JPS62276884A - 薄膜太陽電池素子 - Google Patents
薄膜太陽電池素子Info
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- JPS62276884A JPS62276884A JP61119604A JP11960486A JPS62276884A JP S62276884 A JPS62276884 A JP S62276884A JP 61119604 A JP61119604 A JP 61119604A JP 11960486 A JP11960486 A JP 11960486A JP S62276884 A JPS62276884 A JP S62276884A
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- film solar
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- 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
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-
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- 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】
3、発明の詳細な説明
〈産業上の利用分野〉
本発明は、アモルファスシリコンを母体とする太陽電池
において更なる高性能化を図った薄膜太陽電池素子に関
する。
において更なる高性能化を図った薄膜太陽電池素子に関
する。
〈従来の技術〉
近年、低コスト太陽電池としてアモルファスノリコンを
母体とした薄膜太陽電池が急速に実用化され、また、実
験室レベルでは光電変換効率で10%を越えるものが報
告されるに至っている。このような高性能なアモルファ
ス太陽電池は、多くの乙のがp型アモルファスSiCを
光の入射側としfこpin型あるいは(pin) (
X=2. 3−)型のものであり、又、素子の信頼性と
いう観点からもp型層を光の入射側とした方が有利であ
ると言われている。
母体とした薄膜太陽電池が急速に実用化され、また、実
験室レベルでは光電変換効率で10%を越えるものが報
告されるに至っている。このような高性能なアモルファ
ス太陽電池は、多くの乙のがp型アモルファスSiCを
光の入射側としfこpin型あるいは(pin) (
X=2. 3−)型のものであり、又、素子の信頼性と
いう観点からもp型層を光の入射側とした方が有利であ
ると言われている。
しかしながら、現在のアモルファスシリコンを母体とし
た薄膜太陽電を也の光電変換効率は、上述した如く実験
室レベルでlO〜12%程度のらのてあり、結晶ノリコ
ン太陽電池の変換効率20%前後には到底及ばない段階
であり、より一層の高性能化か必要だと考えられる。
た薄膜太陽電を也の光電変換効率は、上述した如く実験
室レベルでlO〜12%程度のらのてあり、結晶ノリコ
ン太陽電池の変換効率20%前後には到底及ばない段階
であり、より一層の高性能化か必要だと考えられる。
〈発明が解決しようとする問題点〉
pin型を基本としLニアモルファス太陽電池は、すで
に述べたように、従来p型窓層として水素化アモルファ
スノリコン・カーバイド(以下a−SiC0Hと略す)
が用いられて来た。このp型a−SiC:Hは以下に述
べる長所と欠点を有していると考えられる。確かにp型
a−SiC:)(は、 p型水素化アモルファスンリコ
ン(a−9i:H)に比べると光学的バンドギャップ(
E0p’ )は太きく(p型a SiC:Hの場合E
0pt<18eV、p型a−SiC:HでE0p’>
1.8eV)、光電変換活性層でである真性(1型)層
での光の利用効率を高めることができ、又、広いバンド
ギャップによる光生成キャリア(電子)の逆拡散を抑え
る効果も期待できる。第4図は、光の有効利用という観
点から、このEoptの差による薄膜太陽電池(セル)
の光収集効率を各光の波長に対してシミュレートした計
算結果である。図よりEoptが1.8eV から2.
0eVまで広がることによって500nm以下の短波長
域での収集効率が改善される様子がわかる。更にp層E
optが大きくなった場合の計算結果ら第4図に示して
おいたが、収集効率は一層改善されろ傾向を示している
。
に述べたように、従来p型窓層として水素化アモルファ
スノリコン・カーバイド(以下a−SiC0Hと略す)
が用いられて来た。このp型a−SiC:Hは以下に述
べる長所と欠点を有していると考えられる。確かにp型
a−SiC:)(は、 p型水素化アモルファスンリコ
ン(a−9i:H)に比べると光学的バンドギャップ(
E0p’ )は太きく(p型a SiC:Hの場合E
0pt<18eV、p型a−SiC:HでE0p’>
1.8eV)、光電変換活性層でである真性(1型)層
での光の利用効率を高めることができ、又、広いバンド
ギャップによる光生成キャリア(電子)の逆拡散を抑え
る効果も期待できる。第4図は、光の有効利用という観
点から、このEoptの差による薄膜太陽電池(セル)
の光収集効率を各光の波長に対してシミュレートした計
算結果である。図よりEoptが1.8eV から2.
0eVまで広がることによって500nm以下の短波長
域での収集効率が改善される様子がわかる。更にp層E
optが大きくなった場合の計算結果ら第4図に示して
おいたが、収集効率は一層改善されろ傾向を示している
。
しかしながら、他方では、以下に示すような問題があっ
た。第5図は、上記のような様々なp o p Eを持
つp層を実際のアモルファス太陽電池の窓層として用い
た場合のアモルファス太陽電池(100mW/am2)
のセル特性結果である。開放電圧V。Cはp型a−Si
C・Hのワイドバンドギャップによる(見かけの)拡散
電位が増大することによってE Optが大きくなるに
つれて向上している。短絡11流Jscも第4図の計算
結果から予想されるρ型a −3iC:H吸収ロスの低
減等によって単調な増加傾向を示している。しかし、H
Vカーブの曲線因子FFがEo p t〜1.9eV程
度から減少し始めるために、上記Jsc、”ocの増加
にも拘わらず、光電変換効率y7(−J xV X
FF)はc o p tsc oc
g〜2.OeVて極大となってしまう。
た。第5図は、上記のような様々なp o p Eを持
つp層を実際のアモルファス太陽電池の窓層として用い
た場合のアモルファス太陽電池(100mW/am2)
のセル特性結果である。開放電圧V。Cはp型a−Si
C・Hのワイドバンドギャップによる(見かけの)拡散
電位が増大することによってE Optが大きくなるに
つれて向上している。短絡11流Jscも第4図の計算
結果から予想されるρ型a −3iC:H吸収ロスの低
減等によって単調な増加傾向を示している。しかし、H
Vカーブの曲線因子FFがEo p t〜1.9eV程
度から減少し始めるために、上記Jsc、”ocの増加
にも拘わらず、光電変換効率y7(−J xV X
FF)はc o p tsc oc
g〜2.OeVて極大となってしまう。
本発明者等は、上記のような曲線因子FFの低下の主な
原因が、p型a−SiC:I(の導電率がE0pt>2
.OeVで急激に低下し、lXl0−’(Ωcm)−’
以下となりシリーズ抵抗によるロスが現れることが主な
原因であることを見出だした。表はp層(膜厚〜100
人)の導電率と太陽電池素子内におけるp層のシリーズ
抵抗によるパワーロスを見積らったものである。10’
(Ωcm)”−’の導電率て〜1%のロスが生じ、10
%の光電変換効率を有するセルでさえ、実に1割程度の
ロスが出て来る計算になる。
原因が、p型a−SiC:I(の導電率がE0pt>2
.OeVで急激に低下し、lXl0−’(Ωcm)−’
以下となりシリーズ抵抗によるロスが現れることが主な
原因であることを見出だした。表はp層(膜厚〜100
人)の導電率と太陽電池素子内におけるp層のシリーズ
抵抗によるパワーロスを見積らったものである。10’
(Ωcm)”−’の導電率て〜1%のロスが生じ、10
%の光電変換効率を有するセルでさえ、実に1割程度の
ロスが出て来る計算になる。
表
本発明の目的は、上記の如き問題に鑑み、p型2−Si
C:Hの光学的特性が良好であることを最大限に生かす
べくその電気的特性の向上を図り更なる高性能薄膜太陽
電池を提供することにある。
C:Hの光学的特性が良好であることを最大限に生かす
べくその電気的特性の向上を図り更なる高性能薄膜太陽
電池を提供することにある。
く問題点を解決するための手段〉
本発明に係る薄膜太陽電池素子は、n型、i(真性)型
、p型の水素化(フッ素化)アモルファスノリコン(a
−SiC・H(:F))を母体とした半導体薄膜を積層
したpin型あるいはpinpin−((pin) 。
、p型の水素化(フッ素化)アモルファスノリコン(a
−SiC・H(:F))を母体とした半導体薄膜を積層
したpin型あるいはpinpin−((pin) 。
X=2.3・・)型薄膜太陽電池において、少なくとも
光の入射側のp型半導体薄膜としてアモルファス川と微
結品相の混在する水素化(フッ素化)ノリコン・カーバ
イド(p型μc −S iC:H(:F))薄膜を用い
たことを特徴とする。
光の入射側のp型半導体薄膜としてアモルファス川と微
結品相の混在する水素化(フッ素化)ノリコン・カーバ
イド(p型μc −S iC:H(:F))薄膜を用い
たことを特徴とする。
く作 用〉
光の入射側のp型μc −S iC:H(:F )薄膜
において、光学的バンドギャップは低下仕ずに導電率が
向上するので、太陽電池素子内のシリーズ抵抗が減少し
、パワーロスが減少する。さらに、拡散電位ら大きくな
る。その結果、光電変換率か増加ずろ。
において、光学的バンドギャップは低下仕ずに導電率が
向上するので、太陽電池素子内のシリーズ抵抗が減少し
、パワーロスが減少する。さらに、拡散電位ら大きくな
る。その結果、光電変換率か増加ずろ。
〈実施例〉
本発明の実施例として、p型半導体薄膜として微結晶相
とアモルファス相の混在する水素化(フッ素化)SiC
(p型μc−SiC:H(:F))をアモルファス太陽
電池の窓層に応用することを揚げ、特にTCO/pin
/基板型太陽電池素子の場合についてその効果を説明す
る。
とアモルファス相の混在する水素化(フッ素化)SiC
(p型μc−SiC:H(:F))をアモルファス太陽
電池の窓層に応用することを揚げ、特にTCO/pin
/基板型太陽電池素子の場合についてその効果を説明す
る。
このような太陽電池素子のセル構造を第1図に示す。基
板1として例えばステンレス等を用い、その上にグロー
放電法あるいは光CVD法等によりn型水素化アモルフ
ァスシリコンあるいはn型の微結晶相とアモルファス相
の混在する水素化(フッ素化)ノリコン層2を20〜l
oonmの範囲で堆積する。次に、光電変換活性層とし
ての真性(1)型水素化アモルファスノリコン(a−S
i:H)層3を400〜700nmの範囲て積層する。
板1として例えばステンレス等を用い、その上にグロー
放電法あるいは光CVD法等によりn型水素化アモルフ
ァスシリコンあるいはn型の微結晶相とアモルファス相
の混在する水素化(フッ素化)ノリコン層2を20〜l
oonmの範囲で堆積する。次に、光電変換活性層とし
ての真性(1)型水素化アモルファスノリコン(a−S
i:H)層3を400〜700nmの範囲て積層する。
さらに微結晶相とアモルファス相の混在する水素化(フ
ッ素化)p型5ic(p型μc−SiC:H(:F))
層4を3〜20nmの範囲で積層し、最後にEB法ある
いはスパッタ法等により透明導電膜(TC○)5と、集
電極としてAQ層6.6を順次形成することにより上記
のTCO/pin/基板型薄膜太陽電池を作成すること
ができる。
ッ素化)p型5ic(p型μc−SiC:H(:F))
層4を3〜20nmの範囲で積層し、最後にEB法ある
いはスパッタ法等により透明導電膜(TC○)5と、集
電極としてAQ層6.6を順次形成することにより上記
のTCO/pin/基板型薄膜太陽電池を作成すること
ができる。
アモルファスシリコンの微結晶化は特に不純物ドープ膜
(p型、n型)において容易に得られ、光学的バンドギ
ャップの低下を招かずに導電率の飛躍的向上(1xlO
−’(Ωcm)−’ ぐらいまで向上)が可能である。
(p型、n型)において容易に得られ、光学的バンドギ
ャップの低下を招かずに導電率の飛躍的向上(1xlO
−’(Ωcm)−’ ぐらいまで向上)が可能である。
本発明者らはこの方法をp型アモルファスノリコン・カ
ーバイドに応用したものであり、特に水素化(フッ素化
)p型SiCの光学的ワイドバンドギャップをより一層
有効に利用することが可能となる。従って、pin型太
陽電池の少なくとも窓層として微結晶相とアモルファス
相の混在する水素化(フッ素化)p型5iC(p型μc
−8iC:H(:F乃を用いることにより、(1)
ワイドバンドギャップを維持しつつ導電率の向上が可能
であり、太陽電池素子内のノリーズ抵抗成分によるパワ
ーロスを抑えることができ、入射光をより一層活性層で
ある 1層で有効に利用−できる。
ーバイドに応用したものであり、特に水素化(フッ素化
)p型SiCの光学的ワイドバンドギャップをより一層
有効に利用することが可能となる。従って、pin型太
陽電池の少なくとも窓層として微結晶相とアモルファス
相の混在する水素化(フッ素化)p型5iC(p型μc
−8iC:H(:F乃を用いることにより、(1)
ワイドバンドギャップを維持しつつ導電率の向上が可能
であり、太陽電池素子内のノリーズ抵抗成分によるパワ
ーロスを抑えることができ、入射光をより一層活性層で
ある 1層で有効に利用−できる。
(2)又、微結晶化することによりp型層のフェルミレ
ベルを一層価電子帯側に近ずけることになる(p型a−
3iCに比べ0.2〜0.5 eV程度近付けろことが
可能)。このため、従来のちのより02〜0.5eV程
度大きな拡散電位が得られ、1型光型活性層内により大
きな電界を組み込むことが可能であり、この効果により
ざらにJso、vo。。
ベルを一層価電子帯側に近ずけることになる(p型a−
3iCに比べ0.2〜0.5 eV程度近付けろことが
可能)。このため、従来のちのより02〜0.5eV程
度大きな拡散電位が得られ、1型光型活性層内により大
きな電界を組み込むことが可能であり、この効果により
ざらにJso、vo。。
r’Fの向上が期待できる。
この様子をバンドプロファイルとして第2図(a)(b
)に示した。ここに、第2図(a)は、従来のp型a−
3iC:Hの場合を示し、第2図(b)は、本実施例の
p型μc−SiC:H(・F)の場合を示す。
)に示した。ここに、第2図(a)は、従来のp型a−
3iC:Hの場合を示し、第2図(b)は、本実施例の
p型μc−SiC:H(・F)の場合を示す。
○と・は、それぞれ、光生成キャリアを示し、一点R1
mはフェルミレベルを示す。本実施例の拡散電位1ビ
212′は、従来例の拡散電位11゜12より大きい。
mはフェルミレベルを示す。本実施例の拡散電位1ビ
212′は、従来例の拡散電位11゜12より大きい。
(3)更に、一般に微結晶化により短波長側400nm
付近での吸収係数は従来に比べて小さくなる( l X
I O−5(0−5(’程度まては)ために、短波長
側400 nm付近でのp層による吸収ロスは更に低、
威することが予想される。第3図はこの【00nm前後
での吸収係数の違いによる太陽電池の収集効率(分光感
度特性)の差をシミュレートした計算結果である。本実
施例のp型μc−3iC:H(:F)(E0pt〜2.
0ev)の収集効率(b)は、従来例のp型a−SiC
:H(E0p’ 〜2.1eV)の収集効率(a)に比
べて低波長側で大きくなっている。
付近での吸収係数は従来に比べて小さくなる( l X
I O−5(0−5(’程度まては)ために、短波長
側400 nm付近でのp層による吸収ロスは更に低、
威することが予想される。第3図はこの【00nm前後
での吸収係数の違いによる太陽電池の収集効率(分光感
度特性)の差をシミュレートした計算結果である。本実
施例のp型μc−3iC:H(:F)(E0pt〜2.
0ev)の収集効率(b)は、従来例のp型a−SiC
:H(E0p’ 〜2.1eV)の収集効率(a)に比
べて低波長側で大きくなっている。
以上に説明した例では、pin型薄膜太陽電池について
説明したか、(pin)型薄膜太陽電池(x= 2 。
説明したか、(pin)型薄膜太陽電池(x= 2 。
3、 ・)についてら、光の入射側のp型半導体として
μc−SiC:H(・F)を用いても同様の効果か得ら
れる。
μc−SiC:H(・F)を用いても同様の効果か得ら
れる。
〈発明の効果〉
以上詳述した如く、 pin型を基本とじ1こアモルフ
ァス太陽?ri池の窓層として微結晶相とアモルファス
相の混在する水素化(フッ素化)p型5iC(p型μc
−3iC:H(:F))を用いることにより収集効率の
高い薄膜太陽TL池素子が得られることが明らかになっ
た。
ァス太陽?ri池の窓層として微結晶相とアモルファス
相の混在する水素化(フッ素化)p型5iC(p型μc
−3iC:H(:F))を用いることにより収集効率の
高い薄膜太陽TL池素子が得られることが明らかになっ
た。
第1図は、薄膜太陽電池素子の図式的な断面図である。
第2図(a) 、 (b)は、それぞれ、従来のp型層
−SiC:H膜と本実施例のp型μc−SiC:H(:
F)膜のバンドプロファイルの模式図である。 第3図は、太陽N、池の収集効率のグラフである。 第4図は、太陽電池の収集効率を光学的バンドギャップ
E Optについて示すグラフである。 第5図は、従来のp型層−3iC:Hの太陽電池特性(
Jsc、■。。、FF)を光学的バンドギャップEol
:Hに対して示すグラフである。 I・・基板、2・・・n型層、3・・・i型層、4・・
・p型層、5 ・透明導電膜、 6,6・・集電極
。 特許出願人 ンヤープ株式会社代 理 人
弁理士 前出 葆ほか2名第4図 億畏+nm1 1.8sv 第5図 p4Eg (eVl
−SiC:H膜と本実施例のp型μc−SiC:H(:
F)膜のバンドプロファイルの模式図である。 第3図は、太陽N、池の収集効率のグラフである。 第4図は、太陽電池の収集効率を光学的バンドギャップ
E Optについて示すグラフである。 第5図は、従来のp型層−3iC:Hの太陽電池特性(
Jsc、■。。、FF)を光学的バンドギャップEol
:Hに対して示すグラフである。 I・・基板、2・・・n型層、3・・・i型層、4・・
・p型層、5 ・透明導電膜、 6,6・・集電極
。 特許出願人 ンヤープ株式会社代 理 人
弁理士 前出 葆ほか2名第4図 億畏+nm1 1.8sv 第5図 p4Eg (eVl
Claims (2)
- (1)n型、i(真性)型、p型の水素化(フッ素化)
アモルファスシリコン(a−Si:H(:F))を母体
とした半導体薄膜を積層したpin型あるいはpinp
in・・・((pin)_x、x=2、3・・・)型薄
膜太陽電池において、少なくとも光の入射側のp型半導
体薄膜としてアモルファス相と微結晶相の混在する水素
化(フッ素化)シリコン・カーバイド(p型μc−Si
C:H(:F))薄膜を用いたことを特徴とする薄膜太
陽電池素子。 - (2)上記p型半導体薄膜として室温での導電率が10
^−^3(Ωcm)^−^1以上、活性化エネルギーが
0.1eV以下、光学的バンドギャップが2.0eV以
上の特性を有するアモルファス相と微結晶相の混在する
p型μc−SiC:H(:F)薄膜を用いたことを特性
とする特許請求の範囲第1項記載の薄膜太陽電池素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61119604A JPS62276884A (ja) | 1986-05-24 | 1986-05-24 | 薄膜太陽電池素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61119604A JPS62276884A (ja) | 1986-05-24 | 1986-05-24 | 薄膜太陽電池素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62276884A true JPS62276884A (ja) | 1987-12-01 |
Family
ID=14765507
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61119604A Pending JPS62276884A (ja) | 1986-05-24 | 1986-05-24 | 薄膜太陽電池素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62276884A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02164078A (ja) * | 1988-12-19 | 1990-06-25 | Hitachi Ltd | アモルファス太陽電池 |
| JPH02164079A (ja) * | 1988-12-19 | 1990-06-25 | Hitachi Ltd | アモルファスシリコン太陽電池 |
| JPH02164077A (ja) * | 1988-12-19 | 1990-06-25 | Hitachi Ltd | アモルファスシリコン太陽電池 |
| JP2011029625A (ja) * | 2009-07-03 | 2011-02-10 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光電変換装置及びその作製方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4109271A (en) * | 1977-05-27 | 1978-08-22 | Rca Corporation | Amorphous silicon-amorphous silicon carbide photovoltaic device |
| JPS57204178A (en) * | 1981-06-10 | 1982-12-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Optoelectric transducer |
| JPS6091626A (ja) * | 1983-09-26 | 1985-05-23 | エクソン リサーチ アンド エンジニアリング カンパニー | アモルフアスシリコンpin半導体装置の製造方法 |
-
1986
- 1986-05-24 JP JP61119604A patent/JPS62276884A/ja active Pending
Patent Citations (3)
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| US9496428B2 (en) | 2009-07-03 | 2016-11-15 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Photoelectric conversion device and manufacturing method thereof |
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