JP2738557B2 - 多層構造太陽電池 - Google Patents
多層構造太陽電池Info
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- 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
- Y02E10/52—PV systems with concentrators
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は多層構造太陽電池の高効率化に関するもの
である。
である。
第５図は例えば、テクニカル ダイジェスト オブ
セカンド インターナショナル フォトヴォルティック
サイエンス アンド エンジニアリング コンファラ
ンス（Technical Digest of 2nd International Photov
oltaic Science and Engineering Conference）（PVSEC
−II,1986 北京）の395頁に示された従来の多層構造太
陽電池を示す断面図であり、図において、１はｐ型ポリ
シリコン、２はｎ型アモルファスシリコン、３はｐ型ア
モルファスシリコン、４はｉ型アモルファスシリコン、
５はｎ型微結晶化シリコン、６は透明導電膜、７は裏面
Al電極であり、光は透明電極６側より入射する。11は第
一の太陽電池、12は第二の太陽電池であり、これら２つ
の太陽電池は直列に接続されている。
セカンド インターナショナル フォトヴォルティック
サイエンス アンド エンジニアリング コンファラ
ンス（Technical Digest of 2nd International Photov
oltaic Science and Engineering Conference）（PVSEC
−II,1986 北京）の395頁に示された従来の多層構造太
陽電池を示す断面図であり、図において、１はｐ型ポリ
シリコン、２はｎ型アモルファスシリコン、３はｐ型ア
モルファスシリコン、４はｉ型アモルファスシリコン、
５はｎ型微結晶化シリコン、６は透明導電膜、７は裏面
Al電極であり、光は透明電極６側より入射する。11は第
一の太陽電池、12は第二の太陽電池であり、これら２つ
の太陽電池は直列に接続されている。
次に動作について説明する。入射した光は透明導電膜
６を通り、まず短波長光が第二の太陽電池12のｉ型のア
モルファスシリコン４で光キャリアとなり、長波長光は
第一の太陽電池11のｐ型ポリシリコン１で光キャリアに
なる。これらの光キャリアがそれぞれの接合部へ流れる
ことにより電流を発生する。第二の太陽電池12で吸収す
る光は、ｉ型アモルファスシリコン４の厚みを厚くすれ
ば増加させることは可能であるが、ｉ型アモルファスシ
リコン４の膜質が不十分であるため、おのずとその膜厚
は制限される。この為、第二の太陽電池12の光吸収層で
あるｉ型アモルファスシリコン４の光学的バンドギャッ
プより大きな光でも完全には吸収できず、下層の第一の
太陽電池11へと透過し、第一層で発生電流に寄与する。
６を通り、まず短波長光が第二の太陽電池12のｉ型のア
モルファスシリコン４で光キャリアとなり、長波長光は
第一の太陽電池11のｐ型ポリシリコン１で光キャリアに
なる。これらの光キャリアがそれぞれの接合部へ流れる
ことにより電流を発生する。第二の太陽電池12で吸収す
る光は、ｉ型アモルファスシリコン４の厚みを厚くすれ
ば増加させることは可能であるが、ｉ型アモルファスシ
リコン４の膜質が不十分であるため、おのずとその膜厚
は制限される。この為、第二の太陽電池12の光吸収層で
あるｉ型アモルファスシリコン４の光学的バンドギャッ
プより大きな光でも完全には吸収できず、下層の第一の
太陽電池11へと透過し、第一層で発生電流に寄与する。
第一層と第二層が直列接続されたこのような太陽電池
では、外部電流は発生電流の少ないいずれかのセル電流
で制限される。ところが、通常第二層に用いられるアモ
ルファスシリコンのpinセルでは、短絡電流は約15〜17m
A/cm2程度である。しかるに第一層の結晶シリコンセル
の短絡電流は約36〜40mA/cm2もあり、第二層で吸収され
ずに透過した光だけで約20〜25mA/cm2の短絡電流を発生
する。このため外部電流は第二層の発生電流である15〜
17mA/cm2程度となり、直列セル発生電流のバランスが取
れなくなり、光電変換効率の上昇を阻害するという問題
点があった。この場合の変換効率は14〜16％程度とな
る。
では、外部電流は発生電流の少ないいずれかのセル電流
で制限される。ところが、通常第二層に用いられるアモ
ルファスシリコンのpinセルでは、短絡電流は約15〜17m
A/cm2程度である。しかるに第一層の結晶シリコンセル
の短絡電流は約36〜40mA/cm2もあり、第二層で吸収され
ずに透過した光だけで約20〜25mA/cm2の短絡電流を発生
する。このため外部電流は第二層の発生電流である15〜
17mA/cm2程度となり、直列セル発生電流のバランスが取
れなくなり、光電変換効率の上昇を阻害するという問題
点があった。この場合の変換効率は14〜16％程度とな
る。
一方、特開昭59−96777号公報に記載されているよう
に、透明膜を第一と第二の太陽電池間に、この膜による
反射特性を考慮せずに挿入したのみでは、電流のバラン
スをとることはやはりできず、光電変換効率の向上は望
めない。
に、透明膜を第一と第二の太陽電池間に、この膜による
反射特性を考慮せずに挿入したのみでは、電流のバラン
スをとることはやはりできず、光電変換効率の向上は望
めない。
また、特開昭60−35580号公報では、第一と第二の太
陽電池の間に膜厚1000〜1500ÅのITO（インジウム・ス
ズ酸化物）を挿入している。第６図はこの場合の反射特
性を示し、同図から明らかなように、光入射側のセルに
とっては都合よく反射光を利用できるが、下層セルにと
ってはITO膜を挿入することによって入射光量が極端に
減少するという致命的な問題が発生する。
陽電池の間に膜厚1000〜1500ÅのITO（インジウム・ス
ズ酸化物）を挿入している。第６図はこの場合の反射特
性を示し、同図から明らかなように、光入射側のセルに
とっては都合よく反射光を利用できるが、下層セルにと
ってはITO膜を挿入することによって入射光量が極端に
減少するという致命的な問題が発生する。
さらに、特開昭63−77167号公報に記載されているよ
うに、ITOの膜厚が100〜2000Åであっても光の有効利用
を図ることは不可能である。特に、上記特開昭63−7716
7号公報の実施例に記載されているITOの膜厚600Åで
は、第７図に示すごとくその反射特性はブロードとな
り、下層セルの長波長側の感度も同時に大きく低下する
ことになり、光の有効利用は不可能である。
うに、ITOの膜厚が100〜2000Åであっても光の有効利用
を図ることは不可能である。特に、上記特開昭63−7716
7号公報の実施例に記載されているITOの膜厚600Åで
は、第７図に示すごとくその反射特性はブロードとな
り、下層セルの長波長側の感度も同時に大きく低下する
ことになり、光の有効利用は不可能である。
この発明は上記のような従来のものの問題点を解消す
るためになされたもので、選択反射膜の膜厚を最適に制
御することによって、各々の層で発生する電流のバラン
スをとり、光電変換効率を向上させることができる多層
構造太陽電池を得ることを目的とする。
るためになされたもので、選択反射膜の膜厚を最適に制
御することによって、各々の層で発生する電流のバラン
スをとり、光電変換効率を向上させることができる多層
構造太陽電池を得ることを目的とする。
本願の請求項１記載の発明に係る多層構造太陽電池
は、後述する第２の太陽電池素子より光学的バンドギャ
ップが小さい第１の太陽電池素子と、pin型アモルファ
スシリコンからなる第２の太陽電池素子と、上記第１の
太陽電池素子と上記第２の太陽電池素子との間に、当該
第1,第２の太陽電池素子を電気的に直列接続せしめるよ
うに設けられた選択反射膜とを備え、上記選択反射膜の
膜厚は、上記第１の太陽電池素子で吸収することができ
る波長光に対しては、反射率が低くこれを透過すること
ができ、かつ、上記第２の太陽電池素子の分光特性が最
大となる波長±100nmの波長光に対して、反射率が極大
となるように設定されているように構成したものであ
る。
は、後述する第２の太陽電池素子より光学的バンドギャ
ップが小さい第１の太陽電池素子と、pin型アモルファ
スシリコンからなる第２の太陽電池素子と、上記第１の
太陽電池素子と上記第２の太陽電池素子との間に、当該
第1,第２の太陽電池素子を電気的に直列接続せしめるよ
うに設けられた選択反射膜とを備え、上記選択反射膜の
膜厚は、上記第１の太陽電池素子で吸収することができ
る波長光に対しては、反射率が低くこれを透過すること
ができ、かつ、上記第２の太陽電池素子の分光特性が最
大となる波長±100nmの波長光に対して、反射率が極大
となるように設定されているように構成したものであ
る。
また、本願の請求項２記載の発明に係る多層構造太陽
電池は、請求項１記載の多層構造太陽電池において、上
記選択反射膜は透明導電膜からなるように構成したもの
である。
電池は、請求項１記載の多層構造太陽電池において、上
記選択反射膜は透明導電膜からなるように構成したもの
である。
また、本願の請求項３記載の発明に係る多層構造太陽
電池は、請求項１記載の多層構造太陽電池において、上
記選択反射膜は誘電体であり、その所望部分は上記第１
の太陽電池素子と上記第２の太陽電池素子とを直列接続
するために除去されているように構成したものである。
電池は、請求項１記載の多層構造太陽電池において、上
記選択反射膜は誘電体であり、その所望部分は上記第１
の太陽電池素子と上記第２の太陽電池素子とを直列接続
するために除去されているように構成したものである。
さらに、本願の請求項４記載の発明に係る多層構造太
陽電池は、請求項１ないし３のいずれかに記載の多層構
造太陽電池において、上記第２の太陽電池素子で最大に
吸収できるピーク波長が約600nmであるように構成した
ものである。
陽電池は、請求項１ないし３のいずれかに記載の多層構
造太陽電池において、上記第２の太陽電池素子で最大に
吸収できるピーク波長が約600nmであるように構成した
ものである。
この発明においては、上述のように構成したことによ
り、相互に直列接続されている第１の太陽電池素子と第
２の太陽電池素子との間に挿入された導電性の選択反射
膜が第２の太陽電池素子で吸収できる短波長光を選択的
に反射し、第２の太陽電池素子では吸収できず第１の太
陽電池素子で吸収できる長波長光を透過させることによ
り、第１の太陽電池素子で発生する電流の減少を極力抑
えつつ、第２の太陽電池素子で発生する電流を増加さ
せ、各太陽電池素子で発生する電流を平衡状態に近づけ
るように作用する。
り、相互に直列接続されている第１の太陽電池素子と第
２の太陽電池素子との間に挿入された導電性の選択反射
膜が第２の太陽電池素子で吸収できる短波長光を選択的
に反射し、第２の太陽電池素子では吸収できず第１の太
陽電池素子で吸収できる長波長光を透過させることによ
り、第１の太陽電池素子で発生する電流の減少を極力抑
えつつ、第２の太陽電池素子で発生する電流を増加さ
せ、各太陽電池素子で発生する電流を平衡状態に近づけ
るように作用する。
また、この発明においては、上述のように構成したこ
とにより、透明導電膜からなる上記選択反射膜が、第１
の太陽電池素子と第２の太陽電池素子との間の電気的な
直列接続を容易に実現するように作用する。
とにより、透明導電膜からなる上記選択反射膜が、第１
の太陽電池素子と第２の太陽電池素子との間の電気的な
直列接続を容易に実現するように作用する。
また、この発明においては、上述のように構成したこ
とにより、所要部分が除去された誘電体からなる上記選
択反射膜が、第１の太陽電池素子と第２の太陽電池素子
との間の電気的な直列接続を容易に実現するように作用
する。
とにより、所要部分が除去された誘電体からなる上記選
択反射膜が、第１の太陽電池素子と第２の太陽電池素子
との間の電気的な直列接続を容易に実現するように作用
する。
また、この発明においては、上述のように構成したこ
とにより、最大に吸収できるピーク波長が約600nmであ
る第２の太陽電池素子に対し、第１の太陽電池素子で発
生する電流の減少を極力抑えつつ、第２の太陽電池素子
で発生する電流を増加させ、各太陽電池素子で発生する
電流を平衡状態に近づけるように作用する。
とにより、最大に吸収できるピーク波長が約600nmであ
る第２の太陽電池素子に対し、第１の太陽電池素子で発
生する電流の減少を極力抑えつつ、第２の太陽電池素子
で発生する電流を増加させ、各太陽電池素子で発生する
電流を平衡状態に近づけるように作用する。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第１図はこの発明の一実施例による多層構造太陽電池
を示す断面図である。図において、１は厚さ約10〜400
μｍのｐ型のポリシリコン、２は厚さ約100〜2000Åの
ｎ型のアモルファスもしくは微結晶シリコン、３は厚さ
約100〜500Åのｐ型のアモルファスもしくは微結晶シリ
コン、４は厚さ約3000〜6000Åのｉ型アモルファスシリ
コン、５は厚さ約100〜300Åのｎ型のアモルファスもし
くは微結晶シリコン、６は厚さ約500〜800Åの透明導電
膜、７は裏面Al電極、８はITOよりなる膜厚約2500Åの
選択反射膜である。11は第一の太陽電池、12は第二の太
陽電池であり、選択反射膜８を介してこれら２つの太陽
電池は直列に接続されている。ここで、ｐ型ポリシリコ
ン１は通常用いられるキャスティング法、CVD（Chemica
l Vapor Deposition）法、LPE（Liquid Phase Epitax
y）法等の手法により形成し、アモルファス・微結晶膜
２〜５は、PCVD（Plasma Chemical Vapor Deposition）
法、光CVD法、ECR（Electron Cyclotron Resonance）−
CVD法等によって形成する。また、透明導電膜６はスパ
ッタ法、電子ビーム蒸着法等により形成する。
を示す断面図である。図において、１は厚さ約10〜400
μｍのｐ型のポリシリコン、２は厚さ約100〜2000Åの
ｎ型のアモルファスもしくは微結晶シリコン、３は厚さ
約100〜500Åのｐ型のアモルファスもしくは微結晶シリ
コン、４は厚さ約3000〜6000Åのｉ型アモルファスシリ
コン、５は厚さ約100〜300Åのｎ型のアモルファスもし
くは微結晶シリコン、６は厚さ約500〜800Åの透明導電
膜、７は裏面Al電極、８はITOよりなる膜厚約2500Åの
選択反射膜である。11は第一の太陽電池、12は第二の太
陽電池であり、選択反射膜８を介してこれら２つの太陽
電池は直列に接続されている。ここで、ｐ型ポリシリコ
ン１は通常用いられるキャスティング法、CVD（Chemica
l Vapor Deposition）法、LPE（Liquid Phase Epitax
y）法等の手法により形成し、アモルファス・微結晶膜
２〜５は、PCVD（Plasma Chemical Vapor Deposition）
法、光CVD法、ECR（Electron Cyclotron Resonance）−
CVD法等によって形成する。また、透明導電膜６はスパ
ッタ法、電子ビーム蒸着法等により形成する。
以下、動作について説明する。
光は透明導電膜６を通り、第二の太陽電池12へ入射す
る。この時、約500nm以下の短波長光はほとんど全て吸
収され、それより長波長の光の一部は第二の太陽電池12
を透過していくが、その下の選択反射膜８において、第
二の太陽電池が吸収できる波長の光のみが選択的に反射
される。
る。この時、約500nm以下の短波長光はほとんど全て吸
収され、それより長波長の光の一部は第二の太陽電池12
を透過していくが、その下の選択反射膜８において、第
二の太陽電池が吸収できる波長の光のみが選択的に反射
される。
ここで、選択反射膜の反射率の計算方法を説明する。
計算式は、例えばプロシーディングス オブ ザ セカ
ンド フォトボルタイック サイエンス アンド エン
ジニアリング コンファランス イン ジャパン,1980;
ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジ
ックス，ボリューム 20（1981），サプリメント 20−
2,pp99−103（Proceedings of the 2nd Photovoltaic S
cience and Engineering Conferance in Japan,1980;Ja
panese Journal of Applied Physics,Volume 20 （198
1）Supplement 20−2,pp99−103）に記載されているよ
うな通常の計算式を用いる。その式を以下に示す。
計算式は、例えばプロシーディングス オブ ザ セカ
ンド フォトボルタイック サイエンス アンド エン
ジニアリング コンファランス イン ジャパン,1980;
ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジ
ックス，ボリューム 20（1981），サプリメント 20−
2,pp99−103（Proceedings of the 2nd Photovoltaic S
cience and Engineering Conferance in Japan,1980;Ja
panese Journal of Applied Physics,Volume 20 （198
1）Supplement 20−2,pp99−103）に記載されているよ
うな通常の計算式を用いる。その式を以下に示す。
であり、n0,n1,n2,n3はそれぞれ空気，シリコン，選択
反射膜，シリコンのそれぞれの屈折率、d1,d2は光入射
側のシリコン，選択反射膜のそれぞれの膜厚である。本
実施例では計算の単純化のため、上下から屈折率3.8の
シリコンにより挟まれた屈折率1.77のITOを選択反射膜
として計算した。
反射膜，シリコンのそれぞれの屈折率、d1,d2は光入射
側のシリコン，選択反射膜のそれぞれの膜厚である。本
実施例では計算の単純化のため、上下から屈折率3.8の
シリコンにより挟まれた屈折率1.77のITOを選択反射膜
として計算した。
第２図に上記選択反射膜の反射率の計算データを示
す。図からわかるように、ITOの膜厚を2500Å程度にす
ることにより最も効果のある約600nmに反射のピークを
持ってくることができる。
す。図からわかるように、ITOの膜厚を2500Å程度にす
ることにより最も効果のある約600nmに反射のピークを
持ってくることができる。
このように、600nmに反射のピークを持ってくるの
は、以下の理由による。すなわち、通常のアモルファス
シリコン太陽電池は、約350nmから800nmにかけての太陽
光を吸収し発電する。つまり、この範囲の光に対し感度
があることになる。ところで、アモルファスシリコンは
非常に光の吸収係数が大きく、通常の3000〜6000Åの厚
さでは、上記吸収される波長の範囲の中で非常に波長の
短い光は太陽電池の裏面側まで届くことなくアモルファ
スシリコン層で吸収されてしまう。従って、裏面側まで
届くことのできる光について反射を大きくすれば、アモ
ルファスシリコン層内での光の吸収量を大きくすること
ができる。一方、アモルファスシリコン太陽電池の量子
効率は長波長側で小さくなってくるので、裏面に到達す
る光の中では波長の短い、600nm程度の波長を有する光
に対する反射率を大きくすれば、より変換効率の向上を
図ることができる、ことによる。
は、以下の理由による。すなわち、通常のアモルファス
シリコン太陽電池は、約350nmから800nmにかけての太陽
光を吸収し発電する。つまり、この範囲の光に対し感度
があることになる。ところで、アモルファスシリコンは
非常に光の吸収係数が大きく、通常の3000〜6000Åの厚
さでは、上記吸収される波長の範囲の中で非常に波長の
短い光は太陽電池の裏面側まで届くことなくアモルファ
スシリコン層で吸収されてしまう。従って、裏面側まで
届くことのできる光について反射を大きくすれば、アモ
ルファスシリコン層内での光の吸収量を大きくすること
ができる。一方、アモルファスシリコン太陽電池の量子
効率は長波長側で小さくなってくるので、裏面に到達す
る光の中では波長の短い、600nm程度の波長を有する光
に対する反射率を大きくすれば、より変換効率の向上を
図ることができる、ことによる。
一方、この選択反射膜を用いた場合、第一の太陽電池
11で吸収できる約700nm以上の波長の光に対しては反射
率を低く抑えることが同時に可能となり、第二の太陽電
池12では理論的に吸収できない長波長光を有効に第一の
太陽電池内に導入できる。これらの効果により、第二の
太陽電池12の電流を増加させるとともに、第一の太陽電
池11の電流の減少を抑えられることにより、二つの太陽
電池の電流を平衡状態に近づけることができ、従って多
層構造太陽電池の効率を向上させることが可能である。
この場合の変換効率は、電流が17〜19mA/cm2となること
により、従来の14〜16％から16〜18％へと大幅に上昇す
る。
11で吸収できる約700nm以上の波長の光に対しては反射
率を低く抑えることが同時に可能となり、第二の太陽電
池12では理論的に吸収できない長波長光を有効に第一の
太陽電池内に導入できる。これらの効果により、第二の
太陽電池12の電流を増加させるとともに、第一の太陽電
池11の電流の減少を抑えられることにより、二つの太陽
電池の電流を平衡状態に近づけることができ、従って多
層構造太陽電池の効率を向上させることが可能である。
この場合の変換効率は、電流が17〜19mA/cm2となること
により、従来の14〜16％から16〜18％へと大幅に上昇す
る。
なお、この実施例では選択反射膜８としてITOを用
い、膜厚が約2500Åのものについて説明したが、この膜
厚は2500ű150Åの範囲であれば上記実施例とほぼ同
様の効果を得ることができる。但し、この場合、ITOの
屈折率を既に述べた1.77と仮定して本明細書第９頁に記
載の反射率の計算式を計算すれば、ITOの膜厚が2350Å
の場合には約550nm、2650Åの場合には約630nmとなる。
さらに、ITOの屈折率を、これが実際に変化する（でき
る）範囲を考慮し、例えば1.65とすれば、ITOの膜厚が2
350Åのとき、ほぼ500nmで反射率が極大となり、また、
ITOの屈折率を1.95とすれば、ITOの膜厚が2650Åの場合
に約700nmで反射率が極大となる。従って、既に述べた
ように、ITOの膜厚が2500ű150Åの範囲内にあれば、
600nm±100nmの範囲内でITOの反射率を極大にすること
ができる。
い、膜厚が約2500Åのものについて説明したが、この膜
厚は2500ű150Åの範囲であれば上記実施例とほぼ同
様の効果を得ることができる。但し、この場合、ITOの
屈折率を既に述べた1.77と仮定して本明細書第９頁に記
載の反射率の計算式を計算すれば、ITOの膜厚が2350Å
の場合には約550nm、2650Åの場合には約630nmとなる。
さらに、ITOの屈折率を、これが実際に変化する（でき
る）範囲を考慮し、例えば1.65とすれば、ITOの膜厚が2
350Åのとき、ほぼ500nmで反射率が極大となり、また、
ITOの屈折率を1.95とすれば、ITOの膜厚が2650Åの場合
に約700nmで反射率が極大となる。従って、既に述べた
ように、ITOの膜厚が2500ű150Åの範囲内にあれば、
600nm±100nmの範囲内でITOの反射率を極大にすること
ができる。
また、選択反射膜８の材料としては、導電性があり長
波長光に対して透明度の高いものであれば、膜厚の最適
化をそれぞれについて図ることにより使用可能である。
波長光に対して透明度の高いものであれば、膜厚の最適
化をそれぞれについて図ることにより使用可能である。
例えば、酸化亜鉛（ｎ＝1.41）であれば3200ű150
Å、酸化チタン（ｎ＝2.30）であれば1950ű150Å、
酸化スズ（ｎ＝2.0）であれば2250ű100Åとすること
により、ITOを用いた場合と同様の効果を奏する。
Å、酸化チタン（ｎ＝2.30）であれば1950ű150Å、
酸化スズ（ｎ＝2.0）であれば2250ű100Åとすること
により、ITOを用いた場合と同様の効果を奏する。
第３図は本発明の第２の実施例による多層構造太陽電
池を示す断面図である。図において、第１図と同一符号
は同一または相当部分を示し、９は選択反射膜８に開け
られた開口部である。本実施例では、選択反射膜８とし
て二酸化シリコンを用い、その膜厚は3100Åである。こ
のように、２つの太陽電池11,12の間にその全体がSiO2
等の誘電体からなる選択反射膜８を挿入すると、該２つ
の太陽電池の直列接続が不可能になるため、この選択反
射膜８には開口部９を設け、アモルファス・微結晶シリ
コン膜２形成時に開口部９にも充填されたアモルファス
もしくは微結晶シリコンを介して電気的接続を達成させ
る。
池を示す断面図である。図において、第１図と同一符号
は同一または相当部分を示し、９は選択反射膜８に開け
られた開口部である。本実施例では、選択反射膜８とし
て二酸化シリコンを用い、その膜厚は3100Åである。こ
のように、２つの太陽電池11,12の間にその全体がSiO2
等の誘電体からなる選択反射膜８を挿入すると、該２つ
の太陽電池の直列接続が不可能になるため、この選択反
射膜８には開口部９を設け、アモルファス・微結晶シリ
コン膜２形成時に開口部９にも充填されたアモルファス
もしくは微結晶シリコンを介して電気的接続を達成させ
る。
次に動作について説明する。
光は透明導電膜６を通り、第二の太陽電池12へ入射す
る。この時、約500nm以下の短波長光はほとんど全て吸
収され、それより長波長の光の一部は第二の太陽電池12
を透過していくが、その下の選択反射膜８において、第
二の太陽電池が吸収できる波長の光のみが選択的に反射
される。
る。この時、約500nm以下の短波長光はほとんど全て吸
収され、それより長波長の光の一部は第二の太陽電池12
を透過していくが、その下の選択反射膜８において、第
二の太陽電池が吸収できる波長の光のみが選択的に反射
される。
この選択反射膜の反射率の計算データを第４図に示
す。計算式は第１の実施例と同じである。本実施例では
計算の簡略化のため、上下から屈折率3.8のシリコンに
よりはさまれた屈折率1.46のSiO2を選択反射膜とした時
の結果を示している。図からわかるように、SiO2膜厚を
3100Å程度にすることにより、約600nmに反射のピーク
を持ってくることができる。
す。計算式は第１の実施例と同じである。本実施例では
計算の簡略化のため、上下から屈折率3.8のシリコンに
よりはさまれた屈折率1.46のSiO2を選択反射膜とした時
の結果を示している。図からわかるように、SiO2膜厚を
3100Å程度にすることにより、約600nmに反射のピーク
を持ってくることができる。
一方、この選択反射膜を用いた場合、第一の太陽電池
11で吸収できる約700nm以上の波長の光に対しては反射
率を低く抑えることが同時に達成できることになり、第
二の太陽電池12では理論的に吸収できない長波長光を有
効に第一の太陽電池内に導入できる。これらの効果によ
り、第二の太陽電池12の電流を増加させるとともに、第
一の太陽電池11の電流の減少を抑えられることにより、
二つの太陽電池の電流を平衡状態に近づけることがで
き、従って多層構造太陽電池の効率を向上させることが
可能である。この場合は、選択反射膜にITOを用いた時
よりも反射透過特性が優れているため、電流は18〜20mA
/cm2とさらに大きくなり、従って変換効率も17〜19％と
さらに大きく上昇する。
11で吸収できる約700nm以上の波長の光に対しては反射
率を低く抑えることが同時に達成できることになり、第
二の太陽電池12では理論的に吸収できない長波長光を有
効に第一の太陽電池内に導入できる。これらの効果によ
り、第二の太陽電池12の電流を増加させるとともに、第
一の太陽電池11の電流の減少を抑えられることにより、
二つの太陽電池の電流を平衡状態に近づけることがで
き、従って多層構造太陽電池の効率を向上させることが
可能である。この場合は、選択反射膜にITOを用いた時
よりも反射透過特性が優れているため、電流は18〜20mA
/cm2とさらに大きくなり、従って変換効率も17〜19％と
さらに大きく上昇する。
この第２の実施例では、ｐ型ポリシリコン１、アモル
ファス・微結晶シリコン膜２〜５、透明導電膜６の形成
方法は第１の実施例と同様である。また、選択反射膜８
は、シリコンラダー溶剤のような塗布性のある物質を用
いてスクリーン印刷により形成すると、開口部９も同時
に形成することができ、工程の短縮化が図れる。もちろ
ん他の成膜方法によって全面に誘電体膜を形成したの
ち、通常の写真製版技術を用いて開口部を形成すること
も可能である。また、誘電体膜形成時にマスク堆積技術
を用いることにより開口部を形成することも可能であ
る。
ファス・微結晶シリコン膜２〜５、透明導電膜６の形成
方法は第１の実施例と同様である。また、選択反射膜８
は、シリコンラダー溶剤のような塗布性のある物質を用
いてスクリーン印刷により形成すると、開口部９も同時
に形成することができ、工程の短縮化が図れる。もちろ
ん他の成膜方法によって全面に誘電体膜を形成したの
ち、通常の写真製版技術を用いて開口部を形成すること
も可能である。また、誘電体膜形成時にマスク堆積技術
を用いることにより開口部を形成することも可能であ
る。
なお、この第２の実施例では、選択反射膜８としてSi
O2を用い、その膜厚を3100Åとしたが、この膜厚は3100
ű150Åの範囲であれば同様の効果を得ることができ
る。
O2を用い、その膜厚を3100Åとしたが、この膜厚は3100
ű150Åの範囲であれば同様の効果を得ることができ
る。
また、選択反射膜８の材料としては、長波長光に対し
て透明度の高いものであれば、膜厚の最適化をそれぞれ
の膜について図ることにより使用可能である。例えば窒
化シリコン（ｎ＝2.0）であれば2300ű150Å、酸化タ
ンタル（ｎ＝2.20）であれば2050ű150Å、炭化シリ
コン（ｎ＝2.59）であれば1750ű150Åとすることに
より、SiO2を用いた場合と同様の効果を奏する。
て透明度の高いものであれば、膜厚の最適化をそれぞれ
の膜について図ることにより使用可能である。例えば窒
化シリコン（ｎ＝2.0）であれば2300ű150Å、酸化タ
ンタル（ｎ＝2.20）であれば2050ű150Å、炭化シリ
コン（ｎ＝2.59）であれば1750ű150Åとすることに
より、SiO2を用いた場合と同様の効果を奏する。
なお、上記第１及び第２の実施例では第一の太陽電池
にｐ型のポリシリコンを用いたが、ｐ型の単結晶シリコ
ンを用いても同様の効果を奏する。
にｐ型のポリシリコンを用いたが、ｐ型の単結晶シリコ
ンを用いても同様の効果を奏する。
さらに、上記第１及び第２の実施例では光入射側より
nipnpという構造としたが、全く逆のpinpnという構造を
とっても同様の効果が得られるのは言うまでもない。
nipnpという構造としたが、全く逆のpinpnという構造を
とっても同様の効果が得られるのは言うまでもない。
さらに、上記第１及び第２の実施例では裏面側の電極
としてAlを用いたが、Al以外の金属、例えばAg,Au,Ni,C
u,Ti,Cr,Pd等導電性があればこれらの単体、合金を問わ
ず何を用いても同様の効果が得られるのは明らかであ
る。
としてAlを用いたが、Al以外の金属、例えばAg,Au,Ni,C
u,Ti,Cr,Pd等導電性があればこれらの単体、合金を問わ
ず何を用いても同様の効果が得られるのは明らかであ
る。
以上のように、本願の請求項１記載の発明に係る多層
構造太陽電池によれば、後述する第２の太陽電池素子よ
り光学的バンドギャップが小さい第１の太陽電池素子
と、pin型アモルファスシリコンからなる第２の太陽電
池素子と、上記第１の太陽電池素子と上記第２の太陽電
池素子との間に、当該第1,第２の太陽電池素子を電気的
に直列接続せしめるように設けられた選択反射膜とを備
え、上記選択反射膜の膜厚は、上記第１の太陽電池素子
で吸収することができる波長光に対しては、反射率が低
くこれを透過することができ、かつ、上記第２の太陽電
池素子の分光特性が最大となる波長±100nmの波長光に
対して、反射率が極大となるように設定されているよう
に構成したので、第１および第２の太陽電池素子で発生
する電流を平衡状態に近づけることができ、多層構造太
陽電池の変換効率を、選択反射膜を挿入しないときの14
ないし16％から16ないし19％程度へと上昇させることが
できる効果がある。
構造太陽電池によれば、後述する第２の太陽電池素子よ
り光学的バンドギャップが小さい第１の太陽電池素子
と、pin型アモルファスシリコンからなる第２の太陽電
池素子と、上記第１の太陽電池素子と上記第２の太陽電
池素子との間に、当該第1,第２の太陽電池素子を電気的
に直列接続せしめるように設けられた選択反射膜とを備
え、上記選択反射膜の膜厚は、上記第１の太陽電池素子
で吸収することができる波長光に対しては、反射率が低
くこれを透過することができ、かつ、上記第２の太陽電
池素子の分光特性が最大となる波長±100nmの波長光に
対して、反射率が極大となるように設定されているよう
に構成したので、第１および第２の太陽電池素子で発生
する電流を平衡状態に近づけることができ、多層構造太
陽電池の変換効率を、選択反射膜を挿入しないときの14
ないし16％から16ないし19％程度へと上昇させることが
できる効果がある。
また、本願の請求項２記載の発明に係る多層構造太陽
電池によれば、請求項１記載の多層構造太陽電池におい
て、上記選択反射膜は透明導電膜からなるように構成し
たので、上記効果を損なうことなく、第１の太陽電池素
子と第２の太陽電池素子の電気的接続を容易に行うこと
ができる効果がある。
電池によれば、請求項１記載の多層構造太陽電池におい
て、上記選択反射膜は透明導電膜からなるように構成し
たので、上記効果を損なうことなく、第１の太陽電池素
子と第２の太陽電池素子の電気的接続を容易に行うこと
ができる効果がある。
また、本願の請求項３記載の発明に係る多層構造太陽
電池によれば、請求項１記載の多層構造太陽電池におい
て、上記選択反射膜は誘電体であり、その所望部分は上
記第１の太陽電池素子と上記第２の太陽電池素子とを直
列接続するために除去されているように構成したので、
上記効果を損なうことなく、第１の太陽電池素子と第２
の太陽電池素子の電気的接続を容易に行うことができる
効果がある。
電池によれば、請求項１記載の多層構造太陽電池におい
て、上記選択反射膜は誘電体であり、その所望部分は上
記第１の太陽電池素子と上記第２の太陽電池素子とを直
列接続するために除去されているように構成したので、
上記効果を損なうことなく、第１の太陽電池素子と第２
の太陽電池素子の電気的接続を容易に行うことができる
効果がある。
さらに、本願の請求項４記載の発明に係る多層構造太
陽電池によれば、請求項１ないし３のいずれかに記載の
多層構造太陽電池において、上記第２の太陽電池素子で
最大に吸収できるピーク波長が約600nmであるように構
成したので、最大に吸収できるピーク波長が約600nmで
ある第２の太陽電池素子に対し、第１の太陽電池素子で
発生する電流の減少を極力抑えつつ、第２の太陽電池素
子で発生する電流を増加させ、各太陽電池素子で発生す
る電流を平衡状態に近づけることができる効果がある。
陽電池によれば、請求項１ないし３のいずれかに記載の
多層構造太陽電池において、上記第２の太陽電池素子で
最大に吸収できるピーク波長が約600nmであるように構
成したので、最大に吸収できるピーク波長が約600nmで
ある第２の太陽電池素子に対し、第１の太陽電池素子で
発生する電流の減少を極力抑えつつ、第２の太陽電池素
子で発生する電流を増加させ、各太陽電池素子で発生す
る電流を平衡状態に近づけることができる効果がある。
第１図はこの発明の第１の実施例による多層構造太陽電
池を示す断面図、第２図は厚さ約250ÅのITOを選択反射
膜として用いた時の反射特性を示す図、第３図はこの発
明の第２の実施例による多層構造太陽電池を示す断面
図、第４図は厚さ約3100ÅのSiO2を選択反射膜として用
いた時の反射特性を示す図、第５図は従来の多層構造太
陽電池の断面図、第６図は厚さ約1000Å〜1500ÅのITO
を選択反射膜として用いた従来例の反射特性を示す図、
第７図は厚さ約600ÅのITOを選択反射膜として用いた従
来例の反射特性を示す図である。 １……ｐ型ポリシリコン、２……ｎ型アモルファスもし
くは微結晶シリコン、３……ｐ型アモルファスもしくは
微結晶シリコン、４……ｉ型アモルファスシリコン、５
……ｎ型アモルファスもしくは微結晶シリコン、６……
透明導電膜、７……裏面Al電極、８……選択反射膜、９
……開口部、11……第一の太陽電池、12……第二の太陽
電池。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
池を示す断面図、第２図は厚さ約250ÅのITOを選択反射
膜として用いた時の反射特性を示す図、第３図はこの発
明の第２の実施例による多層構造太陽電池を示す断面
図、第４図は厚さ約3100ÅのSiO2を選択反射膜として用
いた時の反射特性を示す図、第５図は従来の多層構造太
陽電池の断面図、第６図は厚さ約1000Å〜1500ÅのITO
を選択反射膜として用いた従来例の反射特性を示す図、
第７図は厚さ約600ÅのITOを選択反射膜として用いた従
来例の反射特性を示す図である。 １……ｐ型ポリシリコン、２……ｎ型アモルファスもし
くは微結晶シリコン、３……ｐ型アモルファスもしくは
微結晶シリコン、４……ｉ型アモルファスシリコン、５
……ｎ型アモルファスもしくは微結晶シリコン、６……
透明導電膜、７……裏面Al電極、８……選択反射膜、９
……開口部、11……第一の太陽電池、12……第二の太陽
電池。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 相賀 正夫 兵庫県伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電 機株式会社光・マイクロ波デバイス研究 所内 (56)参考文献 特開 昭61−1062（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−84570（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−6882（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−74087（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−111180（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−77167（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】後述する第２の太陽電池素子より光学的バ
ンドギャップが小さい第１の太陽電池素子と、 pin型アモルファスシリコンからなる第２の太陽電池素
子と、 上記第１の太陽電池素子と上記第２の太陽電池素子との
間に、当該第1,第２の太陽電池素子を電気的に直列接続
せしめるように設けられた選択反射膜とを備え、 上記選択反射膜の膜厚は、上記第１の太陽電池素子で吸
収することができる波長光に対しては、反射率が低くこ
れを透過することができ、 かつ、上記第２の太陽電池素子の分光特性が最大となる
波長±100nmの波長光に対して、反射率が極大となるよ
うに設定されていることを特徴とする多層構造太陽電
池。 - 【請求項２】請求項１記載の多層構造太陽電池におい
て、 上記選択反射膜は透明導電膜からなることを特徴とする
多層構造太陽電池。 - 【請求項３】請求項１記載の多層構造太陽電池におい
て、 上記選択反射膜は誘電体であり、その所望部分は上記第
１の太陽電池素子と上記第２の太陽電池素子とを直列接
続するために除去されていることを特徴とする多層構造
太陽電池。 - 【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載の多層
構造太陽電池において、 上記第２の太陽電池素子で最大に吸収できるピーク波長
が約600nmであることを特徴とする多層構造太陽電池。
Priority Applications (2)
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