JP2002190609A - ミラー型太陽電池およびその製造方法 - Google Patents

ミラー型太陽電池およびその製造方法

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JP2002190609A
JP2002190609A JP2000389725A JP2000389725A JP2002190609A JP 2002190609 A JP2002190609 A JP 2002190609A JP 2000389725 A JP2000389725 A JP 2000389725A JP 2000389725 A JP2000389725 A JP 2000389725A JP 2002190609 A JP2002190609 A JP 2002190609A
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type solar
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Kozo Miyoshi
三好  幸三
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Citizen Watch Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/52PV systems with concentrators

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 反射率に波長依存性のないミラーおよび半透
過ミラーに適用可能な太陽電池を提供する。 【解決手段】 本発明の太陽電池は、基板の少なくとも
一方の面に第1電極膜/光電変換層/第2電極膜を順次
積層した素子を備え、該第1電極膜および第2電極膜が
金属膜であり、該太陽電池の第2電極膜および光電変換
層に部分的欠落部を設けることを特徴とするミラー型太
陽電池。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属光沢を有する
ミラー型太陽電池とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、環境問題が重要視されるようにな
り、従来の火力や原子力以外のエコロジーな発電源とし
て太陽光発電が注目されている。太陽光発電は住宅用ば
かりでなく様々な電子機器にも応用範囲が広がってきて
いる。
【0003】図2は従来の太陽電池の構造を示した図で
ある。一般的な従来の太陽電池では、第2電極膜4bと
して酸化インジウム錫などの透明導電膜を用いていた。
前記透明導電膜4bから入射した光は光電変換層3を介
して第1電極膜2である金属膜で反射し、再び光電変換
層3と第2電極膜4bを介して反射光となる。
【0004】前記光電変換層3にアモルファスシリコン
を用いた太陽電池の場合には、可視光の緑色付近にキャ
リア収集効率のピークを持ち、また、結晶シリコンを用
いた太陽電池の場合には、可視光の赤色付近にキャリア
収集効率のピークを持つ。このように全波長域に対して
均一なキャリア収集効率を持つような太陽電池は存在し
ない。従って、反射光はその太陽電池材料特有の色味を
有するので、人間は該色味を感知することになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前記色味を人間の目で
認識させないために、太陽電池上面に色調補正の干渉膜
を配置したり、太陽電池を覆うように有色の保護膜を配
置して太陽電池材料特有の色味を変化させ、各種の色味
を得ていた。
【0006】しかし金属的な光沢の反射面が欲しい場
合、従来のように前記干渉膜や有色の保護膜を太陽電池
上面に設ける方法では、反射率の高い光沢反射面を得る
事は物理的に不可能であった。また、光電変換層に光を
入射させる必要があるため金属膜を入射光側の電極に用
いる事はできなかった。例え膜厚を薄くして半透過とし
た金属膜を用いても太陽電池からの反射光は色味を有す
るため、やはり金属的な光沢の反射面得る事が出来なか
った。
【0007】本発明の目的は上記課題を解決して、波長
依存性のない金属光沢を有するミラー型太陽電池を提供
することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明のミラー型太陽電池は、下記記載の手段を採用す
る。基板の少なくとも一方の面に第1電極膜/光電変換
層/第2電極膜を順次積層した太陽電池であって、前記
第1電極膜および第2電極膜が金属膜であり、該太陽電
池の第2電極膜および光電変換層に部分的欠落部を設け
ることで該光電変換層への入射光を確保できる構成とし
たことを特徴とするものである。
【0009】本発明のミラー型太陽電池は、前記欠落部
が太陽電池の第1電極膜、光電変換層、第2電極膜に設
けられていることを特徴とするものであり、更に前記基
板に透明性基板を用いることが望ましい。
【0010】また、前記光電変換層の接合形態がp−i
−n接合であることが好ましい。
【0011】さらにいうと、前記接合が、アモルファス
シリコンと微結晶シリコンのいずれか又はその組み合わ
せの半導体で構成されていることが好ましい。
【0012】本発明のミラー型太陽電池の製造方法は、
基板の少なくとも一方の面に金属材料からなる第1電極
膜、光電変換層、金属材料からなる第2電極膜を順次積
層し、所望のパターンで第2電極膜および光電変換層に
部分的欠落部を形成することを特徴とする。
【0013】本発明のミラー型太陽電池の製造方法は、
基板の少なくとも一方の面に金属材料からなる第1電極
膜、光電変換層、金属材料からなる第2電極膜を順次積
層し、所望のパターンで第2電極膜、光電変換層および
第1電極膜に部分的欠落部を形成することを特徴とす
る。
【0014】本発明のミラー型太陽電池では、第1電極
膜および第2電極膜として金属膜を用いているので、波
長依存性のないミラーおよび半透過ミラーを実現するこ
とができる。しかも、太陽電池は部分的な欠落部側壁か
らの光によって発電を行うことができる構成である。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明になる波長依存性のないミ
ラー型および半透過ミラー型太陽電池の構造は図1
(a)または(b)に示すものである。図1における基
板1としてはガラス、プラスチック、ステンレス等の材
料を用いることができる。該材料は使用する用途によっ
て選択が可能である。
【0016】図1において第1電極層2および第2電極
層4aは例えばアルミニウム材料である。
【0017】図1において光電変換層3は例えばp−i
−n接合構造のアモルファスシリコンである。
【0018】図1(a)に示すような本願発明の太陽電
池の上面から見た場合には、全面が金属膜となるため太
陽電池に吸収されなかった入射光は全て金属膜で反射さ
れて返ってくることになる。すなわち、波長依存性のな
い反射率の高いミラー型太陽電池とすることができる。
【0019】前記太陽電池は、厚みを有するために前記
欠落部の側壁からの入射光により発電することが可能で
ある。該欠落部により露出された光電変換層の側壁部分
は太陽電池の上面からは見えないために、ミラーの機能
に影響を及ぼすものではない。
【0020】そして、図1に示した光電変換層3の膜厚
Hを変えることにより発電量を調整することができる。
【0021】また、基板1に透明性基板を用い、図1
(b)に示すように前記第1電極層にも欠落部を設け、
半透過ミラー型太陽電池としても良い。該太陽電池を上
面から見た場合には、金属面とガラス面のみとなるの
で、波長依存性のない半透過ミラーが実現できる。この
構成においては、前記第1電極層の欠落部(透光部)の
面積を変えることにより光の反射率を変更することがで
きる。また、図1(a)で示した太陽電池と同様に光電
変換層3の側壁からの入射光によって発電することが可
能である。
【0022】一般的な微結晶シリコンを太陽電池のp−
i−n接合に導入した場合について説明する。最適な光
電変換層3の膜厚Hは1から2μm程度であり、前記欠落
部の光電変換層3の側壁からの十分な光入射が期待でき
る。また、該微結晶シリコンとアモルファスシリコンを
組み合わせて太陽電池を構成しても良いことは言うまで
もない。
【0023】次にアモルファスシリコンでp−i−n接
合を構成した太陽電池について説明する。最適な光電変
換層2の膜厚Hは0.5μm程度と非常に薄く、光電変換に
用いる光の波長と同等の大きさである。したがって、側
壁部からの入射光で光電変換が可能か懸念される。
【0024】そこで、本発明を用いて光電変換層2の膜
厚Hが光の波長よりも小さい0.16μmと0.26μmという通
常よりも薄いアモルファスシリコン太陽電池を作成し、
その太陽電池特性を評価した。まず、1cm2のエリアに
等間隔の100μm幅の太陽電池を10μm間隔で100本配置
して評価用サンプルを作成した。つまり、該評価用サン
プルは、100μm幅の線状帯からなる太陽電池と10μm幅
の欠落部を有するものである。特性の評価は太陽電池に
1000ルクスの蛍光灯の光を当てて、その合計起電力の測定
により行った。
【0025】その結果、図4に示すように通常の太陽電
池(従来品)より性能は低いものの十分使用に耐える性
能の特性が得られることが確認できた。これは、光電変
換層3の膜厚Hを光電変換に用いる光の波長より小さく
してもアモルファスシリコンの高い屈折率により、前記
欠落部の側壁で生じる近接場光がアモルファスシリコン
へ吸い込まれていくためと推測する。本評価においては
単位面積あたりの起電流は従来品に及ばないが、これほ
どの薄膜でも太陽電池として、しっかり機能しているこ
とがわかった。
【0026】(実施例1)以下に、図1(a)に示す太
陽電池を作成する第1の実施例について説明する。実施
例1の方法は、200μm以上のラフなパターンの部分的欠
落部を太陽電池に作り込む場合に有効である。まず、前
記基板1上に第1電極膜2を成膜する。そして、図示は
しないが、第1電極膜2の一部を所望のパターンにマス
キングし、周知のマスクデポ法を用いて、その上に光電
変換層3、第2電極膜4aを順次成膜し、最終的に前記
マスクを取り除いて図1(a)に示すような、第2の電
極4aと光電変換層3に欠落部を有するミラー型太陽電
池を構成することができた。
【0027】(実施例2)実施例1に比べ微細パターン
からなる部分的欠落部を形成する場合について説明す
る。微細で高密度な欠落部を形成することで、光電変換
層3への入射光量を容易に調節することができ、高効率
化が期待できる。
【0028】まず、基板1としてガラスを用い、第1電
極膜2として高反射率の金属であるアルミニウムを用
い、pin接合の第1光電変換層3としてアモルファス
シリコン(以下、a−Si膜)を用い、第2電極膜4a
にもアルミニウムを用いる構成について図3を用いて説
明する。
【0029】図3(a)に示すように、基板1の上に第
1電極膜2、光電変換層3および第2電極膜4aを積層
する。この実施例においては第1電極膜2と第2電極膜
4aはアルミニウムであり、スパッタリング法により成
膜した。該スパッタリング条件は、ターゲット材として
アルミニウムを用い、スパッタリング装置内に100sccm
のアルゴンガスを導入し、装置内の圧力を5〜30mTorrと
して、これに1〜3KWの電力を印加して生成したプラズマ
によって行った。
【0030】また、P型、I型、N型の接合構造を有す
るa−Si膜3の成膜はプラズマCVD法により行っ
た。まずP型のa−Si膜を、プラズマCVD装置内に
シランガス500sccmと0.1〜1sccmのジボランガスを導入
し、装置内の圧力を0.5〜2Torrとし、50〜300Wの高周波
電力(13.56MHz)を印加して生成したプラズマを用いて
ガスを分解し、温度を250℃とした電極上に基板1を置
いて成膜した。次にI型のa−Si膜を、プラズマCV
D装置内にシランガス500sccmを導入し、装置内の圧力
を0.5〜2Torrとし、50〜300Wの高周波電力(13.56MHz)
を印加して生成したプラズマを用いてガスを分解し、温
度を250℃とした電極上に基板1を置いて成膜した。更
にN型のa−Si膜をプラズマCVD装置内にシランガ
ス500sccmと0.1〜1sccmのホスフィンガスを導入し、装
置内の圧力を0.5〜2Torrとし、50〜300Wの高周波電力
(13.56MHz)を印加して生成したプラズマを用いてガス
を分解し、温度を250℃とした電極上に基板1を置いて
成膜した。
【0031】上記のようにして図3(a)に示す構造体
を作製した後、前記第2電極膜4aの上面にレジストを
塗布し、これをフォトリソグラフィー法により図3
(b)に示すように所望のレジストパターン10を形成
した。
【0032】そして、前記レジストパターン10をエッ
チングマスクとして第2電極膜4aであるアルミニウム
と光電変換層であるa−Si膜3のエッチングを行い部
分的欠落部を形成した。
【0033】この後、レジストパターン10を剥離し
て、図3(c)に示すように所望のパターンの欠落部を
有するミラー型太陽電池を得た。
【0034】上記のアルミニウムのエッチングは、ドラ
イエッチング装置内に100〜300sccmのBCL3ガスと0〜100
sccmのCL2ガスを導入し、全体の圧力を10〜100mTorrと
して、これに1000〜3000Wの高周波電力(13.56MHz)を
印加して生成したプラズマによって行った。
【0035】また、a−Si膜3のエッチングは、ドラ
イエッチング装置内に50〜100sccmのSF6ガスと50〜100s
ccmのCL2ガスを導入し、全体の圧力を10〜100mTorrと
して、これに1000〜3000Wの高周波電力(13.56MHz)を
印加して生成したプラズマによって行った。
【0036】上記図3(c)に於いて前記第1電極層も
前記レジストパターン10またはこれと異なるレジスト
パターンを用いてエッチングにより欠落部を設ければ、
前記図1(b)に示した半透過ミラー型太陽電池を形成
する事が出来る。
【0037】以上述べたように、光電変換に用いる光の
波長よりも小さな膜厚(少なくとも膜厚Hが0.16μm以
上)のアモルファスシリコン太陽電池へも十分適用可能
であると判断できた。また、ここで使用される光電変換
層は微結晶シリコンとアモルファスシリコンにより構成
すると明記したが、他の材料による光電変換層を用いて
もミラー型太陽電池を形成できることは言うまでもな
い。更に、上記方法により基板の裏面に太陽電池を形成
することで、基板両面にミラー型太陽電池を形成しても
良い。
【0038】
【発明の効果】以上詳述したごとく、本発明のミラー型
太陽電池を採用することで、入射光に対して基板の全面
を金属膜とすることができ、波長依存性のないミラーお
よび半透過ミラーに適用できる太陽電池を提供すること
ができる。
【0039】なお、本発明のミラー型太陽電池を時計の
文字盤に用いることで、金属光沢を有する装飾性に優れ
た太陽電池一体型文字盤とすることができ、更に太陽電
池時計の部品点数を減らすという効果をもたらす。ま
た、本発明のミラー型太陽電池の部分的欠落部の面積を
変えることで回折格子としても応用できる。また、本発
明のミラー型太陽電池は反射型液晶パネル等の反射板と
して用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるミラー型太陽電池とおよび半透過
ミラー型太陽電池の実施形態を示す構造断面図である。
【図2】従来の太陽電池を示す構造断面図である。
【図3】本発明によるミラー型太陽電池の製造方法を示
す工程図である。
【図4】本発明によるミラー型太陽電池における近接場
光の光電変換特性を表した電圧と電流密度と太陽電池膜
厚の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 基板 2 第1電極膜 3 光電変換層 4a 第2電極膜 10 レジストパターン

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板の少なくとも一方の面に第1電極膜
    /光電変換層/第2電極膜を順次積層した太陽電池であ
    って、該第1電極膜および第2電極膜が金属膜であり、
    該太陽電池の第2電極膜および光電変換層に部分的欠落
    部を設けることを特徴とするミラー型太陽電池。
  2. 【請求項2】 前記欠落部が太陽電池の第1電極膜、光
    電変換層、第2電極膜に設けられていることを特徴とす
    る請求項1に記載のミラー型太陽電池。
  3. 【請求項3】 前記基板が透明性基板であることを特徴
    とする請求項2に記載のミラー型太陽電池。
  4. 【請求項4】 前記光電変換層の接合形態がp−i−n
    接合であることを特徴とする請求項1から3のいずれか
    に記載のミラー型太陽電池。
  5. 【請求項5】 前記接合形態が、アモルファスシリコン
    と微結晶シリコンのいずれか又は組み合わせの半導体で
    構成されていることを特徴とする請求項1から4のいず
    れかに記載のミラー型太陽電池。
  6. 【請求項6】 基板の少なくとも一方の面に金属材料か
    らなる第1電極膜、光電変換層、金属材料からなる第2
    電極膜を順次積層し、所望のパターンで第2電極膜およ
    び光電変換層に部分的欠落部を形成することを特徴とす
    るミラー型太陽電池の製造方法。
  7. 【請求項7】 基板の少なくとも一方の面に金属材料か
    らなる第1電極膜、光電変換層、金属材料からなる第2
    電極膜を順次積層し、所望のパターンで第2電極膜、光
    電変換層および第1電極膜に部分的欠落部を形成するこ
    とを特徴とするミラー型太陽電池の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012507884A (ja) * 2008-11-03 2012-03-29 コーニング インコーポレイテッド 薄膜半導体光起電装置
KR101366642B1 (ko) * 2007-02-23 2014-02-26 린텍 코포레이션 광 투과성 태양전지모듈과 그 제조방법 및 태양전지패널

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