JPH05206490A - 光電変換装置 - Google Patents

光電変換装置

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JPH05206490A
JPH05206490A JP4011821A JP1182192A JPH05206490A JP H05206490 A JPH05206490 A JP H05206490A JP 4011821 A JP4011821 A JP 4011821A JP 1182192 A JP1182192 A JP 1182192A JP H05206490 A JPH05206490 A JP H05206490A
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transparent film
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light
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嘉章 殿村
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光電変換装置の裏面の反射率を向上させ感度
を改善させる。 【構成】 半導体基板1の裏面に、第1の透明膜4、第
2の透明膜5…裏面金属反射膜3を積層する。第1の透
明膜4の屈折率は半導体基板1の屈折率より小さくさ
れ、第2の透明膜5の屈折率は第1の透明膜4の屈折率
より小さくされる。これにより裏面金属反射膜の入射角
は臨界角に近づき反射率が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、たとえば太陽電池のよ
うな光電変換装置の裏面の反射率を向上させ感度を改善
させる構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、太陽電池の変換効率を改善す
るため、様々な試みがなされている。特に、表面での光
反射による損失を低減するための表面反射防止膜の形
成、表面の凹凸形状加工等が行なわれてきた。
【0003】現在一般的に用いられるシリコン単結晶基
板に用いる太陽電池素子の場合、化学的方法による表面
の凹凸形状は、次のように加工される。基板として用い
るシリコンは、(100)面が表面となる結晶を使用す
る。このシリコン結晶を、数%の水酸化カリウム、水酸
化ナトリウムなどのアルカリの水溶液を約70℃以上に
熱し、アルコールを適量添加したエッチング液に数十分
浸す。このエッチング液によるシリコンのエッチング速
度は、結晶方位により大きく異なるので、エッチング速
度が最も遅い(111)面が露出する。(100)面を
表面とするシリコン基板に上記エッチングを施すと、露
出したシリコン面は、微細なピラミッド形状が密集して
いるように見え、これはテクスチャー構造と呼ばれる。
シリコン単結晶を用いた場合、このピラミッドの頂点が
なす角は、結晶構造によって定まる一定の角度である。
【0004】また、シリコン単結晶以外の材料を用いる
場合でも、機械的方法あるいは他の方法により、表面を
複雑な面形状に加工することができる。
【0005】図5は、このように太陽電池素子の表面を
加工したものの略断面図である。同図に示すように入射
光6は、半導体基板1の受光面である表面2で複雑な反
射をし、平坦な表面に比べ、基板内への入射光7は増大
し、光電変換効率は向上する。また、基板裏面には、裏
面に到達した光を再び基板内へ反射させるための裏面電
極を兼ねた裏面金属反射膜3が備えられる。θM は裏面
金属反射膜3への入射角である。図示されていないが受
光面側にはPN接合が形成されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
造を有する太陽電池は、裏面に到達した光の反射率がさ
ほど高くないため、裏面で吸収された赤外光が熱に変換
され、素子温度が上昇し、動作状態における出力は低下
するという問題点がある。これは、特に宇宙環境下のよ
うな対流による熱放出が期待されない環境下において
は、重大な欠点であり、動作温度における太陽電池素子
の出力は、表面が平坦な素子とほぼ同程度になり、上記
利点が失われる。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明においては、半導
体基板の受光面側にPN接合を設け、受光面の反対側に
は積層された複数の層の透明膜を介して金属反射膜を設
け、金属反射膜に近い透明膜の屈折率は光がその直前に
通過した層の屈折率より小さくなるようにした。
【0008】
【作用】本発明によれば、半導体基板の受光面の反対側
に設けた最初の透明膜の屈折率は、光が通過してきた半
導体基板の屈折率より小さいから、屈折角は入射角より
大きく、したがって、透明膜がない場合よりも金属反射
膜より遠ざかる方向に、光が進行する。逐次屈折率を小
さくした透明膜の層を増加させるに従って、光は金属反
射膜に平行に近づくようになる。金属反射膜への入射角
が増大するに伴って金属反射膜での反射率が増大する。
また、各層の界面でも一部の光は反射し、全体として反
射率が改善される。
【0009】
【実施例】図1は、本発明の原理説明のための太陽電池
素子の略断面図である。P型層またはN型層よりなる半
導体基板1の表面にはPN接合(図示されていない)が
形成されている。半導体基板1の裏面と裏面金属反射膜
3との間には、半導体基板1と接する側から順に、(基
板の屈折率)>(第1の透明膜4の屈折率)>(第2の
透明膜5の屈折率)…という関係を満足する2層以上の
透明膜が設けられている。半導体基板1の表面2からの
入射光6は、表面の形状により、半導体基板1内に斜め
方向に入射する。このうち、半導体基板1の裏面に到達
した入射光7は、半導体基板1と第1の透明膜4の界面
で、フレネルの法則に従い反射および屈折する。このと
き、半導体基板1と第1の透明膜4の屈折率の関係か
ら、屈折角θ2 は入射角θ1 よりも大きくなる。θ2
第2の透明膜5への入射角となる。以下、第2の透明膜
についても同様に屈折角θ3 は大きくなり、これは次の
透明膜への入射角となる。これを繰返し、結果として裏
面金属反射膜3への入射角θM は、従来の構造に比べて
大きくなり臨界角に近づく結果、裏面金属反射膜3での
反射率は大きくなる。また、裏面金属反射膜3への到達
以前に、各透明膜の界面においても一部の光は反射して
おり、全体として、著しく反射率が改善されたことにな
る。
【0010】なお、図1は、本発明を構成する最小限の
要素を示すものであり、たとえば、表面の反射防止膜、
BSFと呼ばれる裏面の裏面電界層等が追加されてもよ
い。
【0011】以下、シリコン単結晶太陽電池素子を例
に、それぞれ表面形状が異なる場合の実施例を示すが、
本発明は基板材料をシリコン単結晶に限らず、あらゆる
太陽電池素子に対して有効である。
【0012】図2は、本発明の第1の実施例の斜視図で
ある。シリコン単結晶基板15の表面に異方性エッチン
グによる多数の微細なピラミッド形突起8を形成し、基
板裏面に第1の透明膜11および第2の透明膜11−1
を設けたものである。裏面電極13が裏面金属反射膜の
作用を果たす。第1の透明膜11たとえばシリコン酸化
膜は、基板の熱酸化あるいはCVDによって形成でき
る。第2の透明膜11−1はシリコン酸化膜より屈折率
の小さいたとえばフッ化マグネシウムを採用する。表面
からの垂直入射光は、図1に示すように反射屈折する。
なお、同図において、12は表面グリッド電極であり、
14は表面に形成されたPN接合である。
【0013】図3は、第2の実施例であって、表面に逆
ピラミッド形凹凸部9が多数形成されている。
【0014】図4は第3の実施例であって、表面に断面
が逆V字形のV字形突起10が多数形成されている。
【0015】これらの表面形状は、シリコンの異方性エ
ッチングにより形成でき、それらに透明膜としてシリコ
ン酸化膜11を用いた場合、図1と同様の反射屈折を行
なう。
【0016】これらの太陽電池素子を試作した結果、長
波長光に対する感度が著しく改善されることが明らかと
なった。
【0017】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、太
陽電池素子の裏面における反射率は大きく改善され、長
波長光に対する感度が改善される。また、太陽光吸収率
の低減により動作温度が低くなり、動作状態における出
力は大きく改善される。したがって、本発明による太陽
電池素子は、産業上極めて利用価値が大きいものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理を示すための太陽電池の断面図で
ある。
【図2】第1の実施例の断面図である。
【図3】第2の実施例の断面図である。
【図4】第3の実施例の断面図である。
【図5】従来の一例の断面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 表面 3 裏面金属反射膜 4 第1の透明膜 5 第2の透明膜 8 ピラミッド形突起 9 逆ピラミッド形凹凸部 10 V字形突起 11 第1の透明膜 11−1 第2の透明膜 12 表面グリッド電極 13 裏面電極 14 PN接合 15 シリコン単結晶基板

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の受光面側に設けたPN接合
    と、半導体基板の受光面の反対側に積層された複数の層
    の透明膜を介して設けた金属反射膜とを有し、金属反射
    膜に近い透明膜の屈折率は光がその直前に通過した層の
    屈折率より小さいことを特徴とする光電変換装置。
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