JP2005322707A - 集積型太陽電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 絶縁基板と、複数の発電ユニットとを有し、少なくとも1つの発電ユニットが、前記絶縁基板上に設けられた下部電極と、該下部電極上に積層された複数の光電変換セルと、前記複数の光電変換セルのうちの2つの光電変換セルの間に設けられた透明中間層と、前記複数の光電変換セルの上に設けられた上部電極とを有し、前記上部電極が隣接する他の発電ユニットの下部電極と電気的に接触した集積型太陽電池において、前記透明中間層の比抵抗が1Ω・cm以上100Ω・cm以下である。
【選択図】 図1
Description
絶縁基板と、
複数の発電ユニットとを有し、
少なくとも1つの発電ユニットが、前記絶縁基板上に設けられた下部電極と、該下部電極上に積層された複数の光電変換セルと、前記複数の光電変換セルのうちの2つの光電変換セルの間に設けられた透明中間層と、前記複数の光電変換セルの上に設けられた上部電極とを有し、
前記上部電極が隣接する他の発電ユニットの下部電極と電気的に接触し、
前記透明中間層の比抵抗が1Ω・cm以上100Ω・cm以下である。
前記接続部は、前記少なくとも1つの発電ユニットの複数の光電変換セルおよび透明中間層と前記隣接する他の発電ユニットの複数の光電変換セルおよび透明中間層とを分離するように、前記複数の発電ユニットに共通に形成された複数の光電変換セル用の層と透明中間層用の層とを有してなる積層膜の一部を除去して形成された接続溝と、該接続溝に延在する上部電極の一部と、前記接続項に延在し前記上部電極の一部と電気的に接続する前記隣接する他の発電ユニットの下部電極の一部とによって構成することができる。
前記上部電極分離部は、前記複数の発電ユニットに共通に形成された上部電極用の層の一部を除去して形成された上部電極分離溝でよい。
絶縁基板上に下部電極用の層を形成する工程と、
前記下部電極用の層の一部を除去して下部電極分離溝を形成し、該下部電極分離溝によって分離された複数の下部電極を形成する工程と、
前記複数の下部電極および下部電極分離溝の上に、光電変換セル用の複数の層および該複数の層のうちの2つの層の間に介在する透明中間層用の層を含む積層体を形成する工程と、
前記下部電極分離溝の近傍において前記積層体の一部を除去して接続溝を形成し、該接続溝によって分離され、各々が複数の光電変換セルと、前記複数の光電変換セルのうちの2つの光電変換セルの間に設けられた透明中間層とを有する複数の積層膜を、前記複数の下部電極の上にそれぞれ形成する工程であって、前記接続溝の底部に、隣接する下部電極の一部を露出させる工程と、
前記複数の積層膜、接続溝、および露出した下部電極の上に、上部電極用の層を形成する工程と、
前記接続溝の近傍であって該接続溝に一部が露出している下部電極の上方において、前記上部電極用の層の一部を除去して上部電極分離溝を形成し、該上部電極分離溝により分離された複数の上部電極を前記複数の積層膜の上にそれぞれ形成する工程
とを含む方法で製造され、前記透明中間層用の層は比抵抗が1Ω・cm以上100Ω・cm以下、好ましくは5Ω・cm以上100Ω・cm以下の透明材料で形成される。
前記上部電極用の層は金属材料を用いて形成することができる。
前記光電変換セル用の複数の層はPINジャンクションを有する非晶質シリコンの層と、該非晶質シリコンの層より上方に位置しPINジャンクションを有する結晶質シリコンの層とを含んでもよい。
a−Si下部光電変換セル(トップセル)3の膜厚が約300nm、透明中間層4の膜厚が20nm、結晶質Si上部光電変換セル(ボトムセル)5の膜厚が約2μmであり、透明中間層4が単膜比抵抗(抵抗率)1×10−2Ω・cmのAlドープZnO膜である、図1に示した構造の集積型タンデム太陽電池を作成した。透明中間層4は、RFスパッタリング法でArガスのみを供給して形成した。スパッタターゲットのAl2O3含有濃度は2wt%とした。単膜比抵抗とは絶縁性であるガラス基板上に透明中間層のみを形成して計測したときの比抵抗を言う。
透明中間層4として、単膜比抵抗が約1×10−1Ω・cmのAlドープZnO膜を使用して図1に示した構造の集積型タンデム太陽電池を作成した。比較例1と同じスパッタターゲットを用いArガスに0.05vol%の酸素を加えて透明中間層(膜厚20nm)を形成した。その他の材料、製造条件、各層の厚さは比較例1と同様とした。こうして得られた集積型タンデム太陽電池の発電特性は、効率6.62%、FF0.55、1段当たりの開放電圧1.12Vであった。
透明中間層4として、単膜比抵抗が約1Ω・cmのAlドープZnO膜を使用して図1に示した構造の集積型タンデム太陽電池を作成した。比較例1と同じスパッタターゲットを用いArガスに0.67vol%の酸素を加えて透明中間層(膜厚20nm)を形成した。その他の材料、製造条件、各層の厚さは比較例1と同様とした。こうして得られた集積型タンデム太陽電池の発電特性は、効率8.62%、FF0.61、1段当たりの開放電圧1.32Vであった。
透明中間層4として、単膜比抵抗が5Ω・cmのGaドープZnO膜を使用して図1に示した構造の集積型タンデム太陽電池を作成した。スパッタターゲットにGa含有濃度が0.5wt%を用いArガスに0.67vol%の酸素を加えて透明中間層(膜厚20nm)を形成した。その他の材料、製造条件、各層の厚さは比較例1と同様とした。こうして得られた集積型タンデム太陽電池の発電特性は、効率9.35%、FF0.65、1段当たりの開放電圧1.34Vであった。
透明中間層4として、単膜比抵抗が20Ω・cmのGaドープZnO膜を使用して図1に示した構造の集積型タンデム太陽電池を作成した。実施例2と同じスパッタターゲットを用いArガスに5vol%の酸素を加えて透明中間層(膜厚20nm)を形成した。その他の材料、製造条件、各層の厚さは比較例1と同様とした。こうして得られた集積型タンデム太陽電池の発電特性は、効率9.54%、FF0.66、1段当たりの開放電圧1.35Vであった。
透明中間層4として、単膜比抵抗が100Ω・cmのGaドープZnO膜を使用して図1に示した構造の集積型タンデム太陽電池を作成した。実施例2と同じスパッタターゲットを用いArガスに10vol%の酸素を加えて透明中間層(膜厚20nm)を形成した。その他の材料、製造条件、各層の厚さは比較例1と同様とした。こうして得られた集積型タンデム太陽電池の発電特性は、効率9.59%、FF0.66、1段当たりの開放電圧1.35Vであった。
透明中間層4として、単膜比抵抗が200Ω・cmのGaドープZnO膜を使用して図1に示した構造の集積型タンデム太陽電池を作成した。実施例2と同じスパッタターゲットを用いArガスに15vol%の酸素を加えて透明中間層(膜厚20nm)を形成した。その他の材料、製造条件、各層の厚さは比較例1と同様とした。こうして得られた集積型タンデム太陽電池の発電特性は、効率8.80%、FF0.615、1段当たりの開放電圧1.33Vであり、透明中間層4の単膜比抵抗100Ω・cmである実施例4の集積型タンデム太陽電池より効率が低下した。
2 下部電極
3 下部光電変換セル
4 透明中間層
5 上部光電変換セル
6 上部電極
7 下部電極分離溝
8 接続溝
9 上部電極分離溝
Claims (16)
- 絶縁基板と、
複数の発電ユニットとを有し、
少なくとも1つの発電ユニットが、前記絶縁基板上に設けられた下部電極と、該下部電極上に積層された複数の光電変換セルと、前記複数の光電変換セルのうちの2つの光電変換セルの間に設けられた透明中間層と、前記複数の光電変換セルの上に設けられた上部電極とを有し、
前記上部電極が隣接する他の発電ユニットの下部電極と電気的に接触した集積型太陽電池であって、
前記透明中間層の比抵抗が1Ω・cm以上100Ω・cm以下である集積型太陽電池。 - 前記透明中間層の比抵抗が5Ω・cm以上である請求項1記載の集積型太陽電池。
- 前記透明中間層が分割されることなく前記上部電極と接触する請求項1または2記載の集積型太陽電池。
- 前記下部電極が透明酸化物膜を有し、
前記上部電極が金属膜を有し、
前記複数の光電変換セルが、PINジャンクションを有する非晶質シリコン膜を有してなる光電変換セルと、該非晶質シリコン膜を有する光電変換セルより上方に位置しPINジャンクションを有する結晶質シリコン膜を有してなる光電変換セルとを含む、
請求項1ないし3のいずれか一項に記載の集積型太陽電池。 - 前記少なくとも1つの発電ユニットが、前記下部電極と隣接する他の発電ユニットの下部電極とを分離する下部電極分離部と、前記上部電極と隣接する他の発電ユニットの下部電極とを電気的に接続する接続部と、前記上部電極と隣接する他の発電ユニットの上部電極とを分離する上部電極分離部とを有し、前記少なくとも1つの発電ユニットと前記隣接する他の発電ユニットとが直列接続された請求項1ないし4のいずれか一項に記載の集積型太陽電池。
