JP2016201388A5 - - Google Patents
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Description
最近では、平坦な底部を持ち、その直径が1〜5μm、その深さが直径の1/4程度となる凹型構造を規則配列させた基板を用い、かつまた発電層の厚さを凹型構造の直径と同程度に調整することによって、薄膜微結晶シリコン太陽電池の光吸収特性及び光電発電効率を大幅に改善できることが報告されている（非特許文献２、非特許文献３）。
（１）
少なくとも透明導電層１、発電層３、太陽電池基板（製膜基板）５から構成される太陽電池であって、
発電層３の表面に最小開口角度120度以下の逆さにした角錐あるいは円錐に準ずる開口が0.01個/μm2（1×1010個/m2）以上の密度で存在し、
この開口が透明導電層１で充填され、かつ、この透明導電層１が発電層３表面にて連続な構造を持つことを特徴とする太陽電池。
少なくとも透明導電層１、発電層３、太陽電池基板（製膜基板）５から構成される太陽電池であって、
発電層３の表面に最小開口角度120度以下の逆さにした角錐あるいは円錐に準ずる開口が0.01個/μm2（1×1010個/m2）以上の密度で存在し、
この開口が透明導電層１で充填され、かつ、この透明導電層１が発電層３表面にて連続な構造を持つことを特徴とする太陽電池。
（２）
太陽電池基板５が、一辺の長さあるいは直径が0.2〜10μmの四角形または円形を開口部とする逆さにした錘台形状の凹型構造を敷き詰めた構造を有し、さらにその凹型構造がその一辺の長さあるいは直径の半分以下の深さと1/5〜1/2倍の大きさの略平坦底部を有することを特徴とする（１）に記載の太陽電池。
（３）
太陽電池基板５が、一辺の長さあるいは直径が0.2〜10μmの四角形または円形を開口部とする逆さにした錘台形状の凹型構造の規則的な配列を有し、さらにその凹型構造がその一辺の長さあるいは直径の半分以下の深さと1/5〜1/2倍の大きさの略平坦底部を有することを特徴とする（１）に記載の太陽電池。
太陽電池基板５が、一辺の長さあるいは直径が0.2〜10μmの四角形または円形を開口部とする逆さにした錘台形状の凹型構造を敷き詰めた構造を有し、さらにその凹型構造がその一辺の長さあるいは直径の半分以下の深さと1/5〜1/2倍の大きさの略平坦底部を有することを特徴とする（１）に記載の太陽電池。
（３）
太陽電池基板５が、一辺の長さあるいは直径が0.2〜10μmの四角形または円形を開口部とする逆さにした錘台形状の凹型構造の規則的な配列を有し、さらにその凹型構造がその一辺の長さあるいは直径の半分以下の深さと1/5〜1/2倍の大きさの略平坦底部を有することを特徴とする（１）に記載の太陽電池。
（６）
発電層３の厚さが0.2〜10μmの範囲にあることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の太陽電池。
発電層３の厚さが0.2〜10μmの範囲にあることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の太陽電池。
発電層３の膜厚として0.2〜10μmを想定すると、凹部構造の一辺の長さあるいはその直径もそれに応じて0.2〜10μm程度に調整されることが望ましい。
基板のテクスチャ構造が周期性を持つ場合には、当然ながらボイド２は発電層表面に周期的に形成される。
ボイド２は、太陽電池基板５の凹型構造を反映して形成されるものであるため、その密度は凹型構造の密度とおよそ一致する。よってボイド２は、凹部構造の一辺の長さあるいはその直径を0.2〜10μmとした場合、発電層３の表面上において10μm×10μmにつき１個以上、すなわち0.01個/μm2以上の密度で存在する。しかしながら製膜手法によっては、ボイド２の位置が太陽電池基板５の凹型構造と必ずしも一対一に対応しない場合も有り得る。
ボイド２は、太陽電池基板５の凹型構造を反映して形成されるものであるため、その密度は凹型構造の密度とおよそ一致する。よってボイド２は、凹部構造の一辺の長さあるいはその直径を0.2〜10μmとした場合、発電層３の表面上において10μm×10μmにつき１個以上、すなわち0.01個/μm2以上の密度で存在する。しかしながら製膜手法によっては、ボイド２の位置が太陽電池基板５の凹型構造と必ずしも一対一に対応しない場合も有り得る。
この２つの太陽電池は、平坦底部６を持つ凹型構造を三角格子状換言すればハチの巣模様に周期的に配列したテクスチャ構造からなる同一形状の太陽電池基板５に対し、銀および酸化亜鉛の積層構造からなる裏面電極兼反射層を形成し、その上部にプラズマ支援化学気相化学堆積法にて発電層３に相当する微結晶シリコン層を形成し、さらに透明導電層１を形成することで作製される。太陽電池基板５は、中空の円錐台を逆さにした凹型構造を有し、円錐台の開口部直径は2.5μm、平坦底部６の直径はその1/3程度である。また発電層３の膜厚は2μm程度であり、発電層表面のボイド２の最小開口角度は55度程度、その表面密度は0.3個/μm2程度である。
図４の左図では、透明導電層１は化学気相堆積法で形成された膜厚2μm程度のホウ素添加酸化亜鉛層からなり、発電層３の表面に形成されたボイド２を完全に充填しつつ、かつ発電層の頂部を結ぶ線９を超えて製膜され、面内方向の連続性も確保されている。
Claims (9)
- 少なくとも透明導電層（１）、発電層（３）、太陽電池基板（５）から構成される太陽電池であって、
発電層（３）の表面に最小開口角度120度以下の逆さにした角錐あるいは円錐に準ずる開口が0.01個/μm2（1×1010個/m2）以上の密度で存在し、
この開口が透明導電層（１）で充填され、かつ、この透明導電層（１）が発電層（３）表面にて連続な構造を持つことを特徴とする太陽電池。 - 太陽電池基板（５）が、一辺の長さあるいは直径が0.2〜10μmの四角形または円形を開口部とする逆さにした錘台形状の凹型構造を敷き詰めた構造を有し、さらにその凹型構造がその一辺の長さあるいは直径の半分以下の深さと1/5〜1/2倍の大きさの略平坦底部を有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
- 太陽電池基板（５）が、一辺の長さあるいは直径が0.2〜10μmの四角形または円形を開口部とする逆さにした錘台形状の凹型構造の規則的な配列を有し、さらにその凹型構造がその一辺の長さあるいは直径の半分以下の深さと1/5〜1/2倍の大きさの略平坦底部を有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
- 発電層（３）に単層または多層の薄膜シリコン層あるいはその合金層を含むことを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の太陽電池。
- 発電層（３）に微結晶シリコン層または微結晶シリコンゲルマニウム合金層を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の太陽電池。
- 発電層（３）の厚さが0.2〜10μmの範囲にあることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の太陽電池。
- 透明導電層（１）が光入射側に配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の太陽電池。
- 透明導電層（１）が化学堆積法あるいは溶液堆積法で製膜されたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の太陽電池。
- 透明導電膜（１）が酸化亜鉛（ZnO）、酸化インジウム（In2O3）、酸化錫（SnO2）あるいはその合金から成ることを特徴とする、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の太陽電池。
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