JPH0577308B2 - - Google Patents

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JPH0577308B2
JPH0577308B2 JP61065341A JP6534186A JPH0577308B2 JP H0577308 B2 JPH0577308 B2 JP H0577308B2 JP 61065341 A JP61065341 A JP 61065341A JP 6534186 A JP6534186 A JP 6534186A JP H0577308 B2 JPH0577308 B2 JP H0577308B2
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Shigeru Ikeda
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    • H01L31/046PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
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Description

【発明の詳細な説明】 【発明の属する技術分野】
本発明は、光に対する感度領域の異なる光電変
換層に順次光を入射させる多層型薄膜太陽電池に
関する。
【従来技術とその問題点】
アモルフアスシリコン系太陽電池などの薄膜太
陽電池にとつて効率を向上させるためには、太陽
光スペクトルの有効利用が欠かせない。単一の光
電変換層からなる薄膜太陽電池ではおのずから変
換効率が定まつてしまい、さらに変換効率を向上
させるためには、第3図に示すような二つ以上の
光電変換層を積層形成し、太陽光スペクトルの感
度領域を分割して太陽光の利用効率を高める必要
がある。第3図では、透光性基板1および透明電
極2を透過した光10は光学バンドギヤツプ
(Eg)の大きな第一の光電変換層31でその短波
長部分が吸収され、Egの小さな第三の光電変換
層33で長波長部分から吸収され、中位のEg
もつ第二の光電変換層32で中間の波長部分が吸
収されるのである。このような感度領域の異なる
光電変換層の積層構造をもつ太陽電池の出力は、
透明電極2と裏面電極4から取り出されるが、理
論的計算ではアモルフアスシリコン系太陽電池で
20%近い変換効率を得られることが示されてお
り、多層型薄膜太陽電池の実現に向けて多くの研
究がなされている。 しかしながら実用的見地から、第3図に示され
るように多数の光電変換層を基板上に順次積層し
ていく構造は幾つかの問題を有している。第一の
問題は、各光電変換層が順次積層されることか
ら、各光電変換層で発生する電流が等しくなるよ
うに素子構造を設計しなければならないというこ
とである。また、このため季節、場所等により太
陽光のスペクトルが変化すると、設計上の適合性
が得られなくなり、電流の不適合により多層にし
た効果が小さいという欠点があつた。第二点とし
て各光電変換層の界面でn/p或いはp/n接合
が形成されるため、これらの接合でキヤリアの再
結合損失や逆電圧を生じ、出力の低下をもたらす
という問題があつた。 この対策として、特願昭58−138565号により出
願され、特開昭60−30163号公報により第4図に
示す薄膜太陽電池モジユールが公知となつてい
る。すなわち、一方の透明絶縁基板1上には積層
された透明電極2、光電変換層31、透明電極5
1よりなる単位太陽電池を直列接続し、他方の基
板11上には積層された金属電極4、光電変換層
32、透明電極52よりなる単位太陽電池を直列
接続し、両基板を外側にして対向させ、枠体61
により連結し、透明樹脂62によつてシールした
ものである。第3図の場合と同様に光電変換層3
1は光電変換層32よりEgが大きく、両直列接
続太陽電池は端子63と64,65と66をそれ
ぞれ互いに接続することにより並列接続される。
しかしこのようなモジユールは二つの基板上に
別々に太陽電池を形成しなければならず、構造も
複雑で高価になるという欠点がある。
【発明の目的】
本発明は、上記の問題を解決し、各光電変換層
の発生電流をそろえるという制約がなく、また一
つの基板上に形成することのできる多層型薄膜太
陽電池を提供することを目的とする。
【発明の要点】
本発明は、基板上に基板側から順次光学バンド
ギヤツプの小さくなる半導体よりなる光電変換層
を備えた光電変換素子群を積層して太陽光スペク
トルを積層方向に波長分解して有効利用し、各群
に属する光電変換素子の1個ずつを並列接続した
上で直列接続することにより、同一半導体を用い
た発生電流の等しい素子が直列接続されているの
で発生電流を揃えるための制約がなくなり、上記
の目的を達成するものである。さらに各光電変換
素子群を一端において順次一素子分ずつずらして
積層し、上下に位置する光電変換層の間に透明電
極を介在させ、各素子の基板側の電極を他端側の
隣接素子の反基板側の電極に接続し、各素子群の
他端の素子の基板側の透明電極を延長してその上
に直上素子群の他端の素子の光電変換層を形成す
ることにより、一つの基板上に直並列のマトリク
ス配置接続が容易に実現できる。
【発明の実施例】
第1図a〜gは本発明の一実施例の製造工程を
示し、第3図、第4図と共通の部分には同一の符
号が付されている。図aにおいては、10cm角のガ
ラス基板1上に2000〜4000Åの厚さのSnO2ある
いはITO/SnO2からなる透明導電膜を電子ビー
ム蒸着により全面に形成し、フオトリソグラフイ
法により100μm〜2mmの間隔を介して7〜8mm
の幅の7個の領域に分割し、透明電極2とした。
端部の透明電極21のみは3倍以上の幅にした。
図bにおいては、第一の光電変換層31としてグ
ロー放電法、光CVD等を組合わせて形成し、フ
オトリソグラフイ法によるパターニングで透明電
極2の間の間隙を埋め、反対側で100μm〜2mm
の間隙を有する6個の光電変換領域に分割した。
第一の光電変換層31は、a−SiC:Hをp膜に
適用したpinアモルフアスシリコン膜でEg
1.9eVである。図cにおいては4000〜6000Åの厚
さのITO膜あるいはZnO膜を全面に形成し、フオ
トリソグラフイ法でパターニングして端部が透明
電極20に接触する6個の中間透明電極71を形
成した。中間透明電極をこの様に厚くしたこと
は、電力損失を小さくし、特性への影響を少なく
する。これにより第一の光電変換層31による6
個の光電変換素子が直列接続したことになる。次
いで図dに示すようにEg=1.7eVのpinアモルフ
アスシリコン膜を用いた第二の光電変換層32を
全面に被着し、パターニングして図において左端
の第一光電変換層31の上を除いて6個の光電変
換領域を形成するが、右端の第二光電変換層32
は右端の第一光電変換層31に隣接し透明電極2
1の上に形成される。この上に図eのように中間
透明電極71と同様の中間透明電極72を形成
し、中間透明電極71に接触させた。図fにおい
ては、Eg1.5eVのアモルフアスシリコン・ゲルマ
ニウム合金膜を用いた第三の光電変換層33を第
二の光電変換層32と同様右方に1素子分ずらし
て形成した。最後に、図gに示すように金属の蒸
着、パターニングにより裏面電極4を形成した。
この結果、第2図の等価回路が示すように、第一
の光電変換層31を用いた6子の光電変換素子A
と、第二の光電変換層32を用いた6個の光電変
換素子Bと、第三の光電変換層33を用いた6個
の光電変換素子Cが直並列接続された薄膜太陽電
池が得られた。 次に本発明による多層型薄膜太陽電池の効率を
第3図に示した構造の太陽電池の効率と比較した
結果について述べる。先ず、第3図に示した従来
型の素子をEg1.9evの第一光電変換層とEg1.7eV
の第二光電変換層の2層で形成した場合、第一層
の膜厚2300Å、第二層の膜厚7000Åで短絡電力
JSC=8mA/cm2が得られ、開放電圧VOC=1.65V
で効率η=8.58Vが得られる。これに対し第三の
光電変換層33を省略した本発明による構成をと
れば、膜厚を比較的自由に選んで第一層でJSC
10mA/cm2、VOC=0.85V、η=5.95%、第二層で
JSC=6mA/cm2、VOC=0.8V、η=3.26%である
が、全体での効率は8.84%が得られる。この様に
素子全体の効率は2層間の電圧が揃つていないと
単純な和にならない。また、電圧に0.2V以上の
差がある場合は、やはり多層にした効果は小さく
なつた。しかし、アモルフアスシリコン同志の2
層構造素子に対しては本発明の多層構造の効果は
大きく、素子設計と自由度が広がると共に、接触
する二つの光電変換層の界面部で生じるn/p接
合部は有効光電変換領域の外であるため、これに
よる出力への影響もない。 次に上記のような3層の場合について従来型と
比較した。第一層から第三層までのそれぞれの特
性は第一層がVOC=0.85V、JSC=8mA/cm2、η
=4.76%、第二層がVOC=0.8V、JSC=5mA/
cm2、η=2.72%、第三層がVOC=0.76V、JSC=5
mA/cm2、η=2.62%であつて、素子としての効
率η=9.09%を得た。これは従来型の3層構造の
場合のVOC=2.31V、JSC=6mA/cm2、η=8.73
%を上まわつた。この二つの素子を用いて晴天の
日の1日の総出力を比較したところ12%も本発明
による3層構造素子の方が良かつた。 本実施例ではガラス基板を用いたが、ステンレ
ス鋼基板や可撓性高分子膜基板を用いても積層の
順番を逆にすることで容易に形成でき、同様な効
果を得ることができるのはいうまでもない。また
多層を構成する材料としてアモルフアスシリコン
系材料を用いた実施例を示したが、この他に多結
晶および単結晶シリコンをはじめとしてGaAs、
InP、AlPなどの−族系、CdS、CdTe、
ZnSeなどの−族系、CuInSe2等を組合わせて
同様な効果を得ることができるのもいうまでもな
い。
【発明の効果】
本発明によれば同一基板上に積層配置された光
入射側より順次光学バンドギヤツプの小さくなる
光電変換層を備えた光電変換素子群がマトリツク
ス配置接続された構造となつているので、積層方
向に光発生電流をそろえるような設計上の制約を
受けないため、バンドギヤツプの異なる光電変換
領域を持つ各々の光電変換層を光学的に最適な条
件で作成可能となり、高効率の多層型薄膜太陽電
池を提供することができる。このようにマトリク
ス配置接続することにより、一部の素子に欠陥、
例えば光電変換層のピンホールによる短絡が生じ
ても、全体の素子の出力電圧は従来型と異なりほ
とんど影響を受けない。 本発明による多層型薄膜素子は、直列接続され
た光電変換素子を1素子分ずつずらして積層する
ことにより、簡単、容易に各素子をマトリクス配
置上に接続することができ、上下に重なつた各層
の素子が光の影などにより同時に絶縁状態になつ
ても出力が取り出せなくなることのない効果も生
ずるので本発明により得られる効果は極めて大き
い。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の製造工程を順次示
す断面図、第2図はその等価回路図、第3図は従
来の多層型薄膜太陽電池の構造を示す断面図、第
4図は別の従来例の断面図である。 1:ガラス基板、2,21:透明電極、31:第
一光電変換層、32:第二光電変換層、33:第
三光電変換層、4:裏面電極、71,72:中間
透明電極。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 基板上に基板側から順次光学バンドギヤツプ
    の小さくなる半導体よりなる光電変換層を備えた
    光電変換素子群が積層され、各群に属する光電変
    換素子を1素子ずつ並列接続したものが直列接続
    されたことを特徴とする多層型薄膜太陽電池。 2 特許請求の範囲第1項記載の電池において、
    各光電変換素子群が一端において順次1素子分ず
    つずらして積層され、上下に位置する光電変換層
    の間に透明電極が介在し、各素子の基板側の電極
    が他端側の隣接素子の反基板側の電極に接続さ
    れ、各素子群の前記他端の素子の基板側の電極の
    延長部上に直上素子群の前記他端の素子の光電変
    換層が形成されたことを特徴とする多層型薄膜太
    陽電池。
JP61065341A 1986-03-24 1986-03-24 多層型薄膜太陽電池 Granted JPS62221167A (ja)

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DE19873709153 DE3709153A1 (de) 1986-03-24 1987-03-20 Mehrlagige duennfilmsolarzelle
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