JPS60201668A - 非晶質太陽電池 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔利用分野〕 本発明は、光の有効利用を可能ならしめる凹凸面上に形
成された非晶質太陽電池に関し、更に詳しくは、光を重
複反射する凹凸面を形成した基板上に該凹凸面に沿って
非晶質半導体からなる光起電力セルを形成した非晶質太
陽電池に関する。

〔従来技術〕

上述の凹凸面を有する基板上に非晶質半導体からなる光
起電力セルを形成した非晶質太陽電池は、光利用率の向
上に基づ（光−電気変換効率の向上が期待できるところ
から注目され、既にいくつかの提案がある。例えば、米
国特許第４，３７６．２２８号明細書には、断面が放物
線形状の光捕捉手段が並設されるように成形された高分
子フィルム基板の表面に沿って非晶質半導体からなる光
起電力セルを形成し、光を捕捉するようになしたものが
開示されている。この構成は、光捕捉が効果的で性能面
から注目されるが、かかる基板の成形が大量生産に適さ
ず、且つかかる基板表面に沿って光起電力セルを連続的
に形成するのが困難であり、全体としてコストアップに
なるという問題がある。

これに対して、特開昭５９−１４６８２号公報には、上
述の構成を工業的に可能にするものとして、電気化学的
エツチングまたは化学的エツチングによって粗面化した
金属基材を基板としｒ（アモルファスシリコン太陽電池
が提案されている。しかしながら、この構成は金属基板
に限定され、近年その生産性面、コスト面から注目され
ている高分子樹脂基板に適用できない。

〔発明の目的〕

本発明は、かかる現状に鑑みなされたもので、ロールツ
ウロールの連続生産が可能で非常に生産性が高く且つ光
利用率の高い非晶質太陽電池を目的としたものである。

〔発明の構成及び作用〕

前述の目的は、以下の本発明により達成される。すなわ
ち、本発明は入射光を重複反射する凹凸面を有する基板
上にその凹凸に沿って非晶質半導体からなる光起電力セ
ルを形成した非晶質太陽電池において、前記基板が少な
くとも一方の面を前記凹凸面となるように粗面化した可
撓性フィルムであることを特徴Ｅするものである。

以下本発明の詳細を図面により説明する。

第１図は本発明の実施例の斜視図であり、第２図はその
作用を説明する拡大側断面図である。

図において、１０は基板で、高分子樹脂フィルムからな
り、エンボス加工により側断面が正弦波の波板状に成形
されている。正弦波の波高値は２〜数１００７μｍで長
尺のものをロールにして取扱い可能なよう罠なっている
。

従って、基板１０の粗面化の連続加工及び光起電力セル
２０の連続形成ができる。

ところで、図示の通り基板１０上にはその凹凸具体的に
は波面に沿って、光起電力セル２０を構成する下部電極
となる導電層２１、光起電力層の非晶質半導体層２２及
び上部電極の透明導電層２２が後述する常法により連続
的に形成されている。そして、必要忙応じ収集電極（図
示省略）が設けられる。

上述の通り、本発明の太陽電池は、基板１０の波面に沿
つ【各層が形成されているので、入射光利用率が大巾に
向上し光−電気変換効率が向上するという効果を奏する
。以下、この点を第２図により説明する。

図から明らかな通り、波面は対向せる斜面器ａ、ｌｌｂ
を有するので、波面の包絡面に垂直な入射光１００の内
、太陽電池表面及び各層２１，２２．２３の界面で反射
され、表面より放射される光１０１．　１０２．　１０
３を無駄に放射させるのではな（互いに対向せる斜面１
１ａ、ｆｌｂに指向させ、その斜面上に積層され℃いる
非晶質半導体層２２中に入射させる事が出来、未利用光
の再吸収によって発生光電流量を増加させる効果を発揮
することが出来る。

さらに導電層２１と非晶質半導体層２２の界面で反射さ
れた光１０４を非晶質半導体層２２と透明導電層２３の
界面で再反射させ、非晶質半導体層２２中にとじ込める
効果を発揮し得る。すなわち、通常以下のスネルの式で
表わされる入射角０．以上の場合生じる全反射効果であ
る。

Ｓｉｎ””θ、；１ ２ ｎ、：低屈折率層　ｎ、：高屈折率）ｆＡ非晶質半導体
層２２の可視光域での屈折率を３・７、透明導電１５２
３として代表的な酸化インシュム層あるいは酸化スズ層
の屈折率を１．９とすると、θ、＝３０．８度となる。

すなわち、傾斜角ｏ、、　ｅ、’が３１度以上の対向せ
る斜面１１ａ、ｌｌｂに入射した光１００は、導電層２
１と非晶質半導体層２２の界面で反射された後、非晶質
半導体層２２と透明導電層２３の界面へ入射角θ、が３
１度以上で入射し、全反射されて反射光１０４となり非
晶質半導体層２２内にとじ込められる。従って、斜面１
１ａ、ｌｌｂの傾斜角θ１，０１′は３１度以上にする
ことが好ましい。なお、傾斜角θ、ｌθ、′は波面の包
絡面に平行な面１２との斜面１１ａ。

１１ｂの交角との小さい方で表わすものとする。

さらに、本発明の別の利点として非晶質半導体の膜厚依
存効果の有効利用を可能ならしめる事がある。すなわち
、非晶質半導体には膜厚に依存した光劣化効果−ステイ
ーブラーロンスキ−効果−が存在する事が知られており
、膜厚が薄いと劣化を著しく防止出来る利点が有る。

さらに、非晶質半導体層内圧形成されているｐｉｎ接合
−もちろんこの接合形態のみに限定されるものではない
が−によって生じる内部電界は膜厚が薄いと大きくなり
、半導体内で生じたキャリヤーの収集効率を上昇させる
効果を生じる。従来の太陽電池においては、半導体層の
厚みを薄くすると入射光を十分吸収しきれず発生光電流
量が低下する問題点があったが、本発明の太陽電池では
非晶質半導体層の厚みを薄くしても光の多重利用によっ
て光電流量を低下させる事なく光劣化の防止。

内部電流の増加効果を利用出来る。

以上の通り本発明は優れた作用を奏するものである。

ところで、基板の凹凸面の山部と谷部の高低差は、堆積
される光起電力層の厚さく１μ）以上又、利用したい光
の波長以上ならば入射光の内、非晶質半導体層２２と電
気導電層２１の界面での反射される光は利用可能である
が、透明導電層２３０表面、非晶質半導体層２２と透明
導電層２３との界面での反射光を充分に利用する為には
、基板形状に沿って各層が連続膜として形成される必要
があり２μ以上が好ましい。

一方、長尺の基板なａ−ル形状で取扱うという点からは
、前述の高低差は数１００μｍ以下であることが好まし
い。これ以上では巻網れの発生２巻戻し及び巻取りの安
定性の低下等がある。

また、凹凸面の形状は、連続加工が容易で凹凸形状の制
御が容易ｒｈ％波形を例示したが、その作用から一方の
面で反射された光の一部が他方の面に入射する対向斜面
すなわち入射光を重複反射させる凹凸面を有するもので
あれば良いことは明らかで、梨地面等も適用できる。但
し、前述の各層が連続膜として形成される必要があり、
かかる点から傾斜角θは前述の高低差とも関連するが７
０度以下が好ましい。なお、基板は上述の凹凸面を少な
くとも一面に有すれば充分である。

ところで、本発明に用いられる基板は、長尺物をロール
形状で取扱うことができる可撓性フィルムであれば良く
、高分子樹脂フィルム、金属フィルム等適用できる。ロ
ール形状で取扱いが可能という点からフィルムの厚さは
２００μｍ以下が好ましく、強度面からは５０μｍ以上
が好ましい。

金属フィルムとしては、ステンレスフィルム、アルミニ
ウムフィルム等力アル。

高分子樹脂フィルムとしては１５０℃以上の耐熱性を有
する高分子樹脂で、例えばポリエチレンテレフタレート
、ポリエチレン−ナフタレート、芳香族ポリエステル、
芳香ｔｉＨＨｗリアミド、ポリスルホン酸、ポリイミ　
ド、ｉ：ｒ、＝１４リアリレート、ポリエーテルエーテ
ル、少１トｉ−１ン等のフィルムが用いられる。もちろ
ん、これら例示された樹脂に限定される物ではない。

これらの耐熱性高分子樹脂の中ではエンボス加工等の表
面加工の点から・溶融製膜法によるポリエステル系樹脂
及び樹脂フィルムが好ましい。

ところで、上述のフィルムに前述した凹凸面を付与する
方法としては、エンボス加工等公知の粗面化手段が適用
できる。特に高分子樹脂フィルムは粗面化が容易でその
表面性の制御が容易であり、本発明の基板として金属フ
ィルムより適している。

一方、上述の基板上に形成される光起電力セルは公知の
非晶質太陽電池構造がそのまま適用できる。以下、各構
成について説明する。

ところで、高分子フィルムを基板とした場合の下部電極
の電気導電層としては、非晶質シリコン層との電気的接
合の見地から、Ｔｉ＋Ｍｏ＋Ｖ＋Ｃｒ、Ｗ＋　ステンレ
ス、ニクロム合金ナトが適用できるが、特に可視光域で
の反射率が高いものが好ましく、本発明者らが先に出願
した特願昭５８−１２３１５６号で提案した、高反射性
低抵抗金属層と非晶質半導体層との電気的接合の良好な
バリヤ一層の少なくとも２層からなり、且つ６５０　ｎ
ｒｎ　における光反射率が少なくとも７０％以上である
導電層が効果的である。ここで、光反射率はフラットな
状態での導電層の入射角５度の垂直反射率である。

又、非晶質半導体層としては、ｐｉｎ構造の非晶質シリ
コン半導体等公知の構成のものが適用でき、グミ−放電
法、スパッタリング法。

イオンブレーティング法、イオンクラスタービーム法な
どの公知の方法を用いて堆積する事が出来る。

例えばグロー放電法の場合、真空槽内で該基板を１００
〜４００℃に加熱し、シラン（ＳｉＨ，）、高次シラン
ガスを０．０１〜１０ｔｏｒｒの圧力になるよ５に導入
し、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給、グロー放電
分解によって前記ガスの分解生成物である非晶質シリコ
ン苧導体層を設ける。非晶質シリコン層の電気導電層を
制御する為には、ジポラン（Ｂ、Ｈ，）　、ホスフィン
（ｐＨｓ）、アルミン（ＡｓＨ，）などのガスを適時導
入する。又、非晶質半導体層の光学的禁制帯幅を制御す
る為にはＣ，Ｇｅ＋８ｎ、Ｎ＋Ｆの第３成分元素を導入
する事が出来るが、その場合、例えば炭化水素ガフ、　
、　ＧｅＨ４，ＳｎＨ，、Ｎ）Ｉ、　、　８ｉＦ、ガス
などをシランガスに混入して利用出来る。また、投入高
周波電力を増加さ゛せ、非晶質シリコン層中に一部微結
晶層を混入させても良い。

非晶質シリコン層の構成は公知の通り、Ｂを含んだＰ層
、ＰやＡｓ　を含んだｎ層、これらを含まないｉ層より
なるが、これらの構成順は公知のものから適宜選択され
る。又、ｉ層の光学的禁制帯幅を光吸収量を考慮して変
化させ、ｐｉｎ　／　ｐｉｎ若しくはｐｉｎ　／　ｐｉ
ｎ　／ｐｌｎと積層したタンデム構造も用いる事が出来
る。

この非晶質半導体層上に設ける透明導電層としては、酸
化インジューム、酸化スズ、スズ酸カドニウムなどの導
電性酸化物層、あるいは、白金、金、バラジェーム等の
金属層が適用でき、５０〜２０００Ｘ前後の膜厚になる
ようスパッタ法や真空蒸着法によって堆積して形成する
。

そして、太陽電池は公知の通り、収集電極層をパターン
化して透明導電層表面に設けて構成される。

以上の通り本発明は、所定の凹凸面を有するよう粗面化
した可撓性フィルムを基板として光利用率の向上を計り
、変換効率を向上させた太陽電池であり、従来法に比較
し生産性を損なうことなく、確実に変換効率を向上させ
ることができる優れた作用効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の斜視図、第２図はその作用説
明するための拡大部分側断面図である。 １０：基板、２１：導電層 ２２：非晶質半導体層、２３：透明導電層。 １００：入射光 特許出願人　工業技術院長 川　１）　裕　部 ′７ｒ１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　凹凸面を有する基板上に、その凹凸に沿って非晶
   質半導体からなる光起電力セルを形成し、光利用率を向
   上せしめた非晶質太陽電池において、前記基板が少なく
   とも一方の面を前記凹凸面となるように粗面化した可撓
   性フィルムであることを特徴とする非晶質太陽電池。 ２　前記可撓性フィルムの厚さが５０〜２００μｍ　で
   ある特許請求の範囲第１項記載の非晶質太陽電池。 １　前記可撓性フィルムが高分子樹脂フィルムであ特許
   請求の範囲第１項若しくは第２項記載の非晶質太陽電池
   。 ４、　長尺の高分子樹脂フィルム上に光起電力セルを連
   続的に形成した特許請求の範囲第３項記載の非晶質太陽
   電池。 ５、　光起電力セルの下部電極層が高反射性の低抵抗金
   属層と非晶質半導体層との電気的接合の良好なバリヤ一
   層との少なくとも２層からなり、６５０騨における光反
   射率が少な（とも７０チ以上である特許請求の範囲第３
   項若しくは第４項記載の非晶質太陽電池。