JP2012059886A - Photoelectric conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光電変換装置に関し、特に発電層として薄膜シリコンを用いる薄膜シリコン系太陽電池に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion device, and more particularly to a thin film silicon solar cell using thin film silicon as a power generation layer.
光を受光して電力に変換する光電変換装置として、太陽電池が知られている。太陽電池の中でも、例えば発電層(光電変換層)に薄膜シリコン系の層を積層させた薄膜シリコン系太陽電池は、大面積化が容易である、膜厚が結晶系太陽電池の1/100程度と薄く材料が少なくて済む、などの利点がある。このため、薄膜シリコン系太陽電池は、結晶系太陽電池と比較して低コストでの製造が可能となる。しかしながら、薄膜シリコン系太陽電池の短所としては、変換効率が結晶系に比べて低いことが挙げられる。 A solar cell is known as a photoelectric conversion device that receives light and converts it into electric power. Among solar cells, for example, a thin-film silicon solar cell in which a thin-film silicon layer is stacked on a power generation layer (photoelectric conversion layer) is easy to increase in area, and the film thickness is about 1/100 that of a crystalline solar cell. There are advantages such as thin and less material. For this reason, the thin film silicon solar cell can be manufactured at a lower cost than the crystalline solar cell. However, a disadvantage of the thin-film silicon solar cell is that the conversion efficiency is lower than that of the crystal system.
光電変換層にシリコン系を用いた太陽電池は、特に波長500nm以上の長波長光の吸収係数が小さいために、太陽電池内で入射光を反射させて光路長を長くし、シリコンでの光吸収量を増大させる必要がある。このため、透明基板側から太陽光が入射するスーパーストレート型においては、発電層に対して光入射側と反対側の裏面構造の改良が検討されてきた。 Solar cells using a silicon-based photoelectric conversion layer have a small absorption coefficient for long-wavelength light with a wavelength of 500 nm or more. Therefore, incident light is reflected in the solar cell to increase the optical path length, and light absorption by silicon. The amount needs to be increased. For this reason, in the super straight type in which sunlight is incident from the transparent substrate side, improvement of the back surface structure on the side opposite to the light incident side with respect to the power generation layer has been studied.
特許文献1は、裏面構造として、結晶質シリコンからなる光電変換層上に乱反射膜として酸化Alの微粉末等を形成し、その上に裏面電極としてAgを真空蒸着した結晶系太陽電池が開示されている。特許文献2は、非晶質シリコンからなる光電変換層上に透明導電性酸化物膜と透光性の封止用樹脂層を形成し、その上に光散乱表面を有する白色板とを積層させた薄膜非晶質シリコン太陽電池が開示されている。
結晶シリコン系太陽電池と薄膜シリコン系太陽電池とでは、光電変換層で発生した電流の取り出し構造が異なる。特許文献1の結晶シリコン系太陽電池では、光電変換層と裏面電極との間に、絶縁性の乱反射膜を配置しているが、乱反射膜の一部にコンタクトホールを設けて電流の取り出しを行なっている。しかしながら、薄膜シリコン系太陽電池では、一般に、光電変換層と裏面電極との間に、絶縁性の層を配置することはなく、裏面電極も導電性を有する層を用いる。薄膜シリコン系太陽電池に乱反射膜を適用する際は、導電性を有する乱反射膜を適用する必要がある。特許文献1で挙げられている乱反射膜は酸化アルミ、硫酸バリウム、フッ化炭素の微粉末であり、導電性を有しない。従って、特許文献1に記載の発明をそのまま薄膜シリコン系太陽電池に適用することは困難である。
A crystalline silicon solar cell and a thin film silicon solar cell have different structures for extracting current generated in the photoelectric conversion layer. In the crystalline silicon solar cell of
特許文献2では、裏面電極として透明導電性酸化物膜を用いている。透明導電性酸化物膜は、AgやAlなどの金属電極に比べてシート抵抗が大きい。そのため、特許文献2に記載の薄膜シリコン系太陽電池のように、裏面電極として透明導電性酸化物膜を用いる場合、電流を取り出して隣接セルと集積化すためにシート抵抗を小さくする必要がある。シート抵抗を下げるには、透明導電性酸化物膜の膜厚を厚くすることが一般的である。しかしながら、透明導電性酸化物膜の膜厚を厚くすると、透明性が落ちるため、太陽光が透明導電性酸化物膜を透過して再反射して光電変換層へと戻ろうとする際の光吸収損失が増加するという問題が生じる。
また、特許文献2では、裏面電極である透明導電性酸化物と白色板との間を接続する層として封止用樹脂層を設けて圧着加熱している。この封止用樹脂層は透光性とされているが、エチレンビニールアセテート(EVA)などから形成されるため、光が樹脂層を透過する際に、光吸収損失があると考えられる。
また、特許文献2では、短絡電流以外について太陽電池特性の向上が得られていないことから改善の余地が残されていると考えられる。
In
Moreover, in
Moreover, in
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、光電変換層で再利用するために有効となる光反射率が高い裏面電極を用いることで短絡電流を向上させ、且つ、透明導電膜による光吸収損失を抑制し、短絡電流を効率よく収集できる、薄膜シリコン系の光電変換装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and improves the short-circuit current by using a back electrode with a high light reflectance that is effective for reuse in the photoelectric conversion layer, and is transparent. An object of the present invention is to provide a thin film silicon-based photoelectric conversion device that can suppress light absorption loss due to a conductive film and can efficiently collect a short-circuit current.
上記課題を解決するために、本発明は、基板上に、光入射側から順に、透明電極層と、薄膜シリコン系光電変換層と、透明導電性酸化物を主とする裏面透明電極層と、金属を主とし、櫛型で形成された裏面金属電極層もしくは膜厚10nm以上100nm以下の裏面金属電極層と、硫酸バリウムを主とする反射層と、を備えた光電変換装置を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention comprises, on a substrate, in order from the light incident side, a transparent electrode layer, a thin-film silicon-based photoelectric conversion layer, a back surface transparent electrode layer mainly composed of a transparent conductive oxide, Provided is a photoelectric conversion device including a back metal electrode layer mainly made of metal and formed in a comb shape or a back metal electrode layer having a thickness of 10 nm to 100 nm and a reflective layer mainly made of barium sulfate.
上記発明によれば、裏面透明電極層の上に、櫛型裏面金属電極層を設けたことで、裏面透明電極層の厚さを厚くせずに、光電変換層で発生した電流を効率良く取り出すことができるようになる。それによって、太陽光の裏面透明電極層による吸収損失を低減させることができる。裏面金属電極層は櫛型で形成されるため、光電変換層で吸収されなかった太陽光の大部分が、反射層で反射される。反射層は硫酸バリウムを主成分とするため、光反射性能、光散乱性能が高い。そのような反射層を設けることで、より多くの光を、光電変換層へ戻すことができる。
また、櫛型裏面金属電極層の代わりとして、10nm以上100nm以下の薄い裏面金属電極層としてAg、Al層を全面に設けても良い。形成方法としては、蒸着やスパッタ法を用いる。透過率が50%以上となる膜厚とすることで、同様な効果を得る事ができる。
According to the above invention, by providing the comb-shaped back surface metal electrode layer on the back surface transparent electrode layer, the current generated in the photoelectric conversion layer can be efficiently extracted without increasing the thickness of the back surface transparent electrode layer. Will be able to. Thereby, the absorption loss by the back surface transparent electrode layer of sunlight can be reduced. Since the back metal electrode layer is formed in a comb shape, most of the sunlight that is not absorbed by the photoelectric conversion layer is reflected by the reflective layer. Since the reflective layer is mainly composed of barium sulfate, it has high light reflection performance and light scattering performance. By providing such a reflective layer, more light can be returned to the photoelectric conversion layer.
Further, instead of the comb-shaped back surface metal electrode layer, an Ag, Al layer may be provided on the entire surface as a thin back surface metal electrode layer having a thickness of 10 nm to 100 nm. As a forming method, vapor deposition or sputtering is used. A similar effect can be obtained by setting the film thickness so that the transmittance is 50% or more.
上記発明の一態様によれば、前記反射層が、前記裏面透明電極層と接着可能な樹脂を含むことが好ましい。また、前記樹脂が、ポリビニルアルコールであることが好ましい。
そのような樹脂を含むことで、反射層と裏面透明電極層との間の結合力が強くなるため、反射層が剥離しにくくなる。従って、特許文献2に記載のような樹脂層を介する必要がない。
According to one aspect of the invention, it is preferable that the reflective layer includes a resin that can be bonded to the back transparent electrode layer. Moreover, it is preferable that the said resin is polyvinyl alcohol.
By including such a resin, since the bonding force between the reflective layer and the back surface transparent electrode layer is increased, the reflective layer is hardly peeled off. Therefore, it is not necessary to use a resin layer as described in
本発明によれば、櫛型の裏面金属電極層及び反射層を備えることで、光電変換層で発生した電流を効率良く収集できるとともに、裏面透明電極層による光吸収損失を低減させ、光電変換層の裏面側での光反射率を高めることができる。また、反射層と裏面透明電極層との間に接着層を別途設ける必要がないため、接着層による光吸収損失を低減させることができる。従って、発電効率の高い薄膜シリコン系の光電変換装置となる。特に、本発明は、透明電極層に大きな凹凸が形成されている薄膜シリコン系の光電変換装置での効果が顕著である。 According to the present invention, by providing the comb-shaped back surface metal electrode layer and the reflective layer, the current generated in the photoelectric conversion layer can be efficiently collected, and the light absorption loss due to the back surface transparent electrode layer is reduced, and the photoelectric conversion layer The light reflectivity on the back side of can be increased. Moreover, since it is not necessary to separately provide an adhesive layer between the reflective layer and the back surface transparent electrode layer, light absorption loss due to the adhesive layer can be reduced. Accordingly, a thin film silicon photoelectric conversion device with high power generation efficiency is obtained. In particular, the present invention has a remarkable effect in a thin film silicon photoelectric conversion device in which large irregularities are formed in the transparent electrode layer.
<第1実施形態>
図1は、本実施形態に係る光電変換装置の構成を示す概略図である。光電変換装置100は、シングル型薄膜シリコン系太陽電池であり、基板1、透明電極層2、光電変換層3(第1発電セル層91)、裏面透明電極層4、櫛型裏面金属電極層5、及び反射層6を備える。光電変換層3には、非晶質シリコン系と結晶質シリコン系のいずれでも利用が可能である。なお、ここで、シリコン系とはシリコン(Si)やシリコンカーバイト(SiC)やシリコンゲルマニウム(SiGe)を含む総称である。また、結晶質シリコン系とは、非晶質シリコン系以外のシリコン系を意味するものであり、微結晶シリコンや多結晶シリコンも含まれる。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a photoelectric conversion apparatus according to the present embodiment. The
第1実施形態に係る光電変換装置の製造方法を説明する。
基板1として、面積が1m2を越える大型のソーダフロートガラス基板(例えば1.4m×1.1m×板厚:3.0mm〜4.5mm)を使用する。基板端面は熱応力や衝撃などによる破損防止にコーナー面取りやR面取り加工されていることが望ましい。
A method for manufacturing the photoelectric conversion device according to the first embodiment will be described.
As the
透明電極層2として、酸化錫(SnO2)を主成分とする膜厚約500nm以上800nm以下の透明導電膜を、熱CVD装置にて約500℃で製膜する。この際、透明電極膜の表面には、適当な凹凸のあるテクスチャーが形成される。透明電極層2として、透明電極膜に加えて、基板1と透明電極膜との間にアルカリバリア膜(図示されず)を形成しても良い。アルカリバリア膜は、酸化シリコン膜(SiO2)を50nm〜150nm、熱CVD装置にて約500℃で製膜処理する。
As the
光電変換層3(第1発電セル層91)として、非晶質シリコン薄膜からなるp層、i層及びn層を、プラズマCVD装置により製膜する。SiH4ガス及びH2ガスを主原料にして、減圧雰囲気:30Pa以上1000Pa以下、基板温度:約200℃にて、透明電極層2上に太陽光の入射する側から非晶質シリコンp層、非晶質シリコンi層、非晶質シリコンn層の順で製膜する。非晶質シリコンp層は非晶質のBドープシリコンを主とし、膜厚10nm以上30nm以下である。非晶質シリコンi層は、膜厚200nm以上350nm以下である。非晶質シリコンn層は、非晶質シリコンに微結晶シリコンを含有するPドープシリコンを主とし、膜厚30nm以上50nm以下である。非晶質シリコンn層に代えて、結晶質シリコン膜を形成しても良く、あるいは、非晶質シリコン膜と結晶質シリコン膜との積層構造としても良い。非晶質シリコンp層と非晶質シリコンi層の間には、界面特性の向上のためにバッファー層を設けても良い。
As the photoelectric conversion layer 3 (first power generation cell layer 91), a p layer, an i layer, and an n layer made of an amorphous silicon thin film are formed by a plasma CVD apparatus. Using SiH 4 gas and H 2 gas as main raw materials, a reduced pressure atmosphere: 30 Pa to 1000 Pa, a substrate temperature: about 200 ° C., an amorphous silicon p layer on the
裏面透明電極層4は、SnO2、ZnO、ITOなどの透明導電性酸化物を主成分とする透明導電膜からなる。本実施形態では、裏面透明電極層4として、膜厚:100nm以上1000nm以下の透明導電膜をGaまたはAlがドープされたZnO膜を、ターゲット:GaドープZnO焼結体またはAlドープZnO焼結体を用いてスパッタリング装置により製膜する。
The back surface
櫛型裏面金属電極層5は、AgやAlなどの金属を主成分とする金属膜からなり、所定の櫛型形状で形成される。図2に、光電変換装置の櫛型裏面金属電極層の平面を示す。図2では、櫛型裏面金属電極層5を見やすくするために、反射層6は省略した。櫛型の形状、サイズは、図2の形状に縛られる事はない。櫛型裏面金属電極層5は、光電変換層3で発生した電流を効率よく収集するために配置される。櫛型裏面金属電極層5は、光電変換層3で発生した電流を収集できる範囲で、適宜総製膜面積を小さく設定することが好ましい。
本実施形態では、櫛型裏面金属電極層5として、スパッタリング装置により、減圧雰囲気、基板温度:150℃から200℃にてAg膜:膜厚150nm以上500nm以下を所定の櫛型形状に製膜する。
なお、櫛型裏面金属電極層5は、スパッタ法に替わり、裏面透明電極層4を所定の櫛型形状で製膜できるようマスキングした後、蒸着法にて製膜されても良い。また、真空装置を用いないスクリーン印刷を利用して櫛型裏面金属電極5を形成しても良い。
The comb-shaped back surface
In this embodiment, as the comb-shaped back
The comb-shaped backside
反射層6は、硫酸バリウムを主成分とし、0.6mm以上の厚さとされる。反射層6の厚さの実質的な上限は、2mmとされる。硫酸バリウムを主とする反射層は、光を透過しながら反射するため、0.6mm以上の厚さとすることで、100%に近い反射率を有する層とすることができる。厚さが2mm以上となると、塗布後の乾燥の時間がかかる。このため、厚さは2mm以下とすることが望ましい。反射層6には、つなぎ材料として裏面透明電極層4と接着可能な樹脂が含まれていることが好ましい。本実施形態では、樹脂としてポリビニルアルコール(PVA)が用いられる。PVAは、硫酸バリウムに対して0.1質量%〜5質量%で含有させると良い。PVAは、透明導電性酸化物と化学的に結合可能である。
The
反射層6の形成方法を説明する。まず、PVA及び硫酸バリウムを、50−1000倍容の適当な溶媒(エタノール等)に分散させて、裏面透明電極層4及び櫛型裏面金属電極層5上に塗布する。この際、PVAは、水と混合されているものを用いても良い。塗布後、アニール処理することで乾燥させて反射層6を形成させる。図1に示すように、反射層6は、光電変換層3及び透明電極層2の側面を覆うように形成されても良い。
A method for forming the
(実施例1)
ガラス基板1(5cm×5cm×板厚1mmまたは4mm)を用いて、光電変換層3が非晶質シリコン系である以下の層構成を有する非晶質シリコン太陽電池セルを作製した。
透明電極層2:酸化錫膜、平均膜厚500nm
非晶質シリコンp層:平均膜厚10nm
非晶質シリコンi層:平均膜厚200nm
結晶質シリコンn層:平均膜厚30nm
裏面透明電極層4:GZO膜/平均膜厚700nm
櫛型裏面金属電極層5:Ag膜/平均膜厚300nm
反射層6:膜厚0.6mm〜1.0mm
Example 1
Using a glass substrate 1 (5 cm × 5 cm ×
Transparent electrode layer 2: tin oxide film, average film thickness 500 nm
Amorphous silicon p layer:
Amorphous silicon i layer:
Crystalline silicon n layer:
Back surface transparent electrode layer 4: GZO film / average film thickness 700 nm
Comb-shaped back metal electrode layer 5: Ag film /
Reflective layer 6: film thickness of 0.6 mm to 1.0 mm
裏面透明電極層4は、ターゲット:GaドープZnO焼結体(Gaドープ量:0.5質量%)を用い、減圧雰囲気:70Pa、基板温度:135℃で製膜した。
櫛型裏面金属電極層5は、スパッタリング装置により、減圧雰囲気、基板温度:150℃にてAg膜:膜厚300nmを所定の櫛型形状で形成させた。ここで、所定の形状とは、図2に記載するように櫛にあたる部分が5本(2.5mm×0.1mm)と中心線1本(5.5mm×0.2mm)からなる。従い、櫛型裏面金属電極層5が占める製膜面積率は裏面透明電極層4の7%である。
反射層6の形成には、PVAと水とを質量比1:1で混合したPVA溶液を、硫酸バリウムとともに200倍のエタノールに分散させた溶液を使用した。上記溶液を櫛型裏面金属電極層5まで積層させた積層体に塗布後、大気下、160℃で30分間アニール処理した。
櫛型裏面金属電極層5まで積層させた積層体の上から、積層体の側面も覆うようにエタノールに分散されたPVA含有硫酸バリウム溶液を塗布し、160℃で30分間乾燥させて反射層6とした。
The back
The comb-shaped backside
For the formation of the
The
(参考例1)
反射層6を設けず、裏面金属電極層を裏面透明電極層の全面に製膜した非晶質シリコン太陽電池セルを作製した。
透明電極層2:酸化錫膜、平均膜厚500nm
非晶質シリコンp層:平均膜厚10nm
非晶質シリコンi層:平均膜厚200nm
結晶質シリコンn層:平均膜厚30nm
裏面透明電極層:GZO膜/平均膜厚70nm
裏面金属電極層5:Ag膜/平均膜厚300nm
(Reference Example 1)
An amorphous silicon solar battery cell was produced in which the back surface metal electrode layer was formed on the entire surface of the back surface transparent electrode layer without providing the
Transparent electrode layer 2: tin oxide film, average film thickness 500 nm
Amorphous silicon p layer:
Amorphous silicon i layer:
Crystalline silicon n layer:
Back surface transparent electrode layer: GZO film / average film thickness 70 nm
Back surface metal electrode layer 5: Ag film /
櫛型裏面金属電極層5は、Ag膜からなる金属膜を、スパッタリング装置により裏面透明電極層4上の全面に製膜した。
For the comb-shaped back surface
実施例1及び参考例1の非晶質シリコン太陽電池セルを用いて、製膜後初期(光劣化前)の短絡電流(Jsc)、開放電圧(Voc)、形状因子(FF)、及び変換効率(Eff.)を測定した。
表1に、上記測定の結果を示す。表1に記載の数値は、参考例1のうち、透明電極層、光電変換層(非晶質シリコンセル)は、実施例1と同じ構成である非晶質シリコン太陽電池セルを用いた場合の測定値を基準とした相対値である。
Using the amorphous silicon solar battery cells of Example 1 and Reference Example 1, the short-circuit current (Jsc), open-circuit voltage (Voc), form factor (FF), and conversion efficiency in the initial stage after film formation (before photodegradation) (Eff.) Was measured.
Table 1 shows the results of the above measurements. The numerical values shown in Table 1 are based on the case where the transparent electrode layer and the photoelectric conversion layer (amorphous silicon cell) in Reference Example 1 are amorphous silicon solar cells having the same configuration as in Example 1. It is a relative value based on the measured value.
表1によれば、実施例1は、参考例1と比較して、短絡電流、開放電圧、形状因子、及び変換効率のすべてが向上した。これは、反射層6を設けたことで、裏面側での光電変換層3に有効に利用されるように反射率が向上したことによると考えられる。また、櫛型裏面金属電極層5は、裏面透明電極層4から反射層6へ通過する光を直接反射する領域となるが、形状因子FFが向上したことから集電する効果が大きく改善されたことを示しており、光電変換層3で発生した電流を効率よく収集できていることが確認された。
According to Table 1, Example 1 improved all of the short circuit current, the open circuit voltage, the form factor, and the conversion efficiency as compared with Reference Example 1. It is considered that this is because the reflectance is improved so that the
図3に実施例1及び参考例1の非晶質シリコン太陽電池セルのシリーズ抵抗と形状因子との関係を示す。同図において、横軸はシリーズ抵抗、縦軸は形状因子である。図3によれば、参考例1の群と比較して、実施例1はシリーズ抵抗が低い。また、図3からシリーズ抵抗の低減に従い、形状因子が向上する傾向が見られた。このことから、実施例1では、櫛型裏面金属電極層5及び反射層6を組み合わせて備えることで、シリーズ抵抗が低下した結果、形状因子が向上したものと考えられる。
FIG. 3 shows the relationship between the series resistance and the form factor of the amorphous silicon solar cells of Example 1 and Reference Example 1. In the figure, the horizontal axis represents series resistance and the vertical axis represents form factor. According to FIG. 3, compared with the group of Reference Example 1, Example 1 has a low series resistance. Further, as shown in FIG. 3, the form factor tended to improve as the series resistance decreased. From this, it is considered that in Example 1, the combination of the comb-shaped back surface
<第2実施形態>
図4は、本実施形態に係る光電変換装置の構成を示す概略図である。光電変換装置200は、タンデム型薄膜シリコン太陽電池であり、光電変換層3が第1セル層91(非晶質シリコンセル)及び第2セル層92(結晶質シリコンセル)を備える以外は、第1実施形態と同様の構成とされる。
Second Embodiment
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration of the photoelectric conversion apparatus according to the present embodiment. The
光電変換層3は、第1セル層91(非晶質シリコンセル)及び第2セル層92(結晶質シリコンセル)を備える。第1セル層91としては、第1実施形態と同様に、透明電極層2の上に非晶質シリコン薄膜からなるp層、i層及びn層を、プラズマCVD装置により製膜する。
The
第1セル層91の上に、プラズマCVD装置により、減圧雰囲気:3000Pa以下、基板温度:約200℃、プラズマ発生周波数:40MHz以上100MHz以下にて、第2セル層92としての結晶質シリコンp層、結晶質シリコンi層、及び、結晶質シリコンn層を順次製膜する。結晶質シリコンp層はBドープした微結晶シリコンを主とし、膜厚10nm以上50nm以下である。結晶質シリコンi層は微結晶シリコンを主とし、膜厚は1.2μm以上3.0μm以下である。結晶質シリコンn層はPドープした微結晶シリコンを主とし、膜厚20nm以上50nm以下である。なお、結晶質シリコンn層は、非晶質シリコンn層に置換しても良い。
A crystalline silicon p layer as the
微結晶シリコンを主とするi層膜をプラズマCVD法で形成するにあたり、プラズマ放電電極と基板1の表面との距離dは、3mm以上10mm以下にすることが好ましい。3mmより小さい場合、大型基板に対応する製膜室内の各構成機器精度から距離dを一定に保つことが難しくなるとともに、近過ぎて放電が不安定になる恐れがある。10mmより大きい場合、十分な製膜速度(1nm/s以上)を得難くなるとともに、プラズマの均一性が低下しイオン衝撃により膜質が低下する。
In forming the i-layer film mainly composed of microcrystalline silicon by the plasma CVD method, the distance d between the plasma discharge electrode and the surface of the
第1セル層91と第2セル層92の間に、接触性を改善するとともに電流整合性を取るために半反射膜となる中間コンタクト層が設けられても良い。中間コンタクト層として、膜厚:20nm以上100nm以下のGaまたはAlがドープされたZnO膜を、ターゲット:GaドープZnO焼結体またはAlドープZnO焼結体を用いてスパッタリング装置により製膜する。
An intermediate contact layer serving as a semi-reflective film may be provided between the
(実施例2)
ガラス基板1(5cm×5cm×板厚1mmまたは4mm)を用いて、光電変換層3が非晶質シリコン及び結晶質シリコンである以下の層構成を有するタンデム型薄膜シリコン系太陽電池セルを作製した。
透明電極層2:酸化錫膜、平均膜厚500nm
非晶質シリコンp層:平均膜厚10nm
非晶質シリコンi層:平均膜厚200nm
結晶質シリコンn層:平均膜厚30nm
結晶質シリコンp層:平均膜厚20nm
結晶質シリコンi層:平均膜厚2μm
非晶質シリコンn層:平均膜厚30nm
裏面透明電極層4:GZO膜/平均膜厚700nm
櫛型裏面金属電極層5:Ag膜/平均膜厚300nm
反射層6:平均膜厚0.6mm〜1.0mm
(Example 2)
Using a glass substrate 1 (5 cm × 5 cm ×
Transparent electrode layer 2: tin oxide film, average film thickness 500 nm
Amorphous silicon p layer:
Amorphous silicon i layer:
Crystalline silicon n layer:
Crystalline silicon p layer:
Crystalline silicon i layer:
Amorphous silicon n layer:
Back surface transparent electrode layer 4: GZO film / average film thickness 700 nm
Comb-shaped back metal electrode layer 5: Ag film /
Reflective layer 6: Average film thickness of 0.6 mm to 1.0 mm
裏面透明電極層4、櫛型裏面金属電極層5、及び反射層6は、実施例1と同様に形成させた。
The back
(参考例2)
透明電極層、光電変換層(非晶質シリコンセル、結晶質シリコンセル)は、実施例2と同様の構成とし、その上に裏面透明電極層としてGZO平均膜厚70nm、裏面金属電極としてAg膜厚300nmを積層してタンデム型薄膜シリコン太陽電池セルを作製した。
(Reference Example 2)
The transparent electrode layer and the photoelectric conversion layer (amorphous silicon cell, crystalline silicon cell) have the same configuration as in Example 2, on which the GZO average film thickness is 70 nm as the back transparent electrode layer, and the Ag film as the back metal electrode A tandem-type thin film silicon solar cell was manufactured by laminating a thickness of 300 nm.
実施例2及び参考例2のタンデム型薄膜シリコン太陽電池セルを用いて、製膜後初期(光劣化前)の短絡電流(Jsc)、開放電圧(Voc)、形状因子(FF)、及び変換効率(Eff.)を測定した。
表2に、上記測定の結果を示す。表2に記載の数値は、参考例2の測定値を基準とした相対値である。
Using the tandem thin-film silicon solar cells of Example 2 and Reference Example 2, the short-circuit current (Jsc), open-circuit voltage (Voc), form factor (FF), and conversion efficiency in the initial stage after film formation (before photodegradation) (Eff.) Was measured.
Table 2 shows the results of the above measurement. The numerical values shown in Table 2 are relative values based on the measured values of Reference Example 2.
表2によれば、実施例2は、短絡電流、開放電圧、形状因子、及び変換効率のすべてが参考例2と比較して同等以上の値を示した。これは、反射層6を設けたことで、裏面側での反射率が向上したことによると考えられる。また、櫛型裏面金属電極層5は、光電変換層3で発生した電流を効率よく収集できていることが確認された。
According to Table 2, in Example 2, all of the short-circuit current, the open-circuit voltage, the form factor, and the conversion efficiency were equal to or higher than those of Reference Example 2. This is considered to be because the reflectance on the back surface side was improved by providing the
<第3実施形態>
図5は、本実施形態に係る光電変換装置の構成を示す概略図である。光電変換装置300は、トリプル型薄膜シリコン系太陽電池であり、光電変換層3が第1セル層91(非晶質シリコン系)、第2セル層92(結晶質シリコン系)、及び第3セル層(i層に結晶質シリコンゲルマニウムを含む)を備える以外は、第1実施形態と同様の構成とされる。
<Third Embodiment>
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration of the photoelectric conversion apparatus according to the present embodiment. The
光電変換層3は、第1セル層91(非晶質シリコン系)、第2セル層92(結晶質シリコン系)及び第3セル層(i層に結晶質シリコンゲルマニウムを含む)を備える。第1セル層91としては、第1実施形態と同様に、透明電極層2の上に非晶質シリコン薄膜からなるp層、i層及びn層を、プラズマCVD装置により製膜する。第2セル層92としては、第2実施形態と同様に、第1セル層91の上に結晶質シリコン薄膜からなるp層、i層及びn層を、プラズマCVD装置により製膜する。
The
第2セル層92の上に、プラズマCVD装置により、減圧雰囲気:3000Pa以下、基板温度:約200℃、プラズマ発生周波数:40MHz以上100MHz以下にて、第3セル層93としての結晶質シリコンp層、結晶質シリコンゲルマニウムi層、及び、結晶質シリコンn層を順次製膜する。
A crystalline silicon p layer as the
結晶質シリコンp層はBドープした微結晶シリコンを主とし、膜厚10nm以上50nm以下である。
結晶質シリコンゲルマニウムi層は微結晶シリコンゲルマニウムを主とし、膜厚は1.0μm以上3.0μm以下である。ゲルマニウム濃度は5原子%−15原子%とされる。
結晶質シリコンn層はPドープした微結晶シリコンを主とし、膜厚20nm以上50nm以下である。なお、結晶質シリコンn層は、非晶質シリコンn層に置換しても良い。
The crystalline silicon p layer is mainly composed of B-doped microcrystalline silicon and has a thickness of 10 nm to 50 nm.
The crystalline silicon germanium i layer is mainly microcrystalline silicon germanium and has a film thickness of 1.0 μm to 3.0 μm. The germanium concentration is 5 atomic% to 15 atomic%.
The crystalline silicon n layer is mainly P-doped microcrystalline silicon and has a film thickness of 20 nm to 50 nm. The crystalline silicon n layer may be replaced with an amorphous silicon n layer.
