JPH0526354B2 - - Google Patents
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- JPH0526354B2 JPH0526354B2 JP58049318A JP4931883A JPH0526354B2 JP H0526354 B2 JPH0526354 B2 JP H0526354B2 JP 58049318 A JP58049318 A JP 58049318A JP 4931883 A JP4931883 A JP 4931883A JP H0526354 B2 JPH0526354 B2 JP H0526354B2
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- semiconductor
- cell
- solar cell
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- H—ELECTRICITY
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- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/70—Surface textures, e.g. pyramid structures
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
- H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
- H10F10/19—Photovoltaic cells having multiple potential barriers of different types, e.g. tandem cells having both PN and PIN junctions
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/10—Semiconductor bodies
- H10F77/16—Material structures, e.g. crystalline structures, film structures or crystal plane orientations
- H10F77/162—Non-monocrystalline materials, e.g. semiconductor particles embedded in insulating materials
- H10F77/164—Polycrystalline semiconductors
- H10F77/1642—Polycrystalline semiconductors including only Group IV materials
- H10F77/1645—Polycrystalline semiconductors including only Group IV materials including microcrystalline silicon
-
- 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
- Y02E10/545—Microcrystalline silicon PV 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
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- 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)
Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、単結晶または多結晶半導体（以下、
結晶系半導体という）上にアモルフアスまたは微
結晶半導体（以下、アモルフアス系半導体とい
う）を堆積してPNヘテロ接合を形成した結晶系
単位セル、複数個直列に積層するかまたは前記結
晶系セルとアモルフアス系半導体のPIN接合から
成るアモルフアス系単位セルとを複数個直列に積
層したタンデム型太陽電池に関するものである。
結晶系半導体という）上にアモルフアスまたは微
結晶半導体（以下、アモルフアス系半導体とい
う）を堆積してPNヘテロ接合を形成した結晶系
単位セル、複数個直列に積層するかまたは前記結
晶系セルとアモルフアス系半導体のPIN接合から
成るアモルフアス系単位セルとを複数個直列に積
層したタンデム型太陽電池に関するものである。
従来技術
従来、半導体材料を使用した太陽電池を中心と
した光起電力素子には、Si、GaAs、CdS、CdTe
等のＰ型およびＮ型の単結晶または多結晶の結晶
系半導体のみを利用した結晶系光起電力素子のほ
かに、Ｎ型、Ｉ型、Ｐ型の各アモルフアス半導体
のシリコン層を堆積したアモルフアス系光起電力
素子が市販されている。前者の素子は光電変換効
率が大きいが、その製法が高温プロセスを含むた
めに、コストが高いという問題があつた。そこ
で、コストの低下を図るために、アモルフアスシ
リコンと結晶シリコンとから成るヘテロ接合を有
する単一の光起電力素子が開発されている。しか
し、この素子は低コスト価が実現できるものの、
変換効率の点では、従来の結晶系素子と同程度で
あり、未だ充分な値を示すまで至つていない。
した光起電力素子には、Si、GaAs、CdS、CdTe
等のＰ型およびＮ型の単結晶または多結晶の結晶
系半導体のみを利用した結晶系光起電力素子のほ
かに、Ｎ型、Ｉ型、Ｐ型の各アモルフアス半導体
のシリコン層を堆積したアモルフアス系光起電力
素子が市販されている。前者の素子は光電変換効
率が大きいが、その製法が高温プロセスを含むた
めに、コストが高いという問題があつた。そこ
で、コストの低下を図るために、アモルフアスシ
リコンと結晶シリコンとから成るヘテロ接合を有
する単一の光起電力素子が開発されている。しか
し、この素子は低コスト価が実現できるものの、
変換効率の点では、従来の結晶系素子と同程度で
あり、未だ充分な値を示すまで至つていない。
一方、後者の素子はグロー放電分解法（GD
法）という低温プロセスで作成でき、単結晶シリ
コンの300μｍに比べて僅か0.5μｍの厚さまで薄膜
化できるために、安価に製造できるという利点が
ある反面、入射光の各波長に対するアモルフアス
シリコン太陽電池のキヤリア収集効率曲線が囲む
面積は、単結晶シリコン太陽電池のキヤリア収集
効率曲線が囲む面積のほぼ半分程度であるので、
アモルフアスシリコン太陽電池の変換効率は、単
結晶シリコン太陽電池のそれよりも低い欠点があ
る。すなわち、単結晶シリコン太陽電池のキヤリ
ア収集効率曲線が比較的長波長の光まで広がつて
いるのに対して、アモルフアスシリコン太陽電池
のキヤリア収集効率曲線は、比較的短波長の光に
偏つている。したがつて、実用化しているアモル
フアスシリコン太陽電池は、結晶系半導体太陽電
池と同程度に、入射光を有効に利用することがで
きないために、その変換効率は８〜９％の低い値
になつている。
法）という低温プロセスで作成でき、単結晶シリ
コンの300μｍに比べて僅か0.5μｍの厚さまで薄膜
化できるために、安価に製造できるという利点が
ある反面、入射光の各波長に対するアモルフアス
シリコン太陽電池のキヤリア収集効率曲線が囲む
面積は、単結晶シリコン太陽電池のキヤリア収集
効率曲線が囲む面積のほぼ半分程度であるので、
アモルフアスシリコン太陽電池の変換効率は、単
結晶シリコン太陽電池のそれよりも低い欠点があ
る。すなわち、単結晶シリコン太陽電池のキヤリ
ア収集効率曲線が比較的長波長の光まで広がつて
いるのに対して、アモルフアスシリコン太陽電池
のキヤリア収集効率曲線は、比較的短波長の光に
偏つている。したがつて、実用化しているアモル
フアスシリコン太陽電池は、結晶系半導体太陽電
池と同程度に、入射光を有効に利用することがで
きないために、その変換効率は８〜９％の低い値
になつている。
そこで、最近、広いスペクトルを持つ太陽光に
対して、ある範囲の波長幅ごとにキヤリア収集効
率の最大値をもたせて波長分割した単位セルを積
層した多層単位セル構造のａ−Si太陽電池につい
ても研究されている。アモルフアス半導体は、製
造時における供給ガスの種類またはその混合比を
加えることによつて、各波長に対するキヤリア収
集効率を左右する光学的禁止帯幅を変化させるこ
とができる。短波長用のアモルフアス半導体とし
ては、水素化アモルフアス炭化シリコンａ−
SiC：Ｈ、水素化アモルフアス窒化シリコンａ−
SiN：Ｈ、長波長用としては、水素化アモルフア
スシリコンゲルマニウムａ−SiGe：Ｈ、水素化
アモルフアスシリコンすずａ−SiSn：Ｈ等が使
用されている。しかし、これらの多層単位セル構
造のアモルフアス太陽電池であつても、前述した
ように、アモルフアス半導体が、本質的に、結晶
系半導体に比べて長波長用の光を、充分に吸収す
ることができない欠点を充分に補うことができな
いという問題がある。
対して、ある範囲の波長幅ごとにキヤリア収集効
率の最大値をもたせて波長分割した単位セルを積
層した多層単位セル構造のａ−Si太陽電池につい
ても研究されている。アモルフアス半導体は、製
造時における供給ガスの種類またはその混合比を
加えることによつて、各波長に対するキヤリア収
集効率を左右する光学的禁止帯幅を変化させるこ
とができる。短波長用のアモルフアス半導体とし
ては、水素化アモルフアス炭化シリコンａ−
SiC：Ｈ、水素化アモルフアス窒化シリコンａ−
SiN：Ｈ、長波長用としては、水素化アモルフア
スシリコンゲルマニウムａ−SiGe：Ｈ、水素化
アモルフアスシリコンすずａ−SiSn：Ｈ等が使
用されている。しかし、これらの多層単位セル構
造のアモルフアス太陽電池であつても、前述した
ように、アモルフアス半導体が、本質的に、結晶
系半導体に比べて長波長用の光を、充分に吸収す
ることができない欠点を充分に補うことができな
いという問題がある。
この問題を解決するために、アモルフアス半導
体と結晶系半導体との組合せにより、光の有効利
用をさらに進める技術開発が行われている。とこ
ろが、前述した結晶系光起電力素子の単位セルと
アモルフアス光起電力素子の単位セルとを単に積
層しただけでは、両単位素子の起電力が両単位素
子の界面部に形成されるPN接合の内部電位によ
つて相殺され、有効なスタツク形起電力素子とし
て動作しないために、両単位素子の界面部で何ら
かの方法により、各単位素子で発生した光電流と
なる多数キヤリア同士を再結合させ、キヤリア交
換させることにより、両単位素子界面のPN内部
起電力効果をキヤンセルする必要がある。例え
ば、このキヤリア交換再結合の機能を果させる目
的で、わざわざ透明導電膜と呼ばれているインジ
ウム・すず（ITO）などの酸化物を使用している
例がある。この場合、酸化物の透明導電膜上にア
モルフアスシリコンの光起電力素子を作成するこ
とになり、このとき透明導電膜の成分が拡散し
て、この素子を劣化させ、結果として素子の変換
効率を低下させる原因となつていた。また、素子
作成の途中で、透明導電膜を形成するために、次
のアモルフアス半導体を形成する手段とは別の手
段、すなわち電子ビーム蒸着法またはスプレイ法
などを必要とするために、設備費およびランニン
グコストの点で不利である。そこで、透明導電膜
を用いることなく、良好なキヤリア交換再結合機
能を有する光起電力素子が望まれている。
体と結晶系半導体との組合せにより、光の有効利
用をさらに進める技術開発が行われている。とこ
ろが、前述した結晶系光起電力素子の単位セルと
アモルフアス光起電力素子の単位セルとを単に積
層しただけでは、両単位素子の起電力が両単位素
子の界面部に形成されるPN接合の内部電位によ
つて相殺され、有効なスタツク形起電力素子とし
て動作しないために、両単位素子の界面部で何ら
かの方法により、各単位素子で発生した光電流と
なる多数キヤリア同士を再結合させ、キヤリア交
換させることにより、両単位素子界面のPN内部
起電力効果をキヤンセルする必要がある。例え
ば、このキヤリア交換再結合の機能を果させる目
的で、わざわざ透明導電膜と呼ばれているインジ
ウム・すず（ITO）などの酸化物を使用している
例がある。この場合、酸化物の透明導電膜上にア
モルフアスシリコンの光起電力素子を作成するこ
とになり、このとき透明導電膜の成分が拡散し
て、この素子を劣化させ、結果として素子の変換
効率を低下させる原因となつていた。また、素子
作成の途中で、透明導電膜を形成するために、次
のアモルフアス半導体を形成する手段とは別の手
段、すなわち電子ビーム蒸着法またはスプレイ法
などを必要とするために、設備費およびランニン
グコストの点で不利である。そこで、透明導電膜
を用いることなく、良好なキヤリア交換再結合機
能を有する光起電力素子が望まれている。
発明の目的
本発明は、結晶系半導体上に、アモルフアス系
半導体を低温プロセス、例えば、グロー放電分解
法（GD法）の場合は200〜300℃で堆積させて
PN接合またはPIN接合を形成することにより、
製作技術、製造設備等の面から太陽電池の製造コ
ストの低減化を図り、さらにアモルフアス系材料
の特徴を生かしたタンデム製造にすることによ
り、より高効率化を図ることができる太陽電池を
提供することを目的としている。
半導体を低温プロセス、例えば、グロー放電分解
法（GD法）の場合は200〜300℃で堆積させて
PN接合またはPIN接合を形成することにより、
製作技術、製造設備等の面から太陽電池の製造コ
ストの低減化を図り、さらにアモルフアス系材料
の特徴を生かしたタンデム製造にすることによ
り、より高効率化を図ることができる太陽電池を
提供することを目的としている。
実施例
以下、図示の実施例を参照して本発明を詳細に
説明する。
説明する。
第１図Ａは、本発明の第１の実施例の構成図で
あつて、結晶系半導体としてウエハを使用した場
合の太陽電池を示す。同図において、２はＰ型結
晶系半導体、例えばＰ型多結晶シリコンのウエハ
（薄板）、１はＰ型多結晶シリコンのウエハの裏面
にアルミニウムを蒸着させた電極、３はＰ型多結
晶シリコンのウエハ２上にグロー放電分解法
（GD法）により堆積させたＮ型薄膜半導体、例
えばＮ型微結晶シリコンの薄膜、４はＮ型微結晶
シリコンの薄膜上に形成した酸化インジウムと酸
化錫との化合物（ITO）の透明導電膜、５は透明
導電膜上に形成したくし状電極である。
あつて、結晶系半導体としてウエハを使用した場
合の太陽電池を示す。同図において、２はＰ型結
晶系半導体、例えばＰ型多結晶シリコンのウエハ
（薄板）、１はＰ型多結晶シリコンのウエハの裏面
にアルミニウムを蒸着させた電極、３はＰ型多結
晶シリコンのウエハ２上にグロー放電分解法
（GD法）により堆積させたＮ型薄膜半導体、例
えばＮ型微結晶シリコンの薄膜、４はＮ型微結晶
シリコンの薄膜上に形成した酸化インジウムと酸
化錫との化合物（ITO）の透明導電膜、５は透明
導電膜上に形成したくし状電極である。
上記のＮ型微結晶シリコンは、光学的にはアモ
ルフアス系半導体と同様の特性を有し、かつ電気
的には結晶系半導体と同様の特性を有している。
このＮ型微結晶シリコンの形成温度は200〜300℃
で従来の結晶系半導体のPN接合形成温度1000℃
にくらべて著しく低温であり、かつPN接合形成
のための処理時間も数分程度であり、従来の結晶
系半導体のPN接合形成時間よりも短時間になつ
ているので、太陽電池の製造コストをさげること
ができる。
ルフアス系半導体と同様の特性を有し、かつ電気
的には結晶系半導体と同様の特性を有している。
このＮ型微結晶シリコンの形成温度は200〜300℃
で従来の結晶系半導体のPN接合形成温度1000℃
にくらべて著しく低温であり、かつPN接合形成
のための処理時間も数分程度であり、従来の結晶
系半導体のPN接合形成時間よりも短時間になつ
ているので、太陽電池の製造コストをさげること
ができる。
この第１の実施例では、Ｐ型多結晶シリコンの
ウエハとＮ型微結晶シリコンとがヘテロ接合HJ
されて１単位の太陽電池の単位セルを構成してお
り、またＰ型多結晶シリコン上に堆積されるＮ型
半導体が薄膜の微結晶シリコンであるために、グ
ロー放電分解法のように低温プロセスで、PN接
合を形成させることができるので、太陽電池の製
造コストの低減を図ることができる。上記グロー
放電分解法は、成長させようとする薄膜の構成原
子の化合物をプラズマ状態にし、化学的に活性な
イオンやラジカルに分解させることによつて低温
で薄膜を成長させる方法である。
ウエハとＮ型微結晶シリコンとがヘテロ接合HJ
されて１単位の太陽電池の単位セルを構成してお
り、またＰ型多結晶シリコン上に堆積されるＮ型
半導体が薄膜の微結晶シリコンであるために、グ
ロー放電分解法のように低温プロセスで、PN接
合を形成させることができるので、太陽電池の製
造コストの低減を図ることができる。上記グロー
放電分解法は、成長させようとする薄膜の構成原
子の化合物をプラズマ状態にし、化学的に活性な
イオンやラジカルに分解させることによつて低温
で薄膜を成長させる方法である。
第１図Ｂは、第１図Ａの太陽電池のエネルキー
バンド図である。同図において、Ｎ型微結晶シリ
コンのエネルギーギヤツプEgaは約1.8［eV］であ
り、Ｐ型多結晶シリコンのエネルギーギヤツプ
Egcの約1.1［eV］にくらべて大きくなつているの
で、PN接合がヘテロ接合HJになつており、窓効
果すなわち太陽光の短波長側の光損失を低減させ
ることができる。なお、同図において、Ecは伝
導帯下限の準位、Efはフエルミー準位、Evは価
電子帯上限の準位を示す。
バンド図である。同図において、Ｎ型微結晶シリ
コンのエネルギーギヤツプEgaは約1.8［eV］であ
り、Ｐ型多結晶シリコンのエネルギーギヤツプ
Egcの約1.1［eV］にくらべて大きくなつているの
で、PN接合がヘテロ接合HJになつており、窓効
果すなわち太陽光の短波長側の光損失を低減させ
ることができる。なお、同図において、Ecは伝
導帯下限の準位、Efはフエルミー準位、Evは価
電子帯上限の準位を示す。
第２図は、第１図Ａの太陽電池のＩ−Ｖ特性の
実測値を示す線図である。同図において、横軸
は、第１図Ａの太陽電池の出力電圧Vout［Ｖ］を
示し、縦軸は、太陽電池の出力電流Iout［ｍＡ／
cm2を示す。同図のＩ−Ｖ特性から求めた第１図Ａ
の太陽電池の変換効率は、約11［％］であつて、
同じウエハを使用し、熱拡散法、イオン注入法等
の高温プロセスによつてPN接合を形成した太陽
電池と同程度の効率を得ることができる。したが
つて、本発明のヘテロ接合太陽電池およびその製
造方法によれば、従来の高温プロセスで製作した
太陽電池と略同等の効率を維持させながら、しか
も太陽電池の製造コストの低減を図ることができ
る。
実測値を示す線図である。同図において、横軸
は、第１図Ａの太陽電池の出力電圧Vout［Ｖ］を
示し、縦軸は、太陽電池の出力電流Iout［ｍＡ／
cm2を示す。同図のＩ−Ｖ特性から求めた第１図Ａ
の太陽電池の変換効率は、約11［％］であつて、
同じウエハを使用し、熱拡散法、イオン注入法等
の高温プロセスによつてPN接合を形成した太陽
電池と同程度の効率を得ることができる。したが
つて、本発明のヘテロ接合太陽電池およびその製
造方法によれば、従来の高温プロセスで製作した
太陽電池と略同等の効率を維持させながら、しか
も太陽電池の製造コストの低減を図ることができ
る。
なお、第１図Ａの第１の実施例においては、結
晶系半導体がＰ型、アモルフアス系半導体がＮ型
であつたが、逆に結晶系半導体がＮ型、アモルフ
アス系半導体がＰ型であつてもよく、また符号２
の結晶系半導体としては、単結晶または多結晶の
Si、GaAs、Geなどであつてもよく、さらに符号
３のアモルフアス系半導体としては、水素化また
はフツ素化された微結晶またはアルモルフアスの
炭化シリコン、窒化シリコン、シリコンゲルマニ
ウムなどであつてもよい。
晶系半導体がＰ型、アモルフアス系半導体がＮ型
であつたが、逆に結晶系半導体がＮ型、アモルフ
アス系半導体がＰ型であつてもよく、また符号２
の結晶系半導体としては、単結晶または多結晶の
Si、GaAs、Geなどであつてもよく、さらに符号
３のアモルフアス系半導体としては、水素化また
はフツ素化された微結晶またはアルモルフアスの
炭化シリコン、窒化シリコン、シリコンゲルマニ
ウムなどであつてもよい。
また、アモルフアス系半導体の形成方法として
は、前述したGD法の他に、 真空内で物質を加熱し、これを蒸発させ、そ
の蒸発物を他の物質の表面に被着させて膜を形
成する真空蒸着法、 グロー放電でガスイオンの衝突によつて被着
材料を放出させ、他の物質表面上に膜を形成す
るスパツタリング法、 真空蒸着法において蒸発物をイオン化して、
他の物質の表面に被着させて膜を形成するイオ
ンプレーテイング法、 反応室内であらかじめ加熱させた基板上に形
成膜のための元素を含んだ混合反応ガスを送り
込み、光を照射させながら、基板上の熱化学反
応を利用して膜を形成するフオトCVD法 などの低温プロセスを用いることができる。
は、前述したGD法の他に、 真空内で物質を加熱し、これを蒸発させ、そ
の蒸発物を他の物質の表面に被着させて膜を形
成する真空蒸着法、 グロー放電でガスイオンの衝突によつて被着
材料を放出させ、他の物質表面上に膜を形成す
るスパツタリング法、 真空蒸着法において蒸発物をイオン化して、
他の物質の表面に被着させて膜を形成するイオ
ンプレーテイング法、 反応室内であらかじめ加熱させた基板上に形
成膜のための元素を含んだ混合反応ガスを送り
込み、光を照射させながら、基板上の熱化学反
応を利用して膜を形成するフオトCVD法 などの低温プロセスを用いることができる。
第３図は、本発明の第２の実施例の構成図であ
つて、結晶系半導体として薄膜を使用した場合を
示す。同図において、６は金属、ガラス、セラミ
ツクなどの無機質固体の薄板状またはポリイミド
などの有機質固体のフイルム状の基板である。
１′は基板６上に形成されたオーミツク電極、
２′はオーミツク電極上に気相成長法（CVD）、
有機金属を原料とした熱分解法（MOCVD）、分
子線エピタキシー法（MBE）、スパツタリング
法、イオンプレーテイング法などで堆積させた結
晶系半導体の薄膜である。３はこの薄膜２′上に、
第１図Ａと同様の低温プロセスにより堆積させた
Ｎ型アモルフアスまたはＮ型微結晶シリコンの薄
膜であり、４および５は第１図Ａの実施例と同様
の透明導電膜およびくし状電極である。
つて、結晶系半導体として薄膜を使用した場合を
示す。同図において、６は金属、ガラス、セラミ
ツクなどの無機質固体の薄板状またはポリイミド
などの有機質固体のフイルム状の基板である。
１′は基板６上に形成されたオーミツク電極、
２′はオーミツク電極上に気相成長法（CVD）、
有機金属を原料とした熱分解法（MOCVD）、分
子線エピタキシー法（MBE）、スパツタリング
法、イオンプレーテイング法などで堆積させた結
晶系半導体の薄膜である。３はこの薄膜２′上に、
第１図Ａと同様の低温プロセスにより堆積させた
Ｎ型アモルフアスまたはＮ型微結晶シリコンの薄
膜であり、４および５は第１図Ａの実施例と同様
の透明導電膜およびくし状電極である。
上記の実施例において、基板６として導電性材
料を使用して電極と兼用させれば、特に、オーミ
ツク電極１′を別個に形成する必要はない。また、
この第２の実施例においては、結晶系半導体をも
薄膜化することにより、第１の実施例よりもさら
に製造コストの低減化を図るとともに、CVD法、
MOCVD法などの技術により、大面積化するこ
とができる。
料を使用して電極と兼用させれば、特に、オーミ
ツク電極１′を別個に形成する必要はない。また、
この第２の実施例においては、結晶系半導体をも
薄膜化することにより、第１の実施例よりもさら
に製造コストの低減化を図るとともに、CVD法、
MOCVD法などの技術により、大面積化するこ
とができる。
第４図Ａは、本発明の第３の実施例の構成図で
あつて、第１図Ａと同様の結晶系半導体２とアモ
ルフアス系半導体３とがヘテロ接合HJされたPN
接合により成るエネルギーギヤツプがEgc１の結
晶系単位セルＣ１に、さらに結晶系半導体８とア
モルフアス系半導体９とがヘテロ接合HJされた
PN接合により成るエネルギーギヤツプがEgc２
（Egc２＞Egc１）の結晶系単位セルＣ２を、結晶
系半導体８と同種に価電制御されたアモルフアス
系半導体７を介して積層したタンデム型太陽電池
である。
あつて、第１図Ａと同様の結晶系半導体２とアモ
ルフアス系半導体３とがヘテロ接合HJされたPN
接合により成るエネルギーギヤツプがEgc１の結
晶系単位セルＣ１に、さらに結晶系半導体８とア
モルフアス系半導体９とがヘテロ接合HJされた
PN接合により成るエネルギーギヤツプがEgc２
（Egc２＞Egc１）の結晶系単位セルＣ２を、結晶
系半導体８と同種に価電制御されたアモルフアス
系半導体７を介して積層したタンデム型太陽電池
である。
同図において、符号１ないし５は、第１図Ａと
同様であり、７はアモルフアス系Ｎ型薄膜半導体
３上に堆積されたアモルフアス系Ｐ型薄膜半導体
であり、８は半導体７上にさらに堆積された結晶
系Ｐ型薄膜半導体であり、９は半導体８上にさら
に堆積されたアモルフアス系Ｎ型薄膜半導体であ
つて、これらの結晶系半導体８とアモルフアス系
半導体９とがヘテロ接合HJされた結晶系単位セ
ルＣ２を形成している。
同様であり、７はアモルフアス系Ｎ型薄膜半導体
３上に堆積されたアモルフアス系Ｐ型薄膜半導体
であり、８は半導体７上にさらに堆積された結晶
系Ｐ型薄膜半導体であり、９は半導体８上にさら
に堆積されたアモルフアス系Ｎ型薄膜半導体であ
つて、これらの結晶系半導体８とアモルフアス系
半導体９とがヘテロ接合HJされた結晶系単位セ
ルＣ２を形成している。
タンデム構造とするためには、結晶系単位セル
Ｃ１とＣ２との界面の接合をオートミツク接合に
する必要があるので、本発明のように結晶系単位
セルＣ１とＣ２との間にアモルフアス系半導体７
を設けることにより、アモルフアス系半導体３と
７とは良好なオーミツク接合OJを形成する。
Ｃ１とＣ２との界面の接合をオートミツク接合に
する必要があるので、本発明のように結晶系単位
セルＣ１とＣ２との間にアモルフアス系半導体７
を設けることにより、アモルフアス系半導体３と
７とは良好なオーミツク接合OJを形成する。
第４図Ｂは、第４図Ａの太陽電池の光照射時の
エネルギーバンド図を示す。光照射により結晶系
単位セルＣ１で生成した電子ｅと単位セルＣ２で
生成した正孔ｈとが、接合近傍の禁止帯中の局在
準位Esを介して再結合することにより、再接合
電流が流れて良好なオーミツク接合となつてい
る。すなわち本発明の第３の実施例は、アモルフ
アス系半導体を接合部に使用することにより、ア
モルフアス系半導体の禁止帯中の局在準位が多い
という一般的には欠点と言える性質を逆に生かし
て、アモルフアス系半導体のPN接合によつて、
オーミツク接合を容易に得ていることに特徴があ
る。
エネルギーバンド図を示す。光照射により結晶系
単位セルＣ１で生成した電子ｅと単位セルＣ２で
生成した正孔ｈとが、接合近傍の禁止帯中の局在
準位Esを介して再結合することにより、再接合
電流が流れて良好なオーミツク接合となつてい
る。すなわち本発明の第３の実施例は、アモルフ
アス系半導体を接合部に使用することにより、ア
モルフアス系半導体の禁止帯中の局在準位が多い
という一般的には欠点と言える性質を逆に生かし
て、アモルフアス系半導体のPN接合によつて、
オーミツク接合を容易に得ていることに特徴があ
る。
この第３の実施例においては、太陽光の短波長
側の光を、上記のエネルギーギヤツプのより大き
い結晶系単位セルＣ２により吸収させ、さらにそ
れを通過した長波長側の光を、下部のエネルギー
ギヤツプのより小さい結晶系単位セルＣ１により
吸収させることができるので、第１およい第２の
実施例の太陽電池の製造コストの低減に加えて、
高効率の太陽電池を得ることができる。
側の光を、上記のエネルギーギヤツプのより大き
い結晶系単位セルＣ２により吸収させ、さらにそ
れを通過した長波長側の光を、下部のエネルギー
ギヤツプのより小さい結晶系単位セルＣ１により
吸収させることができるので、第１およい第２の
実施例の太陽電池の製造コストの低減に加えて、
高効率の太陽電池を得ることができる。
第５図は、本発明の第４の実施例の構成図であ
つて、第１図Ａに示す結晶系半導体とアモルフア
ス系半導体とがヘテロ接合HJされたPN接合によ
り成るエネルギーギヤツプがEgcである結晶系単
位セルＣに、さらにGD法により、２単位のアモ
ルフアス系PIN接合のアモルフアス系単位セルＡ
１およびＡ２を積層したタンデム型太陽電池であ
る。
つて、第１図Ａに示す結晶系半導体とアモルフア
ス系半導体とがヘテロ接合HJされたPN接合によ
り成るエネルギーギヤツプがEgcである結晶系単
位セルＣに、さらにGD法により、２単位のアモ
ルフアス系PIN接合のアモルフアス系単位セルＡ
１およびＡ２を積層したタンデム型太陽電池であ
る。
同図において、符号１′，２′，３′ないし６は
第３図と同様であり、第３図のアモルフアス系半
導体３と透明導電膜４との間に、Ｐ型、Ｉ型およ
びＮ型のアモルフアス系半導体１１ないし１３か
ら構成されるエネルギーギヤツプがEga１（Ega
１＞Egc）であるアモルフアス系単位セルＡ１
と、１４ないし１６から構成されるエネルギーギ
ヤツプがEga２（Ega２＞Ega１）であるアモル
フアス系単位セルＡ２とが挿入されている。結晶
系単位セルＣとアモルフアス系単位セルＡ１との
接合部を形成する半導体３と１１の界面は、第３
の実施例と同様な理由で良好なオートミツク接合
OJとなつている。
第３図と同様であり、第３図のアモルフアス系半
導体３と透明導電膜４との間に、Ｐ型、Ｉ型およ
びＮ型のアモルフアス系半導体１１ないし１３か
ら構成されるエネルギーギヤツプがEga１（Ega
１＞Egc）であるアモルフアス系単位セルＡ１
と、１４ないし１６から構成されるエネルギーギ
ヤツプがEga２（Ega２＞Ega１）であるアモル
フアス系単位セルＡ２とが挿入されている。結晶
系単位セルＣとアモルフアス系単位セルＡ１との
接合部を形成する半導体３と１１の界面は、第３
の実施例と同様な理由で良好なオートミツク接合
OJとなつている。
この第４の実施例においては、太陽光の短波長
側の光を上部のPIN接合のアモルフアス系単位セ
ルＡ２およびＡ１により吸収させ、さらに長波長
側の光を、下部のヘテロ接合されたPN接合の結
晶系単位セルＣにより吸収させることができるの
で、第１または第２の実施例の太陽電池の製造コ
ストの低減に加えて、高効率の太陽電池を得るこ
とができる。
側の光を上部のPIN接合のアモルフアス系単位セ
ルＡ２およびＡ１により吸収させ、さらに長波長
側の光を、下部のヘテロ接合されたPN接合の結
晶系単位セルＣにより吸収させることができるの
で、第１または第２の実施例の太陽電池の製造コ
ストの低減に加えて、高効率の太陽電池を得るこ
とができる。
第６図は、本発明の第５の実施例の構成図であ
つて、第４図に示すアモルフアス系半導体９の上
に、さらにGD法により第５図と同様に、２単位
のアモルフアス系PIN接合の単位セルＡ１および
Ａ２を積層したタンデム型太陽電池である。同図
において符号１ないし５および７ないし９は第４
図と同様であり、また符号１１ないし１６は第５
図の場合と同様である。
つて、第４図に示すアモルフアス系半導体９の上
に、さらにGD法により第５図と同様に、２単位
のアモルフアス系PIN接合の単位セルＡ１および
Ａ２を積層したタンデム型太陽電池である。同図
において符号１ないし５および７ないし９は第４
図と同様であり、また符号１１ないし１６は第５
図の場合と同様である。
この第５の実施例においては、太陽光の短波長
側の光から長波長側の光に対して、順次に、エネ
ルギーギヤツプがEga２であるPIN接合のアモル
フアス系単位セルＡ２、Ega１（Ega２＞Ega１）
であるPIN接合のアモルフアス系単位セルＡ１，
Egc２（Ega１＞Egc２）であるPN接合の結晶系
単位セルＣ２およびEgc１（Egc２＞Egc１）で
あるPN接合の結晶系単位セルＣ１によつて吸収
させることができるので、第１または第２の実施
例の太陽電池の製造コストの低減に加えて、高効
率の太陽電池を得ることができる。
側の光から長波長側の光に対して、順次に、エネ
ルギーギヤツプがEga２であるPIN接合のアモル
フアス系単位セルＡ２、Ega１（Ega２＞Ega１）
であるPIN接合のアモルフアス系単位セルＡ１，
Egc２（Ega１＞Egc２）であるPN接合の結晶系
単位セルＣ２およびEgc１（Egc２＞Egc１）で
あるPN接合の結晶系単位セルＣ１によつて吸収
させることができるので、第１または第２の実施
例の太陽電池の製造コストの低減に加えて、高効
率の太陽電池を得ることができる。
発明の効果
以上のように、本発明の太陽電池によれば、単
結晶または多結晶の結晶系半導体上に、アモルフ
アスまたは微結晶のアモルフアス系半導体を、グ
ロー放電分解法（GD法）などの低温プロセスに
よつて堆積させてPN接合またはPIN接合を形成
しているので、接合形成温度が著しく低温となる
と共に、接合形成および処理時間も短時間となる
ために、製造設備の簡略化、製作時間の短縮化な
どにより、製造プロセス全体の設備費及びランニ
ングコストの低減を図ることができ、しかもアモ
ルフアス系単位セルが入射光のうちの短波長側の
光を吸収し、さらに結晶系単位セルが長波長側の
光を吸収し、単一の光起電力素子によつて広範囲
の光を有効に利用することができる上に、タンデ
ム型素子を構成するために必要な単位セル同士の
界面が、アモルフアス系半導体のPN層により界
面に光学的に透明なオーミツク接合が形成される
ために、異種な単位セル同士の界面部に内部起電
力が発生することなく、タンデム型素子を良好に
動作させることができ、上記の効果とが相俟つ
て、高効率化が図られることができ産業上の実益
が大である。
結晶または多結晶の結晶系半導体上に、アモルフ
アスまたは微結晶のアモルフアス系半導体を、グ
ロー放電分解法（GD法）などの低温プロセスに
よつて堆積させてPN接合またはPIN接合を形成
しているので、接合形成温度が著しく低温となる
と共に、接合形成および処理時間も短時間となる
ために、製造設備の簡略化、製作時間の短縮化な
どにより、製造プロセス全体の設備費及びランニ
ングコストの低減を図ることができ、しかもアモ
ルフアス系単位セルが入射光のうちの短波長側の
光を吸収し、さらに結晶系単位セルが長波長側の
光を吸収し、単一の光起電力素子によつて広範囲
の光を有効に利用することができる上に、タンデ
ム型素子を構成するために必要な単位セル同士の
界面が、アモルフアス系半導体のPN層により界
面に光学的に透明なオーミツク接合が形成される
ために、異種な単位セル同士の界面部に内部起電
力が発生することなく、タンデム型素子を良好に
動作させることができ、上記の効果とが相俟つ
て、高効率化が図られることができ産業上の実益
が大である。
第１図ＡおよびＢは、それぞれ本発明の太陽電
池の第１の実施例の構成図およびエネルギーバン
ド図、第２図は第１図に示される太陽電池の−
特性（横軸に太陽電池の出力電圧Vout［Ｖ］、
縦軸に太陽電池の出力電流Iout［ｍＡ／cm2］）を示
す線図、第３図は、本発明の太陽電池の第２の実
施例の構成図、第４図ＡおよびＢは、それぞれ本
発明の第３の実施例の構成図およびエネルギーバ
ンド図、第５図および第６図は、それぞれ本発明
の太陽電池の第４および第５の実施例の構成図で
ある。 １，１′……電極、２，２′，８……結晶系半導
体、３，７，１１ないし１６……アモルフアス系
半導体、４……透明導電膜、５……くし状電極、
Ｃ，Ｃ１，Ｃ２……PN接合の単位セル、Ａ，Ａ
１，Ａ２……PIN接合の単位セル、Ega，Ega
１，Ega２……アモルフアス系半導体のエネルギ
ーギヤツプ、Egc，Egc１，Egc２……結晶系半
導体のエネルギーギヤツプ、HJ……結晶系半導
体とアモルフアス系半導体とのヘテロ接合部、
OJ……単位セル間のオーミツク接合部。
池の第１の実施例の構成図およびエネルギーバン
ド図、第２図は第１図に示される太陽電池の−
特性（横軸に太陽電池の出力電圧Vout［Ｖ］、
縦軸に太陽電池の出力電流Iout［ｍＡ／cm2］）を示
す線図、第３図は、本発明の太陽電池の第２の実
施例の構成図、第４図ＡおよびＢは、それぞれ本
発明の第３の実施例の構成図およびエネルギーバ
ンド図、第５図および第６図は、それぞれ本発明
の太陽電池の第４および第５の実施例の構成図で
ある。 １，１′……電極、２，２′，８……結晶系半導
体、３，７，１１ないし１６……アモルフアス系
半導体、４……透明導電膜、５……くし状電極、
Ｃ，Ｃ１，Ｃ２……PN接合の単位セル、Ａ，Ａ
１，Ａ２……PIN接合の単位セル、Ega，Ega
１，Ega２……アモルフアス系半導体のエネルギ
ーギヤツプ、Egc，Egc１，Egc２……結晶系半
導体のエネルギーギヤツプ、HJ……結晶系半導
体とアモルフアス系半導体とのヘテロ接合部、
OJ……単位セル間のオーミツク接合部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 単結晶または多結晶の結晶系半導体とアモル
フアスまたは微結晶のアモルフアス系半導体とを
PNヘテロ接合した結晶系単位セルを、結晶系半
導体と同種に価電制御されたアモルフアス系半導
体を介して、複数個直列に積層し、前記各結晶系
単位セル界面部にある２つのアモルフアス系半導
体により、各結晶系単位セル間に光学的に透明な
オーミツク接合を形成したタンデム型太陽電池。 ２ 前記結晶系半導体のうち、入射光側と反対の
最外側の半導体がウエハである特許請求の範囲第
１項に記載のタンデム型太陽電池。 ３ 前記結晶系半導体が、薄膜半導体である特許
請求の範囲第１項に記載のタンデム型太陽電池。 ４ 単結晶または多結晶の結晶系半導体とアモル
フアスまたは微結晶のアモルフアス系半導体とを
PNヘテロ接合した結晶系単位セルを、結晶系半
導体と同種に価電制御されたアモルフアス系半導
体を介して、複数個直列に積層し、前記各結晶系
単位セル界面部にある２つのアモルフアス系半導
体により、各結晶系単位セル間に光学的に透明な
オーミツク接合を形成することにより、結晶系タ
ンデム型セルを形成し、さらにアモルフアスまた
は微結晶半導体よりなるPIN接合したアモルフア
ス系単位セルを１単位以上直列に積層することに
より形成したアモルフアス系セルを前記結晶系タ
ンデム型セル上に積層し、前記結晶系タンデム型
セルとアモルフアス系セルの界面部で接する２つ
のアモルフアス系半導体により光学的に透明なオ
ーミツク接合を形成したタンデム型太陽電池。 ５ 前記結晶系半導体のうち、入射光側と反対の
最外側の半導体がウエハである特許請求の範囲第
４項に記載のタンデム型太陽電池。 ６ 前記結晶系半導体が、薄膜半導体である特許
請求の範囲第４項に記載のタンデム型太陽電池。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58049318A JPS59175170A (ja) | 1983-03-24 | 1983-03-24 | タンデム型太陽電池 |
| US06/528,988 US4496788A (en) | 1982-12-29 | 1983-09-02 | Photovoltaic device |
| DE8383112159T DE3379565D1 (en) | 1982-12-29 | 1983-12-02 | Photovoltaic device |
| EP83112159A EP0113434B2 (en) | 1982-12-29 | 1983-12-02 | Photovoltaic device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58049318A JPS59175170A (ja) | 1983-03-24 | 1983-03-24 | タンデム型太陽電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59175170A JPS59175170A (ja) | 1984-10-03 |
| JPH0526354B2 true JPH0526354B2 (ja) | 1993-04-15 |
Family
ID=12827612
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58049318A Granted JPS59175170A (ja) | 1982-12-29 | 1983-03-24 | タンデム型太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59175170A (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63180952U (ja) * | 1987-05-13 | 1988-11-22 | ||
| JP2738557B2 (ja) * | 1989-03-10 | 1998-04-08 | 三菱電機株式会社 | 多層構造太陽電池 |
| JPH0795603B2 (ja) * | 1990-09-20 | 1995-10-11 | 三洋電機株式会社 | 光起電力装置 |
| JPH05299677A (ja) * | 1992-04-24 | 1993-11-12 | Fuji Electric Co Ltd | 太陽電池およびその製造方法 |
| EP1005095B1 (en) * | 1997-03-21 | 2003-02-19 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Method of manufacturing a photovoltaic element |
| WO2008124160A2 (en) * | 2007-04-09 | 2008-10-16 | The Regents Of The University Of California | Low resistance tunnel junctions for high efficiency tandem solar cells |
| US7947523B2 (en) | 2008-04-25 | 2011-05-24 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing photoelectric conversion device |
| US7951656B2 (en) | 2008-06-06 | 2011-05-31 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device |
| CN104350607B (zh) | 2012-06-13 | 2018-01-12 | 三菱电机株式会社 | 太阳能电池及其制造方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5633888A (en) * | 1979-08-29 | 1981-04-04 | Seiko Epson Corp | Solar battery |
| JPS5713185A (en) * | 1980-06-26 | 1982-01-23 | Asahi Chem Ind Co Ltd | Photoelectrolysis device |
| JPS5760875A (en) * | 1980-09-25 | 1982-04-13 | Sharp Corp | Photoelectric conversion element |
| JPS57124482A (en) * | 1981-01-27 | 1982-08-03 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Solar cell |
-
1983
- 1983-03-24 JP JP58049318A patent/JPS59175170A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59175170A (ja) | 1984-10-03 |
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