JPH02378A - 非晶質太陽電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は非晶質太陽電池に関するものであり、特に、
高い初期光電変換効率を有し、かつ光劣化率の抑えられ
た非晶質太陽電池に関するものである。

［従来の技術］ 一般に、非晶質太陽電池では、単結晶太陽電池に比べて
、光の吸収率が大きいため、シリコン層の厚さを薄くで
きる。また製造工程が簡単である。

さらには、作製温度が低いため、製造に要するエネルギ
が少ない、等、多くの利点がある。しかしながら、電力
用太陽電池として実用化するためには、光電変換効率の
向上、光劣化の防止等の課題が残されている。上記光劣
化防止の対策としては、光劣化をしないｉ層材料の開発
、あるいはタンデム・セルによる構造面からの改良が検
討されている。

第１０図は従来のシングル・セル構造の非晶質太陽電池
の構造図である。第１０図において、２３はガラス基板
であり、該ガラス基板２３の上に透明導電膜２４−０層
２６−１層２７−５層２８を順次形成している。透明導
電膜２４には電極２５が接続され、５層２８には電極２
９が接続されている。光は矢印に示す方向からガラス基
板２３に向けて照射される。

次に、第１１図に、シングル・セル構造の非晶質太陽電
池の、ＡＭｌ、１００ｔｈＷ／ｃｍ２．８時間光照射を
行なった場合の、光劣化率と１層２７膜厚との関係を示
す。第１２図に初期の光電変換効率と１層２７膜厚との
関係を示す。

第１１図より明らかなように、１層２７膜厚が３０００
Ａ以下になると、光劣化率は急激に小さくなる。一方、
第１２図から明らかなように、初期の光電変換効率は１
層２７膜厚が６０００Ａ付近で最大となる。したがって
、光劣化率を抑えるためには１層２７膜厚を薄くする必
要があり、初期光電変換効率を抑えるためには１層２７
膜厚を厚くする必要があり、両者は矛盾する。

第１３図は、従来のタンデム・セル構造の非晶質太陽電
池を図示したものである。第１３図において、３０はガ
ラス基板であり、ガラス基板３０の上に透明導電膜３１
−９層３３−１層３４−０層３５−９層３６−１層３７
−０層３８が順次積層され、ｐｉｎ構造の２個のセルは
直列接続され、透明導電膜３１には電極３２が接続され
、０層３８には電極３９が接続されている。

この従来のタンデム・セル構造では光入射側の上部ｉ層
３４は約１０００人と薄くできるが、それぞれのｐｉｎ
が直列接続されているために、上部ｉ層３４と下部ｉ層
３７とで発生する電流値を等しくする必要がある。その
ため、高い光電変換効率を得るためには、下部ｉ層３７
の膜厚を約５５０ＯＡにする必要があった。

第１４図は、上部１層３４膜厚が約１０００Ａの場合の
、下部１層３７膜厚と光劣化率との関係を示すグラフ図
である。第１５図は上部１層３４膜厚が約１０００人の
場合の、下部１層３７膜厚と初期光電変換効率との関係
を示したグラフ図である。これらの図を参照して、上部
セルの１層３４膜厚は約１０００人と薄いので光劣化を
生じないが、下部セルの１層３７膜厚を３０００Å以上
にすると光劣化を生じる。ここで、下部セルへの光入射
量は、上部セルで吸収される分があるため、シングル・
セルの場合の約半分となっており、したがって下部セル
の光劣化率はシングル・セルの約半分となる。そして、
タンデム・セルの光劣化率は下部セルの光劣化率により
決定されるが、それはシングル帝セルの約半分となって
いる。

つまり、タンデム・セル構造の非晶質太陽電池でも、シ
ングル・セル構造の非晶質太陽電池と同様に、光劣化率
を抑えるためには、下部１層３７膜厚を薄くする必要が
あり、初期光電変換効率を上げるためには下部１層３７
膜厚を厚くする必要があり、両者は矛盾する。

［発明が解決しようとする課題］ 以上説明したとおり、従来の非晶質太陽電池では、シン
グル・セル構造であれ、タンデム・セル構造であれ、初
期光電変換効率を保持したまま、光劣化率を抑えるとい
うことは困難であった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、高い初期光電変換効率を有し、しかも光劣
化率を抑えることのできる、非晶質太陽電池を提供する
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る非晶質太陽電池は、ｐ層ｉ層ｎ層の接合
構造を有するセルを少なくとも２個重ね合わせ、この重
ね合わされた少なくとも２個のセルの出力端を並列接続
してなるものである。

そして、その好適な例は、基板上に、ｐ層−１層−０層
−過光性導電膜一〇層−１層−ｐ層を順次積層し、上記
各ｉ層の膜厚を３０００Å以下に制御し、上記ｐ層−１
層−ｎ層からなるセルと上記０層−１層−ｐ層からなる
セルの出力端を並列接続してなるものである。

［作用］ 従来のタンデム・セル構造の非晶質太陽電池では、それ
ぞれのｐｉｎ構造のセルが直列接続されているために、
それぞれのセルの１層で発生する電流値を等しくする必
要があった。そのため、下部ｉ層を５５００Ａ程度に厚
くする必要があった。

しかしながら、上述したとおり、本発明に係る非晶質太
陽電池にあっては、各ｐｉｎ構造のセルが並列に接続さ
れているために、各ｉ層で発生する電流値を等しくする
必要はない。したがって、下部ｉ層を薄くすることが可
能となる。

また、上記した好適例のように、各ｉ層の膜厚を３００
０Å以下にした場合には、光劣化を好ましく抑えること
ができる。一方、この場合、上部ｉ層および下部ｉ層の
膜厚の和である全１層膜厚は６０００Ａ程度となり、シ
ングル・セルの１層膜厚と変わらない。さらに、上記各
ｉ層の厚さを好適の３０００Ａ以下にした場合には、第
９図に示すバンド図から明らかなように、それぞれのｉ
層の電界の強さは、通常、シングル・セルのｉ層の電界
の強さの約２倍となる。それゆえに、光発生した電子−
正孔の収集効率は高くなり、全１層膜厚は通常のシング
ル・セルの１層膜厚と同じでも、電子−正孔の収集効率
は高くなり、Ｉｓｃ。

Ｆ、　　Ｆ、　　も増加する。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図について説明する。

第１図は、この発明の第１の実施例に係るセルの構造図
である。図において、１はガラス基板であり、該ガラス
基板１の上に透光性導電膜２−９層４−を層５−ｎ層６
−過光性導電膜７−ｎ層８−ｉ層ｃ＋−ｐ層１０を順次
積層している。上記ｐ層４−ｉ層５−ｎ層からなる第１
のセルと上記ｎ層８−ｉ層９−ｐ層１０からなる第２の
セルの出力端は、電極３，１１を介して並列接続されて
いる。光は矢印の方向からガラス基板１に向けて照射さ
れる。第２図は、第１の実施例に係る非晶質太陽電池を
、セル内部で並列接続した場合の構造図である。図にお
いて、１はガラス基板であり、該ガラス基板１の上に透
光性導電膜２−９層４−１層５−ｎ層７−透光性導電膜
７−ｎ層８−ｉ層９−ｐ層１０を順次積層している。３
’　　　１１’は電極であり、上記ｐ層４−ｉ層５−ｎ
層６からなる第１のセルと上記ｎ層８−ｉ層９−ｐ層１
０からなる第２の層はこれら電極３，１１を介して並列
接続されている。

次に、具体例を挙げて、本実施例を説明する。

第１図を参照して、基板１には厚さ１．１ｍｍのガラス
板を用いた。透光性導電膜２としては、■ＴＯ１８００
人、５ｎＯ２２００Ａを蒸着したものを用いた。ｐ層、
ｉ層、ｎ層は通常のＲＦダグロー放電法より作製した。

また、電極３．１１（３’　、１１’　）としては、Ａ
鉦３０００人のものを用いた。ｐ層、ｎ層の膜厚はすべ
て１５０人とした。１層膜厚は１０００人から６０００
Ａまで変化させた。

次に、実施例に係る非晶質太陽電池の奏する効果を説明
するために、これらのセルの１層膜厚と光劣化率との関
係を第７図に、また１層膜厚と初期光電変換効率との関
係を第８図に示す。これらの図から明らかなように、従
来のシングルｅセルおよびタンデム・セルと異なり、光
劣化が抑えられている１層膜厚領域で初期効率が最大値
を示し、その値自身も従来セルに比べて大きくなってい
ることがわかる。実験の結果によると、ｄ　ｔ　−２５
００人で、Ｉｓｃ−１９ｍＡ／ｃｍ２、ＶｏｃｍＯ，８
９ＶＳＦ、Ｆ、噛０，７、η＾纏１１．８４％の値が得
られた。しかも、ＡＭ−１，１００ｍＷ／ｃｍ２８時間
光照射を行なった場合の光劣化率（１−ηＢ／ηＡ）は
、はとんど認められなかった。

なお、上記実施例では基板上にｐ層−１層−ｎ層−透光
性導電膜−ｎ層−１層−ｐ層と順次積層させて構成した
非晶質太陽電池について説明したが、この発明はこれに
限られるものでなく、基板上にｎ層−１層−ｐ層−透光
性導電膜−ｐ層−１層−０層と順次積層し、この第１の
セルと第２のセルを並列接続してなる非晶質太陽電池で
あっても実施例と同様の効果を実現する。

第３図はこの発明の第３の実施例のセルの構造図である
。図において、１はガラス基板であり、該ガラス基板１
の上に透光性導電膜２−９層４−１層５−ｎ層６−透光
性導電膜７−ｎ層８−ｉ層９−ｐ層１〇−透光性導電膜
１２−９層１３−１層１４−０層１５が順次積層されて
いる。そして、それぞれのセルの出力端が、電極３，１
６を介して並列接続されている。このように、ｐｉｎ接
合構造を有するセルを３個重ね合わせることにより、出
力のより大きい非晶質太陽電池が得られ、取出せる電流
がより大きくなる。なお、第３の実施例においては、ｐ
ｔｎ接合構造を有するセルを３個重ね合わせる場合につ
いて説明したが、この発明はこれに限られるものでなく
、さらに１以上のｐｉｎ接合構造を積層してもよい。

また、上述の実施例では、（ｐ　ｉ　ｎ）　　（ｎ　ｉ
　ｐ）（ｐ　ｉ　ｎ）と重ね合わせる場合について説明
したが、（ｎ　ｉ　ｐ）　　（ｐ　ｉ　ｎ）　　（ｎ　
ｉ　ｐ）と重ね合わせて構成してもよいことは言うまで
もない。

第４図は、この発明の第４の実施例のセルの構造図であ
る。図において、１はガラス基板であり、該ガラス基板
１の上に透光性導電膜２−ｐ層４１層５−ｎ層６−透光
性導電膜７−透明絶縁膜１７−透光性導電膜７−９層１
０−１層９−ｎ層８が順次積層されている。そして、そ
れぞれのセルの出力端は、電極３，１１を介して並列接
続されている。この実施例では、各セルが透明絶縁膜１
７により分離されているので、各セルを逆極性にして積
層する必要はない。したがって、この場合、上部ｐｉｎ
と下部ｐｉｎは、（ｐ　ｉ　ｎ）　　（ｐ　ｉ　ｎ）（
ｐ　ｉ　ｎ）　　（ｎ　ｉ　ｐ）、（ｎ　ｉ　ｐ）　　
（ｐ　ｉ　ｎ）、（ｎ　ｉｐ）　　（ｎ　ｉ　ｐ）と自
由に組合わせることができる。

第５図は、この発明の第５の実施例のセルの構造図であ
り、ガラス基板上に作製したシングル・セルを２枚重ね
合わせた構造である。入射光側のシングル・セル５０は
、ガラス基板１と、該ガラス基板１上に順に積層された
、透明導電膜２−９層４−ｉ層５−ｎ層６−透明導電膜
７とからなっている。他方のシングル・セル５１はガラ
ス基板１と、該ガラス基板１上に順に積層された透明導
電膜２−ｎ層８−ｉ層９−９層１０からなっている。そ
して、他方のシングル会セル５１のガラス基板１と入射
光側のシングル・セル５０の透明導電膜７とが互いに対
向するように、両シングル・セルは重ね合わされている
。そして、それぞれのｐｉｎは、電極３，１１を介して
並列接続されている。このような構成にしても実施例と
同様の効果を実現する。

第６図はこの発明の第６の実施例のセル構造図であり、
ガラス基板上に作製したシングル・セル（入射光側）と
、導電性基板上に作製したシングル・セル等と２枚重ね
合わせた構造である。入射光側のシングル・セル５２は
、ガラス基板１と、該ガラス基板上に順に積層された透
光性導電膜２−９層４−ｉ層５−ｎ層６−透光性導電膜
７と、からなっている。他方のシングル・セル５３は、
導電性基板１８と、該導電性基板上に順に積層された、
９層１０−１層９−ｎ層８−透光性導電膜７とからなる
。そして、入射光側のシングル・セル５２の透光性導電
膜７と他方のシングル・セル５３の透光性導電膜７とが
互いに対向するように、両シングル・セルは重ね合わさ
れている。そして、それぞれのｐｌｎは電極３，１１に
よって並列接続されている。このような構成にしても相
当の効果が得られる。

なお、第５図および第６図に示す実施例では、２個の素
子を重ね合わせた場合について説明したが、この発明は
これに限られるものでなく、３つ以上の素子を重ね合わ
せて（＆成してもよいことはもちろんである。ただこの
場合、入射光側から最も遠い位置にある電極または基板
を除く、他の電極または基板には透明電極または透光性
基板を用いる必要がある。

また、第５図および第６図において、これらのシングル
・セルを重ね合わせる方法には、単に機械的に重ね合わ
せる方法、絶縁性樹脂で貼り合わせる方法、または絶縁
性シートを介して貼り合わせる方法等がある。

以上、具体的な実施例を挙げてこの発明の非晶質太陽電
池について説明したが、この発明はその精神または主要
な特徴から逸脱することなく、他の色々な形で実施する
ことができる。それゆえ、前述の実施例はあらゆる点で
単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本
発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであっ
て、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請
求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、すべて本発
明の範囲内のものである。

［発明の効果コ 以上説明したとおり、この発明に係る非晶質太陽電池は
、ｐ層１層ｎ層の接合構造を有するセルを少なくとも２
個重ね合わせ、この重ね合わされた少なくとも２個のセ
ルの出力端を並列接続してなるものである。したがって
、上記各１層で発生する電流値を等しくする必要がない
。それゆえに、下部ｉ層を薄くすることが可能となり、
高い初期光電変換効率を有し、しかも光劣化率を抑える
ことのできる、非晶質太陽電池が得られるという効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係る非晶質太陽電池の
構造図である。第２図は本発明の第２の実施例に係る非
晶質太陽電池の構造図である。第３図はこの発明の第３
の実施例に係る非晶質太陽電池の構造図である。第４図
はこの発明の第４の実施例に係る非晶質太陽電池の構造
図である。第５図はこの発明の第５の実施例に係る非晶
質太陽電池の構造図である。第６図はこの発明の第６の
実施例に係る非晶質太陽電池の構造図である。第７図は
、第１の実施例に係る非晶質太陽電池の１層膜厚と光劣
化率との関係を示した図である。第８図は、第１の実施
例に係る非晶質太陽電池の１層膜厚と初期光電変換効率
との関係を示した図である。第９図は通常シングル・セ
ルと第１の実施例に係る非晶質太陽電池セルとのバンド
図の比較を示したものである。第１０図は従来のシング
ル・セル構造の非晶質太陽電池の構造図である。第１１
図は従来のシングル・セルの１層膜厚と光劣化率との関
係図である。第１２図は従来のシングル・セルの１層膜
厚と初期光電変換効率との関係図である。第１３図は従
来のタンデム・セル構造の非晶質太陽電池の構造図であ
る。第１４図はタンデム・セルの下部１層膜厚と光劣化
率との関係図である。第１５図は従来のタンデム・セル
の下部１層膜厚と初期光電変換効率との関係図である。 図において、１はガラス基板、２は透光性導電膜、３は
電極、４はｐ層、５はｉ層、６はｎ層、７は透光性導電
膜、８はｎ層、９は１層、１０はｐ層、１１は電極であ
る。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 萬３図 と光 ご １：電極 第２図 ７′ノし 第４図 ハ 第Ｓ図 萬６図 晃１０図 第７図 第８図 第９図 ｉ−ｆランフ１し・セ１しと、４ヌ４ヒ七月セＩし２ｅ
バント１６−役オ茫第１３図 ｄｒ（入少

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｐ層ｉ層ｎ層の接合構造を有するセルを少なくとも２個
   重ね合わせ、この重ね合わされた少なくとも２個のセル
   の出力端を並列接続してなる非晶質太陽電池。