JPH0644638B2 - 異質単位セル同士のスタック形光起電力素子 - Google Patents
異質単位セル同士のスタック形光起電力素子Info
- Publication number
- JPH0644638B2 JPH0644638B2 JP57234197A JP23419782A JPH0644638B2 JP H0644638 B2 JPH0644638 B2 JP H0644638B2 JP 57234197 A JP57234197 A JP 57234197A JP 23419782 A JP23419782 A JP 23419782A JP H0644638 B2 JPH0644638 B2 JP H0644638B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor
- amorphous
- crystalline
- unit cell
- photovoltaic element
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- 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
- H10F77/70—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
- 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)
Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、結晶系半導体とアモルファス半導体とを組合
せた太陽電池、検出素子等に使用するスタック形光起電
力素子の改良に関するものである。
せた太陽電池、検出素子等に使用するスタック形光起電
力素子の改良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型の各アモルファス半導体のシリコン層を堆積し
たアモルファ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った。
そこで、コストの低下を図るために、アモルファスシリ
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
低コスト化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
で至っていない。
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型の各アモルファス半導体のシリコン層を堆積し
たアモルファ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った。
そこで、コストの低下を図るために、アモルファスシリ
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
低コスト化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
で至っていない。
一方、後者の素子はプラズマＣＶＤ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、第１図に示すごとく、
入射光の各波長に対するアモルファスシリコン太陽電池
のキャリア収集効率曲線ａ−Ｓｉが囲む面積は、単結晶
シリコン太陽電池のキャリア収集効率曲線ｃ−Ｓｉが囲
む面積のほぼ半分程度であるので、アモルファスシリコ
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、第１図は横軸に波
長λ［μｍ］、縦軸にキャリア収集効率η［％］が示さ
れており、単結晶シリコン太陽電池のキャリア収集効率
曲線ｃ−Ｓｉが比較的波長の光まで広がっているのに対
して、アモルファスシリコン太陽電池のキャリア収集効
率曲線ａ−Ｓｉは、比較的短波長の光に偏っている。し
たがって、実用化しているアモルファスシリコン太陽電
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％の低い値になっている。
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、第１図に示すごとく、
入射光の各波長に対するアモルファスシリコン太陽電池
のキャリア収集効率曲線ａ−Ｓｉが囲む面積は、単結晶
シリコン太陽電池のキャリア収集効率曲線ｃ−Ｓｉが囲
む面積のほぼ半分程度であるので、アモルファスシリコ
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、第１図は横軸に波
長λ［μｍ］、縦軸にキャリア収集効率η［％］が示さ
れており、単結晶シリコン太陽電池のキャリア収集効率
曲線ｃ−Ｓｉが比較的波長の光まで広がっているのに対
して、アモルファスシリコン太陽電池のキャリア収集効
率曲線ａ−Ｓｉは、比較的短波長の光に偏っている。し
たがって、実用化しているアモルファスシリコン太陽電
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％の低い値になっている。
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ャ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
ルファス半導体は、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って、各波長に対するキ
ャ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ァス半導体として
は、水素化アモルファス炭化シリコンａ−ＳｉＣ：Ｈ、
水素化アモルファス窒化シリコンａ−ＳｉＮ：Ｈ、長波
長用としては、水素化アモルファスシリコンゲルマニウ
ムａ−ＳｉＧｅ：Ｈ、水素化アモルファスシリコンすず
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ァス太陽電池であって
も、前述したように、アモルファス半導体が、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。
ある範囲の波長幅ごとにキャ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
ルファス半導体は、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って、各波長に対するキ
ャ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ァス半導体として
は、水素化アモルファス炭化シリコンａ−ＳｉＣ：Ｈ、
水素化アモルファス窒化シリコンａ−ＳｉＮ：Ｈ、長波
長用としては、水素化アモルファスシリコンゲルマニウ
ムａ−ＳｉＧｅ：Ｈ、水素化アモルファスシリコンすず
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ァス太陽電池であって
も、前述したように、アモルファス半導体が、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、アモルファス半導体と結晶
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ァス光起電力素子の
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
位によって相殺され、有効なスタッ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ャ
リア同士を再結合させ、キャ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ャンセル
する必要がある。例えば、このキャ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
ルファ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
となっていた。また、素子作成の途中で、透明導電膜を
形成するために、次のアモルファ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、良好なキャ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。
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ァス光起電力素子の
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
位によって相殺され、有効なスタッ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ャ
リア同士を再結合させ、キャ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ャンセル
する必要がある。例えば、このキャ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
ルファ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
となっていた。また、素子作成の途中で、透明導電膜を
形成するために、次のアモルファ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、良好なキャ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、単結晶または多結晶の結晶系半導体とヘテロ
接合されたアモルファス半導体の結晶系単位セルに、ア
モルファス半導体より成るアモルファス単位セルを積層
し、この２つの単位セル界面に形成されるアモルファス
半導体のＰＮ接合を利用してキャリア交換再結合機能を
果させることによって、アモルファス半導体の単位セル
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、アモルファス半導体の単位セルでは吸収す
ることができない長波長側の光を吸収し、単一の光起電
力素子によって広範囲の光を有効に利用することによ
り、結晶系半導体とアモルファス半導体とがヘテロ接合
された太陽電池及びアモルファス半導体単独のスタック
形太陽電池、また透明導電膜を利用した結晶系単位セル
・アモルファス単位セルのスタック形素子に比べて、よ
り高効率で安価なスタック形光起電力素子を提供するこ
とにある。
接合されたアモルファス半導体の結晶系単位セルに、ア
モルファス半導体より成るアモルファス単位セルを積層
し、この２つの単位セル界面に形成されるアモルファス
半導体のＰＮ接合を利用してキャリア交換再結合機能を
果させることによって、アモルファス半導体の単位セル
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、アモルファス半導体の単位セルでは吸収す
ることができない長波長側の光を吸収し、単一の光起電
力素子によって広範囲の光を有効に利用することによ
り、結晶系半導体とアモルファス半導体とがヘテロ接合
された太陽電池及びアモルファス半導体単独のスタック
形太陽電池、また透明導電膜を利用した結晶系単位セル
・アモルファス単位セルのスタック形素子に比べて、よ
り高効率で安価なスタック形光起電力素子を提供するこ
とにある。
実施例 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。第２図（Ａ）
は本発明の第１の実施例の構成図であって、１はアルミ
ニウム電極、１１ｐはＰ型多結晶シリコンの基板（Ｐ−
Ｐｏｌｙ・Ｓｉ）、２０ｎはＮ型アモルファスシリコン
（Ｎ−ａＳｉ）またはＮ型微結晶シリコン（Ｎ−μＣ・
Ｓｉ）であって、Ｐ型多結晶半導体１１ｐとアモルファ
スまたは微結晶半導体２０ｎとがヘテロ接合ＨＪされ、
結晶系単位セル１１を形成している。２１ｐはＰ型アモ
ルファスシリコン（Ｐ−ａＳｉ）、２１ｉはＩ型アモル
ファスシリコン（Ｉ−ａＳｉ）、２１ｎはＮ型アモルフ
ァスシリコン（Ｎ−ａＳｉ）またはＮ型微結晶シリコン
（Ｎ−μＣ・Ｓｉ）であって、２１ｐ、２１ｉおよび２
１ｎは、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合されたアモルファス単位セル２
１を構成している。さらに、Ｎ型半導体２１ｎ上に電極
としての透明導電膜１０が形成されている。前述した荷
電制御された微結晶半導体は、光学的にはアモルファス
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。この第２図（Ａ）の実施
例は、結晶系半導体とアモルファス半導体とがヘテロ接
合されて単位セルを形成し、さらにアモルファス半導体
の単位セルがオーミック接合された場合である。これら
のアモルファス半導体２０ｎ，２１ｐ，２１ｉ，２１ｎ
および透明導電膜１０の厚みはそれぞれ3000Å，500
Å，5000Å，100Åおよび700Åである。第２図（Ｂ）
は、第２図（Ａ）の光起電力素子のエネルギーバンド図
である。同図において、Ｅｇｃｌは多結晶シリコン半導
体１１ｐの禁止帯幅で約１．１［ｅＶ］であり、またＥ
ｇａｌはアモルファスシリコン半導体の禁止帯幅で約
１．７ないし１．８［ｅＶ］であって、Ｅｇａｌ＞Ｅｇ
ｃｌとなっている。なお、同図において、Ｅｃは伝導帯
下限の準位、Ｅｆはフェルミー準位、Ｅｖは価電子帯上
限の準位を示す。
は本発明の第１の実施例の構成図であって、１はアルミ
ニウム電極、１１ｐはＰ型多結晶シリコンの基板（Ｐ−
Ｐｏｌｙ・Ｓｉ）、２０ｎはＮ型アモルファスシリコン
（Ｎ−ａＳｉ）またはＮ型微結晶シリコン（Ｎ−μＣ・
Ｓｉ）であって、Ｐ型多結晶半導体１１ｐとアモルファ
スまたは微結晶半導体２０ｎとがヘテロ接合ＨＪされ、
結晶系単位セル１１を形成している。２１ｐはＰ型アモ
ルファスシリコン（Ｐ−ａＳｉ）、２１ｉはＩ型アモル
ファスシリコン（Ｉ−ａＳｉ）、２１ｎはＮ型アモルフ
ァスシリコン（Ｎ−ａＳｉ）またはＮ型微結晶シリコン
（Ｎ−μＣ・Ｓｉ）であって、２１ｐ、２１ｉおよび２
１ｎは、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合されたアモルファス単位セル２
１を構成している。さらに、Ｎ型半導体２１ｎ上に電極
としての透明導電膜１０が形成されている。前述した荷
電制御された微結晶半導体は、光学的にはアモルファス
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。この第２図（Ａ）の実施
例は、結晶系半導体とアモルファス半導体とがヘテロ接
合されて単位セルを形成し、さらにアモルファス半導体
の単位セルがオーミック接合された場合である。これら
のアモルファス半導体２０ｎ，２１ｐ，２１ｉ，２１ｎ
および透明導電膜１０の厚みはそれぞれ3000Å，500
Å，5000Å，100Åおよび700Åである。第２図（Ｂ）
は、第２図（Ａ）の光起電力素子のエネルギーバンド図
である。同図において、Ｅｇｃｌは多結晶シリコン半導
体１１ｐの禁止帯幅で約１．１［ｅＶ］であり、またＥ
ｇａｌはアモルファスシリコン半導体の禁止帯幅で約
１．７ないし１．８［ｅＶ］であって、Ｅｇａｌ＞Ｅｇ
ｃｌとなっている。なお、同図において、Ｅｃは伝導帯
下限の準位、Ｅｆはフェルミー準位、Ｅｖは価電子帯上
限の準位を示す。
第３図は、横軸に入射光の波長λ［μｍ］、縦軸にキャ
リア収集効率η［ｒｅｌ・ｕ］を目盛り、入射光の波長
λの変化に対する太陽電池のキャリア収集効率を示す。
同図において、一点鎖線Ｓｕｎ−Ｓは、太陽光線のスペ
クトル曲線を示す。また、禁止帯幅が大きいアモルファ
ス単位セルに入射する光の各波長λ［μｍ］に対するキ
ャリア収集効率η［ｒｅｌ・ｕ］は、同図の実線ａ−Ｓ
ｉに示すとおりとなる。
リア収集効率η［ｒｅｌ・ｕ］を目盛り、入射光の波長
λの変化に対する太陽電池のキャリア収集効率を示す。
同図において、一点鎖線Ｓｕｎ−Ｓは、太陽光線のスペ
クトル曲線を示す。また、禁止帯幅が大きいアモルファ
ス単位セルに入射する光の各波長λ［μｍ］に対するキ
ャリア収集効率η［ｒｅｌ・ｕ］は、同図の実線ａ−Ｓ
ｉに示すとおりとなる。
つぎに禁止帯幅が小さい多結晶半導体１１ｐは、アモル
ファス半導体を透過してきた長波長側の光を吸収し、多
結晶半導体のキャリア収集効率は、同図点線Ｐｏｌｙ−
Ｓｉに示すとおりとなる。その結果、結晶系半導体とア
モルファス半導体とがヘテロ接合された結晶系単位セル
に、アモルファス半導体よりなる単位セルをオーミック
接合した単一の光起電力素子によって、短波長から長波
長までの広範囲の光を有効に利用することができる。
ファス半導体を透過してきた長波長側の光を吸収し、多
結晶半導体のキャリア収集効率は、同図点線Ｐｏｌｙ−
Ｓｉに示すとおりとなる。その結果、結晶系半導体とア
モルファス半導体とがヘテロ接合された結晶系単位セル
に、アモルファス半導体よりなる単位セルをオーミック
接合した単一の光起電力素子によって、短波長から長波
長までの広範囲の光を有効に利用することができる。
ところで、各々の単位セルで吸収した光を有効に電気に
変換し、外部に取出すためには、２つの単位セルの界面
で、各単位セルで発生した多数キャリア同士を再結合さ
せ、内部起電力効果をキャンセルする必要がある。
変換し、外部に取出すためには、２つの単位セルの界面
で、各単位セルで発生した多数キャリア同士を再結合さ
せ、内部起電力効果をキャンセルする必要がある。
本発明の実施例においては、光照射により結晶系とアモ
ルファス半導体とから成る結晶系単位セルで生成した電
子とアモルファス半導体から成るアモルファス単位セル
で生成した正孔とが、両単位セル界面部近傍の禁止帯中
の局在準位を介して再結合することにより、再結合電流
が流れて良好なキャリア交換再結合機能を得ている。す
なわち、アモルファス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、
両単位セル界面に形成されるアモルファス半導体のＰＮ
接合によって、全く異質の結晶系セルとアモルファスセ
ルとの間に、特別な層を入れることなく、キャリア交換
再結合機能を容易に得ていることに特徴がある。
ルファス半導体とから成る結晶系単位セルで生成した電
子とアモルファス半導体から成るアモルファス単位セル
で生成した正孔とが、両単位セル界面部近傍の禁止帯中
の局在準位を介して再結合することにより、再結合電流
が流れて良好なキャリア交換再結合機能を得ている。す
なわち、アモルファス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、
両単位セル界面に形成されるアモルファス半導体のＰＮ
接合によって、全く異質の結晶系セルとアモルファスセ
ルとの間に、特別な層を入れることなく、キャリア交換
再結合機能を容易に得ていることに特徴がある。
第４図は、第２図（Ａ）の光起電力素子の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２
図（Ａ）の光起電力素子の出力電圧Ｖｏｕｔ［Ｖ］を示
し、縦軸は光起電力素子の出力電流Ｉｏｕｔ［ｍＡ／cm
2］を示しており、この場合の開放電圧は約１．３
［Ｖ］である。同図のＩ−Ｖ特性から求めた第２図
（Ａ）の光起電力素子の変換効率は、発表されているア
モルファス太陽電池の８〜９％を大きく上回る１１〜１
２％が得られた。
実測値を示す線図である。同図において、横軸は、第２
図（Ａ）の光起電力素子の出力電圧Ｖｏｕｔ［Ｖ］を示
し、縦軸は光起電力素子の出力電流Ｉｏｕｔ［ｍＡ／cm
2］を示しており、この場合の開放電圧は約１．３
［Ｖ］である。同図のＩ−Ｖ特性から求めた第２図
（Ａ）の光起電力素子の変換効率は、発表されているア
モルファス太陽電池の８〜９％を大きく上回る１１〜１
２％が得られた。
第５図（Ａ）は、光起電力素子内での入射光の吸収を大
にするために、結晶系半導体の基板または無機質固体の
薄板もしくは有機質固体のフイルムの基板の表面に無数
の微小四面体よりなる凹凸を形成した模型図である。同
図（Ｂ）は、同図（Ａ）に示す凹凸を設けることによ
り、入射光と表面のピラミッド面との光学的多重反射屈
折によって光の吸収を大にし、本発明の結晶系半導体と
アモルファス半導体とのヘテロ接合から成る結晶系単位
セルとアモルファス半導体から成るアモルファス単位セ
ルとを接合した構成とあわせて光起電力素子の変換効率
を向上させることができる。同図（Ｂ）において、１０
は透明導電膜、２１はアモルファス半導体、１１は結晶
系半導体で入射光は透明導電膜１０とアモルファス半導
体２１との界面、アモルファス半導体２１と結晶系半導
体１１との界面で、実線で示すように、次々と多重反射
し、光のとじ込め効果により光の吸収を大きくすること
ができる。
にするために、結晶系半導体の基板または無機質固体の
薄板もしくは有機質固体のフイルムの基板の表面に無数
の微小四面体よりなる凹凸を形成した模型図である。同
図（Ｂ）は、同図（Ａ）に示す凹凸を設けることによ
り、入射光と表面のピラミッド面との光学的多重反射屈
折によって光の吸収を大にし、本発明の結晶系半導体と
アモルファス半導体とのヘテロ接合から成る結晶系単位
セルとアモルファス半導体から成るアモルファス単位セ
ルとを接合した構成とあわせて光起電力素子の変換効率
を向上させることができる。同図（Ｂ）において、１０
は透明導電膜、２１はアモルファス半導体、１１は結晶
系半導体で入射光は透明導電膜１０とアモルファス半導
体２１との界面、アモルファス半導体２１と結晶系半導
体１１との界面で、実線で示すように、次々と多重反射
し、光のとじ込め効果により光の吸収を大きくすること
ができる。
発明の効果 以上のように、本発明の光起電力素子によれば、アモル
ファス半導体の単位セルによって、入射光のうちの短波
長側の光を吸収させ、さらにこれらのアモルファス半導
体では吸収することができずに透過してきた長波長側の
光を、結晶系半導体とアモルファス半導体とから成る結
晶系単位セルによって吸収させることにより、単一の光
起電力素子によって、短波長から長波長までの広範囲の
光を吸収して、結晶系半導体とアモルファス半導体とが
ヘテロ接合された単一の太陽電池またはアモルファス半
導体単独のスタック形太陽電池よりも変換効率が高く、
またキャリア交換再結合機能を果させる目的のために、
わざわざ透明導電膜を使用する必要がないので、結晶系
およびアモルファスセルの性能が良くなり、より高効率
で安価に製作することができる。
ファス半導体の単位セルによって、入射光のうちの短波
長側の光を吸収させ、さらにこれらのアモルファス半導
体では吸収することができずに透過してきた長波長側の
光を、結晶系半導体とアモルファス半導体とから成る結
晶系単位セルによって吸収させることにより、単一の光
起電力素子によって、短波長から長波長までの広範囲の
光を吸収して、結晶系半導体とアモルファス半導体とが
ヘテロ接合された単一の太陽電池またはアモルファス半
導体単独のスタック形太陽電池よりも変換効率が高く、
またキャリア交換再結合機能を果させる目的のために、
わざわざ透明導電膜を使用する必要がないので、結晶系
およびアモルファスセルの性能が良くなり、より高効率
で安価に製作することができる。
さらに、このように、本発明の光起電力素子は、分光感
度特性の異なる材料を積層しているので、特定の波長の
光も検出する光検出素子としても用いることができる。
度特性の異なる材料を積層しているので、特定の波長の
光も検出する光検出素子としても用いることができる。
第１図は従来の結晶系太陽電池（ｃ−Ｓｉ）およびアモ
ルファス太陽電池（ａ−Ｓｉ）の入射光の波長λ［μ
ｍ］（横軸）とキャリア収集効率η［％］（縦軸）との
関係を示す線図、第２図（Ａ）および（Ｂ）はそれぞれ
本発明の光起電力素子の第１の実施例の構成図およびエ
ネルギーバンド図、第３図は第２図（Ａ）の実施例の構
成において、アモルファス半導体（実線の曲線ａ−Ｓ
ｉ）および多結晶半導体（点線の曲線Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）
への入射光λ［μｍ］（横軸）とキャリア収集効率η
［ｒｅｌ・ｕ］（縦軸）との関係を示す線図、第４図は
第２図（Ａ）の実施例の光起電力素子のＩ−Ｖ特性（横
軸に光起電力素子の出力電圧Ｖｏｕｔ［Ｖ］、縦軸に光
起電力素子の出力電流Ｉｏｕｔ［ｍＡ／cm2］）を示す
線図、第５図（Ａ）および（Ｂ）はそれぞれ本発明の光
起電力素子の基板に、入射光の吸収を大にする織目模様
を形成した模型図および動作説明図である。 １……電極（オーミック電極または導電性基板）、２…
…無機質固体の薄板の基板または有機質固体のフイルム
基板、１１……結晶系単位セル、１１ｐ……結晶系半導
体、２１……アモルファス単位セル、２０ｎ、２１ｐ、
２１ｉ、２１ｎ……アモルファス半導体、Ｅｇｃｌ……
結晶系半導体の禁止帯幅、Ｅｇａｌ……アモルファス半
導体の禁止帯幅、ＨＪ……結晶系半導体とアモルファス
半導体とのヘテロ接合部分。
ルファス太陽電池（ａ−Ｓｉ）の入射光の波長λ［μ
ｍ］（横軸）とキャリア収集効率η［％］（縦軸）との
関係を示す線図、第２図（Ａ）および（Ｂ）はそれぞれ
本発明の光起電力素子の第１の実施例の構成図およびエ
ネルギーバンド図、第３図は第２図（Ａ）の実施例の構
成において、アモルファス半導体（実線の曲線ａ−Ｓ
ｉ）および多結晶半導体（点線の曲線Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）
への入射光λ［μｍ］（横軸）とキャリア収集効率η
［ｒｅｌ・ｕ］（縦軸）との関係を示す線図、第４図は
第２図（Ａ）の実施例の光起電力素子のＩ−Ｖ特性（横
軸に光起電力素子の出力電圧Ｖｏｕｔ［Ｖ］、縦軸に光
起電力素子の出力電流Ｉｏｕｔ［ｍＡ／cm2］）を示す
線図、第５図（Ａ）および（Ｂ）はそれぞれ本発明の光
起電力素子の基板に、入射光の吸収を大にする織目模様
を形成した模型図および動作説明図である。 １……電極（オーミック電極または導電性基板）、２…
…無機質固体の薄板の基板または有機質固体のフイルム
基板、１１……結晶系単位セル、１１ｐ……結晶系半導
体、２１……アモルファス単位セル、２０ｎ、２１ｐ、
２１ｉ、２１ｎ……アモルファス半導体、Ｅｇｃｌ……
結晶系半導体の禁止帯幅、Ｅｇａｌ……アモルファス半
導体の禁止帯幅、ＨＪ……結晶系半導体とアモルファス
半導体とのヘテロ接合部分。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 博明 兵庫県川西市平野字上新在家779番地１ (72)発明者 奥田 浩司 大阪府大阪市淀川区田川２丁目１番11号 大阪変圧器株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−79674（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−33888（ＪＰ，Ａ)
Claims (6)
- 【請求項１】単結晶または多結晶の結晶系半導体上にア
モルファス半導体を形成することによりＰＮへテロ接合
された結晶系単位セルと、前記結晶系単位セルのアモル
ファス半導体上にＰＩＮ接合されたアモルファス半導体
から成るアモルファス単位セルとを積層して一体構造と
したセルであり、かつ、前記結晶系単位セルのアモルフ
ァス半導体の膜を、３０００Åの厚さにする異質単位セ
ル同士のスタック形光起電力素子。 - 【請求項２】前記アモルファス半導体の一つ以上が荷電
制御された微結晶半導体である特許請求の範囲第１項に
記載の異質単位セル同士のスタック形光起電力素子。 - 【請求項３】前記結晶系半導体を基板とし、その基板上
にアモルファス半導体を堆積した特許請求の範囲第１項
に記載の異質単位セル同士のスタック形光起電力素子。 - 【請求項４】前記結晶系半導体を、無機質固体の薄板ま
たは有機質固体のフイルムの基板上に堆積させた特許請
求の範囲第１項に記載の異質単位セル同士のスタック形
光起電力素子。 - 【請求項５】前記結晶系半導体の基板に、入射光の吸収
を大にする織目模様を形成した特許請求の範囲第３項に
記載の異質単位セル同士のスタック形光起電力素子。 - 【請求項６】前記無機質固体の薄板または有機質固体の
フイルムよりなる基板に、入射光の吸収を大にする織目
模様を形成した特許請求の範囲第４項記載の異質単位セ
ル同士のスタック形光起電力素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57234197A JPH0644638B2 (ja) | 1982-12-29 | 1982-12-29 | 異質単位セル同士のスタック形光起電力素子 |
| 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 |
|---|---|---|---|
| JP57234197A JPH0644638B2 (ja) | 1982-12-29 | 1982-12-29 | 異質単位セル同士のスタック形光起電力素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59124772A JPS59124772A (ja) | 1984-07-18 |
| JPH0644638B2 true JPH0644638B2 (ja) | 1994-06-08 |
Family
ID=16967201
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57234197A Expired - Lifetime JPH0644638B2 (ja) | 1982-12-29 | 1982-12-29 | 異質単位セル同士のスタック形光起電力素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0644638B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2075850A2 (en) | 2007-12-28 | 2009-07-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co, Ltd. | Photoelectric conversion device and manufacturing method thereof |
| US7985604B2 (en) | 2007-11-30 | 2011-07-26 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of manufacturing photoelectric conversion device |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01289173A (ja) * | 1988-05-16 | 1989-11-21 | Sharp Corp | 太陽電池 |
| JPH0793452B2 (ja) * | 1991-06-25 | 1995-10-09 | 株式会社日立製作所 | タンデムヘテロ光電変換素子の製造方法 |
| JPH10117006A (ja) * | 1996-08-23 | 1998-05-06 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | 薄膜光電変換装置 |
| JP2001217440A (ja) * | 2000-02-04 | 2001-08-10 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | ハイブリッド型薄膜光電変換装置とそれに用いられる透光性積層体 |
| US6677516B2 (en) | 2001-01-29 | 2004-01-13 | Sharp Kabushiki Kaisha | Photovoltaic cell and process for producing the same |
| WO2006057161A1 (ja) * | 2004-11-29 | 2006-06-01 | Kaneka Corporation | 薄膜光電変換装置用基板、及びそれを備えた薄膜光電変換装置 |
| JP5315008B2 (ja) | 2007-11-16 | 2013-10-16 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 光電変換装置 |
| 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 |
| US8338218B2 (en) | 2008-06-26 | 2012-12-25 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Photoelectric conversion device module and manufacturing method of the photoelectric conversion device module |
| US9437758B2 (en) | 2011-02-21 | 2016-09-06 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Photoelectric conversion device |
| EP3442037B1 (en) | 2016-04-07 | 2021-02-24 | Kaneka Corporation | Method for manufacturing multijunction photoelectric conversion device |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4342044A (en) * | 1978-03-08 | 1982-07-27 | Energy Conversion Devices, Inc. | Method for optimizing photoresponsive amorphous alloys and devices |
| JPS55152071U (ja) * | 1979-04-18 | 1980-11-01 | ||
| JPS5633888A (en) * | 1979-08-29 | 1981-04-04 | Seiko Epson Corp | Solar battery |
| JPS5713777A (en) * | 1980-06-30 | 1982-01-23 | Shunpei Yamazaki | Semiconductor device and manufacture thereof |
| US4292461A (en) * | 1980-06-20 | 1981-09-29 | International Business Machines Corporation | Amorphous-crystalline tandem solar cell |
-
1982
- 1982-12-29 JP JP57234197A patent/JPH0644638B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7985604B2 (en) | 2007-11-30 | 2011-07-26 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of manufacturing photoelectric conversion device |
| EP2075850A2 (en) | 2007-12-28 | 2009-07-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co, Ltd. | Photoelectric conversion device and manufacturing method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59124772A (ja) | 1984-07-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0113434B1 (en) | Photovoltaic device | |
| JP6975368B1 (ja) | 太陽電池及び太陽電池モジュール | |
| US6784361B2 (en) | Amorphous silicon photovoltaic devices | |
| US4292461A (en) | Amorphous-crystalline tandem solar cell | |
| TWI332714B (en) | Cascade solar cell with amorphous silicon-based solar cell | |
| US20240341107A1 (en) | Laminated solar cell and photovoltaic assembly | |
| US6162987A (en) | Monolithic interconnected module with a tunnel junction for enhanced electrical and optical performance | |
| KR20120070312A (ko) | 박막 태양전지 | |
| JPH0644638B2 (ja) | 異質単位セル同士のスタック形光起電力素子 | |
| US20250338668A1 (en) | Solar cell and photovoltaic module | |
| JPS58139478A (ja) | アモルフアス太陽電池 | |
| JP2001053329A (ja) | ｐｉｎ型光電変換素子 | |
| JP5266375B2 (ja) | 薄膜太陽電池及びその製造方法 | |
| KR101411996B1 (ko) | 고효율 태양전지 | |
| KR101584376B1 (ko) | 실리콘 박막 태양전지 | |
| JPS6377167A (ja) | 積層型光起電力装置 | |
| KR101562191B1 (ko) | 고효율 태양전지 | |
| US4857115A (en) | Photovoltaic device | |
| JPH0636429B2 (ja) | ヘテロ接合光電素子及びヘテロ接合光電装置 | |
| CN117321776A (zh) | 多结太阳能电池 | |
| JP2737705B2 (ja) | 太陽電池 | |
| JP2713799B2 (ja) | 薄膜太陽電池 | |
| JP2673021B2 (ja) | 太陽電池 | |
| CN101882638B (zh) | 基于tco薄膜和键合技术的太阳能电池 | |
| JPS629747Y2 (ja) |