JPH03151672A - 非晶質シリコン太陽電池 - Google Patents
非晶質シリコン太陽電池Info
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- JPH03151672A JPH03151672A JP1290670A JP29067089A JPH03151672A JP H03151672 A JPH03151672 A JP H03151672A JP 1290670 A JP1290670 A JP 1290670A JP 29067089 A JP29067089 A JP 29067089A JP H03151672 A JPH03151672 A JP H03151672A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
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。
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〉
本発明は、ＰＩＮ接合で構成される非晶質シリコン太陽
電池に関する。
電池に関する。
〈従来の技術〉
一般に、非晶質シリコン太陽電池は、Ｐ型層とＮ型層の
間にｌ型層を挟んだいわゆるＰＩＮ構造を有する。ｌ型
層は、光を吸収してキャリア（電子、正孔）を発生し、
これらを内部電界によって分離して電流として取り出す
役割を果たす。従って、光吸収を増し、光発生電流を増
大させるには、ｌ型層の膜厚が厚いほど良いが、ｌ型層
が厚くなるほど内部電界が弱くなり、キャリアが走行を
必要とする距離が長くなってキャリアの再結合が増加す
るため、外部に取り出せる電流は逆に減少するという背
反がある。
間にｌ型層を挟んだいわゆるＰＩＮ構造を有する。ｌ型
層は、光を吸収してキャリア（電子、正孔）を発生し、
これらを内部電界によって分離して電流として取り出す
役割を果たす。従って、光吸収を増し、光発生電流を増
大させるには、ｌ型層の膜厚が厚いほど良いが、ｌ型層
が厚くなるほど内部電界が弱くなり、キャリアが走行を
必要とする距離が長くなってキャリアの再結合が増加す
るため、外部に取り出せる電流は逆に減少するという背
反がある。
また、非晶質シリコン太陽電池には、光照射の累積によ
って発電特性が低下する現象がみられる。
って発電特性が低下する現象がみられる。
この現象は、光照射で生じたキャリアが再結合する際の
エネルギでｌ型層中に欠陥が発生しく５ｔａｅｂｉｅｒ
−Ｗｒｏｎｓｋｉ効果）、この欠陥による内部電界の弱
化でキャリアの再結合が増加して、電流が取り出せなく
なることに起因する。従って、この光劣化を防ぐ観点に
立てば、ｌ型層の膜厚は薄いほど良いことになる。
エネルギでｌ型層中に欠陥が発生しく５ｔａｅｂｉｅｒ
−Ｗｒｏｎｓｋｉ効果）、この欠陥による内部電界の弱
化でキャリアの再結合が増加して、電流が取り出せなく
なることに起因する。従って、この光劣化を防ぐ観点に
立てば、ｌ型層の膜厚は薄いほど良いことになる。
このように、ｌ型層の膜厚の決定には、光の吸収を増す
一方、内部電界の弱化を防ぎ、キャリアが走行を必要と
する距離を短く保つという相反する要請を満たす必要が
あり、従来の非晶質シリコン太陽電池におけるｌ型層の
膜厚も、上記両要請をバランス良く満たす最適の値に設
定されている。
一方、内部電界の弱化を防ぎ、キャリアが走行を必要と
する距離を短く保つという相反する要請を満たす必要が
あり、従来の非晶質シリコン太陽電池におけるｌ型層の
膜厚も、上記両要請をバランス良く満たす最適の値に設
定されている。
〈発明が解決しようとする課題〉
ところが、上記従来の非晶質シリコン太陽電池は、いず
れも基板上に基板表面に平行な層をなしてＮ型、１型、
Ｐ型の各層を順次堆積した構造であるため、光吸収を増
すへくｌ型層の膜厚を厚くすると、膜厚の増加が直ちに
内部電界の弱化とキャリアか走行を必要とする距離の増
加を乙たらし、最適な膜厚下でも十分に高い光電変換効
率と十分な耐光劣化性を得ることが難しいという欠点が
ある。
れも基板上に基板表面に平行な層をなしてＮ型、１型、
Ｐ型の各層を順次堆積した構造であるため、光吸収を増
すへくｌ型層の膜厚を厚くすると、膜厚の増加が直ちに
内部電界の弱化とキャリアか走行を必要とする距離の増
加を乙たらし、最適な膜厚下でも十分に高い光電変換効
率と十分な耐光劣化性を得ることが難しいという欠点が
ある。
そこで、本発明の目的は、非晶質シリコン層からなるＰ
ＩＮ接合をｌ型層における光吸収を増し、しかも内部電
界の弱化とキャリアが走行を必要と−４る距離の増加を
防ぐ新規な構造に４°ることによって、光電変換効率お
よびフィルファクタが高く、かつ光による劣化の少ない
非晶質シリコン太陽電池を提供することにある。
ＩＮ接合をｌ型層における光吸収を増し、しかも内部電
界の弱化とキャリアが走行を必要と−４る距離の増加を
防ぐ新規な構造に４°ることによって、光電変換効率お
よびフィルファクタが高く、かつ光による劣化の少ない
非晶質シリコン太陽電池を提供することにある。
〈課題を解決するための手段〉
上記目的を達成するため、本発明の非晶質シリコン太陽
電池は、基板の表面に１μｍ以下の間隔をおいて上記表
面に垂直に成長せしめられ、００１μｍ乃至１μｍの直
径をもつ柱状Ｓｉ結晶と、上記基板および柱状Ｓｉ結晶
の表面に堆積せしめられて、垂直断面において波形をな
ずＰＩＮ接合を形成する複数の非晶質シリコン層を有す
る。
電池は、基板の表面に１μｍ以下の間隔をおいて上記表
面に垂直に成長せしめられ、００１μｍ乃至１μｍの直
径をもつ柱状Ｓｉ結晶と、上記基板および柱状Ｓｉ結晶
の表面に堆積せしめられて、垂直断面において波形をな
ずＰＩＮ接合を形成する複数の非晶質シリコン層を有す
る。
〈作用〉
太陽電池のＰＩＮ接合を形成する複数の非晶質ノリコン
層は、基板およびこの表面に垂直に成長ｕしめられた多
数の柱状８１結晶の表面を覆うように波形をなして堆積
されている。従って、基板に垂直即ち柱状Ｓｉ結晶に平
行に入射した光は、柱状Ｓｉ結晶の方向に厚いｌ型層で
多量に吸収され、多量のギヤリアが生じる。加えて、Ｐ
ＩＮ接合は桂状Ｓｉ結品に直交する径方向に形成されて
おり、径方向のｌ型層は薄いので、キャリアが走行を必
要とする距離が短かくなり、かつ内部電界の弱化が少な
い。よって、光発生電流量が多く、しかもこれを有効に
取り出すことができる。さらに、上述の理由から内部電
界が大きいので、ギヤリアの再結合が減少してｌ型層中
の欠陥の増加が抑止され、光照射の累積による発電特性
の劣化が防止される。
層は、基板およびこの表面に垂直に成長ｕしめられた多
数の柱状８１結晶の表面を覆うように波形をなして堆積
されている。従って、基板に垂直即ち柱状Ｓｉ結晶に平
行に入射した光は、柱状Ｓｉ結晶の方向に厚いｌ型層で
多量に吸収され、多量のギヤリアが生じる。加えて、Ｐ
ＩＮ接合は桂状Ｓｉ結品に直交する径方向に形成されて
おり、径方向のｌ型層は薄いので、キャリアが走行を必
要とする距離が短かくなり、かつ内部電界の弱化が少な
い。よって、光発生電流量が多く、しかもこれを有効に
取り出すことができる。さらに、上述の理由から内部電
界が大きいので、ギヤリアの再結合が減少してｌ型層中
の欠陥の増加が抑止され、光照射の累積による発電特性
の劣化が防止される。
〈実施例〉
以下、本発明を図示の実施例により詳細に説明する。
第１図は非晶質ノリコン太陽電池の一例を示す縦断面図
であり、ｌはガラス基板、２はこのガラス基板ｌ上にＣ
ＶＤ法で形成され、裏面電極をな１ｔ−Ｎ型のポリシリ
コン膜、３はＡｕ膜を用いたＣＶＤ法により０．５μｍ
程度の間隔をおいてポリシリコン膜２の表面に垂直に略
１μｍの高さで成長せしめられ、０．０１μｍから１μ
ｍの直径をもつ柱状Ｓｉ結晶、４は光の反射を増すべく
上記ポリシリコン膜２および柱状Ｓｉ結晶３の表面を覆
うように蒸着したＡｇ膜、５，６，７はこのＡｇ膜４の
表面にプラズマＣＶＤ法で順次堆積せしめられ、縦断面
が図示の如き波形をなしてＰＴＮ接合を形成する夫々Ｎ
型、■型、Ｐ型の非晶質シリコン層、８は上記Ｐ型非晶
質シリコン層７の表面を覆って蒸着され、表面電極をな
す透明導電膜である。
であり、ｌはガラス基板、２はこのガラス基板ｌ上にＣ
ＶＤ法で形成され、裏面電極をな１ｔ−Ｎ型のポリシリ
コン膜、３はＡｕ膜を用いたＣＶＤ法により０．５μｍ
程度の間隔をおいてポリシリコン膜２の表面に垂直に略
１μｍの高さで成長せしめられ、０．０１μｍから１μ
ｍの直径をもつ柱状Ｓｉ結晶、４は光の反射を増すべく
上記ポリシリコン膜２および柱状Ｓｉ結晶３の表面を覆
うように蒸着したＡｇ膜、５，６，７はこのＡｇ膜４の
表面にプラズマＣＶＤ法で順次堆積せしめられ、縦断面
が図示の如き波形をなしてＰＴＮ接合を形成する夫々Ｎ
型、■型、Ｐ型の非晶質シリコン層、８は上記Ｐ型非晶
質シリコン層７の表面を覆って蒸着され、表面電極をな
す透明導電膜である。
上記ポリシリコン膜２は、６００℃に保持したガラス基
板ｌ上にＳ ！Ｈａ Ｈ３，Ａｒ Ｐ １４３からなる
混合ガスを流すことにより形成され、膜を構成するポリ
シリコンの粒径は３００〜８００人程度であり、その面
方位は＜１１１＞面が優先的に形成される。
板ｌ上にＳ ！Ｈａ Ｈ３，Ａｒ Ｐ １４３からなる
混合ガスを流すことにより形成され、膜を構成するポリ
シリコンの粒径は３００〜８００人程度であり、その面
方位は＜１１１＞面が優先的に形成される。
上記柱状Ｓｉ結晶３は、次のプロセスで成長させる。即
ち、ポリシリコン膜２を形成した上記ガラス基板Ｉを３
００℃に保持して、ポリシリコン膜２上にまず膜厚が２
０〜１００人になるようにＡｕを蒸着し、次いでこの基
板を６００℃に保持しつつＳｉＣρ４．Ｈ，ガスを流す
。すると、ＳｉとＡｕの共融点が５００℃以下であるの
で、ポリシリコン膜２上にＳｉとＡｕの液体合金が生じ
、この液体合金中で過飽和になるＳｉは、固相のポリシ
リコン膜２の表面に析出して、柱状Ｓｉ結晶３をつくる
。一方、上記液体合金中のＡｕは柱状Ｓｉ結晶中には固
溶せず、柱状Ｓｉ結晶３の先端に析出する。
ち、ポリシリコン膜２を形成した上記ガラス基板Ｉを３
００℃に保持して、ポリシリコン膜２上にまず膜厚が２
０〜１００人になるようにＡｕを蒸着し、次いでこの基
板を６００℃に保持しつつＳｉＣρ４．Ｈ，ガスを流す
。すると、ＳｉとＡｕの共融点が５００℃以下であるの
で、ポリシリコン膜２上にＳｉとＡｕの液体合金が生じ
、この液体合金中で過飽和になるＳｉは、固相のポリシ
リコン膜２の表面に析出して、柱状Ｓｉ結晶３をつくる
。一方、上記液体合金中のＡｕは柱状Ｓｉ結晶中には固
溶せず、柱状Ｓｉ結晶３の先端に析出する。
そこで、先端に析出したＡｕを王水でエツチングして除
去すれば、ポリシリコン膜２の表面に垂直な方向即ちポ
リノリコン膜２の面方位＜Ｉ Ｉ １＞の方向に成長し
た多数の柱状Ｓｉ結晶３を得ることができる。なお、柱
状Ｓ１結晶３の直径および間隔は、Ａｕ蒸着時の基板温
度と膜厚によって変化させることができ、非晶質シリコ
ン太陽電池の能力、製造プロセスや実用性の観点から、
直径は００１μｍ−１μｍに、間隔は１μｍ以下に夫々
限定される。すなわち、この限定を外れると本発明の構
造の効果がなくなるのである。
去すれば、ポリシリコン膜２の表面に垂直な方向即ちポ
リノリコン膜２の面方位＜Ｉ Ｉ １＞の方向に成長し
た多数の柱状Ｓｉ結晶３を得ることができる。なお、柱
状Ｓ１結晶３の直径および間隔は、Ａｕ蒸着時の基板温
度と膜厚によって変化させることができ、非晶質シリコ
ン太陽電池の能力、製造プロセスや実用性の観点から、
直径は００１μｍ−１μｍに、間隔は１μｍ以下に夫々
限定される。すなわち、この限定を外れると本発明の構
造の効果がなくなるのである。
上記構成の非晶質ソリコン太陽電池の作用について次に
述べる。
述べる。
本発明の太陽電池は、第１図で述べたように、Ｎ型、■
型、Ｐ型の非晶質シリコン層５，６．７からなるＰＩＮ
接合が縦断面において波形をなすことを構造上の特徴と
する。つまり、光を吸収してキャリアを発生するｒ型非
晶質シリコンａ６は、柱状Ｓｉ結晶３の軸方向には厚く
、矢印Ａで示すＰＩＮ接合による電界方向即ち柱状Ｓｉ
結品３の半径方向には薄い。
型、Ｐ型の非晶質シリコン層５，６．７からなるＰＩＮ
接合が縦断面において波形をなすことを構造上の特徴と
する。つまり、光を吸収してキャリアを発生するｒ型非
晶質シリコンａ６は、柱状Ｓｉ結晶３の軸方向には厚く
、矢印Ａで示すＰＩＮ接合による電界方向即ち柱状Ｓｉ
結品３の半径方向には薄い。
従って、ガラス基板ｌの面に対して垂直に入射した光は
、柱状Ｓｉ結晶３の軸方向ｊこ厚いｌ型非晶質シリコン
層６で多量に吸収され、従来のｌ型層の厚い太陽電池と
同等に多量のキャリア（電子正孔）が生じる。加えて、
ＰＩＮ接合による電界方向のｌ型非晶質シリコン層６は
薄いので、発生したキャリアが走行を必要とする距離が
短かくなり、かつ内部電界の弱化が少ない。よって、光
発生電流量が多く、しかもこれを有効に取り出すことが
できる。さらに、上述の理由から内部電界が大きいので
、キャリアの再結合が減少してｌ型非晶質シリコン層６
中の欠陥の増加が抑止され、光照射の累積による発電特
性の劣化が防止される。
、柱状Ｓｉ結晶３の軸方向ｊこ厚いｌ型非晶質シリコン
層６で多量に吸収され、従来のｌ型層の厚い太陽電池と
同等に多量のキャリア（電子正孔）が生じる。加えて、
ＰＩＮ接合による電界方向のｌ型非晶質シリコン層６は
薄いので、発生したキャリアが走行を必要とする距離が
短かくなり、かつ内部電界の弱化が少ない。よって、光
発生電流量が多く、しかもこれを有効に取り出すことが
できる。さらに、上述の理由から内部電界が大きいので
、キャリアの再結合が減少してｌ型非晶質シリコン層６
中の欠陥の増加が抑止され、光照射の累積による発電特
性の劣化が防止される。
第２図は、上記実施例の太陽電池の初期特性と１年相当
の光照射後の特性に関する実験結果を示している。図か
ら明らかなように、初期においてはＩ−Ｖ曲線の良さを
示すフィルファクターが０７５と特に高く、光照射後も
フィルファクターの低下が少ないことが判かる。このこ
とは、」１記太陽電池の光電変換効率が高く、かつ光劣
化が小さいという本発明の顕著な効果を物語っている。
の光照射後の特性に関する実験結果を示している。図か
ら明らかなように、初期においてはＩ−Ｖ曲線の良さを
示すフィルファクターが０７５と特に高く、光照射後も
フィルファクターの低下が少ないことが判かる。このこ
とは、」１記太陽電池の光電変換効率が高く、かつ光劣
化が小さいという本発明の顕著な効果を物語っている。
なお、本発明が図示の実施例に限られないのはいうまで
もない。
もない。
〈発明の効果〉
以上の説明で明らかなように、本発明の非晶質シリコン
太陽電池は、基板およびこの基板表面に垂直に間隔をお
いて成長せしめた柱状Ｓｉ結晶の表面に、ＰＩＮ接合を
形成する複数の非晶質シリコン層を波形をなして堆積し
ているので、柱状Ｓｉ結晶の軸方向に厚いｌ型非晶質シ
リコン層で多量の光を吸収して多量のキャリアを発生さ
せるととらに、柱状Ｓｉ結晶の径方向に薄いｌ型非晶質
シリコン層でキャリアが走行を必要とする距離を短かく
し、内部電界の弱化とキャリアの再結合を防止して、大
きい光発生電流を有効に取り出すことができ、累積光照
射による特性の劣化を防ぎつつ、高い光電変換効率を得
ることができる。
太陽電池は、基板およびこの基板表面に垂直に間隔をお
いて成長せしめた柱状Ｓｉ結晶の表面に、ＰＩＮ接合を
形成する複数の非晶質シリコン層を波形をなして堆積し
ているので、柱状Ｓｉ結晶の軸方向に厚いｌ型非晶質シ
リコン層で多量の光を吸収して多量のキャリアを発生さ
せるととらに、柱状Ｓｉ結晶の径方向に薄いｌ型非晶質
シリコン層でキャリアが走行を必要とする距離を短かく
し、内部電界の弱化とキャリアの再結合を防止して、大
きい光発生電流を有効に取り出すことができ、累積光照
射による特性の劣化を防ぎつつ、高い光電変換効率を得
ることができる。
第１図は本発明の非晶質ソリコン太陽電池の一実施例を
示す縦断面図、第２図は上記実施例の初期特性と光照射
後の特性に関する実験結果を示す図である。 ■・・・ガラス基板、２・・・ポリシリコン膜、３・・
・柱状Ｓｉ結晶、４・・Ａｇ膜、５・・・Ｎ型非晶質シ
リコン層、 ６・・ｌ型非晶質シリコン層、 ７・・・Ｐ型非晶質シリコン層、８・・・透明導電膜。 特 許 出 願 人 シャープ株式会社代 理 人
弁理士 前出 葆 ばか１名０
示す縦断面図、第２図は上記実施例の初期特性と光照射
後の特性に関する実験結果を示す図である。 ■・・・ガラス基板、２・・・ポリシリコン膜、３・・
・柱状Ｓｉ結晶、４・・Ａｇ膜、５・・・Ｎ型非晶質シ
リコン層、 ６・・ｌ型非晶質シリコン層、 ７・・・Ｐ型非晶質シリコン層、８・・・透明導電膜。 特 許 出 願 人 シャープ株式会社代 理 人
弁理士 前出 葆 ばか１名０
Claims (1)
- （１）基板の表面に１μｍ以下の間隔をおいて上記表面
に垂直に成長せしめられ、０．０１μｍ乃至１μｍの直
径をもつ柱状Ｓｉ結晶と、上記基板および柱状Ｓｉ結晶
の表面に堆積せしめられて、垂直断面において波形をな
すＰＩＮ接合を形成する複数の非晶質シリコン層を有す
る非晶質シリコン太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1290670A JPH03151672A (ja) | 1989-11-08 | 1989-11-08 | 非晶質シリコン太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1290670A JPH03151672A (ja) | 1989-11-08 | 1989-11-08 | 非晶質シリコン太陽電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03151672A true JPH03151672A (ja) | 1991-06-27 |
Family
ID=17758976
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1290670A Pending JPH03151672A (ja) | 1989-11-08 | 1989-11-08 | 非晶質シリコン太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03151672A (ja) |
Cited By (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5810945A (en) * | 1993-05-12 | 1998-09-22 | Max-Planck-Gesellschaft Zur Forderung Der Wissenschaften E.V. | Method of fabricating an electronic micropatterned electrode device |
| US6518494B1 (en) * | 1995-08-22 | 2003-02-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Silicon structure, method for producing the same, and solar battery using the silicon structure |
| JP2008053730A (ja) * | 2006-08-25 | 2008-03-06 | General Electric Co <Ge> | 単一コンフォーマル接合のナノワイヤ光起電力装置 |
| JP2008053731A (ja) * | 2006-08-25 | 2008-03-06 | General Electric Co <Ge> | 薄膜シリコン太陽電池中のナノワイヤ |
| JP2008135740A (ja) * | 2006-11-15 | 2008-06-12 | General Electric Co <Ge> | 非晶質−結晶質タンデムナノ構造化太陽電池 |
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