JPS5827379A - 反射格子基板を有する太陽電池 - Google Patents
反射格子基板を有する太陽電池Info
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- JPS5827379A JPS5827379A JP57127792A JP12779282A JPS5827379A JP S5827379 A JPS5827379 A JP S5827379A JP 57127792 A JP57127792 A JP 57127792A JP 12779282 A JP12779282 A JP 12779282A JP S5827379 A JPS5827379 A JP S5827379A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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- H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
- H01L31/056—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means the light-reflecting means being of the back surface reflector [BSR] type
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は太陽電池、特に半導体による真正な吸収が特に
弱い光波長範囲において入射太陽光の吸収が増大する太
陽電池に関する。
弱い光波長範囲において入射太陽光の吸収が増大する太
陽電池に関する。
太陽電池に使用する、たとえはシリコンのような物質の
多くは入射光の吸収が少ないので、活性層を厚くする必
要がある。４Ｉにシリコンは公外および遠赤外において
太陽光の吸収が少ない、活性物質は、このように厚くな
ると、純度に対する請求が厳格になる。これは、吸収太
陽光によって発生した電子−正孔対の寿命を枯性智質Ｏ
［［が決定する丸めである０発生した対の寿命はその拡
散距離に比例する。この拡散距離は、発生したキャリヤ
が再結合する前に移動できる平均進行ｊｉｌｌＩＩ！で
ある。セルの厚みは入射した太−元ｔｌＩｉｋ収で龜る
＠度に厚くなければならないので、拡散距離は発生対が
太陽電池の電ｆｌＬ発生に貢献する程直の厚みでなけれ
ばならない、従って活性物質は純度が高いことｔ−要求
される。
多くは入射光の吸収が少ないので、活性層を厚くする必
要がある。４Ｉにシリコンは公外および遠赤外において
太陽光の吸収が少ない、活性物質は、このように厚くな
ると、純度に対する請求が厳格になる。これは、吸収太
陽光によって発生した電子−正孔対の寿命を枯性智質Ｏ
［［が決定する丸めである０発生した対の寿命はその拡
散距離に比例する。この拡散距離は、発生したキャリヤ
が再結合する前に移動できる平均進行ｊｉｌｌＩＩ！で
ある。セルの厚みは入射した太−元ｔｌＩｉｋ収で龜る
＠度に厚くなければならないので、拡散距離は発生対が
太陽電池の電ｆｌＬ発生に貢献する程直の厚みでなけれ
ばならない、従って活性物質は純度が高いことｔ−要求
される。
活性物質の厚みを減少することは幾つかの理由によって
望ましいことである。ｊＩ−に層を薄くすると宿性物質
の量を減少させて原価を引下げる。
望ましいことである。ｊＩ−に層を薄くすると宿性物質
の量を減少させて原価を引下げる。
第二に層を薄くすると発生したキャリアの拡散距離を短
くすることができる。拡散距離を短くすることによりて
１紀のように活性物質の純ｔｉｃ対する要求を緩和する
ことができる。
くすることができる。拡散距離を短くすることによりて
１紀のように活性物質の純ｔｉｃ対する要求を緩和する
ことができる。
発明の截置
本発明は半導体物質活性層と、活性層の入射光に向かう
構面上の反射防止膜と、シリコン層の他の表面に固着し
た反射回折格子とｔＶする太−電池でおる。
構面上の反射防止膜と、シリコン層の他の表面に固着し
た反射回折格子とｔＶする太−電池でおる。
好ましい実施′ＩＩＩＡｆＩにおいて、活性層はシリコ
ンであり回折格子は銀でめる。
ンであり回折格子は銀でめる。
評細な説明
本発明ｔ−１ｉ５！明する目的で、活性物質がシリコン
である太陽電池について本発明を例示の目的で説明する
。しかし他の活性物質を使用することができることを理
解すべきである。
である太陽電池について本発明を例示の目的で説明する
。しかし他の活性物質を使用することができることを理
解すべきである。
本発明は太＃ＩＩ電池に入射する光のあるものが活性層
の中で「案内された光波」に変換される太漕電池である
。この案内された光波はシリコン層の表面に対して水平
方向に平行して進行する。この案内された光波は平均し
てシリコンの厚みよＩｎ瘍かに長い距離をシリコンの内
側で進行する。これによってシリコンの厚みを減少して
活性物質を薄層とすることができる。入射光をセルＯＮ
函に対して水平方向に案内嘔れた元反に変えることは活
性物質の表面に固着した回折格子によりて行われる。
の中で「案内された光波」に変換される太漕電池である
。この案内された光波はシリコン層の表面に対して水平
方向に平行して進行する。この案内された光波は平均し
てシリコンの厚みよＩｎ瘍かに長い距離をシリコンの内
側で進行する。これによってシリコンの厚みを減少して
活性物質を薄層とすることができる。入射光をセルＯＮ
函に対して水平方向に案内嘔れた元反に変えることは活
性物質の表面に固着した回折格子によりて行われる。
蘇付図面は本発明の基本的部材を示す、太陽電池ｌＯは
厚みＬの牛導体物質１２からなる活性層を有する。シリ
コンの構造は単ＭＡ多結晶又は非晶質である。シリーン
層１２は入射光に同かう表面を反射防止膜１４で被覆し
て入射光の反射損失を減少させる。この被覆は厚み０．
０７μ隅の８ｎＯ□又シはＺ ｒ ０２の蒸着層を含む
、入射光に対して反対備のシリコン層１２の表面は反射
回折格子ｌ＠に固着しである。回折格子１６は入射光２
０に向かう賀を銀またはアルイニクムで被覆し′てわる
。しかし好ましい物質は銀である。シリコン層１２［蒸
着又は他の薄膜成長方法によりて格子の上に沈着させる
。太陽光が任意の角にで太陽電池に入射すると、太陽光
は屈折率が高いので、次の８ＥＬ＠ ｌ ｌの法則によ
って回折する。
厚みＬの牛導体物質１２からなる活性層を有する。シリ
コンの構造は単ＭＡ多結晶又は非晶質である。シリーン
層１２は入射光に同かう表面を反射防止膜１４で被覆し
て入射光の反射損失を減少させる。この被覆は厚み０．
０７μ隅の８ｎＯ□又シはＺ ｒ ０２の蒸着層を含む
、入射光に対して反対備のシリコン層１２の表面は反射
回折格子ｌ＠に固着しである。回折格子１６は入射光２
０に向かう賀を銀またはアルイニクムで被覆し′てわる
。しかし好ましい物質は銀である。シリコン層１２［蒸
着又は他の薄膜成長方法によりて格子の上に沈着させる
。太陽光が任意の角にで太陽電池に入射すると、太陽光
は屈折率が高いので、次の８ＥＬ＠ ｌ ｌの法則によ
って回折する。
Ｎｔｈｌ＝ｕ幽１゜
式中Ｎ＝第一の媒体の屈折率
ｎ＝第二の媒体の屈折率
ｉ＝入射光の垂直に対する角度
ｒ＝’ｉｉ４二の媒体における光の垂直に対する角度。
入射光−２０は太陽電°池に入ると、各界面において屈
折する。空気−反射防止膜の界面２１において光線２２
は８ｎ＠ｌｌの法則によって垂直に向かって屈折し、こ
れは反射防止膜の屈折率が空気の屈折率よシも大きいた
めである。再び反射防止膜−シリコンの拝聞２３におい
て、光＠２４は−直に向かって屈折し、これはシリコン
の屈折率が反射防止膜の屈折率よシも大暑いためである
。
折する。空気−反射防止膜の界面２１において光線２２
は８ｎ＠ｌｌの法則によって垂直に向かって屈折し、こ
れは反射防止膜の屈折率が空気の屈折率よシも大きいた
めである。再び反射防止膜−シリコンの拝聞２３におい
て、光＠２４は−直に向かって屈折し、これはシリコン
の屈折率が反射防止膜の屈折率よシも大暑いためである
。
シリコン層１２は薄膜であるので、亦色又は赤外の波長
を有する光は僅かな奴収ｔ−受けるだけで、殆どシリコ
ン層１２を横ぎるであろう。光が反射回折格子に幽ると
光は回折して、０仄、１次、２１８は銀で被覆すること
が好ましい、これはシリコン層を沈着させる基板として
役立つ、この基板は格子を容易に描くことができるなら
ば、どのような物質でもよいが、例えばクロムを使用す
る。
を有する光は僅かな奴収ｔ−受けるだけで、殆どシリコ
ン層１２を横ぎるであろう。光が反射回折格子に幽ると
光は回折して、０仄、１次、２１８は銀で被覆すること
が好ましい、これはシリコン層を沈着させる基板として
役立つ、この基板は格子を容易に描くことができるなら
ば、どのような物質でもよいが、例えばクロムを使用す
る。
更に格子１６はガラス又は石英で支持することができ、
これによって基板に強さを加える。各次数の回折角度は
格子の周期性りによって決定される。
これによって基板に強さを加える。各次数の回折角度は
格子の周期性りによって決定される。
撫々な次数の回折光の強さは格子の突出部２８の高さＨ
によって強さの分布を決定される（ＲＣムＲｅｖｉｅｗ
Ｖｏｌ、 ３９．４３ １９７８年９月、 Ｐｌｕｇ
８ｈ＠ｎｇ 、 ”Ｔｈｅｏｒ＠ｔｉ＠ａｌ Ｃｏｎｓ
ｔｄｅｒａｔｉｏｍｍ ａｔＯｐｔｉａａｌ Ｄｉｆｆ
ｒａａｔｉｏｎ ｔｒｏｙｓ ＲＣＡ Ｖｉｄｅ。
によって強さの分布を決定される（ＲＣムＲｅｖｉｅｗ
Ｖｏｌ、 ３９．４３ １９７８年９月、 Ｐｌｕｇ
８ｈ＠ｎｇ 、 ”Ｔｈｅｏｒ＠ｔｉ＠ａｌ Ｃｏｎｓ
ｔｄｅｒａｔｉｏｍｍ ａｔＯｐｔｉａａｌ Ｄｉｆｆ
ｒａａｔｉｏｎ ｔｒｏｙｓ ＲＣＡ Ｖｉｄｅ。
Ｄｉｓｃ ８１１ｎｍ１ｍ、’参照）０回折次数ｏｉる
４ｏ、例えば０次ではシリコン層から出ることがある。
４ｏ、例えば０次ではシリコン層から出ることがある。
しかし多くの回折次数においては、例えば１次又は２次
のように垂直に対する角度が臨界角ＪｉＬＣよシも大き
い角度で上の界面に当るので、全体として反射されるで
あろう。
のように垂直に対する角度が臨界角ＪｉＬＣよシも大き
い角度で上の界面に当るので、全体として反射されるで
あろう。
臨界角度Ｃは次の式によって決定される。
空気に対する屈折率が１”ｅあると仮定するとＮ、、、
、はシリコンの屈折率である０反射防止膜は臨界角度に
影響を与えない。
、はシリコンの屈折率である０反射防止膜は臨界角度に
影響を与えない。
捕捉される屈折次数例えば１及び２はシリコン層の中で
「案内された光波モード」を形成する。
「案内された光波モード」を形成する。
もちろん全体として反射光は格子に再び当ってそのうち
のめるものはシリ゛コン層から外に回折するであろう。
のめるものはシリ゛コン層から外に回折するであろう。
以上説明したように、入射光を閉じこめるモードのメカ
ニズムは回折光が臨界角度よｐ大きな角度で上の界面に
尚ることでめる＊ＬｐａＬ臨界角度を超える光線のすべ
てがシリコン層の中を伝播することかできるのではない
０周知のように所定の波長に対しである特定の角度で表
面會横ぎる元−のみが２つの平行な狭面の間で回折して
閉じこめられる。従ってこれらの光線のみがｒ案内され
たモード」となる（ム＠ａｄ＠ｘｎｉｓ Ｐｒ＠ｍｓ
１９７４年−Ｄｌ＊ｔｒｉ＠ｈ ＭＥＬｒａｕａ＊ 、
＠Ｔｈ＠ｏｒｙ ＠ｆ Ｄｉ＊ｌ＊ｏｔｒｉ＊０ｐｔｉ
ｃａｌ Ｗａｖｅｇｕｉｄ＠’参照）。
ニズムは回折光が臨界角度よｐ大きな角度で上の界面に
尚ることでめる＊ＬｐａＬ臨界角度を超える光線のすべ
てがシリコン層の中を伝播することかできるのではない
０周知のように所定の波長に対しである特定の角度で表
面會横ぎる元−のみが２つの平行な狭面の間で回折して
閉じこめられる。従ってこれらの光線のみがｒ案内され
たモード」となる（ム＠ａｄ＠ｘｎｉｓ Ｐｒ＠ｍｓ
１９７４年−Ｄｌ＊ｔｒｉ＠ｈ ＭＥＬｒａｕａ＊ 、
＠Ｔｈ＠ｏｒｙ ＠ｆ Ｄｉ＊ｌ＊ｏｔｒｉ＊０ｐｔｉ
ｃａｌ Ｗａｖｅｇｕｉｄ＠’参照）。
光エネルギーの最終平行区分は次（ｔ）パラメータ、す
なわちλ／Ｄ 、 ｊ（、及びＬによって決定される。
なわちλ／Ｄ 、 ｊ（、及びＬによって決定される。
ここでλは入射光の波長であり、Ｄは格子の周期性であ
り、Ｈは突出部２８の高さでめ９、Ｌはシリコン層１２
の厚みである。これらの／４ラメータは次の考慮により
て選ぶ、成長λ≦０．５５μ潮の光に対するシリコンの
吸収定数は大龜いので、吸収増大は必要がない、更に波
長λ≧１．ｌ趨の光はシリコンのバンドイヤツノエネル
ギーよシ低いので。
り、Ｈは突出部２８の高さでめ９、Ｌはシリコン層１２
の厚みである。これらの／４ラメータは次の考慮により
て選ぶ、成長λ≦０．５５μ潮の光に対するシリコンの
吸収定数は大龜いので、吸収増大は必要がない、更に波
長λ≧１．ｌ趨の光はシリコンのバンドイヤツノエネル
ギーよシ低いので。
トルの部分の軸合を最大にするように遇び、入射光が水
平方向に進行する案内されたモード管最大にするように
選ぶ。
平方向に進行する案内されたモード管最大にするように
選ぶ。
強調丁べきことは活性物質を通った後の光の吸収を最適
にする↓うにΔツメ−タロ及びＨを決定し、その厚−）
Ｌ及び格子被覆物質を選ぶ、被覆物質の誘電定数は入射
光の回折を変える０次の例は本発明を説明するものであ
る。
にする↓うにΔツメ−タロ及びＨを決定し、その厚−）
Ｌ及び格子被覆物質を選ぶ、被覆物質の誘電定数は入射
光の回折を変える０次の例は本発明を説明するものであ
る。
実施例１
太爾電池は本＠明によって活性物質をＬ±１μ溝の多結
晶シリコンとし、光格子パラメータはＤ＝０．４μ濡及
びＤ＝０．０７５ｅｓとする。このような格子定数及び
拡散空に対して、λ＝ｌＪ１ｍの対応光の吸収は平坦な
銀の平面である、格子なしの場合Ｏ０，８Ｌｓから、最
適パラメータを有する格子の場合には約２０％に増大す
る。ここで与えられ九〇及壽ノ μｍの間で叢化させても、なお満足な結果１に得ること
がで泰る。
晶シリコンとし、光格子パラメータはＤ＝０．４μ濡及
びＤ＝０．０７５ｅｓとする。このような格子定数及び
拡散空に対して、λ＝ｌＪ１ｍの対応光の吸収は平坦な
銀の平面である、格子なしの場合Ｏ０，８Ｌｓから、最
適パラメータを有する格子の場合には約２０％に増大す
る。ここで与えられ九〇及壽ノ μｍの間で叢化させても、なお満足な結果１に得ること
がで泰る。
実施例２
本発明の他の応用として金属基板たとえはクロムの上に
電子ビームリングラフィによって格子ｔツ（ｊ）％Ｄ＝
０．２５ ｋｓ及ヒｋｌ＃ｏ、ｏ ｉｉ ｈａＣＤ格子
を有する２次元の直角に交差する格子を有する太グロー
放電によって上記格子基板の次面に沈着さセ、６． 厚
４７００ Ｘ（ＤＴｉＯ２１ｊｌｌ又はｊ１４５５０ｊ
。
電子ビームリングラフィによって格子ｔツ（ｊ）％Ｄ＝
０．２５ ｋｓ及ヒｋｌ＃ｏ、ｏ ｉｉ ｈａＣＤ格子
を有する２次元の直角に交差する格子を有する太グロー
放電によって上記格子基板の次面に沈着さセ、６． 厚
４７００ Ｘ（ＤＴｉＯ２１ｊｌｌ又はｊ１４５５０ｊ
。
ＺｒＯ□層を非晶質ＳｔＯ懺面に蒸着して反射防止膜と
して作用させる。上記実施例１のようにＤを４円 や ０．２ ０．３５−の間で変化−Ｓ＜、ｌｉｔ：ｆ：
１００１の範囲で変化させても、なお満足な結末を得る
ことができる。
して作用させる。上記実施例１のようにＤを４円 や ０．２ ０．３５−の間で変化−Ｓ＜、ｌｉｔ：ｆ：
１００１の範囲で変化させても、なお満足な結末を得る
ことができる。
添付図面は本発明の太陽電池の断園図でめる。
１０・・・太−電池、１２・・・シリコン層、１４・・
・反射防止膜、１６・・・反射回折格子、五８・・・反
射属、２０・・・入射光、２１−・・空気−反射防止Ｍ
（Ｄ界面、２２・・・光線、２３・・・反射防止膜−シ
リコ／の界面、２４−・光−１２８・・・突出部。 特許出願人 工りンン リサーチ アンド エンゾニアリング カンノ母ニー 特許出願代理人 弁理士 青 木 朗 弁理士西舘和之 弁理士 寺 １） 兼 弁理士山口昭之
・反射防止膜、１６・・・反射回折格子、五８・・・反
射属、２０・・・入射光、２１−・・空気−反射防止Ｍ
（Ｄ界面、２２・・・光線、２３・・・反射防止膜−シ
リコ／の界面、２４−・光−１２８・・・突出部。 特許出願人 工りンン リサーチ アンド エンゾニアリング カンノ母ニー 特許出願代理人 弁理士 青 木 朗 弁理士西舘和之 弁理士 寺 １） 兼 弁理士山口昭之
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、（ａ） シリコン半導体物質からなる活性層と、
（ｂ） このシリコン層の入射光に向かう表面上の反
射防止膜と、 ＜ｃ＞ このシリコン層の他の餞面に固着した反射回
折格子とを有する太陽゛電池。 ２、活性物質がシリコンである、特許請求の範囲第１項
記載の太陽電池。 ３、反射回折格子がｆＩ！ｋｔたはアルミニウムである
、特許請求の範囲第１′ｆＡｉｉｉ２載の太陽電池。 ４、反射回折格子が、活性物質の屈折率およびセルの厚
みに対して所望の波Ａｍ囲の入射光の吸収を増大させる
のに蛾適な周期性ｔ−庸する、特許請求の範囲第１項に
載Ｏ太陽電池。 ５、反射回折格子が、活性物質の屈折率およびセルの厚
みに対して、所望の波長範Ｈの入射光の吸収ｔ−増大さ
せるのに液適な厚み含有する、特許請求の範囲第１項記
載の太陽電池。 ６、反射回折格子が銀でめる、％ｖＩｆ請求の範囲第２
項記載の太陽電池。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US285953 | 1981-07-23 | ||
| US06/285,953 US4398056A (en) | 1981-07-23 | 1981-07-23 | Solar cell with reflecting grating substrate |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5827379A true JPS5827379A (ja) | 1983-02-18 |
Family
ID=23096403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57127792A Pending JPS5827379A (ja) | 1981-07-23 | 1982-07-23 | 反射格子基板を有する太陽電池 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
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