JPH08130321A - 太陽電池 - Google Patents
太陽電池Info
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- JPH08130321A JPH08130321A JP6268772A JP26877294A JPH08130321A JP H08130321 A JPH08130321 A JP H08130321A JP 6268772 A JP6268772 A JP 6268772A JP 26877294 A JP26877294 A JP 26877294A JP H08130321 A JPH08130321 A JP H08130321A
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- light absorption
- solar cell
- semiconductor light
- semiconductor
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- 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
- Y02E10/541—CuInSe2 material 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
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/543—Solar cells from Group II-VI materials
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体光吸収層に対する電極と、前記半導体
光吸収層と該半導体光吸収層のバンドギャップより広い
バンドギャップ及び異なる伝導型を有する半導体窓層と
の接合と、前記半導体窓層に対する透明電極と傾斜組成
層とよりなる太陽電池で、高い変換効率を得る太陽電池
を提供する。 【構成】 半導体窓層４／傾斜組成層６／半導体光吸収
層３をＣｄＳ／ＣｄＴｅ1ーXＳｅX／ＣｄＴｅあるいはＣ
ｄＳ／ＣｕＩｎ1ーXＧａXＳｅ2／ＣｕＩｎＳｅ2あるいは
ＣｄＳ／ＣｕＩｎ（Ｓｅ1ーXＳX）2／ＣｕＩｎＳｅ2から
構成し、傾斜組成層６を半導体窓層４との接合部より離
れるに従ってバンドギャップが小さくし、かつ半導体光
吸収層３に接する部分のバンドギャップが光吸収層３の
バンドギャップに比べて同等もしくは大きくすることに
より、再結合電流が減少して高い解放電圧を得ることが
でき、高い変換効率を得ることができる。
光吸収層と該半導体光吸収層のバンドギャップより広い
バンドギャップ及び異なる伝導型を有する半導体窓層と
の接合と、前記半導体窓層に対する透明電極と傾斜組成
層とよりなる太陽電池で、高い変換効率を得る太陽電池
を提供する。 【構成】 半導体窓層４／傾斜組成層６／半導体光吸収
層３をＣｄＳ／ＣｄＴｅ1ーXＳｅX／ＣｄＴｅあるいはＣ
ｄＳ／ＣｕＩｎ1ーXＧａXＳｅ2／ＣｕＩｎＳｅ2あるいは
ＣｄＳ／ＣｕＩｎ（Ｓｅ1ーXＳX）2／ＣｕＩｎＳｅ2から
構成し、傾斜組成層６を半導体窓層４との接合部より離
れるに従ってバンドギャップが小さくし、かつ半導体光
吸収層３に接する部分のバンドギャップが光吸収層３の
バンドギャップに比べて同等もしくは大きくすることに
より、再結合電流が減少して高い解放電圧を得ることが
でき、高い変換効率を得ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高い変換効率の得られ
る太陽電池に関する。さらに詳しくはバンドギャップの
広い構造のヘテロ接合型の太陽電池に関する。
る太陽電池に関する。さらに詳しくはバンドギャップの
広い構造のヘテロ接合型の太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、太陽電池の基本的な構造につ
いては、数多くの提案がなされている。通常のヘテロ接
合型の太陽電池は、図２（ａ）に示したようなバンドギ
ャップの広い半導体（窓層）４と、バンドギャップが約
１．５ｅＶ程度（あるいはそれ以下）の半導体（光吸収
層）３との異種・異伝導型接合を構成し、図２（ｂ）の
ようなバンドプロファイルしてなる。たとえば、ＣｄＳ
／ＣｄＴｅやＣｄＳ／ＣｕＩｎＳｅ2 などである。さら
に、高い変換効率を得るために傾斜組成層を太陽電池の
構造に導入する提案がなされている。その多くの場合
は、バンドギャップの大きい半導体（窓層）に導入され
ている。たとえば、ａ−ＳｉＣ／ａ−ＳｉやＡｌＧａＡ
ｓ／ＧａＡｓなどの構造がそうである。これらの構造
は、バンドギャップの大きい半導体（窓層）に傾斜組成
層を導入してより多くの光電流を獲得しようとする構造
である。
いては、数多くの提案がなされている。通常のヘテロ接
合型の太陽電池は、図２（ａ）に示したようなバンドギ
ャップの広い半導体（窓層）４と、バンドギャップが約
１．５ｅＶ程度（あるいはそれ以下）の半導体（光吸収
層）３との異種・異伝導型接合を構成し、図２（ｂ）の
ようなバンドプロファイルしてなる。たとえば、ＣｄＳ
／ＣｄＴｅやＣｄＳ／ＣｕＩｎＳｅ2 などである。さら
に、高い変換効率を得るために傾斜組成層を太陽電池の
構造に導入する提案がなされている。その多くの場合
は、バンドギャップの大きい半導体（窓層）に導入され
ている。たとえば、ａ−ＳｉＣ／ａ−ＳｉやＡｌＧａＡ
ｓ／ＧａＡｓなどの構造がそうである。これらの構造
は、バンドギャップの大きい半導体（窓層）に傾斜組成
層を導入してより多くの光電流を獲得しようとする構造
である。
【０００３】
【発明が解決すべき課題】しかしながら上記従来のヘテ
ロ接合型の太陽電池でも光−電力の変換効率は１２．２
〜１３．１％程度であった。
ロ接合型の太陽電池でも光−電力の変換効率は１２．２
〜１３．１％程度であった。
【０００４】本発明の目的は従来技術の有する問題点に
鑑みてなされたものであり、さらに性能のすぐれた太陽
電池を提供することである。
鑑みてなされたものであり、さらに性能のすぐれた太陽
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
本発明の太陽電池は、半導体光吸収層に対する電極と、
前記半導体光吸収層と接合部でもって接する該半導体光
吸収層のバンドギャップより広いバンドギャップ及び異
なる伝導型を有する半導体窓層と、該半導体窓層に対す
る透明電極とよりなる太陽電池であって、半導体光吸収
層と半導体窓層の間に該半導体窓層との接合部より離れ
るに従ってバンドギャップが小さくなり、かつ前記半導
体光吸収層に接する部分のバンドギャップが該半導体光
吸収層のバンドギャップに比べて同等もしくは大きい傾
斜組成層を有し、かつその膜厚が空乏層幅と同等の膜厚
とされてなることを特徴とする。
本発明の太陽電池は、半導体光吸収層に対する電極と、
前記半導体光吸収層と接合部でもって接する該半導体光
吸収層のバンドギャップより広いバンドギャップ及び異
なる伝導型を有する半導体窓層と、該半導体窓層に対す
る透明電極とよりなる太陽電池であって、半導体光吸収
層と半導体窓層の間に該半導体窓層との接合部より離れ
るに従ってバンドギャップが小さくなり、かつ前記半導
体光吸収層に接する部分のバンドギャップが該半導体光
吸収層のバンドギャップに比べて同等もしくは大きい傾
斜組成層を有し、かつその膜厚が空乏層幅と同等の膜厚
とされてなることを特徴とする。
【０００６】また、前記構成の太陽電池であって、前記
半導体光吸収層がＣｄＴｅ薄膜よりなり、前記傾斜組成
層がＣｄＴｅ1ーXＳｅXよりなることが好ましい。また、
前記構成の太陽電池で、前記半導体窓層がＣｄＳ薄膜よ
りなり、前記半導体光吸収層がＣｄＴｅ薄膜よりなり、
前記傾斜組成層がＣｄＴｅ1ーXＳｅXよりなることが好ま
しい。
半導体光吸収層がＣｄＴｅ薄膜よりなり、前記傾斜組成
層がＣｄＴｅ1ーXＳｅXよりなることが好ましい。また、
前記構成の太陽電池で、前記半導体窓層がＣｄＳ薄膜よ
りなり、前記半導体光吸収層がＣｄＴｅ薄膜よりなり、
前記傾斜組成層がＣｄＴｅ1ーXＳｅXよりなることが好ま
しい。
【０００７】また、前記構成の太陽電池で、前記半導体
光吸収層がＣｕＩｎＳｅ2 薄膜よりなり、前記傾斜組成
層がＣｕＩｎ1ーXＧａXＳｅ2よりなることが好ましい。
また、前記構成の太陽電池であって、前記半導体窓層が
ＣｄＳ薄膜よりなり、前記半導体光吸収層がＣｕＩｎＳ
ｅ2 薄膜よりなり、前記傾斜組成層がＣｕＩｎ 1ーXＧａX
Ｓｅ2よりなることが好ましい。
光吸収層がＣｕＩｎＳｅ2 薄膜よりなり、前記傾斜組成
層がＣｕＩｎ1ーXＧａXＳｅ2よりなることが好ましい。
また、前記構成の太陽電池であって、前記半導体窓層が
ＣｄＳ薄膜よりなり、前記半導体光吸収層がＣｕＩｎＳ
ｅ2 薄膜よりなり、前記傾斜組成層がＣｕＩｎ 1ーXＧａX
Ｓｅ2よりなることが好ましい。
【０００８】また、前記構成の太陽電池であって、前記
半導体光吸収層がＣｕＩｎＳｅ2 薄膜よりなり、前記傾
斜組成層がＣｕＩｎ（Ｓｅ1ーXＳX）2 よりなることが好
ましい。
半導体光吸収層がＣｕＩｎＳｅ2 薄膜よりなり、前記傾
斜組成層がＣｕＩｎ（Ｓｅ1ーXＳX）2 よりなることが好
ましい。
【０００９】また、前記構成の太陽電池であって、前記
半導体窓層がＣｄＳ薄膜よりなり、前記半導体光吸収層
がＣｕＩｎＳｅ2 薄膜よりなり、前記傾斜組成層がＣｕ
Ｉｎ（Ｓｅ1ーXＳX）2 よりなることが好ましい。
半導体窓層がＣｄＳ薄膜よりなり、前記半導体光吸収層
がＣｕＩｎＳｅ2 薄膜よりなり、前記傾斜組成層がＣｕ
Ｉｎ（Ｓｅ1ーXＳX）2 よりなることが好ましい。
【００１０】
【作用】本発明の太陽電池は、半導体光吸収層に対する
電極と、前記半導体光吸収層と接合部でもって接する該
半導体光吸収層のバンドギャップより広いバンドギャッ
プ及び異なる伝導型を有する半導体窓層と、該半導体窓
層に対する透明電極とよりなる太陽電池であって、半導
体光吸収層と半導体窓層の間に該半導体窓層との接合部
より離れるに従ってバンドギャップが小さくなり、かつ
前記半導体光吸収層に接する部分のバンドギャップが該
半導体光吸収層のバンドギャップに比べて同等もしくは
大きい傾斜組成層を有し、かつその膜厚が空乏層幅と同
等の膜厚よりなっている。このように構成することによ
り、ヘテロ接合部の再結合電流が減少し、高い解放電圧
を得ることができ、光−電力の変換効率を向上させるこ
とができる。
電極と、前記半導体光吸収層と接合部でもって接する該
半導体光吸収層のバンドギャップより広いバンドギャッ
プ及び異なる伝導型を有する半導体窓層と、該半導体窓
層に対する透明電極とよりなる太陽電池であって、半導
体光吸収層と半導体窓層の間に該半導体窓層との接合部
より離れるに従ってバンドギャップが小さくなり、かつ
前記半導体光吸収層に接する部分のバンドギャップが該
半導体光吸収層のバンドギャップに比べて同等もしくは
大きい傾斜組成層を有し、かつその膜厚が空乏層幅と同
等の膜厚よりなっている。このように構成することによ
り、ヘテロ接合部の再結合電流が減少し、高い解放電圧
を得ることができ、光−電力の変換効率を向上させるこ
とができる。
【００１１】また、太陽電池の前記構成で、前記半導体
光吸収層がＣｄＴｅ薄膜よりなり、前記傾斜組成層がＣ
ｄＴｅ1ーXＳｅXよりなる好ましい構成によれば、ヘテロ
接合部の再結合電流が減少し、従来のヘテロ接合に比べ
てより高い開放端電圧を出力でき、従来の太陽電池より
すぐれた変換効率を得ることができる。
光吸収層がＣｄＴｅ薄膜よりなり、前記傾斜組成層がＣ
ｄＴｅ1ーXＳｅXよりなる好ましい構成によれば、ヘテロ
接合部の再結合電流が減少し、従来のヘテロ接合に比べ
てより高い開放端電圧を出力でき、従来の太陽電池より
すぐれた変換効率を得ることができる。
【００１２】また、太陽電池の前記構成で、前記半導体
窓層がＣｄＳ薄膜よりなり、前記半導体光吸収層がＣｄ
Ｔｅ薄膜よりなり、前記傾斜組成層がＣｄＴｅ1ーX Ｓｅ
X よりなるので、ＣｄＳ薄膜を用いることでより高品質
の接合部を保持し、かつ再結合電流を減少させ、従来の
接合に比べてより高い開放端電圧を出力でき、従来の太
陽電池よりすぐれた変換効率を得ることができる。
窓層がＣｄＳ薄膜よりなり、前記半導体光吸収層がＣｄ
Ｔｅ薄膜よりなり、前記傾斜組成層がＣｄＴｅ1ーX Ｓｅ
X よりなるので、ＣｄＳ薄膜を用いることでより高品質
の接合部を保持し、かつ再結合電流を減少させ、従来の
接合に比べてより高い開放端電圧を出力でき、従来の太
陽電池よりすぐれた変換効率を得ることができる。
【００１３】また、前記構成の太陽電池において、前記
半導体光吸収層がＣｕＩｎＳｅ2 薄膜よりなり、前記傾
斜組成層がＣｕＩｎ1ーXＧａXＳｅ2 よりなる好ましい形
態によれば、ヘテロ接合部の再結合電流が減少し、従来
のヘテロ接合に比べてより高い開放端電圧を出力でき、
従来の太陽電池よりすぐれた変換効率を得ることができ
る。
半導体光吸収層がＣｕＩｎＳｅ2 薄膜よりなり、前記傾
斜組成層がＣｕＩｎ1ーXＧａXＳｅ2 よりなる好ましい形
態によれば、ヘテロ接合部の再結合電流が減少し、従来
のヘテロ接合に比べてより高い開放端電圧を出力でき、
従来の太陽電池よりすぐれた変換効率を得ることができ
る。
【００１４】また、前記構成の太陽電池において、前記
半導体窓層がＣｄＳ薄膜よりなり、前記半導体光吸収層
がＣｕＩｎＳｅ2 薄膜よりなり、前記傾斜組成層がＣｕ
Ｉｎ 1ーX ＧａXＳｅ2よりなる好ましい形態によれば、Ｃ
ｄＳ薄膜を用いることでより高品質の接合部を保持し、
かつ再結合電流を減少させ、従来の接合に比べてより高
い開放端電圧を出力でき、従来の太陽電池よりすぐれた
変換効率を得ることができる。
半導体窓層がＣｄＳ薄膜よりなり、前記半導体光吸収層
がＣｕＩｎＳｅ2 薄膜よりなり、前記傾斜組成層がＣｕ
Ｉｎ 1ーX ＧａXＳｅ2よりなる好ましい形態によれば、Ｃ
ｄＳ薄膜を用いることでより高品質の接合部を保持し、
かつ再結合電流を減少させ、従来の接合に比べてより高
い開放端電圧を出力でき、従来の太陽電池よりすぐれた
変換効率を得ることができる。
【００１５】また、前記構成の太陽電池であって、前記
半導体光吸収層がＣｕＩｎＳｅ2 薄膜よりなり、前記傾
斜組成層がＣｕＩｎ（Ｓｅ1ーXＳX）2 よりなるので、ヘ
テロ接合部の再結合電流が減少し、従来のヘテロ接合に
比べてより高い開放端電圧を出力でき、従来の太陽電池
よりすぐれた変換効率を得ることができる。
半導体光吸収層がＣｕＩｎＳｅ2 薄膜よりなり、前記傾
斜組成層がＣｕＩｎ（Ｓｅ1ーXＳX）2 よりなるので、ヘ
テロ接合部の再結合電流が減少し、従来のヘテロ接合に
比べてより高い開放端電圧を出力でき、従来の太陽電池
よりすぐれた変換効率を得ることができる。
【００１６】また、前記構成の太陽電池であって、前記
半導体窓層がＣｄＳ薄膜よりなり、前記半導体光吸収層
がＣｕＩｎＳｅ2 薄膜よりなり、前記傾斜組成層がＣｕ
Ｉｎ（Ｓｅ1ーXＳX）2 よりなるので、ＣｄＳ薄膜を用い
ることでより高品質の接合部を保持し、かつ再結合電流
を減少させ、従来の接合に比べてより高い開放端電圧を
出力でき、従来の太陽電池よりすぐれた変換効率を得る
ことができる。
半導体窓層がＣｄＳ薄膜よりなり、前記半導体光吸収層
がＣｕＩｎＳｅ2 薄膜よりなり、前記傾斜組成層がＣｕ
Ｉｎ（Ｓｅ1ーXＳX）2 よりなるので、ＣｄＳ薄膜を用い
ることでより高品質の接合部を保持し、かつ再結合電流
を減少させ、従来の接合に比べてより高い開放端電圧を
出力でき、従来の太陽電池よりすぐれた変換効率を得る
ことができる。
【００１７】すなわち、本発明の太陽電池は、上記のよ
うに傾斜組成層を導入しているので、量子効率の波長依
存性が影響されることなく、ヘテロ接合部の再結合電流
が減少し、従来のヘテロ接合に比べてより高い開放端電
圧を出力できる太陽電池が実現できると同時に光電流
は、従来構成のヘテロ接合型太陽電池と遜色はない。
うに傾斜組成層を導入しているので、量子効率の波長依
存性が影響されることなく、ヘテロ接合部の再結合電流
が減少し、従来のヘテロ接合に比べてより高い開放端電
圧を出力できる太陽電池が実現できると同時に光電流
は、従来構成のヘテロ接合型太陽電池と遜色はない。
【００１８】
【実施例】以下に本発明の太陽電池の実施例を図面を参
照しながら説明する。 （実施例１）図１は本発明の１実施例の概略を示す図で
ある。図１（ａ）には、本発明の太陽電池の構造の断面
図を示しており、（ｂ）にはヘテロ接合部（傾斜組成層
を含む）のバンド図を示し、（ｂ）中の破線は、従来構
造のヘテロ接合型太陽電池の場合（傾斜組成層のないも
の）における接合のバンド図である。バンドベンディン
グを生じている領域ｐは、空乏層を示している。
照しながら説明する。 （実施例１）図１は本発明の１実施例の概略を示す図で
ある。図１（ａ）には、本発明の太陽電池の構造の断面
図を示しており、（ｂ）にはヘテロ接合部（傾斜組成層
を含む）のバンド図を示し、（ｂ）中の破線は、従来構
造のヘテロ接合型太陽電池の場合（傾斜組成層のないも
の）における接合のバンド図である。バンドベンディン
グを生じている領域ｐは、空乏層を示している。
【００１９】図１において１はガラス基板などの絶縁基
板であり、この基板１に下部電極２としてＭｏ薄膜が膜
厚１μｍ程度に成膜され、この下部電極２の上に透明上
部電極としてＩＴＯ薄膜５が膜厚０．５μｍ程度に成膜
されている。本発明の太陽電池の根幹をなす半導体窓層
４／傾斜組成層６／半導体光吸収層３の構造は、ＣｄＳ
半導体窓層４（膜厚０．１μｍ）／ＣｄＴｅ1ーXＳｅX傾
斜組成層６／ＣｄＴｅ半導体光吸収層３（膜厚３μｍ）
によって構成されている。この構造において、ＣｄＳ層
に接するＣｄＴｅ1ーXＳｅX層のＸの値は０．２０であ
り、ＣｄＴｅ層に接するＣｄＴｅ1ーXＳｅX層のＸの値は
０．０である。また、ＣｄＴｅ1ーXＳｅX層の膜厚は、空
乏層幅ｐとほぼ同程度になるように、例えば０．２〜
１．０μｍに最適設計する。
板であり、この基板１に下部電極２としてＭｏ薄膜が膜
厚１μｍ程度に成膜され、この下部電極２の上に透明上
部電極としてＩＴＯ薄膜５が膜厚０．５μｍ程度に成膜
されている。本発明の太陽電池の根幹をなす半導体窓層
４／傾斜組成層６／半導体光吸収層３の構造は、ＣｄＳ
半導体窓層４（膜厚０．１μｍ）／ＣｄＴｅ1ーXＳｅX傾
斜組成層６／ＣｄＴｅ半導体光吸収層３（膜厚３μｍ）
によって構成されている。この構造において、ＣｄＳ層
に接するＣｄＴｅ1ーXＳｅX層のＸの値は０．２０であ
り、ＣｄＴｅ層に接するＣｄＴｅ1ーXＳｅX層のＸの値は
０．０である。また、ＣｄＴｅ1ーXＳｅX層の膜厚は、空
乏層幅ｐとほぼ同程度になるように、例えば０．２〜
１．０μｍに最適設計する。
【００２０】ＣｄＴｅ1ーXＳｅXの傾斜組成層６の膜厚
が、空乏層領域に比べ薄い場合は、短絡光電流が充分獲
得できなくなり、空乏層領域に比べ厚い場合は、開放端
電圧が低下する傾向がある。以上のように、ＣｄＴｅ
1ーXＳｅXの傾斜組成層６の膜厚を最適化した本発明の構
造の太陽電池を多元蒸着装置を用いて作製し、同様に多
元蒸着で作製した従来のＣｄＴｅ1ーXＳｅX傾斜組成層の
ない太陽電池と性能を比較した。
が、空乏層領域に比べ薄い場合は、短絡光電流が充分獲
得できなくなり、空乏層領域に比べ厚い場合は、開放端
電圧が低下する傾向がある。以上のように、ＣｄＴｅ
1ーXＳｅXの傾斜組成層６の膜厚を最適化した本発明の構
造の太陽電池を多元蒸着装置を用いて作製し、同様に多
元蒸着で作製した従来のＣｄＴｅ1ーXＳｅX傾斜組成層の
ない太陽電池と性能を比較した。
【００２１】ここで作製したＣｄＴｅ1ーXＳｅX傾斜組成
層６はｐ型でそのホール濃度は、ＣｄＴｅ薄膜と同様に
約１×１０15ｃｍ-3であったので、ＣｄＴｅ1ーXＳｅX傾
斜組成層の膜厚は、０．７μｍ程度にした。
層６はｐ型でそのホール濃度は、ＣｄＴｅ薄膜と同様に
約１×１０15ｃｍ-3であったので、ＣｄＴｅ1ーXＳｅX傾
斜組成層の膜厚は、０．７μｍ程度にした。
【００２２】図３に本実施例による太陽電池の量子効率
の波長依存性をＡ’で示し、比較のため従来例の太陽電
池による量子効率の波長依存性をＡで示した。両者の量
子効率には差異がなく、ほとんど同程度の短絡光電流が
期待できる。
の波長依存性をＡ’で示し、比較のため従来例の太陽電
池による量子効率の波長依存性をＡで示した。両者の量
子効率には差異がなく、ほとんど同程度の短絡光電流が
期待できる。
【００２３】図４には、ＡＭ１．５、１００mW/cm2のソ
ーラーシミュレーターのもとで測定した電流−電圧特性
を示している。従来構造の太陽電池の特性Ａに比べ、本
発明の太陽電池の特性Ａ’の方が高い開放端電圧が得ら
れた。この効果は、傾斜組成層を導入することによって
ヘテロ接合部の再結合電流が減少し、従来のヘテロ接合
に比べてより高い開放端電圧を出力できる太陽電池が実
現できたことを示している。得られた変換効率は、従来
例の太陽電池で１２．２％（Jsc=22.5mA/cm2,Voc=0.750
V,FF=0.720）、本実施例の太陽電池で１４．１％(Jsc=2
2.2mA/cm2,Voc=0.890V,FF=0.715）であった。
ーラーシミュレーターのもとで測定した電流−電圧特性
を示している。従来構造の太陽電池の特性Ａに比べ、本
発明の太陽電池の特性Ａ’の方が高い開放端電圧が得ら
れた。この効果は、傾斜組成層を導入することによって
ヘテロ接合部の再結合電流が減少し、従来のヘテロ接合
に比べてより高い開放端電圧を出力できる太陽電池が実
現できたことを示している。得られた変換効率は、従来
例の太陽電池で１２．２％（Jsc=22.5mA/cm2,Voc=0.750
V,FF=0.720）、本実施例の太陽電池で１４．１％(Jsc=2
2.2mA/cm2,Voc=0.890V,FF=0.715）であった。
【００２４】（実施例２）前記実施例１の太陽電池の構
造と同様に、ガラス基板などの絶縁基板１に下部電極２
としてＭｏ薄膜が膜厚１μｍ程度に成膜され、この下部
電極２の上に透明上部電極としてＩＴＯ薄膜５が膜厚
０．５μｍ程度に成膜されている。この上に本発明の太
陽電池の根幹をなす半導体窓層４／傾斜組成層６／半導
体光吸収層３の層が形成されている。本実施例でも上記
実施例と同様に、半導体窓層４がＣｄＳにより膜厚０．
１μｍに形成されている。
造と同様に、ガラス基板などの絶縁基板１に下部電極２
としてＭｏ薄膜が膜厚１μｍ程度に成膜され、この下部
電極２の上に透明上部電極としてＩＴＯ薄膜５が膜厚
０．５μｍ程度に成膜されている。この上に本発明の太
陽電池の根幹をなす半導体窓層４／傾斜組成層６／半導
体光吸収層３の層が形成されている。本実施例でも上記
実施例と同様に、半導体窓層４がＣｄＳにより膜厚０．
１μｍに形成されている。
【００２５】ただし、本実施例では、傾斜組成層６をＣ
ｕＩｎ1ーXＧａXＳｅ2 から形成し、半導体光吸収層３は
ＣｕＩｎＳｅ2 から膜厚２μｍに形成している点で上記
実施例１とは異なっている。また、本実施例のＣｄＳ半
導体窓層４に接するＣｕＩｎ 1ーXＧａXＳｅ2傾斜組成層
６のＸの値は０．１５であり、ＣｕＩｎＳｅ2層に接す
るＣｕＩｎ1ーXＧａXＳｅ2層のＸの値は０．０である。
また、ＣｕＩｎ1ーXＧａXＳｅ2 層の膜厚は、空乏層幅ｐ
とほぼ同程度になるよう最適設計する必要がある。Ｃｕ
Ｉｎ1ーXＧａXＳｅ2 層の膜厚が、空乏層領域に比べ薄い
場合は、短絡光電流が充分獲得できなくなり、空乏層領
域に比べ厚い場合は、開放端電圧が低下する傾向があ
る。従って、この傾斜組成層６の膜厚は、例えば、０．
２〜１．０μｍとする。
ｕＩｎ1ーXＧａXＳｅ2 から形成し、半導体光吸収層３は
ＣｕＩｎＳｅ2 から膜厚２μｍに形成している点で上記
実施例１とは異なっている。また、本実施例のＣｄＳ半
導体窓層４に接するＣｕＩｎ 1ーXＧａXＳｅ2傾斜組成層
６のＸの値は０．１５であり、ＣｕＩｎＳｅ2層に接す
るＣｕＩｎ1ーXＧａXＳｅ2層のＸの値は０．０である。
また、ＣｕＩｎ1ーXＧａXＳｅ2 層の膜厚は、空乏層幅ｐ
とほぼ同程度になるよう最適設計する必要がある。Ｃｕ
Ｉｎ1ーXＧａXＳｅ2 層の膜厚が、空乏層領域に比べ薄い
場合は、短絡光電流が充分獲得できなくなり、空乏層領
域に比べ厚い場合は、開放端電圧が低下する傾向があ
る。従って、この傾斜組成層６の膜厚は、例えば、０．
２〜１．０μｍとする。
【００２６】以上のように、ＣｕＩｎ1ーXＧａXＳｅ2 傾
斜組成層の膜厚を最適化した本発明の構造の太陽電池を
多元蒸着装置を用いて作製し、同様に多元蒸着で作製し
た従来のＣｕＩｎ1ーXＧａXＳｅ2 傾斜組成層のない太陽
電池と性能を比較した。ここで作製したＣｕＩｎ1ーXＧ
ａXＳｅ2 傾斜組成層はｐ型でそのホール濃度は、Ｃｕ
ＩｎＳｅ2薄膜と同様に約５×１０15ｃｍ-3であったの
でＣｕＩｎ1ーXＧａXＳ2傾斜組成層の膜厚は、０．３μ
ｍ程度にした。
斜組成層の膜厚を最適化した本発明の構造の太陽電池を
多元蒸着装置を用いて作製し、同様に多元蒸着で作製し
た従来のＣｕＩｎ1ーXＧａXＳｅ2 傾斜組成層のない太陽
電池と性能を比較した。ここで作製したＣｕＩｎ1ーXＧ
ａXＳｅ2 傾斜組成層はｐ型でそのホール濃度は、Ｃｕ
ＩｎＳｅ2薄膜と同様に約５×１０15ｃｍ-3であったの
でＣｕＩｎ1ーXＧａXＳ2傾斜組成層の膜厚は、０．３μ
ｍ程度にした。
【００２７】本実施例の太陽電池と従来例とについて、
量子効率の波長依存性のを図３のＢ、Ｂ’（Ｂ：従来構
造、Ｂ’：本発明の構造）に示している。この両者には
差異がなく、ほとんど同程度の短絡光電流が得られてい
る。
量子効率の波長依存性のを図３のＢ、Ｂ’（Ｂ：従来構
造、Ｂ’：本発明の構造）に示している。この両者には
差異がなく、ほとんど同程度の短絡光電流が得られてい
る。
【００２８】図４には、ＡＭ１．５、１００mW/cm2のソ
ーラーシミュレーターのもとで測定した電流−電圧特性
を示している。従来構造の太陽電池の特性Ｂに比べ、本
発明の太陽電池の特性Ｂ’の方が高い開放端電圧を示し
ていた。この効果は、傾斜組成層を導入することによっ
てヘテロ接合部の再結合電流が減少し、従来のヘテロ接
合に比べてより高い開放端電圧を出力できる太陽電池が
実現できたことを示している。得られた変換効率は、従
来構造の太陽電池で１３．１％（Jsc=40.5mA/cm2,Voc=
0.455V,FF=0.710）、本実施例による太陽電池で １
５．３％（Jsc=40.4mA/cm2,Voc=0.528V,FF=0.715）であ
った。
ーラーシミュレーターのもとで測定した電流−電圧特性
を示している。従来構造の太陽電池の特性Ｂに比べ、本
発明の太陽電池の特性Ｂ’の方が高い開放端電圧を示し
ていた。この効果は、傾斜組成層を導入することによっ
てヘテロ接合部の再結合電流が減少し、従来のヘテロ接
合に比べてより高い開放端電圧を出力できる太陽電池が
実現できたことを示している。得られた変換効率は、従
来構造の太陽電池で１３．１％（Jsc=40.5mA/cm2,Voc=
0.455V,FF=0.710）、本実施例による太陽電池で １
５．３％（Jsc=40.4mA/cm2,Voc=0.528V,FF=0.715）であ
った。
【００２９】（実施例３）前記実施例１の太陽電池の構
造と同様に、ガラス基板などの絶縁基板１に下部電極２
としてＭｏ薄膜が膜厚１μｍ程度に成膜され、この下部
電極２の上に透明上部電極としてＩＴＯ薄膜５が膜厚
０．５μｍ程度に成膜されている。この上に、本発明の
太陽電池の根幹をなす半導体窓層４／傾斜組成層６／半
導体光吸収層３の層が形成されている。本実施例でも上
記実施例と同様に、半導体窓層４がＣｄＳにより膜厚
０．１μｍに形成されている。
造と同様に、ガラス基板などの絶縁基板１に下部電極２
としてＭｏ薄膜が膜厚１μｍ程度に成膜され、この下部
電極２の上に透明上部電極としてＩＴＯ薄膜５が膜厚
０．５μｍ程度に成膜されている。この上に、本発明の
太陽電池の根幹をなす半導体窓層４／傾斜組成層６／半
導体光吸収層３の層が形成されている。本実施例でも上
記実施例と同様に、半導体窓層４がＣｄＳにより膜厚
０．１μｍに形成されている。
【００３０】ただし、本実施例では、傾斜組成層６をＣ
ｕＩｎ（Ｓｅ1ーX ＳX ）2 から形成し、半導体光吸収層
３はＣｕＩｎＳｅ2 から膜厚２μｍに形成している点で
上記実施例１および実施例２とは異なっている。また、
本実施例のＣｄＳ層に接するＣｕＩｎ（Ｓｅ1ーX ＳX ）
2 傾斜組成層６のＸの値は０．２０であり、ＣｕＩｎＳ
ｅ2 半導体光吸収層３に接するＣｕＩｎ（Ｓｅ1ーXＳ
X ）2のＸの値は０．０である。また、ＣｕＩｎ（Ｓｅ
1ーX ＳX）2の膜厚は、空乏層幅ｐとほぼ同程度になるよ
う最適設計する必要がある。ＣｕＩｎ（Ｓｅ1ーX ＳX ）
2 層の膜厚が、空乏層領域に比べ薄い場合は、短絡光電
流が充分獲得できなくなり、空乏層領域に比べ厚い場合
は、開放端電圧が低下する傾向がある。従って、この傾
斜組成層６の膜厚は、例えば、０．２〜１．０μｍとす
る。
ｕＩｎ（Ｓｅ1ーX ＳX ）2 から形成し、半導体光吸収層
３はＣｕＩｎＳｅ2 から膜厚２μｍに形成している点で
上記実施例１および実施例２とは異なっている。また、
本実施例のＣｄＳ層に接するＣｕＩｎ（Ｓｅ1ーX ＳX ）
2 傾斜組成層６のＸの値は０．２０であり、ＣｕＩｎＳ
ｅ2 半導体光吸収層３に接するＣｕＩｎ（Ｓｅ1ーXＳ
X ）2のＸの値は０．０である。また、ＣｕＩｎ（Ｓｅ
1ーX ＳX）2の膜厚は、空乏層幅ｐとほぼ同程度になるよ
う最適設計する必要がある。ＣｕＩｎ（Ｓｅ1ーX ＳX ）
2 層の膜厚が、空乏層領域に比べ薄い場合は、短絡光電
流が充分獲得できなくなり、空乏層領域に比べ厚い場合
は、開放端電圧が低下する傾向がある。従って、この傾
斜組成層６の膜厚は、例えば、０．２〜１．０μｍとす
る。
【００３１】以上のように、ＣｕＩｎ（Ｓｅ1ーXＳX）2
の傾斜組成層６の膜厚を最適化した本発明の構造の太陽
電池を多元蒸着装置を用いて作製し、同様に多元蒸着で
作製した従来のＣｕＩｎ（Ｓｅ1ーXＳX）2 傾斜組成層の
ない太陽電池と性能を比較した。ここで作製したＣｕＩ
ｎ（Ｓｅ1ーXＳX）2 傾斜組成層６はｐ型でそのホール濃
度は、ＣｕＩｎＳｅ2 薄膜と同様に約２×１０15ｃｍ-3
であったので、ＣｕＩｎ1ーXＧａXＳｅ2 傾斜組成層６の
膜厚は０．３μｍ程度にした。
の傾斜組成層６の膜厚を最適化した本発明の構造の太陽
電池を多元蒸着装置を用いて作製し、同様に多元蒸着で
作製した従来のＣｕＩｎ（Ｓｅ1ーXＳX）2 傾斜組成層の
ない太陽電池と性能を比較した。ここで作製したＣｕＩ
ｎ（Ｓｅ1ーXＳX）2 傾斜組成層６はｐ型でそのホール濃
度は、ＣｕＩｎＳｅ2 薄膜と同様に約２×１０15ｃｍ-3
であったので、ＣｕＩｎ1ーXＧａXＳｅ2 傾斜組成層６の
膜厚は０．３μｍ程度にした。
【００３２】本実施例の太陽電池と従来例とについて、
量子効率の波長依存性のを図３のＣ、Ｃ’（Ｃ：従来構
造、Ｃ’：本実施例の構造）に示している。この両者に
は差異がなく、ほとんど同程度の短絡光電流が得られて
いる。
量子効率の波長依存性のを図３のＣ、Ｃ’（Ｃ：従来構
造、Ｃ’：本実施例の構造）に示している。この両者に
は差異がなく、ほとんど同程度の短絡光電流が得られて
いる。
【００３３】図４には、ＡＭ１．５、１００mW/cm2のソ
ーラーシミュレーターのもとで測定した電流−電圧特性
を示している。従来構造の太陽電池の特性Ｃに比べ、本
実施例の太陽電池の特性Ｃ’の方が高い開放端電圧を示
していた。この効果は、傾斜組成層を導入することによ
ってヘテロ接合部の再結合電流が減少し、従来のヘテロ
接合に比べてより高い開放端電圧を出力できる太陽電池
が実現できたことを示している。得られた変換効率は、
従来構造の太陽電池で１３．１％（Jsc=40.5mA/cm2,Voc
=0.455V,FF=0.710）、本実施例による太陽電池で１５．
１％（Jsc=40.2mA/cm2,Voc=0.555V,FF=0.675）であっ
た。
ーラーシミュレーターのもとで測定した電流−電圧特性
を示している。従来構造の太陽電池の特性Ｃに比べ、本
実施例の太陽電池の特性Ｃ’の方が高い開放端電圧を示
していた。この効果は、傾斜組成層を導入することによ
ってヘテロ接合部の再結合電流が減少し、従来のヘテロ
接合に比べてより高い開放端電圧を出力できる太陽電池
が実現できたことを示している。得られた変換効率は、
従来構造の太陽電池で１３．１％（Jsc=40.5mA/cm2,Voc
=0.455V,FF=0.710）、本実施例による太陽電池で１５．
１％（Jsc=40.2mA/cm2,Voc=0.555V,FF=0.675）であっ
た。
【００３４】
【発明の効果】上述のように、本発明の太陽電池によれ
ば半導体光吸収層と半導体窓層の間に該半導体窓層との
接合部より離れるに従ってバンドギャップが小さくな
り、かつ前記半導体光吸収層に接する部分のバンドギャ
ップが該半導体光吸収層のバンドギャップに比べて同等
もしくは大きい傾斜組成層を有し、かつその膜厚が空乏
層幅と同等の膜厚よりなっているので、ヘテロ接合部の
再結合電流が減少し、高い解放電圧を得ることができ、
エネルギー変換効率を高くすることができる。
ば半導体光吸収層と半導体窓層の間に該半導体窓層との
接合部より離れるに従ってバンドギャップが小さくな
り、かつ前記半導体光吸収層に接する部分のバンドギャ
ップが該半導体光吸収層のバンドギャップに比べて同等
もしくは大きい傾斜組成層を有し、かつその膜厚が空乏
層幅と同等の膜厚よりなっているので、ヘテロ接合部の
再結合電流が減少し、高い解放電圧を得ることができ、
エネルギー変換効率を高くすることができる。
【図１】本発明の太陽電池の構造を示す断面図である。
【図２】従来の太陽電池の構造を示す断面図である。
【図３】従来及び本発明の太陽電池の量子効率の波長依
存性を示す図である。
存性を示す図である。
【図４】従来及び本発明の太陽電池の太陽電池特性（電
流−電圧特性）を示す図である。
流−電圧特性）を示す図である。
１ 絶縁基板 ２ 下部電極 ３ 半導体光吸収層 ４ 半導体窓層 ５ 透明導電層 ６ 傾斜組成層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和田 隆博 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (7)
- 【請求項１】 半導体光吸収層に対する電極と、前記半
導体光吸収層と接合部でもって接する該半導体光吸収層
のバンドギャップより広いバンドギャップ及び異なる伝
導型を有する半導体窓層と、該半導体窓層に対する透明
電極とよりなる太陽電池であって、半導体光吸収層と半
導体窓層の間に該半導体窓層との接合部より離れるに従
ってバンドギャップが小さくなり、かつ前記半導体光吸
収層に接する部分のバンドギャップが該半導体光吸収層
のバンドギャップに比べて同等もしくは大きい傾斜組成
層を有し、かつその膜厚が空乏層幅と同等の膜厚よりな
ることを特徴とする太陽電池。 - 【請求項２】 前記半導体光吸収層がＣｄＴｅ薄膜より
なり、前記傾斜組成層がＣｄＴｅ1ーXＳｅXよりなる請求
項１に記載の太陽電池。 - 【請求項３】 前記半導体窓層がＣｄＳ薄膜よりなり、
前記半導体光吸収層がＣｄＴｅ薄膜よりなり、前記傾斜
組成層がＣｄＴｅ1ーXＳｅXよりなる請求項１に記載の太
陽電池。 - 【請求項４】 前記半導体光吸収層がＣｕＩｎＳｅ2 薄
膜よりなり、前記傾斜組成層がＣｕＩｎ1ーXＧａXＳｅ2
よりなる請求項１に記載の太陽電池。 - 【請求項５】 前記半導体窓層がＣｄＳ薄膜よりなり、
前記半導体光吸収層がＣｕＩｎＳｅ2 薄膜よりなり、前
記傾斜組成層がＣｕＩｎ1ーXＧａXＳｅ2 よりなる請求項
１に記載の太陽電池。 - 【請求項６】 前記半導体光吸収層がＣｕＩｎＳｅ2 薄
膜よりなり、前記傾斜組成層がＣｕＩｎ（Ｓｅ1ーXＳX）
2 よりなる請求項１に記載の太陽電池。 - 【請求項７】 前記半導体窓層がＣｄＳ薄膜よりなり、
前記半導体光吸収層がＣｕＩｎＳｅ2 薄膜よりなり、前
記傾斜組成層がＣｕＩｎ（Ｓｅ1ーXＳX）2 よりなる請求
項１に記載の太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26877294A JP3646940B2 (ja) | 1994-11-01 | 1994-11-01 | 太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26877294A JP3646940B2 (ja) | 1994-11-01 | 1994-11-01 | 太陽電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08130321A true JPH08130321A (ja) | 1996-05-21 |
| JP3646940B2 JP3646940B2 (ja) | 2005-05-11 |
Family
ID=17463092
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26877294A Expired - Lifetime JP3646940B2 (ja) | 1994-11-01 | 1994-11-01 | 太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3646940B2 (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003282908A (ja) * | 2002-03-25 | 2003-10-03 | Honda Motor Co Ltd | 光吸収層の作製方法および装置 |
| JP2011521463A (ja) * | 2008-05-19 | 2011-07-21 | サン−ゴバン グラス フランス エス アー | 太陽電池用層システム |
| WO2012002381A1 (ja) * | 2010-06-30 | 2012-01-05 | 京セラ株式会社 | 光電変換装置 |
| JP2012099807A (ja) * | 2010-11-03 | 2012-05-24 | Alta Devices Inc | ヘテロ接合を有する光電子装置 |
| JP2012235022A (ja) * | 2011-05-06 | 2012-11-29 | Toshiba Corp | 光電変換素子および太陽電池 |
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| US9691921B2 (en) | 2009-10-14 | 2017-06-27 | Alta Devices, Inc. | Textured metallic back reflector |
| US9768329B1 (en) | 2009-10-23 | 2017-09-19 | Alta Devices, Inc. | Multi-junction optoelectronic device |
| US10326033B2 (en) | 2008-10-23 | 2019-06-18 | Alta Devices, Inc. | Photovoltaic device |
| US10615304B2 (en) | 2010-10-13 | 2020-04-07 | Alta Devices, Inc. | Optoelectronic device with dielectric layer and method of manufacture |
| JP2020098927A (ja) * | 2016-05-31 | 2020-06-25 | ファースト・ソーラー・インコーポレーテッド | Ａｇドープした光起電力デバイスおよび製造方法 |
| US11038080B2 (en) | 2012-01-19 | 2021-06-15 | Utica Leaseco, Llc | Thin-film semiconductor optoelectronic device with textured front and/or back surface prepared from etching |
| US11271133B2 (en) | 2009-10-23 | 2022-03-08 | Utica Leaseco, Llc | Multi-junction optoelectronic device with group IV semiconductor as a bottom junction |
| US11271128B2 (en) | 2009-10-23 | 2022-03-08 | Utica Leaseco, Llc | Multi-junction optoelectronic device |
| WO2022074852A1 (ja) * | 2020-10-09 | 2022-04-14 | 株式会社 東芝 | 太陽電池、多接合型太陽電池、太陽電池モジュール及び太陽光発電システム |
-
1994
- 1994-11-01 JP JP26877294A patent/JP3646940B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| US11271128B2 (en) | 2009-10-23 | 2022-03-08 | Utica Leaseco, Llc | Multi-junction optoelectronic device |
| US11271133B2 (en) | 2009-10-23 | 2022-03-08 | Utica Leaseco, Llc | Multi-junction optoelectronic device with group IV semiconductor as a bottom junction |
| US9768329B1 (en) | 2009-10-23 | 2017-09-19 | Alta Devices, Inc. | Multi-junction optoelectronic device |
| US8653616B2 (en) | 2010-06-30 | 2014-02-18 | Kyocera Corporation | Photoelectric conversion device |
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|---|---|
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