JP2006120737A - Photoelectric conversion element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光電変換素子の効率を高くする技術に関する。 The present invention relates to a technique for increasing the efficiency of a photoelectric conversion element.
特許文献1には、光入射面の反対側に設けられた裏面電極と半導体からなる光電変換層との間に、透明導電層を有する光起電力素子において、該透明導電層に導電率を変化させる元素を含有させ、該元素の添加量が膜厚方向で変化していることを特徴とする光起電力素子が開示されている。この特許文献の[0023]から[0024]には、次の記載がある。 In Patent Document 1, in a photovoltaic device having a transparent conductive layer between a back electrode provided on the opposite side of the light incident surface and a photoelectric conversion layer made of a semiconductor, the conductivity of the transparent conductive layer is changed. There is disclosed a photovoltaic element characterized in that the element to be contained is contained and the amount of the element added varies in the film thickness direction. [0023] to [0024] of this patent document include the following description.
「また前記元素の添加量を前記半導体層との界面に近づくにつれた少なくともある膜厚の範囲にわたって単調に減少させることによって、光起電力素子の長波長感度が増大し、短絡電流が増大して、光電変換効率が上昇した。 “Also, by monotonically reducing the amount of the element added over at least a certain film thickness range as it approaches the interface with the semiconductor layer, the long wavelength sensitivity of the photovoltaic device increases and the short circuit current increases. The photoelectric conversion efficiency increased.
この効果については、前記元素の添加量を前記裏面電極との界面に近づくにつれて単調に減少させることによって、前記導電性酸化物の屈折率が前記裏面電極との界面に近づくにつれて単調に減少し、透明電極層と半導体層の界面での反射が減少して、半導体層への長波長光の入射が増大したものと考えられる。」 About this effect, the refractive index of the conductive oxide decreases monotonously as it approaches the interface with the back electrode by monotonically decreasing the amount of the element added as it approaches the interface with the back electrode, It is considered that the reflection at the interface between the transparent electrode layer and the semiconductor layer decreased, and the incidence of long wavelength light on the semiconductor layer increased. "
特許文献2には、光入射面の反対側に形成された光反射性の裏面電極と、一導電型を示す半導体層との間に、複数の元素の化合物からなる透明導電層を有する光起電力素子において、前記透明導電層を形成する化合物は導電性酸化物であり、該導電性酸化物の酸素の組成比が膜厚方向において連続的に変化する領域を含むことを特徴とする光起電力素子が開示されている。
本発明の目的は、薄膜Si太陽電池(光電変換素子)を高効率化することである。
本発明の目的をより詳細に述べると、上記目的を達成するために、裏面電極層に侵入し吸収される電磁波を低減することである。
An object of the present invention is to increase the efficiency of a thin-film Si solar cell (photoelectric conversion element).
The object of the present invention will be described in more detail. In order to achieve the above object, it is to reduce electromagnetic waves that penetrate into the back electrode layer and are absorbed.
以下に、[発明を実施するための最良の形態]で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、[特許請求の範囲]の記載と[発明を実施するための最良の形態]との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。 In the following, means for solving the problem will be described using the numbers used in [Best Mode for Carrying Out the Invention] in parentheses. These numbers are added to clarify the correspondence between the description of [Claims] and [Best Mode for Carrying Out the Invention]. However, these numbers should not be used to interpret the technical scope of the invention described in [Claims].
本発明による光電変換素子は、透光性基板(1)と、透光性基板(1)の主面側に形成され、受光した光を電力に変換する光電変換層(7)と、主面側に形成され、該光電変換素子に外光が入射する側と反対側に形成された裏面電極層(2)と、光電変換層(7)と裏面電極層(2)との間に形成され、裏面電極層(2)に近い側において裏面電極層(2)から遠い側よりも屈折率が小さい透明層(8、9)とを備えている。 A photoelectric conversion element according to the present invention includes a translucent substrate (1), a photoelectric conversion layer (7) formed on the main surface side of the translucent substrate (1), which converts received light into electric power, and a main surface. A back electrode layer (2) formed on the side opposite to the side on which external light is incident on the photoelectric conversion element, and formed between the photoelectric conversion layer (7) and the back electrode layer (2). And a transparent layer (8, 9) having a refractive index smaller on the side closer to the back electrode layer (2) than on the side far from the back electrode layer (2).
本発明による光電変換素子において、透明層(8、9)は、上部透明層(8)と、上部透明層(8)と裏面電極層(2)との間に設けられ、上部透明層(8)よりも屈折率が小さい屈折率調整層(9)とを備えている。 In the photoelectric conversion element according to the present invention, the transparent layers (8, 9) are provided between the upper transparent layer (8), the upper transparent layer (8), and the back electrode layer (2), and the upper transparent layer (8 ) And a refractive index adjustment layer (9) having a refractive index smaller than that.
本発明による光電変換素子において、上部透明層(8)はZnO、ITO、又はSnO2のうちのいずれかを含んでいる。ZnOには、Ga、Si、Al、Bのうちのいずれかがドーピングされている。 In the photoelectric conversion element according to the present invention, the upper transparent layer (8) contains ZnO, ITO, or any of the SnO 2. ZnO is doped with any of Ga, Si, Al, and B.
本発明による光電変換素子において、屈折率調整層(9)はSiO2、MgF2、MgO、ガラス、Al2O3、Y2O3、CaF2、LiF、空孔のうちのいずれかを含む。 In the photoelectric conversion element according to the present invention, the refractive index adjustment layer (9) includes any of SiO 2 , MgF 2 , MgO, glass, Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , CaF 2 , LiF, and holes. .
本発明による光電変換素子において、屈折率調整層(9)は、第1材料と第2材料との混合相を含んでいる。第1材料は、SiO2、MgF2、MgO、ガラス、Al2O3、Y2O3、CaF2、及びLiFのうちから選択される。第2材料は、ZnO、ITO、及びSnO2のうちから選択される。ZnOにはGa、Si、Al、Bのうちのいずれかがドーピングされている。 In the photoelectric conversion element according to the present invention, the refractive index adjustment layer (9) includes a mixed phase of the first material and the second material. The first material is selected from SiO 2 , MgF 2 , MgO, glass, Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , CaF 2 , and LiF. The second material is selected ZnO, ITO, and from among the SnO 2. ZnO is doped with any of Ga, Si, Al, and B.
本発明による光電変換素子において、裏面電極層(2)はAg、Al、Cu、Auのいずれかを含む。 In the photoelectric conversion element according to the present invention, the back electrode layer (2) contains one of Ag, Al, Cu, and Au.
本発明による光電変換素子において、屈折率調整層(9)は、厚さが2ナノメートル以上である。より好ましくは、厚さが10ナノメートル以上である。 In the photoelectric conversion element according to the present invention, the refractive index adjusting layer (9) has a thickness of 2 nanometers or more. More preferably, the thickness is 10 nanometers or more.
本発明による光電変換素子において、透明層(8、9)は3層以上の層構造をしている。層構造のなかの任意の層である上側透明層の屈折率は、上側透明層と裏面電極層との間の任意の層である下側透明層の屈折率よりも大きい。 In the photoelectric conversion element according to the present invention, the transparent layers (8, 9) have a layer structure of three or more layers. The refractive index of the upper transparent layer that is an arbitrary layer in the layer structure is larger than the refractive index of the lower transparent layer that is an arbitrary layer between the upper transparent layer and the back electrode layer.
本発明による光電変換素子において、光電変換層(7)は多結晶質シリコンを含んでいる。本発明による光電変換素子は更に、光電変換層(7)に対して裏面電極層(2)の反対側に、アモルファスシリコンを含む光起電力層(5)を含んでいる。 In the photoelectric conversion element according to the present invention, the photoelectric conversion layer (7) contains polycrystalline silicon. The photoelectric conversion element according to the present invention further includes a photovoltaic layer (5) containing amorphous silicon on the opposite side of the back electrode layer (2) with respect to the photoelectric conversion layer (7).
本発明による光電変換素子において、光電変換層(7)はシリコンとシリコン以外のIV族元素(例示:Ge)との合金を含む。 In the photoelectric conversion element according to the present invention, the photoelectric conversion layer (7) includes an alloy of silicon and a group IV element (eg, Ge) other than silicon.
本発明による光電変換素子は、光電変換層(7)と光起電力層(5)との間に、多結晶質シリコンを含む第2光電変換層(10)を含む。 The photoelectric conversion element according to the present invention includes a second photoelectric conversion layer (10) containing polycrystalline silicon between the photoelectric conversion layer (7) and the photovoltaic layer (5).
本発明による光電変換素子において、第2光電変換層(10)はシリコンとシリコン以外のIV族元素(例示:Ge)との合金を含む。 In the photoelectric conversion element according to the present invention, the second photoelectric conversion layer (10) includes an alloy of silicon and a group IV element (eg, Ge) other than silicon.
本発明による光電変換素子は、不透光性基板と、不透光性基板の主面側に形成された裏面電極層と、主面側に形成され、受光した光を電力に変換する光電変換層と、主面側に形成された透明電極層とを備えている。入射光は透明電極層の側から取り入れられる。本発明による光電変換素子は更に、該光電変換素子に外光が入射する側と反対側に形成された裏面電極層と光電変換層との間に形成され、裏面電極層に近い側において裏面電極層から遠い側よりも屈折率が小さい透明層とを備えている。 The photoelectric conversion element according to the present invention includes a light-impermeable substrate, a back electrode layer formed on the main surface side of the light-impermeable substrate, and a photoelectric conversion formed on the main surface side that converts received light into electric power. And a transparent electrode layer formed on the main surface side. Incident light is taken from the transparent electrode layer side. The photoelectric conversion element according to the present invention is further formed between a back electrode layer formed on the side opposite to the side where external light enters the photoelectric conversion element and the photoelectric conversion layer, and on the side close to the back electrode layer, the back electrode And a transparent layer having a refractive index smaller than that of the side far from the layer.
本発明によれば、薄膜Si太陽電池(光電変換素子)が高効率化される。
より詳細には、本発明によれば、上記目的を達成するために、裏面電極層に侵入し吸収される電磁波が低減される。
According to the present invention, the efficiency of a thin film Si solar cell (photoelectric conversion element) is improved.
More specifically, according to the present invention, in order to achieve the above object, electromagnetic waves that enter the back electrode layer and are absorbed are reduced.
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1を参照すると、光電変換素子の断面図が示されている。光電変換素子は、光入射側のガラス基板1と裏面不透明電極2との間に、多層の発電層3が形成されている。発電層3は、第1透明(光透過性)導電膜4と、トップセル層5と、中間層6と、ボトムセル層7と、第2透明導電膜8と、屈折率調整層9の6層の積層構造として形成されている。第1透明導電膜4は、ガラス基板1の裏面側に接合している。トップセル層5は、第1透明導電膜4の裏面側に接合している。中間層6は、トップセル層5の裏面側に接合している。ボトムセル層7は、中間層6の裏面側に接合している。第2透明導電膜8は、ボトムセル層7の裏面側に接合している。屈折率調整層9は、第2透明導電膜8の裏面側に接合している。裏面不透明電極2は、屈折率調整層9の裏面側に接合している。
Referring to FIG. 1, a cross-sectional view of a photoelectric conversion element is shown. In the photoelectric conversion element, a multilayer power generation layer 3 is formed between a glass substrate 1 on the light incident side and a back surface
図2を参照すると、ボトムセル層7、第2透明導電膜8、屈折率調整層9、及び裏面不透明電極2の部分を拡大した断面図が示されている。光電変換素子の裏面不透明電極2の付近の層の材質は、本実施の形態では、ボトムセル層7がc−Si若しくはμc−Si(微結晶シリコン)、第2透明導電膜8がGaドープZnO(GZO)、裏面不透明電極2がAgである。本発明においては第2透明導電層膜8と裏面不透明電極2との間に屈折率調整層9が存在している。屈折率調整層9の材質Xに関しては後述する。
Referring to FIG. 2, an enlarged cross-sectional view of the
屈折率調整層9が存在しない場合、太陽電池(光電変換素子)の裏面電極付近の層構造は例えば、Si発電膜/GZO/Agである。平滑なガラス基板に成膜したGZO/Ag膜の長波長域における光学反射率は充分に高い(R=95%以上)。すなわちGZO膜とAg界面における明瞭な吸収損失は認められない。ガラス基板上の裏面電極の反射率計測はほぼ垂直入射条件である。この場合、偏光依存性は生じない。
When the refractive
一方、斜め入射の場合、s偏光とp偏光と呼ばれる二つの偏光状態について反射特性を考慮する必要がある。特に、p偏光に関しては、ブリュースタ角や誘電体/金属界面における表面プラズモンなどs偏光が有しない現象が知られている。 On the other hand, in the case of oblique incidence, it is necessary to consider reflection characteristics for two polarization states called s-polarized light and p-polarized light. In particular, regarding p-polarized light, there are known phenomena that s-polarized light does not have, such as Brewster angle and surface plasmons at the dielectric / metal interface.
金属の反射率は、理想金属ではR=100%であるが、Agなどの実在する金属は98%程度が最高である。誘電体/金属の界面で光は反射されるが、実際には、金属側に僅かに電界が侵入している。侵入の深さは数10nmのオーダーである。侵入の深さは、誘電体の光学定数(屈折率n)と金属の光学定数(n,k)、入射する電磁波の波長λ、入射角θで決まる。金属中に侵入した光の電界強度は界面からの深さに対して指数関数的に減衰する。したがって、誘電体/金属界面の反射における吸収損は電界の侵入深さで決まると考えてよい。 The reflectivity of a metal is R = 100% for an ideal metal, but about 98% is the best for an actual metal such as Ag. Light is reflected at the dielectric / metal interface, but in practice, an electric field slightly penetrates the metal side. The penetration depth is of the order of several tens of nm. The penetration depth is determined by the optical constant (refractive index n) of the dielectric, the optical constant (n, k) of the metal, the wavelength λ of the incident electromagnetic wave, and the incident angle θ. The electric field intensity of light that has entered the metal attenuates exponentially with respect to the depth from the interface. Therefore, it can be considered that the absorption loss in the reflection at the dielectric / metal interface is determined by the penetration depth of the electric field.
本発明の発明者は、屈折率調整層9の材質を変えて、Agの層内部におけるp偏光成分の電界強度分布を計算した。計算には、屈折率調整層9の材質Xとして、GZOより屈折率が高い物質の代表としてTiO2、及びGZOより屈折率が低い物質の代表としてSiO2を用いた。
The inventor of the present invention calculated the electric field intensity distribution of the p-polarized component in the Ag layer while changing the material of the refractive
Agの膜厚は充分にバルクと見なせる80nmとした。Agの裏面側の空気と、ボトムセル層7のc−Siは半無限媒質とした。c−SiからGZO界面に対して入射する入射光の入射角はθとする。GZO/Ag界面に挿入される媒質Xの厚みはdとする。媒質XとGZOの厚みの和は80nmとした。計算にはサイバネット社のOPTAS−FILMを使用した。Ag層における電界強度の二乗(E*E)を求め、マイクロソフト社のエクセルを使用して電界強度の積分値(=Agにおける吸収損に比例した量)を求め、グラフ化した。本計算は、薄膜多重干渉効果を考慮した平膜計算である。
The film thickness of Ag was 80 nm which can be regarded as a sufficient bulk. The air on the back side of Ag and the c-Si of the
以下、図3乃至図6を用いて計算の結果について述べる。以下の説明において「現状の構造」というのは、屈折率調整層9が存在しない構造のことを示す。
Hereinafter, the calculation results will be described with reference to FIGS. In the following description, the “current structure” indicates a structure in which the refractive
図3を参照すると、現状の構造、TiO2挿入構造、SiO2挿入構造における電界強度分布の計算結果が示されている。入射角50°、計算波長800nm、挿入媒質の膜厚は30nmの計算結果である。この結果から、GZOに対して、相対的に屈折率が高い媒質が挿入されると、電界強度分布が深くかつ大きくなり、Ag層での吸収損が大きくなる(すなわち反射率が低下する)。逆に屈折率が低い媒質が挿入されると、Ag層での吸収損を現状の構造よりも低減できることが分かる。 Referring to FIG. 3, the calculation results of the electric field strength distribution in the current structure, the TiO 2 insertion structure, and the SiO 2 insertion structure are shown. The calculation result is an incident angle of 50 °, a calculation wavelength of 800 nm, and a thickness of the insertion medium of 30 nm. From this result, when a medium having a relatively high refractive index is inserted with respect to GZO, the electric field intensity distribution becomes deeper and larger, and the absorption loss in the Ag layer increases (that is, the reflectance decreases). Conversely, when a medium having a low refractive index is inserted, it can be seen that the absorption loss in the Ag layer can be reduced as compared with the current structure.
図4を参照すると、積分電界強度の計算結果がグラフに示されている。挿入媒質の膜厚が30nm、計算波長800nmの計算結果である。30°から40°に認められるピークは、表面プラズモン共鳴による吸収増大と推定される。入射角65°を越えると、積分電界強度が急峻に低下する。これはSi/GZO界面の全反射と推定される。 Referring to FIG. 4, the calculation result of the integrated electric field strength is shown in the graph. This is a calculation result when the thickness of the insertion medium is 30 nm and the calculation wavelength is 800 nm. The peak observed from 30 ° to 40 ° is presumed to be an increase in absorption due to surface plasmon resonance. When the incident angle exceeds 65 °, the integrated electric field strength sharply decreases. This is presumed to be total reflection at the Si / GZO interface.
表面プラズモン共鳴現象は、平滑性と入射角が厳密に満たされないと充分に観測されないので、実際の(波長オーダーの凹凸を有する形状の)裏面電極ではシャープな吸収特性は出難いと推定される。そこで、仮定ではあるが、30°から40°のピークを無視して図4を見ると、45°から65°の入射角範囲において、積分電界強度レベルが屈折率調整層9の材質Xの屈折率に応じて変化していると解釈できる。すなわち、GZO/Ag界面にGZOより屈折率の低い媒質を挿入することにより、Agによる吸収損を低減できる可能性があるといえる。
Since the surface plasmon resonance phenomenon is not sufficiently observed unless the smoothness and the incident angle are strictly satisfied, it is presumed that a sharp absorption characteristic is difficult to be obtained with an actual back surface electrode (having a wavelength order unevenness). Therefore, although it is assumed that the peak of 30 ° to 40 ° is ignored and FIG. 4 is viewed, the integrated electric field strength level is the refraction of the material X of the refractive
図5を参照すると、積分電界強度の、挿入媒質の膜厚に対する依存性が示されている。入射角50°、計算波長800nmでの計算結果である。膜厚がゼロのプロットは、現状の構造GZO/Agであり、膜厚80nmのプロットは、Si/挿入媒質X/Agの構造を示す。SiO2の挿入により積分電界強度を低下できることが示されている。SiO2の膜厚が厚いほどAg層に侵入する積分電界強度が低下する傾向にある。 Referring to FIG. 5, the dependence of the integrated electric field strength on the thickness of the insertion medium is shown. It is a calculation result at an incident angle of 50 ° and a calculation wavelength of 800 nm. A plot with a film thickness of zero indicates the current structure GZO / Ag, and a plot with a film thickness of 80 nm indicates the structure of Si / insertion medium X / Ag. It has been shown that the integrated electric field strength can be reduced by inserting SiO 2 . As the thickness of SiO 2 increases, the integrated electric field strength that penetrates the Ag layer tends to decrease.
図6を参照すると、図5と同じ条件でSiO2が挿入された場合の積分電界強度の、挿入媒質の膜厚に対する依存性が、特に膜厚が薄い場合について詳細に示されている。この結果によれば、わずか2nm程度の膜厚でも、Ag層に侵入する積分電界強度が低下している。これはセル化に有利な結果である。 Referring to FIG. 6, the dependence of the integrated electric field strength on the thickness of the inserted medium when SiO 2 is inserted under the same conditions as in FIG. 5 is shown in detail when the thickness is particularly small. According to this result, even with a film thickness of only about 2 nm, the integrated electric field strength that penetrates the Ag layer is reduced. This is a favorable result for cellization.
次に、タンデムセル構造を備えた光電変換素子における屈折率調整層の効果の計算について述べる。 Next, calculation of the effect of the refractive index adjustment layer in the photoelectric conversion element having a tandem cell structure will be described.
図7を参照すると、タンデムセル構造を備えた光電変換素子の断面図が示されている。ガラス基板1aの裏面側には、第1透明導電膜4aが成層されている。第1透明導電膜4aの裏面側には、a−Si(アモルファスシリコン)からなるトップセル層5aが成層されている。トップセル層5aの裏面側には、μc−Si(微結晶シリコン)からなるボトムセル層7aが成層されている。ボトムセル層7aの裏面側には、第2透明導電膜8aが成層されている。第2透明導電膜8aの裏面側には、屈折率調整層9aが成層されている。屈折率調整層9aの裏面側には、裏面不透明電極2aが成層されている。ガラス基板1aの裏面側に積層された各層の接合面は、テクスチャ構造面として形成されている。
Referring to FIG. 7, a cross-sectional view of a photoelectric conversion element having a tandem cell structure is shown. A first transparent
図8を参照すると、計算に用いたタンデムセルの層構造が示されている。この層構造は、図7に示された層構造と同じである。計算には、電磁波解析(FDTD法)を用いた。テクスチャ構造の凹凸の1周期分が取り出され、その左端と右端が同じとなる周期的境界条件で計算を行った。テクスチャ構造の凹凸は、ガラス基板(図8には図示されていない)に平行な面から30°の凹凸とした。テクスチャ構造の凹凸の1周期分の幅(ピッチ)としては、後述するように様々な条件を指定した。ガラス基板の厚さは半無限とした。 Referring to FIG. 8, the layer structure of the tandem cell used for the calculation is shown. This layer structure is the same as the layer structure shown in FIG. An electromagnetic wave analysis (FDTD method) was used for the calculation. One period of texture structure irregularities was taken out, and the calculation was performed under a periodic boundary condition in which the left end and the right end were the same. The unevenness of the texture structure was 30 ° from the plane parallel to the glass substrate (not shown in FIG. 8). Various conditions were specified as the width (pitch) of one period of the unevenness of the texture structure as described later. The thickness of the glass substrate was semi-infinite.
図9を参照すると、a−Siよりなるトップセル層5aのp偏光成分により発生する短絡電流に対する屈折率調整層9aの屈折率依存性が示されている。GZOよりなる第2透明導電膜の膜厚は40nm、屈折率調整層9aの厚さは40nmである。ピッチが0.2μmで、屈折率調整層9aの屈折率がGZOと同じ(n≒1.88)場合の短絡電流が基準として100%に取られている。ピッチが0.2μm、0.6μm、1.0μm、及び2.0μmのいずれの場合も、屈折率調整層9aの屈折率が小さい場合に短絡電流が大きくなっていることが見て取れる。
Referring to FIG. 9, the refractive index dependency of the refractive index adjustment layer 9a with respect to a short-circuit current generated by the p-polarized component of the
図10を参照すると、μc−Siよりなるボトムセル層7aのp偏光成分により発生する短絡電流に対する屈折率調整層の9aの屈折率依存性が示されている。GZOよりなる第2透明導電膜の膜厚は40nm、屈折率調整層9aの厚さは40nmである。ピッチが0.2μmで、屈折率調整層9aの屈折率がGZOと同じ(n≒1.88)場合の短絡電流が基準として100%に取られている。図9に示されたトップセル層5aの場合と同じく、ピッチが0.2μm、0.6μm、1.0μm、及び2.0μmのいずれの場合も、屈折率調整層9aの屈折率が小さい場合に短絡電流が大きくなっていることが見て取れる。
Referring to FIG. 10, the refractive index dependency of the refractive index adjusting layer 9a with respect to the short-circuit current generated by the p-polarized component of the
図11を参照すると、μc−Siよりなるボトムセル層7aで発生する短絡電流に対する屈折率調整層9aの屈折率・膜厚依存性が示されている。入射光としては、p偏光成分とs偏光成分との平均がとられている。GZOよりなる第2透明導電膜8aの膜厚と屈折率調整層9aの厚さとの和は80nmとした。ピッチは0.6μmである。屈折率調整層9aの屈折率がGZOと同じ(n≒1.88)場合の短絡電流が基準として100%に取られている。屈折率調整層9aの膜厚が20nm、30nm、及び40nmのいずれの場合も、屈折率調整層9aの屈折率がGZOよりも小さい場合に短絡電流が大きくなっていることが見て取れる。
Referring to FIG. 11, the refractive index / film thickness dependence of the refractive index adjustment layer 9a with respect to the short-circuit current generated in the
図3、図4、図5、図6、図9、図10、及び図11に示された計算結果から、第2透明導電膜8、8aと裏面不透明電極2、2aとの間に第2透明導電膜8、8aよりも屈折率が小さい材質からなる層が挿入されることにより、裏面不透明電極2、2aに侵入し吸収される電界の強度が抑制され、その結果、発電効率が上昇することが示されている。
3, 4, 5, 6, 9, 10, and 11, the second transparent
[特許文献1]により開示されている効果が透明導電層と半導体層との界面での反射の減少によって得られるものであるのに対し、本発明は裏面電極の金属層で吸収される電磁波が低減されることによって発電効率が向上するものであり、原理が異なる。 Whereas the effect disclosed in [Patent Document 1] is obtained by a decrease in reflection at the interface between the transparent conductive layer and the semiconductor layer, the present invention does not absorb electromagnetic waves absorbed by the metal layer of the back electrode. The power generation efficiency is improved by being reduced, and the principle is different.
図12を参照すると、本発明の他の実施の形態が示されている。図12を参照すると、ガラス基板1、第1透明導電層4、トップセル層5、ミドルセル層10、ボトムセル層7、第2透明導電層8、屈折率調整層9、裏面不透明電極2が順次に積層されている。トップセル層5はアモルファスシリコンを含む光電変換層、ミドルセル層10は多結晶シリコン(微結晶シリコンの場合も含める)を含む光電変換層、ボトムセル層7は多結晶シリコン(微結晶シリコンの場合も含める)を含む光電変換層である。本発明による、屈折率が第2透明導電層8よりも小さい屈折率調整層9を第2透明導電層8と裏面不透明電極2との間に形成する構造は、こうしたトリプル型の光電変換素子にも好適に用いられる。
Referring to FIG. 12, another embodiment of the present invention is shown. Referring to FIG. 12, the glass substrate 1, the first transparent
本発明は、上述の構造以外の様々な構造の薄膜太陽電池にも適用可能である。例えば、不透光性基板上に、裏面不透明電極、裏面屈折率調整層、裏面透明導電層、光電変換層、透明電極の順に積層された薄膜太陽電池にも適用されることが可能である。 The present invention is also applicable to thin film solar cells having various structures other than the above structure. For example, the present invention can also be applied to a thin film solar cell in which a back opaque electrode, a back refractive index adjustment layer, a back transparent conductive layer, a photoelectric conversion layer, and a transparent electrode are stacked in this order on a light-impermeable substrate.
1…ガラス基板
2…裏面不透明電極
3…発電層
4…第1透明導電膜
5…トップセル層
6…中間層
7…ボトムセル層
8…第2透明導電膜
9…屈折率調整層
10…ミドルセル層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (13)
前記透光性基板の主面側に形成され、受光した光を電力に変換する光電変換層と、
前記主面側に形成され、該光電変換素子に外光が入射する側と反対側に形成された裏面電極層と、
前記光電変換層と前記裏面電極層との間に形成され、前記裏面電極層に近い側において前記裏面電極層から遠い側よりも屈折率が小さい透明層
とを具備する
光電変換素子。 A translucent substrate;
A photoelectric conversion layer that is formed on the main surface side of the translucent substrate and converts received light into electric power;
A back electrode layer formed on the main surface side and formed on the side opposite to the side on which external light is incident on the photoelectric conversion element;
A photoelectric conversion element comprising: a transparent layer formed between the photoelectric conversion layer and the back electrode layer and having a refractive index smaller on the side closer to the back electrode layer than on the side far from the back electrode layer.
前記透明層は、
上部透明層と、
前記上部透明層と前記裏面電極層との間に設けられ、前記上部透明層よりも屈折率が小さい屈折率調整層
とを具備する
光電変換素子。 The photoelectric conversion device according to claim 1,
The transparent layer is
An upper transparent layer;
A photoelectric conversion element comprising: a refractive index adjustment layer provided between the upper transparent layer and the back electrode layer and having a refractive index smaller than that of the upper transparent layer.
前記上部透明層はZnO、ITO、又はSnO2のうちのいずれかを含み、
前記ZnOには、Ga、Si、Al、Bのうちのいずれかがドーピングされている
光電変換素子。 A photoelectric conversion element according to claim 2,
The upper transparent layer comprises ZnO, ITO, or any of SnO 2,
The ZnO is doped with any one of Ga, Si, Al, and B. A photoelectric conversion element.
前記屈折率調整層はSiO2、MgF2、MgO、ガラス、Al2O3、Y2O3、CaF2、LiF、空孔のうちのいずれかを含む
光電変換素子。 It is a photoelectric conversion element given in any 1 paragraph of Claim 2 or 3,
The refractive index adjustment layer is SiO 2, MgF 2, MgO, glass, Al 2 O 3, Y 2 O 3, CaF 2, LiF, photoelectric conversion element comprising any one of the holes.
前記屈折率調整層は、第1材料と第2材料との混合相を含み、
前記第1材料は、SiO2、MgF2、MgO、ガラス、Al2O3、Y2O3、CaF2、及びLiFのうちから選択され、
前記第2材料は、ZnO、ITO、及びSnO2のうちから選択され、前記ZnOにはGa、Si、Al、Bのうちのいずれかがドーピングされている
光電変換素子。 The photoelectric conversion device according to claim 4,
The refractive index adjustment layer includes a mixed phase of a first material and a second material,
The first material is selected from SiO 2 , MgF 2 , MgO, glass, Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , CaF 2 , and LiF,
The second material, ZnO, ITO, and is selected from the SnO 2, the in ZnO Ga, Si, Al, photoelectric conversion element either is doped among B.
前記裏面電極層はAg、Al、Cu、Auのいずれかを含む
光電変換素子。 It is a photoelectric conversion element given in any 1 paragraph of Claims 2-5,
The back electrode layer includes one of Ag, Al, Cu, and Au.
前記屈折率調整層は、厚さが2ナノメートル以上である
光電変換素子。 It is a photoelectric conversion element given in any 1 paragraph of Claims 2-6,
The refractive index adjustment layer has a thickness of 2 nanometers or more.
前記透明層は3層以上の層構造をしており、
前記層構造のなかの任意の層である上側透明層の屈折率は、前記上側透明層と前記裏面電極層との間の任意の層である下側透明層の屈折率よりも大きい
光電変換素子。 It is a photoelectric conversion element given in any 1 paragraph of Claims 1-7,
The transparent layer has a layer structure of three or more layers,
The refractive index of the upper transparent layer which is an arbitrary layer in the layer structure is larger than the refractive index of the lower transparent layer which is an arbitrary layer between the upper transparent layer and the back electrode layer. .
前記光電変換層は多結晶質シリコンを含み、
更に、前記光電変換層に対して前記裏面電極層の反対側に、アモルファスシリコンを含む光起電力層を含む
光電変換素子。 It is a photoelectric conversion element given in any 1 paragraph of Claims 1-8,
The photoelectric conversion layer includes polycrystalline silicon,
Furthermore, the photoelectric conversion element containing the photovoltaic layer containing an amorphous silicon on the opposite side of the said back surface electrode layer with respect to the said photoelectric converting layer.
前記光電変換層はシリコンとシリコン以外のIV族元素との合金を含む
光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 9,
The photoelectric conversion layer includes an alloy of silicon and a group IV element other than silicon.
更に、前記光電変換層と前記光起電力層との間に、多結晶質シリコンを含む第2光電変換層を含む
光電変換素子。 It is a photoelectric conversion element given in any 1 paragraph of Claim 9 or 10,
Furthermore, a photoelectric conversion element including a second photoelectric conversion layer containing polycrystalline silicon between the photoelectric conversion layer and the photovoltaic layer.
前記第2光電変換層はシリコンとシリコン以外のIV族元素との合金を含む
光電変換素子。 The photoelectric conversion device according to claim 11,
The second photoelectric conversion layer includes an alloy of silicon and a group IV element other than silicon.
不透光性基板と、
前記不透光性基板の主面側に形成された裏面電極層と、
前記主面側に形成され、受光した光を電力に変換する光電変換層と、
前記主面側に形成された透明電極層と、入射光は前記透明電極層の側から取り入れられ、
該光電変換素子に外光が入射する側と反対側に形成された裏面電極層と前記光電変換層との間に形成され、前記裏面電極層に近い側において前記裏面電極層から遠い側よりも屈折率が小さい透明層
とを具備する
光電変換素子。 It is a photoelectric conversion element given in any 1 paragraph of Claims 1-7,
An opaque substrate,
A back electrode layer formed on the main surface side of the opaque substrate,
A photoelectric conversion layer that is formed on the main surface side and converts received light into electric power;
The transparent electrode layer formed on the main surface side, and incident light is taken from the transparent electrode layer side,
The photoelectric conversion element is formed between the back electrode layer formed on the side opposite to the side on which external light is incident and the photoelectric conversion layer, and closer to the back electrode layer than the side far from the back electrode layer. A photoelectric conversion element comprising: a transparent layer having a small refractive index.
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