JP4358493B2

JP4358493B2 - 太陽電池

Info

Publication number: JP4358493B2
Application number: JP2002287734A
Authority: JP
Inventors: 靖之小林; 賢剛山口; 立享西宮; 章二森田; 義道米倉
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2022-09-30
Also published as: JP2004128083A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ｐｉｎ型又はｎｉｐ型構造の複数のセルを多段に積層した太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、太陽電池としては例えば図３に示すものが知られている。
図中の付番１は、ガラス基板を示す。この基板１の片面には、透明導電膜２を介して第１のセル３、第２のセル４、ＩＴＯからなる酸化物膜５及び裏面電極６が順次形成されている。ここで、第１のセル３は、ｐ型の非晶質Ｓｉ発電膜３ａと、ｉ型の非晶質Ｓｉ発電膜３ｂと、ｎ型の非晶質Ｓｉ発電膜３ｃとから構成されている。また、第２のセル４は、ｐ型の非晶質Ｓｉ発電膜４ａと、ｉ型の非晶質Ｓｉ発電膜４ｂと、ｎ型の非晶質Ｓｉ発電膜４ｃとから構成されている。前記第１のセル３の非晶質Ｓｉ発電膜３ｃと第２のセル４の非晶質Ｓｉ発電膜４ａ間には、反射中間層としての導電性膜７が形成されている。
【０００３】
こうした構成の太陽電池において、太陽光はガラス基板１側から入射して透明導電膜２を透過して各発電膜に入射する。太陽光は、第１のセル３，第２のセル４に吸収されて、透明導電膜２と裏面電極６との間に起電力が発生し、電力を外部に取り出すことができる。こうした太陽電池において、電池の発電効率を向上させるために、例えば前記発電膜３ａ〜３ｃをａ−Ｓｉ、前記発電膜４ａ〜４ｃを結晶質Ｓｉで構成するように、前記発電膜３ａ〜３ｃ、４ａ〜４ｃを夫々光吸収帯域の異なる材質とすることで入射光を有効に利用することが広く行われている。
【０００４】
また、変換効率の低下防止を図った薄膜光電変換装置として、図示しないが、ガラス基板と、該ガラス基板上に形成された，実質的に非晶質シリコンからなる光電変換層を含む非晶質型光電変換ユニットと、この非晶質型光電変換ユニットの上に形成された，抵抗率が１×１０^−４Ω・ｃｍ以上１×１０^−２Ωｃｍ以下の透明導電層と、この透明導電層の上に形成された，実質的に多結晶シリコンからなる光電変換層を含む多結晶型光電変換ユニットを備えたものが知られている（特開２００１−２７４４３０号公報）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２７４４３０号公報（第４〜５頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記導電性膜７の材料としては、ＩＴＯやＺｎＯ、ＳｎＯ_２等の物質が検討されている。しかし、ＩＴＯやＳｎＯ_２といった物質は製膜に用いられる水素プラズマに対する還元耐性が低く、また十分に高品質な膜を得るにはスパッタ法等の高度な製膜方法が必要であった。更に、これらの物質では、屈折率が１．９〜２．５と効果的な反射が得られる物質ではなかった。
【０００７】
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、ｎ番目（ｎ≧２の整数）のセルの第１導電型発電膜とｎ番目のセルのｉ型発電膜同士を、両発電膜間に形成された絶縁膜の開口部を介して部分的に接触させる構成とすることにより、従来のような還元耐性の問題がないとともに高度な製造方法を必要とすることなく、短波長光の反射、長波長光の透過を選択的に効率的に行うことができる太陽電池を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板の一主面に透明電極膜を介してアモルファスＳｉ又は結晶質Ｓｉよりなる第１導電型発電膜、ｉ型発電膜及びアモルファスＳｉ又は結晶質Ｓｉよりなる第２導電型発電膜を順次形成してなるセルを多段に積層した太陽電池において、ｎ番目（ｎ≧２の整数）のセルの第１導電型発電膜とｎ番目のセルのｉ型発電膜同士を、両発電膜間に形成された絶縁膜の開口部を介して部分的に接触させることを特徴とする太陽電池である。
【０００９】
本発明において、前記絶縁膜は、開口率１％〜３０％の酸化物膜又は窒化物膜又は炭化物膜のいずれかであることが好ましい。ここで、開口率を上記のように規定したのは、開口率が１％未満では全開口部の断面積が小さくなってセルの膜厚方向の抵抗が上がり、セルの形状因子が落ちるからであり、開口率が３０％を超えると前記絶縁膜の総面積が小さくなり基板側のトップ層での反射率が上がらないからである。
【００１０】
なお、前記開口穴の形状は特に限定されず、丸穴、角穴、楕円穴、スリット形状等いずれの形状でもよい。なお、上記「開口率」とは、開口率（％）＝（開口穴／セルの表面積）×１００で表す。ここで、開口穴はセルの側面に位置しないように配置することが好ましい。この理由は、セル側面からの漏れ電流の経路になり、セルの形状因子劣化の原因になるためである。
【００１１】
本発明において、前記酸化物膜又は窒化物膜又は炭化物膜は、ＣＶＤ法、イオンプレーティング法、真空蒸着法のいずれかの方法で形成した後、イオンビーム照射又はレーザー照射によるエッチングにより前記膜の一部に開口穴を形成することができる。また、前記酸化物膜又は窒化物膜又は炭化物膜は、支持体側のセル表面又は表面近傍に設置したマスクを介してＣＶＤ法、イオンプレーティング法、真空蒸着法のいずれかの方法で形成することにより得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例に係る太陽電池について説明する。図１（Ａ），（Ｂ）を参照する。ここで、図１（Ａ）は本実施例に係る太陽電池の断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の一構成である絶縁膜の平面図を示す。
【００１３】
図中の付番１１は、厚みが約１ｍｍのガラス基板を示す。この基板１１の片面には、ＩＴＯ，ＳｎＯ_２等からなる膜厚０．０１〜０．１μｍの透明導電膜１２を介して第１のセル１３が形成されている。ここで、第１のセル１３は、ｐ型の非晶質Ｓｉ発電膜１３ａと、ｉ型の非晶質Ｓｉ発電膜１３ｂと、ｎ型の非晶質Ｓｉ発電膜１３ｃとから構成されている。ここで、前記各発電膜の膜厚は、ｐ型の非晶質Ｓｉ発電膜１３ａが５〜５０ｎｍ、ｉ型の非晶質Ｓｉ発電膜１３ｂが１００〜５００ｎｍ、ｎ型の非晶質Ｓｉ発電膜１３ｃが５〜５０ｎｍである。
【００１４】
前記第１のセル１３の片面側には、第２のセル１４、ＩＴＯからなる導電酸化膜１５及びＡｇからなる裏面電極１６が順次形成されている。ここで、第２のセル１４は、ｐ型の結晶質Ｓｉ発電膜１４ａと、ｉ型の結晶質Ｓｉ発電膜１４ｂと、ｎ型の結晶質Ｓｉ発電膜１４ｃとから構成されている。前記第２のセル１４の結晶質Ｓｉ発電膜１４ａと結晶質Ｓｉ発電膜１４ｂ間には、ＳｉＯ_２（屈折率＝１．５）からなる厚み３００ｎｍの絶縁膜１７が形成されている。ここで、絶縁膜１７は、図１（Ｂ）に示すように平面的にみると格子状の穴（開口部）１８が多数形成されており、その開口率は約２０％である。
【００１５】
上記実施例によれば、第２のセル１４の結晶質Ｓｉ発電膜１４ａと結晶質Ｓｉ発電膜１４ｂ間に、両者同士を点接触させる開口部１８を有した絶縁膜１７を配置した構成（点接触構造）となっているため、従来と比べ、従来のような還元耐性の問題がないとともに高度な製造方法を必要とすることなく、短波長光の反射、長波長光の透過を選択的に効率的に行うことができる。また、開口部を有した絶縁膜１７を用いることにより、レーザエッチング等により露出した側面部での漏れ電流を防止することができ、側面への絶縁保護層を積層することを回避できる。更に、その結果として、トップ層（第１のセル１３）を従来の０．３〜０．６μｍから１５０ｎｍまで薄くすることができ、劣化を押さえることにより劣化安定化後において１１％を越える効率を得ることができた。
【００１６】
事実、前記絶縁膜としてＳｉＯ_２膜を用いた場合（曲線（イ））と従来のようにＺｎＯを用いた場合（曲線（ロ））の波長と反射率との関係を調べたところ、図２に示す結果が得られた。図２より、本発明による太陽電池の場合の方が、従来の太陽電池と比べ、短波長光の反射、長波長光の透過を選択的に行うことができることが確認できた。なお、ＳｉＯ_２膜は屈折率（ｎ）１．５，厚み２９０ｎｍ，ＺｎＯの場合はｎ：２．０，厚み２２０ｎｍである。
【００１７】
波長５００〜７００ｎｍの光反射率は約１．８倍に向上し、ボトム層（第２のセル１４）では発電にあまり寄与しない波長域（５００〜７００ｎｍ）の光をトップ層で吸収促進させることが可能になり、トップ層の発電効率が良好になっため、入射太陽光の効率的利用が実現できた。
【００１８】
なお、上記実施例では、絶縁膜としてＳｉＯ_２膜を用いた場合について述べたが、これに限らず、ＳｉＣ膜、あるいはＳｉＮ膜等を用いてもよい。また、上記実施例では、ｐｉｎ型構造の２段のセルの場合について述べたが、これに限らず、ｎｉｐ型構造が２段のセルの場合にも上記実施例と同様に適用できる。また、セル数も２段に限らず、３段以上のセルにも適用できる。
【００１９】
上記実施例では、絶縁膜の開口部１８が２０％である場合について述べたが、これに限らず、開口率は１％〜３０％の範囲であれば、上記実施例と同様な効果が期待できる。また、開口部は、できるだけ等間隔で形成されている方が、基板側から入射した長波長光を開口部より次のセルの結晶質Ｓｉ発電膜１４ｂに均等に透過させる点で好ましい。
【００２０】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、ｎ番目（ｎ≧２の整数）のセルの第１導電型発電膜とｎ番目のセルのｉ型発電膜同士を、両発電膜間に形成された絶縁膜の開口部を介して部分的に接触させる構成とすることにより、従来のような還元耐性の問題がないとともに高度な製造方法を必要とすることなく、短波長光の反射、長波長光の透過を選択的に効率的に行うことができる太陽電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る太陽電池の説明図。
【図２】本発明及び従来に係る太陽電池の中間反射層による波長と反射率との関係を示す特性図。
【図３】従来の太陽電池の断面図。
【符号の説明】
１１…ガラス基板
１２…導電酸化膜
１３…第１のセル
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…非晶質Ｓｉ発電膜
１４…第２のセル
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…結晶質Ｓｉ発電膜
１５…導電酸化膜
１６…裏面電極
１７…絶縁膜
１８…穴（開口部）

Claims

基板の一主面に、透明電極膜を介してアモルファスＳｉ又は結晶質Ｓｉよりなる第１導電型発電膜、ｉ型発電膜、及びアモルファスＳｉ又は結晶質Ｓｉよりなる第２導電型発電膜を順次形成してなるセルを多段に積層した太陽電池において、
ｎ番目（ｎ≧２）のセルの第１導電型発電膜とｎ番目のセルのｉ型発電膜同士を、両発電膜間に形成された絶縁膜の開口部を介して部分的に接触させることを特徴とする太陽電池。
前記絶縁膜は、開口率１％〜３０％の酸化物膜又は窒化物膜又は炭化物膜のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の太陽電池。