JPH08167726A - 薄膜光電変換素子 - Google Patents

薄膜光電変換素子

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JPH08167726A
JPH08167726A JP6309374A JP30937494A JPH08167726A JP H08167726 A JPH08167726 A JP H08167726A JP 6309374 A JP6309374 A JP 6309374A JP 30937494 A JP30937494 A JP 30937494A JP H08167726 A JPH08167726 A JP H08167726A
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JP
Japan
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film
photoelectric conversion
electrode layer
layer
thin film
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Pending
Application number
JP6309374A
Other languages
English (en)
Inventor
Shinji Kato
進二 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • 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

Abstract

(57)【要約】 【目的】光電変換半導体層の透明電極層から入射する光
の透明電極層表面での反射率を低下させて薄膜光電変換
素子の変換効率を高める。 【構成】透明電極層と透明封止材との間に屈折率が透明
電極層の屈折率と封止材の屈折率との間で連続的に変化
するような酸化物あるいは窒化物の層を挿入する。Si
Ox あるいはSiNx のような酸化物あるいは窒化物
は、xの値の変化により屈折率が変わるので、成膜時の
ガス中の酸素あるいは窒素の濃度を変えることにより上
記のような層ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜太陽電池モジュー
ルに用いられる可撓性基板上に形成した薄膜光電変換素
子に関する。
【0002】
【従来の技術】太陽電池はクリーンなエネルギーとして
注目されており、その技術の進歩はめざましいものがあ
る。特に、非晶質シリコンを主材料とした光電変換層は
大面積の成膜が容易で低価格であるため、それを用いた
薄膜太陽電池に対する期待は大きい。従来の太陽電池は
ガラス基板が用いられていたが、厚型で重く、割れやす
い欠点があり、また屋外の屋根等への適用化による作業
性の改良等の理由により、薄型・軽量化の要望が強くな
っている。これらの要望に対し、可撓性のあるプラスチ
ックフィルムおよび薄膜金属フィルムを基材に用いたフ
レキシブルタイプの薄膜太陽電池の実用化が進みつつあ
る。薄膜太陽電池で所期の電流・電圧の出力を得るため
には、複数の薄膜光電変換素子をモジュール化すること
が行われる。図2は従来の薄膜太陽電池モジュールに用
いられる薄膜光電変換素子の一例を示し、可撓性に富ん
だ樹脂フィルム1の一面上に金属反射電極層2、光電変
換半導体層3、透明電極層4を積層したものの両面に、
EVA等の絶縁性封止材11により、透明電極層4の上
に透光性の耐候性フィルム12を、フィルム1の裏面側
に内部に金属箔の入った耐候性フィルム13を接着して
いる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】絶縁性フィルムを基材
として用いた場合、封止フィルムに耐熱性、耐水性、耐
湿性にすぐれたものを用いても水蒸気の透過を完全に押
さえることはできない。また、熱膨張や吸湿膨張による
寸法の変化も生じるため、モジュールとしての耐候性、
信頼性に問題があった。特に光入射側の耐水性、耐湿
性、耐熱性を改善するためには、高価なふっ素樹脂フィ
ルムを用いなければならず、太陽電池モジュールの低コ
スト化を実現することが困難であった。さらに、光入射
側材料の光学的特性は太陽電池特性に直接影響を与える
ため光の透過率が高いことが必要とされるほか、入射光
の反射を少なくすることが望ましいが、高価なふっ素樹
脂ざいに加え反射防止膜を有する反射防止フィルムを用
いることはコスト的に困難であった。
【0004】本発明の目的は、上記の問題を解決し、耐
候性、耐熱性、耐水性、耐湿性に優れていると共に、光
電変換層に到達する光の多い高効率の薄膜光電変換素子
を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、可撓性基板上に反射電極層、光電変換半
導体層および透明電極層を積層し、少なくとも透明電極
層への光入射側は透明である封止材によって封止される
薄膜光電変換素子において、透明電極層と封止材との間
に酸化物あるいは窒化物よりなり、酸素あるいは窒素の
組成比が膜厚方向に連続的に変化させられ、透明電極層
および封止材と近接した部分ではそれぞれ透明電極層お
よび封止材の屈折率に近い屈折率をもつ透光性絶縁膜が
介在するものとする。透光性絶縁膜がスパッタ法で形成
されたことが良く、その場合、透光性絶縁膜がSiOx
よりなり、膜厚が10nm以上であることが有効であ
る。
【0006】
【作用】酸化物あるいは窒化物の酸素あるいは窒素の組
成比を変化させると屈折率が変化する。例えば図3に示
すように、SiOx のx値が大きくなると屈折率は小さ
くなる。従って、透明電極層と封止材との間に透明電極
層の屈折率に近い屈折率から封止材の屈折率に近い屈折
率まで変化する透光性絶縁膜を挿入することにより、界
面での反射損失を低減させることができ、光電変換素子
の特性を向上させることができる。
【0007】図4、図5は、それぞれ水蒸気透過性の1
06g/m2 /dayと高いPES(ポリエーテルサル
フォン) 上にスパッタ法で形成したSiO2 膜、SiO
膜の水蒸気透過率の膜厚依存性の一例を示す。これから
も明らかなように膜厚10nm以上で水蒸気透過率が激
減していることがわかる。蒸着法でSiOx 膜を形成し
たときには、鈴木、佐藤:ULVAC TECHNIC
AL JOURNALNo. 39 (1932) p61に
記載されているように、膜厚110nmでもSiO膜水
蒸気透過率は3g/m2 /dayと高い。このことか
ら、スパッタ法により蒸着法より高い水蒸気バリア性を
有する膜が得られることがわかる。そしてSiOx 膜を
透明電極層と封止材との間に介在させるときは、膜厚を
10nm以上にすれば、水蒸気の透過を防ぐことができ
る。
【0008】
【実施例】以下、図2と共通の部分に同一の符号を付し
た図を引用して本発明の実施例について述べる。図1に
示した薄膜光電変換素子では、絶縁性フィルム1の上に
図2の場合と同様金属反射電極層2、光電変換半導体層
3、透明電極層4が積層され、フィルム1の下面上には
反射電極層2あるいは透明電極層4に接続された端子電
極51、52が形成され、それぞれにリード線6が接続
されている。透明電極層4は透明絶縁性薄膜7により覆
われている。この透明絶縁性薄膜7は、SiOx 、Si
Nx 、SiOx Ny 、AlOx 、TaOx あるいはTi
Ox を主成分とするものであり、スパッタ法により形成
される。透明絶縁性薄膜7は光電変換素子への光入射側
からの水蒸気の侵入を防ぐ役割を果たすものであり、ス
パッタ法により成膜する場合、厚さは10nm以上あれ
ば良い。なぜなら、前述のように膜厚10nm以上で水
蒸気透過率が激減するからである。しかし、光電変換構
造に働く応力は膜厚の増加にともない増加するので、膜
厚は100nm以下であることが望ましい。
【0009】この透明絶縁性薄膜層7は光の入射側に形
成するため、その光学的特性は太陽電池特性そのものに
影響を与えることになる。下地となる透明導電膜4は主
にIn2 3 、ZnO、SnO2 を主成分とした金属酸
化物薄膜が用いられており、いずれも屈折率は2前後で
ある。入射光側を大気とすれば屈折率は1となり界面で
の反射により10%の損失が生じてしまうことになる。
この損失を低減するために、透明絶縁性薄膜7の屈折率
は、図6に示すように膜の厚さ方向に変化させている。
すなわち、表面を覆う封止膜8のシリコーン樹脂の屈折
率1.3〜1.5から透明電極層4のITO (In2 3
SnO2 ) の屈折率2.0の間で変化している。透明絶縁
性薄膜7がSiOx からなる場合、SiO2 の屈折率は
1.48であるが、SiOx のxの値を変化させれば、図
3に示したように屈折率が変化するので、この実施例で
はSiOx のxを下地側から上層に向けて1.2から2.0
まで連続的に変化させた。SiOx のx値は、反応性ス
パッタ法では、成膜時に導入する酸素量を変化させるこ
とでSiターゲツトを用いた場合、SiからSiO 2
で、すなわち0から2まで変化させることができ、Si
Oターゲツトを用いた場合、SiOからSiO2 まで、
すなわち1から2まで変化させることができる。図6に
示すように光入射側の透明絶縁性薄膜7の屈折率を連続
的に変化させることで、反射損失を低減することができ
た。膜組成の変化のさせ方は、図6で直線に示すように
一定の割合で変化させることが膜作成上望ましいが、必
ずしも一定の割合でなく、図6に点線で示すような変化
でもよい。なお、フィルム1の光入射側と反対面は組成
一定のSiOx 膜71および封止膜8で覆う。
【0010】別の実施例では、シリコーン樹脂で封止し
ないでEVAなどの絶縁性封止樹脂で封止してモジュー
ル化した。EVAの屈折率は1.6程度であり、上記実施
例と同様に透明電極4との間で透明絶縁性薄膜7の屈折
率を変化させた。光入射側の反対面の耐候性の向上に
は、金属箔入りの耐候性フィルムを用いる。また、耐候
性フィルムの代わりにSiOx 、SiNx 等の絶縁性薄
膜を用いてもよい。
【0011】上記実施例では可撓性基板に絶縁性フィル
ムを用いたが、反射電極を兼ねるステンレス鋼薄板を基
板に用いた場合も本発明を実施することができる。
【0012】
【発明の効果】本発明によれば、光入射側の透明電極層
と封止材の間に屈折率が両者の屈折率の間で膜厚方向に
連続的に変化する透光性絶縁膜を介在させることによ
り、表面における反射率が低下した。しかも、透光性絶
縁膜を形成する酸化物や窒化物はふっ素樹脂の10分の
1程度の価格であるため、コスト的にも有利である。ま
た、この絶縁膜をスパッタ法により形成することによ
り、低い水蒸気透過性を示し、安価な材料で耐候性、耐
熱性、耐水性および耐湿性にすぐれ、光電変換効率の高
い薄膜光電変換素子が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の薄膜光電変換素子の断面図
【図2】従来の薄膜光電変換素子の断面図
【図3】SiOx のxの値と屈折率との関係線図
【図4】SiO2 膜の膜厚と水蒸気透過率との関係線図
【図5】SiO膜の膜厚と水蒸気透過率との関係線図
【図6】図1の薄膜光電変換素子の各層の屈折率分布線
【符号の説明】
1 絶縁性フィルム 2 金属反射電極 3 光電変換半導体層 4 透明電極層 51、52 端子電極 6 リード線 7 透明絶縁性薄膜 71 絶縁性薄膜 8 封止膜

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】可撓性基板上に反射電極層、光電変換半導
    体層および透明電極層を積層し、少なくとも透明電極層
    への光入射側は透明である封止材によって封止されるも
    のにおいて、透明電極層と封止材との間に酸化物あるい
    は窒化物よりなり、酸素あるいは窒素の組成比が膜厚方
    向に連続的に変化させられ、透明電極層および封止材と
    近接する部分ではそれぞれ透明電極層および封止材の屈
    折率に近い屈折率をもつ透光性絶縁膜が介在することを
    特徴とする薄膜光電変換素子。
  2. 【請求項2】透光性絶縁膜がスパッタ法で形成された請
    求項1記載の薄膜光電変換素子。
  3. 【請求項3】透光性絶縁膜がSiOx よりなり、膜厚が
    10nm以上である請求項1あるいは2記載の薄膜光電
    変換素子。
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