JP3143392B2 - 積層型太陽電池 - Google Patents
積層型太陽電池Info
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光入射側から第
１、第２及び第３の光電変換層が積層されてなる積層型
太陽電池において、長時間の光照射後における光電変換
効率を向上させる技術に関するものである。
１、第２及び第３の光電変換層が積層されてなる積層型
太陽電池において、長時間の光照射後における光電変換
効率を向上させる技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】非晶質シリコン膜に代表される非晶質半
導体膜を用いた太陽電池は、結晶系半導体を用いた太陽
電池に比べ低温で製造することができ、また容易に大面
積化を図ることができる、という利点を有している。
導体膜を用いた太陽電池は、結晶系半導体を用いた太陽
電池に比べ低温で製造することができ、また容易に大面
積化を図ることができる、という利点を有している。
【０００３】この非晶質半導体膜を用いた太陽電池にあ
っては、入射光の有効利用を図りその光電変換効率を向
上させるために、例えば特開昭５８−１１６７７９号に
開示される如く、複数の光電変換層を積層した積層型太
陽電池が提案されている。
っては、入射光の有効利用を図りその光電変換効率を向
上させるために、例えば特開昭５８−１１６７７９号に
開示される如く、複数の光電変換層を積層した積層型太
陽電池が提案されている。
【０００４】図１は、従来の積層型太陽電池の素子構造
概念図である。
概念図である。
【０００５】同図において、１は光入射側に配されたＡ
ｇ、Ａｌ等の金属からなる櫛型の集電極であり２はＩＴ
Ｏ，ＺｎＯ等の透光性導電膜からなる透光性電極であ
る。そして、ＳＣ１、ＳＣ２及びＳＣ３は夫々第１、第
２及び第３の光電変換層であり、夫々ｐ型の非晶質シリ
コンカーバイド（ａ−ＳｉＣ）膜からなるｐ層３ｐ，４
ｐ，５ｐ、真性のａ−ＳｉＣ膜、非晶質シリコン（ａ−
Ｓｉ）膜或いは非晶質シリコンゲルマニウム（ａ−Ｓｉ
Ｇｅ）膜からなるｉ層３ｉ，４ｉ，５ｉ及びｎ型のａ−
Ｓｉ膜からなるｎ層３ｎ，４ｎ，５ｎが積層されて構成
されている。
ｇ、Ａｌ等の金属からなる櫛型の集電極であり２はＩＴ
Ｏ，ＺｎＯ等の透光性導電膜からなる透光性電極であ
る。そして、ＳＣ１、ＳＣ２及びＳＣ３は夫々第１、第
２及び第３の光電変換層であり、夫々ｐ型の非晶質シリ
コンカーバイド（ａ−ＳｉＣ）膜からなるｐ層３ｐ，４
ｐ，５ｐ、真性のａ−ＳｉＣ膜、非晶質シリコン（ａ−
Ｓｉ）膜或いは非晶質シリコンゲルマニウム（ａ−Ｓｉ
Ｇｅ）膜からなるｉ層３ｉ，４ｉ，５ｉ及びｎ型のａ−
Ｓｉ膜からなるｎ層３ｎ，４ｎ，５ｎが積層されて構成
されている。
【０００６】そして、６は前記第３の光電変換層ＳＣ３
の光透過側に配されたＡｇ，Ａｌ等の反射性の金属から
なる背面電極であり、その表面で光を散乱させるために
凹凸面を有している。また、７はプラスチックあるいは
表面がＳｉＯ2，ＳｉＮ等の絶縁膜で覆われたステンレ
ス等の絶縁性表面を有する基板である。
の光透過側に配されたＡｇ，Ａｌ等の反射性の金属から
なる背面電極であり、その表面で光を散乱させるために
凹凸面を有している。また、７はプラスチックあるいは
表面がＳｉＯ2，ＳｉＮ等の絶縁膜で覆われたステンレ
ス等の絶縁性表面を有する基板である。
【０００７】斯かる構造の積層型太陽電池に光８が入射
すると、この光はまず光入射側に配された第１の光電変
換層ＳＣ１にてその短波長成分が吸収され、次いで該層
ＳＣ１で吸収されずに透過した光の一部が第２の光電変
換層ＳＣ２で吸収される。従って、従来上記第１の光電
変換層ＳＣ１のｉ層３ｉは、光学的バンドギャップの広
いａ−ＳｉＣ膜或いはａ−Ｓｉ膜で構成されると共に、
第２の光電変換層ＳＣ２のｉ層４ｉは、前記ｉ層３ｉを
構成するａ−ＳｉＣ膜或いはａ−Ｓｉ膜よりも光学的バ
ンドギャップの狭いａ−Ｓｉ膜或いはａ−ＳｉＧｅ膜で
構成される。
すると、この光はまず光入射側に配された第１の光電変
換層ＳＣ１にてその短波長成分が吸収され、次いで該層
ＳＣ１で吸収されずに透過した光の一部が第２の光電変
換層ＳＣ２で吸収される。従って、従来上記第１の光電
変換層ＳＣ１のｉ層３ｉは、光学的バンドギャップの広
いａ−ＳｉＣ膜或いはａ−Ｓｉ膜で構成されると共に、
第２の光電変換層ＳＣ２のｉ層４ｉは、前記ｉ層３ｉを
構成するａ−ＳｉＣ膜或いはａ−Ｓｉ膜よりも光学的バ
ンドギャップの狭いａ−Ｓｉ膜或いはａ−ＳｉＧｅ膜で
構成される。
【０００８】そして、上記第２の光電変換層ＳＣ２で吸
収されず該層を透過した長波長光は第３の光電変換層Ｓ
Ｃ３で吸収されることとなる。また、光電変換層ＳＣ３
を透過した光は背面電極６により反射され、該層ＳＣ３
に再入射してこの部分で吸収されることとなる。このた
め、第３の光電変換層ＳＣ３のｉ層５ｉは、より光学的
バンドギャップの狭いａ−ＳｉＧｅ膜で構成される。
収されず該層を透過した長波長光は第３の光電変換層Ｓ
Ｃ３で吸収されることとなる。また、光電変換層ＳＣ３
を透過した光は背面電極６により反射され、該層ＳＣ３
に再入射してこの部分で吸収されることとなる。このた
め、第３の光電変換層ＳＣ３のｉ層５ｉは、より光学的
バンドギャップの狭いａ−ＳｉＧｅ膜で構成される。
【０００９】従って、従来は、積層型太陽電池を構成す
る各光電変換層ＳＣ３、ＳＣ４及びＳＣ５に在るｉ層３
ｉ，４ｉ及び５ｉの光学的バンドギャップは、光入射側
から順次狭くなるように設計されていた。
る各光電変換層ＳＣ３、ＳＣ４及びＳＣ５に在るｉ層３
ｉ，４ｉ及び５ｉの光学的バンドギャップは、光入射側
から順次狭くなるように設計されていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】斯かる構造の積層型太
陽電池にあっては、各光電変換層ＳＣ１、ＳＣ２及びＳ
Ｃ３が直列接続された構造であるために、最大の光電変
換効率を得るためには各光電変換層で発生される光電流
を略等しくする必要がある。
陽電池にあっては、各光電変換層ＳＣ１、ＳＣ２及びＳ
Ｃ３が直列接続された構造であるために、最大の光電変
換効率を得るためには各光電変換層で発生される光電流
を略等しくする必要がある。
【００１１】然し乍ら、上記従来の積層型太陽電池にあ
っては、第２の光電変換層ＳＣ２のｉ層４ｉの厚さを、
他の光電変換層に在るｉ層３ｉ及び５ｉに比べて極めて
厚くする必要があった。以下にこの理由を詳述する。
っては、第２の光電変換層ＳＣ２のｉ層４ｉの厚さを、
他の光電変換層に在るｉ層３ｉ及び５ｉに比べて極めて
厚くする必要があった。以下にこの理由を詳述する。
【００１２】前述した如く、従来の積層型太陽電池にあ
っては各ｉ層３ｉ，４ｉ及び５ｉの光学的バンドギャッ
プは、光入射側から順次狭くなるように設定されてい
る。そして、各光電変換層ＳＣ１、ＳＣ２及びＳＣ３で
は順に、入射光のうち短波長成分、中波長成分、及び長
波長成分が吸収されることとなる。
っては各ｉ層３ｉ，４ｉ及び５ｉの光学的バンドギャッ
プは、光入射側から順次狭くなるように設定されてい
る。そして、各光電変換層ＳＣ１、ＳＣ２及びＳＣ３で
は順に、入射光のうち短波長成分、中波長成分、及び長
波長成分が吸収されることとなる。
【００１３】ここで、光入射側に配されるｉ層３ｉを構
成する光学的バンドギャップの広いａ−ＳｉＣ膜或いは
ａ−Ｓｉ膜は、その短波長での吸収係数が大きいため
に、上記ｉ層３ｉの厚さは約１０００Å以下と非常に薄
膜とすることができる。
成する光学的バンドギャップの広いａ−ＳｉＣ膜或いは
ａ−Ｓｉ膜は、その短波長での吸収係数が大きいため
に、上記ｉ層３ｉの厚さは約１０００Å以下と非常に薄
膜とすることができる。
【００１４】また、光透過側の光電変換層ＳＣ３は、光
入射側に配された他の光電変換層ＳＣ１及びＳＣ２を透
過した光に加えて、その光透過側に配された背面電極６
で反射された光も吸収するために、そのｉ層５ｉの厚さ
も、やはり約１５００Å以下と極めて薄膜にすることが
できる。
入射側に配された他の光電変換層ＳＣ１及びＳＣ２を透
過した光に加えて、その光透過側に配された背面電極６
で反射された光も吸収するために、そのｉ層５ｉの厚さ
も、やはり約１５００Å以下と極めて薄膜にすることが
できる。
【００１５】特に、背面電極６の表面を凹凸面とする
と、この部分での拡散反射の効果が大きくなるために、
背面電極６で反射された光の大部分が光電変換層ＳＣ３
で吸収されることとなる。従って、光電変換層ＳＣ３の
厚さをさらに薄膜化とすることができた。
と、この部分での拡散反射の効果が大きくなるために、
背面電極６で反射された光の大部分が光電変換層ＳＣ３
で吸収されることとなる。従って、光電変換層ＳＣ３の
厚さをさらに薄膜化とすることができた。
【００１６】然し乍ら、上記２つの光電変換層ＳＣ１及
びＳＣ３の間に配された第２の光電変換層ＳＣ２では、
第１の光電変換層ＳＣ１を透過した光しか吸収すること
ができず、このためその厚さを、他のｉ層３ｉ，５ｉの
厚さと比して非常に大きく約３０００Å以上とする必要
があった。
びＳＣ３の間に配された第２の光電変換層ＳＣ２では、
第１の光電変換層ＳＣ１を透過した光しか吸収すること
ができず、このためその厚さを、他のｉ層３ｉ，５ｉの
厚さと比して非常に大きく約３０００Å以上とする必要
があった。
【００１７】ところが、非晶質シリコン等の非晶質半導
体には、光を照射するとその光電変換特性が劣化する光
劣化という問題が存在し、そしてこの光劣化は厚さが厚
いほど大きくなる。
体には、光を照射するとその光電変換特性が劣化する光
劣化という問題が存在し、そしてこの光劣化は厚さが厚
いほど大きくなる。
【００１８】従って、上記従来の積層型太陽電池では、
厚さの厚い第２の光電変換層ＳＣ２に在るｉ層４ｉでの
光劣化が大きく、このため太陽電池素子全体としても光
劣化が大きくなっていた。
厚さの厚い第２の光電変換層ＳＣ２に在るｉ層４ｉでの
光劣化が大きく、このため太陽電池素子全体としても光
劣化が大きくなっていた。
【００１９】また、これを防ぐためにｉ層４ｉの厚さを
薄くすると、この部分で発生する光電流が小さくなるた
めに光電変換効率そのものが低下していた。
薄くすると、この部分で発生する光電流が小さくなるた
めに光電変換効率そのものが低下していた。
【００２０】
【課題を解決するための手段】斯かる課題を解決するた
めに、本願の積層型太陽電池は、光入射側から第１、第
２及び第３の光電変換層が順次積層され、前記第３の光
電変換層の光透過側に凹凸面を有する背面電極が配され
てなる積層型太陽電池であって、前記第２の光電変換層
に在るｉ層が、前記各光電変換層に在るｉ層のうち最も
狭い光学的バンドギャップを有することを特徴としてい
る。
めに、本願の積層型太陽電池は、光入射側から第１、第
２及び第３の光電変換層が順次積層され、前記第３の光
電変換層の光透過側に凹凸面を有する背面電極が配され
てなる積層型太陽電池であって、前記第２の光電変換層
に在るｉ層が、前記各光電変換層に在るｉ層のうち最も
狭い光学的バンドギャップを有することを特徴としてい
る。
【００２１】また、前記第１、第２及び第３の光電変換
層に在るｉ層の光学的バンドギャップを夫々Ｅｇ１，Ｅ
ｇ２及びＥｇ３とした時に、これらが Ｅｇ２≦Ｅｇ３＜Ｅｇ１ なる関係を満たすことを特徴としている。
層に在るｉ層の光学的バンドギャップを夫々Ｅｇ１，Ｅ
ｇ２及びＥｇ３とした時に、これらが Ｅｇ２≦Ｅｇ３＜Ｅｇ１ なる関係を満たすことを特徴としている。
【００２２】さらには、前記第２及び第３の光電変換層
に在るｉ層が共に非晶質シリコンゲルマニウム膜からな
るとともに、夫々の膜中のシリコン原子数ＣSi2，
ＣSi3、ゲルマニウム原子数ＣGe2，ＣGe3及び水素原子
数ＣH2，ＣH3が、 1.3[CH2]/([CSi2]+[CGe2])-0.6[CGe2]/([CSi2]+[C Ge2 ]) ≦1.3[CH3]/([CSi3]+[CGe3])-0.6[CGe3]/([CSi3]+[CGe3]) なる関係を満たすことを特徴としている。
に在るｉ層が共に非晶質シリコンゲルマニウム膜からな
るとともに、夫々の膜中のシリコン原子数ＣSi2，
ＣSi3、ゲルマニウム原子数ＣGe2，ＣGe3及び水素原子
数ＣH2，ＣH3が、 1.3[CH2]/([CSi2]+[CGe2])-0.6[CGe2]/([CSi2]+[C Ge2 ]) ≦1.3[CH3]/([CSi3]+[CGe3])-0.6[CGe3]/([CSi3]+[CGe3]) なる関係を満たすことを特徴としている。
【００２３】
【実施の形態】以下に、本発明積層型太陽電池素子の実
施形態を示す。尚、素子構造は図１に示した従来構造と
同一であるので、図１を参照して説明する。
施形態を示す。尚、素子構造は図１に示した従来構造と
同一であるので、図１を参照して説明する。
【００２４】本発明に於いて、前述した従来例と異なる
点は、第２の光電変換層に在るｉ層４ｉの光学的バンド
ギャップを、他のｉ層３ｉ及び５ｉのそれよりも狭くし
た点にある。即ち第１、第２及び第３の光電変換層に在
る各ｉ層３ｉ，４ｉ及び５ｉの光学的バンドギャップを
夫々Ｅｇ１，Ｅｇ２及びＥｇ３とした時に、従来が数１
を満たす関係としていた各光学的バンドギャップを、数
２を満たす関係とした点にある。
点は、第２の光電変換層に在るｉ層４ｉの光学的バンド
ギャップを、他のｉ層３ｉ及び５ｉのそれよりも狭くし
た点にある。即ち第１、第２及び第３の光電変換層に在
る各ｉ層３ｉ，４ｉ及び５ｉの光学的バンドギャップを
夫々Ｅｇ１，Ｅｇ２及びＥｇ３とした時に、従来が数１
を満たす関係としていた各光学的バンドギャップを、数
２を満たす関係とした点にある。
【００２５】
【数１】
【００２６】
【数２】
【００２７】表１に、本実施形態積層型太陽電池の各光
電変換層を構成する非晶質半導体膜の材質、光学的バン
ドギャップ及び厚さを示す。また、従来構造に於ける各
層の値も合わせて示す。
電変換層を構成する非晶質半導体膜の材質、光学的バン
ドギャップ及び厚さを示す。また、従来構造に於ける各
層の値も合わせて示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】尚、上記各層の形成はプラズマＣＶＤ法を
用い、原料ガスを適宜切り替えることにより行った。ま
た、基板７としては表面がＳｉＯ2膜で絶縁コートされ
たステンレスを用い、背面電極６の形成はスパッタ法を
用いてＡｇを厚さ５０００Å堆積することにより行っ
た。ここで、形成時の温度を２００℃〜３００℃の範囲
とすることにより、表面に凹凸面を有する背面電極６を
形成することができる。
用い、原料ガスを適宜切り替えることにより行った。ま
た、基板７としては表面がＳｉＯ2膜で絶縁コートされ
たステンレスを用い、背面電極６の形成はスパッタ法を
用いてＡｇを厚さ５０００Å堆積することにより行っ
た。ここで、形成時の温度を２００℃〜３００℃の範囲
とすることにより、表面に凹凸面を有する背面電極６を
形成することができる。
【００３０】さらに、透光性電極２の形成はスパッタ法
を用いて厚さ７００ÅのＩＴＯを堆積して行い、集電極
１の形成はスクリーン印刷を用いてＡｇを櫛型状に堆積
することにより行った。
を用いて厚さ７００ÅのＩＴＯを堆積して行い、集電極
１の形成はスクリーン印刷を用いてＡｇを櫛型状に堆積
することにより行った。
【００３１】次に、本発明積層型太陽電池に於ける光の
吸収過程について以下に詳述する。
吸収過程について以下に詳述する。
【００３２】まず、太陽電池が利用できる光の波長は、
各光電変換層中のｉ層３ｉ，４ｉ或いは５ｉのうち、最
も狭い光学的バンドギャップを有するｉ層の光吸収特性
で決定される。即ち本実施形態の太陽電池にあっては、
光学的バンドギャップが１．５０ｅＶのａ−ＳｉＧｅ膜
からなる第２の光電変換層ＳＣ２のｉ層４ｉで決定さ
れ、従来構造の太陽電池にあっては、光学的バンドギャ
ップが１．５０ｅＶのａ−ＳｉＧｅ膜からなる第３の光
電変換層ＳＣ３のｉ層５ｉで決定される。そして、両者
とも光学的バンドギャップの値は１．５０ｅＶと同じで
あるので、利用できる光の波長は等しい。尚、光学的バ
ンドギャップは ｈν ｖｓ (αｈν)1/3の関係から導
出した（Japanese Journal of Applied Physics, 30(19
91)1008）。
各光電変換層中のｉ層３ｉ，４ｉ或いは５ｉのうち、最
も狭い光学的バンドギャップを有するｉ層の光吸収特性
で決定される。即ち本実施形態の太陽電池にあっては、
光学的バンドギャップが１．５０ｅＶのａ−ＳｉＧｅ膜
からなる第２の光電変換層ＳＣ２のｉ層４ｉで決定さ
れ、従来構造の太陽電池にあっては、光学的バンドギャ
ップが１．５０ｅＶのａ−ＳｉＧｅ膜からなる第３の光
電変換層ＳＣ３のｉ層５ｉで決定される。そして、両者
とも光学的バンドギャップの値は１．５０ｅＶと同じで
あるので、利用できる光の波長は等しい。尚、光学的バ
ンドギャップは ｈν ｖｓ (αｈν)1/3の関係から導
出した（Japanese Journal of Applied Physics, 30(19
91)1008）。
【００３３】尚、この光学的バンドギャップの値は小さ
ければ小さい程、より長波長領域の光まで吸収できるこ
ととなる。然し乍ら、光学的バンドギャップの小さい材
料として利用されているａ−ＳｉＧｅ膜の電気的特性
は、光学的バンドギャップが狭くなるほど劣悪なものと
なり、光の吸収は増えるものの生成された電子・正孔対
を有効に外部に取り出すことができない。従って、現状
では、太陽電池のｉ層として利用できる最も狭い光学的
バンドギャップの値は１．５０ｅＶ程度であり、これ以
下の値になると太陽電池に用いた場合にその光電変換特
性が低下してしまう。然し乍ら、電気的特性を良好に保
つことができるならば、もっと狭い光学的バンドギャッ
プを有する材料を用いて、より長波長の光まで利用を図
ることができる。
ければ小さい程、より長波長領域の光まで吸収できるこ
ととなる。然し乍ら、光学的バンドギャップの小さい材
料として利用されているａ−ＳｉＧｅ膜の電気的特性
は、光学的バンドギャップが狭くなるほど劣悪なものと
なり、光の吸収は増えるものの生成された電子・正孔対
を有効に外部に取り出すことができない。従って、現状
では、太陽電池のｉ層として利用できる最も狭い光学的
バンドギャップの値は１．５０ｅＶ程度であり、これ以
下の値になると太陽電池に用いた場合にその光電変換特
性が低下してしまう。然し乍ら、電気的特性を良好に保
つことができるならば、もっと狭い光学的バンドギャッ
プを有する材料を用いて、より長波長の光まで利用を図
ることができる。
【００３４】上述したように、積層型太陽電池が利用で
きる光の波長は最も狭い光学的バンドギャップを有する
ｉ層で決定されるが、各光電変換層ＳＣ１、ＳＣ２及び
ＳＣ３で発生する光電流の和も又該ｉ層の厚さで決定さ
れる。
きる光の波長は最も狭い光学的バンドギャップを有する
ｉ層で決定されるが、各光電変換層ＳＣ１、ＳＣ２及び
ＳＣ３で発生する光電流の和も又該ｉ層の厚さで決定さ
れる。
【００３５】即ち、積層型太陽電池に於ける各光電変換
層で発生する光電流の和は、最も狭い光学的バンドギャ
ップを有するｉ層を含む光電変換層で構成される単層の
太陽電池で発生する光電流と略等しくなるのである。
層で発生する光電流の和は、最も狭い光学的バンドギャ
ップを有するｉ層を含む光電変換層で構成される単層の
太陽電池で発生する光電流と略等しくなるのである。
【００３６】さらに具体的には、本実施形態の積層型太
陽電池にあっては、第１、第２及び第３の光電変換層Ｓ
Ｃ１、ＳＣ２及びＳＣ３で発生される光電流の和は、第
２の光電変換層ＳＣ２のみからなる単層の太陽電池で発
生される光電流と略等しくなる。そして、従来構造の積
層型太陽電池にあっては、各第１、第２及び第３の光電
変換層ＳＣ１、ＳＣ２及びＳＣ３で発生される光電流の
和は、第３の光電変換層ＳＣ３のみからなる単層の太陽
電池で発生される光電流の和と等しくなるのである。
陽電池にあっては、第１、第２及び第３の光電変換層Ｓ
Ｃ１、ＳＣ２及びＳＣ３で発生される光電流の和は、第
２の光電変換層ＳＣ２のみからなる単層の太陽電池で発
生される光電流と略等しくなる。そして、従来構造の積
層型太陽電池にあっては、各第１、第２及び第３の光電
変換層ＳＣ１、ＳＣ２及びＳＣ３で発生される光電流の
和は、第３の光電変換層ＳＣ３のみからなる単層の太陽
電池で発生される光電流の和と等しくなるのである。
【００３７】そして、本実施形態の積層型太陽電池にあ
っては第２の光電変換層ＳＣ２、また従来構造にあって
は第３の光電変換層ＳＣ３のみからなる単層の太陽電池
で発生される光電流は、そのｉ層４ｉもしくは５ｉの光
学的バンドギャップとその厚さで決定されるのである。
っては第２の光電変換層ＳＣ２、また従来構造にあって
は第３の光電変換層ＳＣ３のみからなる単層の太陽電池
で発生される光電流は、そのｉ層４ｉもしくは５ｉの光
学的バンドギャップとその厚さで決定されるのである。
【００３８】従って、本実施形態の積層型太陽電池にあ
っても従来構造の積層型太陽電池にあっても、このｉ層
の厚さは略等しく１０００Å程度であるので、各光電変
換層で発生される光電流の和も略等しくなり、２１ｍＡ
／ｃｍ2程度であった。
っても従来構造の積層型太陽電池にあっても、このｉ層
の厚さは略等しく１０００Å程度であるので、各光電変
換層で発生される光電流の和も略等しくなり、２１ｍＡ
／ｃｍ2程度であった。
【００３９】前述したように、積層型太陽電池にあって
はその光電変換特性を最大にするために、各光電変換層
で発生される光電流を略等しくする必要がある。従っ
て、本実施形態及び従来構造の積層型太陽電池にあって
は、各光電変換層で発生される光電流の和が２１ｍＡ／
ｃｍ2程度であるので、各光電変換層で発生される光電
流を夫々７ｍＡ／ｃｍ2程度にする必要がある。
はその光電変換特性を最大にするために、各光電変換層
で発生される光電流を略等しくする必要がある。従っ
て、本実施形態及び従来構造の積層型太陽電池にあって
は、各光電変換層で発生される光電流の和が２１ｍＡ／
ｃｍ2程度であるので、各光電変換層で発生される光電
流を夫々７ｍＡ／ｃｍ2程度にする必要がある。
【００４０】ここで、各光電変換層ＳＣ１、ＳＣ２及び
ＳＣ３の各ｉ層の最適な厚さを決定するにあたって、各
光電変換層のみからなる単層の太陽電池を複数個形成
し、この電流値から各ｉ層の厚さの最適値を求めた。
ＳＣ３の各ｉ層の最適な厚さを決定するにあたって、各
光電変換層のみからなる単層の太陽電池を複数個形成
し、この電流値から各ｉ層の厚さの最適値を求めた。
【００４１】即ち、光入射側の光電変換層ＳＣ１に在る
ｉ層３ｉの厚さを決定するにあたっては、光入射側から
集電極／ＩＴＯ／ｐ型ａ−ＳｉＣ／ｉ型ａ−Ｓｉ／ｎ型
ａ−Ｓｉ／ＳｎＯ2構造の太陽電池を形成し、この太陽
電池の光電変換特性を波長４８０ｎｍ以上の光をカット
する光学フィルタ下で測定し、この時の短絡電流値が略
７ｍＡ／ｃｍ2となるようにｉ層の厚さを決定した。
ｉ層３ｉの厚さを決定するにあたっては、光入射側から
集電極／ＩＴＯ／ｐ型ａ−ＳｉＣ／ｉ型ａ−Ｓｉ／ｎ型
ａ−Ｓｉ／ＳｎＯ2構造の太陽電池を形成し、この太陽
電池の光電変換特性を波長４８０ｎｍ以上の光をカット
する光学フィルタ下で測定し、この時の短絡電流値が略
７ｍＡ／ｃｍ2となるようにｉ層の厚さを決定した。
【００４２】また、中間に位置する光電変換層ＳＣ２に
在るｉ層４ｉの厚さを決定するにあたっては、光入射側
から集電極／ＩＴＯ／ｐ型ａ−ＳｉＣ／ｉ型ａ−ＳｉＧ
ｅ／ｎ型ａ−Ｓｉ／ＳｎＯ2構造の太陽電池を形成し、
この太陽電池の光電変換特性を波長約４５０ｎｍ以下の
短波長光及び約７００ｎｍ以上の長波長光をカットする
光学フィルタ下で測定し、この時の短絡電流値が略７ｍ
Ａ／ｃｍ2となるようにｉ層の厚さを決定した。
在るｉ層４ｉの厚さを決定するにあたっては、光入射側
から集電極／ＩＴＯ／ｐ型ａ−ＳｉＣ／ｉ型ａ−ＳｉＧ
ｅ／ｎ型ａ−Ｓｉ／ＳｎＯ2構造の太陽電池を形成し、
この太陽電池の光電変換特性を波長約４５０ｎｍ以下の
短波長光及び約７００ｎｍ以上の長波長光をカットする
光学フィルタ下で測定し、この時の短絡電流値が略７ｍ
Ａ／ｃｍ2となるようにｉ層の厚さを決定した。
【００４３】さらに、光透過側の光電変換層ＳＣ３に在
るｉ層５ｉの厚さを決定するにあたっては、光入射側か
ら集電極／ＩＴＯ／ｐ型ａ−ＳｉＣ／ｉ型ａ−Ｓｉ／ｎ
型ａ−Ｓｉ／凹凸表面を有するＡｇ構造の太陽電池を形
成し、この太陽電池の光電変換特性を波長６５０ｎｍ以
下の光をカットする光学フィルタ下で測定し、この時の
短絡電流値が略７ｍＡ／ｃｍ2となるようにｉ層の厚さ
を決定した。
るｉ層５ｉの厚さを決定するにあたっては、光入射側か
ら集電極／ＩＴＯ／ｐ型ａ−ＳｉＣ／ｉ型ａ−Ｓｉ／ｎ
型ａ−Ｓｉ／凹凸表面を有するＡｇ構造の太陽電池を形
成し、この太陽電池の光電変換特性を波長６５０ｎｍ以
下の光をカットする光学フィルタ下で測定し、この時の
短絡電流値が略７ｍＡ／ｃｍ2となるようにｉ層の厚さ
を決定した。
【００４４】以上の方法によれば、各ｉ層３ｉ，４ｉ及
び５ｉの厚さを単層の太陽電池で決定でき、積層型太陽
電池を形成する必要がないことから、短時間で各ｉ層の
最適な厚さを決定することができる。
び５ｉの厚さを単層の太陽電池で決定でき、積層型太陽
電池を形成する必要がないことから、短時間で各ｉ層の
最適な厚さを決定することができる。
【００４５】尚、前述の表１に示した各ｉ層の厚さは、
以上の如くして決定した最適値である。
以上の如くして決定した最適値である。
【００４６】図２は、本実施形態と従来構造の積層型太
陽電池に於ける各光電変換層ＳＣ１、ＳＣ２及びＳＣ３
の光感度を表す特性図である。同図において（Ａ）は本
実施形態の積層型太陽電池に関する特性図であり、
（Ｂ）は従来構造の積層型太陽電池に関する特性図であ
る。
陽電池に於ける各光電変換層ＳＣ１、ＳＣ２及びＳＣ３
の光感度を表す特性図である。同図において（Ａ）は本
実施形態の積層型太陽電池に関する特性図であり、
（Ｂ）は従来構造の積層型太陽電池に関する特性図であ
る。
【００４７】同図に於いて注目すべきは、中間に位置す
る光電変換層ＳＣ２の収集効率である。本実施形態の積
層型太陽電池に於いては、光電変換層ＳＣ２に在るｉ層
４ｉが最も狭い光学的バンドギャップを有しているの
で、その波長感度は長波長側まで広がり、従来構造に比
べて広範囲の波長領域にわたって光電流を発生してい
る。
る光電変換層ＳＣ２の収集効率である。本実施形態の積
層型太陽電池に於いては、光電変換層ＳＣ２に在るｉ層
４ｉが最も狭い光学的バンドギャップを有しているの
で、その波長感度は長波長側まで広がり、従来構造に比
べて広範囲の波長領域にわたって光電流を発生してい
る。
【００４８】前述したように、背面電極６で反射された
反射光は光透過側の光電変換層ＳＣ３で殆ど吸収されて
しまうために、光電変換層ＳＣ２で吸収される光は１回
透過の光のみである。即ち、該光電変換層ＳＣ２におい
ては、入射光のうち、光入射側の光電変換層ＳＣ１を透
過してきた光だけしか吸収することができない。従っ
て、光電変換層ＳＣ２に在るｉ層４ｉの厚さを薄くする
ためには、この１回透過光を十分利用すべく広い波長領
域にわたって光感度を有していることが重要である。こ
のために、本実施形態にあっては、光電変換層ＳＣ２に
在るｉ層４ｉの光学的バンドギャップを１．５０ｅＶと
最も狭くしている。この結果、本実施形態にあっては、
光電変換層ＳＣ２に在るｉ層４ｉの厚さを約１０００Å
と、従来の約１／３に薄膜化することが可能となった。
反射光は光透過側の光電変換層ＳＣ３で殆ど吸収されて
しまうために、光電変換層ＳＣ２で吸収される光は１回
透過の光のみである。即ち、該光電変換層ＳＣ２におい
ては、入射光のうち、光入射側の光電変換層ＳＣ１を透
過してきた光だけしか吸収することができない。従っ
て、光電変換層ＳＣ２に在るｉ層４ｉの厚さを薄くする
ためには、この１回透過光を十分利用すべく広い波長領
域にわたって光感度を有していることが重要である。こ
のために、本実施形態にあっては、光電変換層ＳＣ２に
在るｉ層４ｉの光学的バンドギャップを１．５０ｅＶと
最も狭くしている。この結果、本実施形態にあっては、
光電変換層ＳＣ２に在るｉ層４ｉの厚さを約１０００Å
と、従来の約１／３に薄膜化することが可能となった。
【００４９】尚、光入射側の光電変換層ＳＣ１において
は、元々入射光の短波長成分しか吸収されないので、そ
のｉ層３ｉの光学的バンドギャップは従来と同様広いも
ので良い。逆に、この部分での光学的バンドギャップを
狭くすると入射光の長波長成分がこの部分で吸収されて
しまい、第２及び第３の光電変換層ＳＣ２及びＳＣ３に
透過する長波長光が減ることとなるので、光入射側の光
電変換層３ｉの光学的バンドギャップは他のｉ層４ｉ及
び５ｉの光学的バンドギャップよりも広くする必要があ
る。
は、元々入射光の短波長成分しか吸収されないので、そ
のｉ層３ｉの光学的バンドギャップは従来と同様広いも
ので良い。逆に、この部分での光学的バンドギャップを
狭くすると入射光の長波長成分がこの部分で吸収されて
しまい、第２及び第３の光電変換層ＳＣ２及びＳＣ３に
透過する長波長光が減ることとなるので、光入射側の光
電変換層３ｉの光学的バンドギャップは他のｉ層４ｉ及
び５ｉの光学的バンドギャップよりも広くする必要があ
る。
【００５０】また、光透過側の光電変換層３ｉについて
は、光電変換層ＳＣ１及びＳＣ２を透過した光及び背面
電極６で反射された光を吸収することとなる。ここで、
本実施形態にあっては、光電変換層ＳＣ２に在るｉ層４
ｉの光学的バンドギャップを狭くしているので、該光電
変換層ＳＣ２を透過する光の波長成分は従来構造よりも
長波長成分が減ることになる。
は、光電変換層ＳＣ１及びＳＣ２を透過した光及び背面
電極６で反射された光を吸収することとなる。ここで、
本実施形態にあっては、光電変換層ＳＣ２に在るｉ層４
ｉの光学的バンドギャップを狭くしているので、該光電
変換層ＳＣ２を透過する光の波長成分は従来構造よりも
長波長成分が減ることになる。
【００５１】然し乍ら、光電変換層ＳＣ１及びＳＣ２で
は、本実施形態にあっても従来と同様約１４ｍＡ／ｃｍ
2の光電流に対応する光しか吸収されず、残り約７ｍＡ
／ｃｍ2の光電流に対応する光は透過している。加え
て、本実施形態にあっては光電変換層ＳＣ２に在るｉ層
４ｉの光学的バンドギャップが従来よりも小さく、光の
長波長成分はその大部分が該ｉ層４ｉで吸収されるの
で、透過した光は従来よりもその長波長成分が少ない。
従って、光透過側の光電変換層ＳＣ３に在るｉ層５ｉの
光学的バンドギャップは従来よりも広くすることができ
る。また、該光電変換層ＳＣ３では背面電極６で反射さ
れる光も利用できるので、厚さを厚くする必要もなく、
本実施形態にあっては約１５００Åであった。
は、本実施形態にあっても従来と同様約１４ｍＡ／ｃｍ
2の光電流に対応する光しか吸収されず、残り約７ｍＡ
／ｃｍ2の光電流に対応する光は透過している。加え
て、本実施形態にあっては光電変換層ＳＣ２に在るｉ層
４ｉの光学的バンドギャップが従来よりも小さく、光の
長波長成分はその大部分が該ｉ層４ｉで吸収されるの
で、透過した光は従来よりもその長波長成分が少ない。
従って、光透過側の光電変換層ＳＣ３に在るｉ層５ｉの
光学的バンドギャップは従来よりも広くすることができ
る。また、該光電変換層ＳＣ３では背面電極６で反射さ
れる光も利用できるので、厚さを厚くする必要もなく、
本実施形態にあっては約１５００Åであった。
【００５２】次に、本実施形態及び従来構造の積層型太
陽電池について、長時間の光照射後の光電変換特性を比
較した。表２は、本実施形態及び従来構造の積層型太陽
電池について、長時間の光照射試験を行う前後の光電変
換特性を示す。ここで、光照射試験は、ＡＭ１．５，５
００ｍＷ／ｃｍ2の光を４８℃で６時間照射して行っ
た。
陽電池について、長時間の光照射後の光電変換特性を比
較した。表２は、本実施形態及び従来構造の積層型太陽
電池について、長時間の光照射試験を行う前後の光電変
換特性を示す。ここで、光照射試験は、ＡＭ１．５，５
００ｍＷ／ｃｍ2の光を４８℃で６時間照射して行っ
た。
【００５３】
【表２】
【００５４】表２に示した通り、光照射試験前の光電変
換特性については１０．５％と両者とも等しいが、光照
射試験後の光電変換特性については本実施形態の方が
９．５％と従来よりも高い値が得られた。これは、前述
したとおり本実施形態においては、中間に位置する光電
変換層ＳＣ２に在るｉ層４ｉを構成する非晶質半導体膜
の光学的バンドギャップを１．５０ｅＶと最も狭くした
ことにより、その厚さを約１０００Åと従来構造の約１
／３に薄膜化できたことに因る。
換特性については１０．５％と両者とも等しいが、光照
射試験後の光電変換特性については本実施形態の方が
９．５％と従来よりも高い値が得られた。これは、前述
したとおり本実施形態においては、中間に位置する光電
変換層ＳＣ２に在るｉ層４ｉを構成する非晶質半導体膜
の光学的バンドギャップを１．５０ｅＶと最も狭くした
ことにより、その厚さを約１０００Åと従来構造の約１
／３に薄膜化できたことに因る。
【００５５】ところで、光学的バンドギャップの狭い材
料として用いられるａ−ＳｉＧｅ膜のバンドギャップＥ
ｇは、その膜中のシリコン原子数、ゲルマニウム原子数
及び水素原子数で決定されることが知られている（Japa
nese Journal of AppliedPhysics, 32(1993)4894）。そ
して、ａ−ＳｉＧｅ膜中のシリコン原子数を［ＣS i］、
ゲルマニウム原子数を［ＣGe］、水素原子数を［ＣH］
とすると、その光学的バンドギャップＥｇは数３で表す
ことができる。
料として用いられるａ−ＳｉＧｅ膜のバンドギャップＥ
ｇは、その膜中のシリコン原子数、ゲルマニウム原子数
及び水素原子数で決定されることが知られている（Japa
nese Journal of AppliedPhysics, 32(1993)4894）。そ
して、ａ−ＳｉＧｅ膜中のシリコン原子数を［ＣS i］、
ゲルマニウム原子数を［ＣGe］、水素原子数を［ＣH］
とすると、その光学的バンドギャップＥｇは数３で表す
ことができる。
【００５６】
【数３】
【００５７】従って、第２及び第３の光電変換素子ＳＣ
２、ＳＣ３に在るｉ層４ｉ及び５ｉをａ−ＳｉＧｅ膜か
ら構成した場合には、夫々の膜中のシリコン原子数、ゲ
ルマニウム原子数及び水素原子数を［ＣSi2］，
［ＣSi3］，［ＣGe2］，［ＣGe3］，［ＣH2］，
［ＣH3］とすると、これらは数４の関係を満たすことと
なる。
２、ＳＣ３に在るｉ層４ｉ及び５ｉをａ−ＳｉＧｅ膜か
ら構成した場合には、夫々の膜中のシリコン原子数、ゲ
ルマニウム原子数及び水素原子数を［ＣSi2］，
［ＣSi3］，［ＣGe2］，［ＣGe3］，［ＣH2］，
［ＣH3］とすると、これらは数４の関係を満たすことと
なる。
【００５８】
【数４】
【００５９】尚、本実施形態にあっては、基板７とは反
対側の方向から光８が入射する構造の太陽電池について
説明したが、基板としてガラス基板を用い、この上に透
光性電極、第１、第２、第３の光電変換層及び背面電極
を積層し、基板側から光が入射する構造の太陽電池にあ
っても本発明を適用できるのは言うまでもない。
