JPS6321880A

JPS6321880A - 光起電力装置

Info

Publication number: JPS6321880A
Application number: JP61167079A
Authority: JP
Inventors: Yukio Nakajima; 行雄中嶋; Kaneo Watanabe; 渡邉　金雄
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1986-07-15
Filing date: 1986-07-15
Publication date: 1988-01-29
Anticipated expiration: 2010-01-18
Also published as: JPH073875B2

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】童呈上■且■公団本発明は複数個の単位発電素子を積層した光起電力装置
に関する。

従来の技術ｐｉｎ　、ｐｎ−ｎ十等の半導体接合を有する単位発電
素子を２重、３重或いはそれ以上の多重に積層した構造
の光起電力装置は、例えば特開昭５５−１２５６８０号
公報等において既に知られている。この様な構造の光起
電力装置は、光入射側から見て前段の単位発電素子に於
いて発電に寄与することなく透過した光を、後段の単位
発電素子に於いて吸収することができトータル的な光電
変換効率を上昇することができる。また各単位発電素子
の光活性層の光学禁止帯幅（Ｅｏｐｔ）を調整すれば各
単位発電素子に於ける光ピーク波長をシフトすることが
でき、より一層の光電変換効率の上昇が図れる。

この場合、各単位発電素子を電気的に直列の状態で接合
すると、全体の発電電流が、一番発電能力の低い単位発
電素子の発電電流で規制されるし、単位発電素子と単位
発電素子との間にはさまれる、発電電流とは逆方向のｐ
ｉｎ接合における損失があるなど、デバイス設計上問題
がある。そこで、従来は、第４図に示すように単位発電
素子４１．４２間を透明絶縁層４３によって電気的にｖ
Ａ録し、各単位発電素子４１．４２毎に独立して発電電
流が取り出せる構造とすることによって、上記した課題
の解決を図っている。第４図中、４４はガラス基板、４
５゜４６、４７は透明電極層、４８は裏面金属である。

第５図は第４図の光起電力装置のエネルギー準位図であ
る。

明が解°しようとする問題点ところで、第４図に示す従来装置においては、各単位発
電素子におけるドープ層（ｐ層、ｎ層）特に透明絶縁層
４３に近い側のドープ層（図中、４１ａ、４２ａ）の厚
みが薄いと、エネルギー準位図Ａ、　　Ｂで示す部分の
ポテンシャルが小さくなり電池として機能しなくなるの
で、ドープ層４１ａ、４２ａは膜厚を厚くせねばならな
い。

しかしながら、このドープ層の膜厚が厚いとそれだけ光
通過量が減ぜられるので後段の単位発電素子の光量が落
ち、総合的な光電変換効率の低下を招くという問題があ
る。

本発明はこのような問題点に鑑み、複数の単位発電素子
を電気的に独立した状態で積層したものにおいて単位発
電素子のドープ層の膜厚を薄くできて、透光量を太き（
減光することなく後段の単位発電素子に供給し得るとい
う優れた光起電力装置を提供することを目的としている
。

ル題占をｒ′するための手ｒ上記目的を達成するため本発明は、単位発電素子を複数
個積層した光起電力装置であって、隣合う単位発電素子
が互いに逆極性になる向きに配されると共に、両素子の
間に、表面に集電極が配された一対の透明絶縁層で透明
導電層を挾んだ構造の光透過性積層体が介挿されている
ことを特徴としている。

作　　　　　用透明導電層に、単位発電素子の中で生成されたキャリヤ
のうち集電極で収集されるキャリヤとは逆極性の電圧を
印加すると、その印加電圧によって前記キャリヤを加速
する方向の電界ができる。

この電界は集電極に近いドープ層（ｐ層又はｎＪｉ）の
ポテンシャルを高めるのと同じ作用を果たすので、集電
極に近いドープ層を薄くしても単位発電素子が光電池と
・しての機能を損なうことがない。

そして、集電極に近い側のドープ層を薄くできることか
ら、光透過量の低下が少なくなり、その分後段の単位発
電素子への光供給量を増大することができ、総合的な光
電変換効率の向上が図れる。

去−ＪＬＩ！Ｌ第１図は本発明の一実施例として、２つの単位発電素子
１．２を積層した光起電力装置を示している。単位発電
素子１．２は例えばｐｎ接合の間にｉ層を設けたいわゆ
るｐｉｎ型構造のものを用い、それを光透過性積層体３
を介してｐ層同士が向き合う方向に配している。

光透過性積層体３は、表面に集電極４・・・を配した一
対の透明′ＩＩ＠縁層５，５で透明導電層６を挾んだ構
造をしている。集電極４・・・は単位発電素子１゜２中
で生成されるキャリヤのうち正札を収集するもので、例
えばＩＴＯ，ＳｎＯ□等の透光性導電酸化物によって（
し型状に形成される。キャリヤの収集効率だけを考慮す
れば、集電極４・・・としてはくし形電極よりも全面電
極の方が望ましいが、全面電極にすると透明導電層６に
印加する電圧による電界が単位発電素子に作用しなくな
るという不都合を生じるので、くシ形に形成される。ま
た、集電極４・・・どしては上記透光性材料の他に金属
であれば使用可能であるが、その場合は後段への光透過
を考慮して１００Å以下の薄膜で形成する必要がある。

透明絶縁層５．５は例えばＳｉＯ□、ＳｉＣ，Ｓｉ、Ｎ
ａ等の絶縁材料を用いて１ｏｏｏÅ以下の厚みで形成さ
れる。

透明導電層６は集電極４・・・と同じ透光性導電酸化物
で、１０００Å以下の厚みに形成される。図中、７は透
明なガラス基板、８は透明電極、９は裏面金属である。

上記構成によれば、透明導電層６に集電極４・・・で収
集するキャリヤと逆極性の電圧を印加する。

図示例の場合、正孔が集電極４・・・に収集されるので
、透明導電層６に負の電圧、例えば５０■を印加する。

すると、その電圧によって単位発電素子１゜２の正孔を
集電極の方向へ加速する電界が形成されるので、光の入
射より、ｉ層内に対生成した電子・正孔のうち正札が前
記電界によって加速され、効率よく集電極４・・・に捕
集される。一方、電子はｎＪｉに達する。従って、集電
極４・・・と透明導電層８若しくは裏面電極９に接続さ
れた出力端子Ｔ１゜Ｔ、、Ｔ３．Ｔ、間に入射光量に比
例した電圧を生じる。

ここで、透明導電層に印加する電圧は電位だけを利用す
るものであるから、実効的なエネルギー損失にならない
。従って、透明導電層６への電圧印加方法として外部電
源を用いなくても、例えば本実施例の光起電力装置と同
一基板上に別途に巣位発電素子を設け、その素子の発電
電圧を用いるようにすることもできる。

第２図に、上記光起電力装置のエネルギー準位図を示す
。透明導電層６に電圧を印加すると、それの作る電界に
よって、図中Ｃ，Ｄで示す部分のポテンシャルが大きく
なり、そのため、集電極４・・・に近い側のドープ層（
図示例ではｐ層）の膜厚を薄くしても必要なポテンシャ
ルを確保できる。

理論上は上記ドープ層をなくすこともできる。通常該ド
ープ層は０〜１００人の範囲で設定できる。

因みに従来の光起電力装置であれば、２００〜３００人
の厚みが必要である。

また、透明導電層６の印加電圧によって作られる電界に
よりキャリヤ（正孔）が加速されるため、移動中におけ
るキャリヤの再結合も減少でき、従って、本実施例の光
起電力装置は光劣化に関しても有利である。

第１表に、第４図に示した従来構造と第１図に示した本
実施例の構造との特性の比較を示す。このデータは、透
明導電層６に一５０■の電圧を印加し、ＡＭ−１１００
ｍｗ／ａａの光照射した場合のもノテある。

表から、本実施例のものは開放電圧に関して従来例とほ
とんど変わりないのに、Ｉｓｃ、特に後段側単位発電素
子のＩｓｃが大きく、従って後段側の変換効率が著しく
向上していることがわかる。このような変換効率の向上
は、透明導電層６の印加電圧による電界の作用によって
集電極４・・・に近い側のドープ層を薄く形成すること
ができたことに起因していることは勿論である。

上記構成の光起電力装置は次の如くして製造される。即
ち、ガラス基板７上に熱ＣＶＤ法、スパッタ法或いは電
子ビーム蒸着法等で透明導電層８を形成した後、前段側
のｐｉｎ型単位発電素子１をアモルファスシリコンを主
材とした材料を用い、公知のグロー放電法、光ＣＶＤ法
等で形成する。

次いで、くし形マスクを用いて透光性導電酸化物をくし
形に形成或いはＡｌ、Ｍｇ等の金属を蒸着することによ
って集電極４・・・を形成し、その上にグロー放電法、
光ＣＶＤ法等で透明絶縁層５を形成し、更に同様の手法
で透明導電Ｎ６、透明絶縁層５、集電極４・・・の順に
形成する。そして、その上に後段側の単位発電素子２を
、アモルファスシリコン或いはアモルファスシリコンゲ
ルマニュウムを主材としだ材料で形成し、最後に、１１
等の金属を表面全面に、蒸着することによって裏面金属
９を形成する。

もっとも、光起電力装置の製造方法としては、上記方法
以外に、例えばガラス基板７上に透明導電層８が単位発
電素子１．′集電極４〜透明絶縁層５までを形成し、一
方金属基板（９）上に後段側単位発電素子２、集電極４
〜、透明絶縁Ｎ５を形成し、この両者を透明絶縁層５．
５が向き合った状態で透光性導電ペースト（６）を用い
て接着するという方法によることもできる。

尚、上記実施例では２つの単位発電素子１．２はｐ層同
士が向き合うように配しているが、ｎ層同士が向き合う
ように配、することもできる。その場合、透明導電層へ
の印加電圧は上記実施例とは逆極性になる。

上記実施例では２つの単位発電素子１，２を積層してい
るが、３個以上の単位発電素子を積層したものにも本発
明を適用できることは勿論である。

第３図は単位発電素子３個を積層した場合の構成を示す
。図中、１０は最終段の単位発電素子、Ｔ。

Ｔ、はその素子の出力を取り出すため出力端子である。

また、上記いずれの実施例においても、ｐｉｎ構造の単
位発電素子は複数の単位発電素子のうち一個でもよいし
、或いは全ての単位発電素子がｐｎ−ｎ”構造のもので
あってもかまわない。

Ｕ至」Ｌ釆以上説明したように本発明によれば、光透過性積層体の
仲居の透明導電層に集電極に収集されるキャリヤと逆極
性の電圧を印加し、その電圧による電界によって前記キ
ャリヤを加速し収集効率をたかめたので、発電機能を落
とすことなく集電極に近い側のドープ層の膜厚を薄く若
しくは零にでき、その結果、後段側の単位発電素子に十
分な光量を供給でき、後段側単位発電素子の光電変換効
率を高め、装置全体の総合効率の向上が図れるといった
効果がある。

加えて、透明導電層の印加電圧による電界によって単位
発電素子中のキャリヤを加速するので、キャリヤの再結
合が減少し、光劣化を防止するといった効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての光起電力装置を示す
構造図、第２図は第１図の装置のエネルギー準位図、第
３図は本発明の他の一実施椀を示す光起電力装置の構造
図、第４図は従来の光起電力装置を示す構造図、第５図
は第４図の装置のエネルギー準位図である。１．２・・・単位発電素子、３・・・光透過性積層体４
・・・集電極、５・・・透明絶縁層、６・・・透明導電
層。第１図先第２図第３図尤ダを第４図旭第５図絶成層

Claims

【特許請求の範囲】

（１）単位発電素子を複数個積層した光起電力装置であ
って、隣合う単位発電素子が互いに逆極性になる向きに
配されると共に、両素子の間に、表面に集電極が配され
た一対の透明絶縁層で透明導電層を挾んだ構造の光透過
性積層体が介挿されていることを特徴とする光起電力装
置。
（２）前記透明導電層には単位発電素子で発生したキャ
リアのうち集電極で収集するものの極性と逆極性の電圧
が印加されていることを特徴とする特許請求の範囲第（
１）項記載の光起電力装置。
（３）複数個の単位発電素子の少なくとも一つはアモル
ファス半導体を主体とするものであることを特徴とする
特許請求の範囲第（１）項若しくは第（２）項のいずれ
かに記載の光起電力装置。
（４）複数個の単位発電素子の少なくとも一つはｐｉｎ
接合を有することを特徴とする特許請求の範囲第（１）
項乃至第（３）項のいずれかに記載の光起電力装置。
（５）集電極はくし形構造に形成されていることを特徴
とする特許請求の範囲第（１）項乃至第（４）項のいず
れかに記載の光起電力装置。
（６）透明導電層に印加される電圧は、同一基板上に設
けた異なる単位発電素子の発する電圧を用いることを特
徴とする特許請求の範囲第（１）項乃至第（５）項のい
ずれかに記載の光起電力装置。