JP3311534B2 - 光起電力素子 - Google Patents
光起電力素子Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/546—Polycrystalline silicon PV cells
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、多結晶半導体層を含む
光起電力素子に関するものである。
光起電力素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池に代表される光起電力素子の光
電変換効率向上のためには、入射光の有効利用が重要で
ある。このために、特開昭６２−７７１６号に開示され
る如く、透明電極の表面を凸凹化、所謂テクスチャ化
し、入射光をその表面で散乱させて主たる光発電層中で
の入射光の光路長を伸ばすことにより、入射光の有効利
用を図った太陽電池が知られている。
電変換効率向上のためには、入射光の有効利用が重要で
ある。このために、特開昭６２−７７１６号に開示され
る如く、透明電極の表面を凸凹化、所謂テクスチャ化
し、入射光をその表面で散乱させて主たる光発電層中で
の入射光の光路長を伸ばすことにより、入射光の有効利
用を図った太陽電池が知られている。
【０００３】また、入射光の有効利用のための別の方法
として、特開昭５５−１０８７８０号に開示される如
く、裏面電極とドープ層との界面に透明導電層を備えた
ことで、ドープ層側から透過して裏面電極に達した光の
反射率を増大させた太陽電池が知られている。
として、特開昭５５−１０８７８０号に開示される如
く、裏面電極とドープ層との界面に透明導電層を備えた
ことで、ドープ層側から透過して裏面電極に達した光の
反射率を増大させた太陽電池が知られている。
【０００４】図８は、従来の太陽電池の構造図である。
同図に於いて、１はガラス基板、２は表面がテクスチャ
化された透明電極である。３は太陽電池層であり、ｐ型
非晶質シリコンカーバイドから成るｐ層３ｐ、主たる光
発電層となるｉ型非晶質シリコンから成るｉ層３ｉ及び
ｎ型非晶質シリコンから成るｎ層３ｎから成る。また４
は透明導電層であり、５はＡｇ，Ａｌ等の金属から成る
裏面電極である。
同図に於いて、１はガラス基板、２は表面がテクスチャ
化された透明電極である。３は太陽電池層であり、ｐ型
非晶質シリコンカーバイドから成るｐ層３ｐ、主たる光
発電層となるｉ型非晶質シリコンから成るｉ層３ｉ及び
ｎ型非晶質シリコンから成るｎ層３ｎから成る。また４
は透明導電層であり、５はＡｇ，Ａｌ等の金属から成る
裏面電極である。
【０００５】同図の左側から入射した光６は、透明電極
２のテクスチャ化された表面で散乱され太陽電池層３に
入る。この時太陽電池層３中に斜めに入る光の割合が増
加しているので、該層３中での光路長が増大することに
より光の吸収量が増え、このため入射光の有効利用が図
れる。
２のテクスチャ化された表面で散乱され太陽電池層３に
入る。この時太陽電池層３中に斜めに入る光の割合が増
加しているので、該層３中での光路長が増大することに
より光の吸収量が増え、このため入射光の有効利用が図
れる。
【０００６】また、太陽電池層３に吸収されずに裏面側
に透過した光は、裏面電極５に反射され再び太陽電池層
３に入射する。この時光透過側のドープ層であるｎ層３
ｎと裏面電極５との界面に透明導電層４が備えられてい
るので、該界面においてｎ層３ｎを構成するｎ型非晶質
シリコンと裏面電極５を構成する金属との合金化が生じ
ない。このために裏面電極５は高い反射率を保持するこ
とができるので、太陽電池層３に再び入射する光の量が
増し、光の有効利用を図れる。
に透過した光は、裏面電極５に反射され再び太陽電池層
３に入射する。この時光透過側のドープ層であるｎ層３
ｎと裏面電極５との界面に透明導電層４が備えられてい
るので、該界面においてｎ層３ｎを構成するｎ型非晶質
シリコンと裏面電極５を構成する金属との合金化が生じ
ない。このために裏面電極５は高い反射率を保持するこ
とができるので、太陽電池層３に再び入射する光の量が
増し、光の有効利用を図れる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、上記の透明
電極を用いると、表面がテクスチャ化されているために
太陽電池層内で電界の不均一が生じ、太陽電池特性の一
つである曲線因子（Ｆ．Ｆ．）が低下するという問題が
あった。
電極を用いると、表面がテクスチャ化されているために
太陽電池層内で電界の不均一が生じ、太陽電池特性の一
つである曲線因子（Ｆ．Ｆ．）が低下するという問題が
あった。
【０００８】また、ドープ層と裏面電極との界面に透明
導電層を設けた太陽電池では、該界面に於ける合金化の
問題は解決できるものの、裏面電極で反射された光には
散乱成分が少ないために反射光の太陽電池層中での光路
長は短く、この点に改善の余地が残されていた。
導電層を設けた太陽電池では、該界面に於ける合金化の
問題は解決できるものの、裏面電極で反射された光には
散乱成分が少ないために反射光の太陽電池層中での光路
長は短く、この点に改善の余地が残されていた。
【０００９】本発明は、従来の上記の問題を解決し、入
射光を有効に利用することにより、光電変換効率の高い
光起電力素子を提供することを目的とする。
射光を有効に利用することにより、光電変換効率の高い
光起電力素子を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の光起電力素子
は、光活性な半導体から成り、内部に半導体接合を少な
くとも一つは有する光起電力素子に於いて、光入射側に
位置するドープ層の少なくとも一部或いは主たる光発電
層の光入射側の一部に多結晶半導体層を備え、該多結晶
半導体層中には、該層の構成物質よりも光屈折率の小さ
い物質の粒がランダムに分散していることを特徴とす
る。
は、光活性な半導体から成り、内部に半導体接合を少な
くとも一つは有する光起電力素子に於いて、光入射側に
位置するドープ層の少なくとも一部或いは主たる光発電
層の光入射側の一部に多結晶半導体層を備え、該多結晶
半導体層中には、該層の構成物質よりも光屈折率の小さ
い物質の粒がランダムに分散していることを特徴とす
る。
【００１１】また、光活性な半導体から成り、内部に半
導体接合を少なくとも一つは有する光起電力素子に於い
て、光透過側に位置するドープ層の少なくとも一部或い
は主たる光発電層の光透過側の一部に多結晶半導体層を
備え、該多結晶半導体層中には、該層の構成物質よりも
光屈折率の小さい物質の粒がランダムに分散しているこ
とを特徴とする。
導体接合を少なくとも一つは有する光起電力素子に於い
て、光透過側に位置するドープ層の少なくとも一部或い
は主たる光発電層の光透過側の一部に多結晶半導体層を
備え、該多結晶半導体層中には、該層の構成物質よりも
光屈折率の小さい物質の粒がランダムに分散しているこ
とを特徴とする。
【００１２】もしくは、光活性な半導体から成り、内部
に半導体接合を少なくとも一つは有する光起電力素子に
於いて、光入射側に位置するドープ層の少なくとも一部
或いは主たる光発電層の光入射側の一部と、光透過側に
位置するドープ層の少なくとも一部或いは主たる光発電
層の光透過側の一部とに多結晶半導体層を備え、該多結
晶半導体層中には、該層の構成物質よりも光屈折率の小
さい物質の粒がランダムに分散していることを特徴とす
る。
に半導体接合を少なくとも一つは有する光起電力素子に
於いて、光入射側に位置するドープ層の少なくとも一部
或いは主たる光発電層の光入射側の一部と、光透過側に
位置するドープ層の少なくとも一部或いは主たる光発電
層の光透過側の一部とに多結晶半導体層を備え、該多結
晶半導体層中には、該層の構成物質よりも光屈折率の小
さい物質の粒がランダムに分散していることを特徴とす
る。
【００１３】前記光屈折率の小さい物質としては、シリ
コン酸化物，シリコン窒化物，酸化鉛，酸化錫，Ｃｄ
Ｓ，ＺｎＰ、或いはこれらの混合物を用いることができ
る。
コン酸化物，シリコン窒化物，酸化鉛，酸化錫，Ｃｄ
Ｓ，ＺｎＰ、或いはこれらの混合物を用いることができ
る。
【００１４】また、前記光屈折率の小さい物質の粒の粒
径が１０ｎｍ以上、好ましくは３０ｎｍ以上であること
を特徴とする。
径が１０ｎｍ以上、好ましくは３０ｎｍ以上であること
を特徴とする。
【００１５】
【作用】本発明の光起電力素子は、光活性な半導体から
成り、内部に半導体接合を少なくとも一つは有する光起
電力素子であり、光入射側に位置するドープ層の少なく
とも一部に多結晶半導体層を備え、該多結晶半導体層中
には、該層の構成物質よりも光屈折率の小さい物質の粒
がランダムに分散している。もしくは、前記多結晶半導
体層を、主たる光発電層の光入射側の一部に備えてい
る。このために、入射光は多結晶半導体層中の光屈折率
の小さい物質の粒により散乱され、表面をテクスチャ化
した透明電極を用いなくとも太陽電池層中での光路長を
増大できる。従って、Ｆ．Ｆ．の低下を生じさせること
なく入射光の有効利用が図れる。
成り、内部に半導体接合を少なくとも一つは有する光起
電力素子であり、光入射側に位置するドープ層の少なく
とも一部に多結晶半導体層を備え、該多結晶半導体層中
には、該層の構成物質よりも光屈折率の小さい物質の粒
がランダムに分散している。もしくは、前記多結晶半導
体層を、主たる光発電層の光入射側の一部に備えてい
る。このために、入射光は多結晶半導体層中の光屈折率
の小さい物質の粒により散乱され、表面をテクスチャ化
した透明電極を用いなくとも太陽電池層中での光路長を
増大できる。従って、Ｆ．Ｆ．の低下を生じさせること
なく入射光の有効利用が図れる。
【００１６】また、本発明の光起電力素子は、上記の多
結晶半導体層を、光透過側に位置するドープ層の少なく
とも一部、或いは主たる光発電層の光透過側の一部に備
えている。このために、半導体層を通過してきた光は多
結晶半導体層中の光屈折率の小さい物質の粒により散乱
され、角度を変えて裏面電極に到達する。従って、裏面
電極での反射光の散乱成分が増加し、光路長が増大する
ため入射光の有効利用が図れる。
結晶半導体層を、光透過側に位置するドープ層の少なく
とも一部、或いは主たる光発電層の光透過側の一部に備
えている。このために、半導体層を通過してきた光は多
結晶半導体層中の光屈折率の小さい物質の粒により散乱
され、角度を変えて裏面電極に到達する。従って、裏面
電極での反射光の散乱成分が増加し、光路長が増大する
ため入射光の有効利用が図れる。
【００１７】もしくは、本発明の光起電力素子は、上記
の多結晶半導体層を、光入射側に位置するドープ層の少
なくとも一部或いは主たる光発電層の光入射側の一部
と、光透過側に位置するドープ層の少なくとも一部或い
は主たる光発電層の光透過側の一部とに備えている。こ
のために、上記の二つの効果を組み合わせた光起電力素
子を提供でき、光電変換効率の高い光起電力素子を提供
できる。
の多結晶半導体層を、光入射側に位置するドープ層の少
なくとも一部或いは主たる光発電層の光入射側の一部
と、光透過側に位置するドープ層の少なくとも一部或い
は主たる光発電層の光透過側の一部とに備えている。こ
のために、上記の二つの効果を組み合わせた光起電力素
子を提供でき、光電変換効率の高い光起電力素子を提供
できる。
【００１８】前記光屈折率の小さい物質としては、シリ
コン酸化物，シリコン窒化物，酸化鉛，酸化錫，Ｃｄ
Ｓ，ＺｎＰ、或いはこれらの混合物を用いることができ
る。
コン酸化物，シリコン窒化物，酸化鉛，酸化錫，Ｃｄ
Ｓ，ＺｎＰ、或いはこれらの混合物を用いることができ
る。
【００１９】加えて光屈折率の小さい物質の粒の粒径が
１０ｎｍ以上、さらに好ましくは３０ｎｍ以上であるの
で、入射光を効果的に散乱できる。
１０ｎｍ以上、さらに好ましくは３０ｎｍ以上であるの
で、入射光を効果的に散乱できる。
【００２０】
【実施例】図１は、本発明の光起電力素子の実施例を示
す構造図である。同図に於いて、１はガラス基板、２は
ＳｎＯ2から成る膜厚６０００Åの透明電極であり、表
面はテクスチャ化していない。３は太陽電池層であり、
ＳｉＯ2の粒を内部に含むｐ型多結晶シリコンから成る
膜厚１０００Åのｐ層３ｐ、主たる光発電層となるｉ型
非晶質シリコンから成る膜厚４０００Åのｉ層３ｉ、及
びｎ型非晶質シリコンから成る膜厚１００Åのｎ層３ｎ
から構成される。また４はＩＴＯから成る透明導電層で
あり、５はＡｇから成る裏面電極である。
す構造図である。同図に於いて、１はガラス基板、２は
ＳｎＯ2から成る膜厚６０００Åの透明電極であり、表
面はテクスチャ化していない。３は太陽電池層であり、
ＳｉＯ2の粒を内部に含むｐ型多結晶シリコンから成る
膜厚１０００Åのｐ層３ｐ、主たる光発電層となるｉ型
非晶質シリコンから成る膜厚４０００Åのｉ層３ｉ、及
びｎ型非晶質シリコンから成る膜厚１００Åのｎ層３ｎ
から構成される。また４はＩＴＯから成る透明導電層で
あり、５はＡｇから成る裏面電極である。
【００２１】透明電極２は熱ＣＶＤ法を用いて形成し、
ｉ層３ｉ及びｎ層３ｎは、プラズマＣＶＤ法を用いて形
成した。また透明導電層４及び裏面電極５はスパッタ法
で形成した。
ｉ層３ｉ及びｎ層３ｎは、プラズマＣＶＤ法を用いて形
成した。また透明導電層４及び裏面電極５はスパッタ法
で形成した。
【００２２】本実施例の光起電力素子では、光入射側の
ドープ層であるｐ層３を、ＳｉＯ2粒を内部に含むｐ型
多結晶シリコンで構成している。このｐ層３ｐは、まず
プラズマＣＶＤ法を用いて酸素を含むｐ型非晶質シリコ
ンを形成した後に、レーザアニールを施して結晶化さ
せ、形成した。ｐ型非晶質シリコンの形成条件及びレー
ザアニール条件を表１及び表２に示す。
ドープ層であるｐ層３を、ＳｉＯ2粒を内部に含むｐ型
多結晶シリコンで構成している。このｐ層３ｐは、まず
プラズマＣＶＤ法を用いて酸素を含むｐ型非晶質シリコ
ンを形成した後に、レーザアニールを施して結晶化さ
せ、形成した。ｐ型非晶質シリコンの形成条件及びレー
ザアニール条件を表１及び表２に示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【表２】
【００２５】この様に、酸素を含むｐ型非晶質シリコン
を形成した後にレーザアニールを施すと、非晶質シリコ
ンは結晶化して多結晶シリコンとなる。この時非晶質シ
リコン中に含まれていた酸素は、ＳｉＯ2もしくはこれ
に近い組成のシリコン酸化物として多結晶シリコン中に
ランダムに分散して偏析し、粒状になる。以上の工程
で、ＳｉＯ2の粒を内部に含むｐ型多結晶シリコンが形
成される。尚ＳｉＯ2の粒の粒径は、非晶質シリコンの
形成条件、或いはレーザアニールの条件を変えることで
制御できる。
を形成した後にレーザアニールを施すと、非晶質シリコ
ンは結晶化して多結晶シリコンとなる。この時非晶質シ
リコン中に含まれていた酸素は、ＳｉＯ2もしくはこれ
に近い組成のシリコン酸化物として多結晶シリコン中に
ランダムに分散して偏析し、粒状になる。以上の工程
で、ＳｉＯ2の粒を内部に含むｐ型多結晶シリコンが形
成される。尚ＳｉＯ2の粒の粒径は、非晶質シリコンの
形成条件、或いはレーザアニールの条件を変えることで
制御できる。
【００２６】本実施例に於いては、ＳｉＯ2の屈折率が
約１．５と多結晶シリコンの屈折率（約３．４）よりも
小さいために、本実施例の光起電力素子に光が入射する
と、光はｐ層３ｐを構成するｐ型多結晶シリコン中のＳ
ｉＯ2の粒により散乱され、入射角度を変えて太陽電池
層３に入射する。従って、本実施例の光起電力素子は、
表面をテクスチャ化した透明電極を用いずに、太陽電池
層３中での光の光路長を増大できる。このため表面をテ
クスチャ化した透明電極を用いたときに問題となってい
た、電界の不均一によるＦ．Ｆ．の低下を生じさせるこ
となく出力電流を増大できるので、光電変換効率を向上
できる。
約１．５と多結晶シリコンの屈折率（約３．４）よりも
小さいために、本実施例の光起電力素子に光が入射する
と、光はｐ層３ｐを構成するｐ型多結晶シリコン中のＳ
ｉＯ2の粒により散乱され、入射角度を変えて太陽電池
層３に入射する。従って、本実施例の光起電力素子は、
表面をテクスチャ化した透明電極を用いずに、太陽電池
層３中での光の光路長を増大できる。このため表面をテ
クスチャ化した透明電極を用いたときに問題となってい
た、電界の不均一によるＦ．Ｆ．の低下を生じさせるこ
となく出力電流を増大できるので、光電変換効率を向上
できる。
【００２７】表３に、ＳｉＯ2粒の粒径を変化させた本
実施例の光起電力素子の光電変換効率を示す。尚、比較
例として表面をテクスチャ化しない透明電極を用いた構
造の光起電力素子を形成したが、この光起電力素子の光
電変換効率は９．５％であった。
実施例の光起電力素子の光電変換効率を示す。尚、比較
例として表面をテクスチャ化しない透明電極を用いた構
造の光起電力素子を形成したが、この光起電力素子の光
電変換効率は９．５％であった。
【００２８】
【表３】
【００２９】表３からわかるように、本実施例の光起電
力素子の光電変換効率は、ＳｉＯ2粒の粒径が５ｎｍの
場合には光の散乱が充分ではなく、９．５％と比較例の
光起電力素子と同じであった。しかし、粒径が大きくな
るに連れ光電変換効率は向上し、粒径が１０ｎｍになる
と１０．５％と、図８に示した従来構造の光起電力素子
と同程度の光電変換効率が得られ、特に３０ｎｍ以上で
はほぼ１１％の高い光電変換効率が得られた。
力素子の光電変換効率は、ＳｉＯ2粒の粒径が５ｎｍの
場合には光の散乱が充分ではなく、９．５％と比較例の
光起電力素子と同じであった。しかし、粒径が大きくな
るに連れ光電変換効率は向上し、粒径が１０ｎｍになる
と１０．５％と、図８に示した従来構造の光起電力素子
と同程度の光電変換効率が得られ、特に３０ｎｍ以上で
はほぼ１１％の高い光電変換効率が得られた。
【００３０】さらに、本実施例に於いて、透明電極２を
表面のテクスチャ化の度合いが小さいＳｎＯ2で構成す
ると、Ｆ．Ｆ．の低下も少なくまた入射光の散乱の効果
を一層高めることができるので、光電変換効率のより一
層の向上が図れる。
表面のテクスチャ化の度合いが小さいＳｎＯ2で構成す
ると、Ｆ．Ｆ．の低下も少なくまた入射光の散乱の効果
を一層高めることができるので、光電変換効率のより一
層の向上が図れる。
【００３１】尚、本実施例では光入射側のドープ層であ
るｐ層３ｐの全体をＳｉＯ2の粒を内部に含むｐ型多結
晶シリコンで構成したが、上記の説明から明らかなよう
に、ｐ層の一部をＳｉＯ2の粒を内部に含むｐ型多結晶
シリコンで構成しても良い。或いは主たる光発電層であ
るｉ層の光入射側の一部に、ＳｉＯ2の粒を内部に含む
ｉ型多結晶シリコン層を設けても同じ効果が得られる。
図２及び図３はこの例を示し、図２はＳｉＯ2の粒を内
部に含むｐ型多結晶シリコン層３１ｐをｐ層３ｐの一部
に設けた光起電力素子の構造図、また図３はＳｉＯ2の
粒を内部に含むｉ型多結晶シリコン層３１ｉをｉ層３ｉ
の光入射側の一部に設けた光起電力素子の構造図であ
る。尚、図２に於いて３２ｐはｐ型の非晶質シリコン層
であり、図３に於いて、３２ｉ及び３３ｉはｉ型の非晶
質シリコン層である。図３（ｂ）に示すように、ｉ層３
ｉの光入射側の一部にＳｉＯ2の粒を内部に含むｉ型多
結晶シリコン層を設ける場合、該層をｐ層３ｐと接して
設ける必要はない。
るｐ層３ｐの全体をＳｉＯ2の粒を内部に含むｐ型多結
晶シリコンで構成したが、上記の説明から明らかなよう
に、ｐ層の一部をＳｉＯ2の粒を内部に含むｐ型多結晶
シリコンで構成しても良い。或いは主たる光発電層であ
るｉ層の光入射側の一部に、ＳｉＯ2の粒を内部に含む
ｉ型多結晶シリコン層を設けても同じ効果が得られる。
図２及び図３はこの例を示し、図２はＳｉＯ2の粒を内
部に含むｐ型多結晶シリコン層３１ｐをｐ層３ｐの一部
に設けた光起電力素子の構造図、また図３はＳｉＯ2の
粒を内部に含むｉ型多結晶シリコン層３１ｉをｉ層３ｉ
の光入射側の一部に設けた光起電力素子の構造図であ
る。尚、図２に於いて３２ｐはｐ型の非晶質シリコン層
であり、図３に於いて、３２ｉ及び３３ｉはｉ型の非晶
質シリコン層である。図３（ｂ）に示すように、ｉ層３
ｉの光入射側の一部にＳｉＯ2の粒を内部に含むｉ型多
結晶シリコン層を設ける場合、該層をｐ層３ｐと接して
設ける必要はない。
【００３２】図４は、本発明の光起電力素子の他の実施
例を示す構造図である。同図に於いて、１はガラス基
板、２は膜厚６０００Åの、表面がテクスチャ化された
ＳｎＯ 2から成る透明電極である。３は太陽電池層であ
り、ｐ型非晶質シリコンカーバイドから成る膜厚１００
Åのｐ層３ｐ、主たる光発電層であるｉ型非晶質シリコ
ンから成る膜厚３０００Åのｉ層３ｉ、及び光透過側の
ドープ層である、ＳｉＯ 2の粒を内部に含むｎ型多結晶
シリコンから成る膜厚１０００Åのｎ層３ｎから構成さ
れる。４はＩＴＯから成る透明導電層であり、５はＡｇ
から成る裏面電極である。
例を示す構造図である。同図に於いて、１はガラス基
板、２は膜厚６０００Åの、表面がテクスチャ化された
ＳｎＯ 2から成る透明電極である。３は太陽電池層であ
り、ｐ型非晶質シリコンカーバイドから成る膜厚１００
Åのｐ層３ｐ、主たる光発電層であるｉ型非晶質シリコ
ンから成る膜厚３０００Åのｉ層３ｉ、及び光透過側の
ドープ層である、ＳｉＯ 2の粒を内部に含むｎ型多結晶
シリコンから成る膜厚１０００Åのｎ層３ｎから構成さ
れる。４はＩＴＯから成る透明導電層であり、５はＡｇ
から成る裏面電極である。
【００３３】これらの形成法は前述の実施例と同じであ
る。ＳｉＯ2の粒を内部に含むｎ型多結晶シリコンから
成るｎ層３ｎは、プラズマＣＶＤ法を用いて酸素を含む
ｎ型非晶質シリコンを形成した後に、レーザアニールを
施すことで結晶化させて形成した。
る。ＳｉＯ2の粒を内部に含むｎ型多結晶シリコンから
成るｎ層３ｎは、プラズマＣＶＤ法を用いて酸素を含む
ｎ型非晶質シリコンを形成した後に、レーザアニールを
施すことで結晶化させて形成した。
【００３４】本実施例の光起電力素子に光が入射する
と、ｉ層３に吸収されず、該層を透過した光はｎ層３ｎ
を構成するｎ型多結晶シリコン中のＳｉＯ2粒により散
乱される。散乱された光は角度を変えて裏面電極５に到
達するために、裏面電極５で反射されて再度太陽電池層
３に入射する光も散乱成分が多くなる。このために太陽
電池層３内での光の光路長が増大し光の有効利用が図
れ、出力電流が増大することにより、光電変換効率が向
上する。
と、ｉ層３に吸収されず、該層を透過した光はｎ層３ｎ
を構成するｎ型多結晶シリコン中のＳｉＯ2粒により散
乱される。散乱された光は角度を変えて裏面電極５に到
達するために、裏面電極５で反射されて再度太陽電池層
３に入射する光も散乱成分が多くなる。このために太陽
電池層３内での光の光路長が増大し光の有効利用が図
れ、出力電流が増大することにより、光電変換効率が向
上する。
【００３５】表４に、ＳｉＯ2粒の粒径を変化させて形
成した本実施例の光起電力素子の光電変換効率を示す。
尚、図８に示した従来構造の光起電力素子の光電変換効
率は１０．５％であった。
成した本実施例の光起電力素子の光電変換効率を示す。
尚、図８に示した従来構造の光起電力素子の光電変換効
率は１０．５％であった。
【００３６】
【表４】
【００３７】表４からわかるように、本実施例の光起電
力素子の光電変換効率は、ＳｉＯ2粒の粒径が５ｎｍの
場合には光の散乱が充分ではなく、１０．５％と従来構
造の光起電力素子と同じであった。しかし、粒径が大き
くなるに連れ光電変換効率は向上し、粒径が１０ｎｍで
は１０．６％と従来よりも高い光電変換効率が得られ、
特に３０ｎｍ以上では１１％以上の高い光電変換効率が
得られた。
力素子の光電変換効率は、ＳｉＯ2粒の粒径が５ｎｍの
場合には光の散乱が充分ではなく、１０．５％と従来構
造の光起電力素子と同じであった。しかし、粒径が大き
くなるに連れ光電変換効率は向上し、粒径が１０ｎｍで
は１０．６％と従来よりも高い光電変換効率が得られ、
特に３０ｎｍ以上では１１％以上の高い光電変換効率が
得られた。
【００３８】また、本実施例では光透過側のドープ層で
あるｎ層３ｎの全体を、ＳｉＯ2の粒を内部に含むｎ型
多結晶シリコンで構成したが、前述の実施例と同様に、
ｎ層の一部をＳｉＯ2の粒を内部に含むｎ型多結晶シリ
コンで構成しても良いし、ｉ層の光透過側の一部にＳｉ
Ｏ2の粒を内部に含むｉ型多結晶シリコン層を設けても
