JP5022246B2 - 多接合型シリコン系薄膜光電変換装置 - Google Patents
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Description
本発明による多接合型シリコン系薄膜光電変換装置の一実施形態は、前記金属層が、金、銀、白金、の少なくとも一つからなることを特徴とする。
本発明による多接合型シリコン系薄膜光電変換装置の一実施形態は、前記中間層を構成する透明酸化物層が、酸化亜鉛または導電性酸素化シリコンにより形成されていることを特徴とする。
本発明による多接合型シリコン系薄膜光電変換装置の一実施形態は、前記透明酸化物層の膜厚が、10Å以上2000Å以下であり、且つ、金属層の膜厚が、5Å以上1000Å以下であることを特徴とする。前記金属層の膜厚は、10Å以上300Å以下であることが好ましい。
本発明による多接合型シリコン系薄膜光電変換装置を製造する方法の一実施形態は、前記中間層中の金属層が、蒸着法により形成されることを特徴とする。
図1を参照して説明された第一の実施の形態に対応して、実施例1としての多接合シリコン太陽電池が作製された。透明基板1にはガラスを用い、透明電極層2にはSnO2を用いた。この際の透明電極層2の膜厚は800nm、シート抵抗は10オーム/□、ヘイズ率は15〜20%とした。この上に、ボロンドープのp型シリコンカーバイド(SiC)層を10nm、ノンドープの非晶質シリコン光電変換層を200nm、リンドープのn型μc−Si層を20nmの膜厚で、それぞれプラズマCVD法により製膜した。これにより、前方光電変換ユニットであるpin接合の非晶質シリコン光電変換ユニット3を形成した。
図1を参照して説明された第一の実施の形態に対応して、実施例2としての多接合シリコン太陽電池が作製された。透明基板1にはガラスを用い、透明電極層2にはSnO2を用いた。この際の透明電極層2の膜厚は800nm、シート抵抗は10オーム/□、ヘイズ率は15〜20%とした。この上に、ボロンドープのp型シリコンカーバイド(SiC)層を10nm、ノンドープの非晶質シリコン光電変換層を300nm、リンドープのn型μc−Si層を20nmの膜厚で、それぞれプラズマCVD法により製膜した。これにより、前方光電変換ユニットであるpin接合の非晶質シリコン光電変換ユニット3を形成した。
同じく図2に示す構成の多接合型薄膜シリコン太陽電池を比較例1として作製した。この場合、中間層4が金属種として銀を選択し、膜厚10nmの銀層のみによって形成されていることのみにおいて実施例1および2と異なっていた。すなわち、非晶質シリコン光電変換ユニット3を形成後、基板を製膜室から大気中に取り出し、透明酸化物層4aを製膜することなく、銀層4bを形成するために電子ビーム共蒸着装置に投入した。基板温度25℃、200Wの電力により、銀を原料にして銀層を膜厚10nm形成した。次いで、銀層4bを形成した基板を電子ビーム共蒸着装置から大気中に取り出した後、オーブンに入れ、150℃、窒素雰囲気下で30分アニールした。透明酸化物層4cは製膜しなかった。基板を製膜室から大気中に取り出し、プラズマCVD装置にて、同様の条件により結晶質シリコン光電変換ユニット5を形成した。さらに結晶質シリコン光電変換ユニット5の上に、裏面電極層6を形成した。そして同様の方法により分光感度特性を測定したところ、光電変換装置として動作しなかった。この原因として、銀層は光電変換ユニット内へ拡散し、シリーズ抵抗が高くなり直列接続を形成できないことが考えられる。よって、本発明により銀層の前後に導電性の透明酸化物層を挿入することで電気的な接続が可能となることが確認された。
同じく図3に示す構成の多接合型薄膜シリコン太陽電池を比較例2として作製した。この場合、中間層4が挿入されていないことのみにおいて実施例1および2と異なっていた。その分光感度特性を測定したところ図1のような結果となった。また、これらの感度スペクトルより分光感度電流を算出したところ、11.4mA/cm2であった。結果を表1にまとめる。以上の結果について、実施例1の分光感度電流は14.4mA/cm2、実施例2の分光感度電流は14.9mA/cm2であったことから、本発明により中間層が無い時と比較して分光感度電流が30%程度向上することが確認された。
同じく図2に示す構成の多接合型薄膜シリコン太陽電池を比較例3として作製した。この場合、中間層4が酸化亜鉛層のみによって形成されていることのみにおいて実施例1および2と異なっていた。すなわち、非晶質シリコン光電変換ユニット3を形成後、基板を製膜室から大気中に取り出し、スパッタ装置の製膜室に投入した。そして酸化亜鉛層のみからなる中間層4を膜厚800Åにて形成した。なお酸化亜鉛層の屈折率を分光エリプソメトリ法にて測定したところ、波長600nmでの屈折率は2.1であった。続いて基板を製膜室から大気中に取り出しCVD装置の製膜室に投入した。そして同様の方法により結晶質シリコン光電変換ユニット5を形成した。さらに結晶質シリコン光電変換ユニット5の上に、裏面電極層6を形成した。そして同様の方法により分光感度特性を測定したところ図1のような結果となった。また、これらの感度スペクトルより分光感度電流を算出したところ、12.4mA/cm2であった。結果を表1にまとめる。以上の結果について、実施例1の分光感度電流は14.4mA/cm2、実施例2の分光感度電流は14.9mA/cm2であったことから、本発明により分光感度電流が20%程度向上している。よって金属層を中間層として用いることにより反射特性が優れた中間層が形成されたことが確認された。
同じく図2に示す構成の多接合型薄膜シリコン太陽電池を比較例4として作製した。この場合、中間層4が導電性酸素化シリコン層のみによって形成されていることのみにおいて実施例1および2と異なっていた。すなわち、非晶質シリコン光電変換ユニット3を形成後、基板を製膜室から大気中に取り出すことなく導電性酸素化シリコン層のみからなる中間層4を膜厚800Åにて形成した。なお導電性酸素化シリコン層を分光エリプソメトリ法にて測定したところ、波長600nmでの屈折率は1.95であった。
そして基板を製膜室から大気中に取り出すことなく同様の方法により結晶質シリコン光電変換ユニット5を形成した。さらに結晶質シリコン光電変換ユニット5の上に、裏面電極層6を形成した。そして同様の方法により分光感度特性を測定したところ図1のような結果となった。また、これらの感度スペクトルより分光感度電流を算出したところ、12.3mA/cm2であった。結果を表1にまとめる。以上の結果について、実施例1の分光感度電流は14.4mA/cm2、実施例2の分光感度電流は14.9mA/cm2であったことから、本発明により分光感度電流が21%程度向上している。よって金属層を中間層として用いることにより反射特性が優れた中間層が形成されたことが確認された。
2 透明電極層
3 前方光電変換ユニット
4 中間層
4a 透明酸化物層
4b 金属層
4c 透明酸化物層
5 後方光電変換ユニット
6 裏面電極層
Claims (7)
- 中間層を介して直列接続されたシリコン系薄膜光電変換ユニットを備えた多接合型シリコン系薄膜光電変換装置であって、
該中間層が透明酸化物層/金属層/透明酸化物層の順に積層された層からなることを特徴とする多接合型シリコン系薄膜光電変換装置。
- 前記金属層が、金、銀、白金、の少なくとも一つからなることを特徴とする請求項1記載の多接合型シリコン系薄膜光電変換装置。
- 前記中間層を構成する透明酸化物層が、酸化亜鉛により形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の多接合型シリコン系薄膜光電変換装置。
- 前記中間層を構成する透明酸化物層が、導電性酸素化シリコンにより形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の多接合型シリコン系薄膜光電変換装置。
- 前記透明酸化物層の膜厚が、10Å以上2000Å以下であり、且つ、金属層の膜厚が、5Å以上1000Å以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の多接合型シリコン系薄膜光電変換装置。
- 前記金属層の膜厚が、10Å以上300Å以下であることを特徴とする請求項5に記載の多接合型シリコン系薄膜光電変換装置。
- 請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の多接合型シリコン系薄膜光電変換装置を製造する方法であって、前記中間層中の金属層が、蒸着法により形成されることを特徴とする、多接合型シリコン系薄膜光電変換装置の製造方法。
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