JP2007012833A - 積層型光起電力装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 非晶質シリコン層８を光電変換層とした光起電力ユニットを光入射側に配置し、微結晶シリコン層５を光電変換層とした光起電力ユニットをその後側に配置した光起電力装置において、長時間使用した際の光劣化を抑制し、長時間使用した際の光電変換効率を向上する。
【解決手段】 光電変換層としての非晶質シリコン層８及び微結晶シリコン層５を赤外吸収分光法で測定して得られるＳｉ−Ｈストレッチングモードのピーク面積をＩ〔Si-H〕とし、Ｓｉ−Ｏストレッチングモードのピーク面積をＩ〔Si-O〕とし、これらの比をα（＝Ｉ〔Si-O〕／Ｉ〔Si-H〕）としたとき、第２の光起電力ユニットの光電変換層である微結晶シリコン層５のα2が、第１の光起電力ユニットの光電変換層である非晶質シリコン層８のα1よりも大きく、かつ第２の光起電力ユニットの短絡電流Ｉｓｃ2が、第１の光起電力ユニットの短絡電流Ｉｓｃ1よりも大きいことを特徴としている。
【選択図】 図１
【解決手段】 光電変換層としての非晶質シリコン層８及び微結晶シリコン層５を赤外吸収分光法で測定して得られるＳｉ−Ｈストレッチングモードのピーク面積をＩ〔Si-H〕とし、Ｓｉ−Ｏストレッチングモードのピーク面積をＩ〔Si-O〕とし、これらの比をα（＝Ｉ〔Si-O〕／Ｉ〔Si-H〕）としたとき、第２の光起電力ユニットの光電変換層である微結晶シリコン層５のα2が、第１の光起電力ユニットの光電変換層である非晶質シリコン層８のα1よりも大きく、かつ第２の光起電力ユニットの短絡電流Ｉｓｃ2が、第１の光起電力ユニットの短絡電流Ｉｓｃ1よりも大きいことを特徴としている。
【選択図】 図１
Description
本発明は、非晶質シリコン層を光電変換層とした光起電力ユニットを光入射側に配置し、微結晶シリコン層を光電変換層とした光起電力ユニットをその後側に配置した積層型光起電力装置に関するものである。
光起電力装置の光電変換効率を向上させる方法として、複数の光起電力ユニットを積層させ、積層型光起電力装置とする方法が知られている。積層型光起電力装置においては、異なるバンドギャップの光起電力ユニットを複数積層し、太陽光線のスペクトルの各部分を効率良く吸収することにより変換効率を向上させている。
特許文献１などにおいては、このような積層型光起電力装置として、光入射側の光起電力ユニットの光電変換層すなわちｉ型層として非晶質シリコンを用い、その後側の光起電力ユニットの光電変換層すなわちｉ型層として微結晶シリコンを用いた積層型光起電力装置が提案されている。微結晶シリコンを光電変換層として用いた光起電力素子は、非晶質シリコン層を光電変換層として用いた光起電力素子に比べ、光劣化による変換効率の低下が少なく、赤外線領域までの広い範囲の光を吸収することができる。このため、非晶質シリコンをｉ型層として用いた光起電力ユニットを光入射側に配置し、微結晶シリコンをｉ型層として用いた光起電力ユニットをその後側に配置し、これらを積層し直列に接続することにより、変換効率を向上させることが可能となる。
しかしながら、微結晶シリコンを光電変換層として用いた光起電力素子はほとんど光劣化が生じないのに対して、非晶質シリコンを光電変換層として用いた光起電力素子は光劣化を生じるため、これらを直列に接続した積層型光起電力装置においては、長期間の光照射により非晶質シリコンを用いた光起電力ユニットが光劣化し、積層型光起電力装置全体の出力が光劣化により低下してしまうという問題があった。
特開平１１−２４３２１８号公報
本発明の目的は、非晶質シリコン層を光電変換層とした光起電力ユニットを光入射側に配置し、微結晶シリコン層を光電変換層とした光起電力ユニットをその後側に配置した積層型光起電力装置において、長時間使用した際の光劣化を抑制することができる積層型光起電力装置を提供することにある。
