JPS6263480A - 光電変換装置 - Google Patents

光電変換装置

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JPS6263480A
JPS6263480A JP61217385A JP21738586A JPS6263480A JP S6263480 A JPS6263480 A JP S6263480A JP 61217385 A JP61217385 A JP 61217385A JP 21738586 A JP21738586 A JP 21738586A JP S6263480 A JPS6263480 A JP S6263480A
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JP
Japan
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light
photoelectric conversion
conversion device
electrode
semiconductor
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Pending
Application number
JP61217385A
Other languages
English (en)
Inventor
Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Publication of JPS6263480A publication Critical patent/JPS6263480A/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
    • Y02E10/52PV systems with concentrators

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  • Photovoltaic Devices (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光照射面側の電極を透光性にするに加えて、半
導体の裏面に設けられている電極をも金属の面電極とす
るのではなく透光性電極とした光電変換装置に関するも
のである。
〔従来の技術〕
従来光電変換装置は第4図にその縦断面図の一例が示さ
れているが、照射光(10)に対し半導体(1)の上面
に、光照射側の表面電極として透光性電極(3)、さら
にその抵抗を保証するための櫛型電極および外部引き出
し電極(4)が設けられ、下面の裏面電極(2)として
金属例えばアルミニニームが裏面でのシート抵抗を減少
させるため全面に設けられていた。
しかし、この裏面の金属電極はこの面にて光を再び表面
側に反射して、その光路を二倍またはそれ以上にする効
果を有しているため、半導体の厚さを100〜200 
μmと約172にすることができ、光吸収係数の低い単
結晶シリコンのような材料においては意味を持っている
。しかし、上記裏面の金属電極は、アモルファスまたは
セミアモルファス(10〜100人の径を有すマイクロ
クリスタル構造の半結晶性半導体膜)の如き非単結晶半
導体においては、その半導体の厚さが0.5〜2μmと
薄くてもよく、さらにその光吸収係数も単結晶半導体の
10倍も大きいためまったく無価値である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
非単結晶半導体(NSC5と以下いう)においても単結
晶半導体(以下SCSという)と同様に裏面電極が設け
られている。 N5C3で光電変換されなかった光(例
えばN5C5において殆ど吸収しない赤外線)は、該裏
面電極で反射された後N5C3内で熱に変化されN5C
5内を昇温させてしまう(遮蔽効果)ため、N5CSの
特性を劣化させてしまっていた。
〔本発明の目的〕
本発明は光電変換装置において、太陽光の如き連続光に
おいて短波長側の光を利用して光起電力を発生せしめる
とともに、この装置に対し昇温により特性劣化にしか作
用しない赤外光の如き光電変換に寄与しない光エネルギ
をこの光電変換装置内で熱に変換せしめることなく透過
させてしまうこと、即ち光電変換装置の光照射表面及び
裏面に設けた電極を透光性にすることを目的としている
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、光照射により光起電力を発生する半導体層の
光照射表面および裏面に設けられた電極が透光性を有し
ていることを特徴とする光電変換装置であり、即ち前記
の欠点を防止するため、この光電変換装置の裏面に対し
ても光照射面と同様の透光性電極としたことを特徴とし
ている。
以下に本発明の実施例を示す。
(実施例〕 第2図は横軸に反射された光の波長を示し、縦軸は表面
および裏面に透光性電極を設けた構造における透過率を
示す。
図面より明らかな如< 、N5C5を用いた本発明にお
いては曲線(5)に示す如く、半導体の厚さが0゜3〜
3μmときわめて薄(てもよいため、そのエネルギバン
ド中(Egという)に対応する700nm(Eg≦1 
、6eV)よりも長波長側においては90%以上のほと
んどの光が半導体およびその表面および裏面の透光性電
極を経て反対側にまで透過していることがわかる。しか
しSC3を用いた構造においては、半導体の厚さが20
0〜300μmもあるため、透過率が赤外領域において
もあまり太き(なく、透過できなかった光は半導体内に
て熱に蓄積され、半導体のキャリア移動度を下げるため
の昇温にしか作用しなくなっている。
かかる透光性電極とすることにより1、結晶粒径の小さ
い多結晶半導体(2,5μm以下特に10〜100人の
粒径を有するもの)または結晶体と非結晶体とめ混合体
または非結晶体よりなるN5C5に対し特に有効である
ことが判明した。
このことより、N5C5においては本発明の表面裏面と
もに透光性であることがきわめて効果が大きく、さらに
そのN5CSのエネルギバンド中も単結晶珪素の1.1
eVよりも大きな1.4eV以上好ましくは1.4〜2
.OeVと赤外線に対し透光性を有すること、 が光電
変換効率を高めるのみではなく、半導体の昇温おも防ぐ
ことができるためきわめて好ましいものであった。
第3図はSCSとN5CSの光吸収効率(α)と波長と
の関係を示す。即ち、太陽光のスペクトル(7)に対し
その光を吸収できる程度を示す吸収係数(α)は太陽光
が最も強い500nm付近にでN5C3においては曲線
(8)となりSC3の曲線(9)に比べて1桁以上も大
きい。このことよりSO3においてはHgよりも大きな
エネルギの短波長側でもそのエネルギの大部分を熱に換
えてしまう可能性があり、また低い吸収係数のため厚さ
の厚い半五体基板を必要としている。この厚さが厚いこ
とは長波長側においても同様に光を熱に変換してしまう
ため、SC8においては裏面を透光性1仮にすることは
あまり大きな効果を有していない。
第1図は(A) 、 (C)に本発明を実施するための
基本構造を示したものである。
即ちガラス等の透光性基板(15)を通して光(10)
が照射され、ガラス上にスズ(Sn)、 インジューム
(In)、アンチモン(Sb)の酸化物により導電性で
ありかつ透光性の被膜(16) 、 (19)が設けら
れている。
被膜(16)は表面電極であり、(19)は裏面電極で
ある。半導体(1)と2つの電極との間には絶縁性また
は半絶縁性のトンネル電流を許容する被膜(17) 。
(18)が窒化珪素またはInSiOxにより設けられ
ている。
かかる構造のエネルギバンド巾をその番号を対応させて
第1図(B)に示している。この図面より明らかな如く
、この光電変換装置はMIS型(電極−絶縁膜一半導体
)構造を表面および裏面に有するダブ)Lt M I 
S構造の例である。
そのため図面では透明電極(16)は負の電荷を101
2 c m −2の密度に含有する酸化スズまたは酸化
アンチモンを主成分とした電極を用い、裏面の透明電極
は正の電荷を1〜3 XIO”cm−2の密度に含有す
る酸化インジュームを主成分とした電極を用いた。
その結果、照射光は半導体のE、より大きなEgを有す
る光を光電変換し小さな光特に赤外光を(10)として
裏面電極より外部に放出せしめた。かくすることにより
半導体の反対の温度がと昇することを防ぎ、結果として
光電変換効率の低下を防ぐことができた。
第1図(C)は、半導体装置にPUN型(P型半導体(
22)−実質的に真性の半導体(1)−N型の半導体(
23) ”)を設け、(22) 、 (23)に対しそ
の表面裏面に密接して透明電極を第1図(A)と同様に
形成したものであるや 図面では基板は半導体側の裏面側に(15)として透明
ガラスにより設けられている。
第1図(D)は(C)の光電変換装置(1)のエネルギ
バンドダイヤグラムをその番号を対応して示している。
これらはダブルMIS型、PIN型であるが、その変換
装置としての構造は任意に組合わせられるべきであり、
本発明はその表面、裏面の電極を透光性として赤外線等
による装置の昇温を防ぐことを目的としている。
その結果、室温雰囲気において従来の変換効率(ηとい
う)が5〜8%しか出なかったものが、30〜40%向
上させ7〜10%の変換効率を得ることができるように
なった。
第1図(A) 、 (B)の装置において透光性電極と
は櫛型電極であり、櫛の間のみを透光性としてもまた金
、アルミニュームを20〜50人の極薄膜にて形成させ
た半透明であっても、本発明と同一技術思想である。し
かしかかる構造においては透過率が十分でない、製造が
微妙である等の欠点を有し、大面積には必ずしも適して
いない。
本発明においては光照射時における雰囲気が10〜30
℃の室温においては透光性にするのみでその効果が大き
い。
光照射時における雰囲気が40〜100℃と高温におい
てはその熱エネルギが変換効率の低下を促してしまう。
このためこの半導体の裏面電極下に冷却機構を有する光
電変換装置をヒートバイブ等を利用して設けることも可
能である。
ヒートパイプは一般に低温部より熱エネルギをとり高温
部にこの熱エネルギを与える系であり、その−例はυ5
P3875926 (太陽熱エネルギ集合シス−テム)
に示されている。
第5図は本発明の光電変換装置(1)と光熱変換装置く
30)とを直列に一体化せしめたものである。
即ち、光熱変換装置を本発明の裏面の透明電極に隣接し
てその下側に設けたものである。
かくすることにより太陽光に対して直列にEgより大き
な光エネルギを有する短波長光をまず光電変換装置によ
り電気エネルギとして取り出し、さらにEgより小さな
光エネルギを有する長波長の光例えば赤外線に対しては
この光電変換装置を透過させてその下側の光電変換装置
により熱エネルギを取り出すようにしたものである。詳
しくは、二対の透光性電極(16) 、 (19)およ
びその間に介在して設けられた光照射による電子、ホー
ル対発生の半導体(1)さらに電極(34) i (3
5) 、外部引き出しり−ド(36)よりなる。さらに
その下側の光熱変換装置は集光板(40) 、反射板(
42) 、 ヒートバイブ(41)よりなる系(30)
である。がくすることによりこの系全体をより低温にす
るため光電変換装置の変換効率もヒートパイプのより低
温側より熱エネルギを高温側に移動することができ、こ
のことによって、この系(1) 、 (34)を昇温さ
せることなく温水を取り出すことができるようになった
。その結果、これまでこれらふたつの変!#!装置はま
った(独立(並列)に設けられていたが、本実施例のよ
うに光に対し直角にすることにより光エネルギの総合変
換効率を全く独立(並列)に設けている場合にそれぞれ
8〜13χ、55〜70χであったものを従来の形式に
比べて直列式として面積を約1/2にすることができた
ばかりか変換効率を70〜85χにまで高めることがで
きたため、きわめて優れた太陽光の変換装置を作ること
ができた。
特に単なる伝導熱のみならず裏面をも透光性としたため
、太陽光のうちの赤外光をコレクターによりヒートバイ
ブに集中させて与えることができ、さらに効果を高める
ことができた。
第6図は光電変換装置と光熱変換装置との複合体の一例
を示す斜視図である。
符号は第5図に対応している。
冷却水は(32)よりヒートバイブ(3o)を経て(3
3)に放出される。図面ではヒートバイブを三段並列に
設けである。しかしこれを直列に接続してもよく、また
この温水(33)により再度他のヒ ドパイブを経て変
換効率の向上を図ってもよい。この場合、一般にはアル
コール、フロリーナート等の液を用い、次段にて熱容量
の大きな水を用いる光熱変換装置とすれば更にその効率
を高めることができた。
第5図、第6図において集光板、反射板を必ずしも設け
ることなく伝導熱のみを利用してもよい。
以上の説明より明らかな如く、本実施例は光電変換装置
であって、光照射表面側の電極のみならず裏面に対して
も透光性電極とし、特に1.4eV未溝のエネルギを有
する光特に赤外光に対しこの光電変換装置自体の昇温を
防ぎ、この赤外光を含む太陽エネルギをこの裏面電極側
に接して設けられた冷却用の熱電変換装置にて熱エネル
ギに変換させると共にこの熱電変換装置を光に対して直
列接続せしめたことにある。その結果同一照射面側にて
光−電及び光−熱変換により総合変換効率を79〜80
%にまで高めることができた。
本実施例は珪素のアモルファスまたはセミアモルファス
半導体を利用した光電変換装置をヒートバイブを用いた
光−熱変換装置とを一体化したことを特徴としている。
さらに本発明は光電変換装置を透過してきた赤外線を利
用してその裏面に設けられた冷却部に熱エネルギを与え
、結果として変換装置の昇温を防ぐとともに、ヒートバ
イブ系による光電変換装置としての水を暖めることをそ
れぞれ個別にするのではな(一体化して、光照射面積を
増やすことな〈実施し、ないしは太陽光を一部電気に変
換し、一部を暖水に用いることにより総合利用効率を4
0%以上にすることを特徴としている。
その結果、一般家庭の限られた面積の屋根を利用して太
陽光の一部を発電にまた他の一部を湯沸かしに利用した
きわめて効果の高い太陽エネルギの変換装置を作ること
ができた。
〔本発明の効果〕
本発明の光電変換装置によれば光照射表面及び裏面に設
けた電極を透光性にしたため光電変換しなかった光は裏
面電極での反射で光電変換せず裏面電極を透過するため
、光電変換装置の昇温を防止することができ、更にその
ことによりて光電変換効率を高めることができた。更に
本発明の光電変換装置を利用すれば、波長の短い光によ
り発電をさせ、また該装置を透過した波長の長い光によ
り発熱をさせることが可能となるため光電変換において
無駄になっていた光を発熱に利用することも可能である
【図面の簡単な説明】
第1図(A) 、 (C)は本発明の光電変換装置を示
し、(B) 、 (D)はそれぞれ(A) 、 (C)
に対応するエネルギバンド図を示している。 第2図は本発明の光電変、換装置にて得られた波長に対
する透過光の特性を示す。 第3図は本発明の光電変換装置を用いた半導体の光吸収
係数と波長との関係および太陽光のスペクトルを示す。 第4図は従来の光電変換装置の縦断面図を示す。 第5図、第6図は本発明の光電変換装置と光熱変換装置
とを一体化した光電変換装置の実施例を示す。 1・・・半導体 2・・・裏面電極 3・・・透光性電極 4・・・外部引き出し電極

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光照射により光起電力を発生する半導体層の光照
    射表面および裏面に設けられた電極が透光性を有してい
    ることを特徴とする光電変換装置。
  2. (2)特許請求の範囲第(1)項において光電変換装置
    がMIS型であることを特徴とする光電変換装置。
  3. (3)特許請求の範囲第(1)項において透光性を有し
    ている電極がスズ、インジューム、アンチモンの酸化物
    から成ることを特徴とする光電変換装置。
  4. (4)特許請求の範囲第(1)項において半導体層の厚
    さが0.3〜3μmであることを特徴とする光電変換装
    置。
  5. (5)特許請求の範囲第(1)項において半導体層のエ
    ネルギバンド巾が1.4eV以上であることを特徴とす
    る光電変換装置。
JP61217385A 1986-09-13 1986-09-13 光電変換装置 Pending JPS6263480A (ja)

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Cited By (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01150714U (ja) * 1988-03-28 1989-10-18

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5544793A (en) * 1978-09-25 1980-03-29 Rca Corp Amorphous silicon solar battery
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