JPH0521891Y2 - - Google Patents
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- JPH0521891Y2 JPH0521891Y2 JP19319087U JP19319087U JPH0521891Y2 JP H0521891 Y2 JPH0521891 Y2 JP H0521891Y2 JP 19319087 U JP19319087 U JP 19319087U JP 19319087 U JP19319087 U JP 19319087U JP H0521891 Y2 JPH0521891 Y2 JP H0521891Y2
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- amorphous
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- photovoltaic
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Links
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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
Description
(イ) 産業上の利用分野
本考案は、太陽電池や光センサ等に利用される
積層型光起電力装置に関する。 (ロ) 従来の技術 発電に寄与する光活性層が主として単結晶シリ
コンや多結晶シリコンの結晶シリコン（以下ｃ−
Siという）からなる結晶系光起電力素子と、上記
光活性層が主としてアモルフアスシリコン（以下
ａ−Siという）のアモルフアス系光起電力素子と
を積層した積層型光起電力装置は、例えば特開昭
59−175170号公報に示されている。斯る光起電力
装置は上述の２つの異なつた光起電力素子を電気
的且つ光学的に直列に接続し、短波長光を光学的
バンドギヤツプの広いアモルフアス系で、また長
波長光を光学的バンドギヤツプの狭い結晶系で吸
収することで、全体として高い光電変換効率を得
んとするものである。この場合、アモルフアス系
の素子で発生する光電流と結晶系の素子で発生す
る光電流とが等しくする必要があるが、実際は、
入射光の変化や材料の膜質等により等しくするこ
とは困難で、結果的に変換効率が低くなるという
問題点を有している。これに対し、アモルフアス
系光起電力素子と、結晶系光起電力素子とを絶縁
体を挾んで積層し、光学的には直列に接続され、
電気的には分離された４端子構造を用いることが
考えられる。 このように互いに電気的に分離して２つの光起
電力素子を光学的に直列に積層すると、光学的に
後段の光起電力素子に光入射を招くべく例えば
Solar Cells，21（1987）127頁−134頁に開示され
た先行技術では絶縁体を挾んで対向する前段のア
モルフアス系光起電力素子の背面側電極と当該後
段の結晶系光起電力素子の受光面側電極は酸化ス
ズ（SnO2）、酸化インジウムスズ（ITO）等の透
光性導電酸化物（TCO）から形成されている。 これらのTCOの屈折率は、約2.0とａ−SiとＣ
−Siの屈折率（3.1〜3.7）に比べ、大幅に小さく、
その結果、後段のｃ−Siで吸収すべき長波長光
が、ａ−SiとTCOとの界面で反射されて、ｃ−
Siに到達する割合が小さくなつて、出力特性が低
くなるという新たな問題点が発生する。 (ハ) 考案が解決しようとする問題点 本考案は上述の如くアモルフアス系光起電力素
子と結晶系光起電力素子を絶縁体を挾んで積層
し、光学的には直列に接続され、電気的には分離
された４端子構造をとると、前段のアモルフアス
系光起電力素子のTCOからなる背面側電極と半
導体膜界面において後段の結晶系光起電力素子で
吸収すべき長波長光が反射されて出力特性が低下
する点を解決しようとするものである。 (ニ) 問題点を解決するための手段 本考案は、発電に寄与する光活性層が主として
ａ−Siからなるアモルフアス系光起電力素子と、
上記光活性層が主としてｃ−Siからなる結晶系光
起電力素子と、を絶縁体を挟んで積層し、光入射
側の前段にアモルフアス系光起電力素子を配置す
ると共に、夫々の光起電力素子の受光面側及び背
面側に電極を設けた積層型光起電力装置であつ
て、上記問題点を解決すべく上記絶縁体を挾んで
対向するアモルフアス系光起電力素子の背面側電
極と結晶系光起電力素子の受光面側電極は光通過
部を備えた金属電極から構成されていると共に、
上記絶縁体の屈折率が透光性導電酸化物よりも大
で且つ上記ｃ−Siよりも小さいことを特徴とす
る。 (ホ) 作用 上述の如く絶縁体を挾んで対向するアモルフア
ス系光起電力素子の背面側電極と結晶系光起電力
素子の受光面側電極は光通過部を備えた金属電極
から構成されていることによつて、光入射側前段
の光起電力素子で吸収されるに背面に到達した波
長約700nm〜1100nmの長波長光は上記光通過部
を介して後段の光起電力素子に入射する。 更に、アモルフアス系光起電力素子と結晶系光
起電力素子で挟まれた上記絶縁体として、その屈
折率が透光性導電酸化物よりも大で且つｃ−Siよ
りも小さい材料を採用することで、この絶縁体に
よる界面反射を低減させることが可能となり、後
段への光入射量の増大を図ることができることと
なる。 (ヘ) 実施例 第１図は本考案積層型光起電力装置の基本構造
を示す模式的断面図である。光入射が為される受
光面側から見て、SnO2，ITO等の透光性導電酸
化物（TCO）からなる受光面電極１、ｐ型のア
モルフアスシリコンカーバイド（ａ−SiC）層
２、主として可視光領域の短波長光を吸収し光キ
ヤリアを発生する発電に寄与する光活性層として
のｉ型（真性）ａ−Si層３、ｎ型微結晶シリコン
（μc−Si）層４及び銀、アルミニウム等の金属か
らなるくし型或いは格子型の第１透過電極５をこ
の順序で配置したアモルフアス系光起電力素子
SC1が設けられている。斯るアモルフアス系光起
電力素子SC1の構成において注目すべきは、当該
光起電力素子SC1の背面側電極を司どる第１透過
電極５がTCOではなくμc−Si層４と部分的に結
合し、後段への入射光の透過を許容すべき光通過
部６を備えているということである。 次いで後段には、透光性の絶縁体７が上記第１
透過電極５及び光通過部６を覆つて設けられ、更
に前段のアモルフアス系光起電力素子SC1で吸収
されることなく、しかもアモルフアス系光起電力
素子SC1と絶縁体７との界面で反射することなく
到達した波長約700nm〜1100nmの長波長光を吸
収し光電変換動作する結晶系光起電力素子SC2が
光学的に積層配置される。当該光起電力素子SC2
は先ず第１透光電極５と対向して受光面側電極と
して同一形状の第２透光電極８が光通過部９を備
えて設けられ、次いでｐ型多結晶シリコン層１
０、及びｎ型多結晶シリコン層１１が配置され、
最後に当該結晶系光起電力素子SC2の背面側電極
のみならば前段のアモルフアス系光起電力素子
SC1との共通の基板としても機能する金属板１２
が設けられている。 このようにして、共通の基板として機能する金
属板１２上の光入射方向前段に可射光を吸収して
光電変換動作するアモルフアス系光起電力素子
SC1を配置し、この光起電力素子SC1の背面側電
極は光通過部６を備えた構成とし、次いで絶縁体
７を挾んで光通過部９を備えた受光面側電極を有
する結晶系光起電力素子SC2を設けることによつ
て、これら光起電力素子SC1，SC2は各々主に吸
収する波長帯域を異ならしめて、それらの界面に
てTCOの存在による大きな反射を招くことなく
光学的には直列に接続され、電気的には分離され
て各素子SC1，SC2毎に電極１，５、８，１２に
連なつた出力端子T11，T12，T21，T22から個別
の光電変換出力が導出される。下表に斯る本考案
実施例装置と、絶縁体７を挾んで対向する第１・
第２透過電極５，８としてTCOを用いた以外同
一構成とした従来装置のAM−１，100mW／cm2
の照射下での光電変換特性を示す。
積層型光起電力装置に関する。 (ロ) 従来の技術 発電に寄与する光活性層が主として単結晶シリ
コンや多結晶シリコンの結晶シリコン（以下ｃ−
Siという）からなる結晶系光起電力素子と、上記
光活性層が主としてアモルフアスシリコン（以下
ａ−Siという）のアモルフアス系光起電力素子と
を積層した積層型光起電力装置は、例えば特開昭
59−175170号公報に示されている。斯る光起電力
装置は上述の２つの異なつた光起電力素子を電気
的且つ光学的に直列に接続し、短波長光を光学的
バンドギヤツプの広いアモルフアス系で、また長
波長光を光学的バンドギヤツプの狭い結晶系で吸
収することで、全体として高い光電変換効率を得
んとするものである。この場合、アモルフアス系
の素子で発生する光電流と結晶系の素子で発生す
る光電流とが等しくする必要があるが、実際は、
入射光の変化や材料の膜質等により等しくするこ
とは困難で、結果的に変換効率が低くなるという
問題点を有している。これに対し、アモルフアス
系光起電力素子と、結晶系光起電力素子とを絶縁
体を挾んで積層し、光学的には直列に接続され、
電気的には分離された４端子構造を用いることが
考えられる。 このように互いに電気的に分離して２つの光起
電力素子を光学的に直列に積層すると、光学的に
後段の光起電力素子に光入射を招くべく例えば
Solar Cells，21（1987）127頁−134頁に開示され
た先行技術では絶縁体を挾んで対向する前段のア
モルフアス系光起電力素子の背面側電極と当該後
段の結晶系光起電力素子の受光面側電極は酸化ス
ズ（SnO2）、酸化インジウムスズ（ITO）等の透
光性導電酸化物（TCO）から形成されている。 これらのTCOの屈折率は、約2.0とａ−SiとＣ
−Siの屈折率（3.1〜3.7）に比べ、大幅に小さく、
その結果、後段のｃ−Siで吸収すべき長波長光
が、ａ−SiとTCOとの界面で反射されて、ｃ−
Siに到達する割合が小さくなつて、出力特性が低
くなるという新たな問題点が発生する。 (ハ) 考案が解決しようとする問題点 本考案は上述の如くアモルフアス系光起電力素
子と結晶系光起電力素子を絶縁体を挾んで積層
し、光学的には直列に接続され、電気的には分離
された４端子構造をとると、前段のアモルフアス
系光起電力素子のTCOからなる背面側電極と半
導体膜界面において後段の結晶系光起電力素子で
吸収すべき長波長光が反射されて出力特性が低下
する点を解決しようとするものである。 (ニ) 問題点を解決するための手段 本考案は、発電に寄与する光活性層が主として
ａ−Siからなるアモルフアス系光起電力素子と、
上記光活性層が主としてｃ−Siからなる結晶系光
起電力素子と、を絶縁体を挟んで積層し、光入射
側の前段にアモルフアス系光起電力素子を配置す
ると共に、夫々の光起電力素子の受光面側及び背
面側に電極を設けた積層型光起電力装置であつ
て、上記問題点を解決すべく上記絶縁体を挾んで
対向するアモルフアス系光起電力素子の背面側電
極と結晶系光起電力素子の受光面側電極は光通過
部を備えた金属電極から構成されていると共に、
上記絶縁体の屈折率が透光性導電酸化物よりも大
で且つ上記ｃ−Siよりも小さいことを特徴とす
る。 (ホ) 作用 上述の如く絶縁体を挾んで対向するアモルフア
ス系光起電力素子の背面側電極と結晶系光起電力
素子の受光面側電極は光通過部を備えた金属電極
から構成されていることによつて、光入射側前段
の光起電力素子で吸収されるに背面に到達した波
長約700nm〜1100nmの長波長光は上記光通過部
を介して後段の光起電力素子に入射する。 更に、アモルフアス系光起電力素子と結晶系光
起電力素子で挟まれた上記絶縁体として、その屈
折率が透光性導電酸化物よりも大で且つｃ−Siよ
りも小さい材料を採用することで、この絶縁体に
よる界面反射を低減させることが可能となり、後
段への光入射量の増大を図ることができることと
なる。 (ヘ) 実施例 第１図は本考案積層型光起電力装置の基本構造
を示す模式的断面図である。光入射が為される受
光面側から見て、SnO2，ITO等の透光性導電酸
化物（TCO）からなる受光面電極１、ｐ型のア
モルフアスシリコンカーバイド（ａ−SiC）層
２、主として可視光領域の短波長光を吸収し光キ
ヤリアを発生する発電に寄与する光活性層として
のｉ型（真性）ａ−Si層３、ｎ型微結晶シリコン
（μc−Si）層４及び銀、アルミニウム等の金属か
らなるくし型或いは格子型の第１透過電極５をこ
の順序で配置したアモルフアス系光起電力素子
SC1が設けられている。斯るアモルフアス系光起
電力素子SC1の構成において注目すべきは、当該
光起電力素子SC1の背面側電極を司どる第１透過
電極５がTCOではなくμc−Si層４と部分的に結
合し、後段への入射光の透過を許容すべき光通過
部６を備えているということである。 次いで後段には、透光性の絶縁体７が上記第１
透過電極５及び光通過部６を覆つて設けられ、更
に前段のアモルフアス系光起電力素子SC1で吸収
されることなく、しかもアモルフアス系光起電力
素子SC1と絶縁体７との界面で反射することなく
到達した波長約700nm〜1100nmの長波長光を吸
収し光電変換動作する結晶系光起電力素子SC2が
光学的に積層配置される。当該光起電力素子SC2
は先ず第１透光電極５と対向して受光面側電極と
して同一形状の第２透光電極８が光通過部９を備
えて設けられ、次いでｐ型多結晶シリコン層１
０、及びｎ型多結晶シリコン層１１が配置され、
最後に当該結晶系光起電力素子SC2の背面側電極
のみならば前段のアモルフアス系光起電力素子
SC1との共通の基板としても機能する金属板１２
が設けられている。 このようにして、共通の基板として機能する金
属板１２上の光入射方向前段に可射光を吸収して
光電変換動作するアモルフアス系光起電力素子
SC1を配置し、この光起電力素子SC1の背面側電
極は光通過部６を備えた構成とし、次いで絶縁体
７を挾んで光通過部９を備えた受光面側電極を有
する結晶系光起電力素子SC2を設けることによつ
て、これら光起電力素子SC1，SC2は各々主に吸
収する波長帯域を異ならしめて、それらの界面に
てTCOの存在による大きな反射を招くことなく
光学的には直列に接続され、電気的には分離され
て各素子SC1，SC2毎に電極１，５、８，１２に
連なつた出力端子T11，T12，T21，T22から個別
の光電変換出力が導出される。下表に斯る本考案
実施例装置と、絶縁体７を挾んで対向する第１・
第２透過電極５，８としてTCOを用いた以外同
一構成とした従来装置のAM−１，100mW／cm2
の照射下での光電変換特性を示す。
【表】
ただし、Voc：開放電圧、Isc：短絡電流、
FF：フイルフアクタ、η12：各素子SC1，SC2の
光電変換効率、η0：装置全体の光電変換効率であ
る。 この測定の結果、従来装置にあつては前段の光
起電力素子SC1の光電変換効率は当該素子SC1の
TCO背面側電極での界面反射による光閉じ込め
効果のため、TCO背面側電極に到達した長波長
光が反射し、再び前段の光起電力素子SC1による
光電変換動作を受けるために、実施例装置より若
干高い値を示すものの、後段の光起電力素子SC2
にはその分光入射量が減少することから光電変換
効率の低下が著しく、その結果、装置全体の光電
変換効率も実施例装置のそれを下回つていること
が確認された。 尚、斯る測定に共通に用いられた絶縁体７は屈
折率約2.3の高分子材料であつたが、各光起電力
素子SC1，SC2を構成する半導体の屈折率（3.1〜
3.7）とほぼ同等の材料を使用すれば当該絶縁体
７の界面反射を減少させることができることか
ら、後段への光入射量の増大が図れ、より一層の
光電変換効率の上昇を達成し得る。このような材
料としては炭素、窒素の元素の内、少なくとも一
方の元素と、酸素とを同時に含んだａ−Siアロイ
が存在する。代表的な製法はａ−Siと同じプラズ
マCVD法であり、原料ガスとしてSiH4，CH4，
NH3，O2，H2等が用いられ、成膜すべき膜組成
に応じて斯る原料ガスの組合せ及び流量が選択さ
れ、ａ−Si：Ｃ：Ｏ：Ｈ，ａ−Si：Ｎ：Ｏ：Ｈ及
びａ−Si：Ｃ：Ｎ：Ｏ：Ｈで表わされるａ−Siア
ロイが得られる。 更に本考案にあつては第１・第２透過電極５，
８を構成するくし形電極が低抵抗であることが望
ましいため、その材料として高温超電導体の採用
も考えられる。また、各光起電力素子SC1，SC2
は凸凹状の断面形状を有するテクスチユア構造で
ある方が、より高い出力特性を得られる。さら
に、このテクスチユアの凸凹の平均間隔は、アモ
ルフアス系光起電力素子SC1では可視光に対して
光損失が少なくなるように選び、かつ、結晶系光
起電力素子SC2では近赤外光に対して光損失が少
なくなるように選べば、さらに特性が高くなる。 (ト) 考案の効果 本考案光起電力装置は以上の説明から明らかな
如く、後段の結晶系光起電力素子への長波長光の
入射量が増大するので、装置全体の総合出力特性
の改善が図れる。
FF：フイルフアクタ、η12：各素子SC1，SC2の
光電変換効率、η0：装置全体の光電変換効率であ
る。 この測定の結果、従来装置にあつては前段の光
起電力素子SC1の光電変換効率は当該素子SC1の
TCO背面側電極での界面反射による光閉じ込め
効果のため、TCO背面側電極に到達した長波長
光が反射し、再び前段の光起電力素子SC1による
光電変換動作を受けるために、実施例装置より若
干高い値を示すものの、後段の光起電力素子SC2
にはその分光入射量が減少することから光電変換
効率の低下が著しく、その結果、装置全体の光電
変換効率も実施例装置のそれを下回つていること
が確認された。 尚、斯る測定に共通に用いられた絶縁体７は屈
折率約2.3の高分子材料であつたが、各光起電力
素子SC1，SC2を構成する半導体の屈折率（3.1〜
3.7）とほぼ同等の材料を使用すれば当該絶縁体
７の界面反射を減少させることができることか
ら、後段への光入射量の増大が図れ、より一層の
光電変換効率の上昇を達成し得る。このような材
料としては炭素、窒素の元素の内、少なくとも一
方の元素と、酸素とを同時に含んだａ−Siアロイ
が存在する。代表的な製法はａ−Siと同じプラズ
マCVD法であり、原料ガスとしてSiH4，CH4，
NH3，O2，H2等が用いられ、成膜すべき膜組成
に応じて斯る原料ガスの組合せ及び流量が選択さ
れ、ａ−Si：Ｃ：Ｏ：Ｈ，ａ−Si：Ｎ：Ｏ：Ｈ及
びａ−Si：Ｃ：Ｎ：Ｏ：Ｈで表わされるａ−Siア
ロイが得られる。 更に本考案にあつては第１・第２透過電極５，
８を構成するくし形電極が低抵抗であることが望
ましいため、その材料として高温超電導体の採用
も考えられる。また、各光起電力素子SC1，SC2
は凸凹状の断面形状を有するテクスチユア構造で
ある方が、より高い出力特性を得られる。さら
に、このテクスチユアの凸凹の平均間隔は、アモ
ルフアス系光起電力素子SC1では可視光に対して
光損失が少なくなるように選び、かつ、結晶系光
起電力素子SC2では近赤外光に対して光損失が少
なくなるように選べば、さらに特性が高くなる。 (ト) 考案の効果 本考案光起電力装置は以上の説明から明らかな
如く、後段の結晶系光起電力素子への長波長光の
入射量が増大するので、装置全体の総合出力特性
の改善が図れる。
第１図は本考案光起電力装置の一実施例を示す
模式的断面図である。 １……受光面電極、５……第１透過電極、６…
…光通過部、７……絶縁体、８……第２透過電
極、９……光通過部、１２……金属板、SC1……
アモルフアス系光起電力素子、SC2……結晶系光
起電力素子。
模式的断面図である。 １……受光面電極、５……第１透過電極、６…
…光通過部、７……絶縁体、８……第２透過電
極、９……光通過部、１２……金属板、SC1……
アモルフアス系光起電力素子、SC2……結晶系光
起電力素子。
Claims (1)
- 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 発電に寄与する光活性層が主としてアモルフ
アスシリコンからなるアモルフアス系光起電力
素子と、上記光活性層が主として結晶シリコン
からなる結晶系光起電力素子と、を絶縁体を挟
んで積層し、光入射側の前段にアモルフアス系
光起電力素子を配置すると共に、夫々の光起電
力素子の受光面側及び背面側に電極を設けた積
層型光起電力装置において、上記絶縁体を挟ん
で対向する、アモルフアス系光起電力素子の背
面側電極と結晶系光起電力素子の受光面側電極
が、光通過部を備えた金属電極から構成されて
いると共に、上記絶縁体が透光性導電酸化物よ
りも大で且つ上記結晶シリコンよりも小さい屈
折率を備えたことを特徴する積層型光起電力装
置。 (2) 上記結晶シリコンは多結晶シリコンであるこ
とを特徴とした実用新案登録請求の範囲第１項
記載の積層型光起電力装置。 (3) 上記結晶シリコンは単結晶シリコンであるこ
とを特徴とした実用新案登録請求の範囲第１項
記載の積層型光起電力装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19319087U JPH0521891Y2 (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19319087U JPH0521891Y2 (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0195773U JPH0195773U (ja) | 1989-06-26 |
| JPH0521891Y2 true JPH0521891Y2 (ja) | 1993-06-04 |
Family
ID=31484002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19319087U Expired - Lifetime JPH0521891Y2 (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0521891Y2 (ja) |
-
1987
- 1987-12-18 JP JP19319087U patent/JPH0521891Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0195773U (ja) | 1989-06-26 |
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