第2セル層92と第3セル層93の間に、接触性を改善するとともに電流整合性を取るために半反射膜となる中間コンタクト層が設けられても良い。中間コンタクト層として、膜厚:20nm以上100nm以下のGaまたはAlがドープされたZnO膜を、ターゲット:GaドープZnO焼結体またはAlドープZnO焼結体を用いてスパッタリング装置により製膜する。
An intermediate contact layer serving as a semi-reflective film may be provided between the
(実施例3)
実施例2の第2セル層93と裏面透明電極層4との間に、下記構成の第3セル層93を挿入したトリプル型薄膜シリコン太陽電池セルを作製した(実施例3)。また、反射層6を設けず、裏面金属電極層5を裏面透明電極層の全面に製膜した以外は、実施例3と透明電極層、光電変換層(非晶質シリコンセル、結晶質シリコンセル、結晶質シリコンゲルマニウムセル)は同様の構成とし、その上に裏面透明電極層としてGZO平均膜厚70nm、裏面金属電極としてAg膜厚300nmを積層したトリプル型薄膜シリコン太陽電池セルを参考例3とした。
実施例3及び参考例3のトリプル型薄膜シリコン太陽電池セルを用いて、製膜後初期(光劣化前)の短絡電流(Jsc)、開放電圧(Voc)、形状因子(FF)、及び変換効率(Eff.)を測定した。
Example 3
A triple-type thin-film silicon solar cell in which the
Using the triple-type thin film silicon solar cells of Example 3 and Reference Example 3, the short-circuit current (Jsc), open-circuit voltage (Voc), form factor (FF), and conversion efficiency in the initial stage after film formation (before photodegradation) (Eff.) Was measured.
表3に、上記結果を示す。表3に記載の数値は、参考例3の測定値を基準とした相対値である。
表3によれば、実施例3は、短絡電流、開放電圧、形状因子、及び変換効率のすべてが参考例3と比較して同等以上の値となった。これは、反射層6を設けたことで、裏面側での反射率が向上したことによると考えられる。また、櫛型裏面金属電極層5は、光電変換層3で発生した電流を効率よく収集できていることが確認された。
According to Table 3, in Example 3, all of the short-circuit current, the open-circuit voltage, the shape factor, and the conversion efficiency were equal to or higher than those of Reference Example 3. This is considered to be because the reflectance on the back surface side was improved by providing the
なお、第1実施形態乃至第3実施形態では櫛型裏面金属電極層を用いたが、これに代えて、薄い裏面金属電極層を裏面透明電極層上の全面に設けても良い。裏面金属電極層は、AgまたはAlからなり、厚さは10nm以上100nm以下とされる。裏面金属電極層の形成方法としては、蒸着やスパッタ法が用いられる。透過率が50%以上となる膜厚とすることで、櫛型裏面金属電極層を設けた場合と同様な効果を得る事ができる。 In the first to third embodiments, the comb-shaped back surface metal electrode layer is used. Alternatively, a thin back surface metal electrode layer may be provided on the entire surface of the back surface transparent electrode layer. The back metal electrode layer is made of Ag or Al and has a thickness of 10 nm to 100 nm. As a method for forming the back surface metal electrode layer, vapor deposition or sputtering is used. By setting the film thickness so that the transmittance is 50% or more, the same effect as that obtained when the comb-shaped back surface metal electrode layer is provided can be obtained.
本発明は、金属基板などのような非透光性基板上に製造された、基板とは反対の側から光が入射するタイプの太陽電池にも同様に適用可能である。 The present invention can be similarly applied to a solar cell manufactured on a non-light-transmitting substrate such as a metal substrate or the like, on which light is incident from the side opposite to the substrate.
1 透明基板
2 透明電極層
3 光電変換層
4 裏面透明電極層
5 櫛型裏面金属電極層
6 反射層
91 第1セル層(非晶質シリコンセル)
92 第2セル層(結晶質シリコンセル)
93 第3セル層(結晶質シリコンゲルマニウムセル)
100、200、300 光電変換装置
DESCRIPTION OF
92 Second cell layer (crystalline silicon cell)
93 Third cell layer (crystalline silicon germanium cell)
100, 200, 300 Photoelectric conversion device
Claims (3)
透明電極層と、
薄膜シリコン系光電変換層と、
透明導電性酸化物を主とする裏面透明電極層と、
金属を主とし、櫛型で形成された裏面金属電極層もしくは膜厚10nm以上100nm以下の裏面金属電極層と、
硫酸バリウムを主とする反射層と、
を備えた光電変換装置。 In order from the light incident side,
A transparent electrode layer;
A thin-film silicon-based photoelectric conversion layer;
A back surface transparent electrode layer mainly composed of a transparent conductive oxide;
A back metal electrode layer mainly composed of metal and formed in a comb shape or a back metal electrode layer having a thickness of 10 nm to 100 nm,
A reflective layer mainly composed of barium sulfate;
A photoelectric conversion device comprising:
The photoelectric conversion device according to claim 2, wherein the resin is polyvinyl alcohol.
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