対側の方向から光８が入射する構造の太陽電池について
説明したが、基板としてガラス基板を用い、この上に透
光性電極、第１、第２、第３の光電変換層及び背面電極
を積層し、基板側から光が入射する構造の太陽電池にあ
っても本発明を適用できるのは言うまでもない。
【００６０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明積層型太陽
電池によれば、中間に位置する光電変換層ＳＣ２に在る
ｉ層４ｉの厚さを薄くできるので、長時間の光照射後の
光電変換特性を良好なものとすることができる。
電池によれば、中間に位置する光電変換層ＳＣ２に在る
ｉ層４ｉの厚さを薄くできるので、長時間の光照射後の
光電変換特性を良好なものとすることができる。
【図１】積層型太陽電池の素子構造図である。
【図２】本実施形態及び従来構造の積層型太陽電池に於
ける、各光電変換層の光感度を表す特性図である。
ける、各光電変換層の光感度を表す特性図である。
ＳＣ１…第１の光電変換層、ＳＣ２…第２の光電変換
層、ＳＣ３…第３の光電変換層、３ｐ，４ｐ，５ｐ…ｐ
層、３ｉ，４ｉ，５ｉ…ｉ層、３ｎ，４ｎ，５ｎ…ｎ
層、６…背面電極
層、ＳＣ３…第３の光電変換層、３ｐ，４ｐ，５ｐ…ｐ
層、３ｉ，４ｉ，５ｉ…ｉ層、３ｎ，４ｎ，５ｎ…ｎ
層、６…背面電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 31/04 - 31/078
Claims (3)
- 【請求項１】 光入射側から第１、第２及び第３の光電
変換層が順次積層され、前記第３の光電変換層の光透過
側に凹凸面を有する背面電極が配されてなる積層型太陽
電池であって、 前記第２の光電変換層に在るｉ層が、前記各光電変換層
に在るｉ層のうち最も狭い光学的バンドギャップを有す
ることを特徴とする積層型太陽電池。 - 【請求項２】 前記第１、第２及び第３の光電変換層に
在るｉ層の光学的バンドギャップを夫々Ｅｇ１，Ｅｇ２
及びＥｇ３とした時に、これらが Ｅｇ２≦Ｅｇ３＜Ｅｇ１ なる関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の積層
型太陽電池。 - 【請求項３】 前記第２及び第３の光電変換層に在るｉ
層が共に非晶質シリコンゲルマニウム膜からなるととも
に、夫々の膜中のシリコン原子数ＣSi2，ＣSi3、ゲルマ
ニウム原子数ＣGe2，ＣGe3及び水素原子数ＣH2，Ｃ
H3が、 1.3[CH2]/(([CSi2]+[CGe2])-0.6[CGe2]/([CSi2]+[CGe2]) ≦1.3[CH3]/([CSi3]+[CGe3])-0.6[CGe3]/([CSi3]+[CGe3]) なる関係を満たすことを特徴とする請求項１または２記
載の積層型太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08070617A JP3143392B2 (ja) | 1996-03-26 | 1996-03-26 | 積層型太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08070617A JP3143392B2 (ja) | 1996-03-26 | 1996-03-26 | 積層型太陽電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09260698A JPH09260698A (ja) | 1997-10-03 |
| JP3143392B2 true JP3143392B2 (ja) | 2001-03-07 |
Family
ID=13436752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08070617A Expired - Fee Related JP3143392B2 (ja) | 1996-03-26 | 1996-03-26 | 積層型太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3143392B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1771641A (zh) | 2003-06-09 | 2006-05-10 | 京半导体股份有限公司 | 发电系统 |
| AU2004317236B2 (en) * | 2004-03-12 | 2008-05-22 | Sphelar Power Corporation | Multilayer solar cell |
-
1996
- 1996-03-26 JP JP08070617A patent/JP3143392B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09260698A (ja) | 1997-10-03 |
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