JPH04233282A - 太陽電池 - Google Patents
太陽電池Info
- Publication number
- JPH04233282A JPH04233282A JP2408745A JP40874590A JPH04233282A JP H04233282 A JPH04233282 A JP H04233282A JP 2408745 A JP2408745 A JP 2408745A JP 40874590 A JP40874590 A JP 40874590A JP H04233282 A JPH04233282 A JP H04233282A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- solar cell
- amorphous silicon
- minimum
- band gap
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- 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
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光照射にたいする信頼
性を改善した太陽電池に関する。
性を改善した太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】アモルファス太陽電池の光照射に対する
信頼性を向上させるには太陽電池素子を積層するのが効
果的である。このように各構成素子の膜厚を低下させ、
またその光吸収の波長に対し最適な材料を用いて積層化
することにより効率ならびに信頼性を向上させることが
できる。
信頼性を向上させるには太陽電池素子を積層するのが効
果的である。このように各構成素子の膜厚を低下させ、
またその光吸収の波長に対し最適な材料を用いて積層化
することにより効率ならびに信頼性を向上させることが
できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような積
層型素子を用いてもその信頼性向上には限界があった。 また信頼性を重視して設計すれば効率を犠牲にする必要
があった。そして、積層型素子においてその信頼性を向
上させるためには各構成素子の信頼性を向上させること
が必要である。 これに対し、本発明者らは、ｐｉｎ
積層構造のアモルファス合金太陽電池において、ｉ層の
バンドギャップにプロファイルを設け、該ギャップの最
小部分をｐ層よりに形成することにより、その素子特性
が大幅に向上し、信頼性も改善されることを見いだして
いる。そこで、上記プロファイルを用いた素子を組み合
わせることで信頼性と特性のより一層の向上が期待出来
る。
層型素子を用いてもその信頼性向上には限界があった。 また信頼性を重視して設計すれば効率を犠牲にする必要
があった。そして、積層型素子においてその信頼性を向
上させるためには各構成素子の信頼性を向上させること
が必要である。 これに対し、本発明者らは、ｐｉｎ
積層構造のアモルファス合金太陽電池において、ｉ層の
バンドギャップにプロファイルを設け、該ギャップの最
小部分をｐ層よりに形成することにより、その素子特性
が大幅に向上し、信頼性も改善されることを見いだして
いる。そこで、上記プロファイルを用いた素子を組み合
わせることで信頼性と特性のより一層の向上が期待出来
る。
【０００４】この構造を有する太陽電池では、開放電圧
をあげるために、ｐ層とｉ層の間にｐ層のバンドギャッ
プより大きなギャップを有するｉ層であるｐｉ界面層が
設けられる。そして、ギャップの最小部分の位置はあま
りｐ層に近づけると開放電圧が低下するので、効率の最
大値となる適当にｐ層から離れた位置に形成される。例
えば、ａ−ＳｉＧｅ素子の場合、４００Åのｐｉ界面層
を含めて８００Åの位置に形成される。そして、これよ
りｐ層側に近いと変換効率は悪くなる一方である。しか
しながら、この技術により信頼性はかなり良くなったも
ののさらなる改善が必要とされていた。
をあげるために、ｐ層とｉ層の間にｐ層のバンドギャッ
プより大きなギャップを有するｉ層であるｐｉ界面層が
設けられる。そして、ギャップの最小部分の位置はあま
りｐ層に近づけると開放電圧が低下するので、効率の最
大値となる適当にｐ層から離れた位置に形成される。例
えば、ａ−ＳｉＧｅ素子の場合、４００Åのｐｉ界面層
を含めて８００Åの位置に形成される。そして、これよ
りｐ層側に近いと変換効率は悪くなる一方である。しか
しながら、この技術により信頼性はかなり良くなったも
ののさらなる改善が必要とされていた。
【０００５】そこで、本発明は、変換効率が大きく劣化
の少ない太陽電池を提供することを目的とする。
の少ない太陽電池を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の太陽電池は、ｐ
ｉｎ積層構造を有する太陽電池であって、ｉ層が積層方
向で変化したバンドギャップを有し、該バンドギャップ
の最小部分が初期変換効率が最大となる位置よりもｐ層
側にあることを特徴とする。
ｉｎ積層構造を有する太陽電池であって、ｉ層が積層方
向で変化したバンドギャップを有し、該バンドギャップ
の最小部分が初期変換効率が最大となる位置よりもｐ層
側にあることを特徴とする。
【０００７】例えば、ａ−ＳｉＧｅでｉ層を形成する場
合は、最小部分がｐ層より８００Å未満の位置に形成さ
れる。そして、より好ましくは、１００ー４００Åの位
置に形成される。このように、最小部分をｐ層に近づけ
る事が出来るのは、ｐｉ界面層を形成しないからである
。
合は、最小部分がｐ層より８００Å未満の位置に形成さ
れる。そして、より好ましくは、１００ー４００Åの位
置に形成される。このように、最小部分をｐ層に近づけ
る事が出来るのは、ｐｉ界面層を形成しないからである
。
【０００８】
【作用】本発明は、バンドギャップの最小部分を初期変
換効率が最大となる位置よりもｐ層側に近付けると、光
照射による光劣化後では変換効率が逆転し、より近付け
たもののほうが大きくなることを見いだしたことにもと
づく。そしてこれは、変換効率向上のためのｐｉ界面層
を除去することによる効率の低下を上回るものである。 すなわち、さらにｐ層側にバンドギャップの最小部分を
近づけると初期効率はやや低下するが光劣化率は単調減
少する。このようなバンドプロファイルによる光劣化の
改善はホールの収集効率が改善するためと考えられる。 つまりバンドギャップの最小部分がｐ層に近づくにつれ
てホールの平均的な走行距離が減少するためである。
換効率が最大となる位置よりもｐ層側に近付けると、光
照射による光劣化後では変換効率が逆転し、より近付け
たもののほうが大きくなることを見いだしたことにもと
づく。そしてこれは、変換効率向上のためのｐｉ界面層
を除去することによる効率の低下を上回るものである。 すなわち、さらにｐ層側にバンドギャップの最小部分を
近づけると初期効率はやや低下するが光劣化率は単調減
少する。このようなバンドプロファイルによる光劣化の
改善はホールの収集効率が改善するためと考えられる。 つまりバンドギャップの最小部分がｐ層に近づくにつれ
てホールの平均的な走行距離が減少するためである。
【０００９】
【実施例】以下、実施例により本発明を説明する。
【００１０】実施例１
単層型アモルファスＳｉＧｅ太陽電池に対する実施例を
示す。ステンレス基板上に電子ビーム蒸着によりＴｉを
５００Å形成する。その後Ａｇを基板温度３５０℃で１
０００Å蒸着することにより凹凸をつける。その上にＺ
ｎＯ透明導電膜を１０００Å形成する。このようにして
形成した基板上にアモルファスシリコンｎ層、アモルフ
ァスシリコンゲルマニュウムｉ層、アモルファスシリコ
ンカーボンｐ層をプラズマＣＶＤ法により順次積層する
。ここで、ｐｉ界面層は形成しない。
示す。ステンレス基板上に電子ビーム蒸着によりＴｉを
５００Å形成する。その後Ａｇを基板温度３５０℃で１
０００Å蒸着することにより凹凸をつける。その上にＺ
ｎＯ透明導電膜を１０００Å形成する。このようにして
形成した基板上にアモルファスシリコンｎ層、アモルフ
ァスシリコンゲルマニュウムｉ層、アモルファスシリコ
ンカーボンｐ層をプラズマＣＶＤ法により順次積層する
。ここで、ｐｉ界面層は形成しない。
【００１１】プラズマＣＶＤ装置の概略図を図２に、ガ
ス流量条件を下記表１に示す。尚、図２中、８は仕込み
用チャンバー、９は仕切弁、１０はｎ層用チャンバー、
１１はｉ層用チャンバー、１２はｐ層用チャンバー、１
３は取り出し用チャンバー、１４は基板、１５はカソー
ド、１６はＳｉＨ４、１７はＨ２、１８はＣＨ４、１９
はＰＨ３、２０はＢ２Ｈ６、２１はＲＦ電源である。
ス流量条件を下記表１に示す。尚、図２中、８は仕込み
用チャンバー、９は仕切弁、１０はｎ層用チャンバー、
１１はｉ層用チャンバー、１２はｐ層用チャンバー、１
３は取り出し用チャンバー、１４は基板、１５はカソー
ド、１６はＳｉＨ４、１７はＨ２、１８はＣＨ４、１９
はＰＨ３、２０はＢ２Ｈ６、２１はＲＦ電源である。
【００１２】
【表１】
【００１３】図１は本発明のバンドプロファイル太陽電
池のバンドギャップ模式図である。同図中、１は入射光
、２はバンドギャップ、３はｉ層膜厚、４はｐ層側、５
はｎ層側、６はバンドギャップ最小部分を示す。アモル
ファスシリコンゲルマニュウムｉ層を形成する場合、図
１のようなバンドプロファイルをＧｅＨ４ガスとＳｉＨ
４ガスの流量比を制御することにより形成する。このと
きバンドギャップの最小部分はｐ層から８００Å未満、
望ましくは４００Å以内とする。本例ではｐｉ界面層を
形成しないので８００Å未満にまで最小部分を近付ける
ことができた。最小バンドギャップは１．４５ｅＶ程度
が特性上望ましい。これは、あまり小さくし過ぎると特
性が低 下するからである。またｉ層の膜厚は初期特性
を下げないために２５００Å以下が望 ましい。バンド
プロファイルのｎ層側では必ずしもｐ層側のバンドギャ
ップと同じである必要はない。さらにバンドプロファイ
ルは図１のような連続的な変化であ る必要はなく、ま
た階段状に変化させてもよい。そして最後にアモルファ
スシリコン層の上に透明導電膜、Ａｌ集電極を形成する
。
池のバンドギャップ模式図である。同図中、１は入射光
、２はバンドギャップ、３はｉ層膜厚、４はｐ層側、５
はｎ層側、６はバンドギャップ最小部分を示す。アモル
ファスシリコンゲルマニュウムｉ層を形成する場合、図
１のようなバンドプロファイルをＧｅＨ４ガスとＳｉＨ
４ガスの流量比を制御することにより形成する。このと
きバンドギャップの最小部分はｐ層から８００Å未満、
望ましくは４００Å以内とする。本例ではｐｉ界面層を
形成しないので８００Å未満にまで最小部分を近付ける
ことができた。最小バンドギャップは１．４５ｅＶ程度
が特性上望ましい。これは、あまり小さくし過ぎると特
性が低 下するからである。またｉ層の膜厚は初期特性
を下げないために２５００Å以下が望 ましい。バンド
プロファイルのｎ層側では必ずしもｐ層側のバンドギャ
ップと同じである必要はない。さらにバンドプロファイ
ルは図１のような連続的な変化であ る必要はなく、ま
た階段状に変化させてもよい。そして最後にアモルファ
スシリコン層の上に透明導電膜、Ａｌ集電極を形成する
。
【００１４】以上のようにして１００Åに形成されたア
モルファスシリコンゲルマニュウム太陽電池はｐｉ界面
層を有しｐ層から８００Åの太陽電池と比較して、光照
射後（ＡＭ１．５， １Ｗ／ｃｍ２）には効率の絶対値
で測定条件ＡＭ１，１００ｍＷ／ｃｍ２下において約２
５％、６６０ｎｍ以上の長波長光下において約６０％向
上する。尚、光劣化率は、バンドギャップの最小部分が
ｐ層から１００Åの素子は８００Åの素子の約半分であ
る。これを図５に示す。尚、最小バンドギャップは１．
４５ｅＶとし、最大バンドギャップは１．７５ｅＶとし
た。このａ−ＳｉＧｅ素子の場合、特に長波長光下での
信頼性が向上する。
モルファスシリコンゲルマニュウム太陽電池はｐｉ界面
層を有しｐ層から８００Åの太陽電池と比較して、光照
射後（ＡＭ１．５， １Ｗ／ｃｍ２）には効率の絶対値
で測定条件ＡＭ１，１００ｍＷ／ｃｍ２下において約２
５％、６６０ｎｍ以上の長波長光下において約６０％向
上する。尚、光劣化率は、バンドギャップの最小部分が
ｐ層から１００Åの素子は８００Åの素子の約半分であ
る。これを図５に示す。尚、最小バンドギャップは１．
４５ｅＶとし、最大バンドギャップは１．７５ｅＶとし
た。このａ−ＳｉＧｅ素子の場合、特に長波長光下での
信頼性が向上する。
【００１５】図４は、ｐｉ界面層を形成せずに最小部分
の位置を変えた場合の、開放状態で１０ｓｕｎの光を４
時間照射する劣化試験前後での、６６０ｎｍ以上の光の
もとでの素子特性と最小部位置との関係を示す図である
。１００ー４００Åでもっともバランスがとれている。 。
の位置を変えた場合の、開放状態で１０ｓｕｎの光を４
時間照射する劣化試験前後での、６６０ｎｍ以上の光の
もとでの素子特性と最小部位置との関係を示す図である
。１００ー４００Åでもっともバランスがとれている。 。
【００１６】＜実施例２＞三層積層型アモルファス太陽
電池に対する実施例を示す。本発明によるバンドプロフ
ァイルを適用したアモルファスシリコンゲルマニュウム
を下部素子として用いた三層積層型太陽電池の構造図を
図３に示す。まずステンレス基板３０上に電子ビーム蒸
着によりＴｉ２９を５００Å形成する。その後Ａｇ２７
を基板温度３５０℃で１０００Å蒸着することにより凹
凸をつける。その上にＺｎＯ透明導電膜２６を１０００
Å形成する。このようにして形成した基板上にアモルフ
ァスシリコンｎ層２５、アモルファスシリコンゲルマニ
ュウムｉ層２８をＧｅＨ４ガス流量とＳｉＨ４ガス流量
の比率を制御することにより、アモルファスシリコンカ
ーボンｐ層２２をそれぞれプラズマＣＶＤ法により順次
積層する。そしてこの上にアモルファスシリコンｎ層２
５、アモルファスシリコンｉ層２４、アモルファスシリ
コンカーボンｐ／ｉ界面層２３、アモルファスシリコン
カーボンｐ層２２をプラズマＣＶＤ法により順次積層す
る。更にこの上にアモルファスシリコンｎ層２５、アモ
ルファスシリコンカーボンｉ層３１、アモルファスシリ
コンカーボンｐ／ｉ界面層２３、アモルファスシリコン
カー ボンｐ層２２をプラズマＣＶＤ法により順次積層
する。そして透明導電膜２１を形成する。このようにし
て形成されたアモルファス太陽電池は、ａ−ＳｉＧｅｉ
層２８を最小バンドギャップ位置１００Åとすることで
、ｐｉ界面層を有しｐ層から８００Åのａ−ＳｉＧｅｉ
層を用いたものに対して光劣化率が２／３に減少した。
電池に対する実施例を示す。本発明によるバンドプロフ
ァイルを適用したアモルファスシリコンゲルマニュウム
を下部素子として用いた三層積層型太陽電池の構造図を
図３に示す。まずステンレス基板３０上に電子ビーム蒸
着によりＴｉ２９を５００Å形成する。その後Ａｇ２７
を基板温度３５０℃で１０００Å蒸着することにより凹
凸をつける。その上にＺｎＯ透明導電膜２６を１０００
Å形成する。このようにして形成した基板上にアモルフ
ァスシリコンｎ層２５、アモルファスシリコンゲルマニ
ュウムｉ層２８をＧｅＨ４ガス流量とＳｉＨ４ガス流量
の比率を制御することにより、アモルファスシリコンカ
ーボンｐ層２２をそれぞれプラズマＣＶＤ法により順次
積層する。そしてこの上にアモルファスシリコンｎ層２
５、アモルファスシリコンｉ層２４、アモルファスシリ
コンカーボンｐ／ｉ界面層２３、アモルファスシリコン
カーボンｐ層２２をプラズマＣＶＤ法により順次積層す
る。更にこの上にアモルファスシリコンｎ層２５、アモ
ルファスシリコンカーボンｉ層３１、アモルファスシリ
コンカーボンｐ／ｉ界面層２３、アモルファスシリコン
カー ボンｐ層２２をプラズマＣＶＤ法により順次積層
する。そして透明導電膜２１を形成する。このようにし
て形成されたアモルファス太陽電池は、ａ−ＳｉＧｅｉ
層２８を最小バンドギャップ位置１００Åとすることで
、ｐｉ界面層を有しｐ層から８００Åのａ−ＳｉＧｅｉ
層を用いたものに対して光劣化率が２／３に減少した。
【００１７】以上、本発明を主にａ−ＳｉＧｅ素子を例
にとって説明したが、材料についてはこれ等に限らずバ
ンドプロファイルの形成出来る他のａ−Ｓｉ合金材料を
もちいてもよい。また他のＩＩ−ＩＶ族およびＩＩＩ−
Ｖ族の化合物を用いた太陽電池にも適用できる。またそ
の作製方法は例として説明したプラズマＣＶＤ法以外に
も、蒸着法、スパッタリ ング法、モレキュラービーム
蒸着法等、種々の方法が適用可能である。またそのバン
ドギャッププロファイルも、先に述べたように連続的に
変化させてもよく、また階段状に変化させてもよい。
にとって説明したが、材料についてはこれ等に限らずバ
ンドプロファイルの形成出来る他のａ−Ｓｉ合金材料を
もちいてもよい。また他のＩＩ−ＩＶ族およびＩＩＩ−
Ｖ族の化合物を用いた太陽電池にも適用できる。またそ
の作製方法は例として説明したプラズマＣＶＤ法以外に
も、蒸着法、スパッタリ ング法、モレキュラービーム
蒸着法等、種々の方法が適用可能である。またそのバン
ドギャッププロファイルも、先に述べたように連続的に
変化させてもよく、また階段状に変化させてもよい。
【００１８】
【発明の効果】本発明によれば、変換効率等の特性に優
れかつ光劣化の小さい信頼性の優れた太陽電池を提供出
来る。
れかつ光劣化の小さい信頼性の優れた太陽電池を提供出
来る。
【図１】バンドプロファイルの模式図である。
【図２】ＣＶＤ装置の概略図である。
【図３】３層積層型太陽電池の構造図である。
【図４】特性相関図である。
【図５】光劣化特性を示す図である。
６ バンドギャップ最小部分
Claims (1)
- 【請求項１】ｐｉｎ積層構造を有する太陽電池であって
、ｉ層が積層方向で変化したバンドギャップを有し、該
バンドギャップの最小部分が初期変換効率が最大となる
位置よりもｐ層側にあることを特徴とする太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2408745A JPH04233282A (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2408745A JPH04233282A (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 太陽電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04233282A true JPH04233282A (ja) | 1992-08-21 |
Family
ID=18518163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2408745A Pending JPH04233282A (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04233282A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06268240A (ja) * | 1993-03-10 | 1994-09-22 | Hitachi Ltd | 薄膜太陽電池及びその製造方法 |
-
1990
- 1990-12-28 JP JP2408745A patent/JPH04233282A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06268240A (ja) * | 1993-03-10 | 1994-09-22 | Hitachi Ltd | 薄膜太陽電池及びその製造方法 |
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