JP2775543B2 - 光電変換装置 - Google Patents
光電変換装置Info
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- JP2775543B2 JP2775543B2 JP4011821A JP1182192A JP2775543B2 JP 2775543 B2 JP2775543 B2 JP 2775543B2 JP 4011821 A JP4011821 A JP 4011821A JP 1182192 A JP1182192 A JP 1182192A JP 2775543 B2 JP2775543 B2 JP 2775543B2
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- Japan
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- light
- film
- semiconductor substrate
- refractive index
- transparent 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.)
- Expired - Lifetime
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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)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、たとえば太陽電池のよ
うな光電変換装置の裏面の反射率を向上させ感度を改善
させる構造に関するものである。
うな光電変換装置の裏面の反射率を向上させ感度を改善
させる構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、太陽電池の変換効率を改善す
るため、様々な試みがなされている。特に、表面での光
反射による損失を低減するための表面反射防止膜の形
成、表面の凹凸形状加工等が行なわれてきた。
るため、様々な試みがなされている。特に、表面での光
反射による損失を低減するための表面反射防止膜の形
成、表面の凹凸形状加工等が行なわれてきた。
【０００３】現在一般的に用いられるシリコン単結晶基
板に用いる太陽電池素子の場合、化学的方法による表面
の凹凸形状は、次のように加工される。基板として用い
るシリコンは、（１００）面が表面となる結晶を使用す
る。このシリコン結晶を、数％の水酸化カリウム、水酸
化ナトリウムなどのアルカリの水溶液を約７０℃以上に
熱し、アルコールを適量添加したエッチング液に数十分
浸す。このエッチング液によるシリコンのエッチング速
度は、結晶方位により大きく異なるので、エッチング速
度が最も遅い（１１１）面が露出する。（１００）面を
表面とするシリコン基板に上記エッチングを施すと、露
出したシリコン面は、微細なピラミッド形状が密集して
いるように見え、これはテクスチャー構造と呼ばれる。
シリコン単結晶を用いた場合、このピラミッドの頂点が
なす角は、結晶構造によって定まる一定の角度である。
板に用いる太陽電池素子の場合、化学的方法による表面
の凹凸形状は、次のように加工される。基板として用い
るシリコンは、（１００）面が表面となる結晶を使用す
る。このシリコン結晶を、数％の水酸化カリウム、水酸
化ナトリウムなどのアルカリの水溶液を約７０℃以上に
熱し、アルコールを適量添加したエッチング液に数十分
浸す。このエッチング液によるシリコンのエッチング速
度は、結晶方位により大きく異なるので、エッチング速
度が最も遅い（１１１）面が露出する。（１００）面を
表面とするシリコン基板に上記エッチングを施すと、露
出したシリコン面は、微細なピラミッド形状が密集して
いるように見え、これはテクスチャー構造と呼ばれる。
シリコン単結晶を用いた場合、このピラミッドの頂点が
なす角は、結晶構造によって定まる一定の角度である。
【０００４】また、シリコン単結晶以外の材料を用いる
場合でも、機械的方法あるいは他の方法により、表面を
複雑な面形状に加工することができる。
場合でも、機械的方法あるいは他の方法により、表面を
複雑な面形状に加工することができる。
【０００５】図５は、このように太陽電池素子の表面を
加工したものの略断面図である。同図に示すように入射
光６は、半導体基板１の受光面である表面２で複雑な反
射をし、平坦な表面に比べ、基板内への入射光７は増大
し、光電変換効率は向上する。また、基板裏面には、裏
面に到達した光を再び基板内へ反射させるための裏面電
極を兼ねた裏面金属反射膜３が備えられる。θM は裏面
金属反射膜３への入射角である。図示されていないが受
光面側にはＰＮ接合が形成されている。
加工したものの略断面図である。同図に示すように入射
光６は、半導体基板１の受光面である表面２で複雑な反
射をし、平坦な表面に比べ、基板内への入射光７は増大
し、光電変換効率は向上する。また、基板裏面には、裏
面に到達した光を再び基板内へ反射させるための裏面電
極を兼ねた裏面金属反射膜３が備えられる。θM は裏面
金属反射膜３への入射角である。図示されていないが受
光面側にはＰＮ接合が形成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
造を有する太陽電池は、裏面に到達した光の反射率がさ
ほど高くないため、裏面で吸収された赤外光が熱に変換
され、素子温度が上昇し、動作状態における出力は低下
するという問題点がある。これは、特に宇宙環境下のよ
うな対流による熱放出が期待されない環境下において
は、重大な欠点であり、動作温度における太陽電池素子
の出力は、表面が平坦な素子とほぼ同程度になり、上記
利点が失われる。
造を有する太陽電池は、裏面に到達した光の反射率がさ
ほど高くないため、裏面で吸収された赤外光が熱に変換
され、素子温度が上昇し、動作状態における出力は低下
するという問題点がある。これは、特に宇宙環境下のよ
うな対流による熱放出が期待されない環境下において
は、重大な欠点であり、動作温度における太陽電池素子
の出力は、表面が平坦な素子とほぼ同程度になり、上記
利点が失われる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明においては、テク
スチャ構造とされた半導体基板の受光面側にＰＮ接合を
設け、受光面の反対側には積層された複数の層の透明膜
を介して金属反射膜を設け、金属反射膜に近い透明膜の
屈折率は光がその直前に通過した層の屈折率より小さく
し、これらの透明膜を通過した光の金属反射膜への入射
角を臨界角に近づけるようにした。
スチャ構造とされた半導体基板の受光面側にＰＮ接合を
設け、受光面の反対側には積層された複数の層の透明膜
を介して金属反射膜を設け、金属反射膜に近い透明膜の
屈折率は光がその直前に通過した層の屈折率より小さく
し、これらの透明膜を通過した光の金属反射膜への入射
角を臨界角に近づけるようにした。
【０００８】
【作用】本発明によれば、半導体基板の受光面の反対側
に設けた最初の透明膜の屈折率は、光が通過してきた半
導体基板の屈折率より小さいから、屈折角は入射角より
大きく、したがって、透明膜がない場合よりも金属反射
膜より遠ざかる方向に、光が進行する。逐次屈折率を小
さくした透明膜の層を増加させるに従って、光は金属反
射膜に平行に近づくようになる。金属反射膜への入射角
が増大するに伴って金属反射膜での反射率が増大する。
また、各層の界面でも一部の光は反射し、全体として反
射率が改善される。
に設けた最初の透明膜の屈折率は、光が通過してきた半
導体基板の屈折率より小さいから、屈折角は入射角より
大きく、したがって、透明膜がない場合よりも金属反射
膜より遠ざかる方向に、光が進行する。逐次屈折率を小
さくした透明膜の層を増加させるに従って、光は金属反
射膜に平行に近づくようになる。金属反射膜への入射角
が増大するに伴って金属反射膜での反射率が増大する。
また、各層の界面でも一部の光は反射し、全体として反
射率が改善される。
【０００９】
【実施例】図１は、本発明の原理説明のための太陽電池
素子の略断面図である。Ｐ型層またはＮ型層よりなる半
導体基板１の表面にはＰＮ接合（図示されていない）が
形成されている。半導体基板１の裏面と裏面金属反射膜
３との間には、半導体基板１と接する側から順に、（基
板の屈折率）＞（第１の透明膜４の屈折率）＞（第２の
透明膜５の屈折率）…という関係を満足する２層以上の
透明膜が設けられている。半導体基板１の表面２からの
入射光６は、表面の形状により、半導体基板１内に斜め
方向に入射する。このうち、半導体基板１の裏面に到達
した入射光７は、半導体基板１と第１の透明膜４の界面
で、フレネルの法則に従い反射および屈折する。このと
き、半導体基板１と第１の透明膜４の屈折率の関係か
ら、屈折角θ2 は入射角θ1 よりも大きくなる。θ2 は
第２の透明膜５への入射角となる。以下、第２の透明膜
についても同様に屈折角θ3 は大きくなり、これは次の
透明膜への入射角となる。これを繰返し、結果として裏
面金属反射膜３への入射角θM は、従来の構造に比べて
大きくなり臨界角に近づく結果、裏面金属反射膜３での
反射率は大きくなる。また、裏面金属反射膜３への到達
以前に、各透明膜の界面においても一部の光は反射して
おり、全体として、著しく反射率が改善されたことにな
る。
素子の略断面図である。Ｐ型層またはＮ型層よりなる半
導体基板１の表面にはＰＮ接合（図示されていない）が
形成されている。半導体基板１の裏面と裏面金属反射膜
３との間には、半導体基板１と接する側から順に、（基
板の屈折率）＞（第１の透明膜４の屈折率）＞（第２の
透明膜５の屈折率）…という関係を満足する２層以上の
透明膜が設けられている。半導体基板１の表面２からの
入射光６は、表面の形状により、半導体基板１内に斜め
方向に入射する。このうち、半導体基板１の裏面に到達
した入射光７は、半導体基板１と第１の透明膜４の界面
で、フレネルの法則に従い反射および屈折する。このと
き、半導体基板１と第１の透明膜４の屈折率の関係か
ら、屈折角θ2 は入射角θ1 よりも大きくなる。θ2 は
第２の透明膜５への入射角となる。以下、第２の透明膜
についても同様に屈折角θ3 は大きくなり、これは次の
透明膜への入射角となる。これを繰返し、結果として裏
面金属反射膜３への入射角θM は、従来の構造に比べて
大きくなり臨界角に近づく結果、裏面金属反射膜３での
反射率は大きくなる。また、裏面金属反射膜３への到達
以前に、各透明膜の界面においても一部の光は反射して
おり、全体として、著しく反射率が改善されたことにな
る。
【００１０】なお、図１は、本発明を構成する最小限の
要素を示すものであり、たとえば、表面の反射防止膜、
ＢＳＦと呼ばれる裏面の裏面電界層等が追加されてもよ
い。
要素を示すものであり、たとえば、表面の反射防止膜、
ＢＳＦと呼ばれる裏面の裏面電界層等が追加されてもよ
い。
【００１１】以下、シリコン単結晶太陽電池素子を例
に、それぞれ表面形状が異なる場合の実施例を示すが、
本発明は基板材料をシリコン単結晶に限らず、あらゆる
太陽電池素子に対して有効である。
に、それぞれ表面形状が異なる場合の実施例を示すが、
本発明は基板材料をシリコン単結晶に限らず、あらゆる
太陽電池素子に対して有効である。
【００１２】図２は、本発明の第１の実施例の斜視図で
ある。シリコン単結晶基板１５の表面に異方性エッチン
グによる多数の微細なピラミッド形突起８を形成し、基
板裏面に第１の透明膜１１および第２の透明膜１１−１
を設けたものである。裏面電極１３が裏面金属反射膜の
作用を果たす。第１の透明膜１１たとえばシリコン酸化
膜は、基板の熱酸化あるいはＣＶＤによって形成でき
る。第２の透明膜１１−１はシリコン酸化膜より屈折率
の小さいたとえばフッ化マグネシウムを採用する。表面
からの垂直入射光は、図１に示すように反射屈折する。
なお、同図において、１２は表面グリッド電極であり、
１４は表面に形成されたＰＮ接合である。
ある。シリコン単結晶基板１５の表面に異方性エッチン
グによる多数の微細なピラミッド形突起８を形成し、基
板裏面に第１の透明膜１１および第２の透明膜１１−１
を設けたものである。裏面電極１３が裏面金属反射膜の
作用を果たす。第１の透明膜１１たとえばシリコン酸化
膜は、基板の熱酸化あるいはＣＶＤによって形成でき
る。第２の透明膜１１−１はシリコン酸化膜より屈折率
の小さいたとえばフッ化マグネシウムを採用する。表面
からの垂直入射光は、図１に示すように反射屈折する。
なお、同図において、１２は表面グリッド電極であり、
１４は表面に形成されたＰＮ接合である。
【００１３】図３は、第２の実施例であって、表面に逆
ピラミッド形凹凸部９が多数形成されている。
ピラミッド形凹凸部９が多数形成されている。
【００１４】図４は第３の実施例であって、表面に断面
が逆Ｖ字形のＶ字形突起１０が多数形成されている。
が逆Ｖ字形のＶ字形突起１０が多数形成されている。
【００１５】これらの表面形状は、シリコンの異方性エ
ッチングにより形成でき、それらに透明膜としてシリコ
ン酸化膜１１を用いた場合、図１と同様の反射屈折を行
なう。
ッチングにより形成でき、それらに透明膜としてシリコ
ン酸化膜１１を用いた場合、図１と同様の反射屈折を行
なう。
【００１６】これらの太陽電池素子を試作した結果、長
波長光に対する感度が著しく改善されることが明らかと
なった。
波長光に対する感度が著しく改善されることが明らかと
なった。
【００１７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、太
陽電池素子の裏面における反射率は大きく改善され、長
波長光に対する感度が改善される。また、太陽光吸収率
の低減により動作温度が低くなり、動作状態における出
力は大きく改善される。したがって、本発明による太陽
電池素子は、産業上極めて利用価値が大きいものであ
る。
陽電池素子の裏面における反射率は大きく改善され、長
波長光に対する感度が改善される。また、太陽光吸収率
の低減により動作温度が低くなり、動作状態における出
力は大きく改善される。したがって、本発明による太陽
電池素子は、産業上極めて利用価値が大きいものであ
る。
【図１】本発明の原理を示すための太陽電池の断面図で
ある。
ある。
【図２】第１の実施例の断面図である。
【図３】第２の実施例の断面図である。
【図４】第３の実施例の断面図である。
【図５】従来の一例の断面図である。
【符号の説明】 １ 半導体基板 ２ 表面 ３ 裏面金属反射膜 ４ 第１の透明膜 ５ 第２の透明膜 ８ ピラミッド形突起 ９ 逆ピラミッド形凹凸部 １０ Ｖ字形突起 １１ 第１の透明膜 １１−１ 第２の透明膜 １２ 表面グリッド電極 １３ 裏面電極 １４ ＰＮ接合 １５ シリコン単結晶基板
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 31/04 G02B 5/08
Claims (1)
- 【請求項１】 テクスチャ構造とされた半導体基板の受
光面側に設けたＰＮ接合と、半導体基板の受光面の反対
側に積層された複数の層の透明膜を介して設けた金属反
射膜とを有し、金属反射膜に近い透明膜の屈折率は光が
その直前に通過した層の屈折率より小さくされ、これら
の透明膜を通過した光の金属反射膜への入射角を臨界角
に近づけるようにしたことを特徴とする光電変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4011821A JP2775543B2 (ja) | 1992-01-27 | 1992-01-27 | 光電変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4011821A JP2775543B2 (ja) | 1992-01-27 | 1992-01-27 | 光電変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05206490A JPH05206490A (ja) | 1993-08-13 |
| JP2775543B2 true JP2775543B2 (ja) | 1998-07-16 |
Family
ID=11788448
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4011821A Expired - Lifetime JP2775543B2 (ja) | 1992-01-27 | 1992-01-27 | 光電変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2775543B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2003272986A1 (en) | 2002-10-15 | 2004-05-04 | Sharp Kabushiki Kaisha | Solar cell and solar cell module using same |
| JP2006120737A (ja) * | 2004-10-19 | 2006-05-11 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 光電変換素子 |
| JP2009246031A (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-22 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 光電変換装置 |
| CN101971356A (zh) * | 2008-04-25 | 2011-02-09 | 株式会社爱发科 | 太阳能电池 |
| JPWO2010023867A1 (ja) * | 2008-08-25 | 2012-01-26 | 株式会社エバテック | 薄膜太陽電池及びその製造方法、並びに薄膜太陽電池用基板 |
| JP5554409B2 (ja) * | 2010-06-21 | 2014-07-23 | 三菱電機株式会社 | 光電変換装置 |
| KR101406882B1 (ko) * | 2012-04-09 | 2014-06-16 | 한국과학기술원 | 텍스쳐링 표면을 가진 투명 필름을 이용한 유기 박막 태양전지 |
| CN108550644B (zh) * | 2018-06-06 | 2019-10-25 | 东北大学 | 一种半叠层柔性硅基薄膜太阳能电池及其制备方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57113292A (en) * | 1980-12-29 | 1982-07-14 | Fujitsu Ltd | Semiconductor light sensing device |
| JPH07105509B2 (ja) * | 1985-09-18 | 1995-11-13 | 三洋電機株式会社 | 光起電力装置 |
| JPS6334980A (ja) * | 1986-07-29 | 1988-02-15 | Mitsubishi Electric Corp | 光発電素子 |
| JP2719368B2 (ja) * | 1988-10-31 | 1998-02-25 | ホーヤ株式会社 | 多層膜表面反射鏡 |
-
1992
- 1992-01-27 JP JP4011821A patent/JP2775543B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05206490A (ja) | 1993-08-13 |
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| JPH01154570A (ja) | 光起電力素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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