JP5548878B2 - Multi-junction optical element - Google Patents

Multi-junction optical element Download PDF

Info

Publication number
JP5548878B2
JP5548878B2 JP2009080627A JP2009080627A JP5548878B2 JP 5548878 B2 JP5548878 B2 JP 5548878B2 JP 2009080627 A JP2009080627 A JP 2009080627A JP 2009080627 A JP2009080627 A JP 2009080627A JP 5548878 B2 JP5548878 B2 JP 5548878B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
solar cell
conductive film
transparent conductive
light
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
Application number
JP2009080627A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2010232563A (en
Inventor
道雄 近藤
武彦 永井
洋平 湯田
宏 野毛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Corning Holding Japan GK
Original Assignee
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Corning Holding Japan GK
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST, Corning Holding Japan GK filed Critical National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority to JP2009080627A priority Critical patent/JP5548878B2/en
Publication of JP2010232563A publication Critical patent/JP2010232563A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5548878B2 publication Critical patent/JP5548878B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549Organic PV cells

Landscapes

  • Led Devices (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Description

本発明は、光電変換効率の優れた多接合型太陽電池、多接合型受光素子、多接合型発光素子に関する。   The present invention relates to a multi-junction solar cell, a multi-junction light-receiving element, and a multi-junction light-emitting element having excellent photoelectric conversion efficiency.

従来、太陽電池の変換効率を向上する手段として、光吸収スペクトル又は禁制帯幅の異なる半導体層、例えばアモルファスシリコンの半導体層と結晶シリコンの半導体層とを透明導電膜を介して積層したタンデム型あるいは多接合型と呼ばれる太陽電池が知られている(特許文献1〜3参照)。このような多接合型太陽電池においては、上方の光吸収スペクトルが短波長側にある半導体層又は禁制帯幅の広い方の半導体層から、太陽光を入射すると、この半導体層を透過した長波長成分の多い太陽光が、下方の光吸収スペクトルが長波長側にある半導体層又は禁制帯幅の狭い方の半導体層に吸収され、全体として太陽光スペクトルが効果的に吸収されて、太陽電池の光電変換効率が増大する効果がある。   Conventionally, as a means for improving the conversion efficiency of a solar cell, a semiconductor layer having a different light absorption spectrum or band gap, for example, a tandem type in which an amorphous silicon semiconductor layer and a crystalline silicon semiconductor layer are laminated via a transparent conductive film or A solar cell called a multi-junction type is known (see Patent Documents 1 to 3). In such a multi-junction solar cell, when sunlight enters from a semiconductor layer whose upper light absorption spectrum is on the short wavelength side or a semiconductor layer with a wider forbidden band, the long wavelength transmitted through the semiconductor layer The sunlight with many components is absorbed in the semiconductor layer whose lower light absorption spectrum is on the long wavelength side or the semiconductor layer with the narrow forbidden band, and the solar spectrum is effectively absorbed as a whole. There is an effect of increasing the photoelectric conversion efficiency.

このような多接合型太陽電池の中でも特に特許文献1に開示されている技術を図6に示す。特許文献1では、太陽電池の第1のセル51と第2のセル54の積層界面における欠陥の影響を低減するため、積層界面に窒化物又は酸化膜の絶縁膜52を形成し、その絶縁膜に開口穴53を設けて積層する層間の電気接続を実現している。   Among such multi-junction solar cells, the technique disclosed in Patent Document 1 is shown in FIG. In Patent Document 1, in order to reduce the influence of defects at the stack interface between the first cell 51 and the second cell 54 of the solar battery, an insulating film 52 of nitride or oxide film is formed at the stack interface, and the insulating film An opening hole 53 is provided in the layer to realize electrical connection between the stacked layers.

また、図7は、特許文献2の禁制帯幅の異なる半導体層を積層したタンデム型構造の光起電力装置の図である。図7に図示したように、単結晶シリコン基板61上に形成した、表面に開口部のある金属電極63を設けた単結晶シリコン太陽電池セル65と、絶縁性透明基板66上に形成したカルコパイライト化合物薄膜67をアルミニウムドープ酸化亜鉛等の透明電極膜60で挟んだ太陽電池セル68とを、透明性エポキシ樹脂62等で接着して積層したタンデム型太陽電池が、特許文献2に開示されている。この太陽電池においても、禁制帯幅の広いカルコパイライト化合物セル67側から、絶縁性透明基板66を介して、太陽光を入射することにより、カルコパイライト化合物セル67を透過した長波長成分の多い太陽光が、下方の禁制帯幅の狭い単結晶シリコンセル65に吸収され、全体として太陽光スペクトルを効果的に吸収して太陽電池の光電変換効率を増すことができる。   FIG. 7 is a diagram of a photovoltaic device having a tandem structure in which semiconductor layers having different forbidden bandwidths are stacked in Patent Document 2. As shown in FIG. 7, a single crystal silicon solar cell 65 formed on a single crystal silicon substrate 61 and provided with a metal electrode 63 having an opening on the surface, and a chalcopyrite formed on an insulating transparent substrate 66. Patent Document 2 discloses a tandem solar cell in which a compound thin film 67 and a solar battery cell 68 sandwiched between transparent electrode films 60 such as aluminum-doped zinc oxide are bonded and laminated with a transparent epoxy resin 62 or the like. . Also in this solar cell, the sun with many long-wavelength components transmitted through the chalcopyrite compound cell 67 by entering sunlight from the chalcopyrite compound cell 67 side having a wide forbidden band through the insulating transparent substrate 66. Light is absorbed by the single crystal silicon cell 65 having a narrow forbidden band below, and as a whole, the solar spectrum can be effectively absorbed to increase the photoelectric conversion efficiency of the solar cell.

また、多接合型太陽電池の例として、多結晶シリコン基板を含む下部光電変換層と、下部光電変換層の上に積層される中間層と、中間層の上に積層されたアモルファスシリコンからなる上部光電変換層とを備えた構造が、特許文献3に開示されている。該中間層は、上部光電変換層側から入射する光を波長によって選択的に反射及び透過させる透過導電層と、貫通する複数の導電部を点在させた酸化シリコン膜とからなり、貫通する複数の導電部は酸化シリコン膜上に導電性ペーストを塗布焼成して設けられていることが開示されている。   As an example of a multi-junction solar cell, a lower photoelectric conversion layer including a polycrystalline silicon substrate, an intermediate layer stacked on the lower photoelectric conversion layer, and an upper portion made of amorphous silicon stacked on the intermediate layer A structure including a photoelectric conversion layer is disclosed in Patent Document 3. The intermediate layer includes a transmissive conductive layer that selectively reflects and transmits light incident from the upper photoelectric conversion layer side according to a wavelength, and a silicon oxide film interspersed with a plurality of penetrating conductive portions. It is disclosed that the conductive portion is provided by applying and baking a conductive paste on a silicon oxide film.

特開2003−124481号公報JP 2003-124481 A 特開平6−283738号公報JP-A-6-283737 特開平2003−142709号公報JP-A-2003-142709

光電変換効率を増大させるために複数の太陽電池セルを積層しようとすると、積層を具体化するにあたり以下に説明するような種々の問題が生じる。これは、太陽電池に係わらず、セルを積層する多接合型受光素子や多接合型発光素子に共通の問題であり、本発明は、これらの問題を解決しようとするものである。   When trying to stack a plurality of solar cells in order to increase the photoelectric conversion efficiency, various problems as described below arise when the stack is embodied. This is a problem common to multi-junction light-receiving elements and multi-junction light-emitting elements in which cells are stacked regardless of solar cells, and the present invention intends to solve these problems.

特許文献1に開示されているような技術では、同一基板(例えばガラス基板)上に、光吸収スペクトルが長波長側にある半導体層又は禁制帯幅の狭い方の半導体層と、光吸収スペクトルが短波長側にある半導体層又は禁制帯幅の広い方の半導体層とを、順次堆積してタンデム型太陽電池を形成している。手順として後の方で堆積する半導体層は、その堆積条件が基板又は先に堆積した半導体層の性質によって制約され、必ずしも最適な堆積条件が選択できないという問題があった。例えば、先に堆積した半導体層の安定な温度の上限が、後に堆積する半導体層の最適温度よりも低い場合は、堆積温度が高いと先に堆積した半導体層が劣化し、逆に堆積温度が低いと後に堆積する半導体層の特性が十分でないという問題があった。また、後の方で堆積する半導体層の性質は下地の層の影響を受けるが、複数の層を同一の基板上に堆積した場合、必ずしも堆積に最適な下地を選べないという問題もあった。たとえば、単結晶半導体層を堆積する下地としては、それと格子整合する単結晶が最適であるが、下地が多結晶層である場合には単結晶層の堆積ができないという問題もあった。さらに、太陽光が入射する方向は透明な基板側からの一方向に限定され、構造上の自由度が小さいという問題もあった。特許文献3においても、多結晶シリコン基板を含む下部光電変換層上に上部光電変換層を積層するものであるから、特許文献1と同様の問題があった。   In the technique disclosed in Patent Document 1, a semiconductor layer having a light absorption spectrum on the long wavelength side or a semiconductor layer having a narrow forbidden band and a light absorption spectrum on the same substrate (for example, a glass substrate). A semiconductor layer on the short wavelength side or a semiconductor layer with a wider forbidden band is sequentially deposited to form a tandem solar cell. The semiconductor layer deposited later as a procedure has a problem that the deposition conditions are limited by the properties of the substrate or the previously deposited semiconductor layer, and the optimum deposition conditions cannot always be selected. For example, if the upper limit of the stable temperature of the semiconductor layer deposited earlier is lower than the optimum temperature of the semiconductor layer deposited later, the semiconductor layer deposited earlier deteriorates when the deposition temperature is high, and conversely the deposition temperature If it is low, there is a problem that the characteristics of a semiconductor layer deposited later are not sufficient. Further, although the properties of the semiconductor layer deposited later are affected by the underlying layer, there is a problem that when a plurality of layers are deposited on the same substrate, it is not always possible to select an optimal underlying substrate for deposition. For example, a single crystal that is lattice-matched with the single crystal semiconductor layer is optimal as the base for depositing the single crystal semiconductor layer. However, when the base is a polycrystalline layer, the single crystal layer cannot be deposited. Furthermore, the direction in which sunlight is incident is limited to one direction from the transparent substrate side, and there is a problem that the degree of freedom in structure is small. Also in Patent Document 3, since the upper photoelectric conversion layer is laminated on the lower photoelectric conversion layer including the polycrystalline silicon substrate, there is a problem similar to that of Patent Document 1.

特許文献2に開示されているような技術では、複数の太陽電池セルが複数の異なる基板上に形成されていて、それぞれのセルに最適な堆積条件を選定できるものの、各セルの積層は透明エポキシ樹脂で機械的に接合されているだけなので、セル間の電気的な接続がなく、接合部から各セルの電極を外部に取り出さなければならないという問題があった。このため、セル面積が大きい場合はセル中央部から電極を外部に取り出すまでの距離が長くなり、電気抵抗が増大して電力ロスが大きくなってしまうという問題があった。また、電極を外部に取り出して接続するためのスペースが余計に必要となるため、素子のサイズが大型化してしまうという問題もあった。さらに、太陽光が入射する方向は透明な基板側からの一方向に限定され、構造上の自由度が小さいという問題もあった。   In the technique disclosed in Patent Document 2, a plurality of solar cells are formed on a plurality of different substrates, and an optimum deposition condition can be selected for each cell. Since it is merely mechanically bonded with resin, there is no electrical connection between the cells, and there is a problem that the electrode of each cell must be taken out from the bonded portion. For this reason, when the cell area is large, there is a problem that the distance from the center of the cell to taking out the electrode to the outside becomes long, the electrical resistance increases and the power loss increases. In addition, since an extra space for taking out and connecting the electrodes to the outside is required, there is a problem that the size of the element increases. Furthermore, the direction in which sunlight is incident is limited to one direction from the transparent substrate side, and there is a problem that the degree of freedom in structure is small.

本発明は、これらの問題を解決しようとするものであり、多接合型太陽電池、多接合型受光素子及び多接合型発光素子において、改良された積層構造により太陽電池や各素子の性能を向上させることを目的とする。さらに、多接合型太陽電池、多接合型受光素子及び多接合型発光素子において、太陽電池セル、受光素子セル、発光素子セルを積層する際に、最適な積層条件が選択できるようにして、多結晶層、単結晶層及びアモルファス層等の層構造の自由度を高めることを目的とする。   The present invention is intended to solve these problems. In a multi-junction solar cell, a multi-junction light-receiving element, and a multi-junction light-emitting element, the performance of the solar cell and each element is improved by an improved laminated structure. The purpose is to let you. Furthermore, in multi-junction solar cells, multi-junction light-receiving elements, and multi-junction light-emitting elements, when laminating solar battery cells, light-receiving element cells, and light-emitting element cells, it is possible to select optimum lamination conditions, An object is to increase the degree of freedom of the layer structure such as a crystal layer, a single crystal layer, and an amorphous layer.

本発明は、上記目的を達成するために、次の特徴を有するものである。   In order to achieve the above object, the present invention has the following characteristics.

本発明の多接合型太陽電池は、複数の光吸収スペクトルの異なる太陽電池セルを積層し電気的に接続した多接合型太陽電池であって、前記太陽電池セルのうちの少なくとも一つの太陽電池セルは、両面に開口する貫通孔を有する透明基板上に形成され、前記透明基板の貫通孔内部及び前記透明基板の太陽電池セルの形成されていない側の面は、透明導電膜で被覆され、太陽電池セルは光吸収波長の最も短いセルから光が入射するよう吸収波長の順に各セルを積層して接合されていることを特徴とする。   The multi-junction solar cell of the present invention is a multi-junction solar cell in which a plurality of solar cells having different light absorption spectra are stacked and electrically connected, and at least one of the solar cells. Is formed on a transparent substrate having through-holes opened on both sides, and the inside of the through-hole of the transparent substrate and the surface of the transparent substrate on which no solar cells are formed are covered with a transparent conductive film, The battery cell is characterized in that the cells are laminated and joined in the order of the absorption wavelength so that light enters from the cell having the shortest light absorption wavelength.

前記太陽電池セルのうちの少なくとも一つの太陽電池セルは、光が入射するのと反対側の端部太陽電池セルを除く太陽電池セルであることを特徴とする。   At least one of the solar battery cells is a solar battery cell excluding an end solar battery cell on the opposite side to which light is incident.

本発明で用いる透明基板は、ガラス基板、樹脂基板、多結晶基板及び単結晶基板のうちのいずれか1つ以上から選択されることを特徴とする。   The transparent substrate used in the present invention is selected from any one or more of a glass substrate, a resin substrate, a polycrystalline substrate, and a single crystal substrate.

本発明の前記太陽電池セルのうちの少なくとも一つの太陽電池セルは、ガラス基板上に形成されたシリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、シリコン錫又はシリコンゲルマニウム錫の単結晶薄膜からなることを特徴とする。
また、前記太陽電池セルのうちの少なくとも一つの太陽電池セルは、ガラス基板上に形成されたシリコン又はシリコンゲルマニウムの微結晶薄膜からなることを特徴とする。
また、前記太陽電池セルのうちの少なくとも一つの太陽電池セルは、ガラス基板上に形成されたシリコン又はシリコンカーバイドのアモルファス薄膜からなることを特徴とする。
At least one of the solar cells according to the present invention is formed of a single crystal thin film of silicon, germanium, silicon germanium, silicon tin, or silicon germanium tin formed on a glass substrate.
Further, at least one of the solar cells is made of a microcrystalline thin film of silicon or silicon germanium formed on a glass substrate.
Further, at least one of the solar cells is made of an amorphous thin film of silicon or silicon carbide formed on a glass substrate.

また、前記太陽電池セルのうちの少なくとも一つの太陽電池セルは、砒化ガリウム単結晶基板上に形成された砒化ガリウム、砒化ガリウムアルミニウム又は燐化インジウムガリウムの単結晶薄膜からなることを特徴とする。
また、前記太陽電池セルのうちの少なくとも一つの太陽電池セルは、サファイア又は窒化ガリウム基板上に形成された窒化インジウムガリウムの単結晶薄膜からなることを特徴とする。
また、前記太陽電池セルのうちの少なくとも一つの太陽電池セルは、ソーダライムガラス基板上に形成されたカルコパイライト薄膜からなることを特徴とする。また、前記太陽電池セルのうちの少なくとも一つの太陽電池セルは、透明プラスチック基板上に形成された有機薄膜からなることを特徴とする。
In addition, at least one of the solar cells is formed of a single crystal thin film of gallium arsenide, gallium arsenide, or indium gallium phosphide formed on a gallium arsenide single crystal substrate.
In addition, at least one of the solar cells is made of a single crystal thin film of indium gallium nitride formed on a sapphire or gallium nitride substrate.
Further, at least one of the solar cells is made of a chalcopyrite thin film formed on a soda lime glass substrate. In addition, at least one of the solar cells is composed of an organic thin film formed on a transparent plastic substrate.

本発明において、前記太陽電池セルのうちの少なくとも一つの太陽電池セルは、隣接する太陽電池セルと互いの透明導電膜を接合することにより積層されていることを特徴とする。
また、太陽電池セルのうちの少なくとも一つの太陽電池セルは、光が入射する側と反対側の端部太陽電池セルを除く太陽電池セルであることを特徴とする。光が入射する側と反対側の端部太陽電池セルは、透明基板上に設ける必要がない。また、光が入射する側と反対側の端部太陽電池セルを除く太陽電池セルのすべてを本発明のような貫通孔を有する透明基板上に設けることが好ましいが、すべてではなく、少なくとも一つの太陽電池セルを貫通孔のある透明基板上に設けて、他の太陽電池セルの積層構造は従来の構造を用いてもよい。
In the present invention, at least one of the solar cells is laminated by adjoining the adjacent solar cells and a transparent conductive film.
In addition, at least one of the solar cells is a solar cell excluding an end solar cell on the side opposite to the side on which light is incident. The end solar cell on the side opposite to the light incident side does not need to be provided on the transparent substrate. Further, it is preferable to provide all of the solar cells except for the end solar cells on the side opposite to the light incident side on the transparent substrate having through holes as in the present invention, but not all, but at least one A solar battery cell may be provided on a transparent substrate having a through hole, and a conventional structure may be used for the stacked structure of other solar battery cells.

本発明の多接合型受光素子は、複数の光吸収スペクトルの異なる受光素子を積層し電気的に接続した多接合型受光素子において、前記受光素子のうちの少なくとも一つの受光素子は、貫通孔を有する透明基板上に形成され、前記透明基板の貫通孔内部及び前記透明基板の受光素子の形成されていない側の面は透明導電膜で被覆され、受光素子は光吸収波長の最も短い受光素子から光が入射するよう吸収波長の順に各受光素子を積層して接合されていることを特徴とする。   The multi-junction light-receiving element of the present invention is a multi-junction light-receiving element in which a plurality of light-receiving elements having different light absorption spectra are stacked and electrically connected, and at least one of the light-receiving elements has a through hole. The transparent substrate has a through-hole in the transparent substrate and the surface of the transparent substrate on the side where the light receiving element is not formed is covered with a transparent conductive film, and the light receiving element has a shortest light absorption wavelength. Each light receiving element is laminated and joined in order of absorption wavelength so that light is incident.

本発明の多接合型発光素子は複数の発光スペクトルの異なる発光素子を積層し電気的に接続した多接合型発光素子において、前記発光素子のうちの少なくとも一つの発光素子は、貫通孔を有する透明基板上に形成され、前記透明基板の貫通孔内部及び前記透明基板の発光素子の形成されていない側の面は透明導電膜で被覆され、発光素子は発光波長の最も短い発光素子から光が出射するよう発光波長の順に各発光素子を積層して接合されていることを特徴とする。   The multi-junction light-emitting element of the present invention is a multi-junction light-emitting element in which a plurality of light-emitting elements having different emission spectra are stacked and electrically connected. At least one of the light-emitting elements is transparent with a through hole. Formed on the substrate, the inside of the through hole of the transparent substrate and the surface of the transparent substrate where the light emitting element is not formed are covered with a transparent conductive film, and the light emitting element emits light from the light emitting element with the shortest emission wavelength. Each light emitting element is laminated and joined in the order of the emission wavelength.

本発明による多接合型太陽電池においては、複数の光吸収スペクトルの異なる太陽電池セルを光吸収波長の最も短いセルから光が入射するよう吸収波長の順に各セルを積層して接合しているので、幅広い太陽光スペクトルを効果的に吸収して太陽電池の光電変換効率を増すことができる。
また、本発明による多接合型太陽電池においては、複数の異なる太陽電池セルをそれぞれ複数の異なる基板上に形成しているため、各太陽電池セルに最適の基板や形成条件を選択することができる。
In the multijunction solar cell according to the present invention, a plurality of solar cells having different light absorption spectra are laminated and joined in the order of absorption wavelengths so that light enters from the cell having the shortest light absorption wavelength. It is possible to effectively absorb a wide sunlight spectrum and increase the photoelectric conversion efficiency of the solar cell.
In the multi-junction solar cell according to the present invention, since a plurality of different solar cells are formed on a plurality of different substrates, the optimum substrate and formation conditions can be selected for each solar cell. .

また、本発明による多接合型太陽電池においては、少なくとも光が入射するのと反対側の端部太陽電池セルを除く各太陽電池セルの基板は、その両面に開口する貫通孔を有し、かつ貫通孔内部及び少なくとも基板の太陽電池セルの形成されていない側の面は、透明導電膜で被覆されていて、それぞれが接合により電気的に接続しているので、両端の太陽電池セルを除く各セルの電極を外部に取り出す必要はなく、電気抵抗を小さくして電力損失を小さくでき、素子の面積を小さくできる。
また、本発明による多接合型太陽電池においては、太陽電池セルをガラス基板、透明な樹脂基板又は透明な結晶基板上に形成しているので、それらの積層の順番により、太陽光を透明基板側から入射しても、その反対側から入射してもほぼ同等の動作をする構造上の自由度を有しているので、入射面とは反対側の面に最適な光反射構造を適宜設けることができる。
Further, in the multi-junction solar cell according to the present invention, at least the solar cell substrate except the end solar cell on the side opposite to where light is incident has through-holes opened on both sides thereof, and The inside of the through hole and at least the surface of the substrate on which the solar cells are not formed are covered with a transparent conductive film, and each is electrically connected by bonding. There is no need to take out the electrode of the cell to the outside, the electric resistance can be reduced, the power loss can be reduced, and the area of the element can be reduced.
In the multi-junction solar cell according to the present invention, since the solar cells are formed on a glass substrate, a transparent resin substrate, or a transparent crystal substrate, sunlight is transmitted to the transparent substrate side according to the order of their lamination. Even if it is incident from the opposite side, it has the structural freedom to operate almost the same even if it is incident from the opposite side, so the optimal light reflecting structure should be provided on the opposite side of the incident surface as appropriate Can do.

本発明による多接合型受光素子においては、複数の光吸収スペクトルの異なる受光素子を光吸収波長の最も短い受光素子から光が入射するよう吸収波長の順に各素子を積層して接合されているので、幅広いスペクトルを有する入射光を光吸収スペクトルが一致する受光素子に効率的に分配できる。
また、本発明による多接合型受光素子においては、複数の異なる受光素子をそれぞれ複数の異なる基板上に形成しているため、各受光素子に最適の基板や形成条件を選択することができる。
In the multi-junction type light receiving element according to the present invention, a plurality of light receiving elements having different light absorption spectra are joined by stacking the elements in the order of the absorption wavelengths so that light enters from the light receiving element having the shortest light absorption wavelength. Thus, incident light having a wide spectrum can be efficiently distributed to the light receiving elements having the same light absorption spectrum.
In the multi-junction type light receiving element according to the present invention, since a plurality of different light receiving elements are formed on a plurality of different substrates, respectively, an optimum substrate and formation conditions can be selected for each light receiving element.

また、本発明による多接合型受光素子においては、少なくとも光が入射するのと反対側の端部受光素子を除く各受光素子の基板は、その両面に開口する貫通孔を有し、貫通孔内部及び少なくとも基板の受光素子の形成されていない側の面は透明導電膜で被覆されていて、それぞれが接合により電気的に接続しているので、両端のセルを除く各受光素子の電極を外部に取り出す必要はなく、素子の面積を小さくできる。
また、本発明による多接合型受光素子においては、少なくとも光が入射するのと反対側の端部受光素子を除く各受光素子は、ガラス基板、透明な樹脂基板又は透明な結晶基板上に形成されているので、それらの積層の順番により、光を基板側から入射しても、その反対側から入射してもほぼ同等の動作をする構造上の自由度を有すことができる。
In the multi-junction light receiving element according to the present invention, the substrate of each light receiving element excluding at least the end light receiving element on the side opposite to where light is incident has through holes opened on both sides thereof, Since at least the surface of the substrate where the light receiving element is not formed is covered with a transparent conductive film and each is electrically connected by bonding, the electrodes of each light receiving element except for the cells at both ends are exposed to the outside. There is no need to take out, and the area of the element can be reduced.
Further, in the multi-junction type light receiving element according to the present invention, each light receiving element except at least the end light receiving element on the side opposite to where light is incident is formed on a glass substrate, a transparent resin substrate, or a transparent crystal substrate. Therefore, depending on the order of the stacking, it is possible to have a structural degree of freedom in which the operation is almost the same regardless of whether the light is incident from the substrate side or the opposite side.

本発明による多接合型発光素子においては、複数の発光スペクトルの異なる発光素子を発光波長の最も短い素子から出射するよう発光波長の順に各素子を積層して接合されているので、各発光素子からの発光スペクトルを合成して効率的に幅広いスペクトル光を出すことができる。
また、本発明による多接合型発光素子においては、複数の異なる発光素子をそれぞれ複数の異なる基板上に形成しているため、各発光素子に最適の基板や形成条件を選択することができる。
In the multi-junction light-emitting device according to the present invention, the light-emitting elements having different emission spectra are laminated and joined in the order of the emission wavelength so that the light-emitting elements having different emission spectra are emitted from the element having the shortest emission wavelength. Thus, it is possible to efficiently emit a broad spectrum light.
In the multi-junction light-emitting element according to the present invention, since a plurality of different light-emitting elements are formed on a plurality of different substrates, the optimum substrate and formation conditions can be selected for each light-emitting element.

また、本発明による多接合型発光素子においては、少なくとも光が出射するのと反対側の端部発光素子を除く各発光素子の基板はその両面に開口する貫通孔を有し、貫通孔内部及び少なくとも基板の発光素子の形成されていない側の面は透明導電膜で被覆されていて、それぞれが接合により電気的に接続しているので、両端の発光素子を除く各発光素子の電極を外部に取り出す必要はなく、素子の面積を小さくできる。
また、本発明による多接合型発光素子においては、少なくとも光が出射するのと反対側の端部発光素子を除く各受光素子はガラス基板又は透明な樹脂基板又は透明な結晶基板上に形成されているので、それらの積層の順番により、光を基板側から出射しても、その反対側から出射してもほぼ同等の動作をする構造上の自由度を有すことができる。
Further, in the multi-junction light emitting device according to the present invention, the substrate of each light emitting device excluding at least the end light emitting device on the side opposite to where light is emitted has through holes opened on both sides thereof, At least the surface of the substrate on which the light emitting element is not formed is covered with a transparent conductive film, and each is electrically connected by bonding. Therefore, the electrodes of each light emitting element excluding the light emitting elements at both ends are exposed to the outside. There is no need to take out, and the area of the element can be reduced.
Further, in the multi-junction light emitting device according to the present invention, at least each light receiving device except the end light emitting device on the opposite side from which light is emitted is formed on a glass substrate, a transparent resin substrate, or a transparent crystal substrate. Therefore, depending on the order of the stacking, it is possible to have a structural degree of freedom in which the operation is almost the same whether the light is emitted from the substrate side or the opposite side.

本発明の第1実施例に係る多接合型太陽電池の構造を示す図The figure which shows the structure of the multijunction solar cell which concerns on 1st Example of this invention. 本発明の第2実施例に係る多接合型太陽電池の構造を示す図The figure which shows the structure of the multijunction solar cell which concerns on 2nd Example of this invention. 本発明による多接合型太陽電池の第1実施例において微結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セルを作製する途中(透明導電膜を堆積したガラス基板)の断面構造を示す図The figure which shows the cross-section of the middle (the glass substrate which deposited the transparent conductive film) which produces a microcrystal silicon germanium photovoltaic cell in 1st Example of the multijunction type solar cell by this invention 本発明の第3実施例に係る多接合型太陽電池の構造を示す図The figure which shows the structure of the multijunction solar cell which concerns on 3rd Example of this invention. 本発明の第4実施例に係る多接合型太陽電池の構造を示す図The figure which shows the structure of the multijunction solar cell which concerns on 4th Example of this invention. 従来技術の多接合型太陽電池の構造を示す図。The figure which shows the structure of the multijunction type solar cell of a prior art. 他の従来技術の多接合型太陽電池の構造を示す図。The figure which shows the structure of the multijunction type solar cell of another prior art.

本発明の多接合型太陽電池の第1実施例を、図1を参照して説明する。図1のように、貫通孔を有するガラス基板2の上に、p型単結晶シリコン膜3/i型単結晶シリコンゲルマニウム膜4/n型単結晶シリコンゲルマニウム膜5の順で積層された3層のp型i型n型の単結晶膜からなる第1の太陽電池セル17が形成されている。ガラス基板2は、貫通孔20を有し、かつ貫通孔内部及び少なくとも基板の太陽電池セルの形成されていない側の面は金属薄膜1で被覆されている。
さらに、該第1の太陽電池セル17の上に、両面に開口部を備える貫通孔を有してかつ貫通孔内部及び基板面が透明導電膜6で被覆されているガラス基板2が配置されている。ガラス基板2の上に、p型微結晶シリコン膜8/i型微結晶シリコンゲルマニウム膜9/n型微結晶シリコン膜10の順で積層された3層のp型i型n型の微結晶膜からなる第2の太陽電池セル18が形成されている。
さらに、該第2の太陽電池セル18の上に、両面に開口部を備える貫通孔20を有してかつ貫通孔内部及び基板面が透明導電膜6で被覆されているガラス基板2が配置されている。ガラス基板2の上に、p型アモルファスシリコン膜13/i型アモルファスシリコン膜14/n型アモルファスシリコン膜15の順で積層された3層のp型i型n型のアモルファスシリコン膜からなる第3の太陽電池セル19が形成されている。第3の太陽電池セル19の上に透明導電膜6が形成されている。
A first embodiment of the multijunction solar cell of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, three layers are laminated in the order of a p-type single crystal silicon film 3 / i-type single crystal silicon germanium film 4 / n-type single crystal silicon germanium film 5 on a glass substrate 2 having a through hole. The first solar cell 17 made of the p-type i-type n-type single crystal film is formed. The glass substrate 2 has through-holes 20, and the inside of the through-holes and at least the surface of the substrate on which the solar cells are not formed are covered with the metal thin film 1.
Further, on the first solar cell 17, a glass substrate 2 having a through hole having openings on both surfaces and having the inside of the through hole and the substrate surface covered with the transparent conductive film 6 is disposed. Yes. Three layers of p-type i-type n-type microcrystalline films are laminated on a glass substrate 2 in this order: p-type microcrystalline silicon film 8 / i-type microcrystalline silicon germanium film 9 / n-type microcrystalline silicon film 10. A second solar battery cell 18 is formed.
Further, on the second solar battery cell 18, a glass substrate 2 having a through hole 20 having openings on both sides and having the inside of the through hole and the substrate surface covered with the transparent conductive film 6 is disposed. ing. A third layer composed of three layers of p-type i-type n-type amorphous silicon films laminated in the order of p-type amorphous silicon film 13 / i-type amorphous silicon film 14 / n-type amorphous silicon film 15 on glass substrate 2. The solar battery cell 19 is formed. A transparent conductive film 6 is formed on the third solar battery cell 19.

(作用)
図1の多接合型太陽電池において、図の上方から太陽光が入射すると、上方に位置する、光吸収スペクトルが短波長側にある半導体層又は禁制帯幅の広い方の半導体層(第3の太陽電池セル19)により太陽光の短波長成分が吸収される。この半導体層を透過した長波長成分の多い太陽光は、より下方に位置する光吸収スペクトルが長波長側にある半導体層又は禁制帯幅の狭い方の半導体層(第2の太陽電池セル18)に吸収される。さらにこの半導体層を透過したより長波長成分の多い太陽光が、より下方に位置する、光吸収スペクトルがより長波長側にある半導体層又は禁制帯幅のより狭い方の半導体層(第1の太陽電池セル17)に吸収される。こうして全体として太陽光スペクトルが効果的に吸収されて、太陽電池の光電変換効率が増大する効果がある。また、貫通孔内部20及び透明基板に被覆されている透明導電膜6により、それぞれ太陽電池セルが接合により電気的に接続されている。
(Function)
In the multi-junction solar cell of FIG. 1, when sunlight enters from the upper side of the figure, the semiconductor layer located on the upper side and having a light absorption spectrum on the short wavelength side or the semiconductor layer with the wider forbidden band (third The short wavelength component of sunlight is absorbed by the solar cell 19). The sunlight having a lot of long wavelength components transmitted through the semiconductor layer is a semiconductor layer having a light absorption spectrum located on the lower wavelength side or a semiconductor layer having a narrow forbidden band (second solar cell 18). To be absorbed. Further, sunlight having a longer wavelength component transmitted through the semiconductor layer is located below, the semiconductor layer having a light absorption spectrum on the longer wavelength side, or a semiconductor layer with a narrower forbidden band (first semiconductor layer) Absorbed by the solar cell 17). Thus, the solar spectrum is effectively absorbed as a whole, and the photoelectric conversion efficiency of the solar cell is increased. Further, the solar cells are electrically connected to each other by bonding through the through-hole interior 20 and the transparent conductive film 6 covered with the transparent substrate.

多接合型太陽電池セルとして第1から第3の太陽電池セルからなる3段の例を図示して説明したが、2段の場合や、また4段以上のセルを接合する場合も同様の構造で形成する。透明基板として、ガラス基板の例を示したが、透明な樹脂基板、透明な多結晶基板、透明な単結晶基板のうちのいずれか1つ以上の基板を用いて積層するとよい。本発明の積層構造を用いれば、異なる基板を用いて最適な半導体層を形成することができ、より性能を向上させることができる。貫通孔は、微細加工であるために、前半をレーザー光照射により行い、後半をエッチングにより形成することが好ましい。その他の方法としてレーザー照射、エッチング等により形成することもできる。また、透明導電膜は、ガリウムをドープした酸化亜鉛、又は水素をドープした酸化インジウムを用いることが好ましい。透明基板は、ガラス基板の例を示したが、樹脂基板、多結晶基板又は単結晶基板を用いることができる。   The example of a three-stage solar cell composed of first to third solar cells has been illustrated and described as a multi-junction solar cell. However, the same structure applies when two or more cells are joined. Form with. Although an example of a glass substrate has been shown as the transparent substrate, it may be laminated using any one or more of a transparent resin substrate, a transparent polycrystalline substrate, and a transparent single crystal substrate. By using the laminated structure of the present invention, an optimum semiconductor layer can be formed using different substrates, and the performance can be further improved. Since the through holes are finely processed, it is preferable to form the first half by laser light irradiation and the second half by etching. As other methods, it can also be formed by laser irradiation, etching or the like. The transparent conductive film is preferably made of zinc oxide doped with gallium or indium oxide doped with hydrogen. The transparent substrate is an example of a glass substrate, but a resin substrate, a polycrystalline substrate, or a single crystal substrate can be used.

太陽電池セルの半導体層として、例示した層に限らず従来から用いられている太陽電池セルを用いることができる。積層される太陽電池セルのうちの少なくとも一つの太陽電池セルは、ガラス基板上に形成されたシリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、シリコン錫又はシリコンゲルマニウム錫の単結晶薄膜からなることが好ましい。また、積層される太陽電池セルのうちの少なくとも一つの太陽電池セルは、ガラス基板上に形成されたシリコン又はシリコンゲルマニウムの微結晶薄膜からなることが好ましい。また、積層される太陽電池セルのうちの少なくとも一つの太陽電池セルは、ガラス基板上に形成されたシリコン又はシリコンカーバイドのアモルファス薄膜からなることが好ましい。また、積層される太陽電池セルのうちの少なくとも一つの太陽電池セルは、サファイア又は窒化ガリウム基板上に形成された窒化インジウムガリウムの単結晶薄膜からなることが好ましい。また、積層される太陽電池セルのうちの少なくとも一つの太陽電池セルは、ソーダライムガラス基板上に形成されたカルコパイライト薄膜からなることが好ましい。また、積層される太陽電池セルのうちの少なくとも一つの太陽電池セルは、透明プラスチック基板上に形成された有機薄膜からなることが好ましい。   As a semiconductor layer of a photovoltaic cell, not only the illustrated layer but also a conventionally used photovoltaic cell can be used. At least one of the solar cells to be stacked is preferably made of a single crystal thin film of silicon, germanium, silicon germanium, silicon tin or silicon germanium tin formed on a glass substrate. In addition, at least one of the solar cells to be stacked is preferably made of a microcrystalline thin film of silicon or silicon germanium formed on a glass substrate. Moreover, it is preferable that at least one of the stacked photovoltaic cells is made of an amorphous thin film of silicon or silicon carbide formed on a glass substrate. In addition, at least one of the stacked solar battery cells is preferably made of a single crystal thin film of indium gallium nitride formed on a sapphire or gallium nitride substrate. Moreover, it is preferable that at least one of the stacked photovoltaic cells is made of a chalcopyrite thin film formed on a soda lime glass substrate. Moreover, it is preferable that at least one of the stacked solar battery cells is made of an organic thin film formed on a transparent plastic substrate.

本発明の接合される多段の太陽電池セルのうちの少なくとも一つの太陽電池セルは、両面に開口する貫通孔を有する透明基板上に形成して、前記透明基板の貫通孔内部及び前記透明基板の太陽電池セルの形成されていない側の面は、透明導電膜で被覆するように形成している。このように、貫通孔内部の透明導電膜によりそれぞれのセルが接合により電気的に接続しているので、セルの電極を外部に取り出すことなく、電気抵抗を小さくして電力損失を小さくでき、素子の面積を小さくできる。   At least one of the multi-stage solar cells to be joined of the present invention is formed on a transparent substrate having through holes that are open on both sides, and the inside of the through holes of the transparent substrate and the transparent substrate The surface on which the solar cells are not formed is formed so as to be covered with a transparent conductive film. Thus, since each cell is electrically connected by bonding with the transparent conductive film inside the through hole, the electrical resistance can be reduced and the power loss can be reduced without taking out the cell electrode to the outside. Can be reduced.

<製造方法>
第1実施例に係る太陽電池は、単結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セルおよび微結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セルおよびアモルファスシリコン太陽電池セルの積層からなる。
<Manufacturing method>
The solar cell according to the first embodiment is formed by stacking a single crystal silicon germanium solar cell, a microcrystalline silicon germanium solar cell, and an amorphous silicon solar cell.

(第1セルの製造方法)
まず、ガラス基板上の単結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セルを以下の手順で作製する。
米国コーニング社の開発したSiOG(ガラス上単結晶シリコン薄膜)またはGeOG(ガラス上単結晶ゲルマニウム薄膜)を基板として用いる。ガラスは無アルカリで厚さ0.7mmとし、深さ0.65mmで直径が0.1mmから0.5mmの大きさで単結晶膜に向かって狭まる方向のテーパー状の穴を、波長800nm、パワー260mJのフェムト秒レーザー光を1個に付き70,000回照射して、2mmから5mmの間隔で2次元的に配置して設ける。ここで、上記穴の作製方法はレーザー光に限定されるものではなく、エッチング、サンドブラストおよび機械的ドリルを用いてもよい。単結晶のシリコンまたはゲルマニウム薄膜はp+型で、厚さ200nm、面方位(100)とする。
(Manufacturing method of the first cell)
First, a single crystal silicon germanium solar battery cell on a glass substrate is manufactured by the following procedure.
SiOG (single crystal silicon thin film on glass) or GeOG (single crystal germanium thin film on glass) developed by Corning, USA is used as the substrate. Glass is alkali-free with a thickness of 0.7 mm, a depth of 0.65 mm, a diameter of 0.1 mm to 0.5 mm, and a tapered hole that narrows toward the single crystal film, with a wavelength of 800 nm and a power of 260 mJ. A laser beam is irradiated 70,000 times per laser beam, and two-dimensionally arranged at intervals of 2 to 5 mm. Here, the method for forming the hole is not limited to laser light, and etching, sandblasting, and a mechanical drill may be used. The single crystal silicon or germanium thin film is p + type, has a thickness of 200 nm and a plane orientation (100).

この基板上にシラン(SiH)および四フッ化ゲルマニウム(GeF)を原料ガスとして、基板温度400℃で熱化学的気相堆積(CVD)法により禁制帯幅が0.9eVとなる組成のアンドープ単結晶シリコンゲルマニウム(SiGe)を厚さ5μmまでエピタキシャル成長する。さらに、原料ガスにフォスフィン(PH)を加え、その上にn+型のSiGeを厚さ200nm成長する。
次に、ガラス基板の裏面(穴のある面)の開口部以外をレジスト等でマスキングしてから、希釈したフッ酸(HF)でガラスをエッチングし、穴を貫通させる。
On this substrate, silane (SiH 4 ) and germanium tetrafluoride (GeF 4 ) are used as raw gases, and an undoped composition having a forbidden band width of 0.9 eV by thermochemical vapor deposition (CVD) at a substrate temperature of 400 ° C. Single crystal silicon germanium (SiGe) is epitaxially grown to a thickness of 5 μm. Further, phosphine (PH 3 ) is added to the source gas, and an n + -type SiGe is grown thereon to a thickness of 200 nm.
Next, after masking portions other than the openings on the back surface (surface with holes) of the glass substrate with a resist or the like, the glass is etched with diluted hydrofluoric acid (HF) to penetrate the holes.

次に、この単結晶SiGe層上に、厚さ100nmの非晶質が支配的な水素ドープ酸化インジウム(In)透明導電膜をマグネトロンスパッタ法で堆積する。スパッタは、原料ターゲットとして酸化インジウム焼結体を用い、基板温度は室温で、アルゴン(Ar)と酸素(O)および水蒸気(HO)の混合雰囲気(全圧約0.5Pa、Ar分圧4.98×10―1Pa、O分圧2×10―3Pa、HO分圧1×10―4Pa)で行う。その後真空中200℃で2時間アニール処理し、透明導電膜を多結晶化する。
この単結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セルは、波長1μm前後で光電変換効率が最大となる。なお、単結晶シリコンゲルマニウムの成長方法は熱CVD法に限定されるものではなく、分子線エピタキシー(MBE)法やプラズマ励起化学的気相堆積(PECVD)法を用いてもよい。
Next, a 100 nm thick amorphous amorphous hydrogen-doped indium oxide (In 2 O 3 ) transparent conductive film is deposited on the single crystal SiGe layer by magnetron sputtering. Sputtering uses an indium oxide sintered body as a raw material target, the substrate temperature is room temperature, and a mixed atmosphere of argon (Ar), oxygen (O 2 ), and water vapor (H 2 O) (total pressure about 0.5 Pa, Ar partial pressure) 4.98 × 10 −1 Pa, O 2 partial pressure 2 × 10 −3 Pa, H 2 O partial pressure 1 × 10 −4 Pa). Thereafter, annealing is performed in vacuum at 200 ° C. for 2 hours to polycrystallize the transparent conductive film.
This single crystal silicon germanium solar battery cell has the maximum photoelectric conversion efficiency at a wavelength of about 1 μm. Note that the growth method of single crystal silicon germanium is not limited to the thermal CVD method, and a molecular beam epitaxy (MBE) method or a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method may be used.

(第2セルの製造方法)
次に、ガラス基板上の微結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セルを以下の手順で作製する。
厚さ0.3mmのパイレックス(登録商標名)ガラス基板に、深さ0.25mmで直径が0.02mmから0.1mmの深くなるほど狭くなるテーパー形状の穴を、波長800nm、パワー260mJのフェムト秒レーザー光を1個に付き25,000回照射して1mmから2mmの間隔で2次元的に開ける。このパイレックス(登録商標名)ガラス基板の穴の開いていない面上に、酸化ガリウムをドープした酸化亜鉛(ZnO)の透明導電膜を、三酸化二ガリウム(Ga)を5.7重量%含むZnOをターゲットとして、アルゴン雰囲気中で高周波スパッタ法により厚さ300nm堆積する。
(Manufacturing method of the second cell)
Next, a microcrystalline silicon germanium solar battery cell on a glass substrate is manufactured by the following procedure.
A tapered hole with a depth of 0.25 mm and a diameter of 0.02 mm to 0.1 mm becomes narrow on a Pyrex (registered trademark) glass substrate with a thickness of 0.3 mm, and a femtosecond with a wavelength of 800 nm and a power of 260 mJ. A laser beam is irradiated 25,000 times per laser beam, and two-dimensionally opened at intervals of 1 to 2 mm. A transparent conductive film of zinc oxide (ZnO) doped with gallium oxide and 5.7 weight of digallium trioxide (Ga 2 O 3 ) on the non-perforated surface of the Pyrex (registered trademark) glass substrate. Using ZnO containing 2% as a target, a thickness of 300 nm is deposited by high-frequency sputtering in an argon atmosphere.

図3に、ここまでの手順による透明導電膜を堆積したガラス基板の断面構造を示す。   FIG. 3 shows a cross-sectional structure of a glass substrate on which a transparent conductive film is deposited according to the procedure so far.

次に、プラズマ励起化学的気相堆積法で温度250℃、圧力1Torr、電極間隔8mm、高周波電力密度0.3W/cm2の条件で、透明導電膜上に、厚さ30nmのp型微結晶シリコン、厚さ1μmのi(アンドープ)型微結晶シリコンゲルマニウム、厚さ30nmのn型の微結晶シリコンをそれぞれ順次堆積する。ここで原料ガスは流量5sccmのシラン(SiH)と流量0.3sccmのゲルマン(GeH)を流量300sccmの水素(H)で希釈して用いる。 Next, a p-type microcrystal having a thickness of 30 nm is formed on the transparent conductive film by plasma enhanced chemical vapor deposition under the conditions of a temperature of 250 ° C., a pressure of 1 Torr, an electrode interval of 8 mm, and a high frequency power density of 0.3 W / cm 2. Silicon, i-undoped microcrystalline silicon germanium with a thickness of 1 μm, and n-type microcrystalline silicon with a thickness of 30 nm are sequentially deposited. Here, silane (SiH 4 ) having a flow rate of 5 sccm and germane (GeH 4 ) having a flow rate of 0.3 sccm are diluted with hydrogen (H 2 ) having a flow rate of 300 sccm.

このとき微結晶シリコンゲルマニウム中のゲルマニウム組成はほぼ0.2となり、波長650nm付近で太陽電池セルの光電変換効率が最大となる。
p型の不純物ドーピングにはフォスフィン(PH)、n型にはジボラン(B)をそれぞれ水素で希釈して用いる。
At this time, the germanium composition in the microcrystalline silicon germanium is approximately 0.2, and the photoelectric conversion efficiency of the solar battery cell is maximized around the wavelength of 650 nm.
Phosphine (PH 3 ) is used for p-type impurity doping, and diborane (B 2 H 6 ) is used for n-type diluted with hydrogen.

これらの微結晶層上に、厚さ100nmの非晶質が支配的な水素ドープ酸化インジウム(In)透明導電膜をマグネトロンスパッタ法で堆積する。スパッタは、原料ターゲットとして酸化インジウム焼結体を用い、基板温度は室温で、アルゴンと酸素および水蒸気の混合雰囲気(全圧約0.5Pa、Ar分圧4.98×10―1Pa、O分圧2×10―3Pa、HO分圧1×10―4Pa)で行う。その後真空中200℃で2時間アニール処理し、透明導電膜を多結晶化する。
次に、ガラス基板の裏面(穴のある面)の開口部以外をレジスト等でマスキングしてから、希釈したフッ酸(HF)でガラスをエッチングし、透明導電膜が露出するまで穴を貫通させる。さらに、ガラスの裏面に厚さ300nmの非晶質が支配的な水素ドープ酸化インジウム(In)透明導電膜を同様にマグネトロンスパッタ法で堆積する。裏面の透明導電膜は貫通孔内部にも埋め込まれ、ガラス表面の透明導電膜と電気的に接触する。裏面の平坦性を向上するため。さらに研磨処理を施してもよい。
On these microcrystalline layers, a 100 nm thick amorphous hydrogen-dominated indium oxide (In 2 O 3 ) transparent conductive film is deposited by magnetron sputtering. Sputtering uses an indium oxide sintered body as a raw material target, the substrate temperature is room temperature, and a mixed atmosphere of argon, oxygen and water vapor (total pressure: about 0.5 Pa, Ar partial pressure: 4.98 × 10 −1 Pa, O 2 min. Pressure 2 × 10 −3 Pa, H 2 O partial pressure 1 × 10 −4 Pa). Thereafter, annealing is performed in vacuum at 200 ° C. for 2 hours to polycrystallize the transparent conductive film.
Next, after masking the glass substrate other than the opening on the back (surface with holes) with a resist, etc., the glass is etched with diluted hydrofluoric acid (HF), and the holes are penetrated until the transparent conductive film is exposed. . Further, a 300 nm thick amorphous amorphous hydrogen-doped indium oxide (In 2 O 3 ) transparent conductive film is similarly deposited on the back surface of the glass by magnetron sputtering. The transparent conductive film on the back surface is also embedded in the through hole and is in electrical contact with the transparent conductive film on the glass surface. To improve the flatness of the back side. Further, a polishing process may be performed.

ここで透明導電膜は、酸化亜鉛(ZnO)や酸化インジウム(In)に限定されるものではなく、錫(Sn)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)など正四価以上の原子価を有する元素を含む酸化インジウム系金属酸化物、酸化亜鉛系金属酸化物、酸化ガリウム系金属酸化物、酸化錫系金属酸化物、酸化マグネシウム系金属酸化物、酸化カドミウム系金属酸化物、あるいは前記金属酸化物から選択される2種以上の金属酸化物などであってもよい。また、透明導電膜の堆積方法はスパッタ法に限定されるものではなく、貫通孔内部への埋め込みにより適した化学的気相反応(CVD)法によってもよい。また、ガラス基板の穴開け方法はフェムト秒レーザーに限定されるものではなく、サンドブラストやエッチング、機械的ドリルを用いてもよい。 Here, the transparent conductive film is not limited to zinc oxide (ZnO) or indium oxide (In 2 O 3 ), but includes tin (Sn), titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), and molybdenum. Indium oxide metal oxides, zinc oxide metal oxides, gallium oxide metal oxides, tin oxide metal oxides, magnesium oxide containing elements having a valence of 4 or more, such as (Mo) and tungsten (W) It may be a metal oxide, a cadmium oxide metal oxide, or two or more metal oxides selected from the metal oxides. Further, the method of depositing the transparent conductive film is not limited to the sputtering method, but may be a chemical vapor reaction (CVD) method that is more suitable for embedding in the through hole. Further, the method for drilling the glass substrate is not limited to the femtosecond laser, and sandblasting, etching, or a mechanical drill may be used.

(第3セルの製造方法)
次に、ガラス基板上のアモルファスシリコンセルを以下の手順で作製する。
厚さ0.3mmのパイレックス(登録商標名)ガラス基板に、深さ0.25mmで直径が0.02mmから0.1mmの深くなるほど狭くなるテーパー形状の穴を、上記と同様にして1mmから2mmの間隔で2次元的に開ける。このパイレックス(登録商標名)ガラス基板の穴の開いていない面上に、酸化ガリウムをドープした酸化亜鉛の透明導電膜を上記と同様にして厚さ300nm堆積する。
(Manufacturing method of the third cell)
Next, an amorphous silicon cell on a glass substrate is produced by the following procedure.
Taper holes that become narrower as the depth increases from 0.02 mm to 0.1 mm at a depth of 0.25 mm on a Pyrex (registered trademark) glass substrate with a thickness of 0.3 mm. Open dimensionally. A transparent conductive film of zinc oxide doped with gallium oxide is deposited on the surface of the Pyrex (registered trademark) glass substrate, which has no holes, in the same manner as described above to a thickness of 300 nm.

次に、プラズマ励起化学的気相堆積法で温度200℃、圧力0.05Torr、電極間隔8mm、高周波電力密度0.02W/cm2の条件で、透明導電膜上に、厚さ30nmのp型アモルファスシリコン、厚さ300nmのi(アンドープ)型アモルファスシリコン、厚さ30nmのn型のアモルファスシリコンをそれぞれ順次堆積する。ここで原料ガスは、流量20sccmのシランを流量300sccmの水素で希釈して用いる。p型の不純物ドーピングにはフォスフィン、n型にはジボランをそれぞれ水素で希釈して用いる。 Next, p-type amorphous silicon with a thickness of 30 nm is formed on the transparent conductive film under the conditions of a plasma-excited chemical vapor deposition method at a temperature of 200 ° C., a pressure of 0.05 Torr, an electrode interval of 8 mm, and a high-frequency power density of 0.02 W / cm 2. Then, an i (undoped) type amorphous silicon having a thickness of 300 nm and an n type amorphous silicon having a thickness of 30 nm are sequentially deposited. Here, the source gas is used by diluting silane having a flow rate of 20 sccm with hydrogen having a flow rate of 300 sccm. Phosphine is used for p-type impurity doping, and diborane is diluted with hydrogen for n-type.

これらのアモルファス層上に、厚さ100nmの非晶質が支配的な水素ドープ酸化インジウム透明導電膜をマグネトロンスパッタ法で堆積する。スパッタは、原料ターゲットとして酸化インジウム焼結体を用い、基板温度は室温で、アルゴンと酸素および水蒸気の混合雰囲気(全圧約0.5Pa、Ar分圧4.98×10―1Pa、O分圧2×10―3Pa、HO分圧1×10―4Pa)で行う。その後真空中200℃で2時間アニール処理し、透明導電膜を多結晶化する。 On these amorphous layers, a 100 nm-thick amorphous hydrogen-dominated indium oxide transparent conductive film is deposited by magnetron sputtering. Sputtering uses an indium oxide sintered body as a raw material target, the substrate temperature is room temperature, and a mixed atmosphere of argon, oxygen and water vapor (total pressure: about 0.5 Pa, Ar partial pressure: 4.98 × 10 −1 Pa, O 2 min. Pressure 2 × 10 −3 Pa, H 2 O partial pressure 1 × 10 −4 Pa). Thereafter, annealing is performed in vacuum at 200 ° C. for 2 hours to polycrystallize the transparent conductive film.

次に、ガラス基板の裏面(穴のある面)の開口部以外をレジスト等でマスキングしてから、希釈したフッ酸でガラスをエッチングし、透明導電膜が露出するまで穴を貫通させる。さらに、ガラスの裏面に厚さ300nmの非晶質が支配的な水素ドープ酸化インジウム透明導電膜を同様にマグネトロンスパッタ法で堆積する。裏面の透明導電膜は貫通孔内部にも埋め込まれ、ガラス表面の透明導電膜と電気的に接触する。裏面の平坦性を向上するため。さらに研磨処理を施してもよい。このアモルファスシリコンセルは、波長500nm付近で太陽電池セルの光電変換効率が最大となる。   Next, after masking portions other than the opening on the back surface (surface with holes) of the glass substrate with a resist or the like, the glass is etched with diluted hydrofluoric acid, and the holes are penetrated until the transparent conductive film is exposed. Further, a 300 nm thick amorphous amorphous hydrogen-doped indium oxide transparent conductive film is similarly deposited on the rear surface of the glass by magnetron sputtering. The transparent conductive film on the back surface is also embedded in the through hole and is in electrical contact with the transparent conductive film on the glass surface. To improve the flatness of the back side. Further, a polishing process may be performed. This amorphous silicon cell has the maximum photoelectric conversion efficiency of the solar battery cell in the vicinity of a wavelength of 500 nm.

(3個のセルの接合)
このようにして作製した単結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セル、微結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セルおよびアモルファスシリコン太陽電池セルを以下の手順で接合する。
単結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セル表面、微結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セルの表面および裏面、アモルファスシリコン太陽電池セル裏面に形成されたそれぞれの透明導電膜にプラズマ処理を施す。プラズマ処理は、アルゴンあるいは酸素雰囲気(全圧約10Pa)下において120秒間イオン照射して行う。
(Join 3 cells)
The single crystal silicon germanium solar battery cell, the microcrystalline silicon germanium solar battery cell and the amorphous silicon solar battery thus manufactured are joined by the following procedure.
Plasma treatment is performed on each transparent conductive film formed on the surface of the single crystal silicon germanium solar cell, the front and back surfaces of the microcrystalline silicon germanium solar cell, and the back surface of the amorphous silicon solar cell. The plasma treatment is performed by ion irradiation for 120 seconds in an argon or oxygen atmosphere (total pressure: about 10 Pa).

次にプラズマ処理した非晶質性と多結晶性の透明導電膜同士が合わさるように、単結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セル、微結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セル、アモルファスシリコン太陽電池セルの順に3つのセルを大気中で積み重ねる。重ね合わせた試料を160℃に加熱したホットプレス機に置き、1〜6MPaの荷重を加えて10分間保持し、プレス機の温度を約5分間かけて180℃に昇温し、10分間保持する。その後、プレス機の温度を約5分間かけて200℃に昇温し、10分間保持する。それから、荷重を加えた状態で自然空冷し、プレス機から試料を取り出す。なお、非晶質性と多結晶性の透明導電膜の配置は上記実施例と逆でもかまわないし、重ね合わせる両者とも接合前のアニール処理を施さずに非晶質性であってもよい。
積層した3接合セル上面の透明導電膜上に櫛歯状または格子状の電極を、下面のガラス基板上全面に貫通孔の奥まで達する電極を、それぞれ銀またはアルミニウムを真空蒸着して形成する。
Next, in order for the plasma-treated amorphous and polycrystalline transparent conductive films to be combined, the three cells in the order of single crystal silicon germanium solar cell, microcrystalline silicon germanium solar cell, and amorphous silicon solar cell are connected. Stack in the atmosphere. Place the superposed sample on a hot press machine heated to 160 ° C, apply a load of 1 to 6 MPa and hold it for 10 minutes, raise the temperature of the press machine to 180 ° C over about 5 minutes and hold for 10 minutes . Thereafter, the temperature of the press is raised to 200 ° C. over about 5 minutes and held for 10 minutes. Then, it is naturally air-cooled with a load applied, and the sample is taken out from the press. It should be noted that the arrangement of the amorphous and polycrystalline transparent conductive films may be reversed from that in the above embodiment, and both of them may be amorphous without being annealed before bonding.
A comb-like or grid-like electrode is formed on the transparent conductive film on the upper surface of the laminated three-junction cell, and an electrode reaching the back of the through hole is formed on the entire glass substrate on the lower surface by vacuum deposition of silver or aluminum, respectively.

本発明の多接合型太陽電池の第2実施例を、図2を参照して説明する。図2のように、透明導電膜6で被覆したガラス基板2の上に、p型アモルファスシリコン膜13/i型アモルファスシリコン膜14/n型アモルファスシリコン膜15の順で積層された3層のp型i型n型のアモルファスシリコン膜からなる第1の太陽電池セル17が形成されている。ガラス基板2は、貫通孔20を有し、かつ貫通孔内部及び基板の太陽電池セル17の形成されていない側の面は透明導電膜6で被覆されている。さらに、該第1の太陽電池セル17の上に、両面に開口部を備える貫通孔20を有してかつ貫通孔内部及び基板面両面が透明導電膜6で被覆されているガラス基板2が配置されている。透明導電膜6で被覆したガラス基板2の上に、p型微結晶シリコン膜8/i型微結晶シリコンゲルマニウム膜9/n型微結晶シリコン膜10の順で積層された3層のp型i型n型の微結晶膜からなる第2の太陽電池セル18が形成されている。さらに、該第2の太陽電池セル18の上に、両面に開口部を備える貫通孔20を有してかつ貫通孔内部及び基板面が透明導電膜6で被覆されているガラス基板2が配置されている。ガラス基板2の上に、p型単結晶シリコン膜3/i型単結晶シリコンゲルマニウム膜4/n型単結晶シリコンゲルマニウム膜5の順で積層された3層のp型i型n型の単結晶膜からなる第3の太陽電池セル19が形成されている。さらに第3の太陽電池セル19の上に金属薄膜1が形成されている。また、第1の太陽電池セル17下面の透明導電膜6上に櫛歯状または格子状の金属薄膜1が形成されている。   A second embodiment of the multijunction solar cell of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the p-type amorphous silicon film 13 / i-type amorphous silicon film 14 / n-type amorphous silicon film 15 are laminated in this order on the glass substrate 2 covered with the transparent conductive film 6. A first solar cell 17 made of a type i type n type amorphous silicon film is formed. The glass substrate 2 has a through hole 20, and the inside of the through hole and the surface of the substrate on which the solar cells 17 are not formed are covered with the transparent conductive film 6. Further, on the first solar cell 17, there is disposed a glass substrate 2 that has through holes 20 having openings on both surfaces and the inside of the through holes and both surfaces of the substrate are covered with the transparent conductive film 6. Has been. Three layers of p-type i are laminated in the order of p-type microcrystalline silicon film 8 / i-type microcrystalline silicon germanium film 9 / n-type microcrystalline silicon film 10 on glass substrate 2 covered with transparent conductive film 6. A second solar cell 18 made of a type n type microcrystalline film is formed. Further, on the second solar battery cell 18, a glass substrate 2 having a through hole 20 having openings on both sides and having the inside of the through hole and the substrate surface covered with the transparent conductive film 6 is disposed. ing. Three layers of p-type i-type n-type single crystal laminated in order of p-type single-crystal silicon film 3 / i-type single-crystal silicon germanium film 4 / n-type single-crystal silicon germanium film 5 on glass substrate 2 A third solar battery cell 19 made of a film is formed. Further, the metal thin film 1 is formed on the third solar battery cell 19. Further, a comb-like or lattice-like metal thin film 1 is formed on the transparent conductive film 6 on the lower surface of the first solar battery cell 17.

(作用)
図2の多接合型太陽電池において、図の下方から太陽光が入射すると、波長500nm付近およびそれより短波長のスペクトル成分が主としてアモルファスシリコン太陽電池セルに吸収され、それを透過したスペクトル成分のうち波長650nm付近およびそれより短波長のスペクトル成分が主として微結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セルに吸収され、さらにそれを透過した長波長側のスペクトル成分は波長1μm付近を中心として単結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セルに吸収される。ここで、ガラス基板および透明導電膜は着目している光波長の領域では透明で、ほとんど吸収による損失は発生しない。各セルで吸収された太陽光成分はそれぞれ電流に変換され、透明導電膜で直列接続されているのでそれらを合成した電力を効率よく上下の電極から取り出すことができる。
(Function)
In the multi-junction solar cell of FIG. 2, when sunlight enters from the lower side of the figure, spectral components near and shorter than the wavelength of 500 nm are mainly absorbed by the amorphous silicon solar cell and out of the spectral components transmitted therethrough Spectral components around 650 nm and shorter wavelengths are mainly absorbed by microcrystalline silicon germanium solar cells, and the spectral components on the long wavelength side that have passed through them are absorbed into single-crystal silicon germanium solar cells centered around 1 μm wavelength. Absorbed. Here, the glass substrate and the transparent conductive film are transparent in the light wavelength region of interest, and almost no loss occurs due to absorption. The sunlight components absorbed in each cell are converted into currents and connected in series with a transparent conductive film, so that the combined power can be efficiently extracted from the upper and lower electrodes.

多接合型太陽電池セルとして第1から第3の太陽電池セルからなる3段の例を図示して説明したが、2段であっても、また4段以上のセルを接合する場合も同様の構造で形成する。また、第2実施例は、太陽光の入射方向が異なる構造であることを除いては、第1実施例で説明したと同様の構成を備えている。   The example of a three-stage solar cell composed of first to third solar cells has been illustrated and described as a multi-junction type solar cell, but the same applies when two or more cells are joined. Form with structure. Further, the second embodiment has the same configuration as that described in the first embodiment except that the incident direction of sunlight is different.

<製造方法>
本実施例も、アモルファスシリコン太陽電池セル、微結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セルおよび単結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セルの積層からなる。
<Manufacturing method>
This example also consists of a stack of amorphous silicon solar cells, microcrystalline silicon germanium solar cells and single crystal silicon germanium solar cells.

(第1セルの製造方法)
アモルファスシリコン太陽電池セルの形成方法は、アモルファスシリコン層の形成までは第1の実施例と同様である。次に、ガラス基板の裏面(穴のある面)の開口部以外をレジスト等でマスキングしてから、希釈したフッ酸(HF)でガラスをエッチングし、透明導電膜が露出するまで穴を貫通させる。さらに、ガラスの裏面に厚さ300nmの非晶質が支配的な水素ドープ酸化インジウム透明導電膜を同様にマグネトロンスパッタ法で堆積する。裏面の透明導電膜は、貫通孔内部にも埋め込まれ、ガラス表面の透明導電膜と電気的に接触する。それから、アモルファスシリコン層上に、厚さ100nmの非晶質が支配的な水素ドープ酸化インジウム透明導電膜をマグネトロンスパッタ法で堆積する。その後真空中200℃で2時間アニール処理し、両面の透明導電膜を多結晶化する。
(Manufacturing method of the first cell)
The method of forming the amorphous silicon solar cell is the same as that of the first embodiment until the formation of the amorphous silicon layer. Next, after masking the glass substrate other than the opening on the back (surface with holes) with a resist, etc., the glass is etched with diluted hydrofluoric acid (HF), and the holes are penetrated until the transparent conductive film is exposed. . Further, a 300 nm thick amorphous amorphous hydrogen-doped indium oxide transparent conductive film is similarly deposited on the rear surface of the glass by magnetron sputtering. The transparent conductive film on the back surface is also embedded inside the through hole and is in electrical contact with the transparent conductive film on the glass surface. Then, a 100 nm thick amorphous amorphous hydrogen-doped indium oxide transparent conductive film is deposited on the amorphous silicon layer by magnetron sputtering. After that, annealing is performed in vacuum at 200 ° C. for 2 hours to polycrystallize the transparent conductive films on both sides.

(第2セルの製造方法)
微結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セルの形成方法は、微結晶シリコンゲルマニウム層の形成までは第1の実施例と同様である。次に、ガラス基板の裏面(穴のある面)の開口部以外をレジスト等でマスキングしてから、希釈したフッ酸でガラスをエッチングし、透明導電膜が露出するまで穴を貫通させる。さらに、ガラスの裏面に厚さ300nmの非晶質が支配的な水素ドープ酸化インジウム透明導電膜を同様にマグネトロンスパッタ法で堆積する。裏面の透明導電膜は貫通孔内部にも埋め込まれ、ガラス表面の透明導電膜と電気的に接触する。その後真空中200℃で2時間アニール処理し、透明導電膜を多結晶化する。それから、微結晶シリコンゲルマニウム層上に、厚さ100nmの非晶質が支配的な水素ドープ酸化インジウム透明導電膜をマグネトロンスパッタ法で堆積する。
(Manufacturing method of the second cell)
The method of forming the microcrystalline silicon germanium solar cell is the same as that of the first embodiment until the microcrystalline silicon germanium layer is formed. Next, after masking portions other than the opening on the back surface (surface with holes) of the glass substrate with a resist or the like, the glass is etched with diluted hydrofluoric acid, and the holes are penetrated until the transparent conductive film is exposed. Further, a 300 nm thick amorphous amorphous hydrogen-doped indium oxide transparent conductive film is similarly deposited on the rear surface of the glass by magnetron sputtering. The transparent conductive film on the back surface is also embedded in the through hole and is in electrical contact with the transparent conductive film on the glass surface. Thereafter, annealing is performed in vacuum at 200 ° C. for 2 hours to polycrystallize the transparent conductive film. Then, on the microcrystalline silicon germanium layer, a 100 nm thick amorphous dominant hydrogen-doped indium oxide transparent conductive film is deposited by magnetron sputtering.

(第3セルの製造方法)
単結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セルは、単結晶シリコンゲルマニウム薄膜の形成までは第1の実施例と同様である。次に、ガラス基板の裏面(穴のある面)の開口部以外をレジスト等でマスキングしてから、希釈したフッ酸(HF)でガラスをエッチングし、穴を貫通させる。それから、ガラスの裏面に厚さ300nmの非晶質が支配的な水素ドープ酸化インジウム透明導電膜を同様にマグネトロンスパッタ法で堆積する。裏面の透明導電膜は貫通孔内部にも埋め込まれ、p+型単結晶シリコンまたはゲルマニウム膜と電気的に接触する。その後真空中200℃で2時間アニール処理し、透明導電膜を多結晶化する。
(Manufacturing method of the third cell)
The single crystal silicon germanium solar battery cell is the same as that of the first embodiment until the formation of the single crystal silicon germanium thin film. Next, after masking portions other than the openings on the back surface (surface with holes) of the glass substrate with a resist or the like, the glass is etched with diluted hydrofluoric acid (HF) to penetrate the holes. Then, a 300 nm thick amorphous hydrogen-doped indium oxide transparent conductive film having a dominant thickness of 300 nm is similarly deposited on the back surface of the glass by magnetron sputtering. The transparent conductive film on the back surface is also embedded in the through hole and is in electrical contact with the p + type single crystal silicon or germanium film. Thereafter, annealing is performed in vacuum at 200 ° C. for 2 hours to polycrystallize the transparent conductive film.

(3個のセルの接合)
このようにして作製したアモルファスシリコン太陽電池セルおよび微結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セルおよび単結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セルを以下の手順で接合する。
アモルファスシリコン太陽電池セル表面、微結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セルの表面および裏面、単結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セル裏面に形成されたそれぞれの透明導電膜にプラズマ処理を施す。
次にプラズマ処理した非晶質性と多結晶性の透明導電膜同士が合わさるように、アモルファスシリコン太陽電池セル、微結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セル、単結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セルの順に3つのセルを大気中で積み重ねる。その後の接合の手順は第1の実施例と同様である。
積層した3接合セル上面の単結晶シリコンゲルマニウム全面に電極を、下面のガラス基板上透明導電膜に貫通孔と重ならない櫛歯状または格子状の電極を、それぞれ銀またはアルミニウムを真空蒸着して形成する。
(Join 3 cells)
The amorphous silicon solar cell, the microcrystalline silicon germanium solar cell, and the single crystal silicon germanium solar cell thus manufactured are joined by the following procedure.
Plasma treatment is performed on each of the transparent conductive films formed on the amorphous silicon solar cell surface, the front and back surfaces of the microcrystalline silicon germanium solar cell, and the single crystal silicon germanium solar cell back surface.
Next, in order for the plasma-treated amorphous and polycrystalline transparent conductive films to come together, the amorphous silicon solar cell, the microcrystalline silicon germanium solar cell, and the single crystal silicon germanium solar cell are connected in this order. Stack in the atmosphere. The subsequent joining procedure is the same as in the first embodiment.
Electrodes are formed on the entire surface of the single-crystal silicon germanium on the top surface of the stacked three-junction cell, and comb-shaped or lattice-shaped electrodes that do not overlap with the through-holes are formed on the transparent conductive film on the bottom glass substrate by vacuum deposition of silver or aluminum, respectively. To do.

本実施例は、図5に記載されているように、単結晶シリコン太陽電池セル17および単結晶砒化ガリウム太陽電池セル18の積層からなる。 In this embodiment, as shown in FIG. 5, a single crystal silicon solar battery cell 17 and a single crystal gallium arsenide solar battery cell 18 are stacked.

<製造方法>
単結晶シリコン太陽電池セル17は、CZ法で作製したp型で抵抗率1μcm、厚さ0.2mmのシリコンウエハに燐(P)を拡散してpn接合を形成する。拡散はPOCl 3 を窒素でバブリングし、温度900℃で10分間行う。その後、端面および裏面のn型層は機械的に除去する。裏面は、太陽光を散乱させて吸収効率を向上させるため、さらに水酸化ナトリウムの5%溶液中で温度80℃で10分間処理し、テクスチャ構造を形成してもよい。
その後、n型シリコン層の表面上に、酸化ガリウムをドープした酸化亜鉛の透明導電膜を、三酸化二ガリウムを5.7重量%含むZnOをターゲットとして、アルゴン雰囲気中で高周波スパッタ法により厚さ300nm堆積する。ここで透明導電膜は酸化亜鉛に限定されるものではなく、錫、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、モリブデン、タングステンなど正四価以上の原子価を有する元素を含む酸化インジウム系金属酸化物、酸化亜鉛系金属酸化物、酸化ガリウム系金属酸化物、酸化錫系金属酸化物、酸化マグネシウム系金属酸化物、酸化カドミウム系金属酸化物、あるいは前記金属酸化物から選択される2種以上の金属酸化物などであってもよい。また、透明導電膜の堆積方法は、スパッタ法に限定されるものではなく、化学的気相反応法によってもよい。この単結晶シリコンセルは、波長800nm前後で太陽電池セルの光電変換効率が最大となる。
ただし、n型シリコン層の表面上の透明導電膜は、厚さ100nmの非晶質が支配的な水素ドープ酸化インジウム(In2O3)透明導電膜をマグネトロンスパッタ法で堆積する。
<Manufacturing method>
The single crystal silicon solar battery cell 17 forms a pn junction by diffusing phosphorus (P) into a p-type silicon wafer having a resistivity of 1 μcm and a thickness of 0.2 mm manufactured by the CZ method. Diffusion is carried out by bubbling POCl 3 with nitrogen and at a temperature of 900 ° C. for 10 minutes. Thereafter, the n-type layers on the end face and the back face are mechanically removed. In order to improve the absorption efficiency by scattering sunlight, the back surface may be further treated in a 5% solution of sodium hydroxide at a temperature of 80 ° C. for 10 minutes to form a texture structure.
Thereafter, a transparent conductive film of zinc oxide doped with gallium oxide is deposited on the surface of the n-type silicon layer with a thickness of 300 nm by RF sputtering in an argon atmosphere using ZnO containing 5.7% by weight of digallium trioxide as a target. To do. Here, the transparent conductive film is not limited to zinc oxide, but an indium oxide-based metal oxide or zinc oxide-based metal containing an element having a positive valence of four or more, such as tin, titanium, zirconium, hafnium, molybdenum, and tungsten. Oxide, gallium oxide metal oxide, tin oxide metal oxide, magnesium oxide metal oxide, cadmium oxide metal oxide, or two or more metal oxides selected from the metal oxides. May be. Further, the method for depositing the transparent conductive film is not limited to the sputtering method, but may be a chemical vapor reaction method. This single crystal silicon cell has the maximum photoelectric conversion efficiency of the solar battery cell at a wavelength of around 800 nm.
However, as the transparent conductive film on the surface of the n-type silicon layer, a 100 nm thick amorphous hydrogen-doped indium oxide (In 2 O 3 ) transparent conductive film is deposited by magnetron sputtering.

次に、単結晶砒化ガリウム太陽電池セル18を以下の手順で作製する。
厚さ0.3mmの半絶縁性砒化ガリウム基板44上に、有機金属化学的気相成長(MOCVD)で厚さ500nm、キャリア濃度1x1018cm-3のp+型砒化アルミニウムガリウム (Al0.3Ga0.7As)45、厚さ5nmのp+型砒化アルミニウム(AlAs)46、厚さ1μm、キャリア濃度1x1017cm-3のp型砒化ガリウム(GaAs)47、厚さ500nm、キャリア濃度3x1018cm-3のn型砒化ガリウム(GaAs)48、厚さ50nm、キャリア濃度1x1018cm-3のn+型砒化アルミニウムガリウム (Al0.3Ga0.7As)49、厚さ50nmのn+型砒化ガリウム(GaAs)48を順次成長する。なお、成長方法はMOCVD法に限られるものではなく、分子線エピタキシー(MBE)法によってもよい。
Next, the single crystal gallium arsenide solar battery cell 18 is manufactured by the following procedure.
On a semi-insulating gallium arsenide substrate 44 with a thickness of 0.3 mm, p + type aluminum gallium arsenide (Al 0.3 Ga 0.7 As) having a thickness of 500 nm and a carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) 45, p + type aluminum arsenide (AlAs) 46 having a thickness of 5 nm, p-type gallium arsenide (GaAs) 47 having a thickness of 1 μm and a carrier concentration of 1 × 10 17 cm −3 , n-type having a thickness of 500 nm and a carrier concentration of 3 × 10 18 cm −3 Gallium arsenide (GaAs) 48, n + type aluminum gallium arsenide (Al 0.3 Ga 0.7 As) 49 having a thickness of 50 nm and carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 , and n + type gallium arsenide (GaAs) 48 having a thickness of 50 nm are successively grown. The growth method is not limited to the MOCVD method, and may be a molecular beam epitaxy (MBE) method.

その後、フォトリソグラフィとエッチングにより、砒化ガリウム基板の裏面から直径0.02mmから0.1mmの深くなるほど狭くなるテーパー形状の穴を砒化アルミニウム(AlAs)層に到達するまで1mmから2mmの間隔で2次元的に開ける。ここで、エッチング液としてクエン酸と過酸化水素水の4対1混合液を用い、100分間エッチングを行うと砒化アルミニウム層がストッパとなってエッチングが自動的に停止する。   Then, by photolithography and etching, tapered holes that become narrower from 0.02 mm to 0.1 mm in diameter from the back side of the gallium arsenide substrate are two-dimensionally spaced from 1 mm to 2 mm until reaching the aluminum arsenide (AlAs) layer. Open. Here, when a 4-to-1 mixture of citric acid and hydrogen peroxide is used as the etchant and etching is performed for 100 minutes, the aluminum arsenide layer serves as a stopper and the etching automatically stops.

この砒化ガリウム基板の裏面に厚さ300nmの非晶質が支配的な水素ドープ酸化インジウム透明導電膜を同様にマグネトロンスパッタ法で堆積する。裏面の透明導電膜は貫通孔内部にも埋め込まれ、p+型砒化アルミニウム層と電気的に接触する。その後真空中200℃で2時間アニール処理し、透明導電膜を多結晶化する。 Similarly, a 300 nm thick amorphous amorphous hydrogen-doped indium oxide transparent conductive film 6 is deposited on the back surface of the gallium arsenide substrate by magnetron sputtering. The transparent conductive film on the back surface is also embedded in the through hole and is in electrical contact with the p + type aluminum arsenide layer. Thereafter, annealing is performed in vacuum at 200 ° C. for 2 hours to polycrystallize the transparent conductive film.

単結晶砒化ガリウム太陽電池セルは、波長880nm以下の光に対して高い光電変換効率を有する。   Single crystal gallium arsenide solar cells have high photoelectric conversion efficiency for light with a wavelength of 880 nm or less.

(接合)
このようにして作製した単結晶シリコン太陽電池セル17および単結晶砒化ガリウム太陽電池セル18を以下の手順で接合する。
単結晶砒化ガリウム太陽電池セル裏面および単結晶シリコン太陽電池セル表面に形成されたそれぞれの透明導電膜にプラズマ処理を施す。
次にプラズマ処理した非晶質性と多結晶性の透明導電膜同士が合わさるように、単結晶砒化ガリウム太陽電池セル、単結晶シリコン太陽電池セルの順に2つのセルを大気中で積み重ねる。その後の接合の手順は第1の実施例と同様である。
積層した2接合セル上面の砒化ガリウム上に櫛歯状または格子状のアルミニウム電極を、下面のシリコン基板上全面にアルミニウム電極を、それぞれ真空蒸着して形成する。
(Joining)
The single crystal silicon solar battery cell 17 and the single crystal gallium arsenide solar battery cell 18 thus fabricated are joined in the following procedure.
Plasma treatment is performed on each transparent conductive film formed on the back surface of the single crystal gallium arsenide solar cell and the surface of the single crystal silicon solar cell.
Next, two cells are stacked in the order of single-crystal gallium arsenide solar cell and single-crystal silicon solar cell so that the plasma-treated amorphous and polycrystalline transparent conductive films are combined. The subsequent joining procedure is the same as in the first embodiment.
The comb-shaped or lattice-shaped aluminum electrode 1 is formed on the gallium arsenide on the upper surface of the stacked two-junction cell, and the aluminum electrode 1 is formed on the entire lower surface of the silicon substrate by vacuum evaporation.

(作用)
以上のようにして作製した図5に示す多接合型太陽電池に上面から太陽光を照射すると、波長880nm以下のスペクトル成分が主として単結晶砒化ガリウム太陽電池セルに吸収され、それを透過した長波長側のスペクトル成分は単結晶シリコン太陽電池セルに吸収される。ここで、半絶縁性砒化ガリウム基板は自由キャリアによるドルーデ吸収は少なく波長900nm以上の光に対しては透明で、透明導電膜も着目している光波長の領域では透明であるので、ほとんど吸収による損失は発生しない。各セルで吸収された太陽光成分はそれぞれ電流に変換され、透明導電膜で直列接続されているのでそれらを合成した電力を効率よく上下の電極から取り出すことができる。
(Function)
When the multi-junction solar cell shown in FIG. 5 is irradiated with sunlight from above, the spectral component having a wavelength of 880 nm or less is mainly absorbed by the single-crystal gallium arsenide solar cell and transmitted through the long wavelength. The spectral component on the side is absorbed by the single crystal silicon solar cell. Here, the semi-insulating gallium arsenide substrate has little drude absorption by free carriers and is transparent to light with a wavelength of 900 nm or more, and the transparent conductive film is also transparent in the light wavelength region of interest. There is no loss. The sunlight components absorbed in each cell are converted into currents and connected in series with a transparent conductive film, so that the combined power can be efficiently extracted from the upper and lower electrodes.

なお、本実施例では、シリコン基板上に形成した単結晶シリコン太陽電池セルおよび単結晶砒化ガリウム太陽電池セルの積層構造を示したが、単結晶シリコン太陽電池セルの代わりにシリコンまたはゲルマニウムの単結晶基板上に形成されたゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、シリコン錫又はシリコンゲルマニウム錫の単結晶薄膜の太陽電池セルのいずれを用いてもよく、ガラス基板上に形成された微結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セルなどを用いてもよい。単結晶砒化ガリウム太陽電池セルの代わりに、半絶縁性砒化ガリウム基板上に形成した単結晶燐化インジウムガリウム太陽電池セルを用いてもよい。また、本実施例では2接合セルの構成を示したが、3接合以上であっても、同様の効果が期待できる。p型層とn型層の順番は全体として逆であってもよい。さらに、接合の妨げとならない限り、透明導電膜に反射防止用の膜や特定の波長域に対する中間反射膜を重ねてもよい。   In this embodiment, a stacked structure of single crystal silicon solar cells and single crystal gallium arsenide solar cells formed on a silicon substrate is shown, but a single crystal of silicon or germanium is used instead of the single crystal silicon solar cells. Any of single-crystal thin film solar cells of germanium, silicon germanium, silicon tin or silicon germanium tin formed on the substrate may be used, and microcrystalline silicon germanium solar cells formed on the glass substrate are used. May be. Instead of the single crystal gallium arsenide solar cell, a single crystal indium gallium phosphide solar cell formed on a semi-insulating gallium arsenide substrate may be used. Moreover, although the structure of the 2 junction cell was shown in the present Example, the same effect can be anticipated even if it is 3 junctions or more. The order of the p-type layer and the n-type layer may be reversed as a whole. Further, an antireflection film or an intermediate reflection film for a specific wavelength region may be superimposed on the transparent conductive film as long as it does not hinder the bonding.

本実施例は、第1の実施例において、微結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セルまたはアモルファスシリコン太陽電池セルをカルコパイライト太陽電池セルで置き換えたものである。   In this embodiment, microcrystalline silicon germanium solar cells or amorphous silicon solar cells are replaced with chalcopyrite solar cells in the first embodiment.

<製造方法>
カルコパイライト太陽電池セルは以下の手順で作製する。
厚さ0.3mmのソーダライムガラス基板に、深さ0.25mmで直径が0.02mmから0.1mmの深くなるほど狭くなるテーパー形状の穴をフェムト秒レーザー光を照射して1mmから2mmの間隔で2次元的に開ける。このガラス基板の穴の開いていない面上に、酸化ガリウムをドープした酸化亜鉛の透明導電膜を高周波スパッタ法により厚さ300nm堆積する。次に、n型の硫化硫黄を抵抗加熱蒸着法で厚さ50nm堆積し、さらに所望の組成のカルコパイライト化合物(Cu(In,Ga)(S,Se)2)を厚さ1.5μmで各元素の同時蒸着法により堆積する。なお、カルコパイライト化合物の堆積はスパッタ法やセレン化/硫化法によってもよい。
<Manufacturing method>
A chalcopyrite solar cell is produced by the following procedure.
A soda-lime glass substrate with a thickness of 0.3 mm is two-dimensionally spaced from 1 mm to 2 mm by irradiating femtosecond laser light into a tapered hole that becomes narrower as the diameter increases from 0.02 mm to 0.1 mm at a depth of 0.25 mm. Open to. A zinc oxide transparent conductive film doped with gallium oxide is deposited to a thickness of 300 nm on the surface of the glass substrate on which holes are not formed by high frequency sputtering. Next, n-type sulfur sulfide is deposited by a resistance heating vapor deposition method to a thickness of 50 nm, and a chalcopyrite compound (Cu (In, Ga) (S, Se) 2 ) having a desired composition is added to each element at a thickness of 1.5 μm. It is deposited by the simultaneous vapor deposition method. The chalcopyrite compound may be deposited by sputtering or selenization / sulfurization.

このカルコパイライト層上に、厚さ100nmの非晶質が支配的な水素ドープ酸化インジウム透明導電膜をマグネトロンスパッタ法で堆積する。その後真空中200℃で2時間アニール処理し、透明導電膜を多結晶化する。次に、ガラス基板の裏面(穴のある面)の開口部以外をレジスト等でマスキングしてから、希釈したフッ酸でガラスをエッチングし、透明導電膜が露出するまで穴を貫通させる。さらに、ガラスの裏面に厚さ300nmの非晶質が支配的な水素ドープ酸化インジウム透明導電膜を同様にマグネトロンスパッタ法で堆積する。裏面の透明導電膜は貫通孔内部にも埋め込まれ、ガラス表面の透明導電膜と電気的に接触する。   On this chalcopyrite layer, an amorphous dominant hydrogen-doped indium oxide transparent conductive film having a thickness of 100 nm is deposited by magnetron sputtering. Thereafter, annealing is performed in vacuum at 200 ° C. for 2 hours to polycrystallize the transparent conductive film. Next, after masking portions other than the opening on the back surface (surface with holes) of the glass substrate with a resist or the like, the glass is etched with diluted hydrofluoric acid, and the holes are penetrated until the transparent conductive film is exposed. Further, a 300 nm thick amorphous amorphous hydrogen-doped indium oxide transparent conductive film is similarly deposited on the rear surface of the glass by magnetron sputtering. The transparent conductive film on the back surface is also embedded in the through hole and is in electrical contact with the transparent conductive film on the glass surface.

ここで透明導電膜は酸化亜鉛や酸化インジウムに限定されるものではなく、錫(Sn)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)など正四価以上の原子価を有する元素を含む酸化インジウム系金属酸化物、酸化亜鉛系金属酸化物、酸化ガリウム系金属酸化物、酸化錫系金属酸化物、酸化マグネシウム系金属酸化物、酸化カドミウム系金属酸化物、あるいは前記金属酸化物から選択される2種以上の金属酸化物などであってもよい。また、透明導電膜の堆積方法はスパッタ法に限定されるものではなく、貫通孔内部への埋め込みにより適した化学的気相反応法によってもよい。また、ガラス基板の穴開け方法はフェムト秒レーザーに限定されるものではなく、サンドブラストやエッチング、機械的ドリルを用いてもよい。   Here, the transparent conductive film is not limited to zinc oxide or indium oxide, but is not limited to tin (Sn), titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), molybdenum (Mo), tungsten (W), etc. Indium oxide-based metal oxide, zinc oxide-based metal oxide, gallium oxide-based metal oxide, tin oxide-based metal oxide, magnesium oxide-based metal oxide, cadmium oxide-based metal oxide containing an element having a valence higher than the valence Or two or more metal oxides selected from the above metal oxides. Further, the method of depositing the transparent conductive film is not limited to the sputtering method, but may be a chemical vapor reaction method that is more suitable for embedding in the through hole. Further, the method for drilling the glass substrate is not limited to the femtosecond laser, and sandblasting, etching, or a mechanical drill may be used.

このようにして作製したカルコパイライト太陽電池セルをその光吸収スペクトルの分布に応じて、第1の実施例中の微結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セルまたはアモルファスシリコン太陽電池セルと置き換えて積層し、接合する。接合方法および電極の形成方法は第1の実施例と同様である。   The chalcopyrite solar cell produced in this way is replaced with the microcrystalline silicon germanium solar cell or the amorphous silicon solar cell in the first embodiment according to the distribution of its light absorption spectrum, and is laminated and bonded. . The joining method and the electrode forming method are the same as in the first embodiment.

(作用)
以上のようにして作製した多接合型太陽電池に上面から太陽光を照射すると、短波長のスペクトル成分から順次上部の太陽電池セルに吸収され、それを透過した長波長成分は順次下部の太陽電池セルに吸収される。ここで、ガラス基板および透明導電膜は着目している光波長の領域では透明で、ほとんど吸収による損失は発生しない。各セルで吸収された太陽光成分はそれぞれ電流に変換され、透明導電膜で直列接続されているのでそれらを合成した電力を効率よく上下の電極から取り出すことができる。
(Function)
When the multi-junction solar cell manufactured as described above is irradiated with sunlight from the upper surface, the short wavelength spectral component is sequentially absorbed by the upper solar cell, and the long wavelength component that has passed through it is sequentially applied to the lower solar cell. Absorbed by the cell. Here, the glass substrate and the transparent conductive film are transparent in the light wavelength region of interest, and almost no loss occurs due to absorption. The sunlight components absorbed in each cell are converted into currents and connected in series with a transparent conductive film, so that the combined power can be efficiently extracted from the upper and lower electrodes.

なお、本実施例では、3接合セルの構成を示したが、2接合や4接合以上であっても同様の構成で同様の効果が期待できる。また、シリコンゲルマニウムの組成も本実施例で示した以外の組成や、シリコンまたはゲルマニウムのみの組成であってもよい。また、組成の異なるカルコパイライト化合物セルを2段に重ねてもよい。p型層とn型層の順番は全体として逆であってもよい。さらに、接合の妨げとならない限り、透明導電膜に反射防止用の膜や特定の波長域に対する中間反射膜を重ねてもよい。   In addition, although the structure of the 3 junction cell was shown in the present Example, the same effect can be anticipated by the same structure even if it is 2 junctions or 4 junctions or more. Further, the composition of silicon germanium may be a composition other than that shown in this embodiment, or a composition containing only silicon or germanium. Further, chalcopyrite compound cells having different compositions may be stacked in two stages. The order of the p-type layer and the n-type layer may be reversed as a whole. Further, an antireflection film or an intermediate reflection film for a specific wavelength region may be superimposed on the transparent conductive film as long as it does not hinder the bonding.

本実施例は、第1の実施例において、アモルファスシリコン太陽電池セルを窒化インジウムガリウム太陽電池セルで置き換え、さらに単結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セルおよび微結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セルのp型層とn型層を逆の順番で重ねたものである。   In this embodiment, the amorphous silicon solar battery cell is replaced with an indium gallium nitride solar battery cell in the first embodiment, and the p-type layer and the n-type of the single crystal silicon germanium solar battery cell and the microcrystalline silicon germanium solar battery cell are used. Layers are stacked in reverse order.

<製造方法>
窒化インジウムガリウム太陽電池セルは以下の手順で作製する。
厚さ0.3mmのサファイア(Al2O3)基板に、深さ0.25mmで直径が0.02mmから0.1mmの深くなるほど狭くなるテーパー形状の穴をパワー100W、パルス幅1msのYAGレーザー光を照射して1mmから2mmの間隔で2次元的に開ける。このガラス基板の穴の開いていない面上に、有機金属化学的気相成長(MOCVD)で厚さ1μm、キャリア濃度5x1018cm-3のn+型窒化ガリウム(GaN)、厚さ200nmのi(アンドープ)型窒化インジウムガリウム(In0.05Ga0.95N)、厚さ100nm、キャリア濃度5x1017cm-3のp型窒化ガリウム(GaN)を順次成長する。なお、成長方法はMOCVD法に限られるものではなく、ハイドライド気相成長(HVPE)法によってもよい。
<Manufacturing method>
The indium gallium nitride solar battery cell is manufactured by the following procedure.
A 0.3mm-thick sapphire (Al 2 O 3 ) substrate is irradiated with YAG laser light with a power of 100W and a pulse width of 1ms in a tapered hole that becomes 0.25mm deep and narrows as the diameter increases from 0.02mm to 0.1mm. Open 2D at intervals of 1mm to 2mm. On the non-perforated surface of this glass substrate, n + -type gallium nitride (GaN) with a thickness of 1 μm, carrier concentration 5 × 10 18 cm −3 , and 200 nm i (by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) Undoped) type indium gallium nitride (In 0.05 Ga 0.95 N), p-type gallium nitride (GaN) with a thickness of 100 nm and a carrier concentration of 5 × 10 17 cm −3 are grown sequentially. The growth method is not limited to the MOCVD method, and a hydride vapor phase growth (HVPE) method may be used.

次に、サファイア基板の裏面(穴のある面)を、硫酸と燐酸の1対3混合液で温度150℃にて5時間エッチングし、窒化ガリウム層が露出するまで穴を貫通させる。さらに、サファイアの裏面に厚さ300nmの非晶質が支配的な水素ドープ酸化インジウム透明導電膜を同様にマグネトロンスパッタ法で堆積する。裏面の透明導電膜は貫通孔内部にも埋め込まれ、ガラス表面の透明導電膜と電気的に接触する。   Next, the back surface (surface with holes) of the sapphire substrate is etched with a 1: 3 mixture of sulfuric acid and phosphoric acid at a temperature of 150 ° C. for 5 hours to penetrate the holes until the gallium nitride layer is exposed. Further, a 300 nm thick amorphous amorphous hydrogen-doped indium oxide transparent conductive film is similarly deposited on the back surface of sapphire by magnetron sputtering. The transparent conductive film on the back surface is also embedded in the through hole and is in electrical contact with the transparent conductive film on the glass surface.

ここで、透明導電膜は、酸化インジウムに限定されるものではなく、錫(Sn)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)など正四価以上の原子価を有する元素を含む酸化インジウム系金属酸化物、酸化亜鉛系金属酸化物、酸化ガリウム系金属酸化物、酸化錫系金属酸化物、酸化マグネシウム系金属酸化物、酸化カドミウム系金属酸化物、あるいは前記金属酸化物から選択される2種以上の金属酸化物などであってもよい。また、透明導電膜の堆積方法はスパッタ法に限定されるものではなく、貫通孔内部への埋め込みにより適した化学的気相反応(CVD)法によってもよい。また、サファイア基板の穴開け方法はYAGレーザーに限定されるものではなく、サンドブラストや機械的ドリルを用いてもよい。   Here, the transparent conductive film is not limited to indium oxide, but is positive tetravalent such as tin (Sn), titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), molybdenum (Mo), tungsten (W), etc. Indium oxide-based metal oxides, zinc oxide-based metal oxides, gallium oxide-based metal oxides, tin oxide-based metal oxides, magnesium oxide-based metal oxides, cadmium oxide-based metal oxides containing elements having the above valences Alternatively, two or more metal oxides selected from the metal oxides may be used. Further, the method of depositing the transparent conductive film is not limited to the sputtering method, but may be a chemical vapor reaction (CVD) method that is more suitable for embedding in the through hole. Further, the method of drilling the sapphire substrate is not limited to the YAG laser, and sand blasting or a mechanical drill may be used.

単結晶窒化インジウムガリウム太陽電池セルは、波長400nm以下の光に対して高い光電変換効率を有する。
単結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セルおよび微結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セルの作製方法は、第1の実施例においてp型層とn型層を入れ換える以外は同様である。
Single crystal indium gallium nitride solar cells have high photoelectric conversion efficiency with respect to light having a wavelength of 400 nm or less.
The manufacturing method of the single crystal silicon germanium solar cell and the microcrystalline silicon germanium solar cell is the same except that the p-type layer and the n-type layer are replaced in the first embodiment.

このようにして作製した単結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セル、微結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セルおよび単結晶窒化インジウムガリウム太陽電池セルをこの順番で積み重ね、第1の実施例と同様の手順で接合する。
積層した3接合セル上面の窒化ガリウム層上に櫛歯状または格子状のニッケル(Ni)電極を、下面のガラス基板上全面に貫通孔の奥まで達する銀(Ag)またはアルミニウム(Al)電極を、それぞれ真空蒸着して形成する。
The single crystal silicon germanium solar cell, the microcrystalline silicon germanium solar cell and the single crystal indium gallium nitride solar cell thus fabricated are stacked in this order, and joined in the same procedure as in the first embodiment.
Comb-like or lattice-like nickel (Ni) electrodes are formed on the gallium nitride layer on the upper surface of the laminated three-junction cell, and silver (Ag) or aluminum (Al) electrodes reaching the back of the through-holes on the entire glass substrate on the lower surface. These are formed by vacuum deposition.

(作用)
以上のようにして作製した多接合型太陽電池に上面から太陽光を照射すると、波長400nm以下のスペクトル成分が主として単結晶窒化インジウムガリウム太陽電池セルに吸収され、それを透過したスペクトル成分のうち波長650nm付近およびそれより短波長のスペクトル成分が主として微結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セルに吸収され、さらにそれを透過した長波長側のスペクトル成分は波長1μm付近を中心として単結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セルに吸収される。ここで、サファイア基板およびガラス基板および透明導電膜は着目している光波長の領域では透明で、ほとんど吸収による損失は発生しない。各セルで吸収された太陽光成分はそれぞれ電流に変換され、透明導電膜で直列接続されているのでそれらを合成した電力を効率よく上下の電極から取り出すことができる。
(Function)
When the multi-junction solar cell manufactured as described above is irradiated with sunlight from the upper surface, a spectral component having a wavelength of 400 nm or less is mainly absorbed by the single-crystal indium gallium nitride solar cell, and the wavelength of the spectral component transmitted therethrough is the wavelength. Spectral components near 650 nm and shorter wavelengths are mainly absorbed by microcrystalline silicon germanium solar cells, and the longer-wavelength spectral components transmitted through it are absorbed by single-crystal silicon germanium solar cells centered around 1 μm wavelength. Is done. Here, the sapphire substrate, the glass substrate, and the transparent conductive film are transparent in the region of the light wavelength of interest, and almost no loss due to absorption occurs. The sunlight components absorbed in each cell are converted into currents and connected in series with a transparent conductive film, so that the combined power can be efficiently extracted from the upper and lower electrodes.

なお、本実施例では、3接合セルの構成を示したが、2接合や4接合以上であっても同様の構成で同様の効果が期待できる。また、シリコンゲルマニウムの組成も本実施例で示した以外の組成や、シリコンまたはゲルマニウムのみの組成であってもよい。また、組成の異なる単結晶窒化インジウムガリウムセルを2段に重ねてもよい。さらに、接合の妨げとならない限り、透明導電膜に反射防止用の膜や特定の波長域に対する中間反射膜を重ねてもよい。   In the present embodiment, the configuration of a three-junction cell is shown, but the same effect can be expected with the same configuration even when there are two or four junctions. Further, the composition of silicon germanium may be a composition other than that shown in this embodiment, or a composition containing only silicon or germanium. Further, single crystal indium gallium nitride cells having different compositions may be stacked in two stages. Further, an antireflection film or an intermediate reflection film for a specific wavelength region may be superimposed on the transparent conductive film as long as it does not hinder the bonding.

本実施例は、第1の実施例において、アモルファスシリコン太陽電池セルを有機薄膜太陽電池セルで置き換えたものである。   In this embodiment, the amorphous silicon solar battery cell is replaced with an organic thin film solar battery cell in the first embodiment.

<製造方法>
次に、有機薄膜太陽電池セルを以下の手順で作製する。
厚さ0.3mmのポリイミド基板上に、厚さ300nmの非晶質が支配的な水素ドープ酸化インジウム透明導電膜をマグネトロンスパッタ法で堆積する。その後真空中200℃で2時間アニール処理し、透明導電膜を多結晶化する。次に、スピンコートと加熱乾燥により、厚さ30nmのポリエチレンジオキシチオフェン:ポリスルフォン酸スチレン(PEDOT:PSS)膜を形成する。それから、真空蒸着法により厚さ25nmの亜鉛フタロシアニン(ZnPc)、厚さ25nmのフラーレン(C60)、厚さ6nmのバソクプロイン(BCP)を順次堆積する。なお、堆積方法は真空蒸着法に限られるものではなく、スプレーコート法によってもよい。
<Manufacturing method>
Next, an organic thin-film solar battery cell is produced according to the following procedure.
A 300 nm thick amorphous amorphous hydrogen-doped indium oxide transparent conductive film is deposited on a polyimide substrate having a thickness of 0.3 mm by magnetron sputtering. Thereafter, annealing is performed in vacuum at 200 ° C. for 2 hours to polycrystallize the transparent conductive film. Next, a polyethylene dioxythiophene: polysulfonic acid styrene (PEDOT: PSS) film having a thickness of 30 nm is formed by spin coating and heat drying. Then, zinc phthalocyanine (ZnPc) having a thickness of 25 nm, fullerene (C60) having a thickness of 25 nm, and bathocuproine (BCP) having a thickness of 6 nm are sequentially deposited by vacuum deposition. The deposition method is not limited to the vacuum vapor deposition method, and may be a spray coating method.

その後、フォトリソグラフィとエッチングにより、ポリイミド基板の裏面から直径0.02mmから0.1mmの深くなるほど狭くなるテーパー形状の穴を透明導電膜に到達するまで1mmから2mmの間隔で2次元的に開ける。ここで、エッチング液としては、苛性アルカリと有機アミン化合物を主成分とするアルカリ水溶液(例えば、東レエンジニアリング株式会社製のポリイミドエッチング液「TPE−3000」)を用いる。   Thereafter, by photolithography and etching, tapered holes that become narrower as the diameter becomes deeper from 0.02 mm to 0.1 mm from the back surface of the polyimide substrate are two-dimensionally opened at intervals of 1 mm to 2 mm until reaching the transparent conductive film. Here, as the etching solution, an alkaline aqueous solution (for example, polyimide etching solution “TPE-3000” manufactured by Toray Engineering Co., Ltd.) containing caustic alkali and an organic amine compound as main components is used.

このポリイミド基板の裏面に厚さ300nmの非晶質が支配的な水素ドープ酸化インジウム透明導電膜を同様にマグネトロンスパッタ法で堆積する。裏面の透明導電膜は貫通孔内部にも埋め込まれ、基板表面の透明導電膜と電気的に接触する。その後真空中200℃で2時間アニール処理し、透明導電膜を多結晶化する。   A 300 nm thick amorphous hydrogen-doped indium oxide transparent conductive film having a thickness of 300 nm is similarly deposited on the back surface of the polyimide substrate by magnetron sputtering. The transparent conductive film on the back surface is also embedded in the through hole and is in electrical contact with the transparent conductive film on the substrate surface. Thereafter, annealing is performed in vacuum at 200 ° C. for 2 hours to polycrystallize the transparent conductive film.

この有機薄膜太陽電池セルは、波長550nm付近の光に対して高い光電変換効率を有する。   This organic thin film solar cell has high photoelectric conversion efficiency with respect to light having a wavelength of around 550 nm.

このようにして作製した有機薄膜太陽電池セルを、第1実施例中でアモルファスシリコン太陽電池セルと置き換えて、第1実施例と同様の手順で接合する。
積層した3接合セル上面のBCP層上に櫛歯状または格子状のマグネシウム・銀合金(Mg:Ag)電極を、下面のガラス基板上全面に貫通孔の奥まで達する銀(Ag)またはアルミニウム(Al)電極を、それぞれ真空蒸着して形成する。
The organic thin-film solar battery thus produced is replaced with an amorphous silicon solar battery cell in the first embodiment, and bonded in the same procedure as in the first embodiment.
Comb-like or lattice-like magnesium-silver alloy (Mg: Ag) electrodes are formed on the BCP layer on the top surface of the laminated three-junction cell, and silver (Ag) or aluminum ( Al) electrodes are formed by vacuum deposition.

(作用)
以上のようにして作製した多接合型太陽電池に上面から太陽光を照射すると、波長550nm付近およびそれより短波長のスペクトル成分が主として有機薄膜太陽電池セルに吸収され、それを透過したスペクトル成分のうち波長650nm付近およびそれより短波長のスペクトル成分が主として微結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セルに吸収され、さらにそれを透過した長波長側のスペクトル成分は波長1μm付近を中心として単結晶シリコンゲルマニウム太陽電池セルに吸収される。ここで、ポリイミド基板およびガラス基板および透明導電膜は着目している光波長の領域では透明で、ほとんど吸収による損失は発生しない。各セルで吸収された太陽光成分はそれぞれ電流に変換され、透明導電膜で直列接続されているのでそれらを合成した電力を効率よく上下の電極から取り出すことができる。
(Function)
When the multi-junction solar cell fabricated as described above is irradiated with sunlight from the upper surface, the spectral components near and shorter than the wavelength of 550 nm are mainly absorbed by the organic thin-film solar cell, and the spectral components transmitted through it are transmitted. Among them, spectral components near 650 nm and shorter wavelengths are mainly absorbed by microcrystalline silicon germanium solar cells, and the spectral components on the long wavelength side that have passed through them are single-crystal silicon germanium solar cells centered around 1 μm wavelength. To be absorbed. Here, the polyimide substrate, the glass substrate, and the transparent conductive film are transparent in the region of the light wavelength of interest, and almost no loss due to absorption occurs. The sunlight components absorbed in each cell are converted into currents and connected in series with a transparent conductive film, so that the combined power can be efficiently extracted from the upper and lower electrodes.

なお、本実施例では、3接合セルの構成を示したが、2接合や4接合以上であっても同様の構成で同様の効果が期待できる。有機薄膜の組成および構成は本実施例に限定されるものではない。また、シリコンゲルマニウムの組成も本実施例で示した以外の組成や、シリコンまたはゲルマニウムのみの組成であってもよい。p型層とn型層の順番は全体として逆であってもよい。さらに、接合の妨げとならない限り、透明導電膜に反射防止用の膜や特定の波長域に対する中間反射膜を重ねてもよい。   In addition, although the structure of the 3 junction cell was shown in the present Example, the same effect can be anticipated by the same structure even if it is 2 junctions or 4 junctions or more. The composition and configuration of the organic thin film are not limited to this example. Further, the composition of silicon germanium may be a composition other than that shown in this embodiment, or a composition containing only silicon or germanium. The order of the p-type layer and the n-type layer may be reversed as a whole. Further, an antireflection film or an intermediate reflection film for a specific wavelength region may be superimposed on the transparent conductive film as long as it does not hinder the bonding.

本発明による多接合型受光素子は、上記の多接合型太陽電池の実施例と同様の構成において、素子のサイズや電極の配置を受光面積や応答速度の要求に応じて調整することにより実現される。応答波長スペクトルの異なる受光素子を積層し、透明導電膜を介して電気的に接続しているので、小さな面積で幅広いスペクトルの入射光に対して効率的に光電変換を行うことができる。   The multi-junction type light-receiving element according to the present invention is realized by adjusting the size of the element and the arrangement of the electrodes in accordance with the requirements of the light-receiving area and the response speed in the same configuration as the above-described multi-junction type solar cell embodiment. The Since light receiving elements having different response wavelength spectra are stacked and electrically connected via a transparent conductive film, photoelectric conversion can be efficiently performed on incident light having a wide spectrum in a small area.

本発明による多接合型発光素子は、異なる発光スペクトルを有する発光素子を上記の多接合型太陽電池の実施例と同様の接合方法で積層し、電気的に接続することで実現される。例えば、半絶縁性砒化ガリウム(GaAs)基板上に形成した赤色に発光する砒化アルミニウムガリウム(AlGaAs)ダイオードおよび半絶縁性燐化ガリウム(GaP)基板上に形成した緑色に発光する窒素ドープ燐化ガリウム(GaP:N)ダイオードおよびサファイア(Al2O3)基板上に形成した青色に発光する窒化インジウムガリウム(InGaN) ダイオードを透明導電膜を介して接合すると、各色の発光は基板にほとんど吸収されることなく窒化インジウムガリウム表面から合成されて発光するので、小さな面積で白色の発光素子を実現することができる。 The multi-junction light-emitting device according to the present invention is realized by stacking and electrically connecting light-emitting devices having different emission spectra by the same joining method as in the above-described multi-junction solar cell embodiment. For example, red-emitting aluminum gallium arsenide (AlGaAs) diodes formed on semi-insulating gallium arsenide (GaAs) substrates and green-emitting nitrogen-doped gallium phosphide formed on semi-insulating gallium phosphide (GaP) substrates. When a blue light-emitting indium gallium nitride (InGaN) diode formed on a (GaP: N) diode and a sapphire (Al 2 O 3 ) substrate is bonded via a transparent conductive film, the light emission of each color is almost absorbed by the substrate. Since the light is synthesized from the surface of indium gallium nitride without emitting light, a white light emitting element with a small area can be realized.

本発明による多接合型太陽電池は、太陽光のスペクトルを効率的に利用して光電変換効率が高く、電気的接続の損失が小さい太陽電池に利用することができる。本発明による多接合型受光素子は、幅広いスペクトルの入射光を効率的に分配して検知する小型の受光素子に利用することができる。本発明による多接合型発光素子は、幅広いスペクトルの光を効率的に出射する小型の発光素子に利用することができる。   The multi-junction solar cell according to the present invention can be used for a solar cell that efficiently uses the spectrum of sunlight and has high photoelectric conversion efficiency and low loss of electrical connection. The multi-junction light-receiving element according to the present invention can be used for a small light-receiving element that efficiently distributes and detects incident light having a wide spectrum. The multi-junction light emitting device according to the present invention can be used for a small light emitting device that efficiently emits light having a wide spectrum.

1、金属電極
2、ガラス基板
3、p型単結晶シリコン膜又はゲルマニウム膜
4、i型単結晶シリコンゲルマニウム膜
5、n型単結晶シリコンゲルマニウム膜
6、透明導電膜
8、p型微結晶シリコン膜
9、i型微結晶シリコンゲルマニウム膜又はシリコン膜
10、n型微結晶シリコン膜
13、p型アモルファスシリコン膜
14、i型アモルファスシリコン膜
15、n型アモルファスシリコン膜
17、第1の太陽電池セル
18、第2の太陽電池セル
19、第3の太陽電池セル
20、貫通孔
42、n型単結晶シリコン拡散層
43、p型単結晶シリコン基板
44、半絶縁性砒化ガリウム基板
45、p型砒化アルミニウムガリウム膜
46、p型砒化アルミニウム膜
47、p型砒化ガリウム膜
48、n型砒化ガリウム膜
49、n型砒化アルミニウムガリウム膜
51、太陽電池の第1のセル
52、絶縁膜
53、開口穴
54、太陽電池の第2のセル
60、透明電極膜
61、単結晶シリコン基板
62、透明性エポキシ樹脂
63、金属電極
65、単結晶シリコン太陽電池セル
66、絶縁性透明基板
67、カルコパイライト化合物薄膜
68、カルコパイライト太陽電池セル
1, metal electrode 2, glass substrate 3, p-type single crystal silicon film or germanium film 4, i-type single crystal silicon germanium film 5, n-type single crystal silicon germanium film 6, transparent conductive film 8, p-type microcrystalline silicon film 9, i-type microcrystalline silicon germanium film or silicon film 10, n-type microcrystalline silicon film 13, p-type amorphous silicon film 14, i-type amorphous silicon film 15, n-type amorphous silicon film 17, first solar cell 18 , Second solar cell 19, third solar cell 20, through-hole 42, n-type single crystal silicon diffusion layer 43, p-type single crystal silicon substrate 44, semi-insulating gallium arsenide substrate 45, p-type aluminum arsenide Gallium film 46, p-type aluminum arsenide film 47, p-type gallium arsenide film 48, n-type gallium arsenide film 49, n-type arsenide Minium gallium film 51, solar cell first cell 52, insulating film 53, opening hole 54, solar cell second cell 60, transparent electrode film 61, single crystal silicon substrate 62, transparent epoxy resin 63, metal electrode 65, single crystal silicon solar cell 66, insulating transparent substrate 67, chalcopyrite compound thin film 68, chalcopyrite solar cell

Claims (14)

複数の光吸収スペクトルの異なる太陽電池セルを積層し電気的に接続した多接合型太陽電池であって、
前記太陽電池セルは、それぞれ個別の透明基板、該基板の表面側に半導体層及び該半導体層の表面に上部透明導電膜を有し、
前記太陽電池セルのうちの少なくとも一つの太陽電池セルの前記透明基板は、貫通孔を有し
前記透明基板の貫通孔内部及び前記透明基板の裏面が同一工程による下部透明導電膜で被覆され、
前記一つの太陽電池セルの表面側に設けられた前記上部透明導電膜と、他の太陽電池セルの前記透明基板の裏面に形成された下部透明導電膜が接合されており、
太陽電池セルは光吸収波長の最も短いセルから光が入射するよう吸収波長の順に各セルを積層して接合されていることを特徴とする多接合型太陽電池。
A multi-junction solar cell in which a plurality of solar cells having different light absorption spectra are stacked and electrically connected,
Each of the solar cells has an individual transparent substrate, a semiconductor layer on the surface side of the substrate, and an upper transparent conductive film on the surface of the semiconductor layer,
The transparent substrate of at least one of the solar cells has a through hole ,
The inside of the through hole of the transparent substrate and the back surface of the transparent substrate are covered with a lower transparent conductive film by the same process,
The upper transparent conductive film provided on the surface side of the one solar battery cell and the lower transparent conductive film formed on the back surface of the transparent substrate of another solar battery cell are joined,
The solar cell is a multi-junction solar cell characterized in that each cell is laminated and joined in the order of absorption wavelength so that light enters from the cell having the shortest light absorption wavelength.
前記太陽電池セルのうちの少なくとも一つの太陽電池セルは、光が入射するのと反対側の端部太陽電池セルを除く太陽電池セルであることを特徴とする請求項1記載の多接合型太陽電池。 2. The multi-junction solar cell according to claim 1, wherein at least one of the solar cells is a solar cell excluding an end solar cell opposite to a side where light is incident. battery. 前記透明基板は、ガラス基板、樹脂基板、多結晶基板又は単結晶基板のうちのいずれか1つ以上から選択されることを特徴とする請求項1記載の多接合型太陽電池。 The multi-junction solar cell according to claim 1, wherein the transparent substrate is selected from one or more of a glass substrate, a resin substrate, a polycrystalline substrate, and a single crystal substrate. 前記太陽電池セルのうちの少なくとも一つの太陽電池セルは、ガラス基板上に形成されたシリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、シリコン錫又はシリコンゲルマニウム錫の単結晶薄膜からなることを特徴とする請求項1記載の多接合型太陽電池。 2. At least one of the solar cells is made of a single crystal thin film of silicon, germanium, silicon germanium, silicon tin or silicon germanium tin formed on a glass substrate. Multi-junction solar cell. 前記太陽電池セルのうちの少なくとも一つの太陽電池セルは、ガラス基板上に形成されたシリコン又はシリコンゲルマニウムの微結晶薄膜からなることを特徴とする請求項1記載の多接合型太陽電池。 2. The multi-junction solar cell according to claim 1, wherein at least one of the solar cells comprises a microcrystalline thin film of silicon or silicon germanium formed on a glass substrate. 前記太陽電池セルのうちの少なくとも一つの太陽電池セルは、ガラス基板上に形成されたシリコン又はシリコンカーバイドのアモルファス薄膜からなることを特徴とする請求項1記載の多接合型太陽電池。 2. The multi-junction solar cell according to claim 1, wherein at least one of the solar cells is made of an amorphous thin film of silicon or silicon carbide formed on a glass substrate. 前記太陽電池セルのうちの少なくとも一つの太陽電池セルは、シリコン又はゲルマニウムの単結晶基板上に形成されたシリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、シリコン錫又はシリコンゲルマニウム錫の単結晶薄膜からなることを特徴とする請求項1記載の多接合型太陽電池。 At least one of the solar cells is composed of a single crystal thin film of silicon, germanium, silicon germanium, silicon tin or silicon germanium tin formed on a silicon or germanium single crystal substrate. The multijunction solar cell according to claim 1. 前記太陽電池セルのうちの少なくとも一つの太陽電池セルは、砒化ガリウム単結晶基板上に形成された砒化ガリウム、砒化ガリウムアルミニウム又は燐化インジウムガリウムの単結晶薄膜からなることを特徴とする請求項1記載の多接合型太陽電池。 2. At least one of the solar cells is made of a single crystal thin film of gallium arsenide, gallium arsenide, or indium gallium phosphide formed on a gallium arsenide single crystal substrate. The multijunction solar cell described. 前記太陽電池セルのうちの少なくとも一つの太陽電池セルは、サファイア基板上に形成された窒化インジウムガリウムの単結晶薄膜からなることを特徴とする請求項1記載の多接合型太陽電池。 2. The multi-junction solar cell according to claim 1, wherein at least one of the solar cells comprises a single crystal thin film of indium gallium nitride formed on a sapphire substrate. 前記太陽電池セルのうちの少なくとも一つの太陽電池セルは、ソーダライムガラス基板上に形成されたカルコパイライト薄膜からなることを特徴とする請求項1記載の多接合型太陽電池。 2. The multi-junction solar cell according to claim 1, wherein at least one of the solar cells is a chalcopyrite thin film formed on a soda lime glass substrate. 前記太陽電池セルのうちの少なくとも一つの太陽電池セルは、透明プラスチック基板上に形成された有機薄膜からなることを特徴とする請求項1記載の多接合型太陽電池。 The multi-junction solar cell according to claim 1, wherein at least one of the solar cells is made of an organic thin film formed on a transparent plastic substrate. 前記透明導電膜は、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛、酸化ガリウム、酸化マグネシウム又は酸化カドミウムから選択される1種又は2種以上を含む金属酸化物からなることを特徴とする請求項1記載の多接合型太陽電池。 The said transparent conductive film consists of a metal oxide containing the 1 type (s) or 2 or more types selected from an indium oxide, a tin oxide, a zinc oxide, a gallium oxide, magnesium oxide, or cadmium oxide. Multi-junction solar cell. 複数の光吸収スペクトルの異なる受光素子を積層し電気的に接続した多接合型受光素子において、
前記受光素子は、それぞれ個別の透明基板、該基板の表面側に半導体層及び該半導体層の表面に上部透明導電膜を有し
前記受光素子のうちの少なくとも一つの受光素子の前記透明基板は、貫通孔を有し、
前記透明基板の貫通孔内部及び前記透明基板の裏面が同一工程による下部透明導電膜で被覆され、
前記一つの受光素子の表面側に設けられた前記上部透明導電膜と、他の受光素子の前記透明基板の裏面に形成された下部透明導電膜が接合されており、
受光素子は光吸収波長の最も短い受光素子から光が入射するよう吸収波長の順に各受光素子を積層して接合されていることを特徴とする多接合型受光素子。
In a multi-junction type light receiving element in which a plurality of light receiving elements having different light absorption spectra are stacked and electrically connected,
Each of the light receiving elements has an individual transparent substrate, a semiconductor layer on the surface side of the substrate, and an upper transparent conductive film on the surface of the semiconductor layer ,
The transparent substrate of at least one of the light receiving elements has a through hole,
The inside of the through hole of the transparent substrate and the back surface of the transparent substrate are covered with a lower transparent conductive film by the same process,
The upper transparent conductive film provided on the surface side of the one light receiving element and the lower transparent conductive film formed on the back surface of the transparent substrate of the other light receiving element are joined,
A multi-junction type light receiving element, wherein the light receiving elements are laminated and joined in order of absorption wavelength so that light enters from the light receiving element having the shortest light absorption wavelength.
複数の発光スペクトルの異なる発光素子を積層し電気的に接続した多接合型発光素子において、
前記発光素子は、それぞれ個別の透明基板、該基板の表面側に半導体層及び該半導体層の表面に上部透明導電膜を有し
前記発光素子のうちの少なくとも一つの発光素子の前記透明基板は、貫通孔を有し、
前記透明基板の貫通孔内部及び前記透明基板の裏面が同一工程による下部透明導電膜で被覆され、
前記一つの発光素子の表面側に設けられた前記上部透明導電膜と、他の発光素子の前記透明基板の裏面に形成された下部透明導電膜が接合されており、
発光素子は発光波長の最も短い発光素子から光が出射するよう発光波長の順に各発光素子を積層して接合されていることを特徴とする多接合型発光素子。
In a multi-junction light emitting device in which a plurality of light emitting devices having different emission spectra are stacked and electrically connected,
Each of the light emitting elements has an individual transparent substrate, a semiconductor layer on the surface side of the substrate, and an upper transparent conductive film on the surface of the semiconductor layer ,
The transparent substrate of at least one of the light emitting elements has a through hole,
The inside of the through hole of the transparent substrate and the back surface of the transparent substrate are covered with a lower transparent conductive film by the same process,
The upper transparent conductive film provided on the surface side of the one light emitting element and the lower transparent conductive film formed on the back surface of the transparent substrate of the other light emitting element are joined,
Multijunction light emitting device emitting element characterized in that it is joined by laminating the light emitting elements in the order of the emission wavelength so that the light from the shortest light-emitting device having an emission wavelength is emitted.
JP2009080627A 2009-03-27 2009-03-27 Multi-junction optical element Expired - Fee Related JP5548878B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009080627A JP5548878B2 (en) 2009-03-27 2009-03-27 Multi-junction optical element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009080627A JP5548878B2 (en) 2009-03-27 2009-03-27 Multi-junction optical element

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010232563A JP2010232563A (en) 2010-10-14
JP5548878B2 true JP5548878B2 (en) 2014-07-16

Family

ID=43048080

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009080627A Expired - Fee Related JP5548878B2 (en) 2009-03-27 2009-03-27 Multi-junction optical element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5548878B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140238476A1 (en) * 2011-10-27 2014-08-28 Mitsubishi Electric Corporation Photoelectric conversion device and manufacturing method thereof, and photoelectric conversion module
JP6571389B2 (en) * 2015-05-20 2019-09-04 シャープ株式会社 Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof
KR102253547B1 (en) * 2018-11-29 2021-05-18 울산과학기술원 A colorless transparent crystalline silicon substrate, and method of preparing the same
US11398355B2 (en) 2019-10-01 2022-07-26 Seoul National University R&Db Foundation Perovskite silicon tandem solar cell and method for manufacturing the same
CN112531048B (en) * 2020-11-06 2023-03-14 凯盛光伏材料有限公司 Copper indium gallium selenide laminated thin-film solar cell and preparation method thereof

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05155023A (en) * 1991-12-05 1993-06-22 Canon Inc Ink jet printer head
JPH0779004A (en) * 1993-09-08 1995-03-20 Fuji Electric Co Ltd Thin film solar cell
JP3378465B2 (en) * 1997-05-16 2003-02-17 株式会社東芝 Light emitting device
JP4024942B2 (en) * 1998-09-16 2007-12-19 株式会社東芝 Dye-sensitized photochemical cell
JP4278079B2 (en) * 2001-03-29 2009-06-10 富士フイルム株式会社 High sensitivity light receiving element and light sensor
KR100842265B1 (en) * 2006-11-21 2008-06-30 한국전자통신연구원 Method of manufacturing dye-sensitized solar cell module having vertically stacked unit cells
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

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010232563A (en) 2010-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10707368B2 (en) Solar cell having a plurality of absorbers connected to one another by means of charge-carrier-selective contacts
US9640706B2 (en) Hybrid multi-junction photovoltaic cells and associated methods
US10686090B2 (en) Wafer bonded solar cells and fabrication methods
JP2010512664A (en) Zinc oxide multi-junction photovoltaic cell and optoelectronic device
US20130206219A1 (en) Cooperative photovoltaic networks and photovoltaic cell adaptations for use therein
KR20070101917A (en) Thin-film solar cell and fabrication method thereof
US11616160B2 (en) Tandem solar cell
JP2008211217A (en) Thin-film solar battery, and manufacturing method thereof
US11398577B2 (en) Multi-junction solar cell
JP7442002B1 (en) Solar cells and their manufacturing methods, photovoltaic modules
WO2015032241A1 (en) Solar battery integrated with bypass diode, and preparation method therefor
JP2016509376A (en) Photoactive device having a low bandgap active layer configured to improve efficiency and related methods
JP5548878B2 (en) Multi-junction optical element
CN117374169B (en) Preparation method of back contact solar cell and back contact solar cell
CN108735848B (en) Multi-junction laminated laser photovoltaic cell and manufacturing method thereof
KR20120047583A (en) Solar cell and method of manufacturing the same
US20110120534A1 (en) Thin film solar cell and manufacturing method thereof
JP5669228B2 (en) Multi-junction solar cell and manufacturing method thereof
KR20120034964A (en) Substrate, solar cell including the substrate, and method of manufacturing the same
JPH0955522A (en) Tunnel diode
CN112289881B (en) GaInP/GaAs/Ge/Si four-junction solar cell and preparation method thereof
CN105449015B (en) Micro-nano pyramid silicon/InGaN heterozygosis pn-junction solar cells and its preparation method
JP2004103692A (en) Solar cell
JP5303494B2 (en) Tandem solar cell
CN113921655A (en) Silicon-based gallium arsenide solar cell and preparation method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120227

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20120227

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130206

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130521

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130712

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140116

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140313

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: 20140403

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140422

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5548878

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

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

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees