JPH0548133A - 積層型太陽電池 - Google Patents
積層型太陽電池Info
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- JPH0548133A JPH0548133A JP3232399A JP23239991A JPH0548133A JP H0548133 A JPH0548133 A JP H0548133A JP 3232399 A JP3232399 A JP 3232399A JP 23239991 A JP23239991 A JP 23239991A JP H0548133 A JPH0548133 A JP H0548133A
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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
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- Y02E10/545—Microcrystalline silicon PV cells
-
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 積層型太陽電池の初期エネルギー変換効率を
向上すると共に光劣化を小さくすること。 【構成】 積層型ａ-Ｓi太陽電池１００における第１の
ｐｉｎ光電変換素子単位３と第２のｐｉｎ光電変換素子
単位４との間はオーミック接触にて直接接合されてい
る。このためには、光入射方向側から見た第２のｐｉｎ
光電変換素子単位４におけるｐ型ａ-ＳiＣ：Ｈ８にドー
パントとしてボロンを0.6〜1.5％添加したものを用い
る。又、２つのｐｉｎ光電変換素子単位３，４のｉ（真
性）型半導体の膜厚をそれぞれ30〜 100ｎｍ，200〜600
ｎｍの範囲に設定することにより光入射量が制御できる
と共に２つのｐｉｎ光電変換素子単位３，４の発生電流
を同じにできる。これにより、積層型ａ-Ｓi太陽電池１
００は初期エネルギー変換効率が向上すると共に長時間
の太陽光照射による光劣化を小さくすることができる。
向上すると共に光劣化を小さくすること。 【構成】 積層型ａ-Ｓi太陽電池１００における第１の
ｐｉｎ光電変換素子単位３と第２のｐｉｎ光電変換素子
単位４との間はオーミック接触にて直接接合されてい
る。このためには、光入射方向側から見た第２のｐｉｎ
光電変換素子単位４におけるｐ型ａ-ＳiＣ：Ｈ８にドー
パントとしてボロンを0.6〜1.5％添加したものを用い
る。又、２つのｐｉｎ光電変換素子単位３，４のｉ（真
性）型半導体の膜厚をそれぞれ30〜 100ｎｍ，200〜600
ｎｍの範囲に設定することにより光入射量が制御できる
と共に２つのｐｉｎ光電変換素子単位３，４の発生電流
を同じにできる。これにより、積層型ａ-Ｓi太陽電池１
００は初期エネルギー変換効率が向上すると共に長時間
の太陽光照射による光劣化を小さくすることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽光を電気エネルギ
ーに変換する光発電システムや長期間電気機器を安定し
て作動させるための主要電源である積層型太陽電池に関
する。
ーに変換する光発電システムや長期間電気機器を安定し
て作動させるための主要電源である積層型太陽電池に関
する。
【０００２】
【従来技術】従来、アモルファスシリコン太陽電池（以
下、ａ-Ｓi太陽電池という）は、単結晶シリコン太陽電
池に比べ大面積の太陽電池を容易に製造できる。又、製
造工程も簡単で低コストであるという利点を有するため
太陽電池開発の中心に位置づけられている。
下、ａ-Ｓi太陽電池という）は、単結晶シリコン太陽電
池に比べ大面積の太陽電池を容易に製造できる。又、製
造工程も簡単で低コストであるという利点を有するため
太陽電池開発の中心に位置づけられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、現在のａ-
Ｓi太陽電池は初期エネルギー変換効率が低く、又、長
期間の屋外使用においてエネルギー変換効率の低下（以
下、光劣化という）が生じるという問題がある。この
内、初期エネルギー変換効率の向上に関しては、積層構
造を用いて変換効率を向上させる試みがなされており、
例えば、特開昭６４−５９９６６号公報「多層積層型ア
モルファス太陽電池」にて開示されたものが知られてい
る。このものでは、ｐｉｎ光電変換素子単位のｐ型層と
ｎ型層との両方にオーミック結合し得る薄膜層を介して
接合している。そして、積層構造の結合に際して、キャ
リヤの再結合を促進、即ち、高い初期エネルギー変換効
率を狙う方法として提案されている。しかし、ａ-Ｓi成
膜技術に加え、非常に薄い膜を２つのｐｉｎ光電変換素
子単位の中間に設けるという複雑な半導体製造プロセス
が要求される。更に、もう一つの課題である光劣化に関
して十分な効果を得るには至っていないのである。
Ｓi太陽電池は初期エネルギー変換効率が低く、又、長
期間の屋外使用においてエネルギー変換効率の低下（以
下、光劣化という）が生じるという問題がある。この
内、初期エネルギー変換効率の向上に関しては、積層構
造を用いて変換効率を向上させる試みがなされており、
例えば、特開昭６４−５９９６６号公報「多層積層型ア
モルファス太陽電池」にて開示されたものが知られてい
る。このものでは、ｐｉｎ光電変換素子単位のｐ型層と
ｎ型層との両方にオーミック結合し得る薄膜層を介して
接合している。そして、積層構造の結合に際して、キャ
リヤの再結合を促進、即ち、高い初期エネルギー変換効
率を狙う方法として提案されている。しかし、ａ-Ｓi成
膜技術に加え、非常に薄い膜を２つのｐｉｎ光電変換素
子単位の中間に設けるという複雑な半導体製造プロセス
が要求される。更に、もう一つの課題である光劣化に関
して十分な効果を得るには至っていないのである。
【０００４】本発明は、上記の課題を解決するために成
されたものであり、その目的とするところは、初期エネ
ルギー変換効率を向上すると共に長時間の太陽光照射に
よる光劣化を小さくすることができる積層型太陽電池を
提供することである。
されたものであり、その目的とするところは、初期エネ
ルギー変換効率を向上すると共に長時間の太陽光照射に
よる光劣化を小さくすることができる積層型太陽電池を
提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の発明の構成は、アモルファス半導体材料によりｐ型、
ｉ（真性）型、ｎ型のアモルファス半導体膜を順次形成
した２つのｐｉｎ光電変換素子単位を積層して成る積層
型太陽電池において、前記２つのｐｉｎ光電変換素子単
位間は対向するｐ型層又はｎ型層に不純物をヘビードー
プしてオーミック接触にて直接接合すると共に光入射方
向側から見た該２つのｐｉｎ光電変換素子単位のｉ（真
性）型半導体の膜厚を順に30〜100ｎｍ,200〜600ｎｍの
範囲でそれら２つのｐｉｎ光電変換素子単位にて励起さ
れるキャリヤが等しくなるように対応させて形成するこ
とを特徴とする。
の発明の構成は、アモルファス半導体材料によりｐ型、
ｉ（真性）型、ｎ型のアモルファス半導体膜を順次形成
した２つのｐｉｎ光電変換素子単位を積層して成る積層
型太陽電池において、前記２つのｐｉｎ光電変換素子単
位間は対向するｐ型層又はｎ型層に不純物をヘビードー
プしてオーミック接触にて直接接合すると共に光入射方
向側から見た該２つのｐｉｎ光電変換素子単位のｉ（真
性）型半導体の膜厚を順に30〜100ｎｍ,200〜600ｎｍの
範囲でそれら２つのｐｉｎ光電変換素子単位にて励起さ
れるキャリヤが等しくなるように対応させて形成するこ
とを特徴とする。
【０００６】
【作用】２つのｐｉｎ光電変換素子単位間は対向するｐ
型層又はｎ型層に不純物をヘビードープしてオーミック
接触にて直接接合されている。即ち、２つのｐｉｎ光電
変換素子単位間をオーミック接触するために複雑な半導
体製造プロセスが必要でないことから低コストとなる。
又、２つのｐｉｎ光電変換素子単位間が低抵抗で接合さ
れることにより初期エネルギー変換効率が向上する。こ
のためには、例えば、光入射方向側から見た第２のｐｉ
ｎ光電変換素子単位におけるｐ型層材料として、ａ-Ｓi
Ｃ：Ｈにドーパントとしてボロンを0.6〜1.5％添加した
ものを用いる。又、光入射方向側から見た上記２つのｐ
ｉｎ光電変換素子単位のｉ（真性）型半導体の膜厚は順
に30〜100ｎｍ,200〜600ｎｍの範囲でそれら２つのｐｉ
ｎ光電変換素子単位にて励起されるキャリヤが等しくな
るように対応させて形成されている。これにより、２つ
のｐｉｎ光電変換素子単位は光入射量が制御できると共
にそれらの発生電流を同じにできる。すると、２つのｐ
ｉｎ光電変換素子単位の光劣化が同程度に抑えられ、積
層型太陽電池の経時変化を抑制できる。即ち、積層型太
陽電池の光劣化は２つのｐｉｎ光電変換素子単位のうち
の劣化の大きい方に影響されるのである。
型層又はｎ型層に不純物をヘビードープしてオーミック
接触にて直接接合されている。即ち、２つのｐｉｎ光電
変換素子単位間をオーミック接触するために複雑な半導
体製造プロセスが必要でないことから低コストとなる。
又、２つのｐｉｎ光電変換素子単位間が低抵抗で接合さ
れることにより初期エネルギー変換効率が向上する。こ
のためには、例えば、光入射方向側から見た第２のｐｉ
ｎ光電変換素子単位におけるｐ型層材料として、ａ-Ｓi
Ｃ：Ｈにドーパントとしてボロンを0.6〜1.5％添加した
ものを用いる。又、光入射方向側から見た上記２つのｐ
ｉｎ光電変換素子単位のｉ（真性）型半導体の膜厚は順
に30〜100ｎｍ,200〜600ｎｍの範囲でそれら２つのｐｉ
ｎ光電変換素子単位にて励起されるキャリヤが等しくな
るように対応させて形成されている。これにより、２つ
のｐｉｎ光電変換素子単位は光入射量が制御できると共
にそれらの発生電流を同じにできる。すると、２つのｐ
ｉｎ光電変換素子単位の光劣化が同程度に抑えられ、積
層型太陽電池の経時変化を抑制できる。即ち、積層型太
陽電池の光劣化は２つのｐｉｎ光電変換素子単位のうち
の劣化の大きい方に影響されるのである。
【０００７】
【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図１は本発明に係る積層型ａ-Ｓi太陽電池の構
造を示した模式図である。積層型ａ-Ｓi太陽電池１００
は、ガラス基板１に透明導電膜（以下、ＴＣＯという）
２を形成後、第１のｐｉｎ光電変換素子単位３と第２の
ｐｉｎ光電変換素子単位４を形成し、この上に金属電極
１１が形成されている。上記第１のｐｉｎ光電変換素子
単位３はプラズマＣＶＤ法によりｐ型ａ-ＳiＣ：Ｈ５、
ｉ（真性）型ａ-ＳiＣ：Ｈ６、ｎ型μｃ-Ｓi：Ｈ７を順
次形成して構成されている。又、上記第２のｐｉｎ光電
変換素子単位４も同じくプラズマＣＶＤ法によりｐ型ａ
-ＳiＣ：Ｈ８、ｉ（真性）型ａ-ＳiＣ：Ｈ９、ｎ型μｃ
-Ｓi：Ｈ１０を順次形成して構成されている。
明する。図１は本発明に係る積層型ａ-Ｓi太陽電池の構
造を示した模式図である。積層型ａ-Ｓi太陽電池１００
は、ガラス基板１に透明導電膜（以下、ＴＣＯという）
２を形成後、第１のｐｉｎ光電変換素子単位３と第２の
ｐｉｎ光電変換素子単位４を形成し、この上に金属電極
１１が形成されている。上記第１のｐｉｎ光電変換素子
単位３はプラズマＣＶＤ法によりｐ型ａ-ＳiＣ：Ｈ５、
ｉ（真性）型ａ-ＳiＣ：Ｈ６、ｎ型μｃ-Ｓi：Ｈ７を順
次形成して構成されている。又、上記第２のｐｉｎ光電
変換素子単位４も同じくプラズマＣＶＤ法によりｐ型ａ
-ＳiＣ：Ｈ８、ｉ（真性）型ａ-ＳiＣ：Ｈ９、ｎ型μｃ
-Ｓi：Ｈ１０を順次形成して構成されている。
【０００８】ａ-Ｓi太陽電池の光劣化は、光照射により
導電率が低下する効果（Ｓtaebra−Ｗronski効果）が原
因であると言われている。この効果の生じる原因につい
ては、種々の説があり明確になっていないが、基本的な
考え方としては、ａ-Ｓi膜内で光照射により励起された
キャリヤ（電子又は正孔）が再結合する際、新たな再結
合中心が形成されて、それが再びキャリヤを再結合させ
結果的に、光照射によるり導電率が低下するのではない
かと言われている。ａ-Ｓi太陽電池において光劣化を低
減する手法としては、ｉ（真性）型層の膜厚を薄くする
ことで太陽電池内部の電界強度を上昇させ、光励起され
た電子と正孔がｉ型膜内で再結合する頻度を低下させて
再結合中心の増加を抑える方法が知られている。しか
し、具体的にｉ型層の膜厚と光劣化との関係を長期間の
光照射で確認するのは非常に手間がかかるため、ｉ型層
の膜厚と光劣化との関係は明確ではなかった。
導電率が低下する効果（Ｓtaebra−Ｗronski効果）が原
因であると言われている。この効果の生じる原因につい
ては、種々の説があり明確になっていないが、基本的な
考え方としては、ａ-Ｓi膜内で光照射により励起された
キャリヤ（電子又は正孔）が再結合する際、新たな再結
合中心が形成されて、それが再びキャリヤを再結合させ
結果的に、光照射によるり導電率が低下するのではない
かと言われている。ａ-Ｓi太陽電池において光劣化を低
減する手法としては、ｉ（真性）型層の膜厚を薄くする
ことで太陽電池内部の電界強度を上昇させ、光励起され
た電子と正孔がｉ型膜内で再結合する頻度を低下させて
再結合中心の増加を抑える方法が知られている。しか
し、具体的にｉ型層の膜厚と光劣化との関係を長期間の
光照射で確認するのは非常に手間がかかるため、ｉ型層
の膜厚と光劣化との関係は明確ではなかった。
【０００９】そこで、発明者らは、先ず、光入射量と光
劣化との関係において、ｉ型層の膜厚により光劣化がど
の程度改善されるかを知るための実験研究を行った。図
２の評価用デバイスを参照して説明する。評価用デバイ
スとしては、ガラス基板１２にＴＣＯ１３を形成後、プ
ラズマＣＶＤ法によりボロンを 0.2％添加した膜厚20ｎ
ｍのｐ型ａ-ＳiＣ：Ｈ１４、50ｎｍのｉ（真性）型ａ-
ＳiＣ：Ｈ１５、リンを１％添加した30ｎｍのｎ型μｃ-
Ｓi：Ｈ１６を順次形成し、この上にＡl 電極１７を形
成した。これと同様の構造でｉ型ａ-ＳiＣ：Ｈ１５の膜
厚のみを100,200,400ｎｍ と変えた１つのｐｉｎ光電変
換素子単位から成る単層ａ-Ｓi太陽電池をそれぞれ作成
準備した。先ず、これらを疑似太陽光下100ｍＷ／cm2の
照度において初期エネルギー変換効率を測定した。次
に、これらの試料を疑似太陽光の下で試料温度を年間平
均温度40℃に保持して、年間照射エネルギーの１年分に
相当する日射量5000ＭＪ／ｍ2 を照射し、エネルギー変
換効率の変化（以下、光劣化率という）を評価した。図
３は、上述の結果であり、ｉ型層の膜厚（ｎｍ）を変え
た時の初期エネルギー変換効率（％）と光劣化率（１年
後）（％）との関係を示した特性図である。この結果か
ら、ｉ型層の膜厚が薄くなるに従って光劣化率は小さく
なることが分かった。この光劣化率を従来の光劣化率40
％の半分である20％以下とするためには、ｉ型層の膜厚
を 100ｎｍ以下とするのが適当である。しかし、太陽電
池の発生する電流はｉ型層の膜厚に比例するためｉ型層
が余り薄いと十分な光電流が得られないことになる。つ
まり、ｉ型層の膜厚の下限は、急激な出力低下を生じる
ことがない30ｎｍとなる。つまり、積層型ａ-Ｓi太陽電
池を構成する第１のｐｉｎ光電変換素子単位のｉ型層の
膜厚は 30〜100ｎｍが望ましいことが分かった。
劣化との関係において、ｉ型層の膜厚により光劣化がど
の程度改善されるかを知るための実験研究を行った。図
２の評価用デバイスを参照して説明する。評価用デバイ
スとしては、ガラス基板１２にＴＣＯ１３を形成後、プ
ラズマＣＶＤ法によりボロンを 0.2％添加した膜厚20ｎ
ｍのｐ型ａ-ＳiＣ：Ｈ１４、50ｎｍのｉ（真性）型ａ-
ＳiＣ：Ｈ１５、リンを１％添加した30ｎｍのｎ型μｃ-
Ｓi：Ｈ１６を順次形成し、この上にＡl 電極１７を形
成した。これと同様の構造でｉ型ａ-ＳiＣ：Ｈ１５の膜
厚のみを100,200,400ｎｍ と変えた１つのｐｉｎ光電変
換素子単位から成る単層ａ-Ｓi太陽電池をそれぞれ作成
準備した。先ず、これらを疑似太陽光下100ｍＷ／cm2の
照度において初期エネルギー変換効率を測定した。次
に、これらの試料を疑似太陽光の下で試料温度を年間平
均温度40℃に保持して、年間照射エネルギーの１年分に
相当する日射量5000ＭＪ／ｍ2 を照射し、エネルギー変
換効率の変化（以下、光劣化率という）を評価した。図
３は、上述の結果であり、ｉ型層の膜厚（ｎｍ）を変え
た時の初期エネルギー変換効率（％）と光劣化率（１年
後）（％）との関係を示した特性図である。この結果か
ら、ｉ型層の膜厚が薄くなるに従って光劣化率は小さく
なることが分かった。この光劣化率を従来の光劣化率40
％の半分である20％以下とするためには、ｉ型層の膜厚
を 100ｎｍ以下とするのが適当である。しかし、太陽電
池の発生する電流はｉ型層の膜厚に比例するためｉ型層
が余り薄いと十分な光電流が得られないことになる。つ
まり、ｉ型層の膜厚の下限は、急激な出力低下を生じる
ことがない30ｎｍとなる。つまり、積層型ａ-Ｓi太陽電
池を構成する第１のｐｉｎ光電変換素子単位のｉ型層の
膜厚は 30〜100ｎｍが望ましいことが分かった。
【００１０】一方、積層型ａ-Ｓi太陽電池の光劣化は第
１のｐｉｎ光電変換素子単位と第２のｐｉｎ光電変換素
子単位との両者の光劣化により生じる。即ち、第１のｐ
ｉｎ光電変換素子単位のｉ型層の膜厚を従来より薄くし
て光劣化を抑えても、第２のｐｉｎ光電変換素子単位の
光劣化が大きい場合には、積層型ａ-Ｓi太陽電池でも大
きな光劣化が生じる。ここで、第２のｐｉｎ光電変換素
子単位の光劣化は、第１のｐｉｎ光電変換素子単位によ
り一部吸収された光が第２のｐｉｎ光電変換素子単位に
入射し第２のｐｉｎ光電変換素子単位で励起された電子
正孔対が再結合して新たに再結合準位を形成するために
生じる。第２のｐｉｎ光電変換素子単位におけるｉ型層
の膜厚も十分薄くすれば光劣化は抑えられる。しかし、
直列接続された乾電池で電流を同一にした場合に最大の
出力が得られるのと同様に、積層型ａ-Ｓi太陽電池でも
第１のｐｉｎ光電変換素子単位と第２のｐｉｎ光電変換
素子単位との電流を同じにしないと最大出力が得られな
い。又、第１のｐｉｎ光電変換素子単位と第２のｐｉｎ
光電変換素子単位との電流が同じ場合でもその中間に高
い抵抗層が形成されればそこで大きな電気的損失が生じ
て出力が低下する。積層型ａ-Ｓi太陽電池は第２のｐｉ
ｎ光電変換素子単位のｐ型層に抵抗の高いａ-ＳiＣ：Ｈ
を用いているため、このｐ型層の抵抗を低減するために
ボロンを多量添加して抵抗の低下効果を調べた。図４
は、その評価用デバイスの構成を示す模式図である。評
価用デバイスとしては、ガラス基板２０にＴＣＯ２１を
形成した後、ｎ型μｃ-Ｓi：Ｈ２２とｐ型ａ-ＳiＣ：Ｈ
２３を形成し、ＴＣＯ２１の上にＡl 電極２４とｐ型ａ
-ＳiＣ：Ｈ２３の上にＡl 電極２５を形成した。このよ
うな構造のｐ型ａ-ＳiＣ：Ｈ２３にボロンを0.15〜２％
添加して１つのｐｉｎ光電変換素子単位から成るａ-Ｓi
太陽電池である評価用デバイスをそれぞれ作成準備し
た。これら評価用デバイスに照度100ｍＷ／cm2の疑似太
陽光を照射した。図５は、ボロン添加量（％）を変えた
時の電流（mA）−電圧（Ｖ）特性を示す。ボロン添加量
が 0.6％未満の時は、ａ-Ｓi太陽電池が流す方向とは逆
方向へ電流が流れるが、ボロン添加量が 0.6％以上では
殆ど０となるため、ボロン添加量は 0.6％以上が望まし
い。又、抵抗はボロン添加量を増加させることにより小
さくなるが、ボロン添加量が過剰であるとａ-ＳiＣ：Ｈ
の光学ギャップが狭くなり光の透過量を低下させるため
最大添加量としては３％程度までである。つまり、積層
型ａ-Ｓi太陽電池を構成する第２のｐｉｎ光電変換素子
単位のｐ型層のａ-ＳiＣ：Ｈへのボロン添加量は0.6〜
1.5％が望ましいことが分かった。
１のｐｉｎ光電変換素子単位と第２のｐｉｎ光電変換素
子単位との両者の光劣化により生じる。即ち、第１のｐ
ｉｎ光電変換素子単位のｉ型層の膜厚を従来より薄くし
て光劣化を抑えても、第２のｐｉｎ光電変換素子単位の
光劣化が大きい場合には、積層型ａ-Ｓi太陽電池でも大
きな光劣化が生じる。ここで、第２のｐｉｎ光電変換素
子単位の光劣化は、第１のｐｉｎ光電変換素子単位によ
り一部吸収された光が第２のｐｉｎ光電変換素子単位に
入射し第２のｐｉｎ光電変換素子単位で励起された電子
正孔対が再結合して新たに再結合準位を形成するために
生じる。第２のｐｉｎ光電変換素子単位におけるｉ型層
の膜厚も十分薄くすれば光劣化は抑えられる。しかし、
直列接続された乾電池で電流を同一にした場合に最大の
出力が得られるのと同様に、積層型ａ-Ｓi太陽電池でも
第１のｐｉｎ光電変換素子単位と第２のｐｉｎ光電変換
素子単位との電流を同じにしないと最大出力が得られな
い。又、第１のｐｉｎ光電変換素子単位と第２のｐｉｎ
光電変換素子単位との電流が同じ場合でもその中間に高
い抵抗層が形成されればそこで大きな電気的損失が生じ
て出力が低下する。積層型ａ-Ｓi太陽電池は第２のｐｉ
ｎ光電変換素子単位のｐ型層に抵抗の高いａ-ＳiＣ：Ｈ
を用いているため、このｐ型層の抵抗を低減するために
ボロンを多量添加して抵抗の低下効果を調べた。図４
は、その評価用デバイスの構成を示す模式図である。評
価用デバイスとしては、ガラス基板２０にＴＣＯ２１を
形成した後、ｎ型μｃ-Ｓi：Ｈ２２とｐ型ａ-ＳiＣ：Ｈ
２３を形成し、ＴＣＯ２１の上にＡl 電極２４とｐ型ａ
-ＳiＣ：Ｈ２３の上にＡl 電極２５を形成した。このよ
うな構造のｐ型ａ-ＳiＣ：Ｈ２３にボロンを0.15〜２％
添加して１つのｐｉｎ光電変換素子単位から成るａ-Ｓi
太陽電池である評価用デバイスをそれぞれ作成準備し
た。これら評価用デバイスに照度100ｍＷ／cm2の疑似太
陽光を照射した。図５は、ボロン添加量（％）を変えた
時の電流（mA）−電圧（Ｖ）特性を示す。ボロン添加量
が 0.6％未満の時は、ａ-Ｓi太陽電池が流す方向とは逆
方向へ電流が流れるが、ボロン添加量が 0.6％以上では
殆ど０となるため、ボロン添加量は 0.6％以上が望まし
い。又、抵抗はボロン添加量を増加させることにより小
さくなるが、ボロン添加量が過剰であるとａ-ＳiＣ：Ｈ
の光学ギャップが狭くなり光の透過量を低下させるため
最大添加量としては３％程度までである。つまり、積層
型ａ-Ｓi太陽電池を構成する第２のｐｉｎ光電変換素子
単位のｐ型層のａ-ＳiＣ：Ｈへのボロン添加量は0.6〜
1.5％が望ましいことが分かった。
【００１１】上述の実験結果を考慮して、図１に示す積
層型ａ-Ｓi太陽電池１００を製作した。第１のｐｉｎ光
電変換素子単位３のｉ型ａ-Ｓi：Ｈ６の膜厚を80ｎｍと
し、第２のｐｉｎ光電変換素子単位４のｉ型ａ-Ｓi：Ｈ
９の膜厚を200〜600ｎｍとした試料を作成した。第１の
ｐｉｎ光電変換素子単位３と第２のｐｉｎ光電変換素子
単位４との各ｐ，ｎ型層は前述の材質及び膜厚を用い
た。又、第２のｐｉｎ光電変換素子単位４のｐ型ａ-Ｓi
Ｃ：Ｈ８にはボロンを 0.7％添加した。これら試料の初
期エネルギー変換効率と光劣化率とを前述の方法で評価
した。図６は、積層型ａ-Ｓi太陽電池１００の第２のｐ
ｉｎ光電変換素子単位４のｉ型ａ-Ｓi：Ｈ９の膜厚（ｎ
ｍ）を変えた時の初期エネルギー変換効率（％）と光劣
化率（１年後）（％）との関係を示した特性図である。
即ち、本発明の積層型ａ-Ｓi太陽電池１００は、従来の
１つのｐｉｎ光電変換素子単位から成る太陽電池よりも
高い初期エネルギー変換効率で光劣化率も半分程度に抑
制できることを示している。
層型ａ-Ｓi太陽電池１００を製作した。第１のｐｉｎ光
電変換素子単位３のｉ型ａ-Ｓi：Ｈ６の膜厚を80ｎｍと
し、第２のｐｉｎ光電変換素子単位４のｉ型ａ-Ｓi：Ｈ
９の膜厚を200〜600ｎｍとした試料を作成した。第１の
ｐｉｎ光電変換素子単位３と第２のｐｉｎ光電変換素子
単位４との各ｐ，ｎ型層は前述の材質及び膜厚を用い
た。又、第２のｐｉｎ光電変換素子単位４のｐ型ａ-Ｓi
Ｃ：Ｈ８にはボロンを 0.7％添加した。これら試料の初
期エネルギー変換効率と光劣化率とを前述の方法で評価
した。図６は、積層型ａ-Ｓi太陽電池１００の第２のｐ
ｉｎ光電変換素子単位４のｉ型ａ-Ｓi：Ｈ９の膜厚（ｎ
ｍ）を変えた時の初期エネルギー変換効率（％）と光劣
化率（１年後）（％）との関係を示した特性図である。
即ち、本発明の積層型ａ-Ｓi太陽電池１００は、従来の
１つのｐｉｎ光電変換素子単位から成る太陽電池よりも
高い初期エネルギー変換効率で光劣化率も半分程度に抑
制できることを示している。
【００１２】次に、積層型ａ-Ｓi太陽電池１００を、以
下の膜厚等から成る構成にて製作した。第１のｐｉｎ光
電変換素子単位３のｉ型ａ-Ｓi：Ｈ６の膜厚を80ｎｍ、
第２のｐｉｎ光電変換素子単位４のｉ型ａ-Ｓi：Ｈ９の
膜厚を 400ｎｍ、その他の層における材質及び膜厚は前
述と同じとした。そして、第２のｐｉｎ光電変換素子単
位４のｐ型ａ-ＳiＣ：Ｈ８にボロンを 0.015％（従来の
ボロン濃度）〜２％添加した試料を作成準備した。そし
て、上記第２のｐｉｎ光電変換素子単位４のｐ型ａ-Ｓi
Ｃ：Ｈ８へのボロン添加により光学ギャップがどの程度
変化するかについて実験考察した。図７は、上述の結果
であり、ボロン添加量（％）と光学ギャップ（ｅＶ）と
の関係を示した特性図である。ボロン添加量が２％程度
で光学ギャップの変化が小さくなることを示している。
これは、ボロン添加量が従来よりも増加するに従い、吸
収係数が増加することによる。つまり、第２のｐｉｎ光
電変換素子単位４のｐ型ａ-ＳiＣ：Ｈ８へのボロン添加
は第２のｐｉｎ光電変換素子単位４の光劣化の抑制にも
寄与している。図８は、積層型ａ-Ｓi太陽電池１００の
第２のｐｉｎ光電変換素子単位４のｐ型ａ-ＳiＣ：Ｈ８
へのボロン添加量（％）を変えた時の初期エネルギー変
換効率（％）と光劣化率（１年後）（％）との関係を示
した特性図である。光劣化率はボロン添加量が 1.0％程
度で最小となる。一方、初期エネルギー変換効率はボロ
ン添加量が 1.5％よりも大きくなると低下する。これ
は、第２のｐｉｎ光電変換素子単位４のｐ型ａ-ＳiＣ：
Ｈ８がｉ型ａ-Ｓi：Ｈ９へ入射する光を吸収する作用に
よるものである。これらの結果からも第２のｐｉｎ光電
変換素子単位４のｐ型ａ-ＳiＣ：Ｈ８へのボロン添加が
光劣化抑制にも寄与していることが分かる。
下の膜厚等から成る構成にて製作した。第１のｐｉｎ光
電変換素子単位３のｉ型ａ-Ｓi：Ｈ６の膜厚を80ｎｍ、
第２のｐｉｎ光電変換素子単位４のｉ型ａ-Ｓi：Ｈ９の
膜厚を 400ｎｍ、その他の層における材質及び膜厚は前
述と同じとした。そして、第２のｐｉｎ光電変換素子単
位４のｐ型ａ-ＳiＣ：Ｈ８にボロンを 0.015％（従来の
ボロン濃度）〜２％添加した試料を作成準備した。そし
て、上記第２のｐｉｎ光電変換素子単位４のｐ型ａ-Ｓi
Ｃ：Ｈ８へのボロン添加により光学ギャップがどの程度
変化するかについて実験考察した。図７は、上述の結果
であり、ボロン添加量（％）と光学ギャップ（ｅＶ）と
の関係を示した特性図である。ボロン添加量が２％程度
で光学ギャップの変化が小さくなることを示している。
これは、ボロン添加量が従来よりも増加するに従い、吸
収係数が増加することによる。つまり、第２のｐｉｎ光
電変換素子単位４のｐ型ａ-ＳiＣ：Ｈ８へのボロン添加
は第２のｐｉｎ光電変換素子単位４の光劣化の抑制にも
寄与している。図８は、積層型ａ-Ｓi太陽電池１００の
第２のｐｉｎ光電変換素子単位４のｐ型ａ-ＳiＣ：Ｈ８
へのボロン添加量（％）を変えた時の初期エネルギー変
換効率（％）と光劣化率（１年後）（％）との関係を示
した特性図である。光劣化率はボロン添加量が 1.0％程
度で最小となる。一方、初期エネルギー変換効率はボロ
ン添加量が 1.5％よりも大きくなると低下する。これ
は、第２のｐｉｎ光電変換素子単位４のｐ型ａ-ＳiＣ：
Ｈ８がｉ型ａ-Ｓi：Ｈ９へ入射する光を吸収する作用に
よるものである。これらの結果からも第２のｐｉｎ光電
変換素子単位４のｐ型ａ-ＳiＣ：Ｈ８へのボロン添加が
光劣化抑制にも寄与していることが分かる。
【００１３】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように、２つの
ｐｉｎ光電変換素子単位間をオーミック接触にて直接接
合し、ｐｉｎ光電変換素子単位のｉ（真性）型半導体の
膜厚をそれぞれ所定の範囲としているので、エネルギー
変換効率が向上されると共に光劣化の少ない信頼性の高
い積層型ａ-Ｓi太陽電池を得ることができる。又、本発
明の積層型ａ-Ｓi太陽電池では光劣化を従来の半分程度
に抑えることが可能となり、その分だけ面積を小さくで
きるため、大幅なコスト低減を図ることができるという
効果を有する。
ｐｉｎ光電変換素子単位間をオーミック接触にて直接接
合し、ｐｉｎ光電変換素子単位のｉ（真性）型半導体の
膜厚をそれぞれ所定の範囲としているので、エネルギー
変換効率が向上されると共に光劣化の少ない信頼性の高
い積層型ａ-Ｓi太陽電池を得ることができる。又、本発
明の積層型ａ-Ｓi太陽電池では光劣化を従来の半分程度
に抑えることが可能となり、その分だけ面積を小さくで
きるため、大幅なコスト低減を図ることができるという
効果を有する。
【図１】本発明の具体的な一実施例に係る積層型ａ-Ｓi
太陽電池の構成を示した模式図である。
太陽電池の構成を示した模式図である。
【図２】１つのｐｉｎ光電変換素子単位から成る単層ａ
-Ｓi太陽電池の模式図である。
-Ｓi太陽電池の模式図である。
【図３】図２の単層ａ-Ｓi太陽電池におけるｉ型層の膜
厚を変化させた時の初期エネルギー変換効率と光劣化率
との関係を示した特性図である。
厚を変化させた時の初期エネルギー変換効率と光劣化率
との関係を示した特性図である。
【図４】第１のｐｉｎ光電変換素子単位と第２のｐｉｎ
光電変換素子単位との接合部における電流−電圧特性を
調べるために製作された評価用デバイスの模式図であ
る。
光電変換素子単位との接合部における電流−電圧特性を
調べるために製作された評価用デバイスの模式図であ
る。
【図５】図４の評価用デバイスのｐ型層へのボロン添加
量を変化させた時の電流−電圧特性を示した特性図であ
る。
量を変化させた時の電流−電圧特性を示した特性図であ
る。
【図６】本発明に係る積層型ａ-Ｓi太陽電池における第
２のｐｉｎ光電変換素子単位のｉ型層の膜厚を変化させ
た時の初期エネルギー変換効率と光劣化率との関係を示
した特性図である。
２のｐｉｎ光電変換素子単位のｉ型層の膜厚を変化させ
た時の初期エネルギー変換効率と光劣化率との関係を示
した特性図である。
【図７】本発明に係る積層型ａ-Ｓi太陽電池における第
２のｐｉｎ光電変換素子単位のｐ型層へのボロン添加量
と光学ギャップとの関係を示した特性図である。
２のｐｉｎ光電変換素子単位のｐ型層へのボロン添加量
と光学ギャップとの関係を示した特性図である。
【図８】本発明に係る積層型ａ-Ｓi太陽電池における第
２のｐｉｎ光電変換素子単位のｐ型層へのボロン添加量
を変化させた時の初期エネルギー変換効率と光劣化率と
を示した特性図である。
２のｐｉｎ光電変換素子単位のｐ型層へのボロン添加量
を変化させた時の初期エネルギー変換効率と光劣化率と
を示した特性図である。
１−ガラス基板 ２−透明導電膜（ＴＣＯ） ３−第１のｐｉｎ光電変換素子単位 ４−第２のｐｉ
ｎ光電変換素子単位 ５−ｐ型ａ-ＳiＣ：Ｈ ６−ｉ型ａ-Ｓi：Ｈ ７−
ｎ型μｃ-Ｓi：Ｈ ８−ｐ型ａ-ＳiＣ：Ｈ ９−ｉ型ａ-Ｓi：Ｈ １０
−ｎ型μｃ-Ｓi：Ｈ １１−金属電極 １００−積層型ａ-Ｓi太陽電池
ｎ光電変換素子単位 ５−ｐ型ａ-ＳiＣ：Ｈ ６−ｉ型ａ-Ｓi：Ｈ ７−
ｎ型μｃ-Ｓi：Ｈ ８−ｐ型ａ-ＳiＣ：Ｈ ９−ｉ型ａ-Ｓi：Ｈ １０
−ｎ型μｃ-Ｓi：Ｈ １１−金属電極 １００−積層型ａ-Ｓi太陽電池
Claims (1)
- 【請求項１】 アモルファス半導体材料によりｐ型、ｉ
（真性）型、ｎ型のアモルファス半導体膜を順次形成し
た２つのｐｉｎ光電変換素子単位を積層して成る積層型
太陽電池において、 前記２つのｐｉｎ光電変換素子単位間は対向するｐ型層
又はｎ型層に不純物をヘビードープしてオーミック接触
にて直接接合すると共に光入射方向側から見た該２つの
ｐｉｎ光電変換素子単位のｉ（真性）型半導体の膜厚を
順に 30〜100ｎｍ，200〜600ｎｍの範囲でそれら２つの
ｐｉｎ光電変換素子単位にて励起されるキャリヤが等し
くなるように対応させて形成することを特徴とする積層
型太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3232399A JPH0548133A (ja) | 1991-08-19 | 1991-08-19 | 積層型太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3232399A JPH0548133A (ja) | 1991-08-19 | 1991-08-19 | 積層型太陽電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0548133A true JPH0548133A (ja) | 1993-02-26 |
Family
ID=16938637
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3232399A Pending JPH0548133A (ja) | 1991-08-19 | 1991-08-19 | 積層型太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0548133A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5926028A (en) * | 1996-05-17 | 1999-07-20 | Tokyo Electron Limited | Probe card having separated upper and lower probe needle groups |
| WO2011148679A1 (ja) * | 2010-05-27 | 2011-12-01 | シャープ株式会社 | 光電変換装置 |
-
1991
- 1991-08-19 JP JP3232399A patent/JPH0548133A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5926028A (en) * | 1996-05-17 | 1999-07-20 | Tokyo Electron Limited | Probe card having separated upper and lower probe needle groups |
| WO2011148679A1 (ja) * | 2010-05-27 | 2011-12-01 | シャープ株式会社 | 光電変換装置 |
| JP2011249577A (ja) * | 2010-05-27 | 2011-12-08 | Sharp Corp | 光電変換装置 |
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