- 前記下部電極分離部が、前記複数の発電ユニットに共通に形成された下部電極用の層の一部を除去して形成された下部電極分離溝であり、
前記接続部が、前記少なくとも1つの発電ユニットの複数の光電変換セルおよび透明中間層と前記隣接する他の発電ユニットの複数の光電変換セルおよび透明中間層とを分離するように、前記複数の発電ユニットに共通に形成された複数の光電変換セル用の層と透明中間層用の層とを有してなる積層膜の一部を除去して形成された接続溝と、該接続溝に延在する上部電極の一部と、前記接続項に延在し前記上部電極の一部と電気的に接続する前記隣接する他の発電ユニットの下部電極の一部とを含んでなり、
前記上部電極分離部が、前記複数の発電ユニットに共通に形成された上部電極用の層の一部を除去して形成された上部電極分離溝である、
請求項5記載の集積型太陽電池。 - 前記透明中間層が、酸化亜鉛(ZnO)、酸化錫(SnO2)、酸化インジウム錫(ITO)、銅アルミニウム酸化物(CuAlO2)、酸化チタン(TiO2)、酸化珪素(SiO2)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、および酸化ガリウム(Ga2O3)からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む、請求項1ないし6のいずれか一項記載の集積型太陽電池。
- 前記複数の光電変換セルが2つの光電変換セルである、請求項1ないし7のいずれか一項記載の集積型太陽電池。
- 前記複数の光電変換セルが3つの光電変換セルである、請求項1ないし7のいずれか一項記載の集積型太陽電池。
- 絶縁基板上に下部電極用の層を形成する工程と、
前記下部電極用の層の一部を除去して下部電極分離溝を形成し、該下部電極分離溝によって分離された複数の下部電極を形成する工程と、
前記複数の下部電極および下部電極分離溝の上に、光電変換セル用の複数の層および該複数の層のうちの2つの層の間に介在する透明中間層用の層を含む積層体を形成する工程と、
前記下部電極分離溝の近傍において前記積層体の一部を除去して接続溝を形成し、該接続溝によって分離され、各々が複数の光電変換セルと、前記複数の光電変換セルのうちの2つの光電変換セルの間に設けられた透明中間層とを有する複数の積層膜を、前記複数の下部電極の上にそれぞれ形成する工程であって、前記接続溝の底部に、隣接する下部電極の一部を露出させる工程と、
前記複数の積層膜、接続溝、および露出した下部電極の上に、上部電極用の層を形成する工程と、
前記接続溝の近傍であって該接続溝に一部が露出している下部電極の上方において、前記上部電極用の層の一部を除去して上部電極分離溝を形成し、該上部電極分離溝により分離された複数の上部電極を前記複数の積層膜の上にそれぞれ形成する工程
とを含む集積型太陽電池の製造方法であって、
比抵抗が1Ω・cm以上100Ω・cm以下の透明材料で前記透明中間層用の層を形成する集積型太陽電池の製造方法。 - 前記透明材料の比抵抗が5Ω・cm以上である請求項10記載の集積型太陽電池の製造方法。
- 前記積層体を形成する工程において、前記透明中間層用の層を分割する処理を含まない請求項10または11記載の集積型太陽電池の製造方法。
- 前記下部電極用の層が透明酸化物を用いて形成され、
前記上部電極用の層が金属材料を用いて形成され、
前記光電変換セル用の複数の層がPINジャンクションを有する非晶質シリコンの層と、該非晶質シリコンの層より上方に位置しPINジャンクションを有する結晶質シリコンの層とを含む
請求項10ないし12のいずれか一項に記載の集積型太陽電池の製造方法。 - 前記透明材料が酸化亜鉛(ZnO)、酸化錫(SnO2)、酸化インジウム錫(ITO)、銅アルミニウム酸化物(CuAlO2)、酸化チタン(TiO2)、酸化珪素(SiO2)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、および酸化ガリウム(Ga2O3)からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む、請求項10ないし13のいずれか一項に記載の集積型太陽電池の製造方法。
- 前記光電変換セル用の層を2層形成する請求項10ないし14のいずれか一項に記載の集積型太陽電池の製造方法。
- 前記光電変換セル用の層を3層形成する請求項10ないし14のいずれか一項に記載の集積型太陽電池の製造方法。
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