JP2884171B2 - アモルファス太陽電池 - Google Patents
アモルファス太陽電池Info
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- 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
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
関する。
電池の構成材料として注目されている。しかし、これら
の材料を用いた太陽電池を屋外で長時間使用すると、光
電変換効率がしだいに低下することがStaebler-Wronski
効果として良く知られている。この光劣化を軽減するこ
とが大電力アモルファス太陽電池の実用化にとっても最
も重要な課題となっている。
モルファス太陽電池では、i層を薄くすることが光劣化
の軽減にとって効果的であることが知られている。しか
しながら、光活性層であるi層を薄くすることは、この
i層での光吸収量ひいては電池の発生電流を低下させ、
光電変換効率の低下を招くことになる。そこで、薄いi
層を含む複数のp−i−n接合を積層形成し、各接合間
をオーミック接続したいわゆるタンデム型太陽電池の採
用が考えられる。
タンデム型アモルファス太陽電池の断面模式図である。
される。この透明電極層(4)の上にp型アモルファス
半導体層(11)、i型アモルファス半導体層(12)及び
n型アモルファス半導体層(13)を順次成膜してp−i
−n接合(10)を形成する。更にこの上にp層(21)、
i層(22)及びn層(23)を順次成膜して2段目のp−
i−n接合(20)を形成する。両p−i−n接合(10,2
0)の部分は、例えばいずれもアモルファスシリコンで
構成される。2段目のp−i−n接合(20)の更に上に
裏面外部電極層(40)が形成される。この裏面外部電極
層(40)は、通例不透明体で構成される。
及び透明電極層(4)を順次通して光線が入射する。入
射側接合(10)のn層(13)と裏面側接合(20)のp層
(21)との間はオーミック接触であって、両接合(10,2
0)が直列接続されている。したがって、透明電極層
(4)と裏面外部電極層(40)との間に両接合(10,2
0)の光起電力の和が開放電圧として現れる。
変換効率の向上と光劣化の軽減との実現が可能である。
すなわち、この太陽電池では、各接合(10,20)のi層
(12,22)の膜厚の和を前記シングル接合太陽電池の場
合のi層最適膜厚である400〜700nmと同程度以上にして
光電変換効率の向上をはかることができる。この際、各
i層(12,22)の膜厚をシングル接合の場合のi層より
小さくすることができ、光劣化の軽減が実現可能であ
る。なお、p層(11,21)及びn層(13,23)の膜厚は、
シングル接合の場合と同程度の10〜50nm程度である。
タンデム型アモルファス太陽電池の断面模式図である。
上にp層(31)、i層(32)及びn層(33)を順次成膜
して3段目のp−i−n接合(30)を形成した上で裏面
外部電極層(40)を形成している。したがって、3つの
p−i−n接合(10,20,30)が直列接続される。各接合
のi層(12,22,32)は、光入射側ほど薄くしている。こ
れらのi層(12,22,32)の膜厚は、2段タンデム型の場
合に比べていずれも小さくなっており、光劣化の軽減効
果が大きい。
池では、膜厚方向に形成された複数のp−i−n接合が
直列接続されていたために次の問題があった。
i層膜厚の和を前記シングル接合太陽電池の場合のi層
膜厚と同程度以上にして光電変換効率の向上をはかって
いる。しかも、電流同一の直列条件で各接合の最適動作
点を決定する必要があり、各最適動作点に応じて各接合
のi層膜厚が決定される。ただし、アモルファスシリコ
ンは太陽光波長における吸収係数が大きい。以上のこと
から、従来のタンデム型アモルファス太陽電池では入射
側i層に比べて裏面側i層の膜厚を大きくして各接合の
電流バランスをとる必要があり、裏面側i層は、シング
ル接合の場合のi層より薄くすることができるものの、
かなり厚くなる。したがって、やはり膜厚の大きい裏面
側i層での光劣化によって電池全体の光電変換効率がし
だいに低下する傾向がある。これを避けようとして接合
数を極端に増やせば、裏面側i層の膜厚を小さくするこ
とができるものの、光活性層でないp層やn層の数が増
えてこれらの層の光吸収ロスが増加するから、かえって
光電変換効率が低下する。
変化によって各接合の電流バランスが崩れる場合があっ
た。電流バランスが崩れていずれかの接合が最適動作点
からずれた状態では、電流が最も小さい接合で電池全体
の電流が制限され、場合によっては光電変換効率の大幅
な低下を招くことがあった。
て、従来のタンデム型太陽電池以上に光安定性の高い高
効率アモルファス太陽電池を提供することを目的とす
る。
接合及び第2の透明電極層を順次設け、この第2の透明
電極層の上に第1のp−i−n接合と同方向の第3のp
−i−n接合及び第3の透明電極層を順次設け、この第
3の透明電極層の上に第1のp−i−n接合とは逆方向
のp−i−n接合を設けた上で外部電極層を設け、第2
の透明電極層と外部電極層との間を電気的に接続し、か
つ、第1の透明電極層をプラス電極となし、第3の透明
電極層をマイナス電極としたものである。
2の透明電極層を通して光線が入射する。これらの接合
については、電圧同一の並列条件で最適動作点を決定す
る。各接合電圧は、各接合を構成するアモルファス材料
の電気的な性質に主に依存するのであって、直列の場合
の接合電流に比較して入射光量に対する依存性が小さ
い。このため、本発明の場合には電流バランスを考慮す
る必要が全くないばかりでなく、電圧マッチングを気遣
う必要もない。したがって、光活性層であるi層の膜厚
を比較的自由に選ぶことができる。
べて裏面側i層の膜厚をかなり薄くすることができる。
このようにしてi層を薄くして電界を高めれば、このi
層内の電子や正孔の密度を低減でき、これらの捕獲、再
結合速度の低減が実現できるから、電池の光劣化を良く
軽減することができる。しかも、時間あるいは季節の違
いによる太陽光のスペクトル変化に基づく各接合の電流
バランスの崩れを考慮する必要もない。
を説明する前に、従来技術の一つである2段並列アモル
ファス太陽電池を第1図に基づいて説明する。
図である。
型アモルファス半導体層(11)、i型アモルファス半導
体層(12)及びn型アモルファス半導体層(13)を順次
成膜してp−i−n接合(10)を形成する点は第3図の
2段タンデム型アモルファス太陽電池の場合と同様であ
るが、本実施例の場合は、この接合(10)の上に第2の
透明電極層(14)を形成した上で2段目のp−i−n接
合(20)を形成する。ただし、2段目の接合(20)は第
3図の場合とは違ってn層(23)、i層(22)及びp層
(21)の順で成膜される。両p−i−n接合(10,20)
の部分が例えばいずれもアモルファスシリコンで構成さ
れ、2段目の接合(20)の更に上に裏面外部電極層(4
0)が形成される点は第3図の場合と同様である。裏面
外部電極層(40)は不透明体で構成することができる。
更に、第1の透明電極層(4)と裏面外部電極層(40)
との間を電気的に接続する。この接続は、例えば各層端
部を利用して比較的容易に行うことができる。いわゆる
スルーホールコンタクトを用いても良い。透明電極層
(4,14)はITO,SnO2等の金属酸化物で構成することがで
きる。ただし、第2の透明電極層(14)は、裏面側接合
(20)の形成の際にプラズマに暴露されることになるか
ら、耐プラズマ性に優れたものが好ましい。この透明電
極層(14)を複層膜にすることも可能である。
及び透明電極層(4)を順次通して光線が入射する。他
方のp−i−n接合(20)には、入射側の接合(10)及
び第2の透明電極層(14)を順次通して光線が入射す
る。入射側接合(10)はp層(11)が第1の透明電極層
(4)に接し、裏面側接合(20)はp層(21)が裏面外
部電極層(40)に接する。しかも、第1の透明電極層
(4)と裏面外部電極層(40)との間が電気的に接続さ
れている。一方、第2の透明電極層(14)に接する接合
部分は、いずれもn層(13,23)である。したがって、
両p−i−n接合(10,20)は、第1及び第2の透明電
極層(4,14)の間で電気的に並列接続されており、これ
らの透明電極層(4,14)を通して両接合(10,20)の光
電流の和を取出すことができる。
件で決定される。これらの接合(10,20)の電圧は、構
成材料であるアモルファスシリコンの電気的な性質に主
に依存するのであって、直列の場合の接合電流に比較し
て入射光量に対する依存性が小さい。このため、電流バ
ランスを考慮する必要が全くないばかりでなく、電圧マ
ッチングを気遣う必要もない。したがって、光活性層で
あるi層(12,22)の膜厚を比較的自由に選ぶことがで
きる。例えば、従来のタンデム型の場合と違って両i層
(12,22)を同じ膜厚にしても支障がなく、各i層(12,
22)の膜厚を200nm程度にすることができる。つまり、
第3図に示す従来のタンデム型太陽電池に比べて特に裏
面側i層(22)をかなり薄くすることができ、電池の光
劣化が大幅に軽減される。しかも、時間あるいは季節の
違いによる太陽光のスペクトル変化に基づく各接合(1
0,20)の電流バランスの崩れを考慮する必要もない。
射する。一般に、シングル接合太陽電池の場合は光をn
層側から入射した場合の方が、p層側から入射した場合
よりも光劣化の程度が大きいといわれている。しかしな
がら、本実施例に係る太陽電池の場合、裏面側接合(2
0)に到達する光は表面側接合(10)による光吸収のた
めに短波長成分をほとんど含まず、i層(22)中で比較
的均一に吸収される。この結果、シングル接合太陽電池
の場合とは違って光の入射方向の影響は小さく、高い光
安定性を有する太陽電池が得られる。しかも、両接合
(10,20)の同一型部分どおしを透明電極層(14)で電
気的に内部接続することにより両接合の並列接続を実現
しているから、両接合(10,20)間を電気的に絶縁する
複雑な製造工程を必要としない。
ルファス太陽電池の断面模式図である。
(4)及びp−i−n接合(10)を形成した上で、更に
第1図と同様の構造を有する2段並列アモルファス太陽
電池を形成している。1段目の接合(10)は、p層(1
1)、i層(12)及びn層(13)の順に成膜される。こ
の接合(10)の上に第2の透明電極層(14)を形成した
上で、2段目のp−i−n接合(20)を成膜する。この
接合(20)は、1段目の接合(10)と同様にp層(2
1)、i層(22)及びn層(23)の順に成膜される。こ
の2段目の接合(20)の上に第3の透明電極層(24)を
形成した上で3段目のp−i−n接合(30)を形成す
る。ただし、3段目の接合(20)はn層(33)、i層
(32)及びp層(31)の順で成膜される。3段目の接合
(30)の更に上には裏面外部電極層(40)が形成され
る。更に、第2の透明電極層(14)と裏面外部電極層
(40)との間を電気的に接続する。
て1段目の接合(10)に対して電気的に直列接続されて
いる。2段目及び3段目の接合(20,30)は、第2及び
第3の透明電極層(14,24)の間で電気的に並列接続さ
れている。つまり、3つの接合(10,20,30)が第1及び
第3の透明電極層(4,24)の間で直並列接続されてい
る。3接合の各i層(12,22,32)の膜厚は、第1図の2
段並列太陽電池の場合のi層に比べていずれも小さくな
っており、光劣化の軽減効果が大きい。なお、この場合
にも最裏面側接合(30)はn層(33)側から光が入射す
るが、シングル接合太陽電池の場合とは違って光の入射
方向の影響は小さく、高い光安定性を有する太陽電池が
得られる。
陽電池ではガラス基板(4)を使用しているが、透明な
基板であればその材質は問わない。
ス半導体層材料は、アモルファスシリコンに限らず、Si
とC若しくはこれらの水素化物、ハロゲン化物及びこれ
らの材料とGe、C等との合金等を使用することができ
る。
直列接続して集積型太陽電池を構成しても良い。
陽電池は、電圧同一の並列条件で各接合の最適動作点が
決定され、各接合の電流バランスを考慮する必要がな
い。したがって、従来のタンデム型アモルファス太陽電
池に比べて裏面側i層の膜厚をかなり薄くすることがで
き、電池の光劣化を良く軽減することができる。また、
時間あるいは季節の違いによる太陽光のスペクトル変化
に基づく各接合の電流バランスの崩れを考慮する必要も
ない。しかも、両接合の同一型部分どおしを透明電極層
で電気的に内部接続することにより両接合の並列接続を
実現しているから、両接合間を電気的に絶縁する複雑な
製造工程を必要としない。
電池以上に光安定性が高く、しかも製造が容易な高効率
アモルファス太陽電池を提供することができる。
ァス太陽電池の断面模式図、 第2図は、本発明の他の実施例に係る3段直並列アモル
ファス太陽電池の断面模式図、 第3図は、従来の2段タンデム型アモルファス太陽電池
の断面模式図、 第4図は、従来の3段タンデム型アモルファス太陽電池
の断面模式図である。 符号の説明 2……ガラス基板、4,14,24……透明電極層、10,20,30
……p−i−n接合、11,21,31……p型アモルファス半
導体層、12,22,32……i型アモルファス半導体層、13,2
3,33……n型アモルファス半導体層、40……裏面外部電
極層。
Claims (1)
- 【請求項1】第1の透明電極層の上に第1のp−i−n
接合及び第2の透明電極層を順次設け、 この第2の透明電極層の上に第1のp−i−n接合と同
方向の第3のp−i−n接合及び第3の透明電極層を順
次設け、 この第3の透明電極層の上に第1のp−i−n接合とは
逆方向のp−i−n接合を設けた上で外部電極層を設
け、 第2の透明電極層と外部電極層との間を電気的に接続
し、かつ、第1の透明電極層をプラス電極となし、第3
の透明電極層をマイナス電極としたアモルファス太陽電
池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1226517A JP2884171B2 (ja) | 1989-08-31 | 1989-08-31 | アモルファス太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1226517A JP2884171B2 (ja) | 1989-08-31 | 1989-08-31 | アモルファス太陽電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0389559A JPH0389559A (ja) | 1991-04-15 |
JP2884171B2 true JP2884171B2 (ja) | 1999-04-19 |
Family
ID=16846371
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1226517A Expired - Fee Related JP2884171B2 (ja) | 1989-08-31 | 1989-08-31 | アモルファス太陽電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2884171B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6352777B1 (en) | 1998-08-19 | 2002-03-05 | The Trustees Of Princeton University | Organic photosensitive optoelectronic devices with transparent electrodes |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6294771A (ja) * | 1985-10-21 | 1987-05-01 | 株式会社日立製作所 | 磁気冷凍機 |
JPS6366082A (ja) * | 1986-09-05 | 1988-03-24 | 株式会社日立製作所 | エレベ−タ−の乗かご |
JPS63122283A (ja) * | 1986-11-12 | 1988-05-26 | Nippon Denso Co Ltd | アモルフアス太陽電池 |
-
1989
- 1989-08-31 JP JP1226517A patent/JP2884171B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
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JPH0389559A (ja) | 1991-04-15 |
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