JPH06291346A - 光起電力素子 - Google Patents

光起電力素子

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JPH06291346A
JPH06291346A JP5076817A JP7681793A JPH06291346A JP H06291346 A JPH06291346 A JP H06291346A JP 5076817 A JP5076817 A JP 5076817A JP 7681793 A JP7681793 A JP 7681793A JP H06291346 A JPH06291346 A JP H06291346A
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JP
Japan
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resin
semiconductor
transparent electrode
insulating layer
amorphous silicon
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Pending
Application number
JP5076817A
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English (en)
Inventor
Yuichiro Iguchi
雄一朗 井口
Koichiro Oka
紘一郎 岡
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Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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Publication date
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Publication of JPH06291346A publication Critical patent/JPH06291346A/ja
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】半導体接合面を有する複数の光起電力素子を接
合してなる光起電力素子において、該半導体接合面にお
ける透明電極間に用いる絶縁層として、樹脂とスペーサ
ーからなる絶縁層を用いることを特徴とする光起電力素
子。 【効果】信頼性の高い光起電力素子を提供することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光エネルギーを直接電
気エネルギーに変換する複数個の光電変換領域を有する
光起電力素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】化石燃料の埋蔵量減少・採掘コストの上
昇等のエネルギー問題、および、化石燃料の燃焼による
地球環境問題を解決する手段として、太陽光エネルギー
を用いて発電を行う、太陽電池が注目されている。
【0003】しかし、現状では原子力・火力・水力等の
発電方法に比べて、発電コストが高く、太陽電池普及の
ためには、発電コストの低減が必要である。
【0004】発電コストを低減させるためには、同一面
積で同量の光エネルギーを受けた場合により多くの電気
エネルギーを発生させること、すなわち、光電変換効率
を高くすることが有効である。
【0005】そこで、太陽電池の光電変換効率を高くす
る方法がいくつか考案されている。例えば、特開昭59
−124772号や特開平3−19374号に示される
ように、入射した光のエネルギーを効率よく電気エネル
ギーに変換するために、バンドギャップが異なる複数の
半導体を組み合わせたタンデム型太陽電池が提案されて
いる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の提案で示されているタンデム型太陽電池において、図
2に示すような2端子型のものは、直列に2つの半導体
をつないでいるため、非常精密な膜厚制御が要求される
上、出力電流のバランスが崩れると、急激に出力が低下
するので、信頼性の上で好ましくない。
【0007】また、図3に示すような4端子型のもの
は、信頼性は高いものの、透明電極間に絶縁層が必要で
ある(図2、図3中、1は透光性基板、2は透明電極、
3はp型半導体、4はi型半導体、5はn型半導体、6
は透明電極、7はp型半導体、8はn型半導体、9は裏
面電極、10は絶縁層、11は透明電極を示す)。
【0008】現在、絶縁層の素材として、封止材等に用
いられているポリイミド等の樹脂が使用されている。
【0009】しかし、この場合、半導体製造の過程で加
えられる熱によって、絶縁層の樹脂が軟化して、電極同
士が接触(ショート)する事があり、素子の信頼性が維
持できないという問題がある。
【0010】また、複数の半導体を形成した後、それら
を樹脂を用いて接合した場合、半導体形成時のような高
温にさらされることはないが、長期の使用や、外部から
の不慮の力によって、電極同士が接触する問題がある。
【0011】さらに、絶縁層の厚みが光の波長レベルに
なると、光の干渉が生じ、光を有効に利用できなくな
り、光電変換効率が低くなるという問題がある。
【0012】本発明は、上記従来技術の欠点を解消しよ
うとするものであり、信頼性の高い光起電力素子を提供
することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明、上記目的を達成
するために、下記の構成を有する。
【0014】「半導体接合面を有する複数の光起電力素
子を接合してなる光起電力素子において、該半導体接合
面における透明電極間に用いる絶縁層として、樹脂とス
ペーサーからなる絶縁層を用いることを特徴とする光起
電力素子。」本発明者らは、上記従来技術における問題
点は、透明電極間の絶縁層が有機物であり、熱によって
軟化したり、部分分解する事によって生じるものと考
え、絶縁層として用いる樹脂中に、熱変形を受けにくい
スペーサーを存在させることによって、信頼性が向上す
ることを見いだした。
【0015】また、高い光電変換効率を得るためにも、
絶縁層の厚み(透明電極間の間隔)を確保する、もしく
は、一定の厚みに保つためにスペーサーが有効であるこ
とを見いだした。
【0016】スペーサーとしては、熱変形を受けにくい
ものほど好ましい。
【0017】たとえば、架橋構造を有する樹脂の微粒子
や、無機物微粒子や無機繊維が好ましく、架橋構造を有
する樹脂の微粒子としては、ジビニルベンゼンなどの分
子中に2個以上の重合官能基を有する化合物を含有する
単量体組成物を重合して得られた微粒子があげられる。
中でも、ジビニルベンゼン1〜50重量%/スチレン5
0〜99重量%で共重合して得られた微粒子が好まし
い。
【0018】また、無機微粒子あるいは無機繊維として
は、ガラスの微粒子やガラス繊維が透明性の点で好まし
い。
【0019】また、変換効率を高くするために、透明電
極と絶縁層の界面での反射を小さくするために、絶縁層
に用いる素材と透明電極の屈折率を極力近づけることが
好ましい。
【0020】絶縁層に用いられる樹脂としては、特に限
定されるものではないが、屈折率ndが1.64以上、
2.00以下の樹脂が特に好ましく用いられる。
【0021】さらに好ましくは、屈折率1.70以上、
2.00以下の樹脂が適している。また、使用上の信頼
性の点から、熱軟化温度が80℃以上の樹脂を用いるこ
とが好ましい。
【0022】この場合、前述のスペーサーとしては、絶
縁層に用いる樹脂の屈折率とより近い屈折率を持つスペ
ーサーが好ましい。
【0023】このようなスペーサーとしては、高屈折率
ガラスからなるガラス微粒子やガラス繊維が好ましい。
高屈折率ガラスとしては、屈折率が樹脂に近いものが好
ましく、通常のガラスに酸化鉛や酸化チタン等の金属化
合物を含有させたフリントガラス等が一般的に用いられ
る。
【0024】本発明によって、素子を製造する際の方法
を説明する。
【0025】絶縁層を介して、光の入射する側を上部セ
ル、反対の裏面電極を設ける側を下部セルとした場合、
上部セルと下部セルをそれぞれ製造した後にスペーサー
を含む樹脂を用いて接着させることが最も容易な方法で
ある。
【0026】しかし、この方法を用いた場合、半導体を
形成するための基板が2つ必要になり非効率的である。
【0027】そこで、好ましい方法としては、透明基板
(ガラス基板やサファイア基板や樹脂フィルム基板)上
に上部セルを構成する半導体層及び透明電極を設けた後
に、絶縁層(スペーサー+樹脂)を設け、その上に下部
セルを構成する透明電極、半導体層、裏面電極を設ける
方法があげられる。
【0028】また、基板(金属基板やガラス基板やサフ
ァイア基板や樹脂フィルム基板)上に下部セルを構成す
る裏面電極、半導体層、透明電極を設けた後に、絶縁層
(スペーサー+樹脂)を設け、その上に上部セルを構成
する半導体層及び透明電極を設ける方法を用いても良
い。
【0029】ただし、上部セルとして、アモルファス半
導体を用いる場合は、保護層を設ける必要がないことか
ら、前者の方法が好ましい。
【0030】絶縁層に用いる樹脂については、特に限定
されるものではないが、その成分としては、硫黄原子、
臭素原子、ベンゼン環、ナフタレン環の合計含有率が3
0重量%以上である樹脂を用いることが好ましく、さら
に具体的には、次に示す構造を有する樹脂が好ましい。
【0031】
【化1】 上記構造中、Xは、Clまたは臭素またはヨウ素を示
す。nは1〜5、mは1〜4の整数を示す。
【0032】樹脂で絶縁層を形成する方法としては、樹
脂フィルムを張り付ける方法や樹脂の原料である、単量
体組成物(樹脂のモノマー単位あるいはモノマー単位が
数個〜数100個重合したオリゴマーと、重合開始剤
(触媒)を主成分とする組成物)を作成したセルの上に
塗布した後、熱を加えるか、紫外線・X線等のエネルギ
ー線を照射して、重合させる方法があげられる。
【0033】用いるモノマーとして、さらに好ましく
は、次にあげる構造式を有するものがあげられる。
【0034】
【化2】
【化3】 また、開始剤は重合官能基に応じた化合物を用いること
が好ましく、分子中に二重結合を有するモノマーに対し
ては、公知のラジカル重合開始剤、アニオン重合開始
剤、カチオン重合開始剤が用いられる。
【0035】熱重合を行う場合、工程管理の容易なこと
から、ラジカル重合を用いることが好ましく、その場
合、ラジカル重合開始剤としては、一般的に用いられる
パーオキサイド系開始剤、もしくは、アゾ系開始剤を用
いることができる。
【0036】具体的な化合物の一例としては、各種のも
のが使用できる。
【0037】例えば、ベンジルパーオキサイド、ジ−i
so−プロピルパーオキシカーボネート、ジ−iso−
プロピルパーオキシジカーボネート、ジ−2−エチルヘ
キシルパーオキシジカーボネート、ジ−n−プロピルパ
ーオキシジカーボネート、t−ブチルパーオキシ−2−
ヘキシルヘキサネート、アゾビスイソブチロニトリルな
どがあげられる。
【0038】この樹脂については、長期にわたる使用に
耐えるために、透明電極との強い接着力を有することが
好ましい。
【0039】この接着力を高めるために塗布する単量体
組成物の成分として、特に接着力を高める化合物を併用
することによって、強い接着力が得られる。
【0040】接着力を高める化合物としては、接着剤と
して一般的に用いられている化合物であれば特に限定は
ないが、ユリア樹脂系、メラミン樹脂系、フェノール樹
脂系、エポキシ樹脂系、ウレタン系、チオールウレタン
系、アクリル系、チオールアクリル系、シリコーン樹脂
系の接着剤のうち少なくとも1種類を単量体組成物中に
0.01〜40重量%の割合で入れておくことによっ
て、樹脂化した時に透明電極との接着性が高くなる。
【0041】ただし、これらは絶縁層の屈折率を低下さ
せるので、0.01〜5重量%の割合で入れることが好
ましい。
【0042】また、グリシジル(メタ)アクリレートや
シアノアクリレートを0.01〜5重量%の割合で入れ
ることは無機物との接着力を高くするので有効である。
【0043】本発明において、上部セルおよび下部セル
に用いる半導体接合面を構成する半導体は、アモルファ
ス半導体、マイクロクリスタル半導体、ポリクリスタル
半導体、単結晶半導体や公知の化合物半導体を用いるこ
とができるが、ただし、上部セルに用いる半導体のバン
ドギャップは、下部セルに用いる半導体のバンドギャッ
プよりも大きいことが必須である。
【0044】これは、上部セルで吸収されなかった光を
下部セルで有効に吸収するためである。
【0045】この際に用いられる、好ましい組み合わせ
として、上部セルには、一般的にバンドギャップが広い
半導体として、アモルファス半導体、中でも、アモルフ
ァスシリコン(a−Si)半導体、水素化アモルファス
シリコン(a−Si/H)半導体、アモルファスシリコ
ンゲルマニウム(a−Sim Gen )半導体からなる半
導体接合領域を用いることが好ましい。
【0046】一方、下部セル半導体接合領域に用いる半
導体としては、バンドギャップの狭い半導体として、ア
モルファスシリコンゲルマニウム(a−Sim Gen
半導体、結晶系半導体(マイクロクリスタル半導体、ポ
リクリスタル半導体、単結晶半導体)を用いることが好
ましいが、吸収効率の点から、結晶系半導体(マイクロ
クリスタル半導体、ポリクリスタル半導体、単結晶半導
体)が好ましく、コストの点からマイクロクリスタル半
導体もしくはポリクリスタル半導体を用いることがより
好ましい。
【0047】また、これらの半導体の接合面を作る場
合、p層、n層の素材を同一にする必要はない。たとえ
ば、p層をアモルファス半導体、n層を結晶半導体にす
ることもできる。
【0048】さらに、同じセルのp層あるいはn層とし
て、アモルファス半導体と結晶系半導体を接合させるこ
とも可能である。
【0049】また、本発明の方法によって、2つのセル
からなる光起電力素子(タンデム型)以外に、3つ以上
のセルからなる多段複層型の起電力素子の性能を高める
ことができる。
【0050】
【実施例】本発明を実施例によって説明する。
【0051】なお、本発明はかかる実施例に限定される
ものではない。
【0052】実施例1 図1は本発明の起電力素子の実施例1を示す模式的図面
である。
【0053】図面に示すように、アルミ電極100、n
型多結晶シリコン101、p型多結晶シリコン102、
ITO透明電極103、絶縁層104、ITO透明電極
105、n型アモルファスシリコン106、i型アモル
ファスシリコン107、p型アモルファスシリコン10
8、透明電極109、透光性保護層110が順に形成さ
れ、多結晶シリコンのpn接合セルとアモルファスシリ
コンのpin接合セルとのタンデム構造になっている。
【0054】製造方法は、アルミ電極上に形成した多結
晶シリコンからなるpn接合セルを準備し、これとは別
に、ガラス基板上にスパッタリング法で形成されたIT
O透明電極とプラズマCVDによって形成されたpin
のアモルファスシリコン層を有するpinセルを準備
し、多結晶シリコンのセルの透明電極側に、下記式
(A)に示す構造からなる化合物80重量部とスチレン
17.5重量部、グリシジルメタクリレート1.0重量
部、酸化鉛含有した屈折率nd1.70のフリントガラ
スからなるガラス繊維1.0重量部、ベンゾイルパーオ
キサイド0.5重量部からなる単量体組成物をスピンコ
ートした後、50℃〜120℃で2時間加熱して得られ
たタンデム型太陽電池に、AM1.5、100mW/c
2 の標準太陽光を照射した場合の光電変換効率は1
7.5%であった。
【0055】
【化4】 比較例1 実施例1で用いた単量体組成物のかわりに、上記式
(A)に示す構造からなる化合物80重量部とスチレン
18.5重量部、グリシジルメタクリレート1.0重量
部、ベンゾイルパーオキサイド0.5重量部からなる単
量体組成物をスピンコートした後、50℃〜120℃で
2時間加熱して得られたタンデム型太陽電池に、AM
1.5、100mW/cm2 の標準太陽光を照射した場
合の光電変換効率は17.0%であった。
【0056】
【発明の効果】本発明によって、素子の信頼性向上をは
かることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例1におけるタンデム構造を示す。
【図2】従来例における2端子型タンデム型太陽電池の
模式断面図である。
【図3】従来例における4端子型タンデム型太陽電池の
模式断面図である。
【符号の説明】
100:アルミ電極、 101:n型多結晶シリコン101 102:p型多結晶シリコン 103:ITO透明電極 104:絶縁層 105:ITO透明電極 106:n型アモルファスシリコン 107:i型アモルファスシリコン 108:p型アモルファスシリコン 109:透明電極 110:透光性保護層

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体接合面を有する複数の光起電力素子
    を接合してなる光起電力素子において、該半導体接合面
    における透明電極間に用いる絶縁層として、樹脂とスペ
    ーサーからなる絶縁層を用いることを特徴とする光起電
    力素子。
  2. 【請求項2】スペーサーとして、ガラス繊維等の無機物
    を用いることを特徴とする請求項1記載の光起電力素
    子。
  3. 【請求項3】該絶縁層に用いる樹脂として、屈折率nd
    が1.64以上、2.00以下であり、かつ、熱軟化温
    度が80℃以上の樹脂を用いることを特徴とする請求項
    1記載の光起電力素子。
  4. 【請求項4】該絶縁層に用いる樹脂の屈折率をNとした
    場合、スペーサーとして用いる材料の屈折率がN±0.
    05であることを特徴とする請求項1記載の光起電力素
    子。
JP5076817A 1993-04-02 1993-04-02 光起電力素子 Pending JPH06291346A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002270880A (ja) * 2001-03-14 2002-09-20 Shin Etsu Handotai Co Ltd 太陽電池モジュール及びその製造方法
US7006344B2 (en) 2000-07-24 2006-02-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Capacitor comprising bis(4-mercaptophenyl) sulfide derivative

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7006344B2 (en) 2000-07-24 2006-02-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Capacitor comprising bis(4-mercaptophenyl) sulfide derivative
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