JP2011253938A - Solar cell - Google Patents
Solar cell Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011253938A JP2011253938A JP2010126909A JP2010126909A JP2011253938A JP 2011253938 A JP2011253938 A JP 2011253938A JP 2010126909 A JP2010126909 A JP 2010126909A JP 2010126909 A JP2010126909 A JP 2010126909A JP 2011253938 A JP2011253938 A JP 2011253938A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- transparent film
- metal nanoparticles
- solar cell
- semiconductor substrate
- film
- 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.)
- Granted
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
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
本発明は、基材表面において反射を防止するための反射防止膜が設けられた太陽電池に関する。 The present invention relates to a solar cell provided with an antireflection film for preventing reflection on the surface of a substrate.
太陽電池では、受光面における反射ロスを抑制して変換効率を上げるために受光面での反射を防止する技術が不可欠である。従来の反射防止技術として、太陽電池を構成する基材表面より屈折率が低い透明薄膜を反射防止膜として用いる構成が知られている。また、太陽電池を構成する半導体基板の表面にテクスチャ構造を形成することで、入射の際に表面反射した光を基材中に再入射させることで反射率を低減する技術が知られている。 In a solar cell, a technique for preventing reflection on the light receiving surface is indispensable in order to suppress reflection loss on the light receiving surface and increase conversion efficiency. As a conventional antireflection technique, a configuration is known in which a transparent thin film having a refractive index lower than that of a substrate surface constituting a solar cell is used as an antireflection film. In addition, a technique is known in which a texture structure is formed on the surface of a semiconductor substrate constituting a solar cell so that light reflected on the surface at the time of incidence is re-incident into the base material to reduce the reflectance.
従来の反射防止膜は、特定の波長において反射防止性能を発揮するものの、特定の波長以外の領域では、反射防止性能が激減するという課題がある。このため、幅広い波長範囲における反射防止効果を得るためには、屈折率の異なる反射防止膜を多層化して多層反射防止膜を形成する必要が生じ、コストの増加が避けられなかった。 Although the conventional antireflection film exhibits antireflection performance at a specific wavelength, there is a problem that the antireflection performance is drastically reduced in a region other than the specific wavelength. For this reason, in order to obtain an antireflection effect in a wide wavelength range, it is necessary to form a multilayer antireflection film by multilayering antireflection films having different refractive indexes, and an increase in cost is inevitable.
また、半導体基板の表面にテクスチャ構造を形成すると、半導体基板の表面の構造に乱れが生じたり、半導体基板の表面積の増大を招き、太陽電池の光電変換性能の低下を招く。たとえば、半導体基板の表面にテクスチャ構造を設けると、半導体基板の表層においてキャリアの再結合速度が増大するため、半導体基板の導電性が低下し、ひいては太陽電池の光電変換性能が低下する。 Further, when a texture structure is formed on the surface of the semiconductor substrate, the structure of the surface of the semiconductor substrate is disturbed, the surface area of the semiconductor substrate is increased, and the photoelectric conversion performance of the solar cell is decreased. For example, when a texture structure is provided on the surface of a semiconductor substrate, the recombination speed of carriers in the surface layer of the semiconductor substrate increases, so that the conductivity of the semiconductor substrate decreases, and consequently the photoelectric conversion performance of the solar cell decreases.
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、より幅広い波長領域において優れた反射防止性能を発揮する反射防止膜が設けられた太陽電池の提供にある。 The present invention has been made in view of these problems, and an object thereof is to provide a solar cell provided with an antireflection film that exhibits excellent antireflection performance in a wider wavelength region.
本発明のある態様は、太陽電池である。当該太陽電池は、半導体基板と、半導体基板の受光面に設けられている、半導体基板より平均屈折率が低い透明膜と、透明膜の上に2次元配列して設けられている複数の金属ナノ粒子と、を備え、金属ナノ粒子の平均粒子径が、100nm以上、200nm未満の範囲であることを特徴とする。 One embodiment of the present invention is a solar cell. The solar cell includes a semiconductor substrate, a transparent film having an average refractive index lower than that of the semiconductor substrate provided on the light receiving surface of the semiconductor substrate, and a plurality of metal nanoparticles provided in a two-dimensional array on the transparent film. And an average particle size of the metal nanoparticles is in a range of 100 nm or more and less than 200 nm.
上記態様の太陽電池によれば、幅広い波長範囲において反射防止効果を得ることができ、ひいては、太陽電池特性の向上を図ることができる。 According to the solar cell of the above aspect, an antireflection effect can be obtained in a wide wavelength range, and consequently the solar cell characteristics can be improved.
上記態様の太陽電池において、金属ナノ粒子の粒子径の上限が200nmであってもよい。また、金属ナノ粒子が、Au、Ag、Al、Cu、Li、Na、Kまたはこれらの金属の合金からなっていてもよい。また、金属ナノ粒子が、AgないしはAgを主体とする合金からなっていてもよい。また、金属ナノ粒子の平均粒子径をDとしたとき、透明膜の膜厚dが下記式で表される範囲であってもよい。 In the solar cell of the above aspect, the upper limit of the particle diameter of the metal nanoparticles may be 200 nm. Moreover, the metal nanoparticles may be made of Au, Ag, Al, Cu, Li, Na, K, or an alloy of these metals. Further, the metal nanoparticles may be made of Ag or an alloy mainly composed of Ag. Further, when the average particle diameter of the metal nanoparticles is D, the film thickness d of the transparent film may be in a range represented by the following formula.
なお、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。 A combination of the above-described elements as appropriate can also be included in the scope of the invention for which patent protection is sought by this patent application.
本発明によれば、より幅広い波長領域において優れた反射防止性能を発揮する反射防止膜が設けられた太陽電池が提供される。 According to the present invention, a solar cell provided with an antireflection film that exhibits excellent antireflection performance in a wider wavelength region is provided.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.
図1(A)は、実施の形態に係る反射防止膜30を有する太陽電池10の構成を示す概略断面図である。図1(B)は、半導体基板を平面視したときの、金属ナノ粒子34の配列の様子を示す平面図である。図1(A)は、図1(B)のA−A線上の断面図に相当する。図1(A)に示すように、太陽電池10は、半導体基板20および反射防止膜30を備える。
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view showing a configuration of
半導体基板20は、p型半導体とn型半導体とが接合したpn接合を有し、pn接合の光起電力効果により太陽からの光エネルギーが電気エネルギーに変換される。n型半導体、p型半導体にそれぞれ電極(図示せず)を取り付けることにより、直流電流を太陽電池10の外部に取り出すことができる。本実施の形態では、半導体基板20は単結晶Si基板(屈折率3.67(波長1000nm))であり、IV族半導体基板で構成された太陽電池として周知のpn接合を有する。
The
反射防止膜30は、太陽電池10の受光面側において、半導体基板20の主表面に設けられている。言い換えると、反射防止膜30の一方の主表面が半導体基板20の主表面との接触面となっている。本実施の形態では、反射防止膜30は、透明膜32および金属ナノ粒子34を含み、透明膜32の一方の主表面が上述した接触面として使用される。
The
透明膜32は、太陽電池10が受光する光の波長領域、言い換えると反射を防止する光の波長領域において透明性を有する。また、透明膜32は半導体基板20に比べて平均屈折率が低く、1.2以上1.8以下が好ましい。透明膜32を形成する透明材料としては、たとえば、SiO2、TiO2が挙げられる。
The
複数の金属ナノ粒子34は、透明膜32の上に、2次元配列して設けられている。言い換えると、複数の金属ナノ粒子34は、透明膜32の上に2次元アレイ状に点在している。複数の金属ナノ粒子34は、透明膜32により半導体基板20の受光面側の主表面から一定の距離で隔てられている。このため、金属ナノ粒子34の底部と半導体基板20の受光面側の主表面との距離は、透明膜32の膜厚dと同等である。
The plurality of
透明膜32の膜厚dは、金属ナノ粒子34の平均粒子径をDとしたとき、下記式で表される範囲であることが好ましい。
The film thickness d of the
金属ナノ粒子34の材料は、金属材料であればよく特に限定されないが、Froehlich(アルファベット表記の「oe」は、ドイツ語のオー・ウムラウト)モード(Bohren and Huffman, Absorption and Scattering of Light by Small Particles, Wiley, 1983 を参照)の共鳴波長が反射を防止する光の波長と近い物が望ましく、たとえば、Au、Ag、Al、Cu、Li、Na、Kまたはこれらの金属の合金が挙げられるが、Agが特に好ましい。
The material of the
金属ナノ粒子34の形状は特に限定されないが、たとえば、半球状、円柱状、角柱状などの形状が挙げられる。半導体基板20を平面視した場合の金属ナノ粒子34の粒子径Mの平均Dは、100nm以上200nm以下が好ましい。また、半導体基板20を平面視した場合の金属ナノ粒子34の粒子径Mの上限は200nmであり、粒子径が200nmを超える金属ナノ粒子が実質的に存在していないことが好ましい。透明膜32の半導体基板20とは反対側の主表面(透明膜32の露出面)を基準面としたときの金属ナノ粒子34の高さHは、たとえば、100nmである。
The shape of the
以上説明した実施の形態に係る太陽電池10を概説すると、太陽電池10の受光面に設けられた透明膜32の上に平均粒子径が100nm以上200nm以下および/または粒子径の上限が200nmの複数の金属ナノ粒子34が2次元配列して設けられ、複数の金属ナノ粒子34が半導体基板20の表面から透明膜32の所定の厚さの分だけ離れている。この構成により、400〜1000nmの幅広い波長範囲において反射防止効果を得ることができ、ひいては、太陽電池の特性の向上を図ることができる。
When the
また、透明膜32の接触面は平滑であり、この接触面と接触する半導体基板20の主表面も平滑であるため、半導体基板20の受光面の表面積を必要以上に大きくする必要がない。このため、半導体基板20の表層においてキャリアが再結合することが抑制され、ひいては、太陽電池の光電変換性能の向上を図ることができる。
Further, since the contact surface of the
また、複数の金属ナノ粒子34を透明膜32の上に2次元配列することにより、透明膜32の接触面と金属ナノ粒子34との距離を反射防止膜30全体で一定に保つことができ、反射防止膜30における反射性能の面内ばらつきを抑制することができる。
Further, by arranging the plurality of
(反射防止膜の作製方法)
図2は、実施の形態に係る太陽電池に設けられた反射防止膜の作製方法を示す工程断面図である。実施の形態に係る反射防止膜の作製方法を図2を参照して説明する。
(Preparation method of antireflection film)
FIG. 2 is a process cross-sectional view illustrating a method for manufacturing an antireflection film provided in the solar cell according to the embodiment. A method for manufacturing the antireflection film according to the embodiment will be described with reference to FIGS.
まず、図2(A)に示すように、単結晶Si基板からなる半導体基板20の入射面に所定の膜厚の透明膜32を形成する。本実施の形態では、半導体基板20として単結晶Si基板を使用しているが、これに限定されず平坦であればいかなる基板の上にも作成可能である。たとえば、多結晶Si基板、何らかの薄膜が形成されたガラスないしは石英ないしはサファイア基板などがあげられる。
First, as shown in FIG. 2A, a
また、透明膜32の形成方法は特に限定されないが、たとえば、半導体基板20が単結晶Si基板の場合には、半導体基板20の表面を熱酸化する方法が挙げられる。この他、スピンコート法によりSiO2、TiO2などの透明材料を半導体基板20に塗布する方法が挙げられる。この場合、透明膜32の膜厚は、スピンコート時の回転数と塗布液の溶液濃度により調節可能である。
The method for forming the
次に、図2(B)に示すように、透明膜32の上にマスク40を形成する。マスク40には、透明膜32上の金属ナノ粒子形成領域が露出するような複数の開口部42が形成されている。マスク40は、たとえば、アルミニウム基板の表面を陽極酸化した後に、陽極酸化された表面(アルミナバリア層)以外のアルミニウム基板を除去し、リン酸溶液を用いてアルミナバリア層に貫通孔を形成することにより作製することができる。この他、マスク40は、所定の開口部をパターニングしたレジストにより作製することも可能である。マスク40としてレジストを用いることにより、金属ナノ粒子を規則的に2次元配列することができる。
Next, as shown in FIG. 2B, a
次に、図2(C)に示すように、マスク40を介して透明膜32に向けて、Au、Ag、Al、Cuまたはこれらの金属の合金を真空蒸着法により堆積させる。金属粒子は、マスク40に設けられた開口部42を通過し、開口部42内で透明膜32の上に選択的に堆積する。これにより、開口部42内に金属ナノ粒子34が形成され、透明膜32の上に、複数の金属ナノ粒子34が2次元配列される。半導体基板20を平面視したときの、金属ナノ粒子34の粒子径Mは、マスク40に設けられた開口部42の径で規定される。言い換えると、金属ナノ粒子34の粒子径Mは、マスク40に設けられた開口部42の径を超えることがなく、マスク40に設けられた開口部42の径が金属ナノ粒子34の粒子径Mの上限となる。
Next, as shown in FIG. 2C, Au, Ag, Al, Cu, or an alloy of these metals is deposited by vacuum evaporation toward the
マスク40をアルミナバリア層を用いて形成する場合には、開口部42のサイズは、アルミニウムの陽極酸化時の印加電圧に比例する。たとえば、0.3mol/lシュウ酸電解液でアルミニウム基板に40V印加した場合には、開口部42の径は50nm程度となり、金属ナノ粒子34の径も50nm程度となる。また、0.4mol/lのマロン酸電解液でアルミニウム基板に120Vを引火した場合には開口部42の径は150nm程度となり、金属ナノ粒子34の径も150nm程度となる。また、透明膜32の表面を基準面したときの金属ナノ粒子34の高さは、真空蒸着の時間を変えることにより制御することができる。真空蒸着の時間が短い場合には、球面が上方を向いた半球状となり、真空蒸着の時間が十分長い場合には、円柱状または角柱状となる。
When the
次に、図2(D)に示すように、マスク40を除去し、透明膜32と金属ナノ粒子23とを含む反射防止膜30を得る。
Next, as shown in FIG. 2D, the
以上説明した工程により、反射防止膜30を半導体基板20の上に簡便に形成することができる。
Through the steps described above, the
(実施例1)
実施例1の反射防止膜を有する太陽電池を模した試料を以下の条件にて作製した。
<透明膜の作製>
300μm厚の片面研磨したSi基板((100)面、p型、抵抗率3〜5Ωcm)を用意した。このSi基板の研磨面を900℃、60分間の熱酸化により酸化し、透明膜として、厚さ50nmのSiO2層を形成した。
Example 1
A sample simulating a solar cell having the antireflection film of Example 1 was produced under the following conditions.
<Preparation of transparent film>
A Si substrate ((100) surface, p-type, resistivity 3 to 5 Ωcm) having a single-side polished surface of 300 μm thickness was prepared. The polished surface of this Si substrate was oxidized by thermal oxidation at 900 ° C. for 60 minutes to form a SiO 2 layer having a thickness of 50 nm as a transparent film.
<金属ナノ粒子の作製>
開口径が100nmの開口部が設けられたアルミナマスクを通して、上述のように形成した透明膜上にAuを真空蒸着し、平面視における粒子径が100nmの半球状のAuからなる金属ナノ粒子を2次元アレイ状に形成した。透明膜の面積に対する金属ナノ粒子による被覆率は約30%とした。
<Production of metal nanoparticles>
Through an alumina mask provided with an opening having an opening diameter of 100 nm, Au is vacuum-deposited on the transparent film formed as described above. A dimensional array was formed. The coverage with the metal nanoparticles with respect to the area of the transparent film was about 30%.
(比較例1)
比較例1の反射防止膜を有する太陽電池を模した試料は、金属ナノ粒子が形成されていない点を除き、実施例1と同様である。
(Comparative Example 1)
A sample simulating a solar cell having the antireflection film of Comparative Example 1 is the same as Example 1 except that metal nanoparticles are not formed.
実施例1および比較例1の試料について、それぞれ、日立ハイテック社製分光光度計U4000を用いて反射防止膜を形成した側の基板表面の反射率を測定した。波長400nmから波長1000nmにおける平均反射率が、比較例1では27.3%であったが、実施例1では、18.3%に低下することが確認された。 For the samples of Example 1 and Comparative Example 1, the reflectance of the substrate surface on the side where the antireflection film was formed was measured using a spectrophotometer U4000 manufactured by Hitachi High-Tech. The average reflectance from a wavelength of 400 nm to a wavelength of 1000 nm was 27.3% in Comparative Example 1, but in Example 1, it was confirmed to decrease to 18.3%.
(実施例2)
実施例2の反射防止膜を有する太陽電池は、厚さ100μm、抵抗率1〜10Ωcmの両面研磨されたSi基板を利用して作製された。すなわち、まず表面に拡散炉を利用して900℃にて燐をドープしてエミッター層を作成する。次に、表面の燐珪酸ガラス層をフッ酸にて除去した。その後、p−n接合の短絡を除去するために基板端面をフッ酸と硝酸と酢酸の混合液にて除去した。その後、裏面側に銀アルミ電極をスパッターにより作製した。その上で、表面側に反射防止層が金属ナノ粒子の材料をAgとしたこと以外は、実施例1と同様の手順で作製された。
(Example 2)
The solar cell having the antireflection film of Example 2 was fabricated using a double-side polished Si substrate having a thickness of 100 μm and a resistivity of 1 to 10 Ωcm. That is, first, an emitter layer is formed by doping phosphorus on the surface at 900 ° C. using a diffusion furnace. Next, the surface phosphosilicate glass layer was removed with hydrofluoric acid. Thereafter, the end face of the substrate was removed with a mixed solution of hydrofluoric acid, nitric acid and acetic acid in order to remove the short circuit of the pn junction. Thereafter, a silver aluminum electrode was formed on the back side by sputtering. Then, an antireflection layer was produced on the surface side in the same procedure as in Example 1 except that the metal nanoparticle material was Ag.
(比較例2)
比較例2の反射防止膜を有する太陽電池は、金属ナノ粒子が形成されていない点を除き、実施例2と同様である。
(Comparative Example 2)
The solar cell having the antireflection film of Comparative Example 2 is the same as Example 2 except that the metal nanoparticles are not formed.
実施例2および比較例2の試料の1SUN下での短絡電流を測定した。比較例2の試料の短絡電流は29.2mA/cm2であった。これに対して、実施例2の試料の短絡電流は31.4mA/cm2であり、金属ナノ粒子による反射防止効果が太陽電池特性の向上をもたらすことが確認された。 The short-circuit current under 1 SUN of the samples of Example 2 and Comparative Example 2 was measured. The short-circuit current of the sample of Comparative Example 2 was 29.2 mA / cm 2 . On the other hand, the short-circuit current of the sample of Example 2 is 31.4 mA / cm 2 , and it was confirmed that the antireflection effect by the metal nanoparticles brings about the improvement of the solar cell characteristics.
(実施例3)
実施例3の反射防止膜を有する太陽電池は、Si基板の厚さを150μmとし、透明膜の厚さを60nmとし、金属ナノ粒子の材料をAgとしたこと以外は、実施例2と同様の手順で作製された。
(Example 3)
The solar cell having the antireflection film of Example 3 is the same as Example 2 except that the thickness of the Si substrate is 150 μm, the thickness of the transparent film is 60 nm, and the material of the metal nanoparticles is Ag. Produced by the procedure.
(実施例4)
実施例4の反射防止膜を有する太陽電池は、Si基板の厚さを150μmとし、透明膜の厚さを60nmとしたこと以外は、実施例2と同様であり、金属ナノ粒子の材料はAuである。
Example 4
The solar cell having the antireflection film of Example 4 is the same as Example 2 except that the thickness of the Si substrate is 150 μm and the thickness of the transparent film is 60 nm. The material of the metal nanoparticles is Au It is.
実施例3および実施例4の試料の1SUN下での短絡電流を測定した。その結果、実施例3の試料では、短絡電流が33.7mA/cm2であるのに対して、実施例4の試料では、短絡電流が31.9mA/cm2であり、太陽電池特性を向上させる金属ナノ粒子の材料としてAgがより好ましいことが確認された。 The short-circuit current under 1 SUN of the samples of Example 3 and Example 4 was measured. As a result, in the sample of Example 3, the short-circuit current is 33.7 mA / cm 2 , whereas in the sample of Example 4, the short-circuit current is 31.9 mA / cm 2 , which improves the solar cell characteristics. It was confirmed that Ag is more preferable as a material for the metal nanoparticles to be formed.
(実施例5)
実施例5の反射防止膜を有する太陽電池は、Si基板の厚さを200μmとし、透明膜として厚さ60nmのSiN層をプラズマCVDにより作製し、さらに金属ナノ粒子を粒子径150nmの半球状のAgとしたこと以外は、実施例2と同様の手順で作製された。
(Example 5)
In the solar cell having the antireflection film of Example 5, the thickness of the Si substrate is 200 μm, a SiN layer having a thickness of 60 nm is formed as a transparent film by plasma CVD, and the metal nanoparticles are hemispherical with a particle diameter of 150 nm. It was produced in the same procedure as in Example 2 except that Ag was used.
(実施例6)
実施例6の反射防止膜を有する太陽電池は、透明膜の材料を熱酸化により作製されたSiO2としたことを除き実施例5と同様である。
(Example 6)
The solar cell having the antireflection film of Example 6 is the same as Example 5 except that the transparent film is made of SiO 2 produced by thermal oxidation.
実施例5および実施例6の試料の1SUN下での短絡電流を測定した。その結果、実施例5の試料では、短絡電流が32.1mA/cm2であるのに対して、実施例6の試料では、短絡電流が34.3mA/cm2であり、太陽電池特性を向上させる透明膜の材料としてSiO2がより好ましいことが確認された。 The short-circuit current under 1 SUN of the samples of Example 5 and Example 6 was measured. As a result, in the sample of Example 5, the short-circuit current is 32.1 mA / cm 2 , whereas in the sample of Example 6, the short-circuit current is 34.3 mA / cm 2 , which improves the solar cell characteristics. It was confirmed that SiO 2 is more preferable as a material for the transparent film to be formed.
(金属ナノ粒子の粒子径と光学特性との関係)
100μm厚のSi基板の上に透明膜(低屈折率層)として厚さ10〜150nmのSiO2層を形成し、透明膜の上に半球状の半球状の銀からなる金属ナノ粒子を形成した構造について、金属ナノ粒子の粒子径を変えたときの光学特性をLumerical社のFDTD solutionsを用いて計算した。なお、光学特性を示す値として、最大短絡電流値を用いた。図3は、金属ナノ粒子の粒子径と各粒子径における最適な透明膜厚さのときの最大短絡電流値との関係を示すグラフである。図3に示すように、金属ナノ粒子の粒子径が200nmより大きいと極端に太陽電池特性が劣化し、粒子径が100〜200nmの範囲で良好な太陽電池特性が得られることが確認された。
(Relationship between particle size and optical properties of metal nanoparticles)
A SiO 2 layer having a thickness of 10 to 150 nm was formed as a transparent film (low refractive index layer) on a 100 μm thick Si substrate, and metal nanoparticles composed of hemispherical hemispherical silver were formed on the transparent film. Regarding the structure, the optical properties when the particle size of the metal nanoparticles was changed were calculated using Lumerical's FDTD solutions. In addition, the maximum short circuit current value was used as a value which shows an optical characteristic. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the particle diameter of the metal nanoparticles and the maximum short-circuit current value at the optimum transparent film thickness at each particle diameter. As shown in FIG. 3, it was confirmed that when the particle diameter of the metal nanoparticles was larger than 200 nm, the solar cell characteristics were extremely deteriorated, and good solar cell characteristics were obtained when the particle diameter was in the range of 100 to 200 nm.
(透明膜の屈折率と光学特性との関係)
100μm厚のSi基板の上に厚さ10〜150nmの透明膜(低屈折率層)を形成し、透明膜の上に粒子径100nmの半球状の銀ナノ粒子および金ナノ粒子をそれぞれ形成した構造について、透明膜の屈折率を1.0〜2.5の範囲で変えたときの光学特性をLumerical社のFDTD solutionsを用いて計算した。なお、光学特性を示す値として、最大短絡電流値を用いた。図4は、透明膜の屈折率と各透明膜屈折率における最適な透明膜厚さにおける最大短絡電流値との関係を示すグラフである。図4に示すように、銀ナノ粒子および金ナノ粒子のいずれの場合にも、透明膜の屈折率が1.8を超えると最大短絡電流値が急激に低下することがわかる。また、透明膜の屈折率が1.2より低い場合も同様に特性が低下するため、望ましくない。
(Relationship between refractive index and optical properties of transparent film)
A structure in which a transparent film (low refractive index layer) having a thickness of 10 to 150 nm is formed on a Si substrate having a thickness of 100 μm, and hemispherical silver nanoparticles and gold nanoparticles having a particle diameter of 100 nm are formed on the transparent film. The optical characteristics when the refractive index of the transparent film was changed in the range of 1.0 to 2.5 were calculated using Lumerical's FDTD solutions. In addition, the maximum short circuit current value was used as a value which shows an optical characteristic. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the refractive index of the transparent film and the maximum short-circuit current value at the optimum transparent film thickness at each transparent film refractive index. As shown in FIG. 4, it can be seen that the maximum short-circuit current value suddenly decreases when the refractive index of the transparent film exceeds 1.8 in both cases of silver nanoparticles and gold nanoparticles. Further, when the refractive index of the transparent film is lower than 1.2, the characteristics are similarly lowered, which is not desirable.
(透明膜の厚さと光学特性の関係1)
100μm厚のSi基板の上に透明膜(低屈折率層)としてSiO2層を形成し、透明膜の上に粒子径100nmの半球状の銀からなる金属ナノ粒子を形成した構造について、透明膜の厚さを変えたときの短絡電流を測定した。図5は、短絡電流と透明膜の膜厚との関係を示すグラフである。図5に示すように、金属ナノ粒子の粒子径が固定された条件では、透明膜の膜厚が50nm程度のときに短絡電流が最大となることがわかる。
(Relationship between transparent film thickness and optical properties 1)
Regarding a structure in which a SiO 2 layer is formed as a transparent film (low refractive index layer) on a 100 μm thick Si substrate, and metal nanoparticles made of hemispherical silver having a particle diameter of 100 nm are formed on the transparent film. The short-circuit current was measured when the thickness was changed. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the short-circuit current and the film thickness of the transparent film. As shown in FIG. 5, it can be seen that the short-circuit current is maximized when the thickness of the transparent film is about 50 nm under the condition that the particle diameter of the metal nanoparticles is fixed.
(透明膜の厚さと光学特性の関係2)
100μm厚のSi基板の上に透明膜(低屈折率層)としてSiO2層を形成し、透明膜の上に半球状の銀からなる金属ナノ粒子を形成した構造について、透明膜の厚さと金属ナノ粒子の粒子径の両方を変えたときの短絡電流を測定した。図6は、短絡電流の向上を図ることができる、透明膜の厚さと金属ナノ粒子の粒子径との関係を示すグラフである。短絡電流が30mA/cm2を超える範囲を求めたところ、図6に示す曲線Aと曲線Bとで囲まれる領域となることがわかった。なお、図6に示す曲線Aは、金属ナノ粒子の平均粒子径をDとし、透明膜の膜厚をdとしたとき、d=-0.0052D2+1.7346D-45.883となる曲線である。また、図6に示す曲線Bは、d=-0.0054D2-1.3215D+108.92となる曲線である。すなわち、金属ナノ粒子の粒子径をDとし、透明膜の膜厚をdとしたとき、透明膜の膜厚dが下記式で示される範囲である場合に、太陽電池の特性が顕著に改善されることが見いだされた。
(Relationship between transparent film thickness and optical properties 2)
Regarding a structure in which a SiO 2 layer is formed as a transparent film (low refractive index layer) on a 100 μm thick Si substrate and metal nanoparticles made of hemispherical silver are formed on the transparent film, the thickness of the transparent film and the metal The short-circuit current was measured when both the nanoparticle particle sizes were changed. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the thickness of the transparent film and the particle diameter of the metal nanoparticles, which can improve the short-circuit current. When the range where the short-circuit current exceeds 30 mA / cm 2 was determined, it was found that the region surrounded by the curve A and the curve B shown in FIG. A curve A shown in FIG. 6 is a curve that becomes d = −0.0052D 2 + 1.7346D-45.883, where D is the average particle diameter of the metal nanoparticles and d is the thickness of the transparent film. Moreover, the curve B shown in FIG. 6 is a curve which becomes d = -0.0054D 2 -1.3215D + 108.92. That is, when the particle diameter of the metal nanoparticles is D and the film thickness of the transparent film is d, the characteristics of the solar cell are remarkably improved when the film thickness d of the transparent film is in the range represented by the following formula. Was found.
本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications such as design changes can be added based on the knowledge of those skilled in the art. The form can also be included in the scope of the present invention.
10 太陽電池、20 半導体基板、30 反射防止膜、32 透明膜、34 金属ナノ粒子、40 マスク
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記半導体基板の受光面に設けられている、前記半導体基板より平均屈折率が低い透明膜と、
前記透明膜の上に2次元配列して設けられている複数の金属ナノ粒子と、
を備え、
金属ナノ粒子の平均粒子径が、100nm以上、200nm未満の範囲であることを特徴とする太陽電池。 A semiconductor substrate;
A transparent film having an average refractive index lower than that of the semiconductor substrate, provided on the light receiving surface of the semiconductor substrate;
A plurality of metal nanoparticles provided two-dimensionally on the transparent film;
With
The average particle diameter of a metal nanoparticle is the range of 100 nm or more and less than 200 nm, The solar cell characterized by the above-mentioned.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010126909A JP5412376B2 (en) | 2010-06-02 | 2010-06-02 | Solar cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010126909A JP5412376B2 (en) | 2010-06-02 | 2010-06-02 | Solar cell |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011253938A true JP2011253938A (en) | 2011-12-15 |
JP5412376B2 JP5412376B2 (en) | 2014-02-12 |
Family
ID=45417639
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010126909A Expired - Fee Related JP5412376B2 (en) | 2010-06-02 | 2010-06-02 | Solar cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5412376B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101474549B1 (en) * | 2013-04-08 | 2014-12-23 | 한국광기술원 | Method for manufacturing ar thin film and metal nano-structures of dye-sensitized solar cell |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02123771A (en) * | 1988-11-02 | 1990-05-11 | Asahi Glass Co Ltd | Solar cell |
JPH10190031A (en) * | 1996-12-20 | 1998-07-21 | Tdk Corp | Solar cell and its manufacture |
JP2000208793A (en) * | 1999-01-18 | 2000-07-28 | Fuji Electric Co Ltd | Solar cell module and its manufacture |
JP2002182006A (en) * | 2000-12-19 | 2002-06-26 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | Reflection preventing film, substrate equipped with the same and photoelectric conversion device |
JP2005033063A (en) * | 2003-07-08 | 2005-02-03 | Sharp Corp | Reflection preventing film for solar battery and method for manufacturing same |
JP2008256785A (en) * | 2007-04-02 | 2008-10-23 | Seiko Epson Corp | Optical component, manufacturing method thereof and electronic apparatus |
JP2010021189A (en) * | 2008-07-08 | 2010-01-28 | Omron Corp | Photoelectric device |
JP2011040645A (en) * | 2009-08-14 | 2011-02-24 | Tokyo Institute Of Technology | Solar cell having metal nanoparticle dispersion film on surface |
-
2010
- 2010-06-02 JP JP2010126909A patent/JP5412376B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02123771A (en) * | 1988-11-02 | 1990-05-11 | Asahi Glass Co Ltd | Solar cell |
JPH10190031A (en) * | 1996-12-20 | 1998-07-21 | Tdk Corp | Solar cell and its manufacture |
JP2000208793A (en) * | 1999-01-18 | 2000-07-28 | Fuji Electric Co Ltd | Solar cell module and its manufacture |
JP2002182006A (en) * | 2000-12-19 | 2002-06-26 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | Reflection preventing film, substrate equipped with the same and photoelectric conversion device |
JP2005033063A (en) * | 2003-07-08 | 2005-02-03 | Sharp Corp | Reflection preventing film for solar battery and method for manufacturing same |
JP2008256785A (en) * | 2007-04-02 | 2008-10-23 | Seiko Epson Corp | Optical component, manufacturing method thereof and electronic apparatus |
JP2010021189A (en) * | 2008-07-08 | 2010-01-28 | Omron Corp | Photoelectric device |
JP2011040645A (en) * | 2009-08-14 | 2011-02-24 | Tokyo Institute Of Technology | Solar cell having metal nanoparticle dispersion film on surface |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101474549B1 (en) * | 2013-04-08 | 2014-12-23 | 한국광기술원 | Method for manufacturing ar thin film and metal nano-structures of dye-sensitized solar cell |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5412376B2 (en) | 2014-02-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5792523B2 (en) | Method for manufacturing photoelectric conversion device | |
WO2015043028A1 (en) | Local aluminum back surface field solar battery with two light-pervious surfaces, and preparation method therefor | |
TWI605265B (en) | Optical anti-reflection structure and solar cell including the same, and method for making the optical anti-reflection structure | |
US8809097B1 (en) | Passivated emitter rear locally patterned epitaxial solar cell | |
WO2011161961A1 (en) | Photoelectric conversion element | |
TWI474488B (en) | Solar cell | |
WO2012055302A1 (en) | Electrode and manufacturing method thereof | |
TWI590478B (en) | Solar cell and method of manufacturing solar cell | |
TW201442270A (en) | Method for producing solar cell | |
WO2012160764A1 (en) | Photoelectric conversion element | |
US20110061729A1 (en) | Solar Cell and Method of Manufacturing the Same | |
KR20090075421A (en) | Solar cell | |
JP2013030665A (en) | Photoelectric conversion device module, manufacturing method of the same, and photoelectric conversion device | |
KR101658534B1 (en) | Solar cell and method for fabricaitng the same | |
WO2012169123A1 (en) | Photoelectric conversion element | |
JPWO2009157053A1 (en) | Photovoltaic device and manufacturing method thereof | |
JP2011243806A (en) | Solar cell | |
TW201327870A (en) | Method for making solar battery | |
JP5412376B2 (en) | Solar cell | |
TWI578552B (en) | Solar cell, solar battery and method for making the same | |
JP5517775B2 (en) | Photoelectric conversion element | |
JP5357632B2 (en) | Photoelectric conversion device | |
JP5542038B2 (en) | Thin film solar cell and method for manufacturing the same, thin film solar cell module | |
JP5649856B2 (en) | Photoelectric conversion element | |
JP2013219073A (en) | Photoelectric conversion element |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130423 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20131030 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20131111 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |