JPH01293575A - 光起電力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は太陽光発電等に利用されろ光起電力装置に関す
る。

（ロ）従来の技術 特開昭５６−３３８８９号公報等に開示された光起電力
装置は、光の入射方向に複数の単位発電素子を積層し、
光入射方向前方の素子で吸収されずに透過して来た入射
光を後方の素子で吸収して光電変換動作することから、
単一の単位発電素子構造より高出力化が期待できろ。

斯る光起電力装置にあっては、その等価回路が第４図に
示されている如く、積層された第１．第２単位発電素子
（ＳＣＩ　）（ＳＣ２）は電気的ｉこ直列接続された構
成となっていることから、後方の第２単位発電素子（Ｓ
Ｃ２）の光電流Ｉ２が光入射方向前方の第１単位発電素
子（ＳＣ１）の光電流１１より小さいと、斯る単位発電
素子（ＳＣ１）、（ＳＣ２）の積層体（ＳＣｏ）の出力
電流■０は小さい方の１１となってしまう。従って、第
１単位発電素子（ＳＣＩ）の光電変換特性の光電流１１
が優れていても第２単位発電素子（ＳＣ２）のそれが劣
っていると、積層体（ＳＣＯ）の特性は低電流である第
２単位発↑Ｅ素子（ＳＣ２）の値になってしまうので、
設計にあたっては、第１、第２単位発電素子（ＳＣ１、
（ＳＣ２）の電流特性が同等となるように考慮されてい
る。特に、光電流は入射光強度と比例関係にあるために
、第２単位発電素子（ＳＣ２）のそれＩ２を増大させる
には、第１単位発電素子（ＳＣ１の光吸収を抑制しなけ
ればならない。即ち、第１単位発電素子（ＳＣＩ）の光
電変換特性は単一構造の発電素子のそれより劣り、その
ために複数の単位発電素子を積層したからといって、単
一構造の発電素子の複数倍の特性を得ることができない
ばかりか、単位発電素子間界面に逆接合が生じたりする
ために、上記単一構造の発電素子の特性を下回ることも
ある。

更に、太陽光は地球の緯度や季節、時刻によってスペク
トルが異なるために、第１．第２単位発電素子（ＳＣＩ
　）（ＳＣ２＞の電流特性を絶えず同等となるように設
計することはできず、従って、各単位発電素子（ＳＣＩ
　’）、（ＳＣ２）の光電変換出力を有効に外部に出力
するに至っていない。

（ハ）発明が解決しようとする課題 本発明光起電力装置は上述の如く複数の単位発電素子を
積層したときでも、各単位発電素子の光電変換出力を有
効に外部（こ出力することを技術的課題とする。

に）課題を解決するための手段 本発明光起電力装置は上記課題を解決するために、受光
面電極を備えた第１の単位発電素子と、背面電極を備え
た第２の単位発電素子とを、光透過を許容する中間電極
を挟んで積層し、上記受光面電極と背面電極を結合して
積層関係にある第１単位発電素子と第２単位発電素子を
電気的に並列接続すると共に、当該並列接続された複数
の積層体を、支持基板の絶縁表面上に並置し、相い隣り
合う一方の積層体の中間電極と、他方の積層体の受光面
電極及び背面電極を接続せしめることを特徴とする。

（ホ）作　用 上述の如く、積層された第１単位発電素子と第２単位発
電素子は、受光面電極と背面電極を結合して電気的に並
列接続されることによって、各単位発電素子の光電変換
出力は低出力側の規制を受けることなく導出される。

（へ）実施例 第１図は本発明による光起電力装置の要部断面図であっ
て、ガラス等の透光性支持基板（１）上に、ＩＴＯ，５
ｎ０２等に代表される透光性導電酸化物の受光面電極（
２）を備え、第１ｐ型層（３ｐｌ）、第１１型層（３ｉ
ｘ）、第１ｎ型層（３ｎｌ）をこの順序で積層したｐｉ
ｎ接合型の第１半導体膜（６１）からなる第１の単位発
電素子（ＳＣＩ）と、第２ｎ型層（３ｎ２）、第２１型
Ｎ（３ｔ　２）、第２ｐ型層（３ｐ２）をこの順序で積
層したｎｉｐ接合型の第２半導体膜（６２）及び金属、
ＩＴＯ（又は５ｎ０２　）／金属の背面電極（４）を備
えた第２単位発電素子（ＳＣ２）とが第２単位発電素子
（ＳＣ２）への光透過を許容する透光性導電酸化物、＜
シ（格子）型金属等の中間電極（５）を挟んで積層され
たタンデム積層体（ＳＣＯ）が複数個並置されている。

そして斯るタンデム積層体（ＳＣｏ）は、上記第１単位
発電素子（Ｓ０１）の受光面電極（２）と第２単位発電
素子（ＳＣ２）の背面電極（４）とが、当該積層体（Ｓ
Ｃｏ）の一方の隣接間隔部で結合されると共に、相い隣
り合う積層体（ＳＣＯ）の中間電極（５）と接続されて
いる。

即ち、同一積層体（ＳＣＯ）の受光面電極（２）と背面
電極（４）とが結合されることによって、第１単位発電
素子（ＳＣＩ）と第２単位発電素子（ＳＣ２）は第２図
の等両回路（説明を簡略化するために抵抗成分は割愛し
である）に示す如く電気的に並列接続される。そして、
相い隣り合う一方（図中左側）の積層体（ＳＣＯ）の中
間電極（５）と、他方（図中右側）の積層体（ＳＣＯ）
の受光面電極（２）及び背面電極（４）を接続すること
により、隣接関係にある積層体（ＳＣＯ）は電気的に直
列接続されることになる。尚、並列接続される単位発電
素子（ＳＣ１）、（ＳＣ２）の電圧値は同一の入射光ス
ペクトル及び強度、例えばＡＭ−１，１００ｍｗ／ｄに
おいて、開放電圧値が約０．６〜１．０Ｖ程度の範囲内
でほぼ等しい値を示す構成となっている。

第６図（ａ）乃至同図（Ｏは斯る積層体（ＳＣＯ）の電
気的直列接続の具体例を示すものである。先ず第６図（
ａ）の工程では、透光性支持基板（１）の一方の主面に
第１単位発電素子（ＳＣ１）毎に透光性導電酸化物の受
光面電極（２）が分離配置された後、各受光面電極（２
）の−・方の隣接間隔部近傍に片寄って、導電ペースト
の焼結体からなる導電スト’Ｊツブ（６）と絶縁ペース
トの焼結体からなる第１絶縁ストリツプ（７１）が平行
に設けられる。

第６図（９）の工程では、上記受光面電極（２）、導電
ストリップ（６）及び第１絶縁ストリツプ（７１）を含
んで支持基板（１）の絶縁表面のほぼ全面に光学的Ｍ　
重帯幅が約１．７ｅＶのアモルファスシリコンを主体と
する第１半導体膜（３＋）、透光性導電酸化物の中間電
極（５）及び光学的禁止帯幅が光入射側の第１半導体膜
（３］）のそれと同等或いはナローなアモルファスシリ
コン又はアモルファスシリコンゲルマニウムを主体とす
る第２半導体膜（３２）が積層される。斯る第１半導体
膜（３１）乃至第２半導体膜（３２）の総合膜厚は約６
０００Ａ〜１μｍであり、導電ストリップ（６）及び絶
縁ストリップ（７１）の膜厚約５μｍ〜２０μｍより極
めて肉薄である。

第６図（ψの工程では、第１絶縁ストリツプ（７１）に
対し、第２半導体膜（３２）の背面側から波長１０６μ
ｍのパルス出力型Ｎｄ　：　ＹＡＧレーザ装置から出射
される第１のレーザビーム（Ｌ、Ｂ１）が当該絶縁スト
リップ（７１）に到達する分離溝（８）を形成し得るエ
ネルギー密度で照射されろ。

第３図（ｄ）の工程では、第２半導体膜（３２）上に、
上記分離溝（８）を含んで第２絶縁ストリツプ（７２）
と受光面電極（２）の隣接間隔部対向箇所に第３絶縁ス
トリツプ（７３）が平行に形成される。

その結果、第１絶縁ストリツプ（７１）と第２絶縁スト
リツプ（７２）はその厚み（高さ）方向に連続的に連な
り、第１半導体膜（３１）、中間電極（５）及び第２半
導体膜（３２）を各積層体（ＳＣＯ）毎に分離している
。

第３図（ｅ）の工程では、背面電極（４）が、第２絶縁
ストリツプ（７２）、第３絶縁ス１−リップ（７３）を
含んで第２半導体膜（３２）上に形成される。

第６図（０の最終工程では、背面電極（４）の背面側か
ら、導電ストリップ（６）に対しＮｄ：ＹＡＧレーザ装
置から低エネルギ密度の第２レーザビーム（ＬＢ２）が
照射され、照射部位の背面電極、第２半導体膜、中間電
極及び第１半導体膜の溶融物及び背面電極の溶融垂れ等
によって、背面電極（４）、中間電極（５）及び受光面
電極（２）の三電極が電気的に結合される。一方、背面
電極を焼き切る（こ十分な高エネルギ密度を備えた第５
レーザビーム（ＬＢ３）を第３絶縁ストリツプ（７３）
に対し照射させ、連続状態にあった背面電極（４）を各
積層体（ＳＣＯ）毎に分離する。その結果、積Ｉ脅関係
（こある第１単位発電素子（ＳＣ１）と第２単位発電素
子（ＳＣ２）は電気的に並列接続されると共に、相い隣
り合う積層体（ＳＣＯ）同士は電気的に直列接続される
。

このように、積１１り関係にある第１単位発電素子（Ｓ
Ｃ１）と第２単位発電素子（ＳＣ２）を並列接続すると
、背面側の第２単位発電素子（ＳＣ２）への光入射１１
ｋが少なく低出力電流となっても、禎ｌｉｄ体（ＳＣＯ
）の出力電流は斯る第２単位発電素子（ＳＣ２）の低出
力に規制されることなく、高出力な第１単位発電素子（
ＳＣＩ）の出力電流との和となる。従って、第１単位発
電素子（ＳＣ１）は、第２単位発電素子（ＳＣ２）との
整合性を何ら考慮する必要性がなく、第１単位発電素子
（ＳＣＩ）の高出力を装置の出力として取り出すことが
でき、第２単位発電素子（ＳＣ２）を付随的な素子とし
て利用することが可能となる。

尚、上記導電ストリップ及び絶縁ストリップを使用した
レーザビームによる電気的接続及び電気的１−１つ物理
的分離自体は本願出願人に係る特開昭６２−３３４７７
昌−公報に詳述されているので、必要に応じて参照され
たい。

（ト）発明の効果 本発明光起電力装置は、各単位発電素子の光電変換出力
は低出力側の規制を受けることなく導出されるので、各
単位発電素子の光電変換出力はイ」効にエネルギとして
利用できる。また製造に際しても、積層関係にある単位
発電素子の整合を考慮する必要がなく厳密な膜Ｊゾ制御
等の許容幅が広がると共に、使用地域（入射光スペクト
ル）毎に設計値を僅かづつ変更する必要もなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図１１本発明による光起電力装置の一実施例の要部
を示す模式的断面図、第２図は第１図の等価回路図、第
６図（ａ）乃至第３図（ｆ）は第１図の具体（１）・・
・透光性支持基板、（２）・・・受光面電極、（６１）
、（３２）・・・第１．第２半導体膜、（４）・・・背
面電極、（５）・・・中間電極、（６）・・・導電スト
リップ、（７１）、（７２）、（７３）・・・第１．第
２．第３絶縁ストリツプ、（ＳＣＯ）・・・積層体、（
ＳＣ１・・・第１単位発電素子、（ＳＣ２）・・・第２
単位発電素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）受光面電極を備えた第１の単位発電素子と、背面
   電極を備えた第２の単位発電素子とを、光透過を許容す
   る中間電極を挟んで積層し、上記受光面電極と背面電極
   を結合して積層関係にある第１単位発電素子と第２単位
   発電素子を電気的に並列接続すると共に、当該並列接続
   された複数の積層体を、支持基板の絶縁表面上に並置し
   、相い隣り合う一方の積層体の中間電極と、他方の積層
   体の受光面電極及び背面電極を接続せしめることを特徴
   とした光起電力装置。