JPS6112086A - 薄膜太陽電池装置 - Google Patents
薄膜太陽電池装置Info
- Publication number
- JPS6112086A JPS6112086A JP59132585A JP13258584A JPS6112086A JP S6112086 A JPS6112086 A JP S6112086A JP 59132585 A JP59132585 A JP 59132585A JP 13258584 A JP13258584 A JP 13258584A JP S6112086 A JPS6112086 A JP S6112086A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solar cell
- film solar
- amorphous silicon
- transparent conductive
- electrode
- 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.)
- Pending
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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
- 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
-
- 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)
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】
°〈技術分野〉
本発明は薄膜太陽電池において高出力を導出することが
できる太陽電池に関するものである。
できる太陽電池に関するものである。
〈従来技術〉
電力用太陽電池の低コスト化の一つの方法として、シリ
コン単結晶を用いて、プロセスコストを低減させるため
、３インチウェハーか族４インチウェハー、さらに、５
インチ、６インチウェハーへと大面積ウェハーを用いる
方法が進みつつある。この場合、シリコン太陽電池素子
の最適動作電圧は０．４〜０．５■と一定であり、最適
動作電流は、単位面積当り３０〜５０ｍＡ／ｃｍ２であ
るので４インチウェハーや５インチウェハーでは、１枚
当りそれぞれ２，４．００−４，０００ｍＡ／枚、３．
８００〜６，３００ａ＋Ａ／枚と極めて大きな電流とな
り、素子の直列抵抗を相当小さくしないと直列抵抗によ
る電力損失は無視できなくなる。直列抵抗を小さくしよ
うとすれば、現実的には電極面積の受光面積に対する割
合が増大することとなり、太陽電池素子の実効的な光電
置換効率の減少となる。この解決法の一つの方法として
、受光面から複数のリード線を取り出し、太陽電池素子
間の相互接続を行うことが考えられるが、これは接続配
線コストの増大につながる。またセンサ用太陽電池にお
いては、単一太陽電池素子の動作電圧が一定であるため
、任意な出力電圧を得るためには複数個の太陽電池素子
を直列接続する必要がある。
コン単結晶を用いて、プロセスコストを低減させるため
、３インチウェハーか族４インチウェハー、さらに、５
インチ、６インチウェハーへと大面積ウェハーを用いる
方法が進みつつある。この場合、シリコン太陽電池素子
の最適動作電圧は０．４〜０．５■と一定であり、最適
動作電流は、単位面積当り３０〜５０ｍＡ／ｃｍ２であ
るので４インチウェハーや５インチウェハーでは、１枚
当りそれぞれ２，４．００−４，０００ｍＡ／枚、３．
８００〜６，３００ａ＋Ａ／枚と極めて大きな電流とな
り、素子の直列抵抗を相当小さくしないと直列抵抗によ
る電力損失は無視できなくなる。直列抵抗を小さくしよ
うとすれば、現実的には電極面積の受光面積に対する割
合が増大することとなり、太陽電池素子の実効的な光電
置換効率の減少となる。この解決法の一つの方法として
、受光面から複数のリード線を取り出し、太陽電池素子
間の相互接続を行うことが考えられるが、これは接続配
線コストの増大につながる。またセンサ用太陽電池にお
いては、単一太陽電池素子の動作電圧が一定であるため
、任意な出力電圧を得るためには複数個の太陽電池素子
を直列接続する必要がある。
〈発明の目的〉
本発明は、上記従来装置における接続配線コスト増大の
問題及び所望出力電圧を得る接続関係の問題点に鑑みて
なされたもので、非晶質半導体の製造プロセスの利点を
有効に活用して太陽電池を複数段重ね、更に受光面側透
光性の電極側における損失の軽減を図ることにより高出
力電圧の太陽電池装置を得るものである。
問題及び所望出力電圧を得る接続関係の問題点に鑑みて
なされたもので、非晶質半導体の製造プロセスの利点を
有効に活用して太陽電池を複数段重ね、更に受光面側透
光性の電極側における損失の軽減を図ることにより高出
力電圧の太陽電池装置を得るものである。
〈実施例〉
太陽電池装置の出力は、出力＝電圧×電流の関係から、
受光面から厚み方向に複数の単位太陽電池に分割し、電
圧を分割数倍し、電流を相対的に分割数分の−に減少さ
せることにより、直列抵抗損失を減少させることができ
る。また一般に、非晶質半導体材料を用いた太陽電池素
子は、素子厚の増大に対し、収集効率が極めて悪くなり
（キャリアの拡散長が短い）出力電流が制限される。こ
れに対し、厚み方向に複数の単位太陽電池に分割すると
いう実施例の構造は、受光面から深いところでのキャリ
アの収集効率を増大させ、太陽電池素子の充電変換効率
向上に寄与する。センサー用太陽電池においては、分割
数を適当に選ぶことにより、任意の出力電圧を１個の太
陽電池素子から得ることができる。更に非晶質半導体の
特徴である低温プロセスは、透明導電膜と半導体あるい
は半導体間の薄膜成長時のオートド′−ピングをおさえ
ることができる。
受光面から厚み方向に複数の単位太陽電池に分割し、電
圧を分割数倍し、電流を相対的に分割数分の−に減少さ
せることにより、直列抵抗損失を減少させることができ
る。また一般に、非晶質半導体材料を用いた太陽電池素
子は、素子厚の増大に対し、収集効率が極めて悪くなり
（キャリアの拡散長が短い）出力電流が制限される。こ
れに対し、厚み方向に複数の単位太陽電池に分割すると
いう実施例の構造は、受光面から深いところでのキャリ
アの収集効率を増大させ、太陽電池素子の充電変換効率
向上に寄与する。センサー用太陽電池においては、分割
数を適当に選ぶことにより、任意の出力電圧を１個の太
陽電池素子から得ることができる。更に非晶質半導体の
特徴である低温プロセスは、透明導電膜と半導体あるい
は半導体間の薄膜成長時のオートド′−ピングをおさえ
ることができる。
十−＋
第１図に、Ｐ ／Ｎ ／Ｎ アモルファスシリコ
ン単位太陽電池を３段重ねた場合の具体例を示す。
ン単位太陽電池を３段重ねた場合の具体例を示す。
１は受光面を被うガラス基板（フーニング７０５９）で
、この上に銀糸電極ペーストによりグリッド電極２をパ
ターン印刷し、５００〜８５０°Ｃで焼成する。該グリ
ッド電極２はガラス基板１上に一部ピッチで分布し、次
に形成する透明電極の高抵抗性を補って集電する。次に
１．Ｔ、Ｏ。
、この上に銀糸電極ペーストによりグリッド電極２をパ
ターン印刷し、５００〜８５０°Ｃで焼成する。該グリ
ッド電極２はガラス基板１上に一部ピッチで分布し、次
に形成する透明電極の高抵抗性を補って集電する。次に
１．Ｔ、Ｏ。
（Ｉｎ２０３−８ｎＯ２）透明導電膜３を基板温度２５
０〜４５０℃で、電子ビーム蒸着装置により０．１００
．１５μｍ厚蒸着する。次に水素ガスペースにモアシラ
ン（Ｓ ｉ Ｈ４）を１０％添加した混合ガス（ＳｉＨ
＝／Ｈ２）を原料とし、ダイオード型のグロー放電装置
によりアモルファスシリコン十−＋ 単位太陽電池層Ｐ ／Ｎ ／Ｎ （第１図４，５
゜６）の成長を行う。この場合、ガス圧は１〜５ ｔｏ
ｒｒ成長速度は６０〜１８０Ａ／分、基板温度は＋ ２５０〜３００°Ｃで行い、Ｐ 層はＳｉＨ，／Ｈ２ガ
スにノボラン（Ｂ ２ ＨＧ ／ Ｈ２’） Ｎスを少
量添加し、Ｎ 層はＳ ｉ Ｈ＝ ／ Ｈ２ガスのみを
用い、Ｎ＋層はＳｉＨ４／Ｈ２ガスにホスフィン（ＰＨ
，／Ｈ２）ガスを少量添加して成長させる。
０〜４５０℃で、電子ビーム蒸着装置により０．１００
．１５μｍ厚蒸着する。次に水素ガスペースにモアシラ
ン（Ｓ ｉ Ｈ４）を１０％添加した混合ガス（ＳｉＨ
＝／Ｈ２）を原料とし、ダイオード型のグロー放電装置
によりアモルファスシリコン十−＋ 単位太陽電池層Ｐ ／Ｎ ／Ｎ （第１図４，５
゜６）の成長を行う。この場合、ガス圧は１〜５ ｔｏ
ｒｒ成長速度は６０〜１８０Ａ／分、基板温度は＋ ２５０〜３００°Ｃで行い、Ｐ 層はＳｉＨ，／Ｈ２ガ
スにノボラン（Ｂ ２ ＨＧ ／ Ｈ２’） Ｎスを少
量添加し、Ｎ 層はＳ ｉ Ｈ＝ ／ Ｈ２ガスのみを
用い、Ｎ＋層はＳｉＨ４／Ｈ２ガスにホスフィン（ＰＨ
，／Ｈ２）ガスを少量添加して成長させる。
第１段の単位太陽電池が形成されたガラス基板１につい
て、入射光の全部或いは一部を透過させる特性をもつ透
明導電膜７を介して、８，９及び１０のアモルファスシ
リコン単位太陽電池層Ｐ＋／Ｎ ／Ｎ＋の第２段車位
太陽電池、及び同様の透明導電膜１１．１２，１３．１
４のアモルファスシリコン単位太陽電池層Ｐ＋／Ｎ
／Ｎ＋の第３段の単位太陽電池を形成し、次に裏面電極
１５をニッケルの無電解メッキ法及び電解メッキ法を併
用して形成する。
て、入射光の全部或いは一部を透過させる特性をもつ透
明導電膜７を介して、８，９及び１０のアモルファスシ
リコン単位太陽電池層Ｐ＋／Ｎ ／Ｎ＋の第２段車位
太陽電池、及び同様の透明導電膜１１．１２，１３．１
４のアモルファスシリコン単位太陽電池層Ｐ＋／Ｎ
／Ｎ＋の第３段の単位太陽電池を形成し、次に裏面電極
１５をニッケルの無電解メッキ法及び電解メッキ法を併
用して形成する。
上記の各単位太陽電池の厚みは、第２図の等価回路及び
第３図のアモルファスシリコンの吸収電流の計算例から
次のように決定した。つまり、第２図の各単位太陽電池
の光電流ｉ１．ｉ２．ｉ３のうち最小の値が、太陽電池
素子の出力電流１の値を決めるので、１に１２＝ｉ３の
条件の時出力電流ｉが最大となる。キこて本共体例では
、第３図のアモルファスシリコンの吸収電流の計算例か
ら１１＝ｉ２＝ｉ３となるように、各単位太陽電池の厚
みを受光面側からそれぞれ、０．０６３μＩＩＩ、０．
１２７μｍ、０．５６０μｍとした。この場合、ＩＴＯ
透明導電膜の透過率を１００％と仮定したが、現実的に
はこの透過率とキャリア拡散長を考慮して、各単位太陽
電池の厚みを決定する必要がある。
第３図のアモルファスシリコンの吸収電流の計算例から
次のように決定した。つまり、第２図の各単位太陽電池
の光電流ｉ１．ｉ２．ｉ３のうち最小の値が、太陽電池
素子の出力電流１の値を決めるので、１に１２＝ｉ３の
条件の時出力電流ｉが最大となる。キこて本共体例では
、第３図のアモルファスシリコンの吸収電流の計算例か
ら１１＝ｉ２＝ｉ３となるように、各単位太陽電池の厚
みを受光面側からそれぞれ、０．０６３μＩＩＩ、０．
１２７μｍ、０．５６０μｍとした。この場合、ＩＴＯ
透明導電膜の透過率を１００％と仮定したが、現実的に
はこの透過率とキャリア拡散長を考慮して、各単位太陽
電池の厚みを決定する必要がある。
要は光の入射方向に対して多段に重ねられた薄膜太陽電
池において、重ねられた各単位太陽電池がら得られる光
出力電流がほぼ等しくなるように、太陽電池層を成長さ
せる過程で層厚が制御される。
池において、重ねられた各単位太陽電池がら得られる光
出力電流がほぼ等しくなるように、太陽電池層を成長さ
せる過程で層厚が制御される。
十−＋
以上、Ｐ ／Ｎ ／Ｎ アモルファスシリコン単
位太陽電池を３段重ねた場合の具体例を述べたが、第１
図の裏面電極１５にステンレス板等を用い、裏面側から
本具体例とは逆に順次、各層を形成してガラス基板を重
ねてもよいことは、容易に類推できる。
位太陽電池を３段重ねた場合の具体例を述べたが、第１
図の裏面電極１５にステンレス板等を用い、裏面側から
本具体例とは逆に順次、各層を形成してガラス基板を重
ねてもよいことは、容易に類推できる。
またこれらの他に、目的に応じて本発明により単位太陽
電池の層構造、重ね段数を任意に選ぶことにより、非晶
質半導体材料を用いた太陽電池素子の光電変換効率が向
上し、また高出力電圧が得られその応用範囲が飛躍的に
広がる。単位太陽電池構造をショットキー接合太陽電池
とした場合、ショットキー接合の金属膜が、実施例の透
明導電膜の働きを兼ねる、即ち透明導電膜を省略できる
ことは容易に類推できる。
電池の層構造、重ね段数を任意に選ぶことにより、非晶
質半導体材料を用いた太陽電池素子の光電変換効率が向
上し、また高出力電圧が得られその応用範囲が飛躍的に
広がる。単位太陽電池構造をショットキー接合太陽電池
とした場合、ショットキー接合の金属膜が、実施例の透
明導電膜の働きを兼ねる、即ち透明導電膜を省略できる
ことは容易に類推できる。
〈効 果〉
以上本発明によれば、薄膜太陽電池の製造プロセスにお
ける利点を生かして太陽電池素子を光の入射方向に対し
て複数段に重ねて構成することにより、簡単な構成で高
出力を取り出すことがで鰺且つ受光面側の透光性電極の
損失の軽減を図って出力を取り出すため、利用効率の高
い薄膜太陽電池装置を得ることができる。
ける利点を生かして太陽電池素子を光の入射方向に対し
て複数段に重ねて構成することにより、簡単な構成で高
出力を取り出すことがで鰺且つ受光面側の透光性電極の
損失の軽減を図って出力を取り出すため、利用効率の高
い薄膜太陽電池装置を得ることができる。
＋−＋
第１図は、本発明による、Ｐ ／Ｎ ／Ｎ アモ
ルファスシリコン単位太陽電池を３段重ねた場合の太陽
電池素子の断面図、第２図は第１図の等価回路、第３図
は入射光をＡＭ２ ７５ｍｗ／ｃｍ２と仮定したときの
アモルファスシリコンの素子厚と吸収電流の関係を示す
図である。 １ ニガラス基板、 ２ニゲリツド電極、３．７
．１１ ：透明導電膜、 ＋ ４．８，１２ ： Ｐ アモルファスシリコン層、５
．９．１３ ： Ｎ アモルファスシリコン層、＋ ６．１０．１４：Ｎ アモルファスシリコン層、１５
：裏面電極、
ルファスシリコン単位太陽電池を３段重ねた場合の太陽
電池素子の断面図、第２図は第１図の等価回路、第３図
は入射光をＡＭ２ ７５ｍｗ／ｃｍ２と仮定したときの
アモルファスシリコンの素子厚と吸収電流の関係を示す
図である。 １ ニガラス基板、 ２ニゲリツド電極、３．７
．１１ ：透明導電膜、 ＋ ４．８，１２ ： Ｐ アモルファスシリコン層、５
．９．１３ ： Ｎ アモルファスシリコン層、＋ ６．１０．１４：Ｎ アモルファスシリコン層、１５
：裏面電極、
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）受光面側に形成した透光性の前面電極と、背面側に
形成した電極間に複数の非晶質半導体層より成る単位薄
膜太陽電池を複数個形成し、上記前面電極に集電用の電
極を形成したことを特徴とする薄膜太陽電池装置。 ２）前記各単位薄膜太陽電池はＰ＾＋／Ｎ＾−／Ｎ＾＋
構造のアモルファスシリコン層からなることを特徴とす
る、請求の範囲第１項記載の薄膜太陽電池装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59132585A JPS6112086A (ja) | 1984-06-26 | 1984-06-26 | 薄膜太陽電池装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59132585A JPS6112086A (ja) | 1984-06-26 | 1984-06-26 | 薄膜太陽電池装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1861279A Division JPS55111180A (en) | 1979-02-19 | 1979-02-19 | Thin-film solar battery of high output voltage |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6112086A true JPS6112086A (ja) | 1986-01-20 |
Family
ID=15084774
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59132585A Pending JPS6112086A (ja) | 1984-06-26 | 1984-06-26 | 薄膜太陽電池装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6112086A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5021100A (en) * | 1989-03-10 | 1991-06-04 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Tandem solar cell |
-
1984
- 1984-06-26 JP JP59132585A patent/JPS6112086A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5021100A (en) * | 1989-03-10 | 1991-06-04 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Tandem solar cell |
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