JPWO2019167227A1 - Photoelectric conversion element and photoelectric conversion module - Google Patents

Photoelectric conversion element and photoelectric conversion module Download PDF

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保聡 屋敷
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Abstract

本発明は、入射した光を効率良く光電変換することが可能な光電変換素子および当該光電変換素子を備える光電変換モジュールを提供することを目的とする。本発明による光電変換素子は、透明基板(2)と、透明基板(2)上に形成された第1透明電極(3)と、第1透明電極(3)上に積層して形成された少なくとも3つの光電変換層(7,8,9)と、各光電変換層(7,8,9)のうちの最上の光電変換層(9)上に形成された第2透明電極(5)とを備え、各光電変換層(7,8,9)は、光吸収層(12)を有し、第1透明電極(3)および第2透明電極(5)に接しない光電変換層(8)の光吸収層(12)は、第1透明電極(3)に接する光電変換層(7)の光吸収層(12)、および第2透明電極(5)に接する光電変換層(9)の光吸収層(12)よりもバンドギャップが小さい。It is an object of the present invention to provide a photoelectric conversion element capable of efficiently photoelectrically converting incident light and a photoelectric conversion module including the photoelectric conversion element. The photoelectric conversion element according to the present invention is formed by at least a transparent substrate (2), a first transparent electrode (3) formed on the transparent substrate (2), and a laminate formed on the first transparent electrode (3). Three photoelectric conversion layers (7, 8, 9) and a second transparent electrode (5) formed on the uppermost photoelectric conversion layer (9) of each photoelectric conversion layer (7, 8, 9) are provided. Each of the photoelectric conversion layers (7, 8, 9) has a light absorption layer (12), and the photoelectric conversion layer (8) is not in contact with the first transparent electrode (3) and the second transparent electrode (5). The light absorption layer (12) is a light absorption layer (12) of the photoelectric conversion layer (7) in contact with the first transparent electrode (3) and a light absorption layer of the photoelectric conversion layer (9) in contact with the second transparent electrode (5). Bandgap smaller than layer (12).

Description

本発明は、複数の光電変換層を積層した薄膜積層型の光電変換素子および当該光電変換素子を備える光電変換モジュールに関し、特に対向する両面で受光可能な光電変換素子および当該光電変換素子を備える光電変換モジュールに関する。   The present invention relates to a thin-film stacked photoelectric conversion element in which a plurality of photoelectric conversion layers are stacked, and a photoelectric conversion module including the photoelectric conversion element, and in particular, a photoelectric conversion element capable of receiving light on both opposing surfaces and a photoelectric conversion element including the photoelectric conversion element. Regarding the conversion module.

近年、太陽光発電所の導入が積極的に進められている。太陽電池は、重要な分散電源の1つとして需要が見込まれており、また、住宅発電用途にも需要が見込まれている。さらに、様々な情報を多数のセンサを用いて収集し、収集したデータをビッグデータとして解析して利用するIoT(Internet of Things)においても、太陽電池は、多数のセンサの動作電源を確保する必要があるとの観点から、配線コストがかからない環境発電素子として注目されている。   In recent years, the introduction of solar power plants has been actively promoted. Demand for solar cells is expected as one of important distributed power sources, and demand is also expected for residential power generation applications. Furthermore, in the IoT (Internet of Things), in which various information is collected using a large number of sensors and the collected data is analyzed and used as big data, the solar cell needs to secure the operation power supply of a large number of sensors. In view of the above, attention has been paid to an energy harvesting element that does not require wiring cost.

住宅の室内、事務所、または工場などで太陽電池を環境発電素子として利用する場合、太陽光発電所のような屋外とは異なり、微弱な室内照明の光で発電する必要がある。この場合、屋外で一般的に利用されている結晶シリコン系太陽電池では、入射光量が低下した時の光電変換の変換損失が大きいという問題がある。従って、微弱な入射光でも変換効率が低下しにくいアモルファスシリコンまたは有機薄膜を光電変換層に用いた薄膜系太陽電池が利用されている。   When a solar cell is used as an energy harvesting element in a house, an office, a factory, or the like, it is necessary to generate electricity with weak indoor lighting, unlike an outdoor place such as a solar power plant. In this case, a crystalline silicon solar cell generally used outdoors has a problem that the conversion loss of the photoelectric conversion when the incident light amount is reduced is large. Therefore, a thin-film solar cell using an amorphous silicon or organic thin film for a photoelectric conversion layer, whose conversion efficiency is unlikely to be reduced even with weak incident light, is used.

アモルファスシリコンを用いた太陽電池に代表される薄膜シリコン系光電変換素子では、変換効率を向上させる方法の1つとして、2つ以上の光電変換層を積層した薄膜積層型の光電変換素子が考案されている。薄膜積層型の光電変換素子では、光入射側に大きなバンドギャップを有する光電変換層を設け、当該光電変換層から光入射側とは反対側に向かって順に小さくなるようなバンドギャップを有する光電変換層を設けることによって、入射光の広い波長範囲に渡って効率良く光電変換することを可能にしている(例えば、特許文献1参照)。   In a thin-film silicon-based photoelectric conversion element represented by a solar cell using amorphous silicon, a thin-film stacked-type photoelectric conversion element in which two or more photoelectric conversion layers are stacked has been devised as one method for improving conversion efficiency. ing. In a thin-film laminated photoelectric conversion element, a photoelectric conversion layer having a large band gap is provided on the light incident side, and the photoelectric conversion layer has a band gap that decreases in order from the photoelectric conversion layer to the side opposite to the light incident side. By providing the layer, it is possible to efficiently perform photoelectric conversion over a wide wavelength range of incident light (for example, see Patent Document 1).

また、太陽電池モジュールの出力を増加させるために、正面からの入射光だけでなく、周辺環境による反射などで裏面に入射する光も内部に取り込む構造である両面受光型を採用した太陽電池モジュールが考案されている(例えば、特許文献2参照)。   In addition, in order to increase the output of the solar cell module, a solar cell module that adopts a double-sided light-receiving type, which is a structure that captures not only light incident from the front but also light incident on the back due to reflection from the surrounding environment etc. It has been devised (for example, see Patent Document 2).

特開2002−237608号公報JP 2002-237608 A 特開2000−243989号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-243989

従来、変換効率が高い薄膜積層型の光電変換素子に対して、屋内のような複数の光源から入射する光を最大限内部に取り込むために対向する両面で受光可能な構造を適用しても、裏面側から入射する光に対して最適なバンドギャップ配置とはならず、光電変換の変換効率が低くなるという問題があった。   Conventionally, even for a photoelectric conversion element of a thin film lamination type having a high conversion efficiency, even if a structure capable of receiving light on both opposing surfaces in order to capture light incident from a plurality of light sources such as indoors as much as possible, There is a problem that the band gap arrangement is not optimal for the light incident from the back side, and the conversion efficiency of the photoelectric conversion is reduced.

特許文献1では、光が一方向から入射することを前提としており、様々な方向から入射する室内照明などの光を光電変換素子に入射させることができないという問題がある。また、特許文献2では、両面から光を入射させることができるモジュール構造が示されているが、このモジュール構造内に特許文献1のような薄膜積層型の光電変換素子の裏面電極を透光性材料に変更して配置しても、裏面側から入射した光を効率良く光電変換することができないという問題がある。このように、従来では、光電変換の効率の向上に改善の余地があった。   Patent Literature 1 is based on the premise that light is incident from one direction, and has a problem that light such as indoor lighting that enters from various directions cannot be incident on the photoelectric conversion element. Patent Document 2 discloses a module structure that allows light to enter from both sides. In this module structure, a back electrode of a thin-film laminated photoelectric conversion element as disclosed in Patent Document 1 is provided. Even if the material is changed and arranged, there is a problem that light incident from the back side cannot be efficiently photoelectrically converted. Thus, conventionally, there is room for improvement in the efficiency of photoelectric conversion.

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、入射した光を効率良く光電変換することが可能な光電変換素子および当該光電変換素子を備える光電変換モジュールを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and it is an object of the present invention to provide a photoelectric conversion element capable of efficiently performing photoelectric conversion on incident light and a photoelectric conversion module including the photoelectric conversion element. Aim.

上記の課題を解決するために、本発明による光電変換素子は、透明基板と、透明基板上に形成された第1透明電極と、第1透明電極上に積層して形成された少なくとも3つの光電変換層と、各光電変換層のうちの最上の光電変換層上に形成された第2透明電極とを備え、各光電変換層は、光吸収層を有し、第1透明電極および第2透明電極に接しない光電変換層の光吸収層は、第1透明電極に接する光電変換層の光吸収層、および第2透明電極に接する光電変換層の光吸収層よりもバンドギャップが小さい。   In order to solve the above problems, a photoelectric conversion element according to the present invention includes a transparent substrate, a first transparent electrode formed on the transparent substrate, and at least three photoelectric layers stacked on the first transparent electrode. A conversion layer, and a second transparent electrode formed on the uppermost photoelectric conversion layer of the photoelectric conversion layers. Each photoelectric conversion layer has a light absorbing layer, and includes a first transparent electrode and a second transparent electrode. The light absorption layer of the photoelectric conversion layer not in contact with the electrode has a smaller band gap than the light absorption layer of the photoelectric conversion layer in contact with the first transparent electrode and the light absorption layer of the photoelectric conversion layer in contact with the second transparent electrode.

本発明によれば、光電変換素子は、透明基板と、透明基板上に形成された第1透明電極と、第1透明電極上に積層して形成された少なくとも3つの光電変換層と、各光電変換層のうちの最上の光電変換層上に形成された第2透明電極とを備え、各光電変換層は、光吸収層を有し、第1透明電極および第2透明電極に接しない光電変換層の光吸収層は、第1透明電極に接する光電変換層の光吸収層、および第2透明電極に接する光電変換層の光吸収層よりもバンドギャップが小さいため、入射した光を効率良く光電変換することが可能となる。   According to the present invention, a photoelectric conversion element includes: a transparent substrate; a first transparent electrode formed on the transparent substrate; at least three photoelectric conversion layers formed by stacking on the first transparent electrode; A second transparent electrode formed on the uppermost photoelectric conversion layer of the conversion layers, wherein each photoelectric conversion layer has a light absorbing layer and is not in contact with the first transparent electrode and the second transparent electrode. The light absorbing layer has a smaller band gap than the light absorbing layer of the photoelectric conversion layer in contact with the first transparent electrode and the light absorbing layer of the photoelectric conversion layer in contact with the second transparent electrode. It can be converted.

本発明の目的、特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。   The objects, features, aspects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description and the accompanying drawings.

本発明の実施の形態1による光電変換素子の構成の一例を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a photoelectric conversion element according to a first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1による光電変換層の構成の一例を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a photoelectric conversion layer according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1による光電変換層のエネルギーバンド構造の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an energy band structure of a photoelectric conversion layer according to the first embodiment of the present invention. 白色LEDの光の波長スペクトルの一例を示す図である。It is a figure showing an example of a wavelength spectrum of light of a white LED. 本発明の実施の形態1による各光電変換層のエネルギーバンド構造の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an energy band structure of each photoelectric conversion layer according to the first embodiment of the present invention. 白色LEDの光の波長スペクトルの一例を示す図である。It is a figure showing an example of a wavelength spectrum of light of a white LED. アモルファス炭化シリコンを光吸収層とした場合における光電変換素子の出力特性をシミュレーションした結果の一例を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a result obtained by simulating output characteristics of a photoelectric conversion element when amorphous silicon carbide is used as a light absorption layer. 本発明の実施の形態1による光電変換素子の開放電圧および短絡電流の入射光強度依存性の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of incident light intensity dependence of an open circuit voltage and a short circuit current of the photoelectric conversion element according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態2による光電変換素子の構成の一例を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a photoelectric conversion element according to a second embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態3による光電変換素子の構成の一例を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a photoelectric conversion element according to a third embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1による各光電変換層における電子および正孔の挙動を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the behavior of electrons and holes in each photoelectric conversion layer according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態3による各光電変換層における電子および正孔の挙動を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the behavior of electrons and holes in each photoelectric conversion layer according to the third embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態4による光電変換モジュールの構成の一例を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a photoelectric conversion module according to Embodiment 4 of the present invention. 本発明の実施の形態4による光電変換モジュールの構成の一例を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a photoelectric conversion module according to Embodiment 4 of the present invention. 本発明の実施の形態4による光電変換モジュールの構成の一例を示す上面図である。FIG. 13 is a top view illustrating an example of a configuration of a photoelectric conversion module according to Embodiment 4 of the present invention. 本発明の実施の形態5による光電変換モジュールの構成の一例を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a photoelectric conversion module according to Embodiment 5 of the present invention. 本発明の実施の形態6による光電変換モジュールの構成の一例を示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a photoelectric conversion module according to Embodiment 6 of the present invention. 本発明の実施の形態6による光電変換モジュールの構成の一例を示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a photoelectric conversion module according to Embodiment 6 of the present invention. 図18のA1−A2断面図である。It is A1-A2 sectional drawing of FIG. 本発明の実施の形態7による光電変換モジュールの構成の一例を示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a photoelectric conversion module according to Embodiment 7 of the present invention. 前提技術による光電変換素子の構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a structure of the photoelectric conversion element by base technology. 前提技術による各光電変換層のエネルギーバンド構造の一例を示す図である。It is a figure showing an example of the energy band structure of each photoelectric conversion layer by a base technology. 前提技術による各光電変換層のエネルギーバンド構造の一例を示す図である。It is a figure showing an example of the energy band structure of each photoelectric conversion layer by a base technology.

本発明の実施の形態について、図面に基づいて以下に説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

<前提技術>
本発明の実施の形態の前提技術について説明する。
<Prerequisite technology>
The base technology of the embodiment of the present invention will be described.

図21は、前提技術による光電変換素子40の構成の一例を示す断面図である。   FIG. 21 is a cross-sectional view illustrating an example of the configuration of the photoelectric conversion element 40 according to the base technology.

図21に示すように、透明基板41上に第1透明電極42が形成されている。第1透明電極42上に第1光電変換層43、第2光電変換層44、および第3光電変換層45が順に積層して形成されている。第3光電変換層45上に第2透明電極46が形成されている。   As shown in FIG. 21, a first transparent electrode 42 is formed on a transparent substrate 41. On the first transparent electrode 42, a first photoelectric conversion layer 43, a second photoelectric conversion layer 44, and a third photoelectric conversion layer 45 are sequentially laminated. The second transparent electrode 46 is formed on the third photoelectric conversion layer 45.

図22は、前提技術による各光電変換層43,44,45のエネルギーバンド構造の一例を示す図である。なお、図22は、図21に示す光電変換素子40に特許文献1の構造を適用した場合の一例を示している。図22に示すエネルギーバンド構造を有する光電変換素子40は、一方向から入射する光を受光する。   FIG. 22 is a diagram illustrating an example of the energy band structure of each of the photoelectric conversion layers 43, 44, and 45 according to the base technology. Note that FIG. 22 illustrates an example in which the structure of Patent Document 1 is applied to the photoelectric conversion element 40 illustrated in FIG. The photoelectric conversion element 40 having the energy band structure illustrated in FIG. 22 receives light incident from one direction.

図22において、Eg1は第1光電変換層43のバンドギャップを示し、Eg2は第2光電変換層44のバンドギャップを示し、Eg3は第3光電変換層45のバンドギャップを示している。また、ELは入射光の光エネルギーを示している。図22に示すように、光入射側である透明基板41側から順にバンドギャップが小さくなるように第1光電変換層43、第2光電変換層44、および第3光電変換層45が形成されている。すなわち、Eg1>Eg2>Eg3の関係が成り立っている。   In FIG. 22, Eg1 indicates the band gap of the first photoelectric conversion layer 43, Eg2 indicates the band gap of the second photoelectric conversion layer 44, and Eg3 indicates the band gap of the third photoelectric conversion layer 45. EL indicates the light energy of the incident light. As shown in FIG. 22, a first photoelectric conversion layer 43, a second photoelectric conversion layer 44, and a third photoelectric conversion layer 45 are formed such that the band gap becomes smaller in order from the transparent substrate 41 side which is the light incident side. I have. That is, the relationship of Eg1> Eg2> Eg3 holds.

このような構成において、入射光のうちの高い光エネルギーを有する光は、最も大きなバンドギャップEg1を有する第1光電変換層43で吸収されて光電変換が行われる。また、入射光のうちの小さな光エネルギーを有する光は、第1光電変換層43よりもバンドギャップが小さい第2光電変換層44および第3光電変換層45で吸収されて光電変換が行われる。このように、図22に示すエネルギーバンド構造を有する光電変換素子は、入射光の広い波長範囲に渡って効率良く光電変換することが可能である。   In such a configuration, of the incident light, light having high light energy is absorbed by the first photoelectric conversion layer 43 having the largest band gap Eg1, and photoelectric conversion is performed. In addition, light having low light energy among the incident light is absorbed by the second photoelectric conversion layer 44 and the third photoelectric conversion layer 45 whose band gap is smaller than that of the first photoelectric conversion layer 43, and photoelectric conversion is performed. As described above, the photoelectric conversion element having the energy band structure illustrated in FIG. 22 can efficiently perform photoelectric conversion over a wide wavelength range of incident light.

図22に示すエネルギーバンド構造を有する光電変換素子は、光が一方向から入射することを前提としている。しかし、例えば、住宅の室内、事務所、または工場などで光電変換素子を利用する場合、太陽光発電所のような屋外とは異なり、様々な場所に設置された室内照明から入射する光を想定しなければならないが、図22に示すエネルギーバンド構造を有する光電変換素子では、様々な方向から入射する室内照明などの光を効率良く光電変換することができないという問題がある。   The photoelectric conversion element having the energy band structure illustrated in FIG. 22 is based on the assumption that light is incident from one direction. However, for example, when a photoelectric conversion element is used in a house indoors, an office, or a factory, unlike the outdoors such as a solar power plant, light incident from indoor lighting installed in various places is assumed. However, the photoelectric conversion element having the energy band structure shown in FIG. 22 has a problem that light such as room lighting that enters from various directions cannot be photoelectrically converted efficiently.

図23は、前提技術による各光電変換層43,44,45のエネルギーバンド構造の一例を示す図である。なお、図23は、図21に示す光電変換素子40に特許文献2の構造を適用した場合の一例を示している。図23に示すエネルギーバンド構造を有する光電変換素子40は、対向する両面に光が入射する。   FIG. 23 is a diagram illustrating an example of the energy band structure of each of the photoelectric conversion layers 43, 44, and 45 according to the base technology. FIG. 23 illustrates an example in which the structure of Patent Document 2 is applied to the photoelectric conversion element 40 illustrated in FIG. In the photoelectric conversion element 40 having the energy band structure shown in FIG. 23, light enters both opposing surfaces.

図23において、Eg1は第1光電変換層43のバンドギャップを示し、Eg2は第2光電変換層44のバンドギャップを示し、Eg3は第3光電変換層45のバンドギャップを示している。また、ELRは裏面入射光の光エネルギーを示している。ここで、裏面入射光とは、第2透明電極46側から入射する光のことをいう。各光電変換層43,44,45のエネルギーギャップの関係は、図22と同様である。なお、図示していないが、透明基板41側からも光が入射する。   In FIG. 23, Eg1 indicates the band gap of the first photoelectric conversion layer 43, Eg2 indicates the band gap of the second photoelectric conversion layer 44, and Eg3 indicates the band gap of the third photoelectric conversion layer 45. ELR indicates the light energy of the rear incident light. Here, the back side incident light refers to light incident from the second transparent electrode 46 side. The relationship between the energy gaps of the photoelectric conversion layers 43, 44, and 45 is the same as that in FIG. Although not shown, light also enters from the transparent substrate 41 side.

図23に示す構成において、裏面入射光は、最も小さなバンドギャップEg3を有する第3光電変換層45で吸収されて光電変換が行われる。このとき、ELR−Eg3分のエネルギーが損失となってしまう。このように、図23に示すエネルギーバンド構造を有する光電変換素子は、透明基板41側から入射する入射光については効率良く光電変換することが可能であるが、裏面入射光については効率良く光電変換することができない。また、近年の省エネ化の要求によって採用が多くなっているLED(Light Emitting Diode)光源の特性を考慮すると、上記損失の影響は大きくなると考えられる。   In the configuration shown in FIG. 23, the light incident on the back surface is absorbed by the third photoelectric conversion layer 45 having the smallest band gap Eg3, and photoelectric conversion is performed. At this time, energy for ELR-Eg3 is lost. As described above, the photoelectric conversion element having the energy band structure shown in FIG. 23 can efficiently perform photoelectric conversion on incident light incident from the transparent substrate 41 side, but efficiently perform photoelectric conversion on backside incident light. Can not do it. In addition, considering the characteristics of LED (Light Emitting Diode) light sources that have been widely adopted due to recent demands for energy saving, it is considered that the influence of the above-described loss increases.

本発明の実施の形態では、このような問題を解決するためになされたものであり、以下に詳細に説明する。   The embodiment of the present invention has been made to solve such a problem, and will be described in detail below.

<実施の形態1>
<構成>
図1は、本発明の実施の形態1による光電変換素子1の構成の一例を示す断面図である。
<First Embodiment>
<Structure>
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a photoelectric conversion element 1 according to Embodiment 1 of the present invention.

図1に示すように、支持基板である透明基板2上に第1透明電極3が形成されている。第1透明電極3上に第1光電変換層7、第2光電変換層8、および第3光電変換層9が順に積層して形成されている。第1光電変換層7、第2光電変換層8、および第3光電変換層9は、光電変換領域4を構成している。第3光電変換層9上に第2透明電極5が形成されている。第2透明電極5上に封止剤6が形成されている。   As shown in FIG. 1, a first transparent electrode 3 is formed on a transparent substrate 2 which is a support substrate. On the first transparent electrode 3, a first photoelectric conversion layer 7, a second photoelectric conversion layer 8, and a third photoelectric conversion layer 9 are sequentially laminated and formed. The first photoelectric conversion layer 7, the second photoelectric conversion layer 8, and the third photoelectric conversion layer 9 constitute the photoelectric conversion region 4. The second transparent electrode 5 is formed on the third photoelectric conversion layer 9. A sealant 6 is formed on the second transparent electrode 5.

透明基板2は、ガラス、プラスチック、または樹脂シートなど、100℃〜300℃程度の光電変換層の形成プロセスに耐え得る素材を使用する。   The transparent substrate 2 is made of a material that can withstand a process of forming a photoelectric conversion layer at about 100 ° C. to 300 ° C., such as glass, plastic, or a resin sheet.

第1透明電極3および第2透明電極5は、酸化錫、酸化チタン、酸化インジウム錫、酸化マグネシウム、酸化亜鉛などの金属酸化物からなり、スパッタ法、有機金属気相成長(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:MOCVD)法、または蒸着法などを用いて形成される。   The first transparent electrode 3 and the second transparent electrode 5 are made of a metal oxide such as tin oxide, titanium oxide, indium tin oxide, magnesium oxide, and zinc oxide, and are formed by sputtering, metal organic chemical vapor deposition (Metal Organic Chemical Vapor Deposition). : MOCVD) method or an evaporation method.

第1光電変換層7、第2光電変換層8、および第3光電変換層9は、光電変換可能な材料を用いることにより形成される。例えば、組成比を変えることによってバンドギャップを制御することが可能なアモルファスシリコン系材料の他、多結晶シリコン系材料、または微結晶シリコン系材料を用いて、スパッタ法、プラズマ化学気相成長(Chemical Vapor Deposition:CVD)法によって第1光電変換層7、第2光電変換層8、および第3光電変換層9を形成することが望ましい。アモルファスシリコン系材料としては、例えばアモルファスシリコン、アモルファス酸化シリコン、アモルファス炭化シリコン、アモルファス窒化シリコン、またはアモルファスゲルマニウムなどが挙げられる。また、分子構造により吸収する波長帯を制御することができるフラーレンまたはπ共役系高分子などの有機分子材料を用いて第1光電変換層7、第2光電変換層8、および第3光電変換層9を形成してもよい。   The first photoelectric conversion layer 7, the second photoelectric conversion layer 8, and the third photoelectric conversion layer 9 are formed by using a material that can perform photoelectric conversion. For example, in addition to an amorphous silicon-based material whose band gap can be controlled by changing a composition ratio, a polycrystalline silicon-based material or a microcrystalline silicon-based material is used, and a sputtering method, a plasma chemical vapor deposition (Chemical It is desirable to form the first photoelectric conversion layer 7, the second photoelectric conversion layer 8, and the third photoelectric conversion layer 9 by a vapor deposition (CVD) method. Examples of the amorphous silicon-based material include amorphous silicon, amorphous silicon oxide, amorphous silicon carbide, amorphous silicon nitride, and amorphous germanium. Further, the first photoelectric conversion layer 7, the second photoelectric conversion layer 8, and the third photoelectric conversion layer are formed using an organic molecular material such as fullerene or a π-conjugated polymer capable of controlling a wavelength band to be absorbed by a molecular structure. 9 may be formed.

封止剤6は、湿気の侵入、外気の侵入、または物理的な損傷から光電変換素子1を保護するために、エチレン酢酸ビニル共重合体(EVA)などの樹脂材料からなる。   The sealant 6 is made of a resin material such as ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA) in order to protect the photoelectric conversion element 1 from invasion of moisture, invasion of outside air, or physical damage.

図2は、光電変換層10の構成の一例を示す断面図である。光電変換層10は、図1に示す第1光電変換層7、第2光電変換層8、および第3光電変換層9を代表したものである。すなわち、第1光電変換層7、第2光電変換層8、および第3光電変換層9の各々は、図2に示す光電変換層10と同じ構成である。   FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an example of the configuration of the photoelectric conversion layer 10. The photoelectric conversion layer 10 is representative of the first photoelectric conversion layer 7, the second photoelectric conversion layer 8, and the third photoelectric conversion layer 9 shown in FIG. That is, each of the first photoelectric conversion layer 7, the second photoelectric conversion layer 8, and the third photoelectric conversion layer 9 has the same configuration as the photoelectric conversion layer 10 shown in FIG.

図2に示すように、光電変換層10は、P型半導体層11、真性半導体からなる光吸収層12、およびN型半導体層13を有している。P型半導体層11上に光吸収層12が形成され、光吸収層12上にN型半導体層13が形成されている。   As shown in FIG. 2, the photoelectric conversion layer 10 includes a P-type semiconductor layer 11, a light absorption layer 12 made of an intrinsic semiconductor, and an N-type semiconductor layer 13. The light absorbing layer 12 is formed on the P-type semiconductor layer 11, and the N-type semiconductor layer 13 is formed on the light absorbing layer 12.

図3は、光電変換層10のエネルギーバンド構造の一例を示す図である。   FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the energy band structure of the photoelectric conversion layer 10.

図3に示すように、光吸収層12において入射光が吸収されて発生した電子−正孔対は、P型半導体層11とN型半導体層13との電位差によって光吸収層12で生じる電界によって分離され、外部に取り出される。このとき、入射光の光エネルギーELと、光吸収層12のバンドギャップEgとのエネルギー差がある場合、ELの光エネルギーを受け取った電子は一旦より高いエネルギー準位に励起された後、当該エネルギー準位とバンドギャップEgとの差分に相当するEL−Eg分のエネルギーを熱として放出する。このとき放出されるエネルギーが、光電変換時の損失となる。   As shown in FIG. 3, the electron-hole pairs generated by absorbing the incident light in the light absorbing layer 12 are generated by the electric field generated in the light absorbing layer 12 due to the potential difference between the P-type semiconductor layer 11 and the N-type semiconductor layer 13. Separated and taken out. At this time, if there is an energy difference between the light energy EL of the incident light and the band gap Eg of the light absorbing layer 12, the electrons having received the light energy of the EL are once excited to a higher energy level, Energy corresponding to EL-Eg corresponding to the difference between the level and the band gap Eg is emitted as heat. The energy released at this time is a loss during photoelectric conversion.

図4は、室内照明として利用されている白色LEDの光の波長スペクトルの一例を示す図である。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a wavelength spectrum of light of a white LED used as indoor lighting.

太陽光は、波長が約300nm〜1200nmの幅広いエネルギーの光を含んでいる。一方、白色LEDは、波長が約400nm〜700nmのエネルギーが比較的高い短波長の光しか含まれていない。従って、小さなバンドギャップを有する光電変換層を光の入射側に設けると、それによる光電変換の損失の影響は、屋外での利用時に比べてはるかに大きいと考えられる。   Sunlight includes light of a wide range of energy having a wavelength of about 300 nm to 1200 nm. On the other hand, a white LED includes only light having a wavelength of about 400 nm to 700 nm and short wavelength light having relatively high energy. Therefore, when a photoelectric conversion layer having a small band gap is provided on the light incident side, the effect of photoelectric conversion loss due to this is considered to be much greater than when used outdoors.

図5は、本実施の形態1による第1光電変換層7、第2光電変換層8、および第3光電変換層9の各々におけるエネルギーバンド構造の一例を示す図である。   FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an energy band structure in each of the first photoelectric conversion layer 7, the second photoelectric conversion layer 8, and the third photoelectric conversion layer 9 according to the first embodiment.

図5に示すように、本実施の形態1による光電変換素子1では、最も小さなバンドギャップEg2を有する第2光電変換層8は、第1光電変換層7、第2光電変換層8、および第3光電変換層9のうちの中心に形成されている。すなわち、最も小さなバンドギャップを有する光電変換層は、複数形成された光電変換層のうちの積層方向の中心に形成されている。   As shown in FIG. 5, in the photoelectric conversion element 1 according to the first embodiment, the second photoelectric conversion layer 8 having the smallest band gap Eg2 includes the first photoelectric conversion layer 7, the second photoelectric conversion layer 8, and the second photoelectric conversion layer 8. It is formed at the center of the three photoelectric conversion layers 9. That is, the photoelectric conversion layer having the smallest band gap is formed at the center of the stacked photoelectric conversion layers in the stacking direction.

また、最も大きなバンドギャップEg1,Eg3を有する第1光電変換層7および第3光電変換層9については、第1光電変換層7は第1透明電極3に隣接するように形成され、第3光電変換層9は第2透明電極5に隣接するように形成されている。このような構成とすることによって、光エネルギーELの入射光が入射する側には、第1光電変換層7と、第1光電変換層7よりもバンドギャップが小さい第2光電変換層8とが順に形成されているため、光電変換時の損失を低減することができる。また、光エネルギーELRの入射光が入射する側には、第3光電変換層9と、第3光電変換層9よりもバンドギャップが小さい第2光電変換層8とが順に形成されているため、光電変換時の損失を低減することができる。   Further, regarding the first photoelectric conversion layer 7 and the third photoelectric conversion layer 9 having the largest band gaps Eg1 and Eg3, the first photoelectric conversion layer 7 is formed so as to be adjacent to the first transparent electrode 3, and the third photoelectric conversion layer 7 is formed. The conversion layer 9 is formed so as to be adjacent to the second transparent electrode 5. With such a configuration, the first photoelectric conversion layer 7 and the second photoelectric conversion layer 8 having a smaller band gap than the first photoelectric conversion layer 7 are provided on the side where the incident light of the light energy EL is incident. Since they are formed in order, loss during photoelectric conversion can be reduced. In addition, the third photoelectric conversion layer 9 and the second photoelectric conversion layer 8 having a smaller band gap than the third photoelectric conversion layer 9 are sequentially formed on the side where the incident light of the light energy ELR is incident. Loss during photoelectric conversion can be reduced.

<本実施の形態1による光電変換素子の詳細な検討>
発明者らが本実施の形態1による光電変換素子を詳細に検討した結果について説明する。
<Detailed Study of Photoelectric Conversion Element According to First Embodiment>
The results of a detailed study of the photoelectric conversion element according to the first embodiment by the inventors will be described.

屋内での利用を想定して、図6に示すような波長スペクトルを有する白色LEDを光源とした場合における光電変換素子の構造のシミュレーションを行った。現在市販されている白色LEDの多くは、図6に示すように、波長が450nmおよび570nm辺りを中心とする2つのピークが重なったような特性を有している。   Assuming indoor use, a simulation of the structure of the photoelectric conversion element was performed when a white LED having a wavelength spectrum as shown in FIG. 6 was used as a light source. As shown in FIG. 6, most of the currently marketed white LEDs have a characteristic in which two peaks having wavelengths around 450 nm and 570 nm overlap each other.

光電変換領域4の厚さは、第1光電変換層7、第2光電変換層8、および第3光電変換層9がどのような材料を使用するのかによって異なるが、第1光電変換層7、第2光電変換層8、および第3光電変換層9の各々によって生成される光電流が一致する必要があるため、使用する材料の吸収係数と、図6に示すような入射光の波長スペクトル特性とに基づいて算出することが可能である。   The thickness of the photoelectric conversion region 4 varies depending on what material is used for the first photoelectric conversion layer 7, the second photoelectric conversion layer 8, and the third photoelectric conversion layer 9, but the thickness of the first photoelectric conversion layer 7, Since the photocurrent generated by each of the second photoelectric conversion layer 8 and the third photoelectric conversion layer 9 needs to match, the absorption coefficient of the material used and the wavelength spectrum characteristics of the incident light as shown in FIG. And can be calculated based on

入射光を全て吸収して光電変換に利用することを考慮すると、光吸収層12にはある程度の厚さが必要となる。一方、特に最もバンドギャップが小さい第2光電変換層8の光吸収層12では、当該光吸収層12の全域に光が到達しない場合は、その光が到達しない領域が高抵抗となり光電変換の効率が低下してしまう。従って、第2光電変換層8の光吸収層12によって入射光をほぼ完全に吸収し得る膜厚tmaxを算出し、第2光電変換層8の膜厚は膜厚tmaxを超えないようにする必要がある。   Considering that all incident light is absorbed and used for photoelectric conversion, the light absorbing layer 12 needs to have a certain thickness. On the other hand, particularly in the light absorption layer 12 of the second photoelectric conversion layer 8 having the smallest band gap, when light does not reach the entire region of the light absorption layer 12, the region where the light does not reach has high resistance and the photoelectric conversion efficiency is high. Will decrease. Therefore, it is necessary to calculate the film thickness tmax at which the light absorption layer 12 of the second photoelectric conversion layer 8 can almost completely absorb the incident light, and make the film thickness of the second photoelectric conversion layer 8 not exceed the film thickness tmax. There is.

また、両面から入射した入射光の各々が第2光電変換層8で全て吸収されて後段には進入しない状況が最も厚い膜厚条件であると考えられる。従って、第2光電変換層8から見て両面側の各々に対して当該膜厚条件が適用されるため、膜厚tmaxの2倍を光電変換領域4の厚さの上限として設計することが望ましい。透過率Tを表す下記の式(1)に吸収係数αおよび膜厚tを代入することによって、対象とする波長の光を全て吸収し得る限界の膜厚tmaxを算出することができる。式(1)によって得られた膜厚tmaxの2倍の値が、光電変換領域4の厚さの上限となる。   It is considered that the thickest film thickness condition is a state in which each of the incident lights incident from both sides is completely absorbed by the second photoelectric conversion layer 8 and does not enter the subsequent stage. Therefore, since the film thickness condition is applied to each of the two sides as viewed from the second photoelectric conversion layer 8, it is desirable to design the upper limit of the thickness of the photoelectric conversion region 4 to be twice the film thickness tmax. . By substituting the absorption coefficient α and the film thickness t into the following equation (1) representing the transmittance T, it is possible to calculate the limit film thickness tmax that can absorb all the light of the target wavelength. A value twice as large as the film thickness tmax obtained by Expression (1) is the upper limit of the thickness of the photoelectric conversion region 4.

T=e−αt ・・・(1)T = e− αt (1)

例えば、アモルファスシリコンで第2光電変換層8の光吸収層12を形成した場合、アモルファスシリコンの吸収係数αを用いて上記の式(1)を計算すると、第2光電変換層8の光吸収層12の膜厚が約4000nmあれば、第2光電変換層8の光吸収層12の後段に進入する光は10%以下となる。ただし、アモルファスシリコン系材料を用いて形成された光電変換素子の場合、膜厚の増加に伴って内蔵電界の減少が生じやすく、電圧および曲線因子が低下することを考慮すると、光電変換領域4の膜厚は1000nm以下にすることが望ましい。   For example, when the light absorption layer 12 of the second photoelectric conversion layer 8 is formed of amorphous silicon, the above equation (1) is calculated using the absorption coefficient α of the amorphous silicon. If the film thickness of the layer 12 is about 4000 nm, the amount of light entering the rear stage of the light absorption layer 12 of the second photoelectric conversion layer 8 is 10% or less. However, in the case of a photoelectric conversion element formed using an amorphous silicon-based material, considering that the built-in electric field is likely to decrease with an increase in film thickness, and that the voltage and the fill factor decrease, the photoelectric conversion region 4 It is desirable that the film thickness be 1000 nm or less.

また、本実施の形態1による光電変換素子1のように、複数の光電変換層が電気的に直列に接続されている積層型の光電変換素子の場合、各光電変換層で生成される光電流が等しくなるように設計することが重要である。光電変換素子1全体の電圧は、各光電変換層が直列に接続されているため、各光電変換層で生成される電圧の和となる。一方、光電変換素子1全体の電流は、各光電変換層のうちの最も電流値が小さい光電変換層の値に制限されてしまう。各光電変換層間で生じた光電流の差分である電流ミスマッチは、光電変換素子の外部に取り出されることなく光電変換素子の内部で再結合して熱損失となってしまう。   In the case of a stacked photoelectric conversion element in which a plurality of photoelectric conversion layers are electrically connected in series, such as the photoelectric conversion element 1 according to Embodiment 1, the photocurrent generated in each photoelectric conversion layer It is important that the design be made equal. Since the photoelectric conversion layers are connected in series, the voltage of the entire photoelectric conversion element 1 is the sum of the voltages generated by the photoelectric conversion layers. On the other hand, the current of the entire photoelectric conversion element 1 is limited to the value of the photoelectric conversion layer having the smallest current value among the photoelectric conversion layers. The current mismatch, which is the difference between the photocurrents generated between the photoelectric conversion layers, is re-coupled inside the photoelectric conversion element without being taken out of the photoelectric conversion element, resulting in heat loss.

積層型の光電変換素子の構造を決定する際には、電流ミスマッチによる損失を低減するために、各光電変換層で生成される光電流が一致するように設計する必要があるが、両面から光が入射しかつ複数の光電変換層を積層して形成した構造では、当該設計が困難となる。   When determining the structure of the stacked photoelectric conversion element, it is necessary to design so that the photocurrent generated in each photoelectric conversion layer matches to reduce the loss due to the current mismatch. Is incident, and a plurality of photoelectric conversion layers are laminated to form a structure.

これに対して、本実施の形態1による光電変換素子1のように、複数の光電変換層のうちの中心に位置する光電変換層から両面の各々に形成されている透明電極に向かって各光電変換層のバンドギャップが対称的に大きくなるような構造とすることによって、光が入射する両面の各々において個別に各光電変換層を設計する必要がなく、光が入射する一方の面について各光電変換層を最適に設計した構造を、そのまま他方の面について適用することができる。ただし、複数の光電変換層のうちの中心に位置する光電変換層については、光が入射する両面から最も波長が長い光、すなわち最も光エネルギーが小さい光が入射するため、割り当てられる入射エネルギーが片側のみに光が入射する場合における入射エネルギーの倍になることを考慮して設計する必要がある。   On the other hand, as in the photoelectric conversion element 1 according to the first embodiment, each photoelectric conversion layer is positioned from the photoelectric conversion layer located at the center of the plurality of photoelectric conversion layers toward the transparent electrode formed on each of both surfaces. By adopting a structure in which the band gap of the conversion layer is symmetrically increased, it is not necessary to individually design each photoelectric conversion layer on each of the two surfaces on which light is incident. The structure in which the conversion layer is optimally designed can be directly applied to the other surface. However, for the photoelectric conversion layer located at the center of the plurality of photoelectric conversion layers, the light having the longest wavelength, that is, the light having the smallest light energy is incident from both surfaces on which the light is incident, so that the assigned incident energy is one side. It is necessary to design in consideration of the fact that the incident energy is doubled when light is incident only on the light.

本実施の形態1による光電変換素子1のように、第1光電変換層7、第2光電変換層8、および第3光電変換層9の3つの光電変換層を用いる場合は、入射した光をどのように分割するのかを考慮する必要がある。図4に示すような白色LEDの光源を想定した場合、一方の面から入射する光の総フォトン数は約1.7×1015cm−2である。これを第1光電変換層7、第2光電変換層8、および第3光電変換層9の各々で分割して電流マッチングをとる必要がある。第1光電変換層7および第3光電変換層9では、一方の面から入射する光の総フォトン数のうちの2/3のフォトンを利用することができればよい。第2光電変換層8では、両面から光が入射してくるため、一方の面から入射する光の総フォトン数のうちの1/3のフォトンを利用することができればよい。これを光の波長に当てはめると、第1光電変換層7および第3光電変換層9では波長600nmよりも短波長の光を利用し、第2光電変換層8では波長600nmよりも長波長の光を利用することによって、第1光電変換層7、第2光電変換層8、および第3光電変換層9の各々から得られる電流値が一致する。従って、第1光電変換層7および第3光電変換層9のバンドギャップは、2.05eV以下が望ましい。第1光電変換層7および第3光電変換層9に2.05eVよりも高いバンドギャップの材料を用いると、第1光電変換層7および第3光電変換層9から得られる電流が少なくなり、電流が少なくなった分、すなわち第2光電変換層8で得られる電流との差分が損失となる。When three photoelectric conversion layers of the first photoelectric conversion layer 7, the second photoelectric conversion layer 8, and the third photoelectric conversion layer 9 are used as in the photoelectric conversion element 1 according to the first embodiment, incident light is It is necessary to consider how to divide. Assuming a white LED light source as shown in FIG. 4, the total number of photons of light incident from one surface is about 1.7 × 10 15 cm −2 . It is necessary to divide this into each of the first photoelectric conversion layer 7, the second photoelectric conversion layer 8, and the third photoelectric conversion layer 9 to perform current matching. The first photoelectric conversion layer 7 and the third photoelectric conversion layer 9 only need to be able to use / of the total number of photons of light incident from one surface. In the second photoelectric conversion layer 8, light is incident from both surfaces, so that it is sufficient that one-third of the total number of photons of light incident from one surface can be used. When this is applied to the wavelength of light, the first photoelectric conversion layer 7 and the third photoelectric conversion layer 9 use light having a wavelength shorter than 600 nm, and the second photoelectric conversion layer 8 uses light having a wavelength longer than 600 nm. Is used, the current values obtained from each of the first photoelectric conversion layer 7, the second photoelectric conversion layer 8, and the third photoelectric conversion layer 9 match. Therefore, the band gap of the first photoelectric conversion layer 7 and the third photoelectric conversion layer 9 is desirably 2.05 eV or less. When a material having a band gap higher than 2.05 eV is used for the first photoelectric conversion layer 7 and the third photoelectric conversion layer 9, the current obtained from the first photoelectric conversion layer 7 and the third photoelectric conversion layer 9 decreases, Is reduced, that is, the difference from the current obtained in the second photoelectric conversion layer 8 is a loss.

第2光電変換層8にバンドギャップが約1.7eVのアモルファスシリコンを用いた場合、白色LEDから出射された光はほぼ全て第2光電変換層8で吸収することができる。従って、上記のフォトンの分割利用の計算をそのまま適用することができ、第1光電変換層7および第3光電変換層9には、バンドギャップが1.7eV〜2.05eVの材料を用いることが望ましい。例えば、アモルファス炭化シリコンまたはアモルファス酸化シリコンの炭素または酸素の含有量を調整することによって、容易に上記のバンドギャップの条件を満足することができる。   When amorphous silicon having a band gap of about 1.7 eV is used for the second photoelectric conversion layer 8, almost all light emitted from the white LED can be absorbed by the second photoelectric conversion layer 8. Therefore, the above-described calculation of the photon split use can be applied as it is, and a material having a band gap of 1.7 eV to 2.05 eV can be used for the first photoelectric conversion layer 7 and the third photoelectric conversion layer 9. desirable. For example, by adjusting the carbon or oxygen content of amorphous silicon carbide or amorphous silicon oxide, the above band gap condition can be easily satisfied.

図7は、光吸収層12をアモルファス炭化シリコンで形成した場合における光電変換素子の出力特性をシミュレーションした結果の一例を示す図である。具体的には、波長が600nmの単色光を、バンドギャップが2.05eVの光吸収層12を有する第1光電変換層7および第3光電変換層9に入射させた場合における光電変換素子の出力特性をシミュレーションした結果の一例を示している。図7において、各値は最大値で規格化している。   FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a result obtained by simulating the output characteristics of the photoelectric conversion element when the light absorption layer 12 is formed of amorphous silicon carbide. Specifically, the output of the photoelectric conversion element when monochromatic light having a wavelength of 600 nm is made incident on the first photoelectric conversion layer 7 and the third photoelectric conversion layer 9 having the light absorption layer 12 having a band gap of 2.05 eV. 9 shows an example of a result obtained by simulating characteristics. In FIG. 7, each value is normalized by the maximum value.

図7に示すように、電流は、光吸収層12の膜厚の増加に従って増加するが、光吸収層12の内部で再結合が増加するため、光吸収層12の膜厚が400nmを超えると低下していく。また、曲線因子は、光吸収層12の膜厚の増加に従って低下していく。従って、光電変換効率は、光吸収層12の膜厚が100nm〜400nmの間、より望ましくは100nm〜300nmの間で高くなることが分かる。表1は、等しい強度の白色LEDの光が両面に入射する条件下で、光電変換領域4の総膜厚を500nmまたは750nmとした場合における、第1光電変換層7、第2光電変換層8、および第3光電変換層9の各々の光吸収層12から得られる光電流が等しくなる当該各光吸収層12の膜厚を算出した結果を示している。表1において、「総膜厚」は光電変換領域4の総膜厚を示し、「第1光電変換層7」は第1光電変換層7の光吸収層12の膜厚を示し、「第2光電変換層8」は第2光電変換層8の光吸収層12の膜厚を示し、「第3光電変換層9」は第3光電変換層9の光吸収層12の膜厚を示している。   As shown in FIG. 7, the current increases as the thickness of the light absorbing layer 12 increases, but recombination increases inside the light absorbing layer 12, so that when the thickness of the light absorbing layer 12 exceeds 400 nm, It is going down. The fill factor decreases as the thickness of the light absorbing layer 12 increases. Therefore, it can be seen that the photoelectric conversion efficiency increases when the thickness of the light absorption layer 12 is between 100 nm and 400 nm, and more preferably between 100 nm and 300 nm. Table 1 shows that the first photoelectric conversion layer 7 and the second photoelectric conversion layer 8 when the total film thickness of the photoelectric conversion region 4 is 500 nm or 750 nm under the condition that the light of the white LED having the same intensity is incident on both surfaces. 3 shows the result of calculating the film thickness of each light absorbing layer 12 at which the photocurrent obtained from each light absorbing layer 12 of the third photoelectric conversion layer 9 becomes equal. In Table 1, "total film thickness" indicates the total film thickness of the photoelectric conversion region 4, "first photoelectric conversion layer 7" indicates the film thickness of the light absorption layer 12 of the first photoelectric conversion layer 7, and "second film thickness". The “photoelectric conversion layer 8” indicates the thickness of the light absorption layer 12 of the second photoelectric conversion layer 8, and the “third photoelectric conversion layer 9” indicates the thickness of the light absorption layer 12 of the third photoelectric conversion layer 9. .

Figure 2019167227
Figure 2019167227

<製造方法>
本実施の形態1による光電変換素子1の製造方法について説明する。
<Production method>
A method for manufacturing the photoelectric conversion element 1 according to the first embodiment will be described.

まず、透明基板2である無アルカリガラス上に、第1透明電極3の材料である酸化亜鉛を膜厚が500nm〜700nmとなるように有機金属気相成長法によって形成する。これにより、第1透明電極3が形成される。第1透明電極3の膜厚は、第1透明電極3の導電率、透過率、光の散乱特性を元に適宜に変更することが可能であるが、後に形成するアモルファスシリコンからなる光電変換領域4の膜厚によっては、当該光電変換領域4に急峻な凹凸形状が存在すると内部に欠陥が発生しやすくなり、リーク電流の原因となってしまう。従って、本実施の形態1では、第1透明電極3の膜厚を薄めに設定し、第1透明電極3の表面が平坦になるように形成している。   First, zinc oxide as a material of the first transparent electrode 3 is formed on a non-alkali glass as the transparent substrate 2 by a metal organic chemical vapor deposition method so as to have a film thickness of 500 nm to 700 nm. Thereby, the first transparent electrode 3 is formed. The thickness of the first transparent electrode 3 can be appropriately changed based on the conductivity, transmittance, and light scattering characteristics of the first transparent electrode 3, but the photoelectric conversion region made of amorphous silicon formed later will be described. If the photoelectric conversion region 4 has a steep unevenness depending on the thickness of the film 4, a defect easily occurs inside the photoelectric conversion region 4, which causes a leak current. Therefore, in the first embodiment, the first transparent electrode 3 is formed to have a small film thickness so that the surface of the first transparent electrode 3 is flat.

次に、第1透明電極3上に、光電変換領域4の総膜厚が750nmとなるように、第1光電変換層7、第2光電変換層8、および第3光電変換層9をプラズマ化学気相成長法によって順に積層して形成する。表2は、第1光電変換層7、第2光電変換層8、および第3光電変換層9の各々の光吸収層12の成長条件を示している。表2において、「第2光電変換層8」は第2光電変換層8の光吸収層12を示し、「第1、第3光電変換層7,9」は第1光電変換層7および第3光電変換層9の各々の光吸収層12を示している。   Next, the first photoelectric conversion layer 7, the second photoelectric conversion layer 8, and the third photoelectric conversion layer 9 are formed on the first transparent electrode 3 such that the total film thickness of the photoelectric conversion region 4 is 750 nm. They are formed by sequentially stacking them by a vapor phase growth method. Table 2 shows the growth conditions for the light absorption layer 12 of each of the first photoelectric conversion layer 7, the second photoelectric conversion layer 8, and the third photoelectric conversion layer 9. In Table 2, “second photoelectric conversion layer 8” indicates the light absorption layer 12 of the second photoelectric conversion layer 8, and “first and third photoelectric conversion layers 7, 9” indicate the first photoelectric conversion layer 7 and the third photoelectric conversion layer 7. Each light absorption layer 12 of the photoelectric conversion layer 9 is shown.

Figure 2019167227
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表2に示すように、第2光電変換層8については、シラン(SiH)をシリコンの原料ガスとし、当該原料ガスを水素(H)で希釈することによって、アモルファスシリコンからなる光吸収層12を形成する。また、第1光電変換層7および第3光電変換層9については、シラン(SiH)をシリコンの原料ガスとし、当該原料ガスを第2光電変換層8の光吸収層12の形成時よりも多くの水素(H)で希釈するとともに、基板温度を上昇させて二酸化炭素(CO)を導入することによって、第2光電変換層8の光吸収層12よりもバンドギャップの大きなアモルファス炭化シリコンからなる光吸収層12を形成する。As shown in Table 2, for the second photoelectric conversion layer 8, silane (SiH 4 ) is used as a silicon source gas, and the source gas is diluted with hydrogen (H 2 ) to form a light absorption layer made of amorphous silicon. 12 is formed. The first photoelectric conversion layer 7 and the third photoelectric conversion layer 9 use silane (SiH 4 ) as a source gas of silicon, and use the source gas as compared with the time of forming the light absorption layer 12 of the second photoelectric conversion layer 8. Amorphous silicon carbide having a larger band gap than the light absorption layer 12 of the second photoelectric conversion layer 8 by diluting with a large amount of hydrogen (H 2 ) and increasing the substrate temperature to introduce carbon dioxide (CO 2 ). Is formed.

表2に示す成長条件で得られるアモルファス炭化シリコンのバンドギャップは、アモルファスシリコンのバンドギャップよりも約0.2eV大きい値である。第1光電変換層7および第3光電変換層9の各々の光吸収層12を構成するアモルファス炭化シリコンのバンドギャップは、第2光電変換層8の光吸収層12を構成するアモルファスシリコンのバンドギャップよりも0.2eV高い1.9eVであるため、上述した第1光電変換層7および第3光電変換層9のバンドギャップの最適値内に収まっている。   The band gap of amorphous silicon carbide obtained under the growth conditions shown in Table 2 is about 0.2 eV larger than the band gap of amorphous silicon. The band gap of the amorphous silicon carbide forming the light absorption layer 12 of each of the first photoelectric conversion layer 7 and the third photoelectric conversion layer 9 is the band gap of the amorphous silicon forming the light absorption layer 12 of the second photoelectric conversion layer 8. Since it is 1.9 eV, which is 0.2 eV higher than the above, it is within the optimum value of the band gap of the first photoelectric conversion layer 7 and the third photoelectric conversion layer 9 described above.

第1光電変換層7、第2光電変換層8、および第3光電変換層9の各々におけるP型半導体層11およびN型半導体層13は、共通の条件で形成する。P型半導体層11は、ワイドバンドギャップのアモルファス炭化シリコンで形成する。N型半導体層13は、導電率が高い微結晶シリコンで形成する。   The P-type semiconductor layer 11 and the N-type semiconductor layer 13 in each of the first photoelectric conversion layer 7, the second photoelectric conversion layer 8, and the third photoelectric conversion layer 9 are formed under common conditions. The P-type semiconductor layer 11 is formed of wide band gap amorphous silicon carbide. The N-type semiconductor layer 13 is formed using microcrystalline silicon having high conductivity.

次に、第3光電変換層9上に、第2透明電極5の材料である酸化亜鉛を膜厚が500nm〜700nmとなるように有機金属気相成長法によって形成する。   Next, zinc oxide, which is a material of the second transparent electrode 5, is formed on the third photoelectric conversion layer 9 by metal organic chemical vapor deposition so as to have a thickness of 500 nm to 700 nm.

図8は、本発明の実施の形態1による光電変換素子1の開放電圧および短絡電流の入射光強度依存性の一例を示す図である。   FIG. 8 is a diagram illustrating an example of incident light intensity dependence of the open-circuit voltage and the short-circuit current of the photoelectric conversion element 1 according to the first embodiment of the present invention.

図8に示すように、短絡電流は入射光強度に強く依存しているが、開放電圧は入射光強度が低いときでも2V程度を保っている。これを第1光電変換層7、第2光電変換層8、および第3光電変換層9のうちの1つの層当たりの値に換算すると0.78Vとなり、一般的なアモルファスシリコン太陽電池の開放電圧である0.6V〜0.7Vよりも高い電圧が得られている。すなわち、バンドギャップが大きい第1光電変換層7および第3光電変換層9を、バンドギャップが小さい第2光電変換層8の両面側の各々に形成することによる効果が得られている。また、バンドギャップが小さい第2光電変換層8を、バンドギャップが大きい第1光電変換層7および第3光電変換層9の各々で挟むことによる光電変換素子1の特性低下は、本作製条件においてはみられてはいない。   As shown in FIG. 8, the short-circuit current strongly depends on the incident light intensity, but the open circuit voltage is kept at about 2 V even when the incident light intensity is low. When this is converted into a value per one layer of the first photoelectric conversion layer 7, the second photoelectric conversion layer 8, and the third photoelectric conversion layer 9, the voltage is 0.78 V, which is an open voltage of a general amorphous silicon solar cell. Is higher than 0.6V to 0.7V. That is, an effect is obtained by forming the first photoelectric conversion layer 7 and the third photoelectric conversion layer 9 having a large band gap on both sides of the second photoelectric conversion layer 8 having a small band gap. In addition, the deterioration of the characteristics of the photoelectric conversion element 1 caused by sandwiching the second photoelectric conversion layer 8 having a small band gap between the first photoelectric conversion layer 7 and the third photoelectric conversion layer 9 having a large band gap is caused under the present manufacturing conditions. Not seen.

以上のことから、本実施の形態1によれば、対向する両面で受光可能な光電変換素子において、複数の第1光電変換層7、第2光電変換層8、および第3光電変換層9が積層して形成されており、中心に位置する第2光電変換層8の光吸収層12のバンドギャップは、第1透明電極3に接する第1光電変換層7の光吸収層12、および第2透明電極5に接する第3光電変換層9の光吸収層12のバンドギャップよりも小さい。従って、複数の光源から入射する光を効率良く光電変換することが可能となる。   From the above, according to the first embodiment, in the photoelectric conversion element capable of receiving light on both opposing surfaces, the plurality of first photoelectric conversion layers 7, the second photoelectric conversion layers 8, and the third photoelectric conversion layers 9 are formed. The band gap of the light absorption layer 12 of the second photoelectric conversion layer 8 which is formed in a laminated manner and is located at the center is equal to that of the light absorption layer 12 of the first photoelectric conversion layer 7 in contact with the first transparent electrode 3 and the second light absorption layer. It is smaller than the band gap of the light absorption layer 12 of the third photoelectric conversion layer 9 in contact with the transparent electrode 5. Therefore, light incident from a plurality of light sources can be efficiently photoelectrically converted.

<実施の形態2>
図9は、本発明の実施の形態2による光電変換素子14の構成の一例を示す断面図である。
<Embodiment 2>
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating an example of the configuration of the photoelectric conversion element 14 according to Embodiment 2 of the present invention.

図9に示すように、光電変換素子14は、第1光電変換層7と第2光電変換層8との間に第4光電変換層15を備え、第2光電変換層8と第3光電変換層9との間に第5光電変換層16を備えることを特徴としている。その他の構成は、実施の形態1による光電変換素子1と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。   As shown in FIG. 9, the photoelectric conversion element 14 includes a fourth photoelectric conversion layer 15 between the first photoelectric conversion layer 7 and the second photoelectric conversion layer 8, and the second photoelectric conversion layer 8 and the third photoelectric conversion layer 8. A feature is that a fifth photoelectric conversion layer 16 is provided between the layer and the layer 9. Other configurations are the same as those of the photoelectric conversion element 1 according to the first embodiment, and a detailed description thereof will not be repeated.

第4光電変換層15は、複数の第4光電変換層151〜第4光電変換層15xを含んでいる。各第4光電変換層151〜第4光電変換層15xは、図2に示す光電変換層10と同じ構成である。第4光電変換層151〜第4光電変換層15xの各々のバンドギャップは、第2光電変換層8から第1光電変換層7に向かって大きくなるように形成されている。すなわち、第2光電変換層8のバンドギャップ<第4光電変換層151のバンドギャップ<・・・<第4光電変換層15xのバンドギャップ<第1光電変換層7の関係が成り立つ。   The fourth photoelectric conversion layer 15 includes a plurality of fourth photoelectric conversion layers 151 to a fourth photoelectric conversion layer 15x. Each of the fourth to fourth photoelectric conversion layers 151 to 15x has the same configuration as the photoelectric conversion layer 10 shown in FIG. The band gap of each of the fourth photoelectric conversion layer 151 to the fourth photoelectric conversion layer 15x is formed so as to increase from the second photoelectric conversion layer 8 to the first photoelectric conversion layer 7. That is, the relationship of the band gap of the second photoelectric conversion layer 8 <the band gap of the fourth photoelectric conversion layer 151 <... <the band gap of the fourth photoelectric conversion layer 15x <the first photoelectric conversion layer 7 is satisfied.

第5光電変換層16は、複数の第5光電変換層161〜第5光電変換層16xを含んでいる。各第5光電変換層161〜第5光電変換層16xは、図2に示す光電変換層10と同じ構成である。第5光電変換層161〜第5光電変換層16xの各々のバンドギャップは、第2光電変換層8から第3光電変換層9に向かって大きくなるように形成されている。すなわち、第2光電変換層8のバンドギャップ<第5光電変換層161のバンドギャップ<・・・<第5光電変換層16xのバンドギャップ<第3光電変換層9の関係が成り立つ。   The fifth photoelectric conversion layer 16 includes a plurality of fifth photoelectric conversion layers 161 to fifth photoelectric conversion layers 16x. Each of the fifth to fifth photoelectric conversion layers 161 to 16x has the same configuration as the photoelectric conversion layer 10 shown in FIG. The band gap of each of the fifth photoelectric conversion layer 161 to the fifth photoelectric conversion layer 16x is formed so as to increase from the second photoelectric conversion layer 8 to the third photoelectric conversion layer 9. That is, the relationship of the band gap of the second photoelectric conversion layer 8 <the band gap of the fifth photoelectric conversion layer 161 <... <the band gap of the fifth photoelectric conversion layer 16x <the third photoelectric conversion layer 9 is satisfied.

表3は、等しい強度の白色LEDの光が両面に入射する条件下で、光電変換領域4の総膜厚を500nmまたは750nmとした場合における、第1光電変換層7、第2光電変換層8、第3光電変換層9、第4光電変換層15、および第5光電変換層16の各々の光吸収層12から得られる光電流が等しくなる当該各光吸収層12の膜厚を算出した結果を示している。   Table 3 shows that the first photoelectric conversion layer 7 and the second photoelectric conversion layer 8 when the total film thickness of the photoelectric conversion region 4 is 500 nm or 750 nm under the condition that the light of the white LED having the same intensity is incident on both surfaces. Of the thickness of each light absorption layer 12 in which the photocurrent obtained from each light absorption layer 12 of each of the third photoelectric conversion layer 9, the fourth photoelectric conversion layer 15, and the fifth photoelectric conversion layer 16 becomes equal Is shown.

表3において、「総膜厚」は光電変換領域4の総膜厚を示し、「第1光電変換層7」は第1光電変換層7の光吸収層12の膜厚を示し、「第4光電変換層15」は第4光電変換層15の光吸収層12の膜厚を示し、「第2光電変換層8」は第2光電変換層8の光吸収層12の膜厚を示し、「第5光電変換層16」は第5光電変換層16の光吸収層12の膜厚を示し、「第3光電変換層9」は第3光電変換層9の光吸収層12の膜厚を示している。   In Table 3, “total film thickness” indicates the total film thickness of the photoelectric conversion region 4, “first photoelectric conversion layer 7” indicates the film thickness of the light absorption layer 12 of the first photoelectric conversion layer 7, “Photoelectric conversion layer 15” indicates the thickness of the light absorption layer 12 of the fourth photoelectric conversion layer 15, “second photoelectric conversion layer 8” indicates the thickness of the light absorption layer 12 of the second photoelectric conversion layer 8, The “fifth photoelectric conversion layer 16” indicates the thickness of the light absorption layer 12 of the fifth photoelectric conversion layer 16, and the “third photoelectric conversion layer 9” indicates the thickness of the light absorption layer 12 of the third photoelectric conversion layer 9. ing.

Figure 2019167227
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以上のことから、本実施の形態2によれば、第1光電変換層7と第2光電変換層8との間に第4光電変換層15を形成し、第2光電変換層8と第3光電変換層9との間に第5光電変換層16を形成しているため、第1光電変換層7、第2光電変換層8、第3光電変換層9、第4光電変換層15、および第5光電変換層16の各々におけるエネルギー損失を実施の形態1よりも低減することができる。ここで、エネルギー損失は、入射光の光エネルギーをEL、光電変換層のバンドギャップをEgとした場合、EL−Egで表される。   From the above, according to Embodiment 2, the fourth photoelectric conversion layer 15 is formed between the first photoelectric conversion layer 7 and the second photoelectric conversion layer 8, and the second photoelectric conversion layer 8 and the third Since the fifth photoelectric conversion layer 16 is formed between the photoelectric conversion layer 9 and the first photoelectric conversion layer 7, the second photoelectric conversion layer 8, the third photoelectric conversion layer 9, the fourth photoelectric conversion layer 15, and Energy loss in each of the fifth photoelectric conversion layers 16 can be reduced as compared with the first embodiment. Here, the energy loss is represented by EL-Eg, where EL is the light energy of the incident light and Eg is the band gap of the photoelectric conversion layer.

なお、上記では、計算の単純化のために、第4光電変換層15および第5光電変換層16の各々のエネルギーギャップの大きさ、膜厚、および光電変換層の数が、第2光電変換層8を中心として対称となる場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、第4光電変換層15および第5光電変換層16のうちのいずれか一方のみを形成してもよい。また、第4光電変換層15および第5光電変換層16の各々に含まれる光電変換層の数は必ずしも同じである必要はない。   In the above description, for simplicity of calculation, the size of the energy gap, the thickness of each of the fourth photoelectric conversion layer 15 and the fifth photoelectric conversion layer 16, and the number of the photoelectric conversion layers are determined by the second photoelectric conversion layer. Although the case where the layer 8 is symmetrical with respect to the layer 8 has been described, the present invention is not limited to this. For example, only one of the fourth photoelectric conversion layer 15 and the fifth photoelectric conversion layer 16 may be formed. Further, the number of photoelectric conversion layers included in each of the fourth photoelectric conversion layer 15 and the fifth photoelectric conversion layer 16 does not necessarily need to be the same.

<実施の形態3>
図10は、本発明の実施の形態3による光電変換素子17の構成の一例を示す断面図である。
<Embodiment 3>
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of the configuration of the photoelectric conversion element 17 according to Embodiment 3 of the present invention.

図10に示すように、光電変換素子17は、第2光電変換層8と第3光電変換層9との間に接合層18を備えることを特徴としている。その他の構成は、実施の形態1による光電変換素子1と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。   As shown in FIG. 10, the photoelectric conversion element 17 includes a bonding layer 18 between the second photoelectric conversion layer 8 and the third photoelectric conversion layer 9. Other configurations are the same as those of the photoelectric conversion element 1 according to the first embodiment, and a detailed description thereof will not be repeated.

図11は、実施の形態1による光電変換素子1の第1光電変換層7、第2光電変換層8、および第3光電変換層9の各々の光電変換層における電子および正孔の挙動を説明するための図である。実施の形態1による光電変換素子1は、接合層18を備えていない。   FIG. 11 illustrates the behavior of electrons and holes in each of the first, second, and third photoelectric conversion layers 7, 8, and 9 of the photoelectric conversion element 1 according to the first embodiment. FIG. The photoelectric conversion element 1 according to the first embodiment does not include the bonding layer 18.

図11に示すように、第2光電変換層8のN型半導体層13における価電子帯のエネルギー準位が、第3光電変換層9のP型半導体層11における価電子帯のエネルギー準位よりも高エネルギー側に存在する場合がある。積層型の光電変換素子では、理想的には、第2光電変換層8および第3光電変換層9の端部において、第2光電変換層8のN型半導体層13に存在する電子と、第2光電変換層8に隣接する光電変換層9のP型半導体層11に存在する正孔とが一対一で再結合することによって電気的な連続性を保つと考えられている。   As shown in FIG. 11, the energy level of the valence band in the N-type semiconductor layer 13 of the second photoelectric conversion layer 8 is higher than the energy level of the valence band in the P-type semiconductor layer 11 of the third photoelectric conversion layer 9. May also be present on the high energy side. In the stacked photoelectric conversion element, ideally, at the ends of the second photoelectric conversion layer 8 and the third photoelectric conversion layer 9, the electrons existing in the N-type semiconductor layer 13 of the second photoelectric conversion layer 8 and the second It is considered that electrical continuity is maintained by one-to-one recombination of holes existing in the P-type semiconductor layer 11 of the photoelectric conversion layer 9 adjacent to the two photoelectric conversion layers 8.

しかし、第1光電変換層7、第2光電変換層8、および第3光電変換層9の各々のエネルギー準位が図11に示すような関係である場合、第3光電変換層9のP型半導体層11に存在する正孔が第2光電変換層8のN型半導体層13に存在する電子と再結合せずに、一部の正孔が第2光電変換層8の界面に留まる。このような状態になると、第2光電変換層8のP型半導体層11において正孔の再結合の相手が存在せず、また第2光電変換層8のN型半導体層13において電子の再結合の相手が存在せず、これらが要因となって再結合損失が生じる可能性がある。   However, when the energy levels of the first photoelectric conversion layer 7, the second photoelectric conversion layer 8, and the third photoelectric conversion layer 9 have a relationship as shown in FIG. Some holes remain in the interface of the second photoelectric conversion layer 8 without recombination of holes present in the semiconductor layer 11 with electrons present in the N-type semiconductor layer 13 of the second photoelectric conversion layer 8. In such a state, there is no hole recombination partner in the P-type semiconductor layer 11 of the second photoelectric conversion layer 8, and electron recombination in the N-type semiconductor layer 13 of the second photoelectric conversion layer 8. However, there is a possibility that recombination loss may occur due to these factors.

このような問題を解決するために、本実施の形態3による光電変換素子17は、図12に示すように、第2光電変換層8と第3光電変換層9との間に、電子と正孔との再結合を補助する接合層18が形成されている。図12に示すように、第2光電変換層8の電子と、第3光電変換層9の正孔とは、接合層18のトラップ準位で再結合される。   In order to solve such a problem, as shown in FIG. 12, the photoelectric conversion element 17 according to the third embodiment has electrons and positive electrons between the second photoelectric conversion layer 8 and the third photoelectric conversion layer 9. A bonding layer 18 is formed to assist recombination with the holes. As shown in FIG. 12, the electrons of the second photoelectric conversion layer 8 and the holes of the third photoelectric conversion layer 9 are recombined at the trap level of the bonding layer 18.

接合層18は、正孔の移動を妨げるような価電子帯のエネルギー構造を有するP型またはN型のワイドバンドギャップ半導体材料、またはバンドギャップ内部に多数の再結合準位を内包する材料を用いることにより形成される。具体的には、接合層18は、リンおよびボロンのうちの少なくとも1つがドーピングされたアモルファスシリコン系材料、アモルファスシリコン系材料に微小なシリコン系結晶成分がドーピングされた微結晶シリコン系材料、または金属酸化物を用いて、プラズマ化学気相成長法、スパッタ法、または蒸着法などによって形成される。アモルファスシリコン系材料としては、例えばアモルファスシリコン、アモルファス酸化シリコン、アモルファス炭化シリコンなどが挙げられる。金属酸化物としては、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛、酸化マンガン、酸化銅などが挙げられる。接合層18は、金属酸化物の積層であってもよい。   For the bonding layer 18, a P-type or N-type wide band gap semiconductor material having a valence band energy structure that hinders the movement of holes, or a material including many recombination levels inside the band gap is used. It is formed by this. Specifically, the bonding layer 18 is made of an amorphous silicon-based material doped with at least one of phosphorus and boron, a microcrystalline silicon-based material in which an amorphous silicon-based material is doped with a minute silicon-based crystal component, or a metal. The oxide is formed by a plasma enhanced chemical vapor deposition method, a sputtering method, an evaporation method, or the like. Examples of the amorphous silicon-based material include amorphous silicon, amorphous silicon oxide, and amorphous silicon carbide. Examples of the metal oxide include titanium oxide, tin oxide, zinc oxide, manganese oxide, and copper oxide. The bonding layer 18 may be a stack of metal oxides.

接合層18をプラズマ化学気相成長法、スパッタ法、または蒸着法によって形成する場合、接合層18の成膜レートは数Å/秒程度である。また、接合層18の膜厚は、キャリアを捕獲して再結合させるために1nm以上必要である。接合層18の膜厚が厚すぎると、直列抵抗の増加、および接合層18において光吸収損失が生じる。従って、接合層18の膜厚は、第1光電変換層7、第2光電変換層8、および第3光電変換層9の各々におけるP型半導体層11およびN型半導体層13と同程度の約40nm以下であることが望ましい。   When the bonding layer 18 is formed by a plasma enhanced chemical vapor deposition method, a sputtering method, or an evaporation method, the film formation rate of the bonding layer 18 is approximately several Å / sec. In addition, the thickness of the bonding layer 18 needs to be 1 nm or more in order to capture and recombine carriers. If the thickness of the bonding layer 18 is too large, the series resistance increases and light absorption loss occurs in the bonding layer 18. Therefore, the thickness of the bonding layer 18 is about the same as the P-type semiconductor layer 11 and the N-type semiconductor layer 13 in each of the first photoelectric conversion layer 7, the second photoelectric conversion layer 8, and the third photoelectric conversion layer 9. It is desirable that the thickness be 40 nm or less.

以上のことから、本実施の形態3によれば、第2光電変換層8と第3光電変換層9との間に接合層18を形成しているため、バンドギャップが大きい第3光電変換層9の正孔が、バンドギャップが小さい第2光電変換層8で過剰に留まることを防ぎ、再結合損失を低減することができる。   From the above, according to the third embodiment, since the bonding layer 18 is formed between the second photoelectric conversion layer 8 and the third photoelectric conversion layer 9, the third photoelectric conversion layer having a large band gap is provided. Holes 9 can be prevented from remaining excessively in the second photoelectric conversion layer 8 having a small band gap, and recombination loss can be reduced.

<実施の形態4>
図13は、本発明の実施の形態4による光電変換モジュール19の構成の一例を示す断面図である。
<Embodiment 4>
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a photoelectric conversion module 19 according to Embodiment 4 of the present invention.

図13に示すように、光電変換モジュール19は、光電変換素子20と、支持材21と、カバー22とを備えている。光電変換素子20は、実施の形態1〜3で説明した光電変換素子のいずれかに相当する。   As shown in FIG. 13, the photoelectric conversion module 19 includes a photoelectric conversion element 20, a support member 21, and a cover 22. The photoelectric conversion element 20 corresponds to any of the photoelectric conversion elements described in Embodiments 1 to 3.

支持材21は、光電変換素子20を接地面に対して垂直方向に支持する。支持材21は、光電変換素子20を支持し、かつ光電変換モジュール19を設置箇所に取り付けることが可能な強度を有していればよい。また、例えば図14に示すように、支持材21の光電変換素子20を支持している面上に反射材23を設けてもよい。反射材23は、金属板、白色プラスチック、反射コーティング、または白色塗料などで構成することができる。反射材23を設けることによって、反射材23に入射した光を反射材23で反射させて光電変換素子20に入射させることができる。すなわち、光電変換素子20に入射する光を増加させることができる。   The support member 21 supports the photoelectric conversion element 20 in a direction perpendicular to the ground plane. The support member 21 only needs to have strength enough to support the photoelectric conversion element 20 and attach the photoelectric conversion module 19 to the installation location. Further, as shown in FIG. 14, for example, a reflector 23 may be provided on the surface of the support 21 supporting the photoelectric conversion element 20. The reflection member 23 can be made of a metal plate, a white plastic, a reflection coating, a white paint, or the like. By providing the reflecting member 23, light incident on the reflecting member 23 can be reflected by the reflecting member 23 and incident on the photoelectric conversion element 20. That is, light incident on the photoelectric conversion element 20 can be increased.

カバー22は、光電変換素子20および支持材21を保護するために、光電変換素子20および支持材21全体を覆うように設けられている。カバー22は、ガラスまたはプラスチックなどの透光性の材料で構成されている。なお、図13において、カバー22の形状は箱型であるが、光電変換モジュールのデザインおよび取扱いの容易さに応じて任意の形状にしてもよい。例えば、カバー22の形状は、半円形のドーム形状、円錐形状、三角錐形状、四角錐形状、または球体形状であってもよい。   The cover 22 is provided so as to cover the entire photoelectric conversion element 20 and the support member 21 in order to protect the photoelectric conversion element 20 and the support member 21. The cover 22 is made of a translucent material such as glass or plastic. In FIG. 13, the shape of the cover 22 is a box shape, but may be any shape according to the design and ease of handling of the photoelectric conversion module. For example, the shape of the cover 22 may be a semicircular dome shape, a conical shape, a triangular pyramid shape, a quadrangular pyramid shape, or a spherical shape.

カバー22の内部は、中空であってもよいが、これに限るものではない。例えば、カバー22の内部を、光電変換素子の封止剤に用いるような高分子ポリマーで充填することによって、光電変換モジュールの強度および耐久性を向上させることができる。   The inside of the cover 22 may be hollow, but is not limited to this. For example, by filling the inside of the cover 22 with a high-molecular polymer used as a sealant for a photoelectric conversion element, the strength and durability of the photoelectric conversion module can be improved.

光電変換モジュール19は、例えば図14に示すように、支持材21にビアホールなど設け、当該ビアホールを通して光電変換素子20に接続する取り出し電極24を設けてもよい。光電変換素子20が光電変換して得られた電力は、取り出し電極24を介して外部に取り出される。   In the photoelectric conversion module 19, for example, as shown in FIG. 14, a via hole or the like may be provided in the support member 21 and an extraction electrode 24 connected to the photoelectric conversion element 20 through the via hole. The power obtained by the photoelectric conversion by the photoelectric conversion element 20 is extracted to the outside via the extraction electrode 24.

図15は、図14の上面図である。なお、図15では、支持材21の図示を省略している。図15に示すように、光電変換素子20の光が入射される面に沿って取り出し電極24を設けることによって、光電変換モジュール19の側面から電力を取り出すことができる。また、光電変換モジュール19の内部、例えば支持材21上に各種センサ、信号処理のためのIC(Integrated Circuit)、または蓄電素子を設けることも可能である。   FIG. 15 is a top view of FIG. In FIG. 15, illustration of the support member 21 is omitted. As shown in FIG. 15, by providing the extraction electrode 24 along the surface of the photoelectric conversion element 20 on which light is incident, power can be extracted from the side surface of the photoelectric conversion module 19. Further, various sensors, an IC (Integrated Circuit) for signal processing, or a power storage element can be provided inside the photoelectric conversion module 19, for example, on the support member 21.

以上のことから、本実施の形態4によれば、光電変換素子20を接地面に対して垂直方向に支持しているため、光電変換素子20の両面に光を入射させることが可能となる。   As described above, according to the fourth embodiment, since the photoelectric conversion element 20 is supported in the direction perpendicular to the ground plane, light can be incident on both surfaces of the photoelectric conversion element 20.

なお、上記では、光電変換素子20を接地面に対して垂直方向に設ける場合について説明した。これは、光電変換素子20を接地面に対して垂直方向に設けた場合、光電変換素子20は左右対称となるため、両面への入射光強度が設計しやすいためである。光電変換素子20を接地面に対して斜め方向に設けることも可能である。   In the above, the case where the photoelectric conversion element 20 is provided in a direction perpendicular to the ground plane has been described. This is because when the photoelectric conversion element 20 is provided in a direction perpendicular to the ground plane, the photoelectric conversion element 20 is symmetrical in the left-right direction, so that the intensity of light incident on both surfaces can be easily designed. The photoelectric conversion element 20 can be provided obliquely with respect to the ground plane.

<実施の形態5>
図16は、本発明の実施の形態5による光電変換モジュール25の構成の一例を示す断面図である。
<Embodiment 5>
FIG. 16 is a cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a photoelectric conversion module 25 according to Embodiment 5 of the present invention.

図16に示すように、光電変換モジュール25は、複数の光電変換素子26,27を備えることを特徴としている。その他の構成は、実施の形態4と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。   As shown in FIG. 16, the photoelectric conversion module 25 includes a plurality of photoelectric conversion elements 26 and 27. Other configurations are the same as those of the fourth embodiment, and thus detailed description is omitted here.

光電変換素子26,27は、実施の形態1〜3で説明した光電変換素子のいずれかに相当する。支持材21は、各光電変換素子26,27を接地面に対して垂直方向に支持する。   The photoelectric conversion elements 26 and 27 correspond to any of the photoelectric conversion elements described in Embodiments 1 to 3. The support member 21 supports each of the photoelectric conversion elements 26 and 27 in a direction perpendicular to the ground plane.

光電変換素子26,27の各々は、外部の光源からの光に対して互いが影にならないように、十分な間隔を空けて設ける必要がある。これにより、光電変換素子26,27の設置面積に対する出力電力を大きくすることができる。なお、図16では、光電変換素子26,27を支持材21の両端に設けているが、これに限るものではない。光電変換素子26,27は、互いが影にならなければどのような位置に設けてもよい。また、光電変換モジュール25は、3つ以上の光電変換素子を備えてもよい。この場合も、互いが影にならなければどのような位置に設けてもよい。   Each of the photoelectric conversion elements 26 and 27 needs to be provided at a sufficient interval so that the photoelectric conversion elements 26 and 27 do not shade each other with respect to light from an external light source. Thereby, the output power with respect to the installation area of the photoelectric conversion elements 26 and 27 can be increased. In FIG. 16, the photoelectric conversion elements 26 and 27 are provided at both ends of the support member 21, but the invention is not limited to this. The photoelectric conversion elements 26 and 27 may be provided at any positions as long as they do not shadow each other. Further, the photoelectric conversion module 25 may include three or more photoelectric conversion elements. In this case as well, they may be provided at any positions as long as they do not become shadows.

また、2つの光電変換素子26,27を直列に接続すると高電圧の出力を得ることができ、2つの光電変換素子26,27を並列に接続すれば高電流の出力を得ることができる。これにより、光電変換モジュール25の電気的な出力の特性を変更することができる。   A high voltage output can be obtained by connecting the two photoelectric conversion elements 26 and 27 in series, and a high current output can be obtained by connecting the two photoelectric conversion elements 26 and 27 in parallel. Thereby, the characteristics of the electrical output of the photoelectric conversion module 25 can be changed.

以上のことから、本実施の形態5によれば、複数の光電変換素子26,27を接地面に対して垂直方向に支持しているため、光電変換素子20の両面に光を入射させることが可能となる。また、複数の光電変換素子26,27を直列に接続する、または並列に接続することによって、光電変換モジュール25の電気的な出力の特性を変更することが可能となる。   As described above, according to the fifth embodiment, since the plurality of photoelectric conversion elements 26 and 27 are supported in the direction perpendicular to the ground plane, light can be incident on both surfaces of the photoelectric conversion element 20. It becomes possible. In addition, by connecting the plurality of photoelectric conversion elements 26 and 27 in series or in parallel, it is possible to change the characteristics of the electrical output of the photoelectric conversion module 25.

<実施の形態6>
図17は、本発明の実施の形態6による光電変換モジュール28の構成の一例を示す断面図である。
<Embodiment 6>
FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a photoelectric conversion module 28 according to Embodiment 6 of the present invention.

図17に示すように、光電変換モジュール28は、光電変換素子29と、ケース30と、設置基板31と、反射材23とを備えている。光電変換素子29は、実施の形態1〜3で説明した光電変換素子のいずれかに相当する。反射材23は、実施の形態4で説明した反射材23に相当する。   As shown in FIG. 17, the photoelectric conversion module 28 includes a photoelectric conversion element 29, a case 30, a mounting board 31, and a reflection member 23. The photoelectric conversion element 29 corresponds to any of the photoelectric conversion elements described in Embodiments 1 to 3. The reflecting member 23 corresponds to the reflecting member 23 described in the fourth embodiment.

光電変換素子29は、反射材23と空間を隔てて平行になるようにケース30に設けられている。なお、図17では、光電変換素子29は反射材23と平行に設けられているが、これに限るものではない。例えば、特定の方向から入射する光が支配的な場合は、光電変換素子29を反射材23と平行にならないように、すなわち傾けて設けてもよい。これにより、光電変換素子29の両面に入射される光強度を同じにすることができる。   The photoelectric conversion element 29 is provided in the case 30 so as to be parallel to the reflector 23 with a space therebetween. In addition, in FIG. 17, the photoelectric conversion element 29 is provided in parallel with the reflection member 23, but is not limited thereto. For example, when light incident from a specific direction is dominant, the photoelectric conversion element 29 may be provided so as not to be parallel to the reflector 23, that is, to be inclined. Thereby, the light intensity incident on both surfaces of the photoelectric conversion element 29 can be made equal.

図17では、光電変換素子29がケース30に直接設けられているが、これに限るものではない。例えば、図18に示すように、ケース30の内部において光電変換素子33を支持体34で固定する構成であってもよい。図19は、図18のA1−A2断面図であり、図18を下から見た図である。図19に示すように、光電変換素子33は、四隅を支持体34で支持されている。なお、支持体34の数および形状は、光電変換素子33の大きさおよび形状に応じて適宜に変更することができる。   In FIG. 17, the photoelectric conversion element 29 is provided directly on the case 30, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 18, a configuration may be adopted in which the photoelectric conversion element 33 is fixed by the support 34 inside the case 30. 19 is a cross-sectional view taken along line A1-A2 of FIG. 18, and is a view of FIG. 18 as viewed from below. As shown in FIG. 19, the four corners of the photoelectric conversion element 33 are supported by the support. Note that the number and shape of the supports 34 can be appropriately changed according to the size and shape of the photoelectric conversion element 33.

以上のことから、本実施の形態6によれば、光電変換素子33を反射材23と空間を隔てて平行に設けているため、光電変換素子33の反射材23とは反対側の面には光源からの光が入射され、光電変換素子33の反射材23側の面には反射材23で反射した光が入射される。これにより、光電変換素子33の両面に光を入射させることができる。   From the above, according to the sixth embodiment, since the photoelectric conversion element 33 is provided in parallel with the reflector 23 with a space therebetween, the surface of the photoelectric conversion element 33 opposite to the reflector 23 is Light from a light source is incident, and light reflected by the reflector 23 is incident on the surface of the photoelectric conversion element 33 on the side of the reflector 23. Thereby, light can be incident on both surfaces of the photoelectric conversion element 33.

<実施の形態7>
図20は、本発明の実施の形態7による光電変換モジュール35の構成の一例を示す断面図である。
<Embodiment 7>
FIG. 20 is a cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a photoelectric conversion module 35 according to Embodiment 7 of the present invention.

図20に示すように、光電変換モジュール35は、反射材39の形状、および光電変換素子36と反射材39との関係に特徴を有している。その他の構成は、実施の形態6と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。光電変換素子36は、実施の形態1〜3で説明した光電変換素子のいずれかに相当する。反射材23は、実施の形態4で説明した反射材23に相当する。   As shown in FIG. 20, the photoelectric conversion module 35 is characterized by the shape of the reflection member 39 and the relationship between the photoelectric conversion element 36 and the reflection member 39. Other configurations are the same as those in the sixth embodiment, and thus detailed description is omitted here. The photoelectric conversion element 36 corresponds to any of the photoelectric conversion elements described in Embodiments 1 to 3. The reflecting member 23 corresponds to the reflecting member 23 described in the fourth embodiment.

反射材23は、光電変換素子36に対して凹状に湾曲しており、反射材23で反射した光を光電変換素子36に集光することができる。また、光電変換素子36の面積は、反射材39の面積よりも小さい。具体的には、光電変換モジュール35を上から見たときに、光電変換素子36の面積Spvと、反射材39の面積Srefから光電変換素子36の面積Spvを引いた面積Sref−Spvとがほぼ同じになるように設計すればよい。   The reflection member 23 is curved in a concave shape with respect to the photoelectric conversion element 36, and can condense the light reflected by the reflection member 23 to the photoelectric conversion element 36. In addition, the area of the photoelectric conversion element 36 is smaller than the area of the reflector 39. Specifically, when the photoelectric conversion module 35 is viewed from above, the area Spv of the photoelectric conversion element 36 and the area Sref−Spv obtained by subtracting the area Spv of the photoelectric conversion element 36 from the area Sref of the reflective member 39 are substantially equal to each other. What is necessary is just to design so that it may become the same.

以上のことから、本実施の形態7によれば、反射材23は光電変換素子36に対して凹状に湾曲し、光電変換素子36の面積は反射材39よりも小さいため、電灯の直下のように擬似的な平行光が入射する環境下、または光源が1つしかないスポットライトのような点光源の光が入射する環境下など、直進光が支配的な場所に光電変換モジュール35を設置した場合であっても両面に同等の光強度の光を入射させることが可能となる。   From the above, according to the seventh embodiment, the reflecting member 23 is curved concavely with respect to the photoelectric conversion element 36, and the area of the photoelectric conversion element 36 is smaller than that of the reflecting member 39. The photoelectric conversion module 35 is installed in a place where straight traveling light is dominant, for example, in an environment where simulated parallel light enters, or in an environment where a point light source such as a spotlight having only one light source enters. Even in this case, it is possible to make light of the same light intensity enter both surfaces.

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。   In the present invention, each embodiment can be freely combined, or each embodiment can be appropriately modified or omitted within the scope of the invention.

本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。   Although the present invention has been described in detail, the above description is illustrative in all aspects and the present invention is not limited thereto. It is understood that innumerable modifications that are not illustrated can be assumed without departing from the scope of the present invention.

1 光電変換素子、2 透明基板、3 第1透明電極、4 光電変換領域、5 第2透明電極、6 封止剤、7 第1光電変換層、8 第2光電変換層、9 第3光電変換層、10 光電変換層、11 P型半導体層、12 光吸収層、13 N型半導体層、14 光電変換素子、15 第4光電変換層、16 第5光電変換層、17 光電変換素子、18 接合層、19 光電変換モジュール、20 光電変換素子、21 支持材、22 カバー、23 反射材、24 取り出し電極、25 光電変換モジュール、26,27 光電変換素子、28 光電変換モジュール、29 光電変換素子、30 ケース、31 設置基板、32 光電変換モジュール、33 光電変換素子、34 支持体、35 光電変換モジュール、36 光電変換素子、37 ケース、38 設置基板、39 反射材、40 光電変換素子、41 透明基板、42 第1透明電極、43 第1光電変換層、44 第2光電変換層、45 第3光電変換層、46 第2透明電極。   REFERENCE SIGNS LIST 1 photoelectric conversion element, 2 transparent substrate, 3 first transparent electrode, 4 photoelectric conversion region, 5 second transparent electrode, 6 sealant, 7 first photoelectric conversion layer, 8 second photoelectric conversion layer, 9 third photoelectric conversion Layer, 10 photoelectric conversion layer, 11 P-type semiconductor layer, 12 light absorption layer, 13 N-type semiconductor layer, 14 photoelectric conversion element, 15 fourth photoelectric conversion layer, 16 fifth photoelectric conversion layer, 17 photoelectric conversion element, 18 junction Layer, 19 photoelectric conversion module, 20 photoelectric conversion element, 21 support material, 22 cover, 23 reflection material, 24 extraction electrode, 25 photoelectric conversion module, 26, 27 photoelectric conversion element, 28 photoelectric conversion module, 29 photoelectric conversion element, 30 Case, 31 installation substrate, 32 photoelectric conversion module, 33 photoelectric conversion element, 34 support, 35 photoelectric conversion module, 36 photoelectric conversion element, 37 case, 38 Installation substrate, 39 reflector, 40 photoelectric conversion element, 41 transparent substrate, 42 first transparent electrode, 43 first photoelectric conversion layer, 44 second photoelectric conversion layer, 45 third photoelectric conversion layer, 46 second transparent electrode.

Claims (12)

透明基板(2)と、
前記透明基板(2)上に形成された第1透明電極(3)と、
前記第1透明電極(3)上に積層して形成された少なくとも3つの光電変換層(7,8,9)と、
各前記光電変換層(7,8,9)のうちの最上の前記光電変換層(9)上に形成された第2透明電極(5)と、
を備え、
各前記光電変換層(7,8,9)は、光吸収層(12)を有し、
前記第1透明電極(3)および前記第2透明電極(5)に接しない前記光電変換層(8)の前記光吸収層(12)は、前記第1透明電極(3)に接する前記光電変換層(7)の前記光吸収層(12)、および前記第2透明電極(5)に接する前記光電変換層(9)の前記光吸収層(12)よりもバンドギャップが小さいことを特徴とする、光電変換素子。
A transparent substrate (2);
A first transparent electrode (3) formed on the transparent substrate (2);
At least three photoelectric conversion layers (7, 8, 9) laminated on the first transparent electrode (3);
A second transparent electrode (5) formed on the uppermost photoelectric conversion layer (9) of the photoelectric conversion layers (7, 8, 9);
With
Each of the photoelectric conversion layers (7, 8, 9) has a light absorption layer (12),
The light absorbing layer (12) of the photoelectric conversion layer (8) that is not in contact with the first transparent electrode (3) and the second transparent electrode (5) is the photoelectric conversion that is in contact with the first transparent electrode (3). The band gap is smaller than that of the light absorbing layer (12) of the layer (7) and the light absorbing layer (12) of the photoelectric conversion layer (9) in contact with the second transparent electrode (5). , Photoelectric conversion element.
各前記光電変換層(7,8,9)の積層方向の中心に位置する前記光電変換層(8)の前記光吸収層(12)は、各前記光電変換層(7,8,9)の前記光吸収層(12)のうちで最もバンドギャップが小さく、
各前記光電変換層(7,8,9)の前記光吸収層(12)のバンドギャップは、各前記光電変換層(7,8,9)の積層方向の中心に位置する前記光電変換層(8)から、前記第1透明電極(3)に接する前記光電変換層(7)、および前記第2透明電極(5)に接する前記光電変換層(9)の各々に向かって対称的に大きくなっていることを特徴とする、請求項1に記載の光電変換素子。
The light-absorbing layer (12) of the photoelectric conversion layer (8) located at the center in the stacking direction of each of the photoelectric conversion layers (7, 8, 9) is formed of the photoelectric conversion layer (7, 8, 9). The light absorbing layer (12) having the smallest band gap,
The band gap of the light absorption layer (12) of each of the photoelectric conversion layers (7, 8, 9) is set at the center of the photoelectric conversion layer (7, 8, 9) in the stacking direction. 8), the photoelectric conversion layer (7) in contact with the first transparent electrode (3) and the photoelectric conversion layer (9) in contact with the second transparent electrode (5) are symmetrically increased. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein:
各前記光電変換層(7,8,9)は、P型半導体層(11)と、前記P型半導体層(11)上に形成された前記光吸収層(12)と、前記光吸収層(12)上に形成されたN型半導体層(13)とを有し、
隣り合う2つの前記光電変換層(8,9)間であって、前記光吸収層(12)のバンドギャップが小さい方の前記光電変換層(8)の前記N型半導体層(13)と、前記光吸収層(12)の前記バンドギャップが大きい方の前記光電変換層(9)の前記P型半導体層(11)との間に接合層(18)をさらに備えることを特徴とする、請求項1または2に記載の光電変換素子。
Each of the photoelectric conversion layers (7, 8, 9) includes a P-type semiconductor layer (11), the light absorption layer (12) formed on the P-type semiconductor layer (11), and the light absorption layer ( 12) an N-type semiconductor layer (13) formed thereon;
The N-type semiconductor layer (13) of the photoelectric conversion layer (8) between two adjacent photoelectric conversion layers (8, 9), the band gap of the light absorption layer (12) being smaller; The light absorption layer (12) further includes a bonding layer (18) between the photoelectric conversion layer (9) and the P-type semiconductor layer (11) having the larger band gap. Item 3. The photoelectric conversion element according to item 1 or 2.
前記接合層(18)は、リンおよびボロンのうちの少なくとも1つがドーピングされたアモルファスシリコン系材料、アモルファスシリコン系材料に微小なシリコン系結晶成分がドーピングされた微結晶シリコン系材料、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛、酸化マンガン、および酸化銅のうちのいずれか1つからなることを特徴とする、請求項3に記載の光電変換素子。   The bonding layer (18) is made of an amorphous silicon-based material doped with at least one of phosphorus and boron, a microcrystalline silicon-based material in which an amorphous silicon-based material is doped with a minute silicon-based crystal component, titanium oxide, oxide The photoelectric conversion element according to claim 3, wherein the photoelectric conversion element is made of any one of tin, zinc oxide, manganese oxide, and copper oxide. 前記接合層(18)の膜厚は、1nm以上40nm以下であることを特徴とする、請求項3または4に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 3, wherein the thickness of the bonding layer is from 1 nm to 40 nm. 各前記光電変換層(7,8,9)は、アモルファスシリコン、アモルファス酸化シリコン、アモルファス炭化シリコン、アモルファス窒化シリコン、アモルファスゲルマニウム、多結晶シリコン、および微結晶シリコンのうちのいずれか1つからなることを特徴とする、請求項1から5のいずれか1項に記載の光電変換素子。   Each of the photoelectric conversion layers (7, 8, 9) is made of one of amorphous silicon, amorphous silicon oxide, amorphous silicon carbide, amorphous silicon nitride, amorphous germanium, polycrystalline silicon, and microcrystalline silicon. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein: 前記第1透明電極(3)および前記第2透明電極(5)に接しない前記光電変換層(8)の前記光吸収層(12)は、アモルファスシリコンからなり、
前記第1透明電極(3)に接する前記光電変換層(7)の前記光吸収層(12)、および前記第2透明電極(5)に接する前記光電変換層(9)の前記光吸収層(12)は、バンドギャップが1.7eV〜2.05eVであるアモルファスシリコン系材料からなることを特徴とする、請求項1から5のいずれか1項に記載の光電変換素子。
The light absorption layer (12) of the photoelectric conversion layer (8) that is not in contact with the first transparent electrode (3) and the second transparent electrode (5) is made of amorphous silicon;
The light absorption layer (12) of the photoelectric conversion layer (7) in contact with the first transparent electrode (3) and the light absorption layer (12) of the photoelectric conversion layer (9) in contact with the second transparent electrode (5). 12) The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the element (12) is made of an amorphous silicon-based material having a band gap of 1.7 eV to 2.05 eV.
前記第1透明電極(3)および前記第2透明電極(5)に接しない前記光電変換層(8)の前記光吸収層(12)は、アモルファスシリコンからなり、
前記第1透明電極(3)に接する前記光電変換層(7)の前記光吸収層(12)、および前記第2透明電極(5)に接する前記光電変換層(9)の前記光吸収層(12)は、膜厚が100nm〜400nmであるアモルファス炭化シリコンまたはアモルファス酸化シリコンからなることを特徴とする、請求項1から5のいずれか1項に記載の光電変換素子。
The light absorption layer (12) of the photoelectric conversion layer (8) that is not in contact with the first transparent electrode (3) and the second transparent electrode (5) is made of amorphous silicon;
The light absorption layer (12) of the photoelectric conversion layer (7) in contact with the first transparent electrode (3) and the light absorption layer (12) of the photoelectric conversion layer (9) in contact with the second transparent electrode (5). The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 5, wherein (12) is made of amorphous silicon carbide or amorphous silicon oxide having a thickness of 100 nm to 400 nm.
請求項1から8のいずれか1項に記載の光電変換素子(20)と、
前記光電変換素子を接地面に対して垂直方向に支持する支持材(21)と、
を備える、光電変換モジュール。
A photoelectric conversion element (20) according to any one of claims 1 to 8,
A support member (21) for supporting the photoelectric conversion element in a direction perpendicular to a ground plane;
A photoelectric conversion module comprising:
前記光電変換素子(26,27)は複数あり、
前記支持材(21)は、各光電変換素子(26,27)を接地面に対して垂直方向に支持することを特徴とする、請求項9に記載の光電変換モジュール。
There are a plurality of the photoelectric conversion elements (26, 27),
The photoelectric conversion module according to claim 9, wherein the support member (21) supports each of the photoelectric conversion elements (26, 27) in a direction perpendicular to a ground plane.
請求項1から8のいずれか1項に記載の光電変換素子(29)と、
前記光電変換素子(29)と空間を隔てて平行に設けられた反射材(23)と、
を備える、光電変換モジュール。
A photoelectric conversion element (29) according to any one of claims 1 to 8,
A reflector (23) provided in parallel with the photoelectric conversion element (29) with a space therebetween;
A photoelectric conversion module comprising:
前記反射材(39)は、前記光電変換素子(36)に対して凹状に湾曲し、
前記光電変換素子(36)の面積は、前記反射材(39)の面積よりも小さいことを特徴とする、請求項11に記載の光電変換モジュール。
The reflector (39) is concavely curved with respect to the photoelectric conversion element (36),
The photoelectric conversion module according to claim 11, wherein an area of the photoelectric conversion element (36) is smaller than an area of the reflector (39).
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