本発明は、一導電型の非単結晶半導体層、実質的に真性でかつ発電に寄与する光電変換層としての非晶質シリコン層、及び他導電型の非単結晶半導体層を積層してなる第１の光起電力ユニットが光入射側に設けられ、一導電型の非単結晶半導体層、実質的に真性でかつ発電に寄与する光電変換層としての微結晶シリコン層、及び他導電型の非単結晶半導体層を積層してなる第２の光起電力ユニットが光入射に対して第１の光起電力ユニットより後側に設けられた積層型光起電力装置であり、光電変換層としての非晶質シリコン層及び微結晶シリコン層を赤外吸収分光法で測定して得られるＳｉ−Ｈストレッチングモードのピーク面積をＩ〔Si-H〕とし、Ｓｉ−Ｏストレッチングモードのピーク面積をＩ〔Si-O〕とし、これらの比をα（＝Ｉ〔Si-O〕／Ｉ〔Si-H〕）としたとき、第２の光起電力ユニットの光電変換層である微結晶シリコン層のα2が、第１の光起電力ユニットの光電変換層である非晶質シリコン層のα1よりも大きく、かつ第２の光起電力ユニットの短絡電流Ｉｓｃ2が第１の光起電力ユニットの短絡電流Ｉｓｃ1よりも大きいことを特徴としている。
本発明の積層型光起電力装置においては、第２の光起電力ユニットの光電変換層である微結晶シリコン層のα2が、第１の光起電力ユニットの光電変換層である非晶質シリコン層のα1よりも大きい。このため、非晶質シリコン層よりも微結晶シリコン層において不純物である酸素がより多く取り込まれた状態となっている。微結晶シリコンは、非晶質シリコンよりも結晶性が高いものであるので、従来の通常の条件で微結晶シリコン層及び非晶質シリコン層を作製すると、微結晶シリコン層のα2は、非晶質シリコン層のα1と同程度かあるいはこれよりも小さい値となる。しかしながら、本発明においては意図的にα2がα1よりも大きくなるように微結晶シリコン層を形成している。従って、α2がα1よりも等しいか小さい従来の積層型光起電力装置の場合に比べ、初期状態における光電変換効率は低下する。しかしながら、本発明においては、第２の光起電力ユニットの短絡電流Ｉｓｃ2が、第１の光起電力ユニットの短絡電流Ｉｓｃ1よりも大きくなるように設定されており、積層型光起電力装置全体の短絡電流は、短絡電流が小さい方の光起電力ユニットの電流値により決定されるため、第２の光起電力ユニットの初期特性の低下は、装置全体に対してそれほど大きな影響を与えることがない。
本発明によれば、上述のように、α2をα1よりも大きくすることにより、初期特性が若干低下するが、長期間使用した際の光劣化を抑制することができる。従って、長期間使用した際の光電変換効率は従来よりも向上する。
本発明においては、第２の光起電力ユニットの微結晶シリコン層のα2は、第１の光起電力ユニットの非晶質シリコン層のα1よりも大きくなるように設定されている。このような設定は、第２の光起電力ユニットの微結晶シリコン層における酸素含有量を高めることにより実現することができる。酸素含有量を高める方法としては、薄膜形成の際の反応圧力を高くしたり、反応ガスを水素希釈する際の水素濃度を低くするなどの方法が挙げられる。また、ＣＯ2などの酸素を含有したガスを反応ガスに添加することによっても酸素を導入することができる。微結晶シリコン層中に酸素を取り込ませることにより、Ｓｉ−Ｏ結合の量を相対的に増大させ、α2をα1に対し相対的に大きくすることができる。
また、本発明においては、第２の光起電力ユニットの短絡電流Ｉｓｃ2が、第１の光起電力ユニットの短絡電流Ｉｓｃ1よりも大きくなるように設定している。積層型光起電力装置の各光起電力ユニットに発生した電流は、定エネルギー分光器により測定した分光感度から計算することができる。その測定原理は以下の通りである。
すなわち、２つの光起電力ユニットＡ及びＢを積層した光起電力装置において、光起電力ユニットＡの分光感度を測定したい場合、まず積層状態で光起電力ユニットＢが吸収するであろう波長範囲の光をバイアス光として照射する。これにより、光起電力ユニットＡは非発電状態、光起電力ユニットＢは発電状態となり、光起電力ユニットＢの部分の抵抗値が下がる。この状態で、モノクロプローブ光（ある波長の光）をチョッピングして照射し、そのとき発生するキャリアを外部に取り出してロックインアンプを用いてその発生量（電流値として検出）を測定することにより、収集効率（＝光起電力ユニットが発生したエネルギー／光起電力ユニットに入射した光エネルギー）を測定することができる。なお、光起電力ユニットＢは発電状態であり導電率が高いので、発生したキャリアに対する抵抗にはならない。この状態で、プローブ光の波長をスキャニングすることにより、光起電力ユニットの分光感度を測定することができる。
