引下げ、該光起電力
素子２１の出力を有効に引出すのに役立つ。

また、本実施例においては、ユニットセルが四基直列に
接続された場合について説明したが、ユニットセルは、
四基にかぎることはない。

さらに、本実施例においては、光起電力素子２１の各々
のユニットセルＩＩＩＩＩＴＩＶが直列に接続されてい
たが、並列に接続することも可能である。

（発明の効果） 本発明に係わる光起電力素子は、上記のように構成され
ているため、以下に記載するような効果を有する。

（Ａｌ光起電力素子の各ユニットセルの透明下部電極と
上部電極との電極接続部に、非透光性のマスクターミナ
ルを挾装形成しているため、ガラス基板及び透明下部電
極を透過した光が、マスクターミナルにより遮光されて
、パターンズレによる非晶質シリコン半導体に照射され
ることがな（なり、該非晶質シリコン半導体における対
向する界面に光起電力効果による逆向きの部分起電力が
発生することがなくなり、光起電力素子の出力の低下を
防止することができ、高性能の光起電力素子を提供する
ことができるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる光起電力素子の実施例を示す断
面図、 第２図は本発明に係わる光起電力素子の実施例を示す一
部を切欠いた平面図、 第３図及び第４図は本実施例に係わるパターンズレによ
る部分起電力の発生を防止する状態を示す一部拡大図、 第５図は従来の光起電力素子を示す断面図、第６図は従
来の光起電力素子を示す一部を切欠いた平面図、 第７図及び第８図は従来の光起電力素子のパターンズレ
による部分起電力が発生する状態を示す一部拡大図であ
る。 ２１　・ ２２　・ ２３　・ ２４　・ ２５　・ ３１　・ 光起電力素子、 ガラス基板、 透明下部電極、 非晶質シリコン半導体、 上部電極、 マスクターミナル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）受光面を成す透明基板の表面に複数の透明下部電
   極をパターン形成し、該透明下部電極の一部を露出して
   光が照射されることにより対向する界面に起電力を発生
   する非晶質半導体を被覆形成し、さらに該非晶質半導体
   を被覆するとともに隣在する前記透明下部電極の露出部
   に接合する上部電極を形成し、さらに、前記透明下部電
   極と上部電極と非晶質半導体とから成る光起電力素子単
   体を接続させることにより光起電力を得る光起電力素子
   において、前記透明下部電極と上部電極との接続部に遮
   光導体を挾装形成させたことを特徴とする光起電力素子
   。