同じ効果が得られる。図５にこれらの一例を示す。同図
は、ｎ層３ｎの光透過側の一部にＳｉＯ2の粒を内部に
含むｎ型多結晶シリコン層３２ｎを設けた光起電力素子
の構造図である。
あるｎ層３ｎの全体を、ＳｉＯ2の粒を内部に含むｎ型
多結晶シリコンで構成したが、前述の実施例と同様に、
ｎ層の一部をＳｉＯ2の粒を内部に含むｎ型多結晶シリ
コンで構成しても良いし、ｉ層の光透過側の一部にＳｉ
Ｏ2の粒を内部に含むｉ型多結晶シリコン層を設けても
同じ効果が得られる。図５にこれらの一例を示す。同図
は、ｎ層３ｎの光透過側の一部にＳｉＯ2の粒を内部に
含むｎ型多結晶シリコン層３２ｎを設けた光起電力素子
の構造図である。
【００３９】図６は、本発明の光起電力素子のさらに別
の構造図である。同図（ａ）ではｐ層３ｐ及びｎ層３ｎ
を、それぞれがＳｉＯ2の粒を内部に含むｐ型多結晶シ
リコン及びｎ型多結晶シリコンで構成している。また、
同図（ｂ）は、ｐ層３ｐ及びｉ層の光透過側の一部３１
ｉを、それぞれがＳｉＯ2の粒を内部に含むｐ型多結晶
シリコン及びｉ型多結晶シリコンで構成した光起電力素
子の構造図である。これらの構造にすることで、光入射
側及び裏面側での光の散乱効果を同時に達成することが
できるので、入射光のより一層の有効利用が図れる。
尚、図６（ｂ）の構造の代わりに、ｉ層の光入射側の一
部及びｎ層を、それぞれがＳｉＯ2の粒を内部に含むｉ
型多結晶シリコン及びｎ型多結晶シリコンで構成しても
同様の効果が得られることは言うまでもない。
の構造図である。同図（ａ）ではｐ層３ｐ及びｎ層３ｎ
を、それぞれがＳｉＯ2の粒を内部に含むｐ型多結晶シ
リコン及びｎ型多結晶シリコンで構成している。また、
同図（ｂ）は、ｐ層３ｐ及びｉ層の光透過側の一部３１
ｉを、それぞれがＳｉＯ2の粒を内部に含むｐ型多結晶
シリコン及びｉ型多結晶シリコンで構成した光起電力素
子の構造図である。これらの構造にすることで、光入射
側及び裏面側での光の散乱効果を同時に達成することが
できるので、入射光のより一層の有効利用が図れる。
尚、図６（ｂ）の構造の代わりに、ｉ層の光入射側の一
部及びｎ層を、それぞれがＳｉＯ2の粒を内部に含むｉ
型多結晶シリコン及びｎ型多結晶シリコンで構成しても
同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４０】以上の実施例では主たる光発電層の材料と
して非晶質シリコンを用いたが、これに限るものでな
く、例えばａ−ＳｉＧｅ：Ｈ、結晶シリコン、多結晶シ
リコン等を主たる光発電層とした光起電力素子にも適用
できる。
して非晶質シリコンを用いたが、これに限るものでな
く、例えばａ−ＳｉＧｅ：Ｈ、結晶シリコン、多結晶シ
リコン等を主たる光発電層とした光起電力素子にも適用
できる。
【００４１】図７は、主たる光発電層として多結晶シリ
コンを用いた光起電力素子の構造図である。同図に於い
て、７はステンレス基板、８は主たる発電層となる膜厚
２μｍのＳｉＯ2粒を内部に含むｎ型多結晶シリコン層
である。９は膜厚５０Åのｉ型非晶質シリコンから成る
バッファ層、１０は膜厚２００Åのｐ型非晶質シリコン
から成るｐ層、１０は膜厚１０００ÅのＩＴＯから成る
透明電極、１１はＡｇから成る集電極である。
コンを用いた光起電力素子の構造図である。同図に於い
て、７はステンレス基板、８は主たる発電層となる膜厚
２μｍのＳｉＯ2粒を内部に含むｎ型多結晶シリコン層
である。９は膜厚５０Åのｉ型非晶質シリコンから成る
バッファ層、１０は膜厚２００Åのｐ型非晶質シリコン
から成るｐ層、１０は膜厚１０００ÅのＩＴＯから成る
透明電極、１１はＡｇから成る集電極である。
【００４２】ＳｉＯ2を内部に含む多結晶シリコン層８
は、プラズマＣＶＤ法を用いて表１と同じ条件で酸素を
含むｎ型非晶質シリコンを形成した後に、真空中で１０
時間８００℃の温度で熱アニールを施すことにより固相
成長させて形成した。固相成長の場合も、前述したレー
ザアニールの場合と同様に、非晶質シリコンは多結晶シ
リコンとなるが、その際に非晶質シリコン中に含まれる
酸素はＳｉＯ2或いはこれに近い組成で多結晶シリコン
中にランダムに分散して偏析し、粒状となる。
は、プラズマＣＶＤ法を用いて表１と同じ条件で酸素を
含むｎ型非晶質シリコンを形成した後に、真空中で１０
時間８００℃の温度で熱アニールを施すことにより固相
成長させて形成した。固相成長の場合も、前述したレー
ザアニールの場合と同様に、非晶質シリコンは多結晶シ
リコンとなるが、その際に非晶質シリコン中に含まれる
酸素はＳｉＯ2或いはこれに近い組成で多結晶シリコン
中にランダムに分散して偏析し、粒状となる。
【００４３】本実施例の場合にも、入射光はｎ型多結晶
シリコン８中のＳｉＯ2粒により散乱され、光の光路長
が増大することにより出力電流が向上する。
シリコン８中のＳｉＯ2粒により散乱され、光の光路長
が増大することにより出力電流が向上する。
【００４４】尚、光屈折率の小さい物質としては以上の
実施例で述べてきたＳｉＯ2以外に、シリコン窒化物、
酸化鉛、酸化錫、ＣｄＳ、ＺｎＰ或いはこれらの混合物
を用いることができる。
実施例で述べてきたＳｉＯ2以外に、シリコン窒化物、
酸化鉛、酸化錫、ＣｄＳ、ＺｎＰ或いはこれらの混合物
を用いることができる。
【００４５】
【発明の効果】本発明の光起電力素子は、光屈折率の小
さい物質の粒がランダムに分散した多結晶半導体層を、
光起電力素子層の一部に備えている。入射光は多結晶半
導体層中の光屈折率の小さい物質の粒により散乱され
る。このため、該層を設けた位置に応じて、光起電力素
子層中での光路長が増大する、或いは裏面での反射光の
散乱成分が増える、もしくはこの両方の効果が発生し、
入射光の有効利用が図れる。
さい物質の粒がランダムに分散した多結晶半導体層を、
光起電力素子層の一部に備えている。入射光は多結晶半
導体層中の光屈折率の小さい物質の粒により散乱され
る。このため、該層を設けた位置に応じて、光起電力素
子層中での光路長が増大する、或いは裏面での反射光の
散乱成分が増える、もしくはこの両方の効果が発生し、
入射光の有効利用が図れる。
【００４６】前記光屈折率の小さい物質としてはシリコ
ン酸化物，シリコン窒化物，酸化鉛，酸化錫，ＣｄＳ，
ＺｎＰ、或いはこれらの組み合わせを用いていることが
できる。
ン酸化物，シリコン窒化物，酸化鉛，酸化錫，ＣｄＳ，
ＺｎＰ、或いはこれらの組み合わせを用いていることが
できる。
【００４７】また、光屈折率の小さい物質の粒の粒径を
１０ｎｍ以上、好ましくは３０ｎｍ以上としているの
で、入射光を効果的に散乱できる。
１０ｎｍ以上、好ましくは３０ｎｍ以上としているの
で、入射光を効果的に散乱できる。
【図１】 本発明の光起電力素子の実施例を説明する構
造図である。
造図である。
【図２】 ＳｉＯ2の粒を内部に含むｐ型多結晶シリコ
ン層をｐ層の一部に設けた光起電力素子の構造図であ
る。
ン層をｐ層の一部に設けた光起電力素子の構造図であ
る。
【図３】 ＳｉＯ2の粒を内部に含むｉ型多結晶シリコ
ン層をｉ層の光入射側の一部に設けた光起電力素子の構
造図である。
ン層をｉ層の光入射側の一部に設けた光起電力素子の構
造図である。
【図４】 ＳｉＯ2の粒を内部に含むｎ型多結晶シリコ
ン層をｎ層に設けた光起電力素子の構造図である。
ン層をｎ層に設けた光起電力素子の構造図である。
【図５】 ＳｉＯ2の粒を内部に含むｎ型多結晶シリコ
ン層をｎ層の一部に設けた光起電力素子の構造図であ
る。
ン層をｎ層の一部に設けた光起電力素子の構造図であ
る。
【図６】 それぞれがＳｉＯ2の粒を内部に含む多結晶
シリコン層を、ｐ層及びｎ層、或いはｐ層及びｉ層の光
透過側の一部に設けた光起電力素子の構造図である。
シリコン層を、ｐ層及びｎ層、或いはｐ層及びｉ層の光
透過側の一部に設けた光起電力素子の構造図である。
【図７】 主たる光発電層として多結晶シリコンを用い
た本発明の光起電力素子の実施例を示す構造図である。
た本発明の光起電力素子の実施例を示す構造図である。
【図８】 従来の光起電力素子の構造図である。
１‥ガラス基板、２‥透明電極、３‥太陽電池層、３ｐ
‥ｐ層、３ｉ‥ｉ層、３ｎ‥ｎ層、４‥透明導電層、５
‥裏面電極、６‥入射光、７‥ステンレス基板 ８‥ＳｉＯ2を内部に含む多結晶シリコン層、９‥バッ
ファ層、１０‥透明電極 １１‥集電極、３１ｐ‥ＳｉＯ2の粒を内部に含むｐ型
多結晶シリコン層、３１ｉ‥ＳｉＯ2の粒を内部に含む
ｉ型多結晶シリコン層、３２ｎ‥ＳｉＯ2の粒を内部に
含むｎ型多結晶シリコン層
‥ｐ層、３ｉ‥ｉ層、３ｎ‥ｎ層、４‥透明導電層、５
‥裏面電極、６‥入射光、７‥ステンレス基板 ８‥ＳｉＯ2を内部に含む多結晶シリコン層、９‥バッ
ファ層、１０‥透明電極 １１‥集電極、３１ｐ‥ＳｉＯ2の粒を内部に含むｐ型
多結晶シリコン層、３１ｉ‥ＳｉＯ2の粒を内部に含む
ｉ型多結晶シリコン層、３２ｎ‥ＳｉＯ2の粒を内部に
含むｎ型多結晶シリコン層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−77973（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−106472（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−104466（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−218977（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 31/04 - 31/078
Claims (4)
- 【請求項１】 光活性な半導体から成り、内部に半導体
接合を少なくとも一つは有する光起電力素子に於いて、
光入射側に位置するドープ層の少なくとも一部或いは主
たる光発電層の光入射側の一部に多結晶半導体層を備
え、該多結晶半導体層中には、該層の構成物質よりも光
屈折率の小さい物質の粒がランダムに分散していること
を特徴とする光起電力素子。 - 【請求項２】 光活性な半導体から成り、内部に半導体
接合を少なくとも一つは有する光起電力素子に於いて、
光透過側に位置するドープ層の少なくとも一部或いは主
たる光発電層の光透過側の一部に多結晶半導体層を備
え、該多結晶半導体層中には、該層の構成物質よりも光
屈折率の小さい物質の粒がランダムに分散していること
を特徴とする光起電力素子。 - 【請求項３】 光活性な半導体から成り、内部に半導体
接合を少なくとも一つは有する光起電力素子に於いて、
光入射側に位置するドープ層の少なくとも一部或いは主
たる光発電層の光入射側の一部と、光透過側に位置する
ドープ層の少なくとも一部或いは主たる光発電層の光透
過側の一部とに多結晶半導体層を備え、該多結晶半導体
層中には、該層の構成物質よりも光屈折率の小さい物質
の粒がランダムに分散していることを特徴とする光起電
力素子。 - 【請求項４】 前記光屈折率の小さい物質の粒の粒径が
１０ｎｍ以上であることを特徴とする、請求項１、２及
び３記載の光起電力素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02033795A JP3311534B2 (ja) | 1995-02-08 | 1995-02-08 | 光起電力素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02033795A JP3311534B2 (ja) | 1995-02-08 | 1995-02-08 | 光起電力素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08213644A JPH08213644A (ja) | 1996-08-20 |
| JP3311534B2 true JP3311534B2 (ja) | 2002-08-05 |
Family
ID=12024333
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02033795A Expired - Fee Related JP3311534B2 (ja) | 1995-02-08 | 1995-02-08 | 光起電力素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3311534B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6649824B1 (en) * | 1999-09-22 | 2003-11-18 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion device and method of production thereof |
| JP5334164B2 (ja) * | 2008-09-17 | 2013-11-06 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | シリコン系太陽電池 |
| CA2759708C (en) * | 2009-04-21 | 2019-06-18 | Tetrasun, Inc. | High-efficiency solar cell structures and methods of manufacture |
| KR101144886B1 (ko) * | 2009-08-14 | 2012-05-14 | 연세대학교 산학협력단 | 비금속 나노입자를 포함하는 유기태양전지 및 그 제조 방법 |
| JP4940327B2 (ja) * | 2010-04-28 | 2012-05-30 | 三洋電機株式会社 | 光電変換装置 |
| JP2012060167A (ja) * | 2011-12-16 | 2012-03-22 | Sanyo Electric Co Ltd | 光電変換装置 |
| CN110429152B (zh) * | 2019-07-23 | 2021-02-19 | 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司 | 一种基于衍射光学元件的光伏模块及其制作方法 |
-
1995
- 1995-02-08 JP JP02033795A patent/JP3311534B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08213644A (ja) | 1996-08-20 |
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