JP4399844B2 - 太陽電池 - Google Patents
太陽電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4399844B2 JP4399844B2 JP2000229955A JP2000229955A JP4399844B2 JP 4399844 B2 JP4399844 B2 JP 4399844B2 JP 2000229955 A JP2000229955 A JP 2000229955A JP 2000229955 A JP2000229955 A JP 2000229955A JP 4399844 B2 JP4399844 B2 JP 4399844B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- light absorption
- type
- electrode
- absorption layer
- 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
- Y02E10/541—CuInSe2 material PV cells
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光吸収層に化合物半導体を用いた太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣｕＩｎＳｅ２，ＣｕＩｎＧａＳｅ２，ＣｕＩｎＳ２などのＣＩＳ系による化合物半導体を光吸収層に用いた太陽電池が開発されている。
【０００３】
そのＣＩＳ系による化合物半導体は、直接遷移型のエネルギ帯構造を持ち、光吸収係数が大きく、薄膜化に適している。また、その禁止帯が１．０〜２．０ｅＶの範囲にあるため、光電変換効率の高い太陽電池を得ることができる。そして、アモルファスシリコン太陽電池に比して光劣化がないという利点がある。
【０００４】
従来の太陽電池では、そのＣＩＳ系によるｐ型化合物半導体を光吸収層に用いる場合、ＰＮ接合を得るために、その光吸収層に接してｎ型のバッファ層を設けるようにしている。
【０００５】
図２１は、従来のＣＩＳ系による化合物半導体を光吸収層に用いたサブストレート型による太陽電池の構造を示している。２１は基板、２２は裏面電極、２３は光吸収層、２４はバッファ層、２５は窓層、２６は透明電極、２７は補助電極、２８は反射防止膜である。
【０００６】
また、図２２は、従来のＣＩＳ系による化合物半導体を光吸収層に用いたスーパーストレート型による太陽電池の構造を示している。図中、図２１と同一符号のものは同じ構成要素を示している。特にこの場合は、光の入射側に設けられる基板２１にガラス等の光透過性のあるものを使用する必要がある。
【０００７】
バッファ層２４としては、ＣｄＳ，ＺｎＳ，ＺｎＯなどの多種の化合物半導体を用いることが検討されているが、特に近年の光電変換の高効率化が進んだ太陽電池ではすべてバッファ層２４にＣｄＳが用いられている現状である。
【０００８】
ＣｄＳによるバッファ層２４の形成方法としては真空蒸着法、スパッタリング法、化学析出法などがあるが、特に光電変換の高効率化が進んだ太陽電池では化学析出法によってバッファ層２４を形成するようにしている。
【０００９】
化学析出法は、基材を水溶液中に浸して化学反応によって基材上に膜を形成するものであり、水溶液中のイオンによる膜成長であるために均一でち密な薄膜を形成することができる。化学析出法によってバッファ層２４を形成することによって太陽電池の高効率化が図られる理由としては、薄膜化による光の両穂効率の改善や膜質の改善などがあげられる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
解決しようとする問題点は、ＣｕＩｎＳｅ２，ＣｕＩｎＧａＳｅ２，ＣｕＩｎＳ２などのＣＩＳ系による化合物半導体を光吸収層に用いて光電変換効率の高い太陽電池を製造しようとするに際して、ＰＮ接合を得るためにＣｄＳによるバッファ層を化学析出法によって形成させる必要があることである。
【００１１】
したがって、バッファ層を形成させるために製造工程が煩雑になり、また人体に有害なカドミウム化合物（ＣｄＳ）を用いなければならないものになっている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光吸収層に化合物半導体を用いて太陽電池を製造するに際して、製造工程が煩雑になるとともに、人体に有害なＣｄＳを用いたバッファ層を何ら設けることなく高効率な光発電を行わせるようにするべく、光吸収層にその表層部分の導電型を反転させる電界をかけて光起電力を生じさせる手段を設け、光吸収層の光入射の裏面側に絶縁層を介して設けられた電圧印加用の電極とその表面側に設けられた透明電極との間に、光吸収層の裏面側における表層部分の導電型を反転させる極性をもって電圧を印加して、光吸収層の裏面に設けた取出電極と透明電極との間から光起電力を取り出すようにした、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）による電界効果型の太陽電池を提供するものである。
また、本発明は、光吸収層に化合物半導体を用いて太陽電池を製造するに際して、製造工程が煩雑になるとともに、人体に有害なＣｄＳを用いたバッファ層を何ら設けることなく高効率な光発電を行わせるようにするべく、光吸収層にその表層部分の導電型を反転させる電界をかけて光起電力を生じさせる手段を設け、光吸収層の光入射の表面側に絶縁層を介して設けられた電圧印加用の電極と光吸収層の裏面電極との間に、光吸収層の表面側における表層部分の導電型を反転させる極性をもって電圧を印加して、光吸収層の表面に設けた取出電極と裏面電極との間から光起電力を取り出すようにした、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）による電界効果型の太陽電池を提供するものである。
【００１３】
ＭＩＳは、金属製の電極に電圧を印加して、絶縁物を介して半導体表面を制御するデバイスの総称である。
【００１４】
【実施例】
図１は、本発明によるＣｕＩｎＳｅ２，ＣｕＩｎＧａＳｅ２，ＣｕＩｎＳ２などからなる化合物半導体を光吸収層として用いたＭＩＳによる電界効果型の太陽電池の一構成例を示している。
【００１５】
ここでは、ｎ型の化合物半導体による光吸収層３ｎを用いたサブストレート型のものを示している。
【００１６】
それは、基板１上にＩＮ２Ｏ３，ＩＴＯ，Ａｌ，Ａｇ−Ｉｎ，Ｎｉ等のｎ型金属からなる裏面電極２ｎがスパッタリング法または真空蒸着法によって薄膜形成されている。
【００１７】
基板１としては、ガラスのほか、ポリイミド、カーボンフィルム、セラミックフィルム等からなるものが用いられる。特に、可撓性をもたせるために、カーボンフィルムなどの導電性を有するものを用いる場合には裏面電極２ｎとの間に絶縁膜を介在させる必要がある。
【００１８】
その裏面電極２ｎ上には、例えば、ＣｕＩｎＳｅ２を三次元蒸着法またはスパッタリング法によって薄膜形成したｎ型の光吸収層３ｎが設けられている。そして、その光吸収層３ｎの光入射の表面側には、部分的に、Ｃ，Ａｕ，Ａｇ，Ｍ等のｐ型金属からなる取出電極４ｐがマスキングを施しながらの真空蒸着法によって形成されている。
【００１９】
この取出電極４ｐの形成としては、その他に、光吸収層３ｎ上に電極材を一様に成膜したうえで、エッチング等によって必要な形状に加工する方法や、スクリーン印刷による方法などが適用される。図４は、光吸収層３ｎ上にエッチングによって形成された取出電極４ｐを示している。
【００２０】
そして、この取出電極４ｐは光吸収層３ｎに対してショットキー接合またはヘテロ接合されている。
【００２１】
また、ｎ型の光吸収層３ｎとｐ型の取出電極４ｐとの間にＩ層を介在させるようにしてもよい。
【００２２】
光吸収層３ｎ上には、絶縁層５を介して、ＰやＳｂ等の元素を添加したＺｎＯ膜やＳｎ Ｏ 膜などからなるｐ型の電圧印加用の透明電極６ｐが形成されている。
【００２３】
そして、その透明電極６ｐ上には、Ａｌ，Ｎｉ，Ａｇ，Ａｕなどからなる補助電極７およびＺｎＯなどからなる窓層８が形成され、さらにその上にＳｉ３Ｎ４，Ｔａ２Ｏ５，ＭｇＦ２，Ｔａ２Ｏ５／ＳｉＯ２，ＺｎＳ／ＳｉＯ２，ＺｎＳ／ＭｇＦ２などからなる反射防止膜９が形成されている。
【００２４】
補助電極７および反射防止膜９は、これを特に設けなくとも良い。
【００２５】
このように構成された太陽電池にあって、図２に示すように、透明電極６ｐと裏面電極２ｎとの間に、ｎ型の光吸収層３ｎの光入射の表面側における表層部分の導電型が反転するような電圧Ｖ（この場合は透明電極６ｐ側が負電圧となるような極性にする）を印加すると、その表層部分にｐ型の反転層１０ｐがあらわれ、その下側に空乏層１１が形成される。
【００２６】
この状態において、ｐ型の取出電極４ｐはｐ型反転層１０ｐに対してオーミック接続がとれた状態になる。
【００２７】
そして、図３に示すように、光Ｐが入射して、ｐ型反転層１０ｐを通過して空乏層１１に達すると、そこで電子−正孔対が生成され、そのうちの電子が裏面電極２ｎに、正孔が取出電極４ｐに集められて、取出電極４ｐと裏面電極２ｎとの間に光起電力Ｅが発生する。
【００２８】
このように、本発明によれば、ｎ型の光吸収層３ｎに接してｐ型のバッファ層を何ら設けるようなことなく、光吸収層３ｎにその表層部分の導電型を反転させる電界をかけることによってＰＮ接合を電気的に派生させて、光起電力Ｅを生じさせることができるようになる。
【００２９】
図５は、ｎ型の化合物半導体による光吸収層３ｎを用いたサブストレート型の太陽電池の他の構成例を示している。
【００３０】
この場合は、光吸収層３ｎの光入射の裏面側にｐ型金属からなる電圧印加用の電極２ｐが配されるように、それが基板１上に薄膜形成されている。
【００３１】
その電圧印加用の電極２ｐ上には、絶縁層５を介してｎ型の光吸収層３ｎが薄膜形成されている。そして、その光吸収層３ｎの裏面側には、部分的に、ｐ型全属からなる取出電極４ｐが形成されている。
【００３２】
この取出電極４ｐは、光吸収層３ｎに対してショットキー接合またはヘテロ接合されている。
【００３３】
また、ｎ型の光吸収層３ｎとｐ型の取出電極４ｐとの間にＩ層を介在させるようにしてもよい。
【００３４】
光吸収層３ｎ上には、ｎ型の透明電極６ｎが形成されている。そして、その透明電極６ｎ上には、補助電極７および窓層８が形成され、さらにその上に反射防止膜９が形成されている。
【００３５】
このように構成された太陽電池にあって、図６に示すように、電圧印加用の電極２ｐと透明電極６ｎとの間に、ｎ型の光吸収層３ｎの裏面側における表層部分の導電型が反転するような電圧Ｖ（この場合は電圧印加用の電極２ｐ側が負電圧となるような極性にする）を印加すると、その表層部分にｐ型の反転層１０ｐがあらわれ、その上側に空乏層１１が形成される。
【００３６】
この状態において、ｐ型の取出電極４ｐはｐ型反転層１０ｐに対してオーミック接続がとれた状態になる。
【００３７】
このように構成された太陽電池にあって、入射光が空乏層１１に達すると、そこで電子−正孔対が生成され、そのうちの電子が透明電極６ｎに、正孔が取出電極４ｐに集められて、取出電極４ｎと透明電極６ｐとの間に光起電力が発生する。
【００３８】
図７は、ｐ型の化合物半導体による光吸収層３ｐを用いたサブストレート型の太陽電池の一構成例を示している。
【００３９】
それは、基板１上にＣ，Ａｕ，Ａｇ，Ｍｏ等のｐ型金属からなる裏面電極２ｐがスパッタリング法または真空蒸着法によって薄膜形成されている。
【００４０】
その裏面電極２ｐ上には、ｐ型の光吸収層３ｐとして、例えば、ＣｕＩｎＧａＳｅ２薄膜が三次元蒸着法またはスパッタリング法によって形成されている。そして、その光吸収層３ｐの光入射の表面側には、部分的に、Ｉｎ２Ｏ３，ＩＴＯ，Ａｌ，Ａｇ−Ｉｎ，Ｎｉ等のｎ型金属からなる取出電極４ｎがマスキングを施しながらの真空蒸着法などによって形成されている。
【００４１】
そして、この取出電極４ｎは光吸収層３ｐに対してショットキー接合またはヘテロ接合されている。
【００４２】
また、ｐ型の光吸収層３ｐとｎ型の取出電極４ｎとの間にＩ層を介在させるようにしてもよい。
【００４３】
光吸収層３ｐ上には、絶縁層５を介して、Ｂ，Ｇａ，Ｉｎ等の元素を添加したＺｎＯ膜や、Ｉｎ２Ｏ３にＳｎＯ２を１０％加えたＩＴＯ膜や、Ｆ等の元素を添加したＳｎＯ２膜などからなるｎ型の電圧印加用の透明電極６ｎが形成されている。
【００４４】
そして、その透明電極６ｎ上には、補助電極７および窓層８が形成され、さらにその上に反射防止膜９が形成されている。
【００４５】
補助電極７および反射防止膜９は、これを特に設けなくとも良い。
【００４６】
このように構成された太陽電池にあって、図８に示すように、透明電極６ｎと裏面電極２ｐとの間に、ｐ型の光吸収層３ｐの光入射の表面側における表層部分の導電型が反転するような電圧Ｖ（この場合は透明電極６ｎ側が正電圧となるような極性にする）を印加すると、その表層部分にｎ型の反転層１０ｎがあらわれ、その下側に空乏層１１が形成される。
【００４７】
この状態において、ｎ型の取出電極４ｎはｎ型反転層１０ｎに対してオーミック接続がとれた状態になる。
【００４８】
そして、図９に示すように、光Ｐが入射して、ｎ型反転層１０ｎを通過して空乏層１１に達すると、そこで電子−正孔対が生成され、そのうちの電子が取出電極４ｎに、正孔が裏面電極２ｐに集められて、取出電極４ｎと裏面電極２ｐとの間に光起電力Ｅが発生する。
【００４９】
このように、本発明によれば、ｐ型の光吸収層３ｐに接してｎ型のバッファ層を何ら設けるようなことなく、光吸収層３ｐにその表層部分の導電型を反転させる電界をかけることによってＰＮ接合を電気的に派生させて、光起電力Ｅを生じさせることができるようになる。
【００５０】
図１０は、ｐ型の化合物半導体による光吸収層３ｐを用いたサブストレート型の太陽電池の他の構成例を示している。
【００５１】
この場合は、光吸収層３ｐの光入射の裏面側にｎ型金属からなる電圧印加用の電極２ｎが配されるように、それが基板１上に薄膜形成されている。
【００５２】
その電圧印加用の電極２ｎ上には、絶縁層５を介してｐ型の光吸収層３ｐが薄膜形成されている。そして、その光吸収層３ｐの裏面側には、部分的に、ｎ型金属からなる取出電極４ｎが形成されている。
【００５３】
この取出電極４ｎは、光吸収層３ｐに対してショットキー接合またはヘテロ接合されている。
【００５４】
また、ｐ型の光吸収層３ｐとｎ型の取出電極４ｎとの間にＩ層を介在させるようにしてもよい。
【００５５】
光吸収層３ｐ上には、ｐ型の透明電極６ｐが形成されている。そして、その透明電極６ｐ上には、補助電極７および窓層８が形成され、さらにその上に反射防止膜９が形成されている。
【００５６】
このように構成された太陽電池にあって、図１１に示すように、電圧印加用の電極２ｎと透明電極６ｐとの間に、ｐ型の光吸収層３ｐの裏面側における表層部分の導電型が反転するような電圧Ｖ（この場合は電圧印加用の電極２ｎ側が正電圧となるような極性にする）を印加すると、その表層部分にｎ型の反転層１０ｎがあらわれ、その上側に空乏層１１が形成される。
【００５７】
この状態において、ｎ型の取出電極４ｎはｎ型反転層１０ｎに対してオーミック接続がとれた状態になる。
【００５８】
このように構成された太陽電池にあって、入射光が空乏層１１に達すると、そこで電子−正孔対が生成され、そのうちの電子が取出電極４ｎに、正孔が透明電極６ｐに集められて、取出電極４ｎと透明電極６ｐとの間に光起電力が発生する。
【００５９】
図１２は、本発明によるＣｕＩｎＳｅ２，ＣｕＩｎＧａＳｅ２，ＣｕＩｎＳなどからなる化合物半導体を光吸収層として用いたＭＩＳによる電界効果型の太陽電池の他の構成例を示している。
【００６０】
ここでは、ｎ型の化合物半導体による光吸収層３ｎを用いたスーパーストレート型のものを示している。
【００６１】
それは、光入射側に配された基板１の裏面に反射防止膜９が薄膜形成され、さらにその下側に窓層８および補助電極７が形成されている。
【００６２】
窓層８および補助電極７の下側にはｐ型の電圧印加用の透明電極６ｐが形成され、さらにその下面に絶縁層５を介してｎ型の光吸収層３ｎが薄膜形成されている。
【００６３】
また、光吸収層３ｎの光入射の表面側には、ｐ型金属からなる取出電極４ｐが部分的に形成されている。
【００６４】
そして、その光吸収層３ｎの下側にはｎ型金属からなる裏面電極２ｎが形成されている。
【００６５】
ここで、基板１としては、ガラスなどの透光性があるものが用いられる。
【００６６】
取出電極４ｐは、光吸収層３ｎに対してショットキー接合またはヘテロ接合されている。
【００６７】
また、ｎ型の光吸収層３ｎとｐ型の取出電極４ｐとの間にＩ層を介在させるようにしてもよい。
【００６８】
補助電極７および反射防止膜９は、これを特に設けなくとも良い。
【００６９】
このように構成された太陽電池にあって、図１３に示すように、透明電極６ｐと裏面電極２ｎとの間に、ｎ型の光吸収層３ｎの光入射の表面側における表層部分の導電型が反転するような電圧Ｖ（この場合は透明電極６ｐ側が負電圧となるような極性にする）を印加すると、その表層部分にｐ型の反転層１０ｐがあらわれ、その下側に空乏層１１が形成される。
【００７０】
この状態において、ｐ型の取出電極４ｐはｐ型反転層１０ｐに対してオーミック接続がとれた状態になる。
【００７１】
そして、図１４に示すように、光Ｐが入射して、ｐ型反転層１０ｐを通過して空乏層１１に達すると、そこで電子−正孔対が生成され、そのうちの電子が裏面電極２ｎに、正孔が取出電極４ｐに集められて、取出電極４ｐと裏面電極２ｎとの間に光起電力Ｅが発生する。
【００７２】
このように、本発明によれば、ｎ型の光吸収層３ｎに接してｐ型のバッファ層を何ら設けるようなことなく、光吸収層３ｎにその表層部分の導電型を反転させる電界をかけることによってＰＮ接合を電気的に派生させて、光起電力Ｅを生じさせることができるようになる。
【００７３】
図１５は、ｎ型の化合物半導体による光吸収層３ｎを用いたスーパーストレート型の太陽電池の他の構成例を示している。
【００７４】
この場合は、光吸収層３ｎの光入射の裏面側にｐ型金属からなる電圧印加用の電極２ｐが配されるようにしている。
【００７５】
その電圧印加用の電極２ｐ上には、絶縁層５を介してｎ型の光吸収層３ｎが薄膜形成されている。そして、その光吸収層３ｎの裏面側には、部分的に、ｐ型金属からなる取出電極４ｐが形成されている。
【００７６】
この取出電極４ｐは、光吸収層３ｎに対してショットキー接合またはヘテロ接合されている。
【００７７】
また、ｎ型の光吸収層３ｎとｐ型の取出電極４ｐとの間にＩ層を介在させるようにしてもよい。
【００７８】
光吸収層３ｎ上には、ｎ型の透明電極６ｎが形成されている。その透明電極６ｎ上には補助電極７および窓層８が形成され、さらにその上に反射防止膜９が形成されている。そして、その反射防止膜９上に透光性のある基板１が設けられている。
【００７９】
このように構成された太陽電池にあって、図１６に示すように、電圧印加用の電極２ｐと透明電極６ｎとの間に、ｎ型の光吸収層３ｎの裏面側における表層部分の導電型が反転するような電圧Ｖ（この場合は電圧印加用の電極２ｐ側が負電圧となるような極性にする）を印加すると、その表層部分にｐ型の反転層１０ｐがあらわれ、その上側に空乏層１１が形成される。
【００８０】
この状態において、ｐ型の取出電極４ｐはｐ型反転層１０ｐに対してオーミック接続がとれた状態になる。
【００８１】
このように構成された太陽電池にあって、入射光が空乏層１１に達すると、そこで電子−正孔対が生成され、そのうちの電子が透明電極６ｎに、正孔が取出電極４ｐに集められて、取出電極４ｐと透明電極６ｎとの間に光起電力が発生する。
【００８２】
図１７は、光入射の表面側に電圧印加用の電極を設けるようにしたときのｐ型の化合物半導体による光吸収層３ｐを用いたスーパーストレート型の太陽電池の一構成例を示している。
【００８３】
それは基本的には図１２に示す構成と同じであるが、この場合には特に、ｐ型の裏面電極２ｐ、ｐ型の光吸収層３ｐ、ｎ型の取出電極４ｎ、ｎ型の電圧印加用の透明電極６ｎからなっている。
【００８４】
この場合には、図１８に示すように、透明電極６ｎと裏面電極２ｐとの間に、ｐ型の光吸収層３ｐの光入射の表面側における表層部分の導電型が反転するような電圧Ｖ（この場合は透明電極６ｎ側が正電圧となるような極性にする）を印加する。
【００８５】
それにより、光吸収層３ｐの表層部分にｎ型の反転層１０ｎがあらわれ、その下側に空乏層１１が形成され、入射光がｎ型反転層１０ｎを通過して空乏層１１に達すると、そこで電子−正孔対が生成され、そのうちの電子が取出電極４ｎに、正孔が裏面電極２ｐに集められて、取出電極４ｎと裏面電極２ｐとの間に光起電力Ｅが発生する。
【００８６】
図１９は、光入射の裏面側に電圧印加用の電極を設けるようにしたときのｐ型の化合物半導体による光吸収層３ｐを用いたスーパーストレート型の太陽電池の他の構成例を示している。
【００８７】
それは基本的には図１５に示す構成と同じであるが、この場合には特に、ｎ型の電圧印加用の電極２ｎ、ｎ型の取出電極４ｎ、ｐ型の光吸収層３ｐ、ｐ型の透明電極６ｐからなっている。
【００８８】
この場合には、図２０に示すように、電圧印加用の電極２ｎと透明電極６ｐとの間に、ｐ型の光吸収層３ｐの光入射の裏面側における表層部分の導電型が反転するような電圧Ｖ（この場合は電圧印加用の電極２ｎ側が正電圧となるような極性にする）を印加する。
【００８９】
それにより、光吸収層３ｐの表層部分にｎ型の反転層１０ｎがあらわれ、その上側に空乏層１１が形成され、入射光が空乏層１１に達すると、そこで電子−正孔対が生成され、そのうちの電子が取出電極４ｎに、正孔が透明電極６ｐに集められて、取出電極４ｎと透明電極６ｐとの間に光起電力が発生する。
【００９０】
【発明の効果】
以上、本発明による太陽電池は、光吸収層に化合物半導体を用いたものにあって、光吸収層にその表層部分の導電型を反転させる電界をかけることによってＰＮ接合を電気的に派生させて、光起電力を生じさせるようにしたもので、光吸収層と接してＰＮ接合を得るために人体に有害なカドミウム化合物などを用いたバッファ層を何ら設ける必要がなく、ＰＮ接合の不良による発電効率の低下をきたすようなことなく高効率な光発電を行わせることができるという利点を有している。
【００９１】
そして、ＰＮ接合を用いないことから、薄膜による大面積の太陽電池の製造に適しているという利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるｎ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の表面側に設けたサブストレート型による太陽電池の第１の構成例を示す正断面図である。
【図２】その第１の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光吸収層の変化状態を示す正断面図である。
【図３】その第１の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光起電力の発生状態を示す正断面図である。
【図４】本発明によるｎ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の表面側に設けたサブストレート型による太陽電池の第２の構成例を示す正断面図である。
【図５】本発明によるｎ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の裏面側に設けたサブストレート型による太陽電池の第３の構成例を示す正断面図である。
【図６】その第３の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光吸収層の変化状態を示す正断面図である。
【図７】本発明によるｐ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の表面側に設けたサブストレート型による太陽電池の第４の構成例を示す正断面図である。
【図８】その第４の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光吸収層の変化状態を示す正断面図である。
【図９】その第４の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光起電力の発生状態を示す正断面図である。
【図１０】本発明によるｐ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の裏面側に設けたサブストレート型による太陽電池の第５の構成例を示す正断面図である。
【図１１】その第５の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光吸収層の変化状態を示す正断面図である。
【図１２】本発明によるｎ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の表面側に設けたスーパーストレート型による太陽電池の第６の構成例を示す正断面図である。
【図１３】その第６の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光吸収層の変化状態を示す正断面図である。
【図１４】その第６の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光起電力の発生状態を示す正断面図である。
【図１５】本発明によるｎ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の裏面側に設けたスーパーストレート型による太陽電池の第７の構成例を示す正断面図である。
【図１６】その第７の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光吸収層の変化状態を示す正断面図である。
【図１７】本発明によるｐ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の表面側に設けたスーパーストレート型による太陽電池の第８の構成例を示す正断面図である。
【図１８】その第８の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光吸収層の変化状態を示す正断面図である。
【図１９】本発明によるｐ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の裏面側に設けたスーパーストレート型による太陽電池の第９の構成例を示す正断面図である。
【図２０】その第９の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光吸収層の変化状態を示す正断面図である。
【図２１】従来の化合物半導体を光吸収層に用いたサブストレート型による太陽電池の構成を示す正断面図である。
【図２２】従来の化合物半導体を光吸収層に用いたスーパーストレート型による太陽電池の構成を示す正断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ｎ ｎ型電極
２ｐ ｐ型電極
３ｎ ｎ型光吸収層
３ｐ ｐ型光吸収層
４ｎ ｎ型取出電極
４ｐ ｐ型取出電極
５ 絶縁層
６ｎ ｎ型透明電極
６ｐ ｐ型透明電極
７ 補助電極
８ 窓層
９ 反射防止膜
【産業上の利用分野】
本発明は、光吸収層に化合物半導体を用いた太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣｕＩｎＳｅ２，ＣｕＩｎＧａＳｅ２，ＣｕＩｎＳ２などのＣＩＳ系による化合物半導体を光吸収層に用いた太陽電池が開発されている。
【０００３】
そのＣＩＳ系による化合物半導体は、直接遷移型のエネルギ帯構造を持ち、光吸収係数が大きく、薄膜化に適している。また、その禁止帯が１．０〜２．０ｅＶの範囲にあるため、光電変換効率の高い太陽電池を得ることができる。そして、アモルファスシリコン太陽電池に比して光劣化がないという利点がある。
【０００４】
従来の太陽電池では、そのＣＩＳ系によるｐ型化合物半導体を光吸収層に用いる場合、ＰＮ接合を得るために、その光吸収層に接してｎ型のバッファ層を設けるようにしている。
【０００５】
図２１は、従来のＣＩＳ系による化合物半導体を光吸収層に用いたサブストレート型による太陽電池の構造を示している。２１は基板、２２は裏面電極、２３は光吸収層、２４はバッファ層、２５は窓層、２６は透明電極、２７は補助電極、２８は反射防止膜である。
【０００６】
また、図２２は、従来のＣＩＳ系による化合物半導体を光吸収層に用いたスーパーストレート型による太陽電池の構造を示している。図中、図２１と同一符号のものは同じ構成要素を示している。特にこの場合は、光の入射側に設けられる基板２１にガラス等の光透過性のあるものを使用する必要がある。
【０００７】
バッファ層２４としては、ＣｄＳ，ＺｎＳ，ＺｎＯなどの多種の化合物半導体を用いることが検討されているが、特に近年の光電変換の高効率化が進んだ太陽電池ではすべてバッファ層２４にＣｄＳが用いられている現状である。
【０００８】
ＣｄＳによるバッファ層２４の形成方法としては真空蒸着法、スパッタリング法、化学析出法などがあるが、特に光電変換の高効率化が進んだ太陽電池では化学析出法によってバッファ層２４を形成するようにしている。
【０００９】
化学析出法は、基材を水溶液中に浸して化学反応によって基材上に膜を形成するものであり、水溶液中のイオンによる膜成長であるために均一でち密な薄膜を形成することができる。化学析出法によってバッファ層２４を形成することによって太陽電池の高効率化が図られる理由としては、薄膜化による光の両穂効率の改善や膜質の改善などがあげられる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
解決しようとする問題点は、ＣｕＩｎＳｅ２，ＣｕＩｎＧａＳｅ２，ＣｕＩｎＳ２などのＣＩＳ系による化合物半導体を光吸収層に用いて光電変換効率の高い太陽電池を製造しようとするに際して、ＰＮ接合を得るためにＣｄＳによるバッファ層を化学析出法によって形成させる必要があることである。
【００１１】
したがって、バッファ層を形成させるために製造工程が煩雑になり、また人体に有害なカドミウム化合物（ＣｄＳ）を用いなければならないものになっている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光吸収層に化合物半導体を用いて太陽電池を製造するに際して、製造工程が煩雑になるとともに、人体に有害なＣｄＳを用いたバッファ層を何ら設けることなく高効率な光発電を行わせるようにするべく、光吸収層にその表層部分の導電型を反転させる電界をかけて光起電力を生じさせる手段を設け、光吸収層の光入射の裏面側に絶縁層を介して設けられた電圧印加用の電極とその表面側に設けられた透明電極との間に、光吸収層の裏面側における表層部分の導電型を反転させる極性をもって電圧を印加して、光吸収層の裏面に設けた取出電極と透明電極との間から光起電力を取り出すようにした、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）による電界効果型の太陽電池を提供するものである。
また、本発明は、光吸収層に化合物半導体を用いて太陽電池を製造するに際して、製造工程が煩雑になるとともに、人体に有害なＣｄＳを用いたバッファ層を何ら設けることなく高効率な光発電を行わせるようにするべく、光吸収層にその表層部分の導電型を反転させる電界をかけて光起電力を生じさせる手段を設け、光吸収層の光入射の表面側に絶縁層を介して設けられた電圧印加用の電極と光吸収層の裏面電極との間に、光吸収層の表面側における表層部分の導電型を反転させる極性をもって電圧を印加して、光吸収層の表面に設けた取出電極と裏面電極との間から光起電力を取り出すようにした、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）による電界効果型の太陽電池を提供するものである。
【００１３】
ＭＩＳは、金属製の電極に電圧を印加して、絶縁物を介して半導体表面を制御するデバイスの総称である。
【００１４】
【実施例】
図１は、本発明によるＣｕＩｎＳｅ２，ＣｕＩｎＧａＳｅ２，ＣｕＩｎＳ２などからなる化合物半導体を光吸収層として用いたＭＩＳによる電界効果型の太陽電池の一構成例を示している。
【００１５】
ここでは、ｎ型の化合物半導体による光吸収層３ｎを用いたサブストレート型のものを示している。
【００１６】
それは、基板１上にＩＮ２Ｏ３，ＩＴＯ，Ａｌ，Ａｇ−Ｉｎ，Ｎｉ等のｎ型金属からなる裏面電極２ｎがスパッタリング法または真空蒸着法によって薄膜形成されている。
【００１７】
基板１としては、ガラスのほか、ポリイミド、カーボンフィルム、セラミックフィルム等からなるものが用いられる。特に、可撓性をもたせるために、カーボンフィルムなどの導電性を有するものを用いる場合には裏面電極２ｎとの間に絶縁膜を介在させる必要がある。
【００１８】
その裏面電極２ｎ上には、例えば、ＣｕＩｎＳｅ２を三次元蒸着法またはスパッタリング法によって薄膜形成したｎ型の光吸収層３ｎが設けられている。そして、その光吸収層３ｎの光入射の表面側には、部分的に、Ｃ，Ａｕ，Ａｇ，Ｍ等のｐ型金属からなる取出電極４ｐがマスキングを施しながらの真空蒸着法によって形成されている。
【００１９】
この取出電極４ｐの形成としては、その他に、光吸収層３ｎ上に電極材を一様に成膜したうえで、エッチング等によって必要な形状に加工する方法や、スクリーン印刷による方法などが適用される。図４は、光吸収層３ｎ上にエッチングによって形成された取出電極４ｐを示している。
【００２０】
そして、この取出電極４ｐは光吸収層３ｎに対してショットキー接合またはヘテロ接合されている。
【００２１】
また、ｎ型の光吸収層３ｎとｐ型の取出電極４ｐとの間にＩ層を介在させるようにしてもよい。
【００２２】
光吸収層３ｎ上には、絶縁層５を介して、ＰやＳｂ等の元素を添加したＺｎＯ膜やＳｎ Ｏ 膜などからなるｐ型の電圧印加用の透明電極６ｐが形成されている。
【００２３】
そして、その透明電極６ｐ上には、Ａｌ，Ｎｉ，Ａｇ，Ａｕなどからなる補助電極７およびＺｎＯなどからなる窓層８が形成され、さらにその上にＳｉ３Ｎ４，Ｔａ２Ｏ５，ＭｇＦ２，Ｔａ２Ｏ５／ＳｉＯ２，ＺｎＳ／ＳｉＯ２，ＺｎＳ／ＭｇＦ２などからなる反射防止膜９が形成されている。
【００２４】
補助電極７および反射防止膜９は、これを特に設けなくとも良い。
【００２５】
このように構成された太陽電池にあって、図２に示すように、透明電極６ｐと裏面電極２ｎとの間に、ｎ型の光吸収層３ｎの光入射の表面側における表層部分の導電型が反転するような電圧Ｖ（この場合は透明電極６ｐ側が負電圧となるような極性にする）を印加すると、その表層部分にｐ型の反転層１０ｐがあらわれ、その下側に空乏層１１が形成される。
【００２６】
この状態において、ｐ型の取出電極４ｐはｐ型反転層１０ｐに対してオーミック接続がとれた状態になる。
【００２７】
そして、図３に示すように、光Ｐが入射して、ｐ型反転層１０ｐを通過して空乏層１１に達すると、そこで電子−正孔対が生成され、そのうちの電子が裏面電極２ｎに、正孔が取出電極４ｐに集められて、取出電極４ｐと裏面電極２ｎとの間に光起電力Ｅが発生する。
【００２８】
このように、本発明によれば、ｎ型の光吸収層３ｎに接してｐ型のバッファ層を何ら設けるようなことなく、光吸収層３ｎにその表層部分の導電型を反転させる電界をかけることによってＰＮ接合を電気的に派生させて、光起電力Ｅを生じさせることができるようになる。
【００２９】
図５は、ｎ型の化合物半導体による光吸収層３ｎを用いたサブストレート型の太陽電池の他の構成例を示している。
【００３０】
この場合は、光吸収層３ｎの光入射の裏面側にｐ型金属からなる電圧印加用の電極２ｐが配されるように、それが基板１上に薄膜形成されている。
【００３１】
その電圧印加用の電極２ｐ上には、絶縁層５を介してｎ型の光吸収層３ｎが薄膜形成されている。そして、その光吸収層３ｎの裏面側には、部分的に、ｐ型全属からなる取出電極４ｐが形成されている。
【００３２】
この取出電極４ｐは、光吸収層３ｎに対してショットキー接合またはヘテロ接合されている。
【００３３】
また、ｎ型の光吸収層３ｎとｐ型の取出電極４ｐとの間にＩ層を介在させるようにしてもよい。
【００３４】
光吸収層３ｎ上には、ｎ型の透明電極６ｎが形成されている。そして、その透明電極６ｎ上には、補助電極７および窓層８が形成され、さらにその上に反射防止膜９が形成されている。
【００３５】
このように構成された太陽電池にあって、図６に示すように、電圧印加用の電極２ｐと透明電極６ｎとの間に、ｎ型の光吸収層３ｎの裏面側における表層部分の導電型が反転するような電圧Ｖ（この場合は電圧印加用の電極２ｐ側が負電圧となるような極性にする）を印加すると、その表層部分にｐ型の反転層１０ｐがあらわれ、その上側に空乏層１１が形成される。
【００３６】
この状態において、ｐ型の取出電極４ｐはｐ型反転層１０ｐに対してオーミック接続がとれた状態になる。
【００３７】
このように構成された太陽電池にあって、入射光が空乏層１１に達すると、そこで電子−正孔対が生成され、そのうちの電子が透明電極６ｎに、正孔が取出電極４ｐに集められて、取出電極４ｎと透明電極６ｐとの間に光起電力が発生する。
【００３８】
図７は、ｐ型の化合物半導体による光吸収層３ｐを用いたサブストレート型の太陽電池の一構成例を示している。
【００３９】
それは、基板１上にＣ，Ａｕ，Ａｇ，Ｍｏ等のｐ型金属からなる裏面電極２ｐがスパッタリング法または真空蒸着法によって薄膜形成されている。
【００４０】
その裏面電極２ｐ上には、ｐ型の光吸収層３ｐとして、例えば、ＣｕＩｎＧａＳｅ２薄膜が三次元蒸着法またはスパッタリング法によって形成されている。そして、その光吸収層３ｐの光入射の表面側には、部分的に、Ｉｎ２Ｏ３，ＩＴＯ，Ａｌ，Ａｇ−Ｉｎ，Ｎｉ等のｎ型金属からなる取出電極４ｎがマスキングを施しながらの真空蒸着法などによって形成されている。
【００４１】
そして、この取出電極４ｎは光吸収層３ｐに対してショットキー接合またはヘテロ接合されている。
【００４２】
また、ｐ型の光吸収層３ｐとｎ型の取出電極４ｎとの間にＩ層を介在させるようにしてもよい。
【００４３】
光吸収層３ｐ上には、絶縁層５を介して、Ｂ，Ｇａ，Ｉｎ等の元素を添加したＺｎＯ膜や、Ｉｎ２Ｏ３にＳｎＯ２を１０％加えたＩＴＯ膜や、Ｆ等の元素を添加したＳｎＯ２膜などからなるｎ型の電圧印加用の透明電極６ｎが形成されている。
【００４４】
そして、その透明電極６ｎ上には、補助電極７および窓層８が形成され、さらにその上に反射防止膜９が形成されている。
【００４５】
補助電極７および反射防止膜９は、これを特に設けなくとも良い。
【００４６】
このように構成された太陽電池にあって、図８に示すように、透明電極６ｎと裏面電極２ｐとの間に、ｐ型の光吸収層３ｐの光入射の表面側における表層部分の導電型が反転するような電圧Ｖ（この場合は透明電極６ｎ側が正電圧となるような極性にする）を印加すると、その表層部分にｎ型の反転層１０ｎがあらわれ、その下側に空乏層１１が形成される。
【００４７】
この状態において、ｎ型の取出電極４ｎはｎ型反転層１０ｎに対してオーミック接続がとれた状態になる。
【００４８】
そして、図９に示すように、光Ｐが入射して、ｎ型反転層１０ｎを通過して空乏層１１に達すると、そこで電子−正孔対が生成され、そのうちの電子が取出電極４ｎに、正孔が裏面電極２ｐに集められて、取出電極４ｎと裏面電極２ｐとの間に光起電力Ｅが発生する。
【００４９】
このように、本発明によれば、ｐ型の光吸収層３ｐに接してｎ型のバッファ層を何ら設けるようなことなく、光吸収層３ｐにその表層部分の導電型を反転させる電界をかけることによってＰＮ接合を電気的に派生させて、光起電力Ｅを生じさせることができるようになる。
【００５０】
図１０は、ｐ型の化合物半導体による光吸収層３ｐを用いたサブストレート型の太陽電池の他の構成例を示している。
【００５１】
この場合は、光吸収層３ｐの光入射の裏面側にｎ型金属からなる電圧印加用の電極２ｎが配されるように、それが基板１上に薄膜形成されている。
【００５２】
その電圧印加用の電極２ｎ上には、絶縁層５を介してｐ型の光吸収層３ｐが薄膜形成されている。そして、その光吸収層３ｐの裏面側には、部分的に、ｎ型金属からなる取出電極４ｎが形成されている。
【００５３】
この取出電極４ｎは、光吸収層３ｐに対してショットキー接合またはヘテロ接合されている。
【００５４】
また、ｐ型の光吸収層３ｐとｎ型の取出電極４ｎとの間にＩ層を介在させるようにしてもよい。
【００５５】
光吸収層３ｐ上には、ｐ型の透明電極６ｐが形成されている。そして、その透明電極６ｐ上には、補助電極７および窓層８が形成され、さらにその上に反射防止膜９が形成されている。
【００５６】
このように構成された太陽電池にあって、図１１に示すように、電圧印加用の電極２ｎと透明電極６ｐとの間に、ｐ型の光吸収層３ｐの裏面側における表層部分の導電型が反転するような電圧Ｖ（この場合は電圧印加用の電極２ｎ側が正電圧となるような極性にする）を印加すると、その表層部分にｎ型の反転層１０ｎがあらわれ、その上側に空乏層１１が形成される。
【００５７】
この状態において、ｎ型の取出電極４ｎはｎ型反転層１０ｎに対してオーミック接続がとれた状態になる。
【００５８】
このように構成された太陽電池にあって、入射光が空乏層１１に達すると、そこで電子−正孔対が生成され、そのうちの電子が取出電極４ｎに、正孔が透明電極６ｐに集められて、取出電極４ｎと透明電極６ｐとの間に光起電力が発生する。
【００５９】
図１２は、本発明によるＣｕＩｎＳｅ２，ＣｕＩｎＧａＳｅ２，ＣｕＩｎＳなどからなる化合物半導体を光吸収層として用いたＭＩＳによる電界効果型の太陽電池の他の構成例を示している。
【００６０】
ここでは、ｎ型の化合物半導体による光吸収層３ｎを用いたスーパーストレート型のものを示している。
【００６１】
それは、光入射側に配された基板１の裏面に反射防止膜９が薄膜形成され、さらにその下側に窓層８および補助電極７が形成されている。
【００６２】
窓層８および補助電極７の下側にはｐ型の電圧印加用の透明電極６ｐが形成され、さらにその下面に絶縁層５を介してｎ型の光吸収層３ｎが薄膜形成されている。
【００６３】
また、光吸収層３ｎの光入射の表面側には、ｐ型金属からなる取出電極４ｐが部分的に形成されている。
【００６４】
そして、その光吸収層３ｎの下側にはｎ型金属からなる裏面電極２ｎが形成されている。
【００６５】
ここで、基板１としては、ガラスなどの透光性があるものが用いられる。
【００６６】
取出電極４ｐは、光吸収層３ｎに対してショットキー接合またはヘテロ接合されている。
【００６７】
また、ｎ型の光吸収層３ｎとｐ型の取出電極４ｐとの間にＩ層を介在させるようにしてもよい。
【００６８】
補助電極７および反射防止膜９は、これを特に設けなくとも良い。
【００６９】
このように構成された太陽電池にあって、図１３に示すように、透明電極６ｐと裏面電極２ｎとの間に、ｎ型の光吸収層３ｎの光入射の表面側における表層部分の導電型が反転するような電圧Ｖ（この場合は透明電極６ｐ側が負電圧となるような極性にする）を印加すると、その表層部分にｐ型の反転層１０ｐがあらわれ、その下側に空乏層１１が形成される。
【００７０】
この状態において、ｐ型の取出電極４ｐはｐ型反転層１０ｐに対してオーミック接続がとれた状態になる。
【００７１】
そして、図１４に示すように、光Ｐが入射して、ｐ型反転層１０ｐを通過して空乏層１１に達すると、そこで電子−正孔対が生成され、そのうちの電子が裏面電極２ｎに、正孔が取出電極４ｐに集められて、取出電極４ｐと裏面電極２ｎとの間に光起電力Ｅが発生する。
【００７２】
このように、本発明によれば、ｎ型の光吸収層３ｎに接してｐ型のバッファ層を何ら設けるようなことなく、光吸収層３ｎにその表層部分の導電型を反転させる電界をかけることによってＰＮ接合を電気的に派生させて、光起電力Ｅを生じさせることができるようになる。
【００７３】
図１５は、ｎ型の化合物半導体による光吸収層３ｎを用いたスーパーストレート型の太陽電池の他の構成例を示している。
【００７４】
この場合は、光吸収層３ｎの光入射の裏面側にｐ型金属からなる電圧印加用の電極２ｐが配されるようにしている。
【００７５】
その電圧印加用の電極２ｐ上には、絶縁層５を介してｎ型の光吸収層３ｎが薄膜形成されている。そして、その光吸収層３ｎの裏面側には、部分的に、ｐ型金属からなる取出電極４ｐが形成されている。
【００７６】
この取出電極４ｐは、光吸収層３ｎに対してショットキー接合またはヘテロ接合されている。
【００７７】
また、ｎ型の光吸収層３ｎとｐ型の取出電極４ｐとの間にＩ層を介在させるようにしてもよい。
【００７８】
光吸収層３ｎ上には、ｎ型の透明電極６ｎが形成されている。その透明電極６ｎ上には補助電極７および窓層８が形成され、さらにその上に反射防止膜９が形成されている。そして、その反射防止膜９上に透光性のある基板１が設けられている。
【００７９】
このように構成された太陽電池にあって、図１６に示すように、電圧印加用の電極２ｐと透明電極６ｎとの間に、ｎ型の光吸収層３ｎの裏面側における表層部分の導電型が反転するような電圧Ｖ（この場合は電圧印加用の電極２ｐ側が負電圧となるような極性にする）を印加すると、その表層部分にｐ型の反転層１０ｐがあらわれ、その上側に空乏層１１が形成される。
【００８０】
この状態において、ｐ型の取出電極４ｐはｐ型反転層１０ｐに対してオーミック接続がとれた状態になる。
【００８１】
このように構成された太陽電池にあって、入射光が空乏層１１に達すると、そこで電子−正孔対が生成され、そのうちの電子が透明電極６ｎに、正孔が取出電極４ｐに集められて、取出電極４ｐと透明電極６ｎとの間に光起電力が発生する。
【００８２】
図１７は、光入射の表面側に電圧印加用の電極を設けるようにしたときのｐ型の化合物半導体による光吸収層３ｐを用いたスーパーストレート型の太陽電池の一構成例を示している。
【００８３】
それは基本的には図１２に示す構成と同じであるが、この場合には特に、ｐ型の裏面電極２ｐ、ｐ型の光吸収層３ｐ、ｎ型の取出電極４ｎ、ｎ型の電圧印加用の透明電極６ｎからなっている。
【００８４】
この場合には、図１８に示すように、透明電極６ｎと裏面電極２ｐとの間に、ｐ型の光吸収層３ｐの光入射の表面側における表層部分の導電型が反転するような電圧Ｖ（この場合は透明電極６ｎ側が正電圧となるような極性にする）を印加する。
【００８５】
それにより、光吸収層３ｐの表層部分にｎ型の反転層１０ｎがあらわれ、その下側に空乏層１１が形成され、入射光がｎ型反転層１０ｎを通過して空乏層１１に達すると、そこで電子−正孔対が生成され、そのうちの電子が取出電極４ｎに、正孔が裏面電極２ｐに集められて、取出電極４ｎと裏面電極２ｐとの間に光起電力Ｅが発生する。
【００８６】
図１９は、光入射の裏面側に電圧印加用の電極を設けるようにしたときのｐ型の化合物半導体による光吸収層３ｐを用いたスーパーストレート型の太陽電池の他の構成例を示している。
【００８７】
それは基本的には図１５に示す構成と同じであるが、この場合には特に、ｎ型の電圧印加用の電極２ｎ、ｎ型の取出電極４ｎ、ｐ型の光吸収層３ｐ、ｐ型の透明電極６ｐからなっている。
【００８８】
この場合には、図２０に示すように、電圧印加用の電極２ｎと透明電極６ｐとの間に、ｐ型の光吸収層３ｐの光入射の裏面側における表層部分の導電型が反転するような電圧Ｖ（この場合は電圧印加用の電極２ｎ側が正電圧となるような極性にする）を印加する。
【００８９】
それにより、光吸収層３ｐの表層部分にｎ型の反転層１０ｎがあらわれ、その上側に空乏層１１が形成され、入射光が空乏層１１に達すると、そこで電子−正孔対が生成され、そのうちの電子が取出電極４ｎに、正孔が透明電極６ｐに集められて、取出電極４ｎと透明電極６ｐとの間に光起電力が発生する。
【００９０】
【発明の効果】
以上、本発明による太陽電池は、光吸収層に化合物半導体を用いたものにあって、光吸収層にその表層部分の導電型を反転させる電界をかけることによってＰＮ接合を電気的に派生させて、光起電力を生じさせるようにしたもので、光吸収層と接してＰＮ接合を得るために人体に有害なカドミウム化合物などを用いたバッファ層を何ら設ける必要がなく、ＰＮ接合の不良による発電効率の低下をきたすようなことなく高効率な光発電を行わせることができるという利点を有している。
【００９１】
そして、ＰＮ接合を用いないことから、薄膜による大面積の太陽電池の製造に適しているという利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるｎ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の表面側に設けたサブストレート型による太陽電池の第１の構成例を示す正断面図である。
【図２】その第１の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光吸収層の変化状態を示す正断面図である。
【図３】その第１の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光起電力の発生状態を示す正断面図である。
【図４】本発明によるｎ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の表面側に設けたサブストレート型による太陽電池の第２の構成例を示す正断面図である。
【図５】本発明によるｎ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の裏面側に設けたサブストレート型による太陽電池の第３の構成例を示す正断面図である。
【図６】その第３の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光吸収層の変化状態を示す正断面図である。
【図７】本発明によるｐ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の表面側に設けたサブストレート型による太陽電池の第４の構成例を示す正断面図である。
【図８】その第４の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光吸収層の変化状態を示す正断面図である。
【図９】その第４の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光起電力の発生状態を示す正断面図である。
【図１０】本発明によるｐ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の裏面側に設けたサブストレート型による太陽電池の第５の構成例を示す正断面図である。
【図１１】その第５の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光吸収層の変化状態を示す正断面図である。
【図１２】本発明によるｎ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の表面側に設けたスーパーストレート型による太陽電池の第６の構成例を示す正断面図である。
【図１３】その第６の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光吸収層の変化状態を示す正断面図である。
【図１４】その第６の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光起電力の発生状態を示す正断面図である。
【図１５】本発明によるｎ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の裏面側に設けたスーパーストレート型による太陽電池の第７の構成例を示す正断面図である。
【図１６】その第７の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光吸収層の変化状態を示す正断面図である。
【図１７】本発明によるｐ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の表面側に設けたスーパーストレート型による太陽電池の第８の構成例を示す正断面図である。
【図１８】その第８の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光吸収層の変化状態を示す正断面図である。
【図１９】本発明によるｐ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の裏面側に設けたスーパーストレート型による太陽電池の第９の構成例を示す正断面図である。
【図２０】その第９の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光吸収層の変化状態を示す正断面図である。
【図２１】従来の化合物半導体を光吸収層に用いたサブストレート型による太陽電池の構成を示す正断面図である。
【図２２】従来の化合物半導体を光吸収層に用いたスーパーストレート型による太陽電池の構成を示す正断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ｎ ｎ型電極
２ｐ ｐ型電極
３ｎ ｎ型光吸収層
３ｐ ｐ型光吸収層
４ｎ ｎ型取出電極
４ｐ ｐ型取出電極
５ 絶縁層
６ｎ ｎ型透明電極
６ｐ ｐ型透明電極
７ 補助電極
８ 窓層
９ 反射防止膜
Claims (4)
- 光吸収層に化合物半導体を用いた太陽電池であって、光吸収層にその表層部分の導電型を反転させる電界をかけて光起電力を生じさせる手段を設け、光吸収層の光入射の裏面側に絶縁層を介して設けられた電圧印加用の電極とその表面側に設けられた透明電極との間に、光吸収層の裏面側における表層部分の導電型を反転させる極性をもって電圧を印加して、光吸収層の裏面に設けた取出電極と透明電極との間から光起電力を取り出すようにしたことを特徴とする太陽電池。
- 光吸収層に化合物半導体を用いた太陽電池であって、光吸収層にその表層部分の導電型を反転させる電界をかけて光起電力を生じさせる手段を設け、光吸収層の光入射の表面側に絶縁層を介して設けられた電圧印加用の電極と光吸収層の裏面電極との間に、光吸収層の表面側における表層部分の導電型を反転させる極性をもって電圧を印加して、光吸収層の表面に設けた取出電極と裏面電極との間から光起電力を取り出すようにしたことを特徴とする太陽電池。
- 取出電極が光吸収層に対してショットキー接合またはヘテロ接合されていることを特徴とする請求項１または請求項２の記載による太陽電池。
- 取出電極と光吸収層との間にＩ層を介在させるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２の記載による太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000229955A JP4399844B2 (ja) | 2000-06-23 | 2000-06-23 | 太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000229955A JP4399844B2 (ja) | 2000-06-23 | 2000-06-23 | 太陽電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002009311A JP2002009311A (ja) | 2002-01-11 |
| JP4399844B2 true JP4399844B2 (ja) | 2010-01-20 |
Family
ID=18722982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000229955A Expired - Fee Related JP4399844B2 (ja) | 2000-06-23 | 2000-06-23 | 太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4399844B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002246617A (ja) * | 2001-02-16 | 2002-08-30 | Honda Motor Co Ltd | 電界効果型の太陽電池 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5561048B2 (ja) * | 2010-09-10 | 2014-07-30 | コニカミノルタ株式会社 | 補助電極を有する透明電極、発光素子、太陽電池 |
-
2000
- 2000-06-23 JP JP2000229955A patent/JP4399844B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002246617A (ja) * | 2001-02-16 | 2002-08-30 | Honda Motor Co Ltd | 電界効果型の太陽電池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002009311A (ja) | 2002-01-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH04230082A (ja) | 黄銅鉱太陽電池 | |
| EP0186351A2 (en) | Method of making current collector grid and materials therefor | |
| CN103081123A (zh) | 用于太阳能发电的装置及其制造方法 | |
| KR101428146B1 (ko) | 태양전지 모듈 및 이의 제조방법 | |
| JP4399844B2 (ja) | 太陽電池 | |
| KR101241467B1 (ko) | 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| KR101300791B1 (ko) | 전자빔 조사를 이용한 몰리브덴 박막의 전도도 향상 방법 | |
| EP2534697B1 (de) | Rückseitenkontaktierte solarzelle mit unstrukturierter absorberschicht | |
| JP4886116B2 (ja) | 電界効果型の太陽電池 | |
| CN108039388B (zh) | 一种Cu2ZnSn(S,Se)4薄膜太阳能电池及其制备方法 | |
| CN207925499U (zh) | 一种Cu2ZnSn(S,Se)4薄膜太阳能电池 | |
| KR101338549B1 (ko) | 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| KR101305603B1 (ko) | 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| KR101327010B1 (ko) | 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| KR20130007497A (ko) | 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| KR101976673B1 (ko) | 실리콘 태양전지 | |
| KR101382943B1 (ko) | 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| KR101305845B1 (ko) | 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| TWI581447B (zh) | 異質接面太陽能電池結構及其製作方法 | |
| US20130029451A1 (en) | Method for making a solar cell | |
| JPH09181345A (ja) | 薄膜太陽電池 | |
| KR101536266B1 (ko) | 전자빔을 이용하여 Ga 편석 방지가 가능한 CIGS 광흡수층 제조방법 및 이를 이용한 CIGS 태양전지 제조방법 | |
| KR101372026B1 (ko) | 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| KR20130051219A (ko) | 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| KR101349417B1 (ko) | 태양전지 및 이의 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061130 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090610 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090616 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090721 |
|
| 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: 20090929 |
|
| 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: 20091016 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121106 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |