JP2004140010A - タンデム形太陽電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】光電変換効率を向上したタンデム形太陽電池を提供する。
【解決手段】アモルファスシリコン光電変換層を有する第１光電変換セルと、波長変換層と、アモルファスシリコン光電変換層を有し、前記第１光電変換セルと実質的に同じ波長の太陽光を電気に変換し得る機能を持つ第２光電変換セルとが太陽光の入射方向からこの順序で積層接続した構造を有し、
前記波長変換層は、前記第１光電変換セルで電気に変換されずに透過された波長の太陽光を前記第２光電変換セルで電気に変換し得る波長に変換する機能を有することを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】アモルファスシリコン光電変換層を有する第１光電変換セルと、波長変換層と、アモルファスシリコン光電変換層を有し、前記第１光電変換セルと実質的に同じ波長の太陽光を電気に変換し得る機能を持つ第２光電変換セルとが太陽光の入射方向からこの順序で積層接続した構造を有し、
前記波長変換層は、前記第１光電変換セルで電気に変換されずに透過された波長の太陽光を前記第２光電変換セルで電気に変換し得る波長に変換する機能を有することを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タンデム形太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池は、紫外線、可視光線、赤外線と幅広いスペクトルを含むが、単一の光電変換セルを持つ太陽電池ではある波長域の光のみを電気に変換する。具体的には、アモルファスタイプの光電変換層（例えばｐ−ｎ接合を持つ光電変換層）を有する太陽電池では、４００〜６００ｎｍ付近の可視光線を電気に変換する。結晶質タイプの光電変換層（例えばｐ−ｎ接合を持つ光電変換層）を有する太陽電池では、８４０〜１１００ｎｍ付近の赤外線を電気に変換する。このため、太陽光の波長とのミスマッチにより太陽電池の光電変換効率の低下要因になっている。
【０００３】
このようなことから、バンド幅の異なる（吸収波長帯域の異なる）光電変換セルを複数重ねた、いわゆるタンデム形太陽電池が研究されている。例えば、成分組成の異なるアモルファスシリコン光電変換層を有する光電変換セルを２つ重ねたタンデム形太陽電池が論文等で発表されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記２つの光電変換セルを重ねたタンデム形太陽電池は、単一のアモルファスシリコン光電変換層を有する太陽電池に比べて光電変換し得る太陽光の波長帯域が広がるものの、その広がり度合が小さいために十分な光電変換効率の向上を期待できない。
【０００５】
本発明は、光電変換効率を十分に向上し得るタンデム形太陽電池を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るタンデム形太陽電池は、アモルファスシリコン光電変換層を有する第１光電変換セルと、波長変換層と、アモルファスシリコン光電変換層を有し、前記第１光電変換セルと実質的に同じ波長の太陽光を電気に変換し得る機能を持つ第２光電変換セルとが太陽光の入射方向からこの順序で積層接続した構造を有し、
前記波長変換層は、前記第１光電変換セルで電気に変換されずに透過された波長の太陽光を前記第２光電変換セルで電気に変換し得る波長に変換する機能を有することを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照して詳細に説明する。
【０００８】
図１は、本発明に係るタンデム形太陽電池を示す概略断面図である。
【０００９】
タンデム形太陽電池は、太陽光の入射方向からアモルファスシリコン光電変換層を有する第１光電変換セル１と、波長変換層２と、アモルファスシリコン光電変換層を有する第２光電変換セル３とがこの順序で積層接続した構造を有する。
【００１０】
前記第１光電変換セル１は、例えば前記波長変換層２側から櫛歯状の裏面電極１１と、下部透明電極１２と、ｐ型アモルファスシリコン層１３と、ｎ型アモルファスシリコン層１４と、上部透明電極１５と、櫛歯状の表面電極１６とを積層して構成されている。
【００１１】
前記波長変換層２は、前記第１光電変換セルで電気に変換されずに透過された波長の太陽光を前記第２光電変換セルで電気に変換し得る波長に変換する機能を有する。この波長変換層（波長変換板）２は、例えば特開平８−２１７４９１号公報に開示された塩化ガドリニウムをガラス形成剤とし、アルカリ土類塩化物をガラス形成助剤とする塩化物ガラス母材に発光中心源の塩化ホルミウムおよび増感剤の塩化イッテルビウムを含有させてなる波長変換ガラス材から作ることができる。この公報に記載された波長変換ガラス材は、赤外光（８４０〜１１００ｎｍ）をより短い波長の可視光に変換する機能を有する。
【００１２】
前記第２光電変換セル３は、前記第１光電変換セル１と実質的に同じ波長の太陽光を電気に変換し得る機能を有する。この第２光電変換セル３は、例えば前記波長変換層２と反対の面側から裏面電極３１と、下部透明電極３２と、ｐ型アモルファスシリコン層３３と、ｎ型アモルファスシリコン層３４と、上部透明電極３５と、櫛歯状の表面電極３６とから構成されている。
【００１３】
前記第１、第２の光電変換セルは、アモルファスシリコン光電変換層がｐ型、ｎ型のアモルファスシリコン層から構成する場合に限らず、ｐ型、ｉ型、ｎ型のアモルファスシリコン層から構成してもよい。
【００１４】
以上説明したように本発明によれば、アモルファスシリコン光電変換層を有する第１光電変換セルと、波長変換層と、アモルファスシリコン光電変換層を有し、前記第１光電変換セルと実質的に同じ波長の太陽光を電気に変換し得る機能を持つ第２光電変換セルとが太陽光の入射方向からこの順序で積層接続した構造を有し、前記波長変換層が前記第１光電変換セルで電気に変換されずに透過された波長の太陽光を前記第２光電変換セルで電気に変換し得る波長に変換する機能を有することによって、第１、第２の光電変換セルで太陽光の広い波長帯域を電気に変換できるため、従来のタンデム形太陽電池に比べて光電変換効率が向上されたタンデム形太陽電池を提供できる。
【００１５】
また、本発明に係るタンデム形太陽電池は第１、第２の光電変換セルがアモルファスシリコン光電変換層をベースとする実質的に同一構造を有するため、成分組成の異なるアモルファスシリコン光電変換層を有する光電変換セルを２つ重ねた従来のタンデム形太陽電池に比べて簡単かつ再現性よく製造することが可能になる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の好ましい実施例を前述した図１を参照して説明する。
【００１７】
このタンデム形太陽電池は、太陽光の入射方向からアモルファスシリコン光電変換層を有する第１光電変換セル１と、波長変換層２と、アモルファスシリコン光電変換層を有する第２光電変換セル３とがこの順序で積層接続した構造を有する。前記第１光電変換セル１は、前記波長変換層２側から櫛歯状の裏面電極１１と、下部透明電極１２と、ｐ型アモルファスシリコン層１３と、ｎ型アモルファスシリコン層１４と、上部透明電極１５と、櫛歯状の表面電極１６とを積層して構成されている。前記波長変換層２は、ＧｄＣｌ３４５．２９モル％，ＢａＣｌ２３０．０モル％，ＹｂＣｌ３２４．７モル％およびＨｏＣｌ３０．０１モル％の組成を有する透明なガラスからなる。この波長変換層２は、励起波長が９８０ｎｍ、発光波長が５４８ｎｍである。つまり、赤外光を可視光に波長変化する。前記第２光電変換セル３は、例えば前記波長変換層２と反対の面側から裏面電極３１と、下部透明電極３２と、ｐ型アモルファスシリコン層３３と、ｎ型アモルファスシリコン層３４と、上部透明電極３５と、櫛歯状の表面電極３６とから構成されている。
【００１８】
得られたタンデム形太陽電池は、第１光電変換セル１で可視光を光電変換し、さらに第２光電変換セル３で波長変換層２により波長変換された可視光を光電変換することができた。その結果、このタンデム形太陽電池は裏面電極、下部透明電極、ｐ型アモルファスシリコン層、ｎ型アモルファスシリコン層、上部透明電極３５および櫛歯状の表面電極から構成された単一のアモルファスシリコン光電変換層を有する太陽電池に比べて短絡電流が１．５％増加した。
【００１９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば第１光電変換セルと、波長変換層と、前記第１光電変換セルと実質的に同じ波長の太陽光を電気に変換し得る機能を持つ第２光電変換セルを備え、高い光電変換効率を有するタンデム形太陽電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るタンデム形太陽電池を示す概略断面図。
【符号の説明】
１…第１光電変換セル、
２…波長変換層、
３…第２光電変換セル、
１３，３３…ｐ型アモルファスシリコン層、
１４，３４…ｎ型アモルファスシリコン層。
【発明の属する技術分野】
本発明は、タンデム形太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池は、紫外線、可視光線、赤外線と幅広いスペクトルを含むが、単一の光電変換セルを持つ太陽電池ではある波長域の光のみを電気に変換する。具体的には、アモルファスタイプの光電変換層（例えばｐ−ｎ接合を持つ光電変換層）を有する太陽電池では、４００〜６００ｎｍ付近の可視光線を電気に変換する。結晶質タイプの光電変換層（例えばｐ−ｎ接合を持つ光電変換層）を有する太陽電池では、８４０〜１１００ｎｍ付近の赤外線を電気に変換する。このため、太陽光の波長とのミスマッチにより太陽電池の光電変換効率の低下要因になっている。
【０００３】
このようなことから、バンド幅の異なる（吸収波長帯域の異なる）光電変換セルを複数重ねた、いわゆるタンデム形太陽電池が研究されている。例えば、成分組成の異なるアモルファスシリコン光電変換層を有する光電変換セルを２つ重ねたタンデム形太陽電池が論文等で発表されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記２つの光電変換セルを重ねたタンデム形太陽電池は、単一のアモルファスシリコン光電変換層を有する太陽電池に比べて光電変換し得る太陽光の波長帯域が広がるものの、その広がり度合が小さいために十分な光電変換効率の向上を期待できない。
【０００５】
本発明は、光電変換効率を十分に向上し得るタンデム形太陽電池を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るタンデム形太陽電池は、アモルファスシリコン光電変換層を有する第１光電変換セルと、波長変換層と、アモルファスシリコン光電変換層を有し、前記第１光電変換セルと実質的に同じ波長の太陽光を電気に変換し得る機能を持つ第２光電変換セルとが太陽光の入射方向からこの順序で積層接続した構造を有し、
前記波長変換層は、前記第１光電変換セルで電気に変換されずに透過された波長の太陽光を前記第２光電変換セルで電気に変換し得る波長に変換する機能を有することを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照して詳細に説明する。
【０００８】
図１は、本発明に係るタンデム形太陽電池を示す概略断面図である。
【０００９】
タンデム形太陽電池は、太陽光の入射方向からアモルファスシリコン光電変換層を有する第１光電変換セル１と、波長変換層２と、アモルファスシリコン光電変換層を有する第２光電変換セル３とがこの順序で積層接続した構造を有する。
【００１０】
前記第１光電変換セル１は、例えば前記波長変換層２側から櫛歯状の裏面電極１１と、下部透明電極１２と、ｐ型アモルファスシリコン層１３と、ｎ型アモルファスシリコン層１４と、上部透明電極１５と、櫛歯状の表面電極１６とを積層して構成されている。
【００１１】
前記波長変換層２は、前記第１光電変換セルで電気に変換されずに透過された波長の太陽光を前記第２光電変換セルで電気に変換し得る波長に変換する機能を有する。この波長変換層（波長変換板）２は、例えば特開平８−２１７４９１号公報に開示された塩化ガドリニウムをガラス形成剤とし、アルカリ土類塩化物をガラス形成助剤とする塩化物ガラス母材に発光中心源の塩化ホルミウムおよび増感剤の塩化イッテルビウムを含有させてなる波長変換ガラス材から作ることができる。この公報に記載された波長変換ガラス材は、赤外光（８４０〜１１００ｎｍ）をより短い波長の可視光に変換する機能を有する。
【００１２】
前記第２光電変換セル３は、前記第１光電変換セル１と実質的に同じ波長の太陽光を電気に変換し得る機能を有する。この第２光電変換セル３は、例えば前記波長変換層２と反対の面側から裏面電極３１と、下部透明電極３２と、ｐ型アモルファスシリコン層３３と、ｎ型アモルファスシリコン層３４と、上部透明電極３５と、櫛歯状の表面電極３６とから構成されている。
【００１３】
前記第１、第２の光電変換セルは、アモルファスシリコン光電変換層がｐ型、ｎ型のアモルファスシリコン層から構成する場合に限らず、ｐ型、ｉ型、ｎ型のアモルファスシリコン層から構成してもよい。
【００１４】
以上説明したように本発明によれば、アモルファスシリコン光電変換層を有する第１光電変換セルと、波長変換層と、アモルファスシリコン光電変換層を有し、前記第１光電変換セルと実質的に同じ波長の太陽光を電気に変換し得る機能を持つ第２光電変換セルとが太陽光の入射方向からこの順序で積層接続した構造を有し、前記波長変換層が前記第１光電変換セルで電気に変換されずに透過された波長の太陽光を前記第２光電変換セルで電気に変換し得る波長に変換する機能を有することによって、第１、第２の光電変換セルで太陽光の広い波長帯域を電気に変換できるため、従来のタンデム形太陽電池に比べて光電変換効率が向上されたタンデム形太陽電池を提供できる。
【００１５】
また、本発明に係るタンデム形太陽電池は第１、第２の光電変換セルがアモルファスシリコン光電変換層をベースとする実質的に同一構造を有するため、成分組成の異なるアモルファスシリコン光電変換層を有する光電変換セルを２つ重ねた従来のタンデム形太陽電池に比べて簡単かつ再現性よく製造することが可能になる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の好ましい実施例を前述した図１を参照して説明する。
【００１７】
このタンデム形太陽電池は、太陽光の入射方向からアモルファスシリコン光電変換層を有する第１光電変換セル１と、波長変換層２と、アモルファスシリコン光電変換層を有する第２光電変換セル３とがこの順序で積層接続した構造を有する。前記第１光電変換セル１は、前記波長変換層２側から櫛歯状の裏面電極１１と、下部透明電極１２と、ｐ型アモルファスシリコン層１３と、ｎ型アモルファスシリコン層１４と、上部透明電極１５と、櫛歯状の表面電極１６とを積層して構成されている。前記波長変換層２は、ＧｄＣｌ３４５．２９モル％，ＢａＣｌ２３０．０モル％，ＹｂＣｌ３２４．７モル％およびＨｏＣｌ３０．０１モル％の組成を有する透明なガラスからなる。この波長変換層２は、励起波長が９８０ｎｍ、発光波長が５４８ｎｍである。つまり、赤外光を可視光に波長変化する。前記第２光電変換セル３は、例えば前記波長変換層２と反対の面側から裏面電極３１と、下部透明電極３２と、ｐ型アモルファスシリコン層３３と、ｎ型アモルファスシリコン層３４と、上部透明電極３５と、櫛歯状の表面電極３６とから構成されている。
【００１８】
得られたタンデム形太陽電池は、第１光電変換セル１で可視光を光電変換し、さらに第２光電変換セル３で波長変換層２により波長変換された可視光を光電変換することができた。その結果、このタンデム形太陽電池は裏面電極、下部透明電極、ｐ型アモルファスシリコン層、ｎ型アモルファスシリコン層、上部透明電極３５および櫛歯状の表面電極から構成された単一のアモルファスシリコン光電変換層を有する太陽電池に比べて短絡電流が１．５％増加した。
【００１９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば第１光電変換セルと、波長変換層と、前記第１光電変換セルと実質的に同じ波長の太陽光を電気に変換し得る機能を持つ第２光電変換セルを備え、高い光電変換効率を有するタンデム形太陽電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るタンデム形太陽電池を示す概略断面図。
【符号の説明】
１…第１光電変換セル、
２…波長変換層、
３…第２光電変換セル、
１３，３３…ｐ型アモルファスシリコン層、
１４，３４…ｎ型アモルファスシリコン層。
Claims (1)
- アモルファスシリコン光電変換層を有する第１光電変換セルと、波長変換層と、アモルファスシリコン光電変換層を有し、前記第１光電変換セルと実質的に同じ波長の太陽光を電気に変換し得る機能を持つ第２光電変換セルとが太陽光の入射方向からこの順序で積層接続した構造を有し、
前記波長変換層は、前記第１光電変換セルで電気に変換されずに透過された波長の太陽光を前記第２光電変換セルで電気に変換し得る波長に変換する機能を有することを特徴とするタンデム形太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002300459A JP2004140010A (ja) | 2002-10-15 | 2002-10-15 | タンデム形太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002300459A JP2004140010A (ja) | 2002-10-15 | 2002-10-15 | タンデム形太陽電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004140010A true JP2004140010A (ja) | 2004-05-13 |
Family
ID=32449147
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002300459A Pending JP2004140010A (ja) | 2002-10-15 | 2002-10-15 | タンデム形太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004140010A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006006372A1 (ja) * | 2004-07-07 | 2006-01-19 | Tohoku University | 太陽電池パネル |
| JP2010118491A (ja) * | 2008-11-13 | 2010-05-27 | Seiko Epson Corp | 光電変換装置および電子機器 |
| JP2015026684A (ja) * | 2013-07-25 | 2015-02-05 | 京セラ株式会社 | 太陽電池、太陽電池モジュールおよびその設置方法 |
| KR20210067215A (ko) * | 2019-11-29 | 2021-06-08 | 한국광기술원 | 형광체를 포함하는 태양광/태양열 발전장치 및 그의 제조방법 |
-
2002
- 2002-10-15 JP JP2002300459A patent/JP2004140010A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006006372A1 (ja) * | 2004-07-07 | 2006-01-19 | Tohoku University | 太陽電池パネル |
| JP2006024716A (ja) * | 2004-07-07 | 2006-01-26 | Tohoku Univ | 太陽電池パネル |
| JP2010118491A (ja) * | 2008-11-13 | 2010-05-27 | Seiko Epson Corp | 光電変換装置および電子機器 |
| JP2015026684A (ja) * | 2013-07-25 | 2015-02-05 | 京セラ株式会社 | 太陽電池、太陽電池モジュールおよびその設置方法 |
| KR20210067215A (ko) * | 2019-11-29 | 2021-06-08 | 한국광기술원 | 형광체를 포함하는 태양광/태양열 발전장치 및 그의 제조방법 |
| KR102319120B1 (ko) * | 2019-11-29 | 2021-10-29 | 한국광기술원 | 형광체를 포함하는 태양광/태양열 발전장치 및 그의 제조방법 |
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