JP2673021B2 - 太陽電池 - Google Patents

太陽電池

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JP2673021B2
JP2673021B2 JP1332225A JP33222589A JP2673021B2 JP 2673021 B2 JP2673021 B2 JP 2673021B2 JP 1332225 A JP1332225 A JP 1332225A JP 33222589 A JP33222589 A JP 33222589A JP 2673021 B2 JP2673021 B2 JP 2673021B2
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junction
semiconductor layer
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興太郎 三井
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、太陽電池に関し、特に2つの光起電力効
果を有する接合が直列に接続された、いわゆるタンデム
型太陽電池の構造に関するものである。
〔従来の技術〕
タンデム型太陽電池は、太陽光スペクトルを有効に利
用できるため高効率が期待されいる。ここで、従来のタ
ンデム型太陽電池の層構造を第4図に示す。p形多結晶
Si基板1上にn形微結晶Si層2が形成され、光起電力を
発生させるに必要なpn接合3が形成されている。前記n
形微結晶Si層2上にはp形アモルファスSi層4、i形ア
モルファスSi層5、n形アモルファスSi層6が順次形成
され、光起電力効果を有するp−i−n構造が形成され
ている。また、前記n形微結晶Si層2とp形アモルファ
スSi層4は、不純物が高濃度に添加されているため、い
わゆるトンネル接合を形成して、オーム接続されてい
る。このような構造の太陽電池では、まずアモルファス
Si層に入射した光は、この部分で吸収された成分によっ
て光起電力を発生し、さらにこのアモルファスSi層を透
過した光は、微結晶Si層2および多結晶Si層1で吸収さ
れ、光起電力を発生する。この場合微結晶Si層2中での
光キャリヤのライフタイムは短いため、この層での光吸
収は無効となる割合が大きい。したがって、この微結晶
Si層2はできるだけ薄くして、その下部の多結晶Si層1
中での光吸収が多くなるよう工夫されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の太陽電池は以上のように構成されており、p形
多結晶Si層1全面にわたってn形微結晶Si層2が形成さ
れているため、全面にわたる均一な接合は困難で、部分
的な欠陥によってリーク電流が発生してしまう。このた
め、太陽電池の主要特性である開放端電圧や曲線因子が
低下してしまい、その結果効率が低下するという問題点
があった。また、n形微結晶Si層はできるだけ薄く形成
されているため、pn接合から注入されたキャリヤが、欠
陥の多いn形微結晶Si層2とp形アモルファスSi層4と
の界面に到達する可能性が高く、ここで再結合してしま
うため、リーク電流が多くなり、さらに効率を低下させ
るといった問題があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、開放端電圧が高く、また曲線因子の大きい
高効率のタンデム型構造の太陽電池を得ることを目的と
する。
〔課題を解決するための手段〕
この発明に係る太陽電池は、第1の半導体層上に貫通
孔を有する絶縁層を設け、前記貫通孔を通して、前記第
1の半導体層と反対の導電型の第2の半導体層を設ける
ことによって、部分的にpn接合を形成し、さらに前記第
2の半導体層上に、透明導電膜からなるひろがり抵抗層
を設け、この上に、n−i−pもしくはp−i−n形の
光起電力効果を有する第3の半導体層をオーム接続させ
て形成したものである。
〔作用〕
この発明においては、下側のpn接合を部分的に形成し
たので、上部のn−i−pもしくはp−i−n形太陽電
池を構成する上部の半導体層を通過した光によって下側
の半導体層中に発生した光キャリヤを集中して集められ
るため、下側のpn接合を流れる電流密度が増加し、これ
により、この下側のpn接合に発生する電圧を増大でき、
開放端電圧を高くできる。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第1図はこの発明の第1の実施例による太陽電池の断
面層構造を示すものである。
図に示すように、比抵抗10Ωcm程度のp形Si層1上に
貫通孔を有する絶縁膜7が形成されている。この絶縁膜
7は、例えば、CVD法によって前記p形Si層1の全表面
上に、SiNやSiO2膜を形成し、その後、写真製版法など
によるパターニング後、エッチング技術を用いて選択的
に除去することによって形成することができる。次に前
記貫通孔の部分に露出したp形Si層1の表面上に厚み50
0Å程度のn形微結晶Si層2をプラズマCVD法によって成
長して、光起電力発生に必要なpn接合3を離散的に形成
する。そして前記n形微結晶上に、蒸着法などによって
酸化インジウム錫(ITO)などの透明導電膜8を形成す
る。次に、この透明導電膜8上に、プラズマCVD法によ
って順次、p形アモルファスSi層4、i形アモルファス
Si層5、n形アモルファスSi層6を形成して、この発明
の一実施例による太陽電池の層構造が形成される。アモ
ルファスSi層を通過した光は、n形微結晶Si層2は薄い
ためほとんどこの層では吸収されず、大部分がp形Si層
1中で吸収される。これによって発生した光キャリヤ
は、離散的に形成されたpn接合3によって収集されるた
め、このpn接合を流れる電流密度は、全面にpn接合が形
成されていた従来例より大きく増大する。この割合は前
記pn接合3の全面積に対する割合の逆数に比例する。
pn接合における電流密度Jと電圧Vの関係は、以下の
式で表される。
ここで、J0は飽和電流,nはダイオード指数,Kはボルツマ
ン定数,Tは絶対温度,eは電子の電荷量である。太陽電池
で発生する電流は順方向電流であり、飽和電流J0よりも
十分に大きな値であるので、電流密度Jと飽和電流J0
の関係はJ/J0》1であり、従って式(1)は、 と近似することができる。そして、この式(2)から次
式を導くことができる。
nKT/eの値は正であり、また(nKT/e)lnJ0は一定であ
るので、式(3)を図示すると第5図のようになる。こ
の第5図からも明らかなように、電流密度Jが大きくな
ると電圧Vも上昇する。従って、本実施例では、pn接合
を流れる電流密度が増大することによって、太陽電池の
開放端電圧は上昇する。電流密度がJ1からJ2に増加した
時の電圧上昇分ΔVは、 となり、この電流密度増加の割合J2/J1をCとすれば、
これによる開放端電圧上昇分ΔVは、 となる。n=2とすれば、室温では前記ΔVはC=10
で、0.12V、C=100で0.24Vとなる。すなわちこの発明
により、開放端電圧は従来の約0.6Vから0.72〜0.84Vと
大巾に上昇し、その分変換効率が改善される。また、本
実施例においても、pn接合3の界面には従来例と同様に
欠陥が存在するが、単位pn接合面積当りの欠陥密度も従
来例と同程度であるので、単位pn接合面積当たりで生じ
るリーク電流の量も従来例と同程度である。従って、本
実施例では、このpn接合に流れる電流密度(動作電流)
が上昇することによって、単位pn接合面積当たりの、リ
ーク電流の動作電流に対する割合が減少してその分、曲
線因子、引いては変換効率も改善されるという効果もあ
る。
また、第2図にこの発明の第2の実施例による太陽電
池の断面構造を示す。図に示すように、p形Si基板1上
に、貫通孔を有する絶縁膜7が形成され、その貫通孔の
部分に、微結晶n形Si2が形成されている点では、第1
図の実施例と同じであるが、n形微結晶Si2が、貫通孔
の近傍のみに形成されている点が異なっている。このよ
うなn形微結晶Si2は、前記絶縁膜7上全面に形成して
写真製版によるパターニング後、化学エッチ、プラズマ
エッチ等によって形成することができる。この上の透明
導電膜8、アモルファスSi層4、5、6は上記実施例と
同様にして形成することができる。本実施例では、n形
微結晶Si層2が部分的に形成されているため、上記実施
例で見られたn形微結晶Si層中での光吸収を低減でき、
これによりp形Si基板1中での光キャリヤが増大して、
上記実施例よりも光電流を増大させることができる効果
がある。
また、さらに第3図にこの発明の第3の実施例による
太陽電池の断面構造を示す。本実施例では金属級グレー
ドのp形Si基板9上に、貫通孔を有する第2の絶縁膜10
を形成し、この貫通孔部で露出した前記Si基板9上に液
相成長法によってp形多結晶Si層11を形成している。こ
の上に貫通孔を有する絶縁膜7、n形微結晶Si層2、透
明導電膜8、アモルファスSi層4、5、6が第1図の実
施例と同様に形成されている。本実施例の金属級グレー
ドのp形Si基板9およびp形多結晶Si層11は、単結晶Si
に比べて低コストで製作できるので、上記の実施例より
低コストの太陽電池が得られるという利点がある。
なお、以上の実施例では、基板としてp形単結晶1も
しくは多結晶Si11を用いた場合について説明したが、こ
れはn形の単結晶もしくは多結晶Siを用いても同様な効
果が得られ、この場合には、下側から順にp形微結晶Si
層、n形、i形、p形アモルファスSi層を形成すれば良
い。
また以上の実施例ではシート抵抗低減層8としてITO
膜を用いたが、これは上層を透過した光を透過させる任
意の導電性膜を用いることができる。
さらに、以上の実施例では特定の形態のSiを用いる場
合について示したが、これはこの発明の効果を阻害しな
い組合わせであれば他の任意の半導体材料を用いてもよ
い。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、第1の半導体層上に貫
通孔を有する絶縁膜を設け、前記貫通孔を通して、前記
第1の半導体層と反対の導電型の第2の半導体層を設け
ることによって、部分的にpn接合を形成し、さらに前記
第2の半導体層上にひろがり抵抗層を設け、この上に、
n−i−pもしくはp−i−n形非晶質Siなどの太陽電
池を形成するようにしたので、部分的にpn接合を有する
太陽電池上に他の太陽電池を設けた構造となり、上側の
太陽電池を透過した光によって発生する光電流の前記下
側の太陽電池のpn接合での電流密度を高くすることがで
き、開放端電圧が高く曲線因子の大きい高効率のタンデ
ム形太陽電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の第1の実施例による太陽電池を示す
断面構造図、第2図はこの発明の第2の実施例による太
陽電池を示す断面構造図、第3図はこの発明の第3の実
施例による太陽電池を示す断面構造図、第4図は従来の
太陽電池を示す断面構造図、第5図はこの発明の実施例
による太陽電池の動作を説明するための図である。 1はp形Si、2はn形微結晶Si層、4はp形アモルファ
スSi、5はi形アモルファスSi、6はn形アモルファス
Si、7は貫通孔を有する絶縁膜、8は透明導電膜、9は
金属級のp形Si基板、10は第2の絶縁膜、11はp形多結
晶Si層である。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1導電型の第1の半導体層上に貫通孔を
    有する絶縁層を設け、 前記貫通孔を通して第2導電型の第2の半導体層を前記
    第1の半導体層に接続させ、 該第2の半導体層上に透明導電膜からなるひろがり抵抗
    低減層を設け、 該ひろがり抵抗低減層上に光起電力効果を有する第3の
    半導体層をオーム接続させてなることを特徴とする太陽
    電池。
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DE102004003760B4 (de) * 2004-01-23 2014-05-22 Forschungszentrum Jülich GmbH Verfahren zur Herstellung einer leitfähigen und transparenten Zinkoxidschicht und Verwendung derselben in einer Dünnschichtsolarzelle
WO2005081324A1 (ja) * 2004-02-20 2005-09-01 Sharp Kabushiki Kaisha 光電変換装置用基板、光電変換装置、積層型光電変換装置

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