JP2009259926A - Solar cell - Google Patents
Solar cell Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009259926A JP2009259926A JP2008105342A JP2008105342A JP2009259926A JP 2009259926 A JP2009259926 A JP 2009259926A JP 2008105342 A JP2008105342 A JP 2008105342A JP 2008105342 A JP2008105342 A JP 2008105342A JP 2009259926 A JP2009259926 A JP 2009259926A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- photoelectric conversion
- conversion layer
- band gap
- layer
- insulating substrate
- 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
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Abstract
Description
本発明は、光電変換層の光起電力により発電する太陽電池に関するものである。 The present invention relates to a solar cell that generates electric power from photovoltaic power of a photoelectric conversion layer.
従来の薄膜太陽電池などの太陽電池では、タンデム構造のセル(タンデムセル)が、透光性絶縁基板上に形成されている。このタンデムセルは、透明導電膜と反射導電膜とからなる一対の電極の間に、p層、i層、n層の半導体層からなる光電変換層を積み上げて形成される。さらに、発電効率を向上させる目的で、例えば、アモルファスシリコン半導体層および微結晶シリコン半導体層などの複数の光電変換層を積み上げて形成される。電流源として作用するこれら複数の光電変換層は、互いに光学的バンドギャップが異なり、互いに電気的に直列に接続される。このような構成からなるタンデムセルでは、例えば、太陽光の短波長成分をアモルファスシリコン半導体層、長波長成分を微結晶シリコン半導体層でそれぞれ吸収することにより、光の有効波長域を広げ、発電効率を向上させている。 In a solar cell such as a conventional thin film solar cell, a tandem cell (tandem cell) is formed on a light-transmitting insulating substrate. This tandem cell is formed by stacking a photoelectric conversion layer composed of p-layer, i-layer, and n-layer semiconductor layers between a pair of electrodes composed of a transparent conductive film and a reflective conductive film. Furthermore, in order to improve the power generation efficiency, for example, a plurality of photoelectric conversion layers such as an amorphous silicon semiconductor layer and a microcrystalline silicon semiconductor layer are stacked. The plurality of photoelectric conversion layers acting as current sources have different optical band gaps and are electrically connected in series with each other. In a tandem cell having such a configuration, for example, the short wavelength component of sunlight is absorbed by the amorphous silicon semiconductor layer and the long wavelength component is absorbed by the microcrystalline silicon semiconductor layer, respectively, thereby expanding the effective wavelength range of light and generating efficiency. Has improved.
また、透明導電膜と反射導電膜とからなる一対の電極の間に、複数の光電変換層を積み上げた構造単位(上述のタンデムセル)をユニットとし、複数のユニットを並置させ、本ユニットの反射導電膜と、隣接するユニットの透明導電膜とを接続して、光電変換層同士を互いに電気的に直列に接続した構造も提案されている。 In addition, a structural unit (the above-mentioned tandem cell) in which a plurality of photoelectric conversion layers are stacked between a pair of electrodes composed of a transparent conductive film and a reflective conductive film is used as a unit, and the plurality of units are juxtaposed to reflect the unit. There has also been proposed a structure in which a conductive film and a transparent conductive film of an adjacent unit are connected and the photoelectric conversion layers are electrically connected to each other in series.
特許文献1に記載の太陽電池では、互いに異なる光学的バンドギャップを有する光電変換層から構成されるセルを、透光性絶縁基板の上下面にそれぞれ配置し、透光性絶縁基板を挟んで対向する上部セルと下部セルとによりユニットを構成している。そして、ユニットの光電変換層同士は、透光性絶縁基板に付与された貫通孔を介して互いに電気的に接続されている。特許文献1の構造と従来構造との相違点は、従来構造では、光電変換層同士が接合して直接的に電気的に接続しているのに対して、特許文献1の構造では、光電変換層同士が、基板に付与した貫通孔を介して、間接的に電気的に接続されている点である。一方、特許文献1の構造と従来構造との共通点は、光学的バンドギャップが互いに異なる複数の光電変換層を、電気的に直列に接続して設けている点である。この構造により、太陽電池で発生する電圧は、光電変換層の数に応じて向上する。
In the solar cell described in
しかしながら、特許文献1の構造および従来構造では、電流発生源となる複数の光電変換層同士がすべて直列に接続されているため、太陽電池全体で発生する光電流は、各光電変換層で発生する光電流のうち最も低い光電流に律速されるという問題がある。例えば、光学的バンドギャップが互いに異なる2種類以上の光電変換層をユニット内で直列接続した場合、互いの光電変換層の特性が異なるため、そのユニットで発生する光電流は、各光電変換層で発生する光電流のうち最も低い光電流に律速される。
However, in the structure of
また、季節や天候による太陽光のスペクトルの変化によって、各光電変換層で発生する光電流が変化した場合、太陽電池全体の光電流は、その変化により光電流が減少する場合があるという問題がある。例えば、太陽光のスペクトルの変化により、一方の光電変換層では光電流が上昇しても、他方の光電変換層では光電流が減少した場合には、太陽電池全体の光電流は減少する場合がある。また、温度変化によって光電変換層の特性は変化し、温度変化によっても光電流は変動するが、その場合も、同様に、低い光電流に律速される。 In addition, when the photocurrent generated in each photoelectric conversion layer changes due to changes in the sunlight spectrum due to the season or weather, the photocurrent of the entire solar cell may decrease due to the change. is there. For example, if the photocurrent increases in one photoelectric conversion layer due to a change in the spectrum of sunlight, but the photocurrent decreases in the other photoelectric conversion layer, the photocurrent of the entire solar cell may decrease. is there. In addition, the characteristics of the photoelectric conversion layer change due to a temperature change, and the photocurrent also fluctuates due to the temperature change, but in this case as well, the rate is limited to a low photocurrent.
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、光電変換層で発生する光電流のうち最も低い光電流に律速されることなく、光電流を向上可能な太陽電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a solar cell capable of improving the photocurrent without being limited by the lowest photocurrent generated in the photoelectric conversion layer. The purpose is to provide.
本発明に係る太陽電池は、透光性絶縁基板の一方の面上に形成され、第1の光電変換層を備える複数の第1のセルと、前記透光性絶縁基板の他方の面上に形成され、前記第1の光電変換層と異なる光学的バンドギャップを有する第2の光電変換層を備える複数の第2のセルとを備える。前記透光性絶縁基板を挟んで対向する前記第1のセルおよび前記第2のセルは、ユニットを構成する。前記ユニットの前記第1の光電変換層と前記第2の光電変換層とは、前記透光性絶縁板に設けられた貫通孔を介して互いに電気的に並列に接続され、隣接する前記ユニットの前記第1の光電変換層同士および前記第2の光電変換層同士それぞれは、電気的に直列に接続される。 A solar cell according to the present invention is formed on one surface of a light-transmitting insulating substrate, and includes a plurality of first cells including a first photoelectric conversion layer, and the other surface of the light-transmitting insulating substrate. And a plurality of second cells including a second photoelectric conversion layer formed and having a second optical conversion layer having an optical band gap different from that of the first photoelectric conversion layer. The first cell and the second cell that face each other with the translucent insulating substrate interposed therebetween constitute a unit. The first photoelectric conversion layer and the second photoelectric conversion layer of the unit are electrically connected in parallel to each other through a through hole provided in the light-transmitting insulating plate, and The first photoelectric conversion layers and the second photoelectric conversion layers are electrically connected in series.
本発明の太陽電池では、互いに異なる光学的バンドギャップを有する光電変換層が電気的に並列に接続されているため、各光電変換層で発生する光電流のうち最も低い光電流に律速されることなく、光電流を向上させることができる。その結果、季節・天候による太陽光スペクトル、および、温度等の動作周辺環境の変化に対して、動作安定性を向上させることができる。 In the solar cell of the present invention, the photoelectric conversion layers having different optical band gaps are electrically connected in parallel, so that the rate is determined by the lowest photocurrent among the photocurrents generated in each photoelectric conversion layer. In addition, the photocurrent can be improved. As a result, it is possible to improve operational stability against changes in the operating ambient environment such as the sunlight spectrum and temperature due to the season and weather.
<実施の形態1>
図1は、本実施の形態に係る太陽電池の構成を示す断面図である。本実施の形態に係る太陽電池は、図1に示すように、透光性絶縁基板1と、セル2と、タンデムセル3とを備える。透光性絶縁基板1の材質には、例えば、ガラスを用いる。
<
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the solar cell according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the solar cell according to the present embodiment includes a translucent
本実施の形態に係る複数の第1のセルである複数のセル2は、透光性絶縁基板1の一方の面(図1の上面)上に形成され、第1の光電変換層であるワイドバンドギャップ光電変換層12を備える。本実施の形態では、複数のセル2は、ワイドバンドギャップ光電変換層12に加え、第1の透明導電膜11と、第2の透明導電膜13とをさらに備える。第1の透明導電膜11は、透光性絶縁基板1の上面上に所定のパターンで配置される。
A plurality of
図1の破線部分を拡大した図を図1の下に示す。本実施の形態に係るワイドバンドギャップ光電変換層12は、ワイドバンドギャップのi層半導体材料を含むp層15、i層16、n層17を、第1の透明導電膜11上に透光性絶縁基板1側から順次積層してなる。ワイドバンドギャップ光電変換層12は、第1の透明導電膜11を覆う。隣り合うワイドバンドギャップ光電変換層12同士の間には、開口部14が設けられている。なお、ワイドバンドギャップ光電変換層12が、透明導電膜11と接触することに対しては特に制限はない。
The figure which expanded the broken-line part of FIG. 1 is shown under FIG. In the wide band gap
第2の透明導電膜13は、透光性絶縁基板1上側のワイドバンドギャップ光電変換層12の上に配置される。第2の透明導電膜13と、セル2を構成する対面の第1の透明導電膜11とは、上述のワイドバンドギャップ光電変換層12によって空間的に離れている。その一方で、第2の透明導電膜13と、隣接するセル2の第1の透明導電膜11とは、ワイドバンドギャップ光電変換層12同士の開口部14において、空間的、電気的に接続されている。第2の透明導電膜13には、図1に示すように、第1の透明導電膜11上に分離部18が設けられている。これにより、隣接する第2の透明導電膜13同士は、互いに空間的に離れており、電気的に絶縁性を確保している。
The second transparent
本実施の形態に係る複数の第2のセルである複数のタンデムセル3は、透光性絶縁基板1の他方の面(図1の下面)上に形成され、第2の光電変換層であるミドルバンドギャップ光電変換層22を備える。本実施の形態では、複数のタンデムセル3は、ミドルバンドギャップ光電変換層22に加え、第3の透明導電膜21と、第3の光電変換層であるナローバンドギャップ光電変換層23と、反射導電層24とをさらに備える。第3の透明導電膜21は、透光性絶縁基板1の下面上に所定のパターンで配置される。
A plurality of
本実施の形態に係るミドルバンドギャップ光電変換層22は、ミドルバンドギャップのi層半導体材料を含むp層26、i層27、n層28を、第3の透明導電膜21上に透光性絶縁基板1側から順次積層してなる。本実施の形態では、上述のワイドバンドギャップ光電変換層12は、ミドルバンドギャップ光電変換層22よりも光学的バンドギャップが広い。
In the middle band gap
ナローバンドギャップ光電変換層23は、ナローバンドギャップのi層半導体材料を含むp層29、i層30、n層31を、ミドルバンドギャップ光電変換層22上に透光性絶縁基板1側から順次積層してなる。こうして、本実施の形態では、ナローバンドギャップ光電変換層23は、ミドルバンドギャップ光電変換層22上に透光性絶縁基板1と反対側に積層され、当該ミドルバンドギャップ光電変換層22と電気的に直列に接続される。また、本実施の形態では、上述のミドルバンドギャップ光電変換層22は、ナローバンドギャップ光電変換層23よりも光学的バンドギャップが広い。
The narrow band gap
以下の説明では、ワイドバンドギャップ光電変換層12、ミドルバンドギャップ光電変換層22、ナローバンドギャップ光電変換層23を区別しない場合には、簡単に、光電変換層12,22,23と記すこともある。また、ミドルバンドギャップ光電変換層22およびナローバンドギャップ光電変換層23を区別しない場合には、簡単に、下側の光電変換層22,23と記し、それに対して、ワイドバンドギャップ光電変換層12を上側の光電変換層12と記すこともある。
In the following description, when the wide band gap
下側の光電変換層22,23は、第3の透明導電膜21を覆う。隣り合う下側の光電変換層22,23同士の間には、開口部25が設けられている。なお、下側の光電変換層22,23が、第3の透明導電膜21と接触することに対しては特に制限はない。
The lower photoelectric conversion layers 22 and 23 cover the third transparent
反射導電層24は、透光性絶縁基板1下側のナローバンドギャップ光電変換層23の上に配置される。反射導電層24と、タンデムセル3を構成する対面の第3の透明導電膜21とは、下側の光電変換層22,23によって空間的に離れている。その一方で、反射導電層24と、隣接するタンデムセル3の第3の透明導電膜21とは、下側の光電変換層22,23同士の開口部25において、空間的、電気的に接続されている。反射導電層24には、図1に示すように、第3の透明導電膜21上に分離部32が設けられている。これにより、隣接する反射導電層24同士は、互いに空間的に離れており、電気的に絶縁性を確保している。
The reflective
透光性絶縁基板1を挟んで対向するセル2およびタンデムセル3は、ユニット4を構成している。透光性絶縁基板1には、貫通孔5が設けられており、その貫通孔5の少なくとも内壁の一部に、透光性絶縁基板1の厚み方向に連続して設けられた導電部材を備える。これにより、第1の透明導電膜11と第3の透明導電膜21とは、透光性絶縁基板1に設けた貫通孔5を介して、電気的に接続される。透光性絶縁基板1には、例えば、厚さが1.1mmのものを用い、貫通孔5は、例えば、半径0.5mmの円柱形状に形成する。
The
貫通孔5の内部には、例えば、銀ろう材の充填、または、スパッタ透明導電膜を形成する。図2は、本実施の形態に係る貫通孔5を形成した透光性絶縁基板1上に、第1の透明導電膜11と第3の透明導電膜21を形成した途中段階の構造を示す断面図(図2(a))と上面図(図2(b))である。図2(b)に示すように、貫通孔5は、その電気抵抗に基づいて定めた一定間隔でライン上に配置される。この構造により、セル2とタンデムセル3は並列に接続される。
Inside the through-
ミドルバンドギャップ光電変換層22、および、ナローバンドギャップ光電変換層23は、p層26,29、i層27,30、n層28,31の積層方向が同一であり、電気的に直列に接続される。ミドルバンドギャップ光電変換層22のp層26と、ワイドバンドギャップ光電変換層12のp層15とは、第1,第3の透明導電膜11,21、貫通孔5を介して互いに電気的に接続される。これにより、ユニット4のワイドバンドギャップ光電変換層12とミドルバンドギャップ光電変換層22とは、透光性絶縁基板1に設けられた貫通孔5を介して互いに電気的に並列に接続される。
The middle band gap
光が光電変換層12,22,23で吸収されると、光電流は光電変換層12,22,23のn層からp層へ流れる。そのため、上側の光電変換層12では、図1の上の表面から透光性絶縁基板1側へ光電流が発生し、下側の光電変換層22,23では、図1の下の表面から透光性絶縁基板1側へ光電流が発生する。これら光電流は、各光電変換層12,22,23それぞれにおいて独立して発生する。そのため、ユニット4で発生する光電流、つまり、太陽電池全体で発生する光電流は、透光性絶縁基板1の上下それぞれ発生する光電流の和となる。
When light is absorbed by the photoelectric conversion layers 12, 22, and 23, photocurrent flows from the n layer to the p layer of the photoelectric conversion layers 12, 22, and 23. Therefore, in the upper
また、透光性絶縁基板1全面に亘って形成され、透光性絶縁基板1を挟んで対向する上側のセル2および下側のタンデムセル3により構成される一のユニット4は、隣接するユニット4と、第1,第3の透明導電膜11,21を介して電気的に直列に接続される。これにより、隣接するユニット4のワイドバンドギャップ光電変換層12同士およびミドルバンドギャップ光電変換層22同士それぞれは、電気的に直列に接続される。
In addition, one
この構造により、上側の光電変換層12で発生した光電流は、隣接するユニット4の上側の光電変換層12に引き渡される。その一方で、下側の光電変換層22,23で発生した光電流は、隣接するユニット4の下側の光電変換層22,23に引き渡される。その結果、太陽電池全体で発生する電圧は、直列接続された各ユニット4で発生する電圧の和となる。
With this structure, the photocurrent generated in the upper
次に、本実施の形態に係る太陽電池が、上述の光電流や電圧の発生源となる光を吸収する動作について説明する。本実施の形態に係る太陽電池の構成では、透光性絶縁基板1上面が、太陽光を浴びる受光面である。上面から入射した太陽光は、第2の透明導電膜13を通過し、ワイドバンドギャップ光電変換層12で主に短波長成分の光が吸収される。残りの光は、第1透明導電膜11および透光性絶縁基板1および第3の透明導電膜21を通過し、ミドルバンドギャップ光電変換層22,ナローバンドギャップ光電変換層23それぞれにおいて、中波長成分の光、長波長成分の光それぞれが吸収される。
Next, the operation in which the solar cell according to the present embodiment absorbs light serving as the generation source of the above-described photocurrent and voltage will be described. In the configuration of the solar cell according to the present embodiment, the upper surface of the translucent insulating
残りの光は、反射導電層24で反射され、上記光の進行方向に対して逆方向に進行し、さらに、各光電変換層12,22,23で吸収される。主な光の進行状況は、上述のとおりであるが、各膜の界面では、反射・屈折・干渉が起きるため、実際の光の進行状況は、より複雑なものになる。なお、太陽光が、透光性絶縁基板1の貫通孔5においても透過可能にするために、貫通孔5内に形成される膜は、透明導電膜であることが望ましい。
The remaining light is reflected by the reflective
なお、各膜の表面構造については特に制限はないが、例えば、第1の透明導電膜11および第3の透明導電膜21のいずれか一方、または、両方の表面に凹凸形状を設けるテクスチャー構造を形成した方が望ましい。仮に、その構造を形成した場合には、太陽光の進行方向を屈折により変化させ、光電変換層12,22,23に対する光の作用長を増加させるとともに、正反射により外部に光が飛び出すことを抑えて、光を内部に極力閉じ込める光学的な作用を持たせることができる。
In addition, although there is no restriction | limiting in particular about the surface structure of each film | membrane, For example, the texture structure which provides uneven | corrugated shape in the surface of either one of the 1st transparent
例えば、第1の透明導電膜11に上述のテクスチャー構造を持たせると、その上に後から形成するワイドバンドギャップ光電変換層12および第2の透明導電膜13表面に、下地のテクスチャー構造をある程度反映した表面形状が形成される。この場合、第2の透明導電膜13に到達した太陽光は、その表面形状に応じて屈折するため、第2の透明導電膜13は、光の内部閉じ込めに寄与することが可能となる。光の内部閉じ込めは、空気層ないし上部充填層(図示せず)と光電変換層以外にも、第2の透明導電膜13とワイドバンドギャップ光電変換層12との界面、および、ワイドバンドギャップ光電変換層12と第1の透明導電膜11との界面においても起こる。さらに、第3の透明導電膜21に上述のテクスチャー構造を持たせると、透光性絶縁基板1上側のセル2のみならず、透光性絶縁基板1下側のタンデムセル3においても、同様に、屈折等による光の内部閉じ込めが可能となる。
For example, when the first transparent
なお、図1では、光電変換層12,22,23を簡単な構造で示したが、これ以外の構成要素を挿入する構造であってもよい。例えば、波動光学的に光反射率を向上させるために、反射導電層24とナローバンドギャップ光電変換層23との間に、例えば、ZnO等の透明導電膜を挿入する構造であってもよい。また、例えば、光の内部閉じ込めの効率や、ミドルバンドギャップ光電変換層22とナローバンドギャップ光電変換層23との間の電気接続性を向上させるため、これらの光電変換層22,23の間に、半導体膜あるいは導電膜を挿入する構造であってもよい。
In addition, in FIG. 1, although the photoelectric converting
次に、図3を用いて、本実施の形態に係る太陽電池の製造工程例を説明する。図3(a)に示すように、例えば、ガラスからなる透光性絶縁基板1を準備する。この透光性絶縁基板1に、例えば、ダイヤモンド砥粒を備えた電鋳ドリルを用いて、貫通孔5を形成する。この貫通孔5内壁に、例えば、CrおよびTiのスパッタ膜を形成する。貫通孔5内部の空洞部に、例えば、銀ろう材、または、透明導電材を充填し、貫通孔5以外の透光性絶縁基板1表面の金属部や導電材は、パッド研磨により除去する。
Next, a manufacturing process example of the solar cell according to the present embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3A, for example, a translucent
なお、透光性絶縁基板1は、ガラス基板に限ったものではなく、例えば、プラスチック基板であってもよい。透光性絶縁基板1にプラスチック基板を用いる場合、レーザあるいはポンチとダイからなる金型による加工等により、貫通孔5を形成すればよい。なお、ここで示した貫通孔5の形成は一例に過ぎず、特に本発明を制限するものではない。また、透光性絶縁基板1から、後工程で形成する膜への不純物拡散を抑えるために、バリア層としてのSiOxやSiNx等の膜を透光性絶縁基板1表面に予め設けてもよい。
The translucent
図3(b)に示すように、透光性絶縁基板1の片面上に、例えば、熱CVD(Chemical Vapor Deposition)法により、SnO2からなる厚さ1.0μmの透明導電膜を形成する。成膜条件として、例えば、透光性絶縁基板1の温度を500℃にし、原料ガスとして2.0mol%のSnCl4、酸化性ガスとして10mol%のH20および1.0mol%のO2を用い、必要に応じて1.0mol%のFドーパントのガスを、キャリアガスにN2を用いて加え、これらガスを常圧下で供給する。透光性絶縁基板1の片面上に形成した透明導電膜に、Nd:YVO4レーザの基本波をパルス光照射する。この照射により、ライン状にセル間の透明導電膜をスクライブ除去して、透明導電膜を分割する。透光性絶縁基板1の他方の面に、上述と同様に、透明導電膜の形成とレーザスクライブ除去を施す。
As shown in FIG. 3B, a transparent conductive film made of SnO 2 and having a thickness of 1.0 μm is formed on one surface of the translucent insulating
こうして、透光性絶縁基板1の上面上に第1の透明導電膜11が形成され、透光性絶縁基板1の下面上に第3の透明導電膜21が形成される。なお、ここでは、第1,第3の透明導電膜11,21の材質は、SnO2である場合について説明したが、ITO(Indium Tin Oxide),IZO(Indiumu Zinc Oxide),ZnOであってもよい。また、透明導電膜の成膜には、透光性絶縁基板1の各面それぞれに分離される反応室を用いることにより、プラズマCVD法で透光性絶縁基板1両面上に、透明導電膜を同時に成膜してもよい。また、透光性絶縁基板1両面上に成膜された透明導電膜を、レーザスクライブにより同時に分割してもよい。
Thus, the first transparent
図3(c)に示すように、第1の透明導電膜11上に、例えば、ボロンドープa−SiCからなる厚さ10nmのp層15、a−SiCからなる厚さ200nmのi層16、リンドープa−Siからなる厚さ15nmのn層17を順次成膜し、ワイドバンドギャップ光電変換層12を形成する。第3の透明導電膜21上に、例えば、ボロンドープa−SiCからなる厚さ10nmのp層26、a−Siからなる厚さ250nmのi層27、リンドープa−Siからなる厚さ15nmのn層28を順次成膜し、ミドルバンドギャップ光電変換層22を形成する。そして、ミドルバンドギャップ光電変換層22上に、例えば、アモルファス部分を含むボロンドープ微結晶シリコン(μc−Si)からなる厚さ10nmのp層29、μc−Siからなる厚さ2μmのi層30、μc−Siからなる厚さ15nmのn層31を順次成膜し、ナローバンドギャップ光電変換層23を形成する。
As shown in FIG. 3C, on the first transparent
これら成膜は、例えば、平行平板型のRF帯の周波数のプラズマCVDを用いる。その成膜条件として、透光性絶縁基板1の温度はすべて200℃とし、成膜の原料ガスとしては、a−SiCにはSiH4、CH4,H2を用い、a−SiにはSiH4、H2を用い、μc−SiにはSiH4、H2を用いる。a−Siでは、ガス濃度比[H2]/[SiH4]=15とし、μc−Siでは、ガス濃度比[H2]/[SiH4]=50とする。その他のプラズマCVDによる成膜条件は、それぞれ最適となるように設定する。
For these film formations, for example, parallel plate type RF plasma CVD is used. As the film formation conditions, the temperature of the translucent insulating
図3(d)に示すように、上面から見てライン状にセル間の光電変換層12,22,23をスクライブ除去して、開口部14,25を形成し、光電変換層12,22,23をパターン分割する。この分割は、透光性絶縁基板1の両面上に形成した光電変換層12,22,23に対して、Nd:YVO4レーザの第二高調波(2ω)をパルス光照射することにより行う。なお、このスクライブ除去では、第1,第3の透明導電膜11,21、および、透光性絶縁基板1にもレーザが照射されるが、当該レーザ波長の光を透過するため、スクライブされずに形状が維持される。
As shown in FIG. 3 (d), the photoelectric conversion layers 12, 22, and 23 between the cells are scribed and removed in a line shape when viewed from the top to form
図3(e)に示すように、透光性絶縁基板1上面側でパターニングされたワイドバンドギャップ光電変換層12上に、例えば、DCマグネトロンスパッタによって、Al:2wt%ドープZnO膜からなる厚さ500nmの第2の透明導電膜13を形成する。一方、透光性絶縁基板1下面側でパターニングされたナローバンドギャップ光電変換層23上に、例えば、DCマグネトロンスパッタによって、Al:2wt%ドープZnO膜をその厚さ100nmにして形成する。そして、そのZnO膜上に、例えば、Ag,Al,Au,Pt等、あるいはその合金類からなる反射電極層24を形成する。ここでは、一例として、ZnO膜上に、Ag膜からなる厚さ300nmの反射導電層24を積層する。なお、ここでは、ナローバンドギャップ光電変換層23上にZnO膜を形成したが、これに限ったものではなく、その代わりに、例えば、ITO膜、IZO膜、SnO2膜を形成してもよい。
As shown in FIG. 3E, on the wide band gap
図3(f)に示すように、例えば、透光性絶縁基板1と第1の透明導電膜11との界面を基準としてクリアランスを設定し、加工針によりメカニカルスクライビングすることにより、セル2間の第2の透明導電膜13を除去し、分離部18を形成する。第2の透明導電膜13を除去する位置は、ワイドバンドギャップ光電変換層12のエッジであり、ワイドバンドギャップ光電変換層12の一部(微量)と、第1の透明導電膜11の一部(微量)の表層とともに、セル2間の第2の透明導電膜13を除去する。これにより、隣接するセル2の第2の透明導電膜13同士の分離を行う。透光性絶縁基板1下面側のタンデムセル3間の反射導電層24を、上述の2ωレーザにより、ライン状にスクライブ除去し、隣接するタンデムセル3の反射導電層24同士の分離を行う。
As shown in FIG. 3 (f), for example, a clearance is set with reference to the interface between the translucent insulating
図4は、本実施の形態に係る太陽電池の別局面の構造を示す断面図である。この図4に係る太陽電池の構造が、図1に係る太陽電池の構造と異なる点は、第1の透明導電膜11と第3の透明導電膜21とを接続する貫通孔5の位置が異なる点である。図1に係る太陽電池の透光性絶縁基板1の貫通孔5は、ワイドバンドギャップ光電変換層12と、ミドルバンドギャップ光電変換層22との間に設けられていた。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of another aspect of the solar cell according to the present embodiment. The structure of the solar cell according to FIG. 4 is different from the structure of the solar cell according to FIG. 1 in that the positions of the through
それに対して、図4に係る太陽電池の透光性絶縁基板1の貫通孔5は、第1の透明導電膜11と第3の透明導電膜13との接続部と、第2の透明導電膜21と反射導電層24との接続部との間の位置に設けられている。つまり、図4に係る太陽電池の透光性絶縁基板1の貫通孔5は、ワイドバンドギャップ光電変換層12と、ミドルバンドギャップ光電変換層22との間を避けて設けられている。この図4に係る太陽電池によれば、図1に係る太陽電池に比べて、透光性絶縁基板1上面から下面へ透過する太陽光が、貫通孔5により遮蔽される弊害を無くすことができる。
On the other hand, the through-
次に、図5を用いて、図4に係る太陽電池の製造工程例を説明する。なお、ここでは、図3と共通する部分を除いて、図3と相違する工程のみを説明する。図5(a)に示すように、例えば、ガラスからなる透光性絶縁基板1を準備する。この透光性絶縁基板1に、例えば、ダイヤモンド砥粒を備えた電鋳ドリルを用いて、貫通孔5を形成する。この貫通孔5内壁に、例えば、ITO,IZOないしSnO2あるいはZnOのスパッタ膜を形成する。貫通孔5内部の空洞部に、例えば、ポリアニリンを充填し、貫通孔5以外の透光性絶縁基板1表面のポリマー膜はパッド研磨により除去する。
Next, a manufacturing process example of the solar cell according to FIG. 4 will be described with reference to FIG. Here, only the steps different from FIG. 3 will be described, except for the parts common to FIG. As shown in FIG. 5A, for example, a translucent
図5(b)に示すように、貫通孔5と、第1の透明導電膜11および第3の透明導電膜13との位置関係が、透光性絶縁基板1上面からみて、後の工程で形成する光電変換層12,22,23と重ならない位置となるように第1,第3の透明導電膜11,13を形成する。図5(d)に示すように、光電変換層12,22,23に対して、Nd:YVO4−2ωレーザをパスル光照射することにより、隣接セル間、つまり、貫通孔5上下に位置する光電変換層12,22,23をスクライブ除去して、光電変換層12,22,23をパターン分割する。この際、第1の透明導電膜11、第3の透明導電膜13および貫通孔5は、当該レーザ波長の光を透過するため、形状を保持する。
As shown in FIG. 5B, the positional relationship between the through-
以上のような本実施の形態に係る太陽電池によれば、光電変換層12,22,23は、互いに異なる光学的バンドギャップを有するため、異なる波長域の光の吸収により光電流をそれぞれ発生する。そして、上側の光電変換層12と下側の光電変換層22,23とは、電気的に並列に接続されているため、太陽電池全体で発生する光電流は、上側の光電変換層12で発生する光電流と、下側の光電変換層22,23で発生する光電流の和となる。これにより、上側の光電変換層12と下側の光電変換層22,23それぞれで発生する光電流のうち低い光電流に律速されないため、太陽電池全体で発生する光電流を向上させることができる。また、上側の光電変換層12および下側の光電変換層22,23のうち、一方の光電変換層では光電流を増加させ、他方の光電変換層では光電流を減少させるような、季節・天候による太陽光スペクトル、および、温度等の動作周辺環境の変化があっても、太陽電池全体の光電流は、低い光電流に律速されない。そのため、動作周辺環境の変化に対して、動作安定性を向上させることができる。また、太陽電池全体で発生する電圧は、直列接続された各ユニット4で発生する電圧の和であるため、動作電圧を改善させることができる。
According to the solar cell according to the present embodiment as described above, since the photoelectric conversion layers 12, 22, and 23 have different optical band gaps, they generate photocurrents by absorbing light in different wavelength ranges. . Since the upper
また、本実施の形態に係る太陽電池によれば、光学的バンドギャップの広いナローバンドギャップ光電変換層23を設けたため、より効率よく光電変換を行うことができる。
Further, according to the solar cell according to the present embodiment, since the narrow band gap
なお、一般的に、ワイドバンドギャップ光電変換層12で発生する光起電力は、ミドルバンドギャップ光電変換層22で発生する光起電力、または、ナローバンドギャップ光電変換層23で発生する光起電力に比べて大きくなっている。それに対して、上述した本実施の形態に係る太陽電池では、最も光起電力が大きい上側の光電変換層12と、互いに直列接続され光起電力が小さい下側の光電変換層22,23とが並列に接続されることになる。そのため、光起電力の大きい上側の光電変換層12と、光起電力が小さい下側の光電変換層22,23とが発生する光電流が異なっていても、効率よく電流を取り出すことができる。
In general, the photovoltaic power generated in the wide band gap
なお、セル2が発生する光起電力と、タンデムセル3が発生する光起電力が異なる場合は、その差分が、低い光起電力側に逆に印加される問題がある。そこで、ワイドバンドギャップ光電変換層12の光起電力が、ミドルバンドギャップ光電変換層22の光起電力と、ナローバンドギャップ光電変換層23の光起電力との和に略等しいとする構成であってもよい。このように構成するためには、例えば、光電変換層12,22,23の半導体材料の組み合わせ選定、p層15,26,29ならびにn層17,28,31のドーピング濃度および各層の膜質等を調整すればよい。
In addition, when the photovoltaic power generated by the
以下、上側の光電変換層12の光起電力と、下側の光電変換層22,23の光起電力とを略等しくする構成について詳しく説明する。ワイドバンドギャップ光電変換層12には、例えば、アモルファスシリコンを、ミドルバンドギャップ光電変換層22には、例えば、微結晶シリコンを、ナローバンドギャップ光電変換層23には、例えば、ゲルマニウムを添加した微結晶シリコンを用いる。アモルファスシリコンで形成した光電変換層の開放電圧は、p層およびn層のドーパント濃度や、p層、i層、n層の内部に含まれる水素濃度、膜厚などの調整により、0.8〜0.95V程度に調整できる。また、微結晶シリコンで形成した光電変換層の開放電圧は、p層およびn層のドーパント濃度や、微結晶シリコンとアモルファスシリコンとの割合や成膜条件の調整により、0.4〜0.5V程度に調整できる。さらに、この微結晶シリコンにゲルマニウムを添加することにより、0.3〜0.45V程度に調整できる。
Hereinafter, a configuration in which the photovoltaic power of the upper
従って、これらを組み合わせて光電変換層12,22,23それぞれで発生する光起電力を調整することにより、ワイドバンドギャップ光電変換層12からなるセル2が発生する電圧と、ミドルバンドギャップ光電変換層22およびナローバンドギャップ光電変換層23からなるタンデムセル3が発生する電圧とをほぼ同じにすることができる。
Therefore, by combining these to adjust the photovoltaic power generated in each of the photoelectric conversion layers 12, 22, and 23, the voltage generated by the
以上のようにして、セル2が発生する光起電力と、タンデムセル3が発生する光起電力とが同じになるように構成すれば、低い光起電力側において、電圧が逆に印加されないため、効率よく電力を取り出すことができる。
As described above, if the photovoltaic power generated by the
また、セル2およびタンデムセル3両者が発生する電圧が、互いに完全に同じでない場合でも、その差がある程度小さければ、セル2およびタンデムセル3それぞれが発生する光電流の制限がなくなる効果が得られるので、効率的に電力を取り出す効果が得られる。
Even when the voltages generated by both the
なお、上側の光電変換層12の光起電力を、下側の光電変換層22,23の光起電力同士の和と同じにする構成は、上述の構成に限ったものではない。例えば、ワイドバンドギャップ光電変換層12には、アモルファスシリコンを、ミドルバンドギャップ光電変換層22には、ゲルマニウムを添加したアモルファスシリコンを、ナローバンドギャップ光電変換層23には、ゲルマニウムを添加した微結晶シリコンを用いてもよい。ここで、ゲルマニウムを添加したアモルファスシリコンの光電変換層の開放電圧は、ゲルマニウム添加量および水素含有濃度を調整することにより、0.6〜0.8V程度に調整することができる。
In addition, the structure which makes the photovoltaic power of the upper photoelectric converting
1 透光性絶縁基板、2 セル、3 タンデムセル、4 ユニット、5 貫通孔、11 第1の透明導電膜、12 ワイドバンドギャップ光電変換層、13 第2の透明導電膜、14,25 開口部、15,26,29 p層、16,27,30 i層、17,28,31 n層、18,32 分離部、21 第3の透明導電膜、22 ミドルバンドギャップ光電変換層、23 ナローバンドギャップ光電変換層、24 反射導電層。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記透光性絶縁基板の他方の面上に形成され、前記第1の光電変換層と異なる光学的バンドギャップを有する第2の光電変換層を備える複数の第2のセルとを備え、
前記透光性絶縁基板を挟んで対向する前記第1のセルおよび前記第2のセルは、ユニットを構成し、
前記ユニットの前記第1の光電変換層と前記第2の光電変換層とは、前記透光性絶縁板に設けられた貫通孔を介して互いに電気的に並列に接続され、
隣接する前記ユニットの前記第1の光電変換層同士および前記第2の光電変換層同士それぞれは、電気的に直列に接続される、
太陽電池。 A plurality of first cells formed on one surface of the translucent insulating substrate and provided with a first photoelectric conversion layer;
A plurality of second cells including a second photoelectric conversion layer formed on the other surface of the translucent insulating substrate and having a different optical band gap from the first photoelectric conversion layer;
The first cell and the second cell facing each other with the translucent insulating substrate interposed therebetween constitute a unit,
The first photoelectric conversion layer and the second photoelectric conversion layer of the unit are electrically connected in parallel to each other through a through-hole provided in the translucent insulating plate,
The first photoelectric conversion layers and the second photoelectric conversion layers of the adjacent units are electrically connected in series.
Solar cell.
前記第2の光電変換層上に前記透光性絶縁基板と反対側に積層され、当該第2の光電変換層と電気的に直列に接続される第3の光電変換層をさらに備え、
前記第1の光電変換層は、前記第2の光電変換層よりも光学的バンドギャップが広く、
前記第2の光電変換層は、前記第3の光電変換層よりも光学的バンドギャップが広い、
請求項1に記載の太陽電池。 The second cell is
A third photoelectric conversion layer stacked on the second photoelectric conversion layer on the side opposite to the translucent insulating substrate and electrically connected in series with the second photoelectric conversion layer;
The first photoelectric conversion layer has a wider optical band gap than the second photoelectric conversion layer,
The second photoelectric conversion layer has an optical band gap wider than that of the third photoelectric conversion layer.
The solar cell according to claim 1.
前記第2の光電変換層上に前記透光性絶縁基板と反対側に積層され、当該第2の光電変換層と電気的に直列に接続される第3の光電変換層をさらに備え、
前記第1の光電変換層の光起電力は、前記第2の光電変換層の光起電力と前記第3の光電変換層の光起電力との和と略等しい、
請求項1に記載の太陽電池。 The second cell is
A third photoelectric conversion layer stacked on the second photoelectric conversion layer on the side opposite to the translucent insulating substrate and electrically connected in series with the second photoelectric conversion layer;
The photovoltaic power of the first photoelectric conversion layer is substantially equal to the sum of the photovoltaic power of the second photoelectric conversion layer and the photovoltaic power of the third photoelectric conversion layer.
The solar cell according to claim 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008105342A JP2009259926A (en) | 2008-04-15 | 2008-04-15 | Solar cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008105342A JP2009259926A (en) | 2008-04-15 | 2008-04-15 | Solar cell |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009259926A true JP2009259926A (en) | 2009-11-05 |
Family
ID=41387006
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008105342A Pending JP2009259926A (en) | 2008-04-15 | 2008-04-15 | Solar cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009259926A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010107033A1 (en) * | 2009-03-18 | 2010-09-23 | 三菱電機株式会社 | Photoelectric conversion device and production method therefor |
JP2012151438A (en) * | 2011-01-14 | 2012-08-09 | Lg Electronics Inc | Thin film solar cell and manufacturing method of the same |
EP2511961A1 (en) * | 2010-07-30 | 2012-10-17 | LG Innotek Co., Ltd. | Device for generating photovoltaic power and method for manufacturing same |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6135569A (en) * | 1984-07-27 | 1986-02-20 | Hitachi Ltd | Photovoltaic device |
JPH0779004A (en) * | 1993-09-08 | 1995-03-20 | Fuji Electric Co Ltd | Thin film solar cell |
JPH09162431A (en) * | 1995-12-13 | 1997-06-20 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | Parallel integrated solar battery |
-
2008
- 2008-04-15 JP JP2008105342A patent/JP2009259926A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6135569A (en) * | 1984-07-27 | 1986-02-20 | Hitachi Ltd | Photovoltaic device |
JPH0779004A (en) * | 1993-09-08 | 1995-03-20 | Fuji Electric Co Ltd | Thin film solar cell |
JPH09162431A (en) * | 1995-12-13 | 1997-06-20 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | Parallel integrated solar battery |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010107033A1 (en) * | 2009-03-18 | 2010-09-23 | 三菱電機株式会社 | Photoelectric conversion device and production method therefor |
JP5518045B2 (en) * | 2009-03-18 | 2014-06-11 | 三菱電機株式会社 | Photoelectric conversion device and manufacturing method thereof |
US8766085B2 (en) | 2009-03-18 | 2014-07-01 | Mitsubishi Electric Corporation | Photoelectric conversion device and method of manufacturing the same |
EP2511961A1 (en) * | 2010-07-30 | 2012-10-17 | LG Innotek Co., Ltd. | Device for generating photovoltaic power and method for manufacturing same |
EP2511961A4 (en) * | 2010-07-30 | 2013-12-11 | Lg Innotek Co Ltd | Device for generating photovoltaic power and method for manufacturing same |
US9391215B2 (en) | 2010-07-30 | 2016-07-12 | Lg Innotek Co., Ltd. | Device for generating photovoltaic power and method for manufacturing same |
JP2012151438A (en) * | 2011-01-14 | 2012-08-09 | Lg Electronics Inc | Thin film solar cell and manufacturing method of the same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4257332B2 (en) | Silicon-based thin film solar cell | |
US6870088B2 (en) | Solar battery cell and manufacturing method thereof | |
US8294021B2 (en) | Photovoltaic device and method for manufacturing the same | |
JP4194468B2 (en) | Solar cell and method for manufacturing the same | |
JP2006319068A (en) | Multi-junction silicone thin film photoelectric converter and its manufacturing method | |
JP2006310694A (en) | Integrated multi-junction thin film photoelectric conversion device | |
JP3655025B2 (en) | Thin film photoelectric conversion device and manufacturing method thereof | |
JP2007305826A (en) | Silicon-based thin film solar cell | |
JP2002118273A (en) | Integrated hybrid thin film photoelectric conversion device | |
JP2009259926A (en) | Solar cell | |
JP4568531B2 (en) | Integrated solar cell and method of manufacturing integrated solar cell | |
JP5905824B2 (en) | Parallel photoelectric conversion laminated device and series integrated photoelectric conversion device | |
JP2007059799A (en) | Solar cell and its manufacturing method | |
JP5539081B2 (en) | Manufacturing method of integrated thin film photoelectric conversion device | |
JP2009295943A (en) | Thin-film photoelectric converter, and manufacturing method thereof | |
JP4283849B2 (en) | Thin film photoelectric conversion device and manufacturing method thereof | |
WO2010067702A1 (en) | Thin-film solar cell and method for manufacturing same | |
JP2010283162A (en) | Solar cell and method for manufacturing the same | |
JP4358493B2 (en) | Solar cell | |
JP2012234856A (en) | Photoelectric conversion device | |
JP2011216586A (en) | Laminated photoelectric conversion device and method of manufacturing the same | |
JP5763411B2 (en) | Stacked photoelectric conversion device | |
JP4173692B2 (en) | Solar cell element and manufacturing method thereof | |
JP2011176084A (en) | Photoelectric conversion module, and method for manufacturing same | |
JP2005033006A (en) | Integrated tandem junction solar cell and its manufacturing method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20101005 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20111109 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20111122 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20120313 |