JP4129355B2 - 光電変換装置 - Google Patents
光電変換装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4129355B2 JP4129355B2 JP2001388423A JP2001388423A JP4129355B2 JP 4129355 B2 JP4129355 B2 JP 4129355B2 JP 2001388423 A JP2001388423 A JP 2001388423A JP 2001388423 A JP2001388423 A JP 2001388423A JP 4129355 B2 JP4129355 B2 JP 4129355B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor particles
- photoelectric conversion
- conversion device
- semiconductor
- lower electrode
- 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 - Fee Related
Links
Images
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
【発明の属する技術分野】
本発明は光電変換装置に関し、特に多数の半導体粒子を用いた光電変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来、光電変換装置としては板状の半導体基板を用いた光電変換装置が知られており、広く使用されている。この従来の光電変換装置は、変換素子の全面で太陽光を受光できるため高い変換効率を有しているが、半導体の使用量が多く、低コスト化が困難であるという問題を有していた。
【0003】
また、半導体材料の使用量を減らし、より低コストな光電変換装置として、一導電型を呈する多数の半導体粒子を基板上に搭載したボールソーラが考案されている。
【0004】
従来のボールソーラの構造を図3に示す。図3に示すように、下部電極1上に複数個の一導電型を呈する半導体粒子5を設置し、その上部に逆導電型の半導体部3と保護層4を積層することによって形成されている。この構造においては、一導電型を呈する多数の半導体粒子5を使用するため、半導体の使用量が少なく、低コスト化が可能である。
【0005】
しかしながら、一導電型を呈する多数の半導体粒子5間に入った光を電気に変換できず、充分な変換効率が得られないという致命的な欠点があった。また、半導体粒子5が球状をなしているため、半導体粒子5の頂上付近に入射した太陽光は、上部空間に反射してしまうため、十分な変換効率が得られないという欠点もあった。
【0006】
前者の問題を解決するために、特願2001−5428号に示すような構造が提案されている。この構造を図4に示す。図4に示すように、下部電極1上に一導電型を呈する半導体粒子5を複数配設し、その上部に逆導電型の半導体部3と保護層4を積層したものであり、隣接する半導体粒子5間に光反射材よりなる突起8を形成し、隣接する半導体粒子5間に入った光を反射させて、隣接する半導体粒子5で吸収させるというものである。
【0007】
しかしながら、図4に示す特願2001−5428号の光電変換装置では、隣接する一導電型を呈する半導体粒子5間に設けられた光反射材よりなる突起8に入射した光の一部は反射して半導体粒子5で吸収されるが、多くは半導体粒子5以外の方向へ反射するため、充分な変換効率が得られないという問題があった。また、突起8として光反射材を用いても、発電に寄与する波長400nm〜1200nmの光線のうち一部は吸収してしまうため、十分な変換効率が得られないという問題があった。さらには、図4に示す光電変換装置では、半導体粒子5の頂上付近に入射した太陽光が上部空間に反射する問題については全く改善されない。
【0008】
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、少量の半導体原料で高い変換効率を有する光電変換装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に係る光電変換装置によれば、下部電極上に一導電型を呈する多数の半導体粒子を配設し、この半導体粒子間に絶縁物質を充填して、この半導体粒子の上部に逆導電型の半導体層を設けた光電変換装置において、前記下部電極に多数の凹凸部を設け、この凸部上および凹部上に前記半導体粒子を配設することを特徴とする。
【0010】
本発明の光電変換装置によれば、上記の構成により、凹部に配設した半導体粒子の頂上付近に入射した太陽光が反射した後、その大部分が凸部に配設した半導体粒子に入射するため、光電変換装置の変換効率を大幅に向上させることが可能となる。
【0011】
また、上記光電変換装置によれば、前記凹部に配置する前記半導体粒子と、それに隣接する前記凸部に配置する前記半導体粒子とが、未接触のまま平面視で重畳しているのが好ましい。
【0012】
この構成により、平面視して半導体粒子を重畳するように配設することが可能となる。この結果、従来の光電変換装置で問題であった、太陽光が半導体粒子の間隙に入射することにより、変換効率が不十分になる問題を大幅に改善することが可能となる。また、上記光電変換装置によれば、上記半導体粒子の直径d1と上記凹凸部の高低差hが、h≦3d1であることが好ましい。
【0013】
この構成により、凹部に配設した半導体粒子の頂上付近に入射した太陽光を凸部に設置した半導体粒子に効果的に導き、かつ前記凸部の側面が露出する面積を最小限に抑えることが可能となり、従来の光電変換装置よりも変換効率が大幅に向上することが可能となる。すなわち、凸部の側面が露出すると、凹部の半導体粒子に突入した太陽光が反射した後、凸部の半導体粒子に当る確率が減り、逆に電極の側面に当る確率が増える。電極に当った光エネルギーの1部は吸収されてしまうため、変換効率を落とす原因になる。
【0014】
また、上記光電変換装置によれば、上記下部電極が光反射材で構成されているのが好ましい。
【0015】
この構成により、太陽光が下部電極に入射した場合にも、電極に吸収されるエネルギーを最小限に抑え、反射した光線の大部分が前記半導体粒子に導かれて発電に寄与することができ、その結果として変換効率の向上が可能となる。
【0016】
また、上記光電変換装置によれば、上記下部電極がアルミニウム、銅、ニッケル、鉄およびその合金、および窒化チタンのうちのいずれか一種以上からなることが好ましい。
【0017】
上記の構成により、光線反射率の高い下部電極を安価に製造できる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光電変換装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は本発明の一実施例を示す断面図である。図1に示すように、本発明の光電変換装置は、下部電極1上に多数の凹凸部を設け、一導電型を呈する半導体粒子5を凸部6上および凹部7上に配設し、その上部に逆導電型の半導体部3と保護層4を積層することにより形成されている。
【0019】
下部電極1は導電性をもつものであればよく、基板を兼ねてもよい。基板としてセラミックや樹脂などの絶縁物質を用いる場合は、その表面に導電層を形成して下部電極1としてもよい。
【0020】
凹部7上に配置する前記半導体粒子の半径をd1、凸部6上に配置する前記半導体粒子の直径をd2としたとき、この凸部6間の間隔iが、i<d1+d2であるのが好ましい。この構成により、半導体粒子5を未接触のまま、図2のように、半導体粒子5を重畳するように配設することが可能となる。この結果、従来の光電変換装置で問題であった、太陽光が半導体粒子5の間隙に入射することにより変換効率が低下する問題を大幅に改善することが可能となる。
【0021】
また、凸部6と凹部7の高低差hはある程度の大きさが必要である。hが大きい程、凹凸部を設けない場合に比較して、凹部7に配設した半導体粒子に到達した太陽光が反射した後、上部空間に放出せず隣接する半導体粒子に到達する割合が増えるためである。しかし、高低差hは大き過ぎても好ましくない。高低差hが大き過ぎると、凹部7の半導体粒子に突入した太陽光が反射した後、凸部6の半導体粒子に当る確率が減り、逆に電極の側面に当る確率が増える。このため、光エネルギーの1部は電極で吸収されてしまうため変換効率を落とす原因になる。発明者等の検討により、凸部6と凹部7の高低差hは、凹部7に配設する半導体粒子5が有する直径dとすると、h≦3dを満足することが好ましいことが分かった。
【0022】
一導電型を呈する半導体粒子5は、Si、Ge等にp型を呈するB、Al、Ga等、又はn型を呈するP、As、Sb等が微量元素含まれているものである。また、半導体粒子5の粒径は100μm以上かつ400μm以下が好ましい。100μm以下では太陽光を十分に吸収できず、変換効率が低下するため、好ましくなく、400μm以上では半導体粒子5の中心部で発生したキャリアが接合部まで移動する際に再結合しやすくなって変換効率が低下し、また半導体原料の使用量が増えて高コストとなるために好ましくない。
【0023】
前記半導体粒子5は、気相成長法、アトマイズ法、直流プラズマ法等で形成可能であるが、コスト低減には非接触環境下に融液を落下させる融液落下法が好ましい。
【0024】
絶縁物質2は正極と負極の分離を行うための絶縁材料からなり、透光性を有する材料からなる。特に発電に寄与する波長400nm〜1200nmの光線透過率が50%以上である材料が好ましい。例えばSiO2、Al2O3、PbO、B2O3、ZnO等を任意な成分とするガラススラリーを用いた絶縁物質、ポリカーボネート等の樹脂絶縁物質等がある。
【0025】
一導電型を呈する半導体粒子5の配列方法の一例を次に示す。箱型の冶具に半導体粒子5の粒径dより小さな穴を設計した配列に形成し、箱形の冶具内部をポンプにより減圧し、粒径より小さな穴に半導体粒子5を吸着させる。下部電極1上へ前記冶具を搬送した後、冶具内部の圧力を上げて第1半導体粒子5を基板1上へ並べる。この際、箱型冶具に形成した穴の配列を下部電極上の凸部6および凹部7に一致させて設計することで容易に第1半導体粒子5を適切な配列に並べることができる。
【0026】
逆導電型の半導体層3は、VHF−CVD法、プラズマCVD法、触媒CVD法等で、半導体粒子5と逆の導電型をもたせる。
【0027】
また、逆導電型の半導体層3上に保護層4を設けてもよい。保護層4は透明誘電体の特性を持つものがよく、CVD法やPVD法等によって例えば酸化珪素、酸化セシウム、酸化アルミニウム、窒化珪素、酸化チタン、SiO2−TiO2、酸化タンタル、酸化イットリウム等を単一組成又は複数組成で単層又は組み合わせて第2導電形半導体3上に形成する。この保護層4を適当な膜厚に合わせることにより反射防止効果を持たせると更に好適である。
【0028】
また、抵抗を下げるために適宜フィンガー、バスバー等の補助電極をスクリーン印刷法や蒸着法により任意のパターンで形成してもよい。また、補助電極を凸状に形成して補助電極に入射した光を第1半導体粒子5へ導く構造とすると更に好適である。
【0029】
【実施例】
次に、本発明の光電変換装置の実施例を説明する。まず、幅50μm、高さ100μm、ピッチ320μmの凸部6を型加工により形成したセラミック基板を用意し、前記セラミック基板上にアルミニウムからなる導電層を形成した。この導電層上に絶縁物質を形成した。絶縁物質はガラスペーストを用いて上記導電層上に110μmの厚みに形成した。ガラスペーストに用いたガラスは酸化燐系の軟化温度480℃のものを使用した。次に、粒径200μmのp型シリコン粒子を凹部の中央に沿ってピッチ320μmで配設し、粒径300μmのp型シリコン粒子を凹部に設けたp型シリコン粒子と千鳥配置になるように凸部中央に配設し、それぞれのp型シリコン粒子を導電層に接触するまで押し込んだ。
【0030】
次に、ガラスペーストを加熱して焼成し、上記シリコン粒子と上記絶縁物質上にn型シリコン層を上部電極層も兼ねて400nm形成した。更に、保護層として窒化珪素を80nm形成した。
【0031】
このようにして形成された光電変換装置を用いて変換効率を測定したところ10.5%の性能を得た。
【0032】
【比較例】
表面が平坦なセラミック基板を用意し、このセラミック基板上にアルミニウムからなる導電層を形成した。さらに導電層に絶縁物質を形成した。絶縁物質はガラスペーストを用いて前記導電層上に110μmの厚みに形成した。ガラスペーストに用いたガラスは酸化燐系の軟化温度480℃のものを使用した。次に、粒径300μmのp型シリコン粒子を320μmのピッチで碁盤状に配置し、それぞれのp型シリコン粒子を導電層に接触するまで押し込んだ。
【0033】
その後ガラスペーストを焼成し、n型シリコン層を形成し、保護層を形成した。ガラスペースト、n型シリコン層および保護層の形成方法と材料は実施例1と同じである。
【0034】
このようにして形成された光電変換装置を用いて変換効率を測定したところ8.5%の性能であった。
【0035】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る光電変換装置によれば、下部電極上に一導電型を呈する多数の半導体粒子を配設し、この半導体粒子間に絶縁物質を充填して、この半導体粒子上部に逆導電型の半導体層を設けた光電変換装置において、上記下部電極に多数の凹凸部を設け、この凸部上および凹部上に上記半導体粒子を配設することにより、太陽光を効率よく半導体粒子に取り込むことが可能となり、高い変換効率が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光電変換装置の構造を示す断面図である。
【図2】本発明の光電変換装置の配置例を示す正面図である。
【図3】従来のボールソーラーの構造を示す断面図である。
【図4】突起状曲光体を設けた従来のボールソーラーの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
1・・・下部電極
2・・・絶縁物質
3・・・逆導電型の半導体
4・・・保護層
5・・・一導電型を呈する半導体粒子
6・・・凸部
7・・・凹部
8・・・突起状曲光体
Claims (4)
- 下部電極上に一導電型を呈する多数の半導体粒子を配設し、この半導体粒子間に絶縁物質を充填して、この半導体粒子の上部に逆導電型の半導体層を設けた光電変換装置において、前記下部電極に多数の凹凸部を設け、この凸部上および凹部上に前記半導体粒子を配設することを特徴とする光電変換装置。
- 前記凹部に配置する前記半導体粒子と、それに隣接する前記凸部に配置する前記半導体粒子とが、未接触のまま平面視で重畳していることを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。
- 前記下部電極が光反射材で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。
- 前記下部電極がアルミニウム、銅、ニッケル、鉄およびその合金、および窒化チタンのうちのいずれか一種以上からなることを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001388423A JP4129355B2 (ja) | 2001-12-20 | 2001-12-20 | 光電変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001388423A JP4129355B2 (ja) | 2001-12-20 | 2001-12-20 | 光電変換装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003188395A JP2003188395A (ja) | 2003-07-04 |
JP4129355B2 true JP4129355B2 (ja) | 2008-08-06 |
Family
ID=27596944
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001388423A Expired - Fee Related JP4129355B2 (ja) | 2001-12-20 | 2001-12-20 | 光電変換装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4129355B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6356476B2 (ja) * | 2014-04-28 | 2018-07-11 | 新光電気工業株式会社 | 太陽電池搭載用基板及び太陽電池モジュール |
-
2001
- 2001-12-20 JP JP2001388423A patent/JP4129355B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2003188395A (ja) | 2003-07-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6524150B2 (ja) | タンデム太陽電池、これを含むタンデム太陽電池モジュール及びこの製造方法 | |
CN102044579B (zh) | 太阳能电池 | |
US8981208B2 (en) | Solar cell | |
JP5901656B2 (ja) | 太陽電池およびその製造方法{solarcellandmanufacturingmethodofthesame} | |
US6563041B2 (en) | Photoelectric conversion device | |
US10121915B2 (en) | Solar cell and manufacturing method thereof | |
US9000291B2 (en) | Solar cell and method for manufacturing the same | |
WO2016001828A1 (en) | Solar cell | |
CN102376795A (zh) | 太阳能电池模块 | |
US20120037219A1 (en) | Solar cell | |
US9935212B2 (en) | Solar cell and method for manufacturing the same | |
JP3198443U (ja) | 太陽電池モジュール | |
US20130186461A1 (en) | Solar cell and method of manufacturing the same | |
KR101135585B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
JP4129355B2 (ja) | 光電変換装置 | |
US8841546B2 (en) | Paste and solar cell using the same | |
EP2736082A2 (en) | Photoelectric module | |
JP3198451U (ja) | 4本バスバー太陽電池 | |
JP4570255B2 (ja) | 光電変換装置 | |
TW201442260A (zh) | 太陽能電池及其製造方法 | |
JP2014504038A (ja) | 太陽電池及びその製造方法 | |
JP5947315B2 (ja) | 太陽電池 | |
KR101251870B1 (ko) | 태양전지 및 이의 제조방법 | |
KR20110007499A (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
JP2002299656A (ja) | 光電変換装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040607 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070914 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070925 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071126 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080425 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080519 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110523 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |