JP4193961B2 - Multi-junction thin film solar cell - Google Patents
Multi-junction thin film solar cell Download PDFInfo
- Publication number
- JP4193961B2 JP4193961B2 JP2000333713A JP2000333713A JP4193961B2 JP 4193961 B2 JP4193961 B2 JP 4193961B2 JP 2000333713 A JP2000333713 A JP 2000333713A JP 2000333713 A JP2000333713 A JP 2000333713A JP 4193961 B2 JP4193961 B2 JP 4193961B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- photoelectric conversion
- solar cell
- layer
- unevenness
- film solar
- 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
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
- Y02E10/546—Polycrystalline silicon PV cells
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、安定かつ高い光電変換効率を有する多接合型薄膜太陽電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
石油等の化石燃料は、将来の需給が懸念され、かつ地球温暖化現象の原因となる二酸化炭素排出の問題を有している。近年、この石油等の化石燃料の代替エネルギー源として太陽電池が注目されている。
【0003】
この太陽電池は光エネルギーを電力に変換する光電変換層にpn接合を有する半導体を備えている。このpn接合を構成する半導体として一般的にはシリコンが最もよく用いられている。光電変換効率の点からは、単結晶シリコンを用いることが好ましいが、原料供給や大面積化、低コスト化の問題を有している。
【0004】
一方、大面積化および低コスト化を実現するのに有利な材料として、非晶質のアモルファスシリコンを光電変換層として用いた薄膜太陽電池が実用化されている。さらには、単結晶シリコン太陽電池レベルの高くて安定な光電変換効率と、アモルファスシリコン太陽電池レベルの大面積化、低コスト化を兼ね備えた太陽電池を実現するために、結晶質シリコンの光電変換層への使用が検討されている。特にアモルファスシリコンの場合と同様の化学的気相成長法(以下、CVD法とする)による薄膜形成技術を用いて、結晶質シリコン薄膜を形成した薄膜太陽電池(以下、結晶質シリコン薄膜太陽電池とする)が注目されている。
【0005】
特開平11−289173号公報に、アモルファスシリコンを活性層とした光電変換素子と、アモルファスシリコンと比較してエネルギーギャップの小さな結晶質シリコンを活性層とした光電変換素子を積層して形成した多接合型薄膜太陽電池が、開示されている。この多接合型薄膜太陽電池は、アモルファスシリコンを活性層とした光電変換素子側から太陽光を入射する構成を取ることにより、太陽光エネルギーの利用を単接合型のものより効率的に行うことができるという利点がある。さらに、複数の光電変換素子を直列に接続するので高い開放電圧を得られることや、活性層としてのアモルファスシリコン層を薄くできるのでStaebler−Wronski効果に起因する光電変換効率の経時劣化を抑制できる。さらに、アモルファスシリコン層と結晶質シリコン層を同一の装置で製造できるといった利点もあり、高効率化と低コスト化を両立する手段として、盛んに研究開発が行われている。
【0006】
なお、以下の記載においては、特に注意することがない限り、「結晶質」という用語の意味する状態として、「単結晶」および「多結晶」といった実質的に結晶のみからなる状態だけでなく、「微結晶」あるいは「マイクロクリスタル」と呼ばれる結晶成分と非晶質成分が混在した状態のものも含んでいる。
【0007】
高い光電変換効率を有する薄膜太陽電池を実現する上で、重要な要素技術の1つに光閉込がある。光閉込とは、光電変換層に接する透明導電層あるいは金属層の表面を凹凸化して、その界面で光を散乱させることで光路長を延長させ、光電変換層での光吸収量を増大させるものである。
【0008】
例えば、特許公報である特許第1681183号公報または特許第2862174号公報には、ガラス基板上に形成した透明導電層の粒径や凹凸大きさを規定した太陽電池用基板の例が開示されている。
【0009】
この光閉込による光電変換効率の向上は、光電変換層の膜厚を低減する効果をもたらす。これにより、先述したように、アモルファスシリコン太陽電池の場合には光劣化を抑制することになる。
【0010】
さらに、結晶質シリコン薄膜太陽電池は、光吸収特性のために非晶質のアモルファスシリコンと比較して、数倍から十数倍となる数μmオーダーもの厚さが必要とされていた。しかし、光閉込効果を利用して光電変換効率を上げた場合には、結晶質シリコン薄膜太陽電池であっても、大幅な製膜時間の減少をもたらすことができる。
【0011】
すなわち、光閉込は薄膜太陽電池の実用化への大きな課題である高効率化、安定化、低コスト化の全てを解決する手段として必須の技術である。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来の結晶質シリコン薄膜太陽電池の光電変換効率は、現在までのところ、精力的な研究開発が行われているにも関わらず、アモルファスシリコン太陽電池の光電変換効率と比較して同等レベルまでしか達していない。
【0013】
H.Yamamoto et al,PVSEC−11,Sapporo,Japan,1999において、以下のような報告がなされている。
【0014】
ガラス表面上に微視的な表面凹凸を有する酸化錫を積層したAsahi−U基板上にプラズマCVD法により微結晶シリコンを形成した場合、酸化錫の表面に垂直な方向にシリコンの結晶粒が優先的に成長する。そして、異なる凹凸表面から成長した互いに結晶方位の異なる結晶粒同士がぶつかることで多量の欠陥が発生することが報告された。このような欠陥は、キャリアの再結合中心となるため光電変換効率を著しく劣化させるので、極力排除されなければならない。
【0015】
H.Yamamotoらは、同時に以下のような報告も行っている。
【0016】
表面に凹凸を有する酸化錫の上に、さらに酸化亜鉛を厚く積層することで凹凸の大きさを小さくした場合、酸化錫のみの場合と同様に酸化亜鉛の表面に垂直な方向にシリコン結晶粒が成長する。しかし、異なる凹凸表面から成長した結晶粒同士はぶつかるがそれらの方位差が小さいため、発生する欠陥が少なくなる。
【0017】
しかるに、結晶質シリコン薄膜中の欠陥を低減するためには基板の表面凹凸をできるだけ小さくすればよいのは明らかである。しかしながら、上述したように、光閉込は薄膜太陽電池に必須の技術であり、実用化を考えた場合、表面凹凸をなくす、あるいは小さくすることは回避すべきである。
【0018】
特開平10−117006号公報、特開平10−294481号公報、特開平11−214728号公報、特開平11−266027号公報、特開2000−58892号公報には、多接合型太陽電池に関する公報が開示されている。
【0019】
特に、多接合型太陽電池の場合は、表面を凹凸化した裏面電極上に結晶質シリコン層からなる光電変換層を有する下部光電変換素子を形成しており、該結晶質シリコン層が基板表面に平行な(110)の優先結晶配向面を有する薄膜太陽電池の構造が開示されている。
【0020】
しかし、これらは全て光電変換素子側から光を入射するサブストレート型の素子構造となっており、透明基板を用いて基板側から光を入射するスーパーストレート型の素子構造では、結晶質シリコン薄膜中の欠陥密度低減と光閉込効果とを両立させる好適な凹凸構造は見出されていない。
【0021】
本発明の目的は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、良好な光閉込効果を有しつつ、欠陥密度を低減させた結晶質シリコン(半導体)層を具備した光電変換効率の高い多接合型薄膜太陽電池を提供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】
本発明の多接合型薄膜太陽電池は、上記の課題を解決するために、基板において光が入射される方向とは反対側に、複数の光電変換素子が設けられ、隣り合う光電変換素子の間の少なくとも1つには、表面が凹凸化された中間層が設けられており、上記中間層の凹凸の高さは、その二乗平均値が、25〜600nmの範囲に設定されており、かつ中間層表面の凹凸の平均線に対する凹凸表面の傾斜角をΘとしたときのtanΘが0.07〜0.20の範囲に設定されていることを特徴としている。
【0023】
上記の発明によれば、隣り合う光電変換素子間に中間層が設けられている。隣り合う光電変換素子を直接接合すると、互いに異なる導電型を有する層同士が接合されることになり、その結果、逆方向の接合形成で生じた不純物の混合による接合不良等の不具合を招来する。この不具合を克服するために設けられたものが、上記中間層である。
【0024】
上記中間層においては、少なくとも基板と対向する側と反対側の表面が凹凸化されている。中間層の凹凸化された表面と光電変換層との接する界面では、光が散乱される。この光の散乱は、光路長を延長させ、その結果、光電変換層での光吸収量が増大する。このように、光が閉じこめられることによって、光電変換効率の向上が可能となる。光電変換効率の向上により、光電変換層の膜厚は薄くなる。これにより、光電変換層に要する製膜時間、および製造コストを大幅に減少させることが可能になる。
【0025】
上記中間層は、上記表面とその裏面の双方が凹凸化されていることが好ましく、この場合、中間層を介して隣り合う2つの光電変換素子の光閉込が可能となる。その分、光電変換効率が向上する。
【0026】
ところで、上記中間層の凹凸は、結晶方位が異なると、その高さによっては結晶同士がぶつかり、これにより欠陥が発生する。このような欠陥は、キャリアの再結合の中心となり、光電変換効率を著しく低下させる。また、従来の多接合型薄膜太陽電池は、光電変換素子が設けられた側から光が入射される素子構造を開示するのみであり、基板側から光が入射される素子構造のものに対して、上記欠陥の低減と光閉込の双方を両立させ得る素子構造を開示するものではない。
【0027】
そこで、本発明によれば、上記凹凸の高さは、その二乗平均値が25〜600nmの範囲になるように設定されているとともに、上記凹凸の平均線に対する該凹凸表面の傾斜角をΘとしたときのtanΘが0.07〜0.20の範囲に設定されているので、結晶同士がぶつかることを確実に回避できる。それゆえ、欠陥により光電変換効率が劣化することを確実に防止できる。
【0028】
また、上記基板において、光が入射される側とは反対側の面が凹凸化されていることがより好ましい。これにより、異なる凹凸が2層存在することで、さらに効果的に光閉込効果を高めることができ、光電変換効率の高い多接合型薄膜太陽電池を得ることができる。
【0029】
また、上記凹凸は、透明導電性の材料からなるものであることがより好ましい。この場合、光電変換層との界面において、入射光が散乱するため、光路長が長くなり、光閉込効果を高めることが可能になる。
【0030】
上記透明導電性の材料からなるものは、主として酸化亜鉛からなることがより好ましい。これにより、透明導電膜に広く用いられている酸化錫、酸化インジウムあるいはITO(Indium Tin Oxide)といった材料を用いるよりも、安価で、耐プラズマ性が高く変質しにくいといった利点を有する多接合型薄膜太陽電池を得ることができる。
【0031】
上記凹凸は、上記透明導電性の材料からなるものに対して、エッチングが行われることにより形成されていることがより好ましい。これにより、エッチャントの種類、濃度あるいはエッチング時間等を適宜変更することにより、透明導電性の材料の表面形状を容易に制御できるので、所望の凹凸が容易に得られる。
【0032】
本発明の他の多接合型薄膜太陽電池は、上記の課題を解決するために、基板において光が入射される方向とは反対側に、複数の光電変換素子が設けられ、隣り合う光電変換素子の間の少なくとも1つには、表面が凹凸化された中間層が設けられており、上記凹凸の一部である穴は、直径が200〜2000nmの範囲である略半球状あるいは円錐状の形状を有していることを特徴としている。また、上記穴の直径は、400〜1200nmの範囲であることがより好ましい。
【0033】
この場合、上記凹凸の高さは、その二乗平均値が25〜600nmの範囲になると共に、上記凹凸の平均線に対する該凹凸表面の傾斜角をΘとしたときのtanΘが0.07〜0.20の範囲になり、結晶同士がぶつかることを確実に回避できる。それゆえ、上記欠陥の低減と光閉込の双方を両立させ得る安定で高光電変換効率の多接合型薄膜太陽電池(基板側から光が入射されるタイプの多接合型薄膜太陽電池)を確実に提供できる。
【0034】
上記中間層の表面に、少なくとも1つの光電変換素子における活性層は、結晶質シリコンまたはシリコン合金からなることがより好ましい。
【0035】
これにより、アモルファスシリコンでは光電変換に利用できない波長700nm以上の長波長光も光電変換に利用できるので、高い光電変換効率が得られるとともに、光劣化が抑制された安定な太陽電池を得ることができる。
【0036】
【発明の実施の形態】
[実施の形態]
本発明の多接合型薄膜太陽電池に関する実施の一形態について図1に基づいて説明すれば以下の通りである。
【0037】
本発明の多接合型薄膜太陽電池20は、図1に示すように、ガラス基板11a、凹凸表面層11b、非晶質シリコン光電変換層12、中間層13、結晶質シリコン光電変換層14、裏面反射層15、裏面電極16が、この順番で積層されて構成されている。
【0038】
また、多接合型薄膜太陽電池20は、非晶質シリコン光電変換層12、結晶質シリコン光電変換層14というタイプの異なる複数の光電変換層を有しており、ガラス基板11a側から光が入射するスーパーストレート型の多接合型薄膜太陽電池である。
【0039】
太陽電池用基板11は、ガラス基板11aと凹凸表面層11bとから構成されている。
【0040】
ガラス基板11aは、太陽電池用基板11を構成する透明基板である。基板の厚さは、特に限定されるものではないが、構造を支持できる適当な強度や重量を有するように、例えば、0.1〜30mm程度であればよい。
【0041】
本実施形態では、この透明基板の材料としてガラスを用いたが、あるいはポリイミドやポリビニルといった200℃程度の耐熱性を有する樹脂、さらにはそれらが積層されたもの等、種々のものが使用できる。さらには、それらの表面に金属膜、透明導電膜、あるいは絶縁膜等を被覆したものであってもよい。
【0042】
凹凸表面層11bは、透明導電性の材料からなり、透明導電性の材料である酸化亜鉛をエッチングすることで形成される。酸化錫、酸化インジウム、ITO、酸化亜鉛等の透明導電性の材料を用いることで、非晶質シリコン光電変換層12と凹凸表面層11bとの界面において、入射光が散乱して光路長が長くなり、後述する中間層の凹凸での効果と併せて、光閉込効果を高めることが可能になる。また、材料として酸化亜鉛を用いることで、安価で、耐プラズマ性が高く変質しにくいといった利点を有する太陽電池用基板11を得ることができる。
【0043】
さらに、多接合型薄膜太陽電池20に入射してきた光を電気に変換する非晶質シリコン光電変換層(光電変換素子)12は、p型非晶質シリコン層12a、i型非晶質シリコン層12b、n型シリコン層12cにより構成されている。
【0044】
同じく、結晶質シリコン光電変換層(光電変換素子)14は、p型結晶質シリコン層14a、i型結晶質シリコン層14b、n型シリコン層14cにより構成されている。
【0045】
中間層13は、隣り合う光電変換素子の互いに異なる導電型を有する層(非晶質シリコン光電変換層12および結晶質シリコン光電変換層14)の間に設けられる層である。この中間層13は、互いに異なる導電型を有する層が直接接合する場合の、逆方向の接合形成で生じる不純物の混合による接合不良等を防止するために設けられている。
【0046】
また、中間層13は、酸化亜鉛からなる透明導電性の材料によって形成されている。
【0047】
透明導電性の材料としては、他に、酸化錫、酸化インジウム、ITO等を用いることができるが、酸化亜鉛を透明導電膜の材料として用いることで、他の材料を用いるよりも、安価で、耐プラズマ性の高い安定した多接合型薄膜太陽電池20を得ることができる。
【0048】
また、中間層13は、これら単一の材料からなるものであっても、またはこれらの材料を含む層を、複数回積層したものであっても構わない。しかし、中間層13の両表面、特にガラス基板11aに対向しない側の表面は透明導電膜からなることが、より好ましい。これらの透明導電膜は、例えばスパッタリング法、常圧CVD法、減圧CVD法、電子ビーム蒸着法、ゾルゲル法、電析法等の公知の方法により作製できる。その中でも特に、スパッタリング法により作製することは、透明導電膜の透過率や抵抗率を多接合型薄膜太陽電池20に適したものに制御することが容易であるので望ましい。
【0049】
なお、中間層13を形成する透明導電膜中に微量の不純物が添加されていてもよい。例えば、酸化亜鉛を添加した場合では、5×1020〜5×1021cm-3程度のガリウムやアルミニウムといった第IIIB族元素あるいは銅のような第IB族が含有されることにより抵抗率が低減するので、中間層13として使用するのに適している。
【0050】
また、これらの透明導電膜の厚さは薄すぎると特性の均一性に問題が生じ、厚すぎると透過率の減少および直列抵抗の増加による光電変換効率の低下やコストの増大を引き起こすため、1〜50nm程度の厚さであることが好ましい。
【0051】
本実施形態では、中間層13の表面の凹凸を設ける手段として、エッチングによる化学的処理を用いた。これにより、中間層13の表面が透明導電膜からなる場合、エッチャントの種類、濃度あるいはエッチング時間等を適宜変更することにより、透明導電膜の表面形状を容易に制御できる。
【0052】
エッチャントとして酸またはアルカリ溶液を用いることは、より安価に製造することができる。この際、使用できる酸溶液としては塩酸、硫酸、硝酸、フッ酸、酢酸、蟻酸、過塩素酸等の1種または2種以上の混合物が挙げられる。この中でも、塩酸、酢酸を用いるのが特に好ましい。これらの酸溶液は、例えば0.05〜5重量%程度の濃度で使用できるが、特に酢酸のような比較的弱い酸の場合には、0.1〜5重量%程度の濃度で使用するのがよい。また、アルカリ溶液としては水酸化ナトリウム、アンモニア、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化アルミニウム等の1種または2種以上の混合物が挙げられるが、この中でも、水酸化ナトリウムを用いるのが特に好ましい。これらのアルカリ溶液は、1〜10重量%程度の濃度で使用するのがよい。
【0053】
エッチングの他に、中間層13の表面に凹凸を設ける手段としては、例えば、堆積すると同時に表面に凹凸が形成されるような条件により、中間層13を形成してもよい。この際、中間層13表面の凹凸形状は、下地となる非晶質シリコン光電変換層12の凹凸形状の影響を受けることを考慮して、中間層13の形成条件を決定すればよい。また、中間層13表面に対してサンドブラストのような機械加工を行っても、凹凸形状の形成は可能である。
【0054】
本実施形態において、エッチング後の中間層13の表面は、凹凸が形成されている。ここで、中間層13の凹凸高さを示す二乗平均値は、25〜600nmの範囲に設定されており、かつ中間層13表面の凹凸部の平均線に対する凹凸部表面の傾斜角をΘとしたときのtanΘが0.07〜0.20の範囲に設定されている。
【0055】
これにより、中間層13表面の凹凸は、結晶質シリコン光電変換層14(p型結晶質シリコン層14a)と接するように設けられているので、その界面で光が散乱される。この光の散乱は、光路長を延長させ、その結果、結晶質シリコン光電変換層14での光吸収量が増大する。この光閉込効果により光電変換効率が向上し、結晶質シリコン光電変換層14の膜厚を薄くでき、結晶質シリコン光電変換層14の形成に要する製膜時間、および製造コストを大幅に減少させることができる。
【0056】
また、本発明によれば、上記凹凸の高さは、その二乗平均値が25〜600nmの範囲になるように設定されているとともに、上記凹凸の平均線に対する該凹凸表面の傾斜角をΘとしたときのtanΘが0.07〜0.20の範囲に設定されているので、結晶同士がぶつかることを確実に回避できる。それゆえ、欠陥により光電変換効率が劣化することを確実に防止できることから、安定かつ高い光電変換効率を有する多接合型薄膜太陽電池20を得ることができる。
【0057】
なお、本発明の効果をさらに効果的に得るために、二乗平均値は、25〜400nmの範囲であり、かつ、tanΘは0.07〜0.15の範囲であれば、より確実に、光閉込効果が大きく、かつ、欠陥数の少ない中間層13を得ることができる。
【0058】
さらに、エッチングによって中間層13の表面は、略半球状あるいは円錐状の穴を有している。該穴の径は200〜2000nmの範囲になるようにエッチングによって制御されている。
【0059】
これにより、高さの二乗平均値、および傾斜角をΘとしたときのtanΘについて、上述した光閉込効果の高い好適な範囲(二乗平均値=25〜600nm、かつtanΘ=0.07〜0.20)の中間層を再現性よく形成することができる。さらに、上記穴の直径は、400〜1200nmの範囲にあれば、なお確実に好適な範囲の凹凸を有する中間層を再現性よく形成することができる。
【0060】
裏面反射層15は、マグネトロンスパッタリング法により形成された、厚さ50nmの酸化亜鉛からなる薄膜である。
【0061】
裏面電極16は、銀を電子ビーム蒸着法により、500nmの厚さに形成したものである。この裏面電極16と凹凸表面層11bとから、電極17をそれぞれ引き出し、ガラス基板11a側から光を入射するスーパーストレート型の多接合型薄膜太陽電池20が構成されている。
【0062】
以上の構成により、光電変換率が高く、光電変換率を高めるために設けられた中間層13の凹凸表面上に欠陥の少ない結晶質シリコン光電変換層14が形成されてなる多接合型薄膜太陽電池20を得ることができる。
【0063】
なお、本実施形態では、結晶質シリコン光電変換層14は、1つの光電変換素子からなる例について説明した。しかし、結晶質シリコン光電変換層14は、複数の光電変換素子から形成されていてもよく、そのうち少なくとも1つの光電変換素子における活性層(I型層)が、結晶質シリコンまたはシリコン合金で形成されていればよい。そうすれば、アモルファスシリコンでは光電変換に利用できない波長700nm以上の長波長光を十分に利用することができるため、高い光電変換効率および光劣化が抑制された安定な多接合型薄膜太陽電池20を得ることができる。
【0064】
特に、中間層13のガラス基板11aに対向しない側の表面に、活性層が結晶質シリコンまたはシリコン合金からなる光電変換素子が形成されている場合には、十分な光閉込効果とともに、欠陥の増大が抑制された、安定かつ高い光電変換効率を有する多接合型薄膜太陽電池20を得ることができるので、好ましい。なお、上記シリコン合金とは、例えば、シリコンに錫が添加されたSix Sn1-x 、およびゲルマニウムが添加されたSix Ge1-x 等の材料である。
【0065】
また、本実施形態では、表面が平滑で凹凸層を有する透明導電膜が形成されたガラス基板11aを用い、非晶質シリコン光電変換層12と結晶質シリコン光電変換層14との間に酸化亜鉛からなる中間層13を形成した、ガラス基板11a側より光を入射するスーパーストレート型の多接合型薄膜太陽電池20について説明した。
【0066】
しかし、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、例えば、下記のような構成にすれば、サブストレート型と呼ばれる多接合型薄膜太陽電池にも適用できる。このサブストレート型の多接合型薄膜太陽電池は、基板上に裏面反射層、凹凸表面層を積層し、光電変換層を上下反対にした構成であり、裏面電極側から光を入射する多接合型薄膜太陽電池である。
【0067】
さらに、本発明の効果を具体的にするために、実施例1〜3、比較例を以下に記す。
【0068】
(実施例1)
本発明の実施例を、図1を用いて多接合型薄膜太陽電池20の作製手順を説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、上記実施の形態にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【0069】
図1に示す、表面が平滑なガラス基板11aの1主面上に、マグネトロンスパッタリング法により基板温度150℃で酸化亜鉛を厚さ500nmとなるように形成した。この酸化亜鉛には1×1021cm-3程度のガリウムが添加されている。この結果、得られた酸化亜鉛のシート抵抗は10Ω/□であり、波長800nmの光に対する透過率は80%であった。
【0070】
続いて酸化亜鉛表面のエッチングを行った。上記酸化亜鉛が被覆されたガラス基板を液温25℃の0.5重量%塩酸水溶液に15秒浸した後、表面を純水で十分に洗浄し、凹凸表面層11bを有する太陽電池用基板11を得た。
【0071】
こうして得た太陽電池用基板11上に、13.56MHzのp型非晶質シリコン層12a、i型非晶質シリコン層12b、n型シリコン層12cを順に積層し、非晶質シリコン光電変換層12を形成した。p型非晶質シリコン層12aは、SiH4 ガス12SCCM、H2 ガス30SCCM、H2 ガスにより5000ppmに調整されたB2 H6 ガス1SCCM、製膜室圧力20Pa、放電電力25W、基板温度180℃の条件で製膜し、15nmの厚さとした。i型非晶質シリコン層12bは、SiH4 ガス30SCCM、H2 ガス70SCCM、製膜室圧力30Pa、放電電力30W、基板温度180℃の条件で製膜し、350nmの厚さとした。n型シリコン層12cは、SiH4 ガス10SCCM、H2 ガスにより1000ppmに調整されたPH3 ガス100SCCM、製膜室圧力27Pa、放電電力30W、基板温度180℃の条件で製膜し、30nmの厚さとした。
【0072】
プラズマCVD装置(図示せず)から一旦取り出し、再度マグネトロンスパッタリング法により中間層13として酸化亜鉛を基板作製時と同じ条件で作製した。ただしエッチングによる膜厚の減少を考慮して、中間層13の厚さは250nmとした。中間層13の表面形状を走査型電子顕微鏡で観察したところ、表面での直径が50〜200nm程度の略半球状の穴が形成されていることが分かった。
【0073】
この中間層13の表面形状を詳細に調べるため、原子間力顕微鏡により表面形状を測定した。上記穴の深さ方向形状から、上記穴の形状は略半球状あるいは円錐状であることが分かった。そして、表面形状の特徴を数値で表現するために、凹凸高さの二乗平均値を凹凸高さを示す指標とした。さらに、表面形状を表す曲線をフーリエ変換した際に得られる正弦型曲線の最頻出波長Wを凹凸ピッチの指標とし、表面凹凸の平均線に対する凹凸表面の傾きをΘとすると、tanΘ=2RMS/(W/2)=4RMS/Wであり、RMSおよびtanΘの値を凹凸形状の指標とした。この時の凹凸高さRMSは12nmであり、tanΘは0.05であった。
【0074】
その後、液温25℃の0.5重量%塩酸水溶液に15秒浸して中間層13表面をエッチングした。表面を純水で十分に洗浄した後、中間層13表面形状を走査型電子顕微鏡で観察したところ、表面での直径が400〜1200nm程度の略半球状の穴が多数形成されていた。
【0075】
この中間層13の表面形状を詳細に調べるため、原子間力顕微鏡により表面形状を測定した。本実施例の凹凸表面層表面に形成された穴の形状は、エッチング前と同様に略半球状あるいは円錐状であったが、本実施例での凹凸高さRMSは32nmであり、tanΘは0.10であった。
【0076】
再び高周波プラズマCVD法により、中間層13上に13.56MHzの高周波を用いたプラズマCVD法によりp型結晶質シリコン層14a、i型結晶質シリコン層14b、n型シリコン層14cを順に積層し、結晶質シリコン光電変換層14を形成した。p型結晶質シリコン層14aは、SiH4 ガス3SCCM、H2 ガス600SCCM、H2 ガスにより5000ppmに調整されたB2 H6 ガス1SCCM、製膜室圧力200Pa、放電電力25W、基板温度140℃の条件で製膜し、30nmの厚さとした。i型結晶質シリコン層14bは、SiH4 ガス11SCCM、H2 ガス350SCCM、製膜室圧力200Pa、放電電力20W、基板温度140℃の条件で製膜し、2500nmの厚さとした。n型シリコン層14cは、SiH4 ガス10SCCM、H2 ガスにより1000ppmに調整されたPH3 ガス100SCCM、製膜室圧力27Pa、放電電力30W、基板温度180℃の条件で製膜し、30nmの厚さとした。
【0077】
プラズマCVD装置(図示せず)から取り出した後、得られた光電変換層に対してX線回折法を行ったところ、(220)X線回折ピークの積分強度I220と(111)X線回折ピークの積分強度I111の比I220/I111は2.9であった。ここで、実際に得られたX線回折ピークは結晶質シリコン光電変換層中のi型層単体の情報ではないが、i型層に比べてp型層およびn型層の膜厚は非常に薄いので、i型層の結晶配向性を反映しているものとして差し支えない。
【0078】
その後、マグネトロンスパッタリング法により裏面反射層15として酸化亜鉛を厚さ50nm、電子ビーム蒸着法により裏面電極16として銀を厚さ500nmで形成し、ガラス基板11a側から光を入射するスーパーストレート型の多接合型薄膜太陽電池20とした。なお、セル面積は1cm2 であった。
【0079】
この多接合型薄膜太陽電池20の、AM1.5(100mW/cm2 )照射条件下における電流−電圧特性を測定したところ、短絡電流は12.8mA/cm2 、開放電圧は1.205V、形状因子は0.695、光電変換効率は10.72%であった。
【0080】
以上の結果から、中間層13の二乗平均値=32nm、かつtanΘ=0.10という中間層13の表面形状は、良好な光電変換率を得るための条件に合致していることが分かった。また、上記と同様に、本実施例のように、中間層13の穴の直径が400〜1200nmであれば、良好な光電変換率を得るための条件に合致していることが分かった。
【0081】
(実施例2)
本発明の多接合型薄膜太陽電池の他の実施例について、説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、上記実施の形態1にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【0082】
本実施例は、中間層13の表面の凹凸形状を、下地となる凹凸表面層11bの凹凸の高さを制御することで、中間層13の表面にエッチングを行わずに制御した一例を示している。凹凸表面層11bを形成する酸化亜鉛表面のエッチング時間を45秒とした以外は、実施例1と同様にして作製した。これにより、凹凸表面層11bの凹凸高さは大きくなり、中間層13表面の凹凸の高さは、下地となる凹凸表面層11bの凹凸の増大化の影響を受けることが予想される。
【0083】
太陽電池用基板11の上に、実施例1と同様にして非晶質シリコン光電変換層12、中間層13を形成した。この時、中間層13の表面形状を走査型電子顕微鏡で観察したところ、表面での直径が200〜1400nm程度の略半球状の穴が多数形成されていることが分かった。
【0084】
この中間層13の表面形状を詳細に調べるため、原子間力顕微鏡により表面形状を測定した。本実施例の中間層13の表面に形成された凹凸の穴の形状は、実施例1の場合と同様に略半球状あるいは円錐状であったが、本実施例での凹凸高さRMSは28nmであり、tanΘは0.08であった。
【0085】
この中間層13表面のエッチングを行うことなく、結晶質シリコン光電変換層14を形成した後にX線回折法を行ったところ、(220)X線回折ピークの積分強度I220と(111)X線回折ピークの積分強度I111の比I220/I111は3.0であり、実施例1の場合とほぼ同値であった。
【0086】
この結果から、中間層13にエッチングを行わなくても、実施例1で得られた凹凸形状とほぼ同等の光閉込効果を得られる凹凸を中間層13表面に得ることができることがわかる。
【0087】
この多接合型薄膜太陽電池20のAM1.5(100mW/cm2 )照射条件下における電流−電圧特性を測定したところ、短絡電流は13.6mA/cm2 、開放電圧は1.204V、形状因子は0.694、光電変換効率は11.36%であった。
【0088】
実施例1の場合と比較すると、開放電圧および形状因子の値はほとんど変化していないが、短絡電流の値が増加していることが分かる。このことは、太陽電池用基板11側に設けられた凹凸表面層11bによる光閉込効果と併せて、中間層13表面の構造が好適に設定されていることにより、結晶質シリコン光電変換層14の形成中に多量の欠陥が導入されていない効果が得られたものと考えられる。
【0089】
この結果から、二乗平均値=28nm、かつtanΘ=0.08という中間層13の形状は、実施例1の凹凸形状よりも高い光電変換率が得られることが分かった。また、上記と同様に、本実施例のように、中間層13の穴の直径が200〜1400nmであれば、良好な光電変換率を得るための条件に合致していることが分かった。
【0090】
(実施例3)
本発明の多接合型薄膜太陽電池のさらに他の実施例について、説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、上記実施の形態にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【0091】
本実施例は、中間層13の表面の凹凸形状を、中間層13の表面にエッチングを行うことで制御した以外は、実施例2と同様に実施した別の一例である。これにより、実施例1よりも中間層13の表面の凹凸が大きくなることが予想される。
【0092】
実施例2と同様にして作製した太陽電池用基板11の上に、実施例2と同様にして非晶質シリコン光電変換層12、さらに中間層13を形成した。ただし、エッチングによる膜厚の減少を考慮して、中間層13の厚さは50nmとした。その後、液温25℃の0.5重量%塩酸水溶液に15秒浸して中間層13表面をエッチングした。表面を純水で十分に洗浄した後、中間層13表面形状を走査型電子顕微鏡で観察したところ、表面での直径が400〜1200nm程度の略半球状の穴が多数形成されていた。
【0093】
この中間層13の表面形状を詳細に調べるため、原子間力顕微鏡により表面形状を測定した。本実施例の凹凸表面層表面に形成された穴の形状は、実施例2の場合と同様に略半球状あるいは円錐状であったが、本実施例での凹凸高さRMSは40nmであり、tanΘは0.13であった。
【0094】
さらに、結晶質シリコン光電変換層14を形成した後にX線回折法を行ったところ、(220)X線回折ピークの積分強度I220と(111)X線回折ピークの積分強度I111の比I220/I111は2.8であり、実施例1の場合とほぼ同値であった。
【0095】
この多接合型薄膜太陽電池20のAM1.5(100mW/cm2 )照射条件下における電流−電圧特性を測定したところ、短絡電流は14.4mA/cm2 、開放電圧は1.207V、形状因子は0.693、光電変換効率は12.05%であった。
【0096】
実施例2の場合と比較すると、開放電圧および形状因子の値はほとんど変化していないが、短絡電流の値が増加していることが分かる。中間層13表面にエッチングを行うことで、より好適な凹凸形状が得られたものと考えられる。
【0097】
この結果から、二乗平均値=40nm、かつtanΘ=0.13という中間層13の形状により、実施例2よりもさらに高い光電変換効率が得られることが分かった。また、上記と同様に、本実施例のように、中間層13の穴の直径が400〜1200nmであれば、実施例2よりもさらに高い光電変換率が得られることが分かった。
【0098】
(比較例)
本発明の薄膜太陽電池の比較例について説明すれば、以下のとおりである。
【0099】
本比較例では、中間層の膜厚を5nmとしてエッチングを行わないこと以外は実施例1と同様にして多接合型薄膜太陽電池を作製した。これにより、上記実施例1〜3と比較して、中間層表面の凹凸高さが小さくなることが予想される。
【0100】
中間層の表面形状を走査型電子顕微鏡で観察したところ、表面での直径が50〜200nm程度の略半球状の穴が多数形成されていることが分かった。
【0101】
この中間層の表面形状を詳細に調べるため、原子間力顕微鏡により表面形状を測定した。本比較例の中間層表面に形成された穴の形状は、実施例1の場合と同様に略半球状あるいは円錐状であったが、本比較例での凹凸高さRMSは14nmであり、tanΘは0.05であり、上記実施例1〜3の結果よりも、凹凸高さが小さくなっていた。
【0102】
さらに、結晶質シリコン光電変換層を形成した後にX線回折法を行ったところ、(220)X線回折ピークの積分強度I220と(111)X線回折ピークの積分強度I111の比I220/I111は3.0であり、実施例2の場合とほぼ同値である。
【0103】
この多接合型薄膜太陽電池のAM1.5(100mW/cm2 )照射条件下における電流−電圧特性を測定したところ、短絡電流は10.7mA/cm2 、開放電圧は1.205V、形状因子は0.698、光電変換効率は9.00%であった。実施例1の場合と比較すると、開放電圧および形状因子の値はほとんど変化していないが、短絡電流の値が減少していることが分かる。すなわち、エッチング時間が不十分であるために、中間層表面の凹凸の構造が光閉込効果を発するには不十分なものとなっていると考えられる。
【0104】
この結果から、中間層の二乗平均値が14nm、かつtanΘが0.05では、良好な光閉込効果を有する凹凸表面層を得られないことがわかった。また、凹凸表面層の凹凸の穴の直径が50〜200nmでは、上記と同様に、良好な光閉込効果の得られる中間層を得られないことがわかった。
【0105】
以上の実施例1〜3、比較例の各結果から、良好な光閉込効果を利用するためには、凹凸高さの二乗平均値が25〜600nmの範囲であり、かつtanΘが、0.07〜0.20の範囲であればよいことが分かった。
【0106】
よって、本発明の中間層表面の凹凸層構造により、結晶質シリコン層の形成中に多量の欠陥が導入されることなく、高い光電変換効率を有する多接合型薄膜太陽電池を製造できることが明らかとなった。
【0107】
なお、基板上に、複数の光電変換素子を積層してなる光電変換層を有しており、さらに隣り合う光電変換素子間の少なくとも一つには、中間層が設けられており、該中間層の少なくとも上記基板に対向しない側の表面は、高さの二乗平均値は、25〜600nmの範囲にあり、かつ傾斜角をΘとしたときのtanΘが、0.07〜0.20の範囲にある凹凸を有している多接合型薄膜太陽電池であってもよい。
【0108】
また、上記中間層の少なくとも上記基板に対向しない側の表面は、透明導電膜からなる面であることを特徴とする多接合型薄膜太陽電池であってもよい。
【0109】
また、上記中間層の少なくとも上記基板に対向しない側の表面凹凸は、透明導電膜が被覆されてなる面をエッチングすることで作製されていることを特徴とする多接合型薄膜太陽電池であってもよい。
【0110】
また、上記凹凸は、略半球状あるいは円錐状の穴であり、該穴の直径は、200〜2000nmの範囲にあることを特徴とする多接合型薄膜太陽電池であってもよい。
【0111】
また、上記透明導電膜は、主として酸化亜鉛からなることを特徴とする多接合型薄膜太陽電池であってもよい。
【0112】
上記中間層の少なくとも前記基板に対向しない側の表面に、活性層が結晶質シリコンまたはシリコン合金からなる光電変換素子が形成されていることを特徴とする多接合型薄膜太陽電池であってもよい。
【0113】
中間層表面を、高さの二乗平均値は25〜600nmの範囲にあり、かつ傾斜角をΘとしたときのtanΘが0.07〜0.20の範囲にある凹凸構造とすることにより、光電変換層中の欠陥を増大させることなく、光閉込効果による光吸収量を増大させることが可能になり、安定かつ高い光電変換効率を有する多接合型薄膜太陽電池を安価に製造できる。
【0114】
【発明の効果】
本発明の多接合型薄膜太陽電池は、上記のように、基板において光が入射される方向とは反対側に、複数の光電変換素子が設けられ、隣り合う光電変換素子の間の少なくとも1つには、表面が凹凸化された中間層が設けられており、上記中間層の凹凸の高さを示す二乗平均値は、25〜600nmの範囲に設定されており、かつ中間層表面の凹凸の平均線に対する凹凸表面の傾斜角をΘとしたときのtanΘが0.07〜0.20の範囲に設定されている構成である。
【0115】
上記の構成により、隣り合う光電変換素子間で起きる逆方向の接合形成で生じた不純物の混合による接合不良等の不具合を防止できるとともに、中間層の凹凸化された表面と光電変換層との接する界面では光が散乱されて光路長を延長させ、光電変換効率の向上が可能となるという効果を奏する。光電変換効率の向上により、光電変換層の膜厚は薄くなる。これにより、光電変換層に要する製膜時間、および製造コストを大幅に減少させることが可能になる。
【0116】
さらに、本発明によれば、上記凹凸の高さは、その二乗平均値が25〜600nmの範囲になるように設定されているとともに、上記凹凸の平均線に対する該凹凸表面の傾斜角をΘとしたときのtanΘが0.07〜0.20の範囲に設定されているので、結晶同士がぶつかることを確実に回避できる。それゆえ、欠陥により光電変換効率が劣化することを確実に防止できる。
【0117】
また、上記基板において、光が入射される側とは反対側の面が凹凸化されていることがより好ましい。これにより、異なる凹凸が2層存在することで、さらに効果的に光閉込効果を高めることができ、光電変換効率の高い多接合型薄膜太陽電池を得ることができるという効果を奏する。
【0118】
また、上記凹凸は、透明導電性の材料からなるものであることがより好ましく、光電変換層との界面において、入射光が散乱するため、光路長が長くなり、光閉込効果を高めることが可能になるという効果を奏する。
【0119】
上記透明導電性の材料からなるものは、主として酸化亜鉛からなることがより好ましく、安価で、耐プラズマ性が高く変質しにくいといった利点を有する多接合型薄膜太陽電池を得ることができるという効果を奏する。
【0120】
上記凹凸は、上記透明導電性の材料からなるものに対して、エッチングが行われることにより形成されていることがより好ましく、エッチャントの種類、濃度あるいはエッチング時間等を適宜変更することにより、透明導電性の材料の表面形状を容易に制御できるので、所望の凹凸が容易に得られるという効果を奏する。
【0121】
本発明の多接合型薄膜太陽電池は、上記のように、凹凸の一部である穴は、直径が200〜2000nmの範囲である略半球状あるいは円錐状の形状を有している構成である。また、上記穴の直径は、400〜1200nmの範囲であることがより好ましい。
【0122】
上記の構成により、上記凹凸の高さは、その二乗平均値が25〜600nmの範囲になると共に、上記凹凸の平均線に対する該凹凸表面の傾斜角をΘとしたときのtanΘが0.07〜0.20の範囲になり、結晶同士がぶつかることを確実に回避できる。それゆえ、上記欠陥の低減と光閉込の双方を両立させ得る安定で高光電変換効率の多接合型薄膜太陽電池(基板側から光が入射されるタイプの多接合型薄膜太陽電池)を確実に提供できるという効果を奏する。
【0123】
上記中間層の表面に、少なくとも1つの光電変換素子における活性層は、結晶質シリコンまたはシリコン合金からなることがより好ましく、アモルファスシリコンでは光電変換に利用できない波長700nm以上の長波長光も光電変換に利用できるので、高い光電変換効率が得られるとともに、光劣化が抑制された安定な太陽電池を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の多接合型薄膜太陽電池構造を示す模式図である。
【符号の説明】
11 太陽電池用基板
11a ガラス基板
11b 凹凸表面層
12 非晶質シリコン光電変換層(光電変換素子)
12a p型非晶質シリコン層
12b i型非晶質シリコン層
12c n型シリコン層
13 中間層
14 結晶質シリコン光電変換層(光電変換素子)
14a p型結晶質シリコン層
14b i型結晶質シリコン層
14c n型シリコン層
15 裏面反射層
16 裏面電極
17 電極
20 多接合型薄膜太陽電池[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a multi-junction thin film solar cell having a stable and high photoelectric conversion efficiency.
[0002]
[Prior art]
Petroleum and other fossil fuels have a problem of carbon dioxide emissions, which is worried about future supply and demand and causes global warming. In recent years, solar cells have attracted attention as an alternative energy source for fossil fuels such as petroleum.
[0003]
This solar cell includes a semiconductor having a pn junction in a photoelectric conversion layer that converts light energy into electric power. In general, silicon is most often used as a semiconductor constituting the pn junction. From the viewpoint of photoelectric conversion efficiency, it is preferable to use single crystal silicon, but there are problems of raw material supply, area increase, and cost reduction.
[0004]
On the other hand, thin-film solar cells using amorphous amorphous silicon as a photoelectric conversion layer have been put to practical use as an advantageous material for realizing large area and low cost. Furthermore, in order to realize a solar cell that combines high and stable photoelectric conversion efficiency at the single crystal silicon solar cell level with large area and low cost at the amorphous silicon solar cell level, a crystalline silicon photoelectric conversion layer Use in is being considered. In particular, a thin film solar cell (hereinafter referred to as a crystalline silicon thin film solar cell) in which a crystalline silicon thin film is formed using a thin film formation technique by chemical vapor deposition (hereinafter referred to as a CVD method) similar to the case of amorphous silicon. Is attracting attention.
[0005]
JP-A-11-289173 discloses a multijunction formed by laminating a photoelectric conversion element using amorphous silicon as an active layer and a photoelectric conversion element using crystalline silicon having an energy gap smaller than that of amorphous silicon as an active layer. A type thin film solar cell is disclosed. This multi-junction thin-film solar cell can utilize solar energy more efficiently than a single-junction type by adopting a structure in which sunlight is incident from the photoelectric conversion element side using amorphous silicon as an active layer. There is an advantage that you can. Further, since a plurality of photoelectric conversion elements are connected in series, a high open-circuit voltage can be obtained, and an amorphous silicon layer as an active layer can be thinned, so that deterioration in photoelectric conversion efficiency due to the Staebler-Wronski effect can be suppressed over time. Furthermore, there is an advantage that an amorphous silicon layer and a crystalline silicon layer can be manufactured by the same apparatus, and research and development are actively conducted as a means for achieving both high efficiency and low cost.
[0006]
In the following description, unless otherwise noted, the state of the term “crystalline” means not only a state consisting essentially of crystals such as “single crystal” and “polycrystal”, This includes a state in which a crystal component called “microcrystal” or “microcrystal” is mixed with an amorphous component.
[0007]
In realizing a thin film solar cell having high photoelectric conversion efficiency, light confinement is one of important elemental technologies. Light confinement means that the surface of a transparent conductive layer or metal layer in contact with the photoelectric conversion layer is made uneven, and light is scattered at the interface, thereby extending the optical path length and increasing the amount of light absorption in the photoelectric conversion layer. Is.
[0008]
For example, Japanese Patent No. 1681183 or Japanese Patent No. 2862174, which is a patent publication, discloses an example of a solar cell substrate in which the particle size and the unevenness size of a transparent conductive layer formed on a glass substrate are defined. .
[0009]
The improvement of the photoelectric conversion efficiency by this light confinement brings about the effect of reducing the film thickness of the photoelectric conversion layer. Thereby, as described above, in the case of an amorphous silicon solar cell, light degradation is suppressed.
[0010]
Furthermore, the crystalline silicon thin film solar cell is required to have a thickness on the order of several μm, which is several to tens of times that of amorphous silicon due to light absorption characteristics. However, when the photoelectric conversion efficiency is increased by utilizing the light confinement effect, even a crystalline silicon thin film solar cell can bring about a significant decrease in film formation time.
[0011]
That is, light confinement is an indispensable technique as a means for solving all of high efficiency, stabilization, and cost reduction, which are major issues for practical application of thin film solar cells.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, the photoelectric conversion efficiency of the conventional crystalline silicon thin film solar cell as described above is compared with the photoelectric conversion efficiency of the amorphous silicon solar cell, despite the intense research and development up to now. It has only reached the same level.
[0013]
H. In Yamamoto et al, PVSEC-11, Sapporo, Japan, 1999, the following reports are made.
[0014]
When microcrystalline silicon is formed by plasma CVD on an Asahi-U substrate in which tin oxide having microscopic surface irregularities is laminated on the glass surface, silicon crystal grains are given priority in the direction perpendicular to the tin oxide surface. Grow up. And it was reported that a large number of defects occur when crystal grains with different crystal orientations grown from different uneven surfaces collide with each other. Since such a defect becomes a recombination center of carriers, the photoelectric conversion efficiency is remarkably deteriorated, and thus must be eliminated as much as possible.
[0015]
H. Yamamoto et al. Simultaneously reports as follows.
[0016]
When the size of the unevenness is reduced by laminating thicker zinc oxide on the tin oxide having unevenness on the surface, silicon crystal grains are perpendicular to the surface of the zinc oxide as in the case of only tin oxide. grow up. However, crystal grains grown from different uneven surfaces collide with each other but their orientation difference is small, so that fewer defects are generated.
[0017]
However, it is clear that the surface roughness of the substrate should be as small as possible in order to reduce defects in the crystalline silicon thin film. However, as described above, light confinement is an essential technique for thin film solar cells, and when practical use is considered, it should be avoided to eliminate or reduce the surface roughness.
[0018]
In JP-A-10-117006, JP-A-10-294448, JP-A-11-214728, JP-A-11-266027, and JP-A-2000-58892, publications relating to multi-junction solar cells are disclosed. It is disclosed.
[0019]
In particular, in the case of a multi-junction solar cell, a lower photoelectric conversion element having a photoelectric conversion layer made of a crystalline silicon layer is formed on a back electrode having an uneven surface, and the crystalline silicon layer is formed on the substrate surface. A structure of a thin film solar cell having parallel (110) preferential crystal orientation planes is disclosed.
[0020]
However, these all have a substrate type element structure in which light is incident from the photoelectric conversion element side. In a super straight type element structure in which light is incident from the substrate side using a transparent substrate, a crystalline silicon thin film is used. No suitable concavo-convex structure has been found that achieves both a defect density reduction and a light confinement effect.
[0021]
The object of the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the object is to provide a photoelectric device having a crystalline silicon (semiconductor) layer with a reduced defect density while having a good light confinement effect. The object is to provide a multi-junction thin-film solar cell with high conversion efficiency.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the multi-junction thin film solar cell of the present invention is provided with a plurality of photoelectric conversion elements on the side opposite to the direction in which light is incident on the substrate, and between adjacent photoelectric conversion elements. At least one of the above is provided with an intermediate layer having an uneven surface, and the height of the unevenness of the intermediate layer is such that the mean square value is set in the range of 25 to 600 nm, and the intermediate layer The characteristic feature is that tan Θ is set in the range of 0.07 to 0.20, where Θ is the inclination angle of the concavo-convex surface with respect to the average line of the concavo-convex surface of the layer surface.
[0023]
According to said invention, the intermediate | middle layer is provided between adjacent photoelectric conversion elements. When adjacent photoelectric conversion elements are directly bonded, layers having different conductivity types are bonded to each other. As a result, defects such as a bonding failure due to mixing of impurities generated in the reverse bonding formation are caused. The intermediate layer is provided to overcome this problem.
[0024]
In the intermediate layer, at least the surface opposite to the side facing the substrate is roughened. Light is scattered at the interface between the uneven surface of the intermediate layer and the photoelectric conversion layer. This light scattering extends the optical path length, and as a result, the amount of light absorption in the photoelectric conversion layer increases. As described above, the light is confined, so that the photoelectric conversion efficiency can be improved. The film thickness of a photoelectric conversion layer becomes thin by the improvement in photoelectric conversion efficiency. Thereby, it is possible to significantly reduce the film forming time and manufacturing cost required for the photoelectric conversion layer.
[0025]
It is preferable that both the front surface and the back surface of the intermediate layer are roughened. In this case, light confinement between two adjacent photoelectric conversion elements can be performed via the intermediate layer. The photoelectric conversion efficiency is improved accordingly.
[0026]
By the way, if the crystal orientation of the unevenness of the intermediate layer is different, crystals may collide with each other depending on the height, thereby causing defects. Such a defect becomes the center of carrier recombination and significantly reduces the photoelectric conversion efficiency. In addition, the conventional multi-junction thin film solar cell only discloses an element structure in which light is incident from the side where the photoelectric conversion element is provided, and has a structure in which light is incident from the substrate side. However, it does not disclose an element structure that can achieve both the reduction of defects and light confinement.
[0027]
Therefore, according to the present invention, the height of the unevenness is set so that the mean square value is in the range of 25 to 600 nm, and the inclination angle of the uneven surface with respect to the average line of the unevenness is defined as Θ. Since tan Θ is set in the range of 0.07 to 0.20, it is possible to reliably avoid the crystals from colliding with each other. Therefore, it is possible to reliably prevent the photoelectric conversion efficiency from being deteriorated due to the defect.
[0028]
Moreover, in the said board | substrate, it is more preferable that the surface on the opposite side to the light incident side is uneven | corrugated. Thereby, since two different unevenness | corrugations exist, a light confinement effect can be improved more effectively and a multijunction thin film solar cell with high photoelectric conversion efficiency can be obtained.
[0029]
More preferably, the irregularities are made of a transparent conductive material. In this case, since incident light is scattered at the interface with the photoelectric conversion layer, the optical path length becomes long, and the light confinement effect can be enhanced.
[0030]
It is more preferable that the transparent conductive material is mainly composed of zinc oxide. As a result, this is a multi-junction thin film that has the advantages of being cheaper, more resistant to plasma and less susceptible to alteration than using materials such as tin oxide, indium oxide, or ITO (Indium Tin Oxide) that are widely used for transparent conductive films. A solar cell can be obtained.
[0031]
More preferably, the irregularities are formed by etching the material made of the transparent conductive material. Thereby, the surface shape of the transparent conductive material can be easily controlled by appropriately changing the type, concentration, etching time, etc. of the etchant, so that desired irregularities can be easily obtained.
[0032]
Another multi-junction thin-film solar cell of the present invention is provided with a plurality of photoelectric conversion elements provided on the opposite side of the substrate from the direction in which light is incident, and adjacent photoelectric conversion elements At least one of the intermediate layers is provided with an intermediate layer having an uneven surface, and the hole that is a part of the unevenness has a substantially hemispherical or conical shape with a diameter in the range of 200 to 2000 nm. It is characterized by having. The diameter of the hole is more preferably in the range of 400 to 1200 nm.
[0033]
In this case, the height of the concavo-convex has a mean square value in the range of 25 to 600 nm, and a tan Θ of 0.07 to 0.00 when the inclination angle of the concavo-convex surface with respect to the average line of the concavo-convex is Θ. It is within the range of 20, and it can be surely avoided that the crystals collide with each other. Therefore, a stable and high photoelectric conversion efficiency multi-junction thin film solar cell (a multi-junction thin film solar cell of the type in which light is incident from the substrate side) that can achieve both reduction of defects and light confinement is ensured. Can be provided.
[0034]
More preferably, the active layer of at least one photoelectric conversion element on the surface of the intermediate layer is made of crystalline silicon or a silicon alloy.
[0035]
As a result, long wavelength light having a wavelength of 700 nm or more that cannot be used for photoelectric conversion with amorphous silicon can be used for photoelectric conversion, so that high photoelectric conversion efficiency can be obtained, and a stable solar cell in which light degradation is suppressed can be obtained. .
[0036]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Embodiment]
One embodiment of the multi-junction thin film solar cell of the present invention will be described below with reference to FIG.
[0037]
As shown in FIG. 1, the multi-junction thin film
[0038]
The multi-junction thin film
[0039]
The
[0040]
The
[0041]
In the present embodiment, glass is used as the material of the transparent substrate, but various materials such as a resin having heat resistance of about 200 ° C. such as polyimide and polyvinyl, and those laminated thereon can be used. Furthermore, those whose surfaces are coated with a metal film, a transparent conductive film, an insulating film, or the like may be used.
[0042]
The
[0043]
Further, an amorphous silicon photoelectric conversion layer (photoelectric conversion element) 12 that converts light incident on the multi-junction thin film
[0044]
Similarly, the crystalline silicon photoelectric conversion layer (photoelectric conversion element) 14 includes a p-type crystalline silicon layer 14a, an i-type
[0045]
The
[0046]
The
[0047]
In addition, tin oxide, indium oxide, ITO, etc. can be used as the transparent conductive material, but by using zinc oxide as the material of the transparent conductive film, it is cheaper than using other materials, A stable multi-junction thin film
[0048]
Further, the
[0049]
A trace amount of impurities may be added to the transparent conductive film forming the
[0050]
Further, if the thickness of these transparent conductive films is too thin, there will be a problem in uniformity of characteristics, and if it is too thick, it will cause a decrease in transmittance and a decrease in photoelectric conversion efficiency due to an increase in series resistance and an increase in cost. The thickness is preferably about ˜50 nm.
[0051]
In the present embodiment, chemical treatment by etching is used as means for providing irregularities on the surface of the
[0052]
Using an acid or alkali solution as the etchant can be manufactured at a lower cost. In this case, examples of the acid solution that can be used include one or a mixture of two or more of hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, hydrofluoric acid, acetic acid, formic acid, perchloric acid, and the like. Among these, it is particularly preferable to use hydrochloric acid or acetic acid. These acid solutions can be used at a concentration of about 0.05 to 5% by weight, for example, but in the case of a relatively weak acid such as acetic acid, it is used at a concentration of about 0.1 to 5% by weight. Is good. Examples of the alkaline solution include sodium hydroxide, ammonia, potassium hydroxide, calcium hydroxide, aluminum hydroxide and the like, and among them, sodium hydroxide is particularly preferable. . These alkaline solutions are preferably used at a concentration of about 1 to 10% by weight.
[0053]
In addition to etching, as a means for providing irregularities on the surface of the
[0054]
In the present embodiment, the surface of the
[0055]
Thereby, since the unevenness | corrugation of the intermediate |
[0056]
Further, according to the present invention, the height of the unevenness is set so that the mean square value thereof is in the range of 25 to 600 nm, and the inclination angle of the uneven surface with respect to the average line of the unevenness is defined as Θ. Since tan Θ is set in the range of 0.07 to 0.20, it is possible to reliably avoid the crystals from colliding with each other. Therefore, it is possible to reliably prevent the photoelectric conversion efficiency from being deteriorated due to the defect, and thus it is possible to obtain the multijunction thin film
[0057]
In order to obtain the effect of the present invention more effectively, the mean square value is in the range of 25 to 400 nm and the tan Θ is in the range of 0.07 to 0.15. The
[0058]
Further, the surface of the
[0059]
As a result, with regard to the mean square value of the height and tan Θ when the inclination angle is Θ, the above-described preferred range having a high light confinement effect (the mean square value = 25 to 600 nm and tan Θ = 0.07 to 0). .20) can be formed with good reproducibility. Furthermore, if the diameter of the hole is in the range of 400 to 1200 nm, an intermediate layer having irregularities in a suitable range can be reliably formed with good reproducibility.
[0060]
The back
[0061]
The
[0062]
With the above configuration, a multi-junction thin film solar cell in which the crystalline silicon
[0063]
In the present embodiment, the crystalline silicon
[0064]
In particular, when a photoelectric conversion element having an active layer made of crystalline silicon or a silicon alloy is formed on the surface of the
[0065]
In the present embodiment, a
[0066]
However, the present invention is not limited to this embodiment, and can be applied to a multi-junction thin film solar cell called a substrate type, for example, with the following configuration. This substrate-type multi-junction thin-film solar cell has a structure in which a back surface reflection layer and an uneven surface layer are laminated on a substrate and the photoelectric conversion layer is turned upside down, and the multi-junction type in which light enters from the back electrode side It is a thin film solar cell.
[0067]
Furthermore, in order to make the effect of this invention concrete, Examples 1-3 and a comparative example are described below.
[0068]
(Example 1)
The production procedure of the multi-junction thin film
[0069]
On one main surface of a
[0070]
Subsequently, the surface of the zinc oxide was etched. The glass substrate coated with zinc oxide is immersed in a 0.5 wt% hydrochloric acid aqueous solution having a liquid temperature of 25 ° C. for 15 seconds, and then the surface is sufficiently washed with pure water to have a concavo-
[0071]
On the
[0072]
It was once taken out from a plasma CVD apparatus (not shown), and zinc oxide was produced again as the
[0073]
In order to examine the surface shape of the
[0074]
Thereafter, the surface of the
[0075]
In order to examine the surface shape of the
[0076]
The p-type crystalline silicon layer 14a, the i-type
[0077]
After taking out from the plasma CVD apparatus (not shown), when the X-ray diffraction method was performed with respect to the obtained photoelectric converting layer, the integrated intensity I of the (220) X-ray diffraction peak was obtained. 220 And the integrated intensity I of the (111) X-ray diffraction peak I 111 Ratio I 220 / I 111 Was 2.9. Here, the actually obtained X-ray diffraction peaks are not information of the i-type layer alone in the crystalline silicon photoelectric conversion layer, but the film thicknesses of the p-type layer and the n-type layer are much higher than those of the i-type layer. Since it is thin, it can be assumed that it reflects the crystal orientation of the i-type layer.
[0078]
Thereafter, a super-straight type multi-layer in which zinc oxide is formed as a
[0079]
AM1.5 (100 mW / cm) of the multi-junction thin film solar cell 20 2 ) When the current-voltage characteristics under irradiation conditions were measured, the short-circuit current was 12.8 mA / cm. 2 The open circuit voltage was 1.205 V, the shape factor was 0.695, and the photoelectric conversion efficiency was 10.72%.
[0080]
From the above results, it was found that the surface shape of the
[0081]
(Example 2)
Another embodiment of the multi-junction thin film solar cell of the present invention will be described as follows. For convenience of explanation, members having the same functions as those in the drawings described in the first embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
[0082]
This example shows an example in which the uneven shape on the surface of the
[0083]
An amorphous silicon
[0084]
In order to examine the surface shape of the
[0085]
When the X-ray diffraction method was performed after forming the crystalline silicon
[0086]
From this result, it can be seen that the surface of the
[0087]
AM1.5 (100 mW / cm of this multi-junction thin film solar cell 20 2 ) When the current-voltage characteristics under irradiation conditions were measured, the short-circuit current was 13.6 mA / cm. 2 The open circuit voltage was 1.204 V, the shape factor was 0.694, and the photoelectric conversion efficiency was 11.36%.
[0088]
Compared with the case of Example 1, the values of the open circuit voltage and the form factor are hardly changed, but it can be seen that the value of the short circuit current is increased. This is combined with the light confinement effect by the
[0089]
From this result, it was found that the shape of the
[0090]
(Example 3)
The following will describe still another embodiment of the multi-junction thin film solar cell of the present invention. For convenience of explanation, members having the same functions as those in the drawings described in the above embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
[0091]
This example is another example implemented in the same manner as in Example 2 except that the uneven shape on the surface of the
[0092]
An amorphous silicon
[0093]
In order to examine the surface shape of the
[0094]
Furthermore, when the X-ray diffraction method was performed after forming the crystalline silicon
[0095]
AM1.5 (100 mW / cm of this multi-junction thin film solar cell 20 2 ) When the current-voltage characteristics under irradiation conditions were measured, the short-circuit current was 14.4 mA / cm. 2 The open circuit voltage was 1.207 V, the shape factor was 0.693, and the photoelectric conversion efficiency was 12.05%.
[0096]
As compared with the case of Example 2, the values of the open circuit voltage and the shape factor are hardly changed, but it is understood that the value of the short circuit current is increased. It is considered that a more preferable uneven shape was obtained by etching the surface of the
[0097]
From this result, it was found that the photoelectric conversion efficiency higher than that of Example 2 was obtained by the shape of the
[0098]
(Comparative example)
It will be as follows if the comparative example of the thin film solar cell of this invention is demonstrated.
[0099]
In this comparative example, a multi-junction thin film solar cell was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the intermediate layer was 5 nm and etching was not performed. Thereby, compared with the said Examples 1-3, it is anticipated that the uneven | corrugated height of the intermediate | middle layer surface becomes small.
[0100]
When the surface shape of the intermediate layer was observed with a scanning electron microscope, it was found that many substantially hemispherical holes having a diameter of about 50 to 200 nm on the surface were formed.
[0101]
In order to examine the surface shape of the intermediate layer in detail, the surface shape was measured with an atomic force microscope. The shape of the hole formed in the surface of the intermediate layer of this comparative example was substantially hemispherical or conical as in Example 1, but the unevenness height RMS in this comparative example was 14 nm, and tanΘ Was 0.05, and the height of the unevenness was smaller than the results of Examples 1 to 3 above.
[0102]
Furthermore, when the X-ray diffraction method was performed after forming the crystalline silicon photoelectric conversion layer, the integrated intensity I of the (220) X-ray diffraction peak was obtained. 220 And (111) X-ray diffraction peak integrated intensity I 111 Ratio I 220 / I 111 Is 3.0, which is almost the same as in the second embodiment.
[0103]
AM1.5 (100 mW / cm of this multi-junction thin film solar cell 2 ) When the current-voltage characteristics under irradiation conditions were measured, the short-circuit current was 10.7 mA / cm. 2 The open circuit voltage was 1.205 V, the shape factor was 0.698, and the photoelectric conversion efficiency was 9.00%. Compared with the case of Example 1, although the value of an open circuit voltage and a form factor has hardly changed, it turns out that the value of a short circuit current has decreased. That is, since the etching time is insufficient, it is considered that the uneven structure on the surface of the intermediate layer is insufficient for producing the light confinement effect.
[0104]
From this result, it was found that when the mean square value of the intermediate layer was 14 nm and tan Θ was 0.05, an uneven surface layer having a good light confinement effect could not be obtained. In addition, it was found that when the diameter of the concave / convex hole in the concave / convex surface layer was 50 to 200 nm, an intermediate layer having a good light confinement effect could not be obtained as described above.
[0105]
From the results of Examples 1 to 3 and Comparative Example above, in order to use a good light confinement effect, the mean square value of the uneven height is in the range of 25 to 600 nm, and tan Θ is 0. It turned out that it may be in the range of 07-0.20.
[0106]
Therefore, it is apparent that the multi-junction thin film solar cell having high photoelectric conversion efficiency can be manufactured without introducing a large amount of defects during the formation of the crystalline silicon layer by the uneven layer structure on the surface of the intermediate layer of the present invention. became.
[0107]
Note that the substrate has a photoelectric conversion layer formed by stacking a plurality of photoelectric conversion elements, and an intermediate layer is provided in at least one of the adjacent photoelectric conversion elements. At least the surface not facing the substrate has a root mean square value in the range of 25 to 600 nm, and tan Θ in the range of 0.07 to 0.20 when the tilt angle is Θ. It may be a multi-junction thin film solar cell having certain irregularities.
[0108]
The intermediate layer may be a multi-junction thin film solar cell characterized in that at least the surface not facing the substrate is a surface made of a transparent conductive film.
[0109]
Further, in the multi-junction thin film solar cell, the surface unevenness on the side of the intermediate layer not facing the substrate is produced by etching a surface covered with a transparent conductive film. Also good.
[0110]
Moreover, the said unevenness | corrugation is a substantially hemispherical or conical hole, The diameter of this hole may exist in the range of 200-2000 nm, The multijunction thin film solar cell characterized by the above-mentioned may be sufficient.
[0111]
Further, the transparent conductive film may be a multi-junction thin film solar cell mainly composed of zinc oxide.
[0112]
A multi-junction thin-film solar cell may be characterized in that a photoelectric conversion element whose active layer is made of crystalline silicon or a silicon alloy is formed on at least the surface of the intermediate layer not facing the substrate. .
[0113]
By making the surface of the intermediate layer have a concavo-convex structure in which the mean square value of the height is in the range of 25 to 600 nm and the tan Θ is in the range of 0.07 to 0.20 when the inclination angle is Θ, Without increasing defects in the conversion layer, it is possible to increase the amount of light absorption due to the light confinement effect, and a multi-junction thin film solar cell having a stable and high photoelectric conversion efficiency can be manufactured at low cost.
[0114]
【The invention's effect】
As described above, the multi-junction thin film solar cell of the present invention is provided with a plurality of photoelectric conversion elements on the side opposite to the direction in which light is incident on the substrate, and at least one between adjacent photoelectric conversion elements. Is provided with an intermediate layer having an uneven surface, the root mean square value indicating the height of the unevenness of the intermediate layer is set in the range of 25 to 600 nm, and the unevenness of the intermediate layer surface is The tan Θ is set in the range of 0.07 to 0.20, where Θ is the inclination angle of the uneven surface with respect to the average line.
[0115]
With the above-described configuration, it is possible to prevent defects such as bonding failure due to the mixing of impurities generated in the reverse bonding formation that occurs between adjacent photoelectric conversion elements, and contact between the uneven surface of the intermediate layer and the photoelectric conversion layer At the interface, light is scattered and the optical path length is extended, and the photoelectric conversion efficiency can be improved. The film thickness of a photoelectric conversion layer becomes thin by the improvement in photoelectric conversion efficiency. Thereby, it is possible to significantly reduce the film forming time and manufacturing cost required for the photoelectric conversion layer.
[0116]
Further, according to the present invention, the height of the unevenness is set so that the mean square value is in the range of 25 to 600 nm, and the inclination angle of the uneven surface with respect to the average line of the unevenness is defined as Θ. Since tan Θ is set in the range of 0.07 to 0.20, it is possible to reliably avoid the crystals from colliding with each other. Therefore, it is possible to reliably prevent the photoelectric conversion efficiency from being deteriorated due to the defect.
[0117]
Moreover, in the said board | substrate, it is more preferable that the surface on the opposite side to the light incident side is uneven | corrugated. Thereby, two different unevenness | corrugations exist, and there exists an effect that a light confinement effect can be improved more effectively and a multijunction thin film solar cell with high photoelectric conversion efficiency can be obtained.
[0118]
Further, the unevenness is more preferably made of a transparent conductive material, and incident light is scattered at the interface with the photoelectric conversion layer, so that the optical path length becomes long and the light confinement effect is enhanced. There is an effect that it becomes possible.
[0119]
It is more preferable that the transparent conductive material is mainly composed of zinc oxide, and it is possible to obtain a multi-junction thin film solar cell that has the advantages of being inexpensive, having high plasma resistance and being hardly altered. Play.
[0120]
The unevenness is more preferably formed by etching the material made of the transparent conductive material, and the transparent conductive material can be changed by appropriately changing the type, concentration, etching time, or the like of the etchant. Since the surface shape of the conductive material can be easily controlled, the desired unevenness can be easily obtained.
[0121]
As described above, the multi-junction thin-film solar cell of the present invention has a configuration in which the hole that is a part of the unevenness has a substantially hemispherical or conical shape with a diameter in the range of 200 to 2000 nm. . The diameter of the hole is more preferably in the range of 400 to 1200 nm.
[0122]
With the above-described configuration, the height of the unevenness is in the range of the mean square value of 25 to 600 nm, and the tan Θ is 0.07 to 0 when the inclination angle of the uneven surface with respect to the average line of the unevenness is Θ. It becomes the range of 0.20, and it can avoid reliably that crystals collide. Therefore, a stable and high photoelectric conversion efficiency multi-junction thin film solar cell (a multi-junction thin film solar cell of the type in which light is incident from the substrate side) that can achieve both reduction of defects and light confinement is ensured. There is an effect that can be provided.
[0123]
More preferably, the active layer of at least one photoelectric conversion element on the surface of the intermediate layer is made of crystalline silicon or a silicon alloy, and long wavelength light having a wavelength of 700 nm or more that cannot be used for photoelectric conversion with amorphous silicon is also used for photoelectric conversion. Since it can be utilized, it is possible to obtain a stable solar cell in which high photoelectric conversion efficiency is obtained and light degradation is suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing a multi-junction thin film solar cell structure of the present invention.
[Explanation of symbols]
11 Substrate for solar cell
11a glass substrate
11b Uneven surface layer
12 Amorphous silicon photoelectric conversion layer (photoelectric conversion element)
12a p-type amorphous silicon layer
12b i-type amorphous silicon layer
12c n-type silicon layer
13 Middle layer
14 Crystalline silicon photoelectric conversion layer (photoelectric conversion element)
14a p-type crystalline silicon layer
14b i-type crystalline silicon layer
14c n-type silicon layer
15 Back reflective layer
16 Back electrode
17 electrodes
20 Multi-junction thin-film solar cells
Claims (7)
原子間力顕微鏡により上記凹凸を測定することによって得られる凹凸の高さの二乗平均値RMS、原子間力顕微鏡により上記凹凸を測定することによって得られる凹凸面の表面形状波形曲線をフーリエ変換した際に得られる正弦型曲線の最頻出波長W、および原子間力顕微鏡により測定した凹凸の平均線と原子間力顕微鏡により測定した凹凸のうち平均的な凹凸の凹凸面とのなす角をΘとした場合のtanΘは、以下の式:
tanΘ=2RMS/(W/2)=4RMS/W
に表されるものであり、
上記RMSが、28nm〜40nmの範囲に設定されていると共に、上記tanΘが0.08〜0.13の範囲に設定されており、
上記凹凸の一部である穴は、直径が200〜1400nmの範囲である略半球状あるいは円錐状の形状を有していることを特徴とする多接合型薄膜太陽電池。There is a plurality of photoelectric conversion elements, and at least one of the adjacent photoelectric conversion elements is provided with an intermediate layer with an uneven surface,
When the root mean square value RMS of the unevenness obtained by measuring the unevenness with an atomic force microscope, Fourier transform of the surface shape waveform curve of the uneven surface obtained by measuring the unevenness with an atomic force microscope Is the most frequent wavelength W of the sinusoidal curve obtained, and the angle between the average line of unevenness measured with an atomic force microscope and the uneven surface of the average unevenness measured with an atomic force microscope is Θ The tan Θ in the case is:
tan Θ = 2RMS / (W / 2) = 4RMS / W
Represented by
The RMS is set in the range of 28 nm to 40 nm, and the tan Θ is set in the range of 0.08 to 0.13.
The multi-junction thin film solar cell according to claim 1, wherein the hole, which is a part of the unevenness, has a substantially hemispherical or conical shape with a diameter in the range of 200 to 1400 nm .
上記基板の上記光電変換素子と接する面が凹凸化されていることを特徴とする請求項1または2に記載の多接合型薄膜太陽電池。 A substrate in contact with the photoelectric conversion element;
The multi-junction thin-film solar cell according to claim 1 or 2 , wherein a surface of the substrate in contact with the photoelectric conversion element is uneven .
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000333713A JP4193961B2 (en) | 2000-10-31 | 2000-10-31 | Multi-junction thin film solar cell |
US09/984,905 US6787692B2 (en) | 2000-10-31 | 2001-10-31 | Solar cell substrate, thin-film solar cell, and multi-junction thin-film solar cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000333713A JP4193961B2 (en) | 2000-10-31 | 2000-10-31 | Multi-junction thin film solar cell |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008076616A Division JP2008160165A (en) | 2008-03-24 | 2008-03-24 | Multi-bonded thin film solar cell |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002141524A JP2002141524A (en) | 2002-05-17 |
JP2002141524A5 JP2002141524A5 (en) | 2005-04-07 |
JP4193961B2 true JP4193961B2 (en) | 2008-12-10 |
Family
ID=18809745
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000333713A Expired - Lifetime JP4193961B2 (en) | 2000-10-31 | 2000-10-31 | Multi-junction thin film solar cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4193961B2 (en) |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4713819B2 (en) * | 2003-04-07 | 2011-06-29 | 株式会社カネカ | Substrate for thin film photoelectric conversion device and thin film photoelectric conversion device using the same |
DE10326547A1 (en) * | 2003-06-12 | 2005-01-05 | Siemens Ag | Tandem solar cell with a common organic electrode |
DE102004031950A1 (en) | 2003-06-26 | 2005-02-10 | Kyocera Corp. | Semiconductor / electrode contact structure and such a semiconductor device using |
EP2469605A3 (en) | 2004-02-20 | 2014-03-05 | Sharp Kabushiki Kaisha | Substrate for photoelectric conversion device, photoelectric conversion device, and stacked photoelectric conversion device |
US7781673B2 (en) | 2005-07-14 | 2010-08-24 | Konarka Technologies, Inc. | Polymers with low band gaps and high charge mobility |
US20070181179A1 (en) | 2005-12-21 | 2007-08-09 | Konarka Technologies, Inc. | Tandem photovoltaic cells |
US8158881B2 (en) | 2005-07-14 | 2012-04-17 | Konarka Technologies, Inc. | Tandem photovoltaic cells |
US8008424B2 (en) | 2006-10-11 | 2011-08-30 | Konarka Technologies, Inc. | Photovoltaic cell with thiazole-containing polymer |
US8008421B2 (en) | 2006-10-11 | 2011-08-30 | Konarka Technologies, Inc. | Photovoltaic cell with silole-containing polymer |
JP2008160165A (en) * | 2008-03-24 | 2008-07-10 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Multi-bonded thin film solar cell |
US8455606B2 (en) | 2008-08-07 | 2013-06-04 | Merck Patent Gmbh | Photoactive polymers |
US20110139228A1 (en) | 2008-08-27 | 2011-06-16 | Mitsubishi Materials Corporation | Transparent electroconductive film for solar cell, composition for transparent electroconductive film and multi-junction solar cell |
JP5158807B2 (en) * | 2009-02-10 | 2013-03-06 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Photoelectric conversion element and manufacturing method thereof |
KR101333529B1 (en) | 2012-02-21 | 2013-11-27 | 삼성코닝정밀소재 주식회사 | Oxide thin film substrate, method of fabricating thereof, photovoltaic and oled including the same |
-
2000
- 2000-10-31 JP JP2000333713A patent/JP4193961B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2002141524A (en) | 2002-05-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6787692B2 (en) | Solar cell substrate, thin-film solar cell, and multi-junction thin-film solar cell | |
US6750394B2 (en) | Thin-film solar cell and its manufacturing method | |
US7893348B2 (en) | Nanowires in thin-film silicon solar cells | |
US6870088B2 (en) | Solar battery cell and manufacturing method thereof | |
JP5868503B2 (en) | Solar cell and method for manufacturing the same | |
JP4193961B2 (en) | Multi-junction thin film solar cell | |
JP2003179241A (en) | Thin film solar cell | |
EP2084752A1 (en) | Substrate provided with transparent conductive film for photoelectric conversion device, method for manufacturing the substrate, and photoelectric conversion device using the substrate | |
JP4193962B2 (en) | Solar cell substrate and thin film solar cell | |
JP2003069061A (en) | Laminated photovoltaic transducer device | |
JP2002057359A (en) | Laminated solar battery | |
WO2015118935A1 (en) | Photoelectric conversion element and solar cell module provided with same | |
JP5127925B2 (en) | Thin film solar cell and manufacturing method thereof | |
JP2004260014A (en) | Multilayer type thin film photoelectric converter | |
JP4248793B2 (en) | Method for manufacturing thin film solar cell | |
JP4756820B2 (en) | Solar cell | |
JP6114603B2 (en) | Crystalline silicon solar cell, method for manufacturing the same, and solar cell module | |
JP2000058892A (en) | Silicon based thin film photoelectric converter | |
JP2004119491A (en) | Method for manufacturing thin film solar battery, and thin film solar battery manufactured thereby | |
JP2002280590A (en) | Multi-junction type thin-film solar battery and method for manufacturing the same | |
JPWO2011136177A1 (en) | Thin film solar cell and manufacturing method thereof, substrate with transparent conductive film and manufacturing method thereof | |
JP2007088434A (en) | Photovoltaic device | |
TW201001731A (en) | Photovoltaic device and method of manufacturing a photovoltaic device | |
JP4193960B2 (en) | Solar cell substrate and thin film solar cell | |
JP2008160165A (en) | Multi-bonded thin film solar cell |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040526 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040526 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070905 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070918 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071101 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080122 |
|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7426 Effective date: 20080221 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080228 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20080222 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080324 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20080401 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080730 |
|
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: 20080916 |
|
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: 20080917 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 4193961 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111003 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121003 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121003 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131003 Year of fee payment: 5 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |