JPS61104678A - アモルフアス太陽電池 - Google Patents
アモルフアス太陽電池Info
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- JPS61104678A JPS61104678A JP59227097A JP22709784A JPS61104678A JP S61104678 A JPS61104678 A JP S61104678A JP 59227097 A JP59227097 A JP 59227097A JP 22709784 A JP22709784 A JP 22709784A JP S61104678 A JPS61104678 A JP S61104678A
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- JP
- Japan
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- amorphous
- solar cell
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- microcrystalline
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- 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
- H10F10/17—Photovoltaic cells having only PIN junction potential barriers
- H10F10/172—Photovoltaic cells having only PIN junction potential barriers comprising multiple PIN junctions, e.g. tandem cells
-
- 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
- H10F10/17—Photovoltaic cells having only PIN junction potential barriers
-
- 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
- Y02E10/547—Monocrystalline 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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- 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
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、低コスト太陽電池の打力なず一袖であるアモ
ルファス太陽電池に関し、特にその高性能化に通したセ
ル構造に関するものである。
ルファス太陽電池に関し、特にその高性能化に通したセ
ル構造に関するものである。
第3図は従来のアモルファス太陽電池を示す断面図であ
り、図において、1は基板、2は該基板1上に被着形成
されたn形半導体層、3はi形81′導体層、4はn形
半導体層、5は透明電極層、6はグリッド電極である。
り、図において、1は基板、2は該基板1上に被着形成
されたn形半導体層、3はi形81′導体層、4はn形
半導体層、5は透明電極層、6はグリッド電極である。
上記n形半導体層2及びp形半導体N4としては、アモ
ルファス状態の31蝉導体層又は微結晶化された半導体
層が用いられている。ここで、不純物を添加したp形及
びn形アモルファス半導体は、抵抗率が高く、かつ禁制
411幅が小さいために光吸収を起こして損失を4Lじ
、従ってこのアモルファス半導体の代わりに微結晶半導
体を用いることが最近よく行なわれている。
ルファス状態の31蝉導体層又は微結晶化された半導体
層が用いられている。ここで、不純物を添加したp形及
びn形アモルファス半導体は、抵抗率が高く、かつ禁制
411幅が小さいために光吸収を起こして損失を4Lじ
、従ってこのアモルファス半導体の代わりに微結晶半導
体を用いることが最近よく行なわれている。
次に動作について説明する。透明電極層5の表面側から
入射した光によって、アモルファス状態(7’) i形
半導体中に発生した電子及び正孔し才、n形半導体4及
びn形半導体2による内部型W効果によって、電子はn
形半導体2へ、正孔はn形半導体4へ引き寄セられる。
入射した光によって、アモルファス状態(7’) i形
半導体中に発生した電子及び正孔し才、n形半導体4及
びn形半導体2による内部型W効果によって、電子はn
形半導体2へ、正孔はn形半導体4へ引き寄セられる。
この結果、熱平衡状態で存在する電子及び正孔より過剰
の電子及び正孔が、それぞれn形半導体2中及びn形半
導体4中で存在することになる。これらの過剰の電子及
び正孔が、列部回路を通じて接続されたfI荷に流入す
ることによって電力を発生ずる。
の電子及び正孔が、それぞれn形半導体2中及びn形半
導体4中で存在することになる。これらの過剰の電子及
び正孔が、列部回路を通じて接続されたfI荷に流入す
ることによって電力を発生ずる。
このようなアモルファス半導体を用いた太陽電池におい
ては、p層及びn層は電子、正孔が発生しても極めて早
く再結合して消滅するので、その主動作領域はi形半導
体3のみと嵩えられ一ζいる。
ては、p層及びn層は電子、正孔が発生しても極めて早
く再結合して消滅するので、その主動作領域はi形半導
体3のみと嵩えられ一ζいる。
そこで、従来形のアモルファス太陽電池において、ni
+述のようにn形半導体層2及びn形半導体層4をアモ
ルファス半導体から微結晶半導体に変えて、(1(抗率
の低下及び禁制)(1幅の増大を実現し、n層 p各
層2.4をアモルファス半導体で形成した場合の欠点を
除去する試みがなされ゛(いる。しかるにこのようなも
のにおいて(51,微結晶層とアモルファス層との界面
において再結合中心が形成され、1層中で形成された過
剰電子及びi[−礼がそれぞれ9層2及び0層4へ移動
する際に、1.記W面においてそれぞれ正孔及び電子と
−I−記再結合中心とが再結合して、過剰電子及び正孔
が減少し、光によって発生ずる電流が減少してしまうと
いう問題があった。
+述のようにn形半導体層2及びn形半導体層4をアモ
ルファス半導体から微結晶半導体に変えて、(1(抗率
の低下及び禁制)(1幅の増大を実現し、n層 p各
層2.4をアモルファス半導体で形成した場合の欠点を
除去する試みがなされ゛(いる。しかるにこのようなも
のにおいて(51,微結晶層とアモルファス層との界面
において再結合中心が形成され、1層中で形成された過
剰電子及びi[−礼がそれぞれ9層2及び0層4へ移動
する際に、1.記W面においてそれぞれ正孔及び電子と
−I−記再結合中心とが再結合して、過剰電子及び正孔
が減少し、光によって発生ずる電流が減少してしまうと
いう問題があった。
この発明は」1記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、p−i、n−i界面の再結合中心を減少で
きるとともに、電子及び正孔がiff+遇する道程の抵
抗率をも減少し、かつ光吸収損失を減少できるセル構造
を有するアモルファス太陽電池を得ることを目的とする
。
れたもので、p−i、n−i界面の再結合中心を減少で
きるとともに、電子及び正孔がiff+遇する道程の抵
抗率をも減少し、かつ光吸収損失を減少できるセル構造
を有するアモルファス太陽電池を得ることを目的とする
。
この発明に係るアモルファス太陽電池は、セル構造にお
けるp形、n形半導体層の各層を、アモルファス半導体
層と微結晶半導体層からなる2重構造にするとともに、
各半導体層のアモルファス半導体層を1層側に配置した
ものである。
けるp形、n形半導体層の各層を、アモルファス半導体
層と微結晶半導体層からなる2重構造にするとともに、
各半導体層のアモルファス半導体層を1層側に配置した
ものである。
この発明においては、p形アモルファス半導体層及びn
形アモルファス半導体層は1層半導体と結晶構造的に連
続性よ(接続され、微結晶半導体層を用いたときに発生
ずる再結合中心の発生を防止し、かつp、n各層のアモ
ルファス半導体層の厚みを薄くして光吸収による損失を
低減させるとともに、微結晶半導体により基板及び透明
電極との電気的接触を良好にし抵抗率低下を実現する。
形アモルファス半導体層は1層半導体と結晶構造的に連
続性よ(接続され、微結晶半導体層を用いたときに発生
ずる再結合中心の発生を防止し、かつp、n各層のアモ
ルファス半導体層の厚みを薄くして光吸収による損失を
低減させるとともに、微結晶半導体により基板及び透明
電極との電気的接触を良好にし抵抗率低下を実現する。
以下、本発明の実施例を図について説明する。
第1図は本発明の一実施例によるアモルファス太陽電池
の断面構造図であり、本実施例はそのセル構造がp−1
−n構造の太陽電池について示している。図において、
第3図と同一符号は同一のものを示している。21.2
2はそれぞれn層を構成するn形微結晶半導体層、n形
アモルファス半導体層であり、n形微結晶半導体層21
はリン原子を0.1〜l mo1%を含み厚さ100〜
500人の範囲で形成され、またn形アモルファス半導
体層22は同じくリン原子を0.1〜lmol %含み
厚さ10〜50人の範囲で形成されている。また41.
42はそれぞれp層を形成するp形アモルファス半導体
層、p形微結晶半導体層であり、p形アモルファス半導
体層41はボロン原子を0.1〜lmol %含み厚さ
10〜50人の範囲で形成され、p形微結晶半導体層4
2はボロン原子を0.1〜1mol %含め厚さ20〜
100人の範囲で形成される。
の断面構造図であり、本実施例はそのセル構造がp−1
−n構造の太陽電池について示している。図において、
第3図と同一符号は同一のものを示している。21.2
2はそれぞれn層を構成するn形微結晶半導体層、n形
アモルファス半導体層であり、n形微結晶半導体層21
はリン原子を0.1〜l mo1%を含み厚さ100〜
500人の範囲で形成され、またn形アモルファス半導
体層22は同じくリン原子を0.1〜lmol %含み
厚さ10〜50人の範囲で形成されている。また41.
42はそれぞれp層を形成するp形アモルファス半導体
層、p形微結晶半導体層であり、p形アモルファス半導
体層41はボロン原子を0.1〜lmol %含み厚さ
10〜50人の範囲で形成され、p形微結晶半導体層4
2はボロン原子を0.1〜1mol %含め厚さ20〜
100人の範囲で形成される。
太陽電池におけるp層、n層の役割は周知であるので、
本実施例におけるアモルファス層と微結晶層の2重構造
にすることによって生ずる作用効果について詳しく述べ
る。n形、p形で若干の違いはあるが、本実施例の効果
についての差異は無視できるほど小さいので、ここでは
問題としない。
本実施例におけるアモルファス層と微結晶層の2重構造
にすることによって生ずる作用効果について詳しく述べ
る。n形、p形で若干の違いはあるが、本実施例の効果
についての差異は無視できるほど小さいので、ここでは
問題としない。
アモルファス半導体は、きわめて小さな範囲、即ち2〜
3原子間距離の範囲内では小結晶の内部におけるものと
極めて類僚しているが、その範囲を越えると原子間距離
や結合角度も規則正しくなく崩れてくる。これに反して
、微結晶層は、数10へ・数100人の範囲内で単結晶
と極めて1似し、それらの間、即ち結晶粒界と結晶粒界
との境界にかなり乱れた領域が存在し、この領域におい
ては水素によってネタ・1結合原了を不活性化している
。そしてこれらのアモルファス層と微結晶層とが接触j
、7たとき、乱れた領域が完今・に水素で不活性化され
ずに欠陥が発7−トすることが予測される。事実、[a
金持Mはかなりよくない。これはアモルファス1−を成
長したあと微結晶層を成長するとき、例えば高周波電力
が高くなる等成長条件が大幅に変るため、アモルファス
膜が乱れることも一つの欠陥発)1−のハフ(因である
。
3原子間距離の範囲内では小結晶の内部におけるものと
極めて類僚しているが、その範囲を越えると原子間距離
や結合角度も規則正しくなく崩れてくる。これに反して
、微結晶層は、数10へ・数100人の範囲内で単結晶
と極めて1似し、それらの間、即ち結晶粒界と結晶粒界
との境界にかなり乱れた領域が存在し、この領域におい
ては水素によってネタ・1結合原了を不活性化している
。そしてこれらのアモルファス層と微結晶層とが接触j
、7たとき、乱れた領域が完今・に水素で不活性化され
ずに欠陥が発7−トすることが予測される。事実、[a
金持Mはかなりよくない。これはアモルファス1−を成
長したあと微結晶層を成長するとき、例えば高周波電力
が高くなる等成長条件が大幅に変るため、アモルファス
膜が乱れることも一つの欠陥発)1−のハフ(因である
。
この欠陥が従来のようにp−1あるいはn−i接合界面
に存在するとき、1層から正孔又は電子が流れ込むとき
に妨げとなる再結合中心として働くので光電流が低下す
る。しかるに、本実施例ではp−4,n−i接合はアモ
ルファス半導体−アモルファス半導体で構成し、アモル
ファス半導体−微結晶11り導体の接合はp−p、
n−n接合としている。このよ・うにずれば、p−pあ
るいはn−nの接合界面では、もともと再結合中心が多
いので、上述のようなアモルファス膜−微結晶股間の界
面欠陥の影響は無視でき、しかも微結晶膜の低抵抗性と
高禁制帯幅による光吸収損失の低減効果が有効に活用で
き、かつ電気的特性のよい太陽電池が形成できる。
に存在するとき、1層から正孔又は電子が流れ込むとき
に妨げとなる再結合中心として働くので光電流が低下す
る。しかるに、本実施例ではp−4,n−i接合はアモ
ルファス半導体−アモルファス半導体で構成し、アモル
ファス半導体−微結晶11り導体の接合はp−p、
n−n接合としている。このよ・うにずれば、p−pあ
るいはn−nの接合界面では、もともと再結合中心が多
いので、上述のようなアモルファス膜−微結晶股間の界
面欠陥の影響は無視でき、しかも微結晶膜の低抵抗性と
高禁制帯幅による光吸収損失の低減効果が有効に活用で
き、かつ電気的特性のよい太陽電池が形成できる。
このように本実施例では、アモルファス太陽電池のp層
及び0層のそれぞれをアモルファス半導体層と微結晶半
導体層からなる2重構造とし、かつアモルファス半導体
のみでp−i、n−i接合を形成しているので、極めて
再結合中心の少ないp−i、n−i接合が形成され、さ
らにp、n屓のアモルファス層22.41の厚めを10
〜50人と薄くしているので、従来に比し光電流の1n
失を著しく減少させることができる。また微結晶n層及
びp層によって十分に低抵抗となり、従って)lルミ準
位を伝導帯及び価電子帯に近く位置さ−11ることがで
きるので、p−i、n−1面のフェルミ単位の差に相当
するアモルファス太陽電池の開放電圧の高い、即ち高出
力の太陽電池がiけられる。
及び0層のそれぞれをアモルファス半導体層と微結晶半
導体層からなる2重構造とし、かつアモルファス半導体
のみでp−i、n−i接合を形成しているので、極めて
再結合中心の少ないp−i、n−i接合が形成され、さ
らにp、n屓のアモルファス層22.41の厚めを10
〜50人と薄くしているので、従来に比し光電流の1n
失を著しく減少させることができる。また微結晶n層及
びp層によって十分に低抵抗となり、従って)lルミ準
位を伝導帯及び価電子帯に近く位置さ−11ることがで
きるので、p−i、n−1面のフェルミ単位の差に相当
するアモルファス太陽電池の開放電圧の高い、即ち高出
力の太陽電池がiけられる。
なお、上記実施例ではp層及び0層を、アモルファス層
と微結晶層とで構成した場合について説明したが、基板
側の0層はアモルファス層のめで構成するようにしても
よい。
と微結晶層とで構成した場合について説明したが、基板
側の0層はアモルファス層のめで構成するようにしても
よい。
第2図は゛、本発明をタンデム11&造(pin/pi
n/pin・・・又はnip/nip/・・・)のアモ
ルファス太陽電池に適用した場合の一実施例である。こ
のようなタンデム構造のものでは、中央のpn接合はで
きるだり低抵抗で、リーク電流が大きくなるような、及
び禁制帯幅が大きくかつ厚さが薄くて光吸収tfj失が
少なくなるような層で構成する必要がある。このような
条件を満たず層とし−Cは、微結晶層が適している訳で
あるが、前述のようにこの微結晶層とアモルファス層で
あるi層との界面において、再結合中心による電流IN
失が問題となる。
n/pin・・・又はnip/nip/・・・)のアモ
ルファス太陽電池に適用した場合の一実施例である。こ
のようなタンデム構造のものでは、中央のpn接合はで
きるだり低抵抗で、リーク電流が大きくなるような、及
び禁制帯幅が大きくかつ厚さが薄くて光吸収tfj失が
少なくなるような層で構成する必要がある。このような
条件を満たず層とし−Cは、微結晶層が適している訳で
あるが、前述のようにこの微結晶層とアモルファス層で
あるi層との界面において、再結合中心による電流IN
失が問題となる。
そこでこの実施例では、タンデム構造のp、n各層をア
モルファス層と微結晶層とで構成し、かつアモルファス
層を1層側に形成し、上記第1図の実施例と同様にし7
て効率の高い太陽電池を作っている。
モルファス層と微結晶層とで構成し、かつアモルファス
層を1層側に形成し、上記第1図の実施例と同様にし7
て効率の高い太陽電池を作っている。
第2図において、第3図及び第1図と同一符号は同一の
ものを示し、31.32はi形半導体層、411.42
1はp形アモルファス半導体層、412.422はそれ
ぞれ上記アモルファスN411.421とともにp層を
構成するp形微結晶半導体層、413,414はそれぞ
れ0層を構成するn形微結晶半導体層、n形アモルファ
ス半導体層である。
ものを示し、31.32はi形半導体層、411.42
1はp形アモルファス半導体層、412.422はそれ
ぞれ上記アモルファスN411.421とともにp層を
構成するp形微結晶半導体層、413,414はそれぞ
れ0層を構成するn形微結晶半導体層、n形アモルファ
ス半導体層である。
また、この発明はnip形アモルファス太陽電池に対し
ても同様に適用でき、さらにpin又はnip構造を細
分し、その上記部p(又はn)層とn(又はp)層とを
電極配線で接続した集積型構造にも適用でき、上記実施
例と同様の効果を奏する。
ても同様に適用でき、さらにpin又はnip構造を細
分し、その上記部p(又はn)層とn(又はp)層とを
電極配線で接続した集積型構造にも適用でき、上記実施
例と同様の効果を奏する。
そしてさらに、本発明は、太陽光スペクトルの種々の波
長領域の光が利用できるよう、pin/pin/・・・
/ p i n構造の各i層の禁制帯幅を、太陽光入射
面から遠ざかるにつれて小さくするようにした太陽電池
にも適用できる。
長領域の光が利用できるよう、pin/pin/・・・
/ p i n構造の各i層の禁制帯幅を、太陽光入射
面から遠ざかるにつれて小さくするようにした太陽電池
にも適用できる。
辺土のように、本発明によれば、アモルファス太陽電池
のp、n各層をアモルファス半導体層と微結晶゛144
体層からなる2重構造とし、かつそのアモルファス層を
1層側に形成したので、p−i。
のp、n各層をアモルファス半導体層と微結晶゛144
体層からなる2重構造とし、かつそのアモルファス層を
1層側に形成したので、p−i。
n−i接合界面における再結合中心を極めて少なくでき
るとともに、電子、正孔が通過する道程の抵抗率を減少
でき、高出力の太陽電池が得られる効果がある。
るとともに、電子、正孔が通過する道程の抵抗率を減少
でき、高出力の太陽電池が得られる効果がある。
第1図は本発明の一実施例によるアモルファス太陽電池
の断面構造図、第2図は本発明をタンデム構造アモルフ
ァス太陽電池に通用した場合の断面構造図、第3図は従
来構造のアモルファス太陽電池の1tli面構造図であ
る。 3.31.32・・・i形半導体層、21.4]3・・
・n形微結晶下導体層、22,414・・・n形アモル
ファス半導体層、41,411,421・・・p形アモ
ルファス半導体屓、42.412,422・・・p形微
結晶半導体層。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人 弁□理士 早 瀬 憲 −、第1図 第2図
の断面構造図、第2図は本発明をタンデム構造アモルフ
ァス太陽電池に通用した場合の断面構造図、第3図は従
来構造のアモルファス太陽電池の1tli面構造図であ
る。 3.31.32・・・i形半導体層、21.4]3・・
・n形微結晶下導体層、22,414・・・n形アモル
ファス半導体層、41,411,421・・・p形アモ
ルファス半導体屓、42.412,422・・・p形微
結晶半導体層。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人 弁□理士 早 瀬 憲 −、第1図 第2図
Claims (4)
- (1)pin(又はnip)構造を有するアモルファス
太陽電池において、p及びn層の少なくとも一方は同一
導電型の、i層側に位置するアモルファス半導体層及び
微結晶半導体層からなる2重構造になっていることを特
徴とするアモルファス太陽電池。 - (2)pin(又はnip)構造を複数有し、そのp、
n各層は上記2重構造となっていることを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載のアモルファス太陽電池。 - (3)pin(又はnip)構造を複数有し、その1層
は太陽光入射面から遠ざかるにつれてその禁制帯幅が小
さくなっていることを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載のアモルファス太陽電池。 - (4)上記pin(又はnip)構造が集積型構造とな
っていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
アモルファス太陽電池。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59227097A JPS61104678A (ja) | 1984-10-29 | 1984-10-29 | アモルフアス太陽電池 |
| US06/852,754 US4737196A (en) | 1984-10-29 | 1986-04-16 | Amorphous solar cell |
| DE19863614546 DE3614546A1 (de) | 1984-10-29 | 1986-04-29 | Amorphe solarzelle |
| FR8606189A FR2598033B1 (fr) | 1984-10-29 | 1986-04-29 | Cellule solaire amorphe |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59227097A JPS61104678A (ja) | 1984-10-29 | 1984-10-29 | アモルフアス太陽電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61104678A true JPS61104678A (ja) | 1986-05-22 |
Family
ID=16855441
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59227097A Pending JPS61104678A (ja) | 1984-10-29 | 1984-10-29 | アモルフアス太陽電池 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4737196A (ja) |
| JP (1) | JPS61104678A (ja) |
| DE (1) | DE3614546A1 (ja) |
| FR (1) | FR2598033B1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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