フロントセルとボトムセルを積層した積層型光起電力装置において、各ユニットセルの短絡電流を測定する具体的な方法は以下の通りである。
（１）測定対象となる光起電力装置を定エネルギー分光器にセットする。
（２）フロントセルの分光感度を測定するため、白色バイアス光の光路に短波長カットフィルター（例えばカットオフ波長５７０ｎｍ）をセットする。
（３）この状態で、モノクロプローブ光を光起電力装置に照射して、３４０ｎｍ〜１２００ｎｍまでの波長領域でスキャニングする。このとき、一定のエネルギー強度の光（あるいは一定のフォトン数）が照射されるように照射強度を調整する。
（４）測定したデータにおいて、ある波長における分光感度（外部収集効率）に対し、ＴＣ８２等の規格で定められている太陽光の放射分光強度を掛け、上記３４０ｎｍ〜１２００ｎｍの波長範囲で積分することにより、フロントセルに発生している電流値を計算することができる。
（５）同様にして、ボトムセルの分光感度を測定するため、白色バイアス光の光路に長波長カットフィルター（例えばカットオフ波長４８０ｎｍ）をセットし、上記（３）及び（４）の操作を行い、ボトムセルに発生している電流値を求める。
本発明においては、第２の光起電力ユニットの微結晶シリコン層のα2が、第１の光起電力ユニットの非晶質シリコン層のα1よりも大きく、かつ第２の光起電力ユニットの短絡電流Ｉｓｃ2が第１の光起電力ユニットの短絡電流Ｉｓｃ1よりも大きくなるように設定しており、これによって長期間使用した際の光劣化を抑制することができる。この作用効果について以下説明する。
積層型光起電力装置における光起電力ユニットセルの出力と、積層型光起電力装置の出力には、概ね以下の関係がある。
積層型光起電力装置の開放電圧（Ｖｏｃ）＝各ユニットセルの開放電圧の和
積層型光起電力装置の短絡電流（Ｉｓｃ）＝各ユニットセルのそれぞれの電流値のうち、小さい方の電流値
積層型光起電力装置の曲線因子（Ｆ．Ｆ．）＝各ユニットセルのそれぞれの曲線因子のうち、低い方の値
また、非晶質シリコンを発電層とする光起電力素子は、光照射によって主に曲線因子及び開放電圧が低下する。これに対し、微結晶シリコン層を発電層とする光起電力素子においては、光照射によってほとんど劣化せず、劣化する場合であっても曲線因子が僅かに低下する程度である。
積層型光起電力装置の短絡電流（Ｉｓｃ）＝各ユニットセルのそれぞれの電流値のうち、小さい方の電流値
積層型光起電力装置の曲線因子（Ｆ．Ｆ．）＝各ユニットセルのそれぞれの曲線因子のうち、低い方の値
また、非晶質シリコンを発電層とする光起電力素子は、光照射によって主に曲線因子及び開放電圧が低下する。これに対し、微結晶シリコン層を発電層とする光起電力素子においては、光照射によってほとんど劣化せず、劣化する場合であっても曲線因子が僅かに低下する程度である。
第１の光起電力ユニットをフロントセルとし、第２の光起電力ユニットをボトムセルとした本発明例を示して、本発明の作用効果を以下説明する。
本発明においては、第２の光起電力ユニット（ボトムセル）の短絡電流が、第１の光起電力ユニット（フロントセル）の短絡電流よりも大きいので、これらを積層した光起電力装置の短絡電流は第１の光起電力ユニット（フロントセル）の短絡電流の値に支配される。また、本発明においては第２の光起電力ユニット（ボトムセル）の微結晶シリコン層のα2が、第１の光起電力ユニット（フロントセル）の非晶質シリコン層のα1よりも大きくなっている。このため、表１に示す本発明例ではボトムセルの曲線因子（Ｆ．Ｆ．）がフロントセルの曲線因子（Ｆ．Ｆ．）よりも悪くなっている。
表１は、本発明例の初期状態及び光照射後における、フロントセル、ボトムセル及びこれらを積層した積層セルの開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｉｓｃ）、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）、及び変換効率を示す。
表２は、ボトムセルの微結晶シリコン層のα2が、フロントセルの非晶質シリコン層のα1と同程度である場合の従来例のフロントセル、ボトムセル及びこれらを積層した積層セルの開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｉｓｃ）、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）、及び変換効率を示す。
表１及び表２の比較から明らかなように、本発明に従う本発明例の場合、初期状態における変換効率は、従来例よりも低くなっているが、光照射後における変換効率の低下割合は、従来例のものよりも低くなっており、長期間使用した際の光劣化が抑制されていることがわかる。
図３は、上記の本発明例及び従来例の加速光劣化実験の結果を示している。図３に示すように、従来例においては劣化する速度が速く、早い時期に安定した変換効率に到達しているのに対し、本発明例においては劣化する速度が遅く、遅い時期に変換効率が安定化することがわかる。従って、本発明例の方が、トータルの発電量としては、従来例よりも多くなっていることがわかる。
本発明によれば、非晶質シリコン層を光電変換層とした光起電力ユニットを光入射側に配置し、微結晶シリコン層を光電変換層とした光起電力ユニットをその後側に配置した積層型光起電力装置において、長時間使用した際の光劣化を抑制することができ、長時間使用における総発電量を従来よりも多くすることができる。
以下、本発明を具体的な実施例により詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例）
図１は、本発明に従う一実施例の積層型光起電力装置を示す断面図である。図１に示す実施例の積層型光起電力装置は、非晶質シリコン層を光電変換層とした第１の光起電力ユニットと、微結晶シリコン層を光電変換層とした第２の光起電力ユニットとを光入射側からこの順番で積層した積層型光起電力装置（タンデム型光起電力装置）である。
図１は、本発明に従う一実施例の積層型光起電力装置を示す断面図である。図１に示す実施例の積層型光起電力装置は、非晶質シリコン層を光電変換層とした第１の光起電力ユニットと、微結晶シリコン層を光電変換層とした第２の光起電力ユニットとを光入射側からこの順番で積層した積層型光起電力装置（タンデム型光起電力装置）である。
図１に示すように、基板１の上には、ポリイミド層２が設けられており、ポリイミド層２の上に裏面電極３が設けられている。裏面電極３の上には、ｎ型の微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層４（厚み２０ｎｍ）が形成されており、その上に光電変換層である真性（ｉ型）の微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層５（厚み２μｍ）が形成されている。真性の微結晶シリコン層５の上に、ｐ型の微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層６（厚み２０ｎｍ）が形成されている。これらのｎ型微結晶シリコン層４、ｉ型微結晶シリコン層５、及びｐ型微結晶シリコン層６から第２の光起電力ユニットが構成されている。
ｐ型微結晶シリコン層６の上には、ｎ型の微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層７（厚み２０ｎｍ）が形成されており、その上には光電変換層である真性（ｉ型）の非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層８（厚み３００ｎｍ）が形成されている。真性の非晶質シリコン層８の上には、ｐ型の非晶質シリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）層９（厚み２０ｎｍ）が形成されている。その上に表面透明電極１０が形成されており、表面透明電極１０の上には、集電極１１が設けられている。ｎ型微結晶シリコン層７、真性非晶質シリコン層８、及びｐ型非晶質シリコンカーバイド層９から第１の光起電力ユニットが構成されている。
基板１としては、ステンレス板（ＳＵＳ４３０（厚み０．１５ｍｍ））が用いられており、ポリイミド層２は、ポリイミド樹脂をおよそ２０μｍの厚みで蒸着重合したものが用いられている。裏面電極３としては、銀（Ａｇ）をＲＦマグネトロンスパッタ法を用いておよそ２００ｎｍの厚みとなるように形成したものを用いている。
表面透明電極１０としては、酸化錫をドープした酸化インジウム（ＩＴＯ）をＲＦマグネトロンスパッタ法を用いておよそ８０ｎｍの厚みに形成したものを用いている。集電極１１は、Ａｇペーストを塗布することにより形成している。
本実施例において、光は、集電極１１及び表面透明電極１０が設けられた側から入射する。従って、ｎ型微結晶シリコン層７、真性非晶質シリコン層８、及びｐ型非晶質シリコンカーバイド層９からなる第１の光起電力ユニットが光入射側に配置されており、フロントセルとなる。また、ｎ型微結晶シリコン層４、真性微結晶シリコン層５、及びｐ型微結晶シリコン層６からなる第２の光起電力ユニットが、光入射に対し、第１の光起電力ユニットの後側に配置されており、ボトムセルとなる。
本実施例における第１の光起電力ユニット（フロントセル）及び第２の光起電力ユニット（ボトムセル）の各層の薄膜を形成する際の基板温度、反応圧力、高周波電力及びガス流量を表３に示す。
（比較例）
比較例として、ボトムセル（第２の光起電力ユニット）における光電変換層である微結晶シリコン層を形成する際の条件を、表４に示すように変化させる以外は、上記の実施例と同様にして積層型光起電力装置を作製した。ボトムセルの光電変換層における薄膜形成条件は、具体的には、表４に示すように高周波電力を３０Ｗから５０Ｗとし、ガス流量におけるＨ2４００ｓｃｃｍに対するＳｉＨ4の流量を２０ｓｃｃｍから１０ｓｃｃｍに変化させている。
比較例として、ボトムセル（第２の光起電力ユニット）における光電変換層である微結晶シリコン層を形成する際の条件を、表４に示すように変化させる以外は、上記の実施例と同様にして積層型光起電力装置を作製した。ボトムセルの光電変換層における薄膜形成条件は、具体的には、表４に示すように高周波電力を３０Ｗから５０Ｗとし、ガス流量におけるＨ2４００ｓｃｃｍに対するＳｉＨ4の流量を２０ｓｃｃｍから１０ｓｃｃｍに変化させている。
〔光電変換層の赤外吸収スペクトルの測定〕
実施例及び比較例におけるフロントセル及びボトムセルの光電変換層の赤外吸収スペクトルを測定するためのサンプルを作製した。上記と同様のステンレス基板の上に、上記と同様の裏面電極を形成し、その上に各セルのｎ型微結晶シリコン層を形成し、その上に各セルの光電変換層を形成した。これらのサンプルを用いて、各光電変換層の赤外吸収スペクトルを測定した。
実施例及び比較例におけるフロントセル及びボトムセルの光電変換層の赤外吸収スペクトルを測定するためのサンプルを作製した。上記と同様のステンレス基板の上に、上記と同様の裏面電極を形成し、その上に各セルのｎ型微結晶シリコン層を形成し、その上に各セルの光電変換層を形成した。これらのサンプルを用いて、各光電変換層の赤外吸収スペクトルを測定した。
図２は、実施例のフロントセルにおける光電変換層の赤外吸収スペクトルを示す図である。赤外吸収スペクトルは、赤外反射分光法により行い、具体的には赤外反射分光器ＪＥＯＬ ＪＩＰ−１００を用い、測定モードは正反射測定（１０回積算）、照射赤外線入射角は７０°（試料法線に対する入射角）、平行偏光、測定範囲は４００〜４０００ｃｍ-1（分解能：４ｃｍ-1）の条件で行った。
図２に示すように、赤外吸収スペクトルには多くのピークが現れるが、中でも２０００ｃｍ-1付近に現れるＳｉ−Ｈストレッチングモードと、１１００ｃｍ-1付近に現れるＳｉ−Ｏストレッチングモードが一般的に膜質の評価に用いられている。
２０００ｃｍ-1付近のＳｉ−Ｈストレッチングモードのピーク面積をＩ〔Si-H〕とし、１１００ｃｍ-1付近のＳｉ−Ｏストレッチングモードのピーク面積をＩ〔Si-O〕としたときのそれらの比α（＝Ｉ〔Si-O〕／Ｉ〔Si-H〕）を、実施例及び比較例の各光電変換層について求めた。なお、フロントセルのαをα1とし、ボトムセルの光電変換層のαをα2としている。実施例及び比較例におけるα1及びα2を表５に示す。
表５に示すように、比較例の積層型光起電力装置においては、α2がα1よりも小さくなっているのに対し、本実施例の積層型光起電力装置においては、α2がα1よりも大きくなっていることがわかる。これは、ボトムセルの光電変換層形成の際にガス流量における水素濃度を相対的に低くしたことにより微結晶シリコン層中に酸素が取り込まれ、Ｓｉ−Ｏ結合が増加したためであると考えられる。
〔フロントセル及びボトムセルの短絡電流の測定〕
上述の定エネルギー分光器による分光感度の測定方法により、実施例及び比較例におけるフロントセル（第１の光起電力ユニット）の短絡電流Ｉｓｃ1及びボトムセル（第２の光起電力ユニット）の短絡電流Ｉｓｃ2を求めた。結果を表６に示す。表６に示す値は、実施例におけるフロントセルの短絡電流Ｉｓｃ1で規格化した値である。
上述の定エネルギー分光器による分光感度の測定方法により、実施例及び比較例におけるフロントセル（第１の光起電力ユニット）の短絡電流Ｉｓｃ1及びボトムセル（第２の光起電力ユニット）の短絡電流Ｉｓｃ2を求めた。結果を表６に示す。表６に示す値は、実施例におけるフロントセルの短絡電流Ｉｓｃ1で規格化した値である。
表６に示すように、本発明に従う実施例においては、ボトムセルの電流値Ｉｓｃ2が、フロントセルの短絡電流Ｉｓｃ1よりも大きくなるように設定されている。
〔光劣化の評価〕
実施例及び比較例の積層型光起電力装置について、長期間光照射した後の特性を評価した。ＡＭ−１．５、５００ｍＷ／ｃｍ2、２５℃、及び端子間開放状態の条件で１６０分間光照射し、その後ＡＭ−１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2、２５℃の条件で光照射後の特性を測定した。光照射前の初期特性の出力で割った規格値（＝１−光劣化率）で変換効率、開放電圧、短絡電流及び曲線因子の測定結果を表７に示す。
実施例及び比較例の積層型光起電力装置について、長期間光照射した後の特性を評価した。ＡＭ−１．５、５００ｍＷ／ｃｍ2、２５℃、及び端子間開放状態の条件で１６０分間光照射し、その後ＡＭ−１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2、２５℃の条件で光照射後の特性を測定した。光照射前の初期特性の出力で割った規格値（＝１−光劣化率）で変換効率、開放電圧、短絡電流及び曲線因子の測定結果を表７に示す。
表７に示すように、実施例の光照射後の変換効率は、比較例の変換効率よりも高くなっている。上述のように、光起電力ユニットセルの特性は、各セルの電流値及び曲線因子の両方のバランスで決定されるため、α2をα1より大きくし、初期状態におけるボトムセル単独の光電変換効率が小さくなったとしても、積層型光起電力装置の出力において受ける影響は少ない。このため、初期状態における変換効率の低下はさほど大きなものとならない。また、上述のように、非晶質シリコン層を光電変換層とする場合、曲線因子及び開放電圧が低下するのに対し、微結晶シリコン層を光電変換層とする場合、ほとんど劣化しない。従って、初期状態において微結晶シリコン層を光電変換層とするボトムセルの変換効率が低くても、光照射後においては初期状態におけるボトムセルの低い変換効率の影響を受けることがなく、表７に示すように変換効率を高めることが可能となる。また、上述のように、光劣化の時定数（速度）は、本発明に従う光起電力装置の方が遅いことがわかっており、長期間における総発電容量は、本発明に従う光起電力装置の方が多くなる。
上記実施例では、フロントセルとボトムセルの２層を積層した積層型光起電力装置を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、３層以上の光起電力ユニットを積層した積層型光起電力装置であってもよい。また、本発明における第１の光起電力ユニット及び第２の光起電力ユニットの間に他の光起電力ユニットが配置されていてもよい。また、第１の光起電力ユニットより手前の光入射側に他の光起電力ユニットが配置されてもよいし、第２の光起電力ユニットの後側に他の光起電力ユニットが配置されてもよい。
また、上記実施例においては、ステンレス基板を用いているが、基板はこれに限定されるものではなく、鉄、モリブデン、アルミニウムなどの金属であってもよいし、また各種合金であってもよい。また、上記実施例においては、このような金属基板の上にポリイミド層を設けているが、基板と電気的に分離するためのこのような樹脂層は、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）などの他の樹脂を用いて形成してもよい。また、ＳｉＯ2などの絶縁性薄膜を形成してもよい。
また、光起電力装置の裏面においては、ある程度凹凸構造を形成させた方が、光散乱光を起こし光閉じ込め効果が期待でき、変換効率を向上できることが知られている。本発明においても、例えば、直径数１００μｍのＳｉＯ2やＴｉＯ2などの粒子を、例えば、ポリイミドやポリエーテルサルフォンなどの樹脂中に混入し、その表面に凹凸形状を持たせてもよい。
１…基板
２…ポリイミド層
３…裏面電極
４…第２の光起電力ユニットのｎ型微結晶シリコン層
５…第２の光起電力ユニットの光電変換層（微結晶シリコン層）
６…第２の光起電力ユニットのｐ型微結晶シリコン層
７…第１の光起電力ユニットのｎ型微結晶シリコン層
８…第１の光起電力ユニットの光電変換層（非晶質シリコン層）
９…第１の光起電力ユニットのｐ型非晶質シリコンカーバイド層
１０…表面透明電極
１１…集電極
２…ポリイミド層
３…裏面電極
４…第２の光起電力ユニットのｎ型微結晶シリコン層
５…第２の光起電力ユニットの光電変換層（微結晶シリコン層）
６…第２の光起電力ユニットのｐ型微結晶シリコン層
７…第１の光起電力ユニットのｎ型微結晶シリコン層
８…第１の光起電力ユニットの光電変換層（非晶質シリコン層）
９…第１の光起電力ユニットのｐ型非晶質シリコンカーバイド層
１０…表面透明電極
１１…集電極
Claims (2)
- 一導電型の非単結晶半導体層、実質的に真性でかつ発電に寄与する光電変換層としての非晶質シリコン層、及び他導電型の非単結晶半導体層を積層してなる第１の光起電力ユニットが光入射側に設けられ、一導電型の非単結晶半導体層、実質的に真性でかつ発電に寄与する光電変換層としての微結晶シリコン層、及び他導電型の非単結晶半導体層を積層してなる第２の光起電力ユニットが光入射に対して前記第１の光起電力ユニットより後側に設けられた積層型光起電力装置であって、
光電変換層としての前記非晶質シリコン層及び前記微結晶シリコン層を赤外吸収分光法で測定して得られるＳｉ−Ｈストレッチングモードのピーク面積をＩ〔Si-H〕とし、Ｓｉ−Ｏストレッチングモードのピーク面積をＩ〔Si-O〕とし、これらの比をα（＝Ｉ〔Si-O〕／Ｉ〔Si-H〕）としたとき、前記第２の光起電力ユニットの光電変換層である前記微結晶シリコン層のα2が、前記第１の光起電力ユニットの光電変換層である前記非晶質シリコン層のα1よりも大きく、かつ
前記第２の光起電力ユニットの短絡電流Ｉｓｃ2が、前記第１の光起電力ユニットの短絡電流Ｉｓｃ1よりも大きいことを特徴とする積層型光起電力装置。 - 前記各非単結晶半導体層が、非単結晶シリコン層または非単結晶シリコン合金層であることを特徴とする請求項１に記載の積層型光起電力装置。
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