JPH07235684A - 太陽電池 - Google Patents

太陽電池

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JPH07235684A
JPH07235684A JP6025273A JP2527394A JPH07235684A JP H07235684 A JPH07235684 A JP H07235684A JP 6025273 A JP6025273 A JP 6025273A JP 2527394 A JP2527394 A JP 2527394A JP H07235684 A JPH07235684 A JP H07235684A
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JP
Japan
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antireflection film
layer
refractive index
solar cell
interface
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JP6025273A
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English (en)
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Takayori Matsuda
孝順 松田
Takeshi Takahashi
高橋  健
Tsunehiro Unno
恒弘 海野
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Hitachi Cable Ltd
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Hitachi Cable Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 太陽電池の受光面に形成される反射防止膜を
改善し、高効率の太陽電池を実現する。 【構成】 半導体層(AlGaAs層)2の受光面2aにTi
2 層3を形成した後更にSiON層4を積層して二層
構造の反射防止膜5を形成する。その際、AlGaAs層2の
屈折率 3.5に対し、TiO2 層3の屈折率を厚さ方向に
3.3から2.4 まで、SiON層4の屈折率を同じく 2.3
から 1.4まで変化させる。これにより反射防止膜5とAl
GaAs層2との界面での屈折率差が 0.5以下、反射防止膜
5の光入射面5aの屈折率が1.3 〜1.6 、反射防止膜5
の各層3.4間の界面での屈折率差が 0.3以下に抑えら
れ、広い波長域で反射率を大幅に低減し、変換効率を大
幅に向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は反射防止膜を有する太陽
電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】太陽電池を構成する半導体層(エピタキ
シャル層)の受光面(p形層表面)には、受光面への光
の入射を促進し光電変換効率を高めるために反射防止膜
が形成されている。図8は半導体層6の受光面6aに単
層の反射防止膜7を形成した場合、図9は屈折率の互い
に異なる二つの層8,7を順次積層してなる反射防止膜
9を形成した場合である。これらは真空蒸着、スパッタ
リングあるいはCVDなどの方法で形成されるものであ
り、各層7,8の屈折率は層毎に面方向及び厚さ方向に
一定である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、単層構造の
反射防止膜の場合、太陽電池の半導体層6の受光面6
a、反射防止膜7及びその入射面7aと接する媒質の屈
折率をそれぞれns ,n1,n0 とし、反射防止膜7の
厚さをd1 、光の波長をλとすると(図9(a)参
照)、n1 2 =n0 s およびn1 1 =λ/4の関係
が成り立つときに波長λの光に対する反射率が最小とな
る。また、二層構造の反射防止膜の場合、層8の屈折率
をn2 、厚さをd2 とすると(図9(b)参照)、n1
2 s =n2 2 0 およびn1 1 =n2 2 =λ/4
の関係が成り立つときに波長λの光に対する反射率が最
小となる。
【0004】しかしながら、これらの関係を考慮して太
陽電池の受光面に反射防止膜を形成しても、極限られた
波長域の光に対してのみ反射防止効果が得られるだけで
ある。図10は太陽電池表面の反射率Rを単層反射防止
の場合と二層反射防止膜の場合について測定した結果を
示すものである。同図からわかるように、反射防止膜を
形成しても 300〜900nm の波長域全域で反射率が大きく
低減するわけではなく、単層反射防止膜の場合 600nm付
近で反射率が最低となるが、それよりも長波長あるいは
単波長になるに従って反射率が増大している。また二層
構造の場合、450nm 付近〜 750nm付近において反射率の
低減が見られるが、それ以外の波長域では反射率が増大
している。
【0005】本発明は前記した従来技術の欠点を解消す
べく創案されたものであり、その目的は太陽電池の受光
面に形成される反射防止膜の特性を改善し、高効率の太
陽電池を実現することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の太陽電池は、半導体層の受光面に反射防止膜
を形成してなる太陽電池を前提とし、上記反射防止膜の
屈折率をその光入射面から上記半導体層との界面にかけ
て膜厚方向に連続的に増大させたことを特徴とする。
【0007】本発明の太陽電池において、上記反射防止
膜と半導体層との界面での屈折率差は 0.5以内であるこ
とが望ましく、上記反射防止膜の光入射面の屈折率は
1.3〜1.6 であることが望ましい。
【0008】また、上記反射防止膜は、屈折率を膜厚方
向に連続的に変化させた複数の層を積層して形成しても
よい。その場合、反射防止膜の各層間の界面での屈折率
差は0.3以下であることが望ましい。
【0009】
【作用】本発明の太陽電池によれば、反射防止膜の屈折
率をその光入射面から半導体層との界面にかけて膜厚方
向に連続的に増大させたことにより、反射防止膜とその
光入射面に接する媒質との界面及び半導体層と反射防止
膜との界面における屈折率差を小さく抑えることができ
る。これにより、反射防止膜の光入射面での反射が抑え
られ、反射防止膜中に入射した光は膜内部で反射するこ
となく屈折率のより大きい側すなわち半導体層側へ導か
れ、半導体層との界面で反射することなく受光面である
半導体層表面に達する。したがって、広い波長域で反射
率を大幅に低減することができる。
【0010】上記反射防止膜と上記半導体層との界面で
の屈折率差を 0.5以下、上記反射防止膜の光入射面の屈
折率を 1.3〜1.6 とすることにより、各界面での光の反
射をより確実に防止できる。
【0011】また、複数の層を積層して反射防止膜とす
ることにより、任意の屈折率分布を有する反射防止膜を
容易に形成することができ、その場合各層間の界面での
屈折率差を 0.3以下とすることにより、膜内部での光の
反射を防ぐことができる。
【0012】
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。
【0013】図1(a)に示す太陽電池1は、半導体層
の表面層をAlGaAs層2(屈折率3.5 )とし、その
表面(受光面2a)にTiO2 層3を形成した後更にS
iON層4を積層して二層構造の反射防止膜5を形成し
たものである。反射防止膜5の各層3,4はスパッタリ
ング法によって層厚を厳密に制御して形成される。この
場合各層3,4の層厚は 100nmである。スパッタリング
法では原料物質と共に導入するガスの種類・圧力を変え
ることにより厚さ方向の屈折率を制御することができ
る。そこで、TiO2 層3は、導入ガスをArとO2
の混合ガスとし、O2 の分圧を変化させることによっ
て、屈折率を 3.3から2.4 まで変化させた。また、Si
ON層4は、導入ガスをArとN2 との混合ガスからA
rとO2 との混合ガスに連続的に変化させることによっ
て、屈折率を 2.3から 1.4まで変化させた。図1(b)
はこの場合の膜厚方向の屈折率分布を示したものであ
る。TiO2 層3と半導体層2との界面における屈折率
差は0.2 、TiO2 層3とSiON層4との界面におけ
る屈折率差は 0.1、SiON層4とこの場合の入射側の
媒質である空気との屈折率差は 0.4に抑えられている。
【0014】次に、本実施例の太陽電池1に対して行っ
た反射率Rの測定結果を図2に示す。この測定結果か
ら、上記反射防止膜5を形成したことによって広い波長
域に亙り反射率Rが低く抑えられていることがわかる。
このように反射率Rを低くできることにより、太陽電池
1の変換効率を著しく向上できる。例えば、反射防止膜
が無い状態での変換効率が 18%のGaAs太陽電池の受
光面に屈折率が均一な従来の反射防止膜を形成した場
合、Si3 4 のみの単層の反射防止膜(図7の構造)
で21% 、MgF2 層とZnS層とからなる二層構造の反
射防止膜(図8の構造)で23.5% であったものが、本実
施例の反射防止膜5を形成することによって効率が24.9
に向上した(図3参照)。
【0015】ここで反射防止膜5のTiO2 層3と半導
体層2との界面における屈折率差を0.5以上とすると、
図4に示すように波長400 nmの光に対する反射率が増大
する。また、反射防止膜5の光入射面5aすなわち上記
SiON層4の表面の屈折率が 1.6以上であると、図5
に示すように波長400 nmの光に対する反射率が増大す
る。また、TiO2 層3とSiON層4との界面におけ
る屈折率差が 0.3以上であると、図6に示すように波長
600nmの光に対する反射率が増大する。
【0016】なお、本発明の太陽電池は上記実施例に限
定されるものではなく、半導体層の表面層はInPなど
他の半導体でもよい。また、TiO2 の代わりにCeO
2 を用いてもよい。また、上記SiON層4の代わりに
TiO2 層3上にSi3 4 層とSiO2 層とを積層形
成してもよい。また、これらの層の上に更にMgF2
どの膜を形成してもよい。また、以上のようにして形成
された反射防止膜の表面を屈折率が1.4 程度の樹脂で被
覆してもよい。
【0017】
【発明の効果】以上要するに、本発明の太陽電池によれ
ば以下のごとき優れた効果を発揮できる。
【0018】(1)請求項1記載の発明によれば、反射
防止膜の屈折率をその光入射面から半導体層との界面に
かけて膜厚方向に連続的に増大させたことにより、反射
防止膜とその光入射面に接する媒質との界面及び半導体
層と反射防止膜との界面における屈折率差を小さく抑え
ることができる。これにより広い波長域で反射率を大幅
に低減し、変換効率を大幅に向上できる。
【0019】(2)請求項2記載の発明によれば、反射
防止膜と半導体層との界面での屈折率差を 0.5以下とす
ることにより、この界面での光の反射を防ぎ、上記
(1)項の場合より更に変換効率を向上できる。
【0020】(3)請求項3記載の発明によれば、反射
防止膜の光入射面の屈折率を1.3 〜1.6 とすることによ
り、この光入射面に接する媒体との界面での光の反射を
防ぎ、上記(1)項の場合より更に変換効率を向上でき
る。
【0021】(4)請求項4記載の発明によれば、屈折
率を膜厚方向に連続的に変化させた複数の層を積層して
反射防止膜とすることにより、スパッタリング法などに
より任意の屈折率分布を有する反射防止膜を容易に形成
できる。
【0022】(5)請求項5記載の発明によれば、反射
防止膜の各層間の界面での屈折率差を0.3以下とするこ
とにより、反射防止膜の内部における反射を防止し、変
換効率を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の太陽電池の一実施例を示す図であり、
(a)は太陽電池の反射防止膜が形成された部分の概略
図、(b)は膜厚方向の屈折率分布を示すグラフであ
る。
【図2】図1の太陽電池における反射率の測定結果を示
すグラフである。
【図3】反射防止膜の種類による太陽電池の変換効率の
違いを示すグラフである。
【図4】屈折率差と反射率との関係を示すグラフであ
る。
【図5】屈折率と反射率との関係を示すグラフである。
【図6】屈折率と反射率との関係を示すグラフである。
【図7】従来の太陽電池の単層反射防止膜が形成された
部分の概略図である。
【図8】従来の太陽電池の二層反射防止膜が形成された
部分の概略図である。
【図9】反射率算出方法を説明するための図であり、
(a)は単層反射防止膜の場合、(b)は二層反射防止
膜の場合である。
【図10】従来の単層及び二層反射防止膜が形成された
太陽電池表面の反射率を示すグラフである。
【符号の説明】
1 太陽電池 2 半導体層(AlGaAs層) 2a 受光面2a 3 TiO2 層 4 SiON層 5 反射防止膜 5a 光入射面

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体層の受光面に反射防止膜を形成し
    てなる太陽電池において、上記反射防止膜の屈折率をそ
    の光入射面から上記半導体層との界面にかけて膜厚方向
    に連続的に増大させてなることを特徴とする太陽電池。
  2. 【請求項2】 上記反射防止膜と上記半導体層との界面
    での屈折率差が 0.5以下である請求項1記載の太陽電
    池。
  3. 【請求項3】 上記反射防止膜の光入射面の屈折率が
    1.3〜1.6 である請求項1記載の太陽電池。
  4. 【請求項4】 上記反射防止膜が屈折率を厚さ方向に連
    続的に変化させた複数の層を積層してなる請求項1乃至
    3のいずれかに記載の太陽電池。
  5. 【請求項5】 上記反射防止膜の各層間の界面での屈折
    率差が 0.3以下である請求項4記載の太陽電池。
JP6025273A 1994-02-23 1994-02-23 太陽電池 Pending JPH07235684A (ja)

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