WO2009110409A1 - 太陽電池 - Google Patents

太陽電池 Download PDF

Info

Publication number
WO2009110409A1
WO2009110409A1 PCT/JP2009/053823 JP2009053823W WO2009110409A1 WO 2009110409 A1 WO2009110409 A1 WO 2009110409A1 JP 2009053823 W JP2009053823 W JP 2009053823W WO 2009110409 A1 WO2009110409 A1 WO 2009110409A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
cell
solar cell
power generation
electrode
Prior art date
Application number
PCT/JP2009/053823
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
忠弘 大見
哲也 後藤
宏治 田中
雄一 佐野
広匡 井上
Original Assignee
国立大学法人東北大学
東京エレクトロン株式会社
シャープ株式会社
三洋電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 国立大学法人東北大学, 東京エレクトロン株式会社, シャープ株式会社, 三洋電機株式会社 filed Critical 国立大学法人東北大学
Publication of WO2009110409A1 publication Critical patent/WO2009110409A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a solar cell, and more particularly to a solar cell having a configuration in which a plurality of power generation layers are stacked on a transparent electrode.
  • a thin-film solar cell having a three-layer structure in which a one-conductivity type (for example, p-type) semiconductor layer and a reverse-conductivity type (for example, n-type) semiconductor layer are in contact with both surfaces of an i-type semiconductor layer
  • a one-conductivity type for example, p-type
  • a reverse-conductivity type for example, n-type
  • Each semiconductor layer in such a thin film solar cell is formed of various semiconductors such as an amorphous semiconductor, a microcrystalline semiconductor, a single crystal semiconductor, and a polycrystalline semiconductor, and as a semiconductor forming each semiconductor layer, Si, It is also known to use SiC, Ge, SiGe or the like.
  • Patent Document 1 discloses a pin-type amorphous thin-film solar cell having an amorphous silicon ( ⁇ c-Si) layer containing a microcrystalline phase.
  • a p layer is formed by a semiconductor layer ( ⁇ c-Si) including a microcrystalline phase among pin layers forming a power generation layer
  • an i layer is formed of amorphous silicon germanium ( a-SiGe), and has a structure in which a p-type and low impurity concentration interface layer is provided between the p-layer and the i-layer.
  • the solar cell having this structure can suppress deterioration of characteristics after light irradiation and can improve efficiency.
  • Patent Document 2 discloses a solar cell with high conversion efficiency by suppressing deterioration of interface characteristics due to thermal diffusion in the manufacturing process.
  • the p-type and n-type semiconductor layers are formed by an amorphous silicon thin film ( ⁇ c-Si) each containing a microcrystalline phase, and the microcrystalline layer is included.
  • ⁇ c-Si amorphous silicon thin film
  • Patent Document 2 proposes a structure in which an interface semiconductor layer composed of a plurality of layers is provided between an amorphous semiconductor layer and an i-type semiconductor layer.
  • the impurity addition amount of the interface semiconductor layer on the i-type semiconductor layer side is made smaller than the impurity addition amount of the interface semiconductor layer on the amorphous semiconductor layer side, whereby the p-type semiconductor layer side of the i-type semiconductor layer is obtained.
  • the band gap at the junction interface is made wider than the band gap of the i-type semiconductor layer.
  • the solar cell with this structure can suppress the deterioration of the interface characteristics.
  • Patent Documents 1 and 2 do not consider using a solar cell to cover all energy that will be required in the future, and as a matter of fact, they can replace fossil fuels such as oil. It is considered impossible to obtain power.
  • the solar cell having a large area can be manufactured in a large amount and at a low cost while improving the conversion efficiency, it is possible to obtain power equivalent to the annual power consumption by the solar cell. There was found.
  • the present invention is to provide a solar cell with high conversion efficiency and suitable for mass production.
  • the power generation layer is formed by stacking cells having different light absorption bands between the first and second electrodes, and the first electrode is a transparent electrode. And a metal layer formed of a metal having a contact resistance smaller than a contact resistance between the second electrode and the power generation layer is provided between the second electrode and the power generation layer. Is obtained.
  • the metal of the metal layer has a work function smaller than the absolute value of the electron affinity of the power generation layer with which the metal layer contacts. A solar cell is obtained.
  • the power generation layer in contact with the metal layer is n-type germanium.
  • the power generation layer in contact with the metal layer is n-type germanium, and the metal layer is selected from the group consisting of magnesium, hafnium, manganese, zirconium and yttrium. It is possible to obtain a solar cell formed of at least one kind of metal or an alloy thereof.
  • the solar cell is characterized in that the power generation layer has a double cell structure or a triple cell structure.
  • a solar cell according to the fifth aspect wherein the double cell structure has a six-layer structure.
  • the double-layer structure having the six-layer structure includes a top cell having a pin structure formed of microcrystalline silicon and a pin structure formed of microcrystalline germanium. A solar cell having a bottom cell is obtained.
  • a solar cell according to the fifth aspect wherein the triple cell structure has a nine-layer structure.
  • the triple cell structure having the nine-layer structure has a structure in which a top cell, a middle cell, and a bottom cell are sequentially stacked on the first electrode.
  • a solar cell can be obtained.
  • the top cell has a pin structure formed of amorphous silicon
  • the middle cell has a pin structure formed of microcrystalline silicon germanium
  • the bottom cell has a pin structure formed of microcrystalline germanium, thereby obtaining a solar cell.
  • a power generation layer having a different light absorption band and a metal layer having a low contact resistance as an electrode are disposed as an underlayer of the electrode, whereby the conversion efficiency can be increased to about 20 percent.
  • Sunlight incident as incident light In has a wide range of wavelengths from an ultraviolet light region of 500 nm or less to a far infrared light of 2500 nm or more. If the incident light In can be absorbed over a wide range and converted into electric energy, a solar cell with high conversion efficiency can be obtained.
  • a material for example, amorphous silicon
  • a material having a high absorption coefficient for example, microcrystalline silicon germanium ( ⁇ c-SiGe)
  • a solar cell having an extremely high light absorption coefficient can be configured.
  • the curve Ag by combining a material having a high light absorption coefficient with respect to a light wavelength higher than that of microcrystalline silicon germanium (for example, microcrystalline germanium ( ⁇ c-Ge)), unabsorbed sunlight.
  • a solar cell with very little Na can be constructed.
  • the present invention examines a solar cell that can realize at least the absorption characteristics of the curves Aa and Am among the three absorption characteristics of the curves Aa, Am, and Ag, and also examines the generated voltage of each material. did.
  • a solar cell with high conversion efficiency can be configured by improving the material of the electrode sandwiching the power generation layer.
  • FIG. 2 shows an example of a solar cell according to the present invention having a six-layer structure.
  • the illustrated solar cell includes a transparent first electrode (TCO, ie, Transparent Conducting Oxide) 23 formed on a glass substrate 21 with ZnO or the like, and a six-layer power generation provided on the first electrode 23. It has a layer 25, a base metal layer 27 formed on the power generation layer 25, and a second electrode 29 formed of Al or Ag.
  • TCO transparent first electrode
  • ie Transparent Conducting Oxide
  • the power generation layer 25 of the solar cell shown in FIG. 2 has a structure in which a top cell 251 having a pin structure formed of microcrystalline silicon and a bottom cell 252 having a pin structure formed of microcrystalline germanium are stacked. is doing.
  • the top cell 251 has a thickness of 4.5 ⁇ m
  • the bottom cell 252 has a thickness of 0.5 ⁇ m.
  • a cell arranged on the transparent first electrode 23 side on which sunlight is incident is referred to as a top cell 251, and a cell far from the first electrode 23 is referred to as a bottom cell 252.
  • the base metal layer 27 of the second electrode 29 is formed of a metal (for example, magnesium) that forms an ohmic contact with germanium and has a contact resistance smaller than that of Al.
  • the solar cell having the illustrated structure was formed on a substrate having a size of 2.16 m ⁇ 2.46 m, and had a conversion efficiency of 19.8%.
  • the material of the base metal layer 27 may be selected so as to have a work function smaller than the absolute value of the electron affinity of the material forming the bottom cell.
  • the second electrode 29 has a function of promoting reflection.
  • the base metal layer 27 has a thickness that transmits sunlight as much as possible.
  • a material for such a base metal layer 27 there is at least one metal selected from the group consisting of hafnium, manganese, zirconium, and yttrium, or an alloy thereof, in addition to the above-described magnesium.
  • FIG. 3 an example of a solar cell according to the present invention having a nine-layer structure is shown.
  • the solar cell shown in FIG. 3 includes a glass substrate 21, a transparent first electrode 23, a power generation layer 25, a base metal layer 27, and a second electrode 29.
  • the power generation layer 25 shown in FIG. The top cell 25a having a pin structure formed by the above structure, the middle cell 25b having a pin structure formed by microcrystalline silicon germanium, and the bottom cell 25c having a pin structure formed by microcrystalline germanium are stacked.
  • the thicknesses of the top cell 25a, the middle cell 25b, and the bottom cell 25c are 1.0 ⁇ m, 3.5 ⁇ m, and 0.5 ⁇ m, respectively, and the total thickness of the power generation layer 25 is 5 ⁇ m.
  • the solar cell with a nine-layer structure has a high conversion efficiency of 23.1%, and can be increased in size and mass-produced.
  • FIG. 4 a solar cell having a nine-layer structure and having a thinner structure than the solar cell shown in FIG. 3 is shown.
  • the film structure of the top cell 25a, the middle cell 25b, and the bottom cell 25c is the same as in FIG. It is configured by a pin structure.
  • top cell 25a, the middle cell 25b, and the bottom cell 25c have thicknesses of 0.5 ⁇ m, 1.1 ⁇ m, and 0.4 ⁇ m, respectively.
  • the solar cell having such a configuration had a conversion efficiency of 19.8%.
  • Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the solar cell of the present invention.
  • a transparent first electrode 23 made of zinc oxide doped with gallium is formed on the glass substrate 21 by 1 ⁇ m.
  • a p-type amorphous silicon layer 3 (film thickness 20 nm), an i-type amorphous silicon layer 4 (film thickness 0.5 ⁇ m), and an n-type amorphous silicon layer 5 (film thickness 20 nm) are sequentially formed on the formed first electrode 23.
  • the top cell 25a is formed by film formation.
  • a p-type microcrystalline silicon germanium layer 6 (film thickness 50 nm), a microcrystalline silicon germanium layer 7 (film thickness 1.1 ⁇ m), and an n-type microcrystalline silicon germanium layer 8 (film thickness 50 nm) are sequentially formed.
  • a middle cell 25b To form the middle cell 25b.
  • n-type microcrystalline silicon germanium layer 8 a p-type microcrystalline germanium layer 9 (film thickness 50 nm), a microcrystalline germanium layer 10 (film thickness 0.4 ⁇ m), and an n-type microcrystalline germanium layer 11 (film thickness 50 nm). ) are sequentially formed to form the bottom cell 25c.
  • a magnesium layer 27 (film thickness 1 nm) and aluminum 29 (film thickness 1 ⁇ m) are formed.
  • a SiN layer 34 (film thickness 5 ⁇ m) is formed.
  • a heat radiating metal plate 36 is bonded onto the SiN layer 34 via an adhesive layer 35.
  • the illustrated structure includes a first electrode 23 formed by a transparent electrode (TCO), a p-type semiconductor layer 251a formed on the first electrode 23, and amorphous Si ( ⁇ c-Si) containing microcrystals.
  • the i-type semiconductor layer 253a and the n-type semiconductor layer 252a are formed.
  • a p-type semiconductor layer 251, an i-type semiconductor layer 253 formed of amorphous Ge containing microcrystals ( ⁇ c-Ge), and an n-type semiconductor layer 252 are further provided thereon.
  • a metal layer 30 according to the present invention is formed thereon, and a second electrode 29 made of Al is further provided on the metal layer 30.
  • the metal layer 30 is formed of a metal determined in consideration of the work function with the n-type semiconductor layer 252 serving as a base.
  • the metal layer 30 is at least one selected from the group consisting of magnesium, hafnium, manganese, zirconium, and yttrium. Any kind of metal or alloy thereof may be used.
  • the rotating magnet sputtering apparatus is used for the film forming and etching facility used for manufacturing the solar cell having the above-described configuration, the entire facility can be greatly reduced.
  • the entire facility for forming a multilayer film can be reduced.
  • the base metal layer 27 and the second electrode 29 are continuously formed in the same chamber using a rotary magnet sputtering apparatus, the base metal layer 27 and the second electrode 29 are formed in separate chambers. The facility can be reduced as compared with the case where individual films are formed.

Abstract

　発電層と電極との間に、仕事関数の低い下地金属層を設けて、発電層と電極との間のコンタクト抵抗を低減することによって、太陽電池又は光電変換素子の変換効率を改善することができた。

Description

太陽電池
　本発明は、太陽電池に関し、特に、透明電極上に複数の発電層を積層した構成を有する太陽電池に関する。
　最近、石油等の化石燃料の使用が地球温暖化の一因として大きく取り上げられており、化石燃料に代わるエネルギーとして、種々の代替エネルギーが研究され実用化が急がれている。これら代替エネルギーの一つとして、クリーンでしかも無尽蔵ともいえる太陽エネルギーが注目されており、太陽エネルギーから電力を得る様々な形式の太陽電池が提案されている。
　この種の太陽電池として、ｉ型半導体層の両面に、それぞれ、一導電型（例えばｐ型）半導体層及び逆導電型（例えば、ｎ型）半導体層を接触させた３層構造の薄膜太陽電池が提案されている。このような薄膜太陽電池における各半導体層を非晶質半導体、微結晶半導体、単結晶半導体、多結晶半導体等、種々の半導体によって形成すること、及び、各半導体層を形成する半導体として、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ等を使用することも知られている。
　３層構造の太陽電池として、例えば、特許文献１には、微結晶相を含む非晶質シリコン（μｃ－Ｓｉ）の層を有するｐｉｎ型非晶質薄膜太陽電池が開示されている。特許文献１に記載された薄膜太陽電池は、発電層を形成するｐｉｎ層のうち、微結晶相を含む半導体層（μｃ－Ｓｉ）によってｐ層を形成し、ｉ層を非晶質シリコンゲルマニウム（ａ－ＳｉＧｅ）によって形成すると共に、当該ｐ層とｉ層との間に、ｐ層よりもバンドギャップが広く、ｐ型で低不純物濃度の界面層を設けた構造を有している。この構造の太陽電池は、光照射後の特性の劣化を抑制できると共に、効率の向上を図ることができる。
　また、特許文献２は、製造プロセスにおける熱拡散による界面特性の劣化を抑制して、変換効率の高い太陽電池を開示している。特許文献２では、発電層を形成するｐｉｎ層のうち、それぞれ微結晶相を含む非晶質シリコン系薄膜（μｃ－Ｓｉ）によってｐ及びｎ型半導体層を形成し、且つ、微結晶層を含む非晶質半導体層と非晶質シリコン系膜によってｉ型半導体層を形成した太陽電池を開示している。更に、特許文献２は、非晶質半導体層とｉ型半導体層との間に、複数層からなる界面半導体層を設けた構造を提案している。ここでは、ｉ型半導体層側の界面半導体層の不純物添加量を、非晶質半導体層側の界面半導体層の不純物添加量よりも少なくし、これによって、ｉ型半導体層のｐ型半導体層側接合界面におけるバンドギャップをｉ型半導体層のバンドギャップより広くしている。
　この構造の太陽電池は、界面特性の劣化を抑制することができる。
特開２００１－１６８３５４号公報 特開２００３－８０３８号公報
　しかしながら、特許文献１及び２は、太陽電池を使用して、将来的に必要となるエネルギーを全て賄うことは、全く考慮していないし、実際問題として、石油等の化石燃料に取って代わる程の電力を得ることは不可能であると考えられている。
　一方、本発明者等の試算によれば、変換効率を改善すると共に、大量に且つ安価に大面積の太陽電池を製造できれば、年間の電力消費量に匹敵する電力を太陽電池によって得ることができることが判明した。
　このことを考慮して、本発明は、変換効率が高く且つ大量生産に適した太陽電池を提供することである。
　本発明の第１の態様によれば、第１及び第２の電極間に、光吸収帯域の互いに異なるセルを積層することによって構成された発電層を備え、前記第１の電極を透明電極とし、前記第２の電極と前記発電層との間に、前記第２の電極と前記発電層との間のコンタクト抵抗よりも小さいコンタクト抵抗を有する金属によって形成された金属層が設けられていることを特徴とする太陽電池が得られる。
　本発明の第２の態様によれば、第１の態様において、前記金属層の金属は、前記金属層がコンタクトする発電層の電子親和力の絶対値よりも小さい仕事関数を有することを特徴とする太陽電池が得られる。
　本発明の第３の態様によれば、第２の態様において、前記金属層がコンタクトする発電層はｎ型ゲルマニウムであることを特徴とする太陽電池が得られる。
　本発明の第４の態様によれば、第２の態様において、前記金属層がコンタクトする発電層はｎ型ゲルマニウムであり、前記金属層はマグネシウム、ハフニウム、マンガン、ジルコニウム及びイットリウムからなる群から選択された少なくとも一種類の金属又はその合金によって形成されていることを特徴とする太陽電池が得られる。
　本発明の第５の態様によれば、第１乃至４の態様のいずれか一つにおいて、前記発電層は、ダブルセル構造又はトリプルセル構造を有することを特徴とする太陽電池が得られる。
　本発明の第６の態様によれば、第５の態様において、前記ダブルセル構造は６層構造を有していることを特徴とする太陽電池が得られる。
　本発明の第７の態様によれば、第６の態様において、前記６層構造のダブルセル構造は、微結晶シリコンによって形成されたｐｉｎ構造のトップセルと、微結晶ゲルマニウムによって形成されたｐｉｎ構造のボトムセルとを有していることを特徴とする太陽電池が得られる。
　本発明の第８の態様によれば、第５の態様において、前記トリプルセル構造は９層構造を有していることを特徴とする太陽電池が得られる。
　本発明の第９の態様によれば、第８の態様において、前記９層構造のトリプルセル構造は、トップセル、ミドルセル、及びボトムセルを前記第１の電極上に、順次積層した構造を有していることを特徴とする太陽電池が得られる。
　本発明の第１０の態様によれば、第９の態様において、前記トップセルはアモルファスシリコンによって形成されたｐｉｎ構造を有し、前記ミドルセルは微結晶シリコンゲルマニウムによって形成されたｐｉｎ構造を備え、更に、前記ボトムセルは微結晶ゲルマニウムによって形成されたｐｉｎ構造を有していることを特徴とする太陽電池が得られる。
　本発明によれば、異なる光吸収帯域を有する発電層を有すると共に、電極としてコンタクト抵抗の小さい金属層を電極の下地層として配置し、これによって、変換効率を約２０パーセントまで高くすることができると言う利点がある。
本発明の原理を説明するために使用される太陽光のスペクトラムを示す図である。 本発明に係る６層構造の太陽電池の一例を示す概略図である。 本発明に係る９層構造の太陽電池の例を示す概略図である。 図３に示した太陽電池を薄膜化した例を示す概略図である。 本発明の実施例１に係る太陽電池を示す断面図である。 本発明の実施例２に係る太陽電池を示す断面図である。
符号の説明
２１　　　　　ガラス基板
２３　　　　　第１の電極（透明導電膜）
２５　　　　　発電層
２７、３０　　下地金属層
２９　　　　　第２の電極
２５１　　　　トップセル
２５２　　　　ボトムセル
２５ａ　　　　トップセル
２５ｂ　　　　ミドルセル
２５ｃ　　　　ボトムセル
３４　　　　　ＳｉＮ層
３５　　　　　接着剤層
３６　　　　　放熱用金属板
２５１、２５１ａ　　　　　ｐ型半導体層
２５２、２５２ａ　　　　　ｎ型半導体層
２５３、２５３ａ　　　　　ｉ型半導体層
　図１に示された光波長とフォトン数との関係を用いて、本発明の原理を説明する。入射光Ｉｎとして入射する太陽光は５００ｎｍ以下の紫外光領域から２５００ｎｍ以上の遠赤外光まで広い範囲の波長を有している。これらの入射光Ｉｎを広い範囲に亘って吸収し、電気エネルギーに変換できれば、変換効率の高い太陽電池を得ることができる。
　ここで、曲線Ａａで示すように、５００ｎｍ以下の光波長から可視光領域の光波長に対して高い吸収係数を示す材料（例えば、アモルファスシリコン）、曲線Ａｍで示すように、１０００ｎｍを含む光波長に対して高い吸収係数を持つ材料（例えば、微結晶シリコンゲルマニウム（μｃ－ＳｉＧｅ））を組み合わせれば、光吸収係数の極めて高い太陽電池を構成できる。更に、曲線Ａｇで示すように、微結晶シリコンゲルマニウムよりも高い光波長に対して高い光吸収係数を持つ材料（例えば、微結晶ゲルマニウム（μｃ－Ｇｅ））を組み合わせることにより、太陽光の未吸収分Ｎａの極めて少ない太陽電池を構成できる。
　上記した原理に基づき、本発明では、曲線Ａａ、Ａｍ、Ａｇの３つの吸収特性のうち、少なくとも曲線Ａａ、Ａｍの吸収特性を実現できる太陽電池を検討すると共に、各材料の発生電圧についても検討した。
　更に、本発明では、発電層を挟む電極の材料を改善することにより、変換効率の高い太陽電池を構成できることを見出した。
　図２を参照すると、６層構造の本発明に係る太陽電池の一例が示されている。図示された太陽電池は、ガラス基板２１上にＺｎＯ等によって形成された透明な第１の電極（ＴＣＯ、即ち、Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　Ｏｘｉｄｅ）２３、第１の電極２３上に設けられた６層構造の発電層２５、発電層２５上に形成された下地金属層２７、及び、Ａｌ又はＡｇによって形成された第２の電極２９を有している。
　また、図２に示された太陽電池の発電層２５は、微結晶シリコンによって形成されたｐｉｎ構造のトップセル２５１と、微結晶ゲルマニウムによって形成されたｐｉｎ構造のボトムセル２５２とを積層した構造を有している。ここで、トップセル２５１は４．５μｍの厚さを有し、他方、ボトムセル２５２は０．５μｍの厚さを有している。尚、ここでは、太陽光が入射する透明な第１の電極２３側に配置されたセルをトップセル２５１と呼び、第１の電極２３から離れた方のセルをボトムセル２５２と呼ぶものとする。
　更に、第２の電極２９の下地金属層２７は、ゲルマニウムに対してオーミックコンタクトを形成し、Ａｌよりもコンタクト抵抗の小さな金属（例えば、マグネシウム）によって形成されている。
　図示された構造の太陽電池は２．１６ｍ×２．４６ｍの大きさの基板上に形成され、１９．８％の変換効率を有していた。
　尚、下地金属層２７の材料はボトムセルを形成する材料の電子親和力の絶対値よりも小さい仕事関数を有するように選択すれば良い。
　図２の構造において、第２の電極２９は、反射を助長する機能を備えている。一方、下地金属層２７は太陽光をできるだけ透過するような厚さにするのが好ましい。このような下地金属層２７の材料としては、上記したマグネシウムのほか、ハフニウム、マンガン、ジルコニウム、及びイットリウムからなる群から選択された少なくとも一種類の金属又はその合金がある。
　図３を参照すると、９層構造を備えた本発明に係る太陽電池の例が示されている。図３に示された太陽電池は、ガラス基板２１、透明な第１の電極２３、発電層２５、下地金属層２７、及び第２の電極２９を備え、図示された発電層２５は、アモルファスシリコンによって形成されたｐｉｎ構造のトップセル２５ａ、微結晶シリコンゲルマニウムによって形成されたｐｉｎ構造のミドルセル２５ｂ、及び、微結晶ゲルマニウムによって形成されたｐｉｎ構造のボトムセル２５ｃを積層した構成を有している。
　ここで、トップセル２５ａ、ミドルセル２５ｂ、及び、ボトムセル２５ｃの厚さはそれぞれ１．０μｍ、３．５μｍ、及び、０．５μｍであり、発電層２５のトータル厚さは５μｍである。このように、９層構造の太陽電池は、２３．１％と高い変換効率を有し、且つ、大型化、量産化可能である。
　図４を参照すると、９層構造を備え、図３に示された太陽電池よりも薄膜構造を有する太陽電池が示されている。トップセル２５ａ、ミドルセル２５ｂ、及び、ボトムセル２５ｃの膜構造は図３と同様に、アモルファスシリコンによって形成されたｐｉｎ構造、微結晶シリコンゲルマニウムによって形成されたｐｉｎ構造、及び、微結晶ゲルマニウムによって形成されたｐｉｎ構造によって構成されている。
　更に、トップセル２５ａ、ミドルセル２５ｂ、及び、ボトムセル２５ｃはそれぞれ０．５μｍ、１．１μｍ、及び、０．４μｍの厚さを有している。このような構成の太陽電池は、１９．８％の変換効率を有していた。
　次に、図５を参照して、本発明の実施例１を説明する。
　図５は本発明の太陽電池の断面図であり、図からも明らかな通り、ガラス基板２１上にガリウムをドープした酸化亜鉛によって形成された透明な第１の電極２３を１μｍ成膜する。
　形成した第１の電極２３上に、ｐ型アモルファスシリコン層３（膜厚２０ｎｍ）、ｉ型アモルファスシリコン層４(膜厚０．５μｍ)、ｎ型アモルファスシリコン層５（膜厚２０ｎｍ）を順次成膜してトップセル２５ａを形成する。
　次に、ｐ型微結晶シリコンゲルマニウム層６（膜厚５０ｎｍ）、微結晶シリコンゲルマニウム層７(膜厚１．１μｍ)、ｎ型微結晶シリコンゲルマニウム層８（膜厚５０ｎｍ）を順次成膜することによってミドルセル２５ｂを形成する。
　更に、ｎ型微結晶シリコンゲルマニウム層８上に、ｐ型微結晶ゲルマニウム層９（膜厚５０ｎｍ）、微結晶ゲルマニウム層１０（膜厚０．４μｍ）、ｎ型微結晶ゲルマニウム層１１（膜厚５０ｎｍ）を順次成膜してボトムセル２５ｃを形成する。
　次に、マグネシウム層２７（膜厚１ｎｍ）とアルミニウム２９（膜厚１μｍ）を形成する。
　次に、ＳｉＮ層３４（膜厚５μｍ）を成膜する。ＳｉＮ層３４上には接着剤層３５を介して放熱用金属板３６を張り合わせる。
　図６を参照して、本発明の実施例２に係る太陽電池を説明する。図示された構造は、透明電極（ＴＣＯ）によって形成された第１の電極２３、当該第１の電極２３上に形成されたｐ型半導体層２５１ａ、微結晶を含む非晶質Ｓｉ（μｃ－Ｓｉ）によって形成されたｉ型半導体層２５３ａ、及び、ｎ型半導体層２５２ａを有している。更に、その上に、ｐ型半導体層２５１、微結晶を含む非晶質Ｇｅ（μｃ－Ｇｅ）によって形成されたｉ型半導体層２５３、及び、ｎ型半導体層２５２を有している。更に、その上に本発明に係る金属層３０が形成され、更に、当該金属層３０上に、Ａｌによって形成された第２の電極２９が設けられている。金属層３０は、図２を参照して説明したように、下地となるｎ型半導体層２５２との間の仕事関数を考慮して定められた金属によって形成されている。
　下地となるｎ型半導体層２５２が、前述したように、ｎ型微結晶ゲルマニウムによって形成されている場合、金属層３０はマグネシウム、ハフニウム、マンガン、ジルコニウム、及びイットリウムからなる群から選択された少なくとも一種類の金属又はその合金であれば良い。
　尚、上記した構成の太陽電池を製造するために使用される成膜及びエッチング用施設に、回転マグネットスパッタ装置を使用すれば、施設全体を大幅に縮小できる。
　例えば、成膜を回転マグネットスパッタ装置によって連続的に行えば、多層膜形成のための施設全体を縮小できる。例えば、下地金属層２７及び第２の電極２９を同一のチャンバ内で、回転マグネットスパッタ装置を用いて連続的に成膜すれば、下地金属層２７及び第２の電極２９を個別のチャンバ内で個々に成膜する場合に比較して、施設の縮小が可能である。
　上記した実施例では、太陽電池についてのみ説明したが、本発明は、通常の光電変換素子にも適用できる。

Claims (10)

  1. 　第１及び第２の電極間に、光吸収帯域の互いに異なるセルを積層することによって構成された発電層を備え、前記第１の電極を透明電極とし、前記第２の電極と前記発電層との間に、前記第２の電極と前記発電層との間のコンタクト抵抗よりも小さいコンタクト抵抗を有する金属によって形成された金属層が設けられていることを特徴とする太陽電池。
  2. 　請求項１において、前記金属層の金属は、前記金属層がコンタクトする発電層の電子親和力の絶対値よりも小さい仕事関数を有することを特徴とする太陽電池。
  3. 　請求項２において、前記金属層がコンタクトする発電層はｎ型ゲルマニウムであることを特徴とする太陽電池。
  4. 　請求項２において、前記金属層がコンタクトする発電層はｎ型ゲルマニウムであり、前記金属層はマグネシウム、ハフニウム、マンガン、ジルコニウム及びイットリウムからなる群から選択された少なくとも一種類の金属又はその合金によって形成されていることを特徴とする太陽電池。
  5. 　請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、前記発電層は、ダブルセル構造又はトリプルセル構造を有することを特徴とする太陽電池。
  6. 　請求項５において、前記ダブルセル構造は６層構造を有していることを特徴とする太陽電池。
  7. 　請求項６において、前記６層構造のダブルセル構造は、微結晶シリコンによって形成されたｐｉｎ構造のトップセルと、微結晶ゲルマニウムによって形成されたｐｉｎ構造のボトムセルとを有していることを特徴とする太陽電池。
  8. 　請求項５において、前記トリプルセル構造は９層構造を有していることを特徴とする太陽電池。
  9. 　請求項８において、前記９層構造のトリプルセル構造は、トップセル、ミドルセル、及びボトムセルを前記第１の電極上に、順次積層した構造を有していることを特徴とする太陽電池。
  10. 　請求項９において、前記トップセルはアモルファスシリコンによって形成されたｐｉｎ構造を有し、前記ミドルセルは微結晶シリコンゲルマニウムによって形成されたｐｉｎ構造を備え、更に、前記ボトムセルは微結晶ゲルマニウムによって形成されたｐｉｎ構造を有していることを特徴とする太陽電池。
PCT/JP2009/053823 2008-03-07 2009-03-02 太陽電池 WO2009110409A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008-057312 2008-03-07
JP2008057312A JP2011129541A (ja) 2008-03-07 2008-03-07 太陽電池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009110409A1 true WO2009110409A1 (ja) 2009-09-11

Family

ID=41055965

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2009/053823 WO2009110409A1 (ja) 2008-03-07 2009-03-02 太陽電池

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP2011129541A (ja)
TW (1) TW200945605A (ja)
WO (1) WO2009110409A1 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010006314A1 (de) * 2010-01-29 2011-08-04 EWE-Forschungszentrum für Energietechnologie e. V., 26129 Photovoltaische Mehrfach-Dünnschichtsolarzelle
JP2011176164A (ja) * 2010-02-25 2011-09-08 Kaneka Corp 積層型薄膜光電変換装置
EP2541614A4 (en) * 2010-02-24 2015-11-04 Kaneka Corp THIN-FILM PHOTOELECTRIC CONVERSION DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME
US10784383B2 (en) 2015-08-07 2020-09-22 E I Du Pont De Nemours And Company Conductive paste composition and semiconductor devices made therewith

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI459571B (zh) * 2009-12-29 2014-11-01 Epistar Corp 太陽能光電元件
WO2013035686A1 (ja) * 2011-09-07 2013-03-14 株式会社カネカ 薄膜光電変換装置およびその製造方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63169770A (ja) * 1987-01-08 1988-07-13 Sharp Corp アモルフアス太陽電池モジユ−ル
JPS63194372A (ja) * 1987-02-09 1988-08-11 Fuji Electric Co Ltd 非晶質光電変換装置
JPH04168769A (ja) * 1990-10-31 1992-06-16 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力素子の製造方法
JPH06291341A (ja) * 1993-02-08 1994-10-18 Sony Corp 太陽電池
JP2003258286A (ja) * 2002-03-04 2003-09-12 Fuji Electric Co Ltd 薄膜太陽電池とその製造方法
JP2005109360A (ja) * 2003-10-01 2005-04-21 National Institute Of Advanced Industrial & Technology ヘテロ接合太陽電池
JP2006173298A (ja) * 2004-12-15 2006-06-29 Fuji Electric Holdings Co Ltd 太陽電池モジュール
JP2007096136A (ja) * 2005-09-29 2007-04-12 Univ Nagoya カーボンナノ構造体を用いた光起電力素子
JP2007157915A (ja) * 2005-12-02 2007-06-21 Tohoku Univ 光電変換素子およびそれの製造方法ならびに製造装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63169770A (ja) * 1987-01-08 1988-07-13 Sharp Corp アモルフアス太陽電池モジユ−ル
JPS63194372A (ja) * 1987-02-09 1988-08-11 Fuji Electric Co Ltd 非晶質光電変換装置
JPH04168769A (ja) * 1990-10-31 1992-06-16 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力素子の製造方法
JPH06291341A (ja) * 1993-02-08 1994-10-18 Sony Corp 太陽電池
JP2003258286A (ja) * 2002-03-04 2003-09-12 Fuji Electric Co Ltd 薄膜太陽電池とその製造方法
JP2005109360A (ja) * 2003-10-01 2005-04-21 National Institute Of Advanced Industrial & Technology ヘテロ接合太陽電池
JP2006173298A (ja) * 2004-12-15 2006-06-29 Fuji Electric Holdings Co Ltd 太陽電池モジュール
JP2007096136A (ja) * 2005-09-29 2007-04-12 Univ Nagoya カーボンナノ構造体を用いた光起電力素子
JP2007157915A (ja) * 2005-12-02 2007-06-21 Tohoku Univ 光電変換素子およびそれの製造方法ならびに製造装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010006314A1 (de) * 2010-01-29 2011-08-04 EWE-Forschungszentrum für Energietechnologie e. V., 26129 Photovoltaische Mehrfach-Dünnschichtsolarzelle
EP2541614A4 (en) * 2010-02-24 2015-11-04 Kaneka Corp THIN-FILM PHOTOELECTRIC CONVERSION DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME
JP2011176164A (ja) * 2010-02-25 2011-09-08 Kaneka Corp 積層型薄膜光電変換装置
US10784383B2 (en) 2015-08-07 2020-09-22 E I Du Pont De Nemours And Company Conductive paste composition and semiconductor devices made therewith

Also Published As

Publication number Publication date
TW200945605A (en) 2009-11-01
JP2011129541A (ja) 2011-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI420700B (zh) 太陽能電池
JP5795492B2 (ja) 薄膜太陽電池
JP4671002B2 (ja) 光電変換装置
US20110094574A1 (en) Polarization Resistant Solar Cell Design Using SiCN
US20110000533A1 (en) Photoelectric conversion element structure and solar cell
WO2009110409A1 (ja) 太陽電池
WO2013002102A1 (ja) 光電変換装置
TW201110379A (en) Tandem solar cell integrated in a double insulating glass window for building integrated photovoltaic applications
JP4975528B2 (ja) 集積形太陽電池
JP2012231142A (ja) 太陽電池
JP4568531B2 (ja) 集積型太陽電池及び集積型太陽電池の製造方法
JP2012038783A (ja) 光電変換素子
TWI488322B (zh) 薄膜太陽能電池堆疊製造方法及其薄膜太陽能電池
KR101502208B1 (ko) 태양 전지 어레이, 박막 태양광 모듈 및 그 제조 방법
TWI482295B (zh) 太陽能電池
JP5295059B2 (ja) 光電変換装置とその製造方法
JP5388899B2 (ja) 光電変換装置および光電変換装置の製造方法
KR20090076638A (ko) 박막형 태양전지 및 그 제조방법
JP2005135986A (ja) 積層型光電変換装置
WO2012105153A1 (ja) 光電変換素子
US20140299180A1 (en) Multi-junction photovoltaic modules incorporating ultra-thin flexible glass
US20110308569A1 (en) Multi-terminal solar panel
KR101437070B1 (ko) 광기전력 소자
JP2004335733A (ja) 薄膜太陽電池
JPWO2005088734A6 (ja) 薄膜光電変換装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09718076

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 